WO2006057142A1

WO2006057142A1 - 炭素繊維複合材料及びその製造方法並びに湿式摩擦部材

Info

Publication number: WO2006057142A1
Application number: PCT/JP2005/020176
Authority: WO
Inventors: Kentaro Komori; Satoshi Yoshida; Atsushi Takahashi; Toshihiko Kaneiwa
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.; Asahi Organic Chemicals Industry Co., Ltd.
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2006-06-01
Also published as: US7867596B2; EP1826256A1; JP5351370B2; US20070298211A1; EP1826256B1; JP2006143941A; EP1826256A4

Abstract

　炭素繊維（１１）と、前記炭素繊維（１１）同士を接合するマトリックス（１２）と、気孔（１３）とが含まれ、前記気孔（１３）を除いた前記炭素繊維（１１）の体積分率が、４５％以上、８０％以下であることを特徴とする炭素繊維複合材料（１０）を提供する。炭素繊維複合材料（１０）は、気孔率が２０％以上、７０％以下の多孔質であるものが好ましい。この炭素繊維複合材料（１０）は、静摩擦係数（μＳ）が大きく、しかもμ比が小さいので、静的摩擦性能及び動的摩擦性能の両方に優れた湿式摩擦部材（例えば、カーボンディスク５）に適している。

Description

明細書

炭素繊維複合材料及びその製造方法並びに湿式摩擦部材

技術分野

[0001] 本発明は、炭素繊維複合材料及びその製造方法並びに湿式摩擦部材に関し、特に、自動車の自動変速機用の湿式クラッチに使用される湿式摩擦部材、この湿式摩擦部材に使用される炭素繊維複合材料及びその製造方法に関する。

背景技術

[0002] 一般に、湿式摩擦部材は、湿式クラッチの動的摩擦性能を向上させるために高!ヽ気孔率のものが望ましい。そして、クラッチシステムとしてのトルク容量を向上させるために高、静的摩擦性能を発揮するものが望ま、。

[0003] 従来、湿式摩擦部材の材料としては、炭素繊維を含む、 Vヽゎゆる炭素繊維複合材料が知られている（例えば、特開平 11 5850号公報参照)。このような炭素繊維複合材料は、例えば、乾式製造法や含浸製造法を使用して製造することができる。乾式製造法では、先ず、炭素繊維と榭脂の粉末との混合物が調製される。次いで、この混合物は、成形された後に加熱される。このとき、榭脂の粉末が溶融、固化して炭素繊維同士を接合すると共に炭素化してマトリックスとなることによって炭素繊維複合材料が得られる。一方、含浸製造法では、炭素繊維の織布又は不織布に榭脂の溶液が含浸される。次いで、炭素繊維の織布等は、乾燥された後に加熱される。そして、炭素繊維の織布等に含まれる榭脂が炭素化してマトリックスとなることによって炭素繊維複合材料が得られる。

[0004] ところで、炭素繊維複合材料からなる湿式摩擦部材にお!/ヽて、動的摩擦性能と静的摩擦性能との両方を向上させるためには、炭素繊維の配合量を高めると共に気孔率を高めなければならない。言い換えれば、湿式摩擦部材は、少ない量のマトリックスでより多くの炭素繊維が接合された多孔質構造を有するものでなければならない。

[0005] し力しながら、炭素繊維が剛直で柔軟性に乏しぐさらには相互に絡みに《屈折に対して脆弱であることから、従来のような乾式製造法や含浸製造法で湿式摩擦部材を製造すると、炭素繊維に対して過剰の榭脂が使用されなければならな力つた。その結果、湿式摩擦部材における炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）が低いものとなっていた。

[0006] また、従来の乾式製造法や含浸製造法で得られた湿式摩擦部材は、炭素繊維、マトリックス及び気孔の分布が不均一になるという問題があった。その結果、従来の乾式製造法や含浸製造法では、炭素繊維を多く含むと共に気孔率が大き!ヽ湿式摩擦部材を得ることができな力つた。つまり、従来の乾式製造法や含浸製造法では、静的摩擦性能及び動的摩擦性能の両方に優れた湿式摩擦部材を製造することが困難でめつに。

[0007] そこで、静的摩擦性能及び動的摩擦性能の両方に優れた湿式摩擦部材、この湿式摩擦部材を得るための炭素繊維複合材料及びその製造方法を提供することが望まれている。

発明の開示

[0008] 本発明の一側面において、炭素繊維と、前記炭素繊維同士を接合するマトリックスと、気孔とが含まれ、前記気孔を除いた前記炭素繊維の体積分率が、 45%以上、 80 %以下であることを特徴とする炭素繊維複合材料を提供する。

[0009] この炭素繊維複合材料では、炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）が 45%以上となつている。つまり、この炭素繊維複合材料力もなる湿式摩擦部材は、従来の炭素繊維複合材料からなる湿式摩擦部材と比較して炭素繊維の体積分率が増大している。その結果、この湿式摩擦部材は、従来の炭素繊維複合材料からなる湿式摩擦部材と比較して静的摩擦性能がより優れる。

[0010] また、本発明の炭素繊維複合材料は、炭素繊維同士を接合するマトリックスを含んでいる。そして、この炭素繊維複合材料は、このマトリックスで結合され、あるいは架橋されることによって炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）が 45%以上、 80%以下という高い値になっている。つまり、炭素繊維同士は、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料）と比較して少ない量のマトリックスで接合されている。その結果、本発明の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料)では、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料）と比較して、多くの気孔を均一に含んだものとなる。つまり、本発明の湿式摩擦部材（炭素繊維複合材料)は、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料)と比較して、気孔率が高いものとなる。したがって、本発明の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料）は、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料)と比較して動的摩擦性能がより優れる。

[0011] また、このような炭素繊維複合材料は、前記気孔を除いた前記炭素繊維の体積分率力 50%以上であることが好ましぐ 55%以上であることがより好ましい。

[0012] また、このような炭素繊維複合材料にぉ、て、優れた動的摩擦性能を発揮するためには、気孔率が、 20%以上、 70%以下であることが望ましい。

[0013] 本発明他の側面としての炭素繊維複合材料の製造方法は、炭素繊維と榭脂の粒子とを液体に分散させて、分散した状態を維持しながら前記炭素繊維と前記樹脂の粒子を凝集させ、前記液体のみを除去して前記炭素繊維に前記樹脂の粒子が均一に付着した固形分を得る湿式抄造工程と、前記湿式抄造工程を経て得られた前記炭素繊維及び前記樹脂の粒子を含む固形分を加圧しながら加熱して成形する成形工程と、前記成形工程を経て得られた前記固形分を焼成する焼成工程とを備えることを特徴とする。

[0014] この炭素繊維複合材料の製造方法では、湿式抄造工程を経ることによって、炭素繊維及び樹脂の粒子は、液体中で均一に混ざり合うと共に、炭素繊維に榭脂の粒子が均一に付着した固形分が得られる。そして、成形工程を経ることによって、固形分に含まれる炭素繊維同士が榭脂によって接合される。このようにして成形された固形分中の榭脂は、焼成工程を経ることによって炭素化される。つまり、本発明の炭素繊維複合材料の製造方法では、マトリックスとなる樹脂の粒子を炭素繊維に均一に付着させることができるので、炭素繊維同士が、必要最小限の榭脂の使用量で効率良く接合される。その結果、この製造方法は、炭素繊維複合材料中の炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）を高めることができる。

[0015] また、この炭素繊維複合材料の製造方法では、炭素繊維複合材料の内部に均一に分散したマトリックスによって炭素繊維同士が接合されるので、炭素繊維複合材料に均一に分布する気孔が形成される。

[0016] 本発明によれば、静的摩擦性能及び動的摩擦性能の両方に優れた湿式摩擦部材、この湿式摩擦部材を得るための炭素繊維複合材料及びその製造方法を提供することができる。 [0017] 前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果及びさらなる特徴は、添付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説明により、一層明ら力となるであろう。

図面の簡単な説明

[0018] [図 1]実施形態に係る湿式摩擦部材 (カーボンディスク）が組み込まれた湿式多板クラッチの断面図である。

[図 2]図 2 (a)は、実施形態に係る湿式摩擦部材 (カーボンディスク)の斜視図であり、図 2 (b)は、図 2 (a)中の A部を拡大した様子を模式的に示した図であり、湿式摩擦部材 (カーボンディスク)を構成する炭素繊維複合材料の構造を説明するための説明図である。

[図 3]図 3 (a)、図 3 (b)、図 3 (c)及び図 3 (d)は、実施形態に係る炭素繊維複合材料の製造工程を示す工程図である。

[図 4]実施例で製造した湿式摩擦部材 (カーボンディスク)の摩擦性能評価試験に使用した試験機におけるトルク波形図である。

[図 5]実施例で製造した湿式摩擦部材 (カーボンディスク）における炭素繊維の体積分率と、 μ比との関係を示すグラフである。

[図 6]実施例で作製した湿式摩擦部材 (カーボンディスク）における炭素繊維の体積分率と、 Sとの関係を示すグラフである。

[図 7]実施例で作製した湿式摩擦部材 (カーボンディスク）における気孔率と、 μ比との関係を示すグラフである。

発明を実施するための最良の形態

[0019] 次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

[0020] 本実施形態に係る湿式摩擦部材を説明するに先立って、まず、この湿式摩擦部材が組み込まれた湿式多板クラッチについて説明する。図 1に示すように、湿式多板クラッチ 1は、公知の構造を有するものであり、作動油の流路 31が形成されたシャフト 3 0と、略円筒形のクラッチドラム 2と、このクラッチドラム 2内に嵌め込まれた略円筒形のハブ 3と、クラッチドラム 2に嵌め込まれてクラッチドラム 2との間に作動油の前記流路 31と連通する油圧室 9bを形成する円盤状のクラッチピストン 9と、クラッチドラム 2の中心軸に沿う方向に複数配置された環状のセパレートプレート 4 (SPCC (鋼板)製）と、セパレートプレート 4と交互に配置されるようにハブ 3に揷嵌された環状のカーボンデイスク 5とを備えている。このカーボンディスク 5は、特許請求の範囲にいう「湿式摩擦部材」に相当する。

[0021] クラッチドラム 2は、シャフト 30と一体になるように取り付けられており、シャフト 30と一体に回転するようになっている。ハブ 3は、シャフト 30〖こ揷嵌されており、シャフト 30 と別個にシャフト 30周りに回転するようになっている。クラッチピストン 9は、クラッチドラム 2の中心軸に沿う方向に摺動可能になっており、このクラッチピストン 9は、スプリング 9aによって油圧室 9b側に向かって付勢されている。

[0022] 周知のとおり、セパレートプレート 4は、その外周面に歯（外歯）が形成されており、クラッチドラム 2の中心軸に沿う方向に摺動可能なように、クラッチドラム 2の内周面にスプライン嵌合している。また、カーボンディスク 5は、その内周面に歯（内歯）が形成されており、クラッチドラム 2の中心軸に沿う方向に摺動可能なように、ハブ 3の外周面にスプライン嵌合して、る。

[0023] そして、クラッチドラム 2の内周面には、摺動したセパレートプレート 4及びカーボンディスク 5を受け止めるための受け止め部 6が形成されている。また、クラッチドラム 2 の内周面には、受け止め部 6とカーボンディスク 5との間に環状のリテーユングプレート 4a (SPCC (鋼板)製）が配置されている。このリテーユングプレート 4aは、その外周面に歯 (外歯)が形成されており、クラッチドラム 2の中心軸に沿う方向に摺動可能なように、クラッチドラム 2の内周面にスプライン嵌合して、る。

[0024] このような湿式多板クラッチ 1は、その使用態様、あるいはその取付け箇所に応じて、シャフト 30の回転力をハブ 3側に伝達し、あるいはハブ 3の回転力をシャフト 30側に伝達するものである。ここでは、シャフト 30の回転力がハブ 3側に伝達される場合を例にとって説明する。シャフト 30が回転することによってクラッチドラム 2が中心軸周りに回転すると、クラッチドラム 2の内周面にスプライン嵌合しているセパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aが回転する。その一方で、シャフト 30に形成された流路 31を介して作動油が油圧室 9b内に輸送されると、その油圧によってクラッチピストン 9は、スプリング 9aの付勢力に抗してハブ 3側に向かって移動する。そして、クラッチピストン 9が、クラッチドラム 2の受け止め部 6との間にセパレートプレート 4、カーボンディスク 5及びリテ一二ングプレート 4aを挟み込む。その結果、カーボンディスク 5は、回転するセパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aと接触して、スプライン嵌合して、るハブ 3をクラッチドラム 2の中心軸周りに回転させることとなる。

[0025] (湿式摩擦部材及び炭素繊維複合材料）

前記した湿式多板クラッチ 1に組み込まれた本実施形態に係る湿式摩擦部材、つまりカーボンディスク 5は、次に説明する炭素繊維複合材料が、図 2 (a)に示すように切削加工されたものであって、前記したように環状の形状を有していると共に、その内周面には、ハブ 3 (図 1参照）とスプライン嵌合させるための内歯 8が形成されている

[0026] このようなカーボンディスク 5を構成する炭素繊維複合材料 10は、図 2 (b)に示すように、炭素繊維 11と、炭素繊維 11同士を接合するマトリックス 12と、気孔 13とで主に構成されている。

[0027] この炭素繊維複合材料 10は、気孔 13を除いた炭素繊維 11の体積分率、つまり炭素繊維 11の体積とマトリックス 12との体積の合計に対する炭素繊維 11の体積の割合力 45%以上、 80%以下、好ましくは 55%以上、 80%以下になっている。ちなみに、このように体積分率を 80%以下にすることによって、炭素繊維複合材料 10の全体に亘つて炭素繊維 11同士が確実に接合される。

[0028] そして、図 2 (b)に示すように、気孔 13は、炭素繊維複合材料 10の全体に亘つて均一に分布している。この炭素繊維複合材料中の気孔 13の体積分率 (気孔率:炭素繊維 11の体積とマトリックス 12と気孔 13との体積の合計に対する気孔 13の体積の割合）は、 20%以上、 70%以下に設定されている。

[0029] 次に、このような炭素繊維複合材料 10から得られたカーボンディスク 5の作用効果について説明する。図 1に示すように、カーボンディスク 5を備えた湿式多板クラッチ 1 において、このカーボンディスク 5の気孔 13 (図 2 (b)参照）には、周知のとおり、 ATF (オートマチックトランスミッションフルード）が入り込んでいる。そして、カーボンデイスク 5が、回転するセパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aに押し当てられていくと、カーボンディスク 5は、セパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aに対して滑りながら接触する。

[0030] その一方で、カーボンディスク 5 (炭素繊維複合材料 10 (図 2 (b)参照)）は、炭素繊維 11 (図 2 (b)参照)の体積分率 (気孔 13を除く）が、 45%以上、 80%以下、好ましくは 55%以上という高い値になっている。つまり、炭素繊維 11同士は、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料)と比較して少な、量のマトリックス 12 (図 2 (b)参照)で接合されている。その結果、このカーボンディスク 5では、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料）と比較して、多くの気孔 13を均一に含んだものとなる。したがって、このカーボンディスク 5は、従来の湿式摩擦部材 (炭素繊維複合材料)と比較して動的摩擦性能がより優れる。つまり、セパレートプレート 4及びリテ一-ングプレート 4aの回転力が、カーボンディスク 5に効率良く伝達されるので、ジャダ一振動が効果的に防止される。

[0031] また、このカーボンディスク 5は、その気孔率が 20%以上、 70%以下となっているので、より確実に動的摩擦性能が向上する。

[0032] そして、セパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aの回転力力カーボンディスク 5に伝達されてセパレートプレート 4及びリテ一-ングプレート 4aの回転速度と力一ボンディスク 5の回転速度が一致するようになる。この際、カーボンディスク 5における炭素繊維 11の体積分率 (気孔 13を除く）は、 45%以上になっており、従来の湿式摩擦部材と比較して炭素繊維の体積分率が増大している。その結果、このカーボンディスク 5は、従来の湿式摩擦部材と比較して静的摩擦性能が優れたものとなる。つまり、セパレートプレート 4及びリテ一二ングプレート 4aからカーボンディスク 5に、比較的大きなトルクが掛かったとしても、カーボンディスク 5は、セパレートプレート 4及びリテーユングプレート 4aに対して滑ることなくより確実に繋ぎ止められる。

[0033] (炭素繊維複合材料の製造方法）

本実施形態に係る炭素繊維複合材料 10は、湿式抄造工程と、成形工程と、焼成工程とを経て製造される。

[0034] 図 3 (a)に示すように、湿式抄造工程では、所定の容器 15aに、前記した炭素繊維 11、榭脂の粒子 12a、水 14及びその他必要に応じて添加剤が投入される。なお、水 14は、特許請求の範囲にいう「液体」に相当する。次いで、撹拌機 16によって、水 14 中に炭素繊維 11及び樹脂の粒子 12aが分散される。

[0035] 炭素繊維 11としては、例えば、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が挙げられる。なお、炭素繊維の繊維長さ及び繊維径は特に限定されるものではない。また、榭脂としては、例えば、フエノール榭脂、フラン榭脂、ポリイミド榭脂、エポキシ榭脂等の熱硬化性榭脂が挙げられる。榭脂の粒子径は、 0. 3 m乃至 300 m程度のものが使用されればよい。

[0036] 添加剤としては、例えば、製紙や水処理に使用される粒子捕集剤が挙げられ、具体的には、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド等の高分子凝集剤や、硫酸ァルミ-ゥム、ポリ塩化アルミニウム等の無機凝集剤、これら高分子凝集剤や無機凝集剤の混合物が挙げられる。

[0037] 炭素繊維 11及び樹脂の粒子 12aの配合量としては、製造する炭素繊維複合材料 10中の炭素繊維 11の前記した体積分率に応じて適宜に設定すればよい。

[0038] 次に、この湿式抄造工程では、図 3 (b)に示すように、水中に炭素繊維 11及び榭脂の粒子 12aが分散した分散液 17 (図 3 (a)参照）が底部にメッシュスクリーン 15cが設けられた容器 15bに移し入れられる。その結果、メッシュスクリーン 15cから分散液 17 (図 3 (a)参照）中の水 14が除去されると共に、メッシュスクリーン 15c上には、水 14で湿潤した炭素繊維 11及び樹脂の粒子 12aを含む固形分 18が形成される。そして、この固形分 18は乾燥される。なお、このような湿式抄造工程では、分散液 17が容器 15 bに移し入れられて水 14が除去される際に、撹拌機 16 (図 3 (a)参照)で分散液 17が撹拌されつつ水 14が除去されてもよい。

[0039] 次に、図 3 (c)に示すように、成形工程では、固形分 18は、ホットプレス 19によって加圧されつつ加熱される。この成形工程を経ることによって、固形分 18は、次の焼成工程に供される形状、つまり板状となる。なお、この成形工程において、固形分 18に加えられる圧力は、 lOMPa乃至 20MPaが好ましぐ加熱温度は、 180°C程度でよい。

[0040] 次に、焼成工程では、成形された固形分 18が焼成されることによって、図 3 (d)に示すような板状の炭素繊維複合材料 10が形成される。なお、固形分 18の焼成温度は、 300°C乃至 800°Cが望ましぐ焼成時間は、 30分乃至 2時間程度でよい。また、焼成は、大気中で行ってもよいが、アルゴン、窒素ガス等の非酸化性の雰囲気下で行うことが望ましい。

[0041] そして、本実施形態に係る湿式摩擦部材としてのカーボンディスク 5は、このようにして得られた炭素繊維複合材料 10から、図 2に示す形状に切削加工することによつて製造される。

[0042] このような炭素繊維複合材料 10の製造方法では、湿式抄造工程を経ることによつて、炭素繊維 11及び樹脂の粒子 12aは、水中で均一に混ざり合う。そして、炭素繊維 11に榭脂の粒子 12aが均一に付着した固形分 18が得られる。また、この際、炭素繊維 11は、水 14の凝集力によってその嵩が膨らむことが抑制される。つまり、本発明の製造方法によれば、従来の乾式製造法と比較して、より多くの炭素繊維 11を炭素繊維複合材料 10に配合することが可能となる。なお、この際、榭脂の粒子 12aは、水を含む炭素繊維 11の隙間に保持されることとなる。

[0043] また、この炭素繊維複合材料 10の製造方法では、成形工程を経ることによって、固形分 18に含まれる炭素繊維 11同士が前記した榭脂によって接合される。このようにして成形された固形分 18中の榭脂は、焼成工程を経ることによって炭素化して炭素繊維 11同士を接合するマトリックス 12 (図 2 (b)参照)）となる。

[0044] つまり、本発明の炭素繊維複合材料 10の製造方法では、マトリックス 12となる榭脂

(榭脂の粒子 12a)を炭素繊維 11に均一に付着させることができるので、炭素繊維 1 1同士が、必要最小限の榭脂の使用量で効率良く接合される。その結果、この製造方法は、炭素繊維複合材料 10中の炭素繊維 11の体積分率 (気孔 13を除く）を高めることがでさる。

[0045] また、この炭素繊維複合材料 10の製造方法では、炭素繊維複合材料 10に均一に分布したマトリックス 12によって炭素繊維 11同士が接合される。その結果、炭素繊維複合材料 10の全体に亘つて均一に分布する気孔 13が形成される。したがって、この炭素繊維複合材料 10の製造方法によれば、前記した静的摩擦性能及び動的摩擦性能の両方に優れたカーボンディスク 5 (湿式摩擦部材)を得るための炭素繊維複合材料 10を製造することができる。

[0046] 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、前記実施形態では、炭素繊維複合材料 10が自動変速機の湿式多板クラッチ 1に適用される例を示したが、炭素繊維複合材料 10は、例えば、 4WD 車両のトランスファクラッチやブレーキに使用されてもよい。

[0047] また、前記実施形態では、炭素繊維複合材料 10を切削加工することによってカーボンディスク 5が作製される例を示した力本発明はこれに限定されるものではなぐ例えば、基板となる芯金に炭素繊維複合材料 10が接合されたディスクプレート (湿式摩擦部材)であってもよい。

[0048] また、前記実施形態では、液体として水 14が使用される炭素繊維複合材料 10の製造方法を示したが、本発明はこれに限定されるものではなぐ水 14以外の液体であつて、榭脂の粒子 12aを溶解しな、液体を使用するものであってもよ!/、。

[0049] また、前記実施形態では、乾燥させた固形分 18を加圧しつつ加熱して成形を行つて!ヽるが、湿潤した固形分 18を加圧しつつ加熱して成形を行ってもょヽ。

[0050] また、本発明の炭素繊維複合材料 10の製造方法では、液体中に分散させる榭脂の粒子 12aは、榭脂の粉末であってよいし、榭脂のェマルジヨンゃデイスパージヨンであってもよい。

実施例

[0051] 次に、本発明の炭素繊維複合材料の効果を確認した実施例について説明する。

(実施例 1)

<炭素繊維複合材料の製造 >

水にポリアクリロニトリル系炭素繊維（単繊維)及びレゾール型フエノール榭脂（平均粒径： 24 μ m)の粉末を分散させ、粒子捕集剤 (高分子凝集剤)としてのノ-オン性ポリエチレンオキサイドを添加した。このときの炭素繊維及び榭脂の合計量に対する炭素繊維及び樹脂のそれぞれの配合比は、炭素繊維 50質量％及び樹脂 50質量％であった。

[0052] 次にこの分散液を、図 3 (b)に示すような容器 15bに移し入れることによって、この分散液力も水を除去した。容器 15bの底部には、炭素繊維及び樹脂の粉末を含む固形分が得られた。

[0053] 次に、乾燥させた固形分を、ホットプレスを使用して 20MPaで加圧しながら 180°C で加熱することによって成形した。そして、成形した固形分をアルゴン雰囲気下にて 4 00°Cで 2時間焼成することによって炭素繊維複合材料を製造した。製造した炭素繊維複合材料中の炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）は、 45%であった。また、炭素繊維複合材料の気孔率は 40%であった。

[0054] <炭素繊維複合材料の摩擦性能評価試験 >

製造した炭素繊維複合材料を切削加工することによって、図 2に示す形状のカーボンディスク 5を作製すると共に、このカーボンディスク 5につ、て摩擦性能評価試験が行われた。

[0055] 摩擦性能評価試験には、 SAE No. 2試験機が使用された。図 4は、この試験機におけるトルク波形図である。この摩擦性能評価試験では、まず、カーボンディスク 5 を、図 1に示すセパレートプレート 4と同様の 2つのセパレートプレートで挟み、これらを SAE No. 2試験機に組み込んだ。そして、面圧： 0. 95MPa、回転速度： 2940r pm、イナ一シャ： 0. 12kg'm²、試験油温： 100°C、試験サイクル数： 500サイクルの条件で摩擦性能評価試験を行うことによって、摩擦係数 200及び; z 1200を測定した。これらの 200及び 1200は、図 4の SAE No. 2試験機における卜ノレク波形図に示されており、 1200は回転速度 1200rpm時の摩擦係数、 200はトルクが急激に減少する直前の回転速度 200rpm時の摩擦係数である。ここで、 μはトルクを、クラッチが係合するときの面圧で除した値である。これらの摩擦係数は回転マスを止めるブレーキングテストによる。そして、測定した 200及び 1200から求めた 200/ 1200の it (以下、単に「匕」と! /、う）は、 1. 04であった。

[0056] また、この摩擦性能評価試験では、 SAE No. 2試験機を使用してカーボンデイスク 5の/ z S (静摩擦係数）が測定された (面圧: 0. 95MPa、回転速度: 0. 7rpm、試験油温： 100°C)。カーボンディスク 5の μ Sは、 0. 101であった。これらの結果を表 1に示す。

[0057] (実施例 2〜実施例 4)

実施例 2〜実施例 4では、炭素繊維及び樹脂の合計量に対する炭素繊維及び榭脂のそれぞれの配合比を、表 1に示すように設定した以外は実施例 1と同様にして炭素繊維複合材料が製造された。製造された各炭素繊維複合材料における炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）、気孔率を表 1に示す。そして、製造した炭素繊維複合材料を切削加工することによって、図 2に示す形状のカーボンディスク 5を作製した。そして、このカーボンディスク 5について実施例 1と同様にして摩擦性能評価試験が行われた。その摩擦性能（ μ比及び μ S)の結果を表 1に示す。

[0058] [表 1]

[0059] (実施例 5〜実施例 8)

実施例 5〜実施例 8では、炭素繊維及び樹脂の合計量に対する炭素繊維及び榭脂のそれぞれの配合比を、表 2に示すように設定した以外は実施例 1と同様にして炭素繊維複合材料が製造された。製造された各炭素繊維複合材料における炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）、気孔率を表 2に示す。そして、製造した炭素繊維複合材料を切削加工することによって、図 2に示す形状のカーボンディスク 5を作製した。そして、このカーボンディスク 5について実施例 1と同様にして摩擦性能評価試験が行われた。その摩擦性能（比及び S)の結果を表 2に示す。

[0060] [表 2]

[0061] <動的摩擦性能及び静的摩擦性能にっレ、ての評価〉図 5は、実施例 1〜実施例 4で作製したカーボンディスク 5における炭素繊維の体積分率と、比との関係を示すグラフ、図 6は、実施例 1〜実施例 4で作製したカーボンディスク 5における炭素繊維の体積分率と、 Sとの関係を示すグラフ、図 7は、実施例 2及び実施例 5〜実施例 8で作製したカーボンディスク 5における気孔率と、 μ比との関係を示すグラフである。

[0062] 図 5に示すように、実施例 1〜実施例 4で作製した各カーボンディスク 5は、動的摩擦性能の指標となる比が 1. 04以下になっており、ジャダ一振動を防止する上で優れたものとなっている。そして、炭素繊維の体積分率 (気孔を除く）が 55%以上では、比が一段と低ぐ 0. 985以下になっている。また、図 6に示すように、実施例 1〜実施例 4で作製した各カーボンディスク 5は、 /z S力^). 101以上となっている。したがつて、実施例 1〜実施例 4で作製した各カーボンディスク 5は、動的摩擦性能と静的摩擦性能との両方に優れている。

[0063] そして、図 7に示すように、気孔率が上がる（オイル潤滑性が上がる）と、動的摩擦性能の指標としての μ比が小さくなつており、気孔率が 20%以上で比が 1. 04以下になっている。つまり、図 5及び図 7から明らかなように、炭素繊維の体積分率が 45% 以上であって、気孔率が 20%以上のカーボンディスク 5が最も好まし、。

Claims

請求の範囲

[1] 炭素繊維と、

前記炭素繊維同士を接合するマトリックスと、

気孔と

が含まれる炭素繊維複合材料であって、

前記気孔を除いた前記炭素繊維の体積分率が、 45%以上、 80%以下であることを特徴とする炭素繊維複合材料。

[2] 気孔率が、 20%以上、 70%以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の炭素繊維複合材料。

[3] 炭素繊維と榭脂の粒子とを液体に分散させて、分散した状態を維持しながら前記炭素繊維と前記樹脂の粒子を凝集させ、前記液体を除去して前記炭素繊維に前記榭脂の粒子が均一に付着した固形分を得る湿式抄造工程と、

前記湿式抄造工程を経て得られた前記炭素繊維及び前記樹脂の粒子を含む固形分を加圧しながら加熱して成形する成形工程と、

前記成形工程を経て得られた前記固形分を焼成する焼成工程と

を備えることを特徴とする炭素繊維複合材料の製造方法。

[4] 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の炭素繊維複合材料を使用したことを特徴とする湿式摩擦部材。

[5] 自動変速機の湿式多板クラッチを形成するものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の湿式摩擦部材。

[6] 4WD車両のトランスファクラッチを形成するものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の湿式摩擦部材。

[7] 4WD車両のブレーキを形成するものであることを特徴とする請求の範囲第 4項に記載の湿式摩擦部材。

[8] 炭素繊維と、

前記炭素繊維同士を接合するマトリックスと、

気孔と

が含まれる炭素繊維複合材料であって、前記気孔を除いた前記炭素繊維の体積分率が、 55%以上、 80%以下であることを特徴とする炭素繊維複合材料。

[9] 前記湿式抄造工程において、前記分散させるにあたり、攪拌機を用いることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。

[10] 前記湿式抄造工程において、前記凝集させるにあたり、粒子捕集剤を添加することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。

[11] 前記湿式抄造工程において、前記液体を除去するにあたり、底部にメッシュスクリーンが設けられた容器に移し入れるとともに、攪拌機で攪拌することを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。

[12] 前記湿式抄造工程を経て得られた前記炭素繊維及び前記樹脂の粒子を含む固形分を、乾燥してから、前記成形工程にかけることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。