JP2017101106A

JP2017101106A - 摺動部品の摩擦材及びその製造方法

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Publication number: JP2017101106A
Application number: JP2015233036A
Authority: JP
Inventors: 石上　英征; Hidemasa Ishigami; 英征石上; 竹田　敏和; Toshikazu Takeda; 敏和竹田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP6668707B2

Abstract

【課題】膜表面が高温になっても熱を逃がすことができると共に樹脂の劣化を起こしにくい摺動部品の摩擦材及びその製造方法を提供する。【解決手段】カーボン繊維のトウを平織りしたカーボンクロス１５を用いた摩擦材１４である。カーボンクロス１５は、単繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウ１６を平織りしたものからなり、その平織りしたカーボンクロス１５を、フェノール樹脂を用いて摺動部品の表面に複数枚積層し、これを加熱、加圧して摩擦材１４としたものである。【選択図】図１

Description

本発明は、シンクロナイザーリングなどの摺動部品の摺動面に使われる摺動部品の摩擦材及びその製造方法に関するものである。

従来、シンクロナイザーリングに使われているカーボン摩擦材は、カーボン粒子、カーボンファイバー、ウォラストナイト、銅合金粒子をフェノール樹脂で固めた複合材で構成される。

この粒子を固めたカーボン摩擦材は、銅合金シンクロ、樹脂シンクロ及びモリブデン溶射シンクロなどからなる摩擦材と比べて耐久性に優れており、最近採用が増えてきている。

特開平０５−２４７４４７号公報特開２００５−１６３０１１号公報特開２０１３−１５５３３０号公報特許第５５１６８２８号公報

しかし、このカーボン摩擦材の弱点は、飛びシフトなど高負荷がかかり膜表面が３００℃以上になるような場合にフェノール樹脂が熱劣化し、膜がボロボロと崩れて異常摩耗してしまう問題がある。

すなわち、従来のカーボン摩擦材としての膜は、補強材として熱伝導の悪いウォラストナイトが使われており、また、カーボンファイバーは短繊維のものが使われているため、摩擦面に発生した熱が逃げにくく蓄熱してしまう。そのため、膜が高温になりフェノール樹脂が劣化し、複合材が破壊され異常摩耗を起こしてしまう問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、膜表面が高温になっても熱を逃がすことができると共に樹脂の劣化を起こしにくい摺動部品の摩擦材及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、カーボン繊維のトウを平織りしたカーボンクロスを用いて摩擦材としたことを特徴とする摺動部品の摩擦材である。

前記カーボンクロスは、単繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウを平織りしたものからなる。

また本発明は、平織りしたカーボンクロスを、フェノール樹脂を用いて摺動部品の表面に複数枚積層し、これを加熱、加圧して摩擦材としたことを特徴とする摺動部品の摩擦材の製造方法である。

カーボンクロスが、単繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウを平織りして形成されるものである。

平織りしたカーボンクロスの表面に高熱伝導粒子を塗し、その高熱伝導粒子を塗したカーボンシートを２〜３枚積層するのが好ましい。

前記高熱伝導粒子が、１００〜５００μｍのミルフィーユ状の球状カーボンからなるのが好ましい。

摺動部品の表面に、カーボンナノチューブを混ぜた接着剤を塗布した後、前記カーボンクロスを重ね、その前記カーボンクロスの表面にフェノール樹脂を塗布すると共に前記高熱伝導粒子を塗し、その表面に前記高熱伝導粒子を塗した前記カーボンクロスを複数枚積層した後、前記接着剤と前記フェノール樹脂を半硬化させ、しかる後、成形治具にて加熱加圧して摩擦材とするのが好ましい。

本発明は、平織りしたカーボンクロスを用いて摩擦材とすることで、熱伝導性がよく樹脂の劣化もない摩擦材とすることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の摩擦材に用いるカーボンクロスの詳細を示す概略図である。本発明の摩擦材の製造方法の一実施の形態を示す図である。本発明の摩擦材が適用されるシンクロナイザーリングの部分断面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず図３により、本発明の摩擦材が適用される摺動部品としてのシンクロナイザーリング１０を説明する。

リング本体１１の外周面には、ギヤコーン（図示せず）と噛合するスプライン１２が形成され、リング本体１１の内周のテーパ面１３に摩擦材１４が接着されてシンクロナイザーリング１０が構成される。

さて、本発明の摩擦材１４は、図１に示すように平織りしたカーボンクロス１５で構成したものである。

カーボンクロス１５は、カーボン繊維太さφ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウ（ｔｏｗ）１６を平織りして形成される。

このカーボンクロス１５の表面には、高熱伝導粒子として、ミルフィーユ状の球状カーボン粒子１７が分散されたカーボンクロス１５を用いて摩擦材１４を構成する。

図２は、リング本体１１のテーパ面１３に接着する摩擦材１４の製造法を示したものである。

平織したカーボンクロス１５の表面に内部構造がミルフィーユ状等の球状カーボン粒子１７を分散させ、液体フェノール樹脂を薄く塗布して８０℃に加熱し半硬化させる。この球状カーボン粒子１７が分散されたカーボンクロス１５ａ、１５ｂ、１５ｃを積層し加熱・加圧することで所定の厚さの摩擦材１４を製造する。

カーボンクロス１５のカーボン繊維は、周方向及び幅方向に連続しているため飛びシフトなどの高負荷で生じるシンクロ表面の摩擦熱を速く逃がすことで膜の劣化が防げる。

この繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウ１６を織り込むことで、厚さ０．２ｍｍ程度のカーボンクロス１５とすることができる。カーボンクロス１５の織り方は、綾織りでは、柔軟性はあるものの交差したトウがずれやすく、縦と横のトウを交互に１本ずつ交差して織り込んだ平織りしたカーボンクロス１５を用いることで、膜強度を向上できる。

球状カーボン粒子１７を塗す理由は、カーボンクロス１５は、繊維方向には熱が良く伝わるが、積層した膜の厚さ方向には間に樹脂があるため伝わりにくい。そこで球状カーボン粒子１７を塗してカーボンクロス１５とカーボンクロス１５が球状カーボン粒子１７でつながるようにすることで厚さ方向にも熱が伝わり、その熱がシンクロナイザーリングのリング本体１１の鉄基材に逃げて行くるようになる。

また、織物状のカーボンクロス１５を用いる理由は、トウ１６を織ることで表面が波打っているため、表面の凹凸が大きく、シンクロ時の油切れ（油排出性）に優れるといった効果があると共に縦と横のトウの交差部で形成された凹部にミルフィーユ状の球状カーボン粒子１７が嵌ってずれにくくなる効果がある。

カーボンクロス１５に分散させるミルフィーユ状の球状カーボン粒子１７の粒径は、カーボンクロス１５の厚さが約０．２ｍｍであり、１００μｍ〜５００μｍであれば、交差部の凹部に嵌る径となって好ましい。

また、球状カーボン粒子の分散量は、１ｃｍ²の正方形エリアの中に１０〜１５０個とする。

積層するカーボンクロス１５は、図２では、３枚積層したが、２枚でも、また４枚以上積層しても良い。

次に、ミルフィーユ状の球状カーボン粒子１７を塗したカーボンクロス１５を積層して摩擦材１４を製造する具体例を説明する。

（Ａ）カーボンクロスの前処理
（１）カーボンクロスの前処理として、アセトンをカーボンクロスの表面にスプレー噴霧する。これにより細部にまでアセトンが浸透し、カーボンンクロス中の、油分、樹脂分が除去される。

（２）（１）で前処理したカーボンクロスに、１０〜２５％フェノール樹脂希釈液をカーボンクロスに噴霧する。全体に万遍なく噴霧した後に表面を刷毛などで伸ばす。

（３）シンクロリングのテーパ面の径に合わせてアーチ形に形を付けた金網に（２）のカーボンクロスをのせ、１４０〜１５０℃、３０分の熱処理を行う。

（４）シンクロリングのテーパ面に合わせて、所定の形状にはさみなどでカットする。

（Ｂ）シンクロナイザーリングの接合面の樹脂
リング本体のテーパ面である接合面を予めブラスト処理しておく。この接合面に、カーボンナノチューブとしてＶＧＣＦ（登録商標）を１〜６％添加した３０〜７５％希釈フェノール樹脂を刷毛塗する。ＶＧＣＦ１〜６％の添加は、フェノール樹脂成分の凝集を防止するためである。

また刷毛塗であるが目地が隠れる程度でよい、あまり厚くなるとカーボンクロスに樹脂成分が流動するので好ましくない。この接着剤を塗布後、１００〜１２０℃−３０分加熱処理する。

（Ｃ）カーボンクロス接合樹脂の塗布
（Ａ）の前処理でカットされたカーボンクロス片は、リング本体１１のテーパ面に、下層カーボンクロス１５ａ、中間カーボンクロス１５ｂ、上層カーボンクロス１４ｃとして重ねて成形する。

この際、テーパ面に３０〜７５％希釈ＶＧＣＦ入りフェノール樹脂を塗布しておき、また、各カーボンクロス１５ａ、１５ｂ、１５ｃの表面には、１０〜５０％フェノール樹脂を刷毛で塗布した後、その樹脂表面にミルフィーユ状の球状カーボン粒子を塗しおく。この後、接着剤を塗布したテーパ面に、１０〜５０％フェノール樹脂を塗布すると共にミルフィーユ状の球状カーボン粒子１７を塗した各カーボンクロス１５ａ、１５ｂ、１５ｃを、積層し、この状態で１００〜１２０℃−３０分加熱処理する。

下層カーボンクロス１５ａと中間カーボンクロス１５ｂに塗した球状カーボン粒子１７は、膜の厚さ方向の熱伝導性を良くする目的であり、ギヤコーンと接触する上層カーボンクロス１５ｃに塗す球状カーボン粒子１７は、摩擦係数の調整のためである。

１１０℃−３０分加熱処理により、各カーボンクロス１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、リング本体のテーパ面に仮接合される。

（Ｄ）摩擦材の成形
（Ｃ）で、カーボンクロス１５ａ、１５ｂ、１５ｃを仮接合したリング本体１１を、成形治具に移して加熱プレスにセットする。この際、加熱プレスの上下天板は約１９０℃に設定しておき加圧しない状態に保持する。

次に、リング本体温度が１１０℃になったところで（治具温度が１４０℃）上下天板にて受圧部が５０〜１５０ｋｇ／ｃｍ²になる圧力をかけて加圧する。

リング本体温度が１７０℃を超えてから３０分経過で、除圧し治具から外す。

その後、バリを除去した後、１９０℃で２時間アフターキュアして摩擦材が完成する。

このように、本発明は、カーボンクロスを積層した膜にすることで繊維がつながった構造物になるため膜強度が高く耐摩耗性に優れる摩擦材とすることができる。また、カーボンファイバーが円周方向及びリング厚さ方向につながっているため熱が速く逃げ樹脂の劣化を起こしにくい。

さらにカーボンクロスとカーボンクロスの間にカーボン粒子を塗すことで膜厚さ方向にも熱を逃がすことで膜の蓄熱を抑えることができる。

カーボンクロスはカーボンファイバーを束ねたトウを平織りしただクロス状のものであり膜強度を向上させることができる。

カーボンファイバーにはＰＡＮ系とピッチ系があるが、特にピッチ系を用いることで、摩擦材の熱伝導性が良好となる。さらに、耐摩耗性を主にしたものはＰＡＮ系が良好となる。

１１リング本体
１４摩擦材
１５カーボンクロス
１６トウ

Claims

カーボン繊維のトウを平織りしたカーボンクロスを用いて摩擦材としたことを特徴とする摺動部品の摩擦材。
前記カーボンクロスは、単繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウを平織りしたものからなる請求項１記載の摺動部品の摩擦材。
平織りしたカーボンクロスを、フェノール樹脂を用いて摺動部品の表面に複数枚積層し、これを加熱、加圧して摩擦材としたことを特徴とする摺動部品の摩擦材の製造方法。
カーボンクロスが、単繊維太さ７〜１５μｍのカーボン繊維を３０００〜６０００本束ねたトウを平織りして形成される請求項３記載の摺動部品の摩擦材の製造方法。
平織りしたカーボンクロスの表面に高熱伝導粒子を塗し、その高熱伝導粒子を塗したカーボンシートを２〜３枚積層した請求項３又は４記載の摺動部品の摩擦材の製造方法。
前記高熱伝導粒子が、１００〜５００μｍのミルフィーユ状の球状カーボンからなる請求項５記載の摺動部品の摩擦材の製造方法。
摺動部品の表面に、カーボンナノチューブを混ぜた接着剤を塗布した後、前記カーボンクロスを重ね、その前記カーボンクロスの表面にフェノール樹脂を塗布すると共に前記高熱伝導粒子を塗し、その表面に前記高熱伝導粒子を塗した前記カーボンクロスを複数枚積層した後、前記接着剤と前記フェノール樹脂を半硬化させ、しかる後、成形治具にて加熱加圧して摩擦材とする請求項５又は６記載の摺動部品の摩擦材の製造方法。