JPH05247447A - 樹脂接着された炭素粒子を支持する耐熱紙支持体を有する摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 トランスミッションにおける摩擦面部材とし
て特に有用な摩擦部材であって、 (a)均一密度の耐熱紙; (b)上記紙の一主要表面上に被覆され、そして少なくと
も部分的に含浸された熱硬化ポリマーバインダーの第１
層; (c)上記第１層の露出表面上に均一に分散され、そして
部分的に埋め込まれた顆粒状炭素摩擦粒子; および (d)上記顆粒状炭素摩擦粒子を隠蔽しないように上記第
１層と上記部分的に埋め込まれた顆粒状炭素摩擦粒子と
の上に被覆された(b)で定義されるポリマーバインダー
の第２層;を有する摩擦材。 【効果】 優れた摩擦特性と長寿命とを有する強靭で高
強度の摩擦部材が提供された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマニュアルまたはオート
マチックトランスミッション駆動アセンブリとして用い
るのに適する摩擦材料に関する。特に、本発明は顆粒状
炭素摩擦粒子を含有する炭素粒子充填熱硬化樹脂の複数
層から形成された摩擦被覆を有する耐熱紙支持体からな
る摩擦材料に関する。また、本発明は熱硬化性バインダ
ー材料と炭素粒子フィラーとの液体分散体で紙を被覆す
る工程、顆粒状炭素摩擦粒子を導入する工程、および硬
化させる工程を包含する摩擦材料の製造法に関する。ま
た、本発明はこの摩擦材料を有するトランスミッション
を提供する。

【０００２】

【従来の技術】トランスミッションはモータまたはエン
ジンとその駆動部品との間の駆動手段を連結および開放
するために用いられる。マニュアルおよびオートマチッ
クトランスミッションは共に周知である。これらの部品
を効果的に連結して長期間の耐用寿命において最適の性
能で効率良く操作しうるように、このようなデバイス
は、典型的には、摩擦材料を支持する部材が用いられ
る。マニュアルトランスミッションにおいては、連結手
段として、湾曲表面上に摩擦面を支持するブロッカーリ
ング(blocker ring)が典型的に用いられる。オートマチ
ックトランスミッション用の摩擦材料の摩擦特性には、
広範囲のスリップ速度において比較的一定の摩擦接合を
提供することにより、トランスミッションの振動(shudd
er)を最低限にすることが求められる。これまでに種々
の摩擦材料がトランスミッションに用いられてきた。初
期の摩擦材料は、その良好な高温安定性からアスベスト
を含んでいた。しかしながら、環境および健康上の問題
からアスベストはもはや許容されない。熱硬化バインダ
ーを含浸させた紙基材も種々の摩擦材料として用いられ
てきた。しかしながら、このような材料は中型および大
型のトランスミッション用途に通常必要とされる接合負
荷状態において良好な摩耗および/または耐熱特性を示
さず、そしてそれらは、一般に、オートマチックトラン
スミッション用途に必要な望ましい摩擦係数を維持する
ことができない。他の摩擦材料としては、共に熱硬化バ
インダーで接着された顆粒状または繊維状炭素または類
似の材料を含むものが挙げられる。このような材料は高
い内部強度と、高いエネルギー吸収容量とを有する。し
かしながら、それらは剛性であるために変形性に乏し
く、使用すめためにはコストが高い加工をさらに必要と
する。

【０００３】特に有用な摩擦材料は、種々の良好な特性
を有する必要がある。摩擦材料は自由変形性(complian
t)でありながら、圧迫、疲労、摩擦および熱に耐え、持
続性の望ましい摩擦特性を有しており、そして長寿命で
なければならない。これらの特性のどれか一つでも満足
されなければ、この摩擦材料は不良である。マニュアル
トランスミッションのブロッカーリングに用いられてい
る摩擦材料には、これらのすべての特性が必要とされ
る。例えば、マニュアルトランスミッションのブロッカ
ーリング表面に沿って変形するように摩擦材料が自由変
形性でなければならない。変形性がない場合は、そのこ
とにより信頼性のある製造が損なわれ、弱い構造とな
る。したがって、マニュアルトランスミッションの操作
が不可能となりうる。

【０００４】改良された摩擦材料を作製するために種々
の提案がなされてきた。しかしながら、それらの試みは
完全には成功していない。

【０００５】例えば、米国特許第4,320,823号(コバレス
キ(Covaleski)ら)では、水溶性フェノール樹脂と熱硬化
性エラストマーとを含有する熱硬化性セメントで含浸さ
れ、相互接着されたアラミド繊維の連続束またはテープ
を有する改良された摩擦部材が記載されている。この摩
擦部材はカーボンブラック、グラファイト、金属酸化
物、金属粉、バライト、クレー、シリカ、アルミナ、ク
ライオライト、リサージなどのような摩擦改良剤もまた
含有しうる。

【０００６】米国特許第4,374,211号(ガラガー(Gallagh
er)ら)には、熱硬化性バインダー、炭素、金属(例え
ば、スチール)または無機(例えば、セラミック)ファイ
バーのような非アスベストファイバー状補強材料、およ
び他の成分の合計量を基準にして15重量％までのアラミ
ドポリマーパルプファイバーを含有する非アスベスト材
料が記載されている。

【０００７】米国特許第4,639,392号(ネルス(Nels)ら)
には、接着剤の層によりリジッドな金属プレートに接着
された摩擦面層からなるクラッチプレート部材が開示さ
れている。この摩擦面層は、炭素とフェノール性熱硬化
性バインダーとの顆粒状混合物の圧縮成形により液体フ
ェノール樹脂で含浸されたセルロースファイバーからな
る摩擦紙のような自由変形性のキャリアシートからな
る。

【０００８】1976年10月６日に発行された英国特許第1,
451,864号には、金属プレートのような支持体に固定さ
れうる多孔性工業炭素材料からなる摩擦材料が記載され
ている。

【０００９】1971年９月30日に発行された西独国特許第
1,525,334号には、50重量％を下回る炭素含有量で元素
形態の炭素を含有する摩擦材料が記載されている。

【００１０】これまでのところ、実質的にアラミド紙で
形成された支持体に複数のバインダー層で接着された炭
素粒子を有するトランスミッション用摩擦材料の開示は
ない。

【００１１】束状またはテープ状のアラミドフィラメン
トは摩擦材料の一体性補強成分として示唆されているけ
れども、アラミド紙を摩擦材料用支持体として良好に用
いうる旨の記載はない。逆に、アラミドポリマーファイ
バーの使用を示唆する唯一の例では、このようなファイ
バーの使用量を他の成分の合計重量の15重量％に制限し
ている。知っていたにも拘わらず、彼らが全体的にアラ
ミドパルプファイバーから形成された紙を用いなかった
のは不思議ではない。このようなアラミド紙はグリーン
強度(green strength)に乏しく、液体被覆組成物に用い
た場合に分裂するからである。

【００１２】

【発明の要旨】本発明は強靭で高強度の耐熱性摩擦部材
を提供する。それらは現在または将来においてそのよう
な部材が用いられる用途に用いることができ、優れた摩
擦特性と長寿命とを有する。この摩擦部材は十分に自由
変形性であり、マニュアルトランスミッションのブロッ
カーリングに用いるのに十分変形性であり、また、オー
トマチックトランスミッションの摩擦材料としても用い
うる。

【００１３】さらに詳しくは、本発明の摩擦部材は以下
の(a)、(b)、(c)および(d)を有する。

【００１４】(a)好ましくは実質的にアラミドステープ
ルファイバーから形成された均一密度の耐熱紙;

【００１５】(b)上記の紙の一主要表面上に被覆され、
そして少なくとも部分的に含浸させた好ましくは炭素粒
子で充填された熱硬化ポリマーバインダーの第１層;

【００１６】(c)上記第１層の露出表面に均一に分散さ
れ、そして部分的に埋め込まれた顆粒状炭素摩擦粒子;
および

【００１７】(d)上記顆粒状炭素摩擦粒子を隠蔽しない
ように上記第１層と上記部分的に埋め込まれた顆粒状炭
素摩擦粒子との上に被覆された(b)で定義されるポリマ
ーバインダーの第２層。

【００１８】また、本発明はこの摩擦材料の新規な連続
的製造方法を提供する。この方法は以下に示す工程を包
含する。

【００１９】(a)均一密度の耐熱紙の連続長の主要表面
に好ましくは炭素フィラー粒子を含有する熱硬化性バイ
ンダー材料液体被覆組成物の被覆を粘性状態で塗布する
ことにより、上記被覆組成物を表面被覆し、紙に含浸さ
せる工程;

【００２０】(b)上記被覆紙を可動性キャリア上に支持
する工程;

【００２１】(c)工程(a)の上記被覆の上に、上記被覆が
十分に硬化する前に顆粒状炭素摩擦粒子の均一層を塗布
することにより上記顆粒状炭素摩擦粒子の少なくとも幾
分かをこの被覆中に部分的に埋め込ませる工程;

【００２２】(d)顆粒状炭素摩擦粒子の塗布の後に上記
被覆を少なくとも部分的に硬化させる工程；

【００２３】（ｅ）上記部分的に硬化した被覆の上に
(a)で定義した被覆組成物の被覆を塗布する工程; およ
び

【００２４】(f)バインダー材料が熱硬化するまで被覆
を硬化させる工程。

【００２５】また、本発明は本発明の摩擦材料を有する
こと以外は従来と同様のトランスミッションを提供す
る。本発明のトランスミッションはスリップ速度が変化
する状態での接合中において、予想外に均一なトルクを
提供する。これは、本発明の摩擦材料を有することに起
因する。

【００２６】ここで、「均一密度の耐熱紙」という用語
は、本発明の摩擦材料用にここで説明する使用条件に耐
えうるすべての紙を意味する。

【００２７】「アラミドステープルファイバーから形成
された均一密度の耐熱紙」という用語は、それぞれのフ
ァイバーが約0.5〜２cmの長さを有するアラミドステー
プルファイバーの28〜100g/m²の程度の重量を有する従
来の紙製造技術により形成された紙を意味する。

【００２８】「炭素フィラー粒子」という用語は、少なく
とも90重量％が50μmを下回る平均粒子寸法、好ましく
は20μmを下回る平均粒子寸法を有する元素炭素粒子を
意味する。

【００２９】「顆粒状炭素摩擦粒子」という用語は、少な
くとも85重量％が約40μm、好ましくは80μmを上回る平
均粒子寸法を有し、10％以下が約250μmを上回る平均粒
子寸法を有しており、上記摩擦材料がマニュアルトラン
スミッションに用いられない場合は、10％以下が350μm
を上回る平均粒子寸法を有する。

【００３０】「熱硬化バインダー」という用語は、硬化温
度に加熱した場合に非流動性生成物に変化する液体また
は液化可能物である前駆体材料のすべての非流動性生成
物を意味する。

【００３１】「熱硬化性または熱硬化可能材料」という用
語は、熱硬化バインダーの前駆体を意味する。

【００３２】

【発明の構成】図３は本発明の一実施態様である摩擦材
料10の断面図である。耐熱紙11の一主要表面12の上に、
炭素粒子13が充填された熱硬化樹脂被覆14が被覆されて
おり、この上に顆粒状炭素摩擦粒子15が接着されてお
り、その上に炭素粒子13が充填された熱硬化層16が被覆
されることにより粗面化表面17が提供される。熱硬化樹
脂含浸紙11。層16は個々の粒子を隠蔽しないように炭素
摩擦粒子15を被覆し、そのことにより摩擦材料10の粗面
化表面17が保たれる。

【００３３】本発明の摩擦材料に用いる紙支持体は、好
ましくはアラミドポリマーステープルファイバーから実
質的に形成されることにより、均一密度の紙を提供す
る。好ましい摩擦材料を提供するための均一密度のアラ
ミドステープルファイバー紙を得るために、非常に注意
しなければならないことが見い出された。この目的に用
いるアラミドステープルファイバーは約0.5〜２cmの範
囲の長さを有する必要がある。長さが２cmを上回るとフ
ァイバーが紙の中に密な領域を形成する傾向が生じ、不
適当となる。繊維の長さが0.5cmを下回ると、適当な取
り扱い強度の紙を形成することが困難となる。また、摩
擦材料用に十分な構造を提供するためには、この紙は28
〜100g/m²程度の重さであることが好ましく、40〜60g/m
²程度の重さであることがさらに好ましい。有用なアラ
ミド紙は約0.3〜0.5mmの非圧縮厚(uncompressed calipe
r)、38〜58kPaの引張強度および約2.5〜4.5m³/sec/m²の
空気透過性を有する。

【００３４】本発明を実施するために用いるのに好まし
いアラミドポリマーは、E.I.デュポン・デ・ネモアース
・カンパニー(E.I.Dupont de Nemours Company)、ウイ
ルミントン(Wilmington)、デラウェア(Delaware)より、
「ケブラー(KEVLAR)」、「ケブラー」29、「ケブラー」49およ
び「ノーメックス(NOMEX)」の商標で市販されている。本
明細書で用いられる「アラミドポリマー」という用語は当
該技術分野で芳香族ポリカーボンアミドとして一般に規
定されている合成ポリマー樹脂を意味する。このような
「アラミドポリマー」は米国特許第3,652,510号、同第3,6
99,085号および同第3,673,143号に記載されており、例
えば、少なくとも約0.7の本質粘性(inherent viscosit
y)を有するような高分子量のポリマーであると考えら
れ、以下の式に示す繰り返し単位により特徴づけられ
る。

【００３５】

【化１】

【００３６】式中、Ar₁はp-フェニレンおよび/またはク
ロロ置換p-フェニレンおよび/または4,4-置換ジフェニ
ルメタン、すなわち、式

【００３７】

【化２】

【００３８】で示す構造を有する基であり、そしてAr₂
はp-フェニレン、すなわち、式

【００３９】

【化３】 で示す構造の基である。

【００４０】上式で定義のポリカーボンアミドの具体例
はポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)、クロロ-置換
ポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)およびこれらのコ
ポリマーである。

【００４１】アラミドポリマーの芳香核上の置換基の位
置の明示は、アラミドポリマーが調製される芳香族ジア
ミン、二酸または他の共反応物上の置換基の位置を意味
する。

【００４２】アラミドポリマーまたは芳香族ポリカーボ
ンアミドは、上式に示すように、主にカーボンアミド結
合(-CONH-)と芳香環核から形成されるけれども、このポ
リマーは20モル％まで、好ましくは０〜５モル％の異質
(non-conforming)コモノマー単位を含みうる。これはポ
リカーボンアミド鎖中に、連鎖伸長結合がコアキシャル
(coaxial)またはパラレル(parallel)であり、反対方向
に向いた芳香族カーボンアミド単位のような、式

【００４３】

【化４】

【００４４】とは異なる単位を提供する。例えば、式

【００４５】

【化５】

【００４６】、メタ-フェニレン単位、非芳香族基およ
び非アミド基を提供する。

【００４７】アラミドポリマーのより進んだ記載は米国
特許第3,673,143号ならびにこれらの分割特許である米
国特許第3,817,941号に記載されており、これらを参照
として挙げる。

【００４８】独立の分析試験および赤外線を用いる分析
では、「ケブラー」29は大部分(95重量％)がポリ(p-フェ
ニレンジアミンテレフタルアミド)であり、化学的には
ポリ(p-フェニレンジアミンテレフタルアミド)-コ-ポリ
(4,4-ジアミノジフェニルメタンテレフタルアミド)と言
える。

【００４９】本発明の特有の効果を得るためには、ステ
ープル形態のアラミドファイバーを用いることが重要で
ある。ステープルファイバーの長さは、上述のように約
0.5〜２cmである。上述のように、紙は従来の製紙法に
より調製される。それらは市販もされており、インター
ナショナル・ペーパー・オブ・ツクセド(International
Paper of Tuxedo)、ニューヨーク、よりケブラー^Rマッ
ト・シリーズ8000050、8000051、8000052、8000065およ
び8000068の商標で入手可能である。後者はマニュアル
トランスミッション用に非常に優れている。

【００５０】この紙は実質的にすべてがアラミドポリマ
ーステープルファイバーから構成されることが好ましい
けれども、一部分、好ましくは約50重量％を下回る量の
非アラミドファイバーを用いても構成しうることは理解
されるべきである。このような置換ファイバーはコット
ン、ジュート、麻、レーヨンなどから構成されうる。し
かしながら、これらはセラミック、金属またはガラスの
ような耐熱性材料であることが好ましい。

【００５１】他の好適な耐熱紙は実質的にすべてがガラ
スファイバー、カーボンファイバー、ポリビニルアルコ
ールのような耐熱性有機材料から形成されたファイバ
ー、またはセラミック材料から形成されたファイバーか
ら形成されうる。このようなファイバーは本出願人によ
り「ネクステル(Nextel)」の商標で市販されている。

【００５２】紙のファイバーは所定量の樹脂バインダー
材料で相互に保持されることにより取り扱い中に紙が分
解することが防止される。この場合の樹脂の量は、好ま
しくは、紙の通気性に影響を与えることなくファイバー
を保持するのに十分な量である。この目的に好ましいバ
インダー材料には、アクリルラテックス、スチレンブタ
ジエンゴム、バルカンゴム(vulcanized rubber)、ナイ
ロン、ポリウレタン、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、
アクリレート樹脂、イソシアネート樹脂およびこれらの
混合物が挙げられる。最も好ましいバインダーはアクリ
ルラテックスである。

【００５３】炭素フィラー粒子は、好ましくは石油コー
クスベースの、通常は不均一形態の炭素である。顆粒状
の炭素摩擦粒子は、好ましくは、同一形状の同一組成物
である。このような粒子はアズブリー・グラファイト・
ミルズ社(Asbury Graphite Mills, Inc.)より市販され
ている。このような炭素粒子は主に元素炭素(elemental
carbon)からなる。これらはコークス、カーボンブラッ
クまたはグラファイトでありうる。コークスは非晶形形
態の炭素であり、石炭または石油残渣を空気の不存在下
で蒸留することにより製造される。カーボンブラックは
炭化水素の熱または酸化的分解により製造される他の非
晶形形態の炭素である。グラファイトは結晶同素体形態
(crystalline allotropic form)の炭素である。グラフ
ァイトは天然に存在する。または、グラファイトは電気
抵抗炉において石油コークスを約3000℃に加熱すること
により合成可能である。

【００５４】コークス、好ましくは石油コークスは好ま
しい炭素フィラー粒子である。石油コークスは１％を下
回る量の無機物質を典型的に含有する。顆粒状炭素粒子
用には金属学的コークス(metallurgical coke)またはか
焼石油コークス(calcined petroleum coke)粒子が好ま
しいコークス粒子である。

【００５５】本発明に有用な熱硬化性バインダー材料は
上述の使用条件に耐え得る非流動性耐熱性生成物を形成
するすべての従来の前駆体材料でありうる。このような
熱硬化性材料の例には、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ウレタン樹脂、カシューナッツ・シェル樹脂、ナフ
タリン性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹
脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、尿素ホルムアル
デヒド樹脂、メチレンジアニリン樹脂、メチルピロリド
ン樹脂、アクリレート樹脂、イソシアネート樹脂および
これらの混合物が挙げられる。本発明の摩擦材料に用い
るのに好ましい熱硬化性樹脂はフェノール樹脂から誘導
される。これらは低コスト、耐熱性および優れた物理特
性を有するからである。最も好ましいフェノール樹脂は
迅速ゲル化酸硬化性レゾールフェノール樹脂である。酸
硬化性レゾールフェノール樹脂は米国特許第4,587,291
号に記載されており、これらを参照としてここに挙げ
る。

【００５６】本発明の実施に好ましい酸硬化性フェノー
ル樹脂、すなわち、フェノールレゾールはフェノールと
アルデヒドとのアルカリ縮合反応生成物であり、その場
合には単核または多核フェノールを用いうる。より詳細
には、単核フェノールおよび単官能性および多官能性フ
ェノール(例えば、フェノール自身、およびそのアルキ
ル置換同族体(例えば、o-、m-、p-クレゾールまたはキ
シレノール)が好ましい。クロロ-またはブロモフェノー
ルのようなハロゲン置換フェノール、およびレゾルシノ
ールまたはピロカテコールのような多官能性フェノール
もまた好ましい。「多核フェノール」という用語は、一方
では、例えば、ナフトール、すなわち、縮合環を有する
化合物を意味する。他方では、脂肪族架橋、または酸素
のようなヘテロ原子により結合された本発明の目的に適
する多核フェノールにも用いうる。また、多官能、多核
フェノールは、好ましい熱硬化性フェノールレゾールを
提供する。

【００５７】アルデヒド成分は、ホルムアルデヒド、ア
セトアルデヒド、プロピオンアルデヒドまたはブチルア
ルデヒド、および縮合条件下においてアルデヒドを放出
しうる生成物(例えば、ホルムアルデヒドビスルファイ
ト、ウロトロピン、トリヒドロキシメチレン、パラホル
ムアルデヒドまたはパラアルデヒド)が挙げられる。フ
ェノール成分とアルデヒド成分との化学量論的な量は
１:1.1〜１:3.0の割合である。通常は、この樹脂は不揮
発分60〜85％の水溶液の形態で用いられる。

【００５８】本発明で用いるフェノール樹脂は５％を下
回るモノマーフェノール含有量を有することが好まし
い。それらは30％までの尿素、メラミンまたはフルフリ
ルアルコールを用いて従来の方法でさらに変性可能であ
る。

【００５９】有機スルホン酸の硬化性塩として有用なも
のは、以下の式に示す構造を有する芳香族スルホン酸の
銅、アルミニウム、および鉄(III)塩である。

【００６０】

【化６】

【００６１】式中、RおよびR'は水素、アルキル、ヒド
ロキシ、アルコキシまたはカルボキシ基; 置換または無
置換アリールもしくはアラルキル基; または必要に応じ
て置換された他のスルホニル基であって同一または異な
る基であり、nおよびmは０〜５の同一もしくは異なる整
数であって、加えた場合に５以下である。この芳香族ス
ルホン酸の炭素原子の数は６〜14である。６個の炭素原
子の場合はベンゼンスルホン酸であり、14個の場合はア
ントラセンスルホン酸である。置換芳香族スルホン酸の
アルキル基は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピ
ル、ジメチルおよびトリメチルである。置換スルホニル
により、メチレンスルホニル基または一般にスルホン化
アルキレン鎖を意味する。この型のスルホン酸の例はベ
ンゼンスルホン酸、ベンゼンジスルホン酸、アルキルベ
ンゼンスルホン酸である。具体的には、トルエンスルホ
ン酸、トルエンジスルホン酸、キシレンスルホン酸、ト
リメチルベンゼンスルホン酸、イソプロピルベンゼンス
ルホン酸またはテトラヒドロナフタレンスルホン酸が挙
げられる。また、スルホノ安息香酸、スルホフタル酸、
ヒドロキシベンゼンスルホン酸、ジヒドロキシベンゼン
スルホン酸、ヒドロキシベンゼンジスルホン酸またはク
レゾールスルホン酸のようなヒドロキシスルホン酸、メ
トキシベンゼンスルホン酸、カーボン-ヒドロキシベン
ゼンスルホン酸、ジフェニルメタンジスルホン酸、ジフ
ェニルエーテルジスルホン酸、ジフェニルスルホンジス
ルホン酸、ナフタレンスルホン酸、アルキルナフタレン
スルホン酸、ナフタレンジスルホン酸、アントラセンス
ルホン酸またはカルバゾールスルホン酸が挙げられる。
好ましいスルホン酸はベンゼンスルホン酸、フェノール
スルホン酸またはp-トルエンスルホン酸である。個々の
スルホン酸またはスルホン酸混合物の塩、および異なる
金属の塩の混合物も用いうる。

【００６２】ポリオールへの芳香族スルホン酸の付加生
成物もまた硬化剤として用いうる。これらは酸の水溶液
をポリオールまたはそれらの水溶液と混合し、次いで、
この混合物を加熱することにより(50〜100℃に５〜10分
間)得られる。これらは水溶液として用いられる。

【００６３】酸とポリオールとのモル比は３:１〜１:３
の範囲内でありうる。２:１のモル比は特に有用であ
る。上述のすべてのスルホン酸は単独またはそれぞれ混
合して本発明の付加生成物用の芳香族スルホン酸として
用いうる。ベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸
および/またはp-トルエンスルホン酸が好ましい。

【００６４】水溶性ポリエーテルとポリエステルポリオ
ールの両方はポリオールとして好ましい。その場合に、
それらは50〜500の範囲のOH価を有する。一般に、これ
らのポリオールは200〜4000の範囲の分子量を有する。

【００６５】ポリエーテルポリオールの例はポリエチレ
ングリコール、ポリプロピレングリコール、またはプロ
ピレンオキシドとトリメチロールプロパンまたはグリセ
ロールのような異なるトリオール成分またはペンタ-お
よびヘキサ官能性アルコールとの反応生成物のような脂
肪族類が挙げられる。

【００６６】ポリエステルポリオールは、例えば、アジ
ピン酸、コハク酸、グルタル酸などの３種の異性体フタ
ル酸と例えばブタンジオール、ヘキサントリオール、グ
リセロールまたはトリメチロールプロパンのような多価
アルコールとの縮合生成物である。不飽和脂肪酸の付加
により変性されたポリオールを用いても良好な結果が得
られる。

【００６７】用いられる硬化剤の量は以下のようにして
計算される。樹脂と硬化剤もしくは硬化剤混合物は１:
0.01〜１:0.5の範囲の重量比となるように配合する。こ
のようにして調製した混合物を室温で４時間以上処理す
る。すなわち、この程度の時間では硬化の進行が非常に
少ないので粘度の増加は比較的少なく、硬化後の生成物
のポリマー構造に悪影響を与えることなく処理を行うこ
とができる。

【００６８】硬化はある程度昇温した温度で行う。好ま
しくは60〜150℃の範囲である。この場合は、樹脂/硬化
剤混合物は数分の間に非粘着性となり、硬化は１〜約12
時間以内に完了する。

【００６９】第１被覆の熱硬化性バインダーはアラミド
紙に浸透し、繊維を包み込むことによりこれを補強す
る。第２被覆もまたこの紙に浸透し、これをさらに補強
し、また顆粒状摩擦粒子を摩擦部材に接着接合する。

【００７０】粘度を下げるために熱硬化性バインダーに
溶媒を加えてもよい。そのことにより紙に対する適当な
浸透性が達成できる。典型的には、固形分65〜75％程度
の分散体を提供するようにバインダーに溶媒を加える。
フェノール樹脂に適する溶媒はグリコールエーテルと水
との50/50ブレンドまたはエチレングリコールモノブチ
ルエーテルと水との50/50ブレンドである。水の量が多
すぎるとフェノール樹脂が溶液から沈澱する傾向とな
る。しかしながら、有機溶媒に伴う環境汚染を考えると
水のほうが好ましい場合がある。

【００７１】図１および２に本発明の摩擦材料を得るた
めに用いる２段階処理工程の模式図を示す。供給ロール
21から引き出された耐熱紙20が被覆ロール23を通過す
る。被覆ロール23は液体硬化性バインダー25の浴24に浸
漬されて回転する。そして、耐熱紙20はバックアップロ
ール26で被覆ロール２３に押し付けられる。耐熱紙20が
23と26とのロールの対の間を通過するとそれは液体硬化
性樹脂25で含浸されている。この含浸紙は、次いで、キ
ャリアシート22(ロール22aから引き出される)の表面上
に支持される。キャリアシート22は説明する処理条件に
耐えうるすべての好適なシート状材料でありうる。次い
で、この積層体は顆粒状炭素摩擦粒子付着装置27の下を
通過することにより硬化性樹脂含浸紙20の表面上に顆粒
状炭素粒子28が均一に付着される。それらの均一な被覆
を提供するために、次いで、この紙は吹出口30を有する
空気吹出装置29の下を通過する。そのことにより紙の表
面に被覆された顆粒状炭素粒子のうちの接着されていな
い顆粒状炭素粒子が除去される。上記シート状材料の代
わりにワイヤーメッシュコンベアを用いてもよい。次い
で、得られる被覆シートは硬化オーブン31を通過する。
このオーブンは樹脂バインダーを少なくとも部分的に硬
化させるのに十分な温度に加熱されている。そして、得
られる被覆生成物はオーブンから引き出され保存ロール
32に巻き上げられる。保存ロール32上の被覆生成物は、
次いで、被覆ロール33と対向支持ロール34との間を通過
する。被覆ロール33は硬化樹脂浴33aに浸漬されて回転
し、バックアップロール34によって被覆ロール33に押し
付けられることにより予め被覆された耐熱紙の表面に第
２のバインダーの被覆が塗布される。次いで、得られる
被覆生成物が硬化オーブン35を通過する。硬化オーブン
35は、好ましくは徐々に硬化および溶媒蒸発が生じるよ
うな昇温領域を有する。そのことにより、ブリスターの
形成が防止される。次いで、被覆生成物は保存ロール36
に巻き上げられる。得られたロールは次いで後硬化オー
ブン(非表示)中におかれ、さらに必要とされる硬化が完
結される。その後、ロール36から得られる被覆材料は用
途に依存した所望のサイズに切り出され、トランスミッ
ション用の摩擦材料として用いられる。通常はディスク
状またはストリップ状である。

【００７２】図１および２に示す被覆装置はロールコー
ターである。しかしながら、従来の被覆装置もまた用い
うる。例えば、スプレー被覆、ロトグラビア被覆、押し
出し被覆などである。さらに、顆粒状炭素摩擦粒子はバ
インダー被覆ウェブの表面上に落とすように示されてい
る。しかしながら、他の粒子被覆操作もまた用いうる。
このような粒子被覆技術の例は周知である。例えば、被
覆研磨製品の調製に用いる方法が挙げられる。

【００７３】この樹脂はトンネルオーブン中で硬化させ
るように示されている。しかしながら、他のエネルギー
源も用いることもできる。他のエネルギー源には赤外線
またはUV照射エネルギー源のような照射源が含まれる。
さらに、図１および２には２段階工程の被覆操作が示さ
れている。しかしながら、この被覆操作を単一工程でも
行いうることは理解されるべきである。すなわち、図１
の生成物を直接図２のコーターまで伸ばし、図１に示す
生成物の保存を行わない方法である。

【００７４】最初の樹脂被覆の被覆重量は乾燥基準で20
0〜400g/m²、好ましくは320〜400g/m²程度が好ましい。
顆粒状炭素摩擦粒子の好ましい重量は75〜150g/m²、好
ましくは85〜120g/m²の程度である。樹脂の最終被覆
は、好ましくは、乾燥基準で250〜400g/m²、より好まし
くは300〜375g/m²の程度である。

【００７５】本発明の視野から離れることなく、本発明
の工程、成分および摩擦材料において種々の改変を行う
ことができる。例えば、オートマチックトランスミッシ
ョンに用いる場合に、摩擦材料の表面を目直し(dress)
することが望ましい。そのことにより、摩擦シート材料
の面を横切るトランスミッション液のリーク率(leakrat
e)が最小となる。目直しによりより良好な全体的な厚さ
および顆粒状コークス粒子の露出の制御が提供されると
考えられ、摩耗と廃物質の生成が低減される。一般に、
目直しは最終硬化が完了した後に裁断および成形の前に
行なわれる。典型的には、目直しではコークス粒子の露
出表面の薄いセグメント、典型的には、厚さ10〜40μm
のセグメントを除去する。しかしながら、最適のセグメ
ント厚はまだ決定されていない。典型的には、目直しは
摩擦シートの表面をグラインダーで研磨することにより
行なわれる。グラインダーには、例えば、カーティン-
ヘベルト(Curtain-Hebert)、ワイド・フェイス・フィニ
シング・マシン・モデル450が挙げられる。これは調製
可能なギャップにより隔てられた２本の平行な回転ロー
ルを有する。２本ロールの対の上方ロールには接着剤裏
被覆研磨剤支持グレード220アルミナ研磨粒子が接着さ
れており、摩擦表面シートはこのギャップを炭素粒子被
覆が研磨されるように通過する。研磨剤で覆われたロー
ルの表面速度は研磨されるシートがギャップを通過する
速度より速くなるように回転させる。

【００７６】

【実施例】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説
明する。特に断らない限りすべての部と％は重量基準で
ある。

【００７７】

【実施例１】本実施例ではオートマチックトランスミッ
ション用に適する本発明の摩擦材料の調製を説明する。

【００７８】まず、アラミド紙を被覆組成物で被覆し、
この紙の一表面上に顆粒状炭素摩擦粒子を付着させ、被
覆組成物を予備硬化させ、この紙の顆粒状炭素摩擦粒子
被覆表面に第２被覆組成物を塗布し、そして最後に両方
の被覆を最終硬化させることにより摩擦材料を作製し
た。第１および第２被覆組成物は以下の成分から形成し
た。

【００７９】 重量部 成分 720 水 720 プロピレングリコールメチルエーテル溶媒 4,370 フェニルとホルムアルデヒドとをモル比１：２で有し、 70,000cpsの粘度(25℃、No.4スピンドル、６rpm)を有する A-ステージ塩基触媒レゾールフェニルホルムアルデヒド熱 硬化性樹脂(固形分70％) 4,020 アズブリー・グラファイト・ミルズ、アズブリー、NJ、 より製品No.4023として得られる平均粒子寸法５〜６μm の炭素フィラー粒子 150 パラトルエンスルホン酸溶液(水中70％) 20 塩化アルミニウム水溶液(固形分28％)

【００８０】上述の被覆組成物は以下のようにして作製
した。まず、容器に水、プロピレングリコールメチルエ
チルエーテルおよびレゾールフェニルホルムアルデヒド
樹脂溶液を充填した。内容物を撹拌することにより均一
混合物とした。撹拌しながら、石油コークスフィラー粒
子を徐々に加え、均一混合物が得られるまで撹拌を続け
た。次いで、撹拌を続けながらパラトルエンスルホン酸
と塩化アルミニウム溶液とを添加した。レゾールフェニ
ルホルムアルデヒド樹脂用硬化剤として塩化アルミニウ
ムを添加した。

【００８１】このアラミド紙は50.9g/m²の表示重量を有
しており、1.27cmの平均長を有するアラミドステープル
ファイバーから形成されたものである。このファイバー
はウィルミントン、デラウェアーのE.I.デュポン・デ・
ネモアース・カンパニーより購入した。この紙はインタ
ーナショナル・ペーパー・カンパニーより製品番号8000
068として得た。

【００８２】供給ロールから紙を巻き戻し、直径25.4cm
(10インチ)のゴム被覆ロールと直径25.4cm(10インチ)の
スチールバックアップロールとの間に毎分4.5〜6.2メー
タ(15〜20フィート)の速度で送った。その際に、ロール
とロールの間の塗布厚をリニアルセンチメータ当たり21
kg(リニアルインチ当たり120ポンド)とすることにより
紙を含浸させた。次いで、この含浸紙を水平方向に配置
されたポリエチレンテレフタレートフィルムの表面上に
置いた。このフィルムは紙の移動と同一速度で移動し、
フィルムに乗せられた含浸紙はこの含浸紙上に散布され
る顆粒状炭素粒子の滝の下を通過した。その結果、接着
された粒子の均一被覆を有する含浸紙が得られた。接着
していない粒子は穏やかに風を送ることにより被覆表面
から除去した。顆粒状炭素粒子は130μm程度の平均粒子
寸法を有し、これはアズブリー・グラファイト・ミル
ズ、アズブリー、NJより製品コード4546として得た。こ
の顆粒状炭素粒子は100メッシュU.S.標準スクリーンを
通過するけれども150メッシュU.S.標準スクリーンを通
過しないハード石油コークス粒子からなる顆粒状炭素粒
子である。被覆組成物の乾燥被覆重量は300g/m²程度で
あり、顆粒状炭素粒子の被覆重量は97g/m²程度であっ
た。

【００８３】得られた被覆シート材料を100℃に加熱し
たオーブンに15分の通過時間、および105℃における15
分の通過時間で通し、樹脂を部分硬化させた。次いで、
被覆紙をキャリアフィルムから剥離し、保存ロールに巻
き上げた。この紙の粒子被覆表面上に同一被覆組成物を
ロール塗布するために粒子被覆表面をゴム被覆ロールに
対面させること以外は第１被覆工程と実質的に同様にし
て、この保存ロールを被覆工程にて被覆した。第２被覆
工程のための被覆条件は第１被覆工程と同様であり、第
２被覆の乾燥被覆重量は270g/m²であった。第２被覆工
程の後に、得られた生成物を100℃のオーブンを通過時
間15分で通過させ、150℃で15分の通過時間で通過さ
せ、そして105℃のオーブンに10時間放置し、両方の被
覆を完全に硬化させた。

【００８４】

【実施例２】本実施例ではマニュアルトランスミッショ
ンに適する摩擦材料の調製を説明する。異なる顆粒状炭
素粒子を用いること以外は実施例１と同様にして本実施
例の摩擦材料を作製した。これらは同一の販売元、アズ
ブリー・グラファイト・ミルズより製品コード第4547号
として得られる。これらは60メッシュスクリーンは通過
するけれども100メッシュスクリーンは通過しない金属
学的コークスであった。

【００８５】

【評価】図４に摩擦材料の性能を比較したグラフ(クラ
ッチ連結中におけるトルク(Nm)vs.スリップ速度(rpm))
を示す。ここではオートマチックトランスミッショント
ルクコンバータロックアップクラッチを用いた。本発明
の実施例１の摩擦材料を新しいトランスミッション液で
用いた場合(a)および使用済みのトランスミッション液
を用いた場合(a')と、従来技術の紙ベース摩擦材料を新
しいトランスミッション液で用いた場合(b)および使用
済みのトランスミッション液とで用い場合(b')とを比較
した。新しいトランスミッション液はクラッチ連結の均
質性および滑らかさを改良する従来の極性添加剤を含有
するオートマチックトランスミッション液である。当該
技術分野の従来技術の紙ベース摩擦材料は熱硬化性樹脂
を含浸させた充填セルロース紙をベースとするものであ
り、現在ゼネラル・モータース社(General Motors Corp
oration)よりヒドラマチック(Hydramatic)^TM第44T４お
よび第700R４号として販売されているオートマチックト
ランスミッションに用いられている。上記のようなオー
トマチックトランスミッション液は市販されている。例
えば、デクスラン(Dexran)II ATFの商標のものが挙げら
れる。使用済みのトランスミッション液は、新しいトラ
ンスミッション液を使用条件に置くことにより極性添加
剤を分解または劣化させ、それらがもはやクラッチ連結
の均質性および滑らかさを提供するための機能を摩擦材
料において果たさなくすることにより提供される。

【００８６】A曲線の平坦部により、本発明の摩擦材料
が実質的に幅広いスリップ速度にわたって連結中に実質
的に均一なトルクを提供することが明らかになった。対
照的に、従来の紙ベースの摩擦材料はより急勾配の直線
を示した。これはスリップ速度の変化において連結中の
トルクが変化したことを示す。

【００８７】この効果は使用済みのトランスミッション
液においてより顕著となった。曲線A'(本発明の実施例
１の摩擦材料で得られる曲線)と曲線B'(上述の従来技術
の摩擦材料で得られる曲線)とを比較すると従来の摩擦
材料と比較して本発明の摩擦材料により達成される効果
が明確に表われている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の摩擦材料を製造するための好ましい
方法の第１工程の一例を示す模式図である。

【図２】 本発明の摩擦材料を製造する好ましい方法の
第２工程の一例を示す模式図である。

【図３】 本発明の摩擦材料の断面図である。

【図４】 本発明の摩擦材料と従来の紙ベース摩擦材料
とを新しいオイルおよび使用済みのオイルをそれぞれ使
用してオートマチックトランスミッション用途において
性能比較した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０・・・摩擦材料、 １１・・・耐熱紙、 １２・・・主要表面 １３・・・炭素粒子、 １４・・・熱硬化樹脂被覆、 １５・・・顆粒状炭素摩擦粒子、 １６・・・熱硬化層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 592120324 ジェネラル・モータース・コーポレイショ ン ＧＥＮＥＲＡＬ ＭＯＴＯＲＳ ＣＯＲＰ ＯＲＡＴＩＯＮ アメリカ合衆国48209ミシガン州デトロイ ト（番地の表示なし) (72)発明者 デイビッド・スコット・セイツ アメリカ合衆国55144−1000ミネソタ州セ ント・ポール、スリーエム・センター（番 地の表示なし) (72)発明者 ローレンス・エルドリッジ アメリカ合衆国48232ミシガン州デトロイ ト、ジェネラル・モータース（番地の表示 なし)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トランスミッションにおける摩擦面部材
   として特に有用な摩擦部材であって、 (a)均一密度の耐熱紙; (b)該紙の一主要表面上に被覆され、そして少なくとも
   部分的に含浸された熱硬化ポリマーバインダーの第１
   層; (c)該第１層の露出表面上に均一に分散され、そして部
   分的に埋め込まれた顆粒状炭素摩擦粒子; および (d)該顆粒状炭素摩擦粒子を隠蔽しないように該第１層
   と該部分的に埋め込まれた顆粒状炭素摩擦粒子との上に
   被覆された(b)で定義されるポリマーバインダーの第２
   層;を有する摩擦材。
2. 【請求項２】 他の部材と接触することによりトルクを
   伝達する摩擦面部材を有するトランスミッションであっ
   て、該摩擦面部材が請求項１記載の部材であるトランス
   ミッション。