(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)

(51) 。Int. Cl.
F16D 13/62 (2006.01)
F16D 69/00 (2006.01)
F16D 69/02 (2006.01)
C04B 35/83 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0011421
2007년01월24일
(21) 출원번호 10-2006-7022667
(22) 출원일자 2006년10월30일
심사청구일자 2006년10월30일
번역문 제출일자 2006년10월30일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2005/005808 (87) 국제공개번호 WO 2005/095812
국제출원일자 2005년03월29일 국제공개일자 2005년10월13일
(30) 우선권주장 JP-P-2004-00110488 2004년04월02일 일본(JP)
(71) 출원인 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
일본 도쿄 미나토쿠 미나미-아오야마 2-1-1
가부시키가이샤 아크로스
일본 사이타마켄 와라비시 니시키쵸 2-16-27
(72) 발명자 다카하시 아츠시
일본 사이타마켄 와코시 추오 1-4-1 혼다 알앤디 가부시키가이샤나이
요시다 사토시
일본 사이타마켄 와코시 추오 1-4-1 혼다 알앤디 가부시키가이샤나이
고모리 겐타로
일본 사이타마켄 와코시 추오 1-4-1 혼다 알앤디 가부시키가이샤나이
구마가이 요리노리
일본 사이타마켄 와코시 추오 1-4-1 혼다 알앤디 가부시키가이샤나이
나카가와 다카오
일본 사이타마켄 와라비시 니시키쵸 2-16-27 가부시키가이샤아크로스
나이
야마시타 미호코
일본 사이타마켄 와라비시 니시키쵸 2-16-27 가부시키가이샤아크로스
나이
(74) 대리인 김태홍
송승필
전체 청구항 수 : 총 9 항
(54) 마찰 결합 장치용 마찰 부재 및 그 제조 방법
(57) 요약
공개특허 10-2007-0011421
- 1 -
경량화를 도모할 수 있는 동시에, 내충격성이 강하고, 또한 미끄럼 이동 저항의 향상을 도모할 수 있는 마찰 결합 장치용
마찰 부재 및 그 제조 방법을 제공한다. 마찰 결합 장치용 마찰 부재(10)로서, 탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트
릭스와, 이 매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 형성된 전구체를 가열 처리함으로써 얻어진 탄소 섬유/탄소질 복합재제
마찰 부재로서, 그 기공율이 20 내지 60%가 되어 이루어지도록 하였다.
대표도
도 2
특허청구의 범위
청구항 1.
탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트릭스와, 이 매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 형성된 전구체를 가열 처리
함으로써 얻어진 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재로서, 그 기공율이 20 내지 60%인 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장
치용 마찰 부재.
청구항 2.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는, 상기 전구체 내의 상기 매트릭스가 잔류하고 있는 것을
특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재.
청구항 3.
제1항에 있어서, 상기 가열 처리는 300 내지 600℃의 저온 소성인 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재.
청구항 4.
제1항에 있어서, 상기 가열 처리전의 전구체에 대한 상기 가열 처리후의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량 감
소율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재.
청구항 5.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 굽힘 강도가 60 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 마찰 결합
장치용 마찰 부재.
청구항 6.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 마찰 부재 본체와 마찰층이 상기 전구체를 가열 처리하여 이루어지는 단일편으
로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재.
청구항 7.
탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트릭스와 이 매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 전구체를 형성하고,
공개특허 10-2007-0011421
- 2 -
상기 매트릭스가 잔류하는 상태로 상기 전구체를 저온 소성하여 기공율이 20 내지 60%가 되도록 탄소 섬유/탄소질 복합
재제 마찰 부재를 형성하는 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재의 제조 방법.
청구항 8.
제7항에 있어서, 상기 저온 소성은 300 내지 600℃의 온도하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰
부재의 제조 방법.
청구항 9.
제7항에 있어서, 상기 전구체의 중량에 대한 상기 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량 감소율이 20% 이하가 되
도록, 상기 저온 소성이 이루어지는 것을 특징으로 하는 마찰 결합 장치용 마찰 부재의 제조 방법.
명세서
기술분야
본 발명은 마찰 결합 장치용 마찰 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 자동차의 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결
합 장치에 사용하기에 적합한 마찰 결합 장치용 마찰 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
종래, 자동차의 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치는, 철계의 금속으로 이루어지는 플레이트형의 코어바에 셀룰로
오스 섬유 등의 마찰재를 접합하여 형성되는 마찰 부재를 구비하고 있다. 마찰재는 일반적으로 페이퍼 마찰재라고 불리며,
마찰재용 수지를 유기 용매로 용해한 것을 유기계 섬유 기재의 초지체에 함침시키고, 건조, 가열 경화 공정을 통해 얻을 수
있다. 또한, 소형 경량화를 도모하기 위해 탄소계 섬유로 형성한 마찰재도 알려져 있다(예컨대, JP 11-5850 A,
Paragraphs 0019-0020 참조).
이러한 마찰재가 접합된 마찰 부재는 상대측이 되는 세퍼레이터 플레이트와 함께 복수 매 교대로 중첩되어 다판형 클러치
를 구성하고, 마찰 결합 장치의 구동력 전달 부재로서 배치된다. 그리고, 마찰 결합 장치는 마찰 부재가 세퍼레이터 플레이
트에 대하여 압접 또는 이격됨으로써, 엔진측으로부터의 구동력이 차륜측에 전달되고, 또는 구동력이 차륜측과 차단되도
록 되어 있다.
상기한 종래의 마찰 결합 장치에 이용되는 마찰 부재로는, 코어바가 되는 부분이 금속제 기판으로 구성되어 있기 때문에
중량이 커진다고 하는 문제를 갖고 있고, 경량화가 요구되고 있었다. 마찰 부재를 경량화하기 위한 방책으로서는 마찰 부
재의 전체를 코어바의 부분도 포함하여 탄소계 섬유로 소성하여 단단하게 하여 구성하는 것을 들 수 있다. 그러나, 그렇게
하면 마찰 부재의 경량화는 가능하게 되지만, 내충격성이 저하된다고 하는 문제가 발생된다.
또한, 이러한 마찰 부재를 제조하기 위해서는, 일반적으로 1000 내지 2000℃의 고온 영역에 있어서의 고온 소성으로 카본
을 소성하여 단단하게 하고, 그리고 휘발하여 형성된 공극에 수지액을 함침하여 재차 소성한다고 하는 작업을 몇 번이나
반복하여 행해야 한다. 이 때문에 마찰 부재의 제조에 시간이 걸리는 동시에, 고가가 된다고 하는 문제가 있었다.
또한, 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치에 있어서는 최근에 성능의 고도화, 고기능화가 진행되고, 이에 따라 마찰
부재에 대한 마찰 계수(마찰 특성)의 향상이 요구되고 있다.
발명의 상세한 설명
공개특허 10-2007-0011421
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본 발명자들은 마찰 부재의 경량화를 도모하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 종래와 같이 완전히 소성하여 단단하게 하
지 않고, 수지 성분이 남아 있는 상태, 즉 매트릭스가 완전히 탄화하지 않는 상태로 소성 처리를 행함으로써, 기공분이 존
재하는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 제작함으로써, 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치에 사용하기에
적합한 마찰 부재를 얻을 수 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이른 것이다.
본 발명의 일측면으로서의 마찰 결합 장치용 마찰 부재는 탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트릭스와, 이 매트릭스
에 분산되는 탄소 섬유에 의해 형성된 전구체를 가열 처리함으로써 얻어진 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재로서, 그
기공율이 20 내지 60%인 것을 특징으로 하는 것이다.
이 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는 기공율이 20 내지 60%가 되도록 기공이 존재하기 때문에, 마찰 계수의 향상
을 도모할 수 있다. 그 결과, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용한 경우에 필요한 특
성을 만족시킬 수 있다. 즉, 마찰면에 윤활 공급되는 오일의 유지력이 높아지고, 양호한 마찰 특성을 얻을 수 있는 동시에,
그 내구성을 향상시킬 수 있게 된다. 여기서 기공율이 20%를 하회하면 기공량이 불충분해지기 때문에 오일에 의한 윤활이
조속히 행해지기 어려워지고, 양호한 마찰 특성을 얻을 수 없는 동시에, 마찰부의 냉각 부족을 초래하기 쉬워진다. 또한,
기공율이 60%를 넘으면 마찰 부재의 인성에 영향을 미치기 쉬워지고, 내충격성이 저하되어 내구성이 조기에 저하되기 쉬
워진다.
상기 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재는, 상기 전구체 내의 상기 매트릭스가 잔류하고 있는 것으로 하는 것이 바람직
하다. 이 경우, 전구체의 가열 처리는 매트릭스가 잔류하는 상태, 즉 완전히 소성하여 단단하게 되지 않는 상태(매트릭스가
완전히 탄화되지 않는 상태)가 되도록 행해지는 것이 된다. 이에 따라, 종래와 같이 전체를 소성하여 단단하게 하여 형성한
것에 비해 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 인성이나 탄성이 갖춰지게 되고, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마
찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용한 경우에 적합한, 충격성에 견딜 수 있는 원하는 강도를 갖는 것으로 할 수 있다.
또한, 완전히 소성하여 단단하게 할 필요가 없기 때문에 종래 같은 탄소 섬유를 완전히 소성하여 단단하게 할 때의 번잡한
작업을 배제할 수 있고, 예컨대 1회의 가열 처리에 의해 원하는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 얻을 수 있다. 이
에 따라, 종래에 비해 단시간에 저렴하게 마찰 부재를 형성할 수 있다. 또한, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 잔류
하는 매트릭스가 바인더의 역할을 하기 때문에 기공율이 높게 설정되더라도 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 인성
이 양호하게 유지되고, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 박육화를 실현할 수 있다. 따라서, 마찰 결합 장치의 소형
화에 기여하는 마찰 부재를 얻을 수 있다.
또한, 상기 가열 처리는 300 내지 600℃의 저온 소성으로 하는 것이 바람직하다. 전구체의 가열 처리가 종래의 소성 기술
에는 없는 300 내지 600℃로 저온 소성함으로써 행해지면 매트릭스가 완전히 소성하여 단단해지지 않게 되고(매트릭스가
완전히 탄화되지 않는 상태로 되고), 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는 매트릭스가 잔류하게 된다. 이에 따라, 얻
어지는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재는 전술한 바와 같은 우수한 효과를 나타내는 것이 된다.
또한, 상기 마찰 결합 장치용 마찰 부재에 있어서, 상기 가열 처리전의 전구체에 대한 상기 가열 처리후의 탄소 섬유/탄소
질 복합재제 마찰 부재의 중량 감소율이(예컨대, 비산화 분위기하에서 600℃까지 승온하였을 때에) 20% 이하가 되도록
하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 가열 처리후의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량을 가열 처리전의 전구체와 비교하였을 때의 감소
율이 20%를 넘지 않도록 규정함으로써, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기공율이나 강도, 마찰 특성이, 예컨대 자
동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용하는 경우에 적합한 마찰 부재를 얻을 수 있다. 또한, 기공
율은 매트릭스의 배합량에 의해 상기 20 내지 60%의 범위에서 변동되기 때문에, 이와 같이 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마
찰 부재의 중량 감소율을 규정하는 것은 원하는 강도를 갖춘 품질이 좋은 마찰 부재를 얻는 데 유효하다고 말할 수 있다.
또한, 상기 마찰 결합 장치용 마찰 부재는, 상기 탄소 섬유/탄소질 복합재의 굽힘 강도를 60 MPa 이상으로 하는 것이 바람
직하다.
탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 굽힘 강도가 60 MPa 이상이 되도록 규정함으로써, 충격성에 강하고, 예컨대 자동
변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용하는 경우에 적합한 마찰 부재를 얻을 수 있다.
또한, 상기 마찰 결합 장치용 마찰 부재는, 마찰 부재 본체와 마찰층이 상기 전구체를 가열 처리하여 이루어지는 단일편으
로 형성되어 있는 것으로 하는 것이 바람직하다.
공개특허 10-2007-0011421
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이에 따라, 마찰 부재 본체와 마찰층이 일체적으로 형성되기 때문에 종래와 같은 금속제의 코어바를 이용한 마찰 부재에
비해 대폭적인 경량화를 도모할 수 있다. 이와 같이 경량화됨으로써, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의
마찰 부재로서 적용한 경우에 마찰 부재가 회전함으로써 발생하는 관성을 저감할 수 있게 되고, 구동력의 전달 손실을 적
게 할 수 있다. 이에 따라, 자동차의 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치에 이용한 경우, 연료 소비량의 저감을 도모
하는 것도 가능해진다.
또한, 본 발명의 다른 측면으로서의 마찰 결합 장치용 마찰 부재의 제조 방법은, 탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매
트릭스와 이 매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 전구체를 형성하고, 상기 매트릭스가 잔류하는 상태로 상기 전구체를
저온 소성하여 기공율이 20 내지 60%가 되도록 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제조 방법에 의하면, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재는 탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트릭스와 이
매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 형성한 전구체를 매트릭스가 잔류하는 상태로 저온 소성함으로써 형성할 수 있다.
그리고, 전구체는 저온 소성에 의해 매트릭스가 잔류하는 상태, 즉 완전히 소성하여 단단해지는 상태가 되지 않는다. 이에
따라, 종래와 같이 전체를 소성하여 단단하게 하여 형성한 것에 비해 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 인성이나 탄
성이 갖춰지게 되고, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용한 경우에 적합한 충격성에
견딜 수 있는 원하는 강도를 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 완전히 소성하여 단단하게 할 필요가 없어지기 때문에 종래와
같은 탄소 섬유를 완전히 소성하여 단단하게 할 때의 번잡한 작업을 배제할 수 있고, 예컨대 한 번의 저온 소성에 의해 원
하는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 얻을 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 단시간에 저렴한 마찰 부재를 형성할
수 있다.
또한, 기공율이 20 내지 60%가 되도록 규정하였기 때문에, 전술한 바와 같은 작용 효과를 얻을 수 있다. 즉, 기공의 존재에
의한 마찰 계수의 향상을 도모할 수 있고, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용한 경우
에, 마찰면에 윤활 공급되는 오일의 유지력이 높아지며, 양호한 마찰 특성을 얻을 수 있어 내구성이 향상된다. 또한, 탄소
섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 잔류하는 매트릭스가 바인더의 역할을 하기 때문에 기공율이 높게 설정되더라도, 탄소
섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 인성이 양호하게 유지되고, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 박육화를 실현할
수 있다. 따라서, 마찰 결합 장치의 소형화에 기여하는 마찰 부재를 얻을 수 있다.
본 발명의 마찰 결합 장치용 마찰 부재 및 그 제조 방법에 의하면, 경량화를 도모할 수 있는 동시에, 내충격성이 강하고, 또
한 마찰 계수의 향상을 도모할 수 있는 마찰 결합 장치용 마찰 부재를 얻을 수 있다.
상기한 본 발명의 여러 가지 측면 및 효과와, 다른 효과 및 더 나은 특징은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 본 발명의 예시
적이면서 비제한적인 실시예의 상세한 설명에 의해 한층 더 명백해질 것이다.
실시예
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 마찰 결합 장치용 마찰 부재의 실시예를 설명한다.
본 실시예의 마찰 결합 장치용 마찰 부재(이하, 마찰 부재라고 한다)는, 예컨대 도 1에 도시하는 바와 같이, 자동차의 자동
변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치(1)에서의 습식 다판 클러치(C)에 적용된다. 마찰 부재(10)는 탄소계 바인더 및 첨가
물로 이루어지는 매트릭스와, 이 매트릭스에 분산되는 탄소 섬유에 의해 형성된 전구체를 저온 소성함으로써 형성되는 탄
소 섬유/탄소질 복합재(C/C 복합재)제 마찰 부재이다. 그리고 마찰 부재(10)는 마찰 부재 본체(코어바에 상당하는 부분)와
마찰층[후기하는 세퍼레이터 플레이트(20)에 미끄럼 접촉하는 부분]이 상기 전구체에 의해 일체적으로 형성되어 이루어
진다.
본 실시예의 마찰 결합 장치(1)는 도시하지 않는 엔진과 모터·제너레이터(MG)를 구비하는 하이브리드 차에 적용되는 것이
며, 도시하지 않는 엔진으로부터의 크랭크 샤프트(2)와, 트랜스미션(도시 생략)으로부터의 메인 샤프트(3) 사이에, 상기
모터·제너레이터(MG)와, 댐퍼(D)와, 상기 습식 다판 클러치(C)가 직렬로 배치되어 구성된다.
모터·제너레이터(MG)는 그 로터(4)가 볼트(1a)를 통해 크랭크 샤프트(2)에 고정되어 있고, 그 로터(4)에 볼 베어링(5)을
매개로 습식 다판 클러치(C)의 클러치 입력축(6)이 지지된다. 클러치 입력축(6)에는 클러치 케이스(7)의 일단측이 용접되
어 고정된다. 클러치 케이스(7)는 제1 케이스(7a)와, 이 제1 케이스(7a)의 외주부에 중합되어 용접된 제2 케이스(7b)로 구
공개특허 10-2007-0011421
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성된다. 클러치 케이스(7)의 제1 케이스(7a)의 내면에는 클러치 가이드(8)가 고정된다. 한편, 제2 케이스(7b)는 오일 펌프
(도시 생략)를 구동하기 위한 오일 펌프 허브(9)에 용접된다. 이 오일 펌프 허브(9)는 미션 케이스(30)에 볼 베어링(11)을
매개로 지지되고, 오일 펌프 허브(9)와 미션 케이스(30) 사이에 오일 시일(12)이 배치된다.
트랜스미션의 메인 샤프트(3)는, 그 소직경 단부(3a)가 클러치 입력축(6)의 지지 구멍에 베어링 메탈(6a)을 매개로 지지된
다. 메인 샤프트(3)의 외주부에는 클러치 허브(13)가 스플라인 결합되고, 그 일단부가 스러스트 베어링(13a)을 매개로 클
러치 입력축(6)의 단부면에 대향하고 있는 동시에, 타단부가 스러스트 베어링(13b)을 매개로 제2 케이스(7b)의 내면에 대
향하고 있다. 또한, 메인 샤프트(3)의 외주면과 오일 펌프 허브(9)의 내주면 사이에는 통형의 오일 세퍼레이터(9a)가 배치
되어 있고, 이 오일 세퍼레이터(9a)의 단부 외주면과 클러치 허브(13)의 단부 내주면 사이에 시일 링(13C)이 배치된다.
습식 다판 클러치(C)는 마찰 부재(10) 및 상대재로서의 세퍼레이터 플레이트(20)가 교대로 중첩되어 각 5장씩 배치되어
있다. 마찰 부재(10)는 클러치 허브(13)의 외주부에, 그 내측 톱니(10a)[도 2a 및 도 2b 참조]가 스플라인 끼워 맞춤 상태
로 설치되고, 또한 세퍼레이터 플레이트(20)는 클러치 가이드(8)의 내주부에 그 외측 톱니(20a)[도 3a 및 도 3b 참조)가
스플라인 끼워 맞춤 상태로 설치된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 최외측에 배치되는 마찰 부재(10)의 측방에는 엔드 플레
이트(17)가 배치된다. 이 엔드 플레이트(17)는 시일 링(17a)을 매개로 클러치 허브(13)의 외주부에 설치된 환형의 구획 부
재(17b)에 접촉하고 있다. 또한, 엔드 플레이트(17)의 측방으로, 제2 케이스(7b)의 내측면에는 엔드 플레이트(17)와 밀착
할 수 있는 평탄한 복수의 수압(受壓)면(7c)이 형성되어 있고, 각 수압면(7c)(도 1에서는 하나만 도시) 사이에는 오일 홈
(7d)이 방사 방향으로 형성되어 있다.
클러치 가이드(8)와 클러치 입력축(6) 사이에는 내외 한 쌍의 O링(8a, 8a)을 통해 클러치 피스톤(14)이 미끄럼 이동 가능
하게 끼워 맞춰져 있고, 그 클러치 피스톤(14)과 제1 케이스(7a) 사이에 클러치 유실(14a)이 구획된다. 이 클러치 유실
(14a)은 클러치 입력축(6)을 반경 방향으로 관통하는 오일 통로(6b)를 통해 메인 샤프트(3) 내부에 형성된 오일 통로(3b)
와 연통하고 있다. 또한, 클러치 피스톤(14)에는 최외측 세퍼레이터 플레이트(20)가 접촉 가능하게 대향하고 있다.
습식 다판 클러치(C)의 내측에 있어서, 클러치 입력축(6)에는 클립(15a)에 의해 스프링 시트(15)가 지지되어 있고, 이 스
프링 시트(15)와 클러치 피스톤(14) 사이에 클러치 스프링(16)이 압축 상태로 삽입되어 있다. 이에 따라, 클러치 피스톤
(14)은 최외측의 세퍼레이터 플레이트(20)로부터 멀어지는 방향(결합 해제 방향)으로 압박되도록 되어 있다.
마찰 부재(10), 세퍼레이터 플레이트(20) 및 엔드 플레이트(17)의 미끄럼 이동 영역은 클러치 허브(13)를 관통하는 복수의
관통 구멍(13d)(도 1에서는 하나만 도시)을 통해, 메인 샤프트(3)와 오일 세퍼레이터(9a) 사이에 형성된 오일 통로(18)와
연통하고 있다. 또한, 상기 미끄럼 이동 영역은 제2 케이스(7b)의 각 오일 홈(7d)(도면에서는 하나만 도시)으로부터 클러
치 허브(13)와 오일 펌프 허브(9) 사이에 형성된 오일 통로(19a)를 통해 오일 펌프 허브(9)의 내주면과 오일 세퍼레이터
(9a)의 외주면 사이에 형성된 오일 통로(19b)와 연통하고 있다. 따라서, 상기 미끄럼 이동 영역에는 이들 통로를 통해 오일
이 공급되도록 되어 있다.
본 실시예의 마찰 부재(10)는, 상기한 바와 같이 전구체를 300 내지 600℃의 저온 소성으로, 매트릭스가 잔류하는 상태로
가열 처리를 행함으로써, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기공율이 20 내지 60%로 되어 이루어지도록 형성하였
다. 또한 후기하는 바와 같이, 비산화 분위기하에서 600℃까지 승온하였을 때의 전구체의 중량 감소율이 20%를 넘지 않도
록 형성하는 동시에, 굽힘 강도(R)가 60 MPa 이상이 되도록 형성하였다.
상기 마찰 부재(10)의 재료로서 이용되는 탄소 섬유(CF)로서는, 피치계나 PAN(폴리아크릴로니트릴)계, 레이온계 등의 임
의의 것을 사용할 수 있다. 또한, 탄소 섬유로서는 미탄화 탄소질 섬유도 사용할 수 있다. 탄소 섬유의 섬유 길이 및 섬유 직
경은 특별히 한정되는 것이 아니라, 임의의 것을 사용할 수 있다. 탄소계 바인더로서는 페놀 수지, 프랜 수지, 폴리이미드
수지, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지, 또는 석유계, 석탄계 등의 피치류, 또는 이들 수지에 피치류를 배합하여 이루어지
는 조성 물질을 사용할 수 있고, 이 중에서도 높은 결합 강도를 얻을 수 있는 페놀 수지가 바람직하다. 이러한 탄소계 바인
더는 전구체(또는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재)의 인성을 높이기 위한 바인더로서도 작용한다. 첨가물로서는 석
유계 및/또는 석탄계 코크스 분말이나 적절한 세라믹 분말, 섬유질이나 유기질 바인더 등을 이용할 수 있다.
이러한 마찰 결합 장치(1)에 이용되는 마찰 부재(10)를 다음과 같은 방법으로 제조하였다.
(1) 상기 탄소 섬유, 탄소계 바인더, 첨가물을 잘 혼합하여 도넛형 금형으로 충전하고, 금형 온도를 250℃, 압력을 10 MPa
의 조건하에서 핫 프레스를 행하며, 전구체를 형성하였다. 또한, 탄소 섬유(CF)와 매트릭스의 배합 비율은 특별히 제한은
없지만, 예컨대 표 1의 예1 내지 14에 나타내는 바와 같이, 여러 가지의 형태를 채용할 수 있다.
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(2) 계속해서, 얻어진 전구체를 가열로 내에 설치하여 질소 가스 분위기에서, 소성 온도 300 내지 600℃로, 약 2시간의 저
온 소성(가열 처리)을 행하고, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 얻었다. 이때의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부
재의 데이터를 소성 온도 300℃, 400℃, 500℃, 600℃로 나눠 표 1에 나타내었다.
(3) 얻어진 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 외주부에 프레스 천공기로 내측 톱니(10a)[도 2a 및 도 2b 참조]를 형
성하고, 그 후 마무리 가공으로서 마찰면[세퍼레이터 플레이트(20)와의 미끄럼 이동면]에 대하여 연삭을 행하였다. 이에
따라 두께 1.8 mm의 마찰 부재(10)가 형성되었다.
[표 1]
소성 온도 예
원료 조성(%) 매트릭스
휘발율(%)
기공율
(%) 굽힘 강도(MPa) μ0/μdCF 매트릭스
A B C D(=B*C) E F
300
1 28 72 28 20.2 194.0 1.037
2 22 78 51 39.8 119.6 0.990
3 17 83 60 49.8 96.2 0.967
400
4 30 70 28 19.6 134.3 1.032
5 26 74 41 30.3 126.7 1.005
6 18 82 61 50.0 75.2 0.968
500
7 32 68 29 19.7 110.7 1.040
8 28 72 42 30.2 94.1 1.010
9 24 76 53 40.3 79.3 0.984
600
10 35 65 30 19.5 94.7 1.035
11 30 70 44 30.8 74.2 1.004
12 25 75 52 39.0 67.6 0.985
13 20 80 61 48.8 51.9 0.970
14 15 85 73 62.1 31.5 0.965
이 표 1의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 데이터에 기초하여, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기공율[P
(%)]과 굽힘 강도(R)(MPa)의 관계를 나타낸 것이 도 4에 도시하는 그래프이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 소성 온도가
높아지면 상대적으로 굽힘 강도(R)(MPa)가 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은 저온 소성에 의해 탄소 섬유/탄소질 복합재
제 마찰 부재에는 매트릭스가 잔류하는 상태가 되지만, 소성 온도가 상승함으로써 휘발하는 매트릭스의 분량이 증가하기
때문이다. 또한, 기공율[P(%)]이 증가하면 그만큼, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는 간극이 많아지기 때문에 굽
힘 강도(R)(MPa)가 저하되게 된다. 여기서, 마찰 결합 장치(1)(도 1 참조)에 적용되는 마찰 부재(10)의 양호한 굽힘 강도
(R)(MPa)를 생각하면, 예컨대 마찰 결합 장치(1)에 대한 충격성이 높은 입력을 고려한 경우에, 마찰 특성{기공율[P(%)]
의 영향을 받음}이 양호하게 유지되는 것이 바람직하다. 이 때문에 굽힘 강도(R)(MPa)는 마찰 부재(10)에 있어서의 내측
톱니(10a)의 내구 요건 등, 지금까지의 지견으로부터 60 MPa 이상 요구된다고 생각하였다.
또한, 표 1의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재(예1 내지 14)에 기초하여, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기
공율[P(%)]과 마찰 계수(μ0/μd)와의 관계를 나타낸 것이 도 5에 도시하는 그래프이며, 또한 마찰 특성을 평가하기 위해
SAE No.2 시험기에서의 토크 파형도를 도시한 것이 도 6이다.
마찰 평가 시험은 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재[마찰 부재(10), 표 1 참조] 예1 내지 14의 각각에 관해서, 다음과
같이 행하였다. 이들 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재로 이루어지는 마찰 부재(10)를 2개의 세퍼레이터 플레이트(20,
20)에 끼우고, 이들을 SAE No.2 시험기에 내장하며, 면압: 0.95 MPa, 회전 속도: 2940 rpm, 관성: 0.12 kg·m2, 시험유 온
도: 100℃, 시험 사이클수: 500 사이클의 조건으로 마찰 평가 시험을 행하여 마찰 계수(μ0, μd)를 측정하였다. 이들 μ0, μd
는 도 6의 SAE No.2 시험기에 있어서의 토크 파형으로 도시되어 있고, μd는 회전수 1200 rpm일 때의 마찰 계수, μ0는 토
크가 급격히 감소하기 직전의 회전수 200 rpm일 때의 마찰 계수이다. 여기서, μ은 토크를 클러치가 결합할 때의 면압으로
나눈 값이다. 이들의 마찰 계수는 회전 질량체를 정지시키는 브레이킹 테스트에 의한다. 또한, 세퍼레이터 플레이트(20)에
는 카니젠 도금을 행하였다.
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도 5에 도시한 바와 같이, 기공율[P(%)]이 증가하면(오일 윤활성이 증가하면), 마찰 특성의 지표로서의 μ0/μd가 작아지
고, 저더(judder) 진동을 방지하는 데에 우수한 것이 된다. 여기서, 상기한 바와 같이, 마찰 결합 장치(1)에 대한 충격성이
높은 입력을 고려한 경우에 μ0/μd는 조건적으로 1.04 이하로 설정되는 것이 바람직하고, 그 점으로부터 기공율[P(%)]을
보면 기공율[P(%)]은 20 내지 60%로 설정되는 것이 바람직하다. 또한 상한을 60%로 한 것은, 기공율[P(%)]이 60%를 넘
으면 μ0/μd에 거의 변화가 보이지 않고, 또한 이 조건에서는 마찰 부재(10)가 잘 형성되지 않게 되며, 도 4에 도시한 바와
같이 충분한 굽힘 강도(R)(MPa)를 얻을 수 없게 되기 때문이다.
여기서, 마찰 부재(10)에 있어서의 기공은, 주로 전구체 내의 휘발 성분이 저온 소성에 의해 제거되는 것에 의해 형성되는
것이며, 그 기공율[P(%)]의 측정은 현미경에 의해 표면에 형성된 기공의 크기를 측정하는 방법이나 공지의 방법을 이용함
으로써 행할 수 있다.
다음에, 도 7을 참조하여 사용 환경하에 노출된 후의 소성 온도에 대한 굽힘 강도 저하율에 관해서 설명한다. 도 7에 도시
하는 바와 같이, 소성 온도가 300℃를 하회하면 굽힘 강도 저하율이 극단적으로 상승하는 것을 알 수 있다. 이것은, 예컨대
소성 온도가 200℃로 내려가면 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 있어서의 매트릭스의 잔류량이 과잉되고, 마찰 부
재(10)로서 사용하였을 때에 열 열화를 야기하기 쉬워지기 때문이다. 다른 한편으로, 소성 온도가 300 내지 600℃인 영역
에 있어서는 굽힘 강도 저하율(%)이 20% 이하로 억제되는 것을 알 수 있고, 내구성에 문제없이 사용에 견딜 수 있는 마찰
부재(10)를 얻을 수 있다.
여기서, 소성 온도에 대한 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량 감소율을 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은
300℃, 400℃, 500℃, 600℃의 각 소성 온도로 각각 소성한 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 비산화 분위기하(질
소 분위기하)에서, 600℃까지의 온도에 각 1시간 방치하였을 때의 중량 감소율을 나타낸 그래프이다. 도면 중 선 (1)은 분
위기 온도 300℃에 있어서의 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량 변화를 도시하고, 이하 도면 중 선 (2)는 분위기
온도 400℃, 도면 중 선 (3)은 분위기 온도 500℃, 도면 중 선 (4)는 분위기 온도 600℃에 있어서의 중량 변화를 도시하고
있다. 또한, 도면으로부터 명백한 바와 같이, 400℃, 500℃, 600℃ 중 어느 한 분위기 온도에 있어서도 고온 영역이 됨에
따라 분위기 온도 300℃일 때의 선 (1)상에 중복되어 간다.
처음에, 300℃를 하회하는 저온 영역에 관해서, 도면 중 선 (1)을 참조하여 설명하면 300℃로 소성한 탄소 섬유/탄소질 복
합재제 마찰 부재의 중량을 100으로 하였을 때, 300℃를 하회하는 저온 영역에서는 중량 감소가 거의 나타나 있지 않은 것
을 알 수 있다. 이것은 매트릭스의 탄소화가 진행되지 않는 상태를 나타내고 있다.
다음에, 300℃ 소성품에 있어서의 중량 변화에 관해서 설명한다. 도 8 중 선 (1)로 도시하는 바와 같이, 300 내지 600℃에
있어서의 중량 감소를 보면 300℃에 있어서는 중량이 약 100%[부호(イ)를 붙인 지점]이었지만, 600℃에서는 중량이 약
80.0%[부호(ロ)를 붙인 지점)로 되었다. 이에 따라, 이 온도 범위에 있어서의 중량 감소율은 약 20%가 되었다.
또한, 도 8 중 선 (2)로 도시하는 바와 같이, 400℃ 소성품에 있어서의 중량 변화에 관해서, 400 내지 600℃에 있어서의 중
량 감소를 보면 400℃에 있어서는 중량이 약 94.9%[부호(ハ)를 붙인 지점]이었지만, 600℃에 있어서는, 전술한 바와 같
이 중량이 80.0%[부호(ロ)를 붙인 지점]가 되었다. 이에 따라, 이 온도 범위에 있어서의 중량 감소율은 약 15.7%가 되었
다.
또한, 도 8 중 선 (3)으로 도시하는 바와 같이, 500℃ 소성품에 있어서의 중량 변화에 관해서, 500 내지 600℃에 있어서의
중량 감소를 보면 500℃에 있어서는 중량이 약 86.1%[부호(ニ)를 붙인 지점]이었지만, 600℃에 있어서는 전술한 바와 같
이 중량이 80.0%(부호(ロ)를 붙인 지점]가 되었다. 이에 따라, 이 온도 범위에 있어서의 중량 감소율은 약 7.1%가 되었다.
또한, 600℃ 소성품에 있어서는 중량이 80.0%[도면 중 부호(ホ)를 붙인 지점: 도면중 부호(ロ)를 붙인 지점과 동일]부터
고온 소성역이 됨에 따라 300℃ 소성품의 선 (1)상에 중첩된다.
이상과 같이, 각 소성 온도 300℃, 400℃, 500℃, 600℃인 소성품 각각의 300 내지 600℃의 중량 감소율은 약 20% 이하
(20%를 넘지 않음)로 억제되는 결과가 되었다. 따라서, 이 범위(300 내지 600℃)로 저온 소성을 행함으로써, 탄소 섬유/탄
소질 복합재제 마찰 부재의 기공율이나 강도, 마찰 특성이 적합하게 된 마찰 부재(10)를 얻을 수 있다. 또한, 상기한 기공율
[P(%)]은 매트릭스의 배합량에 의해 상기 20 내지 60%의 범위에서 변동하기 때문에, 이와 같이 탄소 섬유/탄소질 복합재
제 마찰 부재의 중량 감소율을 규정하는 것은 원하는 강도를 갖춘 품질이 좋은 마찰 부재(10)를 얻는 데 유효하다고 말할
수 있다.
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이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 마찰 부재(10)는 탄소계 바인더 및 첨가물로 이루어지는 매트릭스와, 이 매트릭스에
분산되는 탄소 섬유에 의해 형성한 전구체를 저온 소성함으로써 형성할 수 있다.
그리고, 전구체의 저온 소성은 종래의 소성 기술에는 없는 300 내지 600℃로 행해지기 때문에 매트릭스가 완전히 소성하
여 단단해지지 않고, 매트릭스가 완전히 탄소화되지 않는 상태로 되기 때문에 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는
매트릭스가 잔류되게 된다. 이에 따라, 종래와 같이 전체를 소성하여 단단하게 하여 형성한 것에 비해 탄소 섬유/탄소질 복
합재제 마찰 부재에 인성이나 탄성이 갖춰지게 되고, 예컨대 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서
적용한 경우에 적합한 충격성에 견딜 수 있는 원하는 강도를 지닌 것으로 할 수 있다.
또한, 완전히 소성하여 단단하게 할 필요가 없어지기 때문에 종래와 같은 탄소 섬유를 완전히 소성하여 단단하게 할 때의
번잡한 작업을 배제할 수 있고, 1회의 가열 처리에 의해 원하는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재를 얻을 수 있다. 이
에 따라, 종래에 비해 단시간에 저렴하게 마찰 부재(10)를 형성할 수 있다.
또한, 기공율이 20 내지 60%로 되기 때문에 기공의 존재에 의한 마찰 저항의 향상을 도모할 수 있고, 마찰 결합 장치(1)의
마찰 부재(10)로서 적용한 경우에 필요한 특성을 만족시킬 수 있다. 여기서, 기공율이 20%를 하회하면 기공량이 불충분해
지기 때문에 기공에 유지되는 오일에 의한 윤활이 조속히 행해지기 어려워지고, 양호한 마찰 특성을 얻을 수 없는 동시에,
마찰부의 냉각 부족을 초래하기 쉬워진다. 또한, 기공율이 60%를 넘으면 마찰 부재(10)의 인성에 영향을 미치기 쉬워지
고, 자동 변속기용 클러치 등의 마찰 결합 장치의 마찰 부재로서 적용한 경우에 원하는 강도를 얻을 수 없으며, 내구성이
조기에 저하되기 쉬워진다. 이에 대하여, 본 실시예에서는 기공율이 20 내지 60%로 되기 때문에 마찰면에 윤활 공급되는
오일의 유지력이 높아지고, 양호한 마찰 특성을 얻을 수 있는 동시에, 그 내구성을 향상시킬 수 있다.
그런데, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기공율이 증가하면, 그만큼 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에 많은
간극이 발생하지만, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재에는, 상기한 바와 같이 매트릭스가 잔류하기 때문에, 이 잔류하
는 매트릭스가 바인더의 역할을 하고, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 인성이 양호하게 유지되게 된다. 환언하면,
매트릭스를 완전히 소성하지 않음으로써, 마찰 부재(10)에 형성되는 내측 톱니(10a)[도 2a 및 도 2b 참조]를 포함하는 전
체의 강도가 확보되게 된다. 따라서, 예컨대 기공율이 60%만큼 높게 설정되더라도, 마찰 부재(10)의 두께를 두텁게 형성
하여 강도를 확보할 필요가 없어지고, 마찰 부재(10)의 박육화를 실현할 수 있다. 따라서, 마찰 결합 장치(1)의 소형화에
기여하는 마찰 부재(10)를 얻을 수 있다.
또한, 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 굽힘 강도(R)를 60 MPa 이상으로 하였기 때문에 충격성에 강하고, 마찰 결
합 장치(1)에 적합한 마찰 부재(10)를 얻을 수 있다.
또한, 마찰 부재(10)는 마찰 부재 본체와 마찰층이 전구체에 의해 일체적으로 형성되어 이루어지기 때문에 종래와 같은 코
어바를 이용한 마찰 부재에 비해 대폭적인 경량화를 도모할 수 있다. 이와 같이 경량화됨으로써, 마찰 부재(10)가 회전함
으로써 발생하는 관성을 저감할 수 있게 되고, 구동력의 전달 손실을 적게 할 수 있다. 이에 따라, 자동차의 자동 변속기용
클러치 등의 마찰 결합 장치에 이용한 경우, 연료 소비량의 저감을 도모하는 것도 가능해진다.
상기한 실시예에서는, 마찰 부재 본체와 마찰층이 전구체에 의해 일체적으로 형성되어 이루어지는 마찰 부재(10)에 관해
서 설명하였지만, 본 발명은 이것으로만 한정되는 것이 아니라, 예컨대 코어바에 접합되는 마찰 부재에 대하여도 적용할
수 있다.
이상, 본 발명의 예시로서의 실시예를 설명하였지만, 첨부한 청구의 범위에서 정의하는 바의 본 발명의 정신 및 범위를 일
탈하지 않는 한, 이 실시예에 대하여 여러 가지 수정이나 변경이 가능하다.
산업상 이용 가능성
본 발명에 의한 마찰 부재 및 그 제조 방법은 모든 종류의 마찰 결합 장치, 특히 자동차의 자동 변속기용 클러치 등에 적합
하게 사용된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰 결합 장치용 마찰 부재가 적용되는 마찰 결합 장치의 주요부의 단면도이다.
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도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 마찰 결합 장치용 마찰 부재를 도시하는 것으로, 도 2a는 정면도, 도 2b는 도 2a의 선
b-b를 따라 취한 선단면도이다.
도 3은 세퍼레이터 플레이트를 도시하는 것으로, 도 3a는 정면도, 도 3b는 도 3a의 선 b-b를 따라 취한 단면도이다.
도 4는 기공율과 굽힘 강도와의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 기공율(P)(%)과 μ0/μd의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 SAE No.2 시험기에서의 토크 파형도를 도시한 도면이다.
도 7은 300℃ 대기중에서 1시간 노출한 후의 소성 온도와 굽힘 강도 저하율과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 탄소 섬유/탄소질 복합재제 마찰 부재의 중량 감소율을 나타낸 그래프이다.
도면
도면1
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도면2
도면3
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도면4
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도면6
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도면7
도면8
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