JP2002097286A

JP2002097286A - 摩擦材

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Publication number: JP2002097286A
Application number: JP2000286184A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Yamada; 山田　　佳秀; Tatsuya Yoshimura; 達也吉村; Satoshi Fujita; 聡藤田; Masaaki Kobayashi; 雅明小林; Naoki Kotani; 直樹小谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦材の摩耗特性をより向上させると共に、フ
ェード特性の向上した摩擦材とすることを課題とする。【解決手段】基材繊維、結合材、摩擦調製剤、充填剤と
を配合成形してなる摩擦材であって、前記結合材は、摩
擦材を１００体積％としたとき平均粒子径１０μｍ以下
のフェノール樹脂粉末を５〜２５体積％を配合して摩擦
材が成形され、該摩擦材の耐摩耗性を向上させているこ
とを特徴とする摩擦材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐摩耗性およびフ
ェード性能が向上した摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】トラック、ヘビーＲＶなどの重量が大き
い車輌では、制動時にブレーキにかかる負荷が大きいこ
とが知られている。このためこれらの車輌に用いられる
ブレーキの摩擦材には、耐熱性と耐摩耗性が重要要件と
して要求されている。また、乗用車においても車輌の小
型軽量化が進めば、ブレーキも当然小型化され、摩擦材
にかかる負荷が大きくなり、より高い耐摩耗性をもつ摩
擦材が求められる。

【０００３】一般にブレーキに用いられる摩擦材には、
有機繊維、無機繊維、金属繊維を組合わせた繊維基材に
潤滑剤、摩擦調整剤、充填剤、結合樹脂を加えて混合攪
拌し、成形して作製されている。ここで結合樹脂として
用いられるフェノール樹脂は摩擦材中で他の配合材料を
結合させるという役割を持っている。

【０００４】この摩擦材は上記の車輌に使用されると、
高負荷を受けて結合材のフェノール樹脂が熱で分解し
て、配合材料をつなぎ止めておくことができなくなり摩
擦材の摩耗が速やかに進行してしまう不具合が考えられ
る。

【０００５】この問題を解決する方策としては、１．フ
ェノール樹脂をもっと熱分解の高い樹脂に置き換える。
２．フェノール樹脂の量を多くして、他の配合材料の周
りに結合材の樹脂がまんべんなく行きわたるようにさせ
る、ことが考えられる。

【０００６】１．の方法としては、特開平４−２２４３
２５号公報に縮合多環芳香族炭化水素からなる樹脂を用
いた開示がある。この樹脂はフェノール樹脂のように汎
用樹脂ではなく商業ベースでは使用しにくい。さらに、
耐熱性樹脂として知られるポリイミド樹脂の使用が考え
られるが、ポリイミド樹脂は耐熱性の向上は認められる
ものの樹脂自体が高価であるため、商業ベースでは使用
しづらい。また２．の方法でも摩耗性向上が認められる
が、結合材の樹脂を多く配合すると、フェード性能の確
保に重要な特性である気孔の量が少なくなってしまうと
か、摩擦材の剛性が上がりブレーキ鳴きといった他の問
題が発生し、この方法も適用できない。

【０００７】ディスクブレーキに使用される摩擦材は、
ブレーキの連続使用により摩擦面の温度が上昇し、摩擦
係数が低下してブレーキが効かなくなるというフェード
現象により車輌の制動距離が延びてしまうという不具合
がある。このフェード現象は、摩擦材中の有機成分が熱
で分解してガス状となり、気孔を介して摩擦面にでてき
て摩擦係数を下げブレーキの制動力を低下させることで
ある。

【０００８】このフェードを向上させる方策としては、
摩擦材中の有機成分を減らし分解ガスの発生を減らす、
気孔率を増し発生したガスを摩擦材から逃がすのという
対策が考えられる。しかし、摩擦材中の有機成分として
は基材繊維のアラミド繊維、結合材のフェノール樹脂、
摩擦調整剤のカシューダストなどがあり、この中でアラ
ミド繊維とフェノール樹脂を減量すると摩擦材の強度が
低下し、カシューダストを減らすと実用域での摩擦係数
が低下するという問題が発生する。また、気孔率を増す
ために、フェノール樹脂を減量し、熱成形時の成形圧力
を下げると、得られる摩擦材は、強度の低下が起こり現
実的な方法ではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、摩擦材の摩耗特性をより向上さ
せると共に、フェード特性の向上した摩擦材を提案する
ことを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、摩擦材内
の配合材料の存在状態を観察していると、フェノール樹
脂は、摩擦材を構成する他の配合材の間を充分満たして
いないことが分かった。すなわち、フェノール樹脂は比
較的大きな塊状で、塊の数点のポイント部分で他の配合
材料とつながっていることが分かった。そこで、フェノ
ール樹脂の量を減らしても、この配合材料との接合ポイ
ントが多数存在すれば、摩擦材の強度を維持できると考
えることができる。具体的には、配合材料の混合時のフ
ェノール樹脂の粒度を細かくし、比表面積を大きくして
摩擦材を成形することで、強度を低下させることなく配
合材料を結合でき、所望の気孔率をもつ摩擦材となるこ
とを見出し本発明を完成した。

【００１１】本発明の第１の摩擦材は、基材繊維、結合
材、摩擦調整剤、充填剤とを配合成形してなる摩擦材で
あって、前記結合材は、摩擦材を１００体積％としたと
き平均粒子径１０μｍ以下のフェノール樹脂粉末を５〜
２５体積％配合され、耐摩耗性を高めたことを特徴とす
る。

【００１２】本発明の第２の摩擦材は、基材繊維、結合
材、摩擦調整剤、充填剤とを配合成形してなる摩擦材で
あって、前記結合材は、摩擦材１００体積％としたとき
平均粒子径２０μｍ以下のフェノール樹脂粉末を１５〜
２５体積％配合され、フェード性を高めたことを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の摩擦材は、耐摩耗
性の向上を図るもので平均粒径が１０μｍ以下に粉砕し
て微細にしたフェノール樹脂粉末を結合材として用いた
ことに特徴がある。

【００１４】結合材のフェノール樹脂には、従来、平均
粒子径が２５〜５０μｍの粉末粒子のものが用いられて
いた。そこで本発明ではこのフェノール樹脂を粉砕し
て、平均粒子径が１０μｍ以下にしたものを用いる。結
合材の粒子径を微小にすると結合材の比表面積が増加し
配合材料と混合した時、配合材料との結合接点が多くな
り配合材料を多くの点でつなぎ止めるように形成でき
る。そのためブレーキにかかる高負荷で結合材のフェノ
ール樹脂の一部が熱分解してガスとなって飛散したとて
も、他の多くの微小粒子で配合材料が繋ぎ止められてい
るので、摩擦材の欠落が抑制され摩耗量を少なくするこ
とができる。また、このフェノール樹脂の量は５〜２５
体積％の範囲で用いる。配合量が５体積％未満では配合
材料の結合が不足して摩耗量が増加するので好ましくな
い。また２５体積％超えて添加すると他の配合成分の量
が減少し摩擦材として性能が低下することになり好まし
くない。

【００１５】この結合材量は、従来のものとほぼ同等で
あるので必要とされる摩擦材中の気孔は保持でき他のブ
レーキ性能を低下させることはない。

【００１６】なお、結合材がフェノール樹脂以外の他の
樹脂（例えば実施例４に示したイミド樹脂の場合）であ
っても平均粒子径が上記の範囲であれば同様の効果がえ
られる。

【００１７】フェノール樹脂の粒子径を小粒子径にする
方法は、フェノール樹脂をそのままジェットミルや冷凍
粉砕機により粉砕し、粉砕物を気流式分級器を用いて分
別して所望の粒子径分布の粉末を得る乾式方法。あるい
は、フェノール樹脂をいったん樹脂の良溶媒に溶解させ
た後、激しく攪拌しながら該樹脂の貧溶媒を加えて微粉
末として再沈殿させる、あるいはこの逆に貧溶媒中に溶
解液を滴下する、または樹脂をエマルジョン状態に分散
させた後、エマルジョンを乾燥させ、ついで解砕する湿
式方法によって行うことができる。この方法により平均
粒子径が１０μｍ以下のフェノール樹脂が得られる。

【００１８】なお、ここでいうフェノール樹脂は未硬化
のプレポリマー状態であり成形時の熱で重合硬化が進行
して、三次元架橋を持った硬化タイプの結合フェノール
樹脂が形成される。

【００１９】ここで摩擦材は、基材繊維、結合材、摩擦
調整剤、充填剤とから構成される。

【００２０】繊維状基材としては、従来の摩擦材に用い
られている、ロックウール、ガラス繊維、シリケート繊
維、アルミナ繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウム繊
維、ケイ酸カルシウム繊維などの無機繊維、スチール繊
維、銅繊維、真鍮繊維、青銅繊維などの金属繊維、麻、
木綿、芳香族ポリアミド繊維、フェノール繊維などの有
機繊維を用いることができる。摩擦調整剤としては硬質
無機物として金属酸化物の酸化鉄、アルミナ、酸化ジル
コニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化マグネシウム、シ
リカなどが使用できる。潤滑剤としては、グラファイ
ト、金属硫化物の二硫化モリブデン、二硫化アンチモン
など、有機ダストとして、カシューダスト、ラバーダス
トなどが、更に金属粉として、銅、真鍮、亜鉛、鉄など
が使用できる。充填剤として硫酸バリウム、炭酸カルシ
ウム、消石灰、マイカ、カオリン、タルク、ジルコニ
ア、アルミナなどの摩擦材に用いられているものが使用
できる。

【００２１】そして結合材としてフェノール樹脂の他
に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂なども利用できる。

【００２２】これらの配合材料の割合は基材繊維が１０
〜３０体積％、好ましくは１５〜２５体積％、摩擦調整
剤の硬質無機物が１〜１０体積％好ましくは３〜８体積
％、潤滑剤が５〜１５体積％好ましくは８〜１３体積
％、有機ダストが１０〜３０体積％好ましくは１３〜２
５体積％、金属粉が１〜１０体積％好ましくは２〜６体
積％、充填剤が０〜４０体積％用いられる。これらは充
分混合されて加圧熱成形される。

【００２３】本発明の第２のフェードを向上させた摩擦
材は、フェノール樹脂の粒子径を２０μｍ以下に、より
好ましくは１０μｍ以下にすることで得られる。

【００２４】フェノール樹脂を粉砕して平均粒子径を２
０μｍ以下と比表面積を大きくしたことで摩擦材の強度
を低下させることなく気孔率を保持してフェード特性を
高め摩耗量も低下させることができる。

【００２５】そしてフェノール樹脂の配合量は１５〜２
５体積％とすることで達成できる。フェノール樹脂粉末
の平均粒子径を小さくしたことで通常の配合量のまま
で、フェード特性を高めることができる。

【００２６】この微粉末のフェノール樹脂は、第１の発
明の場合の摩擦材と同様に、市販のフェノール樹脂を乾
式法、湿式法を経た粉末を粉砕機などで粉砕して分別す
ることで所定の中心粒度をもつ粉末とすることができ
る。また、この微粉末のフェノール樹脂を含む摩擦材
は、第１発明の摩擦材と同様の配合組成および製造方法
により製造できる。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。

【００２８】（実施例１）本実施例で用いるフェノール
樹脂の小粒径化は、市販のフェノール樹脂を乳化剤を用
いて水中でエマルジョン化させて粉末を良く分散させた
後、脱水乾燥した後、解砕処理して達成することができ
た。なお、粉砕した小粒子径フェノール樹脂の粒度はレ
ーザー回折式粒度分布測定機を用いて測定した。

【００２９】摩擦材の製造基材繊維としてアラミド繊維１２体積％、チタン酸カリ
ウム繊維８体積％、ガラス繊維２体積％、銅繊維３体積
％、摩擦調整剤のカシューダスト２０体積％、グラファ
イト５体積％、二硫化モリブデン３体積％、充填剤の消
石灰３体積％、酸化ジルコニウム３体積％、硫酸バリウ
ム２１体積％に、上記の方法で粉砕して平均粒径が０．
６μｍのフェノール樹脂を２０体積％添加して混合し、
通常の摩擦材の成形に用いる加熱加圧成形の金型を用い
て成形を行った。

【００３０】（実施例２）本実施例では、市販のフェノ
ール樹脂をそのまま日本ニューマチック工業株製の超音
速ジェット粉砕機を用いて粉砕し、その後気流分級機に
かけて目的の小粒径樹脂を分別して得た。

【００３１】実施例１の配合組成において粉砕フェノー
ル樹脂を上記の方法で得た平均粒子径１．７μｍのもの
を用いた他は実施例１と同様の方法で摩擦材を作製し
た、（実施例３）本実施例では市販のフェノール樹脂をテト
ラヒドロフラン溶媒に常温で溶解した後、攪拌されてい
るエタノール中に徐々に樹脂の溶解液を滴下することで
樹脂を小粒子状に析出させ、溶媒を濾過または遠心分離
方で除去し、乾燥後さらに粉砕処理した。

【００３２】実施例１の配合組成において市販のフェノ
ール樹脂を上記の方法で得た平均粒子径１．３μｍのも
のを用いた他は実施例１と同様の方法で摩擦材を作製し
た。

【００３３】（実施例４）実施例１と同様の方法によ
り、ビスアリルナジイミド（イミド樹脂）をエマルジョ
ン化させ、脱水乾燥した後、解砕処理して小粒子径粉末
を得た。

【００３４】実施例１の配合においてフェノール樹脂を
上記のイミド粉末に変え上記の方法で得た平均粒子径
０．４μｍのものを用いた他は実施例１と同様の方法で
摩擦材を作製した、（比較例１）実施例１においてフェノール樹脂を、粉砕
せず市販の平均粒子径３１μｍの粉末を用いた他は実施
例１と同様組成で同じ条件で摩擦材を作製した、（比較例２）実施例１においてフェノール樹脂を、粉砕
せず市販の平均粒子径３１μｍの粉末を比較例１の１．
５倍量の３０体積％とし、硫酸バリウムを１１体積％と
した以外は実施例１と同様の条件で摩擦材を作製した、（比較例３）実施例１においてフェノール樹脂を通常の
機械的粉砕により平均粒子径１２μｍしたものを用いた
他は実施例１と同じ組成で同様の条件により摩擦材を作
製した。

【００３５】（比較例４）実施例４においてイミド粉末
を粉砕せず平均粒子径４４μｍのものを用いた他は実施
例４と同様の方法で摩擦材を作製した、実施例１〜４お
よび比較例１〜４で得た摩擦材について表１に示す評価
をおこないその結果を示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】摩擦材の気孔率の測定は、ミクロメリティ
クス社製の水銀ポロシメータによりおこなった。この方
法は、水銀を摩擦材の気孔に押し込む際の押し込まれた
水銀量より算出する方法である。

【００３８】摩耗試験はブレーキダイナモメータを用
い、ＪＡＳＯ−Ｃ４２７−８３（ブレーキ型式ＰＤ５
１、ロータ厚さ１８mm、イナーシャ３．５kgfms²、車速
50km／時）に準拠して行い、制動前のブレーキ温度が３
００℃、４００℃の時の摩耗率をそれぞれ測定した。

【００３９】摩擦係数の測定はJASO-C406-82に準拠して
制動前速度50KM/時の第２効力時の摩擦係数と第１フェ
ード時の最小摩擦係数を測定した。

【００４０】摩擦材の気孔率は、実施例と比較例ではフ
ェノール樹脂量が多い比較例２を除いて顕著な差は認め
られない。すなわち、フェノール樹脂量が同じであれば
粒子径が小さくしても著しく減少することはない。

【００４１】摩耗率は３００℃、４００℃共に実施例で
は比較例よりも少なくなり、フェノール樹脂の粒子径を
粉砕して小さくしたものを用いることで効果があること
が明らかである。

【００４２】通常走行時μおよびフェードμは実施例が
多少比較例より勝っている程度、摩擦材としての通常の
性能は保持していることを示している。

【００４３】したがって、フェノール樹脂の粒子径を小
さくすることにより摩擦材の摩耗を少なくすることでき
た。

【００４４】（実施例５）基材繊維としてアラミド繊維
１２体積％、チタン酸カリウム繊維８体積％、ガラス繊
維２体積％、銅繊維３体積％、カシューダスト２０体積
％、グラファイト５体積％、二硫化モリブデン３体積
％、充填剤の消石灰３体積％、酸化ジルコニウム３体積
％、硫酸バリウム２１体積％に、実施例２の方法で粉砕
して分級して粒子径が２０μｍ以下でかつ中心粒径が１
６μｍのフェノール樹脂粉末を２０体積％添加して混合
し、通常の摩擦材の成形に用いる加熱加圧成形の金型を
用いて成形を行った。

【００４５】（実施例６）実施例５と同様にして粉砕し
た粒子径が２０μｍ以下で中心粒径が１６μｍのフェノ
ール樹脂粉末を１８体積％とし、充填剤の硫酸バリウム
２３体積％とした以外は、実施例５と同様の組成および
条件で摩擦材を作製した。

【００４６】（実施例７）実施例５と同様にして粉砕し
た粒子径が２０μｍ以下で中心粒径が１６μｍのフェノ
ール樹脂粉末を１６体積％とし、充填剤の硫酸バリウム
２５体積％とした以外は、実施例５と同様の組成および
条件で摩擦材を作製した。

【００４７】（実施例８）実施例２の方法で粉砕して分
級した粒子径が１０μｍ以下で中心粒径が７μｍのフェ
ノール樹脂粉末を２０体積％とした以外は、実施例５と
同様の組成および条件で摩擦材を作製した。

【００４８】（実施例９）実施例８で用いた粉砕して分
級した粒子径が１０μｍ以下で中心粒径が７μｍのフェ
ノール樹脂を１８体積％とし、充填剤の硫酸バリウム２
３体積％とした以外は、実施例５と同様の組成および条
件で摩擦材を作製した。

【００４９】（実施例１０）実施例８で用いた粉砕して
分級した粒子径が１０μｍ以下で中心粒径が７μｍのフ
ェノール樹脂を１６体積％とし充填剤の硫酸バリウム２
５体積％とした以外は、実施例５と同様の組成および条
件で摩擦材を作製した。

【００５０】（比較例５）粉砕せず中心粒径が４３μｍ
の市販のフェノール樹脂を２０体積％とした以外は、実
施例５と同様の組成および条件で摩擦材を作製した。

【００５１】得られた各摩擦材は、以下の項目を評価し
た。

【００５２】剪断強度の測定法：圧縮試験機によりブレ
ーキパッドの摩擦部材に裏板に平行な速度一定（１０mm
/min）の荷重をかけ、摩擦材の破壊荷重を強度とした。

【００５３】なお、気孔率、フェードμ、摩耗量は実施
例１の場合と同様に測定した。各摩擦材の組成および性
能評価結果を表２に示した。

【００５４】

【表２】

【００５５】表２に示したように本発明の摩擦材は、実
施例５のフェノール樹脂の粒度を２０μｍ以下にしたも
のが、比較例５の粉砕しない中心粒径が４３μｍのもの
と比べて剪断強度、摩耗量、フェードμが向上してい
る。フェノール樹脂の量を実施例５に比べて１割減らし
た実施例６では剪断強度が同等でフェードμが１割向上
した。さらにフェノール樹脂を実施例５に比べて２割減
らした実施例７ではフェードμが実施例５に比べて１割
５分向上するが剪断強度が１割５分低下する。

【００５６】フェノール樹脂の粒度を実施例５よりさら
に小さくして１０μｍ以下とした実施例８では、剪断強
度、摩耗量、フェードμの効果は、実施例５の場合より
大きくなるが、粒子径が２０μｍの実施例６、実施例７
の場合と同様に、フェノール樹脂の量を１割減らした実
施例９、フェノール樹脂の量を１割５分減らした実施例
１０では同様の傾向か認められ向上効果が低下する。

【００５７】従って、フェノール樹脂の粒子径は小さい
方が好ましいが粉砕には限界があり２０μｍ以下であれ
ば良く、好ましくは１０μｍ以下で、その配合量は摩擦
材全体を１００体積％としたときフェノール樹脂の配合
量は、２０±５体積％の範囲が好ましいことが分かる。

【００５８】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、摩擦材の配合材料の
結合に用いる結合材のフェノール樹脂粉末を粉砕して特
定範囲の平均粒子径のものを用いることにより、摩擦材
の強度、摩擦特性を保持して摩耗を低減できる。さらに
粉砕フェノール樹脂の量を５〜２５体積％とやや多く配
合することで、摩擦材の強度低下を抑えてフェードを向
上させることができる。その結果、高負荷を受ける摩擦
材として有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｃ // Ｃ０８Ｌ 61:06 Ｃ０８Ｌ 61:06 (72)発明者吉村達也愛知県西加茂郡藤岡町大字飯野字大川ケ原 1141番地１アイシン化工株式会社内 (72)発明者藤田聡愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者小林雅明愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者小谷直樹愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 3J058 BA34 BA41 FA03 GA07 GA20 GA23 GA26 GA28 GA37 GA38 GA45 GA55 GA65 GA82 GA92 4F071 AA41 AA56 AA60 AA72 AB03 AB07 AB18 AB20 AB23 AB24 AB28 AD01 AE12 AE17 AH07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材繊維、結合材、摩擦調整剤、充填剤と
を配合成形してなる摩擦材であって、前記結合材は、摩
擦材を１００体積％としたとき平均粒子径１０μｍ以下
のフェノール樹脂粉末が５〜２５体積％配合され、耐摩
耗性を高めたことを特徴とする摩擦材。
【請求項２】基材繊維、結合材、摩擦調整剤、充填剤と
を配合成形してなる摩擦材であって、前記結合材は、摩
擦材を１００体積％としたとき平均粒子径２０μｍ以下
のフェノール樹脂粉末が１５〜２５体積％配合され、フ
ェード性を高めたことを特徴とする摩擦材。