JPH0718091A

JPH0718091A - 湿式摩擦材

Info

Publication number: JPH0718091A
Application number: JP16235493A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ono; 英雄小野; Hideto Nakagawa; 英人中川; Masato Suzuki; 雅登鈴木
Original assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-20

Abstract

(57)【要約】【目的】耐熱性を有し、また、十分な気孔率と機械的
強度とを有する湿式摩擦材を得る。【構成】炭素繊維と、有機質繊維と、炭化性バインダ
ーとの混練物からなる成形体を非酸化性雰囲気で焼成
し、有機質繊維を焼失させると共に、炭化性バインダを
炭化させて炭素繊維を結合するマトリックスを形成す
る。また、無機質充填材を更に加えることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の流体式自動変
速機等、油中で使用される湿式摩擦係合装置に用いる湿
式摩擦材に関するもので、特に、炭素質の多孔体からな
る湿式摩擦材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車の自動変速機等におい
ては、通常金属製である基板の表面に湿式摩擦材を接着
した複数のディスクプレートと、金属板などの一枚板か
らなる摩擦相手材としての複数のセパレートプレートと
を交互に配し、潤滑油として使用されるＡＴＦ（オート
マチックトランスミッションフルード）の中で、回転す
る相手材に対して停止している湿式摩擦材を押圧して回
転を停止させる、あるいは、停止している相手材に対し
て回転している湿式摩擦材を押圧して相手材と湿式摩擦
材とを同一回転させることにより、原動機の駆動力を伝
達あるいは遮断している。また、湿式摩擦材と相手材と
の間に差回転を発生させ、これにより、ちょうど半クラ
ッチと同様の状態で原動機の駆動力を伝達するようにも
している。

【０００３】このような油中で使用する湿式摩擦材は、
油が十分に含浸される必要があることから多孔質体とし
て形成され、従来より、軽量で、安価である等の点で、
繊維基材の抄紙体に熱硬化性樹脂を含浸し、加熱硬化し
たものが一般的である。そして、この繊維基材としては
木材パルプが一般に用いられ、またこの抄紙体には摩擦
調整剤、固体潤滑剤等の充填材が適宜添加される。この
種の湿式摩擦材に関しては、例えば、特開平１−１６９
１３４号公報、特開平１−２８８６３９号公報、特公平
２−６１６６１号公報等に、その種々の改良技術が掲載
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
湿式摩擦材に関しても、近年の自動車エンジンの出力の
増大、変速機の小型化等により、その性能に対する要求
はますます厳しくなっている。特にその一つは耐熱性で
あり、例えば、車の加速性能向上のため自動変速機の変
速点を向上させると、摩擦材の係合回転数が上昇し、摩
擦係合面が瞬間的に４００℃にも達することもある。そ
のために、木材パルプを繊維基材とする従来の湿式摩擦
材では、熱劣化によって、安定した摩擦係数を得ること
ができず、また、耐摩耗性、耐久性を十分に満足するこ
とができなくなっている。

【０００５】他方、湿式摩擦材を焼結合金等の耐熱性の
ある無機質多孔体から構成することは、古くから知られ
ている。しかし、これらは、摩擦面に油膜を形成するの
に必要とされる十分な気孔率を得るのが困難であった
り、また、一般に剛性は高いが比較的脆く、曲げなどの
機械的強度に劣るという問題点があった。

【０００６】また、湿式摩擦材を炭素質の多孔体から構
成することも知られており、例えば特開昭６３−２２８
８８号公報には、炭素粉末とセルロース繊維との混合物
からなる成形体に熱硬化性樹脂を含浸し、焼成すること
によって、ガラス状炭素の多孔体からなる湿式摩擦材を
得ることが提案されている。しかし、この湿式摩擦材
は、十分な気孔率は有するが、全体がガラス状炭素によ
って形成されているために、特に耐衝撃性に劣るという
問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、耐熱性を有し、また、
十分な気孔率と機械的強度を有する湿式摩擦材を提供す
ることをその課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
湿式摩擦材は、炭素繊維と、有機質繊維と、炭化性バイ
ンダーとの混練物からなる成形体を非酸化性雰囲気で焼
成し、前記有機質繊維を焼失させると共に、前記炭化性
バインダを炭化させて前記炭素繊維を結合するマトリッ
クスを形成してなるものである。

【０００９】また、請求項２の発明にかかる湿式摩擦材
は、無機質充填材を更に加えたもので、炭素繊維と、無
機質充填材と、有機質繊維と、炭化性バインダーとの混
練物からなる成形体を非酸化性雰囲気で焼成し、前記有
機質繊維を焼失させると共に、前記炭化性バインダを炭
化させて前記炭素繊維及び無機質充填材を結合するマト
リックスを形成してなるものである。

【００１０】

【作用】これらの湿式摩擦材は、有機質成分が全て焼失
するかまたは炭化した無機質の多孔体からなるため、耐
熱性を有する。また、有機質繊維の焼失によって解放気
孔が形成されたものであるため、十分な気孔率を有す
る。更に、炭素繊維が炭化した炭素のマトリックスによ
って結合された炭素繊維強化複合構造からなるため、十
分な機械的強度を有する。

【００１１】ここで、炭素繊維は、補強材として一般に
使用されているものを用いることができ、一般に長さ
０．１〜５mm（好ましくは０．５〜２mm）のものが使用
される。

【００１２】また、無機質充填材としては、湿式摩擦材
に通常使用されている充填材で、焼成時に熱分解や強度
劣化することのない無機質のものを、そのまま使用する
ことができる。しかし、二硫化モリブデン等の固体潤滑
材は、本発明の湿式摩擦材が炭素質であり既に自己潤滑
性を有するため、特に必要ではない。また、主に耐摩耗
性を高める点で、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン
等の無機炭化物、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の無機窒化
物、アルミナ、シリカ、二酸化ジルコニウム等の無機酸
化物などのセラミック粉は、好適に使用することがで
き、これらは、０．１〜５０μｍ程度の粒径のものが用
いられる。また、これらのセラミック粉は、セラミック
繊維、あるいはウイスカであることもできる。そして、
これらの無機質充填材は、焼成時に焼結するものがより
好ましく、それによって組織の強度を向上することがで
きる。

【００１３】有機質繊維は、焼成時に焼失することによ
って湿式摩擦材の気孔率を確保するものであるが、リン
ターパルプ等の木材繊維、ポリエステル繊維、アクリル
繊維、ナイロン繊維等の織物繊維、あるいはアラミド繊
維等の有機繊維などを適宜に使用することができる。そ
してこれらの繊維は、特に限定されないが、一般に平均
長さ０．１〜４mm（好ましくは０．５〜２mm）、径５〜
２０μｍ（好ましくは１０〜１５μｍ）のものが用いら
れる。

【００１４】炭化性バインダーは、前述の炭素繊維、充
填材、及び有機質繊維を含む混練物を形成すると共に、
焼成時に炭化、焼結して炭素のマトリックスを形成する
ものであり、一般に液状の形態で用いられる。そして、
この炭化性バインダーは、炭化焼成による残炭率が２０
％以上であるものが好ましく、このために、フェノール
樹脂、メラミン樹脂、あるいはエポキシ樹脂を好適に用
いることができる。また、コールタールピッチ等の液状
炭素質材料も好ましい。なお、炭素繊維をこの炭化性バ
インダーで予め被覆処理しておくこともでき、これによ
って炭素繊維と炭素マトリックスとの結合性をより高め
ることができる。

【００１５】そして、これらの炭素繊維、有機質繊維、
炭化性バインダー、また無機質充填材は、相互に混合
し、混練することによって可塑状の混練物に形成され
る。この際の各材料の配合割合は、炭化性バインダーの
残炭率によっても異なり一概に特定することはできない
が、最終的に得られる湿式摩擦材の気孔率が好ましくは
３０〜５０％になるように調整される。一般には、有機
質繊維は、炭素繊維に対して５〜５０重量％、無機質充
填材は炭素繊維に対して３０重量％以下で、それぞれ配
合される。また、炭素繊維は混練物全体の３０〜８０重
量％の割合で、炭化性バインダーは混練物全体の２０〜
４０重量％の割合で、それぞれ配合される。

【００１６】この混練物は、次いで、プレス成形、射出
成形等の成形手段、あるいはドクターブレード法等の手
段により、シート状に成形され、また更に、リング等の
所望の形状に打ち抜かれる。そして、この混練物からな
る薄板状の成形体は、溶剤等の揮発成分を十分に除去し
た後、非酸化性雰囲気で焼成される。この焼成は、一般
に１０００℃以上の温度でなされ、これによって、有機
質繊維は焼失し、また炭化性バインダーは黒鉛等に炭化
し、マトリックスを形成して炭素繊維、または炭素繊維
及び無機質充填材を相互に結合する。こうして、繊維強
化複合構造の炭素質多孔体からなる本発明の湿式摩擦材
が形成される。なお、特に強度が望まれる場合、その炭
素質多孔体に炭化性バインダーを再度含浸し、焼成し
て、緻密化することもできる。

【００１７】このようにして得られた本発明の湿式摩擦
材は、３０〜５０％の気孔率を有することが好ましい。
しかし、この範囲外の気孔率であることも適宜可能であ
る。そして、この湿式摩擦材は、通常の湿式摩擦材と同
様に、自動変速機のディスクプレート等の基板に接着し
て、油中で使用される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１９】本発明の湿式摩擦材を、以下に述べる配
合、製法により作製した。

【００２０】〈実施例１〉平均繊維長２mm，繊維径１３
μｍのピッチ系炭素繊維５０重量％と、平均繊維長１m
m，繊維径７μｍのアクリル繊維２０重量％を骨材と
し、これに、炭化性バインダーとしてレゾール系フェノ
ール樹脂を３０重量％加え、ニーダー型混練機で十分に
混練した。得られた混練物を、次いで、その揮発分を調
整した後、メカニカルプレスを用いて、５００kg／cm²
の成形圧力で成形し、外径１３０mm、内径１００mm、厚
さ１．０mmの中空円板状の成形体を形成した。そして、
この成形体を２００℃のオーブン中で十分加熱硬化した
後、窒素雰囲気下で最終到達温度１２００℃の焼成処理
を行い焼結させ、炭素質多孔体を得た。

【００２１】こうして得られた炭素質多孔体からなる湿
式摩擦材は、気孔率４５体積％，曲げ強度６２０kg／cm
²であった。

【００２２】〈実施例２〉実施例１で用いた炭素繊維４
０重量％、平均粒径１μｍの炭化ケイ素２０重量％、及
び平均繊維長１．０mm，繊維径１０μｍのナイロン繊維
１５重量％を骨材とし、これに、炭化性バインダーとし
てコールタールピッチを２５重量％加え、混練機で１０
０℃に加熱しつつ十分に混練した。そして、この混練物
を、実施例１と同様にして、中空円板状の成形体に形成
した。次いで、この成形体を窒素雰囲気下で最終到達温
度１３００℃の焼成処理を行い焼結させ、炭素−炭化ケ
イ素質多孔体を得た。

【００２３】こうして得られた炭素−炭化ケイ素質多孔
体からなる湿式摩擦材は、気孔率３８体積％，曲げ強度
８００kg／cm²であった。

【００２４】〈実施例３〉配合に先立って、実施例１，
２で用いた炭素繊維を、加熱後の固形分が３重量％とな
るよう、溶剤で希釈したレゾール系フェノール樹脂で被
覆し、この炭素繊維を２００℃のオーブン中で加熱処理
をし、表層にレゾール系フェノール樹脂の硬化層を形成
した。

【００２５】このように調整した炭素繊維４５重量％、
平均粒径５μｍの炭化ホウ素粉１５重量％、及び実施例
２で用いたナイロン繊維１５重量％を骨材として、これ
に、バインダーとしてレゾール系フェノール樹脂を２５
重量％加え、混練した。そして、得られた混練物を、実
施例１と同じ条件で成形、焼成して、炭素−炭化ホウ素
質多孔体を得た。

【００２６】こうして得られた炭素−炭化ホウ素質多孔
体からなる湿式摩擦材は、気孔率３５体積％，曲げ強度
７７０kg／cm²であった。

【００２７】次いで、これらの実施例による湿式摩擦材
について、これを芯金に接着し、縁部分のバリ等を処理
する機械加工を施して湿式摩擦プレートを作成し、以下
に述べる試験方法により、その耐摩耗性を評価した。

【００２８】なお、比較例として、パルプ繊維、珪藻
土、有機及び無機の摩擦調整剤などから構成される混抄
紙に、熱硬化性樹脂を含浸し加熱成形して得られた、気
孔率３０〜５０体積％の従来の湿式摩擦材を用い、同様
に試験した。

【００２９】〈耐摩耗性試験〉下記に示す条件で、ＳＡ
ＥNo. ２試験を５００００サイクル実施した。

【００３０】（試験条件）枚数：２枚回転数：３０００rpm 荷重：１０kg／cm² 慣性量：３kg・cm・sec ² 油量：１０００ml 温度：１００℃ 以上の試験によって得られた結果は次のとおりである。

【００３１】この結果より、各実施例の湿式摩擦材は、従来の湿式摩
擦材である比較例と比べて、耐摩耗性が大幅に優れてい
ることがわかる。

【００３２】また、摩擦性能において、実施例１は劣化
は認められず、実施例２は５００００サイクル終了地点
においても安定した摩擦性能を有し、実施例３は実施例
２と同様、安定した摩擦性能を示したのに対して、比較
例は５０００〜１００００サイクルで摩擦性能の耐久限
界に達した。したがって、摩擦性能おいても各実施例の
湿式摩擦材は比較例よりも優れていることがわかる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の湿式摩
擦材は、炭素繊維と、有機質繊維と、炭化性バインダー
との混練物からなる成形体を非酸化性雰囲気で焼成し、
前記有機質繊維を焼失させると共に、前記炭化性バイン
ダを炭化させて前記炭素繊維を結合するマトリックスを
形成してなるものである。したがって、炭素質の多孔体
からなるために、耐熱性が高く、高負荷条件で使用され
ても劣化を生じない。また、自己潤滑性を有するため
に、滑り摩擦係合時の円滑なトルク伝達性にもに優れ
る。更に、炭素繊維によって強化された構造であるため
に、強度、耐衝撃性に優れる。また、有機質繊維を焼失
させることによって多孔質構造を形成したものであるた
め、十分な気孔率を確保することができ、湿式摩擦時に
摩擦表面に安定した油膜を形成することができる。そし
てこれによって、自動変速機等の湿式摩擦材として、好
適に使用することができる。

【００３４】また、請求項２の発明の湿式摩擦材は無機
質充填材を更に加えたものであり、このために、耐磨耗
性を一層向上することができ、また摩擦材の強度をより
高めることができる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｅ 9049−4ＨＦ 9049−4ＨＦ１６Ｄ 69/02 Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維と、有機質繊維と、炭化性バイ
ンダーとの混練物からなる成形体を非酸化性雰囲気で焼
成し、前記有機質繊維を焼失させると共に、前記炭化性
バインダを炭化させて前記炭素繊維を結合するマトリッ
クスを形成してなることを特徴とする湿式摩擦材。
【請求項２】炭素繊維と、無機質充填材と、有機質繊
維と、炭化性バインダーとの混練物からなる成形体を非
酸化性雰囲気で焼成し、前記有機質繊維を焼失させると
共に、前記炭化性バインダを炭化させて前記炭素繊維及
び無機質充填材を結合するマトリックスを形成してなる
ことを特徴とする湿式摩擦材。