(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の対向表面およびそれらを通して形成された複数の開口部を有する環状シム部材であって、該環状シム部材が、
金属のワイヤー・メッシュ材料から形成され、かつ複数の半径方向に延在するガス流路を少なくとも部分的に規定しており、少なくとも部分的に規定された前記複数のガス流路は、それぞれ、前記シム部材の半径方向内側から該シム部材の半径方向外側に延在していて、前記シム部材の半径方向内側を該シム部材の半径方向外側と連通している、環状シム部材。
【請求項２】
前記金属材料が裸の金属材料である、請求項１に記載のシム部材。
【請求項３】
前記金属材料が耐熱材料である、請求項１に記載のシム部材。
【請求項４】
金属材料が、ステンレス鋼、インコネル合金、チタン、モリブデン、タンタル、およびタングステンの１種以上を含む、請求項１に記載のシム部材。
【請求項５】
前記ワイヤー・メッシュが、２０％〜８０％の開孔メッシュ領域を有する、請求項１に記載のシム部材。
【請求項６】
１ｍｍ〜６ｍｍの有効厚さを有する、請求項１に記載のシム部材。
【請求項７】
前記ワイヤー・メッシュが捲縮織り込みメッシュを含む、請求項１に記載のシム部材。
【請求項８】
ワイヤー・メッシュを構成するワイヤーの直径の２倍の有効厚さを有する、請求項１に記載のシム部材。
【請求項９】
前記耐熱材料が１４００℃までの温度に耐えることができる、請求項３に記載のシム部材。
【請求項１０】
化学気相浸透法のための複数の環状炭素繊維母材を作製する方法であって、
複数の環状炭素繊維母材を積み重ねることを含み、その際、環状炭素繊維母材の各ペアそれぞれの間に、金属のワイヤー・メッシュ材料製の環状シム部材を提供して、積み重ねられた複数の環状炭素繊維母材と環状シム部材とでスタック内の内部空間を集合的に規定し、かつ、その際、
各環状シム部材は、対向した第１及び第２の表面を有し、スタックの内部空間をスタックの外側と連通するために複数の半径方向に延びるガス液路を少なくとも部分的に規定している、方法。
【請求項１１】
前記金属材料が裸の金属材料である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属材料が耐熱材料である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属材料が、ステンレス鋼、インコネル合金、チタン、モリブデン、タンタル、およびタングステンの１種以上を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記ワイヤー・メッシュが、２０％〜８０％の開孔メッシュ領域を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
１ｍｍ〜６ｍｍの有効厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記ワイヤー・メッシュが捲縮織り込みメッシュを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ワイヤー・メッシュを構成するワイヤーの直径の２倍の有効厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記耐熱材料が１４００℃までの温度に耐えることができる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
各環状シムが、環状炭素繊維母材の外径よりも小さな外径及び環状炭素繊維母材の内径よりも大きな内径を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
各環状シムの外径および内径が、環状炭素繊維母材の外径および内径よりも、それぞれ、５ｍｍ小であり、かつ５ｍｍ大である、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造工程の間にスタックした多孔質基板に離間するために用いられるシム部材に関する。本発明の特定の一例は、特に例えば化学気相浸透（ＣＶＩ）のような高密度化工程の間にスタックした環状複合材料母材を離間するために用いられる金属製の環状シム部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料母材は、特に、ブレーキ・ディスクまたは他の摩擦部材の製造のための環状母材であり得る。
【０００３】
ブレーキ・ディスクなどを製造するための環状母材を高密度化するための装置は、例えば、２００３年８月１４日に出願された米国特許出願第１０／４６８，０３１号に開示されており、その例は図１に示される。
【０００４】
図１は、炭素繊維製の環状母材すなわち基板２０の積載物を有する囲い１０をその内部に備えたプロセスチャンバをかなり模式的に示した説明図である。積載物は、一般に、垂直配列にあるそれらそれぞれの中央通路を有する積み重ねた基板スタックの形態をとる。スタックは、１個以上の中間支持板１２により分離された複数の重ね合わせたスタック部分からなることができる。
【０００５】
スタックされた基板は、スペーサ３０によって互いに分離される。図２に示されるように、スペーサ３０は放射状に配置することができ、それらの数は変更可能である。スペーサは、隣接する基板間の全体スタックを通じて実質的に一定高さの隙間（ギャップ）２２を提供し、一方、基板の一般的に位置合わせされた中央通路により構成されるスタックの内側体積２４をスタックの外側および囲い１０の内側に位置する外側体積２６と連通することを可能とする。
【０００６】
図１の例において、囲い１０は、基板の単一スタックを有する。変形例において、複数の基板スタックを同じ囲いの中に並べて配置することも可能である。
【０００７】
囲い１０は、囲い１０を規定するために働くものであり、かつサセプタ周りのケーシング１７の外側に位置する誘導コイル１６に誘導結合される、例えばグラファイト製のサセプタ１４によって加熱される。他の加熱方法、例えば抵抗加熱（ジュール効果）を用いてもよい。
【０００８】
１種以上の炭素前駆体を含有するガス、典型的には例えばメタンおよび／またはプロパンのような炭化水素ガスが、囲い１０に装入される。図示の例において、装入は囲いの底部１０ａを通して行われる。ガスは、基板のスタックを支持する板１１のすぐ下の、囲いの底部に上下に並べられる１個以上の有孔板により形成される予熱領域１８を通過する。予熱プレート（囲いの内側に存在する温度まで昇温される）により加熱されたガスは、自由に囲いの中に流れ込み、内側空間２４中、外側空間２６中、および隙間２２中に同時に入り込む。残留ガスは、蓋１０ｂに形成された出口を介して吸引により囲いから引き出される。
【０００９】
スペーサ３０は、最も普通にはアルミナから作製される個々に置かれるブロック部材である。しかし、一旦形成されると、アルミナブロック部材は極めて脆く、破損による損失は極めて高い。実際、通常の使用において、従来のアルミナブロックは、しばしば、せいぜい２〜３回の高密度化サイクルしか続けて使用できない。アルミナブロックの置き換えが必要であるので、製造コストが自ずと引き上げられる。
【００１０】
さらに、各母材層間において個々のアルミナブロック部材を手作業で適切に配置しなければならないので、極端に時間がかかってくる。６個のブロック部材の例が図２に示されるが、実際の実施では１２個ものブロックが用いられる。脆いブロックを破損なしに取り扱うために必要とされる入念な注意により、時間的負担が重くなってしまう。一般に、母材の７個のトレイ（各々１２〜１４枚の母材スタックを有する）を含む完全な高密度化工程は、従来の方法により組み立てるためには１または２労働日もの長い時間を取ることを必要とする。
【００１１】
個々のスペーサ部材３０の使用に関する別の問題は、それらのスペーサ部材の上に積み重ねられる母材（およびスペーサ）の重量により引き起こされる母材における変形（文字通り、へこみ）を起こしやすいということである。図２から理解することができるように、スペーサ部材３０間の周辺には母材の大きな不支持領域がある。母材材料が一般に柔軟であり、且つスペーサ部材３０を構成するアルミナが変形しないので、スペーサ部材３０に対応する位置にある母材の表面にへこみが起こる。これらの変形は僅かではあるが、摩擦用途に適用可能な望ましい平面表面を得るために、余分な仕上げ工程において機械加工処理をしなければならない。結果として、各母材の厚さは、公知の方法で起こる変形、およびそれらの変形を除去するための最終機械加工工程を見込んで、最終製品に必要とされるものよりも厚くなる。機械加工処理された材料は、経済的な浪費を示すことになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の事実に鑑みて、本発明は、スタックした環状母材を離間して配置するための一個構成（ワンピース）型であるかさもなければ単一の環状シム部材に関する。
【００１３】
本発明によるシム部材は、対向する第１および第２の表面を有する一般的に平坦化された環状形態を有する。含まれる表面の少なくとも一つは、シム部材の内部空間を外部と連通するための放射状に延在するガス流路を少なくとも部分的に規定するように付形されている。
【００１４】
本発明によるシム部材は、好ましくは、半径方向の寸法において、それに隣接する環状母材に同じである。すなわち、シム部材は、好ましくは、環状母材に同様の内径および同様の外径を有する。シム部材が一般に環状母材のサイズと一致しない場合、シム部材が環状母材よりも大きい（すなわち、半径方向により幅広い）よりもむしろ、シム部材がわずかに小さい（すなわち、環状母材よりも大きな内径および／またはそれらよりも小さな外径を有する）ことが好ましい。
【００１５】
本発明の一例において、シム部材は、限定されるものではないが、メタル・メッシュ材料を含む、貫通して形成された開口部を有する金属材料から形成される。金属材料は、製造および改修をそれ相応により簡単におよびより安価にするので、裸であってよい（すなわち、付着剥離性皮膜（ｄｅｂｏｎｄｉｎｇ  ｃｏａｔｉｎｇ）なしを含め、皮膜を有しない）。
【００１６】
本発明は、本明細書に添付する図面を参照することにより、さらにより良く理解されるであろう。
【００１７】
添付の図面は、単に本発明を例示することを意図しており、本発明の定義を限定するものとしてみなされるべきでないということが、特に強調される。図面は、全体図または相互関係図のいずれにおいても、必ずしも一定の比例関係に従って作成されたものでないということにも留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
一般に、本発明によるシム部材は、ある種の基本的に有用な特性を有する。
【００１９】
一個構成型またはさもなければ単一の構造体は、スタック中のすべての環状母材間でいくつかの個々のスペーサ部材を使用する場合に比べて、プロセスチャンバにスタックした環状母材を積み込む作業を大いに促進する。上述のように、図２を参照して上述した従来の配置は、それぞれの従来のスペーサ部材を手作業で配置することを必要とする。さらに、従来のスペーサ部材は通常アルミナなどの高度に脆い材料から作製されるので、各スペーサ部材は、破損を避けるため、そもそも長時間でありかつ煩雑な手作業プロセスの間、入念に注意して取り扱うように試みなければならない。スペーサ部材は、また、比較的小さくかつ極めて薄い（例えば、１''×４''×０．１''）ので、これもまた取り扱うことを困難とする。
【００２０】
本発明による一個構成型シム部材を使用した場合、従来の方法による個々のスペーサ部材を位置決めするいくつかの配置作業がシム部材を位置決めする単一の作業で置き換えられる。上述の従来の手法でプロセスチャンバに積み込みを行うための１〜２日に比べて、本発明による一個構成型シムの使用は、同じ基準に基づいて、積み込み時間を２〜４時間に縮めることができる。
【００２１】
加えて、本発明による一個構成型シム部材の構造は、図２に示されるような、個々のスペーサ部材の従来の使用に比べて、より大きな領域にわたってその上に積み重ねられる１個以上の環状母材の重量をより良好に支持することができる。特に、環状一個構成型シム部材の半径方向の幅は、環状母材のそれにほぼ等しいかまたはそれよりも僅かに狭くあることが好ましい。結果として、各環状母材の変形は、プロセスチャンバから除去された後、より少なくなる。これは、有用に変形されない表面を得るために、高密度化工程後では、より少ない是正機械処理しか必要とされないことを意味する。
【００２２】
上記したように、一個構成型シム部材は、好ましくは、環状母材とほぼ同じ半径方向の幅を有するか、または僅かにより狭い（例えば、その外径および／または内径に関して約５ｍｍ分）。一個構成型シム部材が環状母材よりも広い場合、露出部分は、高密度化ガスの分解からの残留蓄積物（例えば、熱分解炭素）がその上へ形成される傾向があるであろう。これは、シム部材の有効寿命を減少させるか、こうした蓄積物を除去するための追加の改修手順を伴うであろう。加えて、シム部材が環状母材の外側縁を超えて半径方向外側に延びる場合、それは、同時処理のためにプロセスチャンバにいくつかの環状母材スタックを位置決めする問題を引き起こすであろう（しばしば行われるように）。このことは、プロセスチャンバ内のスペースに由来して、生産効率にマイナスの影響を与え、より少ない数のスタックしか一緒に処理することができないであろう。
【００２３】
一般に、本発明による一個構成型シム部材は、その一つまたは両方の表面上に半径方向に延びた通路または他の態様を含み、よって、その総合的な効果として、一個構成型シム部材の半径方向内側をその半径方向外側と連通するガス流路を少なくとも部分的に規定する。一部の場合では、ガス流路はまた、一個構成型シム部材の構造と相まった環状母材の一つの対向表面により部分的に規定されるので、本明細書において、「部分的に」規定したガス流路という言及がなされている。一個構成型シムを用いるガス流路の断面積は、好ましくは、総合的な効果において、従来の技術配置において提供される断面積と比較できるものである。しかし、この考察は、個々の状況に従って変わり得る。
【００２４】
提供されるガス流路の集合的断面積は、例えば、各通路などのサイズを調整するか、またはより多くの数の通路などを提供することにより左右できるということが理解されるであろう。この点での決定的要因は、上に重なる環状母材（複数を含む）のための望ましい支持レベルを維持することである。
【００２５】
一般に、本発明による一個構成型シム部材は、約１１００℃まで、好ましくは（安全目的のため）約１２００℃〜１４００℃までの温度に耐えることができる材料から作製されるべきである。選択される材料は、上述の運転温度において母材との最低の反応性を有することが好ましい。
【００２６】
一個構成型シム部材に適切であると考えられる材料の例には、以下に限定するものでないが、例えばステンレス鋼、インコネル合金、チタン、モリブデン、タンタル、およびタングステンのような金属材料が挙げられる。
【００２７】
図３Ａは、本発明による環状シム部材６００のもう一つの例の平面図であり、図３Ｂは、その環状シム部材の一部拡大部分を含む対応の断面図である。
【００２８】
環状シム部材６００は、一般に、約２０％〜約８０％の空地（オープン領域）を有する有孔金属材料から形成される。その特定例において、環状シム部材６００は、金属メッシュ材料から形成される。
【００２９】
環状シム部材６００を形成するために用いられる金属材料は、上述のように、約１１００℃まで、好ましくは（安全係数を提供するため）約１２００℃〜１４００℃までの温度に耐えることができねばならない。ステンレス鋼、インコネル合金、チタン、モリブデン、タンタル、およびタングステンはすべて、適当な金属材料の好適な例である。
【００３０】
環状シム部材６００は、原料材料のシートから適切なサイズの環状形態を切り出すことにより形成することができる。あらゆる工業用切断法を使用でき、それらの方法は限定されるものでないが、コンピュータ制御によるレーザー切断を包含する。
【００３１】
図３Ａおよび図３Ｂは、環状シム部材６００を作製するためにメッシュ材料を使用する例を示す。図３Ｂの拡大部分に明確に認めることができるように、メッシュ材料は、特に捲縮織り込み法を含む公知の方法により製造された織物メッシュである。捲縮織り込みメッシュは、メッシュにおける少なくとも一つの方向にワイヤーを前付形する（すなわち、捲縮する）ことを指す。例えば、ワイヤー６０４に関連して図３Ｂに示される捲縮ワイヤー６０２を参照されたい。こうして、ワイヤー６０２におけるうねり（ｕｎｄｕｌａｔｉｏｎｓ）は、横断ワイヤー６０４に隣接する空地を提供する効果がある。これらの空地（環状シム部材６００を面で相互連通する）は、高密度化ガスがそれらの空地を介して環状シム部材６００の内側とその外側の間を通過することができる通路を集合的に提供する。
【００３２】
一般に、環状シム部材６００の厚さは、ワイヤー６０２または６０４の直径の約２倍である。一つの例において、環状シム部材６００の全体厚さは、１ｍｍ〜約６ｍｍ間である。
【００３３】
環状シム部材６００は、環状母材よりも有意に異なる熱膨張係数を有するので、それらの間の接着を無視でき、また、炭素環状シムの付着解離性皮膜を省略することができる。さらに、金属メッシュは、例えば、サンドブラストにより容易に且つ簡単に修復することができる。
【００３４】
高密度化が起こる温度に由来して、母材中においてある程度の金属汚染は発生可能である。しかし、信じられるように、通常の製造過程における表面機械加工など（例えば、高密度化が進行できるように母材の多孔性を再開するための中間機械加工）により失われる材料の量から見てこうした汚染の深さは無視可能である。結果として、存在し得るいかなる汚染物も、通常は、除去可能である。
【００３５】
以上、本発明をその最良の実施形態であると考えられるものに関して記載したが、以上の記載は、例示することだけを目的としたものであり、それらの適切な修正および変更が本明細書に添付される特許請求の範囲の精神および範囲内で可能であることを特に留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】スタックした環状母材を高密度化するためのプロセスチャンバを示す断面図である。
【図２】図１に示したスタックした環状母材の間隔を空けるための個々のスペーサ部材の配置を示す平面図である。
【図３Ａ】本発明による一個構成型シム部材の一例を示す平面図である。
【図３Ｂ】本発明による一個構成型シム部材の一例を示す断面図である。
【図１】
0004662922.tif 000002
【図２】
0004662922.tif 000003
【図３Ａ】
0004662922.tif 000004
【図３Ｂ】
0004662922.tif 000005