JP2014505214A

JP2014505214A - 摩擦材料

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Publication number: JP2014505214A
Application number: JP2013548703A
Authority: JP
Inventors: フェーグフォルカー; エダーマニュエル
Original assignee: ミーバフリクテクゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2014-02-27
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Abstract

本発明は、摩擦層(5)が、少なくとも3μmのDIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Ra、少なくとも30μmのDIN EN ISO 4287に従う波の深さWt、及び少なくとも150μmのDIN EN ISO 4287に従う平均溝幅Rsmを有することを特徴とする、摩擦層(5)を有する本体(2)を含む摩擦要素(1)に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦層を有する本体を含む摩擦要素、互いに動作可能に接続させることができ、水性潤滑剤で潤滑されている、少なくとも２つの摩擦要素を含む摩擦アセンブリ、並びに水性潤滑剤及び冷却剤の使用に関する。

現在、湿式多板クラッチ又はブレーキにおいて、摩擦表面の冷却のために、鉱物油系又は合成油とともに様々な異なる摩擦材料が用いられている。この場合の技術標準はとても高く、ここで、摩擦材料、油、又は主に両方の成分、が非常に特異的にそれぞれの用途に合わせられている。代替の潤滑剤に向かうさらなる開発は例外になりがちな一方で、油性潤滑剤（その将来性はすでに部分的に使い果たされている）は、相当な努力及び高い費用を伴ってそれらに添加される、ますます増える添加剤を有し、そしてこれは主に、このシステムのすでに乏しい環境適合性に及ぼす悪影響に関連している。油性潤滑剤の追加の否定的な副次的影響は、石油産業への大きな依存である。

水性潤滑システムは、先行技術においてすでに記載されている。従って、例えば米国特許第4,828,089(A)号明細書は、水又はグリコール水溶液によって直接冷却される、熱分解により製造された炭素摩擦材料を備えたブレーキ又はクラッチを記載している。

原則として、水は欧州特許出願公開第0 823 565(A2)号明細書において、湿式摩擦用途のための流体として言及されている。しかし、これは徹底的に議論されておらず、ここで与えられている例は油潤滑式システムのためのものである。

欧州特許第1 991 646(B1)号明細書から、水とグリコールの混合物又は同様のもの（その中にグラファイト粒子が懸濁されている）を含むギアシステムが知られている。好ましくは、この混合物は、40〜60質量パーセントのグリコール及び2〜25質量パーセントの（12μmよりも小さい粒径の剥離グラファイト粒子の形状をした）グラファイト、残りの水並びに追加の混合剤及び/又は添加剤を含む。

本発明の目的は、単独若しくは多重シンクロナイザーを向上させること、又はトランスファーケース(Verteilergetriebes)を提供することである。

前記目的は、一方では前述の摩擦要素（その中の摩擦層が、少なくとも3μmのDIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Ra、少なくとも30μmのDIN EN ISO 4287に従う波の谷深さWt、及び少なくとも150μmのDIN EN ISO 4287に従う平均溝幅RSmを有する）により達成され、他方ではこのような摩擦要素を含む摩擦アセンブリにより達成される。

さらに、本発明の目的は、単独若しくは多重シンクロナイザーにおける、又はトランスファーケース(Verteilergetriebe)システムにおける摩擦要素のために、水及び少なくとも２つのヒドロキシル基を含む少なくとも１つの脂肪族炭化水素の混合物を用いることにより達成され、その中で最大50μmの粒径を有する固体潤滑剤粒子が分散されている。

驚いたことに、欧州特許第1 991 646(B1)号明細書に記載された潤滑剤及び冷却剤の試験の間に -欧州特許第1 991 646(B1)号明細書は、この潤滑剤及び冷却剤の組成に関して、本記載の開示の一部を形成する- 摩擦用途について、この水性潤滑剤及び冷却剤が、潤滑剤及び冷却剤としての予想される効果を有するだけでなく、開放位置において異なる速度でエンジンからの動力損失を低減することにより、及び閉鎖位置においてより大きい伝導可能な摩擦モーメントを提供することにより、クラッチ及びシンクロナイザーにおいて、本質的な利点を有することが分かった。さらに、欧州特許(EP-B1)は、構造変化は必要でないと示唆してはいるが、摩擦層の表面外形の前述のパラメーターが守られる場合、すなわち、摩擦層が極度に構造化された表面を有する場合は、更なる改善が得られる、ということが明らかにされた。この粗く構造化された表面によって、潤滑剤及び冷却剤中に含まれている固体潤滑剤粒子が摩擦層の表面に組み入れられることができるということが具体化されており、それによって、摩擦層上での水の付着効果により引き起こされる静止摩擦を減らすことができる。

この場合、粗く構造化された表面によって、接触表面が対摩擦表面に対して減少しても、閉鎖位置において前述の改善がなお達成される、ということは、驚くべきことである。

原則として、摩擦層は摩擦要素の本体により形成されることができ、ここで例えば摩擦要素は焼結工程により製造され、かつ表面の構造化が、型の好適に成形された表面により、又は、好適に成形された表面を有するサイジングダイ(Kalibriermatrize)による、それに続くサイジングステップ(Kalibrierschritt)において形成されるものの、摩擦ライニングの表面外形が、特にそれが織り又は不織繊維材料を含む場合、これらの材料のより大きい弾性のおかげで、実現するのにより容易かつ費用がかからないために、摩擦層は摩擦ライニングによって形成されることが好ましい。たとえ摩擦ライニングが本体上に金属被覆により形成されていても、本体それ自体は変化しないままでいることができ、その結果従来用いられた本体を使い続けることができる、ということが利点である。

好ましくは、摩擦層は、水/グリコール混合物で湿らせた鋼に対して、0.06±10%の下限と0.4±10%の上限を有する範囲から選択される摩擦係数を有する。言い換えれば、摩擦層は好ましくは、一方では比較的高い摩擦係数を有し、他方ではわずかに変動する摩擦係数を有しており、その結果高いレベルの摩擦係数は、狭い制限内でほぼ一定である。このような方法で、摩擦層の接触領域は、少なくともおおよそ均一の摩擦下で、さらに減少させることができ、その結果摩擦層は、固体潤滑剤粒子を組み入れるための、さらに粗い構造を有することができるようになる。別の実施態様の変形によれば、摩擦層は、温度変動及び/又は圧力変動(シフト力により引き起こされる特定の圧力)及び/又は速度変動により、最大±10%まで変動する摩擦係数を有する。これは、環境条件の変化を受けて摩擦層の摩擦係数が減少するのを妨げる -通常、摩擦係数は温度の上昇で減少する。その結果として、利点は、摩擦層の接触領域を摩擦層の表面全体に関して比較的小さくすることができることである。さらに、圧力変動及び速度変動から摩擦係数が相対的に独立していることによって、摩擦のレベルはドライバーの挙動とは独立している。

具体的には、一実施態様の変形によれば、0.01〜0.1(摩擦係数に対して)の変動範囲内の摩擦係数は、温度変動及び/又は圧力変動及び/又は速度変動から独立している。

摩擦層の接触領域を減少させることに関して、摩擦層が20,000のシフトサイクル後に最大50μmまで摩耗する場合が有利であり、これは、このような方法で、減少した有効な摩擦表面又は摩擦要素によってさえも、接触領域が一定の摩擦で減少させられる可能性がある先行技術に比べて、摩擦要素の高い寿命が達成されるためである。

摩擦層が、5%の下限と50%の上限を有する範囲から選択される、ある程度の圧縮率を有することもまた可能である。摩擦層の弾性をこの範囲内にとどめることによって、摩擦層の表面に付着している水が、摩擦層に組み入れられている固体潤滑剤粒子との相互作用において、摩擦層の負荷の下で、より効果的に、絞り出される。

この効果をさらに向上させるために、摩擦層が少なくとも20%の自由体積を有する場合が有利である。

摩擦層の細孔は、20μmの下限と900μmの上限を有する範囲から選択される細孔径を有することができ、それによって固体潤滑剤粒子の前記細孔への組み入れが可能となり、そして同時に水が前記細孔内に集まることを防ぐことが可能であり、細孔内の水の含量を低減することができる。

摩擦層が少なくとも5wt.%の割合の固体潤滑剤、具体的にはグラファイト、を有することが有利であり、これは、このレベルよりも低い固体潤滑剤の粒子で、必要条件を満たす摩擦層により、摩擦のレベルを達成することができるにもかかわらず、5wt.%より多い割合の固体潤滑剤で、摩擦レベルは不釣り合いに上昇することが認められる可能性があるためである。摩擦層においてすでに存在している量の固体潤滑剤によって、摩擦ライニングへの水の付着を低減することができる。

この場合、摩擦ライニング中の固体潤滑剤の量が、5wt.%の下限と50wt.%の上限を有する範囲から選択されることが有利であり、これは、50wt.%より多いと、摩擦層の摩擦レベルは増加するが、期待される量までには増加しないためである。

摩擦ライニング中の固体潤滑剤粒子は、好ましくは500μmの最大粒径を有する。この最大粒径は、プレートレット構造をした固体潤滑剤粒子が用いられているかどうかに関わらず、粒子の最大の次元を意味する。言い換えれば、この値は特定の次元に限定されない。このような方法で、摩擦層への、具体的には摩擦層の細孔への固体潤滑剤粒子の組み入れが改善され、具体的には摩擦層における粒子の割合及び粒子の積層を改善することができる。

これらの効果を向上させるために、固体潤滑剤粒子は、0.01μm〜50μmの範囲内の粒径分布を有する固体潤滑剤の粒を有する。

好ましくは、摩擦ライニングは15wt.%の下限と60wt.%の上限を有する範囲から選択される割合の樹脂を有する。樹脂が15wt.%より低いと、摩擦ライニングは軟らかすぎて弾性を有し、これは、 -研究中に示されたように- 水含有潤滑剤及び冷却剤の使用には多すぎる。樹脂が60wt.%より多いと、摩擦ライニングに付着的にくっついている水を、摩擦要素の摩擦負荷の間に、摩擦ライニングから、少なくとも大部分、信頼性のあるやり方で取り除くのには、この弾性はもはや十分でない。さらに、樹脂の割合が60wt.%を超える場合、摩擦ライニングの気孔率は、潤滑剤及び冷却剤からの十分に大量の固体潤滑剤粒子を組み入れるのにもはや不十分な値にまで減少する。

摩擦ライニングの好ましい実施態様において、摩擦ライニングは炭素繊維母材を有し、これは、このことにより、その主要な特性に関連して摩擦ライニングの水へ付着しようとする傾向が、すでにより低いためである。

摩擦ライニングは、摩擦ライニングの特性をさらに向上させるために、好ましくは、30wt.%の下限と85wt.%の上限を有する範囲から選択される割合の炭素を有する。

別の実施態様の変形によれば、摩擦層は付着低減被覆が設けられ、それによって潤滑剤及び冷却剤からの、摩擦層への又は摩擦層内への水の付着低減効果を、支える又は改善することができる。

摩擦要素の有効な領域、すなわち接触領域の低減に関して、付着低減被覆が最大HV(1)400のビッカース硬さを有することが有利であり、これは、このことにより、接触領域の領域において、摩擦要素の稼働中に被覆がこすれて取れるためであり、すなわち、摩擦要素すなわち摩擦層の効果において悪化がなく、これは摩擦ライニングの「山」の間の「谷」において被覆がなお提供されており、水の付着を低減するその効果が実現されているためである。

好ましい実施態様において、付着低減被覆は、シリコーン被覆、DLC被覆、クロム-亜硝酸塩被覆又は接着被覆により形成され、これはそれらが、例えばスプレー法により、提供するのが簡単であり、またこれらの物質では潤滑剤又は冷却剤に悪影響を与えないと予想されるためである。

上記の理由、すなわち被覆が稼働中に部分的にこすれてとれることとなることから、付着低減被覆の層の厚さが最大6μmであることが好ましい。さらに、層の厚さのこの限定を保持することによって、潤滑剤又は冷却剤からの、固体潤滑剤粒子の組み入れ又は堆積は、影響されない又は否定的には影響されない。

上記の理由から、使用時に追加の摩擦要素と直接接触する接触領域は、摩擦層の領域全体の、最大40%のサイズを有する。

摩擦アセンブリの一実施態様の変形によれば、追加の摩擦要素は、4μm、好ましくは5μmの下限と、8μm、好ましくは7μmの上限を有する範囲から選択される、DIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Raを有する。一方では、この下限を維持することによって、摩擦領域からの潤滑剤及び冷却剤の置き換えは、２つの摩擦要素の摩擦負荷の間に向上し、他方では、この上限を維持することによって、第一の摩擦要素の狭い接触領域にも関わらず、摩擦アセンブリの摩擦の高いレベルが達成され、具体的には第二の摩擦要素において、接触領域への依存がない又はほんの少しの依存しかなく、すなわち、摩擦レベルの低減は、第二の摩擦要素の摩擦層の「山」を第一の摩擦要素の摩擦層の「谷」と接触させることによって防ぐことができ、ここで、摩擦の低減を引き起こすであろう固体潤滑剤粒子が提供される。

好ましくは、追加の摩擦要素は、追加の摩擦要素の摩擦層の圧縮率を減少させるために、HV(1)180の下限とHV(1)600の上限を有する範囲から選択される表面硬さを有し、これによって第一の摩擦要素の狭い接触領域であっても、摩擦レベルを改善することができる。

この目的のために、追加の摩擦要素に少なくともHV(1)400のビッカース硬さを有する硬質層を設けることもまた可能である。

よりよい理解のために、以下の図を参照して本発明をより詳細に説明する。

部分的に概略的に単純化した表現において、
図１は、摩擦要素を示し、図２は、摩擦要素の摩擦層の断面の表面構造の画像を示し、図３は、図２に係る表面の粗さプロファイルを示す。

まず初めに、本記載において用いられている、位置に関する詳細（例えば上端、底、側面など）は、現在記載されている及び表されている図に関するものであり、位置に変更があった場合は、新しい位置に調整されるべきである、ということに注意すべきである。さらに、示されている及び記載されている様々な例となる実施態様からの個々の特徴又は特徴の組み合わせはまた、それ自体で独立している又は発明性のある解決法を表すことができる。

本記載における値の範囲に関する詳細の全ては、それらの範囲が任意の及び全ての部分範囲を含むように定義されており、例えば1〜10の範囲は、下限である1から始まり上限の10までの、全ての部分範囲、すなわち、1又はそれより大きい下限に始まり、10又はそれより小さい上限で終わる、例えば1〜1.7、又は3.2〜8.1、又は5.5〜10などの、部分範囲全体、が含まれることを意味する。

図１は、いわゆる摩擦ディスクの形状の摩擦要素1を示している。

原則として、この種類の摩擦ディスクは、先行技術から既知である。図１に示されている形状は、それぞれの用途に適合させた形状の、様々な異なる実施態様の表現にすぎない。これが当業者に知られているように、関連文献について言及する。

さらに、摩擦要素1はまた、シンクロナイザーリング又はダブルコーンシンクロナイザーリングであることもできる。

摩擦要素1、すなわち例えば摩擦ディスクは、例えば単独及び多重シンクロナイザー、非制御及び制御トランスファーケース(Verteilergetriebe)、ブレーキ、クラッチ、差動固定装置、トルクベクタリング用途、などに用いられる。このため、摩擦要素1は追加の摩擦要素とともに配置され、その結果、それぞれの装置の起動の間に、摩擦要素1が追加の摩擦要素とともに摩擦係合に入る。摩擦要素1及び追加の摩擦要素（場合により摩擦要素1によって形成することもができるが、通常は摩擦要素1とは異なる材料で作られる）の数は、２に限定されていないが、必要とされる摩擦のレベルに依存する。例えば、各パケットにおいて、３、４、５、６、７、８、９、１０〜２０などの摩擦要素は、例えばいわゆるディスクパケットにおいて、組み合わせて摩擦アセンブリを形成することができる。

トルクベクタリング用途は例えば、例えばリミテッド・スリップ・ディファレンシャルの速度差がこのシステムによって増加する、運転動力学(Fahrdynamik)における用途である。このような方法で、例えば、駆動モーメントが車輪に不均等に分配されている車のステアリングを支えることが可能である。このことにより、より高いモーメントを外車輪に向けることができ、その結果、通常の運転条件において、オーバーステアを調節することができる。

本発明の好ましい形状において、摩擦要素1は、単独及び多重シンクロナイザー並びに非制御及び制御トランスファーケース(Verteilergetrieben)において用いられる。

摩擦要素1は、本体2を含んでおり、これは前部及び/又は後部の表面3、4において、すなわち前記表面3、4のうち少なくとも一つにおいて、摩擦層5を備えている。摩擦層5は、本体2の周囲にわたり連続して延在することができるか、又は、例えば摩擦層5が溝6によりセグメント7に分割されて、その上に部分的にのみ配置されることができ、ここで前記溝6はまた、摩擦層5それ自体においても形成されることができる。セグメント7又は溝6の数は、それぞれの用途に関連している。それゆえに、表されている数は、限定的であるとみなされるべきではない。本質的に、摩擦層5は環状リング又は溝6により遮断された環状リングを形成し、それによって環状リングの形以外の幾何学的形状もまた可能である。

本体2それ自体は、固体材料又は焼結材料から作ることができる。例えば、本体2は鋼又は焼結鋼で作られ、そして例えば真ちゅうなどの他の金属又は金属合金もまた用いることができる。

摩擦層5は、本体2の材料から作ることができ、しかしながら好ましくは、別個の摩擦ライニングが本体2に取り付けられ連結される。例えば、摩擦ライニングは、場合によりキャリア（具体的には紙）の上における、例えば(焼結)青銅、鉄、銅、ニッケル合金などの金属被覆、例えばAl₂O₃若しくはSiO₂で作られたセラミックなどの非金属（具体的には無機）被覆、及び/又は有機被覆、により形成することができる。この有機被覆は、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、アミド樹脂、アミド-イミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、及びそれらの混合物などの、樹脂又は樹脂混合物により形成することができ、ここで好ましくはフェノール樹脂(混合物)が用いられる。好ましくは、この樹脂は、例えばガラス繊維、例えばバサルト繊維などの鉱物繊維、又は具体的には炭素繊維などの繊維により強化される。被覆が摩擦ライニングとして本体2上で用いられる場合、それらは、例えば金属被覆の場合は直接適用することができ、又は例えば紙ライニング又は他の樹脂含浸ライニングの場合は、接着剤により連結することができる。必要ならば、例えばAl₂O₃又はSiO₂などの摩擦粒子、及び/又は例えばグラファイト、MoS₂、六方晶BN、PTFE、などの固体潤滑剤粒子もまた、摩擦層5又は摩擦ライニングにおいて用いることができる。

摩擦ライニング中の樹脂の割合は、15wt.%の下限と60wt.%の上限を有する範囲、具体的には25wt.%の下限と50wt.%の上限を有する範囲、好ましくは25wt.%の下限と40wt.%の上限を有する範囲、から選択することができる。

摩擦ライニング中の炭素の割合は、1wt.%の下限と85wt.%の上限を有する範囲、具体的には10wt.%の下限と70wt.%の上限を有する範囲、好ましくは30wt.%の下限と50wt.%の上限を有する範囲、から選択することができる。

すでに前述した通り、摩擦要素1は、水含有又は水性混合物が潤滑剤及び冷却剤として用いられる、湿式用途において用いられる。具体的には、欧州特許第1 991 646(B1)号明細書に記載され、水及び少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つの脂肪族炭化水素の混合物を含む潤滑剤及び冷却剤が用いられており、その中で、最大50μmの粒径を有するグラファイト粒子が、主要な成分として分散されている。グラファイトの代わりに、他の固体潤滑剤粒子もまた、必要ならばお互いに組み合わせて又はグラファイトと併用して、用いることができ、例えばMoS₂、六方晶BN、PTFE、などがある。潤滑剤及び冷却剤中の脂肪族炭化水素の割合は25wt.%〜75wt.%、具体的には40wt.%〜60wt.%が可能であり、固体潤滑剤粒子の割合は1wt.%〜30wt.%、具体的には2wt.%〜25wt.%が可能である。100wt.%までの残りは水により形成され、必要ならば補助材料及び添加剤（例えば１又は複数の分散添加剤、１又は複数の消泡剤、１又は複数の腐食防止剤など）が混合される。前記補助材料及び添加剤の全体の割合は、最大10wt.%、具体的には最大8wt.%、好ましくは最大5wt.%である。脂肪族炭化水素として、好ましくは、2〜10の炭化水素を有するグリコール又はグリコール混合物が用いられ、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコール、又はそれらのポリマー（例えばポリエチレングリコールなど）などがある。好ましい実施態様において、脂肪族炭化水素は水に溶解する。

本発明によれば、摩擦層5の表面8、すなわち具体的には摩擦ライニングの表面8、は、極度に構造化されるように構成されている。図２及び３は、このような構造化された表面8の例を示している。図２はいわゆるレリーフイメージを示しており、これは、高さプロファイルにおける、起伏のある表面の影の、影の長さを示している。図３は、前記表面領域の粗さプロファイルを示しており、ここでライン9、ライン10及びライン11はそれぞれ、表面の、異なるトポグラフィーのラインを示している。

このイメージは、25wt.%の樹脂と75wt.%の炭素繊維の組成を有する摩擦ライニングで作成された。

図２において明らかに示されているように、この表面は、隆起した領域12と陥凹した領域13を有するウェブ構造を有する。それゆえ、図３に係る粗さプロファイルは、波の谷14及び山15を示している。前記摩擦ライニングについての特定の場合においては、DIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さ(arithmetischer Mittenrauwert)の値Raは、4.379μmであると測定され、DIN EN ISO 4287に従う谷深さ(Wellentiefe)Wtは48.14μmであり、DIN EN ISO 4287に従う平均溝幅(mittlere Rillenbreite)RSmは少なくとも332.8μmであった。

一般に、本発明に係る摩擦層5は、DIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Raが少なくとも3μm、DIN EN ISO 4287に従う谷深さWtが少なくとも30μm、及びDIN EN ISO 4287に従う平均溝幅RSmが少なくとも150μmである。具体的には、DIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Raは、3μm〜10μmが可能であり、及び/又はDIN EN ISO 4287に従う平均谷深さWtは、30μm〜700μmが可能であり、及び/又はDIN EN ISO 4287に従う平均溝幅RSmは150μm〜3000μmが可能である。

このために、様々な表面トポグラフィーを有する摩擦ライニングをディスク上に作り出し、それらの摩擦挙動を、対ディスクとして鋼ディスクを備える摩擦アセンブリにおいて、水/グリコール/グラファイト混合物を併用して試験した。結果を表１にまとめている。この試験は、30wt.%の樹脂と70wt.%の繊維（20wt.%の綿繊維、17wt.%のアラミド繊維、28wt.%のセライト、15wt.%のアクリル繊維、15wt.%の炭素繊維、及び5wt.%のグラファイトの組成を有する）の組成を有する摩擦ライニングについて実施され、ここでその詳細は、繊維それ自体(例1〜5)、又は30wt.%の樹脂と70wt.%の炭素繊維の組成を有する摩擦ライニング(例6〜8)に関連している。一般に、摩擦ライニングの組成は、10wt.%〜40wt.%の綿繊維及び/又は5wt.%〜35wt.%のアラミド繊維及び/又は5wt.%〜65wt.%のセライト及び/又は5wt.%〜25wt.%のアクリル繊維及び/又は5wt.%〜25wt.%の炭素繊維及び/又は5wt.%〜65wt.%のグラファイトから選択することができる。略語の「ok」は肯定的な結果を意味し、「not ok」は否定的な結果を意味する。

摩擦層5の表面の構造は、摩擦ライニングの波形加工(Nutierung)、溝つけ、プレス、布帛の密度、用いられる布帛の種類、機械的な後処理(研削、型打ち)、繊維組織(ウェブ幅)、などにより得ることができる又は調整することができる。

好ましくは、摩擦係合中に追加の摩擦要素と直接接触する、摩擦層5の接触領域は、摩擦層5の領域全体の最大40%、具体的には最大30%である。

一実施態様の変形によれば、この摩擦層は、前述の水/グリコール混合物で湿らせた鋼に対して、0.06±10%、具体的には0.08±10%の下限と、0.4±10%、具体的には0.2±10%の上限を有する範囲から選択される摩擦係数を有する。これは、具体的には、特殊な表面構造により、流体又はその添加剤と摩擦ライニングとの間の相互作用により、具体的には固体潤滑剤（具体的にはグラファイト）の摩擦ライニングへの表面組み入れにより、及び摩擦ライニング又は摩擦要素1の寿命にわたる小さなトポグラフィー表面の変化により、達成される。さらに、試験を表１に係る摩擦ライニングについて実施した。番号は以下の表においても保持されている。結果を表２にまとめている。

また、摩擦層5が、温度変動及び/又は圧力変動及び/又は速度変動により、最大±10%まで、好ましくは0.01〜0.1の変動範囲内で影響される摩擦係数を有する場合が好ましい。これはまた、前段落に記載の手段により達成される。

さらに、摩擦層5は、表３に示されているように、20,000のシフトサイクル後に最大50μmの摩耗、具体的には5μm〜50μm、好ましくは40μmの最大摩耗を有するはずである。これは、特殊な表面構造によって、並びに流体及びその添加剤と摩擦ライニングとの相互作用のために、具体的には固体潤滑剤（具体的にはグラファイト）の摩擦ライニングへの表面組み入れによって、達成される。

さらに、表４に示されるように、摩擦層が、5%、具体的には10%の下限と、50%、具体的には45%の上限を有する範囲から選択される圧縮率を有する場合が有利であり、ここで摩擦ライニング全体に対して少なくとも25%、具体的には少なくとも35%の自由体積が有利である、ということが分かった。これは、特殊な表面構造により達成される。(自由体積は、飽和点に至るまでの摩擦ライニングの最大水吸収により測定される。)

圧縮率は、必要ならば200Nのプレロード下で、規定の軸方向の試験力がニュートン単位で、例えば20,000Nに到達するまで、規定の数（例えば９）の繊維複合体摩擦ディスク、及び量（例えば１０）で規定されたいつも同じ鋼の対ディスクから成る規定のカップリングパケットが、mm/分単位の規定の前進で圧縮されたときに生じる、mm単位の層の厚さの変化から測定される。このために、例えばZwick製の、引張/加圧試験機が用いられる。圧縮率に関する前述の関連する詳細は、無負荷の摩擦ライニングの元の層の厚さに関連している。

摩擦層5の細孔が、20μm、具体的には100μmの下限と、900μm、具体的には500μmの上限を有する範囲から選択される細孔径を有する場合が有利である。

用いられている潤滑剤及び冷却剤流体がすでに固体潤滑剤粒子、具体的にはグラファイトを含んでいるが、一実施態様の変形によれば、すでに説明した通り、摩擦層5それ自体がすでに固体潤滑剤粒子を含んでいる。摩擦ライニングは、少なくとも5wt.%の割合の固体潤滑剤、具体的にはグラファイト、を有することができる。好ましくは、摩擦ライニング中の固体潤滑剤の割合は、5wt.%、具体的には10wt.%の下限と、50wt.%、具体的には40wt.%の上限を有する範囲から選択される。表５は、摩擦ライニング中の固体潤滑剤の割合の、数個の選択された例を示している。

表５にも示されている通り、固体潤滑剤粒子は好ましくは500μmの最大粒径を有する。具体的には、固体潤滑剤粒子は、0.01μm〜50μm、具体的には8μm〜42μmの範囲における、粒径分布/粒度曲線を有する固体潤滑剤の粒を有する。

以上の通り、摩擦層5には、好ましくは最大HV(1)400のビッカース硬さを有する、付着低減被覆を設けることができる。このような方法で、表１に記載の組成に係る摩擦ライニングで、摩擦ライニングへの水の付着を、この被覆がない摩擦ライニングと比較して30%〜40%まで向上させることも可能であろう。このような方法で、摩擦ライニングの寿命を延長することができる。

好ましい実施態様において、付着低減被覆はシリコーン被覆、DLC被覆、クロム-亜硝酸塩-被覆、又は接着被覆により形成される。具体的には、母材としてポリアミド-イミド樹脂を有する接着被覆が好ましい。摩擦要素5の特に好ましい実施態様によれば、接着被覆はまた、粒子様のグラファイト又は固体潤滑剤（これはまた潤滑剤及び冷却剤中に固体潤滑剤として含まれる。）を含み、必要ならば異なる微粒子の固体潤滑剤、具体的にはMoS₂を一緒に含む。

最大6μm、具体的には最大5μmの、付着低減被覆の層の厚さが有利であるということが証明された。

本発明に係る摩擦要素は、当該摩擦要素を含み、好ましくはDIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Raが4μmの下限と8μmの上限を有する範囲から選択される値を有する少なくとも１つの追加の摩擦要素を有する摩擦アセンブリに組み込まれ、摩擦パケット、具体的にはディスクパケットを形成する。追加の摩擦要素は、例えば(焼結)鋼から作ることができ、例えば型打ちにより作り出される対応する表面構造を有する。鋼の代わりに、他の材料もまた、追加の摩擦要素に用いることができ、例えば、例えばDLC層などの硬質被覆を有するアルミニウム合金などがある。

好ましくは、追加の摩擦要素は、HV(1)180、具体的にはHV(1)240の下限と、HV(1)500、具体的にはHV(1)350の上限を有する範囲から選択される表面硬さを有する。この硬さは、例えば、追加の摩擦要素、すなわちその摩擦層の表面が、ガス窒化(gas-nitriert)、ニトロ酸化(nitrooxidiert)又はプラズマ窒化(plasmanitriert)されることにより得られる。前記「硬質層」を作り出すために用いられる方法パラメーターは、この方法を実施するために用いられる通常のパラメーターに相当する。具体的には、硬質層は少なくともHV(1)300〜1,000のビッカース硬さを有して作り出すことができ、これは最大20μmの層の厚さを有することができる。この硬質層における窒化物及び場合により酸化物の相の割合は、例えば5wt.%〜85wt.%が可能である。

自動車において、前記水含有潤滑剤及び冷却剤とともに本発明に係る摩擦要素1を用いることにより、燃料消費の著しい低減が、従来の油潤滑式及び油冷システムと比較して4%〜6%に達することも可能であろう。これは、RL93/116/EWGに従って測定された。さらに、本発明に係る摩擦層5が設けられた摩擦要素1は、摩擦モーメントの±20%の範囲のモーメント振動振幅で、無振動のノイズレベルを有した。

例となる実施態様は、摩擦要素1及び摩擦アセンブリの、可能性のある実施態様の変形を示し及び記載しており、それによって、本発明が具体的に示されている実施態様の変形に限定されておらず、むしろ個々の実施態様の変形の様々な異なる組み合わせもまた可能性があり、この変動性が、技術的手段の教示に起因して、本技術分野における当業者の能力の範囲内に存するということに、現時点では留意すべきである。

最後に、形式的な点として、摩擦要素1の構造のよりよい理解のために、摩擦要素及びその構成要素は部分的にスケールに忠実に表されておらず、並びに/又はサイズを拡大及び/若しくは縮小されている、ということに留意すべきである。

参照数字の一覧
1 摩擦要素
2 本体
3 表面
4 表面
5 摩擦層
6 溝
7 セグメント
8 表面
9 ライン
10 ライン
11 ライン
12 領域
13 領域
14 谷
15 山

Claims

摩擦層(5)を有する本体(2)を含む摩擦要素(1)であって、ここで該摩擦層(5)が、少なくとも3μmのDIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Ra、少なくとも30μmのDIN EN ISO 4287に従う波の谷深さWt及び少なくとも150μmのDIN EN ISO 4287に従う平均溝幅RSmを有する、摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が摩擦ライニングにより形成されている、請求項１に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、水/グリコール混合物で湿らせたときに鋼に対して、0.06±10%の下限と0.4±10%の上限を有する範囲から選択される摩擦係数を有する、請求項１又は２に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、温度変動及び/又は圧力変動及び/又は速度変動により、最大±10%まで影響される摩擦係数を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
0.01〜0.1の変動範囲内の該摩擦係数が、温度変動及び/又は圧力変動及び/又は速度変動から独立している、請求項４に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、20,000のシフトサイクル後に、最大50μmまで摩耗する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、5%の下限と50%の上限を有する範囲から選択される圧縮率を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、少なくとも20%の自由体積を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)の細孔が、20μmの下限と900μmの上限を有する範囲から選択される細孔径を有する、請求項８に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)が、少なくとも5wt.%の割合の固体潤滑剤、具体的にはグラファイト、を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦ライニング中の固体潤滑剤の割合が、5wt.%の下限と50wt.%の上限を有する範囲から選択される、請求項１０に記載の摩擦要素(1)。
該固体潤滑剤粒子が、500μmの最大粒径を有する、請求項１０又は１１に記載の摩擦要素(1)。
該固体潤滑剤粒子が、0.01μm〜50μmの範囲の粒径分布を有する固体潤滑剤の粒を有する、請求項１２に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦ライニングが、15wt.%の下限と60wt.%の上限を有する範囲から選択される割合の樹脂を含む、請求項２〜１３のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦ライニングが炭素繊維母材を有する、請求項２〜１４のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦ライニングが、30wt.%の下限と85wt.%の上限を有する範囲から選択される割合の炭素を含む、請求項１５に記載の摩擦要素(1)。
該摩擦層(5)に付着低減被覆が設けられている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
該付着低減被覆が、最大HV(1)400のビッカース硬さを有する、請求項１７に記載の摩擦要素(1)。
該付着低減被覆が、シリコーン被覆、DLC被覆、クロム-亜硝酸塩被覆、又は潤滑剤被覆により形成される、請求項１７又は１８に記載の摩擦要素(1)。
該付着低減被覆の層の厚さが最大6μmである、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
使用時に追加の摩擦要素と直接接触する接触領域が、該摩擦層(5)の全体の領域の最大40%である、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の摩擦要素(1)。
少なくとも２つの摩擦要素を含む摩擦アセンブリであって、互いに動作可能に接続するように動かすことができ、水性潤滑剤で潤滑されており、ここで該摩擦要素(1)のうち１つが、請求項１〜２１のいずれか一項に従い構成されている、摩擦アセンブリ。
該追加の摩擦要素が、4μmの下限と8μmの上限を有する範囲から選択される、DIN EN ISO 4287に従う算術平均粗さの値Raを有する、請求項２２に記載の摩擦アセンブリ。
該追加の摩擦要素が、180の下限と600の上限を有する範囲より選択される表面硬さHV(1)を有する、請求項２２又は２３に記載の摩擦アセンブリ。
該追加の摩擦要素に、少なくともHV(1)300のビッカース硬さを有する硬質層が設けられている、請求項２４に記載の摩擦アセンブリ。
単独又は多重シンクロナイザーにおける摩擦要素(1)のために、固体潤滑剤粒子が最大50μmの粒径で分散されている、水及び少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つの脂肪族炭化水素の混合物の使用。
トランスファーケース(Verteilergetriebe)における摩擦要素(1)のために、固体潤滑剤粒子が最大50μmの粒径で分散されている、水及び少なくとも２つのヒドロキシル基を有する少なくとも１つの脂肪族炭化水素の混合物の使用。