(57)【要約】  クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、フィラー材料と、バインダであって、バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランを含有するバインダと、を含む。摩擦材料は、付加された水を有さない。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、バインダは、さらに、フェノール樹脂を含有し、フェノール樹脂は、硬化時に副産物の水を形成し、この水は、加水分解無機トリエトキシシリル基と反応し、架橋バインダを形成する。可撓性のクラッチ摩擦材料用のハイブリッドマトリックス複合材を形成する方法も開示されている。
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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、
フィラー材料と、
バインダであって、該バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランを含有するバインダと、
を含むクラッチ用の摩擦材料。
【請求項２】
前記摩擦材料は、付加された水を有さない、請求項１記載の摩擦材料。
【請求項３】
前記シランは、ウレイド官能基シランである、請求項１記載の摩擦材料。
【請求項４】
前記ウレイド官能基シランは、カルバミン酸エチルを有さない、請求項２記載の摩擦材料。
【請求項５】
前記シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである、請求項１記載の摩擦材料。
【請求項６】
前記バインダは、フェノール樹脂をさらに含有する、請求項５記載の摩擦材料。
【請求項７】
前記バインダは、該バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂を含有する、請求項６記載の摩擦材料。
【請求項８】
前記フェノール樹脂は、硬化時にフェノールとホルムアルデヒドとの反応の結果として副産物の水を形成する、請求項６記載の摩擦材料。
【請求項９】
前記加水分解無機トリエトキシシリル基は、前記副産物の水によって加水分解され、架橋バインダを形成する、請求項８記載の摩擦材料。
【請求項１０】
前記複数の繊維は、セルロース繊維、アラミド繊維、綿繊維、炭素繊維またはそれらの組合せから成るグループから選択される、請求項１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、より高い性能特性を有する可撓性の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、さらに、フェノール樹脂などのバインダを含有する。摩擦材料の静止摩擦係数および動摩擦係数の双方を高めることが望ましい。特に、動的摩擦係数を高めることが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
例示態様は、広くは、複数の繊維と、フィラー材料と、バインダであって、バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランを含有するバインダとを含む、クラッチ用の摩擦材料を含む。１つの例示態様では、摩擦材料は、付加された水を有さない。１つの例示態様では、シランは、ウレイド官能基シランである。１つの例示態様では、ウレイド官能基シランは、カルバミン酸エチルを有さない。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、バインダは、さらに、フェノール樹脂を含有する。１つの例示態様では、バインダは、バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂を含有する。１つの例示態様では、フェノール樹脂は、硬化時にフェノールとホルムアルデヒドとの反応の結果として副産物の水を形成する。１つの例示態様では、加水分解無機トリエトキシシリル基は、副産物の水によって加水分解され、架橋バインダを形成する。１つの例示態様では、複数の繊維は、セルロース繊維、アラミド繊維、綿繊維、炭素繊維またはそれらの組合せから成るグループから選択される。１つの例示態様では、フィラー材料は、シリカリッチ無機フィラーである。１つの例示態様では、シリカリッチ無機フィラーは、珪藻土である。
【０００４】
他の例示態様は、広くは、クラッチと、上述のような摩擦材料とを有するトルクコンバータを含む。
【０００５】
他の例示態様は、広くは、複数の繊維と、複数のフィラー粒子と、バインダであって、バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランと、バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂とを含有しかつ付加された水を有さないバインダとを含有する、クラッチ摩擦材料用のバイブリッドマトリックス複合材を含む。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、フェノール樹脂は、硬化時に副産物の水を形成し、この水が、加水分解無機トリエトキシシリル基と反応し、架橋されたバインダを形成する。
【０００６】
別の例示態様は、広くは、可撓性の摩擦材料用のハイブリッドマトリックス複合材を形成する方法を含み、この方法は、複数の繊維と複数のフィラー粒子とを混合して基板を形成すること、バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランと、バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂とを混合してバインダ溶液を形成し、バインダ溶液は、付加された水を有さないこと、基板をバインダ溶液によって飽和させて均一に含浸されたマトリックスを形成すること、マトリックスを硬化させて可撓性の摩擦材料を形成することを含む。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、硬化させるステップは、フェノール樹脂が、フェノールとホルムアルデヒドとの反応の結果として副産物の水を形成することを含み、硬化させるステップは、さらに、副産物の水が、加水分解無機トリエトキシシリル基と反応し、架橋バインダを形成することを含む。１つの例示態様では、マトリックスを硬化させるステップは、少なくとも１００℃から最大でも１７５℃までの温度で硬化させることを含む。
【０００７】
ここで、本発明の性質および作動モードを、添付の図面に関連する本発明の以下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】
【０００８】
【図１】１つの例示態様による、シランを含有する摩擦材料の概略的な断面図である。
【図２】１つの例示態様による、シランを含有する摩擦材料の概略的な断面図である。
【図３】１つの例示態様による、摩擦材料を有するトルクコンバータの断面図である。
【図４Ａ】公知の摩擦材料の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。
【図４Ｂ】シランを含有する摩擦材料の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】
【０００９】
最初に、異なる図面に現れる同じ符号は、同じ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、材料および変更のみに限定されず、したがって、もちろん変更されてよいことが理解される。本明細書において使用されている用語は、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を意図したものではないことも理解される。
【００１０】
別段の定めがない限り、本明細書において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」、「近辺」、「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。本明細書において説明されたものと同様または均等のあらゆる方法、装置または材料を、本発明の実用または試験において使用することができるが、ここでは、以下の例示の方法、装置および材料について説明する。
【００１１】
以下の説明は、図１〜図４を参照して行われる。
【００１２】
１つの例示態様では、クラッチ用の摩擦材料は、複数の繊維と、フィラー材料とを含む。図１は、摩擦材料１００の概略的な断面図である。摩擦材料１００は、当技術分野において公知のあらゆるクラッチ板１０６に使用することができる。１つの例示態様では、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、フィラー材料１０４とを含有する。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Ｂと、飽和繊維１０２と、フィラー１０４とを含有する。繊維材料１０２は、例えば、セルロース、アラミド、綿または炭素繊維を含むがこれらに限定されない、当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よい。１つの例示態様では、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有する。フィラー材料１０４は、本明細書では互換的にフィラー粒子１０４とも呼ばれる。当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。１つの例示態様では、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、珪藻土は、無機かつ非晶質である。
【００１３】
一般に、クラッチまたは特にトルクコンバータクラッチに使用される摩擦材料は、２つの対向するプレートの間に配置されている。当技術分野において公知のテーパまたは振れにより、典型的に完全に平行ではないかつ／または平坦ではないプレートを補償すべく、可撓性の摩擦材料が、摩擦材料と反応プレートとの間の最大限の接触を可能にするために望まれている。剛すぎる摩擦材料は、不都合なことにプレートとの接触を制限し、性能不良および／または耐久性問題につながる。典型的に、摩擦材料１００のバインダＢは、当技術分野において公知のフェノール樹脂を含有する。フェノール樹脂は硬化時に、フェノールとホルムアルデヒドとの反応の副産物として水を形成する。１つの例示態様では、非制限的な例であるArofene（登録商標）295-E-50が、摩擦ペーパのための含浸樹脂として有効である。１つの例示態様では、湿式摩擦材料の可撓性を高めるために、フェノール樹脂は、少なくとも部分的に、湿式摩擦材料のためのバインダ成分としてのシランによって置き換えられる。
【００１４】
図２は、１つの例示態様による、シランを含有する摩擦材料の概略的な断面図であり、無機または有機繊維１０２と、フィラー材料１０４と、繊維およびフィラーを分散、飽和および／または含浸したバインダＢとを含有するハイブリッド複合マトリックスを示している。１つの例示態様では、バインダＢは、フェノール樹脂およびシランを含有する。シランは、ケイ素原子に付着された４つの置換基を備えるモノマーケイ素化合物である。これらの置換基は、非反応性基、無機反応性基または有機反応性基のほぼあらゆる組合せであってよい。無機反応性は、シロキサン形式の結合を形成するために、酸素によってケイ素原子に対して形成される共有結合を意味する。有機反応性は、分子の有機部分において生じ、ケイ素原子を直接的に伴わない。シランは、定着剤、架橋剤、脱水剤および／またはカップリング剤として多くの用途において有効である。
【００１５】
１つの例示態様では、シランは、ウレイド官能基シランである。有利には、ウレイド官能基シランは、発癌性カルバミン酸エチルを有さない。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、フェノール樹脂およびシランを含有する摩擦材料のバインダ組成物は、付加された水を有さない。１つの例示態様では、水は、フェノール樹脂におけるフェノールとホルムアルデヒドとの反応における副産物として形成される。副産物の水は、次いで、シランの加水分解無機トリエトキシシリル基と加水分解し、架橋を提供する。フェノール樹脂のバインダおよびシランを含有する結果的な摩擦材料は、フェノール樹脂バインダのみによって形成された摩擦材料と比較してより柔軟である。シラン添加物を含有するフェノール樹脂の硬化プロセスは、例えば、試料サイズおよび環境条件に従って変化してもよい。本明細書で説明されている実験用試料の場合、シラン含有バインダを含有する摩擦材料の典型的な硬化時間および温度は、１７５℃において少なくとも４分を含むが、連続して１００℃で１０分以下および１７５℃で１０分以下の硬化が要求されることがある。
【００１６】
１つの例示態様では、バインダＢは、バインダの総重量に基づいて約３質量％〜約５０質量％のシランを含有する。１つの例示態様では、バインダＢは、バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％のシランおよび最大でも５０質量％のシランを含有する。１つの例示態様では、バインダＢは、バインダの総重量に基づいて少なくとも５質量％のシランおよび最大でも４０質量％のシランを含有する。１つの例示態様では、バインダＢは、バインダの総重量に基づいて少なくとも５質量％のシランおよび最大でも２５質量％のシランを含有する。１つの例示態様では、バインダＢは、バインダの総重量に基づいて少なくとも５質量％のシランおよび最大でも１５質量％のシランを含有する。１つの例示態様では、バインダＢは、約１０質量％のシランを含有する。
【００１７】
１つの例示態様では、図１および図２において、摩擦材料は、本明細書において互換的に、可撓性クラッチ摩擦材料用のハイブリッドマトリックス複合材とも呼ばれる。ハイブリッドマトリックス複合材１００は、複数の繊維１０２と、複数のフィラー粒子１０４と、バインダＢであって、バインダの総重量に基づいて、少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシラン、バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂を含有しかつ付加された水を有さないバインダＢと、を含有する。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、フェノール樹脂は、硬化時に副産物水を形成し、この水が、加水分解無機トリエトキシシリル基と反応し、架橋バインダを形成する。
【００１８】
１つの例示態様では、摩擦材料１００は、摩擦材料の総重量に基づき最大でも１７質量％のシランを含有する。摩擦材料の一例としての組成が、質量でほぼ等しい量の繊維、フィラーおよび樹脂成分を含有しているとすると、摩擦材料におけるシラン含有量は、摩擦材料の総重量に基づき約１質量％〜約１７質量％の範囲である。１つの例示態様では、シランの適切な量は、摩擦材料の総重量に基づき少なくとも１質量％〜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％〜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％〜最大でも１０質量％であり、別の例示態様では少なくとも４質量％〜最大でも８質量％であり、別の例示態様では少なくとも５質量％〜最大でも７質量％である。
【００１９】
１つの例示態様では、可撓性摩擦材料１００用のハイブリッドマトリックス複合材を形成する方法について説明する。この方法は、少なくとも以下のステップを含む：（ｉ）複数の繊維１０２と複数のフィラー粒子１０４とを混合して基板を形成する；（ｉｉ）バインダの総重量に基づいて少なくとも３質量％かつ最大でも５０質量％のシランと、バインダの総重量に基づいて少なくとも５０質量％かつ最大でも９７質量％のフェノール樹脂とを混合して、バインダ溶液を形成する。この場合、バインダ溶液は、付加された水を有さない；（ｉｉｉ）基板をバインダ溶液によって飽和させて、均一に含浸されたマトリックスを形成する；（ｉｖ）マトリックスを硬化させて可撓性の摩擦材料を形成する。１つの例示態様では、シランは、反応性有機ウレイド基および加水分解無機トリエトキシシリル基を有するオルガノシランである。１つの例示態様では、硬化させるステップは、フェノール樹脂が、フェノールとホルムアルデヒドとの反応の結果として副産物の水を形成することを含み、硬化させるステップは、さらに、副産物の水が、加水分解無機トリエトキシシリル基と反応し、架橋バインダを形成することを含む。１つの例示態様では、マトリックスを硬化させるステップは、少なくとも１００℃から最大でも１７５℃までの温度で硬化させることを含む。
【００２０】
例１：公知の摩擦材料は、４５％のフィラー材料および５５％の繊維材料を含有する。繊維材料は、４０％のセルロール繊維、１０％のアラミド繊維および５％の炭素繊維を含有する。バインダは、摩擦材料を飽和させる／含浸するための１００％フェノール樹脂であり、１７５℃において４分間硬化させられる。百分率は重量による。フィラーは、当技術分野において公知のように１００％珪藻土である。
【００２１】
例２：摩擦材料１００は、４５％のフィラー材料および５５％の繊維材料を含有する。繊維材料は、４０％のセルロール繊維、１０％のアラミド繊維および５％の炭素繊維を含有する。例２のバインダは、１０％のシランを含有する。バインダは、９０質量部の固形分を有するフェノール樹脂溶液と、１０質量部の固形分を有するシランである。フェノール樹脂およびシランは、摩擦材料を飽和させる／含浸する前に、混合されて均質な溶液を達成する。飽和の前または飽和の間に、水は付加されない。なぜならば、特定の理論によって束縛されるものではないが、水の付加は、不都合なことに、シランのゲル化（架橋）反応の開始につながり得ると考えられるからである。シランの加水分解は、フェノール樹脂のフェノールとホルムアルデヒドとの反応の結果として副産物としての水の形成により、樹脂硬化の間に生じる。したがって、シランの自己架橋は、均一に分配された摩擦材料ハイブリッド複合材マトリックスを形成するために、内部で微細に分散され、飽和されかつ含浸するまで、抑制される。シランを含有する摩擦材料１００は、より長い硬化時間を必要とし、例えば、例２は、１００℃において１０分間、１７５℃において１０分間、連続して硬化させられる。百分率は重量による。例２のフィラーは、１００％珪藻土であるが、当技術分野において公知の他の無機のシリカ含有フィラー材料が、本発明の概念において使用されてもよい。
【００２２】
図３は、図１に示した摩擦材料１００を有するトルクコンバータ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したタービン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）に相対回転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。当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に係合させるように変位可能であり、これにより、トルクを、摩擦材料１００およびピストン２１６を介してカバー２０２から出力ハブ２１０へ伝達する。流体２１８は、クラッチ２１２を作動させるために使用される。
【００２３】
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。すなわち、材料１００は、当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。
【００２４】
図４Ａおよび図４Ｂは、それぞれの摩擦係数対速度をプロットしたグラフであり、公知の摩擦材料のものが図４Ａに示されており、上記の例２において配合された摩擦材料１００のものが図４Ｂに示されている。グラフのＸ方向で示す速度は、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ような材料１００に対するものであり、この場合、バインダ材料は、バインダ材料の総重量に対して１０質量％のシランを含有する。プロット３０４は、上記の例１におけるように１００％フェノール樹脂バインダを含有する公知の摩擦材料に対するものである。プロット３０２および３０４は、９０℃で、凡例に示したように７７５ｋＰａ、１９４０ｋＰａ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。
【００２５】
一般に、材料１００および公知の材料は、同様の静止摩擦係数を有する。動摩擦係数に関して、有利には、例えば、プロット３０２の１９４０ｋＰａにおける摩擦係数は、０．５６ｍ／ｓにおける点３０６から、約１．７０ｍ／ｓにおける点３１０まで増大し続け、値は、０．１３９から０．１４１μへ増大している。対照的に、プロット３０４の摩擦係数は、０．５６ｍ／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かまたは減少し、値は、０．１４１から０．１３８へ低下している。
【００２６】
もちろん、本発明の上記の例に対する変更および修正が、請求項に記載の本発明の思想または範囲から逸脱することなく、当業者にとって容易に明らかとなるべきである。特定の好適なおよび／または例としての実施の形態を参照することによって本発明が説明されているが、請求項に記載の本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】
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【図２】
2019504141.tif 000004
【図３】
2019504141.tif 000005
【図４Ａ】
2019504141.tif 000006
【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
2019504141.tif 000008
2019504141.tif 000009