JP2020536204A - 二層式の湿式摩擦材 - Google Patents

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湿式摩擦材を製造する方法を提供する。この方法は、基層シートを入手するステップと、外層シートを入手するステップと、外層シートと基層シートとを互いに積層して湿式摩擦材を形成するステップと、を含む。基層シートは、所定の割合の第１の繊維材料および所定の割合の第１の充填材を有しており、外層シートは、所定の割合の第２の繊維材料および所定の割合の第２の充填材を有している。第２の繊維材料の割合は、第１の繊維材料の割合よりも低く、第２の充填材の割合は、第１の充填材の割合よりも高い。

Description

本開示は、一般に、トルクコンバータおよび自動車トランスミッションに用いられる摩擦クラッチおよび摩擦板に関し、より具体的には湿式摩擦材に関する。
湿式摩擦クラッチに用いられる摩擦材は、一般にオイルに浸漬された環境で機能し、摩擦材リングを形成するために使用される、紙を基礎とした材料であることが多い。大抵の従来技術による湿式摩擦材は、基礎紙の上部においてコーティング充填材を用いる。長網抄紙機における製紙過程の最中に、紙を基礎とした材料がコンベヤに沿って移動されるとき、機械のウェットエンドにおいて基礎材料の上部に、ＣＥＬＩＴＥという商品名で販売される珪藻土を直接に噴射または散布することが知られている。この過程は、極めて大きな体積の紙には適しているが、初期硬化中に多量の廃棄物が出ることから、比較的小さな体積の製品には実用的でない。
米国特許出願公開第２０１７００８９４１５号明細書には、紙複合材を形成する基層と上層とを有し、レーザにより上面に形成された複数の孔を備える摩擦材が開示されている。
米国特許出願公開第２０１７／０２６１０５７号明細書、米国特許出願公開第２００６／０００８６３５号明細書、米国特許出願公開第２０１７／０３３５９１３号明細書および米国特許第９４９９７５９号明細書には、２つ以上の層を有する摩擦材が開示されている。
湿式摩擦材を製造する方法を提供する。この方法は、基層シートを入手するステップと、外層シートを入手するステップと、外層シートと基層シートとを互いに積層して湿式摩擦材を形成するステップと、を含む。基層シートは、所定の割合の第１の繊維材料および所定の割合の第１の充填材を有しており、外層シートは、所定の割合の第２の繊維材料および所定の割合の第２の充填材を有している。第２の繊維材料の割合は、第１の繊維材料の割合よりも低く、第２の充填材の割合は、第１の充填材の割合よりも高い。
本方法の実施形態によると、基層シートは第１の厚さを有しており、外層シートは第２の厚さを有しており、湿式摩擦材は、第１の厚さプラス第２の厚さに等しい全体厚さを有していてよく、第２の厚さは、全体厚さの１０％〜３０％であってよい。第２の充填材は、ディスク形の珪藻土から成っていてよい。第２の繊維材料は、セルロース繊維から成っていてよい。第１の充填材は、珪藻土、粘土および／またはグラファイトから成る群に属す１つ以上の充填材により形成されていてよい。第１の充填材は、珪藻土から成っていてよい。第１の繊維材料は、アラミド繊維およびセルロース繊維から成っていてよい。第１の繊維材料は、アラミド繊維から成っていてよい。第１の繊維の割合は、重量パーセントで基層シートの３５〜６０％であってよい。珪藻土は、重量パーセントで外層シートの３５〜５５％を形成していてよい。基層シートに対する外層シートの積層は、基層シートの孔母材中にバインダをもたらすことと、外層シートに熱および圧力を加え、外層シートと基層シートとを互いに固定することとを含んでよい。
金属部品を備え、金属部品に湿式摩擦材が固定されたクラッチアッセンブリも提供される。
湿式摩擦材も提供される。湿式摩擦材は、基層シートと、基層シートの上に積層された外層シートとを有している。基層シートは、所定の割合の第１の繊維材料および所定の割合の第１の充填材を有している。外層シートは、所定の割合の第２の繊維材料および所定の割合の第２の充填材を有している。第２の繊維材料の割合は、第１の繊維材料の割合よりも低い。第２の充填材の割合は、第１の充填材の割合よりも高い。
湿式摩擦材の実施形態では、基層シートは第１の厚さを有しており、外層シートは第２の厚さを有しており、湿式摩擦材は、第１の厚さプラス第２の厚さに等しい全体厚さを有していてよく、第２の厚さは、全体厚さの１０％〜３０％であってよい。第２の充填材は、珪藻土から成っていてよい。第２の繊維材料は、セルロース繊維から成っていてよい。第１の充填材は、珪藻土から成っていてよい。第１の繊維材料は、アラミド繊維から成っていてよいか、またはアラミド繊維およびセルロース繊維から成っていてよい。第１の繊維の割合は、重量パーセントで基層シートの３５〜６０％であってよい。珪藻土は、重量パーセントで外層シートの３５〜５５％を形成していてよい。
以下に、次の図面を参照して本開示を説明する。
本開示の一実施形態に基づく湿式摩擦材を形成するための基層シートおよび外層シートを示す図である。 基層シートに積層された外層シートを示す図である。 結果的に生じた、積層された湿式摩擦材を示す図である。 金属クラッチ部品に固定された湿式摩擦材を示す図である。 外層シートに開口を有する湿式摩擦材を備える、トルクコンバータのロックアップクラッチアセンブリを示す図である。
本開示は、セルロース繊維を少なくとも９０％（一実施形態ではセルロース繊維は１００％である）含むと共に高い割合の充填材を含み、合成繊維から形成された薄い基層シートの上部に積層された、効果的な摩擦性能を有する薄い層を設けることにより、例えば１５０℃以上の高温用途において耐久性および効果的な摩擦性能を示す湿式摩擦材の実施形態を提供する。
図１〜図４には、本開示の一実施形態に基づく湿式摩擦材およびクラッチアッセンブリを形成する方法が略示されている。湿式摩擦材基層１０が、外層シート１２とは別個に製造される。図１には、製紙過程中に摩擦調整剤が基層に添加される従来技術とは異なり、予め別体として形成された基層シート１０と外層シート１２とが示されている。
基層シート１０は、繊維、充填材およびバインダから形成された湿式摩擦材である。１つの好適な実施形態では、繊維は、重量パーセントで６０〜１００％の合成繊維、例えばアラミド繊維であるが、セルロース繊維、炭素繊維および／またはガラス繊維を含んでいてもよい。別の好適な実施形態では、繊維は、重量パーセントで７５〜９０％の合成繊維である。セルロース繊維は、コットンリンターまたは木材パルプの形態であってよい。充填材は、珪藻土および／または粘土であってよい。バインダは、フェノール樹脂、ラテックスまたはシランであってよい。選択的に、グラファイト等の摩擦調整剤が基層１０に含まれていてもよい。
外層シート１２は、繊維、充填材およびバインダを含む。繊維は、セルロース繊維から成っていてよい。充填材は、円筒形、ランダムまたは円盤形の珪藻土から成っている。１つの好適な実施形態では、珪藻土粒子は、３０〜８０ミクロンの平均径を有している。バインダは、フェノール樹脂、ラテックスまたはシランであってよい。選択的に、グラファイト等の摩擦調整剤が外層１２に含まれていてもよい。外層シート１２の組成は、基層シート１０よりも高い割合の充填材と、基層シート１０よりも低い割合の繊維とを含んでいるため、外層シート１２は、基層シート１０よりも多孔性が低いと共に高密度であり、基層シート１０よりも高い摩擦係数および基層シート１０よりも高い耐摩耗性を有している。層１０および１２の繊維は、２５〜３５ミクロンの平均径および１〜２ミリメートルの平均長さを有している。
いくつかの好適な実施形態では、基層１０は、重量パーセントで３５〜６０％の繊維、１５〜４０％の充填材および２０〜３０％のバインダを含む。より具体的には、高温の用途向けに、基層シートは、重量パーセントで３５〜５５％のアラミド繊維、いくつかの好適な実施形態では珪藻土のみから成る１５〜４０％の充填材、および２０〜３０％のバインダを含んでいてよい。
外層シート１２は、３５〜５５％の珪藻土、１５〜４０％のセルロース繊維および２０〜３０％のバインダから成っている。
図２には、積層により互いに接合された２つの別個の層１０，１２が示されている。積層は、ヒートプレート１４を用いて外層１２を基層１０に押し付けて、層１０，１２のうちの少なくとも一方でバインダを硬化させ、外層１２と基層１０とを互いに固定することを含む。バインダは、層１０，１２の繊維および充填材により形成された母材の孔内にもたらされる。外層シート１２の下面１２ｂが支持面上で支持されている間に、外層シート１２の外側表面１２ａに対するヒートプレート１４の押圧力が、外層シート１２の内側表面１２ｂと基層シート１０の外側表面１０ａとの接触面においてバインダを蓄積させる一方で、ヒートプレート１４の熱によるバインダの硬化が、基層シート１０と外層シート１２との間に永続的な結合を形成する。１つの好適な実施形態では、外層シートの外側表面１２ａに接触するプレート１４の表面１４ａの熱は、華氏３７５〜４２５度である。
層１０，１２は、接着剤または物理的な相互作用により互いに結合されており、物理的な相互作用には、水素結合および双極子−双極子相互作用が含まれていてよい。水素結合には、Ｆ，Ｏ，Ｎ原子のうちの１つと化学的に結合したＨ原子と、Ｆ，Ｏ，Ｎ原子のうちの、近傍に存在するもう１つの原子との間の分子間相互作用が含まれる。これらの相互作用は、主に極性化合物間に生じる。セルロースおよび珪藻土中のヒドロキシル基（-ＯＨ）の存在およびアラミド繊維中のアミド基（-ＮＨＣ＝Ｏ）の存在に基づき、紙配合物の別個の層間に水素結合が生じる。層１０，１２が合わせられると、これらは製造中に十分な結合強度を有することになり、最終用途における材料の主強度を提供するために、フェノール樹脂も使用することができる。
図３には、図２に関して説明したように基層シート１０と外層シート１２とを接合することにより形成された湿式摩擦材１６が示されている。湿式摩擦材１６は、外層シート１２が外側表面１２ａと内側表面１２ｂとの間の厚さＴ２を有し、基層シート１０は外側表面１０ａと下面１０ｂとの間の厚さＴ１を有するように形成されており、湿式摩擦材１６は、外側表面１２ａと下面１０ｂとの間の全体厚さＴ３を有している。１つの好適な実施形態では、外層シート１２の厚さＴ２は、全体厚さＴ３の１０〜３０％に等しく、したがって基層シート１０の厚さＴ１は、全体厚さＴ３の７０〜９０％である。
図４には、金属部品１８に結合された湿式摩擦材１６が示されている。より具体的には、基層シート１０の下面１０ｂまたは金属部品１８の表面１８ａに接着剤が塗布され、湿式摩擦材１６は、金属部品１８とは反対の側に表面１２ａを備えて金属部品１８に結合されている。
図５には、トルクコンバータ３４のロックアップクラッチアセンブリ３２のクラッチプレート３０の形態の金属部品の両側に結合された湿式摩擦材１６が示されている。ロックアップクラッチアセンブリ３２のピストン３６が、トルクコンバータ３４のフロントカバー３８の内側表面３８ａにクラッチプレート３０を押し付ける。ピストン３６は、湿式摩擦材１６の後方片の表面１２ａ（図３）に当接して、湿式摩擦材１６の前方片の表面１２ａを、フロントカバー３８の内側表面３８ａに押し付ける。ピストン３６によりフロントカバー３８にクラッチプレート３０を押し付けてロックアップクラッチアセンブリ３２をロックすることにより、トランスミッション入力軸に通じるトルクコンバータ３４内のトルクパスが、トルクコンバータ３４のインペラ４０およびタービン４２を迂回し、代わりにフロントカバー３８からクラッチプレート３０へ流れ、ダンパアセンブリ４４を通り、トルクコンバータ３４の出力ハブ４６に結合されたトランスミッション入力軸へ流れる。
前述の明細書では、本開示をその特定の例示的な実施形態および例を参照して説明してきた。しかしながら、これに対する様々な改良や変更が、以下の請求項に記載されるような、本開示のより広い思想および範囲から逸脱することなしに成されてよいことは明らかであろう。よって、本明細書および図面は、限定的というよりはむしろ例示的なものであるとみなされる。
１０ 基層シート
１０ａ 外側表面
１０ｂ 下面
１２ 外層シート
１２ａ 外側表面
１２ｂ 内側表面
１４ ヒートプレート
１４ａ 板表面
１６ 湿式摩擦材
１８ 金属部品
１８ａ 表面
３０ クラッチプレート
３２ ロックアップクラッチアセンブリ
３４ トルクコンバータ
３６ ピストン
３８ フロントカバー
３８ａ 内側表面
４０ インペラ
４２ タービン
４４ ダンパアセンブリ
４６ 出力ハブ

Claims (10)

  1. 湿式摩擦材を製造する方法であって、
    基層シートを入手するステップと、
    外層シートを入手するステップと、
    前記外層シートと前記基層シートとを互いに積層して湿式摩擦材を形成するステップと、を含み、前記基層シートは、所定の割合の第１の繊維材料および所定の割合の第１の充填材を有しており、前記外層シートは、所定の割合の第２の繊維材料および所定の割合の第２の充填材を有しており、前記第２の繊維材料の割合は、前記第１の繊維材料の割合よりも低く、前記第２の充填材の割合は、前記第１の充填材の割合よりも高い、湿式摩擦材を製造する方法。
  2. 前記基層シートは、第１の厚さを有しており、前記外層シートは、第２の厚さを有しており、前記湿式摩擦材は、前記第１の厚さプラス前記第２の厚さに等しい全体厚さを有しており、前記第２の厚さは、前記全体厚さの１０％〜３０％である、請求項１記載の方法。
  3. 前記第２の充填材は珪藻土から成り、該珪藻土は、重量パーセントで前記外層シートの３５〜５５％を形成している、請求項１記載の方法。
  4. 前記第２の繊維材料はセルロース繊維から成る、請求項１記載の方法。
  5. 前記第１の充填材は珪藻土から成る、請求項１記載の方法。
  6. 前記第１の繊維の割合は、重量パーセントで前記基層シートの３５〜６０％である、請求項１記載の方法。
  7. 前記基層および前記外層のうちの少なくとも一方がバインダを含み、前記基層に前記外層を積層し、該外層に熱および圧力を加え、前記バインダを介して前記外層と前記基層とを互いに固定する、請求項１記載の方法。
  8. 湿式摩擦材であって、
    基層シートと、
    前記基層シートの上に積層された外層シートと、を有しており、前記基層シートは、所定の割合の第１の繊維材料および所定の割合の第１の充填材を有しており、前記外層シートは、所定の割合の第２の繊維材料および所定の割合の第２の充填材を有しており、前記第２の繊維材料の割合は、前記第１の繊維材料の割合よりも低く、前記第２の充填材の割合は、前記第１の充填材の割合よりも高い、湿式摩擦材。
  9. 前記第２の充填材は珪藻土から成り、該珪藻土は、重量パーセントで前記外層シートの３５〜５５％を形成している、請求項８記載の湿式摩擦材。
  10. 前記第２の繊維材料はセルロース繊維から成る、請求項８記載の湿式摩擦材。
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