(57)【要約】本発明は、負荷に適合した少なくとも１つの強化繊維層を有する少なくとも１つのＴＦＰプリホーム（６０、６２）を有する構造を使用した、特にブレーキ又はクラッチディスクの形の摩擦繊維複合部材において、気相から材料を析出して構造を安定化し及び／又は構造にモノマー及び／又はポリマーを加えて硬化し、熱分解した繊維複合部材に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に適合した少なくとも１つの強化繊維層を有する少なくとも１つのＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）を有する構造を使用した、特にブレーキ又はクラッチディスクの形の摩擦繊維複合部材において、気相から材料を析出して該構造を安定化し、及び／又は該構造にモノマー及び／又はポリマーを加えて硬化し、熱分解した繊維複合部材。
【請求項２】
ＣＶＩ（化学蒸浸）析出により、例えばＣ、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ及び／又はＳｉで該構造を安定化したことを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項３】
該構造を熱分解の後にケイ素化したことを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項４】
少なくとも１つのＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が、繊維体積及び／又は積層密度及び／又は繊維長及び／又は繊維配列方向が相異なる区域又は層からなることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項５】
該構造が、おおむね同様に構成された少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項６】
該構造が、場合によっては中子を備えた凹陥部及び／又は溝を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項７】
繊維複合部材が、少なくとも１個のＴＦＰプリホーム（６０、６２）とウエブ及び／又は織物及び／又は短繊維及び／又はフェルト及び／又は不織布（７２、７４）の複合体からなることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項８】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が短繊維からなる層を外側に備えていることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項９】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が相異なる本数のロービングを有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１０】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）がロービングストランド又はスライバーの形の強化繊維を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１１】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が天然、ガラス、アラミド、カーボン及び／又はセラミック繊維の形の強化繊維を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１２】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８、７６）が配列された強化繊維の複数の層（３８、４０、４２，４４、５０、５２、５６、８０、８２、８４、８６）からなり、順次続く層の強化繊維の配列方向が相異なることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１３】
１つの層（３８、４２、５０、５６）の強化繊維が半径方向に通っていることを特徴とする請求項１２に記載の繊維複合部材。
【請求項１４】
１つの層（４０、４４）の強化繊維が円環形に通っていることを特徴とする請求項１２に記載の繊維複合部材。
【請求項１５】
１つの層（５２、５４）の強化繊維がインボリュート形に通っていることを特徴とする請求項１２に記載の繊維複合部材。
【請求項１６】
１つの層の強化繊維（１６）が中心開口部からこの層へ接線方向に通っていることを特徴とする請求項１２に記載の繊維複合部材。
【請求項１７】
円板状のＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）の場合、熱分解したプリホームの半径方向寸法がプリホームの半径方向寸法にほぼ相当することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１８】
強化繊維がポリマー繊維及び／又はカーボン繊維で縫合されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項１９】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）の強化繊維がカーボンベース、アラミド及び／又はセラミック繊維ベースの基層（４６、５８）及び／又は不織布の上に縫着されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項２０】
クラッチディスクの構造がおおむね同じ構成の少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（３６、４８）からなることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項２１】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）が複数の層（５０、５２、５４、８０、８２、８４、８６）からなり、各層の繊維配置方向がＴＦＰプリホームの中心対称面に対しておおむね対称に配列されていることを特徴とする請求項１又は１２に記載の繊維複合部材。
【請求項２２】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８）が少なくとも２つの層（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）又はプライからなり、層又はプライ（３８、４２）の１つが半径方向に配列された強化繊維、残りの層又はプライ（４０、４４）が環状に配列された強化繊維で構成されることを特徴とする請求項１又は２１に記載の繊維複合部材。
【請求項２３】
ＴＦＰプリホームの重なり合って配置された層又はプライ（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）がそれぞれ基層（４６、５８）と縫合されていることを特徴とする請求項１又は１９に記載の繊維複合部材。
【請求項２４】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）の外面又は外層（５０、５６、８４、８６）がおおむね同じ配置方向の繊維を有することを特徴とする請求項１又は１２に記載の繊維複合部材。
【請求項２５】
ブレーキディスクの構造が少なくとも２個の互いに間隔を置いたＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）からなり、これらのＴＦＰプリホームが強化繊維からなる間隔材（３０、３２、３４、４４、４６）によって結合されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項２６】
ＴＦＰプリホーム（６２）が力の伝達点の区域に強化繊維からなる肥厚部（６８）を有することを特徴とする請求項１に記載の繊維複合部材。
【請求項２７】
肥厚部（６８）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項２６に記載の繊維複合部材。
【請求項２８】
間隔材（６４、６６）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項２５に記載の繊維複合部材。
【請求項２９】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が自由な外面に不織布層（７２、７４）を有することを特徴とする請求項１又は２６に記載の繊維複合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にブレーキ又はクラッチディスクの形の摩擦繊維複合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
格子状の繊維複合部材がドイツ特許公開第１９９５７９０６号に見られる。公知の繊維複合部材は、交差点と隣接部分が同じ又はおおむね同じ材料厚さ又は同じ又はおおむね同じ繊維体積含有量を有する格子板である。これによって格子板が全面にわたって同じ厚さを有するという利点が生じる。
【０００３】
小冊子、ドイツ刊行物：「繊維複合部材のための負荷適合型プリホーム」（Beanspruchungsgerechte Preform fuer Faserverbund Bauteile）、社団法人ドレスデン重合体研究所（Institut fuer Polymerforschung Dresden e.V.）発行、１９９８年3月号により、ＴＦＰ技術（Tailored Fiber Placement  technology）で製造される繊維複合部材用の負荷適合型プリホームが提案される。この技術によって繊維半成品又はシートの上に強化繊維を多種多様なパターンで配置することができる。何回も重ね縫いすることによって様々な材料厚さが可能である。その場合、深絞り可能及び／又は三次元強化プリホームが製造され、浸透と硬化によりＣＦＫ（カーボン繊維強化プラスチック）部材を得るために、このプリホームがプラスチック基質の中に埋め込まれる。
【０００４】
ドイツ特許公開第１９９３２２７４号で繊維複合材料及びその製造方法が説明される。その場合、繊維複合材料は熱硬化プラスチック基質と強化繊維を含み、熱硬化プラスチック基質に対して内側の層の強化繊維は高い付着力を有し、外側の層の強化繊維は付着力がない。この処置によってＣＦＫ繊維複合材料の外側区域は内側区域より高い負荷を吸収することが可能になる。
【０００５】
ドイツ特許公開第１０００５２０２号によれば、繊維・プラスチック複合材料を連続的かつ部材又はプロセス向きに製造するために、繊維束を１つの積層単位に配列し、任意の向きの縫い目で固定することが提案される。
【０００６】
製織又は縫製によりプリホームを製造することが文献、米国刊行物：D.Broslus, S.Clarke  著作：「低コスト構造部材のための繊維プリホーム作製技術」（Textile Pref-orming Techniques for Low Cost Structural Composites）（Advanced Com-posite Matrials New Developments and Applicated Conference Proceedings、米国ミシガン州デトロイト、１９９１年９月３０日−１０月３日、所載）により周知である。その場合プリホームは異方性を有することができる。
【０００７】
ＣＦＫ部材を製造するために、強化繊維が直線方向、半径方向又はその他の方向に通った織物、不織布又はシートからなる基礎材料を有する負荷適合型強化構成物がドイツ特許公開第１９７１６６６６号により周知である。  
【０００８】
自動車のフロアアセンブリのためのＣＦＫ繊維複合部材がドイツ特許公開第１９６０８１２７号により周知である。
【０００９】
米国特許第５，８７１，６０４号明細書に開示の宇宙飛行又は飛行機製造用の繊維強化複合材料は、基質中の短繊維と強化材料としての長繊維を有する。
【００１０】
内層と種々の外層を有するＣ／Ｃ複合体の製造方法が欧州特許第０８０６２８５号に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、特にブレーキ又はクラッチディスクの形の摩擦繊維複合部材を、僅かな製造費で高い負荷に耐えるように改良することを目的とする。また僅かな裁断屑で製造することができる摩擦繊維複合部材を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
本発明に基づき上記の課題は、負荷適合型繊維層を有する少なくとも１つのＴＦＰプリホームを備えた少なくとも１つの構造を使用した、特にブレーキ又はクラッチディスクの形の摩擦繊維複合部材において、気相から材料を析出して構造を安定化し、及び／又は構造にモノマー及び／又はポリマーを加えて硬化し、かつ熱分解し、特にＴＦＰプリホームの各区域が繊維体積及び／又は積層密度及び／又は繊維長及び／又は繊維配列方向を互いに異にすることによって解決される。  
【００１３】
少なくとも１つのモノマー及び／又はポリマーからなる基質(マトリックス）を使用し、続いて硬化及び熱分解する代わりに、例えばＣＶＤ（化学蒸着）及び／又はＣＶＩ（化学蒸浸）により気相から材料、例えば炭素を析出することによって構造の安定化を行うこともできる。またＳｉＣ又はＢ４Ｃ又はＳｉの析出も考えられる。例えばＣＶＩと続いてモノマー及び／又はポリマーの浸透、続いて硬化及び熱分解により予備安定化することも可能である。
【００１４】
本発明に基づき摩擦繊維複合部材の形の繊維強化カーボン又はセラミック体、例えばＣ／Ｃ、Ｃ／ＳｉＣ又はＣＭＣ（セラミック基質複合材）が提供される。
【００１５】
特に繊維複合部材は少なくとも１つのプリホームとウエブ及び／又は織物及び／又は短繊維及び／又はフェルト及び／又は不織布の複合体からなることができる。これらは炭素からなり又は炭素に転化可能であり又はカーボン又はセラミック繊維からなる。
【００１６】
外側のプライ又は層を加工することによって、外側のプライ又は層が層又はプライの平面に同じ繊維配置方向を有する繊維複合部材を提供することが可能である。
【００１７】
必要に応じて摩擦力を吸収することができるように、外側区域に短繊維を配置して繊維複合部材を構成することが提案される。短繊維とは、特に平均長さが１ｍｍないし２０ｍｍの繊維である。短繊維は、例えばバラの材料又は繊維シートの形でＴＦＰプリホームの上に被着することができる。バラの材料の場合は、短繊維をＴＦＰプリホームのくぼみに被着し、プレスし、硬化する。
【００１８】
本発明の更なる改良として、ＴＦＰプリホームは一体に形成された開口部又は溝を備え、これらの開口部又は溝は圧縮時に消失型又は非消失型中子で安定化され又は所望の形に保たれる。適当に形成された溝は冷却溝として利用することができる。
【００１９】
また繊維複合部材は互いに縫合された複数個の一体のプリホームからなることができる。
【００２０】
三次元強化を得るために、強化繊維、例えばカーボン繊維をプリホームに縫着することができる。その場合、強化繊維の割合は全繊維の１％ないし４０％、特に全繊維の５％ないし２０％の範囲内である。
【００２１】
繊維複合部材を単数個又は複数個のプリホームで製造し、及び／又は相異なる本数のロービング(粗撚り糸）を使用することも可能である。異なる長さ及び／又は面積のロービングを利用することもできる。
【００２２】
特に本発明は、構造がとりわけ同様に又はおおむね同様に構成された少なくとも２個のＴＦＰプリホームを有することを特徴とする。また構造が場合によっては中子を備えた凹陥部及び／又は溝を有し、一方、これらの凹陥部又は溝は同じくＴＦＰプリホームとして形成された側面材によって画定され、強化繊維がとりわけ交差して、とりわけ±４５°の角で交差して配列されている。
【００２３】
単数又は複数の重なり合って配置された層からなるＴＦＰプリホームの強化繊維は、特に円板形の場合は、熱分解したプリホームの半径方向寸法がプリホームの半径方向寸法に相当し又はほぼ相当するように配列する。
【００２４】
一方、個々の層又はプライの強化繊維は基層に縫着されている。基層はカーボンベース、アラミド及び／又はセラミック繊維ベース及び／又はポリマー繊維ベースで構成することができる。
【００２５】
クラッチディスクのように少数の摩擦体の場合は、原則として十分な厚さの単一のＴＦＰプリホームを使用するように努めるが、構造が２個以上のＴＦＰプリホームからなり、これらのＴＦＰプリホームが同じ又はおおむね同じ構造を持つようにすることも可能である。
【００２６】
ＴＦＰプリホームが２個以上のプライ又は層を有する場合は、完成部材のそりやゆがみをなくすために、特に中心対称に関してＴＦＰプリホームの鏡映対称構造が生じるように、層の数と構造を選択しなければならない。
【００２７】
複数個のプライ又は層を使用する場合は、少なくともその内の幾つかが層又はプライの平面で相異なる繊維配置方向を有するものとする。例えば、中心対称面に隣接する内側の層では繊維を半径方向に配列することができ、これに対して隣接の層は、例えば円環状に配列された繊維を有する。インボリュート形の配列又は接線方向の配列も考えられる。その場合、接線方向の配列は、繊維が中央の内側開口部から接線方向に出ている配列である。
【００２８】
ブレーキディスクの構造では、互いに間隔を置いた少なくとも２個のＴＦＰプリホームを強化繊維からなる間隔材で結合した構成になっている。
【００２９】
特にＴＦＰプリホームは力の伝達が、例えばねじ、ボルト又は歯によって行われる区域に、強化繊維を含む肥厚部を有するように構成されている。肥厚部では強化繊維を例えば交叉配列することができる。
【００３０】
これとは別に、本発明の更なる改良として、特にブレーキディスク用のＴＦＰプリホームは自由な外面に不織布層を有するものが提案される。
【００３１】
本発明のその他の細部、利点及び特徴は特許請求の範囲及び特許請求の範囲に見られる特徴−単独で及び／又は組合せとして−だけでなく、図面に見られる実施例の下記の説明からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１に本発明の単なる一実施例として、ブレーキ又はクラッチディスクの形の繊維複合部材を製造するためのプリホームを示す。ここにおいて、以下に詳述するプリホームを型に入れ、圧力下で同時に熱処理して硬化し、次に、例えば５００℃ないし１４５０℃、特に９００℃ないし１２００℃の範囲の温度で炭化し、場合によっては更に５００℃ないし３０００℃、特に１８００℃ないし２５００℃の範囲の温度で黒鉛化する。
【００３３】
これとは別に、構造を熱分解の後に−場合によっては一次加工の後に−ケイ素化し、特に約１４５０℃ないし約１８５０℃の範囲の温度で毛管処理を行う。
【００３４】
型に入れる前又は後にプリホーム自体をモノマー又は特にポリマー、例えば樹脂で含浸することができる。モノマー又はポリマーの代わりに又はそれを補って、熱塑性ポリマー繊維を基質の形成のために利用することもできる。
【００３５】
プリホーム自体はＴＦＰ技術（Tailored-Fiber-Placement technology）によって製造される。そのために繊維が基材、例えば繊維半成品又はシート、の上に縫着され、その場合、縫着される繊維は所望に応じて強化繊維からなり又はこれを含む。 強化繊維として、単なる一例として幾つか挙げれば、天然、ガラス、アラミド、カーボン又はセラミック繊維のロービングストランド又はスライバーが使用される。
【００３６】
単数個又は複数個のプリホームで作られた繊維複合体が負荷に適合した位相方位を有するために、プリホームに縫着される繊維又は繊維束は所望の配置方向をとることができる。
【００３７】
基材−基層ともいう−は特にカーボンベースであるが、アラミド及び／又はセラミック繊維及び／又はプラスチック繊維からなることもできる。
【００３８】
適当な基層の上に強化繊維の複数の層又はプライを被着する場合は、原則としてこれらの層をそれぞれ基層と縫合する。縫糸としてポリマー糸又はカーボン糸が考えられる。ＴＦＰプリホーム又はこれで作られた部材に部材厚さ方向に所望の熱伝導度を持たせる場合は、カーボン糸を選択することが好ましい。
【００３９】
基層について付言すれば、プリホームのその後の加工の際に基層を個々の層又はプライと縫合したままにしておくことができる。しかし基層をその後の加工の前に取り除くことも可能である。
【００４０】
このようにして図１のＴＦＰプリホーム１０では強化繊維が半径方向（繊維１２）、インボリュート状（繊維１４）又は接線方向（繊維１６）に通っており、ＴＦＰプリホーム１０の基本構造は、うず巻又は円形状に通る繊維１８によって形成される。ＴＦＰプリホーム１０の繊維の体積含有量又は積層密度を希望に応じて変え、それによってＴＦＰプリホーム１０の所望の負荷適合構造を保証するために、インボリュート状に通った繊維が交叉することも可能である（区域２０）。
【００４１】
半径方向に通る繊維１２によって遠心力を、接線方向に通る繊維１６によって摩擦力を吸収することができる。インボリュート状に通る繊維１４、２０は遠心力にも摩擦力にも合わせて整列されている。
【００４２】
ＴＦＰプリホーム１０は中心部に補助補強を設けて構成することができる。補助補強は高い繊維密度又は高い繊維体積含有量によって形成することができる。補助間隔材構造（区域２４）を形成することもできる。
【００４３】
所望の構造を有する区域２２、２４は適当な縫製技術でＴＦＰプリホーム１０の基材又は現存する繊維と縫合される。
【００４４】
図２では２枚のＴＦＰプリホーム２６、２８が所望の幾何学的形状の間隔材３０、３２、３４によって互いに結合されている。ここにおいて、負荷特異的な性質を得るために、前述の説明に従ってＴＦＰプリホーム２６、２８の繊維体積、積層密度及び／又は使用する繊維の長さを区域的に変えることができる。  
【００４５】
間隔材３０、３２、３４自体も同じくプリホームである。このプリホームは必ずというわけでないが、ＴＦＰ技術で製造することが好ましい。
【００４６】
図３ないし６に基づいて本発明のその他の強調すべき特徴を説明することにする。クラッチ及び／又はブレーキディスクのような摩擦部材の製造のための強調すべき発明的処置も明らかになる。
【００４７】
図３には複数の層又はプライ３８、４０、４２、４４からなるプリホーム３６が示されている。ここにおいて、第１の層３８は周知のように基層４６の上に被着され、例えば縫着されている。この層はその後の加工の際に利用するか又は除去することができる。基層は、例えば織物、不織布等である。基層４６の上に配置された第１のプライ又は層３８は半径方向の繊維配列を有する。第２の層又はプライ３０は円形の繊維配列を有する。第３のプライ３２は半径方向繊維配列、第４のプライ４４は円形繊維配列からなる。その場合、半径方向の繊維配置方向でも層又はプライ３８及び４２の全円環面にわたってバランスのとれた均一な分布が生じるように、カーボン繊維の積層が選択された。
【００４８】
プリホーム３６の寸法は外径約１４５ｍｍ、内径（穴）約６０ｍｍである。厚さは約２．８ｍｍである。
【００４９】
適当に構成されたプリホーム３６、即ち３枚の適当なＴＦＰプリホーム３６を真空処理によりフェノール樹脂系で含浸する。続いて、例えば１４バールの圧力と約１３０℃の温度で加熱プレスすることにより、３枚のプリホーム３６を１個の基体に圧縮した。約１２００℃の熱分解処理で硬化樹脂が炭素に変換される。
【００５０】
こうして生じたＣ／Ｃ体は有孔率約２４％で約１．３８ｇ／ｃｍ３の密度を有する。熱分解の際に部材は厚さ方向に基体寸法６．９ｍｍから６．１５ｍｍの寸法に収縮する。繊維配列に基づき内径及び外径の寸法は維持される。
【００５１】
最後のケイ素化の前に、Ｃ／Ｃ体を１４７ｍｍ×６４ｍｍ×５．２ｍｍの寸法に予備加工する。この場合ディスクの両面で円形の繊維配置方向が効果を発揮するように、その後の摩擦面の所定の加工を考慮しなければならない。
【００５２】
Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材料に変換する時のケイ素吸収量は７５重量％である。材料は
ここで開孔率２．５％で２．０３ｇ／ｃｍ３の密度を有する。
【００５３】
最後の加工段階として最終加工と固定穴の穿設が行われる。特殊な繊維配置方向により在来の機械的検査は不適当であるから、遠心試験を行った。
【００５４】
内径側の４個の取付け穴で遊びのない不動の取付けで２６，７００ / ｍｉｎ
の破裂回転数に到達した。破壊は取付け穴で起こった。
【００５５】
同じ寸法の織物ベースのディスクの比較試験は１９，５００ /ｍｉｎ  の破裂回転数を示す。実施したＦＥ（有限要素）分析も著しくバランスのとれた応力分布と負荷時変形を示す。
【００５６】
得られる利点は高い荷重容量とともに、製造時の裁断屑が著しく少ないことである。製造時の形状安定性はニアネットシェイプの製造を可能にする。また摩擦特性のために摩擦区域の繊維配置方向を変えることが可能である。
【００５７】
こうして製造されたクラッチディスクは３個のプリホームからなり、図３に見られるプリホームの各々が適宜に構成され、１４５ｍｍ×６０ｍｍ×２．８ｍｍの最終寸法を有する。ここにおいて、ブランクを形成するために、最終加工の後に外層が円形の繊維配置方向を持つようにプリホームを重ね合わせる。
【００５８】
図４ないし６に基づき、およそ外径３１０ｍｍ、内径１４０ｍｍ、高さ２８ｍｍの最終寸法を有する内部通気式ブレーキディスクについて本発明を更に説明する。
【００５９】
ブレーキディスクの基礎部材又は補強として、やはりＴＦＰプリホームが使用される。その内の１つを図４に示し、参照符号５８を付した。完成ブレーキディスクで摩擦リングをなすプリホーム５８は、ＴＦＰ技術で互いに結合され、例えば縫合された個別プライ又は層５０、５２、５４、５６からなる。最下層５０は、その後の加工段階で存続が可能な基層５８から出ている。しかし、このことは必要不可欠というわけでない。むしろ基層５８をあらかじめ除去することもできる。
【００６０】
層５０、５２、５４及び５６は強化繊維の配列方向に関して、外側の層５０、５６が半径方向に通る強化繊維、内側の層５２、５４がインボリュート状に通る強化繊維を含み又はこれで構成されるように設計されている。
【００６１】
ブレーキディスクは、プリホームで作られ間隔材によって隔てられた２個の摩擦リングを有する。摩擦リングはプリホーム５８と同様の基本構造を有する。
【００６２】
図５及び６では内部通気式ブレーキディスクの製造のために、外側のプリホーム６０が間隔材６４、６６を介して内側のプリホーム６２と結合され、特に縫合されている。その場合各プリホーム６０、６２の構造は前述のようにプリホーム５８の構造に相当する。但し下側のプリホーム６２、即ちブレーキディスクの下側摩擦層をなすプリホームは内側に延びる肥厚部６８を有し、肥厚部では繊維が約４５°の角で互いに交叉して配列されるという条件付きである。各間隔材６４、６６は肥厚部６８からなるこの内側周縁区域に、下側プリホーム６２の上に確実拘束的に取付けるための適当な切欠部７０を有する。
【００６３】
間隔材６４、６６もまた−図５の断面図が示唆するように−交叉繊維構造からなり、繊維は約４５°の角で交叉する。その場合、間隔材６４、６６はプリホームとして事前の繊維体積が４８％になるまで縫合されている。また図５及び６で分かるように、プリホーム６０、６２の外面に層、例えば不織布層７２、７４が配置されている。全体、即ちプリホーム６０、６２、間隔材６４、６６及び不織布層７２、７４は、１つの全体構造に縫合され、その後のブレーキディスクを形成する。
【００６４】
こうして形成された全体構造を次に樹脂浴でフェノール樹脂により含浸する。続いて充填剤の多いポリマーをベースとする消失型中子を間隔材−本例では１２個−の間に締付け装置によって挿入し、締付けベルトで固定する。適当に準備した複合体を続いて圧力約４バール、温度約１２０℃で加熱プレスする。後続の約２５０℃の熱処理の際に中子が除去される。続いて約１０００℃で熱分解を行い、その際あらかじめ冷却溝を再使用可能な黒鉛中子で安定化する。
【００６５】
カーボンモノフィラメントと炭素含有充填材からなる不織布７２、７４は、含浸の前又は後にＴＦＰプリホーム６０、６２の外面に被着し得ることに触れておかねばならない。
【００６６】
熱分解の後に０．５ないし１ｍｍの分増しの一次加工と、プリホーム６２及び不織布７４からなる下側摩擦ディスクの固定区域の正面削りを行う。
【００６７】
熱分解した構造のケイ素化は温度約１５００℃で、毛管法で行う。
【００６８】
こうして製造したブレーキディスクはケイ素化の際に５０重量％のケイ素を吸収する。ブレーキディスクの密度は約１．９６ｇ／ｃｍ３であり、約４．５％の開孔率を有する。
【００６９】
中心対称面７８に関して同様に構成されていることを説明するために、図７にＴＦＰプリホーム７６の横断面図を示す。中心対称面７８の両側にプライ又は層８０、８２が隣接する。これらの層はその繊維に関して同じ配置方向を有する。隣接する外側の層又はプライ８４、８６はプライ８０、８２と配置方向が異なるが、外側の層自体は符号Ｂで明らかなように同じ層配置方向を有する。
【００７０】
層８０、８２では繊維を半径方向に配向することができる。外側の層８４、８６では円形、インボリュート形又は接線方向の配列を設けることができる。
【００７１】
この点に関する処置又は中心対称面７８に関する対称性によって、完成部材にゆがみやねじれがないことが保証される。    
【００７２】
所望の同じ繊維配置方向が現れるまで外層を加工することによっても、対称を得ることができる。  
【００７３】
摩擦部材としてブレーキ及びクラッチディスクだけでなく、幾つかのその他の例だけ挙げれば、摩擦ライニング、スリップライニング、パッキンリング、スリップリング、スリップカラー、スライダ、すべり軸受、玉及びころ軸受も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】クラッチディスク用のプリホームの概要図を示す。
【図２】プリホームで作られたブレーキディスク用３次元構造を示す。
【図３】クラッチディスク用プリホームの概要図を示す。
【図４】ブレーキディスク用プリホームの概要図を示す。
【図５】複数個のプリホームで構成されたブレーキディスク用の構造の断面図を示す。
【図６】図５の構造のＡの方向に沿って見た図を示す。
【図７】複数の層又はプライからなるＴＦＰプリホームの基本構造図を示す。
【図１】
2006501409.tif 000003
【図２】
2006501409.tif 000004
【図３】
2006501409.tif 000005
【図４】
2006501409.tif 000006
【図５】
2006501409.tif 000007
【図６】
2006501409.tif 000008
【図７】
2006501409.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月13日(2004.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明に基づき摩擦繊維複合部材の形の繊維強化カーボン又はセラミック体、例えばＣ／Ｃ、Ｃ／ＳｉＣ又はＣＭＣ（セラミック基質複合材）が提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
特に繊維複合部材は少なくとも１つのプリホームとウエブ及び／又は織物及び／又は短繊維及び／又はフェルト及び／又は不織布の複合体からなることができる。これらは炭素からなり又は炭素に転化可能であり又はカーボン又はセラミック繊維からなる。


【手続補正書】
【提出日】平成16年8月11日(2004.8.11)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、請求項１ないし２９の上位概念部分に記載の摩擦繊維複合部材の製造方法及び摩擦繊維複合部材に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
小冊子、ドイツ刊行物：「繊維複合部材のための負荷適合型プリホーム」（Beanspruchungsgerechte Preform fuer Faserverbund Bauteile）、社団法人ドレスデン重合体研究所（Institut fuer Polymerforschung Dresden e.V.）発行、１９９８年3月号により、ＴＦＰ技術（Tailored Fiber Placement  technology）で製造される繊維複合部材用の負荷適合型プリホームが提案される。この技術によって繊維半成品又はシートの上に強化繊維を多種多様なパターンで配置することができる。何回も重ね縫いすることによって様々な材料厚さが可能である。その場合、深絞り可能及び／又は三次元強化プリホームが製造され、浸透と硬化によりＣＦＫ（カーボン繊維強化プラスチック）部材を得るため、このプリホームがプラスチック基質の中に埋め込まれる。（更に、以下の米刊行物参照、複合材：パートＡ３１（２０００）５７１−５８１，ピー・マッテイー（Ｐ．Ｍａｔｔｈｅｉｙ）等による著作「ＴＦＰ技術により作成され三次元強化縫製カーボン／エポキシ層(3D reinforced stiched carbon/epoxy laminates made by tailored fiber placement)）
フランス特許公開第２７５４０３１号、欧州特許公開第０７４８７８１号及び米国特許第６０４２９３５号明細書には、摩擦繊維複合部材が開示され、これらは針又は接着剤により相互に結合された複数の層又はプライを備え、これらの層又はプライは異なる物理的性質を有しうる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、高い製造技術による多大な費用を必要とすることなくブレーキやクラッチディスクなど分野へ好適に採用でき、これらブレーキやクラッチディスクの形の改良された摩擦繊維複合部材ならびにその製造方法を提供するにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
上記本発明の課題は、請求項１に記載の特徴を有する方法により解決される。又、更なる改良は請求項２ないし２８に記載の特徴を有する方法により提案される。更に摩擦繊維複合部材の製造に関する課題の解決のために、請求項２９に記載の措置が提案される。又更なる改良点は、従属請求項の記載から明らかである。
本発明において製作される摩擦繊維複合部材においては、負荷適合型繊維層を有する少なくとも１つのＴＦＰプリホームを備えた構造を有し、該構造は気相からの材料の析出により安定化され、及び／又はモノマー及び／又はポリマーを加えて硬化され、かつ熱分解され、特にＴＦＰプリホームの各区域が繊維体積及び／又は積層密度及び／又は繊維長及び／又は繊維配列方向を互いに異にするように構成される。


【手続補正書】
【提出日】平成16年9月8日(2004.9.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンベース、アラミド及び／又はセラミック繊維ベースの基層（５６、５８）及び／又は不織布の上に積層した強化繊維により少なくとも１個のプリホームを作り、
該基層（ＴＦＰプリホーム）の上に強化繊維を縫着し、
単数又は複数の適宜に製造されたＴＦＰプリホームで繊維複合部材に相当する構造を形成し、
気相から材料を析出して構造を安定化し、及び／又は
モノマー及び／ポリマーで構造を含浸し、続いて硬化し、熱分解する
ことよりなる摩擦繊維複合部材の製造方法。
【請求項２】
ＣＶＩ（化学蒸浸）析出により、例えばＣ、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ及び／又はＳｉで該構造を安定化したことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該構造を熱分解の後にケイ素化したことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つのＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が、繊維体積及び／又は積層密度及び／又は繊維長及び／又は繊維配列方向が相異なる区域又は層を有してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
該構造が、とりわけ同様に又はおおむね同様に構成された少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）から構成されてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
該構造が、場合によっては中子を備えた凹陥部及び／又は溝を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
繊維複合部材が、少なくとも１個のＴＦＰプリホーム（６０、６２）とウエブ及び／又は織物及び／又は短繊維及び／又はフェルト及び／又は不織布（７２、７４）の複合体から形成されてなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が短繊維からなる層を外側に備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が相異なる本数のロービングを備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）がロービングストランド又はスライバーの形の強化繊維を備えることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が天然、ガラス、アラミド、カーボン及び／又はセラミック繊維の形の強化繊維を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８、７６）が配列された強化繊維の複数の層（３８、４０、４２，４４、５０、５２、５６、８０、８２、８４、８６）からなり、順次続く層の強化繊維の配列方向が相異なることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
１つの層（３８、４２、５０、５６）の強化繊維が半径方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
１つの層（４０、４４）の強化繊維が円環形に沿って配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
１つの層（５２、５４）の強化繊維がインボリュート形に沿って配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
１つの層の強化繊維が中心開口部からこの層へ接線方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
円板状のＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）において、熱分解したプリホームの半径方向寸法がプリホームの半径方向寸法に相当し又はほぼ相当する、強化繊維が配置されてなることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
強化繊維がポリマー繊維及び／又はカーボン繊維で縫合されていることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
クラッチディスクの構造が、同じ又はおおむね同じ構成の少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（３６、４８）より形成されてなることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）が複数の層（５０、５２、５４、８０、８２、８４、８６）からなり、各層の繊維配置方向がＴＦＰプリホームの中心対称面に対して対称又はおおむね対称に配列されていることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８）が少なくとも２つの層（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）又はプライからなり、層又はプライ（３８、４２）の１つが半径方向に配列された強化繊維、残りの層又はプライ（４０、４４）が環状に配列された強化繊維で構成されることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
ＴＦＰプリホームの重なり合って配置された層又はプライ（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）がそれぞれ基層（４６、５８）と縫合されていることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）の外面又は外層（５０、５６、８４、８６）が同じ又はおおむね同じ配置方向の繊維を備えてなることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
ブレーキディスクの構造が少なくとも２個の互いに間隔を置いたＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）からなり、これらのＴＦＰプリホームが強化繊維からなる間隔材（３０、３２、３４、４４、４６）によって結合されていることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
ＴＦＰプリホーム（６２）において、力の伝達点の区域に強化繊維からなる肥厚部（６８）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
肥厚部（６８）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
間隔材（６４、６６）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が自由な外面に不織布層（７２、７４）を有することを特徴とする請求項１ないし２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
カーボンベース、アラミド及び／又はセラミック繊維ベースの基層（５６、５８）及び／又は不織布の上に負荷に適合して積層され、基層と結合された強化繊維からなる少なくとも１個のプリホームを有する構造を包含し、構造が気相からの材料析出により安定化され及び／又はモノマー及び／又はポリマーを加えて硬化され、かつ熱分解された摩擦繊維複合部材において、強化繊維が基層（５６、５８）に縫着されていることを特徴とする繊維複合部材。
【請求項３０】
特にＣＶＩ析出により例えばＣ、ＳｉＣ、Ｂ4Ｃ及び／又はＳｉで構造を安定化したことを特徴とする請求項２９に記載の繊維複合部材。
【請求項３１】
構造を熱分解の後にケイ素化したことを特徴とする請求項２９又は３０に記載の繊維複合部材。
【請求項３２】
少なくとも１個のＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が、繊維体積及び／又は積層密度及び／又は繊維長及び／又は繊維配列方向が相異なる区域又は層からなることを特徴とする請求項２９ないし３１のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３３】
構造が、とりわけ同様に又はおおむね同様に構成された少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）を有することを特徴とする請求項２９ないし３２のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３４】
構造が場合によっては中子を備えた凹陥部及び／又は溝を有することを特徴とする請求項２９ないし３３のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３５】
繊維複合部材が少なくとも１個のＴＦＰプリホーム（６０、６２）及びウエブ及び／又は織物及び／又は短繊維及び／又はフェルト及び／又は不織布（７２、７４）の複合体からなることを特徴とする請求項２９ないし３４のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３６】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が短繊維からなる層（７２、７４）を外側に備えていることを特徴とする請求項２９ないし３５のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３７】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が相異なる本数のロービングを有することを特徴とする請求項２９ないし３６のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３８】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）がロービングストランド又はスライバーの形の強化繊維を有することを特徴とする請求項２９ないし３７のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項３９】
ＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）が天然、ガラス、アラミド、カーボン及び／又はセラミック繊維の形の強化繊維を有することを特徴とする請求項２９ないし３８のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４０】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８、７６）が、配列された強化繊維の複数の層（３８、４０、４２，４４、５０、５２、５６、８０、８２、８４、８６）からなり、順次続く層の強化繊維の配列方向が相異なることを特徴とする請求項２９ないし３９のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４１】
１つの層（３８、４２、５０、５６）の強化繊維が半径方向に通っていることを特徴とする請求項４０に記載の繊維複合部材。
【請求項４２】
１つの層（４０、４４）の強化繊維が円環形に通っていることを特徴とする請求項４０に記載の繊維複合部材。
【請求項４３】
１つの層（５２、５４）の強化繊維がインボリュート形に通っていることを特徴とする請求項４０に記載の繊維複合部材。
【請求項４４】
１つの層の強化繊維（１６）が中心開口部からこの層へ接線方向に通っていることを特徴とする請求項４０に記載の繊維複合部材。
【請求項４５】
円板状のＴＦＰプリホーム（１０、２６、２８、３６、４８、６０、６２、７６）の場合、熱分解したプリホームの半径方向寸法がプリホームの半径方向寸法に相当し又はほぼ相当するように、強化繊維が配列されていることを特徴とする請求項２９ないし４４のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４６】
強化繊維がポリマー繊維及び／又はカーボン繊維で縫合されていることを特徴とする請求項２９ないし４５のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４７】
クラッチディスクの構造が同じ又はおおむね同じ構成の少なくとも２個のＴＦＰプリホーム（３６、４８）からなることを特徴とする請求項２９ないし４６のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４８】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）が複数の層（５０、５２、５４、８０、８２、８４、８６）からなり、各層の繊維配置方向がＴＦＰプリホームの中心対称面に対して対称又はおおむね対称に配列されていることを特徴とする請求項２９ないし４７のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項４９】
ＴＦＰプリホーム（３６、４８）が少なくとも２つの層（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）又はプライからなり、層又はプライ（３８、４２）の１つが半径方向に配列された強化繊維、残りの層又はプライ（４０、４４）が環状に配列された強化繊維で構成されることを特徴とする請求項２９ないし４８のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項５０】
ＴＦＰプリホームの重なり合って配置された層又はプライ（３８、４０、４２、４４、５０、５２、５４、５６）がそれぞれ基層（４６、５８）と縫合されていることを特徴とする請求項２９ないし４９のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項５１】
ＴＦＰプリホーム（４８、７６）の外面又は外層（５０、５６、８４、８６）が同じ又はおおむね同じ配置方向の繊維を有することを特徴とする請求項２９ないし５０のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項５２】
ブレーキディスクの構造が少なくとも２個の互いに間隔を置いたＴＦＰプリホーム（２６、２８、６０、６２）からなり、これらのＴＦＰプリホームが強化繊維からなる間隔材（３０、３２、３４、４４、４６）によって結合されていることを特徴とする請求項２９ないし５１のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項５３】
ＴＦＰプリホーム（６２）が力の伝達点の区域に強化繊維からなる肥厚部（６８）を有することを特徴とする請求項２９ないし５２のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【請求項５４】
肥厚部（６８）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項５３に記載の繊維複合部材。
【請求項５５】
間隔材（６４、６６）で強化繊維が交叉配列されていることを特徴とする請求項５２に記載の繊維複合部材。
【請求項５６】
ＴＦＰプリホーム（６０、６２）が自由な外面に不織布層（７２、７４）を有することを特徴とする請求項２９ないし５５のいずれか１つに記載の繊維複合部材。
【国際調査報告】
2006501409.tif 000010
2006501409.tif 000011
2006501409.tif 000012
2006501409.tif 000013
2006501409.tif 000014
2006501409.tif 000015