(57)【要約】  クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、結晶性シリカを含むフィラー材料とを含む。結晶性シリカは、一例示態様ではクリストバライトである。クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、フィラー組成物とを含み、フィラー組成物は、非晶質シリカ含有材料と、複数の結晶性シリカ粒子とを含み、この粒子は、少なくとも６のモース硬度を有し、丸みを帯びた形態を特徴とする。クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、フィラー組成物であって、珪藻土と、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲の中間粒径によって特徴づけられる複数の粒子を含むクリストバライトとを含むフィラー組成物と、樹脂とを含み、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき約２質量％〜約２０質量％の範囲のクリストバライトを含みかつ少なくとも０．１１５の静止摩擦係数を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッチ用の摩擦材料であって、
複数の繊維と、
クリストバライトを含むフィラー材料と、を含む、
クラッチ用の摩擦材料。
【請求項２】
クラッチ用の摩擦材料であって、
複数の繊維と、
フィラー組成物と、を含み、該フィラー組成物は、
非晶質シリカ含有材料と、
複数の結晶性シリカ粒子と、を含み、該粒子は、少なくとも６のモース硬度を有し、丸みを帯びた形態を特徴とする、
クラッチ用の摩擦材料。
【請求項３】
クラッチ用の摩擦材料であって、
複数の繊維と、
珪藻土およびクリストバライトを含むフィラー組成物と、
樹脂と、を含み、
前記摩擦材料は、該摩擦材料の総重量に基づき少なくとも２質量％から最大でも２０質量％のクリストバライトを含む、
クラッチ用の摩擦材料。
【請求項４】
少なくとも０．１１５の静止摩擦係数を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の摩擦材料。
【請求項５】
前記複数の結晶性シリカ粒子は、少なくとも０．５μｍから最大でも５μｍまでの中央粒径を特徴とする、請求項２記載の摩擦材料。
【請求項６】
前記クリストバライトは、少なくとも０．５μｍから最大でも５μｍまでの中央粒径を特徴とする複数の丸みを帯びた粒子を含む、請求項１または３記載の摩擦材料。
【請求項７】
前記フィラー組成物は、フィラーの総重量に基づき、少なくとも４０質量％の非晶質シリカ材料と、最大でも６０質量％の結晶性シリカとを含む、請求項２記載の摩擦材料。
【請求項８】
フィラーは、該フィラーの総重量に基づき、少なくとも５質量％、最大でも６０質量％のクリストバライトを含む、請求項１記載の摩擦材料。
【請求項９】
フィラーは、該フィラーの総重量に基づき、少なくとも５質量％、最大でも１５質量％のクリストバライトを含む、請求項１または３記載の摩擦材料。
【請求項１０】
前記摩擦材料は、該摩擦材料の総重量に基づき、少なくとも２質量％、最大でも５質量％のクリストバライトを含む、請求項３記載の摩擦材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、クラッチパッド用の湿式摩擦材料に関し、特に、より高い摩擦係数を有する湿式摩擦材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
クラッチ用の公知の摩擦材料は、繊維材料およびフィラー材料から成る。繊維材料は摩擦材料の構造を形成し、フィラー材料は摩擦を生じさせる。公知の摩擦材料は、フィラー材料のために珪藻土を使用する。典型的には、珪藻土は、８０〜９０％のシリカから成る。摩擦材料の静的および動的両方の摩擦係数を高めることが望ましい。動的摩擦係数を高めることが特に望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例示態様は、広く、複数の繊維と、結晶性シリカを含むフィラー材料とを含むクラッチ用の摩擦材料を含む。一例示態様では、結晶性シリカはクリストバライトである。一例示態様では、クリストバライトは、丸みを帯びた形態によって特徴づけられる複数の粒子を含む。一例示態様では、粒子の中間粒径は、最大でも８μｍである。一例示態様では、粒子の中間粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である。一例示態様では、粒子の中間粒径は、約１μｍ〜約３μｍの範囲である。一例示態様では、フィラー材料は、結晶性シリカ以外のシリカ含有材料を含む。一例示態様では、フィラーは、フィラーの総重量に基づき最大でも６０質量％の結晶性シリカを含む。一例示態様では、フィラーは、フィラーの総重量に基づき約１質量％〜約６０質量％の範囲の結晶性シリカを含む。一例示態様では、フィラーは、フィラーの総重量に基づき約５質量％〜約４５質量％の範囲の結晶性シリカを含む。一例示態様では、フィラーは、フィラーの総重量に基づき約５質量％〜約１５質量％の範囲の結晶性シリカを含む。一例示態様では、摩擦材料はさらに樹脂を含む。一例示態様では、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき最大でも２０質量％のクリストバライトを含む。一例示態様では、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき約１質量％〜約２０質量％の範囲のクリストバライトを含む。一例示態様では、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき約２質量％〜約１７質量％の範囲のクリストバライトを含む。一例示態様では、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき約２質量％〜約５質量％の範囲のクリストバライトを含む。
【０００４】
他の例示態様は、広く、クラッチ用の摩擦材料であって、複数の繊維と、フィラー組成物とを含み、フィラー組成物は、非晶質シリカ含有材料と、複数の結晶性シリカ粒子とを含み、この粒子は、少なくとも６のモース硬度を有しかつ丸みを帯びた形態によって特徴づけられる、クラッチ用の摩擦材料を含む。一例示態様では、粒子の中間粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である。一例示態様では、フィラー組成物は、フィラーの総重量に基づき、少なくとも４０質量％の非晶質シリカ材料と、最大でも６０質量％の結晶性シリカとを含む。
【０００５】
他の例示態様は、広く、クラッチ用の摩擦材料であって、複数の繊維と、フィラー組成物であって、珪藻土と、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲の中間粒径によって特徴づけられる複数の粒子を含むクリストバライトとを含むフィラー組成物と、樹脂とを含み、摩擦材料は、摩擦材料の総重量に基づき約２質量％〜約２０質量％の範囲のクリストバライトを含みかつ少なくとも０．１１５の静止摩擦係数を有する、クラッチ用の摩擦材料を含む。
【０００６】
ここで、本発明の性質および作動モードを、添付の図面に関連した以下の発明の詳細な説明においてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】結晶性シリカを含む摩擦材料の概略的な断面図である。
【図２】フィラー材料として有効なクリストバライトの丸みを帯びた粒子の概略図である。
【図３】一例示態様による摩擦材料を有するトルクコンバータの断面図である。
【図４】公知の摩擦材料およびクリストバライトを含む摩擦材料についてそれぞれの摩擦係数対速度をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
最初に、異なる図面に現れる同じ参照番号は、同一のまたは機能的に類似の構造要素を識別していることが認識されるべきである。さらに、本発明は、本明細書に記載された特定の実施の形態、方法、材料および変更に限定されるのではなく、したがって、もちろん変更されてよいことが理解される。本明細書で使用される用語は、特定の態様を説明する目的のためだけのものであり、添付の請求項のみによって限定される本発明の範囲を限定することが意図されたものではないことも理解される。
【０００９】
別段の定めがないかぎり、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者に一般的に理解されるのと同じ意味を有する。「実質的に」という用語は、「ほとんど」、「極めてほとんど」、「約」、「ほぼ」、「周辺」、「近接」、「近い」、「事実上」、「隣接」、「近傍」などの用語と同義であり、このような用語は、明細書および請求項において現れるときは互換的に使用されてもよいことが認められるべきである。本明細書に説明されたものと類似または均等のあらゆる方法、装置または材料を、発明の実施または試験において使用することができるが、ここでは、以下の例としての方法、装置および材料が説明される。
【００１０】
以下の説明は、図１〜図４を参照して行われる。
【００１１】
一例示態様では、クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、結晶性シリカを含むフィラー材料とを含む。図１は、結晶性シリカを含む摩擦材料１００の概略的な断面図である。一例示態様では、結晶性シリカはクリストバライトである。摩擦材料１００は、技術分野において公知のあらゆるクラッチプレート１０６に使用することができる。一例示態様では、摩擦材料はプレート１０６に固定的に取り付けられている。摩擦材料１００は、繊維材料１０２と、クリストバライトを含むフィラー材料１０４とを含む。摩擦材料１００は、さらに、フェノール樹脂またはラテックスなどのバインダ（図示せず）を含む。繊維材料１０２は、例えば、セルロース、綿または炭素繊維を含むがこれらに限定されない、技術分野において公知のあらゆる有機繊維または無機繊維であってもよい。
【００１２】
一例示態様では、フィラー材料１０４は少なくとも１つのシリカ含有材料を含む。一例示態様では、フィラー材料１０４は、さらに、結晶性シリカまたはクリストバライト以外の少なくとも１つのシリカ含有材料を含む。技術分野で公知のあらゆるシリカ含有材料を使用することができる。一例示態様では、シリカ含有材料は、Celite（登録商標）、Celatom（登録商標）、珪藻土または二酸化ケイ素を含むが、これらに限定されない。典型的には、珪藻土は非晶質であり、あるとしても極微量の結晶性シリカを含有する。
【００１３】
一例示態様では、湿式摩擦材料の動的摩擦係数を高めるために、クリストバライトなどの結晶性シリカが、フィラー成分として、湿式摩擦材料に添加される。結晶性シリカは、土、砂、花崗岩および多くのその他の鉱物の基本成分である。石英は、結晶性シリカの最も一般的な形態である。クリストバライトおよびトリジマイトは、結晶性シリカの２つの他の形態である。全ての３つの形態は、作業員が結晶性シリカを含有する物体を切削、切断、穿孔または研削するときに、吸入可能なサイズの粒子になり得る。したがって、取扱いにおける注意が必要である。クリストバライトシリカは、天然に生じかつ炉内で珪砂を加熱することによって人工的に製造することもできる二酸化ケイ素の形態である。
【００１４】
クリストバライトシリカは、石英の多形体である。言い換えれば、クリストバライトは、石英と同じ化学式ＳｉＯ2を有するが、異なる結晶構造を有する。クリストバライトは、一般に、正方対称性を有するα−クリストバライトをいう。八面体結晶を特徴とするβ−クリストバライトと呼ばれるより高温の相も公知であるが、冷却によりα−クリストバライトに容易に変換する。クリストバライトシリカは、本明細書においては互換的に、「クリストバライト」、「クリストバライトシリカ」、「α−クリストバライト」、より一般的に、「結晶性シリカ」または「ＳｉＯ2」と呼ばれる。クリストバライトシリカは、米国オハイオ州アクロン所在のC.E.D.Process Minerals, Inc.社から、例えば「GoreSil（登録商標）」または「CristolBrite（商標）」として市販されている。湿式摩擦材料においてフィラーとして使用可能なクリストバライトの特性は、以下の特性および特徴、すなわち、低い屈折率（すなわち、１．４８）、結晶面がシロキサングループで終わっている、丸みを帯びた粒子のジオメトリ、高いモース硬度（すなわち、６．５）、高い熱膨張率、非反応性または不活性、低い油吸収および低い含水率、を含む。クリストバライトシリカは、他の形態のシリカとは異なる結晶構造、屈折率、密度、硬度、熱膨張率および表面組成を有することが知られる。表面組成によりクリストバライトシリカは他の鉱物粉末よりも少ない水分を取り込むと考えられている。例示的な実施形態では、クリストバライトは、１質量％または１体積％未満の含水率を有する。
【００１５】
一例示態様では、結晶性シリカまたはクリストバライトは、丸みを帯びた形態によって特徴づけられる複数の粒子を含む。本明細書において丸みを帯びた粒子形状または丸みを帯びた形態とも呼ばれる丸みを帯びた粒子ジオメトリとは、クリストバライト粒子が少なくとも１つの丸みを帯びた面を有するまたは全体形状のほとんどが丸みづけられて見えることを意味する。図２は、フィラー材料１０４の丸みを帯びた粒子１０８の概略図を示している。例示的な実施形態では、フィラー材料１０４の少なくとも一部は、丸みを帯びた粒子１０８の形状である。例えば、フィラー材料１０４は、丸みを帯びた粒子１０８の形状のクリストバライトを含む。例示的な実施形態では、フィラー材料１０４におけるクリストバライトの大部分は、丸みを帯びた粒子１０８の形状である。例示的な実施形態では、フィラー材料１０４におけるクリストバライトの全ては、丸みを帯びた粒子１０８の形状である。
【００１６】
各丸みを帯びた粒子１０８は、実質的に丸く、境界１１０を有する。例えば、境界１１０は、円形または半円形、または滑らかな円弧の形状であってもよい。丸みを帯びた粒子は、少なくとも部分的に不規則な形状であってもよく、言い換えれば、丸みを帯びた粒子は、規則的または球である必要はない。アスペクト比とは、Ｘ軸対Ｙ軸の比をいう。球状粒子は１（または１：１）のアスペクト比を有し、繊維は、約２０（または２０：１）よりも大きいアスペクト比を有するとすると、例えば、フィラー材料１０４として使用可能な丸みを帯びた粒子は、約１〜約４（または約１：１〜約４：１）の範囲のアスペクト比を有する。
【００１７】
クリストバライトシリカは、様々な粒径分布の粉末として市販されている。適切なクリストバライトシリカ粉末は、粉末の９８質量％以上が１００メッシュスクリーンを通過するように十分に微細であってもよい。米国試験材料協会によって出版された規格Ｅ−１１−０１に開示されているように、１００メッシュスクリーンは、１５０マイクロメートル（μｍ）の公称開口サイズを有する。一例示態様では、４５μｍの公称開口サイズを有する３２５メッシュスクリーンを９５％以上が通過するクリストバライトシリカ粉末が使用される。一例示態様では、最大でも８μｍの中間粒径および３５μｍ以下の最大粒径を有する粉末が使用される。一例示態様では、０．５〜５μｍの中間粒径および２５μｍ以下の最大粒径を有する粉末が使用され、さらに別の例示態様では、１〜３μｍの中間粒径および１０μｍ以下の最大粒径を有する粉末が使用される。言い換えれば、一例示態様では、粒子の中間粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲であり、別の例示態様では、粒子の中間粒径は、約１μｍ〜約３μｍの範囲である。
【００１８】
クリストバライトの粒径分布（ＰＳＤ）は、下側エンドポイントＤ１０、平均粒径、中間粒径Ｄ５０および上側エンドポイントＤ９０によって規定されてもよい。中央値であるＤ５０は、母集団の半分がこの値よりも低いところに位置するような直径として規定される。同様に、分布の９０％はＤ９０未満にあり、母集団の１０％はＤ１０未満にある。（Ｄ９０−Ｄ１０）／Ｄ５０の関係は、通常、スパンと呼ばれ、値Ｄは、技術分野において公知のふるい分け粒度分析またはその他の方法によって測定される。一例示態様では、約２．０〜約２．４の範囲のＤ値スパンを有するクリストバライトがフィラー材料として使用される。
【００１９】
一例示態様では、クリストバライト粒子のＰＳＤの上側エンドポイントＤ９０は約６．２μｍであり、クリストバライト粒子の中央粒径Ｄ５０は、約２．４μｍ以上であり、クリストバライト粒子のＰＳＤの下側エンドポイントＤ１０は、約１．０μｍ以上である。不規則な形状の粒子の粒径は、当業者によって、相当球直径（ＥＳＤ）に関して一般に理解される。言い換えれば、非球形または不規則形状の粒子のＥＳＤは、相当体積の球の直径と同一視される。一例示態様では、結晶性シリカまたはクリストバライト粒子の大部分の粒径は、エンドポイントＤ１０およびＤ９０によって規定されるように約１．０〜約６．２μｍの範囲である。
【００２０】
一例示態様では、フィラー１０４は、フィラーの総重量に基づき最大でも６０質量％の結晶性シリカを含む。一例示態様では、フィラー材料１０４は、フィラー材料１０４の総重量に基づき、１〜６０質量％のクリストバライトである。別の例示態様では、摩擦材料１００は、摩擦材料１００の総重量に基づき、１〜２０質量％のクリストバライトである。一例示態様では、珪藻土フィラーなどのシリカリッチ材料を含むフィラー材料は、少なくとも部分的に、フィラー材料の総重量に基づき約１〜約６０質量％の範囲の摩擦材料のためのフィラー材料としてのクリストバライトに置き換えられる。珪藻土フィラーを完全にクリストバライトに置き換えるのは望ましくない。なぜならば、フィラーの全体的な空隙率が減少し、不都合な効果を生じるからである。また、結晶性シリカは、取扱者の健康および安全を保証するために特別な取扱いを必要とするので、有効な結果を生じさせるための最小量を使用するのが望ましい。結晶性シリカまたはクリストバライトの適切な量は、一例示態様ではフィラー材料の総重量に基づき少なくとも１質量％から最大でも６０質量％であり、別の例示態様では少なくとも５質量％から最大でも６０質量％であり、別の例示態様では少なくとも５質量％から最大でも４５質量％であり、別の例示態様では少なくとも５質量％から最大でも３０質量％であり、別の例示態様では少なくとも５質量％から最大でも１５質量％であり、さらに別の例示態様では少なくとも５質量％から最大でも１０質量％である。
【００２１】
一例示態様では、摩擦材料１００は、摩擦材料の総重量に基づき最大でも２０質量％のクリストバライトを含む。摩擦材料のための一例としての組成が、繊維、フィラーおよび樹脂成分の重量で等しい量を有するとすると、摩擦材料におけるクリストバライト含有量は、摩擦材料の総重量に基づき約１質量％〜約２０質量％の範囲である。クリストバライトの適切な量は、一例示態様では摩擦材料の総重量に基づき少なくとも１質量％から最大でも２０質量％であり、別の例示態様では少なくとも２質量％から最大でも２０質量％であり、別の例示態様では少なくとも２質量％から最大でも１７質量％であり、別の例示態様では少なくとも２質量％から最大でも１５質量％であり、別の例示態様では少なくとも２質量％から最大でも１０質量％であり、さらに別の例示態様では少なくとも２質量％から最大でも５質量％である。
【００２２】
一例示態様では、クラッチ用の摩擦材料１００は、複数の繊維１０２と、フィラー組成物１０４とを含み、フィラー組成物は、非晶質シリカ含有材料と、複数の結晶性シリカ粒子とを含み、この粒子は、少なくとも６のモース硬度を有しかつ丸みを帯びた形態によって特徴づけられる。一例示態様では、粒子の中間粒径は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲である。一例示態様では、フィラー組成物１０４は、フィラーの総重量に基づき、少なくとも４０質量％の非晶質シリカ材料と、最大でも６０質量％の結晶性シリカとを含む。
【００２３】
一例示態様では、フィラーとして従来使用されている珪藻土フィラーの半分または５０％がクリストバライト添加物によって置き換えられている試料組成は、摩擦材料の総重量に基づき約１７質量％の結晶性シリカまたはクリストバライト含有量を有する摩擦材料を生じる。本明細書における一例示態様では、非制限的なクリストバライトの例であるGoreSil（登録商標）２１０が、摩擦材料のためのフィラーにおける成分材料として使用される。
【００２４】
例１：材料１００は、５０％のフィラー、５０％のセルロース繊維およびラテックスバインダを含む。百分率は質量による。フィラーは、技術分野において公知のように１００％珪藻土である。
【００２５】
例２：材料１００は、２５％のクリストバライト、２５％の珪藻土、５０％のセルロース繊維およびラテックスバインダを含む。百分率は質量による。言い換えれば、例２のフィラー材料は、５０％のクリストバライトおよび５０％の珪藻土を含む。
【００２６】
図３は、図１に示された摩擦材料１００を含むトルクコンバータ２００の例の部分的な断面図である。トルクコンバータ２００は、カバー２０２と、カバーに接続されたインペラ２０４と、インペラと流体連通するタービン２０６と、ステータ２０８と、トランスミッション用の入力軸（図示せず）に相対回動不能に接続するように配置された出力ハブ２１０と、トルクコンバータクラッチ２１２と、振動ダンパ２１４とを有する。クラッチ２１２は、摩擦材料１００およびピストン２１６を有する。技術分野において公知のように、ピストン２１６は、摩擦材料１００をピストン２１６およびカバー２０２に係合させて、摩擦材料１００およびピストン２１６を介してトルクをカバー２０２から出力ハブ２１０へ伝達するために、変位可能である。流体２１８は、クラッチ２１２を作動させるために使用される。
【００２７】
トルクコンバータ２００の構成の特定の例が図３に示されているが、トルクコンバータにおける摩擦材料１００の使用は、図３において構成されているようなトルクコンバータに限定されないことが理解されるべきである。すなわち、材料１００は、技術分野において公知のあらゆるトルクコンバータ構成のための、摩擦材料を使用する、あらゆるクラッチ装置において使用可能である。
【００２８】
図４は、公知の摩擦材料および上記の例２において配合された摩擦材料１００についてそれぞれの摩擦係数対速度をプロットしたグラフである。グラフのｘ方向で示される速度は、摩擦材料が接触するプレートに対する、摩擦材料の速度である。例えば、速度は、摩擦材料とプレートとの間のスリップ速度である。プロット３０２は、上記の例２において配合された材料１００の場合であり、この場合、フィラー材料は、フィラー材料の総重量に対して５０質量％のクリストバライトを含む。プロット３０４は、上記の例１における繊維および珪藻土フィラーを含む公知の摩擦材料の場合である。プロット３０２および３０４は、９０℃および２９６０ｋＰａにおける公知の摩擦材料および摩擦材料１００の実際の試験に基づく。上述のように、クラッチ用の摩擦材料のための静止摩擦および動摩擦の両方を最大化することが望ましい。
【００２９】
有利には、材料１００は、クラッチ用の公知の摩擦材料と比較して静止摩擦係数を高める。例えば、材料１００の場合、静止摩擦係数３０６は、少なくとも０．１１８であり、公知の材料の静止摩擦係数３０８は、より小さく、少なくとも約０．１１３である。一例示態様では、材料１００は、少なくとも０．１１５の静止摩擦係数を有する。
【００３０】
動摩擦係数に関して、有利には、プロット３０２の摩擦係数は、点３０６から、約１．７０ｍ／ｓにおける点３１０までで増大し続ける。対照的に、プロット３０４の摩擦係数は、０．７０ｍ／ｓにおける点３１２と、約１．７０ｍ／ｓにおける点３１４との間で平坦であるまたは減少する。
【００３１】
一例示態様では、クラッチ用の摩擦材料１００は、複数の繊維１０２と、珪藻土およびクリストバライトを含むフィラー組成物１０４とを含む。一例示態様では、クリストバライトは、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲の中央粒径を特徴とする複数の粒子１０８を有する。一例示態様では、摩擦材料１００はさらに樹脂を含む。一例示態様では、摩擦材料１００は、摩擦材料の総重量に基づき約２質量％〜約２０質量％の範囲のクリストバライトを含み、少なくとも０．１１５の静止摩擦係数を有する。
【００３２】
もちろん、本発明の上記の例に対する変更および修正は、請求項に記載の発明の思想または範囲から逸脱することなく、当業者に容易に明らかとなるであろう。本発明は特定の好適なかつ／または例示的な実施形態を参照することによって説明されているが、請求項に記載の発明の範囲または思想から逸脱することなく変更をなし得ることは明らかである。
【図１】
2019500549.tif 000003
【図２】
2019500549.tif 000004
【図３】
2019500549.tif 000005
【図４】
2019500549.tif 000006
【国際調査報告】
2019500549.tif 000007
2019500549.tif 000008