(57)【要約】エポキシ樹脂またはフェノール樹脂のような結合剤により摩擦材料が強化され、それに剛性が付与された、炭素繊維材料（好ましくは、炭素織布摩擦材料）。その摩擦材料は、その摩擦表面が実質的に結合剤を有さないように、勾配を付けた結合剤濃度を有する。繊維ガラス裏打ちのような強化基材もまた存在する。その摩擦表面における摩擦係数は、例えば、複数の繊維がその摩擦表面に対して垂直な方向に配向されるように、その表面を削り出すことによって、さらに増大され得る。
2006518413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素摩擦材料を製造する方法であって、該方法は、以下の工程：
炭素基材を提供する工程；
結合剤含有層を提供する工程；および
該炭素基材と該結合剤含有層とを一緒に積層して、該結合剤が炭素織物に浸透するようにする、工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記炭素基材は、織布である、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記炭素基材は不織布である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記結合剤は樹脂である、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記樹脂は、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂である、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記結合剤含有層を提供する工程は、前記結合剤を強化基材に成形する工程を包含する、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記強化基材は、繊維ガラス織物である、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、前記結合剤含有層を提供する工程は、リリースライナー上に結合剤フィルムを成形する工程を包含する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であって、前記積層する工程は、前記炭素基材と前記結合剤含有層とを減圧下で加熱する工程を包含する、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、前記加熱する工程は、１２０〜１７５℃の温度にすることである、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であって、前記積層する工程は、熱および圧力を前記炭素基材と前記結合剤含有層とに付与する工程を包含する、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記熱を付与する工程は、１２０〜１７５℃の温度にすることである、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記圧力は、１５ｐｓｉ〜１００ｐｓｉである、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記圧力は、３０ｐｓｉ〜５０ｐｓｉである、方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法であって、前記炭素基材は、摩擦表面と基部表面とを有し、該基部表面は、前記結合剤含有層に積層され、該方法は、該摩擦表面における摩擦係数を増大させる工程をさらに包含する、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、前記摩擦係数を増大させる工程は、前記摩擦表面を削り出す工程を包含する、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、前記削り出す工程は、前記摩擦表面から少なくとも５０μｍ除去する、方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、前記削り出す工程は、前記摩擦表面から５０μｍ〜２００μｍ除去する、方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の方法であって、前記削り出す工程は、前記摩擦表面から７５μｍ〜１２５μｍ除去する、方法。
【請求項２０】
摩擦材料であって、以下：
摩擦表面と基部表面とを有する炭素基材；
該炭素基材内に浸透した結合剤であって、ここで該結合剤の量は、基部表面から該摩擦表面に向かって減少している、結合剤、
を含む、摩擦材料。
【請求項２１】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記摩擦表面は、結合剤を実質的に含まない、摩擦材料。
【請求項２２】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記炭素基材は織布である、摩擦材料。
【請求項２３】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記炭素基材は不織布である、摩擦材料。
【請求項２４】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記結合剤は樹脂である、摩擦材料。
【請求項２５】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記樹脂は、エポキシまたはフェノール樹脂である、摩擦材料。
【請求項２６】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記基部表面に結合した強化基材をさらに含む、摩擦材料。
【請求項２７】
請求項２６に記載の摩擦材料であって、前記強化基材は繊維ガラス織物である、摩擦材料。
【請求項２８】
請求項２０に記載の摩擦材料であって、前記炭素織物は、前記摩擦表面に対して実質的に垂直な方向に配向された複数の繊維を該摩擦表面において含む、摩擦材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、炭素繊維摩擦材料に関する。より具体的には、本発明は、例えば、自動車の連続滑り点検（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｓｌｉｐ  ｓｅｒｖｉｃｅ）において使用される（例えば、トルク変換クラッチにおける）ような、湿潤摩擦適用に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連技術の説明）
湿潤摩擦適用において、少なくとも２つの連動部材（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｍｅｍｂｅｒ）は、互いに対向する表面で摩擦係合に移るかまたはその摩擦係合から出るように適合される。その連動部材のうちの少なくとも１つは、摩擦材料を含む。湿潤摩擦適用である場合、オイルまたは他の適切な冷却媒体が、摩擦材料と対向する表面の周りに、そしてその摩擦材料とその対向する表面との間に循環される。
【０００３】
代表的には、炭素摩擦材料は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスにより、熱分解炭素を布基材の繊維上にコーティングすることにより生成されてきた。そのＣＶＤプロセスは、その布基材を圧縮強化し（ｄｅｎｓｉｆｙ）、それにより、その材料に強度を付与する。しかし、熱分解炭素織物は、代表的には、その冷却流体の流れを妨げる。
【０００４】
米国特許第５，６６２，９９３号に開示された代替的アプローチは、炭素ベースの布基材をフェノール樹脂溶液に浸すことを包含する。過剰な樹脂溶液は、その炭素布中のストランド（そのストランドが意図的に不完全にしか塞がれていない）内に、その樹脂が完全に含まれるように、水気が切られる。その材料は、次いで、硬化されて、その炭素摩擦材料が提供される。
【０００５】
摩擦物質の望ましい特性としては、低コスト、高い耐摩耗性、高い耐熱性、高摩擦係数、時間を経ても、そして広い熱範囲および荷重範囲にわたっても一定である摩擦係数が挙げられる。静止摩擦係数および運動摩擦係数における最小の差異はまた、湿潤摩擦適用における減少した振動をもたらすことによって、有益であり得る。以前の材料は、これらの特性のいくつかまたは全てをある程度は有していたかもしれないが、改善された炭素摩擦材料の必要性は、未だ継続している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
炭素繊維摩擦材料は、基部表面から摩擦表面へと基材の厚みにわたって、結合剤の量が減少するように勾配を付けた結合剤濃度を有する炭素繊維基材を含む。これは、摩擦表面が実質的に結合剤を含まないようにし得る。その結合剤は、例えば、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂のような樹脂であってもよいし、その炭素基材は、炭素織布であっても炭素不織布であってもよい。一実施形態において、その織物は、強化基材（例えば、繊維ガラス織物）に接着される。
【０００７】
さらなる実施形態において、その摩擦表面の摩擦係数は、その摩擦表面に対して実質的に垂直な方向に配向される複数の繊維を摩擦表面において有することによって増大される。
【０００８】
別の実施形態において、炭素繊維摩擦材料を製造する方法は、以下の工程：
（ａ）炭素基材を提供する工程；
（ｂ）結合剤含有層を提供する工程；および
（ｃ）その炭素基材とその結合剤含有層とを一緒に積層して、その結合剤が、その炭素基材に浸透するようにする、工程、
を包含する。
【０００９】
その結合剤含有層は、強化織物（例えば、繊維ガラス織物）であり得る。このような場合、その結合剤含有層を提供する工程は、結合剤をその強化織物に成形する工程を包含する。その積層工程の後、炭素摩擦材料はキャリアとしての強化織物を提供される。あるいは、その結合剤は、リリースライナー（ｒｅｌｅａｓｅ  ｌｉｎｅｒ）上に成形されて、そのようなキャリア層がない炭素摩擦材料を提供し得る。
【００１０】
その積層工程は、例えば、減圧下で加熱することによって完了され得る。別の実施形態において、その積層工程は、圧力下で加熱することにより完了され得る。このような実施形態において、その加熱は、例えば、約１２０〜約１７５℃であり得る。
【００１１】
なお別の実施形態において、その方法は、その摩擦表面の摩擦係数を増大させる工程をさらに包含する。この増大させる工程は、その摩擦表面から、例えば、少なくとも５０μｍ（例えば、５０μｍ〜２００μｍの間、より具体的には、例えば、７０μｍ〜１２５μｍ）削り出すことによって達成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（発明の詳細な説明）
図１は、炭素繊維基材１０および結合剤含有層１５を、熱および圧力を付与することによって一緒に積層して、炭素摩擦材料２０を生成することによる、本発明の一実施形態を例示する。その結合剤は、摩擦表面２２と比較して、基部表面２４においてより高濃度の結合剤が存在するように、勾配を付けた様式で、その炭素基材に浸透する。さらに、摩擦表面２２において結合剤はほとんど存在しなくてもよいし、全く存在しなくてもよい。
【００１３】
炭素繊維基材１０は、炭素織布であってもよいし、炭素不織布であってもよい。織布は、実質的に規則的なパターンまたは並びで（例えば、織ること（ｗｅａｖｉｎｇ）、編むこと（ｋｎｉｔｔｉｎｇ）または編むこと（ｂｒａｉｄｉｎｇ）によって）配置される繊維から構成される織物である。織布は、織機（例えば、フライ織機（ｆｌｙ  ｗｅａｖｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ）もしくはレピア織機（ｒａｐｉｅｒ  ｌｏｏｍ））、または編み機（例えば、丸編み機または平たて編み機（ｆｌａｔｂｅｄ  ｋｎｉｔｔｉｎｇ  ｍａｃｈｉｎｅ））を使用して調製され得る。織布は、その繊維のうちのいくらかがニードルパンチングまたは水流交絡によって秩序が乱された、織られた材料を包含する。より複雑な構造もまた、糸を多層に織るかまたは編むことによって製造され得る。これらの多層化織物は、次いで、裁断装置（ｓｌｉｔｔｉｎｇ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）および剪断装置を使用して機械的に分離して、その「ｚ」方向（摩擦表面に対して垂直な方向）に平行な繊維端部を有する織物を形成し得、通常、プラッシュ仕上げ、スエード仕上げ、またはコーデュロイ仕上げを有すると言及される。
【００１４】
不織基材としては、フエルト、ウェブ（ｗｅｂ）、バット（ｂａｔｔ）、およびマット（例えば、短繊維ウェブ（ｓｔａｐｌｅ  ｆｉｂｅｒ  ｗｅｂ）、例えば、カード加工ウェブ（ｃａｒｄｅｄ  ｗｅｂ））、または他のウェブ形成技術によって生成される不織布（例えば、空気集積（ａｉｒ  ｌａｙｉｎｇ）、湿式集積（ｗｅｔ  ｌａｙｉｎｇ）、または空力式ウェブ形成もしくは水力式ウェブ形成による）が挙げられる。ニードルパンチングまたは水流交絡のような技術は、不織布基材中の繊維の交絡を増大させるために使用され得る。不織基材は、拡大して見ると、概して、多くの個々の、認識できる繊維から作製され、これらの繊維は、無作為に交絡して、ある程度の完全性をウェブに与える。完全性の程度は、少なくとも一部分は、その繊維の組成、テナシティー、繊維長、繊維の密度および交絡の程度に起因する。そのウェブの完全性は、繊維間接着を介してさらに増強され得、その繊維間接着は、熱、圧力、接着または前述の組み合わせの使用を介して達成され得る。
【００１５】
炭素繊維はまた、他の繊維（例えば、「ガラス」）、炭化ケイ素、軟質セラミクス／硬質セラミクス、アラミド、ホウ素、ポリテトラフルオロエチレン、または他の繊維もしくはコーティングされた繊維で紡績され得るかまたは混合され得る。
【００１６】
その炭素基材内に含浸される結合剤を使用して、炭素基材を強化し、それに対して剛性を付与する。その結合剤は、樹脂（例えば、エポキシまたはフェノール樹脂）であり得る。特に、勾配を付けた結合剤濃度は、その摩擦材料に都合の良い物理的特性を付与するために使用され得る。例えば、勾配を付けた結合剤濃度は、その基部表面でのより高い結合剤含有量を維持しながら、柔軟な（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）摩擦表面を可能にする。よって、摩擦特性を維持するために、その炭素基材の厚みにわたって均一な結合剤濃度を維持することは不要である。
【００１７】
結合剤含有層１５は、例えば、結合剤を含む強化織物裏打ち層であり得る。その積層プロセスに起因して、その強化織物からの結合剤は、勾配が付けられた様式でその炭素基材に浸透する。その強化織物に隣り合う摩擦材料の表面は、よって、基部表面２４であり、その基部表面における結合剤の量は比較的高く、その炭素繊維の厚みを経て減少する。その強化織物裏打ちは、構造的完全性を付加し、この裏打ち層は、例えば、樹脂でコーティングされた繊維ガラス織物であり得る。代替的実施形態において、結合剤含有層１５は、例えば、リリースライナー上の成形樹脂フィルムであり得る。このような実施形態において、その摩擦材料は、強化裏打ちなしで製造される。
【００１８】
その積層工程は、当業者に公知の従来技術で行われ得る。例えば、結合剤含有層１５および炭素基材１０は、硬化されるまで、減圧下で約１２０℃〜約１７５℃の温度に、代表的には、約３０分間加熱され得る。一旦硬化されると、その積層体は、次いで、減圧から取り出されて、摩擦材料が得られ得る。あるいは、硬化するまで、１５〜１００ｐｓｉの圧力下で約１２０℃〜約１７５℃の温度にホットプレスすると、同様に、摩擦材料２０が生じ得る。より具体的には、積層工程において使用される圧力は、３０〜５０ｐｓｉであり得る。連続処理装置が使用され得、ここで供給速度、付与される圧力および温度は、容易に制御され得る。この型の装置は、当該分野で周知であり、高い容積のための効率的な製造プロセスであるようである。
【００１９】
その積層プロセスは、上記のように、その樹脂濃度をその摩擦材料２０中の炭素基材の厚みにわたって、連続的に減少させるようである。にもかかわらず、その樹脂含有量が調和して、または、そうでなければ不連続で減少する実施形態もまた、本発明の範囲内であることが理解される。
【００２０】
炭素基材１０は、炭素基材１０のために単層材料のみが使用される場合に観察され得る傾向がある、摩擦材料２０の改善された特性を介して多層で形成され得る。炭素基材は、Ｂａｌｌａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｌｏｗｅｌｌ，Ｍａｓｓ．からＡＶＣＡＲＢＴＭ炭素織物（酸化ポリアクリロニトリル繊維糸から織られている）として入手可能である。同様に、その繊維ガラス織物は、複数層の繊維ガラスプレペグで形成され得る。その繊維ガラスは、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂を含有する「Ｅ」ガラス、ｓｔｙｌｅ  ７７８１（ＦｉｂｅｒＣｏｔｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ，Ｗａｔｅｒｂｕｒｙ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔから入手可能）であり得る。適切なフェノール樹脂は、Ａｓｈｌａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，Ｏｈｉｏから入手可能である。
【００２１】
その摩擦材料の表面処理は、摩擦係数を増大させ、それにより、その材料の摩擦特性をさらに改善するために行われ得る。その表面処理は、例えば、その表面から少なくとも５０μｍの材料を削り出すことを包含し得る。例えば、５０μｍ〜２００μｍの間、より具体的には、７５μｍ〜１２５μｍの間の材料が、このような表面処理において除去されるべきである。
【００２２】
表面を削り出す工程によって、その繊維は、もはや、その炭素基材を構成している糸内に閉じこめられていない。代わりに、複数の繊維が、摩擦表面に対して垂直なｚ方向に配向し、それにより、その摩擦係数を増大させる。
【００２３】
その削りだし工程は、例えば、ダイヤモンドで覆われた砥石車を備える表面研削装置で行われ得る。機械加工するための別の技術は、Ｃｕｒｔｉｎ−Ｈｅｂｅｒｔ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．（Ｇｌｏｖｅｒｓｖｉｌｌｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）によって供給されるような微小研削盤を使用することである。
【実施例】
【００２４】
アルミニウムあて板の上に、エポキシ樹脂（コネチカットのＦｉｂｅｒｃｏｔｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）を含浸させた、３層の７７８１繊維ガラス織布、次いで、１層の炭素織布ＣＰＷ−００６（マサチューセッツのBａｌｌａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ）を置いた。真空バッグ材料を、次いで、織物の層を覆うために使用し、真空シールテープを使用してそのあて板に対してシールした。次いで、真空バッグ中にバルブを挿入して、硬化プロセスの間に真空を付与した。そのあて板を、次いで、オーブン中に入れ、２８インチ〜３０インチＨｇ（７１０〜７６０ｍｍＨｇ）の真空をそのアセンブリ付与した。真空を確立した後、そのアセンブリを、３〜５°Ｆ／分（２〜３℃／分）の割合で、１８０°Ｆ（８０℃）の温度に加熱した。３０分後、そのアセンブリを、次いで、同じ割合で３２５°Ｆ（１６０℃）に加熱した。３２５°Ｆでさらに３０分後、そのアセンブリを、減圧下で一晩室温に冷却した。その複合材料を、次いで、あて板から外した。その複合材の一方の面を、次いで、Ｎｏｔｒｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙによって供給される３２０グリット樹脂接着ダイヤモンドホイールを備えるＣｌａｕｓｉｎｇ  Ｊａｋｏｂｓｅｎ  Ｇｒｉｎｄｅｒ  ｍｏｄｅｌ  ６１８（５インチ／分（１３ｃｍ／分）の供給速度で３４００ｒｐｍにて操作される）を使用して処理した。次いで、０．００３インチ（７５μｍ）の材料を、１回の通過あたり０．０００１インチ（２．５μｍ）の割合でその複合材の上部表面から除去して、図２および３に示される摩擦材料を得た。
【００２５】
織布（例えば、図２および３に示される平編みのデザイン）は、縦糸方向および横糸方向の両方において、糸の束内の個々の繊維の良好な一致を示す。長さ：直径比が小さい繊維は、より高い接触剛性および繊維密度容積を与える。
【００２６】
前述から、本発明の特定の実施形態が例示目的で本明細書中に記載されてきたものの、種々の改変が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲による以外は、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、炭素摩擦材料を作製する方法を図示する。
【図２】図２は、炭素摩擦材料の走査型電子顕微鏡画像である。
【図３】図３は、炭素摩擦材料の走査型電子顕微鏡画像である。
【図１】
2006518413.tif 000003
【図２】
2006518413.tif 000004
【図３】
2006518413.tif 000005
【国際調査報告】
2006518413.tif 000006
2006518413.tif 000007
2006518413.tif 000008