JP2014505752A - 摩擦部材及びその摩擦材 - Google Patents

Abstract

摩擦材（１８）は、樹脂と、樹脂が含浸された繊維基材とを含んでいる。この繊維基材は、単層構造であり、第１の量が含まれる複数のアラミド繊維と、第１の量より少ない第２の量が含まれる複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維と、第１の量より多い第３の量が含まれる珪藻土とを含んでいる。繊維基材は、活性炭素を含まず、繊維基材を１００重量部として、約２０〜１００重量部の含浸樹脂量で樹脂が含浸されている。潤滑面材（１２）と有効に接触するための摩擦部材（１０）は、基板（１６）と、基板（１６）に接着される第１の面（２０）、及び、潤滑面材（１２）に有効に接触するように形成された第２の面（２２）を有する摩擦材（１８）とを含んでいる。

Description

本発明は、摩擦部材及びその摩擦材に関するものである。

摩擦材は、機械的かつ／又は熱的なエネルギーを伝達するために連結する、対向する面材への適用に有用である。例えば、摩擦材は、ブレーキ、クラッチ、及び、トルクコンバータへの適用において、対向する面材の間に配置されている。このような用途では、優れた摩擦安定性、磨耗耐性、騒音防止性、圧力耐性、耐熱性を有する摩擦材が、度々要求されている。

摩擦材の一種である湿式の摩擦材は、機械的かつ／又は熱的なエネルギーを伝達する間に注油を必要とする用途に、特に有用である。例えば、湿式の摩擦材は、作用中に、ブレーキフルード、オートマチックトランスミッションフルード、かつ／又は、オイル等の液体に浸され、それらが浸み込まされる。

（発明の態様）
本発明の摩擦材は、樹脂と、樹脂が含浸された繊維基材とを含んでいる。この繊維基材は、単層構造であり、第１の量が含まれる複数のアラミド繊維と、第１の量より少ない第２の量が含まれる複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維と、第１の量より多い第３の量が含まれる珪藻土を含んでいる。更に、繊維基材は、実質的に活性炭素を含んでおらず、繊維基材を１００重量部として、約２０重量部〜１００重量部の含浸樹脂量で、樹脂が含浸されている。

ある形態では、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維が、第１の平均長を有する第１の成分と、第１の平均長より長い第２の平均長を有する第２の成分とを含んでいる。

潤滑面材に有効に接触するための摩擦部材は、基板と、上記の摩擦材とを有している。摩擦材は、基板に接着される第１の面と、潤滑面材に有効に接触するように形成された第２の面とを有している。

本発明の、上述した特徴と利点、及び、別の特徴と利点は、本発明を実施するための最良の形態に係る以下の詳細な説明を、添付図面に関連して解釈することで、容易に明らかになる。

基板に配置された摩擦材を含む摩擦部材の図式的な断面図である。 潤滑面材間に配置された図１の摩擦部材の図式的な分解斜視図である。

参照図面には同一の参照符号は同様の要素を示しており、潤滑面材１２（図２参照）に有効に接触するための摩擦部材が、図１に符号１０で概略的に示されている。より詳細には後述するが、この摩擦部材１０は、優れた摩擦安定性、磨耗耐性、騒音防止性、圧力耐性、及び、耐熱性を必要とする用途に有用である。従って、摩擦部材１０は、これらに限定されることはないが、クラッチプレート、トランスミッションベルト、ブレーキシュー、シンクロナイザリング、フリクションディスク、システムプレート、及び、リミテッド・スリップ・デフ・コンポーネントを含む、自動車の用途に有用である。しかしながら、摩擦部材１０は、これらに限定されることはないが、鉄道用の制輪子及びクラッチフェーシング、航空機の多重ディスクブレーキ、クレーン及びエレベータのコンポーネント、そして、他の輸送及び産業的な用途を含む、自動車以外の用途にも有用なものである。

さて、図２を参照すると、摩擦部材１０は、作用中に、例えばリミテッド・スリップ・デフのような動力伝達装置の、潤滑面材１２に有効に接触する。一般的な説明によれば、リミテッド・スリップ・デフは、図２に関連して記述すると、符号１４で概略的に示されているクラッチパックの操作を介して、アウトプットシャフト（図示省略）の角速度の差を最小化するものである。クラッチパック１４は、ハウジング（図示省略）で覆われ、限定されるものではないが、例えば、ニュージャージー州ウェインのＢＰ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ ＵＳＡ， Ｉｎｃ．から市販されているＤｅｘｒｏｎ（登録商標） ＬＳのようなギヤオイル等の、滑剤で潤滑されている。特に、クラッチパック１４は、例えば、互いが離れて間隔をあけて配置されたセパレータプレートである、複数の潤滑面材１２と、例えば、複数の潤滑面材１２の間に交互に配置されて潤滑面材１２と向かい合うフリクションプレートである、複数の摩擦部材１０とを含んでいることから、摩擦部材１０が、潤滑面材１２と接触して相互に作用する。すなわち、摩擦部材１０は、クラッチパック１４において、潤滑面材１２と交互に列をなして配置される。

クラッチパック１４の作動中、摩擦部材１０は、潤滑面材１２に有効に接触する。例えば、摩擦部材１０は、摩擦部材１０と、対応した向かい合う潤滑面材１２との間で、機械的かつ／又は熱的なエネルギーが伝達されるように、アウトプットシャフトの角速度の差に応じて、隣接する潤滑面材１２と摩擦的な連結状態や非連結状態になる。すなわち、摩擦部材１０は、摩擦力によって、摩擦部材１０及び潤滑面材１２間の運動を妨げるように、対向する潤滑面材１２を押しつけて摺動する。換言すれば、摩擦部材１０は、潤滑面材１２と断続的に摩擦力により連結して協働し、その結果、滑剤が摩擦部材１０に引き込まれ、摩擦部材１０から圧搾されることで、動作状況が保証される。これに限定されない他の例において、摩擦部材１０は、ディスクブレーキシステムのブレーキローターや、トランスミッションの潤滑ギヤに、有効に接触する。すなわち、摩擦部材１０は、ブレーキパッドやシンクロナイザリングとして形成してもよいものである。

さて、図１を参照すると、摩擦部材１０は基板１６を有している。この基板１６は、摩擦部材１０に所望される用途に必要な、剛性かつ／又は強度特性に応じて選択することができる。例えば、より詳細には後述するように、基板１６は、摩擦部材１０に強度と剛性とを与えるのに適切なものであってもよく、鋼のような耐変形性の金属材料から形成してもよい。すなわち、基板１６は、これに限定されるものではないが、鋼製のバッキングプレートといった金属プレートであってもよい。

引き続き図１を参照すると、更に、摩擦部材１０は、以下に詳細に述べるように、樹脂と、樹脂が含浸された繊維基材とを含む摩擦材１８を有している。本説明における用語「繊維基材」とは、湿式の摩擦材１８内で使用するための単層構造を有するベース層を示している。繊維基材は、湿式のスラリー加工された摩擦材１８を形成するように、乾燥する前は、スラリー構造であってもよい。又、「湿式の摩擦材」という用語は、乾燥され、そして、剛体や鋼製の基板１６或いはバッキングプレートに接合される、樹脂やバインダが含浸された比較的薄い繊維基材を示している。更に、湿式の摩擦材は、滑剤が浸透している際に概して効果を表わすものであり、約０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有している。これに対し、乾式の摩擦材は、摩擦材と対向する摩擦面との間の、乾燥した接触状態下において、概して効果を表わすものであり、約３ｍｍ〜４．５ｍｍの厚さを有している。

繊維基材は、複数のアラミド繊維を含んでいる。本説明における用語「アラミド」は、芳香族のポリアミド繊維を示す。アラミド繊維は、アミン基とカルボン酸ハライド基との間の反応によって生成できる。例えば、アラミド繊維は、合成ポリアミド鎖（synthetic polyamide chain）を１００容量部として、アミド連鎖、すなわち、窒素原子（Ｎ）に結合したアシル基（Ｒ−Ｃ＝Ｏ）の、少なくとも８５容量部が、２つの芳香環に直接結合している、合成ポリアミド鎖であってもよい。

複数のアラミド繊維は、平均長が約３ｍｍより短い複数のパラ系アラミド繊維として規定されていてもよい。すなわち、複数のアラミド繊維は、平均繊維長が約１．４ｍｍ、かつ／又は、２つのモード（bimodal）の平均繊維長が約０．５ｍｍと約１．４ｍｍの、短くカットしたパラ系アラミド繊維であってもよい。本説明における「約」という用語は、分量の修飾語であり、修飾された量の±２％を示している。アラミド繊維は、アミド基の水素結合を占有する塩化カルシウムのようなイオン成分や、芳香族ポリマーを溶解するＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）有機成分を有する溶媒中で、パラフェニレンジアミン（ＰＰＤ）とテレフタル酸ジクロリド（ＴＤＣ）とのモノマーから生成される、ポリパラフェニレンテレフタルアミド（ＰＰＴＡ）であってもよい。ポリマー生成の後、結果として生じるアラミドは、無水硫酸に溶解し、フィラメント糸へと紡ぐことができる。アラミド繊維は、アラミド繊維が短くされ小繊維化されるように、水中でフィラメント糸を刈り切ることにより形成できる。他の種の繊維と比較すると、複数のアラミド繊維には、軽度のフィブリル化が起こり得る。複数のアラミド繊維は、約１．４４ｇ／ｃｍ³の密度を有している。適切なアラミド繊維には、オランダ国アーネムのＴｅｉｊｉｎ Ａｒａｍｉｄ ＧｍｂＨから市販されている、Ｔｗａｒｏｎ（商標登録）１０９２及びＴｗａｒｏｎ（商標登録）１０９４が含まれる。

複数のアラミド繊維は、第１の量が含まれている。理論上の制限を受けるものではないが、複数のアラミド繊維は、繊維基材の多孔度を増加させ、かつ、摩擦部材１０に優れた強度、磨耗耐性、耐熱性を与えるように、繊維基材に存在している。特に、アラミド繊維は、繊維基材を１００重量部として約１５重量部〜３５重量部、一例として、約２０重量部〜３０重量部という第１の量が含まれている。繊維基材に含まれているアラミド繊維が、約１５重量部より少ない量である場合、繊維基材は、不十分な構造及び強度を有することとなり、更に、低い圧力耐性を示す虞がある。しかしながら、３５重量部を超える量であると、繊維基材は、加工が困難になり、多孔度が過剰になる虞がある。

更に、繊維基材は、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維を含んでいる。本説明における「ポリアクリロニトリル系」という用語は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）の前駆体から生成された炭素繊維を示している。このポリアクリロニトリル系炭素繊維は、繊維を１００重量部として、少なくとも９０重量部の炭素含有量、及び、約１〜８重量部の窒素結合量を有する繊維が得られるように、備酸化させたポリアクリロニトリル繊維を、不活性ガス中で約１，０００℃以上の高温で酸化させることにより作ることができる。

より具体的には、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維は、第１の平均長が約１，０００μｍ以下の、複数のミルド（milled）・ポリアクリロニトリル系炭素繊維として規定してもよい。本説明における用語「ミルド（milled）」とは、「チョップド（chopped）」炭素繊維よりも短い炭素繊維であることを示している。例えば、ミルド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、第１の平均長が約１，０００μｍ以下であってもよい。これと比較すると、チョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、約１，０００μｍ〜２５，０００μｍという第２の平均長を有している。ポリアクリロニトリル系炭素繊維の一式を、例えば、第１の平均長が約３５０μｍである、より短い長さのポリアクリロニトリル系炭素繊維へと粉砕してもよい。更に、ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、平均繊維径が約７μｍ〜９μｍ、密度が約１．７３ｇ／ｃｍ³〜１．７９ｇ／ｃｍ³であってもよい。適切なポリアクリロニトリル系炭素繊維として、ニュージャージー州アズベリーのＡｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ， Ｉｎｃ．から、同一種のＡＧＭ９４ＭＦ３５０Ｕとして市販されている、ＡＧＭ９４ポリアクリロニトリル系炭素繊維が含まれる。

複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維は、第１の量より少ない第２の量が含まれている。すなわち、繊維基材は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維と比較して、より多くのアラミド繊維を含んでいる。理論上の制限を受けるものではないが、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維は、摩擦部材１０に、作動中の優れた摩擦安定性（つまり、安定した摩擦係数）、強度の増加、弾性回復力の増加、そして、望ましい耐熱性及び騒音防止性を与えるように、繊維基材中に含まれている。すなわち、ポリアクリロニトリル系炭素繊維を含む摩擦材１８は、動作中の動力伝達装置の振動を低減するように、かつ、「フェード（fade）」を低減する、つまり、高い動作温度での摩擦係数（μ）を小さくするように、対向する潤滑面材１２との、適切な摩擦結合を維持できる。

特に、ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、繊維基材を１００重量部として約５重量部〜２５重量部、一例として、約１０重量部〜２０重量部という第２の量が含まれている。繊維基材に含まれるポリアクリロニトリル系炭素繊維の量が約５重量部以下である場合、繊維基材は、不十分な構造及び強度を有することとなり、更に、摩擦部材１０は、低い摩擦安定性及び圧力耐性を示す虞がある。しかしながら、約２５重量部を超える量であると、繊維基材の加工が困難になり、摩擦部材１０の圧力耐性が低下する虞がある。

ある形態では、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維が、第１の平均長を有する第１の成分と、第１の平均長より長い第２の平均長を有する第２の成分とを含んでいる。第１の成分は、上述したような、約３５０μｍの第１の平均長を有する、複数のミルド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維であってもよい。第２の成分は、約３ｍｍ（例えば、約３，０００μｍ）の第２の平均長を有する、複数のチョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維であってもよい。適切なチョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維として、ニュージャージー州アズベリーのＡｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ， Ｉｎｃ．から、同一種のＡＧＭ９４ＣＦ３として市販されている、ＡＧＭ９４ポリアクリロニトリル系炭素繊維が含まれる。

この形態については、１つ以上の第１の成分と第２の成分とが、繊維基材を１００重量部として、約１重量部〜１０重量部の量だけ含まれている。例えば、第１の成分と第２の成分との各々が、繊維基材を１００重量部として、５重量部の量だけ含まれている。第２の成分は、摩擦材１８（図１参照）に圧力耐性を付与するように、繊維基材に含まれていてもよい。すなわち、第２の成分は、動力伝達装置の動作中に滑剤が摩擦材１８に浸透するように、加えて、作用中に優れた圧縮ひずみ性と永久ひずみ耐性を示すように、摩擦材１８に優れた多孔性を与えることができる。第２の成分を含む摩擦材１８は、動力伝達装置の対向する潤滑面材１２により加えられる圧力下で、滑剤が迅速に摩擦材１８に圧入されるように、或いは、摩擦材１８から圧搾されるように、適切な圧縮性を有している。しかしながら、繊維基材を１００重量部として約１０重量部を超える量では、比較的長いチョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維に起因するもつれにより、繊維基材の加工が困難になる虞がある。

更に、繊維基材は、第１の量より多い第３の量の珪藻土を含んでいる。すなわち、繊維基材は、アラミド繊維やポリアクリロニトリル系炭素繊維よりも多くの珪藻土を含んでいる。特に、珪藻土は、平均粒子径が約１０μｍ〜１５μｍの、か焼処理（calcined）珪藻土であってもよい。本説明における用語「か焼処理（calcined）珪藻土」は、各珪藻土粒子の尖った角を丸くするように、例えば、約８００℃より高い温度で熱処理された珪藻土（すなわち、淡水プランクトン種から形成された堆積鉱石）を示している。従って、か焼処理珪藻土は、か焼処理されていない自然の珪藻土と比較して、表面積が小さくなっているかもしれないが、硬さが増加している。このため、繊維基材にか焼処理珪藻土が含まれることで、摩擦材１８（図１参照）に優れた圧力耐性がもたらされることとなる。

珪藻土は、約０．１μｍ〜１．０μｍの細孔径を有していてもよく、又、珪藻土を１００容量部として、８０容量部を超える多孔度を有していてもよい。更に、珪藻土は、約１０μｍ〜１５μｍの平均粒子径を有していてもよい。適切な珪藻土には、カリフォルニア州サンタバーバラのＷｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｃ．から市販されているＣｅｌｉｔｅ（商標登録）２８１が含まれる。

珪藻土は、繊維基材を１００重量部として、約４５重量部以上の第３の量が含まれている。すなわち、この第３の量は、第１の量及び第２の量のいずれよりも多い。例えば、珪藻土は、繊維基材を１００重量部として、約４５重量部〜６５重量部の第３の量が含まれている。

他の形態では、珪藻土が天然非晶質（natural amorphous）の珪藻土であってもよい。すなわち、天然非晶質の珪藻土は、か焼処理や乾燥処理がなされていないものである。天然非晶質の珪藻土は、繊維基材に優れた多孔性を付与する。適切な天然非晶質の珪藻土として、カリフォルニア州サンタバーバラのＷｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｃ．から市販されているＤｉａｆｉｌ（商標登録）２３０が挙げられる。この形態において、珪藻土は、繊維基材を１００重量部として、約５５重量部〜６５重量部の第３の量が含まれている。

珪藻土は、摩擦部材１０に優れた騒音防止性を付与する。更に、詳しくは後述するが、珪藻土は、樹脂の吸収を補助することができ、又、摩擦材１８（図１参照）を通る滑剤の流れを促進することができる。すなわち、繊維基材を１００重量部として、約４５重量部を超える第３の量が含まれている場合であっても、珪藻土は、意図していなくとも、繊維基材の構造や強度に悪影響を与えることなく、繊維基材に優れた騒音防止性を与える。特に、繊維基材を１００重量部として、約４５重量部を超える第３の量が繊維基材に含まれている場合、珪藻土は、摩擦部材１０の動摩擦係数を増大させ、静摩擦係数を減少させる。従って、上述した第３の量だけ珪藻土を含む摩擦部材１０は、μ−ｖ曲線の勾配の最適化を図ることとなる。特に、μ−ｖ曲線の勾配は、滑り速度（ｖ）の変化に対する摩擦係数（μ）の変化を表している。摩擦の適用については、動力伝達装置内における振動、すなわち、摩擦振動を低減するべく、摩擦部材１０により制御されるように、速度範囲に正の勾配が要求される。例えば、摩擦部材１０は、ブレーキ中やギヤシフト中の振動を低減する。

換言すれば、摩擦材１８を含む摩擦部材１０は、騒音防止性が増大する。すなわち、摩擦材１８は、正のμ−ｖ勾配により規定される形状を有する、適切なトルク曲線を作り出すことから、摩擦材１８は、動作中の騒音や耳障りな音（squawk）が実質的になくなる。

更に、繊維基材は、ラテックスを含んでいてもよい。ラテックスは、飽和剤や加工助剤として繊維基材の中に含まれていてもよく、この場合は繊維基材に柔軟性を付与することができる。更に、ラテックスは、加工性のための十分な湿潤強度、すなわち、ウェブ強度（web strength）を、繊維基材に付与するように、アラミド繊維、かつ／又は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維を被覆することができる。ラテックスは、例えば、アクリロニトリルの中間体や、乳化重合により形成されたアクリロニトリル−ブタジエン共重合体である、水分散液の形態であってもよい。すなわち、ラテックスは、アクリロニトリル系のニトリル・ラテックス乳剤であってもよい。更に、ラテックスは、２５℃で約１５ｃＰ（０．０１５Ｐａ・ｓ）のブルックフィールド粘度を有していてもよい。ラテックスは、繊維基材を１００重量部として、約１重量部〜６重量部、例えば、３重量部の量が含まれている。適切なラテックスとして、オハイオ州アクロンのＥｍｅｒａｌｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＬＣから市販されている、Ｈｙｃａｒ（登録商標）１５６２ｘ１１７ラテックスが含まれる。

ある形態では、繊維基材が、更に、複数のセルロース繊維を含んでいてもよい。セルロース繊維は、高αセルロース綿、木材パルプ、リンネル、ラグ、及び、これらの組合わせを含んでいてもよい。セルロース繊維は、約２ｍｍ〜４ｍｍの平均長、及び、約２５μｍ〜３５μｍの平均径を有している。セルロース繊維は、繊維基材に、構造性及び強度を付与する。複数のセルロース繊維は、繊維基材を１００重量部として、約５重量部〜１５重量部の量が含まれている。この形態については、約５重量部未満の量で、繊維基材の構造維持性が低下する虞があり、また、約１５重量部より大きな量で、繊維基材が低い耐熱性を示す虞がある。適切なセルロース繊維として、テネシー州メンフィスのＢｕｃｋｅｙｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．から市販されている、２２５ＨＳセルロース繊維が挙げられる。

繊維基材は、実質的に活性炭素を含んでいない。本説明における「活性炭素」という用語は、優れた多孔性及び大きな表面積を持つように、物理的に再活性化処理された、かつ／又は、化学的に再活性化処理された、いかなる形態の炭素も示している。活性炭素は、限定するものではないが、粉末活性炭、粒状活性炭、成形活性炭、添着炭、熱分解炭素、及び、これらの組み合わせ等に属するものとする。すなわち、活性炭素は、熱分解炭素、つまり、熱分解を経たあらゆる炭素を示している。更に、活性炭素は、概して炭素繊維ではなく活性炭素粒子を示している。活性炭素、例えば、熱分解炭素は、一般的に高価であると共に、騒音発生の一因となり得るものであり、そして、磨耗粉を発生させて滑剤を変色、かつ／又は、劣化させ得るものである。

従って、繊維基材が実質的に活性炭素を含んでいないため、摩擦材１８を有する摩擦部材１０は、磨耗耐性が増大し、生産に経済的である。すなわち、摩擦部材１０は、動力伝達装置の動作中の磨耗と剪断応力に因る劣化が低減され、滑剤により湿った状態で適切に作用する。

上述したように、繊維基材は樹脂を含浸している。樹脂は、機械的な剪断強度、耐熱性及び摩擦安定性を、摩擦材１８に付与するために、繊維基材に含浸されている。更に、樹脂は、摩擦材１８中の珪藻土の存在を補うものであり、摩擦材１８の摩擦安定性の増強に寄与する。従って、樹脂は、飽和剤かつ／又は結合剤になり得るものであり、２５℃で約９０ｃＰ〜１６０ｃＰ（０．０９Ｐａ・ｓ〜０．１６Ｐａ・ｓ）の粘度を有している。樹脂は、摩擦材１８の望ましい用途に合わせて選択可能な、あらゆる適切な樹脂であってよい。例えば、樹脂はフェノール樹脂であってもよい。別の形態では、樹脂がポリイミド樹脂であってもよい。更に別の形態において、樹脂は、エポキシ変性フェノール樹脂又は油変性フェノール樹脂、シリコーン樹脂、混合樹脂、樹脂複合体、及び、これらを組み合わせたものであってもよい。

繊維基材には、繊維基材を１００重量部として約２０重量部〜１００重量部、一例として、約４０重量部〜７５重量部の含浸樹脂量で樹脂が浸み込んでいる。すなわち、繊維基材の含浸樹脂量の割合、つまり、乾燥した繊維基材の重量に対する樹脂重量の割合は、約２０％〜１００％に変動する。樹脂量が約２０重量部未満では、繊維基材が十分な強度を示さない虞があり、樹脂量が約１００重量部を超えると、繊維基材が過飽和状態になるため、摩擦材１８の多孔度と滑剤吸収量が低下し、グレーズ状態（glazing）や騒音・振動・ハーシュネス（ＮＶＨ）を来たすこととなる。更に、上述した含浸量の樹脂は、繊維基材を覆うことにより、摩擦材１８の優れた騒音防止性及び圧力耐性に寄与する。適切な樹脂として、ドイツ国ヒルデンのＡｓｈｌａｎｄ−Ｓｕｄｃｈｅｍｉｅ−Ｋｅｒｎｆｅｓｔ ＧｍｂＨ（ＡＳＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から市販されている、ＡＳＫＯＦＥＮ ２９５ Ｅ ６０が挙げられる。

摩擦材１８は、複数のアラミド繊維、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維、及び、珪藻土を混合することが可能な、任意の加工システムにより形成できる。例えば、摩擦材１８は、乾式、エアレイド式、混合方式、或いは、湿式の繊維加工工程と、樹脂を被覆する、樹脂を充填する、及び、スラリー状の樹脂を浸み込ませる、樹脂添加工程とによって形成してもよい。更に、摩擦材１８は、当業者が認識可能な抄紙機及び樹脂浸透設備で製造してもよい。

これに限定されない一例の方法では、摩擦材１８を形成する工程は、複数のアラミド繊維、複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維、珪藻土、及び、付加的なラテックスと複数のセルロース繊維を、水で組み合わせて、スラリーを形成することを含んでいてもよい。このスラリーは、抄紙機の成形加工ワイヤーに送り込まれる。一般的に、成形加工ワイヤーは、スラリー中の水分を排水するために形成される、複数の開口部を備えている。加工処理中、スラリー中の水分は開口部を通して排水され、残っている湿った紙が、抄紙機の乾燥部に送られることにより、あらゆる残留水分が乾燥により除去され、乾燥紙、すなわち、繊維基材が形成される。

その後、繊維基材は、例えば、浸され、表面塗装され、或いは、スプレー含浸塗装されることで、樹脂が浸み込まされ充填される。浸み込まされた繊維基材、すなわち摩擦材１８は、半硬化状態の「Ｂ」段階まで乾かされ、リール上に巻かれ、そして、適切な大きさに広げられる。形成された摩擦材１８は、約６０ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²〜４００ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²（９８ｇ／ｍ²〜６５１ｇ／ｍ²）の坪量を有している。例えば、摩擦材１８は、約１２５ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²〜２００ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²（２０３ｇ／ｍ²〜３２６ｇ／ｍ²）の坪量を有していてもよい。摩擦材１８は、１ミルを０．０２５４ｍｍとして、約１２ミル〜６０ミル（０．３０４８ｍｍ〜１．５２４ｍｍ）、一例では、約２１ミル〜３２ミル（０．５３３４ｍｍ〜０．８１２８ｍｍ）の厚みを有していてもよい。更に、摩擦材１８は、約４．５ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²／０．００１ｉｎ〜６．５ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²／０．００１ｉｎ（２８８ｇ／ｍ²／ｍｍ〜４１６ｇ／ｍ²／ｍｍ）、一例では、約５．９ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²／０．００１ｉｎ〜６．３ｌｂｓ／３，０００ｆｔ²／０．００１ｉｎ（３７８ｇ／ｍ²／ｍｍ〜４０４ｇ／ｍ²／ｍｍ）の密度を有していてもよい。

摩擦材１８は、単層構造である。本説明における用語「層（ply）」は、摩擦材１８の単積層（layer）を示している。すなわち、摩擦材１８は、多積層構造ではなく、２つ以上の層を有していない。より正確には、摩擦材１８は、単層のシート形状であってもよい。従って、摩擦材１８は、動作中における基板１６からの剥離を効果的に低減させ、そして、摩擦部材１０の優れた磨耗耐性に寄与することとなる。

摩擦部材１０を示す図１を再度参照すると、摩擦材１８は、基板１６に接着される第１の面２０と、潤滑面材１２（図２参照）に有効に接触するように形成された第２の面２２とを有している。摩擦材１８の第１の面２０は、例えば、フェノール系接着シートを用いる方法、かつ／又は、浸み込ませた摩擦材１８に圧力かつ／又は温度を加えることで、樹脂により摩擦材１８を基板１６へ接着する方法で、基板１６に接着される。そして、動作中、第２の面２２は、有効に接触、例えば、対向する潤滑面材１２を圧迫して摺動するように、隣接する潤滑面材１２と摩擦的に接触及び分離する。すなわち、摩擦部材１０は、潤滑面材１２と断続的に摩擦力により連結して協働し、その結果、滑剤が摩擦部材１０に引き込まれ、摩擦部材１０から圧搾されることで、動作状況が保証される。

従って、摩擦材１８には、上述した滑剤が動作中に浸透可能である。しかしながら、摩擦材１８には、滑剤の熱的破壊を最小化するように添加剤が処方されたオイル及び変速機油を含む、あらゆる適切な滑剤が適用可能である。

更に、図１に示されるように、摩擦材１８は、基板１６の複数の面へ接着できる。すなわち、これに限定されない一例の方法において、摩擦材１８は、隣接する２つの潤滑面材１２と有効に接触するために、基板１６の対向する表面や側面に接着できる。例えば、図２には示されていないが、摩擦材１８は、隣接する２つの潤滑面材１２の間に挟まれ、これらに有効に接触するように、基板１６の２つの面（例えば、基板１６の表面と裏面）上に配置され、接着されてもよい。或いは、摩擦材１８は、基板１６の１つの面のみに接着されてもよい。

更に、図２のクラッチパック１４を含む適用については、複数の摩擦部材１０を、クラッチパック１４内にどのような形態に配置してもよいことがわかる。加えて、例えばフリクションプレートである複数の摩擦部材１０と、例えばセパレータプレートの複数の潤滑面材１２との、各々が、基板１６に接着された摩擦材１８を含んでいてもよい。すなわち、図２には示されていないが、複数の潤滑面材１２が、摩擦材１８を有していてもよい。

摩擦材１８は、適切なあらゆる大きさかつ／又は形状を有し得るものである。例えば、摩擦材１８は、図２に示しているような、環状や完全なリング状であってもよい。或いは、図示していないが、摩擦材１８は、これらに限定されることはないが、円弧状、細片、くさび状、及び、これらの組み合わせを含む形状へ分かれていてもよい。更に、摩擦材１８は、動作中に滑剤の流れを最適化するように、成形されかつ／又は彫られた、複数の溝（図示省略）、すなわち、導管を有していてもよい。

以下の実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明の範囲を制限するような、いかなる事柄にもみなされることはない。

実施例１〜３の各摩擦材を形成するために、表１に記載した分量の成分Ａ〜Ｊを水で組み合わせて、スラリーを形成した。表１に記載した成分Ａ〜Ｊの分量は、繊維基材を１００重量部とした場合の重量部を示している。このスラリーを、抄紙機の成形加工ワイヤーに送り込み、そして、スラリー中の水分を、成形加工ワイヤーに構成された開口部を通して排水し、湿った紙を形成した。この湿った紙を抄紙機の乾燥部に送り、水分を乾燥により更に除去して、乾燥紙、すなわち、実施例１〜３の各繊維基材を形成した。そして、各繊維基材に、表１に記載した含浸樹脂量の樹脂Ｋを含ませ、実施例１〜３の各摩擦材を形成した。

成分Ａは、オランダ国アーネムのＴｅｉｊｉｎ Ａｒａｍｉｄ ＧｍｂＨから市販されているＴｗａｒｏｎ（商標登録）１０９２アラミド繊維である。

成分Ｂは、オランダ国アーネムのＴｅｉｊｉｎ Ａｒａｍｉｄ ＧｍｂＨから市販されているＴｗａｒｏｎ（商標登録）１０９４アラミド繊維である。

成分Ｃは、３５０μｍの第１の平均長を有し、ニュージャージー州アズベリーのＡｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ， Ｉｎｃ．から、同一種のＡＧＭ９４ＭＦ３５０Ｕとして市販されているＡＧＭ９４ミルド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維である。

成分Ｄは、３ｍｍの第２の平均長を有し、ニュージャージー州アズベリーのＡｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ， Ｉｎｃ．から、同一種のＡＧＭＣＦ３として市販されているＡＧＭ９４チョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維である。

成分Ｅは、カリフォルニア州サンタバーバラのＷｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｃ．から市販されているＣｅｌｉｔｅ（商標登録）２８１か焼処理珪藻土である。

成分Ｆは、カリフォルニア州サンタバーバラのＷｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｉｎｃ．から市販されているＤｉａｆｉｌ（商標登録）２３０天然非晶質珪藻土である。

成分Ｇは、オハイオ州アクロンのＥｍｅｒａｌｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＬＬＣから市販されているＨｙｃａｒ（登録商標）１５６２ｘ１１７ラテックスである。

成分Ｈは、テネシー州メンフィスのＢｕｃｋｅｙｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．から市販されている２２５ＨＳセルロース繊維である。

成分Ｊは、ニュージャージー州アズベリーのＡｓｂｕｒｙ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍｉｌｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されている５５００シリーズ活性炭素である。

樹脂Ｋは、ドイツ国ヒルデンのＡｓｈｌａｎｄ−Ｓｕｄｃｈｅｍｉｅ−Ｋｅｒｎｆｅｓｔ ＧｍｂＨ（ＡＳＫ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）から市販されているＡＳＫＯＦＥＮ ２９５ Ｅ ６０フェノール樹脂である。

比較例４の摩擦材は、炭素繊維強化プラスチック製の摩擦材である。比較例４の摩擦材は、合成母体（synthetic matrix）に埋め込まれた炭素繊維織布を有する繊維基材を含んでいる。加えて、比較例４の摩擦材は、結合成分として熱硬化性プラスチックを含んでいる。

比較例５の摩擦材は、炭素繊維強化カーボン製の摩擦材である。比較例５の摩擦材は、炭素繊維織布と、炭化水素ガスの化学蒸着法により作製されるパイロライトカーボンとを有する繊維基材を含んでいる。

実施例１〜３及び比較例４、５の得られた各摩擦材は、１６ミル（０．４０６４ｍｍ）の厚みを有している。各摩擦材を、ネオプレンフェノール樹脂系接着剤により、２３２℃１分間の状況下で、夫々の鋼製バッキングプレート基板に接着して、実施例１〜３及び比較例４、５の摩擦部材を形成した。

垂直摩擦試験（Vertical Friction Testing）
垂直摩擦試験装置（Vertical Friction Test Machine）により、実施例１、３及び比較例４、５の各摩擦材の、騒音防止性について評価した。実施例１、３及び比較例４、５の各摩擦部材のために、クラッチ・プリロード機構と、夫々に複数の摩擦部材とを含むリミテッド・スリップ・デフを組み立てた。各摩擦部材１０は、ギヤオイルＭとギヤオイルＮとの各々が１００℃という負荷状況下で、夫々のリミテッド・スリップ・デフの主要な耐用期間に応じた期間、静止した鋼製のセパレータプレートに対して、４０ｒｐｍ（毎分回転数）という一定の滑り速度で回転する。周期的な間隔をおいて、０ｒｐｍ〜２０ｒｐｍで回転される各摩擦部材の、騒音防止性について評価した。各摩擦材の摩擦係数を、滑り速度の作用と同様に測定した。更に、各摩擦材のμ−ｖ曲線を生成した後、各μ−ｖ曲線の勾配、すなわち、摩擦勾配を算出し、そして、表２に要約しているように、正又は負の勾配の向きと共に書き記した。

各摩擦材の摩擦勾配は、摩擦係数の変化比率、すなわち、摩擦係数のΔ差分、及び、動摩擦係数として定義される。更に、摩擦係数のΔ差分は、夫々の摩擦材の、動摩擦係数と静摩擦係数との差として定義される。動摩擦係数が静摩擦係数より大きい場合、μ−ｖ曲線の勾配は正となる。これとは逆に、静摩擦係数が動摩擦係数より大きい場合、μ−ｖ曲線の勾配は負となる。比較的大きい正勾配を有する摩擦材は、比較的小さい正勾配、又は、負勾配を有する摩擦材よりも、優れた騒音防止性を示す。

ギヤオイルＭは、ミシガン州デトロイトのＧｅｎｅｒａｌ Ｍｏｔｏｒｓ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販されているＤｅｘｒｏｎ（登録商標）ＬＳ ７５Ｗ−９０ギヤオイルである。

ギヤオイルＮは、カリフォルニア州サンラモンのＣｈｅｖｒｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているＴｅｘａｃｏ（登録商標）２２７６ギヤオイルである。

表２の結果によれば、摩擦材を１００重量部として４５重量部を超える珪藻土を含み、かつ、実質的に活性炭素を含まない実施例１、３の各摩擦材は、正方向の摩擦勾配を有しているため、上述した手順に従った、ギヤオイルＭとギヤオイルＮとの双方の試験において、騒音が発生していない。これに対し、珪藻土を含まず、かつ、熱分解炭素を含んでいる比較例４、５の各摩擦材は、ギヤオイルＭでの試験において正方向の摩擦勾配を有し、ギヤオイルＮでの試験において負方向の摩擦勾配を有している。更に、実施例１、３の各摩擦材の摩擦勾配の値は、ギヤオイルＭとギヤオイルＮとの双方の試験において、比較例４、５の各摩擦材の摩擦勾配の値よりも大きい。このため、実施例１、３のいずれの摩擦材も、比較例４、５のいずれの摩擦材よりも、優れた騒音防止性を示していることとなる。

更に、実施例１、３及び比較例４、５の各摩擦材を、各摩擦材の初期の厚みと、各摩擦材の最終的な厚みとを比較することで、厚み減量について評価した。上述した垂直摩擦試験の手順に従って試験された各摩擦材の、許容できる最大の厚み減量は、夫々の初期の厚みの１５％である。厚み減量評価の結果を、下記の表３に要約している。

表３の結果によれば、実施例１、３及び比較例４、５の各摩擦材は、各摩擦材の初期の厚みの１５％より小さい厚み減量を示している。従って、各摩擦材は、上述した垂直摩擦試験の手順に従った試験の場合に、許容可能な厚み減量及び磨耗耐性を示していることとなる。

μ Ｐ ｖ Ｔ試験（μ P v T Testing）
ＳＡＥ Ｎｏ．２規格の湿式摩擦試験機で、２４時間、ＳＡＥ Ｊ２４９０規格の試験方法に従って、実施例１〜３及び比較例４、５の摩擦材の騒音防止性について評価した。この試験方法において、滑剤はギヤオイルであり、リアクションプレート、つまり、潤滑面材は鋼製のクラッチプレートである。各摩擦材についてμ−ｖ曲線を生成し、表４に要約したように、各μ−ｖ曲線の勾配を正又は負として書き記した。正勾配のμ−ｖ曲線を有する摩擦材は、上述したμ Ｐ ｖ Ｔ試験を通過した。すなわち、より大きな摩擦係数と下降する（descending）μ−ｖ曲線形状とが望ましく、又、摩擦材のより優れた騒音防止性、つまり、より静かな動作に関連している。

表４の結果によれば、実施例１〜３の摩擦材の各μ−ｖ曲線は、正の勾配を有している。従って、摩擦材を１００重量部として４５重量部を超える珪藻土を含み、かつ、実質的に活性炭素を含まない実施例１〜３の各摩擦材は、上記試験を通過した。すなわち、実施例１〜３の摩擦材は、比較例４、５の摩擦材と比較して、より大きい摩擦係数と下降した（descending）μ−ｖ曲線の勾配とを有している。これに対し、比較例４、５の摩擦材の各μ−ｖ曲線は、負の勾配を有している。従って、珪藻土を含まず、かつ、熱分解炭素を含んでいる比較例４、５の摩擦材は、上記試験を通過しなかった。従って、実施例１〜３の摩擦材は、比較例４、５の摩擦材と比較して、高い騒音防止性を示し、滑り速度の増加と共に増加する摩擦係数を有していることとなる。

本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明してきたが、本発明が関連する技術に精通している人々は、添付のクレームの範囲内で、本発明を実施するための、構想や具体例の様々な代案を認識するであろう。

１０：摩擦部材、１２：潤滑面材、１６：基板、１８：摩擦材、２０：第１の面、２２：第２の面

Claims (14)

1. 樹脂と、樹脂が含浸され、単層構造を有する繊維基材とを含む摩擦材であって、
   前記繊維基材は、第１の量が含まれる複数のアラミド繊維と、
   前記第１の量より少ない第２の量が含まれる複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維と、
   前記第１の量より多い第３の量が含まれる珪藻土とを含み、
   前記繊維基材は、活性炭素を含まず、前記繊維基材を１００重量部として２０重量部〜１００重量部の含浸樹脂量で、樹脂が含浸されていることを特徴とする摩擦材（１８）。
2. 前記珪藻土は、平均粒子径が１０μｍ〜１５μｍのか焼処理珪藻土であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材（１８）。
3. 前記第３の量が、前記繊維基材を１００重量部として４５重量部以上であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材（１８）。
4. 前記第３の量が、前記繊維基材を１００重量部として４５重量部〜６５重量部であることを特徴とする請求項２記載の摩擦材（１８）。
5. 前記第１の量が、前記繊維基材を１００重量部として１５重量部〜３５重量部であることを特徴とする請求項３記載の摩擦材（１８）。
6. 前記複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維は、１，０００μｍ以下の第１の平均長を有する複数のミルド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材（１８）。
7. 前記第２の量が、前記繊維基材を１００重量部として５重量部〜２５重量部であることを特徴とする請求項３記載の摩擦材（１８）。
8. 樹脂と、樹脂が含浸され、単層構造を有する繊維基材とを含む摩擦材であって、
   前記繊維基材は、第１の量が含まれる複数のアラミド繊維と、
   第１の平均長を有する第１の成分、及び、前記第１の平均長より長い第２の平均長を有する第２の成分を含み、前記第１の量より少ない第２の量が含まれる複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維と、
   前記第１の量より多い第３の量が含まれる珪藻土とを含み、
   前記繊維基材は、活性炭素を含まず、前記繊維基材を１００重量部として２０重量部〜１００重量部の含浸樹脂量で、樹脂が含浸されていることを特徴とする摩擦材（１８）。
9. 前記珪藻土が、天然非晶質の珪藻土であることを特徴とする請求項８記載の摩擦材（１８）。
10. 前記第３の量が、前記繊維基材を１００重量部として５５重量部〜６５重量部であることを特徴とする請求項８記載の摩擦材（１８）。
11. 前記第１の成分は、前記第１の平均長が３５０μｍの複数のミルド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維であることを特徴とする請求項８記載の摩擦材（１８）。
12. 前記第２の成分は、前記第２の平均長が３ｍｍの複数のチョップド・ポリアクリロニトリル系炭素繊維であることを特徴とする請求項１１記載の摩擦材（１８）。
13. 更に、前記繊維基材を１００重量部として５重量部〜１５重量部の量が含まれる複数のセルロース繊維を含むことを特徴とする請求項１０記載の摩擦材（１８）。
14. 潤滑面材（１２）と有効に接触するための摩擦部材であって、
    基板（１６）と、
    該基板（１６）に接着される第１の面（２０）、及び、前記潤滑面材（１２）に有効に接触するように形成された第２の面（２２）を有する摩擦材（１８）とを含み、
    該摩擦材（１８）は、樹脂と、樹脂が含浸され、単層構造を有する繊維基材とを含み、
    該繊維基材は、第１の量が含まれる複数のアラミド繊維と、
    前記第１の量より少ない第２の量が含まれる複数のポリアクリロニトリル系炭素繊維と、
    前記第１の量より多い第３の量が含まれる珪藻土とを含み、
    前記繊維基材は、活性炭素を含まず、前記繊維基材を１００重量部として２０重量部〜１００重量部の含浸樹脂量で、樹脂が含浸されていることを特徴とする摩擦部材（１０）。
    
    

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