JP2011174026A - 摩擦材係合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦材係合装置において、湿式摩擦材とセパレータプレートの係合時の摩擦係数μを大幅に向上させて、湿式摩擦材及びセパレータプレートの枚数を削減すること。
【解決手段】金属粉末１４と合成樹脂１５と、必要に応じて溶剤１６とを混合して（Ｓ１０）、ニーダーで均一に混練し（Ｓ１１）、溶剤１６を用いた場合には、この溶剤１６をある程度揮発乾燥させる（Ｓ１２）。この混練物を、平板リング形状のセパレータプレートのキャビティを有するプレス金型を用いてプレス成形して（Ｓ１３）、予備成形品１７を作製する。この予備成形品１７を予備乾燥（Ｓ１４）させた後、所定の条件で熱処理して（Ｓ１５）、固化させて成形体とし、表面を研摩することによって（Ｓ１６）、セパレータプレート２が得られる。金属粉末１４と合成樹脂１５との体積割合を８０：２０とすることによって、従来の１．７４倍の摩擦係数μが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、油中に浸した状態で対向面に高圧力をかけることによってトルクを得る湿式摩擦材及びセパレータプレートを具備する摩擦材係合装置に関するものである。

近年、湿式摩擦材として、材料の歩留まり向上による低コスト化、引き摺りトルク低減による車両での低燃費化を目指して、平板リング状の芯金に平板リング形状に沿ったセグメントピースに切断した摩擦材基材を油溝となる間隔をおいて接着剤で順次並べて全周に亘って接着し、裏面にも同様にセグメントピースに切断した摩擦材基材を接着してなるセグメントタイプ摩擦材が開発されている。このようなセグメントタイプ摩擦材は、自動車等の自動変速機（Automatic Transmission、以下「ＡＴ」とも略する。）やオートバイ等の変速機に用いられる複数または単数の摩擦板を設けた摩擦材係合装置用として用いることができる。

一例として、自動車等の自動変速機には湿式油圧クラッチが用いられており、複数枚のセグメントタイプ摩擦材と複数枚のセパレータプレートとを交互に重ね合わせ、油圧で両プレートを圧接してトルク伝達を行うようになっており、非締結状態から締結状態に移行する際に生じる摩擦熱の吸収や摩擦材の摩耗防止等の理由から、両プレートの間に潤滑油（Automatic Transmission Fluid，自動変速機潤滑油、以下「ＡＴＦ」とも略する。）を供給している。（なお、「ＡＴＦ」は出光興産株式会社の登録商標である。）

しかし、近年、自動車メーカーのニーズとして、この摩擦材及びセパレータプレートの枚数を削減することによる摩擦材係合装置の軽量化・高効率化が要求されており、これを実現するためには摩擦材とセパレータプレートとの係合時における摩擦係数μを大幅に向上させる必要がある。これに対して、従来の湿式油圧クラッチにおいては、摩擦材とセパレータプレートとの間におけるＡＴＦの存在によって、摩擦係数μは０．１６程度に留まっていた。

そこで、特許文献１においては、セパレータプレートを焼結金属で作製し、セパレータプレートの表面に気孔を形成することによって、セパレータプレートにも油吸収能力を付与する技術について開示している。これによって、湿式摩擦材とセパレータプレートとの間に残留するＡＴＦがセパレータプレートにも吸収されるため、湿式多板クラッチ・湿式多板ブレーキ等の摩擦材係合装置における変速ショックの低減や、ロックアップクラッチにおけるジャダーの抑制といった作用効果が得られるとしている。

特開平０７−１２７６５８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は、摩擦材係合装置における摩擦係数の正勾配性は得られても、加工時に欠けや割れが生じやすいため、形成できる気孔率が制限されることにより、摩擦係数μを大幅に向上させることができないことから、摩擦材係合装置における摩擦材及びセパレータプレートの枚数の削減にはつながらないという問題点があった。

そこで、本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、セグメントタイプ摩擦材やリングタイプ摩擦材等の湿式摩擦材とセパレータプレートから構成される摩擦材係合装置において、湿式摩擦材とセパレータプレートとの係合時における摩擦係数μを大幅に向上させることができ、湿式摩擦材及びセパレータプレートの枚数を削減することができる摩擦材係合装置を提供することを目的とするものである。

請求項１の発明に係る摩擦材係合装置は、互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、前記セパレータプレートまたは前記湿式摩擦材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備するものである。
ここで、金属粉末としては、種々の金属の粉末があるが、例えば、鉄系粉末、銅系粉末、ステンレス系粉末、ニッケル系粉末、クロム系粉末、チタン系粉末、タングステン系粉末、モリブデン系粉末等がある。

また、合成樹脂としては熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、アクリル樹脂等がある。一方、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等がある。

請求項２の発明に係る摩擦材係合装置は、互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、前記湿式摩擦材はリング形状の芯金に摩擦材基材を接着してなり、前記摩擦材基材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備するものである。
ここで、芯金の素材としては金属に限定されるものではないが、強度と量産性の点から鋼板等の金属板が好ましい。また、摩擦材基材は、芯金の両面に接着しても良いし、片面のみに接着することもできる。

請求項３の発明に係る摩擦材係合装置は、請求項１または請求項２の構成において、前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材は、前記金属粉末の間に隙間を生じさせて成形することで、前記気孔が形成されるものである。

請求項４の発明に係る摩擦材係合装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材は、前記合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いて常温で加圧されて予備成形された後、加熱されて成形されるものである。
ここで、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等がある。
また、「常温」とは、ＪＩＳ−Ｚ−８７０３で規定されているように、２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）の温度範囲をいう。

請求項５の発明に係る摩擦材係合装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材における前記金属粉末の体積割合は、６０ｖｏｌ％〜８４ｖｏｌ％の範囲内、より好ましくは７０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％の範囲内であるものである。

請求項６の発明に係る摩擦材係合装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１つの構成において、前記金属粉末は、ふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ〜１００μｍの範囲内、より好ましくは３０μｍ〜８０μｍの範囲内であるものである。
ここで、「ふるい分け試験」とは、ＪＩＳ−Ｚ−８８０１によって規定された目開きをもつ標準ふるいを用いて、測定対象となる粉末をふるい分けることによって粒度分布を測定する試験方法をいう。

請求項１の発明に係る摩擦材係合装置は、互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、セパレータプレートまたは湿式摩擦材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備する。

このように、主成分として金属粉末と合成樹脂とにより成形されたセパレータプレートは、金属粉末同士の間に微細な気孔が存在する構造を有するため、油を吸収する気孔の割合が高く、かつ合成樹脂の接着力によって強度も大きいことから湿式摩擦材の相手材として使用が可能であり、湿式摩擦材と係合する際に、間に存在する潤滑油をすばやく吸収して、高い摩擦係数μを得ることができる。

同様に、主成分として金属粉末と合成樹脂とにより成形された湿式摩擦材も、金属粉末同士の間に微細な気孔が存在する構造を有するため、油を吸収する気孔の割合が高く、かつ合成樹脂の接着力によって強度も大きいことから湿式摩擦材として使用が可能であり、セパレータプレートと係合する際に、間に存在する潤滑油をすばやく吸収して、高い摩擦係数μを得ることができる。
したがって、従来の摩擦材係合装置よりも湿式摩擦材及びセパレータプレートの枚数を減らしても、十分なトルク伝達性能を確保することができる。また、合成樹脂を含有して成形されるため、特許文献１に記載の技術におけるような焼結金属に比べて柔軟性を有し、加工時の欠けや割れ等の不具合を抑制することができるという製造上の利点も有する。

このようにして、湿式摩擦材とセパレータプレートとの係合時における摩擦係数μを大幅に向上させることができ、湿式摩擦材及びセパレータプレートの枚数を削減することができる摩擦材係合装置となる。

請求項２の発明に係る摩擦材係合装置は、互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、湿式摩擦材はリング形状の芯金に摩擦材基材を接着してなり、摩擦材基材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備する。

このように、主成分として金属粉末と合成樹脂とにより成形された摩擦材基材は、金属粉末同士の間に微細な気孔が存在する構造を有するため、油を吸収する気孔の割合が高く、かつ合成樹脂の接着力によって強度も大きいことから湿式摩擦材の摩擦表面材として使用が可能であり、セパレータプレートと係合する際に、間に存在する潤滑油をすばやく吸収して、高い摩擦係数μを得ることができる。

請求項３の発明に係る摩擦材係合装置においては、セパレータプレート、湿式摩擦材または摩擦材基材は、金属粉末の間に隙間を生じさせて成形することで気孔が形成されることから、油を吸収する気孔の割合が高く、気孔の大きさも適切であるため、請求項１または請求項２に係る発明の効果に加えて、係合する際に、間に存在する潤滑油をすばやく吸収して、高い摩擦係数μを得ることができる。

請求項４の発明に係る摩擦材係合装置においては、合成樹脂が熱硬化性樹脂であることから、請求項１乃至請求項３に係る発明の効果に加えて、常温で加圧して予備成形することができ、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材の成形時における流動性・粘着性と加熱処理後における硬化性・保形性を容易に得ることができるため、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材の製造がより容易になる。
加えて、使用時における摩擦による温度上昇によっても、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材の強度・硬度や摩擦特性が変化する恐れがないため、より安定したトルク伝達性能を有する摩擦材係合装置となる。

なお、熱可塑性樹脂の中でも、合成樹脂として所謂エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックを用いた場合には、熱変形温度が高いため製造の容易さという点では熱硬化性樹脂には劣るが、摩擦による温度上昇に対する耐熱性の点では、合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合と同等以上の特性を有するセパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材を製造することができる。

請求項５の発明に係る摩擦材係合装置においては、セパレータプレート、湿式摩擦材または摩擦材基材における金属粉末の体積割合が６０ｖｏｌ％〜８４ｖｏｌ％の範囲内であることから、請求項１乃至請求項４に係る発明の効果に加えて、より強靭で油吸収性にも優れた湿式摩擦材を確実に得ることができる。
セパレータプレート、湿式摩擦材または摩擦材基材における金属粉末の体積割合が６０ｖｏｌ％未満であると、油を吸収する気孔の割合がやや低くなり、係合する際の潤滑油の吸収性にやや劣るものとなる。一方、金属粉末の体積割合が８４ｖｏｌ％を超えると、潤滑油の吸収性の点ではより優れたものとなるが、合成樹脂の体積割合が小さくなるため成形がやや難しくなる。

なお、セパレータプレート、湿式摩擦材または摩擦材基材における金属粉末の体積割合が７０ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％の範囲内である場合には、更に強靭で油吸収性にも優れたセパレータプレート、湿式摩擦材または摩擦材基材を確実に得ることができることから、より好ましい。

請求項６の発明に係る摩擦材係合装置においては、金属粉末が、ふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることから、請求項１乃至請求項５に係る発明の効果に加えて、セパレータプレートまたは湿式摩擦材における高い気孔率と成形体としての強靭性、更には湿式摩擦材の摩擦材基材における高い気孔率と摩擦材基材としての強靭性をより確実に得ることができる。
金属粉末のふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ未満であると、金属粉末が細かすぎて充填が密になり、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材における高い気孔率を確保することが難しくなる。一方、金属粉末のふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１００μｍを超えると、金属粉末が粗すぎて充填が疎になり、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材における高い靭性を確保することが難しくなる。

なお、金属粉末のふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が３０μｍ〜８０μｍの範囲内である場合には、セパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材における高い気孔率と成形体としての強靭性をより安定して得ることができることから、より好ましい。

図１は従来の摩擦材係合装置の構成の一例を示す部分断面図である。 図２は本発明の実施の形態１に係る摩擦材係合装置を構成するセパレータプレートの製造方法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に係る摩擦材係合装置の構成を示す部分断面図である。

本発明に係る摩擦材係合装置を実施するためには、摩擦材係合装置を構成するセパレータプレート及び湿式摩擦材の材料となり、更には湿式摩擦材の表面の摩擦材基材の材料となる金属粉末及び合成樹脂が必要となる。

金属粉末としては、種々の金属の粉末が利用可能であるが、特に粉末冶金に使用される金属粉末材料を使用するのが安価で容易である。粉末冶金に使用される金属粉末材料としては、鉄系粉末、銅系粉末、ステンレス系粉末、ニッケル系粉末、クロム系粉末、チタン系粉末、タングステン系粉末、モリブデン系粉末等がある。
これらの中でも、コスト面を考えた場合には、鉄系粉末（鋼材粉末）及びステンレス系粉末を使用することが好ましい。

また、金属粉末の粒度としては、良好な充填性と大きな気孔率を確保するためには、平均粒子径または中位径が数十μｍオーダーから数百μｍオーダーで、できるだけ正規分布に近い粒度分布を有するものが好ましい。
特に、ふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ〜１００μｍの範囲内である金属粉末を用いることが好ましい。

合成樹脂としては熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、アクリル樹脂等がある。

また、熱可塑性樹脂の中でも強度や硬度を要求される部分に使用されるエンジニアリングプラスチックとして、ナイロンを始めとするポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン等がある。

更に、熱可塑性樹脂の中でも特殊な目的に使用され、エンジニアリングプラスチックよりも更に高い熱変形温度と長期間使用できる特性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックとして、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等がある。

一方、熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等がある。

これらの合成樹脂の中でも、フェノール樹脂を始めとする熱硬化性樹脂は、加熱硬化前には常温で粉体、液状またはペースト状であり、金属粉末と混合して成形するのが容易であり、しかも加熱硬化後には高い硬度と強度を有する固化成形体となって大きな耐熱性を有することから、使用時に摩擦による温度上昇に曝されるセパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材を成形する材料として好ましい。

そして、常温での加圧による予備成形にはプレス成形（圧縮成形）が使用でき、プレス成形する際の圧力としては、面圧１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲内の圧力が好ましい。プレス成形する際の圧力が面圧１０ＭＰａ未満であると、圧力が低すぎて固化成形体とした場合に十分な強度が得られない恐れがあり、一方、プレス成形する際の圧力が面圧１００ＭＰａを超えると、圧力が高すぎて加熱硬化させる際にクラック等が生ずる恐れがある。

一方、熱可塑性樹脂の中でも、上述したエンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックを用いた場合には、熱変形温度が高いため製造の容易さという点では熱硬化性樹脂には劣るが、摩擦による温度上昇に対する耐熱性の点では、合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合と同等以上の特性を有するセパレータプレート及び摩擦材基材を製造することができる。

本発明に係るセパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材は、このような金属粉末と合成樹脂のみを混合・成形して製造することも可能であるが、必要に応じて、金属粉末及び合成樹脂以外の材料を添加して製造することもできる。
このような添加剤としては、無機フィラー及び有機フィラー等の充填剤、摩擦調整剤、増粘剤等がある。

また、本発明に係るセパレータプレート、湿式摩擦材及び摩擦材基材は、金属粉末と金属粉末の間に潤滑油を吸収可能とする気孔となる隙間を形成させて成形することにある。この隙間を形成しやすくするためには、金属粉末と合成樹脂を予め混合した後に予備成形を行うことが好ましい。この場合、混合によって金属粉末と金属粉末の間に隙間を生じさせた状態で金属粉末に合成樹脂を馴染ませるとともに、常温で予備成形を行うことで金属粉末間の隙間を残存させている。
ここで、金属粉末と合成樹脂を混合した混合物の流動状態は、温度や圧力によって影響を受けて変化する。したがって、混合物に対する流動状態を金属粉末と金属粉末の間の隙間を消失させない温度、圧力に適宜設定することで、予備成形なしで直接成形することも可能である。

以下、本発明の具体的な実施の形態及び実施例について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの実施の形態及び実施例によって何らの限定をも受けるものではない。

［実施の形態１］
まず、本発明に係る摩擦材係合装置の実施の形態１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１は従来の摩擦材係合装置の構成の一例を示す部分断面図である。図２は本発明の実施の形態１に係る摩擦材係合装置を構成するセパレータプレートの製造方法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に係る摩擦材係合装置の構成を示す部分断面図である。

最初に、従来の摩擦材係合装置の構成の一例について、図１を参照して説明する。図１に示されるように、従来の摩擦材係合装置としての自動車の自動変速機（ＡＴ）の湿式クラッチ１１は、クラッチハウジング４にスプライン嵌合した鋼板製のセパレータプレート１２と、クラッチシャフト５にスプライン嵌合した湿式摩擦材１３を、ピストン６で押圧して係合させることによって、セパレータプレート１２と湿式摩擦材１３とを摩擦接触させて、回転トルクを伝達する装置である。

セパレータプレート１２及び湿式摩擦材１３は、いずれも平板リング形状を有しており、図１においては、湿式クラッチ１１の上半分のみの断面を図示している。セパレータプレート１２は平板リング形状の鋼板からなる一体品であり、湿式摩擦材１３は鋼板製の平板リング形状の芯金の両面に、平板リング形状に打ち抜いた摩擦材基材を貼り付けて構成されている。この摩擦材基材は、アラミド繊維、充填材及び摩擦調整剤を抄紙したものに、フェノール樹脂を含浸させて加熱硬化させてなる。

ピストン６は、図示しないコイルばねによって図の右方に付勢されており、非係合時は一番右側のセパレータプレート１２から離れており、これによってクラッチハウジング４内に満たされたＡＴＦが間に流れ込んで、６枚のセパレータプレート１２と５枚の湿式摩擦材１３も互いに離間している。

ここで、オイル室７にオイルが圧入されることによって、図１に示されるように、ピストン６が左方に移動して一番右側のセパレータプレート１２を押圧し、これによって６枚のセパレータプレート１２と５枚の湿式摩擦材１３の間のＡＴＦが押し出されて、セパレータプレート１２と湿式摩擦材１３が互いに密着して回転トルクの伝達が行われる。

この係合時の摩擦係数μが大きいほど、高効率で回転トルクを伝達することができる。従来の摩擦材係合装置としての湿式クラッチ１１においては、摩擦係数μは０．１６程度に留まっていたため、図１に示されるように、６枚のセパレータプレート１２と５枚の湿式摩擦材１３を必要としていた。即ち、合計１０面の接触面を有する摩擦材係合装置となっていた。

このセパレータプレートと湿式摩擦材の枚数を削減するための、本発明の実施の形態１に係る摩擦材係合装置を構成するセパレータプレートの製造方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。
図２に示されるように、まず金属粉末１４と合成樹脂１５と、必要に応じて（合成樹脂１５を溶解させて金属粉末１４と均一に混合するために）溶剤１６とを混合して（ステップＳ１０）、ニーダーで均一に混練し（ステップＳ１１）、溶剤１６を用いた場合には、この溶剤１６をある程度揮発乾燥させる（ステップＳ１２）。

この混練物を、平板リング形状のセパレータプレートのキャビティを有するプレス金型を用いてプレス成形して（ステップＳ１３）、予備成形品１７を作製する。この予備成形品１７を予備乾燥（ステップＳ１４）させた後、所定の条件で熱処理して（ステップＳ１５）、固化させて成形体とし、表面を研摩することによって（ステップＳ１６）、本実施の形態１に係るセパレータプレート２が得られる。
この際、溶剤１６を用いた場合には熱処理時の加熱によって混合物中から溶剤１６が揮散することで、成形品であるセパレータプレート２に気孔が形成される。これによって、金属粉末間に形成される気孔には、金属粉末と金属粉末を結合している合成樹脂内に形成されるものも含まれる。

このような製造工程で得られる本実施の形態１に係るセパレータプレートの特性を評価するために、セパレータプレートの供試体を作製した。まず、金属粉末としてのステンレス粉末（ふるい法によって測定した平均粒子径５０μｍ）と、合成樹脂としてのフェノール樹脂（レゾール型）と、溶剤としてのメタノールとを混合して、瑪瑙の乳鉢で良く混練した後、フェノール樹脂が硬化してしまわない程度に乾燥させた。
ここで、メタノールはレゾール型のフェノール樹脂を溶解させてステンレス粉末と満遍なく混合するために加えており、ステンレス粉末の体積の約１０分の１程度の量を使用した。

この混練物を常温において面圧４０ＭＰａ〜５０ＭＰａでプレス成形して、予備成形品を作製し、この予備成形品を８０℃で４０分間予備乾燥させた後、１８０℃で４０分間熱処理して固化成形体とした。そして、１０００番のサンドペーパーで表面を研摩してセパレータプレートの供試体を得た。ここで、セパレータプレートの供試体のサイズは、２９ｍｍ×２９ｍｍ×２．２ｍｍの大きさとした。

また、配合としては、実施例１として金属粉末７０ｖｏｌ％に対してフェノール樹脂３０ｖｏｌ％を混合したもの、実施例２として金属粉末８０ｖｏｌ％に対してフェノール樹脂２０ｖｏｌ％を混合したものを作製した。更に、実施例３として金属粉末８５ｖｏｌ％に対してフェノール樹脂１５ｖｏｌ％を混合したもの、実施例４として金属粉末９０ｖｏｌ％に対してフェノール樹脂１０ｖｏｌ％を混合したものを作製した。

また、比較のために、比較例１として従来の鋼板からなるもの（鋼板１００ｖｏｌ％、サイズ２９ｍｍ×２９ｍｍ×２．２ｍｍ）を用いた。各配合の内容について、表１の上段に示す。

このようにして製造したセパレータプレートの供試体について、油吸収速度、油吸収気孔率及び摩擦係数μの三項目について、測定及び評価を実施した。

まず、油吸収速度を測定した。測定条件としては、上述の如く２９ｍｍ×２９ｍｍ×２．２ｍｍの大きさの供試体に、マイクロシリンジを用いて７μｌ（マイクロリットル）のＡＴＦを滴下して、ＡＴＦが吸収されるまでの時間を計測した。なお、測定は室温において行った。

次に、油吸収気孔率を測定した。測定条件としては、上述の如く２９ｍｍ×２９ｍｍ×２．２ｍｍの大きさの供試体を用いて、最初に供試体の体積と乾燥重量を測定し、次に供試体を９０℃のＡＴＦに８時間浸漬して取り出し、１２時間放置した後に供試体の重量を測定した。そして、ＡＴＦ浸漬前後の重量変化から、ＡＴＦを吸収する気孔部の体積を計算し、供試体の全体に占める気孔の割合を算出した。なお、供試体の重量測定は、いずれも常温で行った。

更に、鈴木式摩擦摩耗試験機を用いて、摩擦係数μの測定を行った。２９ｍｍ×２９ｍｍ×２．２ｍｍの大きさの供試体に対して、外径２５．６ｍｍ×内径２０．０ｍｍ×厚さ０．５２ｍｍのリング状湿式摩擦材を用いて、面圧０．２ＭＰａで加圧後に回転させて、その時の発生トルクから摩擦係数μを算出した。回転速度は、１ｍｍ／ｓｅｃ，２０ｍｍ／ｓｅｃ，５０ｍｍ／ｓｅｃ，１００ｍｍ／ｓｅｃ，２００ｍｍ／ｓｅｃと変化させ、回転条件ごとに３０℃〜４０℃のオイルディッピングを実施し、発生トルクの計測時間は９０秒とした。

ここで、リング状湿式摩擦材の摩擦材基材としては、アラミド繊維を４４重量％に充填材及び摩擦調整剤を５６重量％加えて合計で１００重量％としたものに、フェノール樹脂を外割で６６．７重量％使用して、通常の抄紙方法で製造したものを使用した。

このようにして測定したセパレータプレートの供試体についての油吸収速度、油吸収気孔率及び摩擦係数μの測定結果について、表１の下段に示す。
表１の下段に示されるように、油吸収速度は実施例１の供試体が６７．７秒、実施例２の供試体が２１．７秒、実施例３の供試体が４．２秒、実施例４の供試体が３．０７秒と、ステンレス粉末の体積割合が増加するにしたがってＡＴＦの吸収速度が速くなっている。
なお、比較例１については、供試体が鋼板であり、気孔を有しないためＡＴＦを吸収しないことから、測定は行っていない。

また、油吸収気孔率についても、実施例１の供試体が２２．５％、実施例２の供試体が３２．９％、実施例３の供試体が４１．４％、実施例４の供試体が４２．６％と、鋼材粉末の体積割合が増加するにしたがって油吸収気孔率が大きくなっている。これらの結果から、ＡＴＦの吸収性については、金属粉末の体積割合が大きい方が、より好ましいと言える。

但し、実施例３及び実施例４の供試体は、ステンレス粉末の体積割合が大きくフェノール樹脂の使用量が少ないことから成形性に劣り、今回の試験においては、成形時にクラックや端面欠けが生じて、鈴木式摩擦摩耗試験機による摩擦試験を行うことができなかった。

しかしながら、これらのクラックや端面欠けは軽微であることから、成形条件を最適化することによって解消することが可能である。したがって、実施例３または実施例４の配合でクラック等を生ずることなく作製したセパレータプレートは、以下に述べるように実施例１及び実施例２の供試体が示す優れた摩擦係数μと同等以上の摩擦係数μを示すことが期待される。

一方、表１の下段に示されるように、従来の鋼板を用いた比較例１の供試体においては、摩擦係数μ＝０．１５８という測定値が得られた。これに対して、実施例１の供試体においては摩擦係数μ＝０．２４８、実施例２の供試体においては摩擦係数μ＝０．２７５といずれも大きく、従来の鋼板を用いた比較例１の摩擦係数μを１．０とした場合、実施例１の供試体は１．５７倍、実施例２の供試体は１．７４倍という高い摩擦係数の値が得られている。

したがって、従来の鋼板の代わりに実施例１または実施例２の配合に係るセパレータプレートを用いることによって、従来の１．５７倍〜１．７４倍の摩擦係数μが得られるため、摩擦材係合装置を構成する湿式摩擦材及びセパレータプレートの枚数を減らすことが可能となる。具体的には、１／１．５７≒０．６４、１／１．７４≒０．５７であることから、湿式摩擦材とセパレータプレートの接触面の数を従来の５７％〜６４％とすることができる。

即ち、湿式摩擦材が５枚で従来のセパレータプレートが６枚であった摩擦材係合装置については、従来の接触面の数が１０面であることから接触面の数を６面とすることができ、湿式摩擦材が３枚でセパレータプレートを４枚とすることができる。また、湿式摩擦材が３枚で従来のセパレータプレートが４枚であった摩擦材係合装置については、従来の接触面の数が６面であることから接触面の数を４面とすることができ、湿式摩擦材が２枚でセパレータプレートを３枚とすることができる。

同様に、表１に示される実施例２の配合を用いて、図２に示されるフローチャートにしたがって、本実施の形態１に係る摩擦材基材を製造した。そして、この摩擦材基材をリング形状に打ち抜いて、平板リング形状の芯金の両面に接着剤で接着して、湿式摩擦材を製造した。

このようにして、本実施の形態１の実施例２の配合に係るセパレータプレート及び摩擦材基材を用いて構成した摩擦材係合装置について、図３に示す。図３に示されるように、本実施の形態１に係る摩擦材係合装置１は、４枚のセパレータプレート２と、それらの間に配置された３枚の湿式摩擦材３を具備している。即ち、摩擦材係合装置１は、６面の接触面を有している。

ここで、セパレータプレート２は、上述した実施例２の配合を用いて、図２のフローチャートにしたがって製造された、ステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体である。また、湿式摩擦材３は、鋼板製の平板リング形状の芯金の両面に、平板リング形状に打ち抜いた摩擦材基材３１を貼り付けて構成されている。この摩擦材基材３１も、上述した実施例２の配合を用いて、図２のフローチャートにしたがって製造された、ステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体である。

ピストン６は、図示しないコイルばねによって図の右方に付勢されており、非係合時は一番右側のセパレータプレート２から離れており、これによってクラッチハウジング４内に満たされたＡＴＦが間に流れ込んで、４枚のセパレータプレート２と３枚のリングタイプ湿式摩擦材３も互いに離間している。

ここで、オイル室７にオイルが圧入されることによって、図３に示されるように、ピストン６が左方に移動して一番右側のセパレータプレート２を押圧し、これによって４枚のセパレータプレート２と３枚のリングタイプ湿式摩擦材３の間のＡＴＦが押し出されて、セパレータプレート２とリングタイプ湿式摩擦材３が互いに密着して回転トルクの伝達が行われる。

この係合時における摩擦係数μは、実施例２について表１に示される０．２７５と同程度以上に大きいため、高効率で回転トルクを伝達することができる。そして、従来の摩擦材係合装置としての湿式クラッチ１１においては、摩擦係数μが０．１６程度に留まっていたのに対して、本実施の形態１に係る摩擦材係合装置１においては、その１．７４倍以上もの摩擦係数μが得られるため、接触面の数を１０面から６面に削減しても、同等以上のトルク伝達性能を得ることができる。

ここで、本実施の形態１に係る摩擦材係合装置を構成するセパレータプレート２と、リングタイプ湿式摩擦材３の両面に配置されたリング状摩擦材基材３１とは、いずれも同一の配合を用いて同一の製造条件で製造されたものである。即ち、互いに係合するリングタイプ湿式摩擦材３の表面とセパレータプレート２の表面とが同一の素材となり、より馴染みが良くなるため、本実施の形態１に係る摩擦材係合装置においては、更に高い摩擦係数μを得ることができる。

この結果、図１と図３を比較して明らかなように、セパレータプレート２とリングタイプ湿式摩擦材３の枚数が削減されることによって、摩擦材係合装置１が小型化されるとともに軽量化され、高効率で回転トルクを伝達できることと相俟って、省スペース及び燃費の向上という自動車メーカーの要請に応えることができる摩擦材係合装置となる。

なお、本実施の形態１においては、湿式摩擦材３の摩擦材基材３１として、実施例２の配合を用いて、図２のフローチャートにしたがって製造された、ステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体を用いた場合について説明したが、図１に示される従来の湿式摩擦材１３と同様に、アラミド繊維、充填材及び摩擦調整剤を抄紙したものに、フェノール樹脂を含浸させて加熱硬化させて製造した摩擦材基材を、リング形状に打ち抜いて芯金の両面に接着したものを用いた場合でも、表１に示されるように、同等以上の摩擦係数μ（従来の１．７４倍）、ひいてはトルク伝達性能を得ることができる。

また、本実施の形態１においては、湿式摩擦材３として、芯金の両面に実施例２の配合を用いて、図２のフローチャートにしたがって製造されたステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体である摩擦材基材３１を接着した場合について説明したが、芯金の部分を含む湿式摩擦材全体を、図２のフローチャートにしたがって製造されたステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体とすることもできる。

［実施の形態２］
次に、本発明に係る摩擦材係合装置の実施の形態２について、図２及び図３を参考にして説明する。

本実施の形態２に係る摩擦材係合装置の全体構成は、図３に示される実施の形態１に係る摩擦材係合装置１とほぼ同様である。
異なるのは、リングタイプ湿式摩擦材３に用いられる摩擦材基材３１は、実施の形態１と同様に、従来の摩擦材基材、即ちアラミド繊維、充填材及び摩擦調整剤を抄紙したものにフェノール樹脂を含浸させて加熱硬化させたものではなく、金属粉末と合成樹脂を混合・成形してなるものであるが、セパレータプレートは実施の形態１におけるセパレータプレート２と違って、図１に示される従来のセパレータプレート１２と同じく鋼板である点である。

つまり、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置を構成するリングタイプ湿式摩擦材に用いられる摩擦材基材は、実施の形態１におけるセパレータプレート２と同様の製造方法によって作製される。

即ち、図２のフローチャートに示されるように、まず、金属粉末１４としてのステンレス粉末（ふるい法によって測定した平均粒子径５０μｍ）と、合成樹脂１５としてのフェノール樹脂（レゾール型）と、溶剤１６としてのメタノールとを混合して（ステップＳ１０）、瑪瑙の乳鉢で良く混練（ステップＳ１１）した後、フェノール樹脂が硬化してしまわない程度に乾燥させた（ステップＳ１２）。

ここで、ステンレス粉末とフェノール樹脂との体積割合は、表１の実施例２に示されるのと同様に、ステンレス粉末８０ｖｏｌ％、フェノール樹脂２０ｖｏｌ％とした。また、メタノールはレゾール型のフェノール樹脂を溶解させてステンレス粉末と満遍なく混合するために加えており、ステンレス粉末の体積の約１０分の１程度の量を使用した。

この混練物を常温において、リング状摩擦材基材のキャビティを有するプレス金型を用いて面圧４０ＭＰａ〜５０ＭＰａでプレス成形して（ステップＳ１３）、厚さ０．５ｍｍの予備成形品を作製し、この予備成形品を８０℃で４０分間予備乾燥（ステップＳ１４）させた後、１８０℃で４０分間熱処理して（ステップＳ１５）固化摩擦材基材とした。そして、１０００番のサンドペーパーで表面を研摩して（ステップＳ１６）リング状摩擦材基材を得た。

こうして得られた厚さ０．５ｍｍのリング状摩擦材基材を、平板リング状の芯金の両面に、フェノール樹脂（ノボラック型）を接着剤として貼り付けることによって、本実施の形態２に係るリングタイプ湿式摩擦材が製造された。

なお、本実施の形態２においてはリングタイプ湿式摩擦材を製造するためにリング状摩擦材基材のキャビティを有するプレス金型を用いているが、セグメントタイプ湿式摩擦材を製造する場合には、所望形状のセグメントピースのキャビティを有するプレス金型を用いれば良い。

一方、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置を構成するセパレータプレートは、上述した図１に示される従来のセパレータプレート１２と全く同様の鋼板である。このようにして製造したリングタイプ湿式摩擦材を３枚と、セパレータプレート２を４枚用いて、図３に示される実施の形態１に係る摩擦材係合装置１と同様に、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置を製造した。

この実施の形態２に係る摩擦材係合装置の作動について、図３を参考にして説明する。ピストン６は、図示しないコイルばねによって図の右方に付勢されており、非係合時は一番右側のセパレータプレート２から離れており、これによってクラッチハウジング４内に満たされたＡＴＦが間に流れ込んで、４枚のセパレータプレート２と３枚のリングタイプ湿式摩擦材３も互いに離間している。

そして、オイル室７にオイルが圧入されることによって、図３に示されるように、ピストン６が左方に移動して一番右側のセパレータプレート２を押圧し、これによって４枚のセパレータプレート２と３枚のリングタイプ湿式摩擦材３の間のＡＴＦが押し出されて、セパレータプレート２と湿式摩擦材３が互いに密着して回転トルクの伝達が行われる。

ここで、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置を構成するリングタイプ湿式摩擦材３の両面に配置されたリング状摩擦材基材３１は、実施の形態１と同一の配合を用いて同一の製造条件で製造されたものである。これによって、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置においては、実施の形態１に係る摩擦材係合装置１と同等程度の高い摩擦係数μを得ることができる。

このようにして、本実施の形態２に係る摩擦材係合装置においては、セパレータプレートとリングタイプ湿式摩擦材の枚数が削減されることによって、摩擦材係合装置が小型化されるとともに軽量化され、高効率で回転トルクを伝達できることと相俟って、省スペース及び燃費の向上という自動車メーカーの要請に応えることができる摩擦材係合装置となる。

なお、本実施の形態２においては、湿式摩擦材として、芯金の両面に実施例２の配合を用いて、図２のフローチャートにしたがって製造されたステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体である摩擦材基材を接着した場合について説明したが、芯金の部分を含む湿式摩擦材全体を、図２のフローチャートにしたがって製造されたステンレス粉末とフェノール樹脂とを混合・成形してなる固化成形体とすることもできる。

上記各実施の形態及び実施例においては、金属粉末としてふるい法によって測定した平均粒子径が５０μｍのステンレス粉末を用いた場合について説明したが、ふるい法によって測定した平均粒子径は、５０μｍに限られるものではなく、どのようなステンレス粉末でも用いることができる。その中でも、ふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ〜１００μｍの範囲内である金属粉末を用いることが好ましい。

また、金属粉末はステンレス粉末に限られるものではなく、その他にも鉄系粉末、銅系粉末、ニッケル系粉末、クロム系粉末、チタン系粉末、タングステン系粉末、モリブデン系粉末等を用いることが可能である。

また、上記各実施の形態及び実施例においては、合成樹脂としてレゾール型のフェノール樹脂を用いた場合について説明したが、合成樹脂はレゾール型のフェノール樹脂に限られるものではなく、その他にもノボラック型のフェノール樹脂を始めとして、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミド等を用いることができる。

更に、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。

また、熱可塑性樹脂の中でも強度や硬度を要求される部分に使用されるエンジニアリングプラスチックとしては、ナイロンを始めとするポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン等を用いることができる。

更に、熱可塑性樹脂の中でも特殊な目的に使用され、エンジニアリングプラスチックよりも更に高い熱変形温度と長期間使用できる特性を有するスーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルサルフォン、非晶ポリアレート、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド等を用いることができる。

更に、上記各実施の形態及び実施例においては、金属粉末と合成樹脂とを混合する際に溶剤としてメタノールを用いた場合について説明したが、溶剤は金属粉末と合成樹脂とを満遍なく混合する目的を主とするものであり、合わせて気孔の形成にも役立つものであるが、本発明において必須のものではない。また、溶剤としても、メタノールに限られるものではなく、水、エタノール、プロパノールを始めとして、ベンゼン、トルエン、アセトン、酢酸メチル、酢酸エチル、ヘキサン、石油エーテル等のその他の溶剤を用いることもできる。

また、上記各実施の形態及び実施例においては、金属粉末と合成樹脂とを成形する方法としてプレス成形による場合について説明したが、成形方法としてはプレス成形に限られるものではなく、その他にも射出成形法、トランスファー成形法を始めとして、種々の成形法を用いることができる。

更に、上記各実施の形態及び実施例においては、金属粉末と合成樹脂のみを具備するセパレータプレート及び湿式摩擦材の摩擦材基材について説明したが、金属粉末と合成樹脂を主成分とするセパレータプレート及び摩擦材基材であれば、その他の材料が添加されていても良い。このような添加剤としては、無機フィラー及び有機フィラー等の充填剤、摩擦調整剤、増粘剤等がある。

また、上記各実施の形態及び実施例においては、固化成形品を表面研摩して製品とする方法について説明したが、表面研摩は必須の工程ではなく、成形型のキャビティ内面が十分な平滑性を有する場合等、固化成形品の段階で十分な表面平滑性を有している場合には、表面研摩工程を省略することができる。

更に、上記各実施の形態においては、湿式摩擦材としてリングタイプ湿式摩擦材を用いた場合について説明したが、湿式摩擦材としてはリングタイプ湿式摩擦材に限られるものではなく、セグメントタイプ湿式摩擦材をも用いることができる。

また、上記各実施の形態においては、摩擦材係合装置として、自動車の自動変速装置（ＡＴ）の湿式クラッチについて説明したが、本発明に係る摩擦材係合装置としては、自動変速装置の湿式クラッチに限られるものではなく、互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備するものであれば、どのような摩擦材係合装置にも適用することができる。

更に、上記各実施の形態においては、芯金の両面にセグメントピースまたはリング形状の摩擦材基材を貼り付けた場合について説明したが、仕様によっては、芯金の片面のみにセグメントピースまたはリング形状の摩擦材基材を貼り付けても良い。

本発明を実施するに際しては、湿式摩擦材としてのセグメントタイプ摩擦材及びリングタイプ摩擦材のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係、製造方法等については、上記各実施の形態及び実施例に限定されるものではない。

なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は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。

１ 摩擦材係合装置
２ セパレータプレート
３ 湿式摩擦材
３１ 摩擦材基材

Claims (6)

1. 互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、
   前記セパレータプレートまたは前記湿式摩擦材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備することを特徴とする摩擦材係合装置。
2. 互いに係合して回転トルクを伝達する湿式摩擦材とセパレータプレートとを具備する摩擦材係合装置であって、
   前記湿式摩擦材はリング形状の芯金に摩擦材基材を接着してなり、前記摩擦材基材は、少なくとも金属粉末と合成樹脂とにより成形されて、油を吸収する気孔を具備することを特徴とする摩擦材係合装置。
3. 前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材は、前記金属粉末の間に隙間を生じさせて成形することで、前記気孔が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摩擦材係合装置。
4. 前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材は、前記合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いて常温で加圧されて予備成形された後、加熱されて成形されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の摩擦材係合装置。
5. 前記セパレータプレート、前記湿式摩擦材または前記摩擦材基材における前記金属粉末の体積割合は、６０ｖｏｌ％〜８４ｖｏｌ％の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の摩擦材係合装置。
6. 前記金属粉末は、ふるい分け試験で測定した平均粒子径の値が１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の摩擦材係合装置。

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