WO2005095812A1

WO2005095812A1 - 摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法

Info

Publication number: WO2005095812A1
Application number: PCT/JP2005/005808
Authority: WO
Inventors: Atsushi Takahashi; Satoshi Yoshida; Kentaro Komori; Yorinori Kumagai; Takao Nakagawa; Mihoko Yamashita
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.; Across Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2005-10-13
Also published as: JP4673571B2; EP1731785A4; JP2005291449A; KR20070011421A; US20070205076A1; CN1938527A; US7832529B2; EP1731785A1; CN1938527B; EP1731785A8

Abstract

　軽量化を図ることができるとともに、耐衝撃性に強く、しかも、摺動抵抗の向上を図ることができる摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法を提供する。摩擦係合装置用摩擦部材（１０）として、炭素系バインダおよび添加物からなるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を、加熱処理することにより得られた炭素繊維／炭素質複合材製摩擦部材であって、その気孔率が２０～６０％にされてなるようにした。

Description

明細書

摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法に関し、特に、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置に使用されるのに好適な摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置は、鉄系の金属からなるプレート状の芯金に、セルロース繊維等の摩擦材を接合して形成される摩擦部材を備えている。摩擦材は、一般に、ペーパー摩擦材といわれ、摩擦材用の樹脂を有機溶媒で溶解したものを有機系繊維基材の抄紙体に含浸させ、乾燥、加熱硬化工程を経て得られる。また、小型軽量ィ匕を図るために、炭素系繊維で形成した摩擦材も知られている（例えば、 JP 11-5850 A, Paragraphs 0019- 0020参照）。

[0003] このような摩擦材の接合された摩擦部材は、相手側となるセパレータプレートとともに複数枚交互に重ねられて、多板形クラッチを構成し、摩擦係合装置の駆動力伝達部材として配置される。そして、摩擦係合装置は、摩擦部材がセパレータプレートに対して圧接あるいは離間されることにより、エンジン側からの駆動力が車輪側に伝達され、あるいは駆動力が車輪側と遮断されるようになって!/、る。

[0004] 前記した従来の摩擦係合装置に用いられる摩擦部材では、芯金となる部分が金属製基板で構成されていたため、重量が嵩むという問題を有しており、軽量化が望まれていた。摩擦部材を軽量ィ匕するための方策としては、摩擦部材の全体を芯金の部分も含めて炭素系繊維で焼き固めて構成することが挙げられる。しかし、そうすると、摩擦部材の軽量ィ匕は可能になるが、耐衝撃性が低下するという問題を生じる。

[0005] また、このような摩擦部材を製造するためには、一般的に、 1000〜2000°Cの高温域における高温焼成でカーボンを焼き固め、そして揮発して形成された空隙に、榭脂液を含浸し再度焼成するという作業を何度も繰り返し行う必要がある。このため、摩擦部材の製造に時間が力かるとともに、高価になるという問題があった。 [0006] さらに、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置においては、近年、性能の高度ィ匕、高機能化が進んでおり、これに伴って、摩擦部材に対する摩擦係数 (摩擦特性）の向上が求められている。

発明の開示

[0007] 本発明者等は、摩擦部材の軽量ィヒを図るために鋭意検討を重ねた結果、従来のように完全に焼き固めを行わずに、榭脂成分が残っている状態、つまり、マトリックスが完全に炭化していない状態に焼成処理を行うことにより、気孔分が存在する炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を作製することで、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置に使用して好適な摩擦部材が得られることを見出し、本発明に至ったのである。

[0008] 本発明の一側面としての摩擦係合装置用摩擦部材は、炭素系バインダおよび添加物からなるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を、加熱処理することにより得られた炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材であつて、その気孔率が 20〜60%であることを特徴とするものである。

[0009] この炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材には、気孔率が 20〜60%となる気孔が存在するので、摩擦係数の向上を図ることができる。その結果、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に必要な特性を満たすことができる。すなわち、摩擦面に潤滑供給されるオイルの保持力が高まり、良好な摩擦特性を得ることができるとともに、その耐久性を向上させることができるようになる。ここで、気孔率が 20%を下回ると、気孔量が不十分となるため、オイルによる潤滑が速やかに行われ難くなり、良好な摩擦特性が得られないとともに、摩擦部の冷却不足を招きやすくなる。また、気孔率が 60%を超えると、摩擦部材の靱性に影響が出やすくなり、耐衝撃性が低下して、耐久性が早期に低下しやすくなる。

[0010] 前記炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材は、前記前駆体中の前記マトリックスが残留しているものとするのが望ましい。その場合、前駆体の加熱処理は、マトリックスが残留した状態、つまり、完全に焼き固められない状態 (マトリックスが完全に炭化していない状態）になるように行われることとなる。これにより、従来のように全体を焼き固めて形成したものに比べて、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に靱性や弾性が備わるようになり、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に好適な、衝撃性に耐え得る所望の強度を有したものとすることができる。

[0011] また、完全に焼き固める必要が無くなるので、従来のような、炭素繊維を完全に焼き固める際の煩雑な作業を排除することができ、例えば、 1回の加熱処理により、所望の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を得ることができる。これにより、従来に比べ短時間で、かつ安価に摩擦部材を形成することができる。さらに、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に残留したマトリックスがバインダの役割を成すので、気孔率が高く設定されても、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の靱性が良好に保持されるようになり、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の薄肉化を実現することができる。したがって、摩擦係合装置の小型化に寄与する摩擦部材が得られる。

[0012] また、前記加熱処理は、 300〜600°Cの低温焼成とするのが好ましい。前駆体の加熱処理力従来の焼成技術には無い 300〜600°Cで低温焼成することにより行われれば、マトリックスが完全に焼き固められることがなくなり（マトリックスが完全に炭化していない状態とされ)、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材にはマトリックスが残留されるよう〖こなる。これにより、得られる炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材は、前述同様の優れた効果を奏するものとなる。

[0013] また、前記摩擦係合装置用摩擦部材にお!/、て、前記加熱処理前の前駆体に対する前記加熱処理後の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率が、（例えば、非酸ィ匕雰囲気下において 600°Cまで昇温した際に） 20%以下となるようにするのが好ましい。

[0014] このように、加熱処理後の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量を加熱処理前の前駆体と比較したときの減少率が 20%を超えな、ように規定することで、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率や強度、摩擦特性が、例えば自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に好適な摩擦部材が得られる。なお、気孔率は、マトリックスの配合量により前記 20〜60%の範囲で変動を生じるため、このように炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率を規定することは、所望の強度を備えた品質のよ!、摩擦部材を得る上で有効であると言える。

[0015] さらに、前記摩擦係合装置用摩擦部材は、前記炭素繊維 Z炭素質複合材の曲げ強さを 60MPa以上とするのが好まし!/、。

[0016] 炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の曲げ強さが 60MPa以上となるように規定することにより、衝撃性に強ぐ例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に好適な摩擦部材が得られる。

[0017] また、前記摩擦係合装置用摩擦部材は、摩擦部材本体と摩擦層とが前記前駆体を加熱処理してなる単一片に形成されて、るものとするのが望ま、。

[0018] それにより、摩擦部材本体と摩擦層とがー体的に形成されるので、従来のような金属製の芯金を用いた摩擦部材に比べて、大幅な軽量ィ匕を図ることができる。このように軽量化されることにより、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に、摩擦部材が回転することにより生じる慣性を低減することができるようになり、駆動力の伝達ロスを少なくすることができる。これにより、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置に用いた場合、燃料消費量の低減を図ることも可會になる。

[0019] さらに、本発明の他の側面としての摩擦係合装置用摩擦部材の製造方法は、炭素系バインダおよび添加物力もなるマトリックスとそのマトリックスに分散する炭素繊維とにより前駆体を形成し、前記マトリックスが残留した状態に前記前駆体を低温焼成して、気孔率が 20〜60%となるように炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を形成することを特徴とする。

[0020] 前記製造方法によれば、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材は、炭素系バインダおよび添加物力もなるマトリックスとそのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を、マトリックスが残留した状態に低温焼成することにより形成することができる。そして、前駆体は低温焼成により、マトリックスが残留した状態、つまり、完全に焼き固められる状態にならないようにされる。これにより、従来のように全体を焼き固めて形成したものに比べて、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に靱性ゃ弹性が備わるようになり、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に好適な、衝撃性に耐え得る所望の強度を有したものとすることができる。また、完全に焼き固める必要が無くなるので、従来のような、炭素繊維を完全に焼き固める際の煩雑な作業を排除することができ、例えば、 1回の低温焼成により、所望の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を得ることができる。これにより、従来に比べ短時間で、かつ安価に摩擦部材を形成することができる。

[0021] さらに、気孔率が 20〜60%となるように規定したので、前述同様の作用効果が得られる。すなわち、気孔の存在による摩擦係数の向上を図ることができ、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に、摩擦面に潤滑供給されるオイルの保持力が高まり、良好な摩擦特性が得られ、耐久性が向上する。また、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に残留したマトリックスがノインダの役割を成すので、気孔率が高く設定されても、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の靱性が良好に保持されるようになり、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の薄肉化を実現することができる。したがって、摩擦係合装置の小型化に寄与する摩擦部材が得られる。

[0022] 本発明の摩擦係合装置用摩擦部材およびその製造方法によれば、軽量化を図ることができるとともに、耐衝撃性に強ぐし力も、摩擦係数の向上を図ることができる摩擦係合装置用摩擦部材が得られる。

[0023] 前記した本発明の諸側面及び効果、並びに、他の効果及びさらなる特徴は、添付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説明により、一層明ら力となるであろう。

図面の簡単な説明

[0024] [図 1]本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置用摩擦部材が適用される摩擦係合装置の要部の断面図である。

[図 2]本発明の一実施の形態に係る摩擦係合装置用摩擦部材を示し、 (a)は正面図、（b)は図 2 (a)の b— b線断面図である。

[図 3]セパレータプレートを示し、（a)は正面図、（b)は図 3 (a)の b— b線断面図である [図 4]気孔率と曲げ強さとの関係を表したグラフである。

[図 5]炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率 P (%)と μ θ μ dとの関係を表したグラフである。

[図 6]SAE No. 2試験機におけるトルク波形図を示した図である。

[図 7]300°C大気中で 1時間曝露した後の焼成温度と曲げ強さ低下率との関係を表したグラフである。

[図 8]炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率を表したグラフである。発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、図面を参照して本発明に係る摩擦係合装置用摩擦部材の実施の形態を説明する。

[0026] 本実施の形態の摩擦係合装置用摩擦部材 (以下、摩擦部材と!、う）は、例えば、図 1に示すように、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置 1における湿式多板クラッチ Cに適用される。摩擦部材 10は、炭素系バインダおよび添加物力もなるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を低温焼成することにより形成される、炭素繊維,炭素質複合材 (C,C複合材)製摩擦部材である。そして摩擦部材 10は、摩擦部材本体 (芯金に相当する部分)と摩擦層（後記するセパレータブレート 20に摺接する部分)とが前記前駆体により一体的に形成されてなる。

[0027] 本実施形態の摩擦係合装置 1は、図示しないエンジンとモータ'ジェネレータ MGとを備えたノヽイブリツド車に適用されるものであり、図示しないエンジン力のクランクシャフト 2と、トランスミッション（図示せず）からのメインシャフト 3との間に、前記モータ' ジェネレータ MGと、ダンバ Dと、前記湿式多板クラッチ Cとが直列に配置されて構成される。

[0028] モータ'ジェネレータ MGは、そのロータ 4がボルト laを介してクランクシャフト 2に固定されており、そのロータ 4に、ボールベアリング 5を介して湿式多板クラッチ Cのクラツチ入力軸 6が支持される。クラッチ入力軸 6には、クラッチケース 7の一端側が溶接されて固定される。クラッチケース 7は、第 1ケース 7aと、この第 1ケース 7aの外周部に重ね合わされて溶接された第 2ケース 7bとから構成される。クラッチケース 7の第 1ケース 7aの内面には、クラッチガイド 8が固定される。一方、第 2ケース 7bは、オイルポンプ（図示せず）を駆動するためのオイルポンプハブ 9に溶接される。このオイルポンプハブ 9は、ミッションケース 30にボールベアリング 11を介して支持され、オイルポンプハブ 9とミッションケース 30との間にオイルシール 12が配置される。

[0029] トランスミッションのメインシャフト 3は、その小径端部 3aがクラッチ入力軸 6の支持孔に軸受メタル 6aを介して支持される。メインシャフト 3の外周部には、クラッチハブ 13 力 Sスプライン結合され、その一端部がスラストベアリング 13aを介してクラッチ入力軸 6 の端面に対向しているとともに、他端部がスラストベアリング 13bを介して第 2ケース 7 bの内面に対向している。また、メインシャフト 3の外周面とオイルポンプハブ 9の内周面との間には、筒状のオイルセパレータ 9aが配置されており、このオイルセパレータ 9aの端部外周面とクラッチハブ 13の端部内周面との間にシールリング 13cが配置される。

[0030] 湿式多板クラッチ Cは、摩擦部材 10および相手材としてのセパレータプレート 20が交互に重ねられて各 5枚ずつ配置されている。摩擦部材 10は、クラッチハブ 13の外周部に、その内歯 10a (図 2 (a) , (b)参照）がスプライン嵌合した状態に設けられ、また、セパレータプレート 20は、クラッチガイド 8の内周部に、その外歯 20a (図 3 (a) , ( b)参照）がスプライン嵌合した状態に設けられる。図 1に示すように、最外側に配置される摩擦部材 10の側方には、エンドプレート 17が配置される。このエンドプレート 17 は、シールリング 17aを介して、クラッチハブ 13の外周部に設けられた環状の仕切り部材 17bに当接している。また、エンドプレート 17の側方で、第 2ケース 7bの内側面には、エンドプレート 17と密着し得る平坦な複数の受圧面 7cが形成されており、各受圧面 7c (図 1では 1つのみ図示）の間には、オイル溝 7dが放射方向に形成されている

[0031] クラッチガイド 8とクラッチ入力軸 6との間には、内外一対の Oリング 8a, 8aを介してクラッチピストン 14が摺動自在に嵌合しており、そのクラッチピストン 14と第 1ケース 7 aとの間にクラッチ油室 14aが区画される。このクラッチ油室 14aは、クラッチ入力軸 6 を半径方向に貫通するオイル通路 6bを介してメインシャフト 3の内部に形成されたォィル通路 3bに連通している。また、クラッチピストン 14には、最外側のセパレータプレート 20が当接可能に対向している。

[0032] 湿式多板クラッチ Cの内側において、クラッチ入力軸 6には、クリップ 15aでスプリングシート 15が支持されており、このスプリングシート 15とクラッチピストン 14との間に、クラッチスプリング 16が圧縮状態で挿入されている。これにより、クラッチピストン 14は、最外側のセパレータブレート 20から離れる方向 (係合解除方向）に付勢されるようになっている。

[0033] 摩擦部材 10、セパレータプレート 20およびエンドプレート 17の摺動領域は、クラッチハブ 13を貫通する複数の貫通孔 13d (図 1では 1つのみ図示）を介して、メインシャフト 3とオイルセパレータ 9aとの間に形成されたオイル通路 18に連通している。また、前記摺動領域は、第 2ケース 7bの各オイル溝 7d (図では 1つのみ図示)からクラッチハブ 13とオイルポンプハブ 9との間に形成されたオイル通路 19aを介して、オイルポンプハブ 9の内周面とオイルセパレータ 9aの外周面との間に形成されたオイル通路 1 9bに連通している。したがって、前記摺動領域には、これらの通路を介してオイルが供給されるようになって、る。

[0034] 本実施形態の摩擦部材 10は、前記のように、前駆体を 300〜600°Cの低温焼成で、マトリックスが残留した状態に加熱処理を行うことにより、炭素繊維,炭素質複合材製摩擦部材の気孔率が 20〜60%にされてなるように形成した。また、後記するように、非酸化雰囲気下にお、て 600°Cまで昇温した際の前駆体の重量減少率が 20%を超えないように形成するとともに、曲げ強さ Rが 60MPa以上になるように形成した。

[0035] 前記摩擦部材 10の材料として用いられる炭素繊維 (CF)としては、ピッチ系や PA N (ポリアクリロニトリル）系、レーヨン系等の任意のものを使用することができる。また、炭素繊維としては未炭化炭素質繊維も使用することができる。炭素繊維の繊維長さおよび繊維径は特に限定されるものではなぐ任意のものを使用することができる。炭素系バインダとしては、フエノール榭脂、フラン榭脂、ポリイミド榭脂、エポキシ榭脂等の熱硬化性榭脂、または、石油系、石炭系等のピッチ類、または、これらの榭脂にピツチ類を配合してなる組成物質を使用することができ、この中でも高ヽ結合強度を得ることができるフエノール榭脂が好ま、。このような炭素系バインダは前駆体 (または炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材)の靱性を高めるためのバインダとしても作用する。添加物としては、石油系および Zまたは石炭系コータス粉末や適宜のセラミツク粉末、繊維質や有機質バインダ等を用いることができる。 [0036] このような摩擦係合装置 1に用いられる摩擦部材 10を次のような方法で製造した。

(1)前記炭素繊維、炭素系バインダ、添加物をよくかき混ぜて、ドーナツ状金型に充填し、金型温度を 250°C、圧力を lOMPaの条件下でホットプレスを行い、前駆体を形成した。なお、炭素繊維 (CF)とマトリックスとの配合割合は、特に制限はないが、例えば、表 1の例 1〜14に示すように、種々の態様を採り得る。

(2)次いで、得られた前駆体を加熱炉内に設置して、窒素ガス雰囲気中、焼成温度 300〜600°Cで、約 2時間の低温焼成 (加熱処理)を行い、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を得た。このときの、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材のデータを焼成温度 300。C、 400^oC、 500。C、 600。Cに分けて表 1に示した。

(3)得られた炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の外周部にプレス打ち抜き機で内歯 10a (図 2 (a) , (b)参照）を形成し、その後、仕上げカ卩ェとして摩擦面 (セパレータプレート 20との摺動面）に対して研削を行った。これにより、厚さ 1. 8mmの摩擦部材 10が形成された。

[0037] [表 1]

[0038] この表 1の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材のデータに基づいて、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率 P (%)と曲げ強さ R(MPa)との関係を表したものが図 4に示すグラフである。図 4に示すように、焼成温度が高くなると、相対的に曲げ強さ R(MPa)が低下することが分かる。これは、低温焼成により炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材にはマトリックスが残留した状態となるが、焼成温度が上がることにより揮発するマトリックスの分量が増えるためである。また、気孔率 P (%)が上がると、その分、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材には隙間が多くなるため、曲げ強さ R (MPa)が低下することとなる。ここで、摩擦係合装置 1 (図 1参照）に適用される摩擦部材 10の良好な曲げ強さ R(MPa)を考えると、例えば、摩擦係合装置 1に対する衝撃性の高ヽ入力を考慮した場合に、摩擦特性 (気孔率 P (%)に影響される)が良好に維持されることが望ましい。そのこと力すると、曲げ強さ R (MPa)は、摩擦部材 10における内歯 10aの耐久要件等、これまでの知見から 60MPa以上必要であると考えた。

[0039] また、表 1の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材 (例 1〜14)に基づいて、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率 P (%)と摩擦係数 μ θΖ μ dとの関係を表したものが図 5に示すグラフであり、また、摩擦特性を評価すべく SAE No. 2試験機におけるトルク波形図を示したものが図 6である。

[0040] 摩擦評価試験は、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材 (摩擦部材 10、表 1参照）例 1〜14のそれぞれについて、次のように行った。これら炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材カもなる摩擦部材 10を 2つのセパレータプレート 20, 20で挟み、それらを、 SAE No. 2試験機に組み込み、面圧： 0. 95MPa、回転速度： 2940rpm、イナ一シャ： 0. 12kg'm²、試験油温： 100°C、試験サイクル数： 500サイクルの条件で摩擦評価試験を行って、摩擦係数 0、 μ dを測定した。これらの 0、 μ dは、図 6の S AE No. 2試験機におけるトルク波形に示されており、 /z dは回転数 1200rpm時の摩擦係数、 μ 0はトルクが急激に減少する直前の回転数 200rpm時の摩擦係数である。ここで、 μはトルクを、クラッチが係合するときの面圧で除した値である。これらの摩擦係数は回転マスを止めるブレーキングテストによる。なお、セパレータプレート 20 には力二ゼンメツキを施した。

[0041] 図 5に示すように、気孔率 Ρ (%)が上がる (オイル潤滑性が上がる）と、摩擦特性の指標としての 0Ζ dが小さくなり、ジャダ一振動を防止する上で優れたものとなる。ここで、前記のように、摩擦係合装置 1に対する衝撃性の高い入力を考慮した場合に μ OZ w dは、条件的に 1. 04以下に設定されることが望ましぐその点力も気孔率 P ( %)を見てみると、気孔率 P (%)は、 20〜60%に設定されることが好ましい。なお、上限を 60%としたのは、気孔率 P (%)が 60%を超えると、 μ θ/ μ dにほとんど変化が見られず、また、この条件では摩擦部材 10が形成し難くなることと、図 4に示したように十分な曲げ強さ R (MPa)を得られなくなるからである。

[0042] ここで、摩擦部材 10における気孔は、主として、前駆体中の揮発成分が低温焼成により除去されることによって形成されるものであり、その気孔率 P (%)の測定は、顕微鏡により表面に形成された気孔の大きさを測定する方法や公知の方法を用いることにより行うことができる。

[0043] 次に、図 7を参照して、使用環境下に曝された後の焼成温度に対する曲げ強さ低下率について説明する。図 7に示すように、焼成温度が 300°Cを下回ると、曲げ強さ低下率が極端に上昇することが分かる。これは、例えば、焼成温度が 200°Cに下がると、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材におけるマトリックスの残留量が過剰となり、摩擦部材 10として使用したときに、熱劣化を引き起こし易くなるためである。この点、焼成温度が 300〜600°Cの領域においては、曲げ強さ低下率（％)が 20%以下に抑えられることが分かり、耐久性に問題がなく使用に耐えうる摩擦部材 10が得られる

[0044] ここで、焼成温度に対する炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率を図 8を参照して説明する。図 8は 300°C、 400°C、 500°C、 600°Cの各焼成温度でそれぞれ焼成した炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を、非酸化雰囲気下 (窒素雰囲気下）において、 600°Cまでの温度に各 1時間放置したときの重量減少率を表したグラフである。図中線（1)は雰囲気温度 300°Cにおける炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量変化を示し、以下、図中線（2)は雰囲気温度 400°C、図中線（3)は雰囲気温度 500°C、図中線 (4)は雰囲気温度 600°Cにおける重量変化を示している oなお、図力ら明ら力であるように、 400°C、 500°C、 600°Cのヽずれの雰囲気温度においても、高温域となるにつれて、雰囲気温度 300°C時の線（1)上に重なってくる [0045] 初めに、 300°Cを下回る低温域について、図中線（1)を参照して説明すると、 300 °Cで焼成した炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量を 100としたとき、 300°C を下回る低温域では、重量減少がほとんど表れていないことが分かる。これは、マトリッタスの炭素化が進んで、な、状態を表して、る。

[0046] 次に、 300°C焼成品における重量変化について説明する。図 8中線（1)で示すように、 300〜600°C〖こおける重量減少を見ると、 300°Cにおいては、重量が約 100% ( 符号 (ィ）を付した箇所)であった力 600°Cにおいては、重量が約 80. 0% (符号 (口 )を付した箇所）となった。これにより、この間における重量減少率は、約 20%となった

[0047] また、図 8中線（2)で示すように、 400°C焼成品における重量変化について、 400 〜600°Cにおける重量減少を見ると、 400°Cにおいては、重量が約 94. 9% (符号（ノ、）を付した箇所)であった力 600°Cにおいては、前記同様に重量が 80. 0% (符号 (口）を付した箇所）となった。これにより、この間における重量減少率は、約 15. 7%となった。

[0048] さらに、図 8中線（3)で示すように、 500°C焼成品における重量変化について、 500 〜600°Cにおける重量減少を見ると、 500°Cにおいては、重量が約 86. 1% (符号（二）を付した箇所)であった力 600°Cにおいては、前記同様に重量が 80. 0% (符号 (口）を付した箇所)となった。これにより、この間における重量減少率は、約 7. 1%となった。

[0049] なお、 600°C焼成品においては、重量が 80. 0% (図中符号 (ホ）を付した箇所：図中符号 (口）を付した箇所と同じ)から高温焼成域となるにつれて、 300°C焼成品の線 (1)上に重なる。

[0050] 以上のように、各焼成温度 300°C、 400°C、 500°C、 600°Cである焼成品のそれぞれの 300〜600°Cの重量減少率は、約 20%以下（20%を超えない）に収まる結果となった。したがって、この範囲（300〜600°C)で低温焼成を行うことにより、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率や強度、摩擦特性が好適とされた摩擦部材 1 0を得ることができる。なお、前記した気孔率 P (%)は、マトリックスの配合量により前記 20〜60%の範囲で変動を生じるため、このように炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率を規定することは、所望の強度を備えた品質のょ、摩擦部材 1 0を得る上で有効であると言える。

[0051] 以上説明したように、本実施形態の摩擦部材 10は、炭素系バインダおよび添加物力なるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を、低温焼成することにより形成することができる。

[0052] そして、前駆体の低温焼成は、従来の焼成技術には無、300〜600°Cで行われるので、マトリックスが完全に焼き固められず、マトリックスが完全に炭素化しない状態とされるので、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材にはマトリックスが残留されるようになる。これにより、従来のように全体を焼き固めして形成したものに比べて、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に靱性や弾性が備わるようになり、例えば、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に好適な、衝撃性に耐え得る所望の強度を有したものとすることができる。

[0053] また、完全に焼き固める必要が無くなるので、従来のような、炭素繊維を完全に焼き固める際の煩雑な作業を排除することができ、 1回の加熱処理により、所望の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を得ることができる。これにより、従来に比べ短時間で、かつ安価に摩擦部材 10を形成することができる。

[0054] さらに、気孔率が 20〜60%とされるので、気孔の存在による摩擦抵抗の向上を図ることができ、摩擦係合装置 1の摩擦部材 10として適用した場合に必要な特性を満たすことができる。ここで、気孔率が 20%を下回ると、気孔量が不十分となるため、気孔に保持されるオイルによる潤滑が速やかに行われ難くなり、良好な摩擦特性が得られないとともに、摩擦部の冷却不足を招きやすくなる。また、気孔率が 60%を超えると、摩擦部材 10の靱性に影響が出やすくなり、自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置の摩擦部材として適用した場合に所望の強度を得ることができず、耐久性が早期に低下しやすくなる。これに対し、本実施の形態では、気孔率が 20〜60%とされるので、摩擦面に潤滑供給されるオイルの保持力が高まり、良好な摩擦特性を得ることができるとともに、その耐久性を向上させることができる。

[0055] ところで、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の気孔率が上がると、その分、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材に多くの隙間が生じることとなるが、炭素繊維 Z 炭素質複合材製摩擦部材には、前記のようにマトリックスが残留するので、この残留したマトリックス力 sバインダの役割を成し、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の靱性が良好に保持されるようになる。換言すると、マトリックスを完全に焼成しないことにより、摩擦部材 10に形成される内歯 10a (図 2 (a) , (b)参照）を含む全体の強度が確保されるようになる。したがって、例えば、気孔率が 60%といったように高く設定されても、摩擦部材 10の肉厚を厚く形成して強度を確保する必要が無くなり、摩擦部材 1 0の薄肉化を実現することができる。したがって、摩擦係合装置 1の小型化に寄与する摩擦部材 10が得られる。

[0056] さらに、炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の曲げ強さ Rを 60MPa以上としたので、衝撃性に強ぐ摩擦係合装置 1に好適な摩擦部材 10が得られる。

[0057] また、摩擦部材 10は、摩擦部材本体と摩擦層とが前駆体により一体的に形成されてなるので、従来のような芯金を用いた摩擦部材に比べて、大幅な軽量ィ匕を図ることができる。このように軽量ィ匕されることにより、摩擦部材 10が回転することにより生じる慣性を低減することができるようになり、駆動力の伝達ロスを少なくすることができる。これにより、自動車の自動変速機用クラッチ等の摩擦係合装置に用いた場合、燃料消費量の低減を図ることも可能となる。

[0058] 前記した実施の形態では、摩擦部材本体と摩擦層とが前駆体により一体的に形成されてなる摩擦部材 10について説明したが、本発明はこれに限られることはなぐ例えば、芯金に接合される摩擦部材に対しても適用することができる。

[0059] 以上、本発明の例示としての実施の形態を説明してきた力添付の請求の範囲で定義するところの本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り、この実施の形態に対して様々な修正や変更が可能である。

産業上の利用可能性

[0060] 本発明による摩擦部材およびその製造方法は、あらゆる種類の摩擦係合装置、特に自動車の自動変速機用クラッチ等に好適に使用される。

Claims

請求の範囲

[1] 炭素系ノインダおよび添加物からなるマトリックスと、そのマトリックスに分散する炭素繊維とにより形成した前駆体を、加熱処理することにより得られた炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材であって、その気孔率が 20〜60%であることを特徴とする摩擦係合装置用摩擦部材。

[2] 前記炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材には、前記前駆体中の前記マトリックスが残留していることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材。

[3] 前記加熱処理は、 300〜600°Cの低温焼成であることを特徴とする請求の範囲第

1項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材。

[4] 前記加熱処理前の前駆体に対する前記加熱処理後の炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量減少率が、 20%以下であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材。

[5] 前記炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の曲げ強さが 60MPa以上であることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材。

[6] 摩擦部材本体と摩擦層とが前記前駆体を加熱処理してなる単一片に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 5項のいずれか 1項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材。

[7] 炭素系ノインダおよび添加物からなるマトリックスとそのマトリックスに分散する炭素繊維とにより前駆体を形成し、

前記マトリックスが残留した状態に前記前駆体を低温焼成して、気孔率が 20〜60

%となるように炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材を形成することを特徴とする摩擦係合装置用摩擦部材の製造方法。

[8] 前記低温焼成は、 300〜600°Cの温度下でなされることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材の製造方法。

[9] 前記前駆体の重量に対する前記炭素繊維 Z炭素質複合材製摩擦部材の重量の減少率が 20%以下となるように、前記低温焼成がなされることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の摩擦係合装置用摩擦部材の製造方法。