專利名稱：變速器用摩擦材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及變速器用的摩擦材料，尤其涉及能夠有效地用于需要較高動摩擦系數(shù)的同步環(huán)的摩擦材料。
背景技術(shù)：
典型的同步環(huán)為一環(huán)形滑動摩擦部件，用于允許兩個(gè)齒輪彼此順利嚙合，以通過在汽車變速器中的齒輪變化時(shí)滑動而同步轉(zhuǎn)動，該同步環(huán)已經(jīng)普遍在汽車的齒輪減速器(下文中稱之為“變速器”)的同步配合類型中使用。
這種同步環(huán)基本上由黃銅(銅鋅合金)制成。其將與齒輪錐接觸的內(nèi)表面，如所需要的那樣，具有用于產(chǎn)生摩擦力的環(huán)形條紋凹槽，和用于釋放潤滑油的垂直凹槽。
還知道，如鉬和陶瓷之類的具有高熔點(diǎn)的材料熱噴涂在內(nèi)表面上，以形成噴涂涂覆層，它固定到同步環(huán)的本體上。
還有一種提高摩擦特性的已知方法，它包括在其內(nèi)表面上固定一層摩擦材料，該摩擦材料包括樹脂介質(zhì)，如粘合劑、碳材料、熱固樹脂、金屬材料、無機(jī)材料等等。例如，這種方法在日本專利申請公開(JP-A-Nos.57-195923，59-18714，09-79288，09-221553和11-61103中公開。在這些公開中，碳材料包括木粉、棉花和石墨。然而，上述公開完全沒有記載本發(fā)明的石油焦炭或?yàn)r青焦炭，以及普通焦炭。JP-A-05-32955公開了一濕摩擦材料，它含有10％至30％重量比的石墨粉，3％至15％重量比的、孔隙度為10％至20％的粉焦，其余為主要包括黃銅的煅燒粉末。然而，該文獻(xiàn)既未對具有低含灰量的焦炭作出任何描述，也未對使用熱固樹脂的濕摩擦材料作出任何描述。近些年開發(fā)的高性能發(fā)動機(jī)或變速器對于同步環(huán)的穩(wěn)定工作，和工作中的變速感要求高動摩擦系數(shù)。當(dāng)然，由于同步環(huán)為滑動摩擦部件，所以需要較高的耐磨損性和耐抓取性。在這種高性能發(fā)動機(jī)的工作中，在沒有充分踩下離合器踏板或錯(cuò)誤的加速或減速情況下，變速桿的意外變速能夠?qū)е峦江h(huán)產(chǎn)生比通常情況下更大的摩擦熱量，從而產(chǎn)生更大的熱負(fù)荷。因此，同步環(huán)應(yīng)該具有較高的耐磨損性和耐抓取性。
出于增大摩擦力的目的，例如，可以機(jī)械地增大同步環(huán)的壓緊力，或者可以將內(nèi)表面的形狀改變?yōu)檩^高的接觸壓力。然而，在這種情況下，當(dāng)與對應(yīng)齒輪錐接觸時(shí)，黃銅同步環(huán)能夠產(chǎn)生較大的熱負(fù)荷，從而在摩擦熱量的作用下，可以降低其同步性能。
針對這種技術(shù)問題，具有增大吸收摩擦熱量并提高同步性能的能力的方法，它包括提供黃銅同步環(huán)的兩個(gè)、三個(gè)或更多摩擦表面，以形成多錐型同步環(huán)。然而，這種方法將增多同步環(huán)的部件數(shù)量，并能夠?qū)е缕漭^高的成本，以及導(dǎo)致車輛重量增大的較大變速器尺寸。
還知道，將如鉬之類的耐火材料熱噴涂到內(nèi)表面上的方法能夠產(chǎn)生用于承受摩擦熱量的磨損阻力或抓取阻力，但無法同時(shí)產(chǎn)生較高的動摩擦系數(shù)。
針對這種技術(shù)問題，例如，日本專利No.2992373公開了將硬陶瓷組合和分散到鉬等中，然后進(jìn)行熱噴涂。然而，所關(guān)心的是，陶瓷在摩擦滑動時(shí)的刮擦作用能夠?qū)е慢X輪錐的滑動表面的嚴(yán)重磨損，該齒輪錐的滑動表面由鐵制成，從而可以減小或降低同步性能或同步功能。
與常規(guī)黃銅同步環(huán)的黃銅相比，含有上述專利公開中所公開的樹脂介質(zhì)的粘合劑具有改進(jìn)的動摩擦系數(shù)，改進(jìn)的耐磨損性或耐抓取性，或者在接近0rpm的相對速度時(shí)具有改進(jìn)的摩擦系數(shù)(靜摩擦系數(shù))。然而，這種材料還不令人滿意，需要在性能方面進(jìn)一步提高。
于是，已經(jīng)具有發(fā)展用于同步環(huán)的摩擦材料的需要，從而在同步環(huán)的內(nèi)表面上形成良好的摩擦材料層。本發(fā)明已經(jīng)徹底解決了上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明作出了積極的研究。尤其是，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)通過使用各種碳材料樣本的實(shí)驗(yàn)和錯(cuò)誤準(zhǔn)備了摩擦材料，并已經(jīng)積極地對所準(zhǔn)備的材料作出了性能測試。在測試中，所選擇的碳材料包括木粉、棉花、球狀石墨粉、自然片狀石墨粉、人工石墨粉、活性碳、煤、木炭、竹炭、碳纖維、金剛石、焦炭等等。測試結(jié)果已經(jīng)表明，木粉、棉花、木炭、竹炭或者活性碳太軟，不足以使用；所有石墨材料和碳纖維由于其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的潤滑特性，也不足以使用；焦炭具有較高的動摩擦系數(shù)和較高的耐磨性和耐抓取性。發(fā)明人對焦炭作了進(jìn)一步研究并發(fā)現(xiàn)，含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭特別適合本發(fā)明的上述目的。本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，更為優(yōu)選的石油焦炭或?yàn)r青焦炭為含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳，或者含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭，不小于50％質(zhì)量百分比的、顆粒直徑為0.1至0.5毫米的燒結(jié)石油焦炭或鑄造用焦炭是最為優(yōu)選的。
在上述發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)上，發(fā)明人還作了進(jìn)一步的研究，以完成本發(fā)明。
于是，本發(fā)明涉及(1)同步環(huán)的摩擦材料，包括(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭，(2)上述(1)所述的同步環(huán)的摩擦材料，其中石油焦碳為(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳，(3)上述(1)所述的同步環(huán)的摩擦材料，其中瀝青焦炭為(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；(4)用于上述(1)至(3)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，其中不小于50％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭的顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑，(5)用于上述(1)至(4)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，在該摩擦材料中包括30％至80％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭，(6)用于上述(1)至(4)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，在該摩擦材料中包括50％至75％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭，(7)用于上述(1)至(6)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，還包括10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂，5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒。
(8)用于上述(1)至(7)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，還包括不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，(9)用于上述(1)至(8)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，還包括不超過10％質(zhì)量百分比的金屬纖維和/或不超過10％質(zhì)量百分比的金屬顆粒，(10)用于上述(1)至(9)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，其中熱固樹脂為酚醛清漆型的酚醛樹脂，(11)用于上述(1)至(4)中任意一項(xiàng)所述同步環(huán)的摩擦材料，以整個(gè)材料為基礎(chǔ)，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其中不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭的顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑，及(12)濕摩擦材料，以整個(gè)材料為基礎(chǔ)，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其中不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
術(shù)語“濕摩擦材料”是指在液體，尤其是油中使用的摩擦材料。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式根據(jù)本發(fā)明，用于同步環(huán)的摩擦材料包括(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭，或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭。一般地，難以獲得含灰量小于0.1％質(zhì)量百分比的焦炭。含灰量大于8％質(zhì)量百分比的焦炭不具有足夠的動摩擦系數(shù)。
含灰量可以根據(jù)JIS M8511(1976)進(jìn)行測量。
石油焦炭可以通過焦化過程獲得。特別地，可以作為將重油熱轉(zhuǎn)換成輕質(zhì)烴(如煤氣、汽油和柴油)的過程的副產(chǎn)品獲得。石油焦炭可以經(jīng)過高溫處理，產(chǎn)生煅燒石油焦碳。在日本，可從Koa Oil Co.，Ltd買到這種石油焦碳。
在更加優(yōu)選的模式中，石油焦碳為含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳。
瀝青焦炭可以通過煤的碳化進(jìn)行生產(chǎn)。這種過程的例子包括室式爐方法和延遲焦化方法。這些方法通常已經(jīng)足夠確定。瀝青焦炭的例子包括鑄造用焦炭，碳化物電爐焦炭，石灰煅燒焦炭，常規(guī)焦炭和焦屑。
在最為優(yōu)選的模式中，瀝青焦炭是含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。
在優(yōu)選模式中，不超過50％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。如果每種焦炭都具有小于0.1毫米的顆粒直徑，則難以在摩擦材料層中產(chǎn)生適當(dāng)數(shù)量的孔，從而降低動摩擦系數(shù)。如果每種焦炭都具有大于0.5毫米的顆粒直徑，則摩擦材料層的強(qiáng)度不夠。
用于同步環(huán)的材料中石油焦炭或?yàn)r青焦炭的含量最好是從30％至80％質(zhì)量百分比，更為優(yōu)選的是從50％至75％質(zhì)量百分比。如果含量小于30％質(zhì)量百分比，則動摩擦系數(shù)較低。如果含量大于80％質(zhì)量百分比，則摩擦材料層強(qiáng)度不夠。
在本發(fā)明中，最好使用熱固樹脂。這種熱固樹脂的例子包括酚醛樹脂(如酚醛清漆型酚醛樹脂，環(huán)氧改性酚醛樹脂，三聚氰胺改性酚醛樹脂，漆酚改性酚醛樹脂，甲酚改性酚醛樹脂，和烴樹脂改性酚醛樹脂)，不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂，三聚氰胺樹脂，乙烯基酯樹脂，聚亞胺樹脂，硅樹脂，和鄰苯二甲酸二烯丙基樹脂?？梢詥为?dú)使用這些樹脂中的一種，或者將其兩種或以上組合使用?？紤]到耐熱性和成本，在這些樹脂中，酚醛清漆型酚醛樹脂是最優(yōu)選的。
全部摩擦材料中熱固樹脂的含量最好為從10％至30％質(zhì)量百分比。如果含量小于10％質(zhì)量百分比，則其結(jié)合力不夠，從而產(chǎn)量較低。如果含量超過30％質(zhì)量百分比，則熱固樹脂自身的脆性很容易導(dǎo)致強(qiáng)度不夠，并導(dǎo)致動摩擦系數(shù)降低。
在本發(fā)明中，最好使用無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒。例如，這種纖維和/或顆?？梢杂醚趸X、碳化硅、玻璃、石棉、沸石、蛭石、硅灰石，或碳酸鈣制成。無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒在全部摩擦材料中的含量最好是從5％至40％質(zhì)量百分比。如果含量小于5％質(zhì)量百分比，則摩擦材料強(qiáng)度不夠。如果含量大于40％質(zhì)量百分比，則全部摩擦材料缺乏彈性，從而易于在齒輪的滑動表面上形成刮痕。
在本發(fā)明中，也可以使用石墨。石墨的例子包括球狀石墨粉，自然片狀石墨粉和人工石墨粉，但是石墨不是主要成分。如果使用的話，少量的石墨就足夠了，并且一般地石墨在全部摩擦材料中的含量可以不超過5％質(zhì)量百分比。石墨的添加有時(shí)能夠提高耐磨性。
在本發(fā)明中，也可以使用金屬纖維和/或金屬顆粒。金屬材料的例子包括鋁、鋁合金、銅，和銅合金(黃銅)。金屬纖維和/或金屬顆粒在摩擦材料中的含量應(yīng)當(dāng)不超過10％質(zhì)量百分比。金屬纖維和/或金屬顆粒有時(shí)能夠提高熱固樹脂的耐久性，但并不是總是必需的。
在本發(fā)明中，也可以使用有機(jī)纖維和/或有機(jī)顆粒。無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒的例子包括漆樹粉末，核桃粉末，三聚氰胺粉末，聚芳基酰胺纖維，Dyneema纖維，Vectran纖維，Kevlar纖維，和熒光纖維。它們可以采用碎塊或礦粉的形式。有機(jī)纖維和/或有機(jī)顆粒在全部摩擦材料中的含量應(yīng)當(dāng)不超過15％質(zhì)量百分比。有機(jī)纖維和/或有機(jī)顆粒能夠提高動摩擦系數(shù)。
本發(fā)明的摩擦材料可以通過將上述原材料混合的過程生產(chǎn)。本發(fā)明在下面的優(yōu)選實(shí)施例中進(jìn)行了詳細(xì)描述，該優(yōu)選實(shí)施例不對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定。
例子在下面，參照附圖在例子中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
附

圖1是軸向剖視圖，示出了同步環(huán)的主體，該同步環(huán)在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上具有用于同步環(huán)的摩擦材料層。附圖2是流程圖，示出了在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上用本發(fā)明所述用于同步環(huán)的摩擦材料形成摩擦材料層的過程。附圖3是示意圖，示出了在采用摩擦材料之后，將用于同步環(huán)的摩擦材料預(yù)模壓在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上的過程。附圖4是示意圖，示出了在預(yù)模壓之后，用于形成與環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面整體形成的摩擦材料層的煅燒過程。
參照附圖1，例如，使用本發(fā)明所述用于同步環(huán)的摩擦材料的同步環(huán)10包括環(huán)狀結(jié)構(gòu)11和摩擦材料層12，該摩擦材料層由創(chuàng)造性的摩擦材料制成并形成在環(huán)狀結(jié)構(gòu)11的內(nèi)表面上。通過機(jī)械加工等，可以將摩擦材料層12的厚度定制成用戶所需要厚度。甚至大約0.5毫米的厚度(薄膜厚度)都能夠確保實(shí)際載荷情況下足夠的抗磨損性，于是，厚度設(shè)置的自由度較高。
參照附圖2至4，下面描述制造同步環(huán)10的方法。
在將環(huán)狀結(jié)構(gòu)11的內(nèi)表面用酒精等進(jìn)行清洗之后，該內(nèi)表面先前通過噴丸等進(jìn)行過接地處理或表面處理，如酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂之類的熱固粘合劑涂敷到該內(nèi)表面上。然后，將環(huán)狀結(jié)構(gòu)11放置到恒溫室等中，并在70至120℃溫度的空氣下保持10至30分鐘，從而使粘合劑干燥。然后，將環(huán)狀結(jié)構(gòu)11放置在壓制模具20的下模22中。此后，將摩擦材料16引入并裝入形成在環(huán)狀結(jié)構(gòu)11的內(nèi)表面和芯部23的外表面之間的空腔中。在常規(guī)油壓機(jī)等中，摩擦材料16利用上模21的沖頭進(jìn)行壓制，以在從常規(guī)溫度到50℃的范圍中的模具溫度下進(jìn)行預(yù)模壓。然后，將壓制模具20放置在常規(guī)直接液壓模制機(jī)中預(yù)設(shè)成180℃至300℃溫度下的熱板上，并且對該材料進(jìn)行煅燒(加熱和模壓)5至30分鐘，以形成與環(huán)狀結(jié)構(gòu)11整體形成的摩擦材料層13。最后，例如通過機(jī)械加工將摩擦材料層13的內(nèi)邊緣切割成逐漸變細(xì)的形狀(錐形)，然后形成圓周方向的環(huán)狀條紋凹槽14和徑向的垂直凹槽15，從而完成摩擦材料層12。
已經(jīng)對同步環(huán)10進(jìn)行了某些測試，該同步環(huán)具有使用用于同步環(huán)的創(chuàng)造性摩擦材料的摩擦材料層12。下面描述相應(yīng)測試的結(jié)果。
表1和2示出了同步裝置性能測試的結(jié)果，該測試如下進(jìn)行。在同步裝置測試機(jī)中，慣性重量設(shè)置為85kgf/cm2，并且每個(gè)同步環(huán)10都放置在65℃的變速器油中(油的類型為Honda MRF-II)，并用氣缸壓在以1300rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的逐漸變細(xì)的對應(yīng)構(gòu)件(名稱齒輪錐，材料SCM420，熱處理滲碳、淬火和回火，逐漸變細(xì)面研磨處理)上以25kgf的壓力壓制1000個(gè)循環(huán)；此后，在測量動摩擦系數(shù)(在同步時(shí)間期間動摩擦的平均系數(shù))和同步時(shí)間(一個(gè)循環(huán)中，從同步開始到同步結(jié)束的時(shí)間周期)時(shí)，每個(gè)同步環(huán)10都用氣缸壓在對應(yīng)構(gòu)件上分別以25kgf、40kgf和75kgf的壓力壓制30個(gè)循環(huán)。測試中使用的所有環(huán)狀結(jié)構(gòu)11都由相同的黃銅基材制成，并處于相同的形狀和尺寸。所有同步環(huán)10都通過上述過程制造，并且所有摩擦材料層12都具有如附圖1中所示的相同形狀的摩擦表面。
表1 當(dāng)用玻璃纖維代替硅灰石纖維(具有8微米的平均纖維長度)時(shí)，也可以獲得類似結(jié)果。
表1示出了測試的結(jié)果，其中檢驗(yàn)了不同焦炭材料的優(yōu)越性。樣本A和B都對應(yīng)于用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料，其中樣本A使用了含灰量為0.15％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，樣本B使用了含灰量為7.5％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。為了進(jìn)行比較，樣本C使用了含灰量為10.5％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭，并且也對由黃銅制成的常規(guī)同步環(huán)進(jìn)行了檢測。
表1中的結(jié)果表明，樣本A和B都具有較高的動摩擦系數(shù)，并具有較短的同步時(shí)間。這說明，用于樣本A或B的同步環(huán)的摩擦材料對形成具有高同步性能(高的動摩擦系數(shù)和短的同步時(shí)間)的同步環(huán)應(yīng)當(dāng)是有用的。對樣本A至C的結(jié)果進(jìn)行比較也表明，隨著含灰量降低，同步性能應(yīng)當(dāng)傾向于提高。于是，確定具有低含灰量的煅燒石油焦碳將使用于本發(fā)明所述同步環(huán)摩擦材料的最優(yōu)選材料。
表2 當(dāng)用玻璃纖維代替硅灰石纖維(具有8微米的平均纖維長度)時(shí)，也可以獲得類似結(jié)果。
表2示出了適當(dāng)含量的煅燒石油焦碳的研究結(jié)果。樣本A和D至I都對應(yīng)于用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料，并且都使用含灰量為0.15％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳。煅燒石油焦碳的含量以樣本D、E、F、G、A、H和I的順序依次升高。樣本A和常規(guī)黃銅同步環(huán)的數(shù)值比較與表1中相同。
表2中的結(jié)果表明，在每個(gè)壓制力下，隨著煅燒焦炭含量的增大，所得到的同步性能變得更好(動摩擦系數(shù)和同步時(shí)間分別變得更高和更短)。這說明，為了獲得所得到的用于同步環(huán)的摩擦材料的高同步性能，煅燒石油焦碳的含量應(yīng)當(dāng)最好盡可能高。測試結(jié)果示出，不超過25％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳提供了與常規(guī)黃銅同步環(huán)類似水平的同步性能(動摩擦系數(shù)和同步時(shí)間)。于是，確定用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料應(yīng)當(dāng)最好含有30％質(zhì)量百分比或更多的煅燒石油焦碳。
表3示出了同步裝置耐久性測試的結(jié)果，該耐久性測試如下進(jìn)行。在同步裝置測試機(jī)中，慣性重量設(shè)置為85kgf/cm2，并且每個(gè)同步環(huán)10都放置在80℃的變速器油(油的類型Honda MTF-II)中，并用氣缸壓在4000rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的逐漸變細(xì)的對應(yīng)構(gòu)件(名稱齒輪錐，材料SCM420，熱處理滲碳、淬火和回火，錐面研磨處理)上以25kgf的壓力壓制1000個(gè)循環(huán)；此后，在測量齒輪振動的發(fā)生周期(當(dāng)同步環(huán)的同步性能受損，從而在壓制期間無法形成良好的同步動作時(shí)，產(chǎn)生較大聲音的事件)和磨耗量(每個(gè)同步環(huán)10的摩擦材料層12在軸向上的磨損長度)時(shí)，每個(gè)同步環(huán)10都用氣缸壓在對應(yīng)構(gòu)件上分別以50kgf的壓力壓制10000個(gè)循環(huán)。測試中使用的所有環(huán)狀結(jié)構(gòu)11都由相同的黃銅基材制成，并處于相同的形狀和尺寸。所有同步環(huán)10都通過上述過程制造，并且所有摩擦材料層12都具有如附圖1中所示的相同表面形式的摩擦材料層。
表3 當(dāng)用玻璃纖維代替硅灰石纖維(具有8微米的平均纖維長度)時(shí)，也可以獲得類似結(jié)果。
表3表明，同步裝置耐久性測試是在常規(guī)黃銅同步環(huán)無法持久的嚴(yán)酷條件下進(jìn)行的。
樣本A、B、G、H、和I都對應(yīng)于用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料，并且都在同步裝置持久性測試中產(chǎn)生了令人滿意的結(jié)果。于是，發(fā)現(xiàn)用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料不僅具有高同步性能，還具有較高的耐磨損性或耐抓取性。
相反，常規(guī)黃銅同步環(huán)產(chǎn)生齒輪振動，并產(chǎn)生較大的磨耗量。常規(guī)黃銅同步環(huán)也具有較短的齒輪振動發(fā)生周期，并且發(fā)現(xiàn)常規(guī)黃銅同步環(huán)導(dǎo)致逐漸變細(xì)的對應(yīng)構(gòu)件發(fā)生抓取，并因此對抓取或熱量耐受性較低。使用煅燒石油焦炭或鑄造用焦炭的用于同步環(huán)的創(chuàng)造性摩擦材料能夠使摩擦材料層具有較高的耐抓取性或耐熱性。
表4和5示出了使用具有與表1和2中所示不同規(guī)格的同步裝置機(jī)進(jìn)行同步裝置性能測試的結(jié)果。表4中所示同步裝置性能測試的結(jié)果是穩(wěn)定階段的動摩擦的平均系數(shù)，該穩(wěn)定階段通過在0.015kgf/m2的慣性重量，放置在同步裝置測試機(jī)的油壓缸中的80℃的變速器油中的條件下，對每個(gè)同步環(huán)10都以500N的壓力壓制在逐漸變細(xì)的對應(yīng)構(gòu)件(名稱齒輪錐，材料SCM420，熱處理滲碳、淬火和回火，錐面研磨處理)上重復(fù)壓制500個(gè)循環(huán)獲得的，該對應(yīng)構(gòu)件以2000rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行研磨，并且該結(jié)果也是動摩擦的平均系數(shù)，該系數(shù)此后通過在0.015kgf/m2的慣性重量，放置在80℃的相同變速器油(油的類型Honda MTF-II)中的相同條件下，對每個(gè)同步環(huán)10都以300N的壓力壓制在以1000、1500或2000rpm轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的所述對應(yīng)構(gòu)件上重復(fù)壓制5個(gè)循環(huán)獲得的，以及在500N和1000N的壓制力情況下以同樣方式獲得的動摩擦的平均系數(shù)。
在測試中使用的所有環(huán)狀結(jié)構(gòu)11都由相同的黃銅基材制成，并處于相同的形狀和尺寸。用于生產(chǎn)同步環(huán)的所有條件都與上述相同。而且，所有摩擦材料層12都具有如附圖1中所示的相同形狀的摩擦表面。
表4
當(dāng)用玻璃纖維代替硅灰石纖維(具有8微米的平均纖維長度)時(shí)，也可以獲得類似結(jié)果。
表4示出了對適當(dāng)含量的煅燒石油焦碳的研究結(jié)果。每個(gè)樣本J、L、M、N、O和P都對應(yīng)于用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料，并且都使用含灰量為0.15％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭。煅燒石油焦碳的含量以樣本J＝K＜L＜M＜N＜O＜P的順序增大。為了進(jìn)行比較，示出了常規(guī)黃銅同步環(huán)的結(jié)果。
如表4中所示，具有在每個(gè)壓制力下隨著煅燒石油焦炭增多，本摩擦材料的動摩擦系數(shù)與常規(guī)黃銅同步環(huán)相比變高的趨勢。為了獲得更高的動摩擦系數(shù)，考慮應(yīng)當(dāng)最好通過調(diào)節(jié)其他材料的含量，將煅燒石油焦碳的含量設(shè)置在50％至75％質(zhì)量百分比。這說明，為了獲得所得到的用于同步環(huán)的摩擦材料的高同步性能，在考慮到其他材料的含量的情況下，煅燒石油焦碳的含量最好應(yīng)當(dāng)盡可能的高，可以確定煅燒石油焦炭在用于同步環(huán)的摩擦材料中的含量應(yīng)當(dāng)最好在30％至80％質(zhì)量百分比，更為優(yōu)選的是50％至75％質(zhì)量百分比。
表5
當(dāng)用玻璃纖維代替硅灰石纖維(具有8微米的平均纖維長度)時(shí)，也可以獲得類似結(jié)果。
表5示出了對將包含在用于同步環(huán)的摩擦材料中的煅燒石油焦碳的最佳顆粒尺寸的研究結(jié)果。樣本M和Q、R是用于本發(fā)明的同步環(huán)的摩擦材料，并且所有這些材料都使用含灰量為0.15％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，并具有相同的混合率。而且，所有將混合的組合材料都具有相同特征，并且組合比也相同。將包含在樣本M中的煅燒石油焦炭具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑，該顆粒直徑通過使用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行分類獲得。將包含在樣本Q中的煅燒石油焦炭具有不超過0.1毫米的顆粒直徑，該顆粒直徑通過使用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行分類獲得。將包含在樣本R中的煅燒石油焦碳具有0.5至1毫米的顆粒直徑，該顆粒直徑通過使用標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行分類獲得。
表5表明，樣本M中獲得了比樣本Q、R中更高的動摩擦系數(shù)。這些結(jié)果說明，摩擦表面的孔隙率狀態(tài)和摩擦材料的剛性得到了良好的平衡?；谶@些結(jié)果，優(yōu)選地確定對于具有良好同步性能的同步環(huán)，應(yīng)當(dāng)盡可能多地選擇將包含在摩擦材料中的具有0.1至0.5毫米范圍的顆粒直徑的煅燒石油焦炭。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，在同步環(huán)中使用的摩擦材料包括(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭，或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭，更為優(yōu)選的是(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。這種摩擦材料能夠形成具有高動摩擦系數(shù)和良好耐磨損性和耐抓取性的同步環(huán)。這種材料也能夠抑制齒輪錐(對應(yīng)構(gòu)件)的滑動表面的損傷。
附圖簡要描述附圖1是軸向剖視圖，示出了同步環(huán)的主體，該同步環(huán)在其環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上具有一層用于本發(fā)明所述同步環(huán)的摩擦材料；附圖2是流程圖，示出了在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上用本發(fā)明所述用于同步環(huán)的摩擦材料形成摩擦材料層的過程。
附圖3是示意圖，示出了在采用摩擦材料之后，將用于同步環(huán)的摩擦材料預(yù)模壓在環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上的過程。
附圖4是示意圖，示出了在預(yù)模壓之后，用于形成與環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面整體形成的摩擦材料層的煅燒過程。
附圖標(biāo)記描述10同步環(huán)11環(huán)狀結(jié)構(gòu)12摩擦材料層13摩擦材料層14環(huán)狀條紋凹槽15垂直凹槽16摩擦材料20壓制模具21上模21a沖頭22下模23芯部權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)1.(修改)用于同步環(huán)的摩擦材料，以用于同步環(huán)的全部摩擦材料為基礎(chǔ)，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭，或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭。
2.如權(quán)利要求1所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，該石油焦碳為(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭。
3.如權(quán)利要求1所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，該瀝青焦炭為(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，不超過50％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭的顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
5.(刪除)6.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，以用于同步環(huán)的全部摩擦材料為基礎(chǔ)，包括50％至75％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂，5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括不超過5％質(zhì)量百分比的石墨。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括不超過10％質(zhì)量百分比的金屬纖維和/或不超過10％質(zhì)量百分比的金屬顆粒。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，熱固樹脂為酚醛清漆型酚醛樹脂。
11.用于同步環(huán)的摩擦材料，相對于全部材料，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其特征在于，不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭的顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
12.濕摩擦材料，相對于全部材料，包括30至80質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其中不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
權(quán)利要求
1.用于同步環(huán)的摩擦材料，包括(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭，或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭。
2.如權(quán)利要求1所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，該石油焦碳為(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭。
3.如權(quán)利要求1所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，該瀝青焦炭為(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，不超過50％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，在摩擦材料中包含30％至80％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭。
6.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，在摩擦材料中包含50％至75％質(zhì)量百分比的石油焦炭或?yàn)r青焦炭。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂，5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括不超過5％質(zhì)量百分比的石墨。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，還包括不超過10％質(zhì)量百分比的金屬纖維和/或不超過10％質(zhì)量百分比的金屬顆粒。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的用于同步環(huán)的摩擦材料，其特征在于，該熱固樹脂為酚醛清漆型酚醛樹脂。
11.用于同步環(huán)的摩擦材料，以整個(gè)材料為基礎(chǔ)，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其特征在于，不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭的顆粒具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
12.濕摩擦材料，以整個(gè)材料為基礎(chǔ)，包括30％至80％質(zhì)量百分比的(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭；10％至30％質(zhì)量百分比的熱固樹脂；5％至40％質(zhì)量百分比的無機(jī)纖維和/或無機(jī)顆粒；和不超過5％質(zhì)量百分比的石墨，其中不超過50％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦碳或鑄造用焦炭具有0.1至0.5毫米的顆粒直徑。
全文摘要
用于同步環(huán)的摩擦材料，包括(A)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的石油焦炭，或者(B)含灰量為0.1％至8％質(zhì)量百分比的瀝青焦炭，更為優(yōu)選的是(C)含灰量為0.1％至1％質(zhì)量百分比的煅燒石油焦炭，或者(D)含灰量為5％至8％質(zhì)量百分比的鑄造用焦炭。該摩擦材料有效地用于需要高動摩擦系數(shù)的同步環(huán)。
文檔編號C08J5/14GK1798931SQ200480015500
公開日2006年7月5日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月4日
發(fā)明者高木善昭, 松井榮進(jìn), 福島良浩, 高田智哉 申請人:田中精密工業(yè)株式會社