(57)【要約】【課題】摩擦熱により適度に溶け、過剰の溶融または過剰の蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μを得るのに有利な摩擦材を提供する。【解決手段】摩擦材１は、無機系繊維、有機系繊維、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料が配合されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機系繊維、有機系繊維、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料が配合されていることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
請求項１において、融点が１４００〜１７５０℃の前記金属材料は、チタン−アルミニウム系の金属材料であることを特徴とする摩擦材。
【請求項３】
請求項１または２において、融点が１４００〜１７５０℃の前記金属材料は、ＴｉＡｌ３、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌのうちの少なくとも１種であることを特徴とする摩擦材。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、融点が１４００〜１７５０℃の前記金属材料は、繊維状または粒子状であることを特徴とする摩擦材。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか一項において、融点が１４００〜１７５０℃の前記金属材料の含有量は、質量％で、摩擦材を１００％とするとき、０．５〜３５％であることを特徴とする摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦材に関し、クラッチ機構またはブレーキ機構等の摩擦機構に使用されるパッド、ライニング等の摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ガラス繊維、黄銅線、樹脂結合材、スズと銅の合金、ポリイミド樹脂を配合した乾式摩擦材が開示されている。
【０００３】
特許文献２には、アリルグリシジールエーテルとエピクロールヒドリンとの共重合体を含む２種類の異なった耐熱耐油性ゴムをマトリックスとし、これに加硫剤およびその他の添加剤、カーボンブラックを添加し、更に金属材料酸化物を配合してなる摩擦材が開示されている。更に特許文献２には、組成物１００質量部にガラス粉末および／またはチタン酸カリ繊維よりなる金属酸化物６０〜９０重量部を配合してなる摩擦材が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、アルミナ繊維を含む基材繊維と、基材繊維を結合させる結合材とを湿式抄造して得られた紙質基材と、摩擦強度を補強するための充填材を紙質基材に含浸させて硬化させた湿式摩擦材が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１４５６４９号公報
【特許文献２】特開平２−３９６５４号公報
【特許文献３】特開２００２−３４８５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、摩擦材によれば、３００℃を超える高温領域になると、条件によっては、有機系材料が高温領域において変質したり、分解したりし、多量のガスを発生させるおそれがある。このため摩擦材の摩擦係数が急激に低下し、滑りが発生し、トルク伝達性が低下するおそれがある。この場合、トルク容量を確保するためには、トルク容量に応じたサイズの設定が必要であり、摩擦材のサイズが大型化し、高価格となるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により適度に溶け、過剰の溶融または過剰の蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μを得るのに有利な摩擦材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明者は、クラッチまたはブレーキ等に使用されるパッド、ライニング等の摩擦材について長年にわたり鋭意開発を進めている。そして本発明者は、無機系繊維、有機系繊維、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料（以下、当該金属材料ともいう）を配合すれば、摩擦材の耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により当該金属材料が適度に溶け、過剰の溶融または過剰の蒸発が抑えられるため、高温下における適度な摩擦係数μが得られる摩擦材が得られることを知見した。本発明者はかかる知見に基づいて本発明に係る摩擦材を完成させた。
【０００８】
（２）様相１に係る摩擦材は、無機系繊維、有機系繊維、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料が配合されていることを特徴とする。ここで、融点とは液相線温度を意味する。
【０００９】
上記した温度領域よりも融点が低すぎると、使用条件によっては、摩擦熱により当該金属材料の溶融が過剰となり、当該金属材料の溶融または蒸発が過剰となるおそれがある。この場合、長期間にわたる持続的な配合効果が低下するおそれがある。
【００１０】
これに対して、上記した温度領域よりも融点が高すぎると、摩擦熱による溶融が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μをもつ薄膜が得られにくくなるおそれがあり、更に耐摩耗性が低下するおそれがある。
【００１１】
この点について様相１によれば、当該金属材料の融点が１４００〜１７５０℃であるため、耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により当該金属材料が適度に溶け、当該金属材料の過剰な溶融および過剰な蒸発が抑制され、高温下における適度な摩擦係数μが得られる。
【００１２】
（３）様相２に係る摩擦材によれば、様相１において、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料は、チタン−アルミニウム系の金属材料であることを特徴とする。チタン−アルミニウム系の金属材料であれば、１４００〜１７５０℃の融点が得られやすい。このため前述したように、耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により当該金属材料が適度に溶け、当該金属材料の過剰な溶融および過剰な蒸発が抑制され、高温下における適度な摩擦係数μが得られる。
【００１３】
チタン−アルミニウム系の金属材料としては、ＴｉおよびＡｌを主体とする金属間化合物（チタンアルミナイド）が例示されるが、金属間化合物以外の金属形態（例えばα相）でも良い。ここで、ＴｉとＡｌとの金属間化合物としては、ＴｉＡｌ３ 、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌが例示される。これらの融点は１４００〜１７５０℃の範囲内であるため、耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により適度に溶け、高温下における適度な摩擦係数μが得られると共に、当該金属材料の過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられる。
【００１４】
上記したチタン−アルミニウム系の金属材料は、銅、黄銅などよりも高い融点をもち、その融点の温度付近まで比較的高い圧縮強度を示すためであると推察される。ここで、チタン−アルミニウムの二元系において、ＴｉＡｌ３は、一般的には、アルミニウムの量が質量％で７０〜９６％の範囲で得られるが、７４〜９６％の範囲内、７８〜９３％の範囲内、８０〜９０％の範囲内が例示される。
【００１５】
更にチタン−アルミニウム系の金属材料は、従来から使用されている銅、黄銅などに比較して比重（３程度）が小さいため、軽量化を図り得、慣性質量を小さくできる。従って当該金属材料の配合量を多めとしたときであっても、摩擦材の密度上昇を抑えることができる。更に、背反する摩擦特性を抑え込み、密度の向上を抑えつつ、高い摩擦係数、高耐熱性、高耐摩耗性が得られ、更に相手材の摩耗を抑えることができ、更にまた低密度性に優れた摩擦摩耗特性を得ることができる。
【００１６】
（４）様相３に係る摩擦材によれば、様相１において、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料は、ＴｉＡｌ３、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。当該金属材料がＴｉＡｌ３、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌの金属間化合物であれば、融点が適度となる。故に、使用時において摩擦熱により適度に溶ける。故に、過剰な溶融および蒸発が抑えられると共に、高温下における適度な摩擦係数μが得られ、相手材の摩耗も抑えることができる。更に、摩擦材の密度の向上を抑えつつ、高い摩擦係数、高い耐熱性、高い耐摩耗性が得られ、更にまた低密度性に優れた摩擦摩耗特性を得ることができる。
【００１７】
これらの融点は１４００〜１７５０℃の範囲内であるため、耐熱性が向上すると共に、摩擦熱により適度に溶け、高温下における適度な摩擦係数μが得られると共に、当該金属材料の過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられる。その理由としては、ＴｉＡｌ３、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌは、銅、黄銅などよりも高い融点をもち、その融点の温度付近まで比較的高い圧縮強度を示すためである。ここで、チタン−アルミニウムの二元系において、ＴｉＡｌ３は、一般的には、アルミニウムの量が質量％で７０〜９６％の範囲で得られるが、融点等の物性を考慮すると、７４〜９６％の範囲内、７８〜９３％の範囲内、８０〜９０％の範囲内が例示される。
【００１８】
（５）様相４に係る摩擦材によれば、様相１〜３のいずれかにおいて、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料は、繊維状または粒子状であることを特徴とする。この場合、成形後に摩擦材の内部に適度な空孔を形成するのに有利となる。当該金属材料としては、表面に凹凸が形成されている形状のものが好ましい。摩擦材の内部に適度な空洞を形成し易いためである。
【００１９】
（６）様相５に係る摩擦材によれば、様相１〜４のうちのいずれかにおいて、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料の含有量は、質量％で、摩擦材を１００％とするとき、０．５〜３５％であることを特徴とする。この含有量であれば適量となり、摩擦熱により適度に溶ける。故に、耐熱性が向上すると共に、過剰な溶融および蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μが得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、当該金属材料の融点が適度であるため、摩擦熱により適度に溶け、過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る摩擦材は、無機系繊維、有機系繊維、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料が配合されている。融点が低すぎると、摩擦熱により過剰な溶融、過剰な蒸発が誘発され、長期にわたる配合効果が低下する。融点が高すぎると、摩擦熱による溶融が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μが得られにくくなるおそれがある。
【００２２】
この点について本発明によれば、当該金属材料の融点は１４００〜１７５０℃であるため、摩擦熱により適度に溶け、高温下における適度な摩擦係数μが得られると共に、過剰な溶融および過剰な蒸発が抑制される。融点が低すぎると、摩擦熱による溶融が増加し、高温下における溶融および蒸発が過剰となるおそれがある。上記した金属材料としては、チタン−アルミニウム系の金属材料（金属間化合物および固溶体等を含む）である形態が例示される。
【００２３】
チタン−アルミニウム系の金属材料としては、基本的には、アルミニウム量が多いほど融点が低くなり、チタン量が多いほど融点が高くなる傾向がある。殊に、チタン−アルミニウムの二元系であれば、アルミニウム量が９６％付近を超えると、融点が急激に低下する。従って、アルミニウム量としては２０〜９６％、３０〜９６％を例示できる。殊に、５０〜９６％、７０〜９６％、８０〜９０％を例示できる。アルミニウム量が３０〜９０％であれば、融点は１４００〜１６５０℃前後で比較的安定している。なお、融点等の物性の変化が大きくなる場合には、工業生産物である摩擦材の高品質の安定性の確保が容易でなくなるおそれがあり、物性の安定性に考慮することが好ましい。
【００２４】
チタン−アルミニウム系の金属材料としては、チタン−アルミニウムの金属間化合物が例示される。この場合、ＴｉＡｌ３ 、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌが例示される。なお、チタン−アルミニウム系の金属材料によれば、一般的には、アルミニウム量が少ないほど、高い融点が得られる。当該金属材料の融点領域としては、１４５０〜１７００℃、１５００〜１６５０℃、１５５０〜１６００℃が例示される。
【００２５】
なお本発明によれば、当該金属材料の融点の上限値としては、摩擦材料に要請される摩擦特性、摩擦材料の用途等に応じて、１７５０、１７００℃、１６５０℃、１６００℃、１５５０℃、１５００℃等が例示されるが、これらに限定されるものではない。また、この上限値と組み合わせ得る当該金属材料の融点の下限値としては、摩擦材料に要請される摩擦特性、摩擦材料の用途等に応じて、１４００、１４５０℃、１５００℃、１５５０℃、１５５０℃、１６００℃等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
【００２６】
当該金属材料は、従来から使用されている銅、黄銅等に代えて、あるいは、銅、黄銅と共に配合することができる。
【００２７】
融点が１４００〜１７５０℃の金属材料は、繊維状または粒子状である形態が例示される。この場合、成形後に摩擦材の内部に適度な空孔を形成するのに有利となる。この場合、耐熱性および摩擦係数の向上に有利となる。粒子状とする場合には、結合材および／または配合ゴムに含有させる形態が例示される。結合材としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂が例示される。
【００２８】
ここで、当該金属材料が繊維である場合には、ガラス繊維などの無機系繊維と一緒に、融点が１４００〜１７５０℃の当該金属材料を織込み、フェノール樹脂等の結合材で被覆した後に、更に、配合ゴムを練り込む形態が例示される。当該金属材料が繊維である場合には、鋳塊より切削加工するか、溶融急冷後の圧延加工等により製造することになり、大量生産に適している。なお、当該金属材料が繊維である場合には、ガラス繊維の如く長繊維であることが望ましい（１０メートル以上）。繊維断面形状としては、１ｍｍ×（０．０５〜０．１０）ｍｍが例示される。但し、これに限定されるものではない。
【００２９】
また、当該金属材料が粒子である場合には、配合ゴムおよび／または結合材に含有させて配合する形態が例示される。この場合、粒子の表面性状により強度向上、フェード性向上等の特性を寄与させることが可能になる利点が得られる。なお、当該金属材料が粒子である場合には、粒子径または繊維長等のサイズが大きすぎると、脱落したり、相手攻撃性が増すおそれがある。またサイズが小さすぎると、当該金属材料の配合効果が希薄化する。従って、粒子径としては２〜２００マイクロメートル、５〜１００マイクロメートルが例示される。但しこれらに限定されるものではない。
【００３０】
本発明によれば、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料の含有量としては、質量比で、摩擦材を１００％とするとき、０．５〜３５％である形態が例示される。この含有量であれば適量となるため、摩擦熱により適度に溶け、高温下における適度な摩擦係数μが得られる共に過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられる。摩擦材の用途、摩擦材に要請される特性等を考慮すると、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料の含有量としては、質量比で、３〜３０％、８〜２８％、１５〜２５％である形態が例示される。また、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料の含有量の上限値としては、質量比で、３０％、２５％、２０％が例示されるが、これらに限定されるものではない。この上限値と組み合わせ得る当該含有量の下限値としては、０．８％、１％、１．５％、３％が例示されるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
本発明によれば、無機系繊維としては、アルミナ繊維、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、シリカ繊維、シリカーアルミナ繊維、カオリン繊維、ボーキサイト繊維、カヤノイド繊維、ホウ素繊維、マグネシア繊維などの少なくとも１種が例示される。有機系繊維としては、リンターパルプ、木材パルプ、合成パルプ、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリイミド系繊維、ポリビニルアルコール変性繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリベンゾイミダゾール繊維、アクリル繊維、炭素繊維、フェノール繊維、ナイロン繊維、セルロース繊維などの少なくとも１種が例示される。
【００３２】
配合材として摩擦調整剤が用いられる。摩擦調整剤としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭化珪素、炭化ホウ素、炭化チタン、窒化珪素、窒化ホウ素、アルミナ、シリカ、ジルコニア、カシユーダスト、ラバーダスト、珪藻土、タルク、カオリン、酸化マグネシウム、二硫化モリプデンのうちの少なくとも１種が例示される。更に配合材としては結合材、ゴム材、カーボン材が挙げられる。結合材としては、樹脂結合材が例示され、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が例示される。ゴム材としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムから選ばれる少なくとも１種が例示される。カーボン材としてはグラファイト、カーボンブラックが例示される。
【００３３】
本発明は様々な用途に使用される摩擦材に適用できる。摩擦材としては乾式摩擦材が好ましいが、湿式摩擦材に適用することもできる。例えば、クラッチまたはブレーキ等に使用されるパッド、ライニング等の摩擦材１（図１参照）に適用できる。
【実施例１】
【００３４】
以下、本発明の実施例１について説明する。本実施例に係る摩擦材は乾式摩擦材である。摩擦材は、無機系繊維（ガラス繊維）、有機系繊維（ポリイミド系、ポリアミド系、炭素系、イミダゾール繊維）、添加剤を主要成分とする摩擦材に、融点が１４００〜１７５０℃の金属材料が配合されて構成されている。以下、更に説明を加える。
【００３５】
かさ高加工された繊維長さ８マイクロメートルのガラス繊維を２７質量部と、フェノール樹脂の結合材およびレジンダストを２５質量部を付着させた。次に、チタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（８０％））を３質量部、有機系繊維（アラミド繊維）を５質量部を配合して混合した。そして、ゴム（ＳＢＲ）を１９重量部、硫酸バリウム他の無機充填材を１５質量部、カーボン（カーボンブラック）を６質量部を配合して所定の組成物を得た。
【００３６】
この組成物を所定の大きさのリング形状に巻き取り、金型のキャビティ内にセットした。その後、圧力１６０ｋｇｆ／ｃｍ２（≒１５．７ＭＰａ）、温度１６５℃の条件にて、その組成物を加熱加圧成形することにより熱処理し、成形体を得た。その後、成形体を研磨して実施例１の摩擦材を得た。
【００３７】
この摩擦材について摩擦試験を行った。摩擦試験は、摩擦材であるクラッチフェ−ジングを相手フライホィールに油圧をより押し付ける慣性係合試験である。この試験では、回転数４０００ｒｐｍ、慣性質量０．０４ｋｇｍｓ２、係合回数１６００回、押し付け力を６ＫＮとし、相手材（材質：片状黒鉛鋳鉄，ＦＣ２３０）に摩擦させることにより行った。そして、摩擦材の摩耗率と、摩擦材の安定期の摩擦係数、相手材の摩耗深さを測定した。試験温度は１００℃、２００℃、３００℃の３水準試験を行った。試験温度とは相手フライホィール表面近傍の温度を意味する。３００℃の場合が最も激しい試験結果であったので、表１は３００℃の結果で整理を整理して示す。同様に実施例２〜実施例７、比較例１についても配合比を変えて基本的には同様な条件で摩擦材を作製し、試験を行った。
【００３８】
表１は、実施例１〜実施例７に係る摩擦材、比較例に摩擦材の条件および試験結果を示す。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すように、実施例１〜実施例７は、いずれもチタン−アルミニウムの金属（金属間化合物：ＴｉＡｌ３またはＴｉＡｌ）を含んでいる。ＴｉＡｌ３としては、ＴｉＡｌ３（８０）、ＴｉＡｌ３（９０）を用いた。ＴｉＡｌ３（８０）はＡｌが８０質量％のものを意味する。ＴｉＡｌ３（９０）はＡｌが９０質量％のものを意味する。ＴｉＡｌ３およびＴｉＡｌの形態としては粒子（平均粒子径：２０〜５０マイクロメートル）とした。
【００４１】
具体的には、実施例２ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（８０％））を１８質量部とした。実施例３ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（９０％））を３質量部とした。実施例４ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（９０％））を１８質量部とした。
【００４２】
更に、実施例５ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ）を３質量部とした。実施例６ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（８０％））を１質量部とした。実施例７ではチタン−アルミニウムの金属線（ＴｉＡｌ３（８０％））を３０質量部とした。比較例１は、銅（融点が１０８３℃）を含んでいるものの、チタン−アルミニウム金属（ＴｉＡｌ、ＴｉＡｌ３）を含んでいない。
【００４３】
表１に示す試験結果によれば、本発明に係る摩擦材は、高い摩擦係数、高い耐熱性、高い耐摩耗性を有しており、更に、相手材の摩耗量が小さいといった優れた摩擦摩耗特性が得られた。耐熱温度としては次のように試験した。この場合には、イナーシャ：０．２６ｋｇｍｓ２、回転数：１５００ｒｐｍ、時間制御でサイクルタイムを４０秒から７秒まで段階的に短くしていき、摩擦係数μが０．２未満となったときにおける相手フライホィールの温度を耐熱温度とした。
【００４４】
表１に示すように、実施例１〜７に係る摩擦材は、配合されているチタン−アルミニウムの金属材料の融点が適度であるため、摩擦熱により適度に溶け、過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μが得られると共に耐熱性が向上している。
【実施例２】
【００４５】
図２は、上記した実施例１に係る摩擦材１を、車両用のマニュアルトランスミッション車に使用される乾式クラッチ機構に使用されるクラッチディスクとして組み付けた適用例を示す。図２に示すように、クラッチハブ２に摩擦材１が取り付けられている。摩擦材１にはクッショニングプレート３が固定具４（リベット）により宛われている。このような乾式の摩擦材１は、乾式クラッチ機構に使用されるクラッチディスクとして使用されるとき、当該金属材料の融点が適度であるため、摩擦熱により適度に溶け、過剰な溶融および過剰な蒸発が抑えられ、高温下における適度な摩擦係数μが得られると共に耐熱性が向上している。
【００４６】
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。基材繊維としてはガラス繊維に限定されず、他の繊維としても良い。更には、ＴｉＡｌ３ 、Ｔｉ３Ａｌ、ＴｉＡｌと共に銅および／または黄銅を併用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は乾式摩擦材等の摩擦材に利用される。例えば、クラッチまたはブレーキ等に使用されるパッド、ライニング等の摩擦材に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１に係る摩擦材の断面図である。
【図２】実施例２に係る摩擦材を乾式クラッチ機構に使用されるクラッチディスクとして組み付けた適用例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
１は摩擦材、２はクラッチハブ、３はクッショニングプレート、４は固定具を示す。
【図１】
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【図２】
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