JP5041877B2 - 乾式摩擦材 - Google Patents

Description

本発明は、乾式の摩擦材、例えば、自動車等に用いられるトルクリミッターを構成する乾式摩擦材に関し、特に、金属製の摩擦相手材との間に錆付きを発生させることがない乾式摩擦材に関するものである。

近年、クラッチフェーシング、ダンパー、トルクリミッター等を始めとする乾式摩擦材を含むシステムは小型化・軽量化される傾向にあり、乾式摩擦材を含むシステムにおいて乾式摩擦材の耐摩耗性を向上させることは、乾式摩擦材の小型化につながり、システムの小型化・軽量化に有効な手段の１つである。また、同じサイズとすれば、より高負荷なシステムへの搭載も可能となる。

クラッチフェーシングの製造方法としては、特許文献１に示されるように、基材となる長繊維を束ねた繊維束（ガラスロービング）に熱硬化性樹脂を含む含浸液を含浸させて樹脂含浸紐を形成する樹脂含浸工程と、樹脂含浸紐に配合ゴムを付着させるゴム付着工程とを有し、前記含浸液の媒体は水であり、熱硬化性樹脂はメラミン配合率が３０％以上８０％以下の水性メラミン変性フェノール樹脂であることを特徴とする方法が知られている。この特許文献１の技術によれば、樹脂含浸工程でもゴム付着工程でも有機溶媒を使用することなしに、最終製品の乾式摩擦材（クラッチフェーシング等）の性能が低下しない摩擦材用素材を製造することができる。

また、特許文献２に示されるように、クラッチフェーシングを始めとする乾式摩擦材の製造方法として、基材、樹脂、及びゴム材を主成分とする乾式摩擦材において、多孔性炭素材料を含有することを特徴とする発明について、開示されている。このように、多孔性炭素材料を乾式摩擦材に配合することによって、高回転・高温の条件下においても耐摩耗性が良く、高摩擦係数を維持できるとしている。
特開２０００−０３７７９７号公報 特開２０００−２５６６５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においても特許文献２に記載の技術においても、乾式摩擦材の摩擦相手材として鋼板を用いているため、高湿度等の過酷な使用条件下においては鋼板と摩擦材との間に錆付きが発生し、クラッチ固着等の不具合が起こるという問題点があった。

そこで、本発明は、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合を所定値以下に低減しつつ乾式摩擦材の強度を維持することによって、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる乾式摩擦材の提供を課題とするものである。

請求項１の発明に係る乾式摩擦材は、ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを含有し、摩擦相手材が金属製である乾式摩擦材であって、前記ガラス繊維と前記ガラス繊維含浸用合成樹脂と前記配合ゴムを略均一に配合した下層と、摩擦面に占める前記ガラス繊維の面積が０％とした配合ゴムのみからなる上層とを一体にしたものである。

ここで、「配合ゴム」とは、乾式摩擦材を構成する材料であって、合成ゴム・天然ゴム等のゴム、カーボンブラック等の顔料、硫黄、加硫促進剤、レジンダスト・炭酸カルシウム等の充填材を含有する、ゴムを主体とする混合物である。また、「合成ゴム」としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ，二トリルゴムとも言う）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を単独で、または混合して用いることができる。

また、前記乾式摩擦材は前記ガラス繊維と前記ガラス繊維含浸用合成樹脂と前記配合ゴムとを略均一に配合した下層と前記配合ゴムのみの上層とを一体に成形してなる二層型の摩擦材であって、前記下層の厚さに対する前記上層の厚さの比率が２０％〜８５％の範囲内であるものである。

請求項２の発明に係る乾式摩擦材は、請求項１の構成において、前記乾式摩擦材によって構成されるシステムがトルクリミッターであるものである。

請求項１の発明に係る乾式摩擦材は、ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを含有し、摩擦相手材が金属製である乾式摩擦材であって、前記ガラス繊維と前記ガラス繊維含浸用合成樹脂と前記配合ゴムを略均一に配合した下層と、摩擦面に占める前記ガラス繊維の面積が０％とした配合ゴムのみからなる上層とを一体にした。

ここで、「配合ゴム」とは、乾式摩擦材を構成する材料であって、合成ゴム・天然ゴム等のゴム、カーボンブラック等の顔料、硫黄、加硫促進剤、レジンダスト・炭酸カルシウム等の充填材を含有する、ゴムを主体とする混合物である。また、「合成ゴム」としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ，二トリルゴムとも言う）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を単独で、または混合して用いることができる。

本発明者は、鉄鋼を始めとする金属製の摩擦相手材を有する乾式摩擦材において、高湿度の条件下における錆付きの発生について鋭意実験研究を重ねた結果、摩擦相手材との摩擦面におけるガラス繊維の占める面積の割合が４０％以下である場合に、錆付きが発生しないことを見出し、この知見に基づいて本発明を完成したものである。すなわち、摩擦面におけるガラス繊維の占める面積の割合が４０％以下であれば、高湿度の条件下においても錆付きが発生しないことが分かった。

ここで、乾式摩擦材としてガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを略均一に成形してなる通常の一層型の摩擦材の場合には、強度を保持するためにある程度以上の体積含有率でガラス繊維を含有させる必要があるため、摩擦面におけるガラス繊維の占める面積の割合を０％にすることはできない。

しかし、ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを略均一に配合した下層と配合ゴムのみの上層とを一体に成形してなる二層型の摩擦材の場合には、下層に一定値以上のガラス繊維を含有させることによって、乾式摩擦材としての強度を維持しつつ、摩擦面におけるガラス繊維の占める面積の割合を０％にすることができる。

このようにして、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合を所定値以下に低減しつつ乾式摩擦材の強度を維持することによって、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる乾式摩擦材となる。

更に、乾式摩擦材はガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを略均一に配合した下層と配合ゴムのみの上層とを一体に成形してなる二層型の摩擦材であって、下層の厚さに対する上層の厚さの比率が２０％〜８５％の範囲内、より好ましくは２５％〜６０％の範囲内である。

本発明者は、鋭意実験研究の結果、ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを略均一に配合した下層と配合ゴムのみの上層とを一体に成形してなる二層型の乾式摩擦材において、下層の厚さに対する上層の厚さの比率が２０％〜８５％の範囲内である場合に、乾式摩擦材の強度が維持されて高速回転にも耐えられることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成したものである。

すなわち、かかる二層型の乾式摩擦材全体においては、摩擦面が配合ゴムのみからなり摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合が０％であるため、高湿度等の過酷な使用条件においても摩擦相手材との錆付きが起こる心配はないが、配合ゴムのみからなる上層の割合が余り大きいと、乾式摩擦材としての強度が低下して高速回転に耐えられずに破壊を起こしてしまう。

ここで、二層型の乾式摩擦材においては、下層の厚さに対する上層の厚さの比率が８５％以下であれば乾式摩擦材としての強度が維持されて高速回転にも耐えられ、かつ、下層の厚さに対する上層の厚さの比率が２０％以上であれば長期間の使用においても上層が摩滅してしまうことがなく、ガラス繊維が摩擦面に露出することがないため錆付きが発生する恐れもない。したがって、下層の厚さに対する上層の厚さの比率は２０％〜８５％の範囲内であることが好ましい。

更に、下層の厚さに対する上層の厚さの比率が２５％〜６０％の範囲内であれば、より乾式摩擦材としての強度が向上し、ガラス繊維を含まない摩擦面（上層）の厚さもより厚くなるため、より好ましい。

このようにして、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合を所定値以下に低減しつつ乾式摩擦材の強度を維持することによって、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる乾式摩擦材となる。

請求項２の発明に係る乾式摩擦材においては、乾式摩擦材によって構成されるシステムがトルクリミッターである。請求項１の発明に係る乾式摩擦材においては、高湿度等の過酷な使用条件かにおいても、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを確実に防止することができる。したがって、特にトルクリミッターに使用する乾式摩擦材として適している。

このようにして、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合を所定値以下に低減しつつ乾式摩擦材の強度を維持することによって、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる乾式摩擦材となる。

次に、本発明の実施の形態に係る乾式摩擦材について説明する。なお、実施の形態２以降において、実施の形態１の部分と同一の記号及び同一の符号は、実施の形態１と同一または相当する機能部分を意味し、実施の形態相互の同一の記号及び同一の符号は、それら実施の形態に共通する機能部分であるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材を用いたトルクリミッターの概略構成を示す断面図である。図２は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材の製造工程を示すフローチャートである。図３は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材の性能評価に用いた供試体の寸法を示す説明図である。

図１に示されるように、本実施の形態１に係る乾式摩擦材３は、外径φ２２０ｍｍ×内径φ１９０ｍｍ×厚さ２．４ｍｍのリング状の成形体で、同じ外径とやや小さい内径を有するリング状の芯金４の両面に貼り付けて用いられる。本実施の形態１に係るトルクリミッター１は、この乾式摩擦材３を芯金４の両面に貼り付けた摩擦板と、この摩擦板に押圧されてエンジンからの駆動力トルクを伝達する摩擦相手材としての鋼板製のプレッシャープレート２と、摩擦板の回転をＡＴに伝達する回転軸５によって構成されている。

次に、本実施の形態１に係る乾式摩擦材３の製造方法について、図２を参照して説明する。まず、樹脂含浸工程において、ガラス繊維にガラス繊維含浸用合成樹脂としてのフェノール樹脂（より詳しくはメラミン変性フェノール樹脂）を含む含浸液を含浸させて樹脂含浸紐が形成される（ステップＳ１０）。続いて、ゴム付着工程において、この樹脂含浸紐に配合ゴムを付着させ（ステップＳ１１）、巻取り工程において、配合ゴムが付着した樹脂含浸紐が所定の大きさに巻取られる（ステップＳ１２）。

ここで、「配合ゴム」としては、合成ゴム、カーボンブラック等の顔料、硫黄、加硫促進剤、レジンダスト・炭酸カルシウム等の充填材を含有するゴムを主体とする混合物を用いており、合成ゴムとしては、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）とスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）を混合して用いている。

そして、成形工程において、巻取り品が金型に押し込まれて加熱加圧成形されるが（ステップＳ１３）、成形工程においては、面圧１５ＭＰａ、温度１６５℃で、数回のガス抜きを行って、２分間加熱加圧成形する。この成形体を金型から取り出して、２４０℃で１０時間熱処理を行い（ステップＳ１４）、その後常温まで放冷してから、表裏両面を研磨して（ステップＳ１５）、本実施の形態１に係る乾式摩擦材３が完成する。

本実施の形態１においては、ガラス繊維の体積含有率を５ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で変化させて、実施例１乃至実施例５の５種類の乾式摩擦材を作製した。また、比較のため、ガラス繊維を全く含まない配合ゴムのみからなる比較例１、及びガラス繊維の体積含有率を２２ｖｏｌ％とした比較例２の乾式摩擦材をも作製した。これらの実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２の配合割合を表１の上段に示す。

これらの配合で図２のフローチャートにしたがって作製された実施例１乃至実施例５、比較例１及び比較例２の乾式摩擦材の特性を評価した。ガラス繊維の摩擦材表面への出現割合、すなわち乾式摩擦材の摩擦面におけるガラス繊維の占める面積の割合については、ガラス繊維部分の大きさを測定して、面積比を算出した。錆付き性については、所定時間水に浸漬させた供試体を相手材（鋼板）に所定圧力で密着させて、所定の環境下で保持させた後、供試体と相手材（鋼板）の錆付き荷重をプッシュプルゲージで測定した。

なお、錆付き性の評価用の供試体としては、図３に示されるように、外径φ２２０ｍｍ×内径φ１９０ｍｍ×厚さ２．４ｍｍのリング状の乾式摩擦材３から、リングの中心線に平行に、幅２５ｍｍの供試体ＴＰを切り出して使用した。

また、回転破壊強度については、乾式摩擦材３を芯金４の両面に貼り付けた供試体を用いて、所定の保持温度、所定の保持回転数、所定の保持時間高速回転させて、破壊・クラックの発生の有無を評価した。これらの評価結果を表１の下段に、また詳細な評価条件について、表１の欄外に示す。

表１の下段に示されるように、ガラス繊維の摩擦材表面への出現割合は、ガラス繊維の体積含有率を５ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内とした実施例１乃至実施例５の供試体においては、１０％〜４０％の範囲内に収まっている。これに対して、配合ゴムのみからなる比較例１においては、ガラス繊維の摩擦材表面への出現割合は当然０％であり、ガラス繊維の体積含有率を２２ｖｏｌ％とした比較例２の供試体においては、４９％となり、４０％を上回っている。

その結果、錆付き荷重は、供試体１０枚の平均値で、実施例１乃至実施例５及び比較例１においては０（ゼロ）Ｎ〜４９Ｎと小さい値に収まっているのに対して、比較例２においては１９４Ｎと大きな値となり、温度５０℃、湿度９０％ＲＨ以上で１．３ＭＰａの面圧で７２時間保持という条件下では、顕著に錆付きが発生することが分かった。

また、回転破壊強度については、雰囲気温度１３０℃、回転数１００００ｒｐｍで５分間保持という試験条件で、実施例１乃至実施例５及び比較例２においては、供試体１０枚について破壊・クラックが全く発生しなかったのに対して、ガラス繊維を全く含まない配合ゴムのみからなる比較例１においては、供試体１０枚の全てについて破壊が発生した。このように、ガラス繊維を全く含まない配合では、回転破壊強度が不足することが判明した。

したがって、表１の下段に示される結果から、乾式摩擦材３におけるガラス繊維の体積含有率を５ｖｏｌ％以上とすることによって充分な回転破壊強度が得られ、乾式摩擦材３におけるガラス繊維の体積含有率を１８ｖｏｌ％以下とすることによってガラス繊維の摩擦材表面への出現割合を４０％以下に抑えることができ、過酷な条件下における錆付きも防止できることが判明した。

このようにして、本実施の形態１に係る乾式摩擦材３においては、ガラス繊維の体積含有率を５ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内とすることによって、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積の割合を所定値以下に低減しつつ乾式摩擦材の強度を維持することができ、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２に係る乾式摩擦材について、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態２に係る乾式摩擦材の構造を示す断面模式図である。

図４に示されるように、本実施の形態２に係る乾式摩擦材１０は、ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂としてのメラミン変性フェノール樹脂と配合ゴムとを略均一に配合した下層１０Ｂと、配合ゴムのみの上層１０Ａとを一体に成形してなる二層型の摩擦材である。

本実施の形態２に係る乾式摩擦材１０は、上記実施の形態１に係る乾式摩擦材３と同様の製造工程によって製造することができる。すなわち、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１３の成形工程で、巻取り品を金型に押し込んだ上から配合ゴムのみを更に押し込んで、加熱加圧成形を行えば良い。その他の工程については、図２のフローチャートにしたがって実施することができる。

こうして製造される乾式摩擦材１０において、下層１０Ｂの厚さβ（ｍｍ）に対する上層１０Ａの厚さα（ｍｍ）の比率、すなわち（α／β）×１００（％）を様々に変化させて、上記実施の形態１に係る乾式摩擦材３と同様に回転破壊試験を実施したところ、（α／β）×１００＝２０％〜８５％の範囲内の場合には、殆ど破壊・クラックが発生せず、（α／β）×１００の値が８５を超えると、破壊・クラックが発生することが分かった。
したがって、乾式摩擦材１０における下層１０Ｂの厚さβに対する上層１０Ａの厚さαの比率は、２０％〜８５％の範囲内であることが好ましい。

また、（α／β）×１００＝２５％〜６０％の範囲内の場合には、全く破壊・クラックが発生しなかった。したがって、乾式摩擦材１０における下層１０Ｂの厚さβに対する上層１０Ａの厚さαの比率は、２５％〜６０％の範囲内であることが、より好ましい。

更に、上記実施の形態１に係る乾式摩擦材３と同様に錆付き性評価を実施したところ、本実施の形態２に係る乾式摩擦材１０においては、上層１０Ａが配合ゴムのみからなり、摩擦面に占めるガラス繊維の面積がゼロであることから、錆付き荷重はゼロであった。

このようにして、本実施の形態２に係る乾式摩擦材１０においては、下層１０Ｂの厚さβに対する上層１０Ａの厚さαの比率を２０％〜８５％の範囲内とすることによって、乾式摩擦材の摩擦面に占めるガラス繊維の面積をゼロにしつつ乾式摩擦材の強度を維持することができ、従来の工程で製造できて、かつ、金属製の摩擦相手材との間の錆付きを防止しつつ強度及び摩擦特性を維持することができる。

上記各実施の形態においては、ガラス繊維含浸用合成樹脂としてメラミン変性フェノール樹脂を用いた場合について説明したが、その他の変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂を始めとするその他の熱硬化性樹脂等を用いることもできる。特に、メラミン変性フェノール樹脂は容易に入手できるとともに耐熱性に優れているため、乾式摩擦材の材料としてのガラス繊維含浸用合成樹脂として好ましい。

本発明を実施するに際しては、乾式摩擦材のその他の部分の組成、成分、配合量、材質、大きさ、製造方法等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。

なお、上記各実施の形態で挙げている数値は、臨界値を示すものではなく、実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。

図１は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材を用いたトルクリミッターの概略構成を示す断面図である。 図２は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材の製造工程を示すフローチャートである。 図３は本発明の実施の形態１に係る乾式摩擦材の性能評価に用いた供試体の寸法を示す説明図である。 図４は本発明の実施の形態２に係る乾式摩擦材の構造を示す断面模式図である。

１ トルクリミッター
２ 摩擦相手材
３，１０ 乾式摩擦材
４ 芯金
１０Ａ 上層
１０Ｂ 下層

Claims (2)

1. ガラス繊維とガラス繊維含浸用合成樹脂と配合ゴムとを含有し、摩擦相手材が金属製である乾式摩擦材であって、
   前記ガラス繊維と前記ガラス繊維含浸用合成樹脂と前記配合ゴムを略均一に配合した下層と、摩擦面に占める前記ガラス繊維の面積が０％とした配合ゴムのみからなる上層とを一体とし、しかも、前記下層の厚さに対する前記上層の厚さの比率が２０％〜８５％の範囲内としたことを特徴とする乾式摩擦材。
2. 前記乾式摩擦材によって構成されるシステムがトルクリミッターであることを特徴とする請求項１に記載の乾式摩擦材。

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