JPH05247233A

JPH05247233A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH05247233A
Application number: JP31706692A
Authority: JP
Inventors: Harunobu Kani; 春伸可児; Kunihiko Imahashi; ▲邦▼彦今橋; Hirohisa Miura; 宏久三浦; Koji Shimoda; 好司霜田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1993-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】耐摩耗性に優れた摩擦材を提供する。【構成】基材繊維と結合剤とからなる摩擦材であっ
て、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維を
一部に用いた繊維束を基材繊維とするか、または弾性率
が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維と、引張強度
が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の炭素繊維の繊維束を合撚
した紐を基材繊維とする。この紐にフェノール樹脂、ゴ
ムバインダに含浸後、巻装したものをスパイラル状に巻
き取り、加熱成形してクラッチフェーシングとする。こ
の摩擦材は、軽量化と耐摩耗性の向上とバースト強度の
向上に貢献する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクラッチフェーシングや
ブレーキパッドなどに用いられる摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などでは、エンジンと変速機との
間の動力の断続を行うクラッチディスクの部品として、
クラッチフェーシングが使用されている。このクラチフ
ェーシングには、アスベスト、ガラス繊維、炭素繊維な
どの無機繊維、又は該無機繊維にポリアミド繊維などの
耐熱性有機繊維を複合した繊維よりなる基材繊維と、結
合剤となる熱硬化性樹脂、ゴム材、加硫剤、摩擦調整剤
などとを混合し、成形型に充填して加熱加圧することに
よって形成するレジンモールド系のものが知られてい
る。また、上記基材繊維をフェルト状、マット状、織布
状としたものに熱硬化性樹脂、ゴム材、加硫剤、摩擦調
整剤などの結合剤混合溶液を含浸させ、これを適宜の形
状に切断し、所望の円形形状に積層した後、加熱加圧す
ることによって形成するウーブン系のものも知られてい
る。また、上記基材繊維を紐状とし、結合剤を含む混合
溶液を含浸させた後、螺旋状又はサーモイド状に巻き上
げて所望の形状に成形して加熱加圧することによって形
成するセミモールド系のものも知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、アスベスト
の人体への悪影響が公知となってからは、アスベストの
使用が規制され、上記基材繊維としてガラス繊維や炭素
繊維を用いることが主流となっている。また近年、自動
車の高出力化に伴い、クラッチフェーシングにも軽量
化、及び摩擦摩耗特性の向上などの性能が要求されてい
る。

【０００４】ここで、クラッチフェーシングの軽量化を
図るには、上記基材繊維として、ガラス繊維より比重の
小さな炭素繊維を用いた方が有利となる。そして、この
炭素繊維は自己潤滑作用をもつので、摩耗特性の向上に
も有利となる。しかし、炭素繊維を上記基材繊維に用い
た従来のクラッチフェーシングにおいては、要求される
摩擦摩耗特性を充分に満たしているとはいえなかった。
特に、耐摩耗性の不足から耐久性に劣り、交換頻度が高
くなるという不都合があった。さらに、炭素繊維を基材
繊維とした場合の摩擦係数のばらつき、破壊強度（バー
スト強度）が低下するとうい不具合があった。

【０００５】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、軽量化に有利な炭素繊維を用いて耐摩耗性に優
れた、バースト強度の向上した摩擦材を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦材は、少な
くとも一部の基材繊維として弾性率６０００ｋｇｆ／ｍ
ｍ²以下の炭素繊維を用いたことを特徴とする。さらに
本発明の摩擦材は、少なくとも一部の基材繊維として弾
性率６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維と、引張強
度２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の炭素繊維とを、合撚した
紐を用いたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の摩擦材は、基材繊維として、弾性率が
６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維を少なくとも一
部に用いており、耐摩耗性が向上する。これは、炭素繊
維の弾性率が小さいと図２にも示すように伸び率が大き
くなることに起因していると考えられる。すなわち、伸
び率が大きいと炭素繊維自身にクラックが発生しにくく
なり、摩擦面からの炭素繊維の脱離が防止される。その
結果、クラッチフェーシングの耐摩耗性が向上すると考
えられる。また、炭素繊維自身の自己潤滑作用も耐摩耗
性の向上に貢献している。さらに、炭素繊維の弾性率が
小さいと、炭素繊維の黒鉛化率も小さく、このことも耐
摩耗性の向上に寄与しているのではないかと予想され
る。

【０００８】さらに、基材繊維に、弾性率が６０００ｋ
ｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維と、引張強度が２００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上の炭素繊維とを、合撚した紐を用いるこ
とにより、基材繊維の強度が高まる。その結果、クラッ
チフェーシングはバ−スト強度を高めることができる。
すなわち、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素
繊維は、通常短繊維の紡績糸で構成され引張強度が１０
０ｋｇｆ／ｍｍ²以下と低い場合が多い。この短繊維で
構成される紡績糸は、長繊維で構成される糸に比べて嵩
比重が低く空隙が多い。したがって、結合剤が含浸しや
すい。そのため、摩擦材の密度のばらつきが減少し摩擦
係数を安定化させることができる。しかし、紐としての
引張強度は短繊維がばらけ易いので低い。このためクラ
ッチフェーシングのバースト強度が低下する。一方、引
張強度２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の長繊維の炭素繊維を
束ねて撚り紐とすると引張強度は高まるが、長繊維が撚
られて高密度化されているため結合剤の含浸性が不十分
で摩擦係数のむらが発生し易い。

【０００９】そこで、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²
以下の炭素繊維と、引張強度２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上
の炭素繊維とを、合撚した紐とするとにより、結合剤の
含浸性が向上して摩擦係数のむらが防止でき、繊維基材
自体の引張強度も高まり、クラッチフェーシングのバー
スト強度が向上できる。また上記炭素繊維は、ガラス繊
維などの他の繊維と比較して比重が小さいので、その分
摩擦材の軽量化に貢献することができる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。（実施例１）基材繊維として、引張り強度が９２ｋｇｆ
／ｍｍ²、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維
（径１３μｍ、長さ５０ｍｍ）３０ｖｏｌ％、ガラス繊
維（径６μｍ、連続の長繊維）３５ｖｏｌ％、及び芳香
族ポリアミド繊維（「ケブラー♯２９」デュポン社製、
径１３μｍ、長さ２〜４ｍｍ）３５ｖｏｌ％を束ねた繊
維束を用いた。なお、この繊維束のみかけの太さは、φ
２．３〜３．３ｍｍである。この繊維束に２０度の角度
で撚り（ツイスト）を与えた。この撚りを与えた繊維束
３組と黄銅線１本とを合撚して紐とした。

【００１１】この紐を、結合剤としてのフェノール樹
脂、並びにゴムバインダーとしてのＳＢＲ、カーボンブ
ラック及びＢａＳＯ₄に含浸後、１００℃で１０分間乾
燥した。そして、スパイラル状に巻き取って穴開き円板
状の巻取品を形成した。上記巻取品を１６０℃、１００
ｋｇ／ｃｍ²に設定された熱成形金型に配置し、５分間
保持して加熱成形後、研磨して本実施例１のクラッチフ
ェーシングを作製した。

【００１２】なお、本実施例のクラッチフェーシング
は、基材繊維：３０ｖｏｌ％、フェノール樹脂：２０ｖ
ｏｌ％、ＳＢＲ：２５ｖｏｌ％、カーボンブラック：１
９ｖｏｌ％、ＢａＳＯ₄：４ｖｏｌ％、黄銅線：２ｖｏ
ｌ％の組成である。（実施例２）上記実施例１と同様の炭素繊維、ガラス繊
維、及び芳香族ポリアミド繊維を用い、それぞれの配合
割合を炭素繊維５０ｖｏｌ％、ガラス繊維２５ｖｏｌ
％、及び芳香族ポリアミド繊維２５ｖｏｌ％よりなる繊
維束とした。この配合組成の異なる繊維束を繊維として
用いること以外は、上記実施例１と同様にしてクラッチ
フェーシングを作製した。（実施例３）上記実施例１と同様の炭素繊維、ガラス繊
維、及び芳香族ポリアミド繊維を用い、それぞれ炭素繊
維７０ｖｏｌ％、ガラス繊維１５ｖｏｌ％、及び芳香族
ポリアミド繊維１５ｖｏｌ％よりなる繊維束とした。こ
の配合組成の異なる繊維束を繊維として用いること以外
は、上記実施例１と同様にしてクラッチフェーシングを
作製した。（実施例４）上記実施例１と同様の炭素繊維１００ｖｏ
ｌ％よりなる繊維束を繊維基材として用いること以外
は、上記実施例１と同様にしてクラッチフェーシングを
作製した。（比較例１）引張り強度が２００ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性
率が１５０００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維１００ｖｏｌ
％よりなる繊維束を繊維基材として用いること以外は、
上記実施例１と同様にしてクラッチフェーシングを作製
した。（比較例２）上記実施例１と同様のガラス繊維、及び芳
香族ポリアミド繊維を用い、それぞれガラス繊維５０ｖ
ｏｌ％、及び芳香族ポリアミド繊維５０ｖｏｌ％よりな
る繊維束を繊維基材として用いること以外は、上記実施
例１と同様にしてクラッチフェーシングを作製した。

【００１３】

【表１】（評価）上記実施例１〜４、及び比較例１、２のクラッ
チフェーシングを、それぞれフルサイズダイナモ試験機
に装着し、回転数：４０００ｒｐｍ、イナーシャ：０．
０８ｋｇｆｍｓ²、試験温度：２００℃、係合回数：５
００回の条件で運転して、体積摩耗率を測定した。その
結果を図１に示す。

【００１４】図１に示す結果から、基材繊維として、弾
性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維の繊維束を含
む本実施例１〜４のクラッチフェーシングは、比較例
１、２と比較して、摩耗率が低く耐摩耗性に優れてい
る。また、実施例１〜４のクラッチフェーシングを比較
すると、基材繊維として弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ
²の炭素繊維の繊維束を多く含む程、摩耗率が低くなる
ことがわかる。

【００１５】さらに、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²
の炭素繊維の繊維束を用いた実施例４と弾性率が１５０
００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維の繊維束を用いた比較例
１とを比較すると、炭素繊維の弾性率が６０００ｋｇｆ
／ｍｍ²以下であれば摩耗率が大幅に減少することがわ
かる。これは、炭素繊維の弾性率が小さいと伸び率が大
きなるので、炭素繊維の繊維束に撚りを与える製造工程
中や摩擦中に炭素繊維にクラックが発生しにくくなった
ためと考えられる。

【００１６】また上記実施例１〜４、及び比較例１、２
のクラッチフェーシングについて、それぞれ比重及びバ
ースト強度を測定した。その結果を表１に示す。表１に
示す結果から、基材繊維として炭素繊維の繊維束を含む
実施例１〜４及び比較例１のクラッチフェーシングは、
基材繊維として炭素繊維の繊維束を含まない比較例２の
クラッチフェーシングと比較して比重が小さく、また基
材繊維として炭素繊維の繊維束を多く含むほど比重が小
さくなることがわかる。また、バースト強度を比較する
と、今回の基材繊維は高強度の繊維束の組合せのため、
バースト強度に大きな差はないが、製品の比重が小さく
なるほど有利な結果であることがわかる。

【００１７】なお、上記実施例１〜４では、基材繊維と
して引張り強度が９２ｋｇｆ／ｍｍ ²、弾性率が６００
０ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維の繊維束を用いたが、引張
り強度が５〜１００ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性率が３００〜
６０００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素繊維の繊維束を好適に用
いることができる。この炭素繊維の引張り強度は、製品
に必要なバースト強度を考慮して決定することができ
る。炭素繊維の弾性率は、紐加工時における繊維の切れ
性に影響するので、この点のみを考慮すれば弾性率が小
さい程良い。また基材繊維は、製品強度を考慮した場
合、上記実施例のように長繊維のみから構成した方が好
ましいが、短繊維からなる不織布を長繊維とともに用い
ることもできる。（実施例５）基材繊維として、引張強度が３６０ｋｇｆ
／ｍｍ²、弾性率が２３５００ｋｇ／ｍｍ²、伸び１．
５％の炭素長繊維（トレカＴ−３００東レ株式会社
製）の繊維束１束（この繊維束の見掛けの太さは１〜２
ｍｍである）と、引張強度８０ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性率
が４０００ｋｇｆ／ｍｍ²、伸びが２％の炭素短繊維
（ドナＳ２１０大阪ガス株式会社製；長さ３５ｍｍ）
の紡績糸（見掛けの太さ１〜２ｍｍ）４本を撚り合わせ
て紐とした。なお、この紐は、炭素長繊維３０重量％、
炭素短繊維７０重量％で構成されている。この炭素長繊
維および炭素短繊維の繊維束から形成された紐の構成模
式図を図３に示す。引張強度３６０ｋｇｆ／ｍｍ²の炭
素長繊維の繊維束Ａと、弾性率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ
²の炭素短繊維の紡績糸の繊維束Ｂが合撚されて合撚糸
の紐Ｃが形成されている。なお、この紐のみかけの太さ
は、φ２．３〜３．３ｍｍである。

【００１８】短繊維の紡績糸および紐の撚り数は、１０
０回／ｍとした。この紐に、フェノール樹脂、並びにゴ
ムバインダーとしてＳＢＲ，カーボンブラックを含む結
合剤に含浸した後、１００℃で１０分間乾燥した。そし
て、この結合剤を含浸した紐を、スパイラル状に巻き取
って穴空き円板状の巻取品を形成した。

【００１９】この巻取品を熱成形金型内で、圧力１００
ｋｇｆ／ｃｍ²，１６０℃で５分間保持して成形した
後、所定の形状に研磨してクラッチフェーシングを作製
した。なお、本実施例のクラッチフェーシングは、基材
繊維が３５容量％、フェノール樹脂が２０容量％、ＳＢ
Ｒが２５容量％、カーボンブラックが２０容量％の組成
である。（実施例６）上記実施例５と同様な炭素長繊維束２束
と、炭素短繊維の紡績糸４本とを撚り合わせて紐とした
以外は、実施例５と同様にしてクラッチフェーシングを
作製した。なお、この紐は、炭素長繊維４０重量％、炭
素短繊維６０重量％で構成されている。（実施例７）上記実施例５と同様な炭素長繊維束３束
と、炭素短繊維の紡績糸４本を撚り合わせて紐とした以
外は、実施例５と同様にしてクラッチフェーシングを作
製した。なお、この紐は、炭素長繊維５０重量％、炭素
短繊維５０重量％で構成されている。（実施例８）引張強度が９０ｋｇｆ／ｍｍ²（ピッチ
系、ＮＧ０４Ｃ新日本製鐵株式会社製）、弾性率が４０
００ｋｇｆ／ｍｍ²、伸びが１．８％の炭素短繊維の紡
績糸のみを４本束ねて紐として使用した以外は、実施例
５と同様にしてクラッチフェーシングを作製した。

【００２０】

【表２】（実施例９）引張強度が９０ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性率が
５０００ｋｇｆ／ｍｍ²の炭素長繊維の繊維束４束を撚
り合わせて紐として基材繊維として使用した以外は、実
施例５と同様にしてクラッチフェーシングを作製した。（比較例３）ガラス繊維（長繊維）の繊維束および芳香
族ポリアミド繊維の繊維束をそれぞれ５０容量％（各１
束ずつを束ねたもの）よりなる紐を基材繊維として用い
た以外は、実施例５と同様にしてクラッチフェーシング
を作製した。（評価）実施例５、６、７、８、９、比較例３のクラッ
チフェーシングをそれぞれフルサイズダイナモ試験機に
装着して、回転数：４０００ｒｐｍ、イナーシャ：０．
０８ｋｇｆｍｓ²、試験温度：２００℃、係合回数：５
００回の条件で運転して、体積摩耗率を測定した。その
結果を図４に示す。

【００２１】また別の試験として、２００℃における各
クラッチフェーシングの破壊強度（最高破壊回転数）を
測定した。その他比重も測定した。結果を表２に示す。
表２に示すバースト強度の測定から、引張強度が２００
ｋｇｆ／ｍｍ²以上の炭素長繊維と、弾性率が６０００
ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素短繊維を組み合わせた紐で構
成される基材繊維を用いた実施例５、６、７ではバース
ト強度が向上している。そして高強度の炭素長繊維の繊
維束数を増やほど紐の密度が高くなり、その分比重も高
くなる。

【００２２】実施例９で長繊維（引張強度９０ｋｇｆ／
ｍｍ²）のみ４束を組み合わせて紐を形成して基材繊維
としたものは、バースト強度はかなり高いが、短繊維を
用いていないために、結合剤の含浸性が悪く、密度が不
均一で比重が１．３８と低かった。また、実施例８の短
繊維の紡績糸のみを４本組み合わせた紐を基材繊維とし
たものは短繊維同志がばらけやすく、長繊維と組み合わ
せたものよりもバースト強度が低い。しかし、耐摩耗性
は図４に示すように実施例５、６、７とほぼ同レベルで
ある。

【００２３】比較例３の炭素繊維以外の繊維の繊維束を
紐からなる基材繊維を用いたものは比重が１．６８と高
い割りにはバースト強度が低い。図４に示すように、本
実施例５〜９は、摩耗率はいずれも低く良好な値であ
る。また炭素長繊維の組合せ本数は摩耗率に影響をおよ
ぼしていない。弾性率の低い短繊維を使用すると実施例
９で示すように炭素繊維が潤滑剤として働き摩耗率は低
くなったと推定される。比較例３のガラス繊維と芳香族
ポリアミド繊維の繊維束からなる紐を基材繊維とすると
バースト強度が低く比重も大きくなり、図４に示すよう
に摩耗率が著しく大きくなる。

【００２４】紡績糸に用いる炭素繊維は、短繊維の長さ
が１〜５０ｍｍとされるが紡績工程、撚糸工程において
多少の繊維の切断は避けられないため、長い方が好まし
いが、あまり長いと撚り紐が高密度化して、結合剤の含
浸性が低下するので好ましくない。また長繊維はフィラ
メント数で通常１〜１２ｋの範囲のものが使用される。

【００２５】この紐は、他の有機、無機、金属繊維と合
撚して摩擦特性を変えることも可能である。

【００２６】

【表３】

【００２７】また、２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の引張強
度をもつ炭素繊維は、表３に示す様に弾性率が６０００
ｋｇｆ／ｍｍ²以下の炭素繊維に比べて熱伝導率が１０
倍以上高い。さらに上記の炭素繊維は、従来用いられて
いるガラス繊維の熱伝導率に比べても１０倍以上の値を
もつので熱伝導上も問題ないばかりか、ガラス繊維や黄
銅線による基材に比べて高熱伝導化が可能となり、摩擦
面温度が低下する分耐熱性が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の摩擦材は、
基材繊維として、弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍｍ²以下
の炭素繊維を少なくとも一部に用いており、摩擦材の軽
量化に貢献するとともに、耐摩耗性の向上に寄与する。
また、伸び率の大きい炭素繊維を用いるので、紐加工時
に繊維が切れ難く、クラッチフェーシングを製造する場
合、生産性良く巻取品を形成することができる。

【００２９】クラッチフェーシングのように高速回転を
伴う摩擦材の場合には、高速回転での破壊強度を高める
ことが必要である。そこで弾性率が６０００ｋｇｆ／ｍ
ｍ²以下の炭素繊維の繊維束と、引張強度が２００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上の炭素繊維の繊維束とを合撚した紐とす
ることで、摩擦材のバースト強度が一層向上する。さら
に炭素繊維を短繊維の紡績糸と、長繊維の繊維束との合
撚により基材繊維の嵩比重が低くなり、空隙が多くな
り、結合剤が繊維基材中に十分含浸され、密度が均一化
し、摩擦係数安定化につながる。

【００３０】炭素繊維は、従来の基材繊維を構成するガ
ラス繊維などの他の繊維と比較して比重が軽いので、炭
素繊維とを合撚することで強度が確保でき、黄銅線など
の他の繊維を使用する必要が無くなりその分摩擦材の軽
量化に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例及び比較例にかかるクラッチフェーシン
グの耐摩耗評価結果を示す棒グラフである。

【図２】炭素繊維の弾性率と伸び率との関係を示す線図
である。

【図３】実施例５の基材繊維の構成を説明する模式図で
ある。

【図４】実施例５〜９及び比較例３にかかるクラッチフ
ェーシングの耐摩耗評価結果を示す棒グラフである。

【符号の説明】

Ａ炭素短繊維の紡績糸、Ｂ炭素長繊維、Ｃ合
撚された紐、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者霜田好司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部の基材繊維として弾性率
６０００ｋｇｆ／ｍｍ ²以下の炭素繊維を用いたことを
特徴とする摩擦材。
【請求項２】少なくとも一部の基材繊維として弾性率
６０００ｋｇｆ／ｍｍ ²以下の炭素繊維と、引張強度２
００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の炭素繊維とを、合撚した紐を
用いたことを特徴とする摩擦材。