JP6499847B2 - 湿式摩擦材及び湿式摩擦材を有する湿式摩擦板 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機に用いられる湿式多板クラッチの湿式摩擦板に使用される湿式摩擦材及び湿式摩擦材を有する湿式摩擦板に関する。

一般に、湿式多板クラッチに使用される摩擦板用の湿式摩擦材は、ペーパー基材に樹脂を一定の割合で含浸、硬化させて作製される。

自動変速機における湿式多板クラッチの高面圧条件下の使用においては、その面圧で摩擦材の厚み方向全体が過度に圧縮されることにより、摩擦板の性能の一つであるμ―Ｖ特性の機能が維持できず、低下する。

μ―Ｖ特性の機能を維持させるため、湿式摩擦材の材質として、多孔質のペーパー基材を用いたり、ペーパー基材に含浸する樹脂量を減らしたりといった圧縮負荷に対する気孔性を確保することが一般的な手法であった。

最近の圧縮負荷に効果のある報告としては、特許文献１に記載のように、ペーパー基材の成分を調整した例、また、特許文献２に記載のように樹脂の組成を調整した例がある。

しかしながら、これらの対策にあっても、高面圧条件下でのμ―Ｖ特性の機能を維持することは、考察されていなかった。また、高面圧及び高温下での使用条件に適用することが少なかった。

特開２００４−１３８１２１号公報 特開２００６−２８２９７２号公報

近年、自動変速機用の湿式多板クラッチはトルク容量向上の観点から高面圧下での使用が増加している。高面圧下では湿式多板クラッチ用の湿式摩擦板の湿式摩擦材が圧接されることによって、μ―Ｖ特性が負勾配となり、自動変速機における変速時の振動、ショックなどを引き起こす問題がある。

従って、本発明の目的は、湿式多板クラッチ用の湿式摩擦板に使用される湿式摩擦材が、高面圧下で圧縮された場合でも、正勾配となるμ―Ｖ特性を有する湿式摩擦材を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の湿式摩擦材は、
ペーパー基材に樹脂を含浸させて作製される湿式摩擦材において、
前記湿式摩擦材の摩擦面の樹脂率は、前記湿式摩擦材全体の平均樹脂率より高く、前記湿式摩擦材の内部の少なくとも一部の樹脂率は前記平均樹脂率よりも低いことを特徴としている。

また、上記目的を達成するため、本発明の湿式摩擦板は、
上記湿式摩擦材を環状のコアプレートに固定して作製されたことを特徴としている。

本発明によれば、以下の効果が得られる。
摩擦材の作製時においてペーパー基材へ樹脂を含浸する際に、摩擦材の厚み方向における摩擦材表面の樹脂率を内部より高くすることで、μ―Ｖ特性の機能維持ができる（正勾配性が確保できる）。

特に、高面圧条件下で湿式摩擦材が圧縮された状態での使用環境下において、μ―Ｖ特性の性能維持に効果がある。

以下説明する本発明において、μ―Ｖ特性の性能維持のメカニズム及びそれによる効果は以下の通りである。

(1)通常、湿式摩擦材が圧縮応力を受けると、樹脂率が均一であれば気孔性も均一に低下し、μ―Ｖ特性が負勾配となる。

(2)一方、表層の樹脂率を表層の下の層より高くすると、圧縮応力を受けたとき、表層は応力の影響を受けずに気孔性を確保した状態で圧縮され、表層下の内部は樹脂率が低いことから圧縮を受けた後でも気孔性が確保できる。

(3)従って、圧縮応力を受けた後でも、湿式摩擦材の気孔性保持に効果があり、μ―Ｖ特性が正勾配性を維持できる。特に、高面圧下では、表層の硬さが圧縮応力を分散し、表層下の内部が圧縮状態を緩和することから、通常の樹脂率を有する湿式摩擦材と比較して、より気孔性を保持できることになり、μ―Ｖ特性の機能維持に効果がある。

図１は、本発明の湿式摩擦板を備えた湿式多板クラッチの軸方向部分断面図である。 本発明の実施例の湿式摩擦材が適用できる湿式摩擦板の正面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った、本発明の実施例を示す湿式摩擦材の断面図である。 本発明の実施例の湿式摩擦材の厚み方向の樹脂率を示すグラフである。 本発明の実施例の湿式摩擦材のμ−Ｖ特性を示すグラフである。 本発明の実施例と比較例の湿式摩擦材の剥離耐久試験結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。尚、以下説明する実施例は、本発明を例示するものであり、本発明は実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。

図１は、本発明の湿式摩擦材を有する湿式摩擦板を備えた湿式多板クラッチ１０の軸方向部分断面図である。本発明に係る実施例の湿式摩擦板が適用可能である。

湿式多板クラッチ１０は、軸方向の一端部で開放したほぼ円筒形のクラッチドラム１と、クラッチドラム１の内周に配置され、同軸上で相対回転するハブ４と、クラッチドラム１の内周に設けられたスプライン８に軸方向で移動自在に配置された環状のセパレータプレート２と、ハブ４の外周に設けられたスプライン５にセパレータプレート２と軸方向で交互に配置され、摩擦材セグメントが接着剤などで固定された摩擦面を有する環状の湿式摩擦板３とからなっている。セパレータプレート２はスプライン８に係合するスプライン部２ａを、また湿式摩擦板３は、スプライン５に係合するスプライン部３ａをそれぞれ備えている。湿式摩擦板３とセパレータプレート２はそれぞれ複数個設けられている。

湿式多板クラッチ１０は、セパレータプレート２と湿式摩擦板３とを押圧し締結させるピストン６と、セパレータプレート２及び湿式摩擦板３を軸方向の一端で固定状態に保持するため、クラッチドラム１の内周に設けられたバッキングプレート７とそれを保持する止め輪１７とを備えている。

図１に示すように、ピストン６は、クラッチドラム１の閉口端内で軸方向摺動自在に配置されている。ピストン６の外周面とクラッチドラム１の内面との間にはＯリング９が介装されている。また、ピストン６の内周面とクラッチドラム１の内周円筒部（不図示）の外周面との間にもシール部材（不図示）が介装されている。従って、クラッチドラム１の閉口端の内面とピストン６との間に油密状態の油圧室１１が画成される。

ハブ４に軸方向摺動自在に保持された湿式摩擦板３は、その両面に所定の摩擦係数を有する摩擦材セグメント１２及び１３が固定されている。しかしながら、摩擦材セグメント１２及び１３は、湿式摩擦板３の片面のみに設けることもできる。また、ハブ４には径方向に貫通した潤滑油供給口１５が設けられ、この潤滑油供給口１５を介して湿式多板クラッチ１０の内径側から外径側へと潤滑油が供給されている。

以上のように構成された湿式多板クラッチ１０は、次のようにクラッチの係合（締結）及び解除をする。図１の状態は、クラッチ解除状態を示しておりセパレータプレート２と湿式摩擦板３とはそれぞれ離れている。解除状態では、不図示のリターンスプリングの付勢力により、ピストン６はクラッチドラム１の閉口端側に当接している。

この状態で湿式多板クラッチ１０を係合させるには、ピストン６とクラッチドラム１との間に画成された油圧室１１に油圧を供給する。油圧の上昇に伴い、リターンスプリング（不図示）の付勢力に抗して、ピストン６は、図１において軸方向右に移動し、セパレータプレート２と湿式摩擦板３とを密着させる。これにより湿式多板クラッチ１０が係合される。

湿式多板クラッチ１０の係合後、湿式多板クラッチ１０を再度解除するには、油圧室１１の油圧を解除する。油圧が解除されると、ピストン６はリターンスプリング（不図示）の付勢力により、クラッチケース１の閉口端に当接する位置まで移動する。すなわち、湿式多板クラッチ１０が解除される。

図２は、本発明の各実施例の摩擦材が適用できる摩擦板の正面図である。湿式摩擦板３は、金属製で環状のコアプレート３０の軸方向の一面または両面に環状の湿式摩擦材１２を接着などにより固定して作製される。コアプレート３０の内周には、図１に示すハブ４のスプライン５に嵌合するスプライン部３ａが設けられている。

以下本発明の実施例に係る湿式摩擦材を詳細に説明する。

図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った、本発明の実施例を示す湿式摩擦材の断面図である。説明のため、各部は実際の縮尺を変更して描いている。湿式摩擦材１２は、コアプレート３０に接着されている。湿式摩擦材１２は、天然パルプ繊維、アラミド繊維、珪藻土などからなる混合物から作製されたペーパー基材に樹脂を含浸、硬化させて作られる。含浸する樹脂としては、フェノール樹脂及び／またはシリコーン樹脂がある。これらは一例に過ぎず、その他の混合物、その他の樹脂を用いることも可能である。

湿式摩擦材１２は、最も上部にセパレータプレート２（図１）と摺擦する摩擦面３１を有する。湿式摩擦材１２は、摩擦面３１を含む表層が最も樹脂率（樹脂含有率）が高く、内部にいくほど（コアプレート３０に近づくほど）、樹脂率が低減するように樹脂を含浸させる。

本実施例では、湿式摩擦材１２の摩擦面３１を含む表層の樹脂率を最も高くする。摩擦面３１の樹脂率を、湿式摩擦材１２の全体の平均樹脂率に対して、５％、１０％、２０％及び２５％高くした４通りの樹脂率に設定する。このようにすることで、表層が硬く、内部に向かって柔軟になり、表層下の内部が圧縮状態を緩和できる。全体が通常の樹脂率を有する湿式摩擦材と比較して、より気孔性を保持できることになり、μ―Ｖ特性の機能維持に効果がある。

図４は、本発明の実施例の湿式摩擦材の厚み方向の樹脂率を示すグラフである。作製された湿式摩擦材１２の厚み方向（軸方向）での樹脂率を測定した結果を表している。比較例（従来例）は厚み方向のどの部分でもほぼ平均樹脂率を有する湿式摩擦材である。湿式摩擦材１２を厚み方向にスライスして、摩擦面３１を含む部分Ａからコアプレート３０に近い部分Ｅまでの樹脂率を測定した。部分Ｂ乃至部分Ｅが湿式摩擦材１２の内部に相当する。湿式摩擦材１２の各部分Ａ乃至Ｅは、樹脂率を測定するため、便宜的にほぼ等間隔で５層に分けている。

部分Ａの樹脂率を平均樹脂率よりそれぞれ５％、１０％、２０％及び２５％高くした場合、コアプレート３０に近い、最も内方の部分Ｅは、平均樹脂率よりそれぞれ５％、１０％、２０％及び２５％低くなっていることが分かる。また、表層に近い部分Ｂでは、平均樹脂率よりは高いが、部分Ａよりは樹脂率が低い。厚み方向のほぼ中間である部分Ｃでは、ほぼ平均樹脂率に近い樹脂率である。更に、部分Ｄでは、部分Ａの樹脂率の設定値にかかわらず平均樹脂率以下の樹脂率となっている。以上のように湿式摩擦材１２の摩擦面３１の樹脂率は、湿式摩擦材１２全体の平均樹脂率より高く、湿式摩擦材１２の内部の少なくとも一部の樹脂率は平均樹脂率よりも低い。

湿式摩擦材１２の摩擦面３１と内部の各部分での樹脂率は、図４に示した組み合わせ以外の組み合わせも可能である。例えば、表層である部分Ａの樹脂率を平均樹脂率より２５％高くして、内部の部分Ｅの樹脂率を平均樹脂率より５％低くすることもできる。

（評価試験）
本発明にかかる実施例（表層の樹脂率を平均樹脂率より５％、１０％、２０％及び２５％高く設定）及び比較例に基づいて作製した湿式摩擦材１２について、表１に示す試験条件で評価試験を行った。具体的には、すべり試験機を用い、以下の試験条件にてμ―Ｖ特性試験を行った。

（10secで0-250rpmとし、10secで250-0rpmが１サイクルとする）

（評価試験結果）
μ―Ｖ特性試験の結果によるΔμ値に基づく性能結果を図５に示す。図５は、実施例と比較例の湿式摩擦材１２のμ−Ｖ特性を示すグラフである。

Δμはμ200−μ50（各回転時におけるμ値の差）である。図５によれば、本発明の実施例にかかる湿式摩擦材１２におけるΔμ性能は、比較例（従来例）の湿式摩擦材と比較して面圧が高くなる条件下で正勾配を示していることが分かる。

ここで、湿式摩擦材の摩擦係数μと湿式摩擦材のすべり速度との関係は、以下の通りである。一般的に、μが正領域の場合は、正勾配を示すことから機能維持を表している。このことを正勾配性という。一方、μが負領域の場合は負勾配を示すことから機能低下を表している。このことを負勾配性という。

（剥離耐久性の評価試験）
以下、本発明の実施例による摩擦材の強度を測定するため、表２に示す条件で圧縮疲労試験機を用いて剥離耐久性の評価試験を行った。

（剥離耐久性の評価試験の結果）
図６は、本発明の実施例と比較例の湿式摩擦材の剥離耐久試験結果を示すグラフである。図６から、上記実施例で説明したように樹脂率を平均樹脂率よりそれぞれ５％、１０％、２０％及び２５％高くした場合の湿式摩擦材と比較例の湿式摩擦材は、図６に破線で示す目標剥離耐久サイクルＴＣを超えており、十分な強度を確保していることが分かる。尚、グラフにおいて樹脂率２５％までの実施例と比較例の剥離耐久サイクルが全て同じになっているのは、合格値で試験を停止したためである。

一方、樹脂率を平均樹脂率より３０％高く設定した湿式摩擦材は、図６に示すように目標剥離耐久サイクルＴＣに届いていない。このことから、μ―Ｖ特性の性能維持の効果を確保しつつ、十分な強度を確保するには、樹脂率を平均樹脂率より２５％以下の高さに設定することが好ましい。

また、湿式摩擦材１２は環状でなく、セグメント状の摩擦材を環状に配置することも可能である。

本発明の湿式摩擦材は、自動車、産業機械の自動変速機として利用可能である。

２ セパレータプレート
３ 摩擦板
１２ 摩擦材
３０ コアプレート
３１ 摩擦面

Claims (5)

1. ペーパー基材に樹脂を含浸させて作製される湿式摩擦材において、
   前記湿式摩擦材の摩擦面の樹脂率は、前記湿式摩擦材の全体の平均樹脂率より高く、前記湿式摩擦材の内部の少なくとも一部の樹脂率は前記平均樹脂率よりも低くなっており、
   各回転時における摩擦係数の差は、面圧が高くなる条件において正勾配を有していることを特徴とする湿式摩擦材。
2. 前記摩擦面の樹脂率は、前記平均樹脂率よりも５乃至２５％高く、前記湿式摩擦材の内部の少なくとも一部の樹脂率は前記平均樹脂率よりも５乃至２５％低いことを特徴とする請求項１に記載の湿式摩擦材。
3. 前記摩擦面を含む表層における樹脂率は、もっとも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の湿式摩擦材。
4. 前記湿式摩擦材を厚み方向に等間隔に５層に分けた場合、前記摩擦面からほぼ中間部までの層では、前記樹脂率が前記平均樹脂率より高く、前記ほぼ中間部から最も内方までの層では、前記樹脂率が前記平均樹脂率より低くなっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の湿式摩擦材。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の湿式摩擦材を環状のコアプレートに固定して作製された摩擦板。

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