(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦材の原料を混合すると共に熱硬化性樹脂を混合して一定の粒径の全材料造粒粉を成形する際に、補強材としてのウォラストナイトと熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂を用いて第１原料造粒粉を形成し、他方カーボンファイバと熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂を用いて第２原料造粒粉を形成し、これら第１及び第２原料造粒粉と銅合金粒子と熱硬化性樹脂と固体潤滑材とを加えて混合した後、その混合物の硬化温度を変えて硬度の違う全材料造粒粉を形成し、これら硬度の違う全材料造粒粉を成形型に充填すると共に加熱加圧して、気孔率１２％以上のカーボン摩擦材を製造することを特徴とするカーボン摩擦材の製造方法。
【請求項２】
前記全材料造粒粉は、ノボラック形フェノール樹脂を用い、一方の全材料造粒粉を８０〜１２０℃に加熱して半硬化状態にし、他方の全材料造粒粉を１４０〜１６０℃に加熱して半硬化状態にして、それぞれ粒径０．５〜１．０ｍｍに形成される請求項１記載のカーボン摩擦材の製造方法。
【請求項３】
一方の全材料造粒粉と他方の全材料造粒粉を６：４の割合で混ぜた状態で加熱加圧する請求項２記載のカーボン摩擦材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンクロリング等の摺動部品に一体に接合されるカーボン摩擦材の製造方法に係り、特にカーボン摩擦材の気孔率を増加させることができるカーボン摩擦材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用変速機の同期装置としてのシンクロリングには、相手ギヤコーンとの摩擦係数を高めるために摩擦材が接合される。
【０００３】
従来、摩擦材として、燒結金属等で形成されていたが、耐摩耗性に劣るため、耐摩耗性と耐熱性に優れると共に長期間使用しても摩擦係数が低下しないカーボン摩擦材が用いられるようになってきている。
【０００４】
カーボン摩擦材は、カーボン粒子、カーボンファイバ、ウォラストナイト、黄銅粒子をフェノール樹脂で固めた複合材料である。
【０００５】
本発明者は、特願２０１５−００６１１４（発明の名称：摺動部品の摩擦材の製造方法及びその摩擦材）にて、カーボンファイバとウォラストナイトをそれぞれフェノール樹脂と混合し原料造粒粉を作製し、それら原料造粒粉と黄銅粒子とフェノール樹脂を混合し予備造粒粉を作成した後、最後にカーボン粒子を混合し、一定粒径の全材料混合粉を作製し、この全材料混合粉を半硬化状態とした後、これを所定量金型にセットし、加熱・加圧してシンクロナイザーリングにカーボン摩擦材の膜を成形することを提案した。
【０００６】
このカーボン摩擦材は、従来のカーボン摩擦材の気孔率がほぼゼロであるのに対して、上記方法により成形された膜の内部気孔率は６％程度と高めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−９３１１１号公報
【特許文献２】特開平０７−２５８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、シンクロナイザーリングの摩擦面にカーボン摩擦材を用いる場合、早く同期するためには相手ギヤコーンと接触する際に油切れが良いことが求められる。そのためには気孔を通って早く油切れすることが重要である。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決すべく、気孔率をさらに増加させることができるカーボン摩擦材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために摩擦材の原料を混合すると共に熱硬化性樹脂を混合して一定の粒径の全材料造粒粉を成形する際に、その全材料造粒粉の硬化温度を変えて硬化率の違う全材料造粒粉を製造し、この硬化率の違う全材料造粒粉を成形型に充填すると共に加熱加圧して、気孔率１２％以上のカーボン摩擦材を製造することを特徴とするカーボン摩擦材の製造方法である。
【００１１】
補強材としてのウォラストナイトと熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂を用いて原料造粒粉を形成し、他方カーボンファイバと熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂を用いて原料造粒粉を形成し、これら原料造粒粉と銅合金粒子と熱硬化性樹脂と固体潤滑材とを加えて混合した後、その混合物の硬化温度を変えて硬化率の違う全材料造粒粉を形成するのが好ましい。
【００１２】
一方の全材料造粒粉の硬化率を３５〜４５％、他方の全材料造粒粉の硬化率を６０〜７０％とし、一方の全材料造粒粉と他方の全材料造粒粉を６：４の割合で混ぜた状態で加熱加圧するのが好ましい。
【００１３】
前記全材料造粒粉は、ノボラック形フェノール樹脂を用い、一方の全材料造粒粉を８０〜１２０℃に加熱して半硬化状態にし、他方の全材料造粒粉を１４０〜１６０℃に加熱して半硬化状態にして、それぞれ粒径０．５〜１．０ｍｍに形成されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、硬化率の異なる全材料造粒粉を形成し、この全材料造粒粉でカーボン摩擦材を製造することで、気孔率１２％以上のカーボン摩擦材を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のカーボン摩擦材の製造方法の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明において、フェノール樹脂の硬化率と成形品硬度の関係を示す図である。
【図３】本発明のカーボン摩擦材の製造方法を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の摺動部品の摩擦材の製造方法の一実施の形態を示したものである。
【００１８】
先ず、ウォラストナイト（ＣａＳｉＯ3）などの補強材と熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂粉とを混合し、フェノール樹脂を半硬化させて、粒径５０μｍ以上５００μｍ以下の原料造粒粉１０を造粒形成する。
【００１９】
このウォラストナイトからなる原料造粒粉１０は、ウォラストナイト１００ｍａｓｓに対してフェノール樹脂を１５ｍａｓｓ〜４０ｍａｓｓ加え、これを温度８０〜１６０℃で、０．５〜５時間加熱してフェノール樹脂を半硬化状態とし、これを粒径５０μｍ以上５００μｍ以下にして造粒形成する。
【００２０】
同様に、カーボンファイバ（線径７〜１５μｍ、長さ８０〜１３０μｍ）とフェノール樹脂粉とを混合し、フェノール樹脂を半硬化させて、粒径５０μｍ以上５００μｍ以下の原料造粒粉１１を造粒形成する。
【００２１】
このカーボンファイバからなる原料造粒粉１１は、カーボンファイバ１００ｍａｓｓに対してフェノール樹脂を１５ｍａｓｓ〜４０ｍａｓｓ加えて形成し、これを温度８０〜１６０℃で、０．５〜５時間加熱してフェノール樹脂を半硬化状態とし、これを粒径５０μｍ以上５００μｍ以下にして造粒形成する。
【００２２】
次に、原料造粒粉１０、１１をミキサー２１に投入すると共に黄銅粉などの粒径５０μｍ±２０μｍの銅合金粒子１２を加えて混合して予混合物１３とする。
【００２３】
予混合物１３の配合は、ウォラストナイトからなる原料造粒粉１０が、８ｍａｓｓ〜２０ｍａｓｓ、カーボンファイバからなる原料造粒粉１１が、８ｍａｓｓ〜２０ｍａｓｓ、銅合金粒子１２が、５ｍａｓｓ〜１５ｍａｓｓである。
【００２４】
この予混合物の１００ｍａｓｓに対して、フェノール樹脂を１０ｍａｓｓ〜２５ｍａｓｓ加えて樹脂添加混合物１５とした後、樹脂添加混合物１５に１００ｍａｓｓ対して、固体潤滑材としてのミルフィーユカーボン１６を４５ｍａｓｓ〜５５ｍａｓｓ加えて全材料混合物１７とする。
【００２５】
ミルフィーユカーボン１６は、スーペリアグラファイト社製のか焼コークスであり、石油系直留重質油、コールタールピッチなどを流動層内で、２５０〜４５０℃の間で加熱して得られたもので、コールタールピッチなどの成分留である軽質留分が蒸発してメソフェーズ状の薄片状の皮が層状に重なって粒状に形成されるもので、皮の厚さが５〜２０μｍ、枚数が３〜１０枚で、粒径が５０〜５００μｍのメソフェーズ球体からなる。
【００２６】
ミルフィーユカーボン１６を加えた全材料混合物１７に、熱を加えてフェノール樹脂１４を半硬化状態とすると共にこれを０．５〜１．０ｍｍの全材料造粒粉１８ａ、１８ｂとする。
【００２７】
本発明においては、半硬化状態の全材料造粒粉１８ａ、１８ｂを作製する際に、フェノール樹脂として、ノボラック形フェノール樹脂を用い、そのノボラック形フェノール樹脂の硬化率を変えて、一方の全材料造粒粉１８ａの硬化率が４０％（３５〜４５％の範囲で硬化率を任意に設定）、他方の全材料造粒粉１８ｂの硬化率が６５％（６０〜７０％の範囲で硬化率を任意に設定）と硬化率の違う２種類の全材料造粒粉１８ａ、１８ｂを作製する。
【００２８】
この全材料造粒粉１８ａ、１８ｂの作製は、原料造粒粉１０、１１の作製時と全材料造粒粉１８ａ、１８ｂの作製時の双方で硬化率を変えるようにしても、或いは全材料造粒粉１８ａ、１８ｂを作製時に硬化率を変えるようにしても良い。
【００２９】
硬化率を変える場合、一方の全材料造粒粉１８ａを８０〜１２０℃、好ましくは１００℃で加熱して半硬化状態とし、他方の全材料造粒粉１８ｂを１４０〜１６０℃、好ましくは１５０℃で加熱して半硬化状態とする。
【００３０】
この硬化率の違う全材料造粒粉１８ａ、１８ｂを、硬化率が４０％と軟らかい一方の半硬化全材料造粒粉１８ａと、硬化率が６５％と硬い他方の半硬化全材料造粒粉１８ｂとを、６：４の割合で混合し、これを成形型２２Ａ、２２Вに充填し、加熱、加圧することで、カーボン摩擦材２０が成形される。
【００３１】
成形されたカーボン摩擦材２０は、全材料造粒粉１８ａ、１８ｂが、０．５〜１．０ｍｍの範囲で一定の粒径のものを用いて成型されるため、全材料造粒粉１８ａ、１８ｂ同士が加熱、加圧されても全材料造粒粉１８ａ、１８ｂ同士の空間が保持されて、内部に気孔が形成されると共に内部の気孔同士が繋がって形成される。特に、硬化率が６５％と硬い他方の半硬化全材料造粒粉１８ｂは、加熱加圧される際に潰れにくく、気孔率を高く保つことができ、これにより先願では得られなかった気孔率１２％以上、具体的には、１３％のカーボン摩擦材を得ることが可能となる。
【００３２】
気孔率を１３％と高くすることにより、気孔内に流入した潤滑油は移動可能となり、摩擦により発生する熱を潤滑油で放熱することが可能となる。
【００３３】
このカーボン摩擦材２０は、成型後に摺動部品に貼り付けるようにしても或いは成形と共に摺動部品に接合するようにしてもいずれでもよい。
【００３４】
図１においては、シンクロリングのリング粗材１９に予め接着剤３０を塗布して乾燥し、これを成形型２２Ａにセットし、リング粗材１９と成形型２２В間に、全材料造粒粉１８ａ、１８ｂを充填した後、加熱、加圧（温度１８０℃〜２００℃、圧力１００〜４００ｋｇ／ｃｍ2、時間３０分）することで、カーボン摩擦材２０の成形と共にリング粗材１９に接合する。
【００３５】
接合後は、カーボン摩擦材２０の表面を所定の厚さ（０．７ｍｍ）になるように切削して仕上げ加工してシンクロリングとする。
【００３６】
図２は、フェノール樹脂の硬化率と成形品硬度（ロックウエル硬度ＨＲＲ）の関係を示したもので、硬化率４０％では、ロックウエル硬度ＨＲＲが１２０、硬化率６５％では、ロックウエル硬度ＨＲＲが１３０と硬くなる。これにより、加圧時に硬度の高い全材料造粒粉１８ｂは潰れにくく流動し難く、また硬度の低い全材料造粒粉１８ａは、流動性があり接着性があるため、製品全体の強度を向上させることができる。
【００３７】
図３は、シンクロリングを製造する工程図を示したものである。
【００３８】
先ず、粗材を鍛造にてリング状に形成し、さらに所定の寸法となるように加工する。
【００３９】
次に浸炭焼き入れしたものを鉄基材とする（Ｓ１）、摩擦材を接合する面にショットブラストを行って表面を粗面化する（Ｓ２）。
【００４０】
粗面化した鉄基材に摩擦材を直接成形するカーボンコンポジット（ＣＣ）成膜を行い（Ｓ３）、その後成膜した摩擦材の表面を仕上げ加工し（Ｓ４）、検査（Ｓ５）を行ってシンクロリングの製品とする。
【００４１】
カーボンコンポジット成膜（Ｓ３）は、鉄基材を粗面化した面に接着剤を塗布・乾燥（Ｓ３−１）し、これを成形型にセットし（Ｓ３−２）、その成形型内に、図１で説明した硬度の違う全材料造粒粉製造（Ｓ３−４）工程で、別途製造した全材料造粒粉１８ａ、１８ｂである原料を充填し（Ｓ３−３）、加熱加圧成形（Ｓ３−５）することで、粗面化した面に接着剤で接合された摩擦材が成形され、その後、成形型の型ばらし（Ｓ３−６）が行われて、カーボンコンポジット成膜（Ｓ３）が完了する。
【００４２】
このように、本発明は、硬化率の違う２種の全材料造粒粉を用いてカーボン摩擦材を加熱加圧成形することで、気孔率１３％にすることが可能となる。
【００４３】
先願の発明では、全材料造粒粉を１００℃で半硬化していたが、１００℃では軟らかいため、最後に加熱・加圧成膜する際に流動し全材料混合粉内部の気孔が潰され、また、全材料混合粉同士の粒界に気孔ができにくく、気孔率が６％程度になっていたものの、本発明では、カーボン摩擦材の膜の硬さは先願と同等のまま気孔率を６％から１３％にすることができた。これによりシンクロ時の油切れが改善され、同期時間を短くすることができた。
【００４４】
このように本発明は、半硬化温度１００℃の全材料造粒粉１８ａに加えて１５０℃の全材料造粒粉１８ｂを用意し、これらをそれぞれ６：４の割合で混ぜた状態で加熱・加圧する。これにより１５０℃処理品は硬化が進んでいるため流動しにくく混合粉内部の気孔が潰されにくく気孔が残る。また、全材料造粒粉１８ａ、１８ｂ同士の粒界に気孔ができやすくなる。この場合、すべて１５０℃処理してしまうと粒界の接着性が損なわれ膜強度が落ちるため、全材料造粒粉１８ｂを４の割合で１００℃処理の全材料造粒粉１８ａに配合することで気孔率のアップと膜強度維持両方を満たす膜とすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  原料造粒粉
１８ａ、１８ｂ  全材料造粒粉
２０  カーボン摩擦材
２２Ａ、２２Ｂ  成形型
【図１】
0006641932.tif 000002
【図２】
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【図３】
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