JP5702274B2 - 液体媒体中の摩擦用摩擦材料、及びそれに伴う装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体媒体中で摩擦を発現させる装置での使用を意図する摩擦材料に関する。

特にこの装置は、例えば自動車に装備されるトランスミッション・カップリング・パーツである。

特に、前記摩擦材料は、自動又はロボット化されたギアボックスに装着するよう意図されているが、このようなボックスに限定されるものではない。

例えばこのような摩擦材料は、特許文献１で開示されたタイプの同期リングの摩擦表面のライニングとして使用されることがある。

液体媒体中で摩擦を発現させるための摩擦材料は、特に安定性、耐熱性及び耐磨耗性の要請を満たすことを目的に開発されている。

特許文献２は、熱硬化性樹脂が含浸した繊維マットを含む、液体媒体中の摩擦材料を開示し、前記繊維マットは、少なくとも長さ１２ｍｍで、カーディングされ、クロスラッピングされかつニードルルーピングされている。

このような摩擦材料の多孔度は、３０容量％から６０容量％の間である。この値は、従来条件で使用する際のトランスミッション・カップリング・パーツの用途に適している。

一般的に本明細書で、「ＡとＢの間に含まれる」という範囲に言及している場合、両端の「Ａ」及び「Ｂ」は、前記範囲内に含まれる。

従来条件における自動車のトランスミッション・カップリング・パーツでは、前記タイプの材料に加わる圧力は、０．２から２ＭＰａの間で変化する。

自動車市場の発展は、動力伝達系の効率を改良すること、例えば車の消耗を減少させ及び／又は快適さを向上させるよう設計者に求める。

これらの特性を改良する一手段は、トランスミッションを自動化すること、例えば自動化されたトランスミッション又はロボット化されたギアボックスを使用することである。

トランスミッションを最適化する多くの基準の中で、性能の向上、トランスミッション・パーツのサイズ及び製造コストが注目される。

更に最近の開発傾向は、停止することなく、自動的にギアチェンジできる可能性を追及することである。

特許文献２で開示されたタイプの液体媒体中で摩擦を生じさせる既知の摩擦材料が、上述の基準を最適にすることを困難にする性質を有することが明らかにされてきた。

少なくとも０．５から１０ＭＰａ間の特定の圧力における摩擦材料の抵抗は、トランスミッション・パーツを設計する新規で有望な手段を提示する。

欧州特許公開第０８２１１７５号 欧州特許公開第０７０２７６１号

本発明の目的は、トランスミッション・パーツの設計者に、液体媒体中で改良された摩擦材料を提供すること、特にこのような材料の圧力下での使用範囲を広げることを可能することである。

この目的は、熱硬化性樹脂が含浸し、カーディングされ、クロスラッピングされかつニードルルーピングされた、繊維長が１２ｍｍ以上である繊維マットを含み、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに装着するための摩擦材料であって、該摩擦材料は、３０容量％以上６０容量％以下の多孔率を有し、かつ５００平方メートル／ｇ以上２５００平方メートル／ｇ以下の比表面積と、５重量％以上１５重量％以下の質量含有率を有する活性炭のチャージを含む摩擦材料により達成される。

本発明者らは、このような物質が、少なくとも０．５から１０ＭＰａ、実際には２０ＭＰａまでの特定圧力範囲で使用できることを立証できた。

更にこの物質は、使用する液体潤滑剤のタイプに従って、摩擦的挙動の中立性を増加させることを示している。

圧力とシフト速度に関連する摩擦安定性にも注目できる。

シフト及びメンテナンスのフェーズの間の同様の摩擦安定性にも注目することが望ましい。更に前記材料の温度及びエネルギに関するその寸法的及び摩擦的な特性だけでなく、弾性的挙動の卓越した安定性にも注目できる。

本発明による摩擦材料は、個別に又は全ての組み合わせが可能と考えられる次の１又は２以上の選択的特性を有している。
−前記繊維は、特にガラスＥであるガラス繊維、綿花、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維、予備酸化されたポリアクリロニトリル繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ピートモス繊維又はこれらの組み合わせから選択される。
−熱硬化性樹脂が、特にレゾール又はノボラックであるフェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、エポシキ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの組み合わせから選択される。
−前記樹脂が、樹脂の例えば１０から３０重量％の質量含有率の、カシューナッツ殻液（ＣＮＳＬ）で改質されたレゾールタイプのフェノール樹脂である。
−前記繊維が、例えば、特にガラスＥであるガラス繊維、ポリアクリロニトリル繊維及び綿花の異なった組成の３種類の繊維の混合物から成る。
−異なった組成の各繊維の容量分率が、繊維の混合物の２０から４０％の間である。
−前記樹脂と前記繊維のマットとの間の容量比が、０．８０以上１．２０以下、好ましくは０．０９以上及び／又は１．１０以下である。
−活性炭の比表面積が、８００平方メートル／ｇ以上及び／又は１５００平方メートル／ｇ以下である。
−活性炭の質量含有率が、８重量％以上及び／又は１２重量％以下である。
−活性炭の平均粒径が、５μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは８μｍ以上及び／又は２５μｍ以下である。
−活性炭が摩擦材料の容量中に均一分散されている。
−摩擦表面が形成される前記材料の一方面に、２０容量％と７０容量％の間の活性炭を、２０μｍから２００μｍの厚さで、好ましくは５０μｍ以上及び／又は好ましくは１００μｍの未満の厚さで含む。

本発明は、更に摩擦材料が、鋳造で成形される摩擦サポートを含む摩擦部に関する。このような摩擦部は、例えば同期リング又はカプラである。

更に本発明は、本発明による又は前述の摩擦部を含む摩擦材料で被覆された摩擦表面を含む、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに関する。

本発明のデバイスは、個別に又は全ての組み合わせが可能と考えられる次の１又は２以上の選択的特性を有している。
−前記デバイスは、特に自動車用のトランスミッション・カップリング・パーツである。
−当該トランスミッション・カップリング・パーツは、動力伝達装置を開けることなく、自動的なギアチェンジを可能にする。
−前記デバイスの作動の間、前記摩擦材料への特定の圧力は、０．５から２０ＭＰａの間である。

本発明は更に、次の連続工程ａ）からｄ）を含む摩擦材料の製造方法にも関する。
−ａ）繊維長が１２ｍｍ以上である、カーディングされ、クロスラッピングされかつニードルルーピングされた繊維のマットを供給する。
−ｂ）熱硬化性樹脂浴中で、前記マットを含浸させる。
−ｃ）過剰の樹脂を乾燥させる。
−ｄ）工程ｃ）後に得られる中間物質のチャージ下で、１２０℃から２５０℃の間の温度で強化して、最終物質の３０容量％以上６０容量％以下の多孔率を得るようにし、
−ｅ）工程ｂ）の間及び／又は工程ｃ）の後で工程ｄ）の前に、比表面積が、５００平方メートル／ｇから２５００平方メートル／ｇの間で、摩擦材料の質量含有率が５重量％以上１５重量％以下である活性炭のチャージを導入する。

完了のための一手段として、工程ｅ）が、樹脂と活性炭を含む浴に、マットを浸漬させることから成る。

当該一手段と組み合わせても良い一手段として、工程ｅ）が、例えば工程ｂ）の樹脂である樹脂と、活性炭を含む水性溶液を粉砕し、次いで例えば赤外加熱の補助で水を蒸留させることから成る。

材料の厚さの変化を示すグラフ。 材料の疲労強度の変化を示すグラフ。 摩擦（μｄ）の動的な値を示すグラフ。 比（μｆ／μｄ）の動的な値を示すグラフ。

本発明を、実施例により説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

比較例は、本発明の摩擦材料の利点をより明確にするであろう。

本発明の実施例及び比較例の全ての材料は、熱硬化性樹脂が含浸した繊維マットの同じ基本的な組成であり、その基本成分は、表１に記載の通りである。

使用する熱硬化性樹脂は、レゾール型のフェノール液体樹脂である。

次のものを、表１の基本成分に添加した。
−本発明の実施例とするための、平均粒径が、８から５μｍの間で、比表面積（ＢＥＴ）が１１００平方メートル／ｇである活性炭。
−本発明の比較例とするために、チャージを添加しないか、例えば不定形シリカ又は珪酸カルシウムを添加する。

本発明のサンプルは、異なった多孔度の、つまり５０％、４０％及び／又は３０％の多孔度を有する、上述した活性炭約１０％を添加して製造した。

このようにして得られた全ての材料は、顕著な性質を示す。

前記材料の多孔度は、液体媒体中のトランスミッション・カップリング・パーツ内に形成されるオイルフィルムを非常に迅速に乾燥させることを可能にし、更に幅広い範囲に亘って一定な動作圧を設定できることに注目できる。

下記に詳述しかつ表２に纏めた実施例は、５０容量％の多孔度を有する表１の成分に基づいて得られたものである。本発明の実施例ＥＸ１及びＥＸ２は、活性炭１０重量％（つまり最終材料の約３．６容量％）の例である。ＥＸ−Ｃ１、ＥＸ−Ｃ２及びＥＸ−Ｃ３は、それぞれ不定形シリカのチャージ、珪酸カルシウムのチャージを含み、及びチャージを有しない比較例である。

使用した活性炭は、１５００平方メートル／ｇのオーダーの比表面積と、１００ｍｇ／ｇのオーダーの沃素値（ＡＳＴＭ Ｄ４６０７）を有する。

使用した不定形シリカは、デグッサ社（DEGUSSA）から市販されている。

使用した珪酸カルシウムは、イタプロキム（ITAPROCHIM）社の販売用照会名シカセル（SICACALL）に対応する。

材料ＥＸ１、ＥＸ−Ｃ１及びＥＸ−Ｃ２は、熱硬化性樹脂と、チャージでの固化前に含浸された繊維マット上のチャージを含む水性溶液の粉砕により得た。

材料ＥＸ２は、熱硬化性樹脂と活性炭の混合物を含む浴中で繊維マットの含浸で得られ、この含浸により繊維マット全体に活性炭を拡散させることを可能にする。

前もって含浸された繊維マットのチャージでの強化で得られる、例示した材料の全ては、２００℃の温度におけるチャージの粉砕の対象とすることができ、楔状の形状が形成されて、最終製品中に５０％の多孔度を得ることを可能にする。

添付した図１から図４は、本発明の実施例及び比較例で測定した異なったパラメータの変化を示す。

図１は、特定の圧力（ＭＰａで表示。ｘ−軸）を加えたときの材料の厚さの減少（ａ％で表示。ｙ−軸）の発生を示す。オイル中で８０℃及び１２０℃の温度で、本発明の材料サンプルＥＸ１の厚さの変化を測定することにより、それぞれ曲線１０（ダイヤモンド形で表示）及び曲線１２（正方形で表示）が得られた。

オイル中で８０℃及び１２０℃の温度で、比較例ＥＸ−Ｃ１の材料サンプルの厚さの変化を測定することにより、それぞれ曲線１４（三角形で表示）及び曲線１６（円で表示）が得られた。

前記測定は、オイルを入れたバット中の２枚の平行なトレイ間に設置した測定すべきサンプルに、１０秒間圧力を加え、次の１０秒間は圧力を加えないというサイクルで、所定の圧力を加えることにより行い、次いで初期サンプルと１０００サイクル後のサンプル間の厚さの変化を測定することにより行う。テストしたサンプルは、外径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍの、対象とする材料製のリングである。

１つの重要な特性は、厚さが２５％減少する特定圧力である。図１の曲線から表３に提示した結果を導き出せる。

本発明の材料の挙動は特別に有意義であり、かつ本発明の活性炭のチャージに代えて、不定形シリカのチャージを導入した材料と比較して、８０℃における特定圧力は実質的に２倍になることに注目すべきである。

図２は、前述と同じ材料の疲労強度を、類似の実験環境で測定した結果を示す。

このテストでは、まず前述のテストに従って、厚さが２５％減少する特定圧力における５ＭＰａ未満の特定のテスト圧力を決定する。次いで、所定の圧力で、新規サンプルが、その初期厚さの２５％を失う、サイクル数を決定する。
図２は、加えられる特定の圧力（ＭＰａで表示、ｙ−軸）及び決定されたサイクル数（常用対数で表示、ｘ−軸）に対応して配置された測定点を示す。

本発明の材料サンプルＥＸ１をそれぞれ８０℃及び１２０℃の温度で処理し、曲線２０及び曲線２２（それぞれ中空の円及び中実の円で表示）が得られた。比較例の材料サンプルＥＸ−Ｃ１をそれぞれ８０℃及び１２０℃の温度で処理し、曲線２４及び曲線２６（それぞれ中空の正方形及び中実の正方形で表示）が得られた。

本発明のサンプルの疲労抵抗を、本発明の活性炭のチャージの代わりに不定形シリカのチャージが導入されたサンプルと比較して大きく改良できることを決定できる。

例えば、２０ＭＰａでの機能点を考慮するとき、ＥＸ−Ｃ１の材料は、１２０℃で約１００万サイクルの操作を行って初めて初期厚さの２５％を失うのに対し、ＥＸ１では、同じ条件で１億サイクル以上の操作が必要になる。

動的な摩擦テストを行って、前記材料の特性を決定する。

第１のテスト技術によると、同期ディスクを操作するのと同じ圧力で、長時間ディスクの摩擦係数の発生を評価できる。外径１３０ｍｍ、内径１００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの検査すべき材料のディスクを、１００℃の温度もオイル中のスチール中のカウンター材料に装着する。テストをダイナモメーターを使用し、かつ下記表４に詳細を記載した幾つかのフェーズで行った。

摩擦係数と耐磨耗性を測定する。ギア変速速度がゼロでないときの、摩擦トルクを生成させる能力を表示することを可能にする動的摩擦係数μｄを決定する。これらは、異なった圧力で決定される。

ギア変速速度がほぼゼロであるときの、摩擦トルクを生成させる能力を表示することを可能にする最終摩擦係数μｆも決定する。

１ＭＰａにおけるμｄinitial と、操作圧力の範囲で、摩擦の安定性を定性化する１ＭＰａにおけるμｆ間の比も決定する。

本発明Ｅ１サンプル及び比較例ＥＸ−Ｃ２の物質のサンプルでてテストを行った。それらの結果を下記表５に纏める。

好都合なことに、本発明ＥＸ１の材料の動的摩擦係数μｄは、加えられる力に対して、比較例の材料ＥＸ−Ｃ２より安定であることに注目すべきである。

特に好都合なことに、本発明ＥＸ１の材料に関するμｆに対するμｄinitialの比はほぼ１であり、比較例の材料ＥＸ−Ｃ２に関しては１５％低くなる。

異なった力が加えられたときの、本発明ＥＸ１材料の比μｆ／μｄは安定でほぼ１であるのに対し、比較例の材料ＥＸ−Ｃ２では約１５％変化することは注目すべきである。

このことは、使用時に、性能が大きく改善されることの保証の可能性を与える。

「増加エネルギ」として知られる、他の摩擦学的テストの技術も行われた。

、
この技術により、下記工程で処理される材料の摩擦学的挙動を検討し表６に纏める。

Sd = 2 x Sで、 S はｃｍ２で表したライニングの表面積。

前記テストは、常に１００℃のオイル中のスチールＸＣ４８内のカウンタ材料に配置された材料のリングを使用して行う。

μｄ／μｆ、比μｆ／μｄだけでなく、μｄ２００Ｊ／ｃｍ２に対するμｄ５０Ｊ／ｃｍ２の比も測定し、これにより、５０Ｊ／ｃｍ２と１００Ｊ／ｃｍ２の間の消費エネルギの範囲における摩擦の安定性を定量化することが可能になる。

図３及び図４は、それぞれ消費エネルギ（ｘ−軸）に関する、摩擦μｄの及び比μｆ／μｄ（ｙ−軸）の動的値を示す。

前記テストは、本発明による２種の材料ＥＸ１及びＥＸ２と比較の材料ＥＸ−Ｃ３について行い、結果を、それぞれ図３の参照番号３４、３２及び３６と、図４の参照番号４４、４２及び４６で示した。

図３から、チャージなしの材料（ＥＸ−Ｃ３、３６）で得られる結果と比較して、活性炭のチャージを表面に配置した（ＥＸ１、３４）際の消費エネルギに関する動的摩擦係数μｄは極度に安定で、活性炭のチャージを内部に配置した（ＥＸ２、３２）際は安定であることが分かる。

更に、可能な最高値の動的摩擦係数を有することは好都合であり、これにより例えば容量が減少したモータのユニットとして使用できる。

本発明の材料ＥＸ１及びＥＸ２の２００Ｊ／ｃｍ２での動的摩擦係数は、０，１のオーダーで、チャージなしの材料ＥＸ−Ｃ３は約２０％低いことに注目できる。

図４は、本発明の材料（ＥＸ１、４４と、ＥＸ２、４２）で、比μｆ／μｄ（１．１と１．３の間で顕著に安定で、比較の材料（ＥＸ−Ｃ３，４６）の前記比は大きく変化することを示している。

前述の材料のμｄ５０Ｊ／ｃｍ２に対するμｄ２００Ｊ／ｃｍ２の比を下記表７に示す。

これらの値も、材料がチャージを有さない比較の材料ＥＸ−Ｃ３と比較して、本発明の材料ＥＸ１及びＥＸ２の顕著な安定性を示している。

従って本発明の材料は、消費エネルギのレベルに関して、有意に一定のトルク容量を非常に有利に保証する。

従って、等しくすべき速度の差（消費エネルギの対応）がどうであれ、モータのユニットに加えられる力のオーダーは、伝達されるエンジントルクに従って、直線状になる。

一般的に言って、本発明の材料は、通常の技術で形成できる。特に摩擦サポートの鋳造で成型する。

摩擦サポートの表面は、特に平坦、円錐台、円筒、連続又は不連続のように種々のものがある。

鋳造成型の操作のために、本発明の摩擦材料に溝を形成することも可能である。

例えば、本発明の材料は、成型工程の前に、摩擦サポート上に配置される狭い幅のバンドにより、細長い片状に生成される。

本発明の材料は、特に動力伝達系を開くことなく操作できる、自動化され又はロボット化されたトランスミッション・カップリング・パーツで使用することに特に適している。

本発明は前記実施例に限定されず、等価の全ての手段を制限なく含むと理解されるべきである。

Claims (18)

1. 熱硬化性樹脂が含浸し、カーディングされ、クロスラッピングされかつニードルルーピングされた、繊維長が１２ｍｍ以上である繊維マットを含む、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに装着するための摩擦材料であって、
   該摩擦材料は、
   ３０容量％以上６０容量％以下の多孔率を有し、
   ５００平方メートル／ｇ以上２５００平方メートル／ｇ以下の表面積と、５重量％以上１５重量％以下の質量含有率を有する活性炭のチャージを含むことを特徴とする摩擦材料。
2. 前記繊維は、特にガラスＥであるガラス繊維、綿花、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維、予備酸化されたポリアクリロニトリル繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ピートモス繊維又はこれらの組み合わせから選択される請求項１に記載の摩擦材料。
3. 熱硬化性樹脂が、特にレゾール又はノボラックであるフェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、エポシキ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの組み合わせから選択される請求項１又は２に記載の摩擦材料。
4. 前記樹脂が、樹脂の１０から３０重量％の間の質量含有率の、カシューナッツ殻液（ＣＮＳＬ）で改質されたレゾールタイプのフェノール樹脂である請求項３に記載の摩擦材料。
5. 前記繊維が、特にガラスＥであるガラス繊維、ポリアクリロニトリル繊維及び綿花の異なった組成の３種類の繊維の混合物から成る請求項１から４までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
6. 異なった組成の各繊維の容量分率が、繊維の混合物の２０から４０％の間である請求項５に記載の摩擦材料。
7. 前記樹脂と前記繊維のマットとの間の容量比が、０．８０以上１．２０以下である請求項１から６までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
8. 活性炭の比表面積が、８００平方メートル／ｇ以上１５００平方メートル／ｇ以下である請求項１から７までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
9. 活性炭の質量含有率が、８重量％以上１２重量％以下である請求項１から８までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
10. 活性炭の平均粒径が、５μｍ以上５０μｍ以下である請求項１から９までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
11. 活性炭が摩擦材料の容量中に均一分散されている請求項１から１０までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
12. 摩擦表面が形成される前記材料の一方面に、２０容量％と７０容量％の間の活性炭を、２０μｍから２００μｍの間の厚さで含む請求項１から１１までのいずれか１項に記載の摩擦材料。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の摩擦材料が、鋳造で成形される摩擦サポートを含む、同期リング又はカプラである摩擦部。
14. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の摩擦材料で被覆された摩擦表面を含み、又は請求項１３に記載の摩擦部を含む液体媒体中に摩擦を生じさせるデバイス。
15. 前記デバイスが、特に自動車用のトランスミッション・カップリング・パーツである請求項１４の液体媒体中で摩擦を生じさせるデバイス。
16. ａ）繊維長が１２ｍｍ以上である、カーディングされ、クロスラッピングされかつニードルルーピングされた繊維のマットを供給し、
    ｂ）熱硬化性樹脂浴中に、前記マットを含浸させ、
    ｃ）過剰の樹脂を乾燥させ、
    ｄ）工程ｃ）後に得られる中間物質のチャージ下で、１２０℃から２５０℃の間の温度で強化して、最終物質の３０容量％以上６０容量％以下の多孔率を得るようにし、
    ｅ）工程ｂ）の間及び／又は工程ｃ）の後で工程ｄ）の前に、比表面積が、５００平方メートル／ｇから２５００平方メートル／ｇの間で、摩擦材料の質量含有率が５重量％以上１５重量％以下である活性炭のチャージを導入する、
    連続工程を含む摩擦材料の製造方法。
17. 工程ｅ）が、樹脂と活性炭を含む浴に、マットを浸漬させることから成る請求項１６に記載の製造方法。
18. 工程ｅ）が、工程ｂ）の樹脂である樹脂と、活性炭を含む水性溶液を霧状にし、次いで例えば赤外加熱の補助で水を蒸留することから成る請求項１６又は１７に記載の製造方法。

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