JP2015514197A - 摩擦対偶の対応面 - Google Patents

Abstract

本発明は、摩擦対偶の運転中にトルク伝達のために該摩擦対偶の対応面に摩擦接続的に結合可能であるかもしくは結合される摩擦面を有する摩擦対偶の対応面に関する。本発明は、対応面が、熱導出コーティングを備えており、該熱導出コーティングが、該熱導出コーティングを被着した支持体材料よりも著しく大きな熱伝導率を有していることを特徴としている。

Description

本発明は、摩擦対偶の運転中にトルク伝達のために該摩擦対偶の対応面に摩擦接続的に結合可能であるかもしくは結合される摩擦面を有する摩擦対偶の対応面に関する。

独国特許出願公開第２９２３０５１号明細書に基づき、ブレーキライニングを接着するための、黒鉛を含んだ熱硬化可能な接着剤が公知である。欧州特許第０８９２８９６号明細書の翻訳文ＤＥ６９７２９９３９Ｔ２に基づき、クラッチプレートエレメント、ブレーキライニング、伝動装置およびこれに類するものに使用するための、構造化された表面を備えた摩擦材が公知である。独国特許出願公開第１９６２６６８６号明細書に基づき、いわゆる「パッド」として形成されていて、支持体に接着されている摩擦エレメントを備えたクラッチディスクが公知である。

本発明の課題は、トルク伝達のために対応面に摩擦接続的に結合可能である摩擦面を有する摩擦対偶の運転中の局所的な温度最大値の望ましくない発生を減少させることである。

この課題は、摩擦対偶の運転中にトルク伝達のために摩擦対偶の対応面に摩擦接続的に結合可能であるかもしくは結合される摩擦面を有する摩擦対偶の対応面において、この対応面が、熱導出コーティングを備えており、この熱導出コーティングが、この熱導出コーティングを被着した支持体材料よりも著しく大きな熱伝導率を有していることによって解決されている。摩擦面は、たとえばクラッチディスクに形成されていて、好ましくは有機質の摩擦フェーシングを備えている。対応面は、たとえば金属から形成されている。大きな熱伝導率を有する本発明による熱導出コーティングは、摩擦接続の形成時の表面温度を低下させることができる。なぜならば、摩擦接続の形成時に発生する熱が、より迅速に導出されるからである。摩擦接触中の熱伝導は、熱導出コーティングを通して著しく加速させることができる。これによって、摩擦対偶の寿命を延長することができる。熱導出コーティングを介して、局所的な摩擦箇所に生じる熱エネルギを可能な限り迅速に導出することができる。これによって、表面温度の望ましくない上昇を停止することができるかまたは低減することができる。これによって、表面の損傷を回避することができ、システムの熱的な限界を大幅に拡げることができる。摩擦動作は熱衝撃と見なすことができる。この熱衝撃は極めて動的であり、摩擦パートナの熱工学的な特性値が不利である場合には、発熱を引き起こし、この発熱は、さらに、望ましくないほど高い温度に繋がる。本発明の主要な態様によれば、温度の望ましくない上昇は、熱エネルギを導入する同じ動特性によって、熱エネルギが熱導出コーティングを介して、高い熱容量を有する領域で導出される場合に回避することができるかまたは減少させることができる。高い伝導率を有する熱導出コーティングによって、対応面での動的な局所的な熱導出を明確に向上させることができる。さらに、対応面を備えた摩擦パートナの側に提供される熱交換体積もしくは提供される熱交換面積を増加させることができる。これによって、単位時間あたりの熱輸送が向上させられる。

対応面の好適な態様は、支持体材料が、金属材料から形成されていることを特徴としている。支持体材料は、たとえば鋼または鋳物から形成されている。鋼は、たとえば４８〜５８Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。本発明による熱導出コーティングの熱伝導率は、好ましくは、鋼の熱伝導率の数倍である。窒化アルミニウムから成る熱導出コーティングは、たとえば１８０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。炭素（黒鉛）から成る熱導出コーティングは、１１９〜１６５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングは、たとえば１１００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。カーボンナノチューブによって、たとえば６０００Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する熱導出コーティングを実現することができる。

対応面の別の好適な態様は、熱導出コーティングが、窒化物層および／または炭素に類似の層、たとえばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層を有していることを特徴としている。このようなコーティングを摩擦減少または摩耗防護のために支承エレメントまたは滑りエレメントに相俟って使用することは自体公知である。独国特許出願公開第１０２００４０６２５８６号明細書に基づき、滑りエレメントと、ＤＬＣコーティングを備えた環状フランジとを有する動力断続クラッチに用いられるレリーズ装置が公知である。独国特許出願公開第１０２０１１０１６９９６号明細書に基づき、摩耗を阻止するＤＬＣコーティングを備えた支承体を有するカバー支承部材を備えたクラッチアッセンブリが公知である。これと異なり、本発明による熱導出コーティングは、摩擦接触時の表面温度を低下させるために使用される。

対応面の別の好適な態様は、熱導出コーティングが、この熱導出コーティングを被着した支持体材料よりも著しく大きな熱伝導率を有する金属コーティング材料を含んでいることを特徴としている。この金属コーティング材料は、たとえば、鋼の熱伝導率の約３〜６倍である熱伝導率を有している。

対応面の別の好適な態様は、金属コーティング材料が、アルミニウムおよび／または銅を含んでいることを特徴としている。このアルミニウムおよび／または銅は、好ましくは合金の形態で提供される。アルミニウムは、たとえば２３６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。銅は、たとえば２４０〜２８０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有している。

対応面の別の好適な態様は、熱導出コーティングが、相転移によって熱エネルギを受け取りかつ時間的に遅れて引き渡すことができるコーティング材料を含んでいることを特徴としている。このようなコーティング材料は、潜熱蓄熱材（相変化材料）と呼ぶこともできる。このようなコーティング材料の使用時には、温度が相転移の間に一定に保たれる物理的な効果が利用される。

対応面の別の好適な態様は、熱導出コーティングが、少なくとも１０μｍ、好ましくは約２０μｍの厚さを有していることを特徴としている。この数値は、本発明の範囲内で特に有利であると判った。

対応面の別の好適な態様は、熱導出コーティングを備えた対応面が、湿式のクラッチシステムの対応薄板に設けられているかまたは乾式のクラッチシステムのプレッシャプレート、センタプレートおよび／または二次側フライホイールに設けられていることを特徴としている。本発明による熱導出コーティングは、乾式のクラッチシステムでも、湿式のクラッチシステムでも、有利であると判った。

対応面の別の好適な態様は、対応面および／または熱導出コーティングが、拡大された表面積を有していることを特徴としている。この拡大された表面積によって、提供される熱交換面積が増加させられる。この熱交換面積は、たとえば層構造のモルフォロジによって自体増加させることができる。しかし、熱交換面積は、相応の前処理、たとえばサンドブラストによって増加させられてもよい。

さらに、本発明は、前述した対応面を備えたクラッチ摩擦パートナに関する。

本発明の更なる利点、特徴および詳細は、図面を参照しながら種々異なる実施の形態を詳しく説明した以下の記述から明らかである。

摩擦出力曲線を示した直交座標線図である。 本発明による熱導出コーティングを備えた対応薄板の簡単な断面図である。

本発明は、概して、乾式でも湿式でも形成することができるクラッチ、特に発進クラッチに関する。連結動作時には、原則的に変速機側と機関側とが同期され、これによって、入力側とも呼ばれる機関側から出力側へのトルク伝達が可能となる。

この目的のためには、クラッチが、摩擦対偶を成す２つの摩擦パートナを有している。両摩擦パートナのうちの一方は、好ましくは有機質の摩擦フェーシングによって形成することができる摩擦面を備えている。他方の摩擦パートナは、たとえば金属材料から形成されていて、トルク伝達のために摩擦面に摩擦接続的に結合される対応面を備えている。トルク伝達のためには、摩擦面と対応面とが押付け力によって押し合わされる。

変速機回転数と機関回転数との同期は、物理的に摩擦動作によって達成される。同期動作を介して、回転数および摩擦モーメントに関連して、図１に示したような摩擦出力曲線が得られる。

図１には、ｘ軸１およびｙ軸２の直交座標線図が示してある。ｘ軸１には、時間が、適切な単位時間でプロットしてある。ｙ軸２には、回転数が、単位時間あたりの回転数でプロットしてある。変速機側と機関側との間の差回転数の変化は、破線４によって示してある。さらに、ｙ軸２には、摩擦出力が、適切な単位出力でプロットしてある。時間にわたる摩擦出力の変化は、曲線５によって示してある。

差回転数４は、同期の開始時の最大値から同期の終了時のゼロに減少している。実線６によって、同期が完了した時点が示してある。この時点６では、機関回転数が変速機回転数に相当している。すなわち、差回転数４がゼロである。

同期の開始時、すなわち、差回転数４が最大の場合には、摩擦出力５も同じく迅速に最大値に達する。摩擦出力５の大部分は熱に変換され、両摩擦パートナの熱的な特性に応じて、これら両摩擦パートナを介して導出される。

両摩擦パートナのこの熱導出の動特性もしくは熱物理学的なデータが、提供された摩擦面積もしくは摩擦面と対応面との間の実際の直接的な接触面積のほかに、シフト動作の間に達成される表面温度を決定する。摩擦システムの性能は、主として、摩擦接触中の荷重ケースもしくは作用に関連した温度によって制限される。

従来の摩擦システムでは、摩擦フェーシング材料が、乾式のシステムでも湿式のシステムでも、制限的な成分を成している。乾式のシステムの場合には、高い摩擦出力により生じる高い表面温度が、たとえば、摩擦フェーシングの成分であってよいバインダの熱分解を招いてしまう。このようなバインダの熱分解は、摩擦係数の自然な減少を招いてしまう。

湿式のシステムの場合には、高い摩擦出力が、特に湿式フェーシングの、いわゆる「グレイジング」を招く。これによって、湿式フェーシングの快適さ特性、特に摩擦特性が不可逆的に悪化させられる。極端な場合には、高い摩擦出力が、摩耗の過剰な増加ひいては冷却溝深さの減少を招いてしまう。このことも、フェーシングの完全な破壊ひいてはシステム故障を招いてしまう。

本発明の基本思想は、局所的な摩擦箇所において生じた熱エネルギを可能な限り迅速に導出することである。これによって、有害となる過度に激しい表面温度上昇が軽減される。こうして、システムの熱的な限界を大幅に拡げることができる。

本発明の範囲内では、摩擦動作が熱衝撃と見なされる。この熱衝撃は極めて動的であり、摩擦パートナの熱工学的な特性値が不利である場合には、発熱を引き起こし、この発熱は、さらに、高い温度を発生させる。本発明の主要な実施の形態によれば、温度の上昇は、熱エネルギを導入する同じ動特性によって、熱エネルギが、高い熱容量を有する領域で導出されることにより回避されるかまたは減少させられる。

図２には、対応面１２を備えた対応薄板１０が簡単に断面図で示してある。この対応薄板１０は金属製の支持体材料１５を有している。この金属製の支持体材料１５には、本発明の主要な実施の形態によれば、熱導出コーティング２０が被着されている。この熱導出コーティング２０は２０μｍの厚さを有している。

矢印によって、高い熱エネルギ導入を伴う局所的な摩擦箇所２１，２２，２３が示してある。これらの局所的な摩擦箇所２１，２２，２３での熱の導出のためには、熱導出コーティング２０が極めて高い熱伝導率を有している。この熱伝導率は、熱導出の動特性に影響を与える熱的な特性量である。

材料の熱容量は、材料に蓄えることができる熱量を表している。熱容量が高ければ高いほど、同程度の質量の場合、熱エネルギ導入に関連した温度上昇はますます少なくなる。以下の表には、２０℃の際の熱伝導率λがＷ／ｍ・Ｋでかつ熱容量がＪ／ｋｇ・Ｋでリストアップしてある：
鋼 λ＝４８〜５８Ｗ／ｍ・Ｋ ４６０〜５４０Ｊ／ｋｇ・Ｋ
炭素（黒鉛） λ＝１１９〜１６５Ｗ／ｍ・Ｋ ７１５Ｊ／ｋｇ・Ｋ
カーボンナノチューブ λ＝６０００
窒化アルミニウム λ＝１８０Ｗ／ｍ・Ｋ ７００〜７６０Ｊ／ｋｇ・Ｋ
ＤＬＣコーティング λ＝１１００Ｗ／ｍ・Ｋ ５００Ｊ／ｋｇ・Ｋ。

局所的な動的な熱導出の向上によって、いわゆる「ホットスポット」が減少させられる。これによって、摩擦材を過度に高い温度に対して防護することができる。湿式の用途の形態では、熱導出コーティング２０による一層良好な熱導出によって、油膜厚さを一定に保つことができる。これによって、一定の摩擦特性を達成することができる。

より高い局所的な動的な熱導出は、熱導出コーティング２０によって実現される。この熱導出コーティング２０は、鋼または鋳物よりも著しく高い熱伝導率を有している。熱導出コーティング２０として、窒化物の範囲から成るコーティングおよび炭素に類似のコーティング、たとえばＤＬＣコーティングが可能である。

「ＤＬＣ」とは、ダイヤモンドライクカーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）のことである。別の用途に基づき公知のコーティングは、本発明の主要な実施の形態によれば、対応面１２における熱伝導率を高めかつ摩擦接触時の表面温度を低下させるために、的確に使用される。

熱導出コーティング２０は金属コーティングとして形成されていてもよい。この金属コーティングのために、好ましくはアルミニウムまたは銅もしくは両金属の合金が使用される。

図２には、破線によって、方形３１，３２，３３が示してある。これらの方形３１，３２，３３は、支持体材料１５内で熱導出コーティング２０の下側に配置されている。方形３１，３２，３３は、本発明による熱導出コーティング２０によって、局所的な摩擦箇所２１，２２，２３に応じて、より高い熱容量を有する大きな体積要素を成すことができることを示している。図示の実施の形態では、支持体材料１５が鋼である。択一的には、支持体材料１５として、鋳造材料が使用されてもよい。

１ ｘ軸
２ ｙ軸
４ 破線
５ 曲線
６ 実線
１０ 対応薄板
１２ 対応面
１５ 支持体材料
２０ 熱導出コーティング
２１ 局所的な摩擦箇所
２２ 局所的な摩擦箇所
２３ 局所的な摩擦箇所
３１ 方形
３２ 方形
３３ 方形

Claims (10)

1. 摩擦対偶の運転中にトルク伝達のために該摩擦対偶の対応面（１２）に摩擦接続的に結合可能であるかもしくは結合される摩擦面を有する摩擦対偶の対応面において、該対応面（１２）が、熱導出コーティング（２０）を備えており、該熱導出コーティング（２０）が、該熱導出コーティング（２０）を被着した支持体材料（１５）よりも著しく大きな熱伝導率を有していることを特徴とする、摩擦対偶の対応面。
2. 支持体材料（１５）が、金属材料から形成されている、請求項１記載の対応面。
3. 熱導出コーティング（２０）が、窒化物層および／または炭素に類似の層、たとえばＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）層を有している、請求項１または２記載の対応面。
4. 熱導出コーティング（２０）が、該熱導出コーティング（２０）を被着した支持体材料（１５）よりも著しく大きな熱伝導率を有する金属コーティング材料を含んでいる、請求項１から３までのいずれか１項記載の対応面。
5. 金属コーティング材料が、アルミニウムおよび／または銅を含んでいる、請求項４記載の対応面。
6. 熱導出コーティング（２０）が、相転移によって熱エネルギを受け取りかつ時間的に遅れて引き渡すことができるコーティング材料を含んでいる、請求項１から５までのいずれか１項記載の対応面。
7. 熱導出コーティング（２０）が、少なくとも１０μｍ、好ましくは約２０μｍの厚さを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の対応面。
8. 熱導出コーティング（２０）を備えた対応面（１２）が、湿式のクラッチシステムの対応薄板（１０）に設けられているかまたは乾式のクラッチシステムのプレッシャプレート、センタプレートおよび／または二次側フライホイールに設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の対応面。
9. 対応面（１２）および／または熱導出コーティング（２０）が、拡大された表面積を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の対応面。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の対応面を備えたクラッチ摩擦パートナ。

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