(57)【要約】三次元の複合体の複合摩擦片が、フェノール系の樹脂材料内で、第１の補強繊維のガラス縒り糸を主体とするのほぼ均一な配列から成形され、織物の形態の補強繊維は、規定されたる寸法および形状で全体的に均一な分布および方向調整され、摩擦片を形成する本体内全体に配分される。ほぼ剛体の裏打ちとの積層を有する別の摩擦片は、摩擦片を形成する型を通って同時に引抜成形され摩擦片が形成される。摩擦片は強化繊維および基材が成形型を通って引き出される、引抜成形プロセスによって製作される。
2005515921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主としてガラス縒り糸からなる第１の強化繊維のほぼ均一な配列から形成される三次元の複合体であって、前記強化繊維は少なくとも１層の繊維の少なくとも１つの繊維配列に形成され、前記繊維は縫込み、織りおよび編みからなるグループから選ばれた構造により互い束縛され、前記繊維配列はフェノール系樹脂材料の基材内にあり、前記強化繊維は前記複合体内に規定された均一な分布で配分され、これによって規定された寸法および形状で繊維の均等な配分および方向を全体的に有するように形成される複合摩擦片。
【請求項２】
前記マット配列は第１の方向を持つ第１の層および、前記の第１の方向に対し約４５ないし９０度の第２の方向を持つ第２の層からなる少なくとも繊維の２つの層である請求項１記載の摩擦片。
【請求項３】
前記複合体は第１の繊維と平行な摩擦面を持つ摩擦片に形成される請求項２記載の摩擦片。
【請求項４】
前記織物は織られた板に形成され、前記複合体は第１の繊維と平行な摩擦面を持つ摩擦片に形成される請求項２記載の摩擦片。
【請求項５】
前記繊維の配列は少なくとも２つの平行な繊維の編物を織った板として成形される請求項１記載の摩擦片。
【請求項６】
前記第１の強化繊維は前記複合体の重量で約３５％ないし７５％を構成し、
前記樹脂はゴム、銅、アルミニウム、グラファイト、セラミック、滑石、バライトおよび木の実の殻の細粉のうち、少なくとも１つの粉を重量で１％ないし１０％含む請求項２記載の摩擦片。
【請求項７】
前記第１の強化繊維は前記複合体の重量で約３５％ないし７５％を構成し、
前記樹脂はゴム、銅、アルミニウム、グラファイト、セラミック、滑石、バライトおよび木の実の殻の細粉のうち、少なくとも１つの粉を重量で１％ないし１０％含み、
前記樹脂は重量で約５％ないし１０％のグラファイト粉、重量で約５％ないし１０％の銅粉および重量で３％ないし５％の木の実の殻の細粉を含む請求項１記載の摩擦片。
【請求項８】
マット繊維配列が繊維を織った織物である請求項７記載の摩擦片。
【請求項９】
前記複合体は第１の繊維に対し横方向の摩擦面を持って形成される請求項７記載の摩擦片。
【請求項１０】
前記複合体は第１の繊維に対し平行方向の摩擦面を持って形成される請求項７記載の摩擦片。
【請求項１１】
前記第１の強化繊維は前記複合体の重量で約３５％ないし約７５％を構成し、
前記樹脂はゴム、銅、アルミニウム、グラファイト、セラミック、滑石、バライトおよび木の実の殻の細粉のうち、少なくとも１つを重量で１％ないし１０％含み、
前記樹脂は重量で５％ないし１０％のグラファイト粉、重量で約５％ないし１０％の銅粉および重量で３％ないし５％の木の実の殻の細粉を含む請求項１記載の摩擦片。
【請求項１２】
前記樹脂は約０．０３５％の濡れ剤、約５．５％のバライト（ＢａＳＯ４）、約６．９％の銅、約２．８％のくるみ細粉、約２．８％の滑石ニタール（ＣａＭｇ珪酸塩Ｈ２Ｏ）、約３．５％のグラファイト、約４．１％の酸化亜鉛（摩擦強化剤）、約４．１％の酸化アルミニウム（摩擦強化剤）および約０．７％の離型剤を含む請求項１記載の摩擦片。
【請求項１３】
前記摩擦片は約４６．０重量％のガラス、約３０．３０重量％の充填材および約３３．７重量％の樹脂を含む請求項１２記載の摩擦片。
【請求項１４】
前記第１の強化繊維は前記複合体内で引っ張り力を受けている請求項１２記載の摩擦片。
【請求項１５】
主としてガラス縒り糸からなる第１の強化繊維のほぼ均等な配列の板を選択し、繊維の配列は織り、編みおよび縫込みのグループから選んだプロセスによって互いに束縛されるステップと、
前記の第１の強化繊維の配列をフェルール系の樹脂で濡らすステップと、
前記の濡れた強化繊維の配列を、規定された均等な配分および方向で複合体成形型を通して、少なくとも前記摩擦片の周囲の形状の一部を備えた物体に成形するように引き出すステップと、
前記物体を前記の樹脂の養生によって硬化するステップと、
前記物体を、少なくとも１つの前記縒り糸に対する横方向の経路に沿って複数の前記摩擦片に選択的に切断し、規定された寸法および形状および繊維の均等化配分と方向を全体的に有する複数の摩擦片を成形するステップと、
を有する複合摩擦片を連続的に製作するプロセス。
【請求項１６】
前記樹脂が約０．０３５％の濡れ剤、約５．５％のバライト（ＢａＳＯ４）、約６．９％の銅、約２．８％のくるみ細粉、約２．８％の滑石ニタール（ＣａＭｇ珪酸塩Ｈ２Ｏ）、約３．５％のグラファイト、約４．１％の酸化亜鉛（摩擦強化剤）、約４．１％の酸化アルミニウム（摩擦強化剤）および約０．７％の離型剤を含む請求項１５記載のプロセス。
【請求項１７】
前記摩擦片は約４６．０重量％のガラス、約３０．３０重量％の充填材および約３３．７重量％の樹脂を含む請求項１６記載のプロセス。
【請求項１８】
前記摩擦片は約４６．０重量％のガラス、約３０．３０重量％の充填材および約３３．７重量％の樹脂を含む請求項１５記載のプロセス。
【請求項１９】
前記第１の強化繊維は前記物体内で引っ張り力を受けている請求項１８記載のプロセス。
【請求項２０】
前記第１の強化繊維は前記物体内で引っ張り力を受けている請求項１５記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブレーキおよびクラッチ用複合摩擦要素に関するもので、特に摩擦要素、成分およびその製作法の改善に関するものである。
【０００２】
背景技術
摩擦ブレーキは基本的に一対の摩擦部材で、一方が回転し一方は静止し、回転要素を遅くするかまたは停止させるため、ブレーキトルクとして測定される摩擦力を生じさせるため噛み合わせる。ブレーキは要素を噛み合わせるために使用する入力にブレーキトルクがほぼ比例し、回転部材のエネルギは熱の形で放散されるように設計することが好ましい。残念であるが圧力だけがブレーキ要素の摩擦挙動に影響を与える要因ではない。摩擦力およびブレーキトルクを生じさせる摩擦要素間の摩擦効果は、噛み合い圧力、速度、および温度によって変化し、かつ堆積される面間皮膜の安定性による。それにも関らずブレーキは、ブレーキトルクが要素を噛み合わせるために使用する入力と妥当な比例関係があるように設計することが好ましい。制動のエネルギはブレーキ要素を介して熱の形で放散される。このためブレーキ要素はほとんどの適用において多量な熱に耐えることができなければならない。
【０００３】
ブレーキシステムの回転要素は、一般に硬化鋼などの金属製の円板か円筒で、固定要素は一般に回転要素と噛み合ったり外れたりする可動の複合パッドまたはライニングシューである。金属円板または円筒に不適当な摩耗を生じさせないように、複合要素が摩耗するように設計される。複合要素を構成する材料は、本質を予測することができない様々な物質で、ブレーキシステムの性能特性に大きな影響を与える。複合要素に好ましい材料は使用上安全で、比較的安価で良好な摩擦、摩耗および熱的性能特性を持っていなければならない。これには良好な曲がりに対する抵抗、または熱の発生時の良好な制動の維持能力（ほぼ一定であることが好ましい）も含まれる。
【０００４】
摩擦クラッチもある面ではブレーキと同様で、基本的に一対の摩擦要素で、回転する駆動要素を駆動される要素と選択的に結合させ、駆動される要素を駆動する要素の回転速度まで高めるように設計される。一方が駆動し一方が駆動され両者とも回転するクラッチ要素は、摩擦力による駆動トルクを発生させるために噛み合わされ、遅い運動をさせるかまたは停止している要素を回転している駆動要素の速度まで高める。クラッチは一般に円形の摩擦板または摩擦パッドを備えた円板、または一対の金属圧力板の面の間で押し潰される両方の面上の複合材料から構成される。
【０００５】
最近までブレーキ、クラッチなどの摩擦パッドおよび円板の製作に主に使用されてきた材料はアスベストであった。このパッドはモールドプロセスによって製作され、それぞれの摩擦片は不揃いの方向を向いたアスベスト繊維が、接着基材とともにモールド凹部内に置かれ、加圧されて複合体として成形される。しかし、アスベストは発癌性の物質であり、このような使用法は潜在的に有害な量を環境に放出することが判明した。この理由から工業化された幾つかの国ではアスベスト摩擦材料の使用を禁止し、アメリカを含むその他の国では数年間のうちにアスベストの使用を逐次廃止することを要求している。したがって、安全で効果的な摩擦材料およびその材料を経済的な方法で適切な摩擦体に製作することが緊急に必要となった。
【０００６】
最近、ブレーキおよびクラッチの摩擦要素として、アスベストに代わる望ましい摩耗、熱およびその他の特性を持つ、適切な環境に安全な材料および成分を発見する広範囲な努力が払われてきた。これらの努力は、ブレーキおよびクラッチの間、ならびに異なった形式のブレーキの間、および異なった形式のクラッチの間で適合させる必要のある範囲を含む多くの種々のパラメータによって失敗してきた。例えば、異なった寸法の車両はブレーキおよびクラッチの両方に異なった寸法のパッドが必要で、多くの場合高い操作力や温度などを含む別の変数を持っている。回転円板に使用されるブレーキパッドは、ブレーキ円筒に使用されるシューとは異なる条件を持っている。また自動変速機に使用されるクラッチは、手動またはスチックシフト変速機とは異なった条件を持っている。
【０００７】
長寿命の要求を満足させることを意図して、高摩擦耐熱材料に樹脂などの接着材でモールドされる種々の寸断した繊維を利用することが提案に含まれるようになった。摩擦片は従来の方法でモールドプロセスにより成形され、繊維およびその他の部材を方向性を与えず、例えば乾燥粉末樹脂のような接合材内に置いて熱および圧力で硬化するか、モールド型内の液体樹脂内に置いて硬化する。これらの成分および製作方法は、１９７８年１０月１０日にアルドリッヒに認可されたアメリカ特許第４１１９５９１号、１９８１年３月３１日にサイトその他に認可されたアメリカ特許第４２５９３９７号および１９８４年２月２１日にカウフマンその他に認可されたアメリカ特許第４４３２９２２号に開示されている。
【０００８】
しかし、この方法により製作される摩擦片は製作することが高価であり、性能および耐力の均一性の不足により満足されていない。例えば、同じバッチの摩擦片は性能特性が３５％も異なる。この不均一な結果は、大部分が基材内における繊維およびその他の部材の分布および方向性の不均一性によるものであるこしとが見出された。これは高価な検査および品質管理の問題を生じさせるだけではなく、保守上の問題も生じ、場合によっては危険な状態も生ずる。例えば、最初の取り付けで適合していた性能も、パッドの使用可能な寿命中に変化する。
【０００９】
過去の数年間を通じて、出願人はブレーキおよびクラッチ用の複合摩擦要素の成分および構成、ならびに引抜成形法に広範囲な改善を開発してきた。これらの改善の多くは出願人のアメリカ特許で表題が「ブレーキライニング製作の引抜成形法」の第５１５６７８７号、表題が「摩擦片製作の連続引抜成形法」の第５４９６２６２０号、表題が「均一な複合摩擦片」の第５４９５９２２号、および表題が「複合摩擦片製作の引抜成形法」の第５６９０７７０号に包含されている。しかし、これらの成分、構成および方法を完全化するための出願人の不断の努力は、成分および製作方法の両者についてさらに改善が必要であることを示し、結局出願人によって開発された。例えば、改善された機械的特性、成分および構成が開発され、引抜成形製作法が改善された。
【００１０】
しかし現在成分、構成および製作法において更なる改善が望まれる。
【００１１】
したがって、従来の技術における前記およびその他の問題を解決する改善された成分、構成および製作法を提供することが望まれる。
【００１２】
発明の開示  
本発明の第１の目的は、すべての形式のブレーキおよびクラッチのために改善された成分、構成および製作法による摩擦ランニングを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、ブレーキおよびクラッチ用摩擦ランニングの製作のため改善された引抜成形法を提供することである。
【００１４】
別の目的は裏打ち構造体の摩擦片を単一プロセスで同時に製作する手段を提供することである。
【００１５】
本発明の第１の内容によれば、摩擦片は引抜成形法によって製作され、第１の強化繊維の配列が、フェノール系樹脂中で選択された少量の一つ以上の有機および無機の摩擦調整材とともに、管理された密度および方向の構造で構成される。
【００１６】
本発明の別の内容は、若干の摩擦調整材および処理物質が混入されたフェノール系樹脂材料で含浸された強化繊維の第１の織糸による均一な配列を選択するステップ、含浸された強化繊維の織糸を、複合体成形型を通して少なくとも摩擦片の三次元形状の一部分を有する物体を成形するため引き出し、およびその物体を複数の摩擦片に選択的に切断する連続したプロセスによって製作される摩擦片が含まれる。
【００１７】
本発明の別の内容は、一体の裏打ちまたは強化部分を摩擦片に設けるため、含浸された強化繊維の織糸を第２の材料の板とともに同一プロセスで複合体成形型を通して引き出すステップから構成される連続したプロセスによって製作される摩擦片が含まれる。
【００１８】
本発明の前記およびそれ以外の目的および利点は、ここに添付する図面に関連して以下の説明を読むことにより明らかになる。
【００１９】
発明を実施するための最良の形態
本発明は複合材料からなる物品の製作のため、引抜成形法として知られるプロセスを改善することを目指している。引抜成形法は、プロセス内で少なくとも一つの重要な寸法または形状が成形される型を通して材料を引き出すことによって、製品または物品を型内で成形するプロセスである。この方法は材料に圧力を与えて型を通して無理に押し込む押し出しプロセス、および製品が圧力窪み型内で個別にモールドされる別のプロセスとは区別される。
【００２０】
図１を参照すると、本発明によりブレーキおよびクラッチ用のライニングを製作する代表的な一連のステップを実施する、代表的なシステムの大要が示されている。全体的に番号１０で示されるシステムは、複数の引き伸ばされた連続する繊維の縒り糸または繊維の配列の板１４が引き出される、１つ以上の巻付け円筒またはローラ１２などの強化繊維または織物源から構成される。板または繊維の配列は、適切な注入室またはフェノール系樹脂などの適切な樹脂の液槽１６を通過することになどよって、適切な樹脂によって含浸され、成形型１８を通して複合板２０が引き出される。
【００２１】
強化繊維の板は、図示したローラ牽引装置などの適切な引き出しまたは牽引手段２２によって型１８を通して引き出される。図示した牽引装置は一対のローラ２４および２６から構成され、その間を板２０が把握されて通過し型を通して引き出される。ローラは電気、空気、油圧などの適切な動力手段で動力を与えられる適切なモータ２８によって駆動される。空気または油圧動力の往復牽引グリッパまたは牽引装置（図示されていない）など別の形式の牽引装置を使用してもよい。板が型から引き出された後、希望する形状の部品が水ジェット、研磨カッタ、レーザプラズマ、打ち抜きまたはその他の適切な切断手段３０によって切り出される。
【００２２】
図１に示すように、引き出された板２０は弓形などの適切な形状のブレーキパッドに切り出される。この切断は水ジェット、研磨カッタ、レーザプラズマ、打ち抜きまたはその他の適切な切断手段によって実施される。切断プロセスはある程度厚さおよび材料の成分によって左右される。小形ブレーキパッドおよびクラッチ板用の比較的薄い材料は、抜型などの適当な手段で切断することができる。種々の適用のある種のクラッチ板および研磨円版は織った一枚の層程度に薄い。重荷重用のブレーキパッドおよびシューなどの厚い材料は水ジェットなどの別の切断手段を必要とする。
【００２３】
図２に示すように、出現した板２０はクラッチパッドまたはリング状の円板または環状の形状に切断される。この切断は空気または油圧シリンダ３８によって駆動される打抜型３６によって行うことができる。材料はクラッチ板用など比較的薄いので、打抜型による打ち抜きで簡単に切断できる。自動変速機などのある種の適用ではクラッチ板は織った一枚の層程度に薄く、一体化した裏打ちまたは強化部分が含まれることがある。
【００２４】
繊維と樹脂の組合せは、少なくとも物品の一部の寸法および形状が型の中で成形され、型から引き出される前に熱により硬化される。図示した実施態様においては、ほぼ平らな矩形の板２０が成形されこれからブレーキまたはクラッチパッド３２が切断されるか打ち抜かれる。これは少なくともある部分および厚さなどの寸法、および製作する物品の摩擦面を成形する連続プロセスである。繊維は個々の縒り糸、織った織物、マットまたは縫った織物またはこれらの組合せでよい。しかし、強化繊維の好ましい形状は、第１の繊維が機械の方向で、横の織り込み繊維が第１の繊維または縒り糸と垂直な織った板またはマットである。横の繊維は場合によっては第１の繊維に対して９０度以外でもよい。
【００２５】
図３を参照すると、代表的な好ましい強化板が示され全体を数字４０で表わす。板は機械または引き出し方向に延びる第１の繊維である従来の編んだ繊維４２として示される。第２の繊維と考えられる横の繊維４４は従来の織り込みの繊維４２に対してほぼ９０度で交差する。図示した繊維４２および４４は単一の糸または繊維、または同じ種類の繊維か異なった種類の繊維の複数繊維の糸でもよい。ブレーキパッドまたはライニングの第１の強化繊維４２および４４はガラス繊維であることが好ましいが、パッドは別の材料および繊維またはその組合せを含んでもよい。さらにある特性を変えるか強化するため、別の繊維をガラス繊維とともに種々の選択した分布および割合で織り込むか分布させてもよい。例えば内部層のせん断強度、摩耗、曲がりおよび冷却などの種々のパラメータを最適化するため、例えば種々の繊維を摩擦片全体にほぼ均等に種々な濃度で分布させてもよい。第２の強化繊維の追加は幾つかの異なった方法で実施することができる。
【００２６】
ガラス、岩石、セラミック、炭素、グラファイト、アラミド、ノメックス、ケフラ、羊毛、および木綿繊維およびその他の有機および無機材料を含み、かつ限定されない多くの異なった繊維または縒り糸およびその組合せが利用できる。銅およびアルミニウムなどの種々の金属繊維も種々の割合で非金属繊維とともに利用できる。一つの好ましい成分では、繊維は羊毛および／または木綿繊維の重量の約２０％である。光ファイバも評価および最終使用の目的で、実際の試験および完成品の性能監視を行うため含まれてもよい。
【００２７】
図示したように、製作システムおよびプロセスには、第１の繊維の管理された規定方向ならびに管理された樹脂基板内での第１の繊維の規定均一性および密度が考慮されている。例えば摩擦装置の成分は、耐久性、耐熱性、耐摩擦性などの多くの特性を決定する。このプロセスによってブレーキパッドまたは摩擦装置の摩擦面において、第１の繊維は管理できるように分布され適切な任意の角度に均一に方向が定められる。このようにして、プロセスおよび材料は、優れた予測できる一定の性能を有している。
【００２８】
プロセスには摩擦片のせん断強度およびその他の機械的性能を与えるため、第１の繊維を横切って延びる第２の繊維を追加することが含まれてもよい。プロセスの１つの形態は次の通りである。
【００２９】
繊維または縒り糸の板１６は任意の適切な方法によって引抜成形プロセスの前（プリプレグ）またはその途中で樹脂が塗られるか樹脂に浸される。図示した実施態様においては、繊維は容器２０内に収納されている適切な液体樹脂を繊維または縒り糸に塗るか含浸するため、槽または注入室１６を通過する。繊維はプロセスに入る前に含浸する（プリフレグ）か、または引抜成形のプロセス間に樹脂を注入して濡らすか、または樹脂槽を通して引っ張るか、またはポンプによって樹脂を繊維の縒り糸または板を取囲むヘッダから樹脂を繊維に注入する。繊維の実際数は数百または数千で、繊維を数列のマット状とし、その多くを並行にして互いに縫い合わされるか、別の方向を向いた別の層と交互に重ねることが好ましい。図示した好ましいシステムでは、繊維は織られた板またはマットで、型の幅に成形されるか切断され、少なくとも摩擦片の最終形状または形状の一部を与えるため型１８を通って導かれる。
【００３０】
繊維、特にガラス線の場合はサイジング処理、すなわち繊維に良好なまたは完全な濡れ性および繊維と基材および繊維の層間の良好な接着を与えるため化合物または薬品を塗って処理することが必要となる。太い縒り糸（より糸または繊維の束）を使用することが好ましい。太い縒り糸は、標準の縒り糸に冷たい空気を吹き付けて割るか割くプロセスで製作する。太い縒り糸は２つの有用な特性を備えており、１）増加した直径はガラス成分の低い引抜成形において充填を容易にし、２）「引き裂き」縒り糸は樹脂基材内ですべての方向に対して良好な接合性を備えている。
【００３１】
樹脂が含浸されるかまたは塗られた繊維の板は、型１８を通過するか引き出され、ここで少なくとも希望する形状の一部に成形され、充分でない場合は少なくとも部分的に硬化される。繊維および樹脂の構成は少なくとも部分的に型の内部で発熱、放射熱またはその他の方法で硬化されることが好ましく、繊維はこれによって摩擦片の本体内で引っ張り力を残したまま固定される。複合摩擦片は、少なくとも製作されるブレーキ、クラッチパッドまたはその他の製品の周囲形状の一部を有する長い連続した棒状体または板２０の形状で型から引き出され、もっと詳しく言えば引っ張り力によって引き出される。ブレーキおよびクラッチパッドの場合は、棒状体または板は最終パットの摩擦面および取り付け面の形状を持っていることことが好ましい。棒状体または板２０は型１８から油圧引張機、牽引装置（図示されていてない）などの適切な方法で引き出され、個別の摩擦またはブレーキパッド摩擦片または図示される実施態様の部品に切断するように配置される。引抜成形プロセスは、摩擦片の本体を通して第１の繊維の規定された分布および方向を持つほぼ管理された構成を提供する。このことは摩擦片の高度な均一性ならびに種々のパラメータおよび最終性能を維持することに役立つ。
【００３２】
ある場合には摩擦面において違う方向性の繊維を備えることが望まれる。例えば、繊維が摩擦面に対して４５度の角度を持つこと望ましいことがある。これは棒状体の軸芯から希望する角度で摩擦片を切断することによって達成される。
【００３３】
板から切断されたブレーキパッドは、コンベヤベルトに載せるか裏打ち板を取り付けるなど別のプロセスの位置に移動される。パッドまたはライニングは接着剤などにより裏打ち板またはシューに取り付けられる。パッドは適切な方法で適切な貯蔵容器または箱に蒐集され、梱包されて出荷される。これは従来のプロセス技術に比べて非常に効率的で経済的な製作プロセスを提供する。
【００３４】
第１の繊維および第２の繊維の密度および混合は特定の適用に適合するよう変更することができる。しかし特にブレーキシューの場合は、第１の繊維の方向は円筒表面に対して横向きの円筒である。繊維は希望するシューの曲面または円弧を有する型を通して引き出され、幅方向に選択的に切断する。この適用では切断面は摩擦面とはならない。希望する面を得るため研磨などの２番目の調整ステップを実施しなければならない。これはここで説明する種々のパッドおよびクラッチの適用にも当て嵌まる。
【００３５】
プロセスではブレーキパッドが示されているが、クラッチ摩擦片およびブレーキシューライニングおよび研磨摩擦円板もこのプロセスで製作することができることは明らかである。型は一つの周囲面または引き出す製品の外郭を形成するようにセットし、環状とすることもできる。それ以外の場合は、型は少なくとも製作する製品の一つの寸法を備えるようにセットする。円板ブレーキのパッドの場合は、一つの実施態様では最も高い製作効率を得るため、繊維は摩擦面と垂直な角度で均一な方向を向くことが好ましい。しかし、ある適用においては摩擦面に平行な方向で充分であるか、または製作および性能上でも好ましい。
【００３６】
シューライニングは、引抜成形プロセスにおいては薄い弧状のスラブに成形し、パッドに関して前記で説明したように幅方向に切断する。これは一貫して均一な摩擦片を製作する経済的な技術を提供する。しかし、摩擦面に対して直角の繊維の方向が希望される場合は、曲面の摩擦面を成形するため矩形のスラブを円弧に沿って切断する。
【００３７】
製品は引抜成形した棒状体からレーザ、水またはその他の方法で切断する。説明した方法およびプロセスは、アスベストを含まずおよび／または管理された均一な成分および品質の高品質摩擦片を製作するための、高い効率の製作プロセスを提供する。引抜成形プロセスは迅速な製作および繊維密度充填器および摩擦の基準化、混合および方向の注意深い管理を連続的に行うことができる。
【００３８】
ブレーキパッドまたはライニングの第１の強化繊維１４はガラス繊維であることが好ましいが、パッドはそれ以外の材料および繊維またはその組み合せを含んでもよい。さらに別の繊維が、ガラス繊維内に特定の特性を変えるかおよび／または強化するため、種々の選択された分布および割合で織り込まれるか配分されてもよい。例えば種々の繊維を種々の濃度で、内部層間せん断強度、摩耗、曲りおよび冷却などの種々のパラメータを最適化するため摩擦片内にほぼ一様に配分してもよい。第２の強化繊維の追加は幾つかの方法で実施することができる。ガラス、岩石、セラミック、炭素、グラファイト、アラミド、ノメックス、羊毛および木綿繊維その他の有機および無機材料を含むが、それに限定されない多くの違う繊維または縒り糸およびそれらの組み合わせを利用してもよい。銅またはアルミニウムなどの金属繊維を非金属の繊維とともに種々の割合で利用してもよい。
【００３９】
図示した好ましいプロセスでは強化繊維の複数の積層した織物板を利用している。ある場合には強化繊維層間のせん断強度を高めることが要求される。充分な強度を得るための好ましい方法の一つは図４および５に示す針を通す方法である。このプロセスは多数の逆とげのある針を、板が針の下を通るときに繊維の板に通すことにより構成される。図示されるように、板４０は板から下側に延びる下側への曲りと呼ばれる繊維４６の部分または縒り糸を有している。同じような繊維の縒り糸は希望する場合は上側に延びてもよい。好ましい方法では、強化板の幾つかの層を一体とし、それぞれの針状の部分を混合させ、織られた板が互いに結合または綴じられるようにする。それぞれの板からの繊維は、隣の板に強制的に差し込まれ、隣の板との間の高強度の機械的結合を生じる。これにより最終製品の層間および内部層間の結合のせん断強度のは改善され、引張成形の引出し力による歪みを制限することに役立つ。
【００４０】
この針通しの方法を実施する代表的な機器が図５に示され、全体的に番号４８で示す。機器はほぼ矩形板の形状であることが好ましい支持体５０、およびそれに装着される多数の逆とげのある針５２から構成される。油圧または空気圧シリンダなどによる往復動力装置５４が支持体５０に接続され、特に希望されるように上曲がりまたは下曲がりを形成している強化繊維の１つ以上の層または板５６に、針を通すように支持体を上下方向に動かす。上曲がりおよび下曲がりの配列は、最終製品の内部または内部層のせん断強度を改善するプロセスにおいて、一旦互いに接触すると板を互いに結合する。
【００４１】
図６を参照すると、針の代表的な実施態様が図示され全体を番号６２で示す。針６２は装着端６８および尖った端部７０を有する長く延びた軸６４から構成される。一対の下側を向いた逆とげ７２が軸の下側部分に針の尖った方向を向いて形成される。一対の上側を向いた逆とげが軸の下側を向いた逆とげの上側に針の装着端方向を向いて形成される。
【００４２】
マットの板は図７、８、９に示すようにその他の任意の番号で製作してもよい。最初に図７を参照すると、板８０は従来の方法で交差するように編んだ繊維または縒り糸で形成される。しかし、１つの方向に延びる一対の縒り糸８２は単体の縒り糸８４と交差して編込まれる。
【００４３】
図８に示すマット８６は、複数の繊維の束８８（垂直方向を向く）が縫込み９０（水平方向を向く）によって固定される。この第２の板は約４５度の角度で積層されるように示されている。これらは数度ないし９０度の多くの異なる角度で積層してもよい。
【００４４】
図９は繊維の多数の糸または束９４を編んで成形したマット９２を示す。編み込みは希望に応じて比較的緩くしても固くしてもよい。これらの層および図８のマットまたは板を、さらに複合強化のため針通しをしてもよい。さらに連続した複合片の強化のため、これらの繊維のマットまたは板の任意の１つ、または２つか全部を組合せた層を利用してもよい。
【００４５】
図１０を参照すると、本発明によってブレーキおよびクラッチ摩擦ライニングなどの製品を製作する代表的な一連のステップを実施する別の方法の大要が示されている。方法は前に説明したように全体を番号１０で示したシステムとほぼ同じである。システムは、複数の引き伸ばされた連続する繊維または繊維の配列の板１４が引き出される巻付け円筒またはローラ１２などの強化繊維または織物素材から構成される。繊維の板または配列は、適切な注入室またはフェノール系樹脂などの適切な樹脂の液槽１６を通過することによって適切な樹脂が含浸され、成形型１８を通って複合板２０が引き出される。金属またはその他の適切な充分に強固な材料の裏打ちまたは強化板９６が、樹脂を含浸した織物板とともにシステムを通過し接着される。複合織物板および樹脂は裏打ち板に接着される最上層を形成し、引抜成形装置またはシステムから引き出される。複合板９８は続いて摩擦面１０２および裏打ち面１０４の組合せを有する適切な形状の摩擦片１００に切断される。これはブレーキまたはクラッチの回転子として使用することができる摩擦片を形成する。裏打ち材料は一体の金属板、穴明き金属板、金属格子、複合体など任意の適切な材料でよい。このプロセスは接着の追加的ステップを省略することができる。
【００４６】
１つの好ましい複合摩擦片は、耐久性のある摩擦面を備えた軽量のブレーキ回転子を製作するためのアルミニウムの裏打ちによって形成される。回転子は車両ホイール組立体のスプリング付きでない重量を低減させるため、自動車のハブに取り外しができるよう取り付けられる。構造の別の方法として図１１に示すように、両側に摩擦面を有する板を製作するため、剛体の板が引抜成形プロセスで織物の板の間に挟まれるようにしてもよい。図示されるように、摩擦片１０６は複合体の面１０８を剛体板１１０の１つの側に複合体の面１１２を別の側に備えている。これらの摩擦片はクラッチまたはブレーキ円板または回転子として使用することができる。
【００４７】
図１２を参照すると、車両の車軸に取り外しができるように取り付けるハブ１２０を有する中央の軽量円板１１８から構成される、積層ブレーキ回転子の実施態様を示している。一対の回転子円板１２２および１２４は複合材料から形成され、適切なブレーキバッドと噛み合うための摩擦面を設けるため中央円板の両側に取り付けることができる。この構造は、自動車のサスペンションのばねで支えられない重量を低減するため、中央のハブおよび主回転子１１８にアルミニウムなどの軽量材料を使用することができる。アルミニウムは充分な硬さかないので従来のブレーキ回転子には適切でないとみられてきた。この構造は、軽量アルミニウム回転子を適切な取り付け可能な摩耗面とともに使用できるようにする。
【００４８】
ここで図示し説明した製作システムおよびプロセスは、第１の繊維の管理された規定の方向ならびに樹脂基材内における第１の繊維の管理された規定の均一性および密度を提供する。例えば摩擦装置の成分は、耐久性、耐熱性および耐摩擦性などの多くの特性を決定する。このプロセスによって第１の繊維は管理できるように配分され、ブレーキパッドまたは摩擦装置の摩擦面に対して任意の適切な角度で均一な方向を向く。このように、プロセスおよび材料は優れた、予測でき、かつ一定の性能を提供する能力がある。
【００４９】
第１の繊維の縒り線が樹脂を通過するときに拾い上げられるように、ガラス、セラミック、ケフラ、鋼、羊毛または木綿繊維またはその他の粉砕または寸断された繊維を基材材料に追加し導入してもよい。寸断した繊維は基材材料の重量比で１％ないし約５％の範囲である。短い繊維は約０．０１５インチから０．０６２インチの範囲で、ほぼ均等に基材中に分散される。粉砕された繊維の分散は、装着のため機械加工される範囲の多軸的な機械的補強およびクラックおよび圧縮に対する耐力を提供する。このプロセスにおいて粉砕または寸断された繊維を第１の樹脂槽に混入するか、代りに２つの樹脂槽を使用してもよい。１つの配置では第１のタンクに繊維（大部分がガラス繊維であることが好ましい）が通過するときの濡れを強化するため低粘度の樹脂を入れる。続いて繊維は多くの充填材および寸断した羊毛および木綿またはその他の繊維を含む高い粘度の樹脂を入れた第２のタンクを通過する。寸断した繊維は強化繊維の約１％ないし５％に構成することが好ましい。これらは第１の繊維の縒り糸によって拾い上げられ、処理装置の適切な変更によって第１の繊維に対してほぼ横方向に延びる。その他の繊維もこの方法で使用してもよい。これらおよび横方向の繊維が、希望するせん断強度を達成するため、一緒にあるいは代りに使用されてもよい。代りに種々の織られるかまたは並行に走る層が、取り付けのため機械加工される部分の機械的特性を希望するように変更するために使用され、これには第２の板または硬化した複合材料またはその他の種類の材料を一体化した裏打ちまたは引抜成形複合体の強化として使用することも含まれる。
【００５０】
基材材料は熱可塑性材料または非熱可塑性材料の何れかの適切な樹脂でよく、種々の形式の硬化が必要となる。例えば冷却、加熱または紫外線その他の放射などによって硬化される。しかし材料は引抜成形プロセスによって摩擦片の成形が可能であるものでなければならない。
【００５１】
１つの適切なフェノール系樹脂は、ＢＰ薬品から商標「セロポンド（ＣＥＬＬＯＢＯＮＤ）」および製品名Ｊ２０４１Ｌが入手可能である。この製品は高粘度のフェノール系として熱硬化引抜成形に使用されると説明され、触媒を必要とせず妥当な速さのライン速度および硬化サイクルを提供する。その他の適切なフェノール系樹脂はボードン（Ｂｏｒｄｏｎ）社から入手できるボードン４２９Ｃおよびその最近の改良品である。これらの樹脂は約３０％ないし約６０％の範囲で存在することが好ましく、製作の効率の向上を提供する。ある場合は製作された最善の性能を確実にするため、摩擦片は後硬化しなければならない。例えば摩擦片は約２５０ないし５００華氏度で１ないし数時間焼く。大きな断面の摩擦片では予熱が必要となることもある。これはＲＦ炉または放射熱システムの使用などの適切な方法に注意し、一般に約８０ないし１５０華氏度の低い温度を必要とする。
【００５２】
前記の１つに追加するかまたは組み合わせることが好ましい樹脂は、レソルシノールを改良したフェノール系樹脂で、インドスペック（ＩＮＤＳＰＥＣ）化学会社で開発され商標レスコーシヘン（Ｒｅｓｃｏｒｃｉｐｈｅｎ）が入手できる。この樹脂は重量で約０％ないし約２０％の範囲で、約１３．８％まで存在することが好ましい。樹脂はＢＹＫ９０１０などの材料を、混合物の粘度を調整するため重量で約２．５％まで追加することが必要となることもある。基材材料はグラファイトおよび／または非鉄金属粉および／または類似品を、熱放散および／または摩擦の調整材として含むよう処方してもよい。例えば重量で約１ないし１０％の、グラファイト粉および／または１つ以上の非鉄金属粉など、１つ以上の充填材および／または調整材が基材材料に含まれてもよい。含まれるがそれに限定されないその他の材料は、鉱物充填材、ゴム粉末、銅粉末、セラミック粉末、木の実の殻の細粉（くるみまたはカシューナッツ）である。これらはそれぞれ重量で１％ないし１０％で３％ないし５％が好ましい。木の実の細粉は摩擦片のせん断強度を増加させ、パッドまたはライニングの曲り特性を強化することが発見された。ブレーキを掛ける間、熱は木の実の細粉を砕き木の実の殻の油を生じさせ、連鎖分岐として知られるプロセスで樹脂の重合体分子と科学的に結合する。これによって重合体は強化され、ブレーキの曲り防止に貢献する高温耐力が上昇する。セラミック粉は約７ないし１０ミクロンの中空の球であることが好ましい。これは引抜成形プロセスでの機械的潤滑に役立ち、摩擦片の硬度および摩耗特性を強化することが発見された。
【００５３】
基材材料の好ましい構成は、約０．０ないし２．５％の濡らし剤、約０．０ないし１０％のバライト（ＢａＳＯ４）、約０．０ないし２０％の銅、約０．０ないし５％のくるみの細粉、約０．０ないし５．０％の滑石ニタール（ＣａＭｇ珪酸塩Ｈ２Ｏ）、約０．０ないし５．０％のグラファイト、約０．０ないし１０％の酸化亜鉛（摩擦強化剤）、約０．０ないし１０％の酸化アルミニウム（摩擦強化剤）および約０．０ないし２．５％の離型剤である。
【００５４】
下記の例は本発明を説明することを意図しているが、これに限定されるものではない。これらの例は充分であると認められた代表的な構成であるが、これと別の構成も当業者によって発見され使用されるであろう。
【００５５】
例１
約０．０３５％の濡れ剤、約５．５％のバライト（ＢａＳＯ４）、約６．９％の銅、約２．８％のくるみ細粉、約２．８％の滑石ニタール（ＣａＭｇ珪酸塩Ｈ２Ｏ）、約３．５％のグラファイト、約４．１％の酸化亜鉛（摩擦強化剤）、約４．１％の酸化アルミニウム（摩擦強化剤）および約０．７％のアクセル１８５０（離型剤）の成分を有する製品の適切な試験サンブルが製作された。最終製品は約４６．０重量％のガラス、約３０．３０重量％の充填材および約３３．７重量％の樹脂の成分を有する。ガラスはＰＰＧ  Ｅ型のフェノール系サイズを塗った織った織物である。
【００５６】
例２
原材料                            重量パーセント
フェノール系樹脂                  １２．６６
硫酸バリウム                      １５．１９
チタン酸カリウム                  １２．６６
ケフラ                              ２．５３
フッ化カルシウム                    ５．０６
三硫化アンチモン                    ２．５３
ジルコン                            ２．５３
酸化アルミニウム                    １．２７
シングラファイト                    ７．５９
コークス９                          ２．５３
カシュー粒子                        ７．５９
ゴム                                ５．０６
酸化カルシウム                      １．２７
セラミック繊維                      ３．８０
ベルミキュライト                  １０．１３
銅                                  ７．５９
例３
原材料                            重量パーセント
フェノール系樹脂                  １０．５３
硫酸バリウム                      １８．４２
スチールウール２０５              ２１．０５
ケフラ                              ０．００
フッ化カルシウム                    ５．２６
硫化亜鉛                            ２．６３
ジルコン                            ３．９５
酸化アルミニウム                    １．３２
シングラファイト                    ７．８９
コークス９                          ２．６３
カシュー粒子                        ２．６３
ゴム                                ５．２６
酸化カルシウム                      １．３２
セラミック繊維                      ３．９５
ベルミキュライト                  １０．５３
銅                                  ２．６３
例４
原材料                            重量パーセント
フェノール系樹脂                    ８．３３
硫酸バリウム                      １６．６７
スチールウール２０５              ３８．８６
鉄スポンジ                        １５．６３
インターファイブ２３０              ２．０８
硫化亜鉛                            ２．０８
空欄                                ０．００
酸化アルミニウム                    ０．００
グラファイトＡ５０５                ６．２５
コークス９                          ２．０８
カシュー粒子                        ２．０８
ゴム                                ４．１７
空欄                                ０．００
空欄                                ０．００
ベルミキュライト                    ４．１７
樹脂は水ベースで、製品中に過度の空洞を生ずる原因となる製作時の無拘束状態を減らすため、分子ふるいとして知られる合成物または添加物を含んでよい。適切なこのような分子ふるい材料は、幾つかのメッシュ寸法の活性ナトリウムおよび水和斜方沸石として入手できる。これらの物質はガスおよび水を吸収し、ガスおよび蒸気による潜在的な空洞およびクラックを減少させる。代表的な化学名はナトリウムアルミノ珪酸塩およびカルシウムアルミノ珪酸塩である。これらは粉の形状であり重量比で約１％ないし約５％を加えてもよい。プロセス中に水蒸気の形成量を低減させことを示す別の添加剤は硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）で一般にバライトと呼ばれる。
【００５７】
また樹脂は非水ベースで分子ふるいの必要性をなくすか減らすものでもよい。また樹脂は製作において水の発生が少ない凝縮水の低い樹脂でもよい。
【００５８】
樹脂基材に対する繊維は、約樹脂２部に対して繊維１部から約樹脂１部に対して繊維３部まで変化する。好ましい基材に対する繊維の比率は、２５％から４０％の樹脂または基材混合物に対し約３５％から７５％の繊維である。基材は重量比で５％ないし１０％のグラファイト粉，銅粉，アルミニウム粉および前述の粉のうち１つ以上を有することが好ましい。さらにアラミドパルプおよびその他の合成繊維パルプを基材全体に加えるか分布させてもよい。３つの構成表の別の材料を必要に応じて加えてもよい。
【００５９】
ある熱可塑性の材料が特定の適用に対して望ましいことがある。例えば、熱可塑性の材料は適切なポリエステルで、摩擦の調整および熱の放散のためグラファイト粉またはその他の材料の成分を備えてもよい。例えば、重量比で１ないし約１０％のグラファイト粉を熱放散の目的で熱可塑性材料内に均等に分布させる。代わりの成分は銅、アルミニウムのような非鉄金属粉などの少量の別の材料を含んでもよい。例えば、重量比で１ないし１０％の銅粉を、熱放散を強化するため使用しても良い。このように，成分は引抜成形プロセスに適応し同時に満足すべき摩擦片を提供するものでなければならない。
【００６０】
出願人は種々の材料の割合および成分が、引抜成形プロセスおよびブレーキパッドおよびライニング摩擦片の性能特性に影響することを発見した。例えば、成分の例の多くの範囲を持つ試験サンプルを、摩擦片を最適化するため製作し試験してきた。最近の試験で最も適切な処方は、約０．０３５％の濡れ剤、約５．５％のＢａＳＯ４、約６．９％の銅、約２．８％のくるみ細粉、約２．８％の滑石ニタール（ＣａＭｇ珪酸塩Ｈ２Ｏ）、約３．５％のグラファイト、約４．１％の酸化亜鉛（摩擦強化剤）、約４．１％の酸化アルミニウム（摩擦強化剤）および約０．７％の離型剤であることを発見した。最終製品は約４６．０重量％のガラス、約３０．３０重量％の繊維および約３３．７重量％の樹脂を有している。ガラスはｐｐｇｅ形フェノール系で織った織物に適応する。
【００６１】
出願人は本発明を特定の実施態様に基いて図示し説明したが、添付する請求項に示す本発明の趣旨および適用範囲から乖離することなく、多くの変更および改善が行われることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明を実施するための機器および好ましい実施方法の大要を示した俯瞰図である。
【図２】本発明によりクラッチライニングを製作する方法を示す図１に準じた図である。
【図３】本発明による強化繊維の典型的な編み板の俯瞰図である。
【図４】本発明の好ましい方法のステップを実施するため図３の編み板に行った針通し処理を示す図３に準じた図である。
【図５】強化板の複数板の針通し処理を示す正面図である。
【図６】図５の操作に使用される針状体を示す正面図である。
【図７】本発明の好ましい方法を実施するため編み板の代替実施態様を示す図３に準じた図である。
【図８】本発明による強化繊維の代表的な縫った板の平面図である。
【図９】本発明による強化繊維の代表的な編んだ板の平面図である。
【図１０】本発明を実施するため一体の裏打ちまたは強化部分を設けるため、第２の材料を含んだ機器および好ましい方法の大要を示した俯瞰図である。
【図１１】本発明により製作された一つの製品を示す俯瞰図である。
【図１２】本発明により製作された別の製品を示す俯瞰図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
2005515921.tif 000015
2005515921.tif 000016
2005515921.tif 000017