(57)【要約】　　　（修正有）【課題】耐シャダ、耐ホットスポット性、耐熱性、摩擦安定性、耐久性、並びに強度を有する摩擦材料を提供する。【解決手段】少なくとも１つのタイプの石油ピッチ系炭素繊維を有する繊維質基材を含む摩擦材料に関する。本摩擦材料は、対向する摩擦表面と係合した状態で使用するためのものである。本繊維質基材は、本摩擦材料の少なくとも１つの外側表面に存在する少なくとも１つのタイプの石油ピッチ系炭素繊維を有する。従って、本摩擦材料と対向する摩擦表面との係合の最中に、石油ピッチ系炭素繊維は、対向する摩擦表面と接触した状態になっている。【選択図】　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　摩擦材料の少なくとも１つの外側表面に存在する少なくとも１つのタイプの石油ピッチ系炭素繊維を含む繊維質基材を含み、対向する摩擦表面と係合した状態で使用するための摩擦材料であって、それによって前記摩擦材料と前記対向する摩擦表面との係合の最中に、前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記対向する摩擦表面と接触した状態になっている、摩擦材料。
【請求項２】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチを含み、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項３】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項２に記載の摩擦材料。
【請求項４】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、少なくともほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項２に記載の摩擦材料。
【請求項５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項４に記載の摩擦材料。
【請求項６】
　前記摩擦材料は、終点摩擦係数（Ｅ）対中点摩擦係数（Ｍ）の比として約１以下を有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項７】
　前記摩擦材料は、重量％で、
約２０〜約６０％のフィブリル化アラミド繊維；
約１０〜約３０％のシリカ充填材；
約１０〜約２０％の黒鉛；及び
約５〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維；
を含む繊維質基材を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項８】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチを含み、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項７に記載の摩擦材料。
【請求項９】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項８に記載の摩擦材料。
【請求項１０】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、少なくともほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項８に記載の摩擦材料。
【請求項１１】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項１０に記載の摩擦材料。
【請求項１２】
　重量％で、
約２０〜約４０％のフィブリル化アラミド繊維；
約１０〜約３０％のシリカ充填材；
約１０〜約２０％の黒鉛；
約５〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維；
を含む繊維質基材を含む摩擦材料。
【請求項１３】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項１２に記載の摩擦材料。
【請求項１４】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項１３に記載の摩擦材料。
【請求項１５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項１３に記載の摩擦材料。
【請求項１６】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項１５に記載の摩擦材料。
【請求項１７】
　重量％で、
約５０〜約６０％のアラミド繊維；
約３〜約１０％のシリカ充填材；
約２０〜約３０％の黒鉛；及び
約１０〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維；
を含む繊維質基材を含む摩擦材料。
【請求項１８】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項１７に記載の摩擦材料。
【請求項１９】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項１８に記載の摩擦材料。
【請求項２０】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項１８に記載の摩擦材料。
【請求項２１】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項２０に記載の摩擦材料。
【請求項２２】
　重量％で、
約５０〜約６０％のアラミド繊維；
約３〜約１０％のシリカ充填材；
約２０〜約３０％の黒鉛；
約１０〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維；
を含む繊維質基材、
並びに、
lb／３０００平方フィートの坪量を基準とした炭素粒子及びシリカ充填材料を含む二次層、
を含む摩擦材料。
【請求項２３】
　lb／３０００平方フィートの坪量を基準として、前記炭素粒子は約１〜３lb存在し、シリカ摩擦材料は約２〜４lb存在する、請求項２２に記載の摩擦材料。
【請求項２４】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項２２に記載の摩擦材料。
【請求項２５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項２４に記載の摩擦材料。
【請求項２６】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項２４に記載の摩擦材料。
【請求項２７】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項２５に記載の摩擦材料。
【請求項２８】
　約５０〜約７０％のシリカ摩擦調整材料及び約３０〜約５０％の繊維を含む繊維質基材を含む摩擦材料において、前記繊維はアラミド繊維及び石油ピッチ系炭素繊維を含む、摩擦材料。
【請求項２９】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記摩擦材料中に存在する前記繊維の量を基準として約５〜約５０％存在する、請求項２８に記載の摩擦材料。
【請求項３０】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記摩擦材料中に存在する前記繊維の量を基準として約４５〜約５５％存在する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３１】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記摩擦材料中に存在する前記繊維の量を基準として約３０〜約４０％存在する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３２】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記摩擦材料中に存在する前記繊維の量を基準として約１０〜約２０％存在する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３３】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、前記摩擦材料中に存在する前記繊維の量を基準として約３〜約７％存在する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３４】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項２８に記載の摩擦材料。
【請求項３５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３６】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３７】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項２９に記載の摩擦材料。
【請求項３８】
　繊維質基材を含む一次層と石油ピッチ系炭素繊維を含む二次層とを含む摩擦材料。
【請求項３９】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、平均長さ約１０〜約１５０ミクロンを有する、請求項３８に記載の摩擦材料。
【請求項４０】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、平均長さ約１５０〜約２５０ミクロンを有する、請求項３８に記載の摩擦材料。
【請求項４１】
　約９lb／３０００平方フィートの前記石油ピッチ系炭素繊維は前記一次層の表面に堆積される、請求項３９に記載の摩擦材料。
【請求項４２】
　約９lb／３０００平方フィートの前記石油ピッチ系炭素繊維は前記一次層の表面に堆積される、請求項４０に記載の摩擦材料。
【請求項４３】
　前記一次層は、重量％で、
約１０〜約１５％の綿繊維；
約３５〜約４５％のアラミド繊維；
約３〜約１０％の非石油ピッチ系炭素繊維；
約１０〜約２０％の炭素粒子；及び
約２５〜約３５％のセライト摩擦調整材料；
を含む、請求項３８に記載の摩擦材料。
【請求項４４】
　前記一次層は、重量％で、
約５〜約２０％の綿繊維；
約１０〜約５０％のアラミド繊維；
約１０〜約３５％の炭素粒子；及び
約２〜約１５％の非石油ピッチ系炭素繊維；
を含む、請求項３８に記載の摩擦材料。
【請求項４５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項３８に記載の摩擦材料。
【請求項４６】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項３９に記載の摩擦材料。
【請求項４７】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項３９に記載の摩擦材料。
【請求項４８】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項４１に記載の摩擦材料。
【請求項４９】
　一次層と繊維質基材を含む一次層の表面に二次層として堆積された約３〜約１０lb／３０００ft2の石油ピッチ系炭素繊維とを含む摩擦材料。
【請求項５０】
　平均直径約６ミクロンを有する約８〜約１５lb／３０００ft2のセライト摩擦調整材料をさらに含む、請求項４９に記載の摩擦材料。
【請求項５１】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、平均長さ約１０〜約３０ミクロンを有する、請求項５０に記載の摩擦材料。
【請求項５２】
　前記一次層は、重量％で、
約１０〜約１５％の綿繊維；
約３５〜約３５％のアラミド繊維；
約３〜約１０％の非石油ピッチ系炭素繊維；
約１０〜約２０％の炭素粒子；
約２５〜約３５％のセライト摩擦調整粒子；
を含む、請求項４９に記載の摩擦材料。
【請求項５３】
　一次基材層は、重量％で、
約１５〜約２５％の綿繊維；
約３５〜約４５％のアラミド繊維；
約３〜約１０％の非石油ピッチ系炭素繊維；
約１０〜約２０％の炭素粒子；及び
約２５〜約３５％のセライト摩擦調整粒子；
を含む、請求項４９に記載の摩擦材料。
【請求項５４】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチを含み、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項４９に記載の摩擦材料。
【請求項５５】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項５０に記載の摩擦材料。
【請求項５６】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項５０に記載の摩擦材料。
【請求項５７】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項５２に記載の摩擦材料。
【請求項５８】
　多孔質繊維質基材の一次層と、約１〜約５lb／３０００ft2の石油ピッチ系炭素繊維及び約１〜約２０％lb／３０００lb／平方フィートの摩擦調整材料の二次層と、を含む摩擦材料。
【請求項５９】
　摩擦調整粒子はシリカ粒子を含む、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６０】
　シリカ摩擦調整材料は、セライト摩擦材料、平均直径約６ミクロンを有するシリカ摩擦材料、平均直径サイズ約０．１〜約０．５ミクロンを有するシリカ摩擦材料、及びこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６１】
　前記シリカ摩擦調整材料は、規則的なまたは対称のディスク形状を有する粒子を含む、請求項５９に記載の摩擦材料。
【請求項６２】
　前記二次層は厚さ約６０〜約１００μmを有する、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６３】
　前記摩擦調整粒子は、平均直径サイズ約０．１〜約８０ミクロンを有する、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６４】
　前記摩擦調整粒子は、平均直径サイズ約０．５〜約２０ミクロンを有する、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６５】
　前記繊維質基材は平均空隙容量約５０％〜約８５％を有する、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項６６】
　前記摩擦調整粒子はセライト粒子を含む、請求項５９に記載の摩擦材料。
【請求項６７】
　前記摩擦調整粒子はケイソウ土を含む、請求項５９に記載の摩擦材料。
【請求項６８】
　前記セライトは不規則な形状を有する、請求項６６に記載の摩擦材料。
【請求項６９】
　前記セライトの粒子は約２〜約２０μmの範囲にわたるサイズを有する、請求項６８に記載の摩擦材料。
【請求項７０】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチから製造され、石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる、請求項５８に記載の摩擦材料。
【請求項７１】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ピッチ繊維は、前記繊維から前記溶媒を除去すると融解不可能である、請求項５９に記載の摩擦材料。
【請求項７２】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ前記繊維の外側表面での酸素の速度以上である前記繊維の中心への酸素拡散速度を有する、請求項５９に記載の摩擦材料。
【請求項７３】
　前記石油ピッチ系炭素繊維は少なくとも約３００℃の軟化点を有する、請求項７２に記載の摩擦材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、石油ピッチ系炭素繊維を含む摩擦材料に関する。本発明の摩擦材料は、標準的な炭素繊維と比較して約２０％増大した摩擦係数を有する。本摩擦材料は、極めて高い耐熱性、改良された耐久性及び高温耐性を有する。
【背景技術】
【０００２】
　連続スリップトルクコンバータとシフティングクラッチシステムとを有する新しくかつ先進の連続トルクトランスミッションシステムが、自動車業界により開発されつつある。こうした新システムはしばしば、高エネルギー要件を伴う。従って、摩擦材料技術をも開発することで、こうした先進のシステムのますます増大しつつあるエネルギー要件を満たさなければならない。
【０００３】
　特に、新しく高性能で耐久性のある摩擦材料が必要である。新しい摩擦材料は、表面速度が約６５m／秒にまでなるような高速度に耐えることができなければならない。また摩擦材料は、約１５００psiまでの高フェーシングライニング圧力に耐えることができなければならない。また摩擦材料は、限定された潤滑条件下で有用であることも重要である。
【０００４】
　先進のシステムにおいて有用であるためには、摩擦材料は、耐久性がありかつ高い耐熱性を有しなければならない。摩擦材料は、高温で安定であり続けなければならないだけではなく、使用条件下で発生する高熱を迅速に放散できなければならない。
【０００５】
　新システムの係合及び切り離しの最中に高速度が生じているということは、摩擦材料は、係合期間の間じゅう終始比較的一定の摩擦を維持できなければならないということを意味する。摩擦係合が、広範囲の速度と温度とにわたって比較的一定であり、それにより、制動の最中の材料の“シャダリング”または１つのギヤから別のギヤへのパワーシフトの最中のトランスミッションシステムの“シャダリング”を最小にすることが重要である。また摩擦材料は、摩擦係合の間中、摩擦材料にノイズまたは“甲高い音”が生じないように、所望のトルク曲線形状を有することも重要である。
【０００６】
　摩擦材料の全ての用途に関わる主要な性能の関心事は、シャダの予防及び摩擦界面のエネルギー管理である。シャダの発生は、摩擦材料の摩擦特性、かみ合う面（mating surface）の硬さ及び粗さ、油膜の保持、潤滑剤の化学的性質及び相互作用、クラッチの動作条件、動力伝達装置の組み立て及びハードウェアの心合わせ、並びに動力伝達装置の汚染を含む多くの要因によるとすることができる。摩擦界面のエネルギー管理は、主として界面温度の制御と関係があり、ポンプ容量、油の流れの経路及び制御方法によって影響される。摩擦材料表面の設計も、界面エネルギー管理の効率に寄与する。
【０００７】
　シフティングクラッチ用途に関わる主な性能の関心事は、摩擦材料の摩擦係数特性（摩擦材料が所望のトルク及び保持容量を有するような）及び摩擦材料が使用中に分解しないような摩擦材料の安定性である。
【０００８】
　以前には、温度安定性のためにアスベスト繊維を摩擦材料中に含ませていた。健康及び環境の問題が原因となって、アスベストはもはや使用されていない。より最近の摩擦材料においては、含浸用の紙または繊維材料を、フェノール樹脂またはフェノール変性樹脂類を用いて修正することで、摩擦材料中にアスベストの無いことを克服しようと試みてきた。しかしながらこうした摩擦材料は、発生した高熱を迅速に放散せず、かつ、現在開発中の高速度システム中に使用するために現在必要とされる、必要な耐熱性と満足の行く高摩擦係数性能とを有していない。
【０００９】
　Kearseyの米国特許第5,585,166号は、多孔質基体層（セルロース及び合成繊維、充填材並びに熱硬化性樹脂）及び多孔質摩擦層（熱硬化性樹脂中の不織布合成繊維）を有する多層摩擦ライニングを説明しており、ここで、摩擦層は基体層よりも高い多孔性を有する。
【００１０】
　Seitzの米国特許第5,083,650号参考文献は、多工程の含浸及び硬化方法を含む；すなわち、紙にコーティング組成物を含浸させ、炭素粒子を紙表面に置き、紙中のコーティング組成物を部分的に硬化し、第２のコーティング組成物を、部分的に硬化済みの紙に施用し、最後に両方のコーティング組成物を硬化する。
【００１１】
　様々な紙ベースの繊維質材料が、摩擦材料中に使用するために開発されており、これは、本発明における譲受人であるボーグワーナーＩｎｃ．（BorgWarner Inc.）によって共有されている。この参考文献及び本明細書において開示する全ての参考文献を、本明細書において参考のために完全に引用する。
【００１２】
　特に、Lam et al.の米国特許第5,998,307号は、硬化可能な樹脂を含浸させた一次繊維質基材を有する摩擦材料に関し、ここで、多孔質の一次層は、少なくとも１種の繊維質材料を含み、二次層は、一次層の表面の少なくとも約３〜約９０％を被覆する炭素粒子を含む。
【００１３】
　Lam et al.の米国特許第5,858,883号は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛、及び充填材の一次層と、一次層の表面の炭素粒子を含む二次層と、を有する基材に関する。
【００１４】
　Lam et al.の米国特許第5,856,224号は、硬化可能な樹脂を含浸させた基材を含む摩擦材料に関する。一次層は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛、及び充填材を含み；二次層は、炭素粒子及び歩留まり向上剤を含む。
【００１５】
　Lam et al.の米国特許第5,958,507号は、摩擦材料の製造方法に関し、ここで、より少なくフィブリル化したアラミド繊維を含む繊維質材料の少なくとも１つの表面の約３〜約９０％に、炭素粒子をコーティングする。
【００１６】
　Lamの米国特許第6,001,750号は、硬化可能な樹脂を含浸させた繊維質基材を含む摩擦材料に関する。多孔質の一次層は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、炭素粒子、炭素繊維、充填材料、フェノールノボロイド繊維、及び所望により綿繊維を含む。二次層は、表面の約３〜約９０％を被覆する炭素粒子を含む。
【００１７】
　さらに別の共有されている特許出願第09/707,274号は、一次層の表面積の約３〜約９０％を被覆する摩擦調整粒子を有する多孔質の一次繊維質基材層を有する紙タイプの摩擦材料に関する。
【００１８】
　加えて、様々な紙タイプの繊維質基材は、共有されているボーグワーナーＩｎｃ．、Lam et al.の米国特許第5,753,356号、及び同第5,707,905号に説明されており、これは、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛及び充填材を含む基材を説明しており、こうした参考文献も、本明細書において参考のために完全に引用する。
【００１９】
　別の共有されているLamの米国特許第6,130,176号は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、炭素繊維、炭素粒子及び充填材を含む非金属でかつ紙タイプの繊維質基材に関する。
【００２０】
　自己安定性ピッチ及びこれから製造された炭素繊維は、例えばコナコＩｎｃ．（Conaco Inc.）に譲渡済みの米国特許第5,766,523号、同第5,540,903号、同第5,239,947号、同第5,437,780号、同第5,648,041号、同第5,501,788号、同第5,540,832号及び同第6,123,829号（これらを全て特に本明細書において参考のために引用する）等の様々な特許において開示されているが、こうした参考文献のいずれも、湿式摩擦材料用途におけるピッチ炭素繊維の炭素繊維の使用を教示も開示もしていない。
【００２１】
　全てのタイプの摩擦材料にとって、“湿式”用途において有用であるためには、摩擦材料は広く様々な許容可能な特性を有しなければならない。摩擦材料は、良好な耐シャダ特性を有しなければならず；高い耐熱性を有し、また熱を速やかに放散できなければならず；長く持続し、安定で、むらのない摩擦性能を有しなければならない。こうした特性のいずれかが満たされない場合、摩擦材料の最適性能は実現されない。
【００２２】
　また、適切な含浸用樹脂を摩擦材料中に使用して、高エネルギー用途の摩擦材料を形成することも重要である。摩擦材料は、使用最中にブレーキ液またはトランスミッションオイルが摩擦材料にしみ込んだ時に、使用最中の良好なせん断強度を有しなければならない。
【００２３】
　従って、本発明の目的は、従来技術のものと比較して信頼性がありかつ改良された特性を有する、改良された摩擦材料を提供することにある。
　本発明のさらなる目的は、改良された“耐シャダ”、耐“ホットスポット”性、高い耐熱性、高い摩擦安定性及び耐久性、並びに強度を有する摩擦材料を提供することにある。
【特許文献１】米国特許第４，８６１，８０９号公報
【特許文献２】米国特許第５，０８３，６５０号公報
【特許文献３】米国特許第５，２５９，９４７号公報
【特許文献４】米国特許第５，４３７，７８０号公報
【特許文献５】米国特許第５，５０１，７８８号公報
【特許文献６】米国特許第５，５４０，８３２号公報
【特許文献７】米国特許第５，５４０，９０３号公報
【特許文献８】米国特許第５，５８５，１６６号公報
【特許文献９】米国特許第５，６４８，０４１号公報
【特許文献１０】米国特許第５，７０７，９０５号公報
【特許文献１１】米国特許第５，７５３，３５６号公報
【特許文献１２】米国特許第５，７６６，５２３号公報
【特許文献１３】米国特許第５，８５６，２４４号公報
【特許文献１４】米国特許第５，８５８，８８３号公報
【特許文献１５】米国特許第５，９５８，５０７号公報
【特許文献１６】米国特許第５，９６５，６５８号公報
【特許文献１７】米国特許第５，９９８，３０７号公報
【特許文献１８】米国特許第６，００１，７５０号公報
【特許文献１９】米国特許第６，１２３，８２９号公報
【特許文献２０】米国特許第６，１３０，１７６号公報
【非特許文献１】Blanco, C.; Bermejo, H. Marsh, Menendez, R., Chemical and Physical Properties of Carbon as Related to Brake Performance, Wear 213 (1997), pp 1-12.
【非特許文献２】Gibson, D.W. and Taccini, G.J., Carbon/Carbon Friction Materials for Dry and Wet Brake and Clutch Applications, 40th Annual Earthmoving Industry Conference, Peoria, Illinois, April 11-13, 1989
【非特許文献３】Kearsy, A. and Wagner, D., Carbon Fiber for Wet-Friction Transmissions, Off-Highway Engineering, February 1998, pp. 46-48
【非特許文献４】Hettlinger, Jr., W.P., Newman, J.W., Krock, R.P., Boyer, D.C., Carboflex and Aerocarg - Ashland's New Low Cost Carbon Fiber and Carbonizing Products for Future Brake Applications, Society of Automotive Engineers, Inc. (1986)
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２４】
　本発明は、少なくとも１つのタイプの石油ピッチ系炭素繊維を有する繊維質基材を含む摩擦材料に関する。本摩擦材料は、対向する摩擦表面と係合した状態で使用するためのものである。本繊維質基材は、本摩擦材料の少なくとも１つの外側表面に存在する少なくとも１つのタイプの石油ピッチ系炭素繊維を有する。従って、本摩擦材料と対向する摩擦表面との係合の最中に、石油ピッチ系炭素繊維は、対向する摩擦表面と接触した状態になっている。
【００２５】
　好適な態様においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも４０℃低い流体温度を有する溶媒和ピッチを含む。本石油ピッチ系繊維は、融解せずに炭化温度に加熱されることができる。
【００２６】
　特定の好適な態様においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、約５〜約４０重量％のソルヴァント（solvant）を有する。そのようなものとして、石油ピッチ系炭素繊維は、繊維からソルヴァントを除去すると融解不可能である。本発明のさらなる利点及び目的は、以下の説明及び請求の範囲を参照すれば明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
　本発明は、石油ピッチ系炭素繊維を中に有する摩擦材料に関する。好適な態様においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、本摩擦材料の少なくとも１つの外側表面に存在する。本摩擦材料の係合の最中に、本石油ピッチ系炭素繊維は、対向する摩擦表面と接触する。
【００２８】
　本発明の摩擦材料は、終点（Ｅ）摩擦係数対中点（Ｍ）摩擦係数（endpoint (E) coefficient of friction to midpoint (M) coefficient of friction）の所望の比として約１以下の範囲内を有する。この好都合なＥ／Ｍ比は、本発明の摩擦材料が低減したシャダを有することを示す。
【００２９】
　さらに、本石油ピッチ系炭素繊維を含む本摩擦材料は、従来の摩擦材料よりも高い中点摩擦係数を有する。中点摩擦係数は、本摩擦材料が従来の摩擦材料よりも良好に機能するように、本摩擦材料のトルク及び保持容量と相関する。
【００３０】
　従来技術の教示にもかかわらず、驚くべきことに、本石油ピッチ系炭素繊維は、摩擦係数の低下（炭素繊維は低摩擦材料なので、炭素材料の場合には予想されると思われるが）を引き起こさないことが見い出された。それどころか、摩擦係数は、本摩擦材料中に存在する石油ピッチ系炭素繊維の量の増大と共に増大した。また、驚くべきことに、本石油ピッチ系炭素繊維材料を有する摩擦材料は、比較材料に勝る改良された耐久性を有する。
【００３１】
　特定の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維を単一層摩擦材料中に使用できる。
　他の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維を、繊維質基材中にさらなる石油ピッチ系炭素繊維を含む繊維質基材の表面の第２の層として使用できる。
【００３２】
　さらに別の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維を、繊維質基材中に石油ピッチ系炭素繊維を有しない繊維質基材の外側表面の二次層すなわち上層として使用する。本石油ピッチ系炭素繊維を二次層すなわち上層として有する本摩擦材料は、増大した耐久性を有する。本石油ピッチ系炭素繊維は熱シールドとして働き、従って本摩擦材料にさらなる所望の安定性を与える。また、堆積済みの本石油ピッチ系炭素繊維はブレークアウェイ摩擦係数（break away coefficient of friction）を増大させ、従って本摩擦材料の保持容量を増大させる。
【００３３】
　特定の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維を、例えば綿及びセルロース充填材料を含む廉価な多孔質材料の表面の上層すなわち二次層として使用できる。
　このような炭素繊維材料が、典型的な配合物中に例えば約１５〜約２０重量％の範囲内で存在できることは理解できるはずである。他の適切な材料が本繊維質基材中に存在できることは、本発明の予測される範囲内にある。このような非限定例としては、ウェットレイド、ドライレイド（dry laid）、ニードルパンチ、ニット、及びステッチボンド（stitch bonded）不織布材料を含む全ての予見可能な不織布材料が挙げられる。他の予見可能な形態の湿式摩擦材料を使用できることも本発明の予測される範囲内にある。本石油ピッチ系炭素繊維を単独で使用でき、または他の繊維及び充填材とブレンドできることも本発明の予測される範囲内にある。
【００３４】
　本石油ピッチ系炭素繊維は類のない構造を有する。図１Ａは、本発明において使用するピッチ系炭素繊維の断面を示し、一方、図１Ｂは、摩擦材料中に従来使用されているポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維の断面を示す。
【００３５】
　特定の具体例においては、本炭素繊維を、非溶媒和状態にある同じピッチの融点よりも少なくとも約４０℃低く、しばしば２００℃以上低い流体温度を有する溶媒和等方性ピッチから製造する。この溶媒和等方性ピッチから製造した繊維は、繊維が融解せずに炭化温度に加熱されることができるような望ましい改良された安定化特性を有する。さらに、本炭素繊維中に存在する任意のメソフェーズは、炭素繊維の形成に関連する剪断力によって著しく伸長することはない。さらに、好ましい石油ピッチ系炭素繊維は約５〜約４０重量％の溶媒を有し、ここで、ピッチ繊維は、繊維から溶媒を除去すると融解不可能である。
【００３６】
　特定の具体例においては、本発明において使用する石油ピッチ系炭素繊維は、ほぼ繊維の外側表面での酸化速度以上であるその中心への酸素拡散速度を有する繊維である（本明細書において参考のために完全に引用する米国特許第6,123,829号に説明されているように）。繊維の中心は、繊維の表面での酸素による炭素の消費の速度をわずかに下回る速度から超える速度の範囲にわたる速度で酸化可能に安定化される。本石油ピッチ系炭素繊維は、繊維紡糸温度（fibrous spinning temperature）を超える温度で本繊維に安定化プロセスを行うことができるように、３００℃を超え、好ましくは３５０℃を超える軟化点を有する。本発明によって初めて、このような石油ピッチ系炭素繊維が摩擦材料中に使用された。
【００３７】
　“ピッチ”は一般に、天然アスファルト石油ピッチの製造における副産物、ナフサ分解業界において副産物として得られる重油及び石炭から得られる高炭素含量のピッチを指すことは理解できるはずである。石油ピッチは一般に、石油留出物または残油の接触分解及び／または熱分解から得られる残留炭素質材料を指す。溶媒和ピッチは一般に、ピッチ中に約５〜約４０重量％のソルヴァントを含み、溶媒と会合していない場合のピッチ成分の融点よりも低い流体温度を有する。典型的には流体温度は約４０℃低い。溶媒和ピッチの流体温度は一般に、業界において、溶媒和ピッチをその融点を超える温度から１℃毎分で冷却した時に粘度６０００ポアズを記録する温度であると定められている。ソルヴァント含量は、溶媒の真空分離時の減量によって決定される値を指す。
【００３８】
　特定の態様においては、溶媒和ピッチは、繊維の製造の最中により短い安定化工程を必要とするかまたは安定化工程を必要とせず、従って安定化のための費用を大きく節減する。従来、他のタイプの炭素繊維を製造するためには、繊維を炭化温度に加熱する場合の繊維の融解を防ぐために、通常酸化が必要とされてきた。本石油ピッチ系炭素繊維を、本明細書において、溶媒和ピッチから製造された炭化及び／または黒鉛化後の繊維と定義する。等方性ピッチ（光学的秩序のある液晶の形成において整列しない分子を含む）とメソフェーズまたは異方性ピッチ（相互作用によって一緒になって会合して、光学的秩序化液晶（温度に依存して液体または固体である）を形成する、芳香族構造を有する分子を含む）との両方が、本発明において使用する石油ピッチ系炭素繊維を製造する際に有用であることは理解できるはずである。
実施例
　以下の実施例は本発明の様々な具体例を示す。しかしながら、以下の実施例に示さない他の具体例もまた本発明の範囲内にあると予測されることは理解できるはずである。
実施例Ｉ
　特定の具体例においては、本摩擦材料は、重量％で約２０〜約６０％のフィブリル化アラミド繊維、約１０〜約３０％のシリカ充填材料、約１０〜約２０％の黒鉛、及び約５〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維を含む繊維質基材を含むことができる。本発明の１具体例においては、実施例１−１及び１−２は、フィブリル化アラミド繊維を約５０％、シリカ充填材を約２０％、黒鉛を約１５％、及び石油ピッチ系炭素繊維を約１５％含み、所望によりラテックスを追加で（add-on）約２％使用して、坪量約１５５lb／３０００ft2を有し、厚さ約２９ミルを有する繊維質基材を製造した。
【００３９】
　図２は、Ａ〜Ｐと名付けた様々なサイクルの場合に、石油ピッチ系材料の２つの実施例（実施例１−１及び実施例１−２として示す）及び比較用の標準的な炭素繊維（比較例１として示す）に関して中点摩擦係数を示し、シフティングクラッチ用途を示す試験である。本発明によれば、終点（Ｅ）摩擦係数対中点（Ｍ）摩擦係数の比として約１以下を有する摩擦材料を有することが望ましい。このＥ／Ｍ比を図３に示し、ここで、石油ピッチ系炭素繊維を含む摩擦材料は一般に、繊維材料を有する比較摩擦材料のＥ／Ｍ比未満のＥ／Ｍ比を有する。
【００４０】
　図４に示すブレークアウェイ摩擦係数試験は、摩擦材料の保持容量を表す。図から分かるように、石油ピッチ系炭素繊維を含む実施例１の摩擦材料の保持容量は、従来の繊維よりもはるかに高い。本石油ピッチ系炭素繊維を含む本摩擦材料は、標準的な炭素繊維を有する比較例Ａの従来の摩擦材料よりも約２０％高い中点摩擦係数を有する。さらに、実施例１の材料は、望ましい下端対中点摩擦係数の比（low end to midpoint coefficient of friction ratio）を有し、従来の材料よりも約１１〜１９％高いブレークアウェイ摩擦係数を有する。
実施例ＩＩ
　本発明の別の具体例においては、本摩擦材料は、重量％で約５０〜約６０％のアラミド繊維、約３〜約１０％のシリカ充填材、約２０〜約３０％の黒鉛、及び約１０〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維を含む。本発明の別の具体例においては、実施例２は、重量で以下の配合を有する摩擦材料である。
アラミド繊維、約５５％、
シリカ充填材、約５０％、
黒鉛、約２５％、及び
石油ピッチ系炭素繊維、約１５％；並びに所望により
ラテックス、さらに追加で約２％。
【００４１】
　実施例２の繊維質基材は、坪量約１６６lb／３０００ft2を有し、厚さ約２９ミルを有する。
　図５は、石油ピッチ系炭素繊維の代わりに従来の炭素繊維を使用した以外は実施例２と同様の配合物を含む比較例Ｂの比較試料の一次層の中点摩擦係数に関する試験を示す。
【００４２】
　実施例２及び比較例Ｂの一次層の終点／中点の比を図６に示す。こうした材料は望ましい範囲内にとどまっている。
　図７は、実施例２及び比較例Ｂの炭素繊維に関して、一次層の中点摩擦係数を示す試験データのグラフである。
【００４３】
　図８は、ピストンディスプレースメント対サイクルを含む試験のグラフである。実施例２の石油系炭素繊維材料は比較例Ｂと同様に機能する。
実施例ＩＩＩ
　本発明のさらに別の具体例においては、本摩擦材料は、重量％で約５０〜約７０％のシリカ摩擦調整材料及び約３０〜約５０％の繊維を含む繊維質基材を含み、ここで、繊維はアラミド繊維と石油ピッチ系炭素繊維との混合物を含む。特定の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、本摩擦材料中に存在する繊維の約５〜約５０％存在し、特定の具体例においては、本石油ピッチ基材炭素繊維は、繊維の約４５〜約５５％存在する。
【００４４】
　他の具体例においては、石油ピッチ系炭素繊維の量は、最終用途によって変化し得る。そのようなものとして、様々な摩擦材料は、本摩擦材料中に存在する繊維の量を基準として約４５〜約５５％の石油ピッチ系繊維を有し、一方、他のものは約３０〜約４０％の石油ピッチ基材繊維を有し；さらに他のものは約１０〜約２０％の石油ピッチ系炭素繊維を有し；さらに他のものは約３〜約７％の石油ピッチ系炭素繊維を有する。以下の実施例においては、本摩擦材料は、セライトとアラミド繊維対石油ピッチ系炭素繊維の様々な比を有する繊維質基材とを含む。比較試料は、従来の炭素繊維を有する繊維質基材を含む。
【００４５】
　配合物が増大した量の石油ピッチ系炭素繊維を含む場合、炭素繊維は低摩擦材料なので摩擦係数は低下するだろうと予想された。しかしながら、驚くべきことに、摩擦係数は、本発明中に存在する石油ピッチ系炭素繊維の量の増大と共に増大した。以下の実施例を試験した。
【００４６】
【表１】
2004144302.tif 000002
【００４７】
　図９は、様々なパーセントの炭素繊維の試料に関して、ＤＥＸ　ＩＩＩにおける本石油ピッチ系炭素繊維のμＰＶＴ試験を示す。図９は、中点摩擦係数は石油ピッチ系炭素繊維を有する実施例の場合に全体としてより大きく、最も驚くべきことに、最高濃度の石油ピッチ系炭素繊維で最大であることを明確に示す。
【００４８】
　こうした実施例４−１、４−２、４−３、及び４−４並びに比較例Ｄ−１、Ｄ−２、Ｄ−３、及びＤ−４に関するブレークアウェイ摩擦係数試験を図１０に示す。上に述べたように、標準的な炭素繊維の量を増大させると摩擦係数が低下するが、驚くべきことに、本石油ピッチ系炭素繊維を有する摩擦材料において摩擦係数は一定のままであるかまたは増大することが明確に分かる。
実施例ＩＶ
　本発明のさらに別の具体例においては、繊維質基材中に石油ピッチ基材炭素繊維を有しない繊維質基材の表面に、本石油ピッチ基材炭素繊維を堆積させる。
【００４９】
　一次層は様々なタイプの繊維質基材を含むことができる。１つの有用な繊維質基材は、重量％で約１０〜約１５％の綿繊維、約３５〜約４５％のアラミド繊維、約３〜約１０％の非石油ピッチ系炭素繊維、約１０〜約２０％の炭素粒子、及び約２５〜約３５％のセライト摩擦調整材料を含む。
【００５０】
　本発明に関して有用な別の一次層は、重量％で約５〜約２０％の綿繊維、約１０〜約５０％のアラミド繊維、約１０〜約３５％の炭素粒子、及び約２〜約１５％の非石油ピッチ系炭素繊維を含む。
【００５１】
　特定の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、平均長さ約１０〜約３０ミクロンを有することができる。他の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維は、平均長さ約１５０〜約２５０ミクロンを有することができる。
【００５２】
　石油ピッチ系炭素繊維の量は、約１〜約１５lb／３０００平方フィートの範囲にわたることができることは理解できるはずである。特に有用な具体例としては、約３〜約５、最も好ましくは約４lb／３０００平方フィートの二次層が挙げられる。さらに他の有用な具体例としては、約８〜約１５lb／３０００平方フィートが挙げられる。特定の具体例においては、本石油ピッチ系炭素繊維の二次層を、平均直径約６ミクロンを有するセライト摩擦調整材料と組み合わせることができる。本明細書における実施例においては、約９lb／３，０００平方フィートの石油ピッチ基材炭素繊維（幾つかの実施例においては長さ約２０ミクロンを有し、他の実施例においては平均長さ約２００ミクロンを有する）を繊維質基材の試料の表面に堆積し、これを下記の表２に示す。
【００５３】
【表２】
2004144302.tif 000003
【００５４】
　図１１、１２及び１３は、この実施例において使用する材料の顕微鏡写真を示す。図１１は、平均長さ約２０ミクロンを有する石油ピッチ系炭素繊維の上層すなわち二次層を有する実施例５−１を示す。図１２は、平均長さ約２００ミクロンを有する石油ピッチ系炭素繊維の上層すなわち二次層を有する実施例５−２を示す。図１３は、繊維の断面図である。各実施例において、約９lbの炭素繊維を繊維質基材の表面に堆積した。
【００５５】
　図１４は、比較例Ｅの材料に関するμＰＶＴ試験を示す。
　図１５ａ及び１５ｂは、本発明の実施例５−１と比較して、比較例Ｅ−１及び比較例Ｅ−２の場合の摩擦材料に関するステップレベル試験を示すＴ−Ｎ試験を示す。図１５ａ及び１５ｂで分かるように、本石油ピッチ基材炭素繊維材料は摩擦材料の耐久性を改良する。さらに、特定の具体例においては、９lbの堆積物は徐々に減少し得るが所望の耐久性及び摩擦特性を保持することは理解できるはずである。比較例Ｅ−２（ＢＷＡ　６１００）は、表面に堆積した９lbのセライトを有する比較例Ｅ−１と同様であることに留意されたい。従って、実施例５−１と比較例Ｅ−２とを見比べることで、９lbの二次材料の直接比較を容易に行うことができる。
【００５６】
　さらに、ピストンディスプレースメント試験に関して図１６にレベル８で示されるステップ耐久性試験Ｔ−Ｎは、比較例Ｅ−２、比較例Ｅ−１を実施例５−１と比較するものである。本石油ピッチ基材炭素繊維を二次層すなわち上層として有する本摩擦材料の全ピストンディスプレースメントはより小さく、従って、安定性はより大きい。本石油ピッチ系炭素繊維は熱シールドとして働き、従って安定性を与える。
実施例Ｖ
　本発明のさらに別の具体例においては、より少量の石油ピッチ系炭素繊維（ｐｐ−炭素）材料を比較例Ｅ−１及び比較例Ｆ−１の表面に堆積し、その配合を下記に与える。
【００５７】
【表３】
2004144302.tif 000004
【００５８】
　様々な実施例においては、本石油ピッチ系炭素繊維を単独で堆積し、他の実施例においては、セライト摩擦材料の粒度よりも小さな平均ミクロン粒度約６ミクロンを有する９lbまたは１２lbのスーパーフロスタイプ（superfloss-type）のセリカ（Celica）充填材と組み合わせた。
【００５９】
　図１７ａ〜ｄは実施例同士を比較し、追加の石油ピッチ系炭素繊維材料が摩擦係数に及ぼす影響は最小であるが、堆積済みの石油ピッチ系炭素繊維はブレークアウェイ摩擦係数を増大させることを示す。
【００６０】
　図１８ａ及び１８ｂは、市販の製品である比較例Ｅ−１を実施例６−１及び実施例６−２と比較する。より少量、例えば４lbの石油ピッチ系炭素繊維堆積物を堆積物すなわち二次層として使用する場合、摩擦係数は比較例Ｅ−１基材よりもわずかに高く、一方、実施例６−１の耐久性はかなり改良した。
【００６１】
　図１９ａ、ｂ及びｃは、４００サイクルでのＴ−Ｎ試験データを示す。本石油ピッチ系炭素繊維を単独でまたはシリカ充填材料と組み合わせて二次層として使用する場合、改良された耐久性を有する機能材料を与える。
実施例ＶＩ
　本発明のさらに別の具体例においては、石油ピッチ基材炭素繊維（ｐｐ−炭素繊維）はまた、約８０％の繊維及び約２０％の充填材を含み非常に開放された構造を有する極めて多孔質の繊維質基材であるさらなる市販の製品である比較例Ｇの特性を改良する。
【００６２】
【表４】
2004144302.tif 000005
【００６３】
　図２０ａ及び２０ｂは、比較例Ｇ及び実施例７−１〜７−４に関するＴ−Ｎデータを示す。
　４lbの石油ピッチ基材炭素繊維堆積物を有する実施例７−１は、比較例Ｇの基材単独よりもわずかに高い望ましい摩擦係数を有する。さらに、本発明の実施例の耐久性は大きく増大した。
実施例ＶＩＩ
　本発明のさらに別の具体例においては、混合堆積物すなわち二次層を使用して様々な配合物を製造した。異なる市販の製品Ｈも、多孔質であり、約８０％の繊維及び約２０％の充填材を含み、開放された構造を有する繊維質基材層材料を含む。
【００６４】
　以下の実施例を製造した。
【００６５】
【表５】
2004144302.tif 000006
【００６６】
　図２１は、石油ピッチ基材炭素繊維を有する本摩擦材料はμＶＰＴ試験に有害な影響を及ぼさないことと、摩擦レベルは同じままであることとを示し；すなわち、図２１は、望ましくない跳ね上がる（rooster tail）形状の無い、正の下向きの勾配を示す。
【００６７】
　図２２ａ、２２ｂ及び２２ｃは、０．４l／分の低い油の流れの場合のＴ−Ｎ試験を示す。全ての試料は、同様の摩擦係数の材料であることを示した。実施例８−４は最良の耐久性を示し、一方、実施例８−２も優れた耐久性を示したことに注目すべきである。こうした実施例は、二次層として存在する少量の石油ピッチ基材炭素繊維材料は本摩擦材料の耐久性を改良するために十分であることを示す。
【００６８】
　本発明の摩擦材料に様々なタイプの樹脂配合物を含浸させることができる。従来、以下の配合物が有用であることが見い出されている。しかしながら、他の樹脂配合物を本発明において使用できることが本発明の予測される範囲内にあることは理解できるはずである。
【００６９】
　様々なタイプの摩擦調整粒子が、摩擦材料において有用である。１具体例においては、有用な摩擦調整粒子としては、シリカ粒子が挙げられる。他の具体例は、摩擦調整粒子の例として樹脂粉末の例えばフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びこれらの混合物を有することができる。さらに他の具体例としては、部分的及び／または完全に炭化した炭素粉末及び／または粒子及びこれらの混合物；並びにこのような摩擦調整粒子の混合物が挙げられる。特定の具体例においては、シリカ粒子の例えばケイソウ土、セライト（登録商標）、セラトム（Celatom）（登録商標）、及び／または二酸化ケイ素は特に有用である。シリカ粒子は、基材に強く結合する廉価な無機材料である。シリカ粒子は、摩擦材料に高い摩擦係数を与える。シリカ粒子はまた、基材に平滑な摩擦表面を与え、摩擦材料に良好な“シフト感触”と摩擦特性とを与え、これによって、いかなる“シャダ”も最小になるようにする。
【００７０】
　特定の具体例においては、摩擦材料に、様々な樹脂系を使用して含浸させることができる。特定の具体例においては、少なくとも１種のフェノール樹脂、少なくとも１種の変性フェノールベースの樹脂、少なくとも１種のシリコーン樹脂、少なくとも１種の変性シリコーン樹脂、少なくとも１種のエポキシ樹脂、少なくとも１種の変性エポキシ樹脂、及び／または上記の組合せを使用することは有用である。特定の他の具体例においては、相溶性溶媒中でフェノール樹脂とブレンドするかまたは混合したシリコーン樹脂は有用である。
【００７１】
　様々な樹脂が本発明において有用である。特定の具体例においては、好ましくは、飽和剤材料が、１００重量部の摩擦材料につき約４５〜約６５重量部を占めるように、樹脂は、フェノール樹脂またはフェノールベースの樹脂を含むことができる。樹脂混合物を繊維質基材に施用し、繊維質基材に樹脂混合物を含浸させた後、含浸済みの繊維質基材を、予め定められた長さの時間、所望の温度に加熱して、摩擦材料を形成する。特定の具体例においては、加熱によって、飽和剤中に存在するフェノール樹脂を温度約３００°Fで硬化する。シリコーン樹脂等の他の樹脂が飽和剤中に存在する場合、加熱によって、シリコーン樹脂を温度約４００°Fで硬化する。その後、硬化済みの摩擦材料を、適切な手段によって所望の基体に接着させる。
【００７２】
　様々な有用な樹脂としては、フェノール樹脂及びフェノールベースの樹脂が挙げられる。樹脂ブレンド中に他の変性成分の例えばエポキシ、ブタジエン、シリコーン、桐油、ベンゼン、カシューナッツ油及びその他同様なものを含むような様々なフェノールベースの樹脂は、本発明に関して有用であると予測されることは理解できるはずである。フェノール変性樹脂においては、フェノール樹脂は一般に、樹脂ブレンドの約５０重量％以上（存在するいかなる溶媒も除いて）存在する。しかしながら、混合物が、シリコーン−フェノール樹脂混合物の重量を基準として（溶媒と他の加工用酸を除いて）、特定の具体例においては約５〜約８０重量％、特定の目的のためには約１５〜約５５重量％、特定の具体例においては約１５〜約２５重量％のシリコーン樹脂を含む樹脂ブレンドを含む場合、摩擦材料を改良できることが見い出された。
【００７３】
　本発明において有用なフェノール樹脂及びフェノール−シリコーン樹脂の例は、上記に参照したボーグワーナーの米国特許において完全に開示されており、これを、本明細書において参考のために完全に引用する。本発明において有用なシリコーン樹脂としては、例えば、熱硬化シリコーンシーラント及びシリコーンゴムが挙げられる。様々なシリコーン樹脂類が、本発明に関して有用である。１つの樹脂は、特に、キシレンとアセチルアセトン（２，４−ペンタンジオン）とを含む。このシリコーン樹脂は、沸点約３６２°F（１８３℃）、蒸気圧６８°Fで２１mmHg、蒸気密度（空気＝１）４．８、無視し得る水への溶解度、比重約１．０９、パーセント揮発性５重量％、蒸発率（エーテル＝１）０．１未満、ペンスキー−マルテンス法を使用して引火点約１４９°F（６５℃）、を有する。他のシリコーン樹脂を本発明に関して利用できることは理解できるはずである。他の有用な樹脂ブレンドとしては、例えば：（重量％で）約５５〜約６０％のフェノール樹脂、約２０〜約２５％のエチルアルコール、約１０〜約１４％のフェノール、約３〜約４％のメチルアルコール、約０．３〜約０．８％のホルムアルデヒド、及び約１０〜約２０％の水、を含むような、適切なフェノール樹脂が挙げられる。別の適切なフェノールベースの樹脂は：（重量％で）約５０〜約５５％のフェノール／ホルムアルデヒド樹脂、約０．５％のホルムアルデヒド、約１１％のフェノール、約３０〜約３５％のイソプロパノール、及び約１〜約５％の水、を含む。
【００７４】
　また、別の有用な樹脂は、約５〜約２５重量％、好ましくは約１０〜約１５重量％のエポキシ化合物を含み、残り（溶媒と他の加工助剤を除いて）はフェノール樹脂であるようなエポキシ変性フェノール樹脂であることが見い出された。エポキシ−フェノール樹脂化合物は、特定の具体例においては、フェノール樹脂単独の場合よりも高い耐熱性を摩擦材料に与える。
【００７５】
　特定の具体例においては、繊維質基材による樹脂の標的ピックアップが、全シリコーン−フェノール樹脂の約２５〜約７０重量％、他の具体例においては約４０〜約６５重量％、特定の具体例においては約６０〜少なくとも６５重量％の範囲にわたるように、樹脂混合物が、所望の量の樹脂と摩擦調整粒子とを含むことが好ましい。繊維質基材を樹脂で飽和させた後、繊維質基材を、ある時間（特定の具体例においては約１／２時間）、３００〜４００℃の範囲にわたる温度で硬化して、樹脂結合剤を硬化し、摩擦材料を形成する。摩擦材料の最終厚さは、繊維質基材の初期厚さによって決まる。
【００７６】
　さらに、樹脂ブレンドの製造と繊維質基材の製造との両方において有用であることが周知の他の成分と加工助剤とを含めることができ、これは、本発明の予測される範囲内にあることは予測される。
【００７７】
　特定の具体例においては、樹脂混合物は、互いに相溶性である溶媒中に存在するシリコーン樹脂とフェノール樹脂との両方を含むことができる。こうした樹脂類を共に混合して（好適な具体例において）均一ブレンドを形成し、次にこれを使用して繊維質基材を飽和する。特定の具体例においては、繊維質基材にフェノール樹脂を含浸させ、次にシリコーン樹脂をその後加えた場合と、逆の場合とでは、同じ効果は生じない。また、シリコーン−フェノール樹脂溶液の混合物と、シリコーン樹脂粉末及び／またはフェノール樹脂粉末のエマルションとの間にも、相違がある。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とが溶液中にある場合、これらは全く硬化しない。それに反して、シリコーン樹脂とフェノール樹脂との粉末粒子は部分的に硬化する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂の部分的硬化は、基材の良好な飽和を阻害する。
【００７８】
　本発明の特定の具体例においては、繊維質基材に、溶媒中のシリコーン樹脂ブレンドを含浸させ、ここで溶媒は、フェノール樹脂とその溶媒とに相溶性があるようなものである。１具体例においては、イソプロパノールは特に適切な溶媒であることが見い出された。しかしながら、様々な他の適切な溶媒の例えばエタノール、メチルエチルケトン、ブタノール、イソプロパノール、トルエン及びその他同様なものを、本発明の実施において利用できることは理解できるはずである。シリコーン樹脂をフェノール樹脂とブレンドしてから、これを使用して繊維質基材を飽和した場合、得られた摩擦材料は、シリコーン樹脂が存在することで、フェノール樹脂のみを含浸させた繊維質基材よりも弾性が大きくなる。シリコーン−フェノール樹脂をブレンドし含浸させた本発明の摩擦材料に圧力を加えた場合、より均一な圧力分布が得られ、その結果、不均一なライニングの摩耗が生じる可能性が低減する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とを摩擦調整粒子と共に混合した後、この混合物を使用して繊維質基材に含浸させる。
【００７９】
　本発明の摩擦材料は、繊維質基材の上面の摩擦調整粒子の層を含み、この層は、良好な耐シャダ特性、高い抵抗、高い摩擦係数、高い耐久性、良好な耐摩耗性及び改良された慣らし運転特性を摩擦材料に与える。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１ａは、ピッチ系炭素繊維の断面のＳＥＭ像である。　図１ｂは、ＰＡＮ基材炭素繊維の断面のＳＥＭ像である。
【図２】実施例１−１、１−２及び比較例Ａに関して、中点摩擦係数の試験データを示すグラフである。
【図３】実施例１−１、１−２及び比較例Ａに関して、終点（Ｅ）摩擦係数対中点（Ｍ）摩擦係数の比を示すグラフである。
【図４】実施例１−１、１−２及び比較例Ａに関して、ブレークアウェイ摩擦係数対サイクル数を示すグラフである。
【図５】サイクル４にわたる、実施例２及び比較例Ｂの中点摩擦係数を示すグラフである。
【図６】比較例Ｂ及び実施例２に関してＥ／Ｍ比を示すグラフである。
【図７】実施例２及び比較例Ｂに関して中点摩擦係数を示すグラフである。
【図８】実施例２及び比較例Ｂに関してピストンディスプレースメントを示すグラフである。
【図９】比較例Ｄ−１、Ｄ−２、Ｄ−３及びＤ−４と比較して、実施例４−１、４−２、４−３及び４−４に関して中点摩擦係数を示すグラフである。
【図１０】実施例４−１、４−２、４−３及び４−４並びに比較例Ｄ−１、Ｄ−２、Ｄ−３及びＤ−４に関してブレークアウェイ摩擦係数を示すグラフである。
【図１１】石油ピッチ系炭素繊維の場合の繊維長２０ミクロンを示すＳＥＭ写真である。
【図１２】長さ２００ミクロンの石油ピッチ系炭素繊維を示すＳＥＭ像である。
【図１３】石油ピッチ系炭素繊維の断面である。
【図１４】実施例５−１、５−２及び比較例Ｅ−１に関するμＰＶＴ試験を示すグラフである。
【図１５ａ】実施例５−１並びに比較例Ｅ−１及びＥ−２のレベル８のＴ−Ｎ試験データを示すグラフである。
【図１５ｂ】図１５Ａに示すグラフの最初の部分の拡大である。
【図１６】実施例５−１並びに比較例Ｅ−１及びＥ−２に関してピストンディスプレースメントを示すＴ−Ｎ試験である。
【図１７ａ】実施例６−１、６−２及び比較例Ｅ−１に関して中点摩擦係数を示すグラフである。
【図１７ｂ】実施例６−１、６−２及び比較例Ｅ−１に関してＥ／Ｍ比を示すグラフである。
【図１７ｃ】実施例６−３、６−４、６−５ａ及び６−５ｂ並びに比較例Ｆ−１に関して中点摩擦係数を示すグラフである。
【図１７ｄ】実施例６−３、６−４、６−５ａ及び６−５ｂ並びに比較例Ｆ−１に関してＥ／Ｍ比を示すグラフである。
【図１８】図１８ａは、実施例６−１、６−２及び比較例Ｅ−１の中点摩擦係数の間の低い油の流れの場合のＴ−Ｎ試験データを示すグラフである。図１８ｂは、実施例６−１、６−２及び比較例Ｅ−１に関してピストンディスプレースメントを示すグラフである。
【図１９】実施例６−１及び６−２並びに比較例Ｅ−１に関して様々なサイクルで示すＴ−Ｎ試験データである。
【図２０ａ】実施例７−１、７−２、７−３及び７−４並びに比較例３のＴ−Ｎ試験データを示すグラフである。
【図２０ｂ】実施例７−１、７−２、７−３及び７−４並びに比較例３のＴ−Ｎ試験データを示すグラフである。
【図２１】実施例８−１、８−２、８−３、８−４及び比較例Ｈ−１に関するμＶＢＰＴ試験である。
【図２２ａ】実施例８−１、８−２、８−３、８−４及び比較例Ｈ−１に関して中点摩擦係数のＴ−Ｎデータを示すグラフである。
【図２２ｂ】実施例８−１、８−２、８−３、８−４及び比較例Ｈ−１に関してピストンディスプレースメントを示すグラフである。
【図２２ｃ】実施例８−１、８−２、８−３、８−４及び比較例Ｈ−１に関するμＶＰＴ試験である。
【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１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図１】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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