JP2004316854A - 硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 - Google Patents
硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004316854A JP2004316854A JP2003114625A JP2003114625A JP2004316854A JP 2004316854 A JP2004316854 A JP 2004316854A JP 2003114625 A JP2003114625 A JP 2003114625A JP 2003114625 A JP2003114625 A JP 2003114625A JP 2004316854 A JP2004316854 A JP 2004316854A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- friction
- friction coefficient
- speed region
- hard coating
- characteristic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 51
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 38
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 36
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 36
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 5
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 abstract description 21
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract 1
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 17
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001060 Gray iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000010960 cold rolled steel Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D2069/002—Combination of different friction materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
- F16D2069/005—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces having a layered structure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D2250/00—Manufacturing; Assembly
- F16D2250/0038—Surface treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24479—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.] including variation in thickness
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
- Mechanical Operated Clutches (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
【課題】高速領域の摩擦係数の向上に加えて、潤滑油の影響を受けずに低速領域の摩擦係数を低減させることにより、μ−Ｖ特性を向上させることが可能な摩擦相手材を提供すること。
【解決手段】摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（「弾性範囲」）が５０％以上であることを特徴とする。硬質皮膜の弾性範囲を５０％以上とすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させて、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することができる。また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（「弾性範囲」）が５０％以上であることを特徴とする。硬質皮膜の弾性範囲を５０％以上とすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させて、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することができる。また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油中で動力の伝達・遮断を行う動力伝達装置で使用される摩擦係合装置の摩擦相手材に関し、特に、自動変速機の湿式多板クラッチやブレーキ等の湿式摩擦係合装置におけるセパレータプレート、ロックアップクラッチの相手材であるトルコンカバー、バンドブレーキの相手ドラム等の摩擦相手材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の自動変速機においては、摩擦材と摩擦相手材とを交互に配した多板クラッチを組込み、潤滑油として使用されるＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルーイッド）の中で、これらのプレートを相互に圧接して摩擦係合させ、また解放することによって、駆動力を伝達又は遮断するようにしている
【０００３】
そして、従来より、摩擦相手材としては、ブレーキドラム等の場合にはネズミ鋳鉄が使用されるが、一般的には、強度、靭性等に優れた材料である鋼材、すなわち、通常の炭素鋼が使用されている。そして具体的には、例えば、湿式多板クラッチ又はブレーキの場合のセパレータプレートは、冷間圧延鋼板等の鋼材板をリングプレート状に打抜き加工し、次いでバリ取り研削等の後加工を行って形成され、また、最終的な仕上げ処理としてバレル研磨等の研磨処理を施して製造される。
【０００４】
しかし、このような湿式摩擦係合装置において、摩擦材と摩擦相手材を摩擦係合させた場合は、摩擦材と摩擦相手材とのなじみが十分でない初期段階において、安定した摩擦係数が得られず、鳴きやジャダーが発生することがあった。
この鳴きやジャダーは、主に摩擦振動に起因し、その要因として摩擦係数の速度依存性（μ−Ｖ特性）の影響が強いとされている。一般的には、μ−Ｖ特性が正勾配を示している場合には、このような異音や振動が発生しにくい。μ−Ｖ特性は、高速領域の摩擦係数を上げ、低速領域の摩擦係数を下げることで正勾配とすることができるが、このμ−Ｖ特性を正勾配とするために、従来から様々な手段が提案されてきた。
【０００５】
例えば、摩擦相手材表面をバレル等の研磨加工により表面粗さを大きくしていくと高速領域の摩擦係数を上昇させることができ、μ−Ｖ特性を向上させることができることが知られている。
【０００６】
しかし、低速側の摩擦係数は、潤滑油に含まれるＦＭ剤（摩擦調整剤）等の影響を強く受け、潤滑油種やその劣化により摩擦係数が変化してしまうため、この潤滑油の影響で良好なμ−Ｖ特性が得られていない場合は、高速領域の摩擦係数を高めるだけでは正勾配を得ることができない。
【０００７】
これに対し、硬質で微細な粗さを有する皮膜（すなわち、「硬質皮膜」）が表面に付与された摩擦相手材がある。この摩擦相手材によると、摺動中に摩擦材表面が微小研削され、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油皮膜が形成されるため、高速領域の摩擦係数を上昇させることができる。
【０００８】
このような硬質皮膜を有する摩擦相手材としては、アモルファスカーボン、ＴｉＮ等のセラミック材料を皮膜厚分布や粒子系分布を変えてコーティングしてなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ラッピングした素材表面にＴｉＮコーティングを施してなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
アモルファスカーボン等のカーボン系のコーティング材料は、その化学的安定性から、潤滑油に含まれる添加材が境界膜として摩擦面に生成されにくいことが一般的に知られている。また、その自己潤滑機能や皮膜物性から、良好な耐摩耗性を有し、無潤滑下の低速領域でも０．１〜０．２の低い摩擦係数を示すことが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−３６６０２９号公報
【特許文献２】
特開平４−２７２５１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１，２の摩擦相手材においても、μ−Ｖ特性は或る程度向上するが、満足できるものでなかった。
本発明は、上述した問題点に鑑み、高速領域の摩擦係数の向上に加えて、潤滑油及びその成分や劣化に影響を受けずに低速領域の摩擦係数を低減させることにより、μ−Ｖ特性を向上させることが可能な摩擦相手材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬質皮膜を摩擦相手材基材にコーティングしてなる摩擦相手材であって、前記硬質皮膜が、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である摩擦相手材によって、前記の課題を解決した。
【００１３】
【作用】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の摩擦相手材の実施形態を、図１に基づいて説明する。
本発明の摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（以下、「弾性範囲」と記す。）が５０％以上であることを特徴とするものである。なお、荷重変位特性は、ＩＳＯ１４５７７−１に準じて測定される。
このように、硬質皮膜２０の弾性範囲を５０％以上とすることで、低速域において、低い摩擦係数を得ることができる。
より具体的には、物理蒸着法や化学蒸着法で、アモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、弾性範囲が５０％以上の硬質皮膜２０を形成することができる。
【００１５】
また、この摩擦相手材１０の硬質皮膜２０表面には、コーティングする硬質皮膜２０と同じ材質からなる半球状突起４０が形成される。
より具体的には、上記に述べたように、物理蒸着法や化学蒸着法でアモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、このような半球状突起４０を硬質皮膜２０表面に形成することができる。
この半球状突起４０には、摩擦材を微小研削し、摩擦材表面を平滑にする作用があり、高速域の摩擦係数を高くする効果を奏する。
この半球状突起４０は、直径１〜５μｍであって、硬質皮膜２０表面に対して３％以上の面積比率で形成されることが好ましい。
一方、半球状突起４０の直径が５μｍより大きい場合、摩擦材を摩耗させてしまう。また、面積比率が３％以下であると、半球状突起４０の分担荷重が大きくなり、半球状突起４０が摩耗してしまい、微小研削効果が得られず、平滑な摩擦材表面が得られなくなってしまう。
【００１６】
また、摩擦相手材基材３０は、算術平均粗さＲａが０．０７μｍ以下であることが好ましい。
このように、摩擦材基材の表面粗さを小さくすることで、摩擦材との均一な接触が得られ、硬質皮膜自体の摺動性を十分に得ることができるため、低速域の摩擦係数を低くすることができる。
【００１７】
摩擦相手材基材３０に対し、半球状突起４０以外の硬質皮膜２０表面の算術平均粗さＲａが４〜５０ｎｍとなるように、硬質皮膜を１〜２０μｍの厚さでコーティングすることが好ましい。
このように、微細な粗さを有する硬質皮膜２０を付与することにより、摺動中に摩擦材の表面を微小研削するので、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油膜が形成され、高速領域の摩擦係数が向上する効果を奏する。
【００１８】
一方、本発明の硬質皮膜２０は微細な粗さを有するから、潤滑油の保持性が良好であり、その潤滑効果のため、低速領域の摩擦係数も低くなる。これは、一般に低速領域の摩擦係数についてはいわゆる境界摩擦の影響が強いとされ、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に生成する境界膜の性質が摩擦係数に与える影響は大きいのであるが、本発明の硬質皮膜２０は化学的に安定で、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に境界膜を生成しにくいので、添加物の影響が弱く、低速領域の摩擦係数が低くなるからである。
また、硬質皮膜２０と摩擦相手材基材３０との密着強度を高くすることで、より長い間効果が維持できる。
【００１９】
本発明の摩擦相手材は、自動車用オートマチックトランスミッションや産業機械、産業用車両の制動装置で用いられる湿式摩擦係合装置全般に用いることができる。具体的には、図２に示す自動変速機や産業用車両で使用されている湿式多板式クラッチ・ブレーキのセパレータプレート、図３に示す自動変速機トルクコンバータに装着されるロックアップクラッチ摩擦材の摩擦相手材としてのトルクコンバータカバー、図４に示す自動変速機や産業用車両で使用されているバンド式ブレーキの相手ドラム等に用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
表面を研磨加工後、コンパウンドで磨き加工したものの上に、アモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料をコーティングして作製した摩擦相手材。
（比較例１）
クロム、ＴｉＮ等をコーティングした摩擦相手材。
（比較例２）
半球状突起の面積比率を低くした摩擦相手材。
（比較例３）
摩擦相手材基材の表面粗さを大きくした摩擦相手材。
（比較例４）
表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜をコーティングしなかった摩擦相手材（現行量産品）。
【００２１】
図５に、上記実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦係数とμ−Ｖ特性を示す。
実施例は、高速域の摩擦係数は維持され、低速域の摩擦係数は低く、良好なμ−Ｖ特性を示した。
一方、比較例１は、高速域の摩擦係数は維持されたが、低速域の摩擦係数は低くならなかった。これは、クロム、ＴｉＮ等の弾性範囲が小さかったので、低速域での均一な接触が得にくかったのと、半球状突起以外の硬質皮膜表面の算術平均粗さが、カーボン系の硬質皮膜と比べ高かったためである。
【００２２】
比較例２は、高速域の摩擦係数が高く維持されなかった。これは、微小研削効果を有する半球状突起の面積比率が低かったので、摩擦材の表面平滑性が十分でなく、高速域の摩擦係数が高く維持されなかったからである。
比較例３では、実施例に比べ、低速域の摩擦係数が高く、良好なμ−Ｖ特性が得られなかった。これは、摩擦材基材の表面粗さが大きかったので、摩擦材との均一な接触が得にくく、硬質皮膜自体の摺動性が十分に得られなかったためである。
比較例４では、高速域においても、低速域においても良好な摩擦係数は得られなかった。これは、表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜がコーティングされていなかったためである。
【００２３】
図６，７は、本発明の摩擦振動抑制効果を示す図である。これら比較例１〜４と比して、本発明の実施例は摩擦振動抑制に絶大な効果を奏することが分かる。
【００２４】
図８は、潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図である。なお、潤滑油種Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは全て市販されている潤滑油である。
これを見ると、比較例４は、潤滑油種により低速度領域の摩擦係数及び静止摩擦係数値が変化し、温度依存性が大きいのに対し、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種による摩擦係数の変化と温度依存性が小さいことが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できるという効果を奏する。
【００２６】
一方、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種でμ−Ｖ特性が変わることがないことから、潤滑油の共通化を図ることができる。また、摩擦振動を抑制できることから、車体やトランスミッションに使用している制振機構が不要となるので、コスト削減及び省資源・省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦相手材の概要図。
【図２】湿式多板式クラッチ・ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図３】ロックアップクラッチにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図４】バンド式ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図５】実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦特性とμ−Ｖ特性を示す図表。
【図６】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図７】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図８】潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図表。
【符号の説明】
１０：摩擦相手材
２０：硬質皮膜
３０：摩擦相手材基材
４０：半球状突起
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑油中で動力の伝達・遮断を行う動力伝達装置で使用される摩擦係合装置の摩擦相手材に関し、特に、自動変速機の湿式多板クラッチやブレーキ等の湿式摩擦係合装置におけるセパレータプレート、ロックアップクラッチの相手材であるトルコンカバー、バンドブレーキの相手ドラム等の摩擦相手材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の自動変速機においては、摩擦材と摩擦相手材とを交互に配した多板クラッチを組込み、潤滑油として使用されるＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルーイッド）の中で、これらのプレートを相互に圧接して摩擦係合させ、また解放することによって、駆動力を伝達又は遮断するようにしている
【０００３】
そして、従来より、摩擦相手材としては、ブレーキドラム等の場合にはネズミ鋳鉄が使用されるが、一般的には、強度、靭性等に優れた材料である鋼材、すなわち、通常の炭素鋼が使用されている。そして具体的には、例えば、湿式多板クラッチ又はブレーキの場合のセパレータプレートは、冷間圧延鋼板等の鋼材板をリングプレート状に打抜き加工し、次いでバリ取り研削等の後加工を行って形成され、また、最終的な仕上げ処理としてバレル研磨等の研磨処理を施して製造される。
【０００４】
しかし、このような湿式摩擦係合装置において、摩擦材と摩擦相手材を摩擦係合させた場合は、摩擦材と摩擦相手材とのなじみが十分でない初期段階において、安定した摩擦係数が得られず、鳴きやジャダーが発生することがあった。
この鳴きやジャダーは、主に摩擦振動に起因し、その要因として摩擦係数の速度依存性（μ−Ｖ特性）の影響が強いとされている。一般的には、μ−Ｖ特性が正勾配を示している場合には、このような異音や振動が発生しにくい。μ−Ｖ特性は、高速領域の摩擦係数を上げ、低速領域の摩擦係数を下げることで正勾配とすることができるが、このμ−Ｖ特性を正勾配とするために、従来から様々な手段が提案されてきた。
【０００５】
例えば、摩擦相手材表面をバレル等の研磨加工により表面粗さを大きくしていくと高速領域の摩擦係数を上昇させることができ、μ−Ｖ特性を向上させることができることが知られている。
【０００６】
しかし、低速側の摩擦係数は、潤滑油に含まれるＦＭ剤（摩擦調整剤）等の影響を強く受け、潤滑油種やその劣化により摩擦係数が変化してしまうため、この潤滑油の影響で良好なμ−Ｖ特性が得られていない場合は、高速領域の摩擦係数を高めるだけでは正勾配を得ることができない。
【０００７】
これに対し、硬質で微細な粗さを有する皮膜（すなわち、「硬質皮膜」）が表面に付与された摩擦相手材がある。この摩擦相手材によると、摺動中に摩擦材表面が微小研削され、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油皮膜が形成されるため、高速領域の摩擦係数を上昇させることができる。
【０００８】
このような硬質皮膜を有する摩擦相手材としては、アモルファスカーボン、ＴｉＮ等のセラミック材料を皮膜厚分布や粒子系分布を変えてコーティングしてなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献１参照。）。また、ラッピングした素材表面にＴｉＮコーティングを施してなる摩擦相手材がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
アモルファスカーボン等のカーボン系のコーティング材料は、その化学的安定性から、潤滑油に含まれる添加材が境界膜として摩擦面に生成されにくいことが一般的に知られている。また、その自己潤滑機能や皮膜物性から、良好な耐摩耗性を有し、無潤滑下の低速領域でも０．１〜０．２の低い摩擦係数を示すことが知られている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−３６６０２９号公報
【特許文献２】
特開平４−２７２５１７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１，２の摩擦相手材においても、μ−Ｖ特性は或る程度向上するが、満足できるものでなかった。
本発明は、上述した問題点に鑑み、高速領域の摩擦係数の向上に加えて、潤滑油及びその成分や劣化に影響を受けずに低速領域の摩擦係数を低減させることにより、μ−Ｖ特性を向上させることが可能な摩擦相手材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬質皮膜を摩擦相手材基材にコーティングしてなる摩擦相手材であって、前記硬質皮膜が、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である摩擦相手材によって、前記の課題を解決した。
【００１３】
【作用】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の摩擦相手材の実施形態を、図１に基づいて説明する。
本発明の摩擦相手材１０は、硬質皮膜２０を摩擦相手材基材３０にコーティングしてなるものであって、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合（以下、「弾性範囲」と記す。）が５０％以上であることを特徴とするものである。なお、荷重変位特性は、ＩＳＯ１４５７７−１に準じて測定される。
このように、硬質皮膜２０の弾性範囲を５０％以上とすることで、低速域において、低い摩擦係数を得ることができる。
より具体的には、物理蒸着法や化学蒸着法で、アモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、弾性範囲が５０％以上の硬質皮膜２０を形成することができる。
【００１５】
また、この摩擦相手材１０の硬質皮膜２０表面には、コーティングする硬質皮膜２０と同じ材質からなる半球状突起４０が形成される。
より具体的には、上記に述べたように、物理蒸着法や化学蒸着法でアモルファスカーボンやアモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料を摩擦相手材基材３０にコーティングすることで、このような半球状突起４０を硬質皮膜２０表面に形成することができる。
この半球状突起４０には、摩擦材を微小研削し、摩擦材表面を平滑にする作用があり、高速域の摩擦係数を高くする効果を奏する。
この半球状突起４０は、直径１〜５μｍであって、硬質皮膜２０表面に対して３％以上の面積比率で形成されることが好ましい。
一方、半球状突起４０の直径が５μｍより大きい場合、摩擦材を摩耗させてしまう。また、面積比率が３％以下であると、半球状突起４０の分担荷重が大きくなり、半球状突起４０が摩耗してしまい、微小研削効果が得られず、平滑な摩擦材表面が得られなくなってしまう。
【００１６】
また、摩擦相手材基材３０は、算術平均粗さＲａが０．０７μｍ以下であることが好ましい。
このように、摩擦材基材の表面粗さを小さくすることで、摩擦材との均一な接触が得られ、硬質皮膜自体の摺動性を十分に得ることができるため、低速域の摩擦係数を低くすることができる。
【００１７】
摩擦相手材基材３０に対し、半球状突起４０以外の硬質皮膜２０表面の算術平均粗さＲａが４〜５０ｎｍとなるように、硬質皮膜を１〜２０μｍの厚さでコーティングすることが好ましい。
このように、微細な粗さを有する硬質皮膜２０を付与することにより、摺動中に摩擦材の表面を微小研削するので、摩擦材の表面平滑性が向上し、見かけの接触面積が大きくなると同時に均一で薄い油膜が形成され、高速領域の摩擦係数が向上する効果を奏する。
【００１８】
一方、本発明の硬質皮膜２０は微細な粗さを有するから、潤滑油の保持性が良好であり、その潤滑効果のため、低速領域の摩擦係数も低くなる。これは、一般に低速領域の摩擦係数についてはいわゆる境界摩擦の影響が強いとされ、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に生成する境界膜の性質が摩擦係数に与える影響は大きいのであるが、本発明の硬質皮膜２０は化学的に安定で、潤滑油中に含まれる添加物が摩擦面に境界膜を生成しにくいので、添加物の影響が弱く、低速領域の摩擦係数が低くなるからである。
また、硬質皮膜２０と摩擦相手材基材３０との密着強度を高くすることで、より長い間効果が維持できる。
【００１９】
本発明の摩擦相手材は、自動車用オートマチックトランスミッションや産業機械、産業用車両の制動装置で用いられる湿式摩擦係合装置全般に用いることができる。具体的には、図２に示す自動変速機や産業用車両で使用されている湿式多板式クラッチ・ブレーキのセパレータプレート、図３に示す自動変速機トルクコンバータに装着されるロックアップクラッチ摩擦材の摩擦相手材としてのトルクコンバータカバー、図４に示す自動変速機や産業用車両で使用されているバンド式ブレーキの相手ドラム等に用いることができる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
（実施例）
表面を研磨加工後、コンパウンドで磨き加工したものの上に、アモルファスカーボンとタングステンカーバイトを複合させた材料をコーティングして作製した摩擦相手材。
（比較例１）
クロム、ＴｉＮ等をコーティングした摩擦相手材。
（比較例２）
半球状突起の面積比率を低くした摩擦相手材。
（比較例３）
摩擦相手材基材の表面粗さを大きくした摩擦相手材。
（比較例４）
表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜をコーティングしなかった摩擦相手材（現行量産品）。
【００２１】
図５に、上記実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦係数とμ−Ｖ特性を示す。
実施例は、高速域の摩擦係数は維持され、低速域の摩擦係数は低く、良好なμ−Ｖ特性を示した。
一方、比較例１は、高速域の摩擦係数は維持されたが、低速域の摩擦係数は低くならなかった。これは、クロム、ＴｉＮ等の弾性範囲が小さかったので、低速域での均一な接触が得にくかったのと、半球状突起以外の硬質皮膜表面の算術平均粗さが、カーボン系の硬質皮膜と比べ高かったためである。
【００２２】
比較例２は、高速域の摩擦係数が高く維持されなかった。これは、微小研削効果を有する半球状突起の面積比率が低かったので、摩擦材の表面平滑性が十分でなく、高速域の摩擦係数が高く維持されなかったからである。
比較例３では、実施例に比べ、低速域の摩擦係数が高く、良好なμ−Ｖ特性が得られなかった。これは、摩擦材基材の表面粗さが大きかったので、摩擦材との均一な接触が得にくく、硬質皮膜自体の摺動性が十分に得られなかったためである。
比較例４では、高速域においても、低速域においても良好な摩擦係数は得られなかった。これは、表面を研磨加工するのみで、硬質皮膜がコーティングされていなかったためである。
【００２３】
図６，７は、本発明の摩擦振動抑制効果を示す図である。これら比較例１〜４と比して、本発明の実施例は摩擦振動抑制に絶大な効果を奏することが分かる。
【００２４】
図８は、潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図である。なお、潤滑油種Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは全て市販されている潤滑油である。
これを見ると、比較例４は、潤滑油種により低速度領域の摩擦係数及び静止摩擦係数値が変化し、温度依存性が大きいのに対し、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種による摩擦係数の変化と温度依存性が小さいことが分かる。
【００２５】
【発明の効果】
荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である硬質皮膜をコーティングすることで、潤滑油種やその劣化の影響を受けずに、高速領域の高摩擦係数と低速領域の低摩擦係数を両立させ、μ−Ｖ特性を長期に亘り正勾配に維持することが可能な摩擦相手材を提供することができる。
また、μ−Ｖ特性を正勾配に維持することにより、摩擦振動を抑制できるので、振動や異音の問題を解消できるという効果を奏する。
【００２６】
一方、本発明の摩擦相手材は、潤滑油種でμ−Ｖ特性が変わることがないことから、潤滑油の共通化を図ることができる。また、摩擦振動を抑制できることから、車体やトランスミッションに使用している制振機構が不要となるので、コスト削減及び省資源・省エネルギー化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦相手材の概要図。
【図２】湿式多板式クラッチ・ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図３】ロックアップクラッチにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図４】バンド式ブレーキにおける、本発明の利用を示す概要図。
【図５】実施例及び比較例１〜４の構成及び摩擦特性とμ−Ｖ特性を示す図表。
【図６】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図７】本発明の摩擦振動抑制効果を示す図表。
【図８】潤滑油種に対する、実施例と比較例４の低速領域の摩擦係数及びμ−Ｖ特性を示す図表。
【符号の説明】
１０：摩擦相手材
２０：硬質皮膜
３０：摩擦相手材基材
４０：半球状突起
Claims (5)
- 硬質皮膜を摩擦相手材基材にコーティングしてなる摩擦相手材であって、
前記硬質皮膜が、荷重１〜５０ｍＮの荷重変位特性における、最大押込み深さに対する弾性変形の割合が５０％以上である、
摩擦相手材。 - 直径１〜５μｍの半球状突起が前記硬質皮膜表面に３％以上の面積比率で設けられ、前記半球状突起以外の前記硬質皮膜表面の算術平均粗さＲａが４〜５０ｎｍである、請求項１の摩擦相手材。
- 前記摩擦相手材基材の算術平均粗さＲａが０．０７μｍ以下である、請求項１又は２の摩擦相手材。
- 前記硬質皮膜の厚さが１〜２０μｍである、請求項１から３のいずれかの摩擦相手材。
- 前記硬質皮膜がタングステンカーバイトとアモルファスカーボンを複合したものである、請求項１から４のいずれかの摩擦相手材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003114625A JP4263014B2 (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 |
| US10/696,241 US7005177B2 (en) | 2003-04-18 | 2003-10-29 | Hard-faced friction mating member |
| EP03025601A EP1469223A3 (en) | 2003-04-18 | 2003-11-06 | Hard-faced friction mating member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003114625A JP4263014B2 (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004316854A true JP2004316854A (ja) | 2004-11-11 |
| JP4263014B2 JP4263014B2 (ja) | 2009-05-13 |
Family
ID=32906098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003114625A Expired - Fee Related JP4263014B2 (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7005177B2 (ja) |
| EP (1) | EP1469223A3 (ja) |
| JP (1) | JP4263014B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057094A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-03-08 | Afton Chemical Corp | パワートランスミッション性能の改善方法 |
| WO2010146646A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | トヨタ自動車株式会社 | 摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置 |
| WO2010146647A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | トヨタ自動車株式会社 | 制動装置及び摩擦材の製造方法 |
| WO2020262854A1 (ko) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | 고려대학교 산학협력단 | 원료 배열 제어를 통해 소음 및 진동을 저감시킨 브레이크용 마찰재 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1498597A1 (en) * | 2003-07-17 | 2005-01-19 | Sorevi S.A. | Piston with a skirt having a low coefficient of friction |
| US7773836B2 (en) * | 2005-12-14 | 2010-08-10 | Luxtera, Inc. | Integrated transceiver with lightpipe coupler |
| DE102005041080A1 (de) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Tochigi Fuji Sangyo K.K. | Reibeingriffsvorrichtung |
| US20070042916A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-02-22 | Iyer Ramnath N | Methods for improved power transmission performance and compositions therefor |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4667534A (en) * | 1985-10-18 | 1987-05-26 | Tochigi-Fuji Sangyo Kabushiki Kaisha | Limited slip differential gear mechanism |
| US5029686A (en) | 1990-07-20 | 1991-07-09 | Borg-Warner Automotive, Inc. | Clutch separator plates |
| JP3054716B2 (ja) | 1990-12-20 | 2000-06-19 | エヌエスケー・ワーナー株式会社 | 摩擦係合装置 |
| WO2003029685A1 (fr) * | 2001-09-27 | 2003-04-10 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Element coulissant a coefficient de frottement eleve |
-
2003
- 2003-04-18 JP JP2003114625A patent/JP4263014B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-10-29 US US10/696,241 patent/US7005177B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-11-06 EP EP03025601A patent/EP1469223A3/en not_active Ceased
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007057094A (ja) * | 2005-06-30 | 2007-03-08 | Afton Chemical Corp | パワートランスミッション性能の改善方法 |
| WO2010146646A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | トヨタ自動車株式会社 | 摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置 |
| WO2010146647A1 (ja) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | トヨタ自動車株式会社 | 制動装置及び摩擦材の製造方法 |
| JP5141820B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2013-02-13 | トヨタ自動車株式会社 | 摩擦材の製造方法、摩擦材及び制動装置 |
| JP5152411B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2013-02-27 | トヨタ自動車株式会社 | 制動装置及び摩擦材の製造方法 |
| US8647546B2 (en) | 2009-06-15 | 2014-02-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing friction material, friction material and braking device |
| WO2020262854A1 (ko) * | 2019-06-25 | 2020-12-30 | 고려대학교 산학협력단 | 원료 배열 제어를 통해 소음 및 진동을 저감시킨 브레이크용 마찰재 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1469223A2 (en) | 2004-10-20 |
| US20040206600A1 (en) | 2004-10-21 |
| JP4263014B2 (ja) | 2009-05-13 |
| EP1469223A3 (en) | 2005-06-22 |
| US7005177B2 (en) | 2006-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6153873B2 (ja) | 摩擦材料 | |
| KR100255094B1 (ko) | 세라믹 클러치 분리판 | |
| KR20020068290A (ko) | 비석면계 마찰재 | |
| JP6085579B2 (ja) | 湿式摩擦材 | |
| JP6592976B2 (ja) | 摩擦材組成物、摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 | |
| WO2017130332A1 (ja) | 摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材 | |
| JP4263014B2 (ja) | 硬質皮膜をコーティングした摩擦相手材 | |
| JP7240424B2 (ja) | 摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材 | |
| EP1443237A1 (en) | Pure iron fiber based friction material product | |
| JPWO2019074012A1 (ja) | 摩擦材組成物、摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 | |
| JP2003035325A (ja) | 湿式多板クラッチ | |
| JP2018131479A (ja) | 摩擦材組成物、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 | |
| JP3054716B2 (ja) | 摩擦係合装置 | |
| JP2011236332A (ja) | 摩擦材 | |
| WO2016103972A1 (ja) | 摩擦材組成物、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 | |
| JPH05231443A (ja) | 湿式多板クラッチ | |
| JP6151420B2 (ja) | 湿式摩擦材 | |
| JPH09144790A (ja) | 湿式摩擦係合装置 | |
| JP5802428B2 (ja) | ブレーキパッド | |
| JP4862250B2 (ja) | 湿式摩擦部材及び湿式摩擦部材ユニット | |
| JP6753579B2 (ja) | 摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材 | |
| Kim et al. | Friction characteristics of non-asbestos organic (NAO) and low-steel friction materials: The comparative study | |
| JP2004138221A (ja) | 摩擦部材 | |
| US10927913B2 (en) | Frictional material composition, frictional material, and friction member | |
| JPH10103373A (ja) | 湿式摩擦接触装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060313 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080520 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090113 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090210 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120220 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |