JPH10219002A

JPH10219002A - 炭素系湿式摩擦材の製造方法

Info

Publication number: JPH10219002A
Application number: JP9038304A
Authority: JP
Inventors: Toyomi Fujimori; 豊美藤森
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-02-06
Publication date: 1998-08-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】優れた摩擦係数と耐摩耗性を均衡して付与で
きる炭素系湿式摩擦材の製造方法を提供する。【解決手段】１）炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂
溶液を含浸して加熱硬化した炭素繊維複合硬化樹脂（Ｃ
ＦＲＰ）シートをセグメント状に加工し、気孔率１０％
未満のセグメント状ＣＦＲＰシート基材と気孔率１０〜
２０％のセグメント状ＣＦＲＰシート基材とを交互に金
属支持板に接合する。２）１）のセグメント状ＣＦＲＰ
シートを非酸化性雰囲気中８００℃以上で焼成炭化処理
して炭素繊維複合炭素（Ｃ／Ｃ）シートとし、気孔率１
０％未満のＣ／Ｃシート基材と気孔率１０〜２０％のＣ
／Ｃシート基材とを交互に金属支持板に接合する。３）
ＣＦＲＰシート基材とＣ／Ｃシート基材を交互に金属支
持板に接合し、一方の基材の気孔率を１０％未満、他方
の気孔率を１０〜２０％に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、相対する摩擦面間
に潤滑油などの油液が介在する湿式状態で使用される炭
素系の湿式摩擦材の製造方法に係り、特にブレーキライ
ニング、クラッチフェーシング、ディスクパッドや差動
制限装置（ＬＳＤ）などに好適な摩擦性能がバランス良
く付与された、炭素繊維を主成分とする炭素系湿式摩擦
材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭素繊維を主成分とする摩擦材と
しては、炭素繊維基材を樹脂結合材または炭素結合材で
結合した複合組織の材料が開発されている。例えば、特
開昭５０−７２０５０号公報には１つの支持材料、およ
び、有機樹脂バインダーを含浸した炭素繊維ウエブを含
む１つの摩擦層、から成る、可動部分間の力の伝達用油
中運転用摩擦要素が、特開昭６２−２１５２８号公報に
は炭素繊維のような繊維状物質および結合剤を含む組成
物を加圧加熱成形後、３５０〜１０００℃で非酸化性雰
囲気中で加熱する摩擦材の製造法が、また特公昭６０−
５４２７０号公報には炭素繊維織物をフラン樹脂等で固
めた成形物を焼成して得られる炭素材に、コールタール
またはコールタールおよび／またはピッチとフラン樹脂
とを含浸させたのち焼成し、含浸、焼成を繰り返し、且
つ少なくとも１回は２３００℃以上で焼成して得られた
動的摩擦係数が０．１〜０．４０、摩耗量が１００×１
０^-4mm／面／停止以下である炭素繊維強化炭素摩擦材が
提案されている。

【０００３】このほか、特公平２−３７４９２号公報に
は、連続多孔度を有する炭素繊維の支持体に熱分解炭素
の被膜を形成して前記連続多孔度が１５〜８５％の範囲
にあるエネルギー吸収用摩擦アセンブリーが、特公平２
−４０８９０号公報には、炭素繊維で織って形成される
網目状織布と、化学的蒸着(CVD) 処理によって前記炭素
繊維の表面にのみ炭素被膜を施し、炭素被膜形成後も網
目状織布が多孔性を保持している湿式摩擦材料が開示さ
れている。また、特開平７−１２１５８号公報には摩擦
調整剤および結合剤を主成分とする混和物を含有する連
続ヤーンと、主として結合剤を含有する連続ヤーンとを
所定の本数ずつ撚り合わせた撚糸からなり、主として結
合剤を含有する連続ヤーンが多数の微細な空隙を有する
摩擦材が提案されているが、湿式摩擦材ではないため油
状成分の吸蔵保持性については検討されていない。

【０００４】湿式摩擦材は、使用時に潤滑油などの油状
成分が常に摩擦面間に介在することが要求される関係
で、摩擦材自体が有する油液の保持能力が耐焼付け性お
よび耐摩耗性に大きな影響を与える。このため、摩擦材
の組織内部に油液を吸蔵保持するための適度の気孔や空
隙を保有させることが必要となる。ところが、炭素繊維
基材に炭化性の樹脂類やピッチなどの結合材を被着成形
したのち非酸化性雰囲気中で焼成炭化する方法で得られ
る炭素繊維複合炭素材（Ｃ／Ｃ材）は、結合材成分が揮
散した後の気孔が多くなり過ぎて油液を吸蔵保持する能
力が減退し、同時に炭素繊維の弾性率が増大することに
より組織が脆弱化してハンドリング性を損ねたり、摩擦
特性を変動させるため、湿式摩擦材としては改善の余地
が残されている。

【０００５】また、Ｃ／Ｃ複合系の摩擦材は製造工程の
加熱硬化および焼成炭化段階で結合材成分から発生する
縮合水や分解ガスがマトリックス組織中に吸蔵されて発
泡現象を生じ、この状態で炭化が進行する関係で炭化過
程で材質組織に亀裂や破損が発生したり、得られる摩擦
材の強度が極端に低下して正常な摩擦特性の付与が困難
となる問題がある。この問題は、特公平２−３７４９２
号公報や特公平２−４０８９０号公報に記載されている
ように炭素繊維面にＣＶＤによって直接炭素被膜を形成
する方法を採れば生じることはないが、ＣＶＤ操作には
高価な処理設備と煩雑な条件設定が必要となるため、工
業的な摩擦材の製造手段としては有利性に乏しい。

【０００６】そこで、本出願人は炭素繊維を基材として
油状成分の吸蔵保持性に優れる湿式炭素系摩擦材の製造
方法として、クロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭素
繊維平織クロスに、炭化性の熱硬化性樹脂液とカーボン
ブラックを配合した混練物を被着して熱硬化し、得られ
たＣＦＲＰの硬化シートを所定形状に裁断加工したのち
金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩擦
材の製造方法、更に非酸化性雰囲気中で８００℃以上の
温度により焼成炭化処理し、得られたＣ／Ｃ板に再び炭
化性の熱硬化性樹脂液とカーボンブラックを配合した混
練物を被着して熱硬化し、これを金属支持板に接合する
ことを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造方法を開発
し、特願平７−２５１７６８号として提案した。

【０００７】更に、本出願人は炭素系湿式摩擦材につい
て研究を進めた結果、高度の摩擦係数ならびに耐摩耗性
をバランスよく兼備する炭素系湿式摩擦材の製造方法と
してクロスピッチ幅が０．７〜３．０mmの炭素繊維平織
クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸して３５〜５０％の樹
脂分を被着させ、加熱硬化して得られた細孔直径０．１
〜３００μm における気孔率が０．５〜３５％の硬化シ
ートを所定形状に裁断加工した後、金属支持板に接合す
ることを特徴とする湿式摩擦材の製造方法を提案（特願
平８−165398号）した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、引き続き
気孔率と摩擦性能との関係について研究を進めた結果、
気孔率の異なるセグメント状基材を組み合わせることに
よって摩擦係数と耐摩耗性とをバランス良く付与できる
ことを見出した。

【０００９】本発明は、上記の知見に基づいて開発され
たもので、その目的はブレーキライニング、クラッチフ
ェーシング、ディスクパッドや差動制限装置（ＬＳＤ）
などに好適に用いることのできる高度の摩擦係数ならび
に耐摩耗性をバランスよく兼備する炭素系湿式摩擦材の
工業的な製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の第１の発明に係る炭素系湿式摩擦材の製造
方法は、炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸
して加熱硬化した炭素繊維複合硬化樹脂シート（以下、
「ＣＦＲＰシート」という。）を基材とし、該基材をセ
グメント状に加工して、その気孔率が１０％未満のセグ
メント状ＣＦＲＰシート基材と、気孔率が１０〜２０％
のセグメント状ＣＦＲＰシート基材とを、交互に金属支
持板に接合することを構成上の特徴とする。

【００１１】第２の発明による炭素系湿式摩擦材の製造
方法は、炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液を含浸
して加熱硬化した炭素繊維複合硬化樹脂シート（ＣＦＲ
Ｐシート）をセグメント状に加工したのち、非酸化性雰
囲気中８００℃以上の温度で焼成炭化処理した炭素繊維
複合炭素シート（以下、「Ｃ／Ｃシート」という。）を
基材とし、その気孔率が１０％未満のセグメント状Ｃ／
Ｃシート基材と、気孔率が１０〜２０％のセグメント状
Ｃ／Ｃシート基材とを、交互に金属支持板に接合するこ
とを構成上の特徴とする。

【００１２】また、第３の発明による炭素系湿式摩擦材
の製造方法は、請求項１記載のセグメント状ＣＦＲＰシ
ート基材と、請求項２記載のセグメント状Ｃ／Ｃシート
基材とを、交互に金属支持板に接合し、一方の基材の気
孔率が１０％未満であり、他方の基材の気孔率が１０〜
２０％であることを構成上の特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の炭素系湿式摩擦材を構成
する炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系、レー
ヨン系、ピッチ系等の各種原料から製造された平織クロ
スが用いられる。なお、用いる炭素繊維平織クロスは、
濡れ性を改善するための表面処理を施したものであって
もよい。

【００１４】炭素繊維平織クロスに含浸する熱硬化性樹
脂溶液としては、例えばフェノール系樹脂、フラン系樹
脂、エポキシ系樹脂あるいはこれらの混合樹脂等の炭化
性の熱硬化性樹脂液をメタノール、エタノール、エーテ
ル、アセトン等の適宜な有機溶媒に溶解した溶液が用い
られる。熱硬化性樹脂溶液の濃度は炭素繊維平織クロス
に被着させる樹脂量との関係で調整されるが、均一に含
浸させるためには低粘度であることが好ましい。

【００１５】熱硬化性樹脂溶液を炭素繊維平織クロスに
含浸する方法としては、塗布、浸漬などの常用の手段が
適用され、炭素繊維平織クロスに含浸する樹脂量は目標
とする気孔率との関係で調整する。所定量の樹脂分を含
浸した炭素繊維平織クロスは１００〜１４０℃の温度で
風乾し、有機溶媒を揮散除去してプリプレグシートを得
たのち、加熱硬化する。加熱硬化はプリプレグシートを
耐熱性の金属板、セラミック等の平板に挟持して５〜４
０gf/cm²の加圧下に保持しながら加熱炉内に設置し、１
０℃／hr以下の昇温速度で２００〜３００℃の温度に加
熱し、適宜時間保持することにより行われる。５gf/cm²
未満の加圧力ではクロスの変形が大きくなって平板が得
難く、また加圧力が４０gf/cm²を越えると炭素繊維の織
り目の凹凸が失われるためである。

【００１６】このようにして得られた気孔率の異なるＣ
ＦＲＰシートは所定形状のセグメント状に打ち抜き裁断
加工する。裁断加工したＣＦＲＰシートは、気孔率が１
０％未満のＣＦＲＰシート基材と、気孔率が１０〜２０
％のＣＦＲＰシート基材とを交互に、例えば鉄板のよう
な金属支持板に一体に接合される。接合は樹脂質の接着
材を介して熱圧する方法で行われるが、予め金属支持板
の表面をショットブラストして粗面化したのちマトリッ
クス結合材と同一の熱硬化性樹脂溶液を被覆しておき、
これに硬化シートを熱圧接合する方法を採ることが好ま
しい。接合後は乾燥処理して湿式摩擦材が製造される。

【００１７】本発明の第２の発明に係る製造方法は、上
記した第１の発明で得られた気孔率の異なるセグメント
状ＣＦＲＰシートを、非酸化性雰囲気中で８００℃以上
の温度により焼成炭化処理して気孔率の異なるＣ／Ｃシ
ートを得、気孔率が１０％未満のＣ／Ｃシート基材と、
気孔率が１０〜２０％のＣ／Ｃシート基材とを交互に、
例えば鉄板のような金属支持板に一体に接合するプロセ
スからなる。

【００１８】ＣＦＲＰシートの焼成炭化処理は、非酸化
性雰囲気に保持された炭化炉中で行われる。炭化炉とし
ては、コークス粉等の炭素質パッキング材で被包して焼
成炭化するリードハンマー炉、系内を窒素、アルゴン等
の不活性ガス雰囲気に保持した電気炉等が用いられる。
炭化処理温度は、８００℃以上の温度に設定する必要が
あり、８００℃未満の温度では熱硬化性樹脂の炭化が不
完全となり、強度が低下する。

【００１９】また、本発明の第３の発明に係る製造方法
は、上記した第１の発明で得られたＣＦＲＰシート基材
と第２の発明で得られたＣ／Ｃシート基材とを交互に、
例えば鉄板のような金属支持板に一体に接合するプロセ
スからなる。この場合、一方の基材の気孔率は１０％未
満に、他方の基材の気孔率は１０〜２０％に設定するこ
とが必要である。すなわち、ＣＦＲＰシート基材の気孔
率を１０％未満に設定したときは、ＣＦＲＰシート基材
と交互に接合するＣ／Ｃシート基材の気孔率を１０〜２
０％に設定し、逆にＣ／Ｃシート基材の気孔率を１０％
未満に設定したときは、Ｃ／Ｃシート基材と交互に接合
するＣＦＲＰシート基材の気孔率は１０〜２０％に設定
される。

【００２０】湿式摩擦材の基材組織の気孔には冷却用の
油状物質が保持されるとともに摩擦面に供給されるの
で、優れた摩擦性能を付与し、摩擦性能の安定化を図る
上で、油状物質を安定に保持し、摩擦面に円滑に供給す
ることは重要である。しかしながら、気孔率が大きくな
ると摩擦係数は高くなるが摩耗量が多くなり、一方気孔
率が小さいと摩耗量は少なくなるが摩擦係数が低下する
傾向がある。特に、気孔率が１０％未満では耐摩耗性は
向上するが摩擦係数は低下し、また油保持量の低下によ
る焼き付き現象を生じ易くなる。一方、気孔率が１０〜
２０％では耐摩耗性は低下するが摩擦係数は向上し、ま
た油保持量の向上により焼き付き現象の防止が可能とな
る。なお、気孔率が２０％を越えると極端に摩耗し、摩
擦材として使用できない。

【００２１】本発明は、湿式摩擦材の摩擦面を形成する
セグメント状シート基材として、ＣＦＲＰシート基材あ
るいはＣ／Ｃシート基材を用い、その気孔率が１０％未
満のシート基材と１０〜２０％のシート基材とを交互に
配置して摩擦面を形成することによって、油状物質の安
定保持と円滑供給を図るとともに、摩擦性能の向上を図
るものである。したがって、摩擦面の摩擦係数や耐摩耗
性等の摩擦性能をバランス良く付与することが可能とな
る。また、高温雰囲気で使用される湿式摩擦材には、Ｃ
／Ｃシート基材を用いることによって耐熱性の向上を図
ることも可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。しかし、本発明はこれら実施例の範囲
に限定されるものではない。

【００２３】実施例１〜５炭素繊維平織クロスにはポリアクリロニトリル系高強度
高弾性率タイプの炭素繊維を編組した平織クロスを用い
た。熱硬化性樹脂溶液としてはフェノール樹脂初期縮合
物をエタノールに溶解した溶液を用い、樹脂濃度を変え
て塗布し、炭素繊維に充分に含浸させたのち２４時間風
乾して予備硬化した。このようにして得た被着樹脂量の
異なるプリプレグシートを黒鉛質平板に挟持して１０gf
/cm²の加圧力を掛けながら電気炉内に入れて、５℃/hr
の昇温速度で２５０℃に加熱し、２時間保持して気孔率
の異なるＣＦＲＰシートを作製した。このＣＦＲＰシー
トをセグメント形状（30mm×10mm）に打ち抜き裁断加工
した。得られた気孔率の異なるセグメント状ＣＦＲＰシ
ート基材を交互に組み合わせて、ショットブラストした
鉄製の金属支持板（外径80mm、内径50mm、厚さ1.0mm ）
にフェノール樹脂初期縮合物をバインダーとして６０kg
f/cm² の圧力下に２２０℃の温度に加熱し、２．５分間
保持して熱圧接合し、試験用の炭素系湿式摩擦材を製造
した。

【００２４】また、作製した気孔率の異なるセグメント
状ＣＦＲＰシートを窒素雰囲気に保持された電気炉に入
れ、５℃／hrの昇温速度で１０００℃に加熱し、５時間
保持して焼成炭化処理した。このようにして得られた気
孔率の異なるセグメント状Ｃ／Ｃシート基材を交互に組
み合わせて、ショットブラストした鉄製の金属支持板
（外径80mm、内径50mm、厚さ1.0mm ）にフェノール樹脂
初期縮合物をバインダーとして６０kgf/cm² の圧力下に
２２０℃の温度に加熱し、２．５分間保持して熱圧接合
し、試験用の炭素系湿式摩擦材を製造した。また、気孔
率の異なるセグメント状ＣＦＲＰシート基材とセグメン
ト状Ｃ／Ｃ基材とを交互に組み合わせて、同様にして鉄
製の金属支持板に熱圧接合し、試験用の炭素系湿式摩擦
材を製造した。

【００２５】比較例１〜３また、比較のために単一の気孔率を有するセグメント状
ＣＦＲＰシートあるいはＣ／Ｃシートを用いた他は、実
施例と同一の方法により試験用の炭素系湿式摩擦材を製
造した。

【００２６】各摩擦材についてき下記の条件で定速型試
験機により湿式摩擦試験を行い、得られた摩擦係数およ
び摩耗量を用いたシート基材の気孔率と対比して表１に
示した。湿式摩擦試験条件摩擦材の相手面；鋼材ＳＫ５（直径80mm) 回転数；２０rpm 押付け圧力；２０kgf/cm² 潤滑油；ハイポイドギア油(75W-90) 摩擦試験は５時間連続して行い、摩擦係数は３０分毎の
値の平均値として、また摩耗量は摩擦板の厚み（90°毎
の４点）をマイクロメーターで測定し、４点の平均値を
試験前後の厚みの差で示した。また、気孔率は水銀ポロ
シメータを用いて細孔直径０．５〜３００μm の範囲の
細孔量を測定して算出した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の結果から、気孔率が１０％未満のＣ
ＦＲＰシートあるいはＣ／Ｃシートと気孔率が１０〜２
０％のＣＦＲＰシートあるいはＣ／Ｃシートとを交互に
組み合わせた実施例の製造方法による湿式摩擦材は、良
好な摩擦係数レベルを保持するとともに摩耗量も低位に
あり、摩擦性能がバランス良く付与されていることが判
る。しかしながら、単一の気孔率を有するＣＦＲＰシー
トあるいはＣ／Ｃシートのみを用いた比較例の製造方法
による湿式摩擦材は、摩耗量が多く摩擦係数とのバラン
スが充分でないことが認められる。特に、気孔率の高い
ＣＦＲＰシートやＣ／Ｃシートを用いた比較例１、２で
は摩耗量が著しく増大し、気孔率の低いＣＦＲＰシート
を用いた比較例３では摩擦係数が減少することが判る。

【００２９】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の炭素系湿式摩擦
材の製造方法によれば、気孔率が１０％未満および１０
〜２０％であるセグメント状のＣＦＲＰシート基材、あ
るいはＣ／Ｃシート基材とを組み合わせて、交互に金属
支持板に接合するので、摩擦係数や耐摩耗性をバランス
良く付与することが可能である。したがって、摩擦性能
に応じて材質設計が容易となり、高度な摩擦性能が要求
されるブレーキライニング、クラッチフェーシング、デ
ィスクパッドや差動制限装置（ＬＳＤ）などの製造方法
として極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｄ 69/00 Ｃ０４Ｂ 35/52 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液
を含浸して加熱硬化した炭素繊維複合硬化樹脂シート
（以下、「ＣＦＲＰシート」という。）を基材とし、該
基材をセグメント状に加工して、その気孔率が１０％未
満のセグメント状ＣＦＲＰシート基材と、気孔率が１０
〜２０％のセグメント状ＣＦＲＰシート基材とを、交互
に金属支持板に接合することを特徴とする炭素系湿式摩
擦材の製造方法。
【請求項２】炭素繊維平織クロスに熱硬化性樹脂溶液
を含浸して加熱硬化した炭素繊維複合硬化樹脂シート
（ＣＦＲＰシート）をセグメント状に加工したのち、非
酸化性雰囲気中８００℃以上の温度で焼成炭化処理した
炭素繊維複合炭素シート（以下、「Ｃ／Ｃシート」とい
う。）を基材とし、その気孔率が１０％未満のセグメン
ト状Ｃ／Ｃシート基材と、気孔率が１０〜２０％のセグ
メント状Ｃ／Ｃシート基材とを、交互に金属支持板に接
合することを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造方法。
【請求項３】請求項１記載のセグメント状ＣＦＲＰシ
ート基材と、請求項２記載のセグメント状Ｃ／Ｃシート
基材とを、交互に金属支持板に接合し、一方の基材の気
孔率が１０％未満であり、他方の基材の気孔率が１０〜
２０％であることを特徴とする炭素系湿式摩擦材の製造
方法。