JPH0718093A

JPH0718093A - 湿式摩擦材

Info

Publication number: JPH0718093A
Application number: JP16235693A
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】高い耐摩耗性と耐熱性とを有すると共に、耐
衝撃性と低相手攻撃性とを具備する炭素質の湿式摩擦材
を得る。【構成】非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭素粉
と、黒鉛化性バインダーとの混合物からなる薄板状の成
形体を形成し、この成形体を焼成し、黒鉛質炭素粉及び
黒鉛化性バインダーを黒鉛化させて硬質炭素フィラーを
結合するマトリックスを形成する。また、焼失性有機質
材を更に添加し、焼成時に焼失させて気孔を形成する。

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滑らかに伝達する
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、
油が充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】ところで、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向上し、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、焼き付きを生じたり、あるいは焼き付きに至ら
ないまでも熱劣化することによって、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、耐衝撃性な
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、耐熱性、耐焼き付き
性、自己潤滑性などの利点を有する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６３−２２
８８８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、全体がガラス状炭素によって形成されているため
に、耐摩耗性と耐熱性には優れるが、特に耐衝撃性に劣
るという問題があり、また、ガラス状炭素が硬質である
ために、相手材に対する攻撃性が強いという点にも問題
があった。

【０００７】そこで、本発明は、耐摩耗性と耐熱性を有
すると共に、耐衝撃性と低相手攻撃性を有する湿式摩擦
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、非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭
素粉と、黒鉛化性バインダーとを含む混合物からなる薄
板状の成形体を焼成し、黒鉛質炭素粉及び黒鉛化性バイ
ンダーを黒鉛化させて硬質炭素フィラーを結合するマト
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、非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭素粉と、焼
失性有機質材と、黒鉛化性バインダーとの混合物からな
る薄板状の成形体を焼成し、焼失性有機質材を焼失させ
ると共に、黒鉛質炭素粉及び黒鉛化性バインダーを黒鉛
化させて硬質炭素フィラー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】本発明にかかる湿式摩擦材においては、焼成に
よって形成されたマトリックスが黒鉛質で、またフィラ
ーが硬質炭素質であるため、黒鉛質が有する耐衝撃性と
低相手攻撃性と、硬質炭素の有する高耐摩耗性、耐熱性
とを合わせ有することができる。なお、請求項２の発明
にかかる湿式摩擦材においては、焼失性有機質材を使用
し、焼成時に焼失させるようにしているので、十分な気
孔率を確保することができる。

【００１１】ここで、炭素フィラーは難黒鉛化性の非晶
質のものであり、硬質である。これは、例えば熱硬化性
フルフラール樹脂、熱硬化性フルフリルアルコール樹
脂、熱硬化性フェノール樹脂等を硬化し、炭化して得る
ことができ、粉状または繊維状のいずれの形態のものも
使用することができる。そして、この炭素フィラーは、
湿式摩擦材全体に対して、一般に３０〜８０重量％の割
合で使用される。

【００１２】また、黒鉛質炭素粉は、焼成によって黒鉛
質のマトリックスを形成するもので、２０００℃程度で
黒鉛化が進行する易黒鉛化性炭素または黒鉛の粉末など
を使用することができる。そして、その易黒鉛化性炭素
としては、石油や石炭のコークス等を、好適に用いるこ
とができる。また黒鉛は、人造黒鉛であっても、また天
然黒鉛であってもよい。

【００１３】黒鉛化性バインダーは、炭素フィラーと黒
鉛質炭素粉との成形体を形成する際に、その成形体を保
形するためのものとして使用される。しかし本発明にお
いては、このバインダーは、焼成によって黒鉛化して、
黒鉛質炭素粉と共にマトリックスを形成するためもので
もある。このために、このバインダーとしては、焼成に
よって黒鉛化しやすいポリイミド樹脂等の合成樹脂、あ
るいはコールタールピッチ、バルクメソフェーズピッチ
などが使用される。

【００１４】また、焼失性有機質材は、焼成時に熱分解
して焼失するものであり、十分な気孔率を確保するため
に使用され、特に黒鉛化性バインダーとして合成樹脂が
使用される場合には必要である。この焼失性有機質材と
しては、例えば、アクリル繊維等の合成繊維、あるいは
リンターパルプ等の天然繊維を用いることができ、一般
に、平均繊維長さ０．１〜４mm、繊維径５〜３０μｍの
ものを使用することができる。

【００１５】そして、これらの非晶質の硬質炭素フィラ
ー、黒鉛質炭素粉、黒鉛化性バインダー、焼失性有機質
材は相互に十分に混合または混練され、次いで、薄板状
の所定の形状に成形される。この成形には、例えば熱プ
レス機を使用することができる。

【００１６】得られた成形体は、次いで、加熱炉で焼成
される。この焼成は、黒鉛質炭素粉と黒鉛化性バインダ
ーが黒鉛化しまた焼結してマトリックスを形成する温度
においてなされる。焼失性有機質材が用いられる場合、
これはこの焼成時に熱分解して焼失し、跡が気孔として
残される。こうして、非晶質の硬質炭素フィラーが、黒
鉛化された黒鉛質炭素粉と黒鉛化性バインダーとによる
マトリックスで一体に結合された炭素質の多孔体からな
る湿式摩擦材が形成される。

【００１７】このようにして得られた本発明の湿式摩擦
材は、２０〜５０％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任意に可能で
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】本発明の実施例の湿式摩擦材を、以下に述
べる配合、製法により作製した。

【００２０】〈実施例１〉まず、熱硬化性フルフラール
樹脂を熱硬化させ、その後、炭化焼成して得られた非晶
質硬質炭素を振動ボールミルを用いて微粉砕し、平均粒
径１５μｍの炭素粉末を得た。

【００２１】そして、この炭素粉末を４０重量％、平均
粒径５μｍの石炭コークス粉２０重量％、及び平均繊維
長０．５mm，繊維径１０μｍのアクリル繊維１５重量％
に、バインダーとしてポリイミド樹脂２５重量％を加え
て十分に混練した後、熱プレス成形により、外径１３０
mm，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、この成形体を窒素雰囲気中におい
て最終到達温度２２５０℃で焼成し、焼結させた。この
ようにして得られた焼成体は、マトリックス部である石
炭コークス部及びポリイミド樹脂部が黒鉛化し、フィラ
ー部である硬質炭素部は非晶質の硬質炭素のままであっ
た。また、アクリル繊維部は焼失して、焼成前にアクリ
ル繊維が存在した部分は空孔を形成した。なお、この焼
成体の気孔率は３７体積％であった。

【００２２】次いで、この焼成体二枚を芯金の両側に接
着し、縁部のバリ等を処理する機械加工を経て、芯金と
一体化された湿式摩擦材を得た。

【００２３】このようにして得られた湿式摩擦材につい
て１００℃における連続滑り耐久試験を実施して摩擦性
能を評価した。

【００２４】図１は湿式摩擦材１の連続滑り耐久試験を
行う試験装置を示す概略図である。図において、１は湿
式摩擦材、２は芯金、３はテスターケース、４は鉄板、
５はピストン、６はハブである。

【００２５】次に、この試験方法について説明する。

【００２６】芯金２の両側に湿式摩擦材１を接着して形
成された供試体を、テスターケース３に取付けられて回
転しない相手部材である鉄板４で挾持し、ピストン５を
介して荷重２０kg／cm²で加圧した。次いで、前記供試
体をハブ６により差回転速度と想定した１２０cm／sec
で回転させ、このときに発生する不均一滑り量と、試験
終了時（１００時間経過後）における湿式摩擦材１の摩
耗量を測定して評価を行った。なお、これらの操作はＡ
ＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード）の
中に浸漬した状態で行なった。

【００２７】以上の試験を行った結果、本実施例の湿式
摩擦材１は試験開始後１００時間経過した地点において
も、不均一滑り量が少なく安定した動力伝達性を維持
し、また、終了時の湿式摩擦材１の摩耗量は３０μｍで
あった。なお、このとき相手部材である鉄板３はキズが
少なく、良好な状態であった。

【００２８】〈実施例２〉まず、熱硬化性フェノール樹
脂を溶融紡糸して得られるノボロイド繊維を、窒素雰囲
気中１０００℃で焼成して非晶質炭素繊維を得、次い
で、平均繊維長０．６mmとなるように粉砕した。

【００２９】この炭素繊維を２５重量％、石炭コークス
粉２０重量％、及びアクリル繊維５重量％に、バインダ
ーとしてポリイミド樹脂を２５重量％加え混練した。次
いで、実施例１と同様にして中空円板状の成形体を形成
し、これを焼成し、焼結させた。こうして得られた焼成
体はマトリックス部が黒鉛質、フィラー部が硬質炭素質
であり、その気孔率は３５体積％であった。後は実施例
１と同様にして、芯金と一体化された湿式摩擦材１を得
た。

【００３０】なお、本実施例で用いた石炭コークス粉及
びアクリル繊維は、実施例１で用いたものと同じもので
ある。

【００３１】この湿式摩擦材１に対して、実施例１で行
った連続滑り耐久試験を行った結果、試験開始後１００
時間を経過した時点においても安定な動力伝達性を有
し、試験終了後の摩耗量は２６μｍであった。なお、実
施例１と同様、試験終了後の相手部材である鉄板３はキ
ズが少なく、良好な状態であった。

【００３２】〈実施例３〉硬質炭素粉５０重量％、石炭
コークス粉１５重量％に、石油ピッチ成分からなるバル
クメソフェーズピッチ粉を３５重量％加え、混練した。
次いで、実施例１と同様にして中空円板状の成形体を形
成し、これを焼成し、焼結させた。こうして得られた焼
成体は、マトリックス部が黒鉛質、フィラー部が硬質炭
素質であり、その気孔率は３０体積％であった。後は実
施例１と同様にして、芯金と一体化された湿式摩擦材１
を得た。

【００３３】なお、本実施例で用いた硬質炭素粉及び石
炭コークス粉は実施例１で用いたものと同じものであ
る。

【００３４】この湿式摩擦材１に対して、実施例１で行
った連続滑り耐久試験を行った結果、試験開始後１００
時間を経過した時点においても安定な動力伝達性を有
し、試験終了後の摩耗量は３８μｍであった。なお、試
験終了後において、相手部材である鉄板３に対する攻撃
性は極めて少なかった。

【００３５】〈実施例４〉実施例１で用いた硬質炭素粉
５０重量％、平均粒径３μｍの黒鉛粉２０重量％、平均
粒径０．３μｍの炭化ホウ素１重量％に、実施例２で用
いたバルクメソフェーズピッチ粉を２９重量％加え、混
練した。次いで、実施例１と同様にして中空円板状の成
形体を形成し、これを焼成し、焼結させた。こうして得
られた焼成体は、マトリックス部が炭化ホウ素の黒鉛化
促進作用により結晶性（黒鉛化度）の高い良質の黒鉛組
織を形成し、フィラー部は硬質炭素質であった。なお、
この焼成体の気孔率は３０体積％であった。後は実施例
１と同様にして、芯金と一体化された湿式摩擦材１を得
た。

【００３６】そして、この湿式摩擦材１に対して、実施
例１で行った連続滑り耐久試験を行った結果は、実施例
３と同様、試験開始後１００時間を経過した地点におい
ても安定な動力伝達性を有し、試験終了後の摩耗量は２
７μｍであった。そして、相手部材である鉄板３に対す
る攻撃性も、実施例３と同様に極めて少なかった。

【００３７】〈比較例１〉パルプ繊維、有機繊維、無機
摩擦調整剤及び有機摩擦調整剤から構成される混抄紙
に、熱硬化性樹脂を含浸し、その後、加熱硬化させ、前
述した各実施例と同一サイズに成形した後、芯金の両側
に接着して機械加工を施して、芯金と一体化された湿式
摩擦材１を得た。

【００３８】そして、この湿式摩擦材１に対して、実施
例１で行った連続滑り耐久試験を行った結果は、試験開
始後１５時間地点において、焼付き現象が発生したた
め、動力伝達性が不安定となり耐久限界に達した。な
お、このときの摩耗量は１９０μｍであった。

【００３９】〈比較例２〉実施例１で用いた硬質炭素粉
７５重量％に、熱硬化性フェノール樹脂２５重量％をバ
インダーとして加えて混練後、前述した各実施例と同一
サイズに熱プレス成形して中空円板状の成形体を得た。
そして、この成形体を窒素雰囲気中で８００℃で焼成し
た。こうして得られた焼成体は、マトリックス部、フィ
ラー部供に硬質の炭素質であり、その気孔率は８体積％
であった。後は実施例１と同様にして、芯金と一体化さ
れた湿式摩擦材１を得た。

【００４０】そして、この湿式摩擦材１に対して、実施
例１で行った連続滑り耐久試験を行った結果、試験終了
まで焼付きは発生しなかったものの、試験開始後４０時
間程度で摩擦係数の低下が発生し、動力伝達率が低下し
た。そして、試験終了時の摩耗量は２１μｍと少なかっ
たが、相手部材である鉄板３には摺動方向に大きなキズ
が無数に発生し、また、一部においては変形（反り）が
生じており、使用限界状態にあった。

【００４１】〈比較例３〉石炭コークス粉７５重量％
に、バルクメソフェーズピッチ粉２５重量％を加えて混
練し、前述した各実施例と同一サイズの中空円板状に熱
プレス成形し、窒素雰囲気中２２５０℃で焼成し、焼成
した。こうして得られた焼成体は、マトリックス部、フ
ィラー部供に黒鉛質であり、その気孔率は２４体積％で
あった。後は実施例１と同様にして、芯金と一体化され
た湿式摩擦材１を得た。

【００４２】なお、本実施例の石炭コークス粉及びバル
クメソフェーズピッチ粉は、実施例３と同じものを用い
た。

【００４３】そして、この湿式摩擦材１に対して、実施
例１で行った連続滑り耐久試験を行った結果、試験開始
後５５時間で摩擦係数の低下により十分な動力伝達性を
維持できなくなり、耐久限界に達した。このとき摩耗量
は１６０μｍであり、かつ、その表面は気孔が残存して
おらず、目詰まり状態となっていた。なお、相手部材で
ある鉄板３には大きなキズは認められなかった。

【００４４】

【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、非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭素粉
と、黒鉛化性バインダーとの混合物からなる薄板状の成
形体を焼成し、黒鉛質炭素粉及び黒鉛化性バインダーを
黒鉛化させて硬質炭素フィラー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、炭素の多孔体
からなるために、耐熱性、耐焼き付き性、自己潤滑性を
有する。また、硬度が高く、耐摩耗性及び耐熱性に優れ
た非晶質の硬質炭素フィラーと、靭性を有し、耐衝撃性
に優れ、また相手攻撃性の低い黒鉛質のマトリックスと
からなるため、これらの効果を合せ持ち、優れた耐摩耗
性、耐熱性、耐衝撃性と低い相手攻撃性を有する。その
ため、これらの効果によって、高寿命化と、摩擦材枚数
の低減化を図ることができる。また、自己潤滑性を有す
るのでスリップ時の円滑な動力伝達を行うことができ、
スリップ時の不連続すべりに起因する異音、振動を少な
くすることができる。

【００４５】また、焼成によって得られたものであるた
め、摩擦表面に油膜を形成するのに必要な気孔率は十分
に確保することができる。そして、請求項２の発明の湿
式摩擦材によれば、更に焼失性有機質材が使用されてい
るので、その気孔率の確保はより一層十分なものとする
ことができる。

【００４６】このために、本発明の湿式摩擦材は、自動
変速機等に好適に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は湿式摩擦材の連続滑り耐久試験を行う試
験装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１湿式摩擦材

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭
素粉と、黒鉛化性バインダーとの混合物からなる薄板状
の成形体を焼成し、黒鉛質炭素粉及び黒鉛化性バインダ
ーを黒鉛化させて硬質炭素フィラー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】非晶質の硬質炭素フィラーと、黒鉛質炭
素粉と、焼失性有機質材と、黒鉛化性バインダーとの混
合物からなる薄板状の成形体を焼成し、焼失性有機質材
を焼失させると共に、黒鉛質炭素粉及び黒鉛化性バイン
ダーを黒鉛化させて硬質炭素フィラーを結合するマトリ
ックスを形成してなることを特徴とする湿式摩擦材。