JP2000039032A - トルク伝達装置の摩擦ライニング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 摩擦クラッチ、特に自動車の摩擦クラッチに
用いる摩擦ライニングであって、特性プロフィールが改
善された、特に耐熱性が高く、従って所定ライニング面
でより高いトルクを伝達出来る摩擦ライニングを提供す
る。 【構成】 ガラス又はガラスセラミック無機複合材料か
ら成り、該複合材料はガラス又はガラスセラミック基材
と、無機強化繊維と、一つ又は複数のセラミック、ガラ
ス質又は金属質の充填材とを含むトルク伝達装置用、特
に摩擦クラッチの摩擦ライニング。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無機複合材料から成
る、トルク伝達装置、特に摩擦クラッチの摩擦ライニン
グに関する。

【０００２】

【従来の技術】トルク伝達装置、例えば摩擦クラッチは
出来るだけ高いトルク伝達能力を持つべきである。

【０００３】クラッチ、特に自動車クラッチの摩擦ライ
ニングを判断する基準は −摩擦係数μ、 −摩耗、 −機械的強度及び破壊強度、 −破断が生じる回転速度 −自励振動（「バッキング（ｂｕｃｋｉｎｇ）」又は
「ガタツキ（ｇｒａｂｂｉｎｇ）」）と摩擦ノイズの傾
向、 −耐熱性である。

【０００４】即ち、摩擦係数μは出来るだけ高く、動作
条件や周囲条件に殆ど依存しないのが良い。伝達し得る
力は摩擦係数と接触圧の積（μｘＦｃ）に比例するか
ら、クラッチは所定の接触力に対し、摩擦係数μが高け
れば高いほど、小さくできる。摩擦ライニングの摩擦係
数はカウンタ（ｃｏｕｎｔｅｒ）材料に依存する。自動
車クラッチの通常のカウンタ材料はねずみ鋳鉄又は鋼で
ある。現在乗用車に用いられている摩擦ライニングは、
ねずみ鋳鉄に対して実際の動作では約０．２〜０．４の
μ値を持つ。クラッチの設計においては、安全率を見込
んで０．２５の設計値が取られる。摩擦係数は、温度、
湿度、接触圧及び角速度の変化に関して出来るだけ一定
であるのが良い。

【０００５】摩擦ライニングの摩耗は低くあるべきであ
る。クラッチが正しく操作される場合のライニング寿命
の指針は、自動車の可使寿命である。勿論、摩擦ライニ
ングの相手材料はライニングによりあまり摩耗しない方
が良い。摩耗の目安は摩耗率である。

【０００６】高い機械的強度と破壊靭性は、特にリベッ
ト締めによりライニングを取り付けるとき必要になる。
破断が生じる回転速度はエンジンの最大回転速度の１．
７〜２倍とすべきで、通常１５０００／ｍｉｎとなる。
即ち、チェンジダウンの際に誤操作があると、例えば乗
用車で５速ギヤから１速ギヤにチェンジすると、このよ
うな高い回転速度になるからである。

【０００７】バッキング（ｂｕｃｋｉｎｇ）は、最も重
要なクラッチ関連品質問題の一つである。駆動トレイン
の第一の共振周波数が強く励起され、車の縦振動が感じ
られるときバッキングが生じると云われる。バッキング
は簡単には定量化できないが、ドライバーの主観的印象
には極めて重要である。バッキングの強さはライニング
によるだけでなく、全クラッチ系とその要素の構造設計
にも依存すると云えるが、ライニング関連バッキングが
かなりの割合を占める。バッキングを起こす傾向の無
い、又は少ないクラッチは快適度性能が良好であると云
われている。

【０００８】実際に用いられる場合、クラッチの摩擦ラ
イニングは破損せず、即ち歪みを含む損傷を蒙らずに、
かなりの熱応力に耐えなければならない。目標は、クラ
ッチのすべりが起こる温度限界をより押し上げることで
ある。

【０００９】更に別の観点としての、環境にやさしい材
料が使用されるべきという点は、少なくとも、以前はク
ラッチライニングとして普通に使われていたアスベスト
の使用は最早必要がないという限りにおいて解決された
といって良いであろう。

【００１０】自動車のクラッチに現在商業的に利用可能
な摩擦ライニングは、有機複合材料である。これ等は、
樹脂及びゴムにカーボンブラック、黒鉛（グラファイ
ト）、カオリン等の充填材を添加して成る摩擦性セメン
トに糸材（ｙａｒｎ）を埋め込んで構成される。糸材は
好ましくは、ポリアクリロニトリル、アラミド（ａｒａ
ｍｉｄ）、セルロース、ガラス及び他の繊維、及び真鍮
又は銅製ワイヤから成る。このような摩擦ライニングは
良好な快適度性能を示すが、成分が有機性材料、特に有
機基材であることから、熱抵抗が充分でなく、そのため
クラッチ動作中に温度が所定の温度限界を越えると、μ
値が低下して、「ライニング・グラブ（ｇｒａｂ）」に
より快適度がかなり低下し、ついにはフェージング（ク
ラッチの滑り）に到る。更に熱応力が加わると、摩擦ク
ラッチは壊れ、クラッチ機能は完全に失われる。

【００１１】ある種の業務車、例えばゴミ運搬車には、
銅を主とする焼結金属ライニングが用いられる。焼結ラ
イニングは摩擦係数が高く（約０．３〜０．６）、摩耗
が少ないが、カウンタ面にかなりの摩耗を生ずる。ミー
タラビリティー（ｍｅｔｅｒａｂｉｌｉｔｙ）、バッキ
ング及び摩擦音（ノイズ）に関しては、金属ライニング
は有機ライニングに劣る。

【００１２】欧州特許公報ＥＰ０４６９４６４Ｂ１に
は、摩擦ライニングに用いる複合材料が開示されてい
る。この複合材料は、ＳｉＯ２と或種の水溶性珪酸塩、
例えばアルカリ金属珪酸塩（水ガラス）との混合物を水
の存在下で硬化するバインダー基材を用いる。このよう
な材料は加水分解安定度が充分でなく、例えば凝縮の
際、温度が露点以下に低下すると水が生じ、不都合であ
る。

【００１３】米国特許公報ＵＳ４３４１８４０には、ベ
アリング、シール及びブレーキに用いられる、グラファ
イト繊維強化ガラスが開示されている。これ等の複合材
料は耐熱性が充分ではなく、快適度性能はあまり良好で
は無い。

【００１４】

【発明により解決されるべき課題】本発明の目的は、摩
擦クラッチ、特に自動車の摩擦クラッチに用いる摩擦ラ
イニングであって、特性プロフィールが改善された、特
に耐熱性が高く、従って所定ライニング面でより高いト
ルクを伝達出来る摩擦ライニングを見いだすことにあ
る。

【００１５】

【課題を解決する手段、その作用・効果】この目的は、
請求項１に記載の無機複合材料により達成される。

【００１６】驚くべきことに、ガラス又はガラスセラミ
ック基材と無機強化繊維と一種又は複数のセラミック、
ガラス質又は金属質充填材で構成される純無機複合材料
で従来のクラッチ用摩擦ライニング材を置き換えること
が出来、この複合材摩擦ライニングは或種の特性に関し
ては従来の摩擦ライニングを凌ぐものであることが分か
った。

【００１７】繊維強化ガラス又は繊維強化ガラスセラミ
ックの生産は周知であり、多数の刊行物に記載されてい
るが、これ等の刊行物として米国特許公報ＵＳ４６１０
９１７、ＵＳ４６２６５１５及びＵＳ５０７９１９６を
純然たる例示としてここに引用することが出来る。

【００１８】充填材及び機能的添加物（以下、単に「充
填材」と云う）の添加は、例えば欧州特許公報ＥＰ０４
６９４６４Ｂ１から知られている。これ等の充填材は潤
滑材、摩擦調節材又は純然たる充填材として働き、生産
工程内で、例えばスラリーに添加して、併入される。

【００１９】原則として、どんなガラスでもセラミック
繊維により強化することが出来る。内部応力を無くす、
又は少なくするために、熱膨張係数の整合性について或
程度、努力することが有用である。強化繊維としてしば
しば用いられる炭化珪素繊維及び炭素繊維は熱膨張が少
ないので、基材として熱膨張係数α_{２０／３００}が１０
ｘ１０^−６／Ｋより小さいガラスを用いるのが好まし
い。

【００２０】このような強化複合材料の最大許容温度
は、その材料の特定の成分と微細構造に依存する。基材
として用いられるガラスのガラス遷移温度Ｔｇは、最大
長期使用時間の基準となる。しかしながら、繊維強化に
より熱抵抗が増大するから、繊維強化ガラスはガラス基
材のＴｇを越える温度にも首尾よく耐えることが出来
る。

【００２１】特に有用と分かった基材ガラスは、Ｂ_２Ｏ
_３含有ガラスである。名称Ｄｕｒａｎ（登録商標）及び
Ｐｙｒｅｘ（登録商標）の下に商業的に入手可能で、最
良の既知のものとして知られる硼珪酸ガラスは、３〜５
ｘ１０^−６／Ｋの範囲と熱膨張係数α_{２０／３００}が低
く、Ｔｇが約５００℃から６００℃の範囲にある。

【００２２】これ等のガラスは一般に、近似組成が（酸
化物に基づく重量％で）７０〜８０ＳｉＯ_２、７〜１３
Ｂ_２Ｏ_３、４〜８アルカリ金属酸化物及び２〜７Ａｌ_２
Ｏ_３である。

【００２３】アルミノ珪酸ガラス、特に近似組成が（酸
化物に基づく重量％で）５０〜５５ＳｉＯ_２、８〜１２
Ｂ_２Ｏ_３、１０〜２０アルカリ土金属酸化物及び２０〜
２５Ａｌ_２Ｏ_３のガラスも高温に耐えるので、基材ガラ
スとして充分適している。これ等のＴｇは約６５０℃か
ら７５０℃の範囲にある。

【００２４】更に、Ｔｇが約５４０℃、α_{２０／３００}
が約９ｘ１０^−６／Ｋのアルカリ金属−アルカリ土金属
珪酸ガラス（例えば重量％で近似組成が７４ＳｉＯ_２、
１６Ｎａ_２Ｏ、１０ＣａＯの）も本発明の複合材料のガ
ラス基材として首尾よく用いることが出来る。

【００２５】タキガラス（玄武岩質ガラス）も同様に、
ガラス基材として適している。

【００２６】更に、ＴＶチューブに、即ちチューブのフ
ァンネル及びスクリーン構成部品に用いられるガラスも
ガラス基材として適する。スクリーン・ガラスは一般
に、ＳｒＯ及び／又はＢａＯの比率が高いアルカリ金属
−アルカリ土金属珪酸ガラスである。ファンネル・ガラ
スは通常、少量のＰｂＯを更に含む、同種のガラスであ
る。反対に、ＴＶチューブのネック部分に用いられる、
ネック・ガラスとして知られるガラスは高いＰｂＯ成分
を有し、従って本発明の目的の為には、材料は環境にや
さしくあるべきなので、あまり適していない。

【００２７】基材としてのガラスセラミックは耐熱性が
更に高い。ガラスセラミックと制御結晶によるその生産
は、何十年も前から知られている。

【００２８】ガラスセラミック基材に適した組成系は例
えば、種々の添加物を用いて既知の方法で改質し得るＬ
ｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−
ＳｉＯ_２、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２又はＭｇＯ−
ＣａＯ−ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２である。

【００２９】ガラスセラミック基材の組成はまた、Ｌｉ
_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２結晶含有硼酸ガラス又は他
の結晶化可能なガラス組成物を含む。かかる複合材は比
較的低温で処理し得、且つ結晶化後高い温度に耐え得る
利点を有する。

【００３０】ガラス及びガラスセラミックに用いる強化
繊維も同様に知られ、あらゆる無機強化繊維が本発明の
目的に合う。主として、炭素、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ
_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ムライト（ｍｕｌｌｉｔ
ｅ）、ここでは特にＳｉに富む３Ａｌ_２Ｏ_３ｘ２ＳｉＯ
_２、珪酸カルシウム（ｘ ＣａＯ・ｙ ＳｉＯ_２）、溶
融シリカ、高いＳｉＯ_２成分を有するガラス、即ちＳｉ
Ｏ_２成分が８０重量％を越えるガラス、Ａガラス、Ｃガ
ラス、Ｓガラス又はＥガラス及び／又はロックウール、
例えば玄武岩ウールの繊維を、これ等を主成分とし、Ｓ
ｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｏ、Ｃ、Ｎを添加し又は添加せ
ず、例えばサイアロン型（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ）の繊維
を添加し又は添加せずに用いたものからなる繊維を用い
る。

【００３１】Ｅガラスは、主としてアルカリ金属を含ま
ないアルミノ硼珪酸カルシウムガラスである。Ｓガラス
はアルミノ珪酸マグネシウムガラス、Ｃガラスは硼珪酸
ナトリウム・カルシウムガラス、Ａガラスは珪酸ナトリ
ウム・カルシウムガラスである。

【００３２】特に適した繊維は、炭素繊維と炭化珪素繊
維である。ＳｉＣ繊維の含有率が高いと、摩耗が少なく
なる。Ｃの含有率が高いと、複合材は安くなる。

【００３３】ＳｉＣ繊維とＣ繊維の両者を含む複合材
は、摩耗が少なくなり、また摩擦性能を低廉なＣ繊維に
より調整できるので特に有利である。

【００３４】ＳｉＣ／Ｃ含有比を１：４とするものが特
に好ましい。ＳｉＣ比率を１／５に低下すると、特性を
低下せずに複合材の生産コストを大幅に低下することが
できる。

【００３５】摩擦性能と快適度性能を良くするために、
強化繊維に通常薄い被膜、例えば炭素、炭化物、ＳｉＯ
_２、Ａｌ_２Ｏ_３又は他の酸化物の被膜を設けることも出
来る。

【００３６】複合材料の繊維含有率は、約５〜５５重量
％である。繊維含量を増やすと、高コストとなる一方、
繊維配合比が５重量％未満であれば、繊維強化で生ずる
特性変化、特に強度の増大は小さくなり、かつ基材中の
繊維の均一な分布が難しくなる。

【００３７】経済的及び技術的理由で、繊維含有率を２
５から４５重量％にするのが好ましい。

【００３８】複数の異なる種類の繊維を用いると、ハイ
ブリッド複合材料が得られる。

【００３９】ガラス／ガラスセラミック基材と無機強化
繊維であることとは別に、本発明の摩擦ライニングは粉
末形式で添加する一種又は複数種の無機充填材を含む。
これ等は、セラミック、ガラス質又は金属質の充填材で
ある。最も重要な充填材を以下に例示として言及する。

【００４０】結晶石英、溶融石英又はガラス質溶融シリ
カとして、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２又は類似の
酸化物、またＦｅ_２Ｏ_３及びＣｒ_２Ｏ_３、珪灰石（Ｃａ
Ｏｘ ＳｉＯ_２）、２ＣａＯ ｘ ＳｉＯ_２、３ＣａＯ
ｘ ＳｉＯ_２等の珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム
及びその水化物、例えばタルク（３ＭｇＯ ｘ４ＳｉＯ
_２ ｘ Ｈ_２Ｏ）、珪酸ジルコニウム、マイカ、ドロマ
イト、ムライト、シリマナイト、カオリン又はクレー等
のアルミノ珪酸塩、更にアルミノ珪酸カルシウム、アル
ミノ珪酸カリウム、及びアルミノ珪酸マグネシウム、例
えば菫青石、またセメント、酸化マグネシウム、炭酸マ
グネシウム及びその水化物、アルミン酸マグネシウム、
クロム鉄鉱酸化チタン、例えばルチル、チタン酸アルミ
ニウム、更に炭酸塩、例えば石灰石、また生石灰（Ｃａ
Ｏ）、硫酸塩、例えばＢａＳＯ _４、ＣａＳＯ_４、特に半
水化物又は硬セッコウとして、ＭｏＳ_２又はＣｕＳとし
て亜硫酸塩、窒化物、例えばＢＮ、炭化物、例えばＳｉ
Ｃ、Ｂ_４Ｃ又は、ＴｉＣ、グラファイト、カーボンブラ
ック又は粉末コークスとして炭素、そしてまた、金属、
例えば銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄又はスチー
ル、又はシリコン等の半金属及び／又はそれ等の合金を
用いる。

【００４１】用いられる充填材は好ましくは、Ｓｉ
Ｏ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、珪酸マグネシウム及びそ
れ等の水化物、珪酸カルシウム、ムライト、カオリン、
ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＢａＳＯ_４、ＢＮ、カーボン、カーボ
ンブラック又は粉末コークスである。これらの硬質材料
は耐摩耗性を増大し、硬度の低い構成材料は快適度性能
を改善する。

【００４２】特に好ましいのは、ＳｉＯ_２とカオリンと
の、カオリンとタルクとの、カオリンとカーボン、カー
ボンブラック又は粉末コークスとの、又はＺｒＯ_２とカ
ーボン、カーボンブラック又は粉末コークスとの充填材
混合物である。

【００４３】特に有利なのは、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、Ａｌ
_２Ｏ_３、カーボン粉末及びカーボンブラックから成る群
より選ばれた一つ又は複数の充填材を用いることであ
る。

【００４４】極めて特に有利な実施例で、カーボン粉末
又はカーボンブラックを、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２及びＡｌ_２
Ｏ_３から成る群より選ばれた成分と共に充填材として用
いることである。

【００４５】複合材料の充填材含有率は少なくとも５重
量％、多くとも５０重量％である。

【００４６】配合比は低いと効果が殆ど無く、高いと処
理が困難になる。

【００４７】特に好ましい充填材含有率は、約２５〜４
０重量％である。

【００４８】一般に、基材と繊維と充填材を適宜選択す
ることにより複合材料を用途に合わせることが出来る。
熱膨張、熱伝導度、高温におけるクリープ挙動、摩擦挙
動らの物理的特性は、所定の限界内で変更でき、またこ
の範囲内に設定できる。

【００４９】複合材料に添合される繊維は、化学的組成
に付いてのみならず、微細構造と外部形状寸法に付いて
も、多くの方法で変更できる。

【００５０】繊維の微細構造は（所定の化学的組成に対
して）物理的特性を決定する。例えば、カーボン繊維
は、異なるグラファイト度が摩擦及び熱的挙動に影響す
る特定の高弾性率、高強度の複数の繊維とすることが出
来る。即ち、同一の強化繊維を用いるときでも、用いら
れる強化繊維の品種を変えて、複合材料を所望の特性に
関して最適化することも或程度できる。

【００５１】強化繊維の外形（形状と寸法）と複合材料
内の繊維配置により、特に広い範囲のバリエーションを
持つことが出来る。

【００５２】斯くして、ガラスやガラスセラミックをホ
イスカー、短繊維、長繊維、又は連続繊維で強化でき、
また、繊維マットや織布を使うことも出来るし、繊維濾
過材を用いることも出来る。更に、材料内の繊維の配向
を材料から作られる成形品の形状寸法に合わせるため
に、例えば、円形又は他の環状構造、或いは環形状成形
品を巻いて作っても良い。

【００５３】ホイスカーや短繊維（繊維長さ約５ｍｍま
で）は通常、複合材料内に等方的に分布され、これによ
り等方性が得られるが、例えば高温での押出しにより、
部分配向することも出来る。ホイスカーや短繊維を用い
ては、極端に高い破壊靭性は得られない。逆に、長繊維
や連続繊維は少なくとも複合材内の大部分で平行に向け
られると、この方向で複合材の機械的特性にかなりの改
善が得られるが、それに直角な方向では改良は殆ど得ら
れない。しかしながら、長繊維や連続繊維を繊維が互い
に角度を以て配置される層構造で用いるとき、少なくと
も一つの面で大凡の等方性が得られる。

【００５４】一般に、長繊維又は連続繊維を含む複合材
を製作、成形するのは、ホイスカーや短繊維の場合より
難しいが、それにより優先する方向に特に良好な機械的
特性を得ることが出来る。繊維アーキテクチャ（構成）
を正しく選ぶと、予期される応力に整合する成形品を得
ることが出来る。繊維強化成形品に必要とされる繊維構
成は、例えば繊維強化プラスチック成形品から当業者が
知得しているところである。

【００５５】繊維フェルトや織布を用いると、長繊維や
連続繊維を含む複合材と比較して強度値が程々の複合材
料としかならないが、かかる複合材は廉価な技術を用い
て製作し得る。即ち、織物やフェルトを例えば、あとで
熱処理によりガラス又はガラスセラミックに変換し得る
ガラス溶融体又はゾル−ゲル溶液で浸潤することが出来
る。

【００５６】材料を製作する方法、即ちホイスカー、連
続繊維、長繊維、短繊維、フェルト等の何れを用いるか
は、各々の場合の特定の物理的及び技術的要求条件に依
存する。勿論、これは、材料の価格、即ちその経済性を
決定する生産コストにも依存する。

【００５７】技術仕様と経済的生産に関する特定の要求
条件のため、本発明の摩擦ライニングではランダムに配
向する短繊維を用いるのが好ましいが、配向性繊維構成
を用いても良好な結果が得られる。

【００５８】繊維強化ガラス及びガラスセラミックの強
度や弾性率等の機械的特性は、添加される繊維の量と配
列により実質的に決定される。熱膨張のような熱機械的
性質や、熱伝導度のような熱的性質は、摩擦係数のよう
な摩擦特性と同様、総体的複合材の組成により、即ち個
々の構成成分とその特性により影響される。

【００５９】斯くして、一方向配向のＣ又はＳｉＣ繊維
を約４０重量％の繊維含有率で用いると、１２００ＭＰ
ａを越える曲げ強度と１３０ＧＰａを越えるＥ弾性率の
成形品が得られると共に、その破断仕事は純ガラス又は
ガラスセラミックと比較して高くなる。多方向配向又は
ランダム繊維配列、或いは異なる繊維含有率を用いる
と、複合材内の応力方向に有る繊維の配合に応じて、強
度とＥ弾性率が低下する。

【００６０】ＳｉＣのみで強化したガラスの異方的熱伝
導度は、約１．５Ｗ ｘ ｍ^−１ｘ Ｋ^−１と極めて低
いが、添加物を付加することにより、添加物の配合に応
じて、これを変更することが出来る。斯くして、カーボ
ン繊維及び／又はカーボン粉末、金属粉末及び／又はセ
ラミック粉末の添加は、熱伝導度を増大し、熱膨張をも
増大する。熱伝導度と熱膨張の低い成分、例えば溶融シ
リカを添加すると、これ等の特性値がそれに対応して低
下する。

【００６１】この複合材料は機械的処理が可能なので、
リベット締め、ネジ止め又は接着によりライニングとし
てクラッチ板に容易に取り付けることが出来る。

【００６２】非水溶性基材をもつ上記の純無機質複合材
料は、クラッチの摩擦ライニングが蒙る熱的、摩擦性及
び機械的応力に非常に良く耐える。斯くして、破断が生
じる回転速度に付いての要求条件を満足する。

【００６３】驚くべきことに、本発明による複合材料
は、極めて耐熱性があるだけでなく、全特性プロフィル
を満たす。即ち、必要な強度以外に、摩擦係数が一定で
且つ高く、摩耗が少なく、また良好な快適度性能を示
す。特に後者の特性は予知出来なかったものである。

【００６４】具体的には、従来の有機質クラッチライニ
ングと比較して、これ等の複合材料は長期耐熱性が有意
に高く、ねずみ鋳鉄に対する摩耗率が５ｘ１０^−５ｍｍ
^３／Ｎｍ未満であり、ねずみ鋳鉄に対する摩擦係数μが
０．３から０．８で、４〜４０ｍ／ｓの範囲に亘る摺動
速度における摩擦係数の一定度が高い。ここで、摩擦係
数と摩耗率は、５ＭＰａまでの圧力と５ｍ／ｓまでの速
度でリングを金属質カウンタ材料とするブロック−リン
グ装置で決定された。ディスクを金属質カウンタ材料と
するピン−ディスクで行われた測定でも、同一値が得ら
れる。

【００６５】斯くして、本複合材料は摩擦クラッチの摩
擦ライニングとして極めて適している。この用途で、従
来用いられた材料を凌賀する。その良好な長期耐熱性
は、通常用いられる有機質ライニングのものよりはるか
に良い。焼結金属ライニングと比較すると、特に快適度
性能が良く、カウンタ材料の摩耗が少ない。

【００６６】以上記述した純無機質複合材料は、望まれ
ながら、従来部分的にしか実現されなかった諸特性を同
時に達成したものであり、従って多種の摩擦クラッチに
極めて適したものである。

【００６７】通常の自動車クラッチは、係合開離型の乾
式摩擦クラッチで、これによりエンジンを残りの駆動ト
レインから切り離すことができ、また円滑に再接続して
トルク伝達出来るようにするものである。乾式クラッチ
は特に乗用車と業務車に用いられている。本発明の摩擦
ライニングはこれ等のクラッチに極めて適している。

【００６８】標準構成型の自動車クラッチは、フライホ
イールにネジ止めしたダイアフラム圧力板と、ギヤーボ
ックス内にシャフト上で軸方向に可動な、二つの摩擦ラ
イニングをもつクラッチディスクと、クラッチディスク
と一体のトーションダンパーと、球軸受を介して開放移
動を非回転作動素子から圧力板に伝達する開放装置とを
備えて成る。フライホイールは、クラッチディスクが摩
擦接触する面として働く。

【００６９】上記複合材料は、これ等の標準型クラッチ
のみならず、２質量式フライホイールのクラッチ、トル
クコンバータの橋絡クラッチ又は自動変速機（ＡＴ）の
開離クラッチ等のより新式のものの摩擦ライニングにも
適している。

【００７０】他の種のクラッチとして湿式作動クラッチ
（湿式クラッチ）があり、これは特に或種の乗用車輌や
オートバイ、農業トラクター等の業務用車輌に用いられ
ている。上記複合材料は、これ等の湿式クラッチの摩擦
ライニングにも充分適している。

【００７１】上記複合材料はまた、多種の特殊車輌、例
えば露天又は地下採鉱用車輌や軍用車輌、例えば自走砲
架車、そして農業用車輌のクラッチの摩擦ライニングに
も充分適している。

【００７２】摩擦クラッチはまた、自動クラッチ作動に
も必要である。ここでも、上記の複合材料は完全に適し
ている。

【００７３】本発明の複合材料は、始動及び／又はギヤ
ーチェンジ用クラッチとしての自動車クラッチの摩擦ラ
イニングにのみならず、他の駆動クラッチ、例えばター
ビンや印刷機、繊維機械等の製造機械、輸送、運搬及び
リフト機械にも適している。

【００７４】一般に知られているように、摩擦クラッチ
の摩擦ライニングは適正な変更により、ブレーキにも適
合する。

【００７５】

【実 施 例】本発明を以下、具体例により説明する。
繊維を無秩序配向で含む繊維強化複合材料を種々の材料
組み合わせで、通常の方法、スラリー−ゾル−ゲル法に
より製作した。これ等の材料の種々の機械的及び摩擦特
性は、テストベンチ及び自動車実験で決定された。

【００７６】組成に応じて、１５０〜２５０ＭＰａの強
度と最大１００ＧＰａのＥ弾性率をもつことが分かっ
た。組成物中の以下の百分率は重量％である。

【００７７】先ず、５０％の硼珪酸塩ガラス基材：Ｄｕ
ｒａｎ（登録商標）と５０％のＳｉＣ及び／又はＣ繊
維、即ち長さが１〜５０ｍｍの短繊維から成り、ＳｉＣ
繊維とＣ繊維を種々の配合で含む充填材非含有複合材料
を作製した：Ｃ１〜Ｃ５。両繊維の各々の配合と実験結
果（摩擦係数及び摩耗率）が表１に示されている。

【００７８】

【表１】

【００７９】摩擦係数が０．４、摩耗率が２ｘ１０^−６
ｍｍ^３／Ｎｍであり、快適度性能が不十分なＣ１（Ｓｉ
Ｃ繊維のみ）から始めて、Ｃ繊維含有率を増大すると、
摩擦係数が０．８まで増加する（Ｃ５、Ｃ繊維のみ）
が、摩耗率も３ｘ１０^−５ｍｍ ^３／Ｎｍ（Ｃ５）まで上
昇する。快適度性能は僅かに改良されただけである。

【００８０】４０％の硼珪酸ガラス基材：Ｄｕｒａｎ
（登録商標）、３０％のＳｉＣ繊維（６％）とＣ繊維
（２４％）、及び３０％の異なる充填材と充填材混合物
から成る複合材料も製作した。

【００８１】摩擦係数と摩耗率に関し良好な結果を与え
るが、快適度性能があまり良くない充填材非含有比較例
と較べると、摩擦係数は依然高く（約０．４〜０．
６）、摩耗は同等か又は少なくさえなり、且つ快適度性
能は改良されている。

【００８２】詳細には、充填材がＳｉＣ、ＺｒＯ_２又は
Ａｌ_２Ｏ_３から成る粉末又はそれらの混合の場合、摩擦
係数は高く（最大約０．７）、且つ摩耗は、例えばＺｒ
Ｏ_２の含有率がが３０％のとき、１ｘ１０^−６ｍｍ^３／
Ｎｍまで低下する。快適度性能も僅かだが改良される。
２例（Ｅ１、Ｅ２）に対する摩擦係数と摩耗率の具体的
データを表２に示す。

【００８３】

【表２】

【００８４】充填材としてＣ粉末及び／又はカーボンブ
ラックを用いる場合、摩擦係数も改良されるか、依然高
い。快適度性能も改良される。摩耗率は若干高くなる
が、許容範囲内にある。表２中、例Ｅ３及びＥ４はこれ
等を示している。カオリンもこの群の充填材に属する。

【００８５】充填材をＣ粉末、カーボンブラック又はカ
オリンとＳｉＣ、ＺｒＯ_２又はＡｌ _２Ｏ_３粉末の混合物
とし、全充填材含有率を再び３０％とすると、快適度性
能が良くなる。摩擦係数と摩耗率は充分に良好なまま
か、或いはむしろ改善される（表２、Ｅ５〜Ｅ８参
照）。

【００８６】従って、基材、繊維及び充填材から成る摩
擦ライニングは充填材非含有例と比較すると、快適度が
改善され、良好な、即ち高い摩擦係数と、良好な、即ち
低い摩耗率とを兼ね備える。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599052495 マンネスマン ザックス アーゲー ＭＡＮＮＥＳＭＡＮＮ ＳＡＣＨＳ ＡＧ ドイツ連邦共和国、デェー 97424 シュ ヴァインフルト、エルンスト−ザックス− シュトラーセ 62 (72)発明者 ヴォルフラム バイヤー ドイツ連邦共和国、デェー 55270 エッ センハイム、ヴィントホイザー ヴェーク ４エイ (72)発明者 ライナー リーバルト ドイツ連邦共和国、デェー 64569 ナウ ハイム、ザントブルグシュトラーセ ４ (72)発明者 フランツ ナグラー ドイツ連邦共和国、デェー 97503 ゲー トハイム、アム ツェーントグラーフェン 12

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機複合材料から成り、該複合材料はガ
   ラス又はガラスセラミック基材と、無機強化繊維と、一
   つ又は複数のセラミック、ガラス質又は金属質の充填材
   とを含むトルク伝達装置用、特に摩擦クラッチの摩擦ラ
   イニング。
2. 【請求項２】 前記ガラス基材は硼珪酸ガラス、アルミ
   ノ珪酸ガラス、アルカリ金属−アルカリ土金属珪酸ガラ
   ス又は玄武岩質ガラス（タキライト）を含む請求項１に
   記載の摩擦ライニング。
3. 【請求項３】 前記ガラスセラミック基材はＬｉ_２Ｏ−
   Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ _２系、ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ
   _２系、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系又はＭｇＯ−Ｃ
   ａＯ−ＢａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系のガラスセラミ
   ック、或いはＬｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２結晶含有
   硼酸塩ガラスを含む請求項１に記載の摩擦ライニング。
4. 【請求項４】 前記強化繊維は主成分として、炭素、Ｓ
   ｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ムラ
   イト、珪酸カルシウム、石英ガラス（溶融石英）、Ｓｉ
   Ｏ_２の含有率が８０重量％以上のガラス、Ａガラス、Ｃ
   ガラス、Ｓガラス又はＥガラス、及びロックウールとか
   ら成る群より選ばれた一つ又は複数の成分を含み、且つ
   Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ 、Ａｌ、Ｃ、Ｎ又はＯを添加した又
   はしない請求項１から３の何れか一つに記載の摩擦ライ
   ニング。
5. 【請求項５】 前記強化繊維は炭素及び／又はＳｉＣを
   含む請求項４に記載の摩擦ライニング。
6. 【請求項６】 前記強化繊維に炭素、炭化物、ＳｉＯ_２
   又はＡｌ_２Ｏ_３の被膜が設けられる請求項４又は５に記
   載の摩擦ライニング。
7. 【請求項７】 前記繊維成分が５から５５重量％である
   請求項１から６の何れか一つに記載の摩擦ライニング。
8. 【請求項８】 前記繊維成分が２５から４５重量％であ
   る請求項７に記載の摩擦ライニング。
9. 【請求項９】 前記一つ又は複数の充填材は、粉末Ｓｉ
   Ｏ_２（結晶質の石英、溶融石英又は溶融シリカ）、Ａｌ
   _２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、珪酸カル
   シウム、珪酸マグネシウム及びこれ等の水化物、珪酸ジ
   ルコニウム、アルミノ珪酸塩、アルミノ珪酸カルシウ
   ム、アルミノ珪酸カリウム、アルミノ珪酸マグネシウ
   ム、マイカ、セメント、酸化マグネシウム、炭酸マグネ
   シウム及びその水化物、マグネシウムアルミン酸塩、ク
   ロマイト、ドロマイト、酸化チタン、アルミニウムチタ
   ン酸塩、炭酸塩、硫酸塩、炭化物、硫化物、窒化物、炭
   素（グラファイトとして）、カーボンブラック又は粉末
   コークス、鉄、鋼、銅、アルミニウム、シリコン、マグ
   ネシウム及び／又はそれ等の合金を含む請求項１から８
   の何れか一つに記載の摩擦ライニング。
10. 【請求項１０】 前記一つ又は複数の充填材は、粉末Ｓ
    ｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、珪酸マグネシウム及び
    これ等の水化物、珪酸カルシウム、ムライト、カオリ
    ン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＢａＳＯ_４、ＢＮ、炭素、カーボ
    ンブラック又は粉末コークスを含む請求項９に記載の摩
    擦ライニング。
11. 【請求項１１】 前記充填材は、ＳｉＯ_２とカオリンと
    の、又はカオリンとタルクとの、又はカオリンと炭素、
    カーボンブラック又は粉末コークスとの、或いはＺｒＯ
    _２と炭素、カーボンブラック又は粉末コークスとの混合
    物を含む請求項１０に記載の摩擦ライニング。
12. 【請求項１２】 前記一つ又は複数の充填材は、ＳｉＣ
    及び／又はＺｒＯ_２及び／又はＡｌ_２Ｏ_３及び／又は炭
    素粉末及び／又はカーボンブラックを含む請求項１０に
    記載の摩擦ライニング。
13. 【請求項１３】 前記充填材は、カーボン粉末とカーボ
    ンブラックと、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３から成る
    群から選ばれた成分との混合物を含む請求項１２に記載
    の摩擦ライニング。
14. 【請求項１４】 前記充填材成分が５から５０重量％で
    ある請求項１から１３の何れか一つに記載の摩擦ライニ
    ング。
15. 【請求項１５】 前記充填材成分が２５から４０重量％
    である請求項１４に記載の摩擦ライニング。
16. 【請求項１６】 前記複合材料は、リング又はディスク
    を備えたブロック−リング又はピン−ディスク装置内の
    カウンタ材料としてのねずみ鋳鉄に対して、５ＭＰａ迄
    の圧力と５ｍ／ｓ迄の相対速度において、少なくとも
    ０．３の摩擦係数μと、４〜４０ｍ／ｓの摺動速度で一
    定の摩擦係数と、５ｘ１０^−５ｍｍ^３／Ｎｍを下回る摩
    耗率を有する請求項１から１５の何れかに記載の摩擦ラ
    イニング。
17. 【請求項１７】 スタート・クラッチ及び／又はギヤチ
    ェンジ・クラッチとしての自動車クラッチに用いる、請
    求項１から１６の何れ一つに記載の摩擦ライニングの用
    途。
18. 【請求項１８】 乗用車及び業務用の車の乾式摩擦クラ
    ッチに用いる、請求項１７に記載の摩擦ライニングの用
    途。