JP2003113253A

JP2003113253A - 非石綿系摩擦材

Info

Publication number: JP2003113253A
Application number: JP2002150604A
Authority: JP
Inventors: Takeo Osada; 武夫長田; Atsushi Nagashima; 淳長嶋
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-04-18
Also published as: US20030026969A1; DE60228532D1; EP1291542A3; US6863968B2; KR100895991B1; EP1291542B1; KR20030011643A; EP1291542A2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車、大型トラック、鉄道車両及び各種産
業用機械のブレーキ、クラッチ等に使用され、優れた摩
擦性能と防錆性能及び小さい対面攻撃性を有する非石綿
系摩擦材を提供すること。【解決手段】繊維基材、結合材及び充填材とを主成分
とする非石綿系摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石
綿系摩擦材であって、該繊維基材に、特に化学成分の炭
素（Ｃ）分が０．１３％以下などである、純鉄、特別極
軟鋼、又は極軟鋼から選ばれる少なくとも一種からなる
スチール繊維を摩擦材全体に対して１〜５０体積％含有
することを特徴とする非石綿系摩擦材などを提供した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、大型トラ
ック、鉄道車両及び各種産業用機械のブレーキ、クラッ
チ等に使用される非石綿系摩擦材に関し、さらに詳しく
は、自動車、大型トラック、鉄道車両及び各種産業用機
械のブレーキ、クラッチ等に使用され、優れた摩擦性能
と小さい対面攻撃性を有する非石綿系摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などのディスクブレーキパッド、
ブレーキシュー、クラッチプレート等に使用される摩擦
部材は、摩擦材に、鉄系金属からなる裏金を一体に接合
して形成されている。これらの摩擦部材は、ディスクロ
ータや相手側のクラッチプレートとの間に押しつけられ
た状態で相対的な移動が加えられ、その際の摩擦力で自
動車を制動したり、エンジンの駆動力を車輪に伝達した
りする。そのため、摩擦材には、その制動などを円滑に
行うために、耐摩耗性に優れていること、摩擦係数が高
くかつ安定していること、摩擦係数が高温時にも急激に
低下しない耐フェード性に優れていること、ブレーキ制
動時の鳴き等の異音が発生しないこと、対面（以下、ロ
ーターと称することもある）攻撃性が小さいことなどの
諸性能が要求されている。

【０００３】これらの要求に対応するために、摩擦材
は、繊維基材、結合材及び充填材の主要基材部分に、種
々の特性を持った材料を配して、所望の摩擦性能を得ら
れるように構成されている。しかし、通常、耐摩耗性の
優れた摩滅し難い強靭な材料は、対面攻撃性が大きい。
また、対面攻撃性の小さい軟らかい材料は、耐フェード
性が劣る。さらに、耐フェード性の優れた金属等の材料
は、摩擦係数の安定性がよくない。すなわち、単一材料
で全ての性能を満足させることはできないという問題が
ある。

【０００４】ところで、基材としてスチール繊維を用
い、フェノール樹脂等のフェノール系熱硬化性樹脂など
を結合材とし、これに無機質或いは金属質の摩擦、摩耗
調整剤を加えて成るロースチール系摩擦材またはセミメ
タリック摩擦材が、熱安定性や耐摩耗性において、石綿
系の摩擦材に比して、格段に優れており、注目されてい
る。このようなロースチール系摩擦材またはセミメタリ
ック摩擦材の摩擦性能は、基材であるスチール繊維の割
合と、この基材に対して、配合される摩擦、摩耗調整剤
によって定まるが、硬度の高いアルミナ、酸化クロム、
石英などの研削材や硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の
無機充填材、硬度の高い金属等と、カシューダスト，グ
ラファイト，銅や真鍮などの柔らかい金属等から成る潤
滑剤とを配合して、所望の摩擦性能を作り出すのが一般
的である。

【０００５】しかしながら、ブレーキの効きと耐摩耗性
を良くするために、スチール繊維や研削材その他硬度の
高い物質の配合割合が増えると、相手材であるローター
表面が、これらの摩擦材を所定の形に成形して得られる
ブレーキパッド等の摩擦体によって、削られて、ブレー
キ性能の低下とローターの短命化とがおこり、また、そ
れによってローター表面に生じた条痕や凹凸が、摩擦体
表面を削って粗くする、いわゆるアブレシブ摩耗を生じ
させて、摩擦性能が更に低下するといった悪循環となっ
てしまう恐れがあった。すなわち、繊維基材にスチール
繊維を含有する摩擦材は、高温時の摩擦特性が良好であ
るものの、摩擦対面に対する攻撃性が大であることが大
きな欠点とされている。

【０００６】さらに、スチール繊維を多量に含有するセ
ミメタリック摩擦材は、摩擦材やローターに錆が発生す
るという問題もある。その錆の改善のために、ステンレ
ススチール繊維を用いた摩擦材では、錆の発生は減少す
るものの、対面攻撃性が大であるという問題がやはり残
っている。また、セミメタリック摩擦材の欠点を低減す
るために、スチール繊維の含有量を減らしたロースチー
ル系摩擦材でも、対面攻撃性と錆が発生するという問題
がある。

【０００７】上記のような問題点があるために、従来か
ら、スチール繊維を含有する摩擦材には、種々提案さ
れ、例えば、特開昭５９−２４７７２号や特開昭６０−
１２７８号公報では、スチール繊維、結合材及び充填材
とからなるセミメタリック摩擦材が、また、特表２００
１−５０１６５０号公報では、グラファイト粒子を分散
した、スチール繊維などの鉄繊維や鉄粒子、金属結合剤
から形成される鉄の焼結物からなる摩擦材料が、特開平
８−２５４２３７号公報では、繊維材に潤滑材等を配合
してなるブレーキ摩擦材において、上記繊維材が、直径
が２０μｍ以上である金属繊維（例えば、スチール繊維
や銅繊維）を上記ブレーキ摩擦材あたり１０〜２０体積
％含有することなどを特徴とするブレーキ摩擦材が、さ
らに、特開平６−１２９４５４号公報では、石綿以外の
繊維成分とフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂成分と黒
鉛，硫酸バリウム等の充填材成分とを含有する非石綿系
摩擦材において、前記繊維成分の少なくとも一部にビビ
リ振動切削法により製造されたスチ−ル繊維を含むこと
を特徴とする非石綿系摩擦材、などが提案されている。

【０００８】しかしながら、これらの提案にも拘わら
ず、スチール系繊維を多量に使用するいわゆるセミメタ
リック摩擦材では、ブレーキ摩擦材の高温下における摩
擦係数が良好であり、かつ対面攻撃性の小さいものは、
未だ少ないという問題がある。また、スチール繊維を除
いたものでは、摩擦係数が下がり実用的でないという問
題がある。さらに、耐摩耗性の向上のために、多量の潤
滑剤を用いた摩擦材では、低温及び高温領域の摩擦係数
又は耐摩耗性の確保が不十分であるという問題がある。
そのため、優れた摩擦性能を有し、摩擦材などに錆の発
生がなく、かつ対面攻撃性が著しく向上した非石綿系摩
擦材が強く望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、自動
車、大型トラック、鉄道車両及び各種産業用機械のブレ
ーキ、クラッチ等に使用され、優れた摩擦性能と防錆性
能及び小さい対面攻撃性を有する非石綿系摩擦材を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記従来
技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、繊維
基材として用いるスチール繊維に注目し、繊維径が小さ
く、且つ炭素分が極微量の純鉄に近い極軟鋼製のスチー
ル繊維を非石綿系摩擦材組成物に適量用いたところ、さ
らには、上記スチール繊維を焼鈍しして非石綿系摩擦材
組成物に適量用いたところ、驚くべきことに、その非石
綿系摩擦材は、対面攻撃性を著しく低減することができ
ることを見い出した。本発明は、これらの知見に基づい
て完成するに至ったものである。

【００１１】すなわち、本発明の第１の発明によれば、
繊維基材、結合材及び充填材とを主成分とする非石綿系
摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石綿系摩擦材であ
って、該繊維基材に純鉄、特別極軟鋼、又は極軟鋼から
選ばれる少なくとも一種からなるスチール繊維を摩擦材
全体に対して１〜５０体積％含有することを特徴とする
非石綿系摩擦材が提供される。

【００１２】本発明の第２の発明によれば、第１の発明
において、スチール繊維は、化学成分の炭素（Ｃ）分が
０．１３％以下、珪素（Ｓｉ）分が０．３５％以下、マ
ンガン（Ｍｎ）分が０．６０％以下、硫黄（Ｓ）分が
０．０３５％以下、及び燐（Ｐ）分が０．０３０％以下
であることを特徴とする非石綿系摩擦材が提供される。
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明
において、スチール繊維は、平均繊維径が１０〜１２０
μｍであることを特徴とする非石綿系摩擦材が提供され
る。さらに、本発明の第４の発明によれば、第１〜３の
いずれかの発明において、スチール繊維は、焼鈍しした
ものであることを特徴とする非石綿系摩擦材が提供され
る。

【００１３】本発明は、上記した如く、繊維基材、結合
材及び充填材とを主成分とする非石綿系摩擦材組成物を
成形、硬化してなる非石綿系摩擦材であって、該繊維基
材に純鉄、特別極軟鋼、又は極軟鋼から選ばれる少なく
とも一種からなるスチール繊維を摩擦材全体に対して１
〜５０体積％含有することを特徴とする非石綿系摩擦材
に係わるものであるが、その好ましい態様としては、次
のものが包含される。

【００１４】（１）第１の発明において、スチール繊維
の含有量が摩擦材全体に対して１〜１０体積％であるこ
とを特徴とする非石綿系摩擦材。（２）第３の発明において、平均繊維径が１０〜６０μ
ｍであることを特徴とする非石綿系摩擦材。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について項目毎に詳
細に説明する。

【００１６】１．繊維基材本発明の非石綿系摩擦材は、繊維基材、結合材及び充填
材とを主成分とする非石綿系摩擦材組成物において、該
繊維基材として、純鉄、特別極軟鋼、又は極軟鋼から選
ばれる少なくとも一種からなるスチール繊維を摩擦材全
体に対して１〜５０体積％含有することを特徴とするも
のである。

【００１７】（１）スチール繊維本発明の非石綿系摩擦材に用いられるスチール繊維は、
純鉄、特別極軟鋼、又は極軟鋼から選ばれる少なくとも
一種からなる。純鉄、特別極軟鋼や極軟鋼の化学成分
は、炭素（Ｃ）分が０．１３％以下、珪素（Ｓｉ）分が
０．３５％以下、マンガン（Ｍｎ）分が０．６０％以
下、硫黄（Ｓ）分が０．０３５％以下、及び燐（Ｐ）分
が０．０３０％以下であることが望ましい。例えば、炭
素（Ｃ）分が０．１３％を超えると、スチール繊維は、
硬くなり、対面に対する攻撃性が大となる恐れが生じて
くる。尚、純鉄とは、炭素（Ｃ）分が０．０２％以下
（Ｃ≦０．０２％）、特別極軟鋼は、炭素（Ｃ）分が
０．０２超〜０．０８％以下（０．０２＜Ｃ≦０．０８
％）、及び極軟鋼は、炭素（Ｃ）分が０．０８超〜０．
１３％以下（０．０８＜Ｃ≦０．１３％）のものを意味
する。また、スチール繊維に用いる極軟鋼などは、加工
硬化を除去するために、すなわち、硬くならないため
に、焼鈍しをすることが望ましい。その結果、対面に対
する攻撃性が小さくなる。

【００１８】さらに、スチール繊維は、平均繊維径が１
０〜１２０μｍであることが望ましく、さらに、１０〜
６０μｍであることがより望ましい。平均繊維径が１０
μｍ未満であると、摩擦特性が良好とならず、一方、平
均繊維径が１２０μｍを超えると、対面に対する攻撃性
が大となる恐れが生じてくる。また、スチール繊維の繊
維長は、特に制限されず、平均繊維長が通常１０〜５０
００μｍ程度であり、より好ましくは１００〜３０００
μｍである。繊維長が短かすぎると摩擦材の強度が低下
する場合があり、一方、長すぎると研削性が高くなりす
ぎて対面を摩耗しすぎてしまう恐れがある。

【００１９】本発明においては、極軟鋼などからなるス
チール繊維の含有量は、非石綿系摩擦材組成物全量基準
で、１〜５０体積％であり、好ましくは１〜１０体積％
である。スチール繊維の含有量が１体積％未満である
と、摩擦特性が良好とならず、一方、スチール繊維の含
有量が５０体積％を超えると、対面に対する攻撃性が大
となる恐れが生じてくる。

【００２０】（２）その他の繊維成分本発明の非石綿系摩擦材には、繊維基材として、上記の
スチール繊維以外の繊維成分も用いることができる。そ
のようなものとしては、石綿（アスベスト）以外の摩擦
材に通常用いられる無機質繊維、有機質繊維などが挙げ
られる。このような繊維基材として、比較的硬いものと
しては、例えば、セラミック繊維、天然鉱物繊維、ガラ
ス繊維、金属繊維などが挙げられ、比較的柔らかいもの
としては、例えば、アラミド繊維、炭素繊維、セルロー
ス繊維、アクリル繊維、チタン酸カリウム繊維などが挙
げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わ
せて用いることができる。中でも好ましいのは、アラミ
ド繊維やチタン酸カリウム繊維などが挙げられる。

【００２１】具体的には、セラミック繊維としては、例
えばアルミナ、シリカを主成分とするセラミック繊維、
アルミナ、シリカ、ジルコニアを主成分とするセラミッ
ク繊維、シリカ、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを
主成分とするセラミック繊維等が挙げられる。天然鉱物
繊維としては、例えばウオラストナイト、セピオライト
等が挙げられる。金属繊維としては、例えば、ステンレ
ス、青銅、銅、真鍮、アルミニウム等の各種金属の繊維
等が挙げらる。

【００２２】本発明においては、スチール繊維以外の繊
維基材は、短繊維状、パルプ状、粉末状で用いられ、ス
チール繊維以外の繊維成分の含有量は、特に制限され
ず、非石綿系摩擦材組成物全量基準で、用いる繊維基材
成分の種類により、適宜選ばれ、通常、５〜９０体積％
程度、好ましくは２０〜７０体積％である。

【００２３】２．結合材本発明の非石綿系摩擦材に用いられる結合材には、通常
摩擦材に用いられる公知のものを使用することができ、
例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂またはそれらの変成樹脂のような熱硬化性樹脂
や、ポリアセタール、芳香族ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂等の耐熱性樹脂、又はＮＢＲなどが挙げられる。これ
らの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用い
ることができる。

【００２４】本発明においては、結合材の含有量は、特
に制限されず、非石綿系摩擦材組成物全量基準で、用い
る結合材成分の種類により、適宜選ばれ、通常、５〜５
０体積％程度、好ましくは１０〜２５体積％である。

【００２５】３．充填材本発明の非石綿系摩擦材に、充填材成分として使用され
るものは、有機系でも無機系でもよく、通常摩擦材に用
いられる公知のものを使用することができ、例えば二硫
化モリブデン、三硫化アンチモン、炭酸カルシウム、硫
酸バリウム、酸化マグネシウム、カシューダスト、黒
鉛、水酸化カルシウム、フッ化カルシウム、タルク、三
酸化モリブデン、三酸化アンチモン、ケイ酸ジルコニウ
ム、酸化鉄、雲母、硫化鉄、酸化ジルコニウム、金属粉
末、石英、酸化ケイ素、ゴム粉末、アルミナ、酸化クロ
ム、バーミキュライトなどが挙げられる。中でも二硫化
モリブデン、三硫化アンチモン、カシューダスト、黒
鉛、三酸化アンチモンのような潤滑性のあるものは、耐
摩耗性の向上や対面攻撃性の減少に寄与する。逆に、珪
酸ジルコニウム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、石英、酸
化珪素、アルミナ、酸化クロムのような研磨作用のある
ものは、摩擦特性の向上に寄与する。これらの１種を単
独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

【００２６】本発明においては、充填材の含有量は、特
に制限されず、非石綿系摩擦材組成物全量基準で、用い
る充填材成分の種類により、適宜選ばれ、通常、５〜６
０体積％程度、好ましくは１０〜４０体積％である。

【００２７】４．その他の任意材料本発明において、非石綿系摩擦材組成物には、本発明の
目的を損なわない範囲で、上記の繊維基材、結合材及び
充填材以外の、摩擦材に通常用いられる任意材料を適宜
添加することができる。例えば、コークス、リン系潤滑
剤等が挙げられるが、任意材料はこれらに限定されるも
のではない。

【００２８】５．非石綿系摩擦材の製造方法本発明の非石綿系摩擦材の製造方法は、上記の繊維基
材、結合材及び充填材などをヘンシェルミキサー、レデ
ィゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて
均一に混合し、成形用粉体を得、この粉体を成形用金型
内で予備成形し、この予備成形物を成形温度１３０〜２
００℃、成形圧力１００〜１０００ｋｇ／ｃｍ^２で２〜
１０分間成形するものである。次に、得られた成形品を
１４０〜２５０℃の温度で２〜４８時間熱処理（後硬
化）し、必要に応じてスプレー塗装、焼き付け、研磨処
理を施して完成品が得られる。なお、自動車等のディス
クパッドを製造する場合には、予め洗浄、表面処理、接
着剤を塗布した鉄又はアルミニウム製プレート（裏金）
上に予備成形物を載せ、この状態で成形用金型内で成
形、熱処理、スプレー塗装、焼き付け、研磨することに
より製造することができる。

【００２９】本発明の非石綿系摩擦材は、自動車、大型
トラック、鉄道車両、各種産業機械等のブレーキライニ
ング、クラッチフェーシング、ディスクパッド、制輪子
などの各種用途に好適に用いることができる。

【００３０】

【実施例】次に、本発明について実施例及び比較例を挙
げて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実
施例に特に限定されるものではない。実施例及び比較例
における対面攻撃性の評価は、「ＪＡＳＯＣ４０６−
８７」に準拠した対面攻撃試験にて、制動初速度５０ｋ
ｍ／ｈ、制動減速度０．１５ｇ、制動回数１０００回、
制動前ブレーキ温度１５０℃の試験条件で、対面（ロー
ター）の摩耗程度を下記判定基準に基づき評価した。 ◎：微少（１００μｍ未満） ○：少ない（１００〜２００μｍ） △：やや多い（２００〜３００μｍ） ×：多い（３００μｍを超える）

【００３１】また、錆の発生状況評価は、ブラックスケ
ール試験にて、行った。「ＪＡＳＯＣ４０２−８８」に
準拠した実車試験の準備の後、一般道１０００ｋｍ走行
後ローターを取外し、１週間放置後ローター表面のブラ
ックスケール発生状況を確認し、下記判定基準に基づき
評価した。 ◎：発生無し ○：殆ど発生無し △：やや発生 ×：発生

【００３２】［実施例１〜１７、比較例１〜１０］表１
に示した繊維基材、結合材及び充填材などの組成（成
分）を配合した摩擦材組成物について、レディゲミキサ
ーを用いて均一に混合し、加圧型内で１００ｋｇ／ｃｍ
^２で１分間加圧して予備成形した。この予備成形物を成
形温度１６０℃、成形圧力２５０ｋｇ／ｃｍ^２の条件下
で任意の時間成形し、その後、２００℃で５時間熱処理
（後硬化）を行い、実施例１〜１７、比較例１〜１０の
乗用車用ブレーキパッドを作製した。得られたブレーキ
パッドについて、エンジン排気量１８００ｃｃの乗用車
の車両諸元に基づき、対面攻撃試験及びブラックスケー
ル試験を行った。結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１の結果から、繊維基材として従来のス
チール繊維などの各成分をそのまま配合した比較例１〜
４、９〜１０の摩擦材は、対面攻撃試験及びブラックス
ケール試験の結果が実施例に比べて劣るものであった。
すなわち、比較例１などは、対面攻撃性は、「多い」の
評価であり、錆の発生状況は、「やや発生」となり、悪
かった。また、繊維基材として炭素分が微量でその他の
成分（珪素分など）も微量である極軟鋼からなるスチー
ル繊維を６０体積％含有した比較例５〜８は、対面攻撃
性が「やや多い」又は「多い」の評価であり、錆の発生
状況も悪かった。一方、これらに対し、繊維基材とし
て、炭素分が微量でその他の成分（珪素分など）も微量
である極軟鋼や純鉄などからなるスチール繊維を特定量
含有した本発明に係る実施例１〜１７のものは、いずれ
も対面攻撃試験及びブラックスケール試験の結果が比較
的良好であることが認められ、実用上問題ないことが判
明した。特に、平均繊維径が特定範囲であり、かつ焼鈍
ししたものを用いた実施例７〜１０のものは、対面攻撃
試験及びブラックスケール試験の両結果とも良好であっ
た。

【００３５】

【発明の効果】本発明の非石綿系摩擦材は、繊維基材
に、特に化学成分の炭素（Ｃ）分が０．１３％以下など
である極軟鋼などからなるスチール繊維を特定量含有す
ることにより、優れた摩擦性能と、小さい対面攻撃性及
び優れた防錆性を有するという顕著な効果を発揮し、高
品質なものとなる。そのため、自動車、大型トラック、
鉄道車両及び各種産業用機械のブレーキ、クラッチ等に
好適に用いられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J058 BA21 BA34 EA03 EA14 EA17 EA28 FA01 GA03 GA07 GA23 GA27 GA34 GA73 4F071 AA12X AA26 AA34X AA40 AA41 AA42 AA60 AA73 AB03 AB08 AB15 AB21 AB23 AB24 AB26 AB28 AB30 AD01 AD06 AE17 AH07 DA02 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維基材、結合材及び充填材とを主成分
とする非石綿系摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石
綿系摩擦材であって、該繊維基材に純鉄、特別極軟鋼、
又は極軟鋼から選ばれる少なくとも一種からなるスチー
ル繊維を摩擦材全体に対して１〜５０体積％含有するこ
とを特徴とする非石綿系摩擦材。
【請求項２】スチール繊維は、化学成分の炭素（Ｃ）
分が０．１３％以下、珪素（Ｓｉ）分が０．３５％以
下、マンガン（Ｍｎ）分が０．６０％以下、硫黄（Ｓ）
分が０．０３５％以下、及び燐（Ｐ）分が０．０３０％
以下であることを特徴とする請求項１記載の非石綿系摩
擦材。
【請求項３】スチール繊維は、平均繊維径が１０〜１
２０μｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の
非石綿系摩擦材。
【請求項４】スチール繊維は、焼鈍ししたものである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の非石
綿系摩擦材。