(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体環境において使用する湿式摩擦材料であり、直径が１〜２０マイクロメータの範囲の微小直径繊維と直径が２０マイクロメータより大きい大直径繊維の繊維質基材を含む湿式摩擦材料であって、前記微小直径繊維は炭素繊維と、セラミック繊維、シリカ繊維、又は鉱物繊維の少なくとも１つとの組み合わせを含み、前記微小直径繊維それぞれの引張弾性率が７０ＧＰａより大きい湿式摩擦材料。
【請求項２】
前記微細直径繊維の直径が１〜１０マイクロメータの範囲にある、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項３】
前記微細直径繊維の直径が５〜１０マイクロメータの範囲にある、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項４】
前記微細直径繊維の直径が５マイクロメータである、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項５】
前記微細直径繊維の直径が７マイクロメータである、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項６】
前記引張弾性率が１５０〜３５０ＧＰａの範囲にある、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項７】
前記引張弾性率が２００〜３００ＧＰａの範囲にある、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項８】
前記引張弾性率が２５０〜３００ＧＰａの範囲にある、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項９】
前記炭素繊維が、１５０ＧＰａより大きい引張弾性率を有する、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１０】
前記微小直径繊維が、７０〜１００ＧＰａの範囲の引張弾性率を有するセラミック繊維を含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１１】
高エネルギーの高圧油性環境において長寿命の安定な一貫した摩擦性能を有する、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１２】
前記高圧油性環境が４ＭＰａより高い、請求項１１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１３】
前記高圧油性環境が５ＭＰａより高い、請求項１１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１４】
前記高圧油性環境が６ＭＰａより高い、請求項１１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１５】
前記大直径繊維が炭素繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、又はガラス繊維の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１６】
前記繊維質基材が摩擦調整粒子をさらに含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１７】
前記摩擦調整粒子が合成グラファイト、炭素、シリカまたはケイ藻土である、請求項１６に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１８】
前記摩擦調整粒子のモース硬度が少なくとも４．５である、請求項１６に記載の湿式摩擦材料。
【請求項１９】
前記繊維質基材が少なくとも１種類の無機充填剤をさらに含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２０】
前記無機充填剤が、ケイ藻土、粘土、ケイ灰石、シリカ、炭酸塩、バーミキュライトまたは雲母である、請求項１９に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２１】
前記微小直径繊維および前記無機充填剤の繊維対充填剤の重量比が０．５／１〜８．０／１の範囲にある、請求項１９に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２２】
前記比が０．５／１〜２．０／１の範囲にある、請求項２１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２３】
前記比が０．８／１〜１．４／１の範囲にある、請求項２１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２４】
前記繊維質基材が結合剤を含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２５】
前記結合剤が、フェノール樹脂または変性フェノール樹脂、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂、あるいは、フェノール樹脂およびシリコーン樹脂の混合物である、請求項２４に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２６】
前記結合剤がエポキシ変性フェノール樹脂である、請求項２４に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２７】
前記繊維質基材が、５〜７０重量パーセントの前記微小直径繊維を含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２８】
前記繊維質基材が、５〜４０重量パーセントの前記微小直径繊維を含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項２９】
前記繊維質基材が、５〜３０重量パーセントの前記微小直径繊維を含む、請求項１に記載の湿式摩擦材料。
【請求項３０】
請求項１に記載の湿式摩擦材料を含むクラッチフェーシング。
【請求項３１】
請求項１に記載の湿式摩擦材料を含むブレーキライニング。
【請求項３２】
高圧油性環境において使用する摩擦材料であり、硬化した樹脂材料に含浸された繊維質基材を含み、前記繊維質基材は、微小直径繊維、大直径繊維、摩擦調整粒子、及び無機充填剤を含み、前記微小直径繊維は、石油ピッチベースの炭素繊維及び鉱物繊維を含み、これらの繊維はそれぞれ１〜２０マイクロメータの範囲の直径及び７０ＧＰａより大きい引張弾性率を有しており、前記大直径繊維は、２０マイクロメータより大きい直径を有しており、前記樹脂材料は、前記摩擦材料１００重量部に対して、４５〜６５重量部含まれ、前記摩擦材料はさらに、少なくとも６０％の多孔度を有する細孔を画定し、ここで前記微小直径繊維及び前記無機充填剤は０．８／１〜１．４／１の範囲の繊維対充填剤の重量比で存在し、そして前記油性環境は少なくとも４ＭＰａの圧力を有する摩擦材料。
【請求項３３】
前記微小直径繊維は、セラミック繊維、シリカ繊維、又はそれらの組み合わせの少なくとも１つをさらに含む、請求項３２に記載の摩擦材料。
【請求項３４】
前記摩擦調整粒子は、反対側の摩擦表面に接触させるための繊維質基材の外表面に堆積している、請求項３２に記載の発明。
【請求項３５】
高圧油性環境において使用する摩擦材料であり、繊維質基材及び前記繊維質基材の外表面に存在する第２次層を含み、前記繊維質基材及び前記第２次層は、硬化した樹脂材料に含浸されており、前記繊維質基材は、微小直径繊維及び大直径繊維を含み、前記微小直径繊維はそれぞれ、１〜２０マイクロメータの範囲の直径及び７０ＧＰａより大きい引張弾性率を有しており、前記大直径繊維は、２０マイクロメータより大きい直径を有しており、前記第２次層は、相対する摩擦表面に係合させるための石油ピッチベースの炭素繊維を含み、前記石油ピッチベースの炭素繊維は、１〜２０マイクロメータの範囲の直径及び７０ＧＰａより大きい引張弾性率を有しており、そして前記繊維質基材には、石油ピッチベースの炭素繊維を全く含まない摩擦材料。
【請求項３６】
前記石油ピッチベースの炭素繊維は、溶媒和ピッチから作られる、請求項３５に記載の摩擦材料。
【請求項３７】
前記繊維質基材の前記微小直径繊維は、１５０ＧＰａより大きい引張弾性率を有する炭素繊維、７０〜１００ＧＰａの範囲の引張弾性率を有するセラミック繊維、及び鉱物繊維を含む、請求項３５に記載の摩擦材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年４月２６日に出願された米国特許仮出願第６０／６７４，９３４号明細書および２００５年１０月４日に出願された米国特許仮出願第６０／７２３，３１４号明細書の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、繊維質の基材を有する摩擦材料に関する。好ましい実施形態において、この繊維は、微小な直径と高い引張弾性率とを有するものであり、それは結果的に、高温高圧の流体環境において良好な性能を発揮する柔軟な繊維となる。
【背景技術】
【０００３】
連続スリップトルクコンバータおよびシフティングクラッチシステムを有する、新規で先進の連続トルクトランスミッションシステムが自動車業界において開発されている。この新規のシステムは高エネルギー要件を必要とする場合が多い。従って、摩擦材料技術も、この先進のシステムの増大するエネルギー要件に適合するように開発しなければならない。
【０００４】
特に、新しい高性能の、耐久力のある摩擦材料が必要である。新しい摩擦材料は、表面速度が約６５ｍ／秒までになる高速度に耐え得る必要があり、さらに、約１５００ｐｓｉまでの高いフェーシングライニング圧力に耐えることができなければならない。さらにまた、この摩擦材料は、限定された潤滑条件の下でも使用可能であることが重要である。
【０００５】
摩擦材料は、先進のシステムにおいて有用であるために、耐久性が必要であり、高い耐熱性を有しなければならない。この摩擦材料は、高温において安定を保持するだけでなく、運転条件において発生する高熱を速やかに消散させ得ることが必要である。
【０００６】
新規のシステムの係合時および非係合時に発生する高速度は、摩擦材料が、係合の全範囲にわたって相対的に一定の摩擦を維持できなければならないことを意味している。ブレーキを掛けた時の材料の「震動」、あるいは、１つの変速段から別の変速段にシフトする時のトランスミッションシステムの「震動」を最小化するために、摩擦係合が、速度および温度の広い範囲にわたって相対的に一定であることが重要である。また、摩擦材料が所望のトルク曲線の形状を有しており、その結果、摩擦係合時に摩擦材料がノイズまたは「甲高い異音」を発しないことも重要である。
【０００７】
摩擦材料は、先進のシステムにおいて有用であるために、耐久性が必要であり、高い耐熱性を有しなければならない。この摩擦材料は、高温において安定を保持するだけでなく、運転条件において発生する高熱を速やかに消散させ得ることが必要である。シフティングクラッチ用途の場合の主要な性能面の関心事は、（摩擦材料が所望のトルクおよび把持能力を有するような）摩擦材料の摩擦係数特性と、摩擦材料が使用中に破損しないような摩擦材料の安定性とである。
【０００８】
あらゆるタイプの摩擦材料について、「湿式」用途において有用であるために、摩擦材料は多様な認められ得る特性を有しなければならない。摩擦材料は、良好な抗震動特性と高い耐熱性とを有するべきであり、熱を速やかに消散することができなければならず、また、長寿命の安定な一貫した摩擦性能を有しなければならない。もしこれらの特性のどれかが欠けると、摩擦材料の最適性能は達成されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
業界は、回復力があり、あるいは、弾力があるが圧縮永久ひずみ、摩剥および応力に対して抵抗力を有する湿式の摩擦材料、高い耐熱性を有し熱を速やかに消散させ得る湿式の摩擦材料、そして長寿命の安定な一貫した摩擦性能を有する湿式の摩擦材料の研究を続けている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の摩擦材料は、流体環境において使用する湿式の摩擦材料である。この湿式材料は、繊維の直径が１〜２０マイクロメータの範囲にある微小直径繊維の繊維質の基材を含む。この場合、この微小直径繊維は、７０Ｇｐａより大きい引張弾性率を有する。繊維の直径は１〜１０マイクロメータの範囲にあること、引張弾性率は１５０〜３５０Ｇｐａの範囲にあることが望ましい。また、微小直径繊維は、微小直径の炭素繊維と、微小直径のセラミック、シリカまたは鉱物繊維との組合せであることが望ましい。本発明の湿式摩擦材料は、高エネルギーの高圧油性環境において、長寿命の安定な一貫した摩擦性能を有する。高圧油性環境は４ＭＰａより高い圧力であることが好ましい。
【００１１】
繊維質の基材は、さらに摩擦調整粒子を含むことができる。摩擦調整粒子は、合成グラファイト、炭素、シリカまたはケイ藻土とすることができる。繊維質の基材は、また、少なくとも１種類の無機充填剤を含むことができる。無機充填剤は、ケイ藻土、粘土、ケイ灰石、シリカ、炭酸塩、バーミキュライトまたは雲母とすることができる。微小直径繊維と無機充填剤とは、繊維対充填剤の重量比が０．５／１〜８．０／１の範囲にあることが望ましい。繊維質の基材は、また、結合剤を含むことができる。結合剤は、フェノール樹脂または変性フェノール樹脂、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂、あるいは、フェノール樹脂およびシリコーン樹脂の混合物とすることができる。繊維質の基材は、１０〜７０重量パーセントの微小直径繊維を含むことが望ましい。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、好ましい実施態様に関する以下の詳細説明および添付の図面を参照することによって、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記に述べた要件を達成するために、多くの摩擦材料を、摩擦特性および耐熱特性について、運転中に生じるのと同様の条件の下で評価した。市販の摩擦材料を調べたが、高エネルギー用途に使用するには適していないことが判明した。
【００１４】
本発明によれば、摩擦材料は、繊維質の基材のあらゆる部分に硬化可能な樹脂が一様に分散されている。別の実施態様においては、実質的に一様な摩擦改質材料の層を、繊維質基材の最上表面または外面に用いることができる。
【００１５】
微小直径繊維の繊維直径は５〜１０マイクロメータの範囲にあることが望ましい。実施例に見られるように、５マイクロメータおよび７マイクロメータの繊維直径を使用した。微小直径繊維の引張弾性率は２００〜３００Ｇｐａの範囲にあることが好ましく、実施例に見られるように、引張弾性率が２５０〜３００Ｇｐａの範囲にあることがさらに好ましい。使用した微小直径繊維は微小直径の炭素繊維であり、その引張弾性率は１５０Ｇｐａより大きい。他の実施態様においては、微小直径の鉱物繊維、あるいは、微小直径のセラミックまたはシリカ繊維が用いられる。
【００１６】
高圧油性環境は５ＭＰａより高いことが好ましく、６ＭＰａより高いことがさらに好ましい。摩擦調整粒子は、そのモース（Ｍｏｈｓ）硬度が少なくとも４．５であることが望ましい。微小直径繊維対充填剤の比は０．５／１〜２．０／１の範囲にあることが好ましく、この比は０．８／１〜１．４／１の範囲にあることがさらに好ましい。繊維質の基材は結合剤をも含む。実施例に見られるように、好ましい結合剤は、エポキシ変性フェノール樹脂である。繊維質の基材は、微小直径繊維を２０〜６０重量パーセント含むことがより望ましく、微小直径繊維を３０〜５０重量パーセント含むことが最も望ましい。
【００１７】
微小直径の鉱物繊維も用いることができる。これらの繊維は、岩石、スラグ、ガラスまたは他の鉱物の溶融物のようなガラス状の溶融物から作られる。溶融物は、一般的に岩石または鉱物を所望の分析値となるように調合することによって形成される。鉱物の組成は、多くの場合、酸化物として、少なくとも３２％のＳｉＯ2、３０％未満のＡｌ2Ｏ3および少なくとも１０％のＣａＯを含む分析値を有する。
【００１８】
他の好ましい繊維は炭素繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、セラミック繊維およびシリカ繊維であるが、他の無機繊維を使用することもできる。本発明に使用するための他の有用な無機フィラメントは種々のガラス繊維であり、その例として、例えば、水晶、マグネシア、アルミノケイ酸塩、非アルカリ性アルミノケイ酸塩、ソーダホウケイ酸塩、ソーダケイ酸塩、ソーダ石灰アルミノケイ酸塩、鉛ケイ酸塩、非アルカリ性鉛ホウアルミナ、非アルカリ性バリウムホウアルミナ、非アルカリ性亜鉛ホウアルミナ、非アルカリ性鉄アルミノケイ酸塩、ホウ酸カドミウム、アルミナ繊維、および同等品から形成される繊維がある。通常、これらの他の繊維は２０マイクロメータより大きい繊維直径を有する。
【００１９】
本発明の繊維には有機シラン結合剤を用いることができる。ほとんどの有機官能性アルコキシシランは、接着促進剤および表面改質剤のような特殊な技術的用途を有する。
【００２０】
例えば、３−アミノプロピルトリアルコキシシラン、３−アミノプロピルメチルジアルコキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−メチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、および３−メタオキシプロピルトリメトキシシランは、接着促進剤または表面改質剤として用いられる。３−アミノイソブチルトリアルコキシシラン、３−アミノイソブチルメチルジアルコキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノ−２−メチルプロピルアルコキシシラン、およびＮ−（２−アミノエチル）−３−アミノ−２−メチルプロピルメチルジアルコキシシランのような化合物も同様に知られている。
【００２１】
繊維、特に鉱物製品は、おそらく硬化性の結合剤としてのフェノール−ホルムアルデヒド樹脂と共に調製されるであろう。フェノール−ホルムアルデヒド樹脂は、フェノールおよびホルムアルデヒドの両者を、１：２．８より多く、例えば１．５までのモル比で含む。一般に、ホルムアルデヒドの量は化学量論的量を超えており、例えば上記の比が１：３．１〜１：５、一例として１：３．４である。ホルムアルデヒドが過剰に存在すると、フェノールが気体形態で残留して存在する可能性が回避される。フェノールの結合剤の調製にはアンモニアおよび糖のような他の化合物を用いることができる。
【００２２】
繊維／充填剤比は、０．８／１〜１．４／１の範囲にあることが望ましい。特定の実施態様においては、繊維／充填剤比は１．０９／１である。
【００２３】
通常、湿式の摩擦材料は、基材の表面上に被覆された摩擦調整粒子を含む。粒子は合成グラファイトであることが好ましい。無機充填剤も使用することができる。無機充填剤は幅広い選択が可能であるが、一般的には、ケイ藻土、粘土、ケイ灰石、シリカ、炭酸塩、バーミキュライトまたは雲母である。粒子は少なくとも４．５のモース硬度を有する。
【００２４】
結合剤は、フェノール樹脂または変性フェノール樹脂、シリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂、あるいは、フェノール樹脂または変性フェノール樹脂とシリコーン樹脂または変性シリコーン樹脂との混合物とすることができる。好ましくは、結合剤はエポキシ変性フェノール樹脂である。湿式の摩擦材料は、クラッチフェーシング、ブレーキライニングとして使用することができる。湿式の摩擦材料は、１０〜７０重量パーセントの繊維と、１０〜７０重量パーセントの無機充填剤と、２０〜６０重量パーセントの結合剤とを含むことが望ましい。
【００２５】
１つの実施態様においては、微小直径繊維が、摩擦材料として繊維質基材の外面上に存在することが望ましいと考える。摩擦材料は、通常、反対側の摩擦面と係合して用いるものである。従って、繊維質の基材は、摩擦材料が反対側の摩擦面と係合している間、反対側の摩擦面と接触する。繊維は、反対側の摩擦面にも存在することができる。湿式の摩擦材料は、また、微小直径繊維を有する複数の繊維質基材であって、任意の複数の層として存在する複数の繊維質基材を含むことができる。
【００２６】
別の好ましい態様においては、石油ピッチベースの炭素繊維が溶媒和ピッチを含んでおり、この溶媒和ピッチは、非溶媒和状態における同じピッチの融点よりも低い、少なくとも４０℃の流動温度を有する。石油ピッチベースの繊維は溶融することなく炭化温度に加熱することが可能である。
【００２７】
他の実施態様においては、石油ピッチベースの炭素繊維を、繊維質の基材上の第２層として用いることができる。この繊維質の基材は、その繊維質の基材内にさらに石油ピッチベースの炭素繊維を含むものである。
【００２８】
さらに別の実施態様においては、石油ピッチベースの炭素繊維が、繊維質の基材内に石油ピッチベースの炭素繊維を全く含まない繊維質基材の外面上における第２次層または最上層として用いられる。石油ピッチベースの炭素繊維を有する摩擦材料は、摩擦の剥離（ブレークアウェイ：ｂｒｅａｋ  ａｗａｙ）係数を高め、従って摩擦材料の把持能力を増大する。
【００２９】
特定の実施態様においては、石油ピッチベースの炭素繊維を、例えば綿およびセルロース充填剤材料を含む安価な多孔性材料上の最上層または第２次層として用いることができる。
【００３０】
微小直径繊維は、約１５〜約２０重量％の範囲のような代表的な構成で存在するとよい。繊維質の基材には、さらに他の適切な材料が存在してもよい。このような材料の非限定的例として、湿式不織材料、乾式不織材料、ニードルパンチ、ニットおよびステッチボンド不織材料を含む予見可能なあらゆる不織材料が含まれる。他の予見可能な形態の湿式摩擦材料を使用し得ることも本発明の予測される範囲内である。さらに、石油ピッチベースの炭素繊維を、単独で使用するかあるいは他の繊維および充填剤と混合することも本発明の予測される範囲内である。
【００３１】
図１は、本発明に従って微小直径の炭素繊維を使用した摩擦材料の光学顕微鏡分析を示す。この摩擦紙の製造に使用した炭素繊維の繊維直径は５マイクロメータであった。このタイプの代表的な繊維はグラフィル社（Ｇｒａｆｉｌ、Ｉｎｃ．）のパイロフィル（Ｐｙｒｏｆｉｌ（商標））である。
【００３２】
図２は、標準的な大直径繊維を使用した先行技術の摩擦材料のＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。摩擦係数曲線は繰り返しサイクル後の性能が劣化していることを示している。高圧ブロック後の曲線の変化は耐久性が乏しいことを示す。
【００３３】
図３は、本発明に従って微小直径の炭素繊維を使用した摩擦材料に対するＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。摩擦係数曲線は繰り返しサイクル後の良好な回復を示している。一定の曲線が良好な回復を示す。この試験に使用した炭素繊維の繊維直径は５マイクロメータであった。使用した炭素繊維はヘキセル社（Ｈｅｘｃｅｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製である。
【００３４】
図４は、本発明による微小直径鉱物繊維の断面のＳＥＭ像である。示される繊維は、５〜１０マイクロメータの範囲の直径を有する加工された鉱物繊維である。この繊維は、ロックウールインターナショナルグループ（Ｒｏｃｋｗｏｏｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｇｒｏｕｐ）の傘下のラピナス繊維社（Ｌａｐｉｎｕｓ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ｂ．Ｖ．）製である。
【００３５】
図５は、標準的な大直径繊維の先行技術の対照としての摩擦材料と、本発明による微小直径鉱物繊維の摩擦材料との間の材料特性を示す。本発明の繊維は、直径が５〜１０マイクロメータの範囲のラピナス社製の加工された鉱物繊維である。曲線は、本発明の繊維が先行技術の繊維よりも圧縮性が高いことを示している。
【００３６】
図６は、標準的な大直径繊維の先行技術の対照としての摩擦材料と、本発明による微小直径鉱物繊維の摩擦材料との間の材料特性を示す。本発明の繊維は、繊維直径が５〜１０マイクロメータの範囲のラピナス社製の加工された鉱物繊維である。本発明の繊維は、次の表１の測定値によって示されるように、より大きな細孔を有する摩擦材料を生成し、良好な材料特性を示す。
【００３７】
【表１】
0005468252.tif 000002
【００３８】
繊維質の基材に微小直径繊維を使用すると、摩擦材料の高温に対する抵抗力が改善される。微小直径繊維を使用すると、多孔性がより大きい構造の摩擦材料が得られる。すなわち、通例の繊維を使用する場合よりも大きな細孔が生じる。多孔性の構造は一般的に細孔径と液体の透過度とによって決定される。特定の実施態様においては、繊維質の基材が、約２．０〜約２５ミクロンの範囲の平均サイズの直径の細孔を規定し、また特定の実施態様においては平均細孔径が直径で約２．５〜約８ミクロンの範囲にあり、摩擦材料は、容易に利用可能な少なくとも約５０％の空気ボイド、別の特定の実施態様においては少なくとも約６０％以上、さらに特定の実施態様においては約８５％までの空気ボイドを有する。
【００３９】
図７は、標準的な大直径繊維を使用した先行技術の摩擦材料と、本発明に従って微小直径鉱物繊維を使用した摩擦材料とのＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。本発明の繊維は、５〜１０マイクロメータの範囲の繊維直径を有するラピナス社製の加工された鉱物繊維である。本発明の繊維の場合、繰り返しサイクル後の摩擦の回復が改善された。
【００４０】
図８は、標準的な大直径繊維の場合の高いホットスポット摩耗を描写する１対のグラフを示す（先行技術）。データは、深さ方向に大きな摩耗（２．４ｍｍ）を有するホットスポットを示している。
【００４１】
図９は、本発明による微小直径の炭素繊維の場合の低いホットスポット摩耗を描写する１対のグラフを示す。データは、ホットスポットを示しておらず、深さ方向に僅かに１．１ｍｍの低い摩耗を示しているだけである。
【００４２】
特定の実施態様においては、炭素繊維は、等方性の溶媒和ピッチから製造される。この溶媒和ピッチは、非溶媒和状態における同じピッチの融点よりも低い少なくとも約４００℃の流動温度、多くの場合２００℃以上の流動温度を有する。この等方性の溶媒和ピッチから製造される繊維は、溶融することなく炭化温度に加熱することが可能であるというような、改善された望ましい安定化特性を有する。さらに、炭素繊維に存在するいかなる中間相も、炭素繊維の形成に伴うせん断力によって大きく延伸されるわけではない。さらに、好ましい石油ピッチベースの炭素繊維は約５〜約４０重量％の溶媒を有するが、この場合、ピッチの繊維は、繊維から溶媒を除去した時に溶融しない。
【００４３】
石油ピッチベースの炭素繊維は、繊維を紡糸温度よりも高い温度で安定化処理し得るように、３００℃を超える軟化点、好ましくは３５０℃より高い軟化点を有することが望ましい。このような石油ベースの炭素繊維が摩擦材料に用いられたのは、本発明が初めてであった。
【００４４】
さらに、「ピッチ」は、一般的に、天然アスファルト石油ピッチ製造時の副生品、およびナフサ分解産業における副生品として得られる重質油、並びに石炭から得られる高炭素含有量のピッチを指している。石油ピッチは、一般的に、石油留出物または残留物を接触分解および／または熱分解することによって得られる残留物としての炭素質材料を言う。溶媒和ピッチは、一般的に、ピッチ中に約５〜約４０重量％の間の溶媒を含み、溶媒を伴わない場合のピッチ成分の融点よりも低い流動温度を有する。通常、この流動温度は約４０℃よりも低い。溶媒和ピッチに対する流動温度は、業界においては、一般的に、溶媒和ピッチを、その融点を超える温度から１分間当たり１℃で冷却する際に６０００ポアズの粘度が測定される温度として決定される。溶媒含有量は、溶媒を真空分離する場合の重量低下によって決定される値を言う。
【００４５】
本発明による微小直径の鉱物繊維は、通常、次の表２のような特性を有する。
【００４６】
【表２】
0005468252.tif 000003
【００４７】
使用したラピナス繊維社製の加工された鉱物繊維は次のような特性を有する。すなわち、良好な水分散を得るために界面活性剤で処理したもので、ウェットペーパ法（ガスケット用途）用に設計されたものであり、繊維直径：＜  μｍ；長さ：６５０＋／−１５０μｍ。
【００４８】
使用したラピナス繊維社製の別の加工された鉱物繊維は次のような特性を有する。すなわち、フェノール樹脂への良好な結合性を得るためにシランカップリング剤で処理したもので、ブレーキ用途用に設計され、容易に混合するために短繊維長さ（引き抜きなし）を有するもので、繊維直径：＜１０μｍ；長さ：２３０＋／−５０μｍ。
【００４９】
摩擦材料においては、種々のタイプの摩擦調整粒子が有用である場合がある。有用な摩擦調整粒子にはシリカ粒子が含まれる。他の実施態様においては、摩擦調整粒子として、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂およびこれらの混合物のような樹脂の粒子を用いることができる。さらに別の実施態様は、部分的におよび／または完全に炭化された炭素の粉末および／または粒子、およびそれらの混合物、並びに以上のような摩擦調整粒子の混合物を含むことができる。特定の実施態様においては、ケイ藻土、セライト（Ｃｅｌｉｔｅ（登録商標））、セラトム（Ｃｅｌａｔｏｍ（登録商標））および／または二酸化ケイ素のようなシリカ粒子が特に有用である場合がある。シリカ粒子は、基材に強く結合する安価な無機材料である。シリカ粒子は摩擦材料に高い摩擦係数を与える。シリカ粒子は、また、基材に平滑な摩擦表面をもたらし、良好な「シフト感触」と、あらゆる「震動」が最小化されるような摩擦特性とを摩擦材料に与える。
【００５０】
摩擦材料は、また、異なる樹脂系を用いて含浸処理することができる。特定の実施態様においては、少なくとも１種類のフェノール樹脂、少なくとも１種類の変性フェノールベースの樹脂、少なくとも１種類のシリコーン樹脂、少なくとも１種類の変性エポキシ樹脂および／またはこれらの組合せを用いることができる。別の特定の実施態様においては、適合する溶媒中においてフェノール樹脂と調合または混合されたシリコーン樹脂が有用である。
【００５１】
本発明においては種々の樹脂が有用である。樹脂はフェノール樹脂またはフェノールベースの樹脂を含むことができ、好ましくは、含浸材が、摩擦材料１００重量部当たり約４５〜約６５重量部を含むようにする。樹脂の混合物を繊維質の基材に含ませて、繊維質の基材に樹脂の混合物を含浸させた後、含浸処理された繊維質の基材を、所定の時間、所望温度に加熱して摩擦材料を形成する。加熱すると、含浸材中に存在するフェノール樹脂が約３００°Ｆの温度で硬化する。含浸材中にシリコーン樹脂のような他の樹脂が存在する場合は、加熱するとシリコーン樹脂が約４００°Ｆの温度で硬化する。その後、硬化した摩擦材料を、所望の基板に適切な方法で接着する。
【００５２】
種々の有用な樹脂にはフェノール樹脂およびフェノールベースの樹脂が含まれる。樹脂の混合物中に、他の変性成分、例えばエポキシ、ブタジエン、シリコーン、きり（桐）油、ベンゼン、カシューナット油、その他同類のもののような変性成分を含む種々のフェノールベースの樹脂が、本発明において有用であると考えられる。フェノール変性樹脂においては、一般的に、フェノール樹脂が、樹脂混合物の約５０重量％以上（存在するあらゆる溶媒を除いて）存在する。しかし、特定の実施態様においては、混合物が、約５〜約８０重量％、特定の目的のためには約１５〜約５５重量％、さらに特定の実施態様においては約１５〜約２５重量％のシリコーン樹脂を含有する樹脂混合物を含むと、摩擦材料を改善し得ることが判明した。このシリコーン樹脂の含有量は、シリコーン−フェノール樹脂混合物の重量に基づく（溶媒および他の処理酸を除く）ものである。
【００５３】
本発明において有用なフェノール樹脂およびフェノール−シリコーン樹脂の例が、前記に参照したボルグワーナー（ＢｏｒｇＷａｒｎｅｒ）社の米国特許に完全に開示されている。この内容は、参照によって本出願に完全に組み込まれる。もう１つの有用な樹脂はエポキシ変性フェノール樹脂である。この樹脂は、約５〜約２５重量パーセント、好ましくは約１０〜約１５重量パーセントのエポキシ化合物を含み、残りはフェノール樹脂である（溶媒および他の処理酸を除く）。エポキシ−フェノール樹脂化合物は、フェノール樹脂単独の場合よりも高い耐熱性を摩擦材料に与える。
【実施例】
【００５４】
以下の実施例は本発明の種々の実施態様を示す。しかし、以下の実施例に示されない他の実施態様も本発明の範囲内であると考えられることが理解されるべきである。
【００５５】
実施例１
特定の実施態様においては、摩擦材料は、約２０〜約６０重量％のフィブリル化アラミド繊維と、約１０〜約３０重量％のシリカ充填剤材料と、約１０〜約２０重量％のグラファイトと、約５〜約２０重量％の微小直径寸法の石油ピッチベース炭素繊維とを含む繊維質の基材を含むことができる。本発明の１つの実施態様においては、フィブリル化アラミド繊維を約５０％、シリカ充填剤を約２０％、グラファイトを約１５％、微小直径の石油ピッチベース炭素繊維を約１５％、および、オプションとしてのラテックスを約２％添加した材料を使用して、約１５５ｌｂ／３０００ｆｔ2の基礎重量および約２９ミル（ｍｉｌ）のキャリパを有する繊維質の基材を調製した。
【００５６】
図５は、シフティングクラッチに適用した場合を示す試験である。これは、複数の微小直径炭素繊維および比較対象とした１つの大直径の標準的炭素繊維の異なるサイクルに対する２つの例における摩擦係数を示しており、その結果は、微小直径炭素繊維において、摩擦係数特性における損失なく、圧縮強さが改善されることを明らかに示している。
【００５７】
樹脂混合物は、繊維質基材による樹脂の目標ピックアップが、約２５〜約７０重量％、他の実施態様においては約４０〜約６５重量％、さらに特定の実施態様においては約６０〜少なくとも約６５重量％の範囲の全シリコーン−フェノール樹脂になるような、所望量の樹脂および摩擦調整粒子を含む。繊維質基材を樹脂で飽和させた後、繊維質基材を、一定時間（特定の実施態様においては約１／２時間）、３００〜４００℃の範囲の温度で硬化して、樹脂の結合剤を硬化させ、摩擦材料を形成する。摩擦材料の最終厚さは、繊維質基材の当初厚さによって変化する。
【００５８】
樹脂の調合および繊維質基材の調製の双方に有用であると知られる他の成分および処理助剤を含むことが可能であり、これも本発明の考えられる範囲内である。
【００５９】
本発明の摩擦材料は、繊維質基材の外表面に摩擦調整粒子の層を含むことができる。これは、摩擦材料に、良好な抗震動特性と、高い耐熱性と、高い摩擦係数と、高い耐久性と、良好な耐摩耗性と、改善されたすり合わせ特性とを与える。
【００６０】
実施例２
特定の実施態様においては、摩擦材料が、約２０〜約６０重量％のフィブリル化アラミド繊維と、約１０〜約３０重量％のシリカ充填剤材料と、約１０〜約２０重量％のグラファイトと、約５〜約２０重量％の微小直径鉱物繊維とを含む繊維質の基材を含むことができる。
【００６１】
図６は、微小直径鉱物繊維および先行技術の大直径従来型繊維の例における摩擦係数に対する材料特性を示す試験である。
【００６２】
実施例３
特定の実施態様においては、摩擦材料が、約２０〜約６０重量％のフィブリル化アラミド繊維と、約１０〜約３０重量％のシリカ充填剤材料と、約１０〜約２０重量％のグラファイトと、約５〜約２０重量％の微小直径セラミック繊維とを含む繊維質の基材を含むことができる。
【００６３】
図７は、大直径従来型繊維に対して改善された摩擦回復を有する微小直径鉱物繊維の例における摩擦係数を示す試験である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、クラッチプレート、トランスミッションバンド、ブレーキシュー、シンクロナイザリング、摩擦ディスク、あるいはシステムプレートと共に用いるための高エネルギー摩擦材料として有用である。
【００６５】
本発明の好ましい実施態様または代替的実施態様に関する上記の説明は、例示的なものとして意図されており、特許請求の範囲およびその内容を制限するものでは全くない。
【００６６】
本発明に関する上記の詳細説明は説明目的のためのものである。多くの変更および修正を、本発明の範囲から離れることなくなし得ることは当業者にとっては明らかであろう。従って、以上の説明の全体は、例示的な意味において解釈されるべきであり、制限的な主旨のものではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に従って微小直径の炭素繊維を使用した摩擦材料の光学顕微鏡分析を示す。
【図２】標準的な大直径繊維を使用した先行技術の摩擦材料のＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。
【図３】本発明に従って微小直径の炭素繊維を使用した摩擦材料に対するＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。
【図４】本発明による微小直径鉱物繊維の断面のＳＥＭ像である。
【図５】標準的な大直径繊維の先行技術対照としての摩擦材料と、本発明による微小直径鉱物繊維の摩擦材料との間の材料特性を示す。
【図６】標準的な大直径繊維の先行技術の対照としての摩擦材料と、本発明による微小直径鉱物繊維の摩擦材料との間の材料特性を示す。
【図７】標準的な大直径繊維を使用した先行技術の摩擦材料と、本発明に従って微小直径鉱物繊維を使用した摩擦材料とのＳＡＥスクリーニング試験のデータを示す。
【図８】標準的な大直径繊維の場合の高いホットスポット摩耗を描写する１対のグラフを示す（先行技術）。
【図９】本発明による微小直径の炭素繊維の場合の低いホットスポット摩耗を描写する１対のグラフを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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