JP2014527562A

JP2014527562A - 湿式摩擦材料

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Publication number: JP2014527562A
Application number: JP2014525087A
Authority: JP
Inventors: フェン・ドン; ロバート・シー・ラム; ティモシー・ピー・ニューカム
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-10-16
Also published as: EP2742253A2; US20130037373A1; WO2013022823A3; WO2013022823A2; EP2742253A4; JP6538745B2; US9777785B2; JP2017171921A; CN103717937A; EP2742253B1; KR101928733B1; KR20140053217A; CN103717937B

Abstract

湿式クラッチに使用される湿式摩擦材料は、潤滑油の存在下で対向面と摩擦係合する摩擦接触面を備える。摩擦接触面の少なくとも一部は、ナノファイバーウェブを形成するフィブリル化ナノファイバーと、ナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子とを含む。硬化樹脂でフィブリル化ナノファイバーと摩擦調節粒子とを接着し、摩擦材料に構造的支持を提供してもよい。

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１１年８月８日に出願された米国特許出願第１３／２０５，３３９号明細書の利益を主張する。

本開示の技術分野は、一般に、車両変速機または他の被潤滑パワートレイン構成部品に組み込まれる湿式クラッチに使用される摩擦材料に関する。

自動車パワートレインの幾つかの構成部品は、自動車の動力発生源（即ち、内燃機関、電気モータ、燃料電池など）から駆動輪への動力の伝達を促進するために湿式クラッチを採用することがある。動力発生源の下流に配置され、車両発進、ギヤシフトおよび他のトルク伝達事象を可能にする変速機は、このような構成部品の１つである。何らかの形態の湿式クラッチが、自動車運転に現在使用可能な多くの様々なタイプの変速機全般に見られる。湿式クラッチは、ほんの数例挙げてみただけでも、自動変速機用のトルクコンバータ、自動変速機または半自動デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）用の多板湿式クラッチパック、およびトルクコンバータの代替として７〜９個ものギヤを備えた比較的スポーティーな自動変速機に組み込まれることがある湿式発進クラッチに使用することができる。類似の湿式クラッチが、変速機以外に、車両パワートレインの他の箇所に見られる。

湿式クラッチは、潤滑油の存在下で２つ以上の対向する回転面を、これらの表面間を選択的に接触摩擦係合させることにより噛み合わせるアセンブリである。通常、摩擦クラッチ板、ベルト、シンクロナイザリング、または、これらの係合可能な回転面の１つを提供する他の何らかの部品で摩擦材料を支持し、意図された噛み合い摩擦係合を実施する。摩擦界面に潤滑油が存在すると、摩擦材料が冷却され、その摩耗が減少し、幾らかの初期滑りの発生が可能となり、これによりトルク伝達が徐々に、しかし非常に迅速に進行し、急激なトルク伝達事象（即ち、変速ショック）に伴って起こり得る不快感が回避されるようになる。しかし、摩擦界面に潤滑油が保持されると、燃料効率に悪影響が及ぶ。この理由は、摩擦材料の表面を特定の温度より低温に保つ流量で潤滑油を摩擦界面におよび摩擦界面から、通常は加圧下で、ポンプ送液するのに必要な動力が、結局、動力発生源から流用されるからである。

従来の摩擦材料は、一般に、３００〜３５０℃より高い表面温度では確実に機能を果たすことができない。これらの温度より高温では、このような摩擦材料は、潤滑油の熱劣化およびグレージング、即ち、摩擦材料の表面に熱劣化した潤滑油添加剤が蓄積し、実質的に貫通不可能なスラッジ堆積物を形成するプロセスを経る傾向がある。表面グレージングが生じた摩擦材料は、シャダーや摩擦界面全体にわたる摩擦係数のばらつきを含む、様々な厄介な問題の一因となり得る。十分低い表面温度を維持するのに、正確にどれくらいの潤滑油を摩擦材料上に循環させる必要があるかは、湿式クラッチの形態および対抗する回転面間の摩擦界面の表面積に依存する。

湿式クラッチに使用される湿式摩擦材料は、潤滑油の存在下で対向面と摩擦係合する摩擦接触面を備える。摩擦接触面の少なくとも一部は、ナノファイバーウェブを形成するフィブリル化ナノファイバーと、ナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子とを備える。硬化樹脂でフィブリル化ナノファイバーと摩擦調節粒子とを接着し、構造的支持を提供してもよい。

湿式摩擦材料の断面図であり、湿式摩擦材料の摩擦接触面はフィブリル化ナノファイバーを含み、それにより摩擦調節粒子がフィブリル化ナノファイバーで形成されたナノファイバーウェブ中に支持されている。図１に示す湿式摩擦材料は、構成構造の概念化を助けることを目的とする理想図である。それは縮尺に従って描かれておらず、フィブリル化ナノファイバーと摩擦調節粒子の相対的サイズを示すものではない。基材に結合した湿式摩擦材料の断面図であり、湿式摩擦材料は、摩擦材料の摩擦接触面に隣接した摩擦安定領域を含む。摩擦安定領域は、フィブリル化ナノファイバーと、フィブリル化ナノファイバーで形成されたナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子とを含む。図２に示す湿式摩擦材料は、構成構造の概念化を助けることを目的とする理想図である。それは縮尺に従って描かれておらず、フィブリル化ナノファイバーと摩擦調節粒子の相対的サイズを示すものではない。基材に結合した湿式摩擦材料の断面図であり、湿式摩擦材料は、摩擦材料の摩擦接触面に隣接する摩擦安定領域を含む。摩擦安定領域は、フィブリル化ナノファイバーと、フィブリル化ナノファイバーで形成されたナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子とを含む。図３に示す湿式摩擦材料は、構成構造の概念化を助けることを目的とする理想図である。それは縮尺に従って描かれておらず、ベース構造繊維と、フィブリル化セルロースナノファイバーと、摩擦調節粒子の相対的サイズを示すものではない。従来の摩擦材料（４１０）および摩擦安定領域を有する摩擦材料（４００）についての、摩擦材料係合／係脱サイクル数に対する摩擦トルク勾配（回転速度５００ｒｐｍと２００ｒｍｐにおける摩擦材料の摩擦係数の差）をプロットするグラフである。幾つかの従来の摩擦材料（５１０、５２０、５３０）および摩擦安定領域を有する摩擦材料（５００）についての、摩擦材料係合／係脱数に対する動的摩擦係数をプロットするグラフである。従来の摩擦材料（６１０）および摩擦安定領域を有する摩擦材料（６００）についての、滑り速度に対する摩擦係数をプロットするグラフである。

湿式クラッチに使用される湿式摩擦材料の様々な実施形態を、図１に数字１０として示す。湿式摩擦材料１０は、潤滑油の存在下で対向する合わせ面（図示せず）と接触摩擦係合する摩擦接触面１２を備える。摩擦接触面１２に、およびそれに隣接して、フィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６が配置されており、これらは硬化樹脂１８で接着されていてもよい。フィブリル化ナノファイバー１４とそれから出ている多数のフィブリルは、相互連結したナノファイバーウェブ２０を形成し、これは摩擦調節粒子１６を保持し、それらを摩擦接触面１２にまたはこの近傍に保つ。フィブリル化ナノファイバー１４および摩擦調節粒子１６の一部は、摩擦係合中、対向する合わせ面と接触するように摩擦接触面１２で露出している。ナノファイバーウェブ２０は摩擦調節粒子１６を摩擦接触面１２にまたはその近傍に保つことができるため、摩擦材料１０は安定な摩擦係数と正のμ−ｖ関係を有する。さらに、場合により、フィブリル化ナノファイバー１４が熱分解を受け易い場合、フィブリル化ナノファイバー１４はグレージング防止効果を有することができる。フィブリル化ナノファイバー１４が熱分解すると、表面に堆積したグレージング物質が摩擦接触面１２から取り除かれ、新しいフィブリル化ナノファイバーが常に露出するため、グレージングの防止に役立ち得る。

摩擦材料１０は、摩擦接触面１２と反対側を向いている結合面（図１には図示せず）との距離により画定される厚みを有してもよい。反対側を向いている結合面は、下にあるベース基材または他の材料への結合の達成を目的とする摩擦材料１０の表面である。摩擦接触面１２から、および反対側を向いている結合面の方に延びる摩擦安定領域２２は、バランスの取れた量のフィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６とを含んでもよい。摩擦安定領域２２は、摩擦接触面から深部に、摩擦材料１０の厚みの約４０％以下、約２０％以下、約１０％以下、または約５％以下延びてもよい。例えば、摩擦材料１０が、変速機のクラッチ板に使用される湿式摩擦材料に典型的な約０．２５ｍｍ〜約２ｍｍの厚みである場合、摩擦安定領域２２は、摩擦接触面１２から深部に、約０．０１２５ｍｍ（０．２５ｍｍの５％）〜約０．８０ｍｍ（２ｍｍの４０％）以下、内側に延びてもよい。摩擦安定領域２２の下にある摩擦材料１０の残部は、摩擦安定領域２２と同じ全体構成を有しても、または異なる構成を有してもよい。即ち、摩擦材料１０は、（１）全部、フィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６とから構成され、硬化樹脂１８で接着されていてもよく、（２）図２および図３に示すように、ベース繊維材料の上部に、またはその近傍にフィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６が存在するベース繊維材料から構成され、硬化樹脂１８で接着されていてもよく、または（３）摩擦安定領域２２にバランスの取れた量のフィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６が存在する他の何らかの構成から構成されていてもよい。

フィブリル化ナノファイバー１４は、直径約２０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約３０ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲、長さ約１ｍｍ〜約１０ｍｍ、約２ｍｍ〜約８ｍｍ、または約４ｍｍ〜約６ｍｍの範囲であってもよい。さらに、カナダ標準濾水度（ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ（ＣＳＦ））で測定した、フィブリル化ナノファイバー１４のフィブリル化度は、約５ｍｌＣＳＦ〜約３００ｍｌＣＳＦ、約１０ｍｌＣＳＦ〜約２００ｍｌＣＳＦ、または約１０ｍｌＣＳＦ〜約１００ｍｌＣＳＦの範囲であってもよい。ＣＳＦは、水１リットル中の繊維パルプ材料３グラムを脱水し得る速度を測定する実験方法である（試験規格についてはＴＡＰＰＩＴ２２７を参照されたい）。高フィブリル化繊維パルプ材料ほど、脱水速度は低くなり、従って、「ｍｌＣＳＦ」値が低くなり、低フィブリル化繊維パルプ材料ほど、「ｍｌＣＳＦ」値が高くなる。フィブリル化ナノファイバー１４のこれらの物理的特性は、摩擦安定領域２２におけるナノファイバーウェブ２０の形成を可能にするのに役立ち、摩擦調節粒子１６の強力な結合支持を促進する。

フィブリル化ナノファイバー１４は、セルロース、アラミド、またはアクリルの少なくとも１つで構成されてもよい。フィブリル化セルロースナノファイバーは、セルロースおよび／またはセルロース誘導体を少なくとも５０重量％、別の実施形態では、少なくとも７５重量％、別の実施形態では、少なくとも９０重量％含む。セルロースは、天然セルロースであっても、または再生（人工）セルロースであってもよい。天然セルロースは、繰り返しβ（１→４）グリコシド結合グルコース単位を含み、ポリマー一般式（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）_ｎ（式中、繰り返し単位数（「ｎ」）は、通常１００〜１０，０００の範囲である）を有する直鎖多糖類である。再生セルロースは、天然セルロースと同じ化学式を有し、天然ポリマー（即ち、木材パルプまたは竹）から、ビスコース法、銅アンモニア法、および有機溶剤紡糸法を含む幾つかの方法の１つにより製造される。再生セルロースの幾つかの例としては、レーヨン、モダルおよびリヨセルがある。セルロース誘導体は、グルコース単位のヒドロキシル基が全部または一部、例えば、有機（−Ｏ−ＣＯ−Ｒ）エステル基で置換されている変性セルロースである。セルロース誘導体の幾つかの例としては、酢酸セルロースおよび三酢酸セルロースがある。フィブリル化アラミドナノファイバーには、１，４−フェニレンジアミンと塩化テレフタロイルとの縮合生成物などのｐ−アラミド、およびｍ−フェニレンジアミンと塩化イソフタロイルとの縮合生成物などのｍ−アラミドを含む任意の合成芳香族ポリアミドが含まれる。フィブリル化アクリルナノファイバーは、アクリロニトリルモノマー少なくとも８５重量％から生成される任意の合成アクリル系ポリマーを含む。

ナノファイバーウェブ２０中に保持された摩擦調節粒子１６は、４００℃より低温で溶融、軟化、または分解しない任意の材料で構成されていてもよい。摩擦調節粒子１６に製造できる広範囲のセラミック材料およびゴム材料が使用可能である。好適な材料としては、シリカ（ＳｉＯ_２）、炭素、グラファイト、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、チタニア（ＴｉＯ_２）、セリア（ＣｅＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、コージエライト（ケイ酸Ｍｇ／Ｆｅ／Ａｌ）、ムライト（ケイ酸アルミニウム）、シリマナイト（ケイ酸アルミニウム）、スポジュメン（ケイ酸リチウムアルミニウム）、ペタライト（ケイ酸リチウムアルミニウム）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭化ハフニウム（ＨｆＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ホウ化チタン（ＴｉＢ_２）、カシューダスト、硬化フェノール樹脂、およびこれらの混合物が挙げられるが、これらは網羅的に列挙したものではない。摩擦調節粒子１６の直径は、約１００ｎｍ〜約８０μｍ、約５００ｎｍ〜約３０μｍ、または約８００ｎｍ〜約２０μｍの範囲であってもよい。

摩擦調節粒子１６は、一実施形態では、シリカ材料の１種である珪藻土で構成されてもよい。珪藻土は、比較的高い摩擦係数を示し、フィブリル化ナノファイバー１４で形成されるナノファイバーウェブ２０に容易に捕捉する安価な研磨材である。摩擦材料１０の摩擦接触面１２に求められる摩擦特性に応じて、摩擦調節粒子１６は全て珪藻土で構成されてもよく、あるいは、摩擦調節粒子１６の一部は珪藻土であり、他は炭素、グラファイト、および／またはアルミナであってもよい。もちろん、他の幾つかの材料を珪藻土と組み合わせて使用し、摩擦調節粒子１６を構成してもよい。珪藻土を単独でまたは珪藻土を炭素、グラファイト、もしくはアルミナの１つ以上と組み合わせて摩擦調節粒子１６として使用することは、特定の方法の１つであるに過ぎない。

摩擦安定領域２２に存在するフィブリル化ナノファイバー１４と支持される摩擦調節粒子１６の量は、摩擦接触面１２における所望の表面特性に応じて変わり得る。摩擦材料３０００ｆｔ^２当たり、摩擦安定領域２２にフィブリル化ナノファイバー１４、約１ｌｂ〜約１５ｌｂｓ、およびフィブリル化ナノファイバー１４で形成されたナノファイバーウェブ２０中に保持されている摩擦調節粒子１６、約２ｌｂｓ〜約２０ｌｂｓが存在してもよい。坪量単位「ｌｂｓ／３０００ｆｔ^２」は、含浸されているか否かにかかわらず、薄い繊維層の所定の表面積に基づく重量の尺度として、製紙業で通常使用される。ここで、それは、摩擦接触面１２、３０００ｆｔ^２当たりの湿式摩擦材料１０中に含まれるフィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６の重量を表す。特定の一実施形態では、それぞれ摩擦材料１０、約３０００ｆｔ^２に基づき、フィブリル化ナノファイバー１６、約４ｌｂｓ〜約９ｌｂｓ、および摩擦調節粒子１６、約１２ｌｂｓ〜約１７ｌｂｓが摩擦安定領域２２に存在してもよい。フィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６の量は、摩擦材料１０の摩擦特性に影響を及ぼすように選択することができる。例えば、摩擦接触面１２における摩擦材料１０の空隙率は、摩擦安定領域２２に存在するフィブリル化ナノファイバー１４の量に反比例する。存在する摩擦調節粒子１６の量は、摩擦接触面１２で達成され得る静的摩擦係数と動的摩擦係数の両方に影響を及ぼす。一般に、摩擦調節粒子１６の量が多いほど摩擦係数が高く、逆の場合も同様である。

硬化樹脂１８は、摩擦材料１０に構造剛性を付与するのに好適な任意の熱硬化性樹脂であってもよい。硬化樹脂１８は、例えば、フェノール樹脂またはフェノールをベースにする樹脂であってもよい。フェノール樹脂は熱硬化性樹脂の１種であり、芳香族アルコール、典型的にはフェノールと、アルデヒド、典型的にはホルムアルデヒドとの縮合により製造される。フェノールをベースにする樹脂は、溶媒または加工助剤を除く全樹脂の全重量に基づいてフェノール樹脂を少なくとも５０重量％含む熱硬化性樹脂ブレンドである。フェノール樹脂とブレンドすることができる他の熱硬化性樹脂の幾つかの例としては、ほんの数例挙げてみただけでも、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、およびポリブタジエン樹脂がある。硬化樹脂１８は、摩擦材料１０に強度と剛性を付与し、前述のように、摩擦安定領域２２のフィブリル化ナノファイバー１４と摩擦調節粒子１６とを接着させると共に、潤滑油の適切な流れと保持が得られるように摩擦材料１０全体にわたり所望の空隙率を維持する。

数字１０’によって示される湿式摩擦材料の一実施形態を図３に示し、同様の数字は、それらの要素または特徴に関する前述の説明を適用できることを示す。湿式摩擦材料１０’は、当業者に公知の任意の好適な方法で基材２４に結合されている。基材２４の幾つかの例としては、クラッチ板、シンクロナイザリング、およびトランスミッションバンドが挙げられるが、これらに限定されるものではない。湿式摩擦材料１０’は、摩擦接触面１２’と、反対側を向いている結合面３２とを備える。摩擦接触面１２’は、潤滑油の存在下で、対向する回転面（図示せず）と選択接触摩擦係合し、反対側を向いている結合面３２は、接着剤または他の何らかの好適な結合方法を使用して基材への結合取り付けを達成する。潤滑油は、例えば、オートマチック・トランスミッション・フルードなどの任意の好適な潤滑液であってもよい。燃料効率を改善するために、長時間、摩擦接触面１２’の温度が３５０℃を超えることができるように、湿式摩擦材料１０’上の潤滑油の流量を管理することができる。湿式摩擦材料１０’は３５０℃超、約５００℃以下で十分な性能を発揮するが、それはこのような高温環境だけに限定されるものではなく、必要に応じて、摩擦接触面１２’の温度を３５０℃より低温に維持するように設計された湿式クラッチに使用することもできる。

湿式摩擦材料１０’は、摩擦材料１０’の摩擦安定領域２２’を支持するベース繊維材料２６を含んでもよい。ベース繊維材料２６は、典型的には約０．２５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲であるベース繊維材料２６の厚みを画定する上面２８と底面３０とを有する。摩擦安定領域２２’を形成するフィブリル化ナノファイバー１４’と摩擦調節粒子１６’は、ベース繊維材料２６の上面２８が湿式摩擦材料１０’の摩擦接触面１２’と略一致するように、ベース繊維材料２６と高度に交絡していてもよく（図３に図示する）、または別の実施形態では、フィブリル化ナノファイバー１４’と摩擦調節粒子１６’はベース繊維材料２６と部分的に交絡し、ベース繊維材料２６の上面２８が摩擦接触面１２と一致しないように厚み約７０μｍ以下、約５０μｍ以下、約２０μｍ以下、または約１０μｍ以下の表面層を形成してもよい。湿式摩擦材料１０’の様々な特性により、フィブリル化ナノファイバー１４’と摩擦調節粒子１６’がベース繊維材料２６に浸入するまたはその上面２８に堆積する程度が決定され得る。これらの特性には、ベース繊維材料２６の空隙率、および摩擦安定領域２２’に含まれるフィブリル化ナノファイバー１４’と摩擦調節粒子１６’の量が含まれる。ベース繊維材料２６の底面３０は、基材２４に隣接して配置され、通常、湿式摩擦材料１０’の反対側を向いている結合面３２と一致する。硬化樹脂１８’は、ベース繊維材料２６ならびにベース繊維材料２６の上面２８の上に配置された摩擦安定領域２２’の任意の部分全体に均一に分布し、接着性、剛性、および構造的支持を提供してもよい。湿式摩擦材料１０’中の硬化樹脂１８’の典型的な重量パーセントは、通常、約１５％〜約５０％の範囲であるが、もちろん、湿式摩擦材料１０’の設計仕様に応じて、それより多くまたは少なく存在してもよい。

湿式摩擦材料１０’の摩擦安定領域２２’は、摩擦接触面１２’が定期的に再生されるように構成されてもよく、それにより、摩擦界面の温度が３５０℃を超えても湿式摩擦材料１０’は長時間その意図された摩擦性能を維持することが可能となる。ベース繊維材料２６のバルク構造は、ベース構造繊維３４および任意選択による充填剤の配置により提供することができる。フィブリル化セルロースナノファイバーが摩擦安定領域２２’内に配置され、ベース構造繊維３４と交絡していてもよく、フィブリル化セルロースナノファイバーはフィブリル化ナノファイバー１４’の全部（１００重量％）または一部、例えば、約１０重量％〜約９９重量％、約３０重量％〜約９０重量％、約５０重量％〜約９９重量％、または約７５重量％〜約９９重量％を構成してもよい。フィブリル化セルロースナノファイバーは、例えば、再生リヨセルセルロース、または再生リヨセルセルロースと天然セルロースとのブレンドで構成されていてもよい。ベース繊維材料２６の全重量は、湿式摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約９５ｌｂｓ〜約４００ｌｂｓの範囲であってもよい。当業者に公知の標準的な製紙および繊維製造方法を使用して、ベース繊維網目構造２６を製造することができる。

ベース構造繊維３４は、直径約１μｍ〜約５００μｍの範囲、長さ２ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲であってもよい。ベース構造繊維３４は、織布、不織布、または他の任意の好適な構成であってもよい。湿式摩擦材料１０’の所望の特性に応じて、多くの異なるタイプの材料でベース構造繊維３４を構成してもよい。ベース構造繊維３４としては、例えば、それぞれ４５０℃より低温で熱分解しにくいアラミド（芳香族ポリアミド）繊維および／または炭素繊維、ならびにそれぞれ摩擦特性に様々な影響を及ぼす木綿繊維、ノボロイド（フェノール−ホルムアルデヒド）繊維、セラミック繊維、および／またはガラス繊維を挙げることができる。ベース構造繊維３４は、湿式摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約９５ｌｂｓ〜約４００ｌｂｓの範囲の量で存在してもよい。

ベース繊維材料２６中に含まれるベース構造繊維３４は、一実施形態では、フィブリル化アラミドマイクロファイバーおよびカーボンマイクロファイバーであってもよい。アラミドマイクロファイバーは、ベース構造繊維３４の（湿式摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約３８ｌｂｓ〜約３２０ｌｂｓ）約４０重量％〜約８０重量％を構成してもよく、カーボンマイクロファイバーはベース構造繊維３４の（ｗｅ摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約１９ｌｂｓ〜約２４０ｌｂｓ）約２０重量％〜約６０重量％を構成してもよい。これらの２種類のマイクロファイバーの組み合わせにより、３５０℃よりかなり高温での熱安定性および化学的安定性ならびに高い耐疲労性がベース繊維材料２６に付与される。カナダ標準濾水度（ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ（ＣＳＦ））で測定されたアラミドマイクロファイバーのフィブリル化度は、約２５０ｍｌＣＳＦ（高フィブリル化）〜約６５０ｍｌＣＳＦ（低フィブリル化）の範囲であってもよい。アラミドマイクロファイバーと共に存在するカーボンマイクロファイバーは、天然であってもまたは合成であってもよい。それらは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、レーヨン、石油ピッチ、および／またはコールタールピッチを含むフィラメント状の幾つかの異なる前駆体を炭素化することにより得ることができる。

フィブリル化ナノファイバー１４’および支持される摩擦調節粒子１６’は、前述のように、湿式摩擦材料１０’の摩擦接触面１２’から内側に延びる摩擦安定領域２２’で、ベース構造繊維３４と交絡していてもよい。ベース構造繊維３４が摩擦接触面１２’で露出しているか否かは、摩擦安定領域２２’のフィブリル化ナノファイバー１４’と摩擦調節粒子１６’の量、およびベース繊維材料２６の空隙率に依存する。摩擦安定領域２２’に存在するフィブリル化セルロースナノファイバーの量が比較的少ない、例えば、湿式摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約１ｌｂ〜約６ｌｂｓの場合、従って、摩擦材料１０’の摩擦接触面１２’が比較的多孔質になる場合、ベース構造繊維３４は露出する可能性が高い。逆に、摩擦安定領域２２’に存在するフィブリル化ナノファイバー１４’の量が比較的多い、例えば、湿式摩擦材料１０’、３０００ｆｔ^２当たり約８ｌｂｓ〜約１５ｌｂｓの場合、従って、ベース繊維材料２６の上面２８の構造繊維３４が実質的に全部被覆される場合、構造繊維３４は露出する可能性が低い。

摩擦材料１０’は、摩擦接触面１２’の温度が３５０℃を超える低潤滑油流量環境で長時間、確実に機能を果たすことができる。即ち、３５０℃より高温で、摩擦材料１０’は正のμ−ｖ関係を維持し、グレージングを防止することができる。摩擦材料１０’は、その摩擦接触面１２’が繰り返し再生可能であるため、このタイプの高温性能を示す。このような再生は、摩擦安定領域２２’にフィブリル化セルロースナノファイバーおよびそれに支持される摩擦調節粒子１６’がそれぞれ１〜１５ｌｂｓ／３０００ｆｔ^２および２〜２０ｌｂｓ／３０００ｆｔ^２の指定量で存在することによるものと考えることができる。これらの２種類の材料（フィブリル化セルロースナノファイバーおよび摩擦調節粒子１６’）を均衡のとれた量で含有すると、高温で正のμ−ｖ関係を維持するのに十分な摩擦調節粒子１６’が摩擦接触面１２にまたはその近傍に提供されると共に、摩擦接触面１２’に最も近いフィブリル化セルロースナノファイバーが定期的に熱分解することが可能になる。

フィブリル化セルロースナノファイバーが分解すると、摩擦接触面１２’に有機分解生成物と、遊離した摩擦調節粒子１６’が生じる。頻繁に接触摩擦係合し、潤滑油に暴露される間に有機分解生成物と遊離摩擦調節粒子１６’が除去されるが、それらと共に表面に堆積した望ましくないグレージング物質も取り去られ、摩擦接触面１２’の空隙率が促進される。時間が経つにつれ、フィブリル化セルロースナノファイバーが定期的に熱分解し、下にある新しいフィブリル化セルロースナノファイバーと支持された摩擦調節粒子１６’のバッチが常に露出する。この新しいバッチは、その昇温やフィブリル化セルロースナノファイバーの熱分解等が起こるまで、摩擦接触面１２’で、当初意図された通り機能を果たす。摩擦接触面１２’がこのようにして再生されると、堆積した表面グレージング物質が脆弱化し、最終的にそれが有機分解生成物や遊離摩擦調節粒子１６’と共に除去されることにより、グレージングが抑制される。このようなものとして、摩擦材料１０’の摩擦接触面１２’の温度が３５０℃を超えても、摩擦安定領域２２’の摩擦接触面１２’は好適な空隙率を維持し、摩耗の一因となり得るシャダーを防止し、回転速度の増加と共に増加する摩擦接触面１２’の安定な摩擦係数（正のμ−ｖ関係）を維持することができる。

数字１０”で示される湿式摩擦材料の別の実施形態を図２に示し、同様の数字は、それらの要素または特徴に関する前述の説明を適用できることを示す。摩擦材料１０”は基材２４”に結合しており、図１に示す摩擦材料１０’と類似の、潤滑油の存在下で対向する回転面（図示せず）と選択接触摩擦係合する摩擦接触面１２”を基材２４”の反対側に備える。ここで、１つの違いは、湿式摩擦材料１０”の製造に使用されるベース繊維材料２６”が、前述のベース構造繊維３４ではなく、フィブリル化ナノファイバー１４”の配置を含むことである。ベース繊維材料２６”中のフィブリル化ナノファイバー１４”は、摩擦安定領域２２”に含まれるものと同じであっても、または異なってもよい。フィブリル化ナノファイバー１４”の幾つかの例としては、セルロースナノファイバー、フィブリル化アラミドナノファイバー、フィブリル化アクリルナノファイバー、またはこれらの混合物が挙げられる。湿式摩擦材料１０”の摩擦安定領域２２”には、相互作用するフィブリル化ナノファイバー１６”で形成されたナノファイバーウェブ２０”中に保持された摩擦調節粒子１６”が含まれる。

この実施例は、摩擦安定領域を含んだ１対の摩擦材料（以下、略して「摩擦材料Ａ」および「摩擦材料Ｂ」と称する）の摩擦性能を実証する。摩擦材料Ａとこのような特徴のない少なくとも１つの従来の摩擦材料についてそれぞれ高温発進耐久性試験（図４）および高温変速クラッチ耐久性試験（図５）を行った。摩擦材料Ａは、ベース繊維材料の上面に、摩擦材料３０００ｆｔ^２当たり摩擦安定領域に珪藻土粒子１５ｌｂｓを支持するフィブリル化セルロースナノファイバー４ｌｂｓを含むベース繊維材料から形成された。使用したフィブリル化セルロースナノファイバーは天然セルロースとリヨセル再生セルロースとのブレンドであり、それは直径５０〜５００ｎｍの範囲、長さ約４ｍｍ、およびフィブリル化度約４０ｍｌＣＳＦであった。珪藻土粒子の直径は、約２μｍ〜約５０μｍの範囲であった。フェノール樹脂をベース繊維材料に含浸させ、硬化させた。従来の摩擦材料は、同等の摩擦安定領域を含まないベース繊維材料から形成された。

高温発進耐久性試験は、ＧＫＩＩ試験台で行った。車両発進時のデュアルクラッチトランスミッションの運転環境をシミュレートするために、製品発進クラッチ試験装置および対応する塗布ＤＣＴフルードを使用した。塗布ＤＣＴフルードは、摩擦材料の摩擦接触面に８Ｌ／分の流量で供給した。この流量は、低潤滑油流量環境の再現を目的としたものであり、摩擦材料の摩擦接触面およびそれに対向する合わせ面の温度を３５０℃に到達させた。発進試験は、次の追加の試験パラメータ：最大出力７３．３ＫＷ；エネルギー１４６．６ＫＪ；比定格出力（ｓｐｅｃｉｆｉｃｎｅｔｐｏｗｅｒ）２．３６Ｗ／ｍｍ^２；ライニング圧０．８５ＭＰａ；および、最大回転速度２５００ｒｐｍを有した。図４に示すように、各摩擦材料についての摩擦トルク勾配（回転速度５００ｒｐｍと２００ｒｍｐにおける摩擦材料の摩擦係数の差）の測定値を摩擦材料係合／係脱サイクル数に対してプロットした。正の摩擦トルク勾配は、一般に、良好なμ−ｖ関係および品質摩擦性能を示す。他方、負の摩擦トルク勾配は、一般に、グレージングを示す。摩擦材料Ａ（数字４００）は１８，０００サイクル後に正のトルク勾配を維持したが、従来の摩擦材料（数字４１０）は、８，０００サイクル後に負の摩擦トルク勾配に移行したことが分かる。

高温変速クラッチ耐久性試験は、ＳＡＥｎｏ．２試験機でＳＡＥ手順Ｊ２４８７（レベル７）に準拠し、塗布ＤＣＴフルードの存在下で行った。摩擦材料Ａおよび幾つかの異なる従来の摩擦材料を試験した。耐久性試験パラメータは：エネルギー３２．４５ＫＪ；比定格出力２．６８Ｗ／ｍｍ^２；および回転速度３６００ｒｐｍであった。図５に示すように、各摩擦材料についての動的摩擦係数の測定値を摩擦材料係合／係脱サイクル数に対してプロットした。摩擦材料Ａ（数字５００）は１４，２００サイクルを過ぎても安定した動的摩擦係数を維持したが、これは正のμ−ｖ関係をもたらし、他方、幾つかの従来の摩擦材料（数字５１０、５２０、および５３０）は、試験手順の早期の２，０００〜６，０００サイクル以内に動的摩擦係数が低下したことが分かる。

摩擦材料Ｂおよび同等の摩擦安定領域のない従来の摩擦材料についてそれぞれ、前述のもの（図５参照）と類似の高温滑りクラッチ耐久性試験（図６）を行った。摩擦材料Ｂは、ベース繊維材料の上面に、摩擦安定領域を形成するフィブリル化セルロースナノファイバーが摩擦材料３０００ｆｔ^２当たり４ｌｂｓではなく９ｌｂｓ存在したこと以外、摩擦材料Ａと同じであった。高温滑りクラッチ耐久性試験は、ＳＡＥｎｏ．２で、９０℃にて、１．７５ｍ／ｓ以下の様々な滑り速度で行った。ライニング圧は１．６ＭＰａであり、適切な塗布流体潤滑剤を使用した。摩擦材料Ｂ（数字６００）は滑り速度の増加に伴い、摩擦係数の増加を示したが、これは正のμ−ｖ関係をもたらし、他方、従来の摩擦材料（６１０）は、一般に、同じ条件で摩擦係数が低下したことが分かる。

例示的実施形態および特定の実施例についての上記説明は、説明を目的とするに過ぎず、以下の特許請求の範囲を限定するものではない。

Claims

潤滑油の存在下で対向面と摩擦係合する摩擦接触面であって、少なくとも一部が、ナノファイバーウェブを形成するフィブリル化ナノファイバーと、前記ナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子とを含む摩擦接触面、
を備える湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーと交絡したベース構造繊維、
をさらに含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
前記ベース構造繊維が、前記摩擦接触面で、前記フィブリル化ナノファイバーおよび前記摩擦調節粒子と共に露出している、請求項２に記載の湿式摩擦材料。
前記ベース構造繊維が前記摩擦接触面で露出していない、請求項２に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーが、直径約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲、長さ約１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲、およびカナダ標準濾水度（ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ）により測定したフィブリル化度約１０ｍＬＣＳＦ〜約３００ｍＬＣＳＦの範囲である、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーがセルロース、アラミド、またはアクリルを含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦接触面と、反対側を向いている結合面との距離により画定される厚みをさらに備え、前記フィブリル化ナノファイバーと前記ナノファイバーウェブにより保持された摩擦調節粒子が、前記湿式摩擦材料の摩擦安定領域に存在し、前記摩擦安定領域が前記摩擦接触面から前記反対側を向いている結合面の方に前記湿式摩擦材料の厚みの約４０％以下の深度まで延びる、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子の直径が１００ｎｍ〜約８０μｍの範囲であり、４００℃より低温で溶融、軟化、または分解しない材料で構成されている、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子が、シリカ、炭素、グラファイト、アルミナ、マグネシア、酸化カルシウム、チタニア、セリア、ジルコニア、コージエライト、ムライト、シリマナイト、スポジュメン、ペタライト、ジルコン、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ハフニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、ホウ化チタン、カシューダスト、硬化フェノール樹脂、またはこれらの混合物の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子が珪藻土を含む、請求項９に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーと前記摩擦調節粒子とを接着する硬化樹脂をさらに含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
潤滑油の存在下で対向面と摩擦係合する摩擦接触面と、前記摩擦材料をベース基材に結合する反対側を向いている結合面とを備える湿式摩擦材料であって：
前記摩擦材料の摩擦接触面と一致するまたはそれに近接する上面と、前記反対側を向いている結合面と一致するまたはそれに近接する底面とを備えるベース繊維材料であって、前記湿式摩擦材料の摩擦接触面から前記反対側を向いている結合面の方に延びる前記湿式摩擦材料の摩擦安定領域を支持するベース繊維材料であり、前記摩擦安定領域がフィブリル化ナノファイバーと、前記フィブリル化ナノファイバーで形成されたナノファイバーウェブ中に保持された摩擦調節粒子とを含み、前記フィブリル化ナノファイバーがフィブリル化セルロースナノファイバーを含むベース繊維材料と；
前記ベース繊維材料と、前記摩擦安定領域に含まれる前記フィブリル化セルロースナノファイバーおよび摩擦調節粒子とを接着する硬化樹脂と；
を含む湿式摩擦材料。
前記摩擦接触面と前記反対側を向いている結合面とが、ある一定の距離により分離されており、前記摩擦安定領域が前記摩擦接触面から前記反対側を向いている底面の方に、前記摩擦接触面と前記反対側を向いている結合面との距離の約４０％以下の深度まで延びる、請求項１２に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーが、直径約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲、およびカナダ標準濾水度（ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ）により測定したフィブリル化度約１０ｍＬＣＳＦ〜約３００ｍＬＣＳＦの範囲である、請求項１２に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化ナノファイバーの長さが、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲である、請求項１４に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化セルロースナノファイバーが、天然セルロース、再生セルロース、セルロース誘導体、またはこれらの混合物を少なくとも５０重量％含む、請求項１２に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化セルロースナノファイバーが、再生リヨセルセルロースを含む、請求項１６に記載の湿式摩擦材料。
前記フィブリル化セルロースナノファイバーが、天然セルロースと再生リヨセルセルロースとのブレンドを含む、請求項１６に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子が、直径１００ｎｍ〜約８０μｍの範囲であり、４００℃より低温で溶融、軟化、または分解しない材料で構成されている、請求項１２に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子が、シリカ、炭素、グラファイト、アルミナ、マグネシア、酸化カルシウム、チタニア、セリア、ジルコニア、コージエライト、ムライト、シリマナイト、スポジュメン、ペタライト、ジルコン、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ハフニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、ホウ化チタン、カシューダスト、硬化フェノール樹脂、またはこれらの混合物の少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の湿式摩擦材料。
前記摩擦調節粒子が珪藻土を含む、請求項１９に記載の湿式摩擦材料。
湿式摩擦材料と対向面が選択的に接触摩擦係合するように構成されている湿式クラッチを提供する工程であって、前記湿式摩擦材料が、摩擦接触面から前記摩擦材料の中に延びる摩擦安定領域を含む摩擦接触面を有し、前記摩擦安定領域がフィブリル化ナノファイバーと前記フィブリル化ナノファイバーで形成されたナノファイバーウェブ中に保持された摩擦調節粒子とを含む工程と；
前記摩擦材料の摩擦接触面に潤滑油の流れを送達する工程であって、前記摩擦接触面が摩擦界面温度を有する工程と；
前記摩擦材料の摩擦接触面を前記対向面と係合させ、前記摩擦接触面と前記対向面を互いに噛み合わせる工程と；
前記摩擦界面温度が３５０℃を超えて、前記摩擦接触面に隣接する前記摩擦安定領域の前記フィブリル化ナノファイバーが熱分解し、下にある新しいフィブリル化ナノファイバーを常に露出するように、前記摩擦接触面における前記潤滑油の流れを管理する工程と；
を含む方法。
前記フィブリル化ナノファイバーがフィブリル化セルロースナノファイバーを含む、請求項２２に記載の方法。
前記湿式摩擦材料が、前記摩擦接触面と、反対側を向いている結合面との距離により画定される厚みをさらに備え、前記湿式摩擦材料の摩擦安定領域が前記摩擦接触面から前記反対側を向いている結合面の方に、前記湿式摩擦材料の厚みの約４０％以下の深度まで延びる、請求項２２に記載の方法。
前記摩擦材料が、前記摩擦安定領域を支持するベース繊維材料、ならびに前記ベース繊維材料と前記摩擦安定領域に含まれる前記フィブリル化ナノファイバーおよび摩擦調節粒子とを接着する硬化樹脂を含み、前記ベース繊維材料が前記摩擦材料の摩擦接触面と一致するまたはそれに近接する上面と、前記反対側を向いている結合面と一致するまたはそれに近接する底面とを有する、請求項２４に記載の方法。
前記ベース繊維材料が、直径約１μｍ〜約５００μｍの範囲、長さ２ｍｍ〜約２０ｍｍの範囲のベース構造繊維を含む、請求項２５に記載の方法。
前記湿式摩擦材料が、全て前記湿式摩擦材料３０００ｆｔ^２に基づき、前記摩擦安定領域に前記フィブリル化ナノファイバー約１ｌｂｓ〜約１５ｌｂｓと、前記摩擦安定領域に前記摩擦調節粒子約２ｌｂｓ／ｆｔ^２〜２０ｌｂｓ／ｆｔ^２とを含む、請求項２４に記載の方法。
前記フィブリル化ナノファイバーが、直径約５０ｎｍ〜約５００ｎｍ、長さ約１ｍｍ〜約１０ｍｍの範囲、カナダ標準濾水度（ＣａｎａｄｉａｎＳｔａｎｄａｒｄＦｒｅｅｎｅｓｓ）により測定したフィブリル化度約５ｍＬＣＳＦ〜約３００ｍＬＣＳＦの範囲であり、前記摩擦調節粒子が直径１００ｎｍ〜約８０μｍであり、シリカ、炭素、グラファイト、アルミナ、マグネシア、酸化カルシウム、チタニア、セリア、ジルコニア、コージエライト、ムライト、シリマナイト、スポジュメン、ペタライト、ジルコン、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、炭化ハフニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、ホウ化チタン、カシューダスト、硬化フェノール樹脂、またはこれらの混合物の少なくとも１つを含む、請求項２２に記載の方法。