WO2015040706A1 - 摩擦締結要素、乾式クラッチ及び摩擦締結要素の製造方法 - Google Patents

Abstract

　樹脂を主成分とする摩擦材（９１ｂ）と、摩擦材（９１ｂ）に対して摺動可能な摺動面（９３ｂ）を有する金属材（９３）と、を備えた摩擦締結要素である。摩擦材（９１ｂ）は、最表層に形成されたエイジング層（９１ｄ）と、摩擦材（９１ｂ）の厚さ方向においてエイジング層（９１ｄ）の内側に隣接して形成された硬化層（９１ｅ）とを備えている。金属材（９３）の摺動面（９３ｂ）には、複数の凹部（９５）と、摩擦材（９１ｂ）と金属材（９３）との間の摺動により摩擦材（９１ｂ）のエイジング層（９１ｄ）を凹部（９５）の内部に移着させて形成した移着膜（９７）と、が設けられている。

Description

摩擦締結要素、乾式クラッチ及び摩擦締結要素の製造方法

　本発明は、摩擦締結要素、摩擦締結要素を備えた乾式クラッチ及び摩擦締結要素の製造方法に関する。

　摩擦締結要素の締結によって動力（トルク）を伝達する装置は、自動車などの輸送機器、産業機械など様々な分野に広く利用されている。自動車分野に利用されている装置としては、例えば、ハイブリッド電気車両の駆動力伝達装置に用いられる走行モード遷移クラッチ、エンジンまたは電動モータのいずれか一方のみを走行駆動源とする車両の発進クラッチ、車両の制動装置などがある。特許文献１は、自動車のブレーキパッドに用いられる摩擦材を開示している。

特開昭６２－１４２６３０号公報

　ところで摩擦締結要素の締結によって動力を伝達する装置では、ある特定の回転数及びトルクの領域において動力の伝達が不安定となり、伝達トルクが大きく振動する現象が生じることがある。この伝達トルクの振動現象が生じると、摩擦材の寿命が悪化したり、動力伝達経路上の部材から異音が発生したりする。

　本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を向上させることにある。

　本発明の一態様は、樹脂を主成分とする摩擦材と、摩擦材に対して摺動可能な摺動面を有する金属材と、を備えた摩擦締結要素である。摩擦材は、最表層に形成されたエイジング層と、摩擦材の厚さ方向においてエイジング層の内側に隣接して形成された硬化層とを備えている。また、金属材の摺動面には、複数の凹部と、摩擦材と金属材との間の摺動により摩擦材のエイジング層を凹部の内部に移着させて形成した移着膜と、が設けられている。

　上記摩擦締結要素によれば、金属材の摺動面にエイジング層の移着膜が形成され、この移着膜と摩擦材とが摩擦接触することとなるので、摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を向上させることができる。

図１は、本発明の各実施形態に係る摩擦締結要素を適用したハイブリッド駆動力伝達装置の主要構成を示す断面図である。 図２は、図１のＩＩ部の拡大断面図である。 図３は、第１及び第２実施形態に係る摩擦締結要素において摺動面に移着膜が形成されるまでのプロセスを示す図であり、（ａ）は、摩擦締結要素が未使用の状態、（ｂ）は、摩擦締結要素を初めて締結させたときの状態、（ｃ）は、使用開始後、摺動面に移着膜が形成された状態を示している。 図４は、本発明の第２実施形態に係る摩擦締結要素のトルク伝達特性を示すグラフである。 図５は、本発明の第３実施形態に係る摩擦締結要素のドリブンプレートを示す図である。 図６は、図５のＶＩ部を示す拡大図であり、（ａ）及び（ｂ）は、摩擦締結要素が未使用の状態、（ｃ）及び（ｄ）は、使用開始後、摺動面に移着膜が形成された状態を示している。なお、（ｂ）は（ａ）のＶＩＢ－ＶＩＢ線断面図、（ｄ）は（ｃ）のＶＩＤ－ＶＩＤ線断面図である。 図７は、第３実施形態に係る摩擦締結要素のトルク伝達特性を示すグラフである。 図８は、本発明の第４実施形態に係る摩擦締結要素のドリブンプレートを示す図である。 図９は、図８のＩＸ部を示す拡大図であり、（ａ）及び（ｂ）は、摩擦締結要素が未使用の状態、（ｃ）及び（ｄ）は、使用開始後、摺動面に移着膜が形成された状態を示している。なお、（ｂ）は（ａ）のＩＸＢ－ＩＸＢ線断面図、（ｄ）は（ｃ）のＩＸＤ－ＩＸＤ線断面図である。 図１０は、第４実施形態に係る摩擦締結要素のトルク伝達特性を示すグラフである。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

＜第１実施形態＞
　本発明の第１実施形態に係る摩擦締結要素をハイブリッド駆動力伝達装置Ｓに適用した例について、図１乃至図３を参照して説明する。

　ハイブリッド駆動力伝達装置Ｓは、図１に示すように、エンジン（図示せず）の出力軸にダンパーを介して連結されたクラッチハブ軸１と、クラッチハブ軸１と同軸配置され、変速機の入力軸（図示せず）に連結されたクラッチカバー軸３と、クラッチハブ軸１に連結されたクラッチハブ５と、クラッチカバー軸３に連結されたクラッチカバー７と、クラッチハブ５とクラッチカバー７との間に設けられたノーマルオープンの乾式多板クラッチ９と、クラッチ９の締結・開放を制御するスレーブシリンダ１１と、モータジェネレータ１３とを備えている。

　クラッチ９は、クラッチ９の回転軸Ｘの方向に沿って交互に複数配列されたドライブプレート９１とドリブンプレート（金属材）９３とを備えている。各ドライブプレート９１は、クラッチハブ５に対して軸方向移動可能にスプライン嵌合されており、各ドリブンプレート９３は、クラッチカバー７に対して軸方向移動可能にスプライン嵌合されている。

　スレーブシリンダ１１は、油圧アクチュエータであり、回転軸Ｘの方向に移動可能なロッド１１ａを備えている。スレーブシリンダ１１は、このロッド１１ａと、クラッチカバー７に弾性支持された押圧プレート１５とを介して、クラッチ９に対して回転軸Ｘの方向に押し付け力を付与する。ロッド１１ａの基端側に設けられたフランジ部１１ｂとクラッチカバー７との間には、リターンスプリング１７が介装されている。

　クラッチ９を締結するときには、変速機にて作り出した油圧をスレーブシリンダ１１に供給して、ロッド１１ａをリターンスプリング１７の付勢力に抗してクラッチ９側（図１の右方向）へ移動させる。これにより、油圧力と付勢力の差である締結力が、ロッド１１ａと押圧プレート１５とを介してクラッチ９へ伝達され、ドライブプレート９１とドリブンプレート９３とが互いに押圧されて、クラッチ９が締結される。

　クラッチ９を開放するときは、スレーブシリンダ１１に供給していた油圧を開放し、リターンスプリング１７による付勢力によって、ロッド１１ａをクラッチ９から離間する方向（図１の左方向）へ移動させる。これによりロッド１１ａと押圧プレート１５とを介してクラッチ９へ伝達されていた締結力が解除され、クラッチ９が開放される。

　モータジェネレータ１３は、同期型交流電動機であり、クラッチカバー７と一体に形成したロータ支持フレーム１３ａと、ロータ支持フレーム１３ａに支持固定され、永久磁石が埋め込まれたモータロータ１３ｂとを有する。さらに、モータジェネレータ１３は、エアギャップ１３ｃを介してモータロータ１３ｂの外側に配置されたモータステータ１３ｄと、モータステータ１３ｄに巻き付けられたステータコイル１３ｅと、を有する。

　ハイブリッド駆動力伝達装置Ｓは、クラッチ９を開放したとき、モータジェネレータ１３と変速機の入力軸とをクラッチカバー７とクラッチカバー軸３を介して連結した「電気自動車走行モード」となる。そして、クラッチ９を締結したとき、そのクラッチ９を介してクラッチカバー７に連結されたクラッチハブ５とクラッチハブ軸１とを介して、モータジェネレータ１３とエンジンとを連結した「ハイブリッド車走行モード」となる。すなわち、クラッチ９は、エンジンからの駆動力伝達を遮断または接続して、ハイブリッド電気車両の走行モードを遷移させる。

　＜摩擦締結要素＞
　ドライブプレート９１は、図１に示すように、クッションプレート９１ａと、クッションプレート９１ａの両面に固定された摩擦材９１ｂとを備える。クッションプレート９１ａの内周縁部には、クラッチハブ５の外周面に設けられた外歯スプライン５ａにスプライン嵌合する内歯スプライン９１ｃが設けられている。

　ドリブンプレート９３は、金属製の円形板である。ドリブンプレート９３の外周縁部には、クラッチカバー７の内周面に設けられた内歯スプライン７ａにスプライン嵌合する外歯スプライン９３ａが設けられている。図２に示すように、ドリブンプレート９３の摩擦材９１ｂに対向する面には、摩擦材９１ｂと摺動する摺動面９３ｂが設けられている。本明細書においては、このドリブンプレート９３の摺動面９３ｂと、摩擦材９１ｂにおける摺動面９３ｂと摺動する面とを「摩擦面」と称することもある。

　上記摩擦材９１ｂと、この摩擦材９１ｂに対して摺動可能な摺動面９３ｂを有するドリブンプレート９３とによって、摩擦締結要素が構成されている。

　＜摩擦材＞
　摩擦材９１ｂは、樹脂を主成分とし、例えば、７０～９０体積％の樹脂と、それ以外の繊維基材、ゴム材等よりなる。

　樹脂は、例えば、フェノール樹脂、各種変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。摩擦材９１ｂの気孔率等を調整するために、熱可塑性樹脂を含んでもよい。

　繊維基材は、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、ロックウールなどの無機繊維、銅線、真鍮線などの金属繊維、芳香族ポリアミド繊維、レーヨン、アクリロニトリル繊維などの有機繊維から適宜選択して用いることができる。繊維基材の形状は、ヤーン状、ロービング状、リボン状、紐状などとされ、上記繊維の長繊維或いは短繊維から形成されたものを用いることができる。

　ゴム材は、特に限定されないが、例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＭ）、ブチルゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム（Ｓｉ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、多硫化ゴム（Ｔ）、ポリエーテルゴム（ＰＯＲ）等を用いることができる。

　図２に示すように、摩擦材９１ｂの最表層、すなわち、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに対向する側の層には、エイジング層９１ｄが形成されている。

　一般に「エイジング層」とは、摩擦材と相手材との間の摩擦によって発生する摩擦熱が、摩擦材に繰り返し入熱することで、摩擦材の摩擦面から内部に向かって徐々に成長していく炭化層をいう。

　本実施形態におけるエイジング層９１ｄは、摩擦材９１ｂに対して後述する再加熱処理を施すことにより、再加熱処理における被加熱面の最表層に形成される層であり、上記「エイジング層」と同様の性質を有する炭化層である。その厚さは、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂの表面形状（表面粗さ含む）、表面性状（硬さ含む）などに応じて適宜設定され、例えば、十数μｍ程度に設定される。

　摩擦材９１ｂの厚さ方向においてエイジング層９１ｄの内側には、硬化層９１ｅがエイジング層９１ｄに隣接して形成されている。硬化層９１ｅは、摩擦材９１ｂに再加熱処理を施すことにより、摩擦材９１ｂの基材９１ｆとエイジング層９１ｄとの間に形成される層であり、基材９１ｆやエイジング層９１ｄの硬度より高い硬度を有する硫黄リッチな炭化層である。硬化層９１ｅの厚さは、２～３μｍ程度（薄膜厚）である。

　摩擦材９１ｂの製造方法は、繊維編込み工程、ゴム付着工程、成形及び焼成工程、研削・研磨工程、再加熱処理等の各工程からなる。

　繊維編込み工程では、例えばガラス繊維からなる繊維基材に熱硬化性樹脂を被覆させる。

　ゴム付着工程では、繊維基材に配合ゴムを付着させる。配合ゴムは、特に限定されないが、上記のゴム材のほか、加硫剤、加硫促進剤、加硫助剤、摩擦向上剤等を含んでよい。加硫剤は、例えば、硫黄、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、過酸化物、ジニトロベンゼンなどが用いられる。加硫促進剤は、例えば、チアゾール系促進剤、ポリアミン系促進剤、スルフェンアミド系促進剤、ジチオカルバメート系促進剤、アルデヒドアミン系促進剤、グアニジン系促進剤、チオ尿素系促進剤、キサンテート系促進剤などが用いられる。加硫助剤は、例えば、亜鉛華などの金属酸化物や、ステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸が用いられる。摩擦向上剤は、例えば、クレー、タルク、硫酸バリウム、カシューダスト、グラファイト、硫酸鉛、トリポリ石（珪質石灰石）などが用いられる。

　成形及び焼成工程では、配合ゴムを付着させた繊維基材を、例えば渦巻状或いはサーモイド状に巻き取るなどして穴あき円板状に成形し、それを金型内に配置して圧力を加え、例えば、温度１５０～２００℃程度の条件の下で加熱及び加圧成形する。その後、例えば、２００～２５０℃の雰囲気温度中で５時間程度の熱処理を加える。

　研削・研磨工程では、成形及び焼成工程で所定形状に成形された成形体に対して切削（削り出し）及び研磨を行い、所定の製品形状を有する摩擦材９１ｂとする。

　本実施形態では、研削・研磨工程の後、さらに摩擦材９１ｂに対して再加熱処理を施す。この再加熱処理により、摩擦材９１ｂの最表層にエイジング層９１ｄが形成される。再加熱の条件は、特に限定されず、使用される樹脂の成分、要求されるエイジング層９１ｄの厚さや性状に応じて適宜設定可能である。フェノール樹脂を主成分とする摩擦材９１ｂであれば、例えば、焼成工程の温度より３０℃程度高くかつ基材と樹脂の熱的劣化が始まる温度で３時間程度加熱する。

　なお、研削・研磨工程の順序は上記に限定されず、最表層に形成されたエイジング層９１ｄを残すことができるのであれば、再加熱処理後に行ってもよい。

　＜ドリブンプレート（金属材）＞
　ドリブンプレート９３の材質は、特に限定されず、要求される仕様に応じて、アルミニウム系材料、銅系材料、鉄鋼材料等から適宜選択することができる。鉄鋼材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼、ケイ素鋼材料等を用いることができる。典型例としては、日本工業規格で規定されたＳ３５Ｃ、Ｓ５５Ｃ、ＳＰＣ、ＳＡＰＨ３７０、ＳＡＰＨ４４０などが挙げられる。ドリブンプレート９３は、板金プレス成形または焼結等の種々の手段で製造することができる。

　ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂには、その略全域に対して粗面化加工が施されている。これにより、エイジング層９１ｄの移着膜９７を摺動面９３ｂに保持するための複数の凹部９５が、摺動面９３ｂの範囲全体に亘って略均等に分布して形成される。この複数の凹部９５が、後述するように、摩擦材９１ｂと摺動面９３ｂとの間の摺動により、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄを削り取って摺動面９３ｂに移着させるとともに、その移着膜９７を保持する。各凹部９５に保持された移着膜９７は、各凹部９５の内部空間の全部に充填された状態、或いは、各凹部９５の内部空間の一部に充填された状態（例えば、凹部９５の開口をふさいだ状態や凹部９５の底部に固着した状態）となる。

　粗面化加工は、摩擦締結要素を使用する前の状態において、複数の凹部９５の深さが、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄの厚さより小さくなるようにして行う。ここで、凹部９５の深さとは、各凹部９５とそれらの間に形成される凸部とに着目したときの、輪郭曲線の平均線からの凸部の高さの最大値と凹部９５の深さの最大値との和である。エイジング層９１ｄの厚さとは、摩擦材９１ｂの厚さ方向（本実施形態では、回転軸Ｘの方向に一致する）におけるエイジング層９１ｄの幅（摩擦材９１ｂの摩擦面に垂直な方向における深さ）である。

　＜移着膜形成プロセス＞
　摩擦締結要素が、未使用の状態にあるとき、すなわちこの摩擦締結要素からなるクラッチ９が一度も締結したことがない状態では、図３（ａ）に示すように、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂにエイジング層９１ｄの移着膜９７は形成されていない。図３（ｂ）は、摩擦締結要素を含むクラッチ９を初めて締結させたときの状態を示しており、図３（ｃ）は、摺動面９３ｂに移着膜９７が形成された状態を示している。なお、図３（ｃ）は、隣り合う凹部９５同士の間に形成される凸部の先端が、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄや硬化層９１ｅとの摩擦によってならされた状態を示している。以下、摩擦材９１ｂとドリブンプレート９３との間の摺動によって移着膜９７が摺動面９３ｂに形成されるまでのプロセスについて説明する。

　移着膜９７は、以下の（１）～（５）のプロセスで形成される。
　（１）クラッチ締結の開始から完了まで、或いは、クラッチ解除の開始から完了までの間は、締結状態と解除状態との間の遷移状態となる。この遷移状態では、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄがドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに所定の面圧で押し付けられつつ摺動面９３ｂ上を摺動する。
　（２）このとき、摩擦材９１ｂとドリブンプレート９３との摩擦界面では、エイジング層９１ｄの一部が、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂとの摩擦により削り取られ、摩耗粉（移着粒子）となって摩擦材９１ｂから離脱する。
　（３）摩擦材９１ｂから離脱したエイジング層９１ｄの摩耗粉は、ドリブンプレート９３と摩擦材９１ｂとの間の摩擦によって発生する摩擦熱を受けて半溶融状態、或いは、固体と液体が混在した状態となりながら、摺動面９３ｂに形成された複数の凹部９５に捕捉され、凹部９５の内側表面に付着する。
　（４）クラッチ９が締結状態または解除状態になり、摩擦熱が生じなくなると、凹部９５の内部に付着した摩耗粉が冷やされて凹部９５に凝着する。こうして凹部９５の内部に、エイジング層９１ｄの摩耗粉が移着して保持される。
　（５）クラッチ締結操作を数回行うと、上記エイジング層９１ｄの離脱から凝着までのプロセスが繰り返され、凹部９５に移着した摩耗粉が互いに結合しながら、薄膜である移着膜９７となる。

　摺動面９３ｂには、複数の凹部９５が摺動面９３ｂの範囲全体に亘って略均等に分布して形成されているため、上記プロセスによって形成される移着膜９７も、摺動面９３ｂの範囲全体に亘って略均等に分布することとなる。また、移着膜９７は、エイジング層９１ｄの成分と同様の成分を有している。従って、上記プロセスによれば、容易にエイジング層９１ｄの成分を摺動面９３ｂに移植する、或いは、摩擦材９１ｂの摩擦面の性状を摺動面９３ｂに転写することが可能である。

　＜効果＞
　本実施形態では、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂにエイジング層９１ｄの移着膜９７を形成したので、摩擦材９１ｂは移着膜９７とも摩擦接触することになる。そのため、クラッチ締結時に伝達トルクに振動が生じた場合でも、その振幅を抑制することができ、摩擦締結要素の伝達トルクを安定化させることができる。

　また、エイジング層９１ｄの移着膜９７は、摺動面９３ｂに設けられた凹部９５の内部に入り込んでいるので、移着膜９７が摺動面９３ｂに安定的に保持される。これにより摩擦力を安定化させ、ひいては摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を向上させることができる。

　さらに、摩擦材９１ｂは、エイジング層９１ｄに隣接した硬化層９１ｅを備えているので、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄがドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに移着した後は、硬化層９１ｅで摩擦材９１ｂの摩耗の進行を抑制することができる。また、硬化層９１ｅにより、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂの突起部をならすことができるので、摩擦材９１ｂの摩耗の進行を更に緩やかにすることができる。

　また、複数の凹部９５の深さは、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄの厚さより小さいので、移着膜９７が摺動面９３ｂ上に安定的に形成される前に、エイジング層９１ｄが摩耗しきってしまうことを防止できる。従って、硬化層９１ｅの機能をより効果的に発揮することができる。

＜第２実施形態＞
　本発明の第２実施形態にかかる摩擦締結要素について説明する。本実施形態は、第１実施形態の複数の凹部９５として、ブラスト処理によって形成した微細凹部９５ａを採用した例である。なお、他の構成に関しては、上記実施形態のものと同様であるので、ここでは同様の部材に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　本実施形態では、摺動面９３ｂにショットブラスト等のブラスト処理を施して、摺動面９３ｂに微細凹部９５ａ（図２、３参照）を形成している。摺動面９３ｂの表面粗さは、所定の範囲に規定されており、具体的には、表面粗さＲｚで３μｍ以上１０μｍ以下としている。表面粗さＲｚとは、日本工業規格（ＪＩＳ－Ｂ－０６０１：２００１）に定められた最大高さ粗さである。なお、微細凹部９５ａは、ブラスト処理の他、エッチング加工や放電加工等により形成することもできる。

　＜効果＞
　本実施形態にかかる摩擦締結要素によれば、微細凹部９５ａが第１実施形態の複数の凹部９５として機能するため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、ブラスト処理によって形成された微細凹部９５ａは不規則な断面形状を有しているので、移着膜９７をより確実に保持することができる。

　さらに、ブラスト処理により形成された微細凹部９５ａの間に形成される突起部の先端は摩耗したり塑性変形したりしやすく、摩擦材９１ｂの硬化層９１ｅとの摩擦によってならされやすい。また、突起部の先端は、使用開始からエイジング層９１ｄを削り取ることでならされ、やがて硬化層９１ｅに到達してさらにならされる。そのため摩擦面同士のなじみを速やかに実現することができる。

　さらに、摺動面９３ｂの表面粗さＲｚを３μｍ以上１０μｍ以下としているので、摩擦材９１ｂとドリブンプレート９３との間の摺動により、エイジング層９１ｄを適度に削り取って移着膜９７を十分に形成することができる。

　本実施形態にかかる摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を評価すべく、ＪＡＳＯ（Japan Automobile Standardization Organization）Ｍ３４９－２０１２試験に対応した低速すべり摩擦試験装置（オートマックス社製）を使用して、摩擦締結要素のトルク伝達特性を評価した。

　摩擦材９１ｂをドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに押し付けつつ回転させたときにドリブンプレート９３側に伝達されるトルクを計測する。押し付け力は、一定（例えば、４９０Ｎ）とし、回転数は、５秒間で０ｒｐｍから５００ｒｐｍまで上昇させた後、５００ｒｐｍで２秒間ホールドし、その後、５秒間で５００ｒｐｍから０ｒｐｍまで下降させた。得られた結果を図４に示す。

　図４のグラフの曲線は、伝達トルクの大きさを示す。グラフより、伝達トルクの振幅が、目標トルクの大きさの２５～３５％程度に抑えられていることが確認された。

　また、試験後、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂには、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄが摺動面９３ｂの範囲全体に亘って略均等に分布して移着していることが確認された。さらに、移着されたエイジング層９１ｄは、微細凹部９５ａの内部にしっかりと入り込んでいることが確認された。すなわち、摺動面９３ｂにブラスト処理を施すことにより形成した微細凹部９５ａは、エイジング層９１ｄの移着膜９７に対して優れた保持力を発揮していることがわかる。

＜第３実施形態＞
　本発明の第３実施形態にかかる摩擦締結要素を、図５乃至図７を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の複数の凹部９５として、環状に延在する複数の溝９５ｂを採用した例である。なお、他の構成に関しては、上記実施形態のものと同様であるので、ここでは同様の部材に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　複数の溝９５ｂは、図５に示すように、ドリブンプレート９３の所定部位（クラッチ９の回転軸Ｘ）を中心として実質的に同心円状に延在している。複数の溝９５ｂは、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに、例えば切削加工を施すことにより形成することができる。

　溝９５ｂの深さＤ１（図６参照）は、特に限定されず、ドリブンプレート９３の材質、摩擦材９１ｂの材質、エイジング層９１ｄの厚さ、性状などに応じて適宜設定することが可能である。深さＤ１は、移着膜９７に対して優れた保持力を発揮するために、６μｍ以上１６μｍ以下とすることが好ましい。また、摩擦材９１ｂの寿命をより長くするために、深さＤ１は、８μｍ以上１４μｍ以下とすることがより好ましく、１０μｍ以上１２μｍ以下とすることがさらに好ましい。

　溝９５ｂのピッチＰ１も、摩擦材９１ｂの材質、エイジング層９１ｄの性状などに応じて適宜設定することが可能である。移着膜９７に対して優れた保持力を発揮するためには、ピッチＰ１は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下に設定するとよい。また、ピッチＰ１は、摩擦材９１ｂの寿命をより長くするために、０．１５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることが好ましく、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下とすることがより好ましい。

　本実施形態に係る摩擦締結要素が、未使用の状態にあるときは、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の溝９５ｂの内部にエイジング層９１ｄは移着しておらず、摺動面９３ｂに移着膜９７は形成されていない。使用開始後は、上述の移着膜形成プロセスにより、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄが複数の溝９５ｂの内部に移着し、図６（ｃ）及び（ｄ）に示すように、摺動面９３ｂに移着膜９７が形成される。また、隣り合う溝９５ｂ同士の間に形成される凸部の先端は、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄや硬化層９１ｅとの摩擦により、ならされる。

　＜効果＞
　本実施形態にかかる摩擦締結要素によれば、複数の溝９５ｂが第１実施形態の複数の凹部９５として機能するため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、凹部９５としてドリブンプレート９３の所定部位を中心とする同心円状に延在する溝９５ｂを備えているので、当該円の周方向の摩擦係数を低減させることができる。また、各溝９５ｂの間に形成される凸部も同心円状に延在することとなるので、摩擦材９１ｂ及びドリブンプレート９３の摺動面９３ｂの摩耗を抑制することができる。

　さらに、本実施形態では、溝９５ｂの深さＤ１を６μｍ以上１６μｍ以下したので、移着膜９７に対して優れた保持力を発揮して、摩擦締結要素の伝達トルクの振幅を確実に小さくすることができる。

　本実施形態にかかる摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を評価すべく、第２実施形態と同様の方法及び条件により、摩擦締結要素のトルク伝達特性を評価した。図７のグラフより、伝達トルクの振幅が目標トルクの大きさの３０～５０％程度に抑えられていることが確認された。また、本実施形態の摩擦締結要素によれば、第２実施形態よりも伝達トルクが低くなることが確認された。

　なお、本実施形態に係る複数の溝９５ｂは、第２実施形態の微細凹部９５ａと組み合わせて適用することも可能である。例えば、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに、切削加工を施すことにより複数の溝９５ｂを形成した後ブラスト処理を施すことで、複数の溝９５ｂの上に微細凹部９５ａを形成することができる。この組み合わせ例では、本実施形態の効果と第２実施形態の効果とを同時に得ることができる。

＜第４実施形態＞
　本発明の第４実施形態にかかる摩擦締結要素を、図８乃至図１０を参照して説明する。本実施形態は、図８に示すように、第１実施形態の複数の凹部９５として、摺動面９３ｂの上に互いに所定の間隔をあけて形成された複数のくぼみ９５ｃを採用した例である。なお、他の構成に関しては、上記実施形態のものと同様であるので、ここでは同様の部材に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

　複数のくぼみ９５ｃは、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに、ディンプル加工を施すことにより形成される。具体的には、各くぼみ９５ｃは、摺動面９３ｂの表面硬度よりも高い硬度を有する突起を摺動面９３ｂに押し付けて母材に食い込ませることで形成される。複数のくぼみ９５ｃは、例えば、側面に複数の突起を設けたローラを摺動面９３ｂに押し付けつつ摺動面９３ｂ上を転動させることで容易に形成することができる。各くぼみ９５ｃの内面の表面粗さは、摺動面９３ｂにおけるくぼみ９５ｃ以外の部位の表面粗さよりも粗くしてよい。こうすることで、各くぼみ９５ｃの移着膜９７に対する保持力を高めることができる。なお、くぼみ９５ｃは、切削加工やレーザ加工等により形成することもできる。

　各くぼみ９５ｃは、摺動面９３ｂの正面視において、ドリブンプレート９３の周方向に長い略楕円形または長円形の形状を呈している。ドリブンプレート９３の周方向におけるくぼみ９５ｃの長さＬ（長径）は、ドリブンプレート９３の径方向におけるくぼみ９５ｃの幅Ｗ（短径）より大きい。

　くぼみ９５ｃの幅Ｗ及び長さＬ（これらを総称して単に「幅」ともいう）は、特に限定されず、ドリブンプレート９３の径、摩擦材９１ｂの材質、エイジング層９１ｄの性状などに応じて適宜設定することが可能である。くぼみ９５ｃが移着膜９７に対して優れた保持力を発揮するために、幅Ｗを０．５ｍｍ以上とし、長さＬを２．３ｍｍ以下とすることが好ましい。また、摩擦材９１ｂの寿命をより長くするために、幅Ｗを０．６ｍｍ以上、長さＬを２．０ｍｍ以下とすることがより好ましく、幅Ｗを０．７ｍｍ以上、長さＬを１．７ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。

　くぼみ９５ｃの深さＤ２は、特に限定されず、ドリブンプレート９３の材質、摩擦材９１ｂの材質、エイジング層９１ｄの厚さ、性状などに応じて適宜設定することが可能である。深さＤ２は、移着膜９７に対して優れた保持力を発揮するために、３μｍ以上９μｍ以下とすることが好ましい。また、摩擦材９１ｂの寿命をより長くするために、深さＤ２は、４μｍ以上７μｍ以下とすることがより好ましく、４．５μｍ以上５．５μｍ以下とすることがさらに好ましい。

　各くぼみ９５ｃ同士の間隔は、特に限定されず、ドリブンプレート９３の材質、摩擦材９１ｂの材質、エイジング層９１ｄの性状などに応じて適宜設定することができる。摺動面９３ｂ上における、あるくぼみ９５ｃの縁から、そのくぼみ９５ｃと隣り合うくぼみ９５ｃの縁までの最短距離（例えば、図９（ａ）のＰ２）は、例えば、上記長さＬの１．０～５．０倍の範囲で設定することができる。

　くぼみ９５ｃの配置パターンは、特に限定されず、摺動面９３ｂ上に、同心円状に配列してもよいし、螺旋状に配列してもよい。各列においては、くぼみ９５ｃを等間隔に並べてもよいし、不均等な間隔で並べてもよい。また、摺動面９３ｂ上にランダムに配置してもよい。

　本実施形態に係る摩擦締結要素が、未使用の状態にあるときは、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数のくぼみ９５ｃにエイジング層９１ｄは移着しておらず、摺動面９３ｂに移着膜９７は形成されていない。使用開始後は、上述の移着膜形成プロセスにより、摩擦材９１ｂのエイジング層９１ｄが複数のくぼみ９５ｃの内部に移着し、図９（ｃ）及び（ｄ）に示すように、摺動面９３ｂに移着膜９７が形成される。

　＜効果＞
　本実施形態にかかる摩擦締結要素によれば、複数のくぼみ９５ｃが第１実施形態の複数の凹部９５として機能するため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、互いに所定の間隔をあけて形成された複数のくぼみ９５ｃを設けることにより、エイジング層９１ｄの移着量を制御することができる。これにより、摩擦係数を低減しつつ、摩擦材９１ｂの摩耗量を抑制することができる。

　さらに、本実施形態では、くぼみ９５ｃの深さＤ２を３μｍ以上９μｍ以下とし、くぼみ９５ｃの幅（幅Ｗ及び長さＬ）を０．５ｍｍ以上２．３ｍｍ以下とした。そのため、移着膜９７に対して優れた保持力を発揮して、摩擦締結要素の伝達トルクの振幅を確実に小さくすることができる。

　本実施形態にかかる摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を評価すべく、第２及び第３実施形態と同様の方法及び条件により、摩擦締結要素のトルク伝達特性を評価した。図１０のグラフより、伝達トルクの振幅が目標トルクの大きさの２５～３５％程度に抑えられていることが確認された。また、第３実施形態の摩擦締結要素によれば、第２実施形態よりも伝達トルクが低くなることが確認された。

　なお、本実施形態に係る複数のくぼみ９５ｃは、第２実施形態の微細凹部９５ａと組み合わせて適用することも可能である。例えば、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに、ブラスト処理を施すことにより微細凹部９５ａを形成した後、上述のディンプル加工を施すことで、摺動面９３ｂにおけるくぼみ９５ｃ以外の部位に微細凹部９５ａを形成することができる。
　また、本実施形態に係る複数のくぼみ９５ｃは、第３実施形態の複数の溝９５ｂと組み合わせて適用することも可能である。例えば、ドリブンプレート９３の摺動面９３ｂに、切削加工を施すことにより複数の溝９５ｂを形成した後、上述のディンプル加工を施すことで、摺動面９３ｂにおけるくぼみ９５ｃ以外の部位（くぼみ９５ｃ間の摺動面９３ｂ）に溝９５ｂを形成することができる。
　さらに、本実施形態に係る複数のくぼみ９５ｃは、第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせたものに組み合わせて適用することも可能である。
　これらの組み合わせ例では、当該組み合わせにかかる各実施形態の効果を同時に得ることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

　上記実施形態では、本発明にかかる摩擦締結要素を乾式多板クラッチ９に適用した例を示したが、本発明にかかる摩擦締結要素は、単板乾式クラッチ等、他形式のクラッチにも適用できる。

　また、上記実施形態では、本発明にかかる摩擦締結要素をノーマルオープンのクラッチ９に適用した例を示したが、本発明にかかる摩擦締結要素は、ダイアフラムスプリング等を用いたノーマルクローズのクラッチにも適用できる。

　また、上記実施形態では、本発明にかかる摩擦締結要素をハイブリッド駆動力伝達装置Ｓに適用した例を示したが、本発明の摩擦締結要素は、エンジンのみを走行駆動源とし、クラッチを発進クラッチとするエンジン駆動力伝達装置に対しても適用することができる。また、モータジェネレータのみを走行駆動源とし、クラッチを発進クラッチとするモータ駆動力伝達装置に対しても適用することができる。つまり、本発明にかかる摩擦締結要素は、摩擦材と金属材との摩擦締結によって力を伝達する装置であれば、どのような装置にも適用でき、例えば、ブレーキシステム、デュアルクラッチシステム（ＤＣＴ）、自動マニュアル変速機などにも好適に適用できる。

　本発明の一態様は、樹脂を主成分とする摩擦材と、摩擦材に対して摺動可能な摺動面を有する金属材と、を備えた摩擦締結要素である。摩擦材は、最表層に形成されたエイジング層と、摩擦材の厚さ方向においてエイジング層の内側に隣接して形成された硬化層とを備えている。また、金属材の摺動面には、複数の凹部と、摩擦材と金属材との間の摺動により摩擦材のエイジング層を凹部の内部に移着させて形成した移着膜と、が設けられている。

　本発明の他の態様は、樹脂を主成分とする摩擦材と、摩擦材に対して摺動可能な摺動面を有する金属材と、を備えた摩擦締結要素である。摩擦材は、最表層に形成されたエイジング層と、摩擦材の厚さ方向においてエイジング層の内側に隣接して形成された硬化層とを備えている。金属材の摺動面には、複数の凹部が設けられており、この複数の凹部が、摩擦材と金属材とが摺動した場合に摩擦材のエイジング層が当該摺動により凹部の内部に移着することで形成される移着膜を保持する。

　本発明の他の態様は、上記摩擦締結要素を備えた乾式クラッチである。

　本発明の他の態様は、摩擦材を加熱することにより、エイジング層を摩擦材の最表層に形成するとともに、硬化層を摩擦材の厚さ方向においてエイジング層の内側に隣接して形成し、金属材の摺動面に複数の凹部を設け、摩擦材と金属材とを摺動させることにより、摩擦材のエイジング層を凹部の内部に移着させて、摺動面に移着膜を形成する摩擦締結要素の製造方法である。

　本発明にかかる摩擦締結要素、乾式クラッチ及び摩擦締結要素の製造方法によれば、金属材の摺動面にエイジング層の移着膜が形成され、この移着膜と摩擦材とが摩擦接触することとなるので、摩擦締結要素の伝達トルクの安定性を向上させることができる。

９　乾式多板クラッチ
　９１　ドライブプレート
　　９１ｂ　摩擦材
　　９１ｄ　エイジング層
　　９１ｅ　硬化層
　９３　ドリブンプレート（金属材）
　　９３ｂ　摺動面
　９５　凹部
　　９５ａ　微細凹部
　　９５ｂ　溝
　　９５ｃ　くぼみ
　９７　移着膜

Claims (14)

1. 　樹脂を主成分とする摩擦材と、
   　前記摩擦材に対して摺動可能な摺動面を有する金属材と、を備えており、
   　前記摩擦材は、最表層に形成されたエイジング層と、前記摩擦材の厚さ方向において前記エイジング層の内側に隣接して形成された硬化層とを備えており、
   　前記金属材の摺動面には、複数の凹部と、前記摩擦材と金属材との間の摺動により前記摩擦材のエイジング層を前記凹部の内部に移着させて形成した移着膜と、が設けられていることを特徴とする摩擦締結要素。
2. 　前記複数の凹部は、ブラスト処理により形成された微細凹部を含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦締結要素。
3. 　前記複数の凹部は、前記金属材の所定部位を中心とする同心円状に延在する溝を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦締結要素。
4. 　前記複数の凹部は、互いに所定の間隔をあけて形成された複数のくぼみを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の摩擦締結要素。
5. 　樹脂を主成分とする摩擦材と、
   　前記摩擦材に対して摺動可能な摺動面を有する金属材と、を備えており、
   　前記摩擦材は、最表層に形成されたエイジング層と、前記摩擦材の厚さ方向において前記エイジング層の内側に隣接して形成された硬化層とを備えており、
   　前記金属材の摺動面には、複数の凹部が設けられており、
   　前記複数の凹部は、前記摩擦材と金属材とが摺動した場合に、前記摩擦材のエイジング層が当該摺動により前記凹部の内部に移着することで形成される移着膜を保持することを特徴とする摩擦締結要素。
6. 　前記複数の凹部の深さは、前記摩擦材のエイジング層の厚さより小さいことを特徴とする請求項５に記載の摩擦締結要素。
7. 　前記複数の凹部は、ブラスト処理により形成された微細凹部を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の摩擦締結要素。
8. 　前記微細凹部を有する摺動面の表面粗さＲｚは、３μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の摩擦締結要素。
9. 　前記複数の凹部は、前記金属材の所定部位を中心とする同心円状に延在する溝を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の摩擦締結要素。
10. 　前記溝の深さは、６μｍ以上１６μｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の摩擦締結要素。
11. 　前記複数の凹部は、互いに所定の間隔をあけて形成された複数のくぼみを含むことを特徴とする請求項５乃至１０のいずれか１項に記載の摩擦締結要素。
12. 　前記くぼみの深さは、３μｍ以上９μｍ以下であり、幅は、０．５ｍｍ以上２．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の摩擦締結要素。
13. 　請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の摩擦締結要素を備えた乾式クラッチ。
14. 　樹脂を主成分とする摩擦材と、該摩擦材と摺動可能な摺動面を有する金属材とを準備し、
    　前記摩擦材を加熱することにより、エイジング層を前記摩擦材の最表層に形成するとともに、硬化層を前記摩擦材の厚さ方向において前記エイジング層の内側に隣接して形成し、
    　前記金属材の摺動面に複数の凹部を設け、
    　前記摩擦材と金属材とを摺動させることにより、前記摩擦材のエイジング層を前記凹部の内部に移着させて、前記摺動面に移着膜を形成することを特徴とする摩擦締結要素の製造方法。

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