(57)【要約】      （修正有）【課題】２次的な操作を必要とせずに、所望の深さ及び輪郭の明瞭な冷却溝パターンを有する摩擦クラッチ板を製造することであり、製造によりスクラップがほとんど生じない、連続摩擦材料を作製するための装置を提供すること。【解決手段】摩擦材料フェーシングを有する摩擦板を作製するための方法及び装置と、摩擦材料そのものを提供する。本発明による摩擦板を形成するための方法は、予熱したコアプレートに、摩擦材料の複数のセグメントを接着するステップを含む。摩擦材料の各セグメントは、接着剤材料が予熱剤みのコアプレートに接触するように、セグメントの底面に接着した接着剤材料層を有する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予熱したコアプレートに、摩擦材料の複数のセグメントを接着するステップを含む、摩擦板を形成するための方法であって、摩擦材料の各セグメントが、セグメントの底面に接着剤材料の層を有し、それによって、予熱したコアプレートに接着剤材料が接触している方法。
【請求項２】
隣接するセグメントが、コアプレートの少なくとも第１の面に溝を形成するように、摩擦材料の各セグメントがそれぞれ間隔を空けた関係でコアプレート上に位置決めされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コアプレートとそこに接着された摩擦材料のセグメントに、熱及び／又は圧力の少なくとも一方を加え、セグメントをコアプレートに接着する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
コアプレートの溝には接着剤材料が全く存在しない、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法により作製した摩擦板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、摩擦材料フェーシングを有する摩擦板を作製するための方法及び装置と、摩擦材料そのものに関する。より詳細には、本発明は、コアプレートの片面又は両面に摩擦材料を有する摩擦板を作製するための方法及び装置を対象とする。この方法によれば、摩擦材料直下を除く摩擦板の全領域では、どのようなグルーすなわち接着剤や接着フィルムも必要がない。得られる摩擦板は、コアプレート又はセパレータプレートからオイルに、従来技術の摩擦材料よりも効率的に熱伝達を行う。
【０００２】
また本発明は一般に、自動変速式クラッチ板にも関し、より詳細には、摩擦材料が結合しているクラッチ板にも関する。
【背景技術】
【０００３】
従来技術の多板クラッチは、一般に、交互に挟まれた複数のクラッチディスクと反作用板を含み、これらが係合することにより、駆動エンジンから駆動輪までエネルギーが伝達される。湿式クラッチは、クラッチの摩耗を低減させ、クラッチディスクの摩擦フェーシングを冷却し、所望の流体静力学的な力がクラッチ板とクラッチディスクとの間に得られるように、オイルなどの潤滑剤も利用する。
【０００４】
摩擦材料は通常、普通フェノール樹脂を含浸させた繊維質の紙で構成される。摩擦材料は一般に、ダイ又は切断装置を通して供給される摩擦材料で構成された長方形のシートの連続ストリップから切り取る。摩擦材料は比較的高価であり、したがって製造プロセスからの廃棄物をできるだけ効率的になくすことが望ましい。
【０００５】
摩擦材料にフェノール系熱硬化性樹脂を含浸させると、その材料を経済的に再生利用することができない。したがって、製造プロセスから廃棄物及び／又はスクラップ品をなくすことは、産業環境適合基準を満たす助けとなる。あらゆるスクラップを適正に処分することは、現在環境を取り締まる当局の規制強化の目標となっているので、上記事項は特に重要である。切断プロセスから生ずるスクラップは適切な手法で処分しなければならず、この処分は次第にコストのかかるものとなっている。
【０００６】
さらに、クラッチの寿命、滑らかな動作性、及び摩擦フェーシングの冷却効率を最適化するために、非常に様々な種類の摩擦フェーシング材料と摩擦フェーシング材料のデザインも含めた数多くのクラッチデザインが開発されている。現在入手可能な一般的な摩擦フェーシングは、米国特許第４，２６０，０４７号及び第４，６７４，６１６号によって示されており、これらは、クラッチと共に使用される摩擦ディスク、すなわち複数の個別の円弧状セグメントを接合して生成された摩擦材料で形成したものを開示している。円弧状セグメントには予め溝が形成されており、クラッチの操作中に摩擦フェーシングに亘って冷却オイルが流れるようになっている。
【０００７】
米国特許第５，０９４，３３１号、第５，４６０，２５５号、第５，５７１，３７２号、第５，７７６，２８８号、第５，８９７，７３７号、及び第６，０１９，２０５号は、プレート上に多数の個々に配置された摩擦材料セグメントを有するクラッチ摩擦板について開示している。セグメントは、あらゆる隣接セグメント間にオイル溝が設けられるような、間隔を開けた関係にある。
【０００８】
米国特許第３，８７１，９３４号及び第４，００２，２２５号は、ディスクの両面で摩擦材料が重なるように、外周ディスクに巻き付けた摩擦材料を示す。次いで重ねられた材料は、周辺に沿って間隔を置いて切断され、ディスクの表面に折り重ねられる。
【０００９】
米国特許第５，３３５，７６５号は、ラジアル平面上に配置された第１の溝と第２の溝の組であって、回転方向に対して斜めにかつ後方に向けて傾いた溝を有する摩擦部材を開示している。
【００１０】
米国特許第５，６１５，７５８号及び第５，９９８，３１１号は、溝が付いていない摩擦織り糸フェーシング材料を示し、むしろ、縦糸と横糸がチャネルを形成してその内部を流体が流れるようになされたフェーシング材料を示す。
【００１１】
多数のこれら摩擦材料を製造する場合、大量の未使用材料又はスクラップ材料が生じる。したがって本発明の主な目的は、摩擦材料を切断した後に残されるスクラップの量を効果的に削減することである。
【００１２】
また、クラッチ部材及び摩擦フェーシング材料を過剰に摩耗させることなくクラッチを円滑に係合し、かつ非係合にするよう、摩擦材料とクラッチ板を十分に冷却しかつ潤滑することも望まれる。様々な従来技術の摩擦材料設計では、摩擦フェーシング内にオイルなどの流体を通すことによって所望の冷却及び潤滑状態が実現されるよう、フェーシング材料に溝又はスロットパターンを使用することを取り入れている。そのような冷却溝は、一般に、労力がかかる３つ方法の１つから生成される。１つの方法では、米国特許第４，２６０，０４７号により教示されるような手法で、摩擦材料に予め溝を付けた後に切断して、クラッチ板に付着させる。溝を生成する別の方法は、加熱加圧結合プロセス中に摩擦材料の部分を圧縮するために、ある形に構成された工具を利用する。第３の方法は、完成した摩擦板に切断溝を生成することを含み、これは、取付け具にプレートを取り付け、その摩擦材料に複数のミリング及び砥石車を通して、所望の深さ及び輪郭を持つそれぞれ明瞭な溝を切削することによって行われる。
【特許文献１】米国特許第４，２６０，０４７号
【特許文献２】米国特許第４，６７４，６１６号
【特許文献３】米国特許第５，０９４，３３１号
【特許文献４】米国特許第５，４６０，２５５号
【特許文献５】米国特許第５，５７１，３７２号
【特許文献６】米国特許第５，７７６，２８８号
【特許文献７】米国特許第５，８９７，７３７号
【特許文献８】米国特許第６，０１９，２０５号
【特許文献９】米国特許第３，８７１，９３４号
【特許文献１０】米国特許第４，００２，２２５号
【特許文献１１】米国特許第５，３３５，７６５号
【特許文献１２】米国特許第５，６１５，７５８号
【特許文献１３】米国特許第５，９９８，３１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
摩擦材料の以前の設計によく見られる欠点は、入り組んだ形状及びデザインを形成することにあり、そのため製造が複雑になり、工具費が増し、生成されるスクラップが増大し、結果としてスクラップの適正な処分に関する問題が生じる。さらに、以前の摩擦材料は、全て個別に特定のタイプの摩擦クラッチに製造され、一般的に言えば、広く様々な応用分野で使用することができない。
【００１４】
本発明の目的は、２次的な操作を必要とせずに、かつそのような溝パターンを作製するのに必要とされる付属機械なしで、所望の深さ及び輪郭の明瞭な冷却溝パターンを有する摩擦クラッチ板を製造することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、製造によりスクラップがほとんど生じない、連続摩擦材料を作製するための装置を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、複数の所望の溝を内部に有する摩擦材料を作製するための方法及び装置を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、設計上の利点を有する摩擦材料を作製するための方法及び装置を提供することであり、すなわち製品性能を高め、特に熱容量を改善し、「慣らし（ｂｒｅａｋ−ｉｎ）」を減少させ、製品寿命の初期における摩擦性能の変化が小さくなるようにした方法及び装置を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、係合したクラッチディスクとクラッチ板の動作中に、摩擦材料の溝の内部で静圧を維持しかつ動的な流体の流れを保つ能力を有する摩擦材料を作製するための方法及び装置をもたらすことである。
【００１８】
本発明の別の目的は、種々のタイプのクラッチの使用に広く一般的に利用することが可能な摩擦材料を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、摩擦材料とコアプレートとの誘導加熱接着又はその他の適切な方法によって、コアプレートに摩擦材料を結合するための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、予熱したコアプレートに、摩擦材料の複数のセグメントを接着するステップを含む、摩擦板を形成するための方法であって、摩擦材料の各セグメントが、セグメントの底面に接着剤材料の層を有し、それによって、予熱したコアプレートに接着剤材料が接触しているように構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
摩擦材料と、湿式摩擦クラッチ板を作製するための方法及び装置について開示する。図１１〜１３を参照すると、クラッチ板１０は、摩擦材料の複数の一体的に接着されたセグメント１６を有するコアプレート１４を含み、この摩擦材料の下面には接着剤１８が付着されている。摩擦材料のセグメント１６は、複数の溝２０又は開口がコアプレート上に形成されるよう、コアプレート１４上に位置決めされている。すなわち溝２０は、隣接し、しかし間隔を置いて配置された摩擦材料のセグメント１６同士の間に形成される。図１２は、図１１の線１２−１２に沿って切断された概略拡大断面図であり、コアプレート１４と、摩擦材料セグメント１６と、摩擦材料１６の片面に接着された接着材料層１８を示す。図１３は、図１１の線１３−１３に沿って切断された概略拡大断面図であり、溝２０内には接着材料がない状態を示している。
【００２１】
自動車に対する性能要件はより厳しくなっているため、クラッチは、高い回転速度（毎分回転数（ＲＰＭ））で高いトルクをもたらし、それによって高温で効果的に動作することができなければならない。したがってこの性能要件は、摩擦材料として使用するために、より高価な高性能材料を必要とする。したがって、材料コストが増大するため、本発明は、所望の摩擦表面積を最適化すると同時に冷却及び潤滑要件を維持しようとする摩擦板を生成する効果的な方法を提供する。一体的に接着され、セグメント化された摩擦材料は、クラッチで生じる大量の熱発生及び大量の熱放散に応じる。今日の自動車に一般的な高いＲＰＭ及び／又は小型エンジンの性能基準を満たすため、そのような摩擦材料を有することが必要である。
【００２２】
今日の自動車用クラッチの別の重要な性能要件は、クラッチが作動していないときに、例えば、高速道路速度で走行中に回転はしているが作動していないオープンリバースクラッチ（ｏｐｅｎ  ｒｅｖｅｒｓｅ  ｃｌｕｔｃｈ）において、ドラグ（ｄｒａｇ）を最小限に抑える摩擦材料の能力である。より小さいオープンクラッチ「パックドラグ（ｐａｃｋ  ｄｒａｇ）」は、車両の燃料効率がより高くなることと言い換えられる。本発明は、摩擦板の従来の設計（溝がないもの、溝が切削されたもの、モールド成形されたもの）よりも小さいオープンパック（寄生）ドラグを生成する。
【００２３】
摩擦材料は、摩擦材料に形成された全深さを有するオイル溝によって所望の潤滑機能及び／又は冷却ポンプ機能が生じるように、クラッチ板上で向きが定められている。摩擦材料の向きによって、オイルをクラッチ板に対し半径方向に所望の方向に流入又は流出させることができ、また、クラッチ板の端から端まで所望の量の静圧にすることもできる。摩擦材料の個々のセグメントのサイズと、摩擦材料の形状、間隔、及び向きは、流体ポンピングの程度、静圧、及び摩擦クラッチ板の冷却量に影響を及ぼす。
【００２４】
特に本発明は、摩擦材料の一体的に接着されたセグメントを備えたクラッチ板を作製するための方法及び装置について述べる。摩擦材料の各セグメントは、摩擦材料の下面に所望の量の接着剤を有する。各セグメントは、コアプレートの面上に配置される。一体的に接着されたセグメントにより、最大限のコアプレートがクラッチのオイルに直接曝され得る。この「鋼とオイル」の直接的な接触が増大する結果、コア（又はセパレータプレート）からオイルに、より効率的に熱が伝達される。
【００２５】
ある実施形態で、セグメント化された摩擦材料は、長方形又は「キーストーン（ｋｅｙｓｔｏｎｅ）」形のセグメントを備え、この場合、９５％を超える材料を利用することができ、したがってスクラップとなる材料の量が大幅に減少する。
【００２６】
本発明の方法の一実施形態によれば、摩擦材料のセグメントが接合される前に、コア又はセパレータプレートを予熱する。
接着剤及び摩擦材料は、好ましいセグメントサイズ及び幅のセグメントすなわち部片に切断し又は細長く切ることができる。セグメントは、例えばマガジン又はコンベヤベルトを使用してコアプレート上を動く。一体的に接着されたセグメントは、コアプレート上に配置されて結合される。
【００２７】
ある特定の実施形態で、コアプレートは、誘導予熱のため所望の加熱領域に移送される。予熱したコアプレートを、例えばカムやサーボ駆動式嵌め合いスプラインなどの受け取り領域に移送し、そこで一体的なセグメントをコアプレート上に配置する。ある実施形態では、セグメントを一度に２つ、約１８０°離してコアプレート上に配置する。次いで別のセグメントを受け取るため、コアプレートを割り出しする。一体的に接着された摩擦セグメントが付いている摩擦セグメントすなわち摩擦部片を備えたコアプレートを、例えば熱板サイザ（ｈｏｔ  ｐｌａｔｅｎ  ｓｉｚｅｒ）などの結合領域に移送して、セグメントとプレートの最終的な結合を行う。結合領域では、熱及び／又は圧力をコアプレート及び摩擦セグメントに加えて、接着剤材料を「活性化」し、摩擦材料をコアプレートに確実に結合する。
【００２８】
片面クラッチ要素の熱伝達特性（摩擦材料セグメントの界面のみに接着剤被覆をした場合と比較した、全面に接着剤被覆をした場合）を評価した。
摩擦材料の接着剤被覆の種々の付着領域を有する片面クラッチ板の熱伝達分析に、下記のパラメータを使用した。まず基本として、比較材料は、摩擦ライニングの内径（内周）側からその外径（外周）側まで、コアプレートの一側面を覆う、接着性樹脂材料のリングを有する。本発明の材料では、接着性樹脂の材料層を、コアプレートの片面にある摩擦材料セグメントの真下にのみ置く。２つの接着剤例の材料に関する結果を比較すると、各材料に関する相対的な熱伝達能力が示される。
【００２９】
２つの異なるクラッチパック構成に対し、接着剤の均一な分布及び断続的な分布の両方に起因する熱的効果が示される。１つの構成では、クラッチの各プレート上にある摩擦材料セグメントは、完全に整合されている。第２の構成では、隣接するプレート上の摩擦パッドが、溝パターンのピッチの半分ほどずれている。
【００３０】
２つの実施例を使用して、２つの異なるペーパーアライメント構成を示す。どちらの有限要素の実施例も、約５０００の、２次の熱的平面−固体（２nd−ｏｒｄｅｒ、ｔｈｅｒｍａｌ、ｐｌａｎａｒ−ｓｏｌｉｄ）要素を有する。実施例２Ｄは、クラッチアセンブリの軸及び周方向の軸を（おおよそ）包含する平面に構成される（すなわちこれら実施例は、部品の半径方向の軸が外を、すなわちＺ方向を指すように向いている）。これら実施例は、クラッチパックから最小の反復可能な単位を構成する。コアプレートの厚さは２ｍｍであり、摩擦ライニングの厚さは１ｍｍであり、ランド部の幅と溝の幅との比は４：１である。接着剤被覆の厚さは０．０１ｍｍである。
【００３１】
プレート同士のペーパー整合条件及び非整合条件の両方に関する有限要素モデルには、３つの材料が含まれる。これらの材料は、鋼（熱伝導率＝０．０４５８Ｗ／ｍｍ−℃）、摩擦紙（熱伝導率＝０．０００１６７Ｗ／ｍｍ−℃）、及び接着剤樹脂（熱伝導率＝０．００００５５Ｗ／ｍｍ−℃）である。完全接着剤被覆から部分接着剤被覆に変換するため、コアプレートの表面にある適切な要素に関し、その接着剤樹脂の熱伝導率定数を鋼の熱伝導率定数に代えてある。
【００３２】
各プレートの摩擦材料セグメントが位置合せされた実施例を図１に示す。隣接したプレート上で位置合せされたペーパーセグメントに関する有限要素メッシュが示されており、ペーパー−鋼−「接着剤」層．．．と標示されている。
【００３３】
図２に示す実施例は、１つのプレートと次のプレートでずれがある摩擦材料セグメントを有する構成を明らかにしている。
図２は、実施例に影響を及ぼす境界条件も示し、同じ入力は、図１の実施例にも同様に加えられる。したがって図２は、有限要素メッシュ及び境界条件、すなわち（１）断熱、（２）対流、（３）熱流束、及び（４）連結温度ＤＯＦ（自由度）を示す。断熱面（複数の）は完全に絶縁されており、これらは、大部分が反射対称である実施例の境界内で生じる。
【００３４】
対流境界条件は、溝を流れる流体がこの単位の熱応答に及ぼす影響を求める。対流境界条件は、２つのパラメータ、すなわち流体の混合平均温度（ｂｕｌｋ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）と自由対流フィルム係数によって特定される。実施した全ての分析において、変速機流体の温度は一定の８５．０℃であると想定され、対流係数は０．００１８５０Ｗ／ｍｍ2である。
【００３５】
熱流束は、クラッチの係合面で生じる。これら実施例の全ては、そのような面を２つ有し、それぞれに加えられる熱流束は、０．０６１１Ｗ／ｍｍ2である。
最後に、結合温度自由度（ＤＯＦ）を、周期対称境界上の節点（ｎｏｄｅ）に割り当てる。
【００３６】
上記指定された材料に関する結果を図３から図１０までに示す。２つの出力パラメータ、すなわち温度と熱流量（結果として得られる大きさ）を、各分析ごとにプロットする。温度と熱流量の単位は、それぞれ℃及びＷ／ｍｍ2である。
【００３７】
図３及び図４で、最初の２つの輪郭プレートは従来技術の例に関し、隣接するコアプレート上でペーパーセグメントが位置合せされており、接着剤樹脂が表面全体にわたり付着している。次の図５及び６に示すデータの組に示された本発明の実施例は、クラッチパックに位置合せされたペーパーセグメントであるが、流動溝を横断するような接着剤層はない。図７及び８には、位置合せされていない摩擦紙セグメントであって完全に接着剤で被覆した状態のものに関する従来技術の例を示す。最後に図９及び１０は、本発明の実施例を示し、その実施例において、温度及び熱流量曲線は、ペーパーセグメントは位置合せされておらず、溝には接着剤樹脂がない例についてである。
【００３８】
本発明の材料及び方法の結果、最高温度の低下は４．５％から５％の間である。
本発明の別の利点は、変速機流体がプレート上の溝を完全に満たすことである。また対流係数は、非急速（ｎｏｎ−ｒａｐｉｄ）流動条件にも対応する。ある実施形態では、接着剤層の厚さをその最大値に設定し、したがって流動溝全体にわたって最大の絶縁状態が得られる。さらに別の利点は、摩擦ライニングから離れた表面での熱伝達が、係合面の接着剤被覆面積のばらつきによる影響を受けないことである。
【００３９】
本発明の上記詳細な説明は、例示を目的として示す。当業者なら、本発明の範囲から逸脱することなく、数多くの変更及び修正を加えることができることを理解するであろう。したがって、前述の記述全体は、例示的であって限定を意味するものではないことが解釈され、本発明の範囲は上述の特許請求の範囲によってのみ画定される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】有限要素メッシュ（隣接するプレート上で、整合させたペーパーセグメント）を示すグラフである。
【図２】有限要素メッシュ（隣接するプレート上で、片寄ったペーパーセグメント）及び境界条件を示すグラフである。
【図３】温度曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを整合し、完全に接着剤で被覆）。
【図４】熱流量曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを整合し、完全に接着剤で被覆）。
【図５】温度曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを整合し、部分的に接着剤で被覆）。
【図６】熱流量曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを整合し、部分的に接着剤で被覆）。
【図７】温度曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを片寄らせ、完全に接着剤で被覆）。
【図８】熱流量曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを片寄らせ、完全に接着剤で被覆）。
【図９】温度曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを片寄らせ、部分的に接着剤で被覆）。
【図１０】熱流量曲線を示すグラフである（ペーパーセグメントを片寄らせ、部分的に接着剤で被覆）。
【図１１】摩擦材料の一体的に接着されたセグメントを備えたコアプレートの平面図である。
【図１２】図１１の線１２−１２に沿って得られた断面図である。
【図１３】図１１の線１３−１３に沿って得られた断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  クラッチ板
１４  コアプレート
１６  セグメント
１８  接着剤
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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