JPH08233003A - 湿式摩擦板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動摩擦係数が高く、また安定した湿式摩擦板
を提供する。 【構成】 摩擦面に冷却用流体を供給した状態で使用さ
れる湿式摩擦板１であって、その摩擦面に１．２mm以下
の間隔で複数の溝４が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変速機用オイルなど
の流体によって湿潤状態に維持されて使用される湿式摩
擦板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブレーキやクラッチに使用されている摩
擦板は、その係合・解放の過渡期に不可避的に滑りが生
じるので、摩擦熱による温度の上昇や劣化を防止する必
要があり、そのため従来では、潤滑油などの流体を摩擦
面に供給した状態で使用する湿式摩擦板が知られてい
る。その摩擦板の素材は、使用される条件に応じて各種
のものが開発されており、例えば普通乗用車程度以下の
車両における湿式摩擦係合装置の摩擦板としては、セル
ローズに樹脂を含浸させて熱成形したものや樹脂と金属
繊維あるいは石綿などとを混合して熱成形したものなど
が使用されている。また使用条件が更に厳しい場合に
は、シンタードメタリックやサーメットなどが使用され
ている。

【０００３】これら湿式摩擦板では、冷却のために潤滑
油を供給する必要があるが、その潤滑油は、摩擦面に滞
留したのでは冷却効果が少くなり、また摩擦係数の低下
原因となることもある。そこで従来では、摩擦面に対す
る潤滑油の連続的な供給を可能にするために、摩擦面に
油溝を形成することが行われており、その一例が実開平
１−１３５２３６号公報に記載されている。この公報に
記載された摩擦板では、紙によって摩擦面を形成すると
ともに、この紙によって覆われてない格子状の油溝を摩
擦面に形成し、さらに表裏両側の格子溝を貫通孔によっ
て連通させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】油溝を形成して摩擦面
に対する潤滑油の供給を可及的に促進すれば、冷却効果
が向上し、また上記の公報に記載されているように構成
すれば、ドラッグトルクを低減することができ、油溝を
形成する目的を達成することができる。しかしながら油
溝の形状・寸法によっては潤滑油の摩擦面に対する供給
が過剰になるから、摩擦係数の低下要因になるが、この
点に付いて従来着目されていず、上記の公報においても
何等触れられていない。

【０００５】上記の公報に記載されているような紙やセ
ルローズもしくは石綿などの繊維素材に樹脂を含浸させ
た摩擦板においては、潤滑油が摩擦材に浸透するうえ
に、摩擦板自体が係合時の圧力によって幾分なりとも圧
縮変形するから、ある程度過剰に潤滑油が供給されたと
しても、摩擦係数の低下に対する影響は少い。しかしな
がらシンタードメタリックやサーメットなどの硬質の素
材からなる摩擦板においては、摩擦面に油膜が形成され
ると、相手材との摩擦接触時にその油膜を排除できず、
これが原因となって摩擦係数の低下が顕著になる。

【０００６】また焼結材からなる摩擦板では、摩擦面に
多数の複雑な空孔が形成され、ここに潤滑油が入り込む
ことがあるが、その空孔が必ずしも他の空孔と連通して
いるとは限らず、閉じた空孔であれば、潤滑油が一定以
上は入り込まないので、油膜を解消するようには機能し
ない。また空孔同士の間に形成される平坦面の広さが部
分的に過大となることもあるので、その部分での油膜の
発生を防止することが難しい。

【０００７】いずれにしても冷却のための流体を供給す
る溝がある場合には、その流体の供給が過剰となって滑
り摩擦係数の低下を招来するおそれがあり、従来ではこ
の点についての技術的課題の認識や解決のための手段は
開発されていない。特に金属を素材とする摩擦板につい
て、その冷却と摩擦係数の維持との両立を図る手段は従
来知られていない。

【０００８】この発明は上記の事情を背景としてなされ
たもので、冷却効果を損なうことなく摩擦係数を高い値
に維持することのできる湿式摩擦板を提供することを目
的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、摩擦面に冷却用流体を供給した状態
で使用される湿式摩擦板であって、その摩擦面に１．２
mm以下の間隔で複数の溝が形成されていることを特徴と
するものである。

【００１０】

【作用】この発明の摩擦板は冷却用の流体を摩擦面に供
給した状態で使用され、その流体は溝を介して給排され
るから、必要充分に冷却を行うことができる。またこの
摩擦板が相手材に押し付けられた場合は、溝の間隔が狭
いことにより液膜の原因となる過剰な流体が溝に排除さ
れる。その結果、流体が摩擦面に膜を形成して摩擦係数
を低下させることを未然に防止し、滑り状態での摩擦係
数を高い値に維持することができる。

【００１１】

【実施例】つぎにこの発明を実施例に基づいて詳細に説
明する。この発明の摩擦板は、自動変速機用フルードな
どのオイル（流体）によって湿潤状態に維持されて使用
される摩擦板であって、例えば円板状の基板の表面に摩
擦面が形成され、さらにその摩擦面にオイルを流通させ
るための多数条の油溝が形成されている。

【００１２】図１および図２はその摩擦板１の一部を示
しており、薄い鋼板あるいはアルミ合金板などの金属板
である基板２の表面（表裏両面）に摩擦層３が所定厚さ
に形成されている。その摩擦層３には、その表面側に開
口している多数条の油溝４が形成され、その間隔ｐは、
１．２mm以下となっている。またそれらの油溝４の幅
は、油溝４によって挟まれている部分の摩擦層３の幅よ
り狭い幅に設定されている。具体的には、間隔ｐが１．
２mmの場合には、幅が０．３mm、間隔ｐが１４０μm の
場合には、幅が６μm に設定され、その他の場合は、こ
れらに準じて間隔ｐに比例する幅に設定されている。

【００１３】ここでこの発明で使用できる摩擦層３の構
造について説明すると、図３において、基板２の表面に
微粒子５が、メッキやロー付けなどの接着手段６によっ
て付着させられ、これらの微粒子５によって摩擦層３が
形成されている。これらの微粒子５の最も外側の表面部
を結んで確定される平面が摩擦面であり、これらの微粒
子５はこのようにして決まる摩擦面が平坦となるように
基板２に付着させられている。

【００１４】またこれらの微粒子５は、青銅などの金属
を素材としたものであり、この粒子の形状は、外径Ｄ1
が３０〜３００μm 程度のほぼ球形とされている。これ
らの微粒子５は、接着手段６からの突出高さｈが２０〜
１５０μm 程度となるようにランダムに配列されるか
ら、互いに接触しているもの、および離隔しているもの
の両方が存在するが、たとえ隣接する微粒子５同士が接
触していても、それぞれが球形であるために、両者の間
に微小な凹部７が生じている。そしてこれらの凹部７の
全体が互いに連通しており、オイルの逃げ部を形成して
いる。

【００１５】図４は、上述のようにして摩擦面を形成し
ている微粒子５の外側部分を研磨（研削）して、摩擦面
の面あらさＲz を許容値内にした例を示している。

【００１６】また図５は、微粒子として外径Ｄ2 あるい
は太さが３０〜３００μm 程度の円柱状もしくは角柱状
の微粒子５ａを使用した例を示している。これらの微粒
子５ａも前述したものと同様に青銅などの金属を素材と
したものであり、その先端部（頂面）が全体として平坦
面を形成するように高さｈを揃えて配列され、あるいは
研磨・研削されている。さらにこれらの微粒子５ａ同士
は互いにほぼ一定間隔で離隔されており、その結果、各
微粒子５ａの間にオイルの逃げ部として機能する全体が
連通した凹部７が形成されている。

【００１７】図６は上述した形状を揃えた微粒子５，５
ａに代えて、角形断面の角ブロック状の微粒子５ｂを分
散させて基板２の表面に所定の接着手段６によって付着
させ、さらにそれらの微粒子５ｂの突出端を研磨・研削
して全体として平坦な表面に仕上げたものである。これ
の微粒子５ｂはそれぞれの向きが不揃いであるから、各
微粒子５ｂの間にはオイルの逃げ部となる全体として連
通した凹部７が形成されている。また各微粒子５ｂの研
磨・研削された位置や量が異なっているので、各微粒子
５ｂが形成する頂面の面積が互いに異なっているが、各
微粒子５ｂの大きさが例えば３０〜３００μm 程度のも
のとされていることにより、その頂面の面積の差異は実
用上、特に大きいものではない。

【００１８】さらに図７および図８に示す例は、摩擦層
３に格子状の溝７ａを刻設することにより多数の微小突
起５ｃを一定間隔に形成したものである。この場合、青
銅板などの摩擦材を基板２に取り付けてその摩擦材に格
子溝７ａを形成してもよく、あるいは基板２を所定の摩
擦材で形成し、その表面に前記格子溝７ａを直接形成し
てもよい。

【００１９】これらの微小突起５ｃは、一例として８０
μm ×８０μm 程度の角形であり、また格子溝７ｂの幅
は一例として６０μm 程度である。微小突起５ｃおよび
格子溝７ａをこのように小さい寸法に形成した場合に
は、前記油溝４は、これらの格子溝７ａに重ねて形成す
ることができる。また格子溝７ａが前記油溝４を兼ねる
ように形成することもでき、その場合には、微小突起５
ｃを８００μm ×８００μm 程度の角形に形成するとと
もに、格子溝７ａを４００μm 程度の幅とすることによ
り、１．２mm以下のピッチの油溝とすることができる。
なお、これらの格子溝７ａは、例えばエッチングあるい
は切削によって形成することができる。

【００２０】金属を基材とした摩擦板においては、摩擦
面における連続した平面の面積が大きいと、油膜が形成
されやすく、それに伴って摩擦係数が不安定になること
があるので、上述したように微粒子５，５ａ，５ｂある
いは微小突起５ｃによって摩擦面を形成したが、摩擦接
触時における連続した平面を小さくすることは、上述し
た微粒子５，５ａ，５ｂあるいは微小突起５ｃによらず
に、溝の形状によることもできる。図９はその例を示し
ており、摩擦板１に形成してある直線状の油溝４に対し
て相手材１ａには、摩擦接触時にその油溝４に交差する
方向に沿う直線状の油溝４ａが形成されている。したが
って摩擦接触する単位平面は、これらの油溝４，４ａに
よって囲まれた面となり、したがって各油溝４，４ａの
間隔（ピッチ）を小さくすることにより、その単位平面
の面積を微小面積とすることができる。

【００２１】ここでこの発明による効果を確認するため
に行った試験について説明する。図１０は使用した試験
装置の概略的な構成を示しており、回転テーブル１０の
上方にスピンドル１１が配置されており、そのスピンド
ル１１の先端部（下端部）には、テストピース１２を取
り付けるための軸部１３が形成されている。その軸部１
３の先端に開口するよう給油孔１４がスピンドル１１の
内部に形成されている。また一方、回転テーブル１０の
上面には、相手材（例えばステンレス板などの金属板）
１５が取り付けられており、この回転テーブル１０は、
オイルバス１６の内部に配置されている。

【００２２】テストピース１２は、図１１および図１２
に示すように円筒状に形成され、その軸線方向での中間
部にはトルクを伝達するためのボルトを挿通させる長孔
１７が形成され、また先端面には半径方向に沿う四つの
溝１８が、一定間隔に形成されている。このテストピー
ス１２は、前記軸部１３にウレタンゴムなどの弾性体１
９およびスペーサ２０を嵌合させた後、その軸部１３の
先端側に嵌合させられ、かつ軸部１３に半径方向に向け
た取り付けたボルト２１が前記長孔１７を貫通してい
る。そして摩擦試験は、回転テーブル１０を回転させつ
つスピンドル１１をエアシリンダ（図示せず）などのア
クチュエータによって押し下げてテストピース１２を相
手材１５に押し付け、さらに給油孔１４から潤滑油（例
えば自動変速機用オイル）を供給して行う。

【００２３】図１３および図１４は、上述の試験装置に
よる試験結果を示しており、ここで使用されたテストピ
ース１２は、青銅を素材とし、その摩擦面に格子溝７ａ
を形成して多数の微小突起５ｃを形成した図７および図
８に示す構造のものである。なお、その表面あらさＲz
は５μm に調整してある。図１３はその格子溝７ａのピ
ッチｐと摩擦係数との関係ならびに相対滑り速度と摩擦
係数との関係を示しており、相対滑りがない場合すなわ
ち滑り速度が０ｍ／秒の場合には、格子溝７ａのピッチ
ｐや格子溝７ａの有無に関係なくほぼ一定の摩擦係数を
示した。これに対して相対滑りが生じた場合、滑り速度
が１ｍ／秒および３ｍ／秒のいずれであっても、格子溝
７ａのピッチｐが大きくなるに従って摩擦係数が低下
し、格子溝７ａがない場合には最も摩擦係数が小さくな
った。特にピッチｐが１．２mmを超えると、摩擦係数の
低下傾向が顕著になった。

【００２４】また図１４は、滑り速度と摩擦係数との関
係を示している。なお、図１４において、“無”と記載
してある線は格子溝を形成していないテストピースにつ
いての結果を示し、また“鉄”と記載してある線は、
０．１４mmのピッチの格子溝を形成した鋼製のテストピ
ースについての結果を示し、他の線は格子溝７ａのピッ
チｐを０．２〜１．２mmの範囲で異ならせた青銅製のテ
ストピースについての結果を示している。この図１４に
示すように、格子溝を形成していない場合には、滑り速
度が大きくなるに従って摩擦係数が大きく低下し、これ
に対して格子溝を形成してあれば、ある程度以上の滑り
速度では摩擦係数が高い値に安定することが認められ
る。

【００２５】以上の結果から、摩擦面を金属製とした摩
擦板では、摩擦係数を大きくすることができるが、冷却
のための潤滑剤を供給する関係上、潤滑剤を摩擦面から
排除するように機能する溝がない場合には、滑り速度の
増大に伴って油膜が形成され易くなり、摩擦係数が低下
することが確認された。また溝を形成するとしてもその
ピッチによっては摩擦係数が低下し、溝のピッチが１．
２mmを超えると摩擦係数の低下が顕著であり、金属製摩
擦材とする利点が損なわれてしまう。

【００２６】なおここで、青銅製微粒子を分散させて付
着させた摩擦面を有する摩擦板および青銅板に格子溝を
形成して微小突起を摩擦面に設けた摩擦板と、青銅粒子
を焼結させて摩擦面を形成した従来品との比較結果を図
１５に示す。この結果から明らかなように、いずれの摩
擦板も滑り速度が大きくなると摩擦係数が低下するが、
従来品はその摩擦係数の低下が顕著であり、これに対し
て青銅粒子を分散付着させた摩擦板および青銅板に微小
突起を形成した摩擦板では、滑り状態での摩擦係数が高
い値になる。

【００２７】なお、この発明は上記の実施例で示した銅
系の素材以外に鉄系の素材など、他の金属素材を使用す
ることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
潤滑材などの冷却用の流体が摩擦面に供給される摩擦板
において、その摩擦面に１．２mm以下の間隔で溝を形成
したから、滑り状態で膜を形成する過剰な流体をその溝
に排除することができ、またその溝から前記流体が引き
出されて摩擦面に膜を形成することが抑制もしくは防止
され、その結果、滑り状態での摩擦係数を高い値に維持
し、ひいては湿式摩擦係合装置のトルク容量を高くし、
あるいはその小型軽量化を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を模式的に示す部分正面図
である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】摩擦面の構造の一例を示す拡大断面図である。

【図４】摩擦面の構造の他の例を示す拡大断面図であ
る。

【図５】摩擦面の構造の更に他の例を示す拡大断面図で
ある。

【図６】摩擦面の構造の他の例を示す拡大断面図であ
る。

【図７】摩擦面の構造の他の例を示す拡大断面図であ
る。

【図８】図７に示す微小突起の配列状態を示す部分平面
図である。

【図９】相手材に形成した溝とによって実質的な微小突
起を形成する例を説明するための図である。

【図１０】摩擦試験装置の一例を示す概略図である。

【図１１】テストピースの断面図である。

【図１２】テストピースの底面図である。

【図１３】溝のピッチと摩擦係数との関係を測定した試
験結果を示す図である。

【図１４】滑り速度と摩擦係数との関係を測定した試験
結果を示す図である。

【図１５】微小粒子を付着させ、あるいは微小突起を形
成した摩擦板と従来の焼結材からなる摩擦板との摩擦係
数を比較して示す図である。

【符号の説明】 １ 摩擦板 ２ 基板 ３ 摩擦層 ４ 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 智之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摩擦面に冷却用流体を供給した状態で使
   用される湿式摩擦板であって、その摩擦面に１．２mm以
   下の間隔で複数の溝が形成されていることを特徴とする
   湿式摩擦板。