特許 7467651 セルロース層を有する二層湿式摩擦材を形成するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-05

(45)【発行日】2024-04-15

(54)【発明の名称】セルロース層を有する二層湿式摩擦材を形成するための方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 13/62 20060101AFI20240408BHJP

   F16D 69/02 20060101ALI20240408BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20240408BHJP

   F16H 45/02 20060101ALI20240408BHJP

【ＦＩ】

F16D13/62 A

F16D69/02 J

F16D69/02 K

C09K3/14 520H

C09K3/14 520M

C09K3/14 530D

C09K3/14 530J

F16H45/02 X

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2022551034

(86)(22)【出願日】2021-04-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-04-13

(86)【国際出願番号】 US2021027906

(87)【国際公開番号】W WO2021221937

(87)【国際公開日】2021-11-04

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】16/862,474

(32)【優先日】2020-04-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515009952

【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧ

【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ． １－３， ９１０７４ Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】マイケル ヤネッタ

(72)【発明者】

【氏名】ムラート バカン

(72)【発明者】

【氏名】ラシッド ファラハティ

【審査官】角田 貴章

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－０４５８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２０４４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０９２９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－３０９５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－１５２７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２５４２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２１７７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－１９８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７７０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２３１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５１３１５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｆ１６Ｄ １３／６２

６９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湿式摩擦材を作製する方法であって、
セルロース層の第１の外面を摩擦コーティングでコーティングすることと、
４５～５５ミクロンの平均直径および１～２ミリメートルの平均長を有する繊維およびフィラー粒子のマトリクスを、前記セルロース層の第２の外面上に配置することと、
前記繊維およびフィラー粒子のマトリクスをバインダーで飽和させ、前記バインダーを硬化させて、前記繊維およびフィラー粒子のマトリクスを一緒に接合して湿式摩擦材ベース層を形成し、湿式摩擦材ベース層を前記セルロース層の前記第２の外面に接合することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記セルロース層の前記第１の外面を前記摩擦コーティングで前記コーティングすることが、水、溶液バインダー、およびフィラー粒子を含む摩擦溶液を前記第１の外面に適用することと、前記摩擦溶液を乾燥させて前記摩擦コーティングを形成することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記摩擦溶液が、１～１０重量％の溶液バインダー、５～６０重量％のフィラー粒子、および３０～９４重量％の水を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記セルロース層の前記第１の外面を前記摩擦コーティングで前記コーティングすることが、前記摩擦溶液を前記セルロース層の前記外面上に、噴霧、ブラッシング、またはローリングすることを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記摩擦コーティングが、溶液バインダーおよびフィラー粒子を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記摩擦コーティングが、１０～３０重量％の溶液バインダーおよび７０～９０重量％のフィラー粒子を含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記摩擦コーティングが、１２．５～２５重量％の溶液バインダーおよび７５～８７．５重量％のフィラー粒子を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記溶液バインダーが、ナノセルロース、グアーガム、または四級アンモニウム塩である、請求項５に記載の方法。

【請求項9】

前記繊維およびフィラー粒子のマトリクスを前記セルロース層の前記第２の外面上に前記配置することが、前記摩擦コーティングが載る多孔質支持面を通して前記マトリクス中の液体を排出することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記セルロース層の前記第２の外面上にある間、前記マトリクスを圧縮することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

摩擦クラッチの部品を作製する方法であって、
請求項１に記載の方法で前記湿式摩擦材を作製することと、
前記湿式摩擦材を前記摩擦クラッチの金属部品に固定して、前記湿式摩擦材ベース層が、前記金属部品に接触し、かつ前記摩擦コーティングが前記金属部品から離れて対向するようにすることと、を含む、方法。

【請求項12】

湿式摩擦材であって、
湿式摩擦材ベース層であって、前記湿式摩擦材ベース層に埋め込まれた、４５～５５ミクロンの平均直径および１～２ミリメートルの平均長を有する繊維およびフィラー粒子のマトリクスならびにベースバインダーを含む、湿式摩擦材ベース層と、
前記湿式摩擦材ベース層に固定された第１の外面を含むセルロース層と、
前記セルロース層の第２の外面に固定された摩擦コーティングと、を含む、湿式摩擦材。

【請求項13】

前記摩擦コーティングが、溶液バインダーおよびフィラー粒子を含む、請求項１２に記載の湿式摩擦材。

【請求項14】

前記摩擦コーティングが、１０～３０重量％の溶液バインダーおよび７０～９０重量％のフィラー粒子を含む、請求項１３に記載の湿式摩擦材。

【請求項15】

前記摩擦コーティングが、１２．５～２５重量％の溶液バインダーおよび７５～８７．５重量％のフィラー粒子を含む、請求項１３に記載の湿式摩擦材。

【請求項16】

前記湿式摩擦材ベース層の前記繊維が、少なくとも７０重量％のアラミド繊維である、請求項１２に記載の湿式摩擦材。

【請求項17】

前記フィラー粒子が、珪藻土である、請求項１２に記載の湿式摩擦材。

【請求項18】

クラッチアセンブリであって、
金属部品と、
前記湿式摩擦材ベース層が前記金属部品に接触し、かつ前記摩擦コーティングが前記金属部品から離れて対向するように、前記金属部品上に固定された請求項１２に記載の湿式摩擦材と、を含む、クラッチアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０２０年４月３０日に出願された米国仮出願第１６／８６２，４７４号の優先権を主張し、その開示の全体が参照により本明細書に援用される。

【0002】

本開示は、概して、トルクコンバータおよび車両用変速機に使用される摩擦クラッチおよびプレートに関し、より具体的には、湿式摩擦材に関する。

【背景技術】

【0003】

湿式摩擦クラッチの摩擦材は、一般に、油中に沈められた環境で作動し、多くの場合、摩擦材リングを形成するために使用される紙ベースの材料である。長網抄紙機を使用する抄紙プロセスによって摩擦材を形成することは、既知である。二層湿式摩擦材は、既知である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

湿式摩擦材を作製する方法が提供される。この方法は、セルロース層の第１の外面を摩擦コーティングでコーティングすることと、繊維およびフィラー粒子のマトリクスをセルロース層の第２の外面上に配置することと、繊維およびフィラー粒子のマトリクスをバインダーで飽和させ、バインダーを硬化させて、繊維およびフィラー粒子のマトリクスを一緒に接合して湿式摩擦材ベース層を形成し、湿式摩擦材ベース層をセルロース層の第２の外面に接合することと、を含む。

【0005】

この方法のいくつかの実施形態では、セルロース層の第１の外面を摩擦コーティングでコーティングすることは、水、溶液バインダー、およびフィラー粒子を含む摩擦溶液を第１の外面に適用することと、摩擦溶液を乾燥させて摩擦コーティングを形成することと、を含み得る。摩擦溶液は、１～１０重量％の溶液バインダー、５～６０重量％のフィラー粒子、および３０～９４重量％の水を含み得る。セルロース層の第１の外面を摩擦コーティングでコーティングすることは、摩擦溶液をセルロース層の外面上に、噴霧、ブラッシング、またはローリングすることを含み得る。摩擦コーティングは、溶液バインダーおよびフィラー粒子を含み得る。摩擦コーティングは、１０～３０重量％の溶液バインダーおよび７０～９０重量％のフィラー粒子を含み得る。摩擦コーティングは、１２．５～２５重量％の溶液バインダーおよび７５～８７．５重量％のフィラー粒子を含み得る。溶液バインダーは、ナノセルロース、グアーガム、または四級アンモニウム塩であり得る。繊維およびフィラー粒子のマトリクスのセルロース層を第２の外面上に配置することは、摩擦コーティングが載る多孔質支持面を通してマトリクス中の液体を排出することを含み得る。この方法は、セルロース層の第２の外面上にある間に、マトリクスを圧縮することをさらに含み得る。

【0006】

湿式摩擦材を作製することと、湿式摩擦材を摩擦クラッチの金属部品に固定して、湿式摩擦材ベースが、金属部品に接触し、かつ摩擦コーティングが金属部品から離れて対向するようにすることを含む、摩擦クラッチの部品を作製する方法も提供される。

【0007】

湿式摩擦材ベース層に埋め込まれた繊維およびフィラー粒子のマトリクスならびにベースバインダーを含む、湿式摩擦材ベース層と、湿式摩擦材ベース層に固定された第１の外面を含むセルロース層と、セルロース層の第２の外面に固定された摩擦コーティングと、を含む、湿式摩擦材も提供される。

【0008】

湿式摩擦材のいくつかの実施形態では、摩擦コーティングは、溶液バインダーおよびフィラー粒子を含み得る。摩擦コーティングは、１０～３０重量％の溶液バインダーおよび７０～９０重量％のフィラー粒子を含み得る。摩擦コーティングは、１２．５～２５重量％の溶液バインダーおよび７５～８７．５重量％のフィラー粒子を含み得る。湿式摩擦材ベースの繊維は、少なくとも７０重量％のアラミド繊維であり得る。フィラー粒子は、珪藻土であり得る。

【0009】

金属部品と、湿式摩擦材ベースが金属部品に接触し、かつ摩擦コーティングが金属部品から離れて対向するように、金属部品上に固定された湿式摩擦材と、を含む、クラッチアセンブリも提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本開示は、以下の図面を参照して以下に説明される。

【図1a】ある実施形態によるセルロース層を概略的に示す。

【図1b】摩擦コーティングでコーティングされたセルロース層を概略的に示す。

【図1c】セルロース層上に配置されている繊維およびフィラー粒子のマトリクスを示す。

【図1d】摩擦でコーティングされたセルロース層と、ベース層に形成された繊維およびフィラー粒子のマトリクスとを含む湿式摩擦材を示す。

【図2】熱プレートを介して金属部品の上に接合されている湿式摩擦材を示す。

【図3】トルクコンバータのロックアップクラッチアセンブリのクラッチプレートの両側に結合された湿式摩擦材を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示は、摩擦コーティングをセルロース層に適用することと、摩擦材ベースをコーティングされたセルロース層に結合することと、を含む、湿式摩擦材を形成する方法を提供する。セルロース層は、製造中の摩擦材ベースの湿潤強度を増加させる。セルロース層は、スクリム層、すなわち、コーヒーフィルタおよびティーバックに使用される材料の層であり得る。

【0012】

図１ａ～１ｄは、本開示のある実施形態による湿式摩擦材およびクラッチアセンブリを形成する方法を概略的に示す。

【0013】

図１ａは、平面上側外面１２ａおよび平面下側外面１２ｂを含むセルロース層１２を示す。セルロース層１２は、セルロースの薄層から形成され、そこを通して液体を排出するのに十分な多孔性を有する。セルロース層１２は、１００～２００ミクロンの厚さ、０．０５ｇ／ｃｍ^３～０．２５ｇ／ｃｍ^３の密度、および／または３５～６５％の多孔性を有し得る。

【0014】

図１ｂは、摩擦コーティング１４で上側外面１２ａ上にコーティングされているセルロース層１２を示す。セルロース層１２は、コンベヤなどの可動支持面であり得る支持面１３に外面１２ａが接触した状態で、支持面１３上に配置され、摩擦溶液は、セルロース層１２に適用されて、摩擦コーティング１４を形成する。摩擦コーティング１４は、噴霧、ローリング、またはブラッシングによって外面１２ａ上に適用され得る。コーティングされたセルロース層１２は、多孔性を維持するが、多孔性は、コーティング１４の適用後に減少する。例えば、Ｇｕｒｌｅｙ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製のデンソメータ、具体的には、材料を通して設定された空気容量を押し出すモデル４１１０Ｎ Ｇｅｎｕｉｎｅ Ｇｕｒｌｅｙデンソメータによって測定する場合、コーティング１４の適用前では時間は４～９秒であるが、コーティング１４の適用後では時間は１０～２０秒である。

【0015】

摩擦溶液は、フィラー粒子およびバインダーを含み得る。溶液中のバインダーは、本明細書において溶液バインダーと称され、本明細書においてベースバインダーと称される後述の摩擦材料ベース１６に添加されるバインダーと区別する。溶液バインダーは、例えば、カルボキシメチルセルロースナトリウム、グアーガム、または四級アンモニウム塩（ＱＡＳ）などのナノセルロースであり得る。一実施形態では、ＱＡＳは、約１６～１８個の炭素原子を有するアルキル鎖を有する四級アンモニウム塩である。例えば、ＱＡＳは、ジ（水素化タローアルキル）ジメチルアンモニウムクロリドであるＡｒｑｕａｄ ２ＨＴ－７５であり得る。フィラー粒子は、珪藻土であり得る。摩擦溶液は、１～１０重量％の溶液バインダー、５～６０重量％のフィラー粒子、および３０～９４重量％の水を含み得る。溶液に使用される水の量は、適用方法に依存し得る。例えば、ローリングまたはブラッシングは、噴霧の水の量の約１／６～１／４を必要とし得る。ローリングまたはブラッシングでは、ＱＡＳ含有溶液は、４～１０重量％の溶液バインダー、１０～６０重量％のフィラー粒子、および３０～８６重量％の水を含み得る。噴霧では、ＱＡＳ含有溶液は、１～５重量％の溶液バインダー、５～３０重量％のフィラー粒子、および６５～９８重量％の水を含み得る。

【0016】

ＱＡＳ含有溶液をセルロース層１４に適用した後、摩擦溶液を乾燥させることによって水を除去して、摩擦コーティング１４の形成を完成させる。乾燥は、熱風送風または加熱プレートを介する乾燥によって実行され得る。どちらの場合でも、紙の表面は、９０～１１０℃の温度に到達する。摩擦コーティング１４は、乾燥後、１０～３０重量％の溶液バインダーおよび７０～９０重量％のフィラー粒子を含み得る。いくつかの実施形態では、摩擦コーティング１４は、乾燥後、１２．５～２５重量％の溶液バインダーおよび７５～８７．５重量％のフィラー粒子を含み得る。

【0017】

図１ｃに示すように、摩擦コーティング１４をセルロース層１２上で乾燥させた後、セルロース層１２を、多孔質支持面１６、例えば、金網上に位置付け、摩擦コーティング１４の外面１４ａは、多孔質支持面１６に下向きに対向し、かつ多孔質支持面１６上に載る。多孔質支持面１６は、可動であり得、例えば、コンベヤであり得る。次いで、溶液中で一緒に接合された繊維およびフィラー材料のマトリクス１８を、セルロース層１２の外面１２ｂの上に放出して、マトリクス１８中の残りの液体をセルロース層１２および多孔質支持面１６を通して排出する。マトリクス１８を摩擦材ベース２２に成形するための金型２０（図１ｄ）を、多孔質支持面１６の上に提供する。

【0018】

マトリクス１８をセルロース層１２の上に配置する間、マトリクス１８を、例えばローラを介して圧縮して、マトリクス１８の厚さを低減し、マトリクス１８の密度を増加させる。圧縮後、マトリクス１８にベースバインダーを飽和させてから、例えば熱プレートをマトリクス上に押圧することを介して硬化させて、マトリクス１８をセルロース層１２に接合し、セルロース層１２に固定された摩擦材ベース層２２を形成して、摩擦コーティング１４により画定された第１の平面外面１０ａおよび摩擦材ベース層２２により画定された第２の平面外面１０ｂを含む、図１ｄに示すような湿式摩擦材１０を形成する。フェノール樹脂の硬化は、湿式摩擦材ベース層２２を凝固および固化させて繊維および粒子を適所に固定し、これにより、湿式摩擦材１０の強度が改善される。

【0019】

したがって、湿式摩擦材ベース層２２は、繊維、フィラー材料、およびベースバインダーから形成される。繊維は、アラミド繊維、有機繊維、炭素繊維、および／または繊維ガラスであり得る。有機繊維は、セルロース繊維または綿繊維を含み得る。一実施形態では、繊維のうちの少なくとも７０％は、アラミド繊維であり得る。一実施形態では、繊維は、アラミド繊維のみからなる。フィラー材料は、珪藻土の粒子であり得る。ベースバインダーは、フェノール樹脂であり得る。任意選択的に、グラファイトなどの摩擦調整剤も、ベース層２２に含められ得る。ベース層２２の繊維は、４５～５５ミクロンの平均直径および１～２ミリメートルの平均長を有し得る。

【0020】

１つの好適な実施形態では、ベース層２２は、重量パーセントで、３０～４５％の繊維、２５～３５％のフィラー材料、および２５～４０％のベースバインダーを含み得る。より具体的には、湿式摩擦材１２は、重量パーセントで、３０～３５％の繊維、３０～３５％のフィラー材料、および３０～３５％のベースバインダーを含み得る。

【0021】

図１ｄに示すように、湿式摩擦材１０は、ベース摩擦材層２２が厚さＴ１を有し、セルロース層１２および摩擦コーティング１４が一緒にして厚さＴ２を有するように形成され、湿式摩擦材１０は、外面１０ａと外面１０ｂとの間の合計厚さＴ３を有する。１つの好適な実施形態では、セルロース層１２および摩擦コーティング１４の厚さＴ２は、合計厚さＴ３の５～１０％に等しく、したがって、支持層１１４の厚さＴ１は、合計厚さＴ３の７０～９０％になる。

【0022】

図２に示すように、次いで、湿式摩擦材１０の外面１０ｂが金属部品２４の平面２４ａに接触するように、湿式摩擦材１０を金属部品２４の上に配置し、湿式摩擦材１０および部品２４を一緒に接合して、摩擦アセンブリを形成する。表面１０ｂおよび２４ａの間に適用された接着膜は、時間、温度、および印加された圧力に起因して、金属部品２４と湿式摩擦材１０との間の永続的接続を作り出す。

【0023】

図３は、トルクコンバータ４４のロックアップクラッチアセンブリ４２のクラッチプレート４０の形態の金属部品の両側に結合された湿式摩擦材１０を示す。ロックアップクラッチアセンブリ４２のピストン４６は、トルクコンバータ４４のフロントカバー４８の内面４８ａに対してクラッチプレート４０を押し付ける。ピストン４６は、湿式摩擦材４２の後部の表面１０ａに接触し、湿式摩擦材１０の前部の表面１２ａをフロントカバー４８の内面４８ａに押し付ける。クラッチプレート４０をピストン４６によってフロントカバー４８に押し付けることにより、ロックアップクラッチアセンブリ４２をロックし、その結果、変速機入力シャフトへのトルクコンバータ４４のトルク経路がトルクコンバータ４４のインペラ５０およびタービン５２を迂回し、代わりにフロントカバー４８からクラッチプレート４０まで、かつダンパアセンブリ５４を介してトルクコンバータ４４の出力ハブ５６に接続された変速機入力シャフトまで流れる。

【0024】

前述の明細書では、本開示は、特定の例示的な実施形態およびその例を参照して説明されてきた。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記載されるようなより広い趣旨および範囲の開示から逸脱することなく、様々な修正および変更を行ってもよいことは明らかであろう。したがって、明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な方式で見なされるべきである。

【符号の説明】

【0025】

１０ 湿式摩擦材
１０ａ 第１の平面外面
１０ｂ 第２の平面外面
１２ セルロース層
１２ａ 第１の平面外面
１２ｂ 第２の平面外面
１３ 支持面
１４ 摩擦コーティング
１６ 多孔質支持面
１８ 繊維およびフィラー粒子のマトリクス
２０ 金型
２２ 湿式摩擦材ベース
２４ 金属部品
２４ａ 表面
４０ クラッチプレート
４２ ロックアップクラッチアセンブリ
４２ ロックアップクラッチアセンブリ
４４ トルクコンバータ
４６ ピストン
４８ フロントカバー
４８ａ 内面
５０ インペラ
５２ タービン
５４ ダンパアセンブリ
５６ 出力ハブ
１１２ 二層湿式摩擦材
１１３ ベース
１１４ 支持層
１１４ａ 上側外面
１１４ｂ 下側外面
１１６ 外層
１１６ａ 上側外面
１１６ｂ 下側外面
１２０ ＱＡＳ含有層
Ｔ１ 支持層厚さ
Ｔ２ 外層厚さ
Ｔ３ 合計厚さ

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図1d】

【図2】

【図3】