JP2002234951A - 高湿式エネルギー炭素質摩擦材料の表面に摩擦調整剤を堆積させることで形成する摩擦材料 - Google Patents
高湿式エネルギー炭素質摩擦材料の表面に摩擦調整剤を堆積させることで形成する摩擦材料Info
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Abstract
性、多孔性強度、及び耐ノイズ性を有する摩擦材料を提
供する。 【解決手段】 一次層と一次層の少なくとも1つの表
面の摩擦調整粒子20の二次層とを含む、繊維質基材1
2である。この繊維質基材12に、フェノール樹脂また
はフェノールベースの樹脂材料を含浸させて、本摩擦材
料10を形成する。少なくとも1種の硬化可能な樹脂を
含浸させた繊維質基材を含み、該繊維質基材は、多孔質
の一次層と該一次層の少なくとも1つの表面の摩擦調整
粒子を含む二次層とを含み、該摩擦調整粒子は、前記繊
維質基材の重量を基準として約0.2〜約20重量%存
在し、前記摩擦調整粒子は、前記一次層の表面積の約3
〜約90%を被覆する、摩擦材料を提供する。
Description
アラミド繊維(並びに、所望により、綿繊維、炭素繊
維、炭素粒子及び充填材料の例えばケイソウ土)の第1
の層と摩擦調整粒子の第2の層とを含む非アスベストで
かつ非金属の繊維質基材に関する。本発明はさらに、フ
ェノール樹脂またはフェノールベースの樹脂ブレンドを
含浸させた上記に説明した繊維質基材を含む複合摩擦材
料に関する。
特性及び改良された強度、多孔性、耐摩耗性及び耐ノイ
ズ性を有する。
ステム及びブレーキシステムが、自動車業界により開発
されつつある。こうした新システムはしばしば、高エネ
ルギー要件を伴う。従って、摩擦材料技術をも開発する
ことで、こうした先進システムのますます増大しつつあ
るエネルギー要件を満たさなければならない。
料が必要である。新しい高エネルギー摩擦材料は、表面
速度が約65m/秒にまでなるような高速度に耐えるこ
とができなければならない。また摩擦材料は、約150
0psiまでの高フェーシングライニング圧力に耐えるこ
とができなければならない。また摩擦材料は、限定され
た潤滑条件下で有用であることも重要である。
ステムにおいて有用であるためには、摩擦材料は、耐久
性がありかつ高い耐熱性を有しなければならない。摩擦
材料は、高温で安定であり続けなければならないだけで
はなく、使用条件下で発生する高熱を迅速に放散できな
ければならない。
レーキシステムの係合及び切り離しの最中に高速度が生
じているということは、摩擦材料は、係合の間じゅう終
始比較的一定の摩擦を維持できなければならないという
ことを意味する。摩擦係合が、広範囲の速度と温度とに
わたって比較的一定であり、それにより、制動の最中の
材料の「シャダリング」または1つのギヤから別のギヤ
へのパワーシフトの最中のトランスミッションシステム
の「シャダリング」を最小にすることが重要である。ま
た摩擦材料は、摩擦係合の間中、摩擦材料にノイズまた
は「甲高い音」が生じないように、所望のトルク曲線形
状を有することも重要である。
ルクオンデマンドシステムは、主として燃料効率及び運
転の快適さのために、スリッピングクラッチを取り入れ
ている。こうしたシステム内部のスリップクラッチの役
割は、車両発進装置の例えば湿式スタートクラッチから
トルクコンバータクラッチまで変化する。動作条件によ
って、スリップクラッチは、次の3つの主要なクラスに
区分することができる:(1)低圧及び高スリップ速度
のクラッチの例えば湿式スタートクラッチ;(2)高圧
及び低スリップ速度のクラッチの例えばコンバータクラ
ッチ、及び(3)極低圧及び低スリップ速度のクラッチ
の例えばニュートラルからアイドルのクラッチ。
要な性能の関心事は、シャダの予防及び摩擦界面のエネ
ルギー管理である。シャダの発生は、摩擦材料の摩擦特
性、かみ合う面(mating surface)の硬さ及び粗さ、油
膜の保持、潤滑剤の化学的性質及び相互作用、クラッチ
の動作条件、動力伝達装置の組み立て及びハードウェア
の心合わせ、並びに動力伝達装置の汚染を含む多くの要
因によるとすることができる。摩擦界面のエネルギー管
理は、主として界面温度の制御と関係があり、ポンプ容
量、油の流れの経路及び制御方法によって影響される。
摩擦材料表面の設計も、界面エネルギー管理の効率に寄
与する。
繊維を摩擦材料中に含ませていた。健康及び環境の問題
が原因となって、アスベストはもはや使用されていな
い。より最近の摩擦材料においては、含浸用の紙または
繊維材料を、フェノール樹脂またはフェノール変性樹脂
類を用いて修正することで、摩擦材料中にアスベストの
無いことを克服しようと試みてきた。しかしながらこう
した摩擦材料は、発生した高熱を迅速に放散せず、か
つ、現在開発中の高速度システム中に使用するために現
在必要とされる、必要な耐熱性と満足の行く高摩擦係数
性能とを有していない。
参考文献に勝る改良であり、この特許は、多工程の含浸
及び硬化方法を含む;すなわち、紙にコーティング組成
物を含浸させ、炭素粒子を紙表面に置き、紙中のコーテ
ィング組成物を部分的に硬化し、第2のコーティング組
成物を、部分的に硬化済みの紙に施用し、最後に両方の
コーティング組成物を硬化する。
合わせた金属繊維を、耐摩耗性を得るために摩擦材料中
に含ませた。例えば、Fujimaki et al.の米国特許第4,4
51,590号は、金属繊維、充填材、炭素粒子、炭素繊維及
びフェノール樹脂を有する摩擦材料を説明している。し
かしながら、金属ベースの摩擦材料は、使用最中の高い
流体浸透容量を可能にするために十分な多孔性と圧縮率
とを有しない。また、金属ベースの摩擦材料は、十分に
レジリエントでも無く、弾性も無く、しかもなお、圧縮
永久歪みに対する耐性も無く、約1500psi(約10
5kg/cm2)までの高フェーシングライニング圧力に耐え
ることができない。金属ベースの摩擦材料はまた、新し
いトランスミッションシステム及びブレーキシステムの
係合及び切り離しの最中に生じている約65m/秒にま
でなるような高い表面速度に耐えることができない。
るBorgWarner Inc.によって共有されているより初期
の、摩擦材料に関する特許に勝る改良である。特に、米
国特許第5,998,307号は、硬化可能な樹脂を含浸させた
基材を有する摩擦材料に関し、ここで、多孔質の一次層
は、少なくとも1種の繊維質材料を含み、二次層は、一
次層の表面の少なくとも約3〜約90%を被覆する炭素
粒子を含む。米国特許第5,858,883号は、より少なくフ
ィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛、及び充填材の
一次層と、一次層の表面の炭素粒子を含む二次層と、を
有する基材に関する。米国特許第5,856,224号は、硬化
可能な樹脂を含浸させた基材を含む摩擦材料に関する。
一次層は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、
人造黒鉛、及び充填材を含み;二次層は、炭素粒子及び
歩留まり向上剤を含む。米国特許第5,958,507号は、摩
擦材料を製造するための方法に関し、ここで、より少な
くフィブリル化したアラミド繊維を含む繊維質材料の少
なくとも1つの表面に、炭素粒子及び歩留まり向上剤を
コーティングし、その後、表面の少なくとも3〜90%
にフェノール樹脂または変性フェノール樹脂を含浸さ
せ、硬化する。米国特許第6,001,750号は、硬化可能な
樹脂を含浸させた繊維質基材を含む摩擦材料に関する。
多孔質の一次層は、より少なくフィブリル化したアラミ
ド繊維、炭素粒子、炭素繊維、充填材料、フェノールノ
ボロイド繊維、及び所望により綿繊維を含む。二次層
は、表面の約3〜約90%を被覆する炭素粒子を含む。
る様々な一次層は、本発明に関して有用であり、本明細
書において参考のために完全に引用されることは理解で
きるはずである。
の米国特許第5,753,356号、同第5,707,905号(より少な
くフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛及び充填材
を含む基材を説明している)に説明される様々な基材は
また、本発明に関して有用であると予測されており、そ
のようなものとして、本明細書において参考のために完
全に引用する。さらに別の共有されている特許出願第09
/183,564号、現在は許可されている、は、より少なくフ
ィブリル化したアラミド繊維、炭素繊維、炭素粒子及び
充填材を含む非金属繊維質基材に関し、また本発明にお
いて一次層として有用であるとみなされており、本明細
書において参考のために完全に引用する。
るためには、摩擦材料は広く様々な許容可能な特性を有
しなければならない。摩擦材料は、レジリエントである
かまたは弾性があり、しかもなお、圧縮永久歪み、摩耗
及び応力に対する耐性がなければならず;高い耐熱性を
有し、また熱を速やかに放散できなければならず;長く
持続し、安定で、むらのない摩擦性能を有しなければな
らない。こうした特性のいずれかが満たされない場合、
摩擦材料の最適性能は実現されない。
に使用して、高エネルギー用途の摩擦材料を形成するこ
とも重要である。摩擦材料は、含浸最中に湿式樹脂で飽
和した時と、使用最中にブレーキ液またはトランスミッ
ションオイルで飽和した時との両方において、良好なせ
ん断強度を有しなければならない。
流体浸透容量が存在するような高い多孔性を摩擦材料が
有することも重要である。従って摩擦材料は、多孔質で
あるだけではなく、圧縮可能でもなければならないこと
は重要である。摩擦材料中に浸透した流体は、ブレーキ
またはトランスミッションの動作最中に加えられる圧力
下で速やかに摩擦材料から絞り出されるかまたは放出で
きなければならず、しかもなお、摩擦材料はつぶれては
ならない。また、摩擦材料は高い熱伝導性を有して、ブ
レーキまたはトランスミッションの動作最中に発生した
熱を迅速に放散するのを助けることも重要である。
層と、特に、シリカ粒子、炭化した炭素粒子及び/また
は樹脂粉末を含む摩擦調整粒子の二次層とを含む繊維質
基材を含み、トランスミッションシステムにおいて使用
するための、耐シャダ摩擦材料の開示はない。
は、従来技術のものと比較して信頼性がありかつ改良さ
れた特性を有する、改良された摩擦材料を提供すること
にある。
ャダ特性及び高い熱伝導性、多孔性強度、及び耐ノイズ
性を有する摩擦材料を提供することにある。
要であることを考慮して広範な研究を行った結果、改良
された特性を有する摩擦材料が本発明によって開発され
た。本湿式摩擦材料は「湿式」用途において有用であ
り、ここでは、摩擦材料は使用最中に、ブレーキ液また
は自動変速機油のような液体で「湿っている」かまたは
含浸されている。「湿式」摩擦材料の使用最中に、流体
は最終的には摩擦材料から絞り出されるかまたは摩擦材
料を含浸している。湿式摩擦材料は、その組成と物理的
特性との両方において、「乾式」摩擦材料とは非常に異
なる。
用最中に生じる条件と同様の条件下で、多くの材料を、
摩擦と耐熱性特性とに関して評価した。市販のブレーキ
ライニングとトランスミッション材料との両方を調査し
て、高エネルギー用途での使用には適していないことが
判明した。
いて特に有用である。本発明は、繊維質基材の表面に堆
積した最適な量の摩擦調整粒子を有する繊維質基材を提
供する。好ましくは、繊維質基材を製造するための方法
の最中に、摩擦調整粒子を繊維質基材表面に堆積させ
る。
たはより少なくフィブリル化したアラミド繊維、綿繊
維、炭素繊維、炭素粒子及び少なくとも1種の充填材、
並びに所望により他の成分の組合せを含む繊維質基材を
含む一次層に関して有用である。特定の実施例において
は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維は、多孔
質繊維質基材を生じる。炭素繊維は、摩擦材料に良好な
熱伝導を与え、これによって、摩擦材料に所望の耐熱性
を持たせるようにする。炭素粒子はまた、良好な摩擦特
性、例えばシフト時の良好なまたは滑らかな「感触」
と、本質的にノイズまたは「甲高い音(squawk)」の無
いブレーキ及びクラッチの操作とを摩擦材料に与える。
比較的少量の綿繊維の存在は、摩擦材料に所望の「慣ら
し運転」特性を与え、これによって、摩擦材料の初期の
使用の最中にシャダがほとんど起きないかまたは起きな
いようにする。
の表面に堆積させて、繊維質基材を形成する。様々な摩
擦調整粒子が、繊維質基材表面の二次層として有用であ
る。特に、シリカ粒子の例えばケイソウ土、セライト、
celatom、及び/または二酸化ケイ素は特に有用
である。表面摩擦調整粒子は、繊維質基材の約0.2〜
約20重量%、好ましくは約2〜10重量%、最も好ま
しくは約3〜5重量%存在する。
浸させることができる。特定の実施例においては、繊維
質基材にフェノール樹脂または変性フェノールベースの
樹脂を含浸させることは有用である。特定の実施例にお
いては、シリコーン樹脂を相溶性溶媒中でフェノール樹
脂とブレンドするかまたは混合し、このシリコーン−フ
ェノール樹脂ブレンドを使用して本発明の繊維質基材に
含浸させる場合、特に有用な高エネルギー摩擦材料が形
成される。
耐シャダ特性を有する。また本摩擦材料は、本摩擦材料
の使用最中のより均一な熱放散に対処するような、改良
された弾性と多孔性とを有する。トランスミッション中
またはブレーキ中の流体は、本摩擦材料の多孔質構造を
通って迅速に移動できる。さらに、弾性の向上は、本摩
擦材料表面に均一な圧力または均一な圧力分布を与え、
これによって、不均一なライニングの摩耗または分離板
の「ホットスポット」を無くすようにする。
散はより効果的になる。使用最中の摩擦材料の係合の最
中の、摩擦材料の中へまたは中からの油の流れは、摩擦
材料が多孔質の場合にはより迅速に起きる。
な方法を使用できる。好ましくは、含浸用樹脂材料が、
100重量部の摩擦材料につき約45〜約65重量部を
占めるように、繊維質基材にフェノール樹脂またはフェ
ノールベースの樹脂を含浸させる。繊維質基材に樹脂を
含浸させた後、含浸済みの繊維質基材を、予め定められ
た長さの時間、所望の温度に加熱して、摩擦材料を形成
する。この加熱においては、フェノール樹脂を温度約3
00°Fで硬化する。シリコーン樹脂等の他の樹脂が存
在する場合、加熱においては、シリコーン樹脂を温度約
400°Fで硬化する。その後、含浸済みかつ硬化済み
の摩擦材料を、適切な手段によって所望の基体に接着さ
せる。
樹脂としては、フェノール樹脂及びフェノールベースの
樹脂が挙げられる。樹脂ブレンド中に他の変性成分の例
えばエポキシ、ブタジエン、シリコーン、桐油、ベンゼ
ン、カシューナッツ油及びその他同様なものを含むよう
な様々なフェノールベースの樹脂は、本発明に関して有
用であると予測されることは理解できるはずである。フ
ェノール変性樹脂においては、フェノール樹脂は一般
に、樹脂ブレンドの約50重量%以上(存在するいかな
る溶媒も除いて)存在する。しかしながら、含浸剤樹脂
ブレンドが、シリコーン−フェノール樹脂混合物の重量
を基準として(溶媒と他の加工用酸を除いて)、特定の
実施例においては約5〜約80重量%、特定の目的のた
めには約15〜約55%、特定の実施例においては約1
5〜約25重量%のシリコーン樹脂を含む場合、摩擦材
料を改良できることが見い出された。
フェノール−シリコーン樹脂の例を、上記に参照したBo
rgWarnerの米国特許に開示し、これを、本明細書におい
て参考のために完全に引用する。本発明において有用な
シリコーン樹脂としては、例えば、熱硬化シリコーンシ
ーラント及びシリコーンゴムが挙げられる。様々なシリ
コーン樹脂類が、本発明に関して有用である。1つの樹
脂は、特に、キシレンとアセチルアセトン(2,4−ペ
ンタンジオン)とを含む。このシリコーン樹脂は、沸点
約362°F(183℃)、蒸気圧68°Fで21mmHg、
蒸気密度(空気=1)4.8、無視し得る水への溶解
度、比重約1.09、パーセント揮発性5重量%、蒸発
率(エーテル=1)0.1未満、ペンスキー−マルテン
ス法を使用して引火点約149°F(65℃)、を有す
る。他のシリコーン樹脂を本発明に関して利用できるこ
とは理解できるはずである。他の有用な樹脂ブレンドと
しては、例えば:(重量%で)約55〜約60%のフェ
ノール樹脂;約20〜約25%のエチルアルコール;約
10〜約14%のフェノール;約3〜約4%のメチルア
ルコール;約0.3〜約0.8%のホルムアルデヒド;
及び約10〜約20%の水;を含むような、適切なフェ
ノール樹脂が挙げられる。別の適切なフェノールベース
の樹脂は:(重量%で)約50〜約55%のフェノール
/ホルムアルデヒド樹脂;約0.5%のホルムアルデヒ
ド;約11%のフェノール;約30〜約35%のイソプ
ロパノール;及び約1〜約5%の水;を含む。
好ましくは約10〜約15重量%のエポキシ化合物を含
み、残り(溶媒と他の加工助剤を除いて)はフェノール
樹脂であるようなエポキシ変性フェノール樹脂であるこ
とが見い出された。エポキシ−フェノール樹脂化合物
は、特定の実施例においては、フェノール樹脂単独の場
合よりも高い耐熱性を摩擦材料に与える。
る樹脂の標的ピックアップは、全シリコーン−フェノー
ル樹脂の約40〜約65%、特定の実施例においては約
60〜少なくとも65重量%の範囲にわたることが好ま
しい。繊維質基材に樹脂を含浸させた後、繊維質基材
を、ある時間(特定の実施例においては約1/2時
間)、300〜400℃の範囲にわたる温度で硬化し
て、樹脂結合剤を硬化し、摩擦材料を形成する。摩擦材
料の最終厚さは、繊維質基材の初期厚さによって決まる
が、特定の実施例においては好ましくは約0.014”
〜約0.040”の範囲にわたる。
質基材の製造との両方において有用であることが周知の
他の成分と加工助剤とを、本摩擦材料中に含めることが
できることは予測される。
が、互いに相溶性である溶媒中に存在する。こうした樹
脂類を共に混合して(好適な実施例において)均一ブレ
ンドを形成し、次にこれを使用して繊維質基材に含浸さ
せる。繊維質基材にフェノール樹脂を含浸させ、次にシ
リコーン樹脂をその後加えた場合と、逆の場合とでは、
同じ効果は生じない。また、シリコーン−フェノール樹
脂溶液の混合物と、シリコーン樹脂粉末及び/またはフ
ェノール樹脂粉末のエマルションとの間にも、相違があ
る。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とが溶液中にある
場合、これらは全く硬化しない。それに反して、シリコ
ーン樹脂とフェノール樹脂との粉末粒子は部分的に硬化
する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂の部分的硬化
は、繊維質基材の良好な含浸を阻害する。
基材に、溶媒中のシリコーン樹脂ブレンドを含浸させ、
ここで溶媒は、フェノール樹脂とその溶媒とに相溶性が
あるようなものである。1実施例においては、イソプロ
パノールは特に適切な溶媒であることが見い出された。
しかしながら、様々な他の適切な溶媒の例えばエタノー
ル、メチルエチルケトン、ブタノール、イソプロパノー
ル、トルエン及びその他同様なものを、本発明の実施に
おいて利用できることは理解できるはずである。シリコ
ーン樹脂をフェノール樹脂とブレンドしてから、これを
使用して繊維質基材に含浸させた場合、得られた摩擦材
料は、シリコーン樹脂が存在することで、フェノール樹
脂のみを含浸させた繊維質基材よりも弾性が大きくな
る。シリコーン−フェノール樹脂をブレンドし含浸させ
た本発明の摩擦材料に圧力を加えた場合、より均一な圧
力分布が得られ、その結果、不均一なライニングの摩耗
が生じる可能性が低減する。シリコーン樹脂とフェノー
ル樹脂とを共に混合した後、この混合物を使用して繊維
質基材に含浸させる。
ブリル化した繊維と炭素繊維とを繊維質基材中に使用し
て、所望の細孔構造を摩擦材料に与え、その結果、向上
した耐熱性を摩擦材料に与える。繊維の幾何学的形状
は、向上した耐熱性を与えるだけではなく、耐層間剥離
性と耐スキール性または耐ノイズ性とを提供する。炭素
繊維と炭素粒子との存在は、耐熱性を向上し、安定した
摩擦係数を維持し、耐スキール性を向上する助けとな
る。繊維質基材中の比較的少量の綿繊維は、摩擦材料の
クラッチ「慣らし運転」特性を改良する。
と炭素繊維とを繊維質基材中に使用することで、高温に
耐える摩擦材料の能力が改良される。より少なくフィブ
リル化したアラミド繊維は一般に、コア繊維に結合した
フィブリルをほとんど有しない。より少なくフィブリル
化したアラミド繊維を使用することで、より多孔質の構
造を有する摩擦材料が得られる;すなわち、典型的なフ
ィブリル化アラミド繊維を使用した場合よりも、より多
くのかつより大きな細孔が存在する。多孔質構造は一般
に、孔径と液体浸透性とによって定義される。好適な実
施例においては、繊維質基材では、細孔の平均サイズは
直径約2.0〜約25ミクロンの範囲に限定される。特
定の実施例においては、平均孔径は直径約2.5〜約8
ミクロンの範囲にわたり、本摩擦材料は、少なくとも約
50%、特定の実施例においては少なくとも約60%以
上の容易に利用可能な空隙を有した。
(mean flow pore diameter)と浸透性とを有する場
合、摩擦材料は、摩擦材料の多孔質構造全体にわたる自
動変速機油のより良好な流れが理由となって、恐らくよ
り低温で動作するかまたはトランスミッション中に発生
する熱がより少ないと思われる。トランスミッションシ
ステムの動作中に、特に高温では、自動変速機油の分解
が原因となって、油堆積物が摩擦材料の表面に時間と共
に現れる傾向がある。繊維表面の油堆積物は、細孔の開
口部を減少させる。従って、摩擦材料が最初により大き
な細孔を有する場合、摩擦材料の耐用寿命の間中、より
多くの開放気孔が残存する。加えて、少なくとも部分的
にシリコーン樹脂を含浸させた実施例においては、シリ
コーン樹脂は、その弾性特性が理由となって、摩擦材料
中の繊維がさらに開放された構造を有することを可能に
する。
囲にわたる長さと約300を超えるカナダ標準ろ水度
(CSF)とを有することが望ましい。特定の実施例に
おいては、CSF約450〜約550、好ましくは約5
30以上;他の特定の実施例においては、約580〜6
50以上、好ましくは約650以上を有するより少なく
フィブリル化したアラミド繊維を使用することが望まし
い。それに反して、より多くフィブリル化した繊維の例
えばアラミドパルプは、ろ水度約285〜290を有す
る。
85)とは、繊維のフィブリル化度は、繊維のろ水度の
測定値で表わすことができることを意味する。CSF試
験は、1リットルの水中の3グラムの繊維の懸濁液を排
水できる速度の任意の尺度を与える実験的手順である。
従って、より少なくフィブリル化したアラミド繊維は、
他のアラミド繊維またはパルプよりも高いろ水度すなわ
ち摩擦材料からの流体のより大きい排水速度を有する。
約430〜650(特定の実施例においては、好ましく
は約580〜640、または好ましくは約620〜64
0)の範囲にわたるCSFを有するアラミド繊維を含む
摩擦材料は、優れた摩擦性能を提供し、また、従来のよ
り多くフィブリル化したアラミド繊維を含む摩擦材料よ
りも良好な材料特性を有する。繊維長がより大きいこと
は、高いカナダろ水度に加えて、摩擦材料に高強度、高
多孔性及び良好な耐摩耗性を与える。より少なくフィブ
リル化したアラミド繊維(CSF約530〜約650)
は、特に良好な長期耐久性と安定した摩擦係数とを有す
る。
次層において有用である。特に、シリカ充填材の例えば
ケイソウ土は有用である。しかしながら、他のタイプの
充填材が本発明において使用するために適切であること
と、精選された充填材は、摩擦材料の個々の要件によっ
て異なることとは予測される。
の繊維質基材に加えることで、摩擦材料により高い摩擦
係数を与える。特定の実施例においては約5〜約20
%、特定の実施例においては約10%の綿も、繊維質基
材に加えることができる。
第09/183,564号に説明するように、繊維質基材の一次層
のための配合物の1例は、約10〜約50重量%のより
少なくフィブリル化したアラミド繊維;約10〜約35
重量%の活性炭粒子;約5〜約20重量%の綿繊維;約
2〜約15重量%の炭素繊維;及び約10〜約35重量
%の充填材料を含む。特定の実施例においては、有用で
あることが見い出された1特定の配合物は、約35〜約
45重量%のより少なくフィブリル化したアラミド繊
維;約10〜約20重量%の活性炭粒子;約5〜約15
重量%の綿繊維;約2〜約10重量%の炭素繊維;及び
約25〜約35重量%の充填材を含む。
を使用することで、繊維質基材に三次元構造を与える。
繊維質基材の表面の摩擦調整粒子の二次層の均一性を実
現するために、好ましくは約0.5〜約80ミクロン、
好ましくは約.5〜約20ミクロンである粒子の範囲と
サイズとを使用する。こうした特定の実施例において
は、摩擦調整粒子のサイズが大き過ぎるか小さ過ぎる場
合、最適三次元構造は実現されず、従って熱放散も同様
に最適ではないことが発見されている。
摩擦調整粒子の量は、摩擦紙の約0.2〜約20重量
%、特定の実施例においては約2〜約15重量%、特定
の好適な実施例においては約2〜約5重量%の範囲にわ
たる。好適な実施例においては、一次層の表面の摩擦調
整粒子の被覆面積は、表面積の約3〜約90%の範囲内
である。
積させて、繊維質基材を形成する。様々な摩擦調整粒子
が、繊維質基材表面の二次層として有用である。有用な
摩擦調整粒子としては、シリカ粒子;樹脂粉末の例えば
フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びこ
れらの混合物;部分的及び/または完全に炭化した炭素
粉末及び/または粒子及びこれらの混合物;並びにこの
ような摩擦調整粒子の混合物が挙げられる。特に、シリ
カ粒子の例えばケイソウ土、セライト(登録商標)、C
elatom(登録商標)、及び/または二酸化ケイ素
は特に有用である。シリカ粒子は、繊維質材料に強く結
合する廉価な有機材料である。シリカ粒子は、摩擦材料
に高い摩擦係数を与える。シリカ粒子はまた、摩擦材料
に平滑な摩擦表面を与え、摩擦材料に良好な「シフト感
触」と摩擦特性とを与え、これによって、いかなるシャ
ダも最小になるようにする。
は、繊維質基材の一次層を形成する繊維を含む。繊維質
基材の一次層の少なくとも1つの表面に、摩擦調整粒子
をコーティングする。摩擦調整粒子が表面にコーティン
グされた繊維質基材に次に、少なくとも1種のフェノー
ル樹脂またはフェノールベースの樹脂を含浸させる。含
浸済みかつコーティング済みの繊維質基材を、予め定め
られた温度で予め定められた時間硬化して、摩擦材料を
形成する。
好適な実施例を、図2に示す。繊維質基材12は、上側
の面すなわち上面16と下側の面すなわち底面18とを
有する下層14を含む。下層14が湿っている間に、摩
擦調整粒子20を、湿った下層14の上面16の上に堆
積させる。
に摩擦調整粒子20を堆積させる前に、湿った層14の
下面18に真空圧力(図示せず)を使用することも有用
である。
の二次層は、摩擦材料に良好な耐シャダ特性、高い耐久
性、良好な耐摩耗性及び改良された慣らし運転特性を与
えることが見い出された。
ーティング済み繊維質基材と得られた摩擦材料とが、従
来の摩擦材料に勝る改良であるというさらなる証拠を提
供する。本発明の様々な好適な実施例を以下の実施例に
おいて説明するが、これは本発明の範囲を限定すること
を意図したものではない。
擦材料は、特殊な要件を満たすスリッピングクラッチ用
途のために設計されている。こうした要件としては、高
い機械的強度、耐熱性、耐グレイジング性及び耐シャダ
性が挙げられる。本発明の摩擦材料は、高い多孔性、高
い機械的強度のための類のない材料構造、高温伝導性、
及び耐シャダ摩擦調整剤特性を有する。こうした材料特
性は、滑らかなスリップトルク出力と長期摩擦安定性と
の必要条件である。
とのためのスリップクラッチ材料要件としては、良好な
曲線形状と長期摩擦安定性とが挙げられる。図1に示す
ように、良好な曲線形状は、高い材料多孔性と高い摩擦
調整剤含量とによって決まる。長期摩擦安定性は、高い
多孔性(耐グレイジング)と高温成分とによって決ま
る。
網目構造を含んで、高い熱放散と摩擦安定性とを提供す
る。摩擦調整粒子を繊維質基材表面に堆積して、「耐シ
ャダ」特性を提供する。スリップクラッチ用の本発明の
摩擦材料を、図2に示す。BWは本発明の摩擦材料であ
り、約38〜40重量%のより少なくフィブリル化した
アラミド繊維;約13〜15重量%の炭素粒子;約10
〜12重量%の綿繊維;約4〜6重量%の炭素繊維;及
び約28〜30重量%のセライト充填材料を含む繊維質
基材の一次層を有し、約3〜約5重量%セライト摩擦調
整粒子を含む二次層すなわち上層を有する。M1は従来
の低速度スリップ材料であり、約25重量%のアラミド
繊維;約25重量%の綿繊維;及び約15重量%の充填
材料を含む。
の性能と耐久性とを、以下の試験によって評価する: 1.高速度スリップ耐久性台上試験(P25):極高エ
ネルギー、スリップ耐久性の向上。
験(P31):低速度、連続スリップ、様々な使用条件
下でのμ−V摩擦特性。 3.伝導動力計耐久性試験。
ッチ材料のためのものとは異なる。スリップクラッチ材
料(例えばスタートクラッチ)の主な特徴は、クラッチ
が完全に係合する前に長いスリップ時間を要し、単位接
触面積当り高い摩擦エネルギーを必要とし、クラッチが
高い慣性に耐える点である。表Iは、高速度スリップ耐
久性台上試験(P25)及び低速度スリップスクリーニ
ング台上試験(P31)のための試験条件を示す。
fabric)を含む。BW材料は本発明の摩擦材料であ
り、多孔質の合成繊維網目構造を含んで、高い熱放散を
提供する。加えて、摩擦調整剤をBW材料の表面に堆積
して、耐シャダ特性を与えた。M1材料は従来の低速度
スリップクラッチ摩擦材料であり、適度の高エネルギー
容量、緻密な構造及びより低い多孔性、高温繊維と低温
有機繊維との組合せ、並びに良好な「初期」耐シャダ性
を有する。炭素織物は織物状材料であり、3つの材料全
ての中で最も高い多孔性を有する。しかしながら、炭素
織物材料は、製織パターンの性質が理由となって高い表
面粗さを有する。加えて図3に示すように、炭素織物材
料は、材料の高い圧縮永久歪みが原因となって最も機械
的変形を受けやすい。
較を下記の表IIに示す。材料M1の平均細孔直径は4
μmである。他の特徴に加えて、摩擦材料BWはより大
きな細孔構造を含み、平均細孔直径は約7μmである。
より大きな細孔は、直径が増大しているためにグレイズ
形成(glaze formation)による閉塞をより受けにく
い。
結果を示す。図4に示すように、材料M1は、最初は良
好なトルク記録パターン(または摩擦係数μ曲線)を示
し、次に500サイクル後に跳ね上がる(rooster tail
ed)トルク曲線が現れ始め、2000サイクル後にはこ
れが明白になった。跳ね上がるトルク記録パターンは望
ましくなく、というのはこれは、シャダに関連する負の
μ−V曲線を生成するからである。図5において、本発
明の摩擦材料に対し同じ試験を行った結果が明らかにな
る。出力トルク記録パターンはわずかに下降するかまた
は平坦である。μレベルは、2000サイクル全体を通
して安定である。摩擦材料BWのこうした特性(安定な
μ及び下降/平坦なトルク記録パターン)は、良好な性
能の強力な証拠である。炭素織物材料の試験結果を図6
に示す。図6は、どのトルク記録パターン(またはμ曲
線)にも、明らかに低いμ値と非常に大きい跳ね上がり
とを示す。これは、こうした3つの試験の中で最も望ま
しくない事例である。様々なタイプの自動変速機油を使
用して、同様の観察及び特性傾向が、こうした3つの異
なる材料に関して観察された。
擦板を、SEMを使用して調べた。図7、8に示すよう
に、材料M1は表面グレイジングという欠点を有する
が、一方、摩擦材料BWは清浄な表面を有し、多孔質な
ままであることが見い出された。低多孔性材料であるた
めに、M1は耐久性試験後にグレイジングを形成した
(glazed)。BW摩擦材料の高い多孔性は、グレイジン
グを防ぐ助けになる。炭素織物材料は良好なエネルギー
容量を有した;しかしながら、高い圧縮率(機械的変
形)、表面粗さ、及び炭素化学の性質は、図6に示すよ
うに、炭素織物材料を、高エネルギースリップ耐久性試
験において非常に不安定にした。
リップ速度でのμ−V関係を、図9〜11に示す。BW
及びM1材料は正のμ−V勾配を有するが、一方、炭素
織物材料は負のμ−V勾配を示す。正のμ−V勾配は、
良好な耐シャダ性にとって必要である。炭素織物材料の
負のμ−V勾配は、炭素織物材料は恐らく車両において
シャダを生じるだろうということを意味する。BW材料
及びM1材料中の耐シャダ成分は、正のμ−V勾配を生
成する助けになる。炭素それ自体は、その種類の正のμ
−V勾配を提供することはできない。
を使用して行い、トランスミッションの耐久性を評価し
た。試験の装備品は、車両慣性をシミュレートするため
に、2つのエンジン及び/またはフライホイールを備え
た。油の温度は85〜100℃だった。最大スリップ速
度は約2500rpmだった。クラッチ圧力は約500kPa
だった。スリップ時間は約5秒である。完全な試験は、
18の異なるタイプのスタートで構成され、各タイプ
は、様々な条件(スリップ速度、スリップ時間、圧力
等)を有する。
ートした動力計試験の結果を示す。摩擦材料BWは安定
したμ値を有し、試験半ば(44,000サイクル)及
び試験の終わり(77,000サイクルのスタート)に
おいてシャダが無い。出力スリップトルクは、入力トル
クに線形に比例する。制御不可能なトルク振動は観察さ
れなかった。こうした結果は、高速度スリップクラッチ
用途のための摩擦材料BWの良好な品質を証明する。
材料BWは、平坦なμ−V曲線(安定なμ)と滑らかな
出力トルク(振動が無い)とを示した。材料M1はしか
しながら、負のμ−V勾配とかなりの振動(またはシャ
ダ)を有する出力トルクとを示した。こうしたデータ
は、高速度スリップ用途における、摩擦材料BWの材料
M1に勝る優位を立証する。
ッションバンド、ブレーキシュー、シンクロナイザーリ
ング、摩擦円板またはシステムプレートと共に使用する
ための高エネルギー摩擦材料として有用である。
する上記の説明は、例示とするためのものであり、請求
の範囲及び内容を限定するものではない。
良好な曲線形状を示す、スリップクラッチ材料の性能の
グラフである。
法を示す概略図である。
の圧縮挙動を示すグラフである。
台上試験(P25)を示すグラフである。
耐久性台上試験(P25)を示すグラフである。
(P25)を示すグラフである。
表面外観を示す。
験後の表面外観を示す。
クリーニング台上試験(P31)を示すグラフである。
プスクリーニング台上試験(P31)を示すグラフであ
る。
グ台上試験(P31)を示すグラフである。
であるBWの動力計試験(エンジントルク、クラッチ圧
力、出力トルク及びスリップ速度)を示すグラフであ
る。
であるBWの動力計試験(エンジントルク、クラッチ圧
力、出力トルク及びスリップ速度)を示すグラフであ
る。
(rpm)及びμ−V勾配及びスリップトルクの車両試験
結果を示すグラフである。
スリップトルク車両試験に関する印加圧力、エンジン回
転速度、クラッチ速度、スリップトルク及びシャダを示
すグラフである。
(rpm)及びμ−V勾配及びスリップトルクの車両試験
結果を示すグラフである。
びスリップトルク車両試験に関する印加圧力、エンジン
回転速度、クラッチ速度、スリップトルクを示すグラフ
である。
Claims (25)
- 【請求項1】 少なくとも1種の硬化可能な樹脂を含浸
させた繊維質基材を含み、該繊維質基材は、多孔質の一
次層と該一次層の少なくとも1つの表面の摩擦調整粒子
を含む二次層とを含み、該摩擦調整粒子は、前記繊維質
基材の重量を基準として約0.2〜約20重量%存在
し、前記摩擦調整粒子は、前記一次層の表面積の約3〜
約90%を被覆する、摩擦材料。 - 【請求項2】 前記二次層は、前記繊維質基材の重量を
基準として、約5〜約15重量%の摩擦調整粒子を含
む、請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項3】 前記二次層は、前記繊維質基材の重量を
基準として、約2〜5重量%のシリカ粒子摩擦調整粒子
を含む、請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項4】 前記摩擦調整粒子のサイズは約0.5〜
約20ミクロンの範囲にわたる、請求項1に記載の摩擦
材料。 - 【請求項5】 前記摩擦調整粒子は、シリカ粒子;フェ
ノール樹脂、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂及び
これらの混合物を含む樹脂粉末;完全に炭化した炭素粉
末若しくは粒子または部分的に炭化した粉末若しくは粒
子及びこれらの混合物;並びにこれらの混合物を含む、
請求項4に記載の摩擦材料。 - 【請求項6】 前記繊維質基材は、カナダ標準ろ水度
(CSF)指数に基づいてろ水度少なくとも約300を
有する複数のより少なくフィブリル化したアラミド繊維
と、所望により以下のもののうちの1つ以上:綿繊維、
炭素繊維、炭素粒子、及び少なくとも1種の充填材料:
とを含む、請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項7】 前記より少なくフィブリル化したアラミ
ド繊維は、カナダ標準ろ水度指数に基づいてろ水度約4
30〜約650を有する、請求項6に記載の摩擦材料。 - 【請求項8】 前記アラミド繊維は、約0.5〜約10
mmの範囲内の平均繊維長を有する、請求項6に記載の摩
擦材料。 - 【請求項9】 前記充填材はケイソウ土を含む、請求項
6に記載の摩擦材料。 - 【請求項10】 前記繊維質基材は、細孔直径を、平均
サイズで約2.0〜約25ミクロンの範囲に限定する、
請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項11】 前記一次層は、少なくとも約50%の
容易に利用可能な空隙を有する、請求項1に記載の摩擦
材料。 - 【請求項12】 前記繊維質基材の層は、約10〜約5
0重量%のより少なくフィブリル化したアラミド繊維;
約10〜約35重量%の炭素粒子;約5〜約20重量%
の綿繊維;約2〜約15重量%の炭素繊維;及び約10
〜約35重量%の充填材料を含む、請求項6に記載の摩
擦材料。 - 【請求項13】 重量%で、約38〜約40%のより少
なくフィブリル化したアラミド繊維;約13〜約15%
の炭素粒子;約10〜約12%の綿繊維;約4〜約6%
の炭素繊維;及び約28〜約30%の充填材料を含む、
請求項12に記載の摩擦材料。 - 【請求項14】 フェノール樹脂または変性フェノール
樹脂を含浸させた、請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項15】 前記摩擦材料は約25〜約60重量%
の樹脂を含む、請求項14に記載の摩擦材料。 - 【請求項16】 フェノール樹脂とシリコーン樹脂との
混合物を含浸させた請求項1に記載の摩擦材料におい
て、該混合物中のシリコーン樹脂の量は、前記混合物の
重量を基準として約5〜約80重量%の範囲にわたる、
請求項1に記載の摩擦材料。 - 【請求項17】 前記フェノール樹脂は、溶媒材料中に
存在し、前記シリコーン樹脂は、前記フェノール樹脂の
前記溶媒材料と相溶性がある溶媒材料中に存在する、請
求項16に記載の摩擦材料。 - 【請求項18】 前記シリコーン−フェノール樹脂混合
物中に存在するシリコーン樹脂の量は、前記混合物の重
量を基準として約20〜約25重量%の範囲にわたる、
請求項16に記載の摩擦材料。 - 【請求項19】 前記シリコーン−フェノール樹脂混合
物中に存在するシリコーン樹脂の量は、前記混合物の重
量を基準として約15〜約25重量%の範囲にわたる、
請求項16に記載の摩擦材料。 - 【請求項20】 前記変性フェノール樹脂は、エポキシ
フェノール樹脂を含む、請求項14に記載の摩擦材料。 - 【請求項21】 前記エポキシフェノール樹脂中に存在
するエポキシ樹脂の量は、前記エポキシフェノール樹脂
の重量を基準として約5〜約25重量%の範囲にわた
る、請求項20に記載の摩擦材料。 - 【請求項22】 前記エポキシフェノール樹脂中に存在
するエポキシ樹脂の量は、前記エポキシフェノール樹脂
の重量を基準として約10〜約15重量%の範囲にわた
る、請求項20に記載の摩擦材料。 - 【請求項23】 アラミド繊維の繊維質基材を形成する
ことと、該多孔質繊維質基材の少なくとも1つの表面の
約3〜約90%に、前記繊維質基材の重量を基準として
約0.2〜約20重量%存在する摩擦調整粒子をコーテ
ィングすることと、前記コーティング済みの繊維質基材
にフェノール樹脂またはフェノールベースの樹脂混合物
を含浸させ、その後、前記含浸済みの繊維質基材を、予
め定められた温度で予め定められた時間硬化すること
と、を含む、摩擦材料を製造するための方法。 - 【請求項24】 前記アラミド繊維は、炭素粒子、綿繊
維、炭素繊維、及び少なくとも1種の充填材料と混合さ
れて、前記繊維質基材を形成する、請求項23に記載の
方法。 - 【請求項25】 前記摩擦調整粒子は、シリカ粒子;フ
ェノール樹脂、シリコーン樹脂、またはエポキシ樹脂及
びこれらの混合物を含む樹脂粉末;完全に炭化した炭素
粉末若しくは粒子または部分的に炭化した炭素粉末若し
くは粒子及びこれらの混合物;並びにこれらの混合物を
含む、請求項23に記載の方法。
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