(57)【要約】【課題】湿式環境下において、耐熱性と、正勾配となるμ−Ｖ特性とを広い速度範囲で両立する湿式摩擦材を提供することにある。【解決手段】板状黒鉛粒子２を繊維成形体の基材１０の表面１１に分散させた湿式摩擦材１である。板状黒鉛粒子２の板状面２１が基材１０の表面１１に対して交差するように、板状黒鉛粒子２が配向している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛粒子を繊維成形体の基材の表面に分散させた湿式摩擦材であって、
前記黒鉛粒子は、板状黒鉛粒子であり、該板状黒鉛粒子の板状面が前記基材の表面に対して交差するように、前記板状黒鉛粒子が配向していることを特徴とする湿式摩擦材。
【請求項２】
前記黒鉛粒子は、湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有していることを特徴とする請求項１に記載の湿式摩擦材。
【請求項３】
黒鉛粒子を繊維成形体の基材の表面に分散させた湿式摩擦材の製造方法であって、
前記基材を構成する繊維および充填剤を液体に混合した混合液から、前記液体を除去しながら基材を抄造する抄造工程を含み、
該抄造工程時または抄造工程後に、前記黒鉛粒子となる板状黒鉛粒子を分散媒に分散した分散液を、前記基材の表面側から流し、前記基材の表面から裏面に向かって前記分散液の分散媒を通過させることを特徴とする湿式摩擦材の製造方法。
【請求項４】
前記黒鉛粒子が湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有するように、前記分散液に前記黒鉛粒子を添加することを特徴とする請求項３に記載の湿式摩擦材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状黒鉛粒子を繊維成形体の基材の表面に分散させた湿式摩擦材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の燃費向上のため、ＣＶＴなどの機器に用いられる湿式摩擦材の使用条件が多様化している。湿式摩擦材が適用される従来システムでは、すべり速度が５０ｒｐｍ程度の低速領域で高い面圧でスリップさせる制御だったのに対し、近年は燃費向上システムの高度化が進み、例えばすべり速度が２５０ｒｐｍ程度の中速領域、更には１５００ｒｐｍ程度の高速領域で高い面圧でスリップさせる制御が導入されている。
【０００３】
このような点を鑑みて、たとえば、特許文献１には、アラミド繊維の基材に合成グラファイト粒子および充填材を含有する第一層と、該第一層の上に炭素粒子および保持助成剤を含む第二層とからなる炭素付着摩擦材が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５００５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の如き摩擦材は、炭素粒子を基材の表面に単に添加しただけであるため、潤滑油が存在する湿式下において、高速低潤滑状態での短時間係合、低速すべりでの長時間連続使用、および高面圧での加速減速サイクル等における使用環境下において、摩擦材の耐熱性（放熱性）が十分なものであるとはいえなかった。
【０００６】
特に、一般的に摩擦材においては、それぞれの回転領域でμ−Ｖ特性（摩擦材の摩擦係数と摩擦材の滑り速度との関係）は正勾配であることが望ましく、上述した摩擦材では、μ−Ｖ特性が負勾配になることがあり、この結果、ジャダー（異常振動）が発生するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、湿式環境下において、耐熱性と、正勾配となるμ−Ｖ特性とを広い速度範囲で両立する湿式摩擦材を提供することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような点を鑑みて、本発明に係る湿式摩擦材は、黒鉛粒子を繊維成形体の基材の表面に分散させた湿式摩擦材であって、前記黒鉛粒子は、板状黒鉛粒子であり、該板状黒鉛粒子の板状面が前記基材の表面に対して交差するように、前記板状黒鉛粒子が配向していることを特徴とする。
【０００９】
発明によれば、板状面方向の熱伝導性が高い板状黒鉛粒子の板状面が基材の表面に対して交差するように、板状黒鉛粒子が配向しているので、湿式摩擦材の摩擦熱をその摩擦面内部に迅速に逃がし、摩擦熱による摩擦面の温度の上昇を低減する（放熱性を高める）ことができる。さらには、板状黒鉛粒子の板状面が湿式摩擦材の摩擦面に対して交差することになるので、これまでのグラファイト粒子を用いた場合に比べて、相手材に対する湿式摩擦材の摩擦係合を高めることができる。この結果、広い速度範囲において、湿式摩擦材のμ−Ｖ特性を正勾配に維持することができる。
【００１０】
より好ましい態様としては、前記黒鉛粒子は、湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有している。この態様によれば、湿式摩擦材に対して黒鉛粒子をこのような範囲で含有させることにより、摩擦係数を高め、湿式摩擦材のμ−Ｖ特性を正勾配にすることができる。ここで、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して０．１重量部未満の場合、板状黒鉛粒子による湿式摩擦材の放熱性を高めることが難しい場合がある。一方、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して１０重量部を越えた場合、耐久性が向上するが、摩擦係数を高い状態に維持することが難しい場合がある。
【００１１】
本願では、上述した湿式摩擦材を好適に製造することができる製造方法をも開示する。本発明に係る湿式摩擦材の製造方法は、黒鉛粒子を繊維成形体の基材の表面に分散させた湿式摩擦材の製造方法であって、前記基材を構成する繊維および充填剤を液体に混合した混合液から、前記液体を除去しながら基材を抄造する抄造工程を含み、該抄造工程時または抄造工程後に、前記黒鉛粒子となる板状黒鉛粒子を分散媒に分散した分散液を、前記基材の表面側から流し、前記基材の表面から裏面に向かって前記分散液の分散媒を通過させることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、抄造工程時または抄造工程後に、黒鉛粒子となる板状黒鉛粒子を分散媒に分散した分散液を、基材の表面側から流し、基材の表面から裏面に向かって分散液の分散媒を通過させることにより、前記板状黒鉛粒子の板状面が前記基材の表面に対して交差するように、前記黒鉛粒子を配向させることができる。このような結果、上述した耐熱性および摩擦特性を有した湿式摩擦材を得ることができる。
【００１３】
より好ましい態様としては、前記黒鉛粒子が湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有するように、前記分散液に前記黒鉛粒子を添加する。この態様によれば、摩擦係数を高め、湿式摩擦材のμ−Ｖ特性が正勾配となる湿式摩擦材を得ることができる。ここで、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して０．１重量部未満の場合、板状黒鉛粒子による湿式摩擦材の放熱性を高めることが難しい場合がある。一方、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して１０重量部を越えた場合、耐久性が向上するが、摩擦係数を高い状態に維持することが難しい場合がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、湿式環境下において、耐熱性と、正勾配となるμ−Ｖ特性とを広い速度範囲で両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る湿式摩擦材の模式的概念図であり、（ａ）は湿式摩擦材の模式的断面図であり、（ｂ）は基材に対する板状黒鉛粒子の配置関係を説明するための図。
【図２】実施例１に係る湿式摩擦材の製造方法を説明するための図。
【図３】実施例１に係る湿式摩擦材を構成する板状黒鉛粒子の写真図。
【図４】（ａ）は、実施例１に係る湿式摩擦材の摩擦面の写真図であり、（ｂ）は、比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面の写真図。
【図５】（ａ）は実施例１に係る湿式摩擦材の摩擦面の表面粗さの測定結果を示した図であり、（ｂ）は、比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面の表面粗さの測定結果を示した図。
【図６】実施例１、比較例１、２の高速・低潤滑耐久試験における相手材プレート温度を示したグラフ。
【図７】μ−Ｖ特性試験におけるにおける実施例１〜３および比較例１、２に係る湿式摩擦材の回転数と摩擦係数の関係を示したグラフ。
【図８】高速・低潤滑耐久試験における実施例１〜３および比較例１、２に係る湿式摩擦材の摩擦係数１０％低下時のサイクル数と、回転数５０ｒｐｍ時の摩擦係数の関係を示したグラフ。
【図９】実施例１および比較例２に係る湿式摩擦材の熱伝導特性を測定する方法を説明するための概念図。
【図１０】実施例１および比較例２に係る熱伝導特性の結果であり、（ａ）は、厚さ方向の熱伝導特性の結果を示したグラフであり、（ｂ）は、面方向の熱伝導特性の結果を示したグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態に係る湿式摩擦材およびその製造方法について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る湿式摩擦材の模式的概念図であり、（ａ）は湿式摩擦材の模式的断面図であり、（ｂ）は基材に対する板状黒鉛粒子の配置関係を説明するための図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る湿式摩擦材は、黒鉛粒子を繊維成形体の基材１０の表面に分散させた湿式摩擦材１であり、以下のようにして製造される。
【００１９】
基材１０は、基材１０を構成する繊維１３および充填剤１４を、水など液体に混合した混合液（スラリー状の液も含む）から、抄造機を用いて、基材１０の裏面側から液体を除去（排出）しながら抄造することにより製造される（抄造工程時）。
【００２０】
たとえば、繊維１３としては、セルロース繊維、リンターパルプ、木材パルプなどの天然繊維、または、アラミド繊維、アクリル繊維、炭素繊維などの合成繊維を挙げることができる。充填剤１４としては、たとえば、珪藻土、シリカ、グラファイト、アルミナ、カシューダストなどを挙げることができる。
【００２１】
次に、抄造工程時または抄造工程後に、黒鉛粒子となる板状黒鉛粒子２を、水などの分散媒に分散した分散液を、基材１０の表面１１側から流し、基材１０の表面１１から裏面１２に向かって分散液の分散媒を通過させる。抄造工程時に行う場合には、基材の内部にまで板状黒鉛粒子２を配置することができ、抄造工程後に行う場合には、基材の表層に、板状黒鉛粒子２をより多く配置することができる。
【００２２】
基材１０に対する分散媒の通過は、基材１０の裏面側から負圧を作用させるまたは重力により実現することができる。板状黒鉛粒子２を、湿式摩擦材１に対して、０．１〜１０重量部含有するように、分散液に板状黒鉛粒子２を添加する。
【００２３】
ここで、板状黒鉛粒子２は、厚さＴ≦１／１０＊ｄ、平均粒子径ｄ≦１００μｍ（好ましくは、ｄ＝１〜２０μｍ）の範囲にある配向性グラファイト微細板状粒子である。このような板状黒鉛粒子２は、たとえば、特開２０１２−２３６７５３号公報において開示された方法で製造することができる。
【００２４】
このような結果、分散液のうち分散媒が基材１０の厚さ方向に沿って重力等により通過し、図１（ｂ）に示すように、板状黒鉛粒子２の板状面２１が基材１０の表面１１に対して、角度θで交差するように、複数の板状黒鉛粒子２を配向させることができる。
【００２５】
その後、板状黒鉛粒子２が配向した基材１０を乾燥後、所定の形状に打ち抜いて、フェノール樹脂などの結合材となる樹脂１５を含浸させて、これを乾燥させる。このような結果、図１（ａ）に示すように、板状黒鉛粒子２を繊維成形体の基材１０の表面に分散させた湿式摩擦材１を得ることができる。基材１０は、繊維１３と充填剤１４により成形された成形体に、樹脂１５が含浸され、その表面１１には、板状黒鉛粒子２の板状面２１が基材１０の表面１１に対して交差するように、複数の板状黒鉛粒子２が配向している。
【００２６】
このような結果、板状面方向の熱伝導性が高い板状黒鉛粒子２の板状面２１が基材１０の表面１１に対して交差するように配向しているので、湿式摩擦材１の摩擦熱をその摩擦面内部に迅速に逃がし、摩擦熱による摩擦面の温度の上昇を低減する（放熱性を高める）ことができる。
【００２７】
さらには、板状黒鉛粒子２の板状面２１が湿式摩擦材の摩擦面に対して交差することになるので、これまでのグラファイト粒子を用いた場合に比べて、相手材に対する湿式摩擦材の摩擦係合を高めることができる。この結果、広い速度範囲において、湿式摩擦材１のμ−Ｖ特性を正勾配に維持することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、板状黒鉛粒子２は、湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有されているので、摩擦係数を高め、湿式摩擦材のμ−Ｖ特性を正勾配にすることができる。ここで、板状黒鉛粒子２が、湿式摩擦材１に対して０．１重量部未満の場合、板状黒鉛粒子２による湿式摩擦材１の放熱性を高めることが難しい場合がある。一方、板状黒鉛粒子２が、湿式摩擦材１に対して１０重量部を越えた場合、耐久性が向上するが、摩擦係数を高い状態に維持することが難しい場合がある。
【００２９】
さらに、板状黒鉛粒子２が、上述した平均粒径（好ましくは1〜20μｍ）を有した微細な粒子であることから、湿式摩擦材１の摩擦面（基材１０の表面１１）に万遍なく配置できるばかりでなく、摩擦面の平滑性および相手材の相手面への追随性を高めることができる。
【実施例】
【００３０】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
＜実施例１＞
以下の表１に示す量（重量部）で構成された湿式摩擦材を備えたクラッチディスクを製造した。具体的には、まず、図２に示す工程を経て、基材を構成する繊維として、セルロース繊維と、基材を構成する充填剤として、珪藻土とを水に混合した基材用の水分散液（混合液）を作製した。一方、黒鉛粒子として、図３に示す（特開２０１２−２３６７５３号公報で開示された方法で製造された）平均粒径１〜２０μmの板状黒鉛粒子（配向性グラファイト微細板状粒子に親水化処理を施したもの）と、歩留り向上剤（例：キースロック：協和産業（株））とを水に混合した板状黒鉛粒子の水分散液を作製した。なお、板状黒鉛粒子が湿式摩擦材に対して、６重量部含有するように、分散液に板状黒鉛粒子を添加した。
【００３１】
次に長網式抄造機を用い、その最端長網上に、基材用の水分散液を流出させ除水させて、基材の抄造を実施した。この除水の途中に（抄造時）、基材の表層に板状黒鉛粒子の水分散液を流出させ除水させた。具体的には、板状黒鉛粒子を水（分散媒）に分散した分散液を、基材の表面側から流し、基材の表面から裏面に向かって分散液の水（分散媒）を通過させた。これにより、基材の表層に板状黒鉛粒子が添加され、分散液の水流により、板状黒鉛粒子を湿式摩擦材の摩擦材の最表面に角度を持たせて配置した（板状黒鉛粒子の板状面が基材の表面に対して交差するように記板状黒鉛粒子が配向された）紙質の基材が抄造された。
【００３２】
次に抄造された基材を二本のロールで圧縮し、乾燥ドラムで乾燥させて基材を形成した。そして所定形状に打ち抜きを行い、結合材であるフェノール樹脂を含浸させ乾燥・キュアさせることで本実施例に係る湿式摩擦材が得られた。打ち抜き後洗浄された芯金（鋼材）に接着剤を塗布し、湿式摩擦材と組合せ、接着・熱成形によりクラッチディスクを得た。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
＜実施例２、３＞
実施例１と同じようにして、湿式摩擦材を備えたクラッチディスクを作製した。実施例２および３が、実施例１と相違する点は、板状黒鉛粒子が湿式摩擦材に対して、０．１重量部、２０重量部含有するように、分散液に板状黒鉛粒子を添加し、湿式摩擦材を作製した点である。
【００３５】
＜比較例１＞
実施例１と同じようにして、湿式摩擦材を備えたクラッチディスクを作製した。比較例１が、実施例１と相違する点は、板状黒鉛粒子を湿式摩擦材に対して含有させずに湿式摩擦材を作製した点である。
【００３６】
＜比較例２＞
実施例１と同じようにして、湿式摩擦材を備えたクラッチディスクを作製した。比較例２が、実施例１と相違する点は、板状黒鉛粒子の代わりに断面が円または楕円状のグラファイト粒子（粒子径３０〜１００μｍ：日本黒鉛ＰＡＧシリーズ）が湿式摩擦材に対して、１０重量部含有するように、分散液にグラファイト粒子を添加し、湿式摩擦材を作製した点である。
【００３７】
［顕微鏡観察および表面粗さ測定］
実施例１及び比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面を顕微鏡で観察した。図４（ａ）は、実施例１に係る湿式摩擦材の摩擦面の写真図であり、（ｂ）は、比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面の写真図である。
【００３８】
さらに、実施例１及び比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面の表面粗さを測定した。図５は、（ａ）は実施例１に係る湿式摩擦材の摩擦面の表面粗さの測定結果を示した図であり、（ｂ）は、比較例２に係る湿式摩擦材の摩擦面の表面粗さの測定結果を示した図である。
【００３９】
＜結果１＞
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１の湿式摩擦材の摩擦面には、比較例２に比べて、微細な板状黒鉛粒子が形成されており、板状黒鉛粒子の板状面が基材の表面に対して交差するように、板状黒鉛粒子が配向していた。
【００４０】
さらに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、実施例１の湿式摩擦材の摩擦面の表面面粗さは、Ｒａ：１．１４μｍであり、比較例２のもの（Ｒａ：１．５７μｍ）より小さく、平滑性が高いことがわかった。
【００４１】
［高速・低潤滑耐久試験およびμ−Ｖ特性試験］
実施例１〜３および比較例１、２に係るクラッチディスクに対して、高速・低潤滑耐久試験を行った。具体的には、摩擦性能試験機（ＳＡＥ  Ｎｏ．２）を用い、以下の表２に示す試験条件：高速・低潤滑耐久試験、μ−Ｖ特性試験を実施した。
【００４２】
高速・低潤滑耐久試験では、動的摩擦係数が、初期安定状態より１０％低下するまでのサイクル数で耐熱性を評価した。μ−Ｖ特性試験では、各定速回転数に対する摩擦係数を測定し、μ−V特性とトルク容量を評価した。
【００４３】
図６は、実施例１、比較例１、２の高速・低潤滑耐久試験における相手材プレート温度を示したグラフである。図７は、μ−Ｖ特性試験における実施例１〜３および比較例１、２に係る湿式摩擦材の回転数と摩擦係数の関係を示したグラフである。図８は、高速・低潤滑耐久試験における実施例１〜３および比較例１、２に係る湿式摩擦材の摩擦係数１０％低下時のサイクル数と、回転数５０ｒｐｍ時の摩擦係数の関係を示したグラフである。湿式摩擦材の摩擦係数１０％低下時のサイクル数とは、動的μレベルが初期安定状態より１０％低下するまでのサイクル数のことである。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
＜結果２＞
図６に示すように、実施例１の如く、板状黒鉛粒子を添加した湿式摩擦材では、摺動時の相手材プレート温度は比較例２のグラファイト粒子を添加した湿式摩擦材より低い。これは、実施例１では、板状面方向の熱伝導性が高い板状黒鉛粒子の板状面が基材の表面に対して交差するように板状黒鉛粒子が配向しているので、湿式摩擦材の摩擦熱をその摩擦面内部に迅速に逃がし、摩擦熱による摩擦面の温度の上昇を低減する（放熱性を高める）ことができたと考えられる。さらに、比較例１は、高温に曝されたことで摩擦面の樹脂の塑性流動が進み、摩擦面の気孔性が経時的に低下することで潤滑油の保持性が低下し、実施例１との差が拡大していると考えられる。
【００４６】
＜結果３＞
図７に示すように、比較例２に係る湿式摩擦材は、比較例１のものに対して、摩擦係数の低下が確認された。実施例１及び２に係る湿式摩擦材の摩擦係数は、比較例１のものと同程度の摩擦係数が得られ、μ−Ｖ特性が正勾配となっていた。さらに、実施例３に係る湿式摩擦材の摩擦係数は、実施例１および２のものに比べて低かったが、実施例３に係る湿式摩擦材の耐久サイクルは最も長かった。
【００４７】
これらの結果から、板状黒鉛粒子は、湿式摩擦材に対して、０．１〜１０重量部含有していることにより、摩擦係数を高め、湿式摩擦材のμ−Ｖ特性を正勾配にすることができる。ここで、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して０．１重量部未満の場合、板状黒鉛粒子による湿式摩擦材の放熱性を高めることが難しい場合があると考えられる。一方、黒鉛粒子が、湿式摩擦材に対して１０重量部を越えた場合、耐久性が向上するが、摩擦係数を高い状態に維持することが難しいと考えられる。さらに、比較例２の摩擦材は、耐熱性の向上効果が実施例１〜３のいずれのものよりもより劣るといえる。
【００４８】
［熱伝導特性の測定］
実施例１および比較例２に係る湿式摩擦材の熱伝導特性を測定した。具体的には、図９に示すように、摩擦材に加熱源位置を定め、縦方向Ａ点（加熱源直下）０．５ｍｍ、横方向Ｂ点１０ｍｍに熱伝対を取り付けた。１００℃に加熱した加熱源を定位置に設置後の、熱の伝わり方を測定した。図１０は、実施例１および比較例２に係る熱伝導特性の結果であり、（Ａ）は、厚さ方向の熱伝導特性の結果を示したグラフであり、（Ｂ）は、面方向の熱伝導特性の結果を示したグラフである。
【００４９】
＜結果４＞
図１０（ａ）に示すように、実施例１の湿式摩擦材は比較例２のものに比べて、厚さ方向に約２倍の速さで熱を伝達することを確認した。一方、図１０（ｂ）に示すように、実施例１の湿式摩擦材は比較例２のものに比べて、面内方向にやや速く熱を伝達することを確認した。これは、実施例１の場合には、板状黒鉛粒子の板状面が基材の表面に対して交差するように、板状黒鉛粒子が配向しているからであると考えられる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１：湿式摩擦材、２：板状黒鉛粒子、１０：基材、１１：表面、１２：裏面、１３：繊維、１４：充填剤、１５：樹脂、２１：板状面
【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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【図１０】
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