JP2017048887A - 湿式摩擦材用基材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、低燃費化を目指してこの湿式変速機の小型化が進められており、上述の湿式摩擦材のサイズ縮小や構成枚数の低減が要求されている。即ち、より小さいサイズ、より少ない構成枚数の湿式摩擦材によって、従来と同等の摩擦性能を発揮させるという、湿式摩擦材の高性能化が求められている。
また、上記特許文献2には、繊維材料と充填材(摩擦調整材)とが分散されたスラリー状抄紙原料から抄紙工法によって水分を吸水する際に、その水流を制御することによって、充填材を、得られる湿式摩擦基材の一面側に偏在させる技術が開示されている。
請求項1に記載の湿式摩擦材用基材は、抄造によって形成された繊維層と、前記繊維層の一面に、粒状物によって形成された気孔を有する粒状層と、を備え、
前記粒状層は、前記繊維層の一面に付着して形成されていることを要旨とする。
請求項2に記載の湿式摩擦材用基材は、請求項1に記載の湿式摩擦材用基材において、前記気孔を有する粒状層は前記粒状物を含んだ泡状組成物を前記繊維層の一面に塗布して得られた泡状塗工層から泡を破泡させることで得られることを要旨とする。
請求項3に記載の湿式摩擦材用基材は、請求項1又は2に記載の湿式摩擦材用基材において、前記粒状物として摩擦調整材を含むことを要旨とする。
請求項4に記載の湿式摩擦材用基材の製造方法は、抄造された繊維層の一面に、粒状物を含んだ泡状組成物を塗布して、前記粒状物を含んだ泡状塗工層を形成する泡状塗工層形成工程と、
前記泡状塗工層を構成する泡を破泡して気孔を有する粒状層を形成する破泡工程と、を備えることを要旨とする。
この方法では泡状塗工層が泡状であるため、泡状塗工層内の粒状物が繊維層内部へ侵入せずに繊維層の一面に留めることができる。そのため繊維層の一面側のみに粒状層を配置できる。従って、湿式摩擦材用基材の表面に表出することで特性を発現する粒状物は、その特性を発現しない繊維層内部への粒状物の配置は無くなり、原料として配合した粒状物の無駄を防止できる。そして、粒状層は塗工層を構成する泡を破泡させることで得られるため気孔を有することなる。即ち、摩擦調整材等の粒状物を繊維層の一面側のみ偏在させても、粒状層には所望の気孔を有し、さらに、この気孔を有する粒状層は繊維層の一面に泡状で塗布された後に破泡させられて形成されるため粒状物が繊維層内部へ侵入せずに繊維層を閉塞しない。従って本発明の製造方法によって得られた湿式摩擦材用基材は基材全体に所望の気孔を有し、潤滑油に対し所望の吸油性を維持できる。
本発明の湿式摩擦材用基材1は、抄造によって形成された繊維層11と、繊維層11の摩擦面側となる一面に、粒状物によって形成された気孔を有する粒状層12と、を備える。このうち、気孔を有する粒状層12は、繊維層11の一面の繊維に付着して繊維層11の一面上に、繊維層11の気孔111を閉塞しない態様で所望の気孔状態で形成されている(図1参照)。
繊維112としては、有機繊維及び/又は無機繊維を利用できる。
このうち、有機繊維としては、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、アクリル系樹脂繊維及びアクリル繊維等の合成繊維、レーヨン等の再生繊維、セルロース繊維(パルプ)等の有機天然繊維などが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。このうち、ポリアミド系繊維としては、芳香族ナイロン繊維及び脂肪族ナイロン繊維が挙げられ、更には、芳香族ナイロン繊維(特に、全芳香族ナイロンを用いた繊維)としては、アラミド繊維が挙げられる。このアラミド繊維は、パラ系アラミド及びメタ系アラミドのいずれか一方又は両方を含むことができる。
一方、無機繊維としては、炭素系繊維(カーボン繊維、炭化繊維等含む)、単結晶繊維(ウォラストナイトフィラー等)、多結晶繊維(アルミナ繊維等)、非晶質繊維(ロックウール、ガラス繊維等)、金属繊維等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。尚、各繊維の配合等は、必要に応じてなされる。
また、繊維層11は、湿式摩擦材の要求仕様に応じた所望の気孔111を有する。この気孔111は、抄造によって形成された繊維層11の繊維間の隙間である。この隙間が気孔111として存在することによって、湿式摩擦材用基材は潤滑油を吸収する吸油性が得られる。このように、繊維層11の気孔111の存在割合つまり気孔率は、吸油性と密接に関連していることから、10%以上80%以下とすることが好ましく、更には40%以上70%以下が好ましい。尚、この気孔率は、繊維層となる原紙を油に浸漬し、浸漬前後の質量及び体積からアルキメデス法を用いて算出される。即ち、原紙の浸漬前質量をW0(g)、原紙の浸漬後質量をW1(g)、原紙の体積をV0(cm3)、油の密度をρ(g/cm3)とすると、繊維層の気孔率(%)=(W1−W0)×(1/ρ)×(1/V0)×100である。
この表面占有率は、湿式摩擦材用基材1の表面を覆う粒状層12の面積の割合を表わす。表面占有率は、17mm×23mmの大きさの粘着テープ{セロテープ(登録商標)}を、湿式摩擦材用基材1の表面(粒状層12が形成された表面)のうち、無作為に選択した5ヶ所に貼着した後、引き剥がし、得られた5枚の粘着テープの引剥し面の画像解析から、各粘着テープに占める非貼着箇所の合計面積S1(cm2)の平均値SAV(cm2)を算出し、この平均値SAV(cm2)が1枚の粘着テープの面積S0(cm2=17mm×23mm)に占める割合(%)として算出される。
さらに、粒形状の粒状物121は、具体的には、平均粒径0.1μm以上1000μm以下が好ましく、2μm以上200μm以下が更に好ましい。尚、粒状物の平均粒径は、JIS Z8827−1の「静的画像解析法」に準拠した値とする。
このような形態で、粒状物121として摩擦調整材を選択した場合には、配合した摩擦調整材の実質全量を繊維層11の一面側のみに偏在させることができるため少量で摩擦調整機能を発現させることができる。即ち、湿式摩擦基材1の内部に、使用時の摩擦に関与しない不要な摩擦調整材を含有させることなく、使用時に最も必要な箇所つまり摩擦面に摩擦調整材を集中的に配置することで極めて効率良く摩擦調整ができる。
本発明の湿式摩擦材用基材1の製造方法は、泡状塗工層形成工程と破泡工程とを備える。これらの泡状塗工層形成工程及び破泡工程は、同時に進行させてもよく、泡状塗工層形成工程を終えた後に破泡工程を行ってもよい。
このうち、気泡剤は、気泡の形成を促す成分であり、具体的には、各種の界面活性剤を利用することができる。接着剤は、繊維層の繊維と粒状物を付着し、粒状物同士を結合させる成分である。具体的には、ポリビニルエーテル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、水溶性アクリルポリマー等の水溶性ポリマーを利用できる。
粒状物、気泡剤の配合は特に限定されないが、粒状物に摩擦調整材を選択したときには例えば、粒状物を5質量%以上40質量%以下、気泡剤を5質量%以上20質量%以下、の割合とすることができる。この範囲内にすることで粒状層が効果的に摩擦調整機能を発揮し、さらに繊維層上からの剥離や粒状層の破壊が起き難く湿式摩擦材の長期使用が可能となる。
これらの成分の配合順序等は限定されず、例えば、必要な材料を一括配合した液体を泡立ててもよく、泡立てながら各種成分を添加してもよい。
また、繊維層11への泡状組成物の塗布量は1質量以上10質量%以下と少量で充分あり、このような少量の塗布量で良好な摩擦特性を得た湿式摩擦材用基材となる。そして、泡状塗工層形成工程は、抄造した繊維層11を乾燥させる前の湿潤段階や乾燥後の乾燥段階で実施することができる。
このように泡状組成物を繊維層11に塗布する泡状塗工層形成工程では、形成する塗工層が泡状であるため、繊維層11内部へ泡状組成物が浸透せず、泡状塗工層として繊維層11の表面の繊維に付着して繊維層11の表面に留めることができる。また、泡状塗工層は、これを構成する複数の泡同士の境界部分に粒状物121を包含した状態となっている。そして泡状組成物中には接着剤が含有されているためこの接着剤が粒状物表面に付着している。この状態で泡を破泡すると、粒状物121同士が付着している接着剤によって結合し粒状層12が形成される。このとき、結合した粒状物は全てが結合する訳ではなく泡の存在によって部分的に結合がなされない部分が生ずる。この結合が阻害された部分が気孔となることから、粒状層12は気孔を有することとなる。そして、粒状層12は繊維層11に浸透せずに形成されていることから繊維層11の気孔111が粒状物121によって閉塞されず、気孔111を維持することができる。このように、粒状層12の気孔形成と繊維層11の気孔維持によって湿式摩擦材用基材1の潤滑油に対する吸油性が維持されるのである。
破泡工程において破泡は、どのように行ってもよい。具体的には、放置することによって自然に破泡させることができる。また、加熱によって破泡することができる。更には、加圧よって破泡することができる。また、押圧よって破泡することができる。これらの破泡方法は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
[1]実施例品の調製
実施例1−2の湿式摩擦材用基材を調製した。
(1)泡状組成物の調製
アルキルエーテル系の気泡剤10質量%、ポリビニルエーテル系の接着剤10質量%、有機系の摩擦調整材(粒状物)20質量%、液状溶媒の水60質量%を混合して、全量100質量%の液体を得た。この得られた液体を攪拌混合することでアルキルエーテル系の気泡剤の作用により混合溶液は泡立ち泡状組成物とした。
気泡剤の配合量は、5質量%以上30質量%以下の範囲が好ましい。気泡剤の配合量は、5質量%未満の場合には、気泡が不足し、30質量%を超える場合には、塗工性が低下する。
接着剤の配合量は、5質量%以上30質量%以下の範囲が好ましい。接着剤の配合量は、5質量%未満の場合には、基材との接着性が得られない懸念があり、30質量%を超える場合には、塗工性が低下する。
粒状物の配合量は、5質量%以上40質量%以下の範囲が好ましい。粒状物の配合量は、5質量%未満の場合には、所望の摩擦特性が得られない懸念があり、40質量%を超える場合には、塗工性が低下する。
(2)泡状塗工層形成工程
上記(1)で得られた泡状組成物を塗工用ローラに付けて抄造により形成された繊維層11の一面に、実施例1では塗布量が繊維層11に対し0.04質量%となるように、実施例2では0.16質量%と実施例1の4倍多く塗布して繊維層11に泡状塗工層を形成した。本実施例では繊維層11は予め乾燥させた状態のものを使用した。
尚、上述の塗布量(実施例1:0.04質量%、実施例2:0.16質量%、実施例3:0.16質量%)は、粒状層と繊維層との合計に対する粒状層の質量割合(粒状層/(粒状層+繊維層))を意味する。
(3)破泡工程
上記(2)で得られた泡状塗工層そのまま放置させて、泡が自然に破泡されるのを待ち、粒状層12を形成した。
(4)表面状態の確認
上記工程によって形成させた実施例1の粒状層11の表面を、光学顕微鏡により300倍に拡大したデジタル画像を記録し、図2にその一部を示した。ここで、画像解析により繊維層11に付着した粒状層12の湿式摩擦材用基材1の摩擦面における粒状物121による表面占有率は8%であった。
(1)非泡状組成物の調製
実施例1に使用した泡状組成物から気泡剤を除いた成分、つまりポリビニルエーテル系の接着剤10質量%、有機系の摩擦調整材20質量%、液状溶媒の水70質量%を混合して、粒状層を形成する塗工用の分散剤(非泡状組成物)を得た。
(2)粒状層形成工程
上記(1)で得られた非泡状組成物を実施例品と同様に塗布量0.16質量%で塗工用ローラを用いて繊維層の一面に塗工し粒状層を形成した。
(3)表面状態の確認
上記(2)で得られた粒状層の表面を、光学顕微鏡により300倍に拡大したデジタル画像を記録し、図3にその一部を示した。
比較例1の湿式摩擦材用基材を調製した。
〈1〉比較例1
(1)湿式摩擦材用基材の調整
繊維を抄造する際の分散液に実施例と同じ有機系の摩擦調整材を20質量%配合させて抄造し、従来と同じ湿式摩擦材用基材を得た。
(2)表面状態の確認
実施例1と同様、湿式摩擦材用基材の表面を光学顕微鏡により300倍に拡大したデジタル画像を記録し、図4にその一部を示した。
〈1〉静摩擦係数μsの測定
上記[1]で得られた実施例1−2及び上記[2]で得られた比較例1の各湿式摩擦材用基材にフェノール樹脂を含浸させた後、含浸させた湿式摩擦材用基材を金属製の平板リング状のコアプレート(外径140mm、内径110mm)の表裏の両面に加圧加熱により接合して、評価用湿式摩擦材を得た。
上記評価用湿式摩擦材を各々3枚利用して、SAE摩擦試験機(SAE#2)を用い、回転数4000rpm、面圧0.7MPa、油温100℃、油量Is:0.343kg/m3(完全浸漬)の条件でμsの測定を行った。その結果を表1に示した。
上記[1]で得られた実施例2〜3及び上記[2]で得られた比較例1の各湿式摩擦材を、各々3枚利用して、LVFA試験機を用い、回転数0−1000−0rpm、面圧0.7MPa、油温40℃、油量1000mL/minの条件でμ−Vの測定を行った。その結果を表2に示した。
図2(実施例1)と図4(比較例1)を比較すると、実施例1は配合量を大幅に減少させても、従来の抄紙のように粒状物を繊維と共に抄造した湿式摩擦材用基材と略同じ量の粒状物を湿式摩擦材用基材の摩擦面に配することができることが明らかになった。
更に、図2(実施例1)と図3(実施例3)を比較すると、抄造した繊維層に粒状物を泡状にしないで塗工(非泡塗工)すると、繊維層11の繊維間に形成された気孔111を粒状物121が閉塞してしまう(実施例3)が、泡状にして塗工(泡塗工)すると繊維層11内部に粒状物が存在せず気孔111を閉塞しない(実施例1)ことが分かる。
以上実施例と比較例の表面観察と評価結果から、本発明は、従来の繊維層内へ摩擦調整材等の粒状物を無駄に含有させないで必要な量だけを粒状層として繊維層の摩擦面側となる一面に付着させて形成し、これによって摩擦特性等の所望特性を摩擦面に発現させることができる。この際、粒状層は繊維層の摩擦面側の気孔を閉塞することがなく所望の気孔を有し潤滑油に対し従来品同様の吸油性を維持可能としている。従って、本発明の湿式摩擦材用基材は、粒状物の配合量を大幅に減して湿式摩擦材用基材の摩擦面において所望特性を容易に得ることができ、性能向上、軽量化、コスト低減を可能とする。
11;繊維層、111;気孔、112;繊維、
12;粒状層、121;粒状物。
Claims (4)
- 抄造によって形成された繊維層と、前記繊維層の一面に粒状物によって形成された気孔を有する粒状層と、を備え、
前記気孔を有する粒状層は、前記繊維層の前記一面の繊維に付着して形成されていることを特徴とする湿式摩擦材用基材。 - 前記粒状層は、前記粒状物を含んだ泡状組成物を前記繊維層の前記一面に塗布して得られた泡状塗工層から泡を破泡させることで得られることを特徴とする請求項1に記載の湿式摩擦材用基材。
- 前記粒状物として、摩擦調整材を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の湿式摩擦材用基材。
- 抄造された繊維層の一面に、粒状物を含んだ泡状組成物を塗布して、前記粒状物を含んだ泡状塗工層を形成する泡状塗工層形成工程と、
前記泡状塗工層を構成する泡を破泡して気孔を有する粒状層を形成する破泡工程と、を備えることを特徴とする湿式摩擦材用基材の製造方法。
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