JP4877758B2

JP4877758B2 - クラッチフェーシング

Info

Publication number: JP4877758B2
Application number: JP2006190189A
Authority: JP
Inventors: 正博勝川
Original assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: EP1878936B1; EP2339200A1; EP1878936A2; EP1878936A3; JP2008019896A; EP2339200B1

Description

本発明は、乾式のクラッチフェーシング、例えば、自動車等の車両に用いられるクラッチのクラッチフェーシングに関し、特に、耐摩耗性・回転破壊強度・耐ジャダー性を向上させたクラッチフェーシングに関するものである。

自動車等の車両に用いられるクラッチにおいては、半クラッチが多用される等の高負荷領域で使用されることによってクラッチフェーシングが非常に高温となるため、耐摩耗性等が問題となる場合が多い。特に、近年においては、クラッチフェーシングに対するニーズとして、エンジンの高出力化による耐磨耗性の向上、エンジンの高回転化による回転破壊強度の向上、ドライバビリティを向上させるための耐ジャダー性の向上が強く望まれている。

そこで、本出願人等は、かかる問題を解決するために、クラッチフェーシングを始めとする摩擦材の発明にかかる特許出願をした（特許文献１）。この特許文献１に記載の摩擦材の発明は、基材、無機添加剤、結合剤、摩擦調整剤などを一体的に形成したレジンモールド系摩擦材の摩擦面上に、モース硬度が７以下の無機充填剤を含有するゴム皮膜を形成したものであり、ここで無機充填剤としては、炭酸カルシウム粉末、炭酸バリウム粉末、珪藻土粉末、クレー粉末が用いられている。
これによって、従来のクラッチフェーシングでは低かった初期摩擦係数を高くすることができるクラッチフェーシングが得られている。
特開平１−２０６１２８号公報

しかし、特許文献１に記載のクラッチフェーシングを始めとする摩擦材の発明においては、摩擦材の表面にトルエンに溶解させた配合ゴムを塗布することによってゴム皮膜を形成しているため、ゴム皮膜の厚さが１０μｍ〜１００μｍと薄く、クラッチフェーシングの摩耗代が１．４ｍｍ程度であることを考えると、初期摩擦係数を高くする効果は極めて初期のみに限定される。また、この構成では、回転破壊強度の向上及び耐ジャダー性の向上という効果は得られないという問題点があった。

そこで、本発明は、配合ゴムを構成材料とするクラッチフェーシングの配合ゴム中に無機フィラーとして所定体積範囲内の珪藻土を混入することによって、配合ゴムの高温強度を大幅に向上させ、耐摩耗性・回転破壊強度・耐ジャダー性に優れたクラッチフェーシングを提供することを課題とするものである。

請求項１の発明にかかるクラッチフェーシングは、配合ゴムと、ガラス繊維と、ガラス繊維含浸用合成樹脂とを含有するクラッチフェーシングであって、前記配合ゴムに対する接触面積が大きく、補強効果も高い珪藻土を、前記配合ゴム中に前記配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で配合し、前記配合ゴムの高温強度を向上したものである。ここで、「珪藻土」とは、太古の海、水中に生息していた単細胞の植物性プランクトンであるケイソウの死骸が水底に堆積して化石化して形成された土をいう。

また、前記ガラス繊維含浸用合成樹脂は、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂またはエポキシ樹脂である。そして、前記珪藻土を２００℃での引張強度及び回転破壊強度を向上させる補強材としたものである。

請求項２の発明にかかるクラッチフェーシングは、請求項１の構成において、前記配合ゴムは、ゴム、硫黄、加硫促進剤、熱硬化性樹脂粉末、レジンダスト、及び前記珪藻土を含有するものである。ここで、「ゴム」としてはＮＢＲ（アクリロ二トリルーブタジエンーラテックス）ゴム、ＳＢＲ（スチレンーブタジエンーラテックス）ゴム、天然ゴム、またはこれらの混合物等を用いることができる。また、「熱硬化性樹脂粉末」としてはフェノール樹脂粉末、変性フェノール樹脂粉末、エポキシ樹脂粉末、またはこれらの混合物等を用いることができる。更に、「レジンダスト」としてはメラミン樹脂ダスト、カシュ−樹脂ダスト、またはこれらの混合物等を用いることができる。

請求項１の発明にかかるクラッチフェーシングは、配合ゴムと、ガラス繊維と、ガラス繊維含浸用合成樹脂とを含有するクラッチフェーシングであって、配合ゴム中に配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内、より好ましくは３ｖｏｌ％〜１３ｖｏｌ％の範囲内の珪藻土を配合したものである。

ここで、「珪藻土」とは、太古の海、水中に生息していた単細胞の植物性プランクトンであるケイソウの死骸が水底に堆積して化石化して形成された土をいう。ケイソウの体は、ガラスと同じ二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ，シリカ）の殻で覆われており、この殻には無数の孔が規則正しく開いていて、その孔の大きさは近年壁材として使用されている木炭の数千分の一と極めて微小であることから吸湿性・有害化学物質等の吸着性に優れているため、最近は優れた建材、特に壁材として多用されるようになっている。

かかる特性を有する珪藻土を、配合ゴムを構成材料とするクラッチフェーシングの配合ゴム中に混入することによって、配合ゴムの強度、特に高温強度を向上させることができる。ここで、本発明者は、珪藻土を配合ゴムにどのくらいの量だけ配合したら良いのかについて、鋭意実験研究を重ねた結果、配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内、より好ましくは３ｖｏｌ％〜１３ｖｏｌ％の範囲内の珪藻土を配合することによって、クラッチフェーシングとして極めて良好な特性が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

即ち、珪藻土の配合量が配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％未満であると、珪藻土によって配合ゴムの強度が向上する効果を殆ど得ることができず、一方珪藻土の配合量が配合ゴム全体に対して１８ｖｏｌ％を超えると、配合ゴムの粘度が著しく増加して配合ゴムを混練することができなくなってしまうからである。更に、配合ゴムの加工性を考慮すると、珪藻土の配合量が１３ｖｏｌ％を超えて１８ｖｏｌ％までの範囲内においては、配合ゴムの粘度が増加して容易には混練することができなくなるため、配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１３ｖｏｌ％の範囲内の珪藻土を配合することがより好ましい。

このように配合ゴムに珪藻土を適切な量だけ配合することによって、前述の如く珪藻土は無数の孔を有していることから接触面積が大きく、補強効果も大きいため、耐摩耗性及び回転破壊強度を向上させることができる。また、ジャダー現象は半クラッチでクラッチフェーシングのゴム部分が摩擦熱で軟化し、係合終了際にクラッチフェーシングが相手材に食いつくことによって振動が発生するものと考えられるが、珪藻土を配合することによって摩擦熱でゴム部分が軟化し難くなり、相手材への食いつきが減少するため耐ジャダー性を向上させることができる。

そして、前記珪藻土を２００℃での引張強度及び回転破壊強度を向上させる補強材としたものであるから、配合ゴムに珪藻土を混入することによって高温強度を向上させ、特に、珪藻土を配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で配合した配合ゴムを使用したクラッチフェーシングは、耐摩耗性、回転破壊強度、耐ジャダー性が向上する。

更に、ガラス繊維含浸用合成樹脂が、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂またはエポキシ樹脂の何れかであるクラッチフェーシングにおいては、ガラス繊維含浸用合成樹脂としてどのような種類のものを用いても同様の効果が得られるものと考えられるが、特に、これらのフェノール樹脂、変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂は容易に入手できるとともに耐熱性に優れているため、クラッチフェーシングの材料としてのガラス繊維含浸用合成樹脂として好ましい。

このようにして、配合ゴムを構成材料とするクラッチフェーシングの配合ゴム中に無機フィラーとして所定体積範囲内の珪藻土を混入することによって、配合ゴムの高温強度が大幅に向上して、耐摩耗性・回転破壊強度・耐ジャダー性に優れたクラッチフェーシングとなる。

請求項２の発明にかかるクラッチフェーシングにおいては、配合ゴムが、ゴム、硫黄、加硫促進剤、熱硬化性樹脂粉末、レジンダスト、及び珪藻土を含有する。ここで、「ゴム」としてはＮＢＲ（アクリロ二トリルーブタジエンーラテックス）ゴム、ＳＢＲ（スチレンーブタジエンーラテックス）ゴム、天然ゴム、またはこれらの混合物等を用いることができる。また、「熱硬化性樹脂粉末」としてはフェノール樹脂粉末、変性フェノール樹脂粉末、エポキシ樹脂粉末、またはこれらの混合物等を用いることができる。更に、「レジンダスト」としてはメラミン樹脂ダスト、カシュ−樹脂ダスト、またはこれらの混合物等を用いることができる。

本発明者は、配合ゴムの成分として適切な材料について鋭意実験研究の結果、ＮＢＲゴム、ＳＢＲゴム、天然ゴムを始めとするゴム成分を中心として、これに加硫剤としての硫黄、加硫促進剤、熱硬化性樹脂粉末、レジンダスト、及び所定体積範囲内の珪藻土を含有する場合にクラッチフェーシングとして最も優れた特性が発揮されることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

次に、本発明の実施の形態にかかるクラッチフェーシングについて、図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態にかかるクラッチフェーシングの配合ゴムに用いた珪藻土の構造を示す電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

まず、クラッチフェーシングを形成する配合ゴム単品における、珪藻土の配合量（ｖｏｌ％）と強度向上の効果の関係について測定実験を行った。配合ゴムは、ゴム（ＮＢＲゴム、ＳＢＲゴム及び天然ゴムの混合物）、カーボンブラック、硫黄、加硫促進剤、熱硬化性樹脂粉末としてのフェノール樹脂粉末、レジンダスト（メラミン樹脂ダスト及びカシュ−樹脂ダストの混合物）、そして無機フィラーとしての炭酸カルシウム及び珪藻土によって構成され、実施例１乃至実施例４の４種類の配合ゴムを作製し、次第に珪藻土の配合量（ｖｏｌ％）を増加させた。

具体的には、炭酸カルシウム及び珪藻土以外の成分は、実施例１乃至実施例４において、ゴム３２ｖｏｌ％、カーボンブラック５ｖｏｌ％、硫黄３ｖｏｌ％、加硫促進剤２ｖｏｌ％、フェノール樹脂粉末２０ｖｏｌ％、レジンダスト２０ｖｏｌ％と一定量として、炭酸カルシウム及び珪藻土の量を計１８ｖｏｌ％として合計で１００ｖｏｌ％となるようにし、珪藻土の量を３ｖｏｌ％、８ｖｏｌ％、１３ｖｏｌ％、１８ｖｏｌ％、と変化させて、それに対応して炭酸カルシウムの量を減らした。

更に、比較例として、炭酸カルシウム及び珪藻土以外の成分及び量は実施例１乃至実施例４と全く同一で、珪藻土を全く使用しない配合ゴムをも作製した。実施例１乃至実施例４及び比較例の配合ゴムの各配合を、表１の上段に示す。

表１に示される実施例１乃至実施例４及び比較例の配合ゴムを金型に押し込み、面圧１５ＭＰａ、温度１６５℃で数回のガス抜きを行い、２分３０秒の成形を行って得られた成形体を２００℃で５時間熱処理を行い、その後表裏を研磨した。そこから引張試験用のテストピース（ダンベル形状）を切り出して、引張試験機（オートグラフ）を用いて引張速度５ｍｍ／ｍｉｎにて、高温引張強度試験（２００℃雰囲気において実施）を行った。その結果を、表１の最下段に示す。

表１に示されるように、実施例１乃至実施例４の配合ゴムの高温引張強度は比較例の配合ゴムと比較して飛躍的に向上しており、配合ゴムに珪藻土を混入することによって高温強度を向上させることができることが判明した。但し、表１には示されていないが、珪藻土の混入量を実施例１の３ｖｏｌ％よりも少なくすると殆ど強度は向上せず、また珪藻土の混入量を実施例４の１８ｖｏｌ％よりも多くしても、強度向上効果は増大しないばかりか、配合ゴムの粘度が著しく上昇して混練が困難になるという問題が生じた。従って、珪藻土の混入量は配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内とすべきであることが分かった。

このように、配合ゴムに珪藻土を混入することによって高温強度が向上するのは、図１に示されるように、珪藻土は非常に複雑な形状を有しているとともに、前述の如く、微細な孔が無数に開いているためにゴムに対する接触面積が大きく、従って補強効果も高いことによるものと考えられる。

次に、これらの実施例１乃至実施例４及び比較例の配合ゴムを用いて実際にクラッチフェーシングを作製して、その性能を評価した。具体的には、ガラス繊維にガラス繊維含浸用合成樹脂としてのフェノール樹脂を含浸させ、更に実施例１乃至実施例４及び比較例の配合ゴムをそれぞれ付着させて所定の大きさに巻き取り、金型に押し込み、面圧１５ＭＰａ、温度１６５℃で数回のガス抜きを行い、２分３０秒の成形を行って得られた成形体を２００℃で５時間熱処理を行い、その後表裏を研磨した。ガラス繊維：フェノール樹脂：配合ゴムの体積比は、全て２：１：７とした。

クラッチフェーシングのサイズは外径Φ２３６ｍｍ×内径Φ１５０ｍｍ×厚さ３．５ｍｍとした。摩耗摩擦試験の試験条件は、慣性３．９ｋｇｍ² 、回転数１５００ｒｐｍ、温度（プレッシャープレート温度）３００℃、係合回数２０００回とした。また、回転破壊試験の試験条件は、温度（雰囲気温度）２００℃、回転数は３０００ｒｐｍから２００ｒｐｍ／ｓで破壊するまで回転数を上昇させて行った。実施例１乃至実施例４及び比較例の配合ゴムを用いたクラッチフェーシングについての試験結果を表２にまとめて示す。

表２に示されるように、実施例１乃至実施例４に係るクラッチフェーシングと比較例に係るクラッチフェーシングとを比較すると、摩擦摩耗試験においては、最小摩擦係数μ及び安定摩擦係数μについては際立った相違はないが、摩耗量が比較例に比べて実施例１は明らかに減少しており、更に実施例２，実施例３，実施例４と、より減少している。これによって、珪藻土を配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で配合した配合ゴムを使用したクラッチフェーシングは、耐摩耗性が向上することが分かる。

また、回転破壊試験においても、実施例１乃至実施例４に係るクラッチフェーシングは比較例に係るクラッチフェーシングよりも明らかに破壊に至るまでの回転数が増大しており、回転破壊強度が向上している。更に、ジャダー特性についても、実施例１に係るクラッチフェーシングは比較例に係るクラッチフェーシングに比べて半分の振動に収まっており、実施例２，実施例３，実施例４と、より減少している。これによって、珪藻土を配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で配合した配合ゴムを使用したクラッチフェーシングは、回転破壊強度及び耐ジャダー性が向上することが分かる。

このようにして、本実施の形態に係るクラッチフェーシングにおいては、配合ゴムを構成材料とするクラッチフェーシングの配合ゴム中に無機フィラーとして３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で珪藻土を混入することによって、配合ゴムの高温強度が大幅に向上して、耐摩耗性・回転破壊強度・耐ジャダー性が向上することが明らかになった。

本実施の形態においては、ガラス繊維含浸用合成樹脂としてフェノール樹脂を用いた例について説明したが、変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂を始めとするその他の熱硬化性樹脂の粉末または粉末状でない熱硬化性樹脂を用いることもできる。特に、これらのフェノール樹脂、変性フェノール樹脂、エポキシ樹脂は容易に入手できるとともに耐熱性に優れているため、クラッチフェーシングの材料としてのガラス繊維含浸用合成樹脂として好ましい。

本発明を実施するに際しては、クラッチフェーシングのその他の部分の組成、成分、配合量、材質、大きさ、作製方法等についても、本実施の形態に限定されるものではない。

図１は本発明の実施の形態にかかるクラッチフェーシングの配合ゴムに用いた珪藻土の構造を示す電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。

Claims

配合ゴムと、ガラス繊維と、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂またはエポキシ樹脂の何れかからなるガラス繊維含浸用合成樹脂とを含有するクラッチフェーシングであって、
前記配合ゴムに対する接触面積が大きく、補強効果も高く、２００℃での引張強度及び回転破壊強度を向上させる補強材である珪藻土を、前記配合ゴム中に前記配合ゴム全体に対して３ｖｏｌ％〜１８ｖｏｌ％の範囲内で配合し、前記配合ゴムの高温強度を向上したことを特徴とするクラッチフェーシング。
前記配合ゴムは、ゴム、硫黄、加硫促進剤、熱硬化性樹脂粉末、レジンダスト、及び前記珪藻土を含有することを特徴とする請求項１に記載のクラッチフェーシング。