专利摘要:
特に自動車における、液体媒体中で摩擦を発現させる改質された摩擦材料を提供する。30容量%以上60容量%以下の多孔率を有し、500平方メートル/g以上2500平方メートル/g以下の表面積と、5重量%以上15重量%以下の質量含有率を有する活性炭のチャージを含む摩擦材料。なし
公开号:JP2011516653A
申请号:JP2011502418
申请日:2009-03-18
公开日:2011-05-26
发明作者:デュノ エリック;ルジャンテル エリック;ロンムリュー セシール;パンチエ フィリップ;アダムクザック ロイク
申请人:ヴァレオ マトゥリオー ドゥ フリクション;
IPC主号:C09K3-14
专利说明:

[0001] 本発明は、液体媒体中で摩擦を発現させる装置での使用を意図する摩擦材料に関する。]
背景技術

[0002] 特にこの装置は、例えば自動車に装備されるトランスミッション・カップリング・パーツである。]
[0003] 特に、前記摩擦材料は、自動又はロボット化されたギアボックスに装着するよう意図されているが、このようなボックスに限定されるものではない。]
[0004] 例えばこのような摩擦材料は、特許文献1で開示されたタイプの同期リングの摩擦表面のライニングとして使用されることがある。]
[0005] 液体媒体中で摩擦を発現させるための摩擦材料は、特に安定性、耐熱性及び耐磨耗性の要請を満たすことを目的に開発されている。]
[0006] 特許文献2は、熱硬化性樹脂が含浸した繊維マットを含む、液体媒体中の摩擦材料を開示し、前記繊維マットは、少なくとも長さ12mmで、カーディングされ、艶出しされかつフェルト化されている。]
[0007] このような摩擦材料の多孔度は、30容量%から60容量%の間である。この値は、従来条件で使用する際のトランスミッション・カップリング・パーツの用途に適している。]
[0008] 一般的に本明細書で、「AとBの間に含まれる」という範囲に言及している場合、両端の「A」及び「B」は、前記範囲内に含まれる。]
[0009] 従来条件における自動車のトランスミッション・カップリング・パーツでは、前記タイプの材料に加わる圧力は、0.2から2MPaの間で変化する。]
[0010] 自動車市場の発展は、動力伝達系の効率を改良すること、例えば車の消耗を減少させ及び/又は快適さを向上させるよう設計者に求める。]
[0011] これらの特性を改良する一手段は、トランスミッションを自動化すること、例えば自動化されたトランスミッション又はロボット化されたギアボックスを使用することである。]
[0012] トランスミッションを最適化する多くの基準の中で、性能の向上、トランスミッション・パーツのサイズ及び製造コストが注目される。]
[0013] 更に最近の開発傾向は、停止することなく、自動的にギアチェンジできる可能性を追及することである。]
[0014] 特許文献2で開示されたタイプの液体媒体中で摩擦を生じさせる既知の摩擦材料が、上述の基準を最適にすることを困難にする性質を有することが明らかにされてきた。]
[0015] 少なくとも0.5から10MPa間の特定の圧力における摩擦材料の抵抗は、トランスミッション・パーツを設計する新規で有望な手段を提示する。]
先行技術

[0016] 欧州特許公開第0821175号
欧州特許公開第0702761号]
発明が解決しようとする課題

[0017] 本発明の目的は、トランスミッション・パーツの設計者に、液体媒体中で改良された摩擦材料を提供すること、特にこのような材料の圧力下での使用範囲を広げることを可能することである。]
課題を解決するための手段

[0018] この目的は、熱硬化性樹脂が含浸し、カーディングされ、艶出しされかつフェルト化された、繊維長が12mm以上である繊維マットを含み、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに装着するための摩擦材料であって、該摩擦材料は、30容量%以上60容量%以下の多孔率を有し、かつ500平方メートル/g以上2500平方メートル/g以下の比表面積と、5重量%以上15重量%以下の質量含有率を有する活性炭のチャージを含む摩擦材料により達成される。]
[0019] 本発明者らは、このような物質が、少なくとも0.5から10MPa、実際には20MPaまでの特定圧力範囲で使用できることを立証できた。]
[0020] 更にこの物質は、使用する液体潤滑剤のタイプに従って、摩擦的挙動の中立性を増加させることを示している。]
[0021] 圧力とシフト速度に関連する摩擦安定性にも注目できる。]
[0022] シフト及びメンテナンスのフェーズの間の同様の摩擦安定性にも注目することが望ましい。更に前記材料の温度及びエネルギに関するその寸法的及び摩擦的な特性だけでなく、弾性的挙動の卓越した安定性にも注目できる。]
[0023] 本発明による摩擦材料は、個別に又は全ての組み合わせが可能と考えられる次の1又は2以上の選択的特性を有している。
−前記繊維は、特にガラスEであるガラス繊維、綿花、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維、予備酸化されたポリアクリロニトリル繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ピートモス繊維又はこれらの組み合わせから選択される。
−熱硬化性樹脂が、特にレゾール又はノボラックであるフェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、エポシキ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの組み合わせから選択される。
−前記樹脂が、樹脂の例えば10から30重量%の質量含有率の、カシューナッツ殻液(CNSL)で改質されたレゾールタイプのフェノール樹脂である。
−前記繊維が、例えば、特にガラスEであるガラス繊維、ポリアクリロニトリル繊維及び綿花の異なった組成の3種類の繊維の混合物から成る。
−異なった組成の各繊維の容量分率が、繊維の混合物の20から40%の間である。
−前記樹脂と前記繊維のマットとの間の容量比が、0.80以上1.20以下、好ましくは0.09以上及び/又は1.10以下である。
−活性炭の比表面積が、800平方メートル/g以上及び/又は1500平方メートル/g以下である。
−活性炭の質量含有率が、8重量%以上及び/又は12重量%以下である。
−活性炭の平均粒径が、5μm以上50μm以下、好ましくは8μm以上及び/又は25μm以下である。
−活性炭が摩擦材料の容量中に均一分散されている。
−摩擦表面が形成される前記材料の一方面に、20容量%と70容量%の間の活性炭を、20μmから200μmの厚さで、好ましくは50μm以上及び/又は好ましくは100μmの未満の厚さで含む。]
[0024] 本発明は、更に摩擦材料が、鋳造で成形される摩擦サポートを含む摩擦部に関する。このような摩擦部は、例えば同期リング又はカプラである。]
[0025] 更に本発明は、本発明による又は前述の摩擦部を含む摩擦材料で被覆された摩擦表面を含む、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに関する。]
[0026] 本発明のデバイスは、個別に又は全ての組み合わせが可能と考えられる次の1又は2以上の選択的特性を有している。
−前記デバイスは、特に自動車用のトランスミッション・カップリング・パーツである。
−当該トランスミッション・カップリング・パーツは、動力伝達装置を開けることなく、自動的なギアチェンジを可能にする。
−前記デバイスの作動の間、前記摩擦材料への特定の圧力は、0.5から20MPaの間である。]
[0027] 本発明は更に、次の連続工程a)からd)を含む摩擦材料の製造方法にも関する。
−a)繊維長が12mm以上である、カーディングされ、艶出しされかつフェルト化された繊維のマットを供給する。
−b)熱硬化性樹脂浴中で、前記マットを含浸させる。
−c)過剰の樹脂を乾燥させる。
−d)工程c)後に得られる中間物質のチャージ下で、120℃から250℃の間の温度で強化して、最終物質の容量に関する多孔度を30%から60%の間とし、
−e)工程b)の間及び/又は工程c)の後で工程d)の前に、比表面積が、500平方メートル/gから2500平方メートル/gの間で、摩擦材料の質量含有率が5重量%以上15重量%以下である活性炭のチャージを導入する。]
[0028] 完了のための一手段として、工程e)が、樹脂と活性炭を含む浴に、マットを浸漬させることから成る。]
[0029] 当該一手段と組み合わせても良い一手段として、工程e)が、例えば工程b)の樹脂である樹脂と、活性炭を含む水性溶液を粉砕し、次いで例えば赤外加熱の補助で水を蒸留させることから成る。]
図面の簡単な説明

[0030] 材料の厚さの変化を示すグラフ。
材料の疲労強度の変化を示すグラフ。
摩擦(μd)の動的な値を示すグラフ。
比(μf/μd)の動的な値を示すグラフ。]
実施例

[0031] 本発明を、実施例により説明するが、これらは本発明を限定するものではない。]
[0032] 比較例は、本発明の摩擦材料の利点をより明確にするであろう。]
[0033] 本発明の実施例及び比較例の全ての材料は、熱硬化性樹脂が含浸した繊維マットの同じ基本的な組成であり、その基本成分は、表1に記載の通りである。]
[0034] ]
[0035] 使用する熱硬化性樹脂は、レゾール型のフェノール液体樹脂である。]
[0036] 次のものを、表1の基本成分に添加した。
−本発明の実施例とするための、平均粒径が、8から5μmの間で、比表面積(BET)が1100平方メートル/gである活性炭。
−本発明の比較例とするために、チャージを添加しないか、例えば不定形シリカ又は珪酸カルシウムを添加する。]
[0037] 本発明のサンプルは、異なった多孔度の、つまり50%、40%及び/又は30%の多孔度を有する、上述した活性炭約10%を添加して製造した。]
[0038] このようにして得られた全ての材料は、顕著な性質を示す。]
[0039] 前記材料の多孔度は、液体媒体中のトランスミッション・カップリング・パーツ内に形成されるオイルフィルムを非常に迅速に乾燥させることを可能にし、更に幅広い範囲に亘って一定な動作圧を設定できることに注目できる。]
[0040] 下記に詳述しかつ表2に纏めた実施例は、50容量%の多孔度を有する表1の成分に基づいて得られたものである。本発明の実施例EX1及びEX2は、活性炭10重量%(つまり最終材料の約3.6容量%)の例である。EX−C1、EX−C2及びEX−C3は、それぞれ不定形シリカのチャージ、珪酸カルシウムのチャージを含み、及びチャージを有しない比較例である。]
[0041] 使用した活性炭は、1500平方メートル/gのオーダーの比表面積と、100mg/gのオーダーの沃素値(ASTMD4607)を有する。]
[0042] 使用した不定形シリカは、デグッサ社(DEGUSSA)から市販されている。]
[0043] 使用した珪酸カルシウムは、イタプロキム(ITAPROCHIM)社の販売用照会名シカセル(SICACALL)に対応する。]
[0044] ]
[0045] 材料EX1、EX−C1及びEX−C2は、熱硬化性樹脂と、チャージでの固化前に含浸された繊維マット上のチャージを含む水性溶液の粉砕により得た。]
[0046] 材料EX2は、熱硬化性樹脂と活性炭の混合物を含む浴中で繊維マットの含浸で得られ、この含浸により繊維マット全体に活性炭を拡散させることを可能にする。]
[0047] 前もって含浸された繊維マットのチャージでの強化で得られる、例示した材料の全ては、200℃の温度におけるチャージの粉砕の対象とすることができ、楔状の形状が形成されて、最終製品中に50%の多孔度を得ることを可能にする。]
[0048] 添付した図1から図4は、本発明の実施例及び比較例で測定した異なったパラメータの変化を示す。] 図1 図4
[0049] 図1は、特定の圧力(MPaで表示。x−軸)を加えたときの材料の厚さの減少(a%で表示。y−軸)の発生を示す。オイル中で80℃及び120℃の温度で、本発明の材料サンプルEX1の厚さの変化を測定することにより、それぞれ曲線10(ダイヤモンド形で表示)及び曲線12(正方形で表示)が得られた。] 図1
[0050] オイル中で80℃及び120℃の温度で、比較例EX−C1の材料サンプルの厚さの変化を測定することにより、それぞれ曲線14(三角形で表示)及び曲線16(円で表示)が得られた。]
[0051] 前記測定は、オイルを入れたバット中の2枚の平行なトレイ間に設置した測定すべきサンプルに、10秒間圧力を加え、次の10秒間は圧力を加えないというサイクルで、所定の圧力を加えることにより行い、次いで初期サンプルと1000サイクル後のサンプル間の厚さの変化を測定することにより行う。テストしたサンプルは、外径50mm、厚さ1mmの、対象とする材料製のリングである。]
[0052] 1つの重要な特性は、厚さが25%減少する特定圧力である。図1の曲線から表3に提示した結果を導き出せる。] 図1
[0053] ]
[0054] 本発明の材料の挙動は特別に有意義であり、かつ本発明の活性炭のチャージに代えて、不定形シリカのチャージを導入した材料と比較して、80℃における特定圧力は実質的に2倍になることに注目すべきである。]
[0055] 図2は、前述と同じ材料の疲労強度を、類似の実験環境で測定した結果を示す。] 図2
[0056] このテストでは、まず前述のテストに従って、厚さが25%減少する特定圧力における5MPa未満の特定のテスト圧力を決定する。次いで、所定の圧力で、新規サンプルが、その初期厚さの25%を失う、サイクル数を決定する。
図2は、加えられる特定の圧力(MPaで表示、y−軸)及び決定されたサイクル数(常用対数で表示、x−軸)に対応して配置された測定点を示す。] 図2
[0057] 本発明の材料サンプルEX1をそれぞれ80℃及び120℃の温度で処理し、曲線20及び曲線22(それぞれ中空の円及び中実の円で表示)が得られた。比較例の材料サンプルEX−C1をそれぞれ80℃及び120℃の温度で処理し、曲線24及び曲線26(それぞれ中空の正方形及び中実の正方形で表示)が得られた。]
[0058] 本発明のサンプルの疲労抵抗を、本発明の活性炭のチャージの代わりに不定形シリカのチャージが導入されたサンプルと比較して大きく改良できることを決定できる。]
[0059] 例えば、20MPaでの機能点を考慮するとき、EX−C1の材料は、120℃で約100万サイクルの操作を行って初めて初期厚さの25%を失うのに対し、EX1では、同じ条件で1億サイクル以上の操作が必要になる。]
[0060] 動的な摩擦テストを行って、前記材料の特性を決定する。]
[0061] 第1のテスト技術によると、同期ディスクを操作するのと同じ圧力で、長時間ディスクの摩擦係数の発生を評価できる。外径130mm、内径100mm、厚さ0.8mmの検査すべき材料のディスクを、100℃の温度もオイル中のスチール中のカウンター材料に装着する。テストをダイナモメーターを使用し、かつ下記表4に詳細を記載した幾つかのフェーズで行った。]
[0062] ]
[0063] 摩擦係数と耐磨耗性を測定する。ギア変速速度がゼロでないときの、摩擦トルクを生成させる能力を表示することを可能にする動的摩擦係数μdを決定する。これらは、異なった圧力で決定される。]
[0064] ギア変速速度がほぼゼロであるときの、摩擦トルクを生成させる能力を表示することを可能にする最終摩擦係数μfも決定する。]
[0065] 1MPaにおけるμdinitial と、操作圧力の範囲で、摩擦の安定性を定性化する1MPaにおけるμf間の比も決定する。]
[0066] 本発明E1サンプル及び比較例EX−C2の物質のサンプルでてテストを行った。それらの結果を下記表5に纏める。]
[0067] ]
[0068] 好都合なことに、本発明EX1の材料の動的摩擦係数μdは、加えられる力に対して、比較例の材料EX−C2より安定であることに注目すべきである。]
[0069] 特に好都合なことに、本発明EX1の材料に関するμfに対するμdinitialの比はほぼ1であり、比較例の材料EX−C2に関しては15%低くなる。]
[0070] 異なった力が加えられたときの、本発明EX1材料の比μf/μdは安定でほぼ1であるのに対し、比較例の材料EX−C2では約15%変化することは注目すべきである。]
[0071] このことは、使用時に、性能が大きく改善されることの保証の可能性を与える。]
[0072] 「増加エネルギ」として知られる、他の摩擦学的テストの技術も行われた。]
[0073] 、
この技術により、下記工程で処理される材料の摩擦学的挙動を検討し表6に纏める。]
[0074] Sd = 2 x Sで、 S はcm2で表したライニングの表面積。]
[0075] 前記テストは、常に100℃のオイル中のスチールXC48内のカウンタ材料に配置された材料のリングを使用して行う。]
[0076] μd/μf、比μf/μdだけでなく、μd200J/cm2に対するμd50J/cm2の比も測定し、これにより、50J/cm2と100J/cm2の間の消費エネルギの範囲における摩擦の安定性を定量化することが可能になる。]
[0077] 図3及び図4は、それぞれ消費エネルギ(x−軸)に関する、摩擦μdの及び比μf/μd(y−軸)の動的値を示す。] 図3 図4
[0078] 前記テストは、本発明による2種の材料EX1及びEX2と比較の材料EX−C3について行い、結果を、それぞれ図3の参照番号34、32及び36と、図4の参照番号44、42及び46で示した。] 図3 図4
[0079] 図3から、チャージなしの材料(EX−C3、36)で得られる結果と比較して、活性炭のチャージを表面に配置した(EX1、34)際の消費エネルギに関する動的摩擦係数μdは極度に安定で、活性炭のチャージを内部に配置した(EX2、32)際は安定であることが分かる。] 図3
[0080] 更に、可能な最高値の動的摩擦係数を有することは好都合であり、これにより例えば容量が減少したモータのユニットとして使用できる。]
[0081] 本発明の材料EX1及びEX2の200J/cm2での動的摩擦係数は、0,1のオーダーで、チャージなしの材料EX−C3は約20%低いことに注目できる。]
[0082] 図4は、本発明の材料(EX1、44と、EX2、42)で、比μf/μd(1.1と1.3の間で顕著に安定で、比較の材料(EX−C3,46)の前記比は大きく変化することを示している。] 図4
[0083] 前述の材料のμd50J/cm2に対するμd200J/cm2の比を下記表7に示す。]
[0084] ]
[0085] これらの値も、材料がチャージを有さない比較の材料EX−C3と比較して、本発明の材料EX1及びEX2の顕著な安定性を示している。]
[0086] 従って本発明の材料は、消費エネルギのレベルに関して、有意に一定のトルク容量を非常に有利に保証する。]
[0087] 従って、等しくすべき速度の差(消費エネルギの対応)がどうであれ、モータのユニットに加えられる力のオーダーは、伝達されるエンジントルクに従って、直線状になる。]
[0088] 一般的に言って、本発明の材料は、通常の技術で形成できる。特に摩擦サポートの鋳造で成型する。]
[0089] 摩擦サポートの表面は、特に平坦、円錐台、円筒、連続又は不連続のように種々のものがある。]
[0090] 鋳造成型の操作のために、本発明の摩擦材料に溝を形成することも可能である。]
[0091] 例えば、本発明の材料は、成型工程の前に、摩擦サポート上に配置される狭い幅のバンドにより、細長い片状に生成される。]
[0092] 本発明の材料は、特に動力伝達系を開くことなく操作できる、自動化され又はロボット化されたトランスミッション・カップリング・パーツで使用することに特に適している。]
[0093] 本発明は前記実施例に限定されず、等価の全ての手段を制限なく含むと理解されるべきである。]
权利要求:

請求項1
熱硬化性樹脂が含浸し、カーディングされ、艶出しされかつフェルト化された、繊維長が12mm以上である繊維マットを含む、液体媒体中で摩擦を発生させるデバイスに装着するための摩擦材料であって、該摩擦材料は、30容量%以上60容量%以下の多孔率を有し、500平方メートル/g以上2500平方メートル/g以下の表面積と、5重量%以上15重量%以下の質量含有率を有する活性炭のチャージを含むことを特徴とする摩擦材料。
請求項2
前記繊維は、特にガラスEであるガラス繊維、綿花、ポリアクリロニトリル(PAN)繊維、予備酸化されたポリアクリロニトリル繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、ピートモス繊維又はこれらの組み合わせから選択される請求項1に記載の摩擦材料。
請求項3
熱硬化性樹脂が、特にレゾール又はノボラックであるフェノール樹脂、アミノプラスト樹脂、エポシキ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの組み合わせから選択される請求項1又は2に記載の摩擦材料。
請求項4
前記樹脂が、樹脂の例えば10から30重量%の間の質量含有率の、カシューナッツ殻液(CNSL)で改質されたレゾールタイプのフェノール樹脂である請求項3に記載の摩擦材料。
請求項5
前記繊維が、例えば、特にガラスEであるガラス繊維、ポリアクリロニトリル繊維及び綿花の異なった組成の3種類の繊維の混合物から成る請求項1から4までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項6
異なった組成の各繊維の容量分率が、繊維の混合物の20から40%の間である請求項5に記載の摩擦材料。
請求項7
前記樹脂と前記繊維のマットとの間の容量比が、0.80以上1.20以下、好ましくは0.09以上及び/又は1.10以下である請求項1から6までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項8
活性炭の比表面積が、800平方メートル/g以上1500平方メートル/g以下である請求項1から7までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項9
活性炭の質量含有率が、8重量%以上及び/又は12重量%以下である請求項1から8までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項10
活性炭の平均粒径が、5μm以上50μm以下、好ましくは8μm以上及び/又は25μm以下である請求項1から9までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項11
活性炭が摩擦材料の容量中に均一分散されている請求項1から10までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項12
摩擦表面が形成される前記材料の一方面に、20容量%と70容量%の間の活性炭を、20μmから200μmの間の厚さで、好ましくは50μm以上及び/又は好ましくは100μmの未満の厚さで含む請求項1から11までのいずれか1項に記載の摩擦材料。
請求項13
請求項1から12までのいずれか1項に記載の摩擦材料が、鋳造で成形される摩擦サポートを含む、例えば同期リング又はカプラである摩擦部。
請求項14
請求項1から12までのいずれか1項に記載の摩擦材料で被覆された摩擦表面を含み、又は請求項13に記載の摩擦部を含む液体媒体中に摩擦を生じさせるデバイス。
請求項15
前記デバイスが、特に自動車用のトランスミッション・カップリング・パーツである請求項14の液体媒体中で摩擦を生じさせるデバイス。
請求項16
a)繊維長が12mm以上である、カーディングされ、艶出しされかつフェルト化された繊維のマットを供給し、b)熱硬化性樹脂浴中に、前記マットを含浸させ、c)過剰の樹脂を乾燥させ、d)工程c)後に得られる中間物質のチャージ下で、120℃から250℃の間の温度で強化して、最終物質の多孔度を30%から60%の間とし、e)工程b)の間及び/又は工程c)の後で工程d)の前に、比表面積が、500平方メートル/gから2500平方メートル/gの間で、摩擦材料の質量含有率が5重量%以上15重量%以下である活性炭のチャージを導入する、連続工程を含む摩擦材料の製造方法。
請求項17
工程e)が、樹脂と活性炭を含む浴に、マットを浸漬させることから成る請求項16に記載の製造方法。
請求項18
工程e)が、例えば工程b)の樹脂である樹脂と、活性炭を含む水性溶液を粉砕し、次いで例えば赤外加熱の補助で水を蒸留することから成る請求項16又は17に記載の製造方法。
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引用文献:
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