JP2000310265A - 慣性ブレーキ円錐クラッチ摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】クラッチやブレーキ等に好適である優れた性能
を有する低コストの摩擦材料およびその製法の提供。 【解決手段】熱分解炭素でコーティングされた個々の炭
素繊維を含む、接着表面と初期接触表面を有する多孔性
炭素織物摩擦材料を有する改良された摩擦部材。接着表
面は固体基材に結合され、摩擦材料接触表面は少なくと
も約０．００１インチ（約０．０２５４ｍｍ）の材料層
を除去することにより最終接触表面が形成されてその性
能が改良される。材料を少なくとも０．００１インチ
（０．０２５４ｍｍ）除去することにより接触表面にあ
る材料の密度を高めることにより、摩擦材料の初期摩耗
の速度が実質的に低下される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願は１９９９年３月２３日
に先に出願された米国特許出願第６０／１２５７１０号
を優先権主張している。本発明はクラッチおよびブレー
キ等の摩擦材料、そして特に炭素複合摩擦材料を有する
炭素複合摩擦部材を形成する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】摩擦伝達およびエネルギー吸収装置、例
えばクラッチ、ブレーキ、トランスミッション等は選択
的に接したり、離れたりして、駆動または制動として共
同して作動する２つの部分を典型的に含む。これらの部
分の接する面の一方または両方は金属部に結合された摩
擦材料を典型的に有する。ウエットトランスミッション
装置において、油または他の適当な冷却媒体が２つの部
分の接する面の近傍および間を循環される。摩擦材料に
求められる多くの望ましい特性のいくつかは低いコス
ト、高い耐摩耗性、高温耐性、高い摩擦係数、広い加熱
および荷重範囲、および長期間に及ぶ一定の摩擦係数、
および近接するかまたは同一な静的および動的摩擦係数
である。静的および動的摩擦係数における相違はクラッ
チやブレーキにスティックスリップまたはチャタリング
（びびり）の現象を引き起こすと考えられている。本発
明に包含される摩擦材料は比較的廉価であり、高レベル
の望ましい特性を発揮し、そしてウエットクラッチおよ
びブレーキに使用される際にチャタリングを解消または
事実上解消する。本明細書に包含される材料はＣＶＤ法
により製造される炭素複合材料であり、そして一般的に
は熱分解炭素（パイライトカーボン）を意味する。ここ
でＣＶＤにより炭素またはグラファイトクロス上に製造
される炭素またはグラファイト材料は特記しない限り熱
分解炭素材料を意味する。ＣＶＤ溶浸により高密度化
（緻密化）された多層のクロス基材を有する熱分解炭素
材料は、ウエットクラッチまたはブレーキにおいて金
属、例えば鋼または鉄に対して動く際にチャタリングの
ない結果を与える。この発見は当該のクラッチまたはブ
レーキに必要とされる複合材料の量を減らし、それ故に
コストを低下させる。ウエットクラッチおよびブレーキ
に使用される場合、熱分解炭素は使用される潤滑または
冷却油に敏感ではないように考えられる。０．０８０な
いし０．１００インチ（２．０３２ないし２．５４ｍ
ｍ）の範囲にある比較的薄い量の摩擦材料が要求される
ある種のウエットクラッチおよびブレーキの用途におい
て、熱分解炭素材料は比較的短時間ＣＶＤにより溶浸さ
れる単一多孔性層のクロス基材または２もしくは３の織
り合わせ（混交）多孔性層ファブリック（織物）から形
成され得る。上記比較的薄いおよび短期溶浸材料の試験
は鋼に対して、および自身に対して動く材料を有するウ
エットクラッチおよびブレーキにおいて優れた結果を与
えた。さらに、単一層の織物から形成される場合、この
材料は、限定されたスリップ差に使用されるスチールデ
ィスクのような支持部材に、またはクラッチブレーキに
おけるコーンに接着して結合される場合、改良された結
合特性を示すように考えられる。バウアー（Bauer)に対
する米国特許第４２９１７９４号明細書は上記用途のた
めの摩擦材料として炭素織物材料の使用を開示してい
る。該材料は好ましくは単一層であり、多孔性織り炭素
クロスからなり、その個々の繊維は熱分解炭素で被覆さ
れている。上記特許明細書はそのような材料が金属裏当
て部材に市販の高温接着剤により結合され得ることを開
示している。合成ゴム−フェノール系樹脂をベースとす
る熱硬化性接着剤がこの目的のために一般的に使用され
る。摩擦部材の接触面のための出発材料は所望形状のシ
ートまたはパッドの形態にある熱分解炭素である。それ
は購入されるか、切断されるか、またはシート材から適
当に圧断される。固体基材に結合される薄層の熱分解炭
素材料は好ましくは研磨（剥離）法により、材料の接着
面に接着剤を適用する前に、除去される。この表面除去
工程は個々のパッド上で行われている間に、該パッドか
ら圧断する前に全体のシートの１つの側の表面層を除去
することにより行われるのが、より便宜的であり好まし
い。熱分解炭素摩擦材料は次に固体基材の表面に結合さ
れる。摩擦材料は別の部材との接触のための接触面を有
する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】摩擦部材の製造に使用
される熱分解摩擦材料および摩擦部材およびそのための
摩擦材料を形成する方法に使用される熱分解摩擦材料は
優れているけれども、接する面での材料の表面密度は形
成される接触面の０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）
より下の材料密度に比べ比較的低い。比較的低い表面密
度は高速の初期摩耗をもたらす。従って、材料の寸法安
定性を改良する高められた表面密度を有する摩擦材料を
得ることが望ましい。

【０００４】

【課題を解決するための手段】熱分解炭素でコーティン
グされた個々の炭素繊維を含む多孔性の炭素織物摩擦材
料を有し、該摩擦材料は固体基材に結合されている、摩
擦部材を形成する方法を提供することが本発明の一つの
態様であり、該方法は炭素繊維から形成された識別でき
る表面テクスチャ（織地）を有するを有するメッシュク
ロス基材を準備し、繊維に析出された炭素での該基材の
コーティングを、該コーティングが適用された後に実質
的に同一であるクロス基材の識別できる表面テクスチャ
を持つ比較的目の粗いメッシュを有する摩擦材料を形成
するレベルまで行い、該摩擦材料を固体基材表面に結合
し、そして該摩擦材料の表面から材料の層を少なくとも
０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）除去する各工程
からなる。材料の層を除去する工程は研磨法、例えばサ
ンディング（研磨）またはグラインディング（研削）に
より行われ得る。さらに、除去される材料の層は約０．
００２ないし０．００５インチ（約０．０５０８ないし
０．１２７ｍｍ）の間であってよい。好ましい態様にお
いて、熱分解炭素でコーティングされた個々の炭素繊維
を含む多孔性炭素織物摩擦材料の表面を製造する方法が
開示され、その際、該摩擦材料は接着表面と接触表面と
を有し、そして該材料接着表面は固体基材に結合されて
おり、該方法は摩擦材料の接触表面から０．００１イン
チ（０．０２５４ｍｍ）の材料層を少なくとも除去する
工程を含む。熱分解炭素でコーティングされた個々の炭
素繊維を含む多孔性炭素織物摩擦材料を有する摩擦部材
であって、該摩擦材料は接着表面と初期接触表面とを有
し、そして該接着表面は固体基材に結合されている上記
摩擦部材は、その改良点が、上記初期接触表面から材料
の層を少なくとも０．００１インチ（０．０２５４ｍ
ｍ）除去することにより最終接触表面を形成することに
より改良された摩擦材料接触表面からなる。摩擦材料接
触表面は研磨法により形成されてもよい。さらに、摩擦
材料接触表面は約０．００２ないし０．００５インチ
（約０．０５０８ないし０．１２７ｍｍ）の間の材料層
を除去することにより改良され得る。本発明の別の目
的、態様および利点は、以下の説明、添付の図面および
特許請求の範囲の分析から当業者には明らかとなるであ
ろう。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明は改良された摩擦部材およ
び熱分解炭素複合摩擦材料を有する摩擦部材を形成する
方法である。本明細書で使用されるように、「多孔性炭
素織物摩擦材料」は、参照により本明細書に編入される
バウアーに対する米国特許第４２９１７９４号明細書に
記載されるような、開いた孔を有し、そして熱分解炭素
で被覆（コーティング）された個々の炭素繊維からなる
織物（または編物）を意味する。材料は好ましくは単層
であり、そして約０．０２０ないし約０．０５０インチ
（約０．５０８ないし約１．２７ｍｍ）の厚さを有す
る。個々の繊維はスパン繊維または連続フィラメントで
あってよい。熱分解炭素摩擦材料は、織り基材、例えば
炭素をベースとする織物を準備し、それを無酸素雰囲気
中加熱して炭素材料をのぞく実質的に全ての元素を排除
し、そして例えば化学蒸着（ＣＶＤ）法を用いて炭素ク
ロス上にメタン蒸気から炭素材料をさらに析出すること
により製造される。そのような方法は本発明の譲受人に
譲渡された発明の名称「熱分解炭素摩擦材料を用いるク
ラッチ」の米国特許第４７００８２３号明細書に詳細に
記載されており、該明細書の開示内容は参照により本明
細書に編入される。熱分解炭素を形成する方法により、
低い表面密度を有する材料が得られ、そして高速の初期
摩耗を示す。高速の初期摩耗は、装置の設計の際に考慮
しなければならず、一つの特性となり得る。５０パーセ
ントまでの摩耗許容度は最初の数時間の作動の間に使用
される。この高い初期摩耗速度が解消されるならば、設
計摩耗許容度は顕著に減らされ得る。本発明は摩擦伝達
装置、例えば図１に示す慣性ブレーキ２および図２に示
すシンクロナイザーリング１２に関して記載される。慣
性ブレーキ２およびシンクロナイザーリング１２は説明
のための例としてまとめられたものであり、本発明の範
囲を限定することを意図するものでは全くなく、本発明
は摩擦伝達またはエネルギー吸収装置における熱分解炭
素材料を含むあらゆる用途に適用され得る。本発明に包
含される材料はＣＶＤ溶浸により高密度化された炭素
（カーボン）または石墨（グラファイト）クロス基材の
多くの層から形成されていてもよい。しかしながら、材
料は好ましくはＣＶＤ法により溶浸された炭素または石
墨クロス基材の単一の層から形成されている。摩擦材料
２０の例は図３〜６に示されている。図３および４にお
ける材料２０は摩耗されておよず、そして図５および６
のものは２つの異なる段階の摩耗状態の例である。図３
および４における材料２０は厚さ０．０１６インチ
（０．４０６４ｍｍ）であり、単層、平織、ポリアクリ
ロニトリル（ＰＡＮ）をベースとするＣＶＤ法により高
密度化されたグラファイトファブリックである。材料の
目の粗い織地（ファブリックテクスチャ）ならびにヤー
ンおよびヤーンを規定する多くの繊維またはフィラメン
トは容易に識別される。図３および４は織物の表面テク
スチャおよびファブリックの繊維間の比較的大きい空隙
を明らかに示す。材料２０の低い表面密度は、熱分解炭
素材料が別の部材に接触する時の低い接触表面積を結果
として生じる。高速の初期摩耗は小さい接触表面積に起
因する。小さい接触表面積が形成されるような熱分解炭
素材料２０の「頂点（ピーク）」との接触の結果である
ことは直感的にわかる。図４および５は材料２０が部分
的に摩耗されると接触表面積が増えることを表してい
る。接触表面積が増えると、「頂点」を平坦にすること
により、材料２０の寸法安定性は実質的に高まる。高温
熱硬化接着剤、例えば合成ゴム−フェノール系樹脂を結
合剤として使用した場合、基材に対する結合強度を高め
る目的でＣＶＤで製造した熱分解炭素摩擦材料の外側層
の一部を研磨することが知られている。この結合法は発
明の名称「炭素ファブリック摩擦材料の結合」のフォッ
クス（Fox)等に対する米国特許第４７７８５４８号明細
書に詳細に記載されており、該明細書の開示内容は参照
により本明細書に編入される。本発明に従って、熱分解
炭素摩擦材料の外側の極く薄い層、典型的には千分の数
インチが好ましくは研磨法により除去され、それにより
比較的高速の摩耗を示す材料層を除去する。製造される
ような熱分解炭素摩擦材料は目の粗いテクスチャおよび
ファブリックの繊維間に比較的大きな空隙を有する。熱
分解炭素摩擦材料を研削することにより、材料の摩耗特
性は、特に作業の最初の数時間において高められる。本
発明は特に固体基材、例えばシンクロナイザーおよび／
または慣性ブレーキに結合される摩擦材料を用いる摩擦
伝達またはエネルギー吸収関連装置の特性を改善する。
従来技術は熱分解炭素材料の表面をグラインディングま
たはサンディングして、該熱分解炭素材料と固体基材と
の間の結合を強化し、摩擦部材を形成することにより固
体基材への熱分解炭素の結合を高めるための技術を教示
している。本発明は熱分解炭素材料の表面をグラインデ
ィングまたはサンディングして、固体基材と改良された
摩耗および性能のための系の別の部材との間の摩擦結合
（カップリング）のための改良された接触表面を形成す
ることを包含する。除去される材料の量は、摩擦材料の
個々の炭素繊維の実質的な部分を被覆している熱分解炭
素の表面全体を破壊するのに十分な量である。一般的
に、除去される層の厚さは少なくとも約０．００１イン
チ（約０．０２５４ｍｍ）であり、好ましくは約０．０
０２ないし約０．００５インチ（約０．０５０８ないし
０．１２７ｍｍ）の間である。種々の適当な研磨手段が
表面除去のために使用され得るが、操作の容易性および
低コストのためにサンディングまたはグラインディング
が好ましい。厚さ約０．００１ないし約０．００５イン
チ（約０．０５０８ないし０．１２７ｍｍ）の層の除去
は所望の表面を得るために通常十分であるけれども、い
くつかの用途のためには材料の所望の最終的な厚さを達
成するためにより多量の材料が除去されてもよい。図１
を再び参照すると、慣性ブレーキ２の断面図が示されて
いる。慣性ブレーキ２はそれに結合された本発明の熱分
解炭素摩擦材料４を有するアーマチュア６を含む。摩擦
材料４は熱分解炭素で被覆された個々の炭素繊維から形
成されて、炭素織物摩擦材料を形成する。摩擦材料は接
着表面および接触表面を有する。摩擦材料４の接着表面
はアーマチュア６に結合され、他方、接触表面は隣接す
る部材と接触するように配置されている。本発明の説明
のために、熱分解炭素摩擦材料の接触表面は慣性ブレー
キ２の静止外環８と摩擦接触される。摩擦材料は初期接
触表面を有し、研磨法、例えばグラインディングに供さ
れて該初期接触表面から少なくとも約０．００１インチ
（約０．０２５４ｍｍ）の材料を除去して最終接触表面
を形成する。本発明の方法は、慣性ブレーキ２の性能
が、内部クリアランス、例えばアーマチュア６とコイル
プレート１０との間の操作クリアランスを減少させるこ
とにより向上され得るように、摩擦材料４の摩耗速度を
低下させる。次に図２を参照すると、トランスミッショ
ンシンクロナイザーリング１２の断面図が示されてい
る。上記の方法と同様にして、熱分解炭素摩擦材料１４
が、接着表面に適用される熱硬化性接着剤を用いてシン
クロナイザーリング１６に結合される。別のトランスミ
ッション成分と摩擦接触させる摩擦材料１４の接触表面
は研磨されて材料の厚さを減らし、図３および４に示さ
れるように「ピーク」を平坦にして、それにより摩擦材
料１４の接触表面積を増やす。本明細書に開示されるよ
うに炭素摩擦材料１４の接触表面を製造することによ
り、シンクロナイザーリング１２の寸法はその耐用期間
の間より安定であり、より確かに予測可能なシンクロナ
イザー性能およびトランスミッションシフト品質の向
上、特に操作の最初の期間における上記優れた性能が得
られる。これまでの記載は本発明の好ましい態様につい
てなされている。しかしながら、当業者はそのような記
載および添付の図面や特許請求の範囲から、種々の変
更、修正および変化が上記特許請求の範囲に示されるよ
うな本発明の真正な精神および正当な範囲から逸脱する
ことなく、加えられ得ることを容易に理解するであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の熱分解炭素材料を含む慣性ブレ
ーキの断面図である。

【図２】図２は本発明の方法により製造された熱分解炭
素摩擦材料を含むトランスミッションシンクロナイザー
リングの断面図である。図２中、枠内中央部には以下の
記載があり「注記： −コーン表面は研磨されなければならない。 −研磨工程の前に、直径（Ｄ）は表面（Ｂ）を超えなけ
ればならず、０．６８０（最小）と１．１２０（最大）
の間である。この寸法は摩擦材料で３００〜３４０ｐｓ
ｉ（０．２０７〜０．２３４ｄｏＮ／ｍｍ² ）の圧力に
同等の軸荷重を用いてチェックされるべきである。 −研磨工程の後、直径（Ｄ）は表面（Ｂ）を超えなけれ
ばならず、０．３８０（最小）と０．８２０（最大）の
間である。この寸法は上記のように軸荷重を用いてチェ
ックされるべきである。 −ＥＦＭＩＩで並べられた表面の接触領域は、１２°４
０’の円錐ゲージおよび５０Ｎの軸方向の力で測定され
る際、７０％（最小）でなければならない。 −摩擦材料片の結合端部の間隙幅は０．１３〜１．５２
であるべきである。 −結合は１７７℃（３５０°Ｆ）で１時間、顕著な結合
強度の損失なしに耐性でなければならない。」、枠外に
は「初期シフト品質試験のための研磨ＥＦＭＺ。スペッ
クはＥＦＭＺ片上の０．０３３ｍｍの研磨深さに同等で
ある。」の記載がある。

【図３】図３は非摩耗状態にある摩擦材料の接触表面を
表している本発明に包含される摩擦材料を示す写真であ
る。

【図４】図４は非摩耗状態にある摩擦材料の接触表面を
表している本発明に包含される別の摩擦材料を示す写真
である。

【図５】図５は第１の摩耗状態にある摩擦材料の接触表
面を表している本発明に包含される摩擦材料を示す写真
である。

【図６】図６は第２の摩耗状態にある摩擦材料の接触表
面を表している本発明に包含される摩擦材料を示す写真
である。

【符号の説明】

２ 慣性ブレーキ １２ シンクロナイザーリング １４，２０ 摩擦材料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 ダグラス アンソニー ヒューゲス アメリカ合衆国 ミシガン 48393 ウィ クソム ハンプトン コート 461 (72)発明者 デニス トレイシー ブコビッチ アメリカ合衆国 ミシガン 48170 プリ マウス レイウッド 11838 (72)発明者 ホセバルド ロベルト フェルナンデス ブラジル 13320−040 サルト−エセペ リュア セテ デ セテンブロ 580

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱分解炭素でコーティングされた個々の
   炭素繊維を含む多孔性の炭素織物摩擦材料を有し、該摩
   擦材料は固体基材に結合されている、摩擦部材を形成す
   る方法であって、以下の工程：炭素繊維から形成された
   識別できる表面テクスチャを有するメッシュクロス基材
   を準備する工程、 繊維に析出された炭素での該基材のコーティングを、該
   コーティングが適用された後に実質的に同一であるクロ
   ス基材の識別できる表面テクスチャを持つ比較的目の粗
   いメッシュを有する摩擦材料を形成するレベルまで行う
   工程、 該摩擦材料を固体基材表面に結合する工程、および該摩
   擦材料の表面から材料の層を少なくとも０．００１イン
   チ（０．０２５４ｍｍ）除去する工程からなる、上記方
   法。
2. 【請求項２】 材料の層を除去する上記工程が研磨法に
   より行われる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 除去された材料の層が約０．００２ない
   し０．００５インチ（約０．０５０８ないし０．１２７
   ｍｍ）の間である請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 熱分解炭素でコーティングされた個々の
   炭素繊維を含む多孔性の炭素織物摩擦材料で、該摩擦材
   料は接着表面および接触表面を有し、該材料の接着表面
   は固体基材に結合されている上記多孔性の炭素織物摩擦
   材料の表面を調製する方法であって、 上記摩擦材料の接触表面から少なくとも０．００１イン
   チ（０．０２５４ｍｍ）の材料の層を除去する工程から
   なる、上記方法。
5. 【請求項５】 材料の層を除去する上記工程が研磨法に
   より行われる請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 除去された材料の層が約０．００２ない
   し０．００５インチ（約０．０５０８ないし０．１２７
   ｍｍ）の間である請求項４記載の方法。
7. 【請求項７】 熱分解炭素でコーティングされた個々の
   炭素繊維を含む多孔性の炭素織物摩擦材料で、該摩擦材
   料は接着表面および初期接触表面を有し、該接着表面は
   固体基材に結合されている多孔性の炭素織物摩擦材料を
   有する摩擦部材であって、 上記初期接触表面から少なくとも０．００１インチ
   （０．０２５４ｍｍ）の材料の層を除去することによ
   り、最終接触表面を形成することにより上記摩擦材料の
   接触表面が改良されていることを特徴とする上記摩擦部
   材。
8. 【請求項８】 上記最終接触表面が研磨法により形成さ
   れる請求項７記載の摩擦部材。
9. 【請求項９】 除去された材料の層が約０．００２ない
   し０．００５インチ（約０．０５０８ないし０．１２７
   ｍｍ）の間である請求項７記載の摩擦部材。