(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム基材に対し所定量の短繊維が配合され、相手材との摩擦面において起毛処理が施されると共に短繊維が摩擦面に対し略直交する方向に配向されている摩擦材であって、
上記ゴム基材に対して上記短繊維が２〜８容量％配合され、該短繊維が上記摩擦面において３０μｍ以上でかつ８０μｍ以下起毛されており、
上記相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲で用いられたときに、摩擦係数の変動が２０％以下の摩擦面を有していることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
摩擦面の起毛処理は、表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨することによりなされているところの請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
請求項１又は２記載の摩擦材を有する摩擦装置であって、
上記摩擦材と相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲であることを特徴とする摩擦装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、摩擦材の使用方法並びにこれに用いる摩擦材及び摩擦装置に関し、トルクリミッタ、クラッチ板、ブレーキ板、ラバーグリップ、フリクションワッシャ、ロール、ラバーチェーン、スノータイヤ、スタッドレスタイヤ、氷上靴底、ラバーピン等の分野において用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば実開昭６３−１１６４６１号公報に記載されるように、合成樹脂の摩擦板と、表面粗さが９〜１３μｍの合成ゴムからなる摩擦材とを用い、これらの摩擦係数μを０．６〜１．２に選定して適度の摩擦力を得て、良好な制動力を作用させる摩擦付与機構が知られている。
【０００３】
ところで、このような摩擦付与機構において用いられる摩擦材は、通常ゴム材単一で形成されるのが通例であるが、ゴム材単一で構成すると、摺動摩耗性等の耐摩耗性が低く、チップカット性に劣る。
【０００４】
また、環境安定性が悪いという問題もある。即ち、表面に水分や油が付着すると、摩擦係数が大きく変化することになり、また、熱変化によっても摩擦係数が大きく変化し、摩擦特性が安定しない。
【０００５】
そこで、例えば特開平４−１６３１３４号公報に記載されるように、耐摩耗性に優れると共に、摩擦係数の環境安定性がよい摩擦材として、シート状のゴム中に短繊維が厚さ方向に配向されて配合されてなるゴム構造体において、上記短繊維がゴム中に０．１mm以上埋没し、且つゴム表面に０．０１〜１．００mm露出しているものが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような摩擦材を用いても、摩擦面に水や油が付着している湿潤状態で、摩擦係数の変動の少ないこと、具体的には摩擦係数の変動が２０％（好ましくは１０％）程度となるという要求を満たすことが困難であった。
【０００７】
本発明は、摩擦面に水や油が付着している湿潤状態で、摩擦材の摩擦面での摩擦係数の変動の少ない摩擦材の使用方法並びにこれに用いる摩擦材及び摩擦装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ゴム基材に対し所定量の短繊維が配合され、相手材との摩擦面において起毛処理が施されると共に短繊維が摩擦面に対し略直交する方向に配向されている摩擦材であって、ゴム基材に対して短繊維が２〜８容量％配合され、該短繊維が摩擦面において３０μｍ以上でかつ８０μｍ以下起毛されており、相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲で用いられたときに、摩擦係数の変動が２０％以下の摩擦面を有している。
【０００９】
請求項２に係る発明は、摩擦面の起毛処理が、表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨することによりなされている。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の摩擦材を有する摩擦装置であって、摩擦材と相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲である。
【００１１】
ここで、短繊維の配合量を２〜８容量％としているのは、２容量％未満や、８容量％を越える場合には、摩擦面に油、水が付着する湿潤状態となると、摩擦係数の変動が大きくなるからである。また、摩擦面において短繊維を３０μｍ以上起毛させているのは、そのようにしないと、表面に油、水が付着する湿潤状態になると、摩擦係数の変動が大きくなるからである。さらに、表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨して起毛させるようにしているのは、Ｒａ値１３．４μｍ未満であれば、短繊維を３０μｍ以上起毛させるのが困難であるからであり、Ｒａ値３１．５μｍを越えれば、ゴム基材の摩耗が激しくなり短繊維の破断が生じ始めるからである。
【００１２】
尚、ゴム基材に対し配合する短繊維の繊維長さは、ゴム基材中に短繊維をよく分散させて摩擦面に対して略直交するように配向させるためには、０．５〜１０mmの範囲、特に１．０〜５mmの範囲が好ましい。
【００１３】
【作用】
請求項１に係る発明によれば、ゴム基材に対し、短繊維が２〜８容量％配合され、該短繊維が摩擦面において３０μｍ以上でかつ８０μｍ以下起毛されており、相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲で用いられたときに、摩擦係数の変動が２０％以下の摩擦面を有しているため、水や油が存在する潤滑状態において、摩擦速度の増加に対し摩擦係数の変動が少なくなり、安定する。
【００１４】
請求項２に係る発明によれば、摩擦面の起毛処理は、表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨することによりなされているので、摩擦面における短繊維の起毛が安定し、水や油が存在する潤滑状態において、摩擦面全体に亘って摩擦速度の増加に対する摩擦係数の変動が少なくなり安定する。
【００１５】
請求項３に係る発明によれば、摩擦材と相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲であるから、水や油が存在する潤滑状態において、摩擦速度の変化に対し摩擦係数の変動が少なくなり、摩擦係数が安定する。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に沿って詳細に説明する。
【００１７】
図１及び図２において、１は相手材（図示せず）に摩擦接触させて用いられる摩擦材で、相手材とで、摩擦面において摩擦力を発生させる摩擦装置を構成するようになっている。
【００１８】
上記摩擦材１は、基材２となるゴム１００容量部に対し短繊維３が２〜８容量部配合されてなり、短繊維３は基材２の表面２ａ（摩擦面）において表面２ａに対して略直交するように（通常は７５°〜１０５°の角度をなすように）配向されると共に、起毛処理により基材２の表面２ａより短繊維３が３０μｍ以上起毛している。従って、短繊維３は、基端部が基材２中に埋没し、先端部が３０μｍ以上表面２ａより露出し、摩擦面での摩擦作用に関与することになる。
【００１９】
上記基材２の表面２ａの起毛処理は、表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨することにより行われている。尚、表面粗さＲａ値２．５μｍ、６．８μｍ、１３．４μｍ、２２．４μｍ、３１．５μｍ、４１．５μｍの研磨材を用いて起毛長さがどの程度になるかを実験したところ、表面粗さＲａ値２．５μｍ、６．８μｍ、１３．４μｍ、２２．４μｍ、３１．５μｍの研磨材を用いた場合には、短繊維の起毛長さが１μｍ、１５μｍ、３０μｍ、６０μｍ、８０μｍとなり、表面粗さＲａ値４１．５μｍの研磨材を用いた場合には、基材の摩耗が激しくなり短繊維の破断が生じ始めることが確認された。よって、その結果から、研磨材の表面粗さＲａ値が１３．４μｍ〜３１．５μｍの範囲にあることが好ましいことがわかる。
【００２０】
上記摩擦材１を使用する際には、水や油が存在する潤滑状態において、相手材（図示せず）との摩擦界面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲で使用される。それによって、後述する実験によって確認されるように、水や油が存在する潤滑状態において、摩擦速度の増加に対し摩擦係数の変動が少なくなり、安定する。
【００２１】
尚、上記実施例においては、摩擦材１はドーナッツ形状としているが、その形状に限定されるものではなく、用途に応じて適宜適当な形状が採用することができる。
【００２２】
原料ゴムとしては、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルニトリルブタジエンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、弗素ゴム、ハロゲン化ブチルゴム、水素化ＮＢＲ、クロロスルフォン化ポリエチレン等の架橋ゴム、及びポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリエーテル系、パリアミド系、ポリウレタン系等の熱可塑性エラストマー等から適宜選択される。
【００２３】
また、カーボンブラック等の補強剤やシリカ、炭酸カルシウム、タルク、クレイ等の無機充填剤も任意に選択し得る。
【００２４】
さらに、必要に応じて、ゴム用伸展油、ゴム用薬品及びゴム用添加剤が配合される。ゴム用伸展油としては、アロマチック系、ナフテン系、パラフィン系のものが好ましい。
【００２５】
また、ゴム用薬品及びゴム用添加剤としては、硫黄、パーオキサイド等の架橋剤、亜鉛華、ステアリン酸等の加硫促進助剤、スルフェンアミド系、チウラム系、チアゾール系、グアニジン系等の加硫促進剤、アミン系、フェノール系、硫黄系、リン系等の老化防止剤又は酸化防止剤、紫外線吸収剤、オゾン劣化防止剤、粘着付与剤、可塑剤等が各々使用目的に応じて使用される。
【００２６】
短繊維としては、デュポン社製のケブラー、帝人社製のテクノーラ等のパラ系アラミド繊維、デュポン社製のノーメックス、帝人社製のコーネックス等のメタ系アラミド繊維、クラレ社製のベクトラン等の芳香族繊維、ビニロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン6,6  、綿、モンサント社製のサントウェーブ等のセルロース繊維等の合成、天然、及び半合成繊維、並びにガラス、カーボン、セラミック、宇部興産社製のチラノ繊維、ボロン等の無機繊維、鋼、ステンレス鋼、銅等の金属繊維から適宜選択される。
【００２７】
続いて、摩擦面において水が付着している湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を調べるために行った実験について説明する。
＜実験装置及び方法＞
実験装置としては、図３(a)(b)に示すように、ピン−ディスク型の摩擦力測定装置１１を上部から水が滴下できるように改造し、また、下部に水を受ける半円状の受け皿１２を設置した。尚、図３(a)(b)において、１３は試料、１４はガラスディスク、１５は重錘、１６は歪ゲージ、１７はリングスプリング、１８は平行リーフスプリング、１９は試料ホルダである。
【００２８】
試料１３の大きさは、一辺が３mmの角柱状とし、水で濡れた状態のガラスディスク１４（中心平均あらさＲa値は０．０７５μｍ）と軌道径１００mmで摩擦接触させ、リングスプリング１７に貼り付けた歪ゲージ１６で摩擦力を測定した。試料１３の当たり出しは表面あらさを粗くして、表面に短繊維を長く起毛させるため、耐水研磨紙CC#100（中心平均あらさＲa値が２２．４で、十点平均あらさＲz値が１３２．４μｍ）をガラスディスク１４上に貼り付けて用いた。起毛長さを測定したところ、略６０μｍであった。
【００２９】
試料１３としては、メタアラミド短繊維の充填量を０容量％，３容量％，５容量％，８容量％，１０容量％と変化させた５種類の短繊維補強ゴムを用いた。短繊維の長さは３mm、短繊維径は１４μｍ、また、短繊維を充填する前のゴム基材の配合は次の通りである。
【００３０】
クロロプレンゴム（Skyprene R-10,Tosoh Corp.）  １００  PHR
カーボンブラックN550                             ４０
ＤＯＳ（dioctyl sebacate）                         ５
酸化亜鉛                                           ５
酸化マグネシウム                                   ４
酸化防止剤（ノックラック  ＡＤ，大内新興（株））   ４
酸化防止剤（ノックラック  ＴＤ，大内新興（株））   ０．５
そして、上述するゴム配合物に、上述した材料よりなる短繊維を配合して短繊維配合ゴムを製造した。具体的には、まず、上述するゴム配合物に、上述した材料よりなる短繊維を配合して混練し、この混練したゴム配合物をロール又はカレンダにて圧延することにより、短繊維が圧延方向に配向された厚さ０．５〜１．０mmのシートを得た。それから、このシートを積層した上でスライスするか、あるいは列理方向に巻き付けた後、スライスすることにより、厚さ方向に短繊維が配向されたゴム板として短繊維配合ゴムを得た。
＜水濡れ面での摩擦に及ぼす摩擦速度の影響＞
図４〜図８に、短繊維配合ゴムの短繊維充填量を変化させた場合の水濡れ面における影響を、摩擦速度Ｖと摩擦係数μとの関係で示した。尚、図４〜図８においては、摩擦材と相手材との接触圧力Ｐはそれぞれ０．０５４ＭＰa、０．１０８ＭＰa、０．３２４ＭＰa、０．５４ＭＰa、１．００ＭＰaである。
【００３１】
図４は接触圧力Ｐが０．０５４ＭＰaの場合について示すが、短繊維を全く配合していないゴム基材単独の場合は、摩擦速度の上昇に伴い、摩擦係数が減少することがわかる。このとき、摩擦面は、ストライベック曲線の考えによると、混合潤滑状態にあると考えられる。一方、短繊維配合ゴムの場合は、摩擦速度が２０cm/secくらいになるまでは逆に摩擦係数が上昇し、それを越えると減少することがわかる。
【００３２】
即ち、摩擦面での荷重を、起毛した短繊維がほとんど支持している条件での短繊維配合ゴムの摩擦力は、乾燥面と水濡れ面とにおいて、ほとんど変わらないといえる。一方、短繊維を全く配合していないゴム基材単独の場合は乾燥面と水濡れ面では摩擦速度の変化に対し全く逆の異なった挙動を示すことがわかる。
【００３３】
また、接触圧力Ｐが増加した０．１０８ＭＰa、０．３２４ＭＰa、０．５４ＭＰaにおいても、ゴム基材単独の場合には、摩擦速度の変化に対する挙動は接触圧力Ｐが０．０５４ＭＰaの場合と同じ傾向を示し、いずれも混合潤滑状態であるといえる。一方、短繊維配合ゴムの場合は、接触圧力Ｐが増加するに連れて、摩擦係数の値の上昇度合いが小さくなっていることがわかる。また、ピークを示す位置もやや低速側にシフトしている。
【００３４】
これは、接触圧力Ｐが高いほど、ゴム基材部分の摩擦面での荷重支持割合が増加し、その部分が水濡れによる影響を受け易くなることに起因していると考えられる。また、これらの現象により、短繊維を５容量％充填した短繊維補強ゴムが水濡れ面において最も摩擦係数の変動が少ないということもわかる。
【００３５】
尚、接触圧力Ｐ＝１．００Mpaの場合には、摩擦係数の変動が大きくなるので、接触圧力Ｐは１．００ＭＰa未満とする必要がある。
【００３６】
また、摩擦面に油が付着した湿潤状態において、摩擦速度と摩擦係数との関係を調べるたところ（接触圧力Ｐ＝０．０５４Ｍｐa）、図９に示す結果となり、油による湿潤状態においても、水による湿潤状態と同様の結果となることが推測される。
【００３７】
次いで、上記摩擦材を用いた摩擦装置の一例として、乗用芝刈機のレバー操作装置に適用した例を説明する。尚、このような乗用芝刈機は、摩擦速度の変化が大きく、異物の噛込み等による面圧の変化が大きく、また、水濡れ状態で使用されることも多いことから、そのような状態での摩擦係数の安定が望まれる。
【００３８】
図１０に示すように、チェンジアーム２１の軸部２１ａに、フリクションワッシャ２２（摩擦材）をナット２３及びナットプレート２４とＳＴＧセッティングカラー２５との間に挾み、スプリング２６を介して取付けている。
【００３９】
フリクションワッシャ２２（摩擦材）は上述したゴム配合の基材で短繊維が５容量％配合されており、６０μｍ起毛している。そして、接触圧力Ｐ＝０．５ＭＰaで、水に濡れた状態で回転速度（摩擦速度）を１cm/sec〜１０cm/secの範囲で変化させたところ、摩擦係数の変動率は５％以下で、安定していることが確認された。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、上記のように、ゴム基材に対し、短繊維を２〜８容量％配合して短繊維を摩擦面において３０μｍ以上でかつ８０μｍ以下起毛するようにし、相手材との摩擦面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲において用いられたときに摩擦係数の変動が２０％以下の摩擦面を有しているものとしたので、湿潤状態において、摩擦材の摩擦係数が安定し、摩擦速度の変化に対する摩擦係数の安定化が図ることができる。
【００４１】
請求項２に係る発明は、ゴム基材の摩擦面は表面粗さＲａ値１３．４μｍ〜３１．５μｍの研磨材により研磨しているので、摩擦面における短繊維の起毛を安定させることができ、湿潤状態において、摩擦面全体に亘って摩擦係数を、変動を少なくしてを安定させることが可能となる。
【００４２】
請求項３に係る発明は、摩擦材と相手材との摩擦界面での接触圧力が１ＭＰa以下で、かつ摩擦速度が１０-1cm/sec〜１０2cm/secの範囲となるようにしているので、湿潤状態において、摩擦速度の変化に対し、摩擦係数の変動を少なくして安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦材の一例を示す平面図である。
【図２】同断面図である。
【図３】実験装置の正面図である。
【図４】水による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図５】水による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図６】水による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図７】水による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図８】水による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図９】油による湿潤状態における摩擦速度と摩擦係数との関係を示す図である。
【図１０】本発明の適用例である摩擦装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１    摩擦材
２    基材（ゴム基材）
２ａ  表面（摩擦面）
３    短繊維
【図１】
0003554754.tif 000002
【図２】
0003554754.tif 000003
【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】
0003554754.tif 000008
【図８】
0003554754.tif 000009
【図９】
0003554754.tif 000010
【図１０】
0003554754.tif 000011