JP3053220B2 - 摩擦要素の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 この発明は、摩擦要素（Reibeinheit）の末端形状に
ほぼ一致する多孔性炭素物体（Ｋrper）を造り、炭素
物体の気孔に液体珪素を浸透させ、化学反応により炭化
珪素を形成して炭素物体をセラミック化する、対向物体
と摩擦接触する摩擦要素の製造、特にブレーキもしくは
クラッチの製造方法に関する。
ほぼ一致する多孔性炭素物体（Ｋrper）を造り、炭素
物体の気孔に液体珪素を浸透させ、化学反応により炭化
珪素を形成して炭素物体をセラミック化する、対向物体
と摩擦接触する摩擦要素の製造、特にブレーキもしくは
クラッチの製造方法に関する。
摩擦要素の製造方法は、DLR（社団法人ドイツ航空・
宇宙飛行研究施設）、シュツッツガルト、設計施工研究
所の作業グループにより、1994年３月９日と10日の両
日、テーマ“軽量構造体と軽量部材”の下でジュイスブ
ルクで開かれた、VDI（ドイツ技術者協会）材料会議199
4において講演“繊維セラミックから全体的な軽量構造
体の開発”の中で紹介された。この講演の中で炭素繊維
強化炭素材の製造技術が紹介された。この炭素繊維強化
炭素材は、いわゆる“液体珪素化法”により液体珪素を
浸透させ、珪素と炭素をSiCに転化する熱処理を受け
る。このC/C-SiC−材料の用途分野としてはブレーキデ
ィスクが考えられる。
宇宙飛行研究施設）、シュツッツガルト、設計施工研究
所の作業グループにより、1994年３月９日と10日の両
日、テーマ“軽量構造体と軽量部材”の下でジュイスブ
ルクで開かれた、VDI（ドイツ技術者協会）材料会議199
4において講演“繊維セラミックから全体的な軽量構造
体の開発”の中で紹介された。この講演の中で炭素繊維
強化炭素材の製造技術が紹介された。この炭素繊維強化
炭素材は、いわゆる“液体珪素化法”により液体珪素を
浸透させ、珪素と炭素をSiCに転化する熱処理を受け
る。このC/C-SiC−材料の用途分野としてはブレーキデ
ィスクが考えられる。
ブレーキ、特に自動車および飛行機の製作では、ます
ます高度な要求が出されている。今日、この種の乗り物
の速度は着実に速くなっている。ブレーキをかけると乗
り物の動力学的エネルギーは摩擦により熱に転化され、
熱はブレーキディスクやブレーキライニングにより吸収
される。したがって、この種のブレーキ装置はブレーキ
材料の摩擦特性と熱を蓄積および放出する性質により制
約を受ける。一般的にはブレーキ材料は優れた熱機械特
性、高く一定した摩擦特性および良好な耐磨耗性を持た
ねばならない。最近炭素繊維強化炭素材（C/C）から開
発されたブレーキは、例えば、ドイツ公開特許第3,024,
200号に記載されているように1000℃までの温度が可能
である。
ます高度な要求が出されている。今日、この種の乗り物
の速度は着実に速くなっている。ブレーキをかけると乗
り物の動力学的エネルギーは摩擦により熱に転化され、
熱はブレーキディスクやブレーキライニングにより吸収
される。したがって、この種のブレーキ装置はブレーキ
材料の摩擦特性と熱を蓄積および放出する性質により制
約を受ける。一般的にはブレーキ材料は優れた熱機械特
性、高く一定した摩擦特性および良好な耐磨耗性を持た
ねばならない。最近炭素繊維強化炭素材（C/C）から開
発されたブレーキは、例えば、ドイツ公開特許第3,024,
200号に記載されているように1000℃までの温度が可能
である。
上記VDI会議では熱衝撃耐性、耐酸化性、吸湿性およ
び摩擦特性がC/C材料より明らかに優れているC/C-SiC−
材料が紹介されている。
び摩擦特性がC/C材料より明らかに優れているC/C-SiC−
材料が紹介されている。
欧州公開特許第300,756号には炭素−コア物体に珪素
粉末を塗布して加熱し、その結果珪素粉末がSiCに転化
し炭素−コア物体に結合する摩擦要素が記載されてい
る。この場合、炭素構造の上に最終段階では炭化珪素の
層から成る0.38〜3.8mmの範囲の厚さの摩擦面が存在す
る、摩擦物体が生成する。摩擦要素には機械的補強材
（金属クリップ）を取り付けるために用いる穴がある。
このような穴の形成はこの印刷物に記載されている炭化
珪素層の製造について予め考えると、珪素粉末の散布並
びにそれに続いて粉末が液化するまで加熱すると、液体
珪素がこのような穴に押し寄せ、塞いでしまうので、あ
りえないように思われる。このような一定に存在する穴
は通常の実施方法と同様、この発明により摩擦要素の完
成後にのみ穿孔できる。
粉末を塗布して加熱し、その結果珪素粉末がSiCに転化
し炭素−コア物体に結合する摩擦要素が記載されてい
る。この場合、炭素構造の上に最終段階では炭化珪素の
層から成る0.38〜3.8mmの範囲の厚さの摩擦面が存在す
る、摩擦物体が生成する。摩擦要素には機械的補強材
（金属クリップ）を取り付けるために用いる穴がある。
このような穴の形成はこの印刷物に記載されている炭化
珪素層の製造について予め考えると、珪素粉末の散布並
びにそれに続いて粉末が液化するまで加熱すると、液体
珪素がこのような穴に押し寄せ、塞いでしまうので、あ
りえないように思われる。このような一定に存在する穴
は通常の実施方法と同様、この発明により摩擦要素の完
成後にのみ穿孔できる。
欧州公開特許第0,051,535号の特に実施例３による
と、炭素繊維を積み重ねたものから炭素物体が得られる
ことが知られている。このような炭素物体２個を、100
部の炭素粉末、35部のフラン樹脂から成る混合物に３容
量％までの直径0.2mmのガラス球を加えたものを用いて
接続する。
と、炭素繊維を積み重ねたものから炭素物体が得られる
ことが知られている。このような炭素物体２個を、100
部の炭素粉末、35部のフラン樹脂から成る混合物に３容
量％までの直径0.2mmのガラス球を加えたものを用いて
接続する。
ドイツ公開特許第4,127,113号は支持体と摩擦ライニ
ングから造られているブレーキシューを開示している。
摩擦ライニングだけでなく支持体も焼結材料から造られ
ており、焼結により相互に接続されている。ブレーキシ
ューは開口部または穴を持っており、これらは外側から
持ち込まれ、ブレーキシューガイドのピンやプラグを差
し込むためあるいは磨耗指示装置の補強に使われる。そ
の上支持体はブレーキピストンに向いた側に冷却溝を持
っており、この場合も外側から持ち込まれた溝がある。
ボルトを受け入れるために、穴は焼結工具の相当する形
態により造られており、したがって、圧縮および焼結工
程の間に初めて造られ、予め造られているわけではな
い。
ングから造られているブレーキシューを開示している。
摩擦ライニングだけでなく支持体も焼結材料から造られ
ており、焼結により相互に接続されている。ブレーキシ
ューは開口部または穴を持っており、これらは外側から
持ち込まれ、ブレーキシューガイドのピンやプラグを差
し込むためあるいは磨耗指示装置の補強に使われる。そ
の上支持体はブレーキピストンに向いた側に冷却溝を持
っており、この場合も外側から持ち込まれた溝がある。
ボルトを受け入れるために、穴は焼結工具の相当する形
態により造られており、したがって、圧縮および焼結工
程の間に初めて造られ、予め造られているわけではな
い。
上述の技術水準から出発すると、この発明の課題は、
向上した熱負荷の水準を保持し、さらにそれを簡単な方
法で造れるように初めに述べたような摩擦要素の製造方
法をさらに進歩させることである。
向上した熱負荷の水準を保持し、さらにそれを簡単な方
法で造れるように初めに述べたような摩擦要素の製造方
法をさらに進歩させることである。
初めに述べた様式の方法における課題は、多孔性炭素
物体に珪素を浸透させる前に構造を付与し、一定の内領
域において冷却および／または硬化のための空洞および
／または窪みを形成しセラミック化後空洞や窪みの形や
サイズを本質的に保持することにより解決される。一般
的に知られているように、通常、セラミック材料やセラ
ミック化材料は加工が非常に困難で今までに知られてい
るこの種の摩擦要素に構造を付与することは高い費用を
かけた場合にのみできることである。その限りでは、摩
擦要素に必要な外側の形状を与えるために、このような
構造の付与はこの種の部材の放射状の穴の形をした外周
においてのみなされる。この発明の方法により、窪みの
形をした複雑な構造も造ることができる。何故ならば、
そのような窪みは、珪素の浸透とそれに続いて行われた
熱処理により生じたまだセラミック化されていない状態
の炭素物体中に形成されるからである。その上、この発
明の方法を用いると摩擦要素の外表面に窪みを形成でき
るだけでなく、摩擦要素内の正確に決められた位置に閉
鎖または一部だけ内包された空洞を造ることもできる。
物体にこのような空洞や窪みを形成することは、機械加
工が簡単にできる炭素物体の白地状態かもしくは炭素繊
維物体自身が造れられて構造を付与された状態において
実際に行われる。この方法を用いるとコスト上の観点か
ら割安な一連の摩擦要素を造ることができる。窪みおよ
び／または空洞による構造付与は、これが摩擦要素（例
えば、ブレーキディスク）を補強するのに役立ち、その
上、冷却のための空洞を造りだすのに役立ち、この種の
セラミック化摩擦要素において特に重要である。何故な
らば、この種のセラミック化摩擦要素は高荷重・高温下
で使用できるからである。使用分野は、例えば、飛行
機、鉄道車両並びに高性能自動車のブレーキ要素であ
る。
物体に珪素を浸透させる前に構造を付与し、一定の内領
域において冷却および／または硬化のための空洞および
／または窪みを形成しセラミック化後空洞や窪みの形や
サイズを本質的に保持することにより解決される。一般
的に知られているように、通常、セラミック材料やセラ
ミック化材料は加工が非常に困難で今までに知られてい
るこの種の摩擦要素に構造を付与することは高い費用を
かけた場合にのみできることである。その限りでは、摩
擦要素に必要な外側の形状を与えるために、このような
構造の付与はこの種の部材の放射状の穴の形をした外周
においてのみなされる。この発明の方法により、窪みの
形をした複雑な構造も造ることができる。何故ならば、
そのような窪みは、珪素の浸透とそれに続いて行われた
熱処理により生じたまだセラミック化されていない状態
の炭素物体中に形成されるからである。その上、この発
明の方法を用いると摩擦要素の外表面に窪みを形成でき
るだけでなく、摩擦要素内の正確に決められた位置に閉
鎖または一部だけ内包された空洞を造ることもできる。
物体にこのような空洞や窪みを形成することは、機械加
工が簡単にできる炭素物体の白地状態かもしくは炭素繊
維物体自身が造れられて構造を付与された状態において
実際に行われる。この方法を用いるとコスト上の観点か
ら割安な一連の摩擦要素を造ることができる。窪みおよ
び／または空洞による構造付与は、これが摩擦要素（例
えば、ブレーキディスク）を補強するのに役立ち、その
上、冷却のための空洞を造りだすのに役立ち、この種の
セラミック化摩擦要素において特に重要である。何故な
らば、この種のセラミック化摩擦要素は高荷重・高温下
で使用できるからである。使用分野は、例えば、飛行
機、鉄道車両並びに高性能自動車のブレーキ要素であ
る。
特に有利な方法は、多孔性炭素繊維物体の予備生成物
として硬化したポリマーがちりばめられた炭素繊維物体
である白地を造る方法である。この種の方法では炭素繊
維からプリフォームを造る場合、プリフォームをポリマ
ーで被覆すると、その後の珪素浸透作業に関して特に有
利である。硬化ポリマーを含有する炭素繊維マトリック
スの形をした物体は、一定の機械加工を可能にするため
に、すでに十分硬化した予備生成物である。窪みや空洞
の形成はこの種の摩擦要素を製造する一つの処理工程で
行うこともできる。この工程では機械的にも形を付与す
る方法としても簡単に造り上げることができる予備生成
物がすでに存在している。摩擦要素内で閉じた空洞や部
分的に内包された空洞を簡単に形成するためには、セラ
ミック化する前の炭素繊維物体において、好ましくは珪
素を浸透する前に、さらに好ましくは白地の段階で、ポ
リマーを貫入させた炭素繊維マトリックスを造り、一つ
以上のコアをそのサイズが形成しようとしている窪みお
よび／または空洞と一致させて持ち込むことができる。
コアの材料としてはゴム、プラスチック、金属、セラミ
ックまたは炭素が適しており、そのようなコアが抜けて
なくなるコアであろうと、炭素物体の特定の形成段階で
除去されるコアであろうと、それに応じて材料が選択さ
れる。例えば、スチロポール（発泡ポリスチレンの商標
名）もしくは硬質発泡プラスチックからのコアは、珪素
浸透の前に溶媒を用いて摩擦要素から、例えば、通気口
から遊離できる利点がある。金属、セラミックまたは炭
素からのコアは、摩擦要素の外表面に窪みを形成するた
めに用いるのが好ましい。これらの窪みの領域では、窪
みを形成するためのコアを加え、後の工程で物体がもは
や本質的に変形するおそれがなくなったときに引き抜
く。金属、炭素またはセラミック製のこの種のコアは炭
素繊維マトリックスを形成する際に繊維マトリックスに
埋め込むことができ、炭素繊維物体の形成に際し窪み
を、例えば、上塗りにより完全に密封する前に、繊維マ
トリックスからコアを取りだす。珪素浸透後、外から接
近できるコアは、例えば、放射状に走っている通路から
遊離できる。この通路は摩擦要素の内側から外側へほぼ
一様な横断面もしくは摩擦要素の半径方向の内側から外
側へ少し拡大した横断面を持っている。このようなコア
は、摩擦要素を製造する各処理工程の温度に耐えられる
ので、炭素かセラミックで造るのが好ましい。ゴムから
造られているコアも、ゴムをプリフォームの形成後引き
抜くことに適している。すなわち、ゴムコアの除去はコ
アのゴムがまだ高温にさらされていない処理状態にて行
わねばならない。
として硬化したポリマーがちりばめられた炭素繊維物体
である白地を造る方法である。この種の方法では炭素繊
維からプリフォームを造る場合、プリフォームをポリマ
ーで被覆すると、その後の珪素浸透作業に関して特に有
利である。硬化ポリマーを含有する炭素繊維マトリック
スの形をした物体は、一定の機械加工を可能にするため
に、すでに十分硬化した予備生成物である。窪みや空洞
の形成はこの種の摩擦要素を製造する一つの処理工程で
行うこともできる。この工程では機械的にも形を付与す
る方法としても簡単に造り上げることができる予備生成
物がすでに存在している。摩擦要素内で閉じた空洞や部
分的に内包された空洞を簡単に形成するためには、セラ
ミック化する前の炭素繊維物体において、好ましくは珪
素を浸透する前に、さらに好ましくは白地の段階で、ポ
リマーを貫入させた炭素繊維マトリックスを造り、一つ
以上のコアをそのサイズが形成しようとしている窪みお
よび／または空洞と一致させて持ち込むことができる。
コアの材料としてはゴム、プラスチック、金属、セラミ
ックまたは炭素が適しており、そのようなコアが抜けて
なくなるコアであろうと、炭素物体の特定の形成段階で
除去されるコアであろうと、それに応じて材料が選択さ
れる。例えば、スチロポール（発泡ポリスチレンの商標
名）もしくは硬質発泡プラスチックからのコアは、珪素
浸透の前に溶媒を用いて摩擦要素から、例えば、通気口
から遊離できる利点がある。金属、セラミックまたは炭
素からのコアは、摩擦要素の外表面に窪みを形成するた
めに用いるのが好ましい。これらの窪みの領域では、窪
みを形成するためのコアを加え、後の工程で物体がもは
や本質的に変形するおそれがなくなったときに引き抜
く。金属、炭素またはセラミック製のこの種のコアは炭
素繊維マトリックスを形成する際に繊維マトリックスに
埋め込むことができ、炭素繊維物体の形成に際し窪み
を、例えば、上塗りにより完全に密封する前に、繊維マ
トリックスからコアを取りだす。珪素浸透後、外から接
近できるコアは、例えば、放射状に走っている通路から
遊離できる。この通路は摩擦要素の内側から外側へほぼ
一様な横断面もしくは摩擦要素の半径方向の内側から外
側へ少し拡大した横断面を持っている。このようなコア
は、摩擦要素を製造する各処理工程の温度に耐えられる
ので、炭素かセラミックで造るのが好ましい。ゴムから
造られているコアも、ゴムをプリフォームの形成後引き
抜くことに適している。すなわち、ゴムコアの除去はコ
アのゴムがまだ高温にさらされていない処理状態にて行
わねばならない。
さらに熱処理分解性物質からのコア、好ましくはポリ
ビニルアルコールからのコアを用いることは、特に摩擦
要素の内側に空洞を造るためには好ましい。すなわち、
このような空洞は摩擦要素の外側への通気口や換気口を
持たない状況下では、後からは近づくことができない。
熱分解性物質は炭素物体、特にポリマーが散在した炭素
繊維マトリックスの形をした炭素物体の熱分解の段階で
熱分解しそして本質的には残滓を全く残さない。
ビニルアルコールからのコアを用いることは、特に摩擦
要素の内側に空洞を造るためには好ましい。すなわち、
このような空洞は摩擦要素の外側への通気口や換気口を
持たない状況下では、後からは近づくことができない。
熱分解性物質は炭素物体、特にポリマーが散在した炭素
繊維マトリックスの形をした炭素物体の熱分解の段階で
熱分解しそして本質的には残滓を全く残さない。
特に、空洞や窪みの領域で高い機械的強度を摩擦要素
が備えるためには、炭素繊維強化炭素物体を形成する際
に窪みと空洞は予め配向した炭素繊維の層で取り囲まれ
ねばならない。この場合繊維の配向は摩擦要素内で生じ
る力や応力に適合できる。したがって、この繊維層が摩
擦要素内のそのような窪みや空洞との境界になる。摩擦
要素の内部で形成されそしてその領域で摩擦要素が高い
強度を示す空洞の場合、まずコアがそのような繊維層で
囲まれ、そしてこのコアが炭素繊維マトリックスに加え
られる。そのようなコアの場合それはやはり、抜け落ち
たコアか摩擦要素を形成する工程の予め定められた処理
工程で除去されたコアである。
が備えるためには、炭素繊維強化炭素物体を形成する際
に窪みと空洞は予め配向した炭素繊維の層で取り囲まれ
ねばならない。この場合繊維の配向は摩擦要素内で生じ
る力や応力に適合できる。したがって、この繊維層が摩
擦要素内のそのような窪みや空洞との境界になる。摩擦
要素の内部で形成されそしてその領域で摩擦要素が高い
強度を示す空洞の場合、まずコアがそのような繊維層で
囲まれ、そしてこのコアが炭素繊維マトリックスに加え
られる。そのようなコアの場合それはやはり、抜け落ち
たコアか摩擦要素を形成する工程の予め定められた処理
工程で除去されたコアである。
簡単な方法で摩擦要素の内部に空洞、特に摩擦要素の
外側に通じていない空洞を形成するために、外側に窪み
がある２つの別々の物体から摩擦要素を形成する。両物
体を互いに結合し、各物体の窪みをそれぞれの物体によ
り覆って閉鎖する。結合した状態で共通の空洞として補
完される、そのような窪みが両物体で形成されるだけで
なく、一つの物体でのみ窪みを形成し、それを他の物体
のカバーディスクとして形成する可能性もある。摩擦要
素の造り方次第では、両物体は同一の部材であり、次い
で相互に結合することができる。さらに、数個の部材か
ら摩擦要素を組み立てることにより、摩擦要素の内部に
簡単な方法で空洞を造れるだけでなく、一つの物体を摩
擦物体として形成し、一方他の物体はコア物体として用
い、使用する際に必要な特性に適合させ、例えば、ブレ
ーキディスクもしくはクラッチディスクの形をした摩擦
要素を得られる可能性もある。この際、摩擦物体は当該
の対向物体と摩擦接触する摩擦面を持ち、その摩擦特性
に関しては材料として適合している。コア物体は摩擦物
体の支持物体として用い、例えば、乗り物の（車輪の）
ボスを強固にする。このようなコア物体は好都合なこと
に冷却通路と空洞を持ち、材料特性が適合しているの
で、優れた伝熱性と蓄熱性を持っている。
外側に通じていない空洞を形成するために、外側に窪み
がある２つの別々の物体から摩擦要素を形成する。両物
体を互いに結合し、各物体の窪みをそれぞれの物体によ
り覆って閉鎖する。結合した状態で共通の空洞として補
完される、そのような窪みが両物体で形成されるだけで
なく、一つの物体でのみ窪みを形成し、それを他の物体
のカバーディスクとして形成する可能性もある。摩擦要
素の造り方次第では、両物体は同一の部材であり、次い
で相互に結合することができる。さらに、数個の部材か
ら摩擦要素を組み立てることにより、摩擦要素の内部に
簡単な方法で空洞を造れるだけでなく、一つの物体を摩
擦物体として形成し、一方他の物体はコア物体として用
い、使用する際に必要な特性に適合させ、例えば、ブレ
ーキディスクもしくはクラッチディスクの形をした摩擦
要素を得られる可能性もある。この際、摩擦物体は当該
の対向物体と摩擦接触する摩擦面を持ち、その摩擦特性
に関しては材料として適合している。コア物体は摩擦物
体の支持物体として用い、例えば、乗り物の（車輪の）
ボスを強固にする。このようなコア物体は好都合なこと
に冷却通路と空洞を持ち、材料特性が適合しているの
で、優れた伝熱性と蓄熱性を持っている。
この発明の細部と特徴は、図面に基づいて説明する下
記実施例からより一層明確になるであろう。図面におい
て： 図１は摩擦要素、例えば、表に窪みが２個造られてい
るブレーキディスク用の炭素繊維マトリックスから成る
炭素繊維強化炭素物体のプリフォームの横断面図であ
り、 図２は成形要素で形成されている図１に類似したプリ
フォームであり、 図３は内部に閉じた空洞が２個ある摩擦要素の断面図
であり、 図４はコアにより埋められた２個の窪みを有する生物
体の形をした予備生成物と炭素繊維マトリックスの繊維
の伸び具合を示す概略構造であり、 図５はそれぞれ一つのコアにより埋められた、２個の
内包された空洞を有する図４に相応する断面図であり、 図６と図７は図１のプリフォームに対応する２つの炭
素物体から接合法により造られた摩擦要素それぞれの断
面図であり、 図８はカバーディスクを追加され、図１のプリフォー
ムに相応した物体を用いて造られている摩擦要素の断面
を示している。
記実施例からより一層明確になるであろう。図面におい
て： 図１は摩擦要素、例えば、表に窪みが２個造られてい
るブレーキディスク用の炭素繊維マトリックスから成る
炭素繊維強化炭素物体のプリフォームの横断面図であ
り、 図２は成形要素で形成されている図１に類似したプリ
フォームであり、 図３は内部に閉じた空洞が２個ある摩擦要素の断面図
であり、 図４はコアにより埋められた２個の窪みを有する生物
体の形をした予備生成物と炭素繊維マトリックスの繊維
の伸び具合を示す概略構造であり、 図５はそれぞれ一つのコアにより埋められた、２個の
内包された空洞を有する図４に相応する断面図であり、 図６と図７は図１のプリフォームに対応する２つの炭
素物体から接合法により造られた摩擦要素それぞれの断
面図であり、 図８はカバーディスクを追加され、図１のプリフォー
ムに相応した物体を用いて造られている摩擦要素の断面
を示している。
図１〜３は完成した摩擦要素にほぼ相応する外形を持
っている、炭素繊維マトリックスから造られた種々の予
備生成物１〜３を示している。この種の予備生成物１〜
３は、支持物（図示していない）の上もしくは図２に示
すような型の中で、場合によっては織られた炭素繊維の
挿入物と共に、種々の長さの炭素繊維を積み重ね、それ
ぞれの予備生成物１〜３を形成して造るのが好ましい。
図２の型４を使用すると、セラミック化中のわずかな収
縮による寸法変化を度外視すると、セラミック化した摩
擦要素の外形にほぼ一致する予備生成物２を簡単な方法
で再現性よく得られる利点がある。炭素繊維としてはポ
リマー層で覆われているものを用いるのが好ましい。一
方炭素繊維から造った物体にポリマーを浸透させ、続い
てこのプリフォームを硬化させると、その結果炭素繊維
マトリックス中にポリマーマトリックスを入れられると
同時に予備生成物１、２および３全部の形状安定性を維
持できる。
っている、炭素繊維マトリックスから造られた種々の予
備生成物１〜３を示している。この種の予備生成物１〜
３は、支持物（図示していない）の上もしくは図２に示
すような型の中で、場合によっては織られた炭素繊維の
挿入物と共に、種々の長さの炭素繊維を積み重ね、それ
ぞれの予備生成物１〜３を形成して造るのが好ましい。
図２の型４を使用すると、セラミック化中のわずかな収
縮による寸法変化を度外視すると、セラミック化した摩
擦要素の外形にほぼ一致する予備生成物２を簡単な方法
で再現性よく得られる利点がある。炭素繊維としてはポ
リマー層で覆われているものを用いるのが好ましい。一
方炭素繊維から造った物体にポリマーを浸透させ、続い
てこのプリフォームを硬化させると、その結果炭素繊維
マトリックス中にポリマーマトリックスを入れられると
同時に予備生成物１、２および３全部の形状安定性を維
持できる。
予備生成物１、２または３を形成する段階で、窪み５
もしくは内包された空洞６を形成するために、形とサイ
ズが形成しようとしている窪み５もしくは空洞６に一致
するコア７を貯蔵する。例えば、図１と図２にそれぞれ
コア７を示しており、これらのコアは炭素繊維物体に添
加され、予備生成物として硬化後これらから取りださ
れ、その結果、図１と図２の断面図の右半分にそれぞれ
示されているように窪み５が残留する。コアの形により
窪みは円形、卵形もしくは角ばった横断面を持ったりあ
るいはそれぞれの予備生成物１、２の軸８について回転
対称を取りうるので、図１と図２の予備生成物の２つの
窪みはそれぞれ空間を形成し、その空間は例えば、冷却
通路の最も有利な空気力学的形態に相応した縮閉線の形
で形成されるかもしくはコアとして縮閉線状のコアを用
いる。図３の予備生成物の空洞６についても同じことが
言える。
もしくは内包された空洞６を形成するために、形とサイ
ズが形成しようとしている窪み５もしくは空洞６に一致
するコア７を貯蔵する。例えば、図１と図２にそれぞれ
コア７を示しており、これらのコアは炭素繊維物体に添
加され、予備生成物として硬化後これらから取りださ
れ、その結果、図１と図２の断面図の右半分にそれぞれ
示されているように窪み５が残留する。コアの形により
窪みは円形、卵形もしくは角ばった横断面を持ったりあ
るいはそれぞれの予備生成物１、２の軸８について回転
対称を取りうるので、図１と図２の予備生成物の２つの
窪みはそれぞれ空間を形成し、その空間は例えば、冷却
通路の最も有利な空気力学的形態に相応した縮閉線の形
で形成されるかもしくはコアとして縮閉線状のコアを用
いる。図３の予備生成物の空洞６についても同じことが
言える。
窪み５を形成するためのコア７としては、予備生成物
を製造するための個々の熱処理段階に耐えられる材料、
すなわち金属・セラミックもしくは炭素からのコアを用
いるのが好ましい。そのようなコアは、予備生成物１〜
３からコアを除去した後、それ以上の摩擦要素を調製す
るために何度でも加えることができる。
を製造するための個々の熱処理段階に耐えられる材料、
すなわち金属・セラミックもしくは炭素からのコアを用
いるのが好ましい。そのようなコアは、予備生成物１〜
３からコアを除去した後、それ以上の摩擦要素を調製す
るために何度でも加えることができる。
図３の予備生成物に示すような空洞６を形成するため
には、炭素繊維マトリックスを形成する際にコアも加え
る。ただし、コアは何らかの方法で予備生成物から除去
しなければならない。このような理由から、この空洞で
はスチロポールまたは硬質発泡プラスチックからのコア
を入れるのが好ましい。このコアは予備生成物３の硬化
段階で、例えば、外側から空洞６へつながっている通気
通路９に満たされている溶媒により溶出される。この通
気通路は、熱分解後に高い残炭率を示す熱分解性物質に
より満たされ、セラミック化により閉鎖される。空洞６
を抜け落ちたコア７により造れる可能性があり、それは
熱分解性物質から成るコアを持ち込み、それを炭素繊維
物体が熱分解を受ける次の処理段階で、例えば、当該ポ
リマーマトリックスを熱分解するために、本質的に残滓
が残らないようにする方法である。この場合特殊な通気
通路９を備える必要はない。図１〜３に示すような予備
生成物は後の処理工程で液体珪素を浸透させ、熱処理し
て炭化珪素に転化するので、セラミック化された完成摩
擦要素が得られる。
には、炭素繊維マトリックスを形成する際にコアも加え
る。ただし、コアは何らかの方法で予備生成物から除去
しなければならない。このような理由から、この空洞で
はスチロポールまたは硬質発泡プラスチックからのコア
を入れるのが好ましい。このコアは予備生成物３の硬化
段階で、例えば、外側から空洞６へつながっている通気
通路９に満たされている溶媒により溶出される。この通
気通路は、熱分解後に高い残炭率を示す熱分解性物質に
より満たされ、セラミック化により閉鎖される。空洞６
を抜け落ちたコア７により造れる可能性があり、それは
熱分解性物質から成るコアを持ち込み、それを炭素繊維
物体が熱分解を受ける次の処理段階で、例えば、当該ポ
リマーマトリックスを熱分解するために、本質的に残滓
が残らないようにする方法である。この場合特殊な通気
通路９を備える必要はない。図１〜３に示すような予備
生成物は後の処理工程で液体珪素を浸透させ、熱処理し
て炭化珪素に転化するので、セラミック化された完成摩
擦要素が得られる。
図３に示すような予備生成物に空洞６を形成する方法
としては、空洞の領域にゴム製のコアを入れる方法もあ
る。横断面が比較的大きいが、空洞６が通気通路９に相
応して摩擦要素の外側への通路を持っている場合、その
ようなゴム製のコアは好ましく、予備生成物３の完成後
ゴム製のコアはこの通路９から引き出せる。このような
方法で通路９に対し後ろを切断した内部空洞６を造るこ
とができ、したがって、このゴム製のコアは空洞よりも
小さな横断面の通路９から取り出すことができる。
としては、空洞の領域にゴム製のコアを入れる方法もあ
る。横断面が比較的大きいが、空洞６が通気通路９に相
応して摩擦要素の外側への通路を持っている場合、その
ようなゴム製のコアは好ましく、予備生成物３の完成後
ゴム製のコアはこの通路９から引き出せる。このような
方法で通路９に対し後ろを切断した内部空洞６を造るこ
とができ、したがって、このゴム製のコアは空洞よりも
小さな横断面の通路９から取り出すことができる。
図４と図５は、その形成が図１と図３の予備生成物１
と３に本質的に一致している、予備生成物10と11の断面
図を示している。もっとも、図４と図５では窪み５もし
くはその中に入れられたコア７の周囲（図４）もしくは
空洞６とその中に入れられたコア７の周囲（図５）が限
定されており、窪みもしくは空洞の形状は下にある炭素
繊維層12により配向しており、窪みや空洞は後に摩擦要
素で生じた力に適合しておりそして特に安定してしっか
りした炭素繊維マトリックスを生じる。このような炭素
繊維層12は炭素繊維マトリックスを形成する段階で、例
えば、スチロポールや硬質発泡物質から前もって造り上
げられたコア７の周囲に置くことができ、そしてこのよ
うに前もって造り上げられたコアを炭素繊維マトリック
スに加えることができる。図３の実施段階で上で説明し
た処理方法に相応して、後にこのような方法に相応する
図５に記載されていない通気口通路を経て遊離させるこ
とができる。個々のコア物体もしくはコア物体の周りに
巻き付けられた炭素繊維層12の周りに炭素繊維カバー層
13を巻き付けることができる。図４と図５の実施法から
明らかなように、造られる予定の摩擦要素の構造は、生
の状態で随意に成形できる。場合によっては硬化後、と
りわけ珪素の浸透とセラミック化の前に、予備生成物を
機械加工することもあり、したがって、セラミック材料
を加工する必要はない。
と３に本質的に一致している、予備生成物10と11の断面
図を示している。もっとも、図４と図５では窪み５もし
くはその中に入れられたコア７の周囲（図４）もしくは
空洞６とその中に入れられたコア７の周囲（図５）が限
定されており、窪みもしくは空洞の形状は下にある炭素
繊維層12により配向しており、窪みや空洞は後に摩擦要
素で生じた力に適合しておりそして特に安定してしっか
りした炭素繊維マトリックスを生じる。このような炭素
繊維層12は炭素繊維マトリックスを形成する段階で、例
えば、スチロポールや硬質発泡物質から前もって造り上
げられたコア７の周囲に置くことができ、そしてこのよ
うに前もって造り上げられたコアを炭素繊維マトリック
スに加えることができる。図３の実施段階で上で説明し
た処理方法に相応して、後にこのような方法に相応する
図５に記載されていない通気口通路を経て遊離させるこ
とができる。個々のコア物体もしくはコア物体の周りに
巻き付けられた炭素繊維層12の周りに炭素繊維カバー層
13を巻き付けることができる。図４と図５の実施法から
明らかなように、造られる予定の摩擦要素の構造は、生
の状態で随意に成形できる。場合によっては硬化後、と
りわけ珪素の浸透とセラミック化の前に、予備生成物を
機械加工することもあり、したがって、セラミック材料
を加工する必要はない。
図６〜８には、図１と図２に示すような予備生成物を
用いて造られた、モジュール式に組み立てられた摩擦要
素全体の種々の実施方法を示す。したがって、図６〜８
では、物体１と２と同じ参照数字が使われている。図６
〜８までの各図において参照符号14が付いている接合部
もしくは接合面に沿ってそれぞれの予備生成物を積み重
ね、続いて相互に接合する。図６〜８に相応した摩擦要
素用予備生成物もしくは個々のモジュール部品として予
備生成物１、２を生、すなわちまだセラミック化してい
ない状態で使用することができる。すなわち、接合部14
は両予備生成物１、２の珪素浸透工程で珪素を満たし、
本質的にカーバイドを含有する化合物で両物体を結合す
る。個々の物体１、２がすでに珪素の浸透とセラミック
化を済ましている場合は、このセラミック化された状態
にて、例えば、耐高温性の硬質はんだ、好ましくは珪素
により結合することができる。
用いて造られた、モジュール式に組み立てられた摩擦要
素全体の種々の実施方法を示す。したがって、図６〜８
では、物体１と２と同じ参照数字が使われている。図６
〜８までの各図において参照符号14が付いている接合部
もしくは接合面に沿ってそれぞれの予備生成物を積み重
ね、続いて相互に接合する。図６〜８に相応した摩擦要
素用予備生成物もしくは個々のモジュール部品として予
備生成物１、２を生、すなわちまだセラミック化してい
ない状態で使用することができる。すなわち、接合部14
は両予備生成物１、２の珪素浸透工程で珪素を満たし、
本質的にカーバイドを含有する化合物で両物体を結合す
る。個々の物体１、２がすでに珪素の浸透とセラミック
化を済ましている場合は、このセラミック化された状態
にて、例えば、耐高温性の硬質はんだ、好ましくは珪素
により結合することができる。
図６に示しているように、図１に示す２個の物体１か
ら、摩擦要素の軸８もしくは回転軸（図６〜８）に関し
て予備生成物を整列させて予備生成物１の個々の窪み５
がこの空洞６を補完することにより空洞６を形成するこ
とができる。そのように摩擦要素を形成する場合は、炭
素繊維マトリックスを形成する際に残ったコアを空洞６
から何らかの方法で除去する必要はない。
ら、摩擦要素の軸８もしくは回転軸（図６〜８）に関し
て予備生成物を整列させて予備生成物１の個々の窪み５
がこの空洞６を補完することにより空洞６を形成するこ
とができる。そのように摩擦要素を形成する場合は、炭
素繊維マトリックスを形成する際に残ったコアを空洞６
から何らかの方法で除去する必要はない。
図７には、予備生成物が同じ方向に並び、したがっ
て、予備生成物１の本来の窪みが他の予備生成物１の外
面により空洞６を形成し、一方他の予備生成物１の窪み
５は外側にそのまま開いた状態で残るように、接合面14
に沿って２つの予備生成物が接合されてできた摩擦要素
の形成方法が示されている。第１の予備生成物１は、例
えばこの配置では、その滑らかな外表面が摩擦面15を形
成している摩擦物体として使用することができ、一方他
の予備生成物１はコア物体を形成している。摩擦物体と
コア物体の間のこのような区別は、これら両物体の材料
特性をそれぞれの必要条件に適合させるために、すなわ
ち摩擦物体は摩擦面15において良好な摩擦特性を備え、
一方コア物体は第１にはいわば摩擦要素の支持体を形成
するために高い機械的強度を持たせ、第２には摩擦面15
に生じた熱を除去するために良好な熱伝導性と蓄熱性を
持たせることを狙っている。
て、予備生成物１の本来の窪みが他の予備生成物１の外
面により空洞６を形成し、一方他の予備生成物１の窪み
５は外側にそのまま開いた状態で残るように、接合面14
に沿って２つの予備生成物が接合されてできた摩擦要素
の形成方法が示されている。第１の予備生成物１は、例
えばこの配置では、その滑らかな外表面が摩擦面15を形
成している摩擦物体として使用することができ、一方他
の予備生成物１はコア物体を形成している。摩擦物体と
コア物体の間のこのような区別は、これら両物体の材料
特性をそれぞれの必要条件に適合させるために、すなわ
ち摩擦物体は摩擦面15において良好な摩擦特性を備え、
一方コア物体は第１にはいわば摩擦要素の支持体を形成
するために高い機械的強度を持たせ、第２には摩擦面15
に生じた熱を除去するために良好な熱伝導性と蓄熱性を
持たせることを狙っている。
一つの摩擦要素に接続されているそれぞれの物体の適
合性は、図７に基づいてすでに説明したように、図６及
び図８の配置にも当てはまる意味合いがある。
合性は、図７に基づいてすでに説明したように、図６及
び図８の配置にも当てはまる意味合いがある。
図８には、図１の物体１が窪み５の側でカバープレー
ト18で覆われており、したがって、相応する空洞が形成
されている変形態様を示している。
ト18で覆われており、したがって、相応する空洞が形成
されている変形態様を示している。
種々の実施方法が示しているように、この発明の方法
を用いると、それぞれの出発物体を容易に成形・加工で
きる一つの処理工程で窪みと空洞が得られる。その上、
同じ技術を用いて、特に、摩擦要素をまだセラミック化
していない状態で、いくつかの物体から組み立てる場合
は、これら個々の物体を接合することにより非常に複雑
な構造を組み立てることができる。
を用いると、それぞれの出発物体を容易に成形・加工で
きる一つの処理工程で窪みと空洞が得られる。その上、
同じ技術を用いて、特に、摩擦要素をまだセラミック化
していない状態で、いくつかの物体から組み立てる場合
は、これら個々の物体を接合することにより非常に複雑
な構造を組み立てることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｄ 69/00 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｂ (72)発明者 コッヘンデルファー、リヒャルト ドイツ連邦共和国、70619 シュツット ガルト、ジルバーヴァルトストラーセ １ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/565 - 35/577 C04B 35/52 - 35/536 C04B 35/80 - 35/83 F16D 69/00
Claims (17)
- 【請求項１】摩擦要素の端部の形状とほぼ一致する多孔
性炭素物体を造り、炭素物体の気孔に液体珪素を浸透さ
せ、化学反応を引き起こして炭化珪素を形成し物体をセ
ラミック化する、対向物体と摩擦接触する前記摩擦要
素、特にブレーキまたはクラッチの製造方法であって、
前記炭素物体の気孔に珪素を浸透させる前に構造を付与
して、一定の内領域に冷却および／または強化を目的と
して空洞および／または窪みを形成し、セラミック化し
た後の空洞および／または窪みの形状とサイズを本質的
に保持することを特徴とする摩擦要素の製造方法。 - 【請求項２】白地の状態にある前記多孔性炭素物体の予
備生成物として硬化したポリマーを散りばめた炭素繊維
物体を造ることを特徴とする請求項第１項に記載の製造
方法。 - 【請求項３】前記多孔性炭素物体および／または白地に
機械加工により窪みを造ることを特徴とする請求項第１
または第２項に記載の製造方法。 - 【請求項４】前記多孔性炭素物体および／または白地を
形成する際コアを持ち込み、コアの寸法を形成する予定
の窪みおよび／または空洞と一致させることを特徴とす
る請求項第１から第３項までのいずれか一つに記載の製
造方法。 - 【請求項５】珪素浸透の前および／または後に前記コア
を除去することを特徴とする請求項第４項に記載の製造
方法。 - 【請求項６】前記コアをゴム、プラスチック、金属、セ
ラミックまたは炭素から造ることを特徴とする請求項第
５項に記載の製造方法。 - 【請求項７】前記コアをスチロポールまたは硬質発泡プ
ラスチックから造ることを特徴とする請求項第６項に記
載の製造方法。 - 【請求項８】前記コアを溶媒により溶かし出すことを特
徴とする請求項第７項に記載の製造方法。 - 【請求項９】熱分解性物質から成るコアを持ち込み、炭
素物体を次の処理工程で熱分解させコアを本質的に残ら
ず除去することを特徴とする請求項第４項に記載の製造
方法。 - 【請求項１０】前記コアをポリビニルアルコールから造
ることを特徴とする請求項第９項に記載の製造方法。 - 【請求項１１】前記炭素物体の前記空洞および／または
窪みの領域で前記空洞および／または窪みが境界にな
る、予め配向が与えられている炭素繊維層を持ち込むこ
とを特徴とする請求項第１から第10項までのいずれか一
つに記載の製造方法。 - 【請求項１２】前記炭素繊維層を前記コアの上で形成す
ることを特徴とする請求項第４および第11項に記載の製
造方法。 - 【請求項１３】前記炭素物体が第１の物体を形成し、少
なくとも１個の第２の物体と接続し、前記第２の物体が
摩擦要素の一部を形成することを特徴とする請求項第１
から第12項までのいずれか一つに記載の製造方法。 - 【請求項１４】前記第２の物体が請求項第１から第12項
までのいずれか一つにより造られた第２の炭素物体であ
ることを特徴とする請求項第13項に記載の製造方法。 - 【請求項１５】前記第１の物体が摩擦面を有する摩擦物
体として形成されていることを特徴とする請求項第13項
または14項に記載の製造方法。 - 【請求項１６】前記第２の物体を良好な伝熱性および／
または蓄熱性を有するコア物体として形成することを特
徴とする請求項第15項に記載の製造方法。 - 【請求項１７】前記第１と第２の物体において窪みが物
体の接合面に持ち込まれた種類のものであり、窪みが共
通の空洞を補完するものであることを特徴とする請求項
第13から第16項までのいずれか一つに記載の製造方法。
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