(57)【要約】　　　（修正有）【課題】従来技術のものと比較して信頼性がありかつ改良された特性を有する、改良された摩擦材料を提供する。さらに、改良された"耐シャダ"、耐"ホットスポット"性、高い耐熱性、高い摩擦安定性及び耐久性、並びに強度を有する摩擦材料を提供する。【解決手段】摩擦材料は、基材を有する第１の層及び基材の上面の実質的に対称な幾何学的形状を有する少なくとも１つのタイプの摩擦調整粒子を有する第２の層を有する。第２の層は、平均厚さ約３０〜約２００ミクロン及び表面積被覆約８０〜約１００％を有し、これによって、上層は第１の層よりも低い流体浸透性を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基材及び少なくとも１つのタイプの樹脂材料を含む第１の層、並びに該基材の上面の少なくとも１つのタイプの摩擦調整粒子を含む第２の層を含み、該摩擦調整粒子は少なくとも１つのタイプの実質的に対称な幾何学的形状を有し、前記第２の層は平均厚さ約３０〜約２００ミクロンを有する、摩擦材料において、上層は前記第１の層よりも低い流体浸透性を有する、摩擦材料。
【請求項２】
　前記摩擦調整粒子の層は厚さ約６０〜約１００ミクロンを有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項３】
　前記上層は、半径方向での前記第１の層よりも低い浸透性及び垂直方向での前記第１の層よりも低い浸透性を有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項４】
　前記摩擦調整粒子は、平均直径サイズ約０．１〜約８０ミクロンを有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項５】
　前記摩擦調整粒子は、平均直径サイズ約０．５〜約２０ミクロンを有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項６】
　前記基材は平均空隙容量約５０〜約８５％を有する、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項７】
　前記摩擦調整粒子はシリカ粒子を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項８】
　前記摩擦調整粒子はセライト粒子を含む、請求項７に記載の摩擦材料。
【請求項９】
　前記摩擦調整粒子はケイソウ土を含む、請求項７に記載の摩擦材料。
【請求項１０】
　前記摩擦調整粒子は炭素粒子とシリカ粒子との混合物を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１１】
　前記セライトは略平らなまたはディスク形状を有する、請求項７に記載の摩擦材料。
【請求項１２】
　セライトの粒子は約２〜約２０ミクロンの範囲にわたるサイズを有する、請求項８に記載の摩擦材料。
【請求項１３】
　前記摩擦調整粒子は金属酸化物を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１４】
　前記摩擦調整粒子は窒化物を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１５】
　前記摩擦調整粒子は炭化物を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１６】
　前記基材は繊維質基材を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１７】
　前記基材は不織布繊維質材料である、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１８】
　前記基材は織物状繊維質材料である、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項１９】
　前記基材は、約１５〜約２５％の綿、約４０〜約５０％のアラミド繊維、約１０〜約２０％の炭素繊維、約５〜約１５％の炭素粒子、及び約５〜約１５％のセライトを含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項２０】
　前記摩擦材料の前記上層は、前記繊維質基材中の繊維及び充填材に堆積したシリカ摩擦調整粒子を含む、請求項１９に記載の摩擦材料。
【請求項２１】
　前記繊維質基材は平均細孔直径約５〜約１０ミクロンを有する、請求項１７に記載の摩擦材料。
【請求項２２】
　前記基材は、約１０〜約５０重量％のより少なくフィブリル化したアラミド繊維、約１０〜約３５重量％の活性炭粒子、約５〜約２０重量％の綿繊維、約２〜約１５重量％の炭素繊維、及び約１０〜約３５重量％の充填材料を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項２３】
　前記樹脂は、少なくとも１種のフェノール樹脂、少なくとも１種の変性フェノール樹脂、少なくとも１種のシリコーン樹脂、少なくとも１種のシリコーン変性樹脂、少なくとも１種のエポキシ樹脂、少なくとも１種のエポキシ変性樹脂、及び上記の混合物を含む、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項２４】
　前記樹脂は、少なくとも１種のフェノール樹脂と少なくとも１種のシリコーン樹脂との混合物を含み、該樹脂混合物中のシリコーン樹脂の量は、前記樹脂混合物の重量を基準として約５〜約８０重量％の範囲にわたる、請求項１に記載の摩擦材料。
【請求項２５】
　前記フェノール樹脂は、溶媒材料中に存在し、前記シリコーン樹脂は、前記フェノール樹脂の前記溶媒材料と相溶性がある溶媒材料中に存在する、請求項２３に記載の摩擦材料。
【請求項２６】
　シリコーン−フェノール樹脂混合物中に存在するシリコーン樹脂の量は、前記混合物の重量を基準として約２０〜約２５重量％の範囲にわたる、請求項２３に記載の摩擦材料。
【請求項２７】
　前記シリコーン−フェノール樹脂混合物中に存在するシリコーン樹脂の量は、前記混合物の重量を基準として約１５〜約２５重量％の範囲にわたる、請求項２３に記載の摩擦材料。
【請求項２８】
　前記変性フェノール樹脂は、少なくとも１種のエポキシフェノール樹脂を含む、請求項２３に記載の摩擦材料。
【請求項２９】
　前記エポキシフェノール樹脂中に存在するエポキシ樹脂の量は、前記エポキシフェノール樹脂の重量を基準として約５〜約２５重量％の範囲にわたる、請求項２３に記載の摩擦材料。
【請求項３０】
　前記エポキシフェノール樹脂中に存在するエポキシ樹脂の量は、前記エポキシフェノール樹脂の重量を基準として約１０〜約１５重量％の範囲にわたる、請求項２３に記載の摩擦材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、少なくとも１つのタイプの硬化可能な樹脂で飽和させた基材を含む第１の層すなわち下層と、対称な幾何学的形状を有する少なくとも１つのタイプの摩擦調整粒子を含む第２の層すなわち上層とを有する摩擦材料に関する。本発明の摩擦材料は、高い摩擦係数特性及び極めて高い耐熱性を有する。本摩擦材料はまた、改良された強度、耐摩耗性及び耐ノイズ性を有する。
【０００２】
　　背景技術
　連続スリップトルクコンバータとシフティングクラッチシステムとを有する新しくかつ先進の連続トルクトランスミッションシステムが、自動車業界により開発されつつある。こうした新システムはしばしば、高エネルギー要件を伴う。従って、摩擦材料技術をも開発することで、こうした先進のシステムのますます増大しつつあるエネルギー要件を満たさなければならない。
【０００３】
　特に、新しく高性能で耐久性のある摩擦材料が必要である。新しい摩擦材料は、表面速度が約６５m／秒にまでなるような高速度に耐えることができなければならない。また摩擦材料は、約１５００psiまでの高フェーシングライニング圧力に耐えることができなければならない。また摩擦材料は、限定された潤滑条件下で有用であることも重要である。
【０００４】
　先進のシステムにおいて有用であるためには、摩擦材料は、耐久性がありかつ高い耐熱性を有しなければならない。摩擦材料は、高温で安定であり続けなければならないだけではなく、使用条件下で発生する高熱を迅速に放散できなければならない。
【０００５】
　新システムの係合及び切り離しの最中に高速度が生じているということは、摩擦材料は、係合の間じゅう終始比較的一定の摩擦を維持できなければならないということを意味する。摩擦係合が、広範囲の速度と温度とにわたって比較的一定であり、それにより、制動の最中の材料の“シャダリング”または１つのギヤから別のギヤへのパワーシフトの最中のトランスミッションシステムの“シャダリング”を最小にすることが重要である。また摩擦材料は、摩擦係合の間中、摩擦材料にノイズまたは“甲高い音”が生じないように、所望のトルク曲線形状を有することも重要である。
【０００６】
　特に、トランスミッションシステム及びトルクオンデマンドシステムは、主として燃料効率及び運転の快適さのために、スリッピングクラッチを取り入れている。こうしたシステム内部のスリップクラッチの役割は、車両発進装置の例えば湿式スタートクラッチからトルクコンバータクラッチまで変化する。動作条件によって、スリップクラッチは、次の３つの主要なクラスに区分することができる：（１）低圧及び高スリップ速度のクラッチの例えば湿式スタートクラッチ；（２）高圧及び低スリップ速度のクラッチの例えばコンバータクラッチ；並びに（３）極低圧及び低スリップ速度のクラッチの例えばニュートラルからアイドルのクラッチ。
【０００７】
　スリップクラッチの全ての用途に関わる主要な性能の関心事は、シャダの予防及び摩擦界面のエネルギー管理である。シャダの発生は、摩擦材料の摩擦特性、かみ合う面（mating surface）の硬さ及び粗さ、油膜の保持及び表面の油の流れ、潤滑剤の化学的性質及び相互作用、クラッチの動作条件、動力伝達装置の組み立て及びハードウェアの心合わせ、並びに動力伝達装置の汚染を含む多くの要因によるとすることができる。摩擦界面のエネルギー管理は、主として界面温度の制御と関係があり、ポンプ容量、油の流れの経路及び制御方法によって影響される。摩擦材料表面の設計も、界面エネルギー管理の効率に寄与する。
【０００８】
　以前には、温度安定性のためにアスベスト繊維を摩擦材料中に含ませていた。健康及び環境の問題が原因となって、アスベストはもはや使用されていない。より最近の摩擦材料においては、含浸用の紙または繊維材料を、フェノール樹脂またはフェノール変性樹脂類を用いて修正することで、摩擦材料中にアスベストの無いことを克服しようと試みてきた。しかしながらこうした摩擦材料は、発生した高熱を迅速に放散せず、かつ、現在開発中の高速度システム中に使用するために現在必要とされる、必要な耐熱性と満足の行く高摩擦係数性能とを有していない。
【０００９】
　Kearseyの米国特許第5,585,166号は、多孔質基体層（セルロース及び合成繊維、充填材並びに熱硬化性樹脂）及び多孔質摩擦層（熱硬化性樹脂中の不織布合成繊維）を有する多層摩擦ライニングを説明しており、ここで、摩擦層は基体層よりも高い多孔性を有する。
【００１０】
　Seitzの米国特許第5,083,650号参考文献は、多工程の含浸及び硬化方法を含む；すなわち、紙にコーティング組成物を含浸させ、炭素粒子を紙表面に置き、紙中のコーティング組成物を部分的に硬化し、第２のコーティング組成物を、部分的に硬化済みの紙に施用し、最後に両方のコーティング組成物を硬化する。
【００１１】
　様々な紙ベースの繊維質材料が、摩擦材料中に使用するために開発されており、これは、本発明における譲受人であるボーグワーナーＩｎｃ．（BorgWarner Inc.）によって共有されている。この参考文献を、本明細書において参考のために完全に引用する。
【００１２】
　特に、Lam et al.の米国特許第5,998,307号は、硬化可能な樹脂を含浸させた一次繊維質基材を有する摩擦材料に関し、ここで、多孔質の一次層は、少なくとも１種の繊維質材料を含み、二次層は、一次層の表面の少なくとも約３〜約９０％を被覆する炭素粒子を含む。
【００１３】
　Lam et al.の米国特許第5,858,883号は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛、及び少なくとも１つのタイプの充填材の一次層と、一次層の表面の炭素粒子を含む二次層と、を有する基材に関する。
【００１４】
　Lam et al.の米国特許第5,856,224号は、硬化可能な樹脂を含浸させた基材を含む摩擦材料に関する。一次層は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛、及び充填材を含み；二次層は、炭素粒子及び歩留まり向上剤を含む。
【００１５】
　Lam et al.の米国特許第5,958,507号は、摩擦材料の製造方法に関し、ここで、より少なくフィブリル化したアラミド繊維を含む繊維質材料の少なくとも１つの表面の約３〜約９０％に、炭素粒子をコーティングする。
【００１６】
　Lamの米国特許第6,001,750号は、硬化可能な樹脂を含浸させた繊維質基材を含む摩擦材料に関する。多孔質の一次層は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、炭素粒子、炭素繊維、充填材料、フェノールノボロイド繊維、及び所望により綿繊維を含む。二次層は、表面の約３〜約９０％を被覆する炭素粒子を含む。
【００１７】
　さらに別の共有されている特許出願第09/707,274号は、一次層の表面積の約３〜約９０％を被覆する摩擦調整粒子を有する多孔質の一次繊維質基材層を有する紙タイプの摩擦材料に関する。
【００１８】
　加えて、様々な紙タイプの繊維質基材は、共有されているボーグワーナーＩｎｃ．、Lam et al.の米国特許第5,753,356号、及び同第5,707,905号に説明されており、これは、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、人造黒鉛及び充填材を含む基材を説明しており、こうした参考文献も、本明細書において参考のために完全に引用する。
【００１９】
　別の共有されているLamの米国特許第6,130,176号は、より少なくフィブリル化したアラミド繊維、炭素繊維、炭素粒子及び充填材を含む非金属でかつ紙タイプの繊維質基材に関する。
【００２０】
　全てのタイプの摩擦材料にとって、“湿式”用途において有用であるためには、摩擦材料は広く様々な許容可能な特性を有しなければならない。摩擦材料は、良好な耐シャダ特性を有しなければならず；高い耐熱性を有し、また熱を速やかに放散できなければならず；長く持続し、安定で、むらのない摩擦性能を有しなければならない。こうした特性のいずれかが満たされない場合、摩擦材料の最適性能は実現されない。
【００２１】
　また、適切な含浸用樹脂を摩擦材料中に使用して、高エネルギー用途の摩擦材料を形成することも重要である。摩擦材料は、使用最中にブレーキ液またはトランスミッションオイルが摩擦材料にしみ込んだ時に、使用最中の良好なせん断強度を有しなければならない。
【００２２】
　従って、本発明の目的は、従来技術のものと比較して信頼性がありかつ改良された特性を有する、改良された摩擦材料を提供することにある。
　本発明のさらなる目的は、改良された“耐シャダ”、耐“ホットスポット”性、高い耐熱性、高い摩擦安定性及び耐久性、並びに強度を有する摩擦材料を提供することにある。
【００２３】
　　発明の要約
　本発明は、基材及び少なくとも１つのタイプの樹脂材料を含む第１の層、並びに基材の上面の少なくとも１つのタイプの摩擦調整粒子を含む第２の層を有する摩擦材料に関する。摩擦調整粒子は、少なくとも１つのタイプの実質的に対称な幾何学的形状を有する。特定の具体例においては、第２の層は平均厚さ約３０〜約２００ミクロンを有し、これによって、上層は第１の層よりも低い流体浸透性を有する。特定の好適な具体例においては、摩擦調整粒子は略平らなまたはディスク形状を有する。
【００２４】
　　発明の詳細な説明
　上記に検討した要件を実現するために、使用最中に生じる条件と同様の条件下で、多くの摩擦材料を、摩擦と耐熱性特性とに関して評価した。市販の摩擦材料を調査して、高エネルギー用途での使用には適していないことが判明した。
【００２５】
　本発明によれば、摩擦材料は、基材と基材の上面または外側表面の摩擦調整材料の実質的に均一な層との全体にわたる、硬化可能な樹脂の均一な分散を有する。
　規則的な幾何学的形状の摩擦調整粒子の上層すなわち第２の層を、基材の第１の面すなわち上面に堆積させる。基材の表面に上層として摩擦調整材料が存在することで、摩擦表面全体にわたる良好な油保持及び類のない油の流れを含む多くの有利な特性を有する摩擦材料が得られる。
【００２６】
　１態様においては、基材は、摩擦調整粒子の上層よりも多孔質である。従って、本発明の１態様によれば、上層は、垂直方向で基材層よりも低い浸透性を有する。微小で硬質であり固体の規則的な山−谷タイプの表面トポグラフィに加えて上層のより低い垂直流体浸透性が理由となって、油が摩擦表面に残存し、摩擦表面全体にわたる油の流れのチャネルを生成する。従って、有効な表面冷却機構及び一定の表面潤滑が実現される。この類のない特徴、すなわち、類のない表面構造は、本発明の材料をスリッピングクラッチ用途において非常に耐久性があるものにする。加えて、摩擦調整粒子の対称で円形の形状は、粒子の不規則な形状を有する他の摩擦材料よりもはるかに少ないアブレシブ磨耗を有する摩擦材料を与える。
【００２７】
　別の態様においては、本発明は、少なくとも１つのタイプの硬化可能な樹脂で飽和させた基材と、規則的な幾何学的形状を有する少なくとも１つのタイプの摩擦調整粒子とを含む摩擦材料に関する。摩擦調整粒子の規則的な幾何学的形状は、表面の油保持及び摩擦材料への油の流れの改良を与える。
【００２８】
　本発明の１態様においては、規則的な幾何学的形状を有する摩擦調整材料は、セライトの円形で平らなディスクを含む。上層として基材に施用した場合、円形で平らなディスクのような規則的な幾何学的形状を有する摩擦調整粒子は、摩擦表面の油保持及び油の流れを改良する類のない表面積層パターンを与える。
【００２９】
　本発明の１態様においては、基材の平均空隙容量は約５０％〜約８５％である。特定の具体例においては、基材は、平均細孔／空隙／間隙直径約５μmを有する。
　さらに、特定の具体例においては、摩擦調整粒子は、シリカ、セライト粒子を含み、特定の他の具体例においては、ケイソウ土を含む。本発明の１特定の態様においては、摩擦調整粒子は、規則的な形状を有するセライトを含む。本発明の摩擦において使用する摩擦調整材料は、対称な幾何学的形状のような好ましい幾何学的形状を有することができる。対称な形状の摩擦調整粒子の積層の微小で硬質であり固体の規則的な山−谷タイプの表面トポグラフィが原因となって、対称な幾何学的形状の摩擦調整粒子は、ある量の潤滑剤を摩擦表面に保持するように、かつ、摩擦表面全体にわたる油の流れのチャネルを生成するように働く。特定の具体例においては、セライトは一般的に対称な形状を有するので摩擦調整材料として有用である。使用中に、上部の幾何学的形状の摩擦調整粒子層の表面の油または流体の層は、油の流れの膜を表面に維持し、従って、油または流体が最初に摩擦材料中に浸透するのをより困難にする。上部摩擦調整材料層は、流体潤滑剤を表面に保持し、摩擦材料の油保持容量を増大させる。本発明の摩擦材料は従って、油膜が表面に残存することを可能にする。これは、良好な摩擦係数特性及び良好なスリップ耐久性特性を与える。
【００３０】
　材料がいかに速く摩擦材料を通って流れるかという液体浸透性を測定することで、流体材料が本発明の上層によりゆっくり浸透する（上層を通して流体を押すのがより困難なので）のが分かる。
【００３１】
　摩擦材料は、基材の第１の面すなわち上面に、規則的な幾何学的形状の摩擦調整粒子の上層すなわち第２の層をさらに含む。基材の表面に上層として摩擦調整材料が存在することで、良好な油保持及び表面の油の流れの特性を含む多くの有利な特性を有する摩擦材料が得られる。
【００３２】
　さらに他の具体例においては、規則的な幾何学的形状の摩擦調整粒子は、他の摩擦調整粒子の例えば金属酸化物、窒化物、炭化物をさらに含むことができ、さらなる具体例においては、炭素粒子とシリカ粒子との混合物を含むことができることは、本発明の予測される範囲内である。
【００３３】
　こうした具体例としては、例えば、シリカ酸化物、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化チタン及びその他同様なもの；シリカ窒化物、窒化鉄、窒化アルミニウム、窒化チタン及びその他同様なもの；並びにシリカ炭化物、炭化鉄、炭化アルミニウム、炭化チタン及びその他同様なものが挙げられることもまた、本発明の予測される範囲内である。
【００３４】
　様々な基材が本発明の摩擦材料において有用であり、こうした基材としては、例えば、布材料、織物状材料及び／または不織布材料を含む非アスベスト基材が挙げられる。適切な基材としては、例えば、繊維及び充填材が挙げられる。繊維は、有機繊維、無機繊維及び炭素繊維とすることができる。有機繊維は、アラミド繊維の例えばフィブリル化アラミド繊維及び／または非フィブリル化アラミド繊維、アクリル繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリアミド繊維、綿／セルロース繊維及びその他同様なものとすることができる。充填材は、例えば、シリカ、ケイソウ土、黒鉛、アルミナ、カシュー粉（cashew dust）及びその他同様なものとすることができる。
【００３５】
　他の具体例においては、基材は、織物状材料、不織布材料、及び紙材料を含むことができる。さらに、本発明において有用な様々なタイプの基材の例は、上記に参照したボーグワーナーの米国特許において開示されており、これを、本明細書において参考のために完全に引用する。しかしながら、本発明の他の具体例はさらに異なる基材を含むことができることは理解できるはずである。
【００３６】
　特定の具体例においては、摩擦材料は、内部に複数の空隙または間隙を有する基材を含む。基材中の空隙のサイズは、０．５μm〜約２０μmの範囲にわたることができる。
　特定の具体例においては、基材は好ましくは空隙容量約５０〜約６０％を有し、これによって、基材は、“多孔質”の織物状材料と比較して“緻密”であるとみなされる。特定の具体例においては、基材は、任意の適切な材料の例えば繊維質基材とすることができる。摩擦材料は、基材中の空隙を少なくとも部分的に充填する樹脂材料をさらに含む。樹脂材料は、基材の厚さ全体にわたって実質的に均一に分散する。
【００３７】
　特定の具体例においては、基材は繊維質基材を含み、ここで、より少なくフィブリル化した繊維と炭素繊維とを繊維質基材中に使用して、望ましい細孔構造を摩擦材料に与える。繊維の幾何学的形状は、向上した耐熱性を与えるだけではなく、耐層間剥離性と耐スキール性または耐ノイズ性とを与える。また、特定の具体例においては、炭素繊維と炭素粒子との存在は、繊維質基材の耐熱性を向上し、安定した摩擦係数を維持し、耐スキール性を向上する助けとなる。繊維質基材中に比較的少量の綿繊維を含ませて、摩擦材料のクラッチ“慣らし運転”特性を改良することができる。
【００３８】
　より少なくフィブリル化したアラミド繊維と炭素繊維とを繊維質基材中に使用することで、高温に耐える摩擦材料の能力が改良される。より少なくフィブリル化したアラミド繊維は一般に、コア繊維に結合したフィブリルをほとんど有しない。より少なくフィブリル化したアラミド繊維を使用することで、より多孔質の構造を有する摩擦材料が得られる；すなわち、典型的なフィブリル化アラミド繊維を使用した場合よりも大きな細孔が存在する。多孔質構造は一般に、孔径と液体浸透性とによって定義される。特定の具体例においては、繊維質基材では、細孔の平均サイズは直径約２．０〜約２５ミクロンの範囲に限定される。特定の具体例においては、平均孔径は直径約２．５〜約８ミクロンの範囲にわたり、摩擦材料は、少なくとも約５０％、特定の具体例においては少なくとも約６０％以上、特定の具体例においては約８５％以下の容易に利用可能な空隙を有した。
【００３９】
　また、特定の具体例においては、アラミド繊維は、約０．５〜約１０mmの範囲にわたる長さと約３００を超えるカナダ標準形ろ水度（ＣＳＦ）とを有することが望ましい。特定の具体例においては、ＣＳＦ約４５０〜約５５０、好ましくは約５３０以上；他の特定の具体例においては、約５８０〜６５０以上、好ましくは約６５０以上を有するより少なくフィブリル化したアラミド繊維を使用することも望ましい。それに反して、より多くフィブリル化した繊維の例えばアラミドパルプは、ろ水度約２８５〜２９０を有する。
【００４０】
　“カナダ標準形ろ水度”（Ｔ２２７　ｏｍ−８５）とは、繊維のフィブリル化度は、繊維のろ水度の測定値で表わすことができることを意味する。ＣＳＦ試験は、１リットルの水中の３グラムの繊維の懸濁液を排水できる速度の任意の尺度を与える実験的手順である。従って、より少なくフィブリル化したアラミド繊維は、より多くフィブリル化したアラミド繊維よりも高いろ水度すなわち摩擦材料からの流体のより大きい排水速度を有する。約４３０〜６５０（特定の具体例においては、好ましくは約５８０〜６４０、または好ましくは約６２０〜６４０）の範囲にわたるＣＳＦを有するアラミド繊維を含む摩擦材料は、優れた摩擦性能を提供し、また、従来のより多くフィブリル化したアラミド繊維を含む摩擦材料よりも良好な材料特性を有する。繊維長がより大きいことは、高いカナダろ水度に加えて、摩擦材料に高強度、高多孔性及び良好な耐摩耗性を与える。より少なくフィブリル化したアラミド繊維（ＣＳＦ約５３０〜約６５０）は、特に良好な長期耐久性と安定した摩擦係数とを有する。
【００４１】
　様々な充填材も、本発明の繊維質基材の一次層において有用である。特に、シリカ充填材の例えばケイソウ土は有用である。しかしながら、他のタイプの充填材が本発明において使用するために適切であることと、精選された充填材は、摩擦材料の個々の要件によって異なることとは予測される。
【００４２】
　特定の具体例においては、綿繊維を本発明の繊維質基材に加えることで、繊維質材料により高い摩擦係数を与える。特定の具体例においては約５〜約２０％、特定の具体例においては約１０％の綿も、繊維質基材に加えることができる。
【００４３】
　上記に参考のために引用した米国特許第6,130,176号に説明するように、繊維質基材の一次層のための配合物の１例は、約１０〜約５０重量％のより少なくフィブリル化したアラミド繊維、約１０〜約３５重量％の活性炭粒子、約５〜約２０重量％の綿繊維、約２〜約１５重量％の炭素繊維、及び約１０〜約３５重量％の充填材料を含む。
【００４４】
　特定の他の具体例においては、有用であることが見い出された１特定の配合物は、約３５〜約４５重量％のより少なくフィブリル化したアラミド繊維、約１０〜約２０重量％の活性炭粒子、約５〜約１５重量％の綿繊維、約２〜約２０重量％の炭素繊維、及び約２５〜約３５重量％の充填材を含む。
【００４５】
　特定の具体例においては、基材は、約１５〜約２５％の綿、約５０％のアラミド繊維、約２０％の炭素繊維、約１５％の炭素粒子、約１５％のセライト、及び所望により追加で（add-on）約３％のラテックスを含む。
【００４６】
　他の具体例においては、基材は、約１５〜約２５％の綿、約４０〜約５０％のアラミド繊維、約１０〜約２０％の炭素繊維、約５〜約１５％の炭素粒子、約５〜約１５％のセライト、及び所望により追加で約３％のラテックスを含む。
【００４７】
　基材が、より高い平均細孔直径（mean pore diameter）と流体浸透性とを有する場合、摩擦材料は、摩擦材料の多孔質構造全体にわたる自動変速機油のより良好な流れが理由となって、恐らくより低温で動作するかまたはトランスミッション中に発生する熱がより少ないと思われる。トランスミッションシステムの動作中に、特に高温では、流体は時間と共に分解し、“油堆積物”を形成する傾向がある。こうした“油堆積物”は、細孔の開口部を減少させる。従って、摩擦材料が最初により大きな細孔を有する場合、摩擦材料の耐用寿命の間中、より多くの開放気孔が残存する。
【００４８】
　基材の一次層の上層として摩擦調整粒子を使用することで、基材に所望の三次元構造を与える。
　本発明の摩擦材料は、上部摩擦調整粒子層の類のない三次元構造が理由となって、油膜が表面に残存することを可能にする。これはまた、摩擦特性の良好な安定性及び良好なスリップ耐久性特性を与える。基材の上面の摩擦調整粒子は、得られた摩擦材料に改良された三次元構造を与える。
【００４９】
　特定の具体例においては、上層を形成する摩擦調整粒子の平均被覆面積は、表面積の約８０〜約１００％の範囲内である。特定の他の具体例においては、平均被覆面積は、約９０〜約１００％の範囲にわたる。摩擦調整粒子は、基材の上面に、好ましい平均厚さとして約３５〜約２００ミクロンで実質的に残存する。特定の具体例においては、上層は、好ましい平均厚さとして約６０〜約１００ミクロン、特定の具体例においては、約７５〜約８５ミクロンを有する。
【００５０】
　基材の表面の摩擦調整粒子の堆積済みの層の均一性を実現するために、直径約０．１５〜約８０ミクロン、特定の具体例においては約０．５〜約２０ミクロンの範囲にわたることがある粒子のサイズを使用する。特定の具体例においては、粒子は、平均粒子直径約１２ミクロンを有する。特定の具体例においては、摩擦調整粒子のサイズが大き過ぎるか小さ過ぎる場合、所望の最適三次元構造は実現されず、従って熱放散及び耐シャダ特性も同様に最適ではないことが発見されている。
【００５１】
　基材の表面の摩擦調整粒子の被覆の量を十分に厚くし、これによって、摩擦調整粒子の層が、摩擦調整材料の個別の粒子と個々の粒子間の空隙または間隙とで構成される三次元構造を有するようにする。特定の具体例においては、（摩擦調整粒子の）上層は、（基材の）下層程多孔質ではない。
【００５２】
　様々なタイプの摩擦調整粒子が、摩擦材料において有用である。１具体例においては、有用な摩擦調整粒子としては、シリカ粒子が挙げられる。他の具体例は、摩擦調整粒子の例として樹脂粉末の例えばフェノール樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びこれらの混合物を有することができる。さらに他の具体例としては、部分的及び／または完全に炭化した炭素粉末及び／または粒子及びこれらの混合物；並びにこのような摩擦調整粒子の混合物が挙げられる。特定の具体例においては、シリカ粒子の例えばケイソウ土、セライト（登録商標）、セラトム（Celatom）（登録商標）、及び／または二酸化ケイ素は特に有用である。シリカ粒子は、基材に強く結合する廉価な無機材料である。シリカ粒子は、摩擦材料に高い摩擦係数を与える。シリカ粒子はまた、基材に平滑な摩擦表面を与え、摩擦材料に良好な“シフト感触”と摩擦特性とを与え、これによって、いかなる“シャダ”も最小になるようにする。
【００５３】
　特定の具体例においては、本発明の摩擦において摩擦材料の上層を構成する摩擦調整材料は、不規則な形状を有することができる。不規則な形状の摩擦調整粒子の表面の多くの陥入（invagination）の毛管作用が理由となって、不規則な形状の摩擦調整粒子は、所望の量の潤滑剤を基材の表面に保持するように働く。特定の具体例においては、シリカ材料の例えばセライトは、不規則なまたは粗い表面を有するので摩擦調整材料として有用である。
【００５４】
　摩擦材料に、様々な樹脂系を使用して含浸させることができる。特定の具体例においては、少なくとも１種のフェノール樹脂、少なくとも１種の変性フェノールベースの樹脂、少なくとも１種のシリコーン樹脂、少なくとも１種の変性シリコーン樹脂、少なくとも１種のエポキシ樹脂、少なくとも１種の変性エポキシ樹脂、及び／または上記の組合せを使用することは有用である。特定の他の具体例においては、相溶性溶媒中でフェノール樹脂とブレンドするかまたは混合したシリコーン樹脂は有用である。
【００５５】
　様々な樹脂が本発明において有用である。特定の具体例においては、好ましくは、飽和剤材料が、１００重量部の摩擦材料につき約４５〜約６５重量部を占めるように、樹脂は、フェノール樹脂またはフェノールベースの樹脂を含むことができる。樹脂混合物を基材に施用し、基材に樹脂混合物を含浸させた後、含浸済みの基材を、予め定められた長さの時間、所望の温度に加熱して、摩擦材料を形成する。特定の具体例においては、加熱によって、飽和剤中に存在するフェノール樹脂を温度約３００°Fで硬化する。シリコーン樹脂等の他の樹脂が飽和剤中に存在する場合、加熱によって、シリコーン樹脂を温度約４００°Fで硬化する。その後、硬化済みの摩擦材料を、適切な手段によって所望の基体に接着させる。
【００５６】
　様々な有用な樹脂としては、フェノール樹脂及びフェノールベースの樹脂が挙げられる。樹脂ブレンド中に他の変性成分の例えばエポキシ、ブタジエン、シリコーン、桐油、ベンゼン、カシューナッツ油及びその他同様なものを含むような様々なフェノールベースの樹脂は、本発明に関して有用であると予測されることは理解できるはずである。フェノール変性樹脂においては、フェノール樹脂は一般に、樹脂ブレンドの約５０重量％以上（存在するいかなる溶媒も除いて）存在する。しかしながら、混合物が、シリコーン−フェノール樹脂混合物の重量を基準として（溶媒と他の加工用酸を除いて）、特定の具体例においては約５〜約８０重量％、特定の目的のためには約１５〜約５５重量％、特定の具体例においては約１５〜約２５重量％のシリコーン樹脂を含む樹脂ブレンドを含む場合、摩擦材料を改良できることが見い出された。
【００５７】
　本発明において有用なフェノール樹脂及びフェノール−シリコーン樹脂の例は、上記に参照したボーグワーナーの米国特許において完全に開示されており、これを、本明細書において参考のために完全に引用する。本発明において有用なシリコーン樹脂としては、例えば、熱硬化シリコーンシーラント及びシリコーンゴムが挙げられる。様々なシリコーン樹脂類が、本発明に関して有用である。１つの樹脂は、特に、キシレンとアセチルアセトン（２，４−ペンタンジオン）とを含む。このシリコーン樹脂は、沸点約３６２°F（１８３℃）、蒸気圧６８°Fで２１mmHg、蒸気密度（空気＝１）４．８、無視し得る水への溶解度、比重約１．０９、パーセント揮発性５重量％、蒸発率（エーテル＝１）０．１未満、ペンスキー−マルテンス法を使用して引火点約１４９°F（６５℃）、を有する。他のシリコーン樹脂を本発明に関して利用できることは理解できるはずである。他の有用な樹脂ブレンドとしては、例えば：（重量％で）約５５〜約６０％のフェノール樹脂、約２０〜約２５％のエチルアルコール、約１０〜約１４％のフェノール、約３〜約４％のメチルアルコール、約０．３〜約０．８％のホルムアルデヒド、及び約１０〜約２０％の水、を含むような、適切なフェノール樹脂が挙げられる。別の適切なフェノールベースの樹脂は：（重量％で）約５０〜約５５％のフェノール／ホルムアルデヒド樹脂、約０．５％のホルムアルデヒド、約１１％のフェノール、約３０〜約３５％のイソプロパノール、及び約１〜約５％の水、を含む。
【００５８】
　別の有用な樹脂は、約５〜約２５重量％、好ましくは約１０〜約１５重量％のエポキシ化合物を含み、残り（溶媒と他の加工助剤を除いて）はフェノール樹脂であるようなエポキシ変性フェノール樹脂であることが見い出された。エポキシ−フェノール樹脂化合物は、特定の具体例においては、フェノール樹脂単独の場合よりも高い耐熱性を摩擦材料に与える。
【００５９】
　特定の具体例においては、基材による樹脂の標的ピックアップが、全シリコーン−フェノール樹脂の約２５〜約７０重量％、他の具体例においては約４０〜約６５重量％、特定の具体例においては約６０〜少なくとも６５重量％の範囲にわたるように、樹脂混合物が、所望の量の樹脂と摩擦調整粒子とを含むことが好ましい。基材を樹脂で飽和させた後、基材を、ある時間（特定の具体例においては約１／２時間）、３００〜４００℃の範囲にわたる温度で硬化して、樹脂結合剤を硬化し、摩擦材料を形成する。摩擦材料の最終厚さは、基材の初期厚さによって決まる。
【００６０】
　さらに、樹脂ブレンドの製造と基材の製造との両方において有用であることが周知の他の成分と加工助剤とを含めることができ、これは、本発明の予測される範囲内にあることは予測される。
【００６１】
　特定の具体例においては、樹脂混合物は、互いに相溶性である溶媒中に存在するシリコーン樹脂とフェノール樹脂との両方を含むことができる。こうした樹脂類を共に混合して（好適な具体例において）均一ブレンドを形成し、次にこれを使用して基材を飽和する。特定の具体例においては、基材にフェノール樹脂を含浸させ、次にシリコーン樹脂をその後加えた場合と、逆の場合とでは、同じ効果は生じない。また、シリコーン−フェノール樹脂溶液の混合物と、シリコーン樹脂粉末及び／またはフェノール樹脂粉末のエマルションとの間にも、相違がある。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とが溶液中にある場合、これらは全く硬化しない。それに反して、シリコーン樹脂とフェノール樹脂との粉末粒子は部分的に硬化する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂の部分的硬化は、基材の良好な飽和を阻害する。
【００６２】
　本発明の特定の具体例においては、基材に、溶媒中のシリコーン樹脂ブレンドを含浸させ、ここで溶媒は、フェノール樹脂とその溶媒とに相溶性があるようなものである。１具体例においては、イソプロパノールは特に適切な溶媒であることが見い出された。しかしながら、様々な他の適切な溶媒の例えばエタノール、メチルエチルケトン、ブタノール、イソプロパノール、トルエン及びその他同様なものを、本発明の実施において利用できることは理解できるはずである。シリコーン樹脂をフェノール樹脂とブレンドしてから、これを使用して基材を飽和した場合、得られた摩擦材料は、シリコーン樹脂が存在することで、フェノール樹脂のみを含浸させた基材よりも弾性が大きくなる。シリコーン−フェノール樹脂をブレンドし含浸させた本発明の摩擦材料に圧力を加えた場合、より均一な圧力分布が得られ、その結果、不均一なライニングの摩耗が生じる可能性が低減する。シリコーン樹脂とフェノール樹脂とを摩擦調整粒子と共に混合した後、この混合物を使用して基材に含浸させる。
【００６３】
　本発明の摩擦材料は、基材の上面の摩擦調整粒子の層を含み、この層は、良好な耐シャダ特性、高い抵抗、高い摩擦係数、高い耐久性、良好な耐摩耗性及び改良された慣らし運転特性を摩擦材料に与える。
【００６４】
　図１は、基材１２と基材１２を実質的に被覆する規則的な幾何学的形状の表面摩擦調整材料の層１４とを有する摩擦材料１０の概略図を示す。
　本発明の摩擦材料中に使用する摩擦調整材料の層は、摩擦材料に良好な耐シャダ特性を与える。示される具体例においては、基材の高温合成繊維と多孔性とは、改良された耐熱性を与える。
【００６５】
　図２に示す実施例１は、本発明の摩擦材料であり、基材の上面の摩擦調整粒子の層を示す。円形ディスクのセライト層は、改良された油保持及び表面の油の流れを与える。
　以下の実施例は、本発明の摩擦材料内部の摩擦調整粒子の勾配が従来の摩擦材料に勝る改良を提供するというさらなる証拠を提供する。本摩擦材料は、望ましい摩擦係数、耐熱性及び耐久性特性を有する。本発明の様々な好適な具体例を以下の実施例において説明するが、これは本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【００６６】
　　実施例
実施例Ｉ
　スリップ耐久性試験を行った。図３は、実施例１；約２０〜約４０％のセライト及び紙の坪量を基準として約１〜約１０％のセライトを上層すなわち二次層として含む比較例Ａ；並びに約４０〜約６０％のセライト及び約４０〜約６０％の有機繊維を有する単一層材料を含む比較例Ｃに関して、勾配対スリッピング時間を示す。それに反して、本発明の実施例１は、基材の表面の摩擦調整粒子のより有効な堆積物を有する。実施例１の摩擦材料の上面の無視し得る量の摩擦調整粒子のみが、基材すなわち一次層中に浸透する。対称な形状の摩擦調整粒子は、基材の表面に積層するかまたは積み重なって、“山”と“谷”タイプの三次元構造を有する良好な層を形成する。この三次元構造は、良好な油の流れまたは潤滑、良好な正のμ−ｖ勾配、及び良好な耐久性を含む、本発明の摩擦材料のための肯定的な摩擦挙動（positive friction behavior）を生成する。理論によって束縛されることを望むものではないが、対称な形状の摩擦調整粒子は摩擦表面に留まり、支持繊維及び充填材は基材中に残存するので、新しい材料はより良好な三次元構造及びより良好な特性を有すると考えられている。
【００６７】
　図３は、比較例Ｃ、比較例Ａ及び実施例１に関して勾配対スリッピング時間のグラフを示す。溝付き材料に関する勾配対スリッピング時間は、実施例１はより長い寿命を有することを示す。勾配（μ−速度）として−１×１０-5は、業界において許容可能である。このレベル未満の勾配を有するいかなる製品も、所望の摩擦係数特性を有しない。実施例１の材料は、油の流れが所望の条件の範囲内にあることを可能にし、熱の良好な放散に対処する。
実施例ＩＩ
　図４ａ及び４ｂは、比較例Ａ及び実施例１に関し、低い油の流れについて行った“Ｅ”クラッチ台上試験の結果を示す。両方の実施例は改良された耐シャダ特性を有し、両方とも、甲高い音の無い改良された材料である。
【００６８】
　図４ａ及び４ｂは、比較例Ｃの上昇または跳ね上がる（rooster tailed）トルク曲線対実施例１の下降トルク曲線を示す。比較例Ｃの曲線は、全速度範囲において負のμ−ｖ勾配を有し、一方、実施例１の曲線は、全速度範囲において正のμ−ｖ勾配を有する。正のμ−ｖ勾配は好ましく、滑らかなクラッチ操作（係合及びスリッピング）にとって必要である。
【００６９】
　図４に示す条件は、シフティングクラッチに非常に特有のものである。このクラッチは、長いシャフトに接続し、低潤滑状況で動作する。動作条件は厳しく（高エネルギー、低潤滑係合）、振動に敏感である（長いシャフトへの接続が原因である）。図４ａに示すように、このクラッチの場合、いかなる上昇トルク曲線もノイズ（甲高い音）及び振動を生じる。車両試験またはダイノ試験（dyno test）は、この条件に関するトルク振動を容易に明らかにすることができる。図４ｂによって示すように、本発明の実施例１は、いかにしてこうした障害が克服されたかを示す。
実施例ＩＩＩ及び実施例ＩＶ
　図５ａ〜５ｂは、約８０μmである堆積物層の厚さを示す。堆積物粒子の別個の層も示す。層当り８０ミクロンで切断した場合、上層の正面図及び背面図は黄色／茶色を示し、これはまさしく堆積物層の色である。この図（５ａ〜５ｂ）の第２の層の正面図では、基材の緑色が明らかである。正面図及び背面図の上層及び第２の層の像を合わせると、堆積物層の厚さは約８０μm（切断部の厚さ）であることが明確に示される。
【００７０】
　図６ａ〜６ｂにおいては、上層は黄色／茶色を示し（セライト粒子及び樹脂で構成された摩擦表面なので、常にこのようになる）、一方、背面図は緑色を示す（これは基材の色である）。正面図及び背面図で色が異なることは、１００μm（層当りの切断厚さ）は、堆積物層の厚さよりも厚いことを示す。
【００７１】
　こうした２組の図（５ａ〜ｂ及び６ａ〜ｂ）は、堆積物層の厚さは約８０μmであることを証明する。堆積物層と基材との間で明らかになった色対比は、堆積物層が存在するというさらなる証拠である。
実施例Ｖ
　摩擦調整粒子を堆積させることは、上層の浸透性を低下させる緻密な表面層を生成する。特定の具体例においては、本発明の摩擦材料は、垂直方向（すなわち、上層によって定義される平面と垂直な方向）で、第１の層すなわち基材層の垂直浸透性よりも低い浸透性を有する。
【００７２】
　微小で硬質であり固体の規則的な山−谷タイプの表面トポグラフィに加えて上層のより低い垂直流体浸透性が理由となって、油が摩擦表面に残存し、摩擦表面全体にわたる油の流れのチャネルを生成する。従って、有効な表面冷却機構及び一定の表面潤滑が実現される。類のない表面構造から得られるこの類のない特徴は、本発明の摩擦材料をスリッピングクラッチ用途において非常に耐久性があるものにする。加えて、調整粒子の対称で円形の形状は、粒子の他の不規則な形状よりもはるかに少ないアブレシブ磨耗を与える。
【００７３】
　　産業上の利用性
　本発明は、クラッチ板、トランスミッションバンド、ブレーキシュー、シンクロナイザーリング、摩擦円板またはシステムプレートと共に使用するための高エネルギー摩擦材料として有用である。
【００７４】
　本発明の好適な具体例及び他の具体例に関する上記の説明は、例示とするためのものであり、請求の範囲及びその内容を限定するためのものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】規則的な幾何学的形状の摩擦調整材料の上層を有する摩擦材料の概略図である。
【図２】基材の表面の規則的な形状のセライト摩擦調整粒子の円形ディスクを示すＳＥＭ像である。
【図３】比較例Ａ及び比較例Ｃに関してμ−ｖ勾配対スリッピング時間を示すグラフである。
【図４】図４ａは、比較例Ａに関して、低い油の流れのデータを示すグラフである。図４ｂは、非常に良好な耐シャダ特性を有する実施例１に関して、低い油の流れのデータを示すグラフである。
【図５】図５ａは、実施例１の材料を層当り８０ミクロンで薄片にした試料の視覚図であり、正面図を示す。図５ｂは、実施例１の材料を層当り８０ミクロンで薄片にした試料の視覚図であり、背面図を示す。
【図６】図６ａは、実施例１の材料を層当り１００ミクロンで薄片にした試料の視覚図であり、正面図を示す。図６ｂは、実施例１の材料を層当り１００ミクロンで薄片にした試料の視覚図であり、背面図を示す。
【符号の説明】
【００７６】
　１０　　摩擦材料
　１２　　基材
　１４　　表面摩擦調整材料の層
【図１】
2004132547.tif 000003
【図４】
2004132547.tif 000004
【図２】
2004132547.tif 000005
【図３】
2004132547.tif 000006
【図５】
2004132547.tif 000007
【図６】
2004132547.tif 000008