(57)【要約】【課題】ニードルパンチだけでハイブリッドプリフォームを作成し、また、ボディと摩擦層とが強く結合したハイブリッドプリフォームを作成する。【解決手段】  本発明に係るハイブリッドプリフォームは、一方向の炭素織物で構成されたボディと、前記ボディとニードルパンチにより結合され、ウェブ炭素織物で構成された摩擦層と、を含む。本発明によれば、ニードルパンチだけで、ハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とを形成することができる。また、ニードルパンチでハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とを結合させるので、ハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とが強く結合する特徴を有する。【選択図】  図２
2013504023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の炭素織物で構成されたボディと、
前記ボディとニードルパンチにより結合され、ウェブ炭素織物で構成された摩擦層と、
を含むハイブリッドプリフォーム。
【請求項２】
一方向の炭素織物で構成されたボディ、
前記ボディとニードルパンチにより結合され、混合炭素織物で構成された中間層と、
前記中間層とニードルパンチにより結合され、ウェブ炭素織物で構成された摩擦層と、
を含むハイブリッドプリフォーム。
【請求項３】
前記ボディの密度は、０．１〜１．０ｇ  ／cm3であり、前記中間層の密度は、０．１〜０．８ｇ  ／cm3であり、前記摩擦層の密度は、０．０１〜０．５ｇ  ／cm3である請求項２に記載のハイブリッドプリフォーム。
【請求項４】
一方向の炭素織物を互いに積層し、ニードルパンチしてボディを形成する第１の段階、と
前記ボディ上にウェブ炭素織物を積層しニードルパンチして、前記ボディと結合した摩擦層を形成する第２の段階と、
を含むハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項５】
前記第２の段階は、
前記ボディ上に前記ウェブ炭素織物を一枚ずつ積層し、積層する度にニードルパンチする請求項４に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項６】
前記第２の段階は、
前記ボディ上に前記ウェブ炭素織物を一度に積層し、一度にニードルパンチする請求項４に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項７】
前記第２の段階で、前記一方向の炭素織物と前記ウェブ炭素織物とがニードルパンチされて互いに絡み合いながら、前記摩擦層と前記ボディとが結合する請求項４に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項８】
一方向の炭素織物を互いに積層し、ニードルパンチしてボディを形成する第１の段階と、
前記ボディ上に混合炭素織物を積層しニードルパンチして、前記ボディと結合した中間層を形成する第２の段階と、
前記中間層上にウェブ炭素織物を積層しニードルパンチして、前記中間層と結合した摩擦層を形成する第３の段階と、
を含むハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項９】
前記第２の段階は、
前記ボディ上に前記混合炭素織物を一枚ずつ積層し、積層する度にニードルパンチする請求項８に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の段階は、
前記ボディ上に前記混合炭素織物を一度に積層し、一度にニードルパンチする請求項８に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【請求項１１】
前記第２の段階で、前記一方向の炭素織物と前記混合炭素織物とがニードルパンチされて互いに絡み合いながら、前記ボディと前記中間層とが結合し、
前記第３の段階で、前記混合炭素織物と前記ウェブ炭素織物とがニードルパンチされて互いに絡み合いながら、前記中間層と前記摩擦層とが結合する請求項８に記載のハイブリッドプリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッドプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のブレーキは、ドラム式ブレーキとディスクブレーキとに分けられる。
ディスクブレーキは、ディスクとパッドとから構成される。
【０００３】
ディスクブレーキは、ディスクの表面とパッドとの摩擦で発生する摩擦力でディスクの回転を遅らせたり、停止させることで、車輪の回転を遅らせたり、停止させる。従って、ディスクとパッドは、軽量で、かつ耐衝撃性、耐食性、耐摩耗性、高強度、高摩擦係数を持つ必要がある。このため、軽量であり、耐摩耗性と耐熱衝撃性を持つ炭素繊維強化セラミック複合体でディスクとパッドを製作する。
【０００４】
以下、炭素繊維強化セラミック複合体で製作されたディスクを、炭素−セラミックブレーキディスクと称する。
炭素−セラミックブレーキディスクは、ハイブリッドプリフォームの製造段階、蒸着段階、成形段階、ケイ素を溶かして浸透させる段階、研磨段階を経て製作される。
【０００５】
前記ハイブリッドプリフォームの製造段階で、同じハイブリッドプリフォームが２つ製造される。
前記ハイブリッドプリフォームは、ボディと摩擦層とから構成される。
【０００６】
前記蒸着段階で、２つのハイブリッドプリフォーム各々に炭素を蒸着する。
【０００７】
前記成形段階で、２つのハイブリッドプリフォームを各々形成する。そして、成形されたハイブリッドプリフォーム２つを、摩擦層が外側に向けて、向かい合うように付ける。ハイブリッドプリフォーム２つを向かい合うように付けたものを、炭素プリフォームと称する。
【０００８】
前記ケイ素を溶かして浸透させる段階で、炭素プリフォームにケイ素を溶かして浸透させる。
【０００９】
前記研磨段階で、炭素プリフォームを研磨する。
【００１０】
図１は、従来のハイブリッドプリフォームの製造工程を示すブロック図である。
【００１１】
図１に示すように、第１の工程（Ｐ１）でボディを作る。ボディは、一方向の炭素織物を互いに積層した後、一方向の炭素織物をニードルパンチ（ｎｅｅｄｌｅ  ｐｕｎｃｈｉｎｇ）して結合させて作る。ここで、ニードルパンチとは、バーブ（ｂａｒｂ）を備えたニードル（ｎｅｅｄｌｅ）であって、積層された繊維をあけて、繊維が互いに絡み合うようにすることをいう。
【００１２】
第２の工程（Ｐ２）で摩擦層を作る。摩擦層は、短い炭素繊維を互いに積層し、加圧して作る。
【００１３】
第３の工程（Ｐ３）で、ボディの上部に摩擦層を接着剤（フェノール樹脂）で接着する。
【００１４】
上述のように、従来のハイブリッドプリフォームは、単一の工程ではなく、３つの工程（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を経て作られる。また、接着剤でボディと摩擦層とが接着されており、ボディと摩擦層との結合力が弱い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、ニードルパンチだけでハイブリッドプリフォームを作成することにある。
また、ボディと摩擦層とが強く結合したハイブリッドプリフォームを作成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するための本発明に係るハイブリッドプリフォームは、一方向の炭素織物で構成されたボディと、前記ボディとニードルパンチにより結合され、ウェブ炭素織物で構成された摩擦層と、を含む。
【００１７】
また、前記目的は、一方向の炭素織物で構成されたボディと、前記ボディとニードルパンチにより結合され、混合炭素織物で構成された中間層と、前記中間層とニードルパンチにより結合され、ウェブ炭素織物で構成された摩擦層と、を含むハイブリッドプリフォームにより達成される。
【００１８】
また、前記目的は、一方向の炭素織物を互いに積層し、ニードルパンチしてボディを形成する第１の段階と、前記ボディ上にウェブ炭素織物を積層しニードルパンチして、前記ボディと結合した摩擦層を形成する第２の段階と、を含むハイブリッドプリフォームの製造方法により達成される。
【００１９】
また、前記目的は、一方向の炭素織物を互いに積層し、ニードルパンチしてボディを形成する第１の段階と、前記ボディ上に混合炭素織物を積層しニードルパンチして、前記ボディと結合した中間層を形成する第２の段階と、前記中間層上にウェブ炭素織物を積層しニードルパンチして、前記中間層と結合した摩擦層を形成する第３の段階と、を含むハイブリッドプリフォームの製造方法により達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ニードルパンチだけで、ハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とを形成することができる。また、ニードルパンチでハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とを結合させるので、ハイブリッドプリフォームのボディと摩擦層とが強く結合する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のハイブリッドプリフォームの製造工程を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法を示すフローチャートである。
【図３】図３（ａ）から図３（ｆ）は、図２の第１の段階と第２の段階を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５（ａ）から図５（ｉ）は、図４の第１の段階、第２の段階、第３の段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法を詳しく説明する。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法を示すフローチャートである。図３（ａ）から図３（ｆ）は、図２の第１の段階と第２の段階を示す図である。図３（ｃ）から図３（ｆ）に示す黒い部分は、ニードルパンチにより繊維が絡まったことを示す。
【００２４】
図２に示すように、本発明の第１の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法は、一方向の炭素織物（Ｃ１）を互いに積層し、ニードルパンチしてボディ（ＣＬ）を形成する第１の段階（Ｓ１１）と、ボディ（ＣＬ）上にウェブ炭素織物（Ｆ１）を積層しニードルパンチして、前記ボディ（ＣＬ）と結合した摩擦層（ＦＬ）を形成する第２の段階（Ｓ１２）と、を含む。
【００２５】
以下、第１の段階（Ｓ１１）を説明する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚を互いに積層する。
【００２７】
一方向の炭素織物（Ｃ１）は、炭素繊維１Ｋ（１０００）個から３２０Ｋ（３２００００）個を一方向に配列して織って作る。一方向の炭素織物（Ｃ１）を作る炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ  ｏｒ  ｏｘｉ−ＰＡＮ）系繊維である。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、ニードル（Ｎ）を下降して一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚をニードルパンチする。
ニードル（Ｎ）には、下向きに傾斜している８つのバーブ（Ｂ、ｂａｒｂ）が備えられる。
バーブ（Ｂ）が、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚を互いに絡み合うようにする。
これにより、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚が絡まっているボディ（ＣＬ）が形成される。
【００２９】
前記ボディの密度は、０．１〜１．０ｇ  ／cm3である。
【００３０】
図３（ｃ）に示すように、ニードル（Ｎ）を上昇し、一方向の炭素織物（Ｃ１）からニードル（Ｎ）を抜き取る。バーブ（Ｂ）は、下向きに傾斜しているので、ニードル（Ｎ）を上昇する際に、バーブ（Ｂ）に一方向の炭素織物（Ｃ１）が掛かることがない。
【００３１】
もちろん、一方向の炭素織物（Ｃ１）を４枚以上互いに積層することもできる。また、ニードルパンチを２回以上行うこともできる。また、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚を一度に積層せず、一枚ずつ積層し、積層する度に、ニードルパンチを行うこともできる。また、ニードル（Ｎ）の個数が２つ以上であることもできる。
【００３２】
以下、第２の段階（Ｓ１２）を説明する。
【００３３】
図３（ｄ）に示すように、ボディ（ＣＬ）上にウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚を積層する。ウェブ炭素織物（Ｆ１）は、フィラメント形の短い炭素繊維をランダムに配列して織って作る。ウェブ炭素織物（Ｆ１）を作る炭素繊維は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ  ｏｒ  ｏｘｉ−ＰＡＮ）系繊維である。
【００３４】
図３（ｅ）に示すように、ニードル（Ｎ）を下降し、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚と、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚とをニードルパンチする。
【００３５】
バーブ（Ｂ）が、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚を互いに絡み合うようにする。これにより、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚が絡まっている摩擦層（ＦＬ）が形成される。前記摩擦層（ＦＬ）の密度は、０．０１〜０．５ｇ  ／cm3である。
【００３６】
また、バーブ（Ｂ）が、一方向の炭素織物（Ｃ１）と、ウェブ炭素織物（Ｆ１）とを互いに絡み合うようにする。これにより、ボディ（ＣＬ）と摩擦層（ＦＬ）とが強く結合する。
【００３７】
もちろん、ウェブ炭素織物（Ｆ１）を３枚以上積層することができる。また、ニードルパンチを２回以上行うこともできる。また、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚を一度に積層せず、一枚ずつ積層し、積層する度に、ニードルパンチすることもできる。
【００３８】
図３（ｆ）に示すように、ニードル（Ｎ）を上昇し、一方向の炭素織物（Ｃ１）と、ウェブ炭素織物（Ｃ１）とからニードル（Ｎ）を抜き取る。バーブ（Ｂ）は、下向きに傾斜しているので、ニードル（Ｎ）を上昇する際に、バーブ（Ｂ）に、ウェブ炭素織物（Ｆ１）と、一方向の炭素織物（Ｃ１）とが掛かることがない。
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法を示すフローチャートである。図５（ａ）から図５（ｉ）は、図４の第１の段階、第２の段階、第３の段階を示す図である。図３（ｃ）から図３（ｉ）に示されている黒い部分は、ニードルパンチにより繊維が絡まったことを示す。
【００４０】
本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法は、ボディと摩擦層との間に、ボディの密度と摩擦層の密度の中間程度の密度を持つ中間層を形成することを特徴とする。
【００４１】
図４に示すように、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッドプリフォームを製造する方法は、一方向の炭素織物（Ｃ１）を互いに積層し、ニードルパンチしてボディ（ＣＬ）を形成する第１の段階（Ｓ２１）と、ボディ（ＣＬ）上に混合炭素織物（Ｍ１）を積層しニードルパンチして、ボディ（ＣＬ）と結合した中間層（ＭＬ）を形成する第２の段階（Ｓ２２）と、中間層（ＭＬ）上にウェブ炭素織物（Ｆ１）を積層しニードルパンチして、中間層（ＭＬ）と結合した摩擦層（ＦＬ）を形成する第３の段階（Ｓ２３）と、を含む。
【００４２】
以下、第１の段階（Ｓ２１）を説明する。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚を互いに積層する。
図５（ｂ）に示されるように、ニードル（Ｎ）を下降し、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚をニードルパンチする。
バーブ（Ｂ）が、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚を互いに絡み合うようにする。
これにより、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚が絡み合っているボディ（ＣＬ）が形成される。
【００４４】
前記ボディの密度は、０．１〜１．０ｇ  ／cm3である。
【００４５】
図５（ｃ）に示すように、ニードル（Ｎ）を上昇し、一方向の炭素織物（Ｃ１）からニードル（Ｎ）を抜き取る。
バーブ（Ｂ）は、下向きに傾斜しているので、ニードル（Ｎ）を上昇する際に、バーブ（Ｂ）に一方向の炭素織物（Ｃ１）が掛かることがない。
【００４６】
以下、第２の段階（Ｓ２２）を説明する。
【００４７】
図５（ｄ）に示すように、ボディ（ＣＬ）上に混合炭素織物（Ｍ１）２枚を積層する。混合炭素織物（Ｍ１）は、一方向の炭素織物（Ｃ１）と、ウェブ炭素織物（Ｆ１）とを混合して作る。
【００４８】
図５（ｅ）に示すように、ニードル（Ｎ）を下降し、混合炭素織物（Ｍ１）２枚と、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚とをニードルパンチする。
【００４９】
バーブ（Ｂ）が、混合炭素織物（Ｍ１）２枚を互いに絡み合うようにする。これにより、混合炭素織物（Ｍ１）２枚が絡み合った中間層（ＭＬ）が形成される。前記中間層（ＭＬ）の密度は、０．１〜０．８ｇ  ／cm3である。
【００５０】
また、バーブ（Ｂ）が、一方向の炭素織物（Ｃ１）と、混合炭素織物（Ｍ１）とを互いに絡み合うようにする。これにより、ボディ（ＣＬ）と中間層（ＭＬ）とが強く結合する。
【００５１】
もちろん、混合炭素織物（Ｍ１）を３枚以上積層することができる。また、ニードルパンチを２回以上行うこともできる。また、混合炭素織物（Ｆ１）２枚を一度に積層せず、一枚ずつ積層し、積層する度に、ニードルパンチすることもできる。
【００５２】
図５（ｆ）に示すように、ニードル（Ｎ）を上昇し、一方向の炭素織物（Ｃ１）と混合炭素織物（Ｍ１）とからニードル（Ｎ）を抜き取る。
バーブ（Ｂ）は、下向きに傾斜しているので、ニードル（Ｎ）を上昇する際に、バーブ（Ｂ）に一方向の炭素織物（Ｃ１）と混合炭素織物（Ｍ１）とが掛かることがない。
【００５３】
以下、第３の段階（Ｓ２３）を説明する。
【００５４】
図５（ｇ）に示すように、中間層（ＣＬ）上に、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚を積層する。
【００５５】
図５（ｈ）に示すように、ニードル（Ｎ）を下降し、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚と、混合炭素織物（Ｍ１）２枚と、一方向の炭素織物（Ｃ１）３枚とをニードルパンチする。
【００５６】
バーブ（Ｂ）が、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚を互いに絡み合うようにする。これにより、ウェブ炭素織物（Ｆ１）２枚が絡み合った摩擦層（ＦＬ）が形成される。前記摩擦層（ＦＬ）の密度は、０．０１〜０．５ｇ  ／cm3である。
【００５７】
また、バーブ（Ｂ）が、混合炭素織物（Ｍ１）と、ウェブ炭素織物（Ｆ１）とを互いに絡み合うようにする。これにより、中間層（ＭＬ）と摩擦層（ＦＬ）とが強く結合する。
【００５８】
図５（ｉ）に示すように、ニードル（Ｎ）を上昇し、一方向の炭素織物（Ｃ１）と、混合炭素織物（Ｍ１）と、混合炭素織物（Ｍ１）とからニードル（Ｎ）を抜き取る。
【００５９】
バーブ（Ｂ）は、下向きに傾斜しているので、ニードル（Ｎ）を上昇する際に、バーブ（Ｂ）に一方向の炭素織物（Ｃ１）と、混合炭素織物（Ｍ１）と、ウェブ炭素織物（Ｆ１）とが掛かることがない。
【符号の説明】
【００６０】
ＣＬ      ボディ
Ｎ        ニードル
Ｂ        バーブ
Ｆ１      ウェブ炭素織物
ＦＬ      摩擦層
Ｃ１      一方向の炭素織物
Ｍ１      混合炭素織物
【図１】
2013504023.tif 000003
【図２】
2013504023.tif 000004
【図３】
2013504023.tif 000005
【図４】
2013504023.tif 000006
【図５】
2013504023.tif 000007
【国際調査報告】
2013504023.tif 000008
2013504023.tif 000009