JP2003528261A - ブレーキシステムに使用される構成部品用摩擦ライニング - Google Patents
ブレーキシステムに使用される構成部品用摩擦ライニングInfo
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-
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、ブレーキシステム、特に自動車用のブレーキシステムで使用される構造要素及び機能要素用の摩擦ライニングに関する。この摩擦ライニングは、六面形構造エレメントを有する１種又は２種以上の減摩材を含む、ガラス又はガラスセラミックマトリックス、無機強化繊維及び１種又は２種以上の充填剤からなる無機複合材料から構成される。
Description
【０００１】
本発明は、ブレーキシステム、特に、自動車用のブレーキシステムにおけるガ
ラス又はガラスセラミックマトリックス、無機強化繊維及び１種又は２種以上の
充填剤からなる無機複合材料から構成される、構成部品及び機能要素用摩擦ライ
ニングに関する。
ラス又はガラスセラミックマトリックス、無機強化繊維及び１種又は２種以上の
充填剤からなる無機複合材料から構成される、構成部品及び機能要素用摩擦ライ
ニングに関する。
【０００２】
例えば陸上の車両（乗用車、多用途車、鉄道車両等）あるいは航空機用のブレ
ーキシステムの構成部品又は機能要素は、できるだけ最高の減速が達成される必
要がある。 ブレーキ用、特に自動車のブレーキ用の摩擦ライニングを評価するための重要
な基準は、 −摩擦係数μ、 −摩耗、 −機械的強度及び破壊靱性、 −破壊が生じる回転速度、 −自己誘導摩擦振動（「バッキング」又は「ジャーキング」）及び摩擦ノイズ
への傾向、 −耐熱負荷性、 である。 これらは詳しくは以下のことを示している。すなわち、 摩擦係数μはできるだけ高く、作動及び周囲条件とはできるだけ無関係である
必要がある。伝達可能な力は、摩擦係数と接触圧の積（μ×ＦＡ）に比例するた
め、接触力が一定であれば、摩擦係数μを上げることによってブレーキのサイズ
を縮小することができる。摩擦ライニングの摩擦係数はパートナー材料に依存し
ている。自動車ブレーキの標準的なパートナー材料は、ネズミ鋳鉄又は鋼である
。ネズミ鋳鉄に対して実際の動作において乗用車のブレーキに現在使用されてい
る摩擦ライニングは、約０．２〜０．５のμ値を有する。ブレーキを設計する場
合、使用の出発点は、すでに安全率を組み込んだ０．２５の設計値である。摩擦
係数は、温度、湿度、接触圧及び角速度の変化に関してできるだけ一定である必
要がある。
ーキシステムの構成部品又は機能要素は、できるだけ最高の減速が達成される必
要がある。 ブレーキ用、特に自動車のブレーキ用の摩擦ライニングを評価するための重要
な基準は、 −摩擦係数μ、 −摩耗、 −機械的強度及び破壊靱性、 −破壊が生じる回転速度、 −自己誘導摩擦振動（「バッキング」又は「ジャーキング」）及び摩擦ノイズ
への傾向、 −耐熱負荷性、 である。 これらは詳しくは以下のことを示している。すなわち、 摩擦係数μはできるだけ高く、作動及び周囲条件とはできるだけ無関係である
必要がある。伝達可能な力は、摩擦係数と接触圧の積（μ×ＦＡ）に比例するた
め、接触力が一定であれば、摩擦係数μを上げることによってブレーキのサイズ
を縮小することができる。摩擦ライニングの摩擦係数はパートナー材料に依存し
ている。自動車ブレーキの標準的なパートナー材料は、ネズミ鋳鉄又は鋼である
。ネズミ鋳鉄に対して実際の動作において乗用車のブレーキに現在使用されてい
る摩擦ライニングは、約０．２〜０．５のμ値を有する。ブレーキを設計する場
合、使用の出発点は、すでに安全率を組み込んだ０．２５の設計値である。摩擦
係数は、温度、湿度、接触圧及び角速度の変化に関してできるだけ一定である必
要がある。
【０００３】
摩擦ライニングに対する摩耗は低い必要がある。ブレーキが正しく作動された
時のライニングの理想寿命は車両の運転寿命であろうが、ブレーキライニングが
車両の寿命の途中に対して代えられることが通例である。当然、摩擦ライニング
用パートナー材料はライニングで過度に摩耗されてはならない。摩耗の尺度は摩
耗速度である。 高い機械的強度と破壊靱性は、ライニングがリベット締め、圧締め又は接着に
より装着された場合に特に必要とされる。 破壊が発生する回転速度は、最大ホイール速度、すなわち、通常、約５０００
／分の１．７〜２倍である必要がある。それはブレ−キディスクのそのような高
回転速度が乗用車の高い運転速度で発生することがあるためである。
時のライニングの理想寿命は車両の運転寿命であろうが、ブレーキライニングが
車両の寿命の途中に対して代えられることが通例である。当然、摩擦ライニング
用パートナー材料はライニングで過度に摩耗されてはならない。摩耗の尺度は摩
耗速度である。 高い機械的強度と破壊靱性は、ライニングがリベット締め、圧締め又は接着に
より装着された場合に特に必要とされる。 破壊が発生する回転速度は、最大ホイール速度、すなわち、通常、約５０００
／分の１．７〜２倍である必要がある。それはブレ−キディスクのそのような高
回転速度が乗用車の高い運転速度で発生することがあるためである。
【０００４】
ジャーキング又はノイズは、ブレーキに関連して最も重要な品質問題の一つで
ある。適切ならサスペンションと共に、「ブレーキ設置」システムの共鳴振動数
が非常に大きく励起されて車両の振動が顕著である場合に、ジャーキングが生じ
ると言われている。ジャーキングは容易に定量化できないが、ドライバーが得る
主観的印象に非常に重要である。発生時のジャーキングの強度は、ライニングに
関連するジャーキングが重要な割合を占めるものの、ライニングばかりでなく、
全体の「ブレーキ」システムとそのばね要素の設計にも依存している。がたつく
（ジャーキング）傾向が殆ど無いか全く無い、すなわち心地良い性能が高いレベ
ルのブレーキが必要とされる。 実用の際、ブレーキ用摩擦ライニングは、損傷を受けずに、すなわち歪みも受
けずにかなりの熱負荷に耐えなければならない。従って、開発目的の一つは、ブ
レーキ性能低下が生じる温度限界を更に上部にシフトすることである。クラッチ
摩擦ライニングと比較して、ブレーキ用摩擦ライニングでは負荷の持続性及びラ
イニングに作用する圧力の時間が長く、その結果、熱負荷に耐えるための性能に
課される要望がかなり高い。
ある。適切ならサスペンションと共に、「ブレーキ設置」システムの共鳴振動数
が非常に大きく励起されて車両の振動が顕著である場合に、ジャーキングが生じ
ると言われている。ジャーキングは容易に定量化できないが、ドライバーが得る
主観的印象に非常に重要である。発生時のジャーキングの強度は、ライニングに
関連するジャーキングが重要な割合を占めるものの、ライニングばかりでなく、
全体の「ブレーキ」システムとそのばね要素の設計にも依存している。がたつく
（ジャーキング）傾向が殆ど無いか全く無い、すなわち心地良い性能が高いレベ
ルのブレーキが必要とされる。 実用の際、ブレーキ用摩擦ライニングは、損傷を受けずに、すなわち歪みも受
けずにかなりの熱負荷に耐えなければならない。従って、開発目的の一つは、ブ
レーキ性能低下が生じる温度限界を更に上部にシフトすることである。クラッチ
摩擦ライニングと比較して、ブレーキ用摩擦ライニングでは負荷の持続性及びラ
イニングに作用する圧力の時間が長く、その結果、熱負荷に耐えるための性能に
課される要望がかなり高い。
【０００５】
他の面、すなわち使用材料の環境への優しさが考慮されて、少なくとも、かつ
てブレーキライニングには一般的であったアベストの使用は最早不要となる程度
まで解決されてきた。 自動車のブレーキとして現在市販されている摩擦ライニングは有機（ポリマー
）マトリックスを有する複合材料である。その材料は、樹脂、ゴム、及びカーボ
ンブラック、グラファイトとカオリン等の充填剤からなる摩擦セメントに埋め込
まれるヤーンを有する。そのヤーンは好ましくはポリアクリロニトリル、アラミ
ド、セルロース、ガラス及び他の繊維及び黄銅線又は銅線からなる。このタイプ
の摩擦ライニングは非常に良好な心地（快適性）を与えるが、その有機成分、特
に有機マトリックスのために、熱負荷に耐える性能は不十分であり、それにより
ブレーキ時にある温度限界を超えた場合に、摩擦係数が低下し、その結果、「ラ
イニングジャーキング」のため、そして究極的にはブレーキ低下（ブレーキのス
リップ）のために心地よさがかなり低下する。万一更なる負荷がかかった場合、
摩擦ライニングは、実際には壊れ、ブレーキ機能もなくなってしまう。
てブレーキライニングには一般的であったアベストの使用は最早不要となる程度
まで解決されてきた。 自動車のブレーキとして現在市販されている摩擦ライニングは有機（ポリマー
）マトリックスを有する複合材料である。その材料は、樹脂、ゴム、及びカーボ
ンブラック、グラファイトとカオリン等の充填剤からなる摩擦セメントに埋め込
まれるヤーンを有する。そのヤーンは好ましくはポリアクリロニトリル、アラミ
ド、セルロース、ガラス及び他の繊維及び黄銅線又は銅線からなる。このタイプ
の摩擦ライニングは非常に良好な心地（快適性）を与えるが、その有機成分、特
に有機マトリックスのために、熱負荷に耐える性能は不十分であり、それにより
ブレーキ時にある温度限界を超えた場合に、摩擦係数が低下し、その結果、「ラ
イニングジャーキング」のため、そして究極的にはブレーキ低下（ブレーキのス
リップ）のために心地よさがかなり低下する。万一更なる負荷がかかった場合、
摩擦ライニングは、実際には壊れ、ブレーキ機能もなくなってしまう。
【０００６】
ＥＰ０４６９４６４Ｂ１は、結合剤マトリックスがＳｉＯ２と少なくとも一部
が水溶性珪酸塩、例えば水の存在で硬化するアルカリ金属珪酸塩（水ガラス）と
の混合物から作られる合成材料を開示している。このタイプの材料は、加水分解
的安定性が不十分であり、これは例えば温度が露点以下に低下したときに生成さ
れる結露の場合に不具合となる。 ＵＳ４，３４１，８４０はベアリング、シール、ブレーキ用のグラファイト繊
維により強化されるガラスを開示している。これらの複合材料は熱負荷に耐える
だけの十分な性能は持たず、心地よさにも不満であろう。
が水溶性珪酸塩、例えば水の存在で硬化するアルカリ金属珪酸塩（水ガラス）と
の混合物から作られる合成材料を開示している。このタイプの材料は、加水分解
的安定性が不十分であり、これは例えば温度が露点以下に低下したときに生成さ
れる結露の場合に不具合となる。 ＵＳ４，３４１，８４０はベアリング、シール、ブレーキ用のグラファイト繊
維により強化されるガラスを開示している。これらの複合材料は熱負荷に耐える
だけの十分な性能は持たず、心地よさにも不満であろう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、種々の特性、特に熱負荷に耐える改良された機能に
加えるに所定の摩擦ライニング領域に対してより高い制動能率を伝える機能の改
良された特性を有する、ブレーキシステム、特に自動車ブレーキ用の摩擦ライニ
ングを見出すことである。
加えるに所定の摩擦ライニング領域に対してより高い制動能率を伝える機能の改
良された特性を有する、ブレーキシステム、特に自動車ブレーキ用の摩擦ライニ
ングを見出すことである。
【０００８】
この目的は請求項１に記載された無機複合材料によって達成される。
驚くべきことに、ガラスあるいはガラスセラミックマトリックス、無機強化繊
維及び１種又は２種以上の充填剤を含む純粋無機複合材料は、その特定の特性の
ために、六面形構造エレメントを有する１種又は２種以上のスリップ（ｓｌｉｐ
）剤が充填剤として含まれていればブレーキシステム用の摩擦ライニングとして
の使用に特に適している。 繊維強化ガラス又は繊維強化ガラスセラミックの製造は、よく知られており、
単に例としてＵＳ４，６１０，９１７、ＵＳ４，６２６，５１５及びＵＳ５，０
７９，１９６を含む多数の公報に記載されている。 結合剤マトリックスへの添加剤として以下単に充填剤と呼ぶ充填剤と機能物質
の添加も例えばＥＰ０４６９４６４Ｂ１から公知である。充填剤は製造プロセス
時に混合され、例えばスラリーに添加される。
維及び１種又は２種以上の充填剤を含む純粋無機複合材料は、その特定の特性の
ために、六面形構造エレメントを有する１種又は２種以上のスリップ（ｓｌｉｐ
）剤が充填剤として含まれていればブレーキシステム用の摩擦ライニングとして
の使用に特に適している。 繊維強化ガラス又は繊維強化ガラスセラミックの製造は、よく知られており、
単に例としてＵＳ４，６１０，９１７、ＵＳ４，６２６，５１５及びＵＳ５，０
７９，１９６を含む多数の公報に記載されている。 結合剤マトリックスへの添加剤として以下単に充填剤と呼ぶ充填剤と機能物質
の添加も例えばＥＰ０４６９４６４Ｂ１から公知である。充填剤は製造プロセス
時に混合され、例えばスラリーに添加される。
【０００９】
原則として、どのガラスもセラミック繊維で強化することができる。内部スト
レスを回避し、低下させるために、熱膨張率をある程度まで合わせるようにする
ことは適切である。強化繊維としてよく使用される炭化珪素（シリコンカーバイ
ド）繊維とカーボン繊維は熱膨張率が低いため、１０×１０−６／Ｋ未満の熱膨
張係数α２０／３００を有するガラスがマトリックスとして好ましい。 このタイプの強化複合材料に許容される最高温度は、その特定成分及びその微
細構造に依存している。マトリックスとして使用されるガラスのガラス転移温度
Ｔｇは最大長期使用温度の目安を示している。しかし、繊維強化材は、繊維強化
ガラスがガラスマトリックスのＴｇより高い温度に更にうまく耐えることができ
るように熱負荷に耐える機能を上げることができる。 三酸化硼素を含有するガラスが特に適切なマトリックスガラスであることが分
かった。市場で最もよく知られた典型例が、Ｄｕｒａｎ（登録商標）及びＰｙｒ
ｅｘ（登録商標）の名称で知られている硼珪酸ガラスは熱膨張係数α２０／３０ ０ が、特に３〜５×１０−６／Ｋの範囲と低く、約５００℃〜６００℃の範囲の
Ｔｇを有する。 これらのガラスは一般に７０〜８０ＳｉＯ２、７〜１４Ｂ２Ｏ３、４〜８アル
カリ金属酸化物及び２〜８Ａｌ２Ｏ３（酸化物ベースの重量％で）の近似組成を
含有する。
レスを回避し、低下させるために、熱膨張率をある程度まで合わせるようにする
ことは適切である。強化繊維としてよく使用される炭化珪素（シリコンカーバイ
ド）繊維とカーボン繊維は熱膨張率が低いため、１０×１０−６／Ｋ未満の熱膨
張係数α２０／３００を有するガラスがマトリックスとして好ましい。 このタイプの強化複合材料に許容される最高温度は、その特定成分及びその微
細構造に依存している。マトリックスとして使用されるガラスのガラス転移温度
Ｔｇは最大長期使用温度の目安を示している。しかし、繊維強化材は、繊維強化
ガラスがガラスマトリックスのＴｇより高い温度に更にうまく耐えることができ
るように熱負荷に耐える機能を上げることができる。 三酸化硼素を含有するガラスが特に適切なマトリックスガラスであることが分
かった。市場で最もよく知られた典型例が、Ｄｕｒａｎ（登録商標）及びＰｙｒ
ｅｘ（登録商標）の名称で知られている硼珪酸ガラスは熱膨張係数α２０／３０ ０ が、特に３〜５×１０−６／Ｋの範囲と低く、約５００℃〜６００℃の範囲の
Ｔｇを有する。 これらのガラスは一般に７０〜８０ＳｉＯ２、７〜１４Ｂ２Ｏ３、４〜８アル
カリ金属酸化物及び２〜８Ａｌ２Ｏ３（酸化物ベースの重量％で）の近似組成を
含有する。
【００１０】
アルミノ珪酸ガラス、特に５０〜５５ＳｉＯ２、８〜１２Ｂ２Ｏ３、１０〜２
０アルカリ土類金属酸化物及び２０〜２５Ａｌ２Ｏ３（酸化物ベースの重量％で
）の近似組成を含有するガラスは、そのガラスが熱負荷に耐える機能が高いため
、特に適したマトリックスガラスである。そのガラスは約６５０℃〜７５０℃の
範囲のＴｇを有する。 しかし、約５４０℃のＴｇと約９×１０−６／Ｋのα２０／３００を有するア
ルカリ土類金属珪酸ガラス（例えば、重量％で７４ＳｉＯ２、１６Ｎａ２Ｏ、１
０ＣａＯの近似組成）は、本発明に係る複合材料用のガラスマトリックスとして
もうまく使用できる。 ロックウール用の出発ガラス及び玄武岩ガラスもガラスマトリックスに適して
いる。 さらに、テレビ受像管用、特に漏斗及びスクリーン管部品用に使用されるガラ
ス等のガラスもガラスマトリックスとして適している。スクリーンガラスは、一
般に高濃度のＳｒＯ及び／又はＢａＯを含有するアルカリ金属−アルカリ土類金
属珪酸ガラスである。漏斗ガラスは、さらに少量のＰｂＯを含有する同じタイプ
のガラスである。対照的に、テレビ受像管のネックに使用され、ネックガラスと
して公知のガラスは、高ＰｂＯ含有量であり、従って環境に優しい材料に対する
要件から現状では適していない。
０アルカリ土類金属酸化物及び２０〜２５Ａｌ２Ｏ３（酸化物ベースの重量％で
）の近似組成を含有するガラスは、そのガラスが熱負荷に耐える機能が高いため
、特に適したマトリックスガラスである。そのガラスは約６５０℃〜７５０℃の
範囲のＴｇを有する。 しかし、約５４０℃のＴｇと約９×１０−６／Ｋのα２０／３００を有するア
ルカリ土類金属珪酸ガラス（例えば、重量％で７４ＳｉＯ２、１６Ｎａ２Ｏ、１
０ＣａＯの近似組成）は、本発明に係る複合材料用のガラスマトリックスとして
もうまく使用できる。 ロックウール用の出発ガラス及び玄武岩ガラスもガラスマトリックスに適して
いる。 さらに、テレビ受像管用、特に漏斗及びスクリーン管部品用に使用されるガラ
ス等のガラスもガラスマトリックスとして適している。スクリーンガラスは、一
般に高濃度のＳｒＯ及び／又はＢａＯを含有するアルカリ金属−アルカリ土類金
属珪酸ガラスである。漏斗ガラスは、さらに少量のＰｂＯを含有する同じタイプ
のガラスである。対照的に、テレビ受像管のネックに使用され、ネックガラスと
して公知のガラスは、高ＰｂＯ含有量であり、従って環境に優しい材料に対する
要件から現状では適していない。
【００１１】
マトリックスとしてのガラスセラミックは熱負荷に耐える高い機能も備えてい
る。ガラスセラミックと制御結晶化による該セラミックの製造は数十年間前から
公知である。 ガラスセラミックマトリックスに適する材料系は、例えばＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ ３ −ＳｉＯ２、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２ あるいはＭｇＯ−ＣａＯ−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２であり、これらは種々
の公知方法で添加物により変えることができる。 ガラスセラミックマトリックスはＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−結晶含有
硼酸ガラス又は他の結晶化接合（半田付け）用ガラスを含むこともできる。この
タイプの複合材料は比較的低い温度で処理可能であるが結晶化後、比較的高温に
耐えることができる利点を有している。 このガラス又はガラスセラミックマトリックスから作られる複合材料の割合は
、以下リストに挙げられる強化繊維及び充填剤の割合からの残りとなる。しかし
、その割合は５重量％以上で６０重量％以下となる必要がある。２０〜５５重量
％の割合が好ましく、２５〜５０重量％の割合が特に好ましい。
る。ガラスセラミックと制御結晶化による該セラミックの製造は数十年間前から
公知である。 ガラスセラミックマトリックスに適する材料系は、例えばＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ ３ −ＳｉＯ２、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２ あるいはＭｇＯ−ＣａＯ−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２であり、これらは種々
の公知方法で添加物により変えることができる。 ガラスセラミックマトリックスはＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−結晶含有
硼酸ガラス又は他の結晶化接合（半田付け）用ガラスを含むこともできる。この
タイプの複合材料は比較的低い温度で処理可能であるが結晶化後、比較的高温に
耐えることができる利点を有している。 このガラス又はガラスセラミックマトリックスから作られる複合材料の割合は
、以下リストに挙げられる強化繊維及び充填剤の割合からの残りとなる。しかし
、その割合は５重量％以上で６０重量％以下となる必要がある。２０〜５５重量
％の割合が好ましく、２５〜５０重量％の割合が特に好ましい。
【００１２】
ガラス及びガラスセラミック用の強化繊維も公知であり、無数の無機強化繊維
が本目的に適している。炭素、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ ２ 、ムライト、この場合、特に３Ａｌ２Ｏ３×２ＳｉＯ２のムライト、カルシウ
ム珪酸塩（ｘＣａＯ・ｙＳｉＯ２）、溶融シリカ、高ＳｉＯ２含有量のガラス、
すなわち８０重量％より多くのＳｉＯ２含有量のガラス、Ａ−、Ｃ−、Ｓ−、あ
るいはＥ−ガラス及び／又はロックウール、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｏ
、Ｃ、Ｎの添加物を含むか含まない主成分として玄武岩ウール、例えばシアロン
タイプ（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ）の繊維、あるいはそれらの酸化物及び／又はカー
バイドの各繊維が利用される。 Ｅ−ガラスは、アルカリ金属を実質的に含まないカルシウムアルミノ硼珪酸ガ
ラスである。Ｓ−ガラスはマグネシウムアルミノ珪酸ガラスであり、Ｃ−ガラス
はナトリウムカルシウム硼珪酸ガラス及びＡ‐ガラスはナトリウムカルシウム珪
酸ガラスである。
が本目的に適している。炭素、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ ２ 、ムライト、この場合、特に３Ａｌ２Ｏ３×２ＳｉＯ２のムライト、カルシウ
ム珪酸塩（ｘＣａＯ・ｙＳｉＯ２）、溶融シリカ、高ＳｉＯ２含有量のガラス、
すなわち８０重量％より多くのＳｉＯ２含有量のガラス、Ａ−、Ｃ−、Ｓ−、あ
るいはＥ−ガラス及び／又はロックウール、例えばＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｏ
、Ｃ、Ｎの添加物を含むか含まない主成分として玄武岩ウール、例えばシアロン
タイプ（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ）の繊維、あるいはそれらの酸化物及び／又はカー
バイドの各繊維が利用される。 Ｅ−ガラスは、アルカリ金属を実質的に含まないカルシウムアルミノ硼珪酸ガ
ラスである。Ｓ−ガラスはマグネシウムアルミノ珪酸ガラスであり、Ｃ−ガラス
はナトリウムカルシウム硼珪酸ガラス及びＡ‐ガラスはナトリウムカルシウム珪
酸ガラスである。
【００１３】
炭素繊維及びシリコンカーバイド繊維が特に適している。ＳｉＣ繊維の割合が
高いと、摩耗を低下させる。このＳｉＣ繊維に代えてＣ繊維の割合を高くすると
複合材料が安くなる。 ＳｉＣ繊維とＣ繊維の双方を含有する複合材料は、摩耗を減らすことができ、
摩擦挙動に安いＣ繊維を使用して適合できるため特に有利である。 約１：４のＳｉＣ／Ｃ比が特に好ましい。１／５にＳｉＣの割合を減らすと特
性の劣化を許容する必要もなく複合材料の製造コストが大きく低下する。 摩擦特性及び心地よさ特性を改善するため、強化繊維には被膜、普通、例えば
炭素、カーバイド、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又は他の酸化物を有する薄い被膜を設
けることができる。 複合材料の繊維含有量は約５〜５５重量％である。充填量を上げればかなりの
コストでのみ達成されるが、一方、繊維が５重量％未満では繊維強化で生じる特
性変化、特に強度の上昇が非常に小さく、マトリックス中での繊維の均一分布が
さらに困難になる。
高いと、摩耗を低下させる。このＳｉＣ繊維に代えてＣ繊維の割合を高くすると
複合材料が安くなる。 ＳｉＣ繊維とＣ繊維の双方を含有する複合材料は、摩耗を減らすことができ、
摩擦挙動に安いＣ繊維を使用して適合できるため特に有利である。 約１：４のＳｉＣ／Ｃ比が特に好ましい。１／５にＳｉＣの割合を減らすと特
性の劣化を許容する必要もなく複合材料の製造コストが大きく低下する。 摩擦特性及び心地よさ特性を改善するため、強化繊維には被膜、普通、例えば
炭素、カーバイド、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又は他の酸化物を有する薄い被膜を設
けることができる。 複合材料の繊維含有量は約５〜５５重量％である。充填量を上げればかなりの
コストでのみ達成されるが、一方、繊維が５重量％未満では繊維強化で生じる特
性変化、特に強度の上昇が非常に小さく、マトリックス中での繊維の均一分布が
さらに困難になる。
【００１４】
約２５〜４５重量％の繊維含有量が経済的及び技術的理由から好ましい。
複数の異なったタイプの繊維を使用すれば、混成複合材料が得られる。
ガラス／ガラスセラミックマトリックス及び無機強化繊維に加えて、本発明に
係る摩擦ライニングも、粉末形態で使用される１種又は２種以上の無機充填剤を
含有する。本発明によれば、使用される充填剤含有量の少なくとも一部が六面形
構造エレメントを含有するスリップ剤である。好ましいスリップ剤は、シート珪
酸塩、カーボンブラック、グラファイト、雲母、ＭｏＳ２である。特に好ましい
スリップ剤はカーボンブラック、グラファイトである。 最も重要な充填剤は以下の例でリストされている。 上記スリップ剤に加えて、これらの充填剤は、結晶石英、珪藻土、石英ガラス
あるいはガラス質融解シリカとして使用されるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２ あるいは同様の酸化物、またＦｅ２Ｏ３及びＣｒ２Ｏ３、珪灰石（ＣａＯ×Ｓｉ
Ｏ２）、２ＣａＯ×ＳｉＯ２、３ＣａＯ×ＳｉＯ２等の珪酸カルシウム、珪酸マ
グネシウム及び、それらの水和物、例えば滑石（３ＭｇＯ×４Ｓｉ２×Ｈ２Ｏ）
、珪酸ジルコニウム、ドロマイト、ムライト、シリマナイト、カオリン又は粘土
等のアルミノ珪酸塩、さらにカルシウムアルミノ珪酸塩、カリウムアルミノ珪酸
塩及びマグネシウムアルミノ珪酸塩、例えば、コーディェライト、またセメント
、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム及びその水和物、マグネシウムアルミネ
ート、クロマイト、例えばルチル等の酸化チタン、硼化チタン、チタン酸アルミ
ニウム、さらにライム、クイックライム（ＣａＯ）等の炭酸塩、例えばＢａＳＯ ４ の硫酸塩、特に半水和物又は無水和物としての石膏、ＭｏＳ２又はＣｕＳ等の
硫化物、例えばＢＮの窒化物、例えばＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＴｉＣのカーバイド、粉
末化コークス、例えばガラスセラミック用にリストされた材料系からのガラスセ
ラミック、及び例えば銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄又は鋼の金属あるい
はシリコン及び／又はその合金等の半金属である。
係る摩擦ライニングも、粉末形態で使用される１種又は２種以上の無機充填剤を
含有する。本発明によれば、使用される充填剤含有量の少なくとも一部が六面形
構造エレメントを含有するスリップ剤である。好ましいスリップ剤は、シート珪
酸塩、カーボンブラック、グラファイト、雲母、ＭｏＳ２である。特に好ましい
スリップ剤はカーボンブラック、グラファイトである。 最も重要な充填剤は以下の例でリストされている。 上記スリップ剤に加えて、これらの充填剤は、結晶石英、珪藻土、石英ガラス
あるいはガラス質融解シリカとして使用されるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２ あるいは同様の酸化物、またＦｅ２Ｏ３及びＣｒ２Ｏ３、珪灰石（ＣａＯ×Ｓｉ
Ｏ２）、２ＣａＯ×ＳｉＯ２、３ＣａＯ×ＳｉＯ２等の珪酸カルシウム、珪酸マ
グネシウム及び、それらの水和物、例えば滑石（３ＭｇＯ×４Ｓｉ２×Ｈ２Ｏ）
、珪酸ジルコニウム、ドロマイト、ムライト、シリマナイト、カオリン又は粘土
等のアルミノ珪酸塩、さらにカルシウムアルミノ珪酸塩、カリウムアルミノ珪酸
塩及びマグネシウムアルミノ珪酸塩、例えば、コーディェライト、またセメント
、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム及びその水和物、マグネシウムアルミネ
ート、クロマイト、例えばルチル等の酸化チタン、硼化チタン、チタン酸アルミ
ニウム、さらにライム、クイックライム（ＣａＯ）等の炭酸塩、例えばＢａＳＯ ４ の硫酸塩、特に半水和物又は無水和物としての石膏、ＭｏＳ２又はＣｕＳ等の
硫化物、例えばＢＮの窒化物、例えばＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＴｉＣのカーバイド、粉
末化コークス、例えばガラスセラミック用にリストされた材料系からのガラスセ
ラミック、及び例えば銅、アルミニウム、マグネシウム、鉄又は鋼の金属あるい
はシリコン及び／又はその合金等の半金属である。
【００１５】
充填剤は例えばガラス質、セラミックあるいは金属でよい。ガラス質充填剤又
はガラスセラミックからなる充填剤は、例えば電子ビームマイクロセンサーによ
り、別の所定の組成が付与されたガラスあるいはガラスセラミミックマトリック
スとは区別することができる。同じガラス又は同じガラスセラミックをマトリッ
クス又は充填剤として使用する場合、この分析方法は適切でない。しかし、マト
リックスは充填剤と違い、完全に溶融されてしまうため、光学的方法でマトリッ
クスを充填剤と区別することが可能である。 使用充填剤がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、珪酸マグネシウム及びそれら
の水和物、珪酸カルシウム、ムライト、カオリン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ、Ｂ
ａＳＯ４、ＢＮ、ガラスセラミック、炭素、カーボンブラック又は粉末化コーク
スであることが好ましい。硬質材料は耐摩耗性を増大させることで区別され、一
方、低硬度の成分は心地よさを改善する。 ＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ガラスセラミック及びＴｉＢ２からなる群か
ら選択された１種又は２種以上の充填剤がスリップ剤に加えて使用されることは
特に有利である。
はガラスセラミックからなる充填剤は、例えば電子ビームマイクロセンサーによ
り、別の所定の組成が付与されたガラスあるいはガラスセラミミックマトリック
スとは区別することができる。同じガラス又は同じガラスセラミックをマトリッ
クス又は充填剤として使用する場合、この分析方法は適切でない。しかし、マト
リックスは充填剤と違い、完全に溶融されてしまうため、光学的方法でマトリッ
クスを充填剤と区別することが可能である。 使用充填剤がＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、珪酸マグネシウム及びそれら
の水和物、珪酸カルシウム、ムライト、カオリン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ、Ｂ
ａＳＯ４、ＢＮ、ガラスセラミック、炭素、カーボンブラック又は粉末化コーク
スであることが好ましい。硬質材料は耐摩耗性を増大させることで区別され、一
方、低硬度の成分は心地よさを改善する。 ＳｉＣ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ガラスセラミック及びＴｉＢ２からなる群か
ら選択された１種又は２種以上の充填剤がスリップ剤に加えて使用されることは
特に有利である。
【００１６】
特に有利な実施形態においては、スリップ剤、特にカーボンブラック、グラフ
ァイト及び／又は雲母は、ＺｒＯ２、ＴｉＢ２及びガラスセラミックからなる群
から選択される成分と共に使用される。 スリップ剤の含有量、特にカーボンブラックの含有量は、少なくとも１つの他
の充填剤がこのスリップ剤と存在することが好ましいが、充填剤含有量をベース
にして１５％より多いのが好ましく、特に５０％より多いのが好ましい。 スリップ剤として使用されるカーボンブラックは一次粒子の形態及びこれらの
一次粒子の凝集物の形態で、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの平均粒径の粒子（一
次粒子）の凝集物（カーボンブラックのフレーク）の形態で存在している。カー
ボンブラックが、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍの平均
粒径の一次粒子凝集物の形態であることが好ましい。１０ｎｍ〜１５０ｎｍの平
均粒径の凝集物のカーボンブラックが特に好ましい。従って、平均粒径（一次粒
子又は一次粒子凝集物）が１ｎｍ〜５０ｎｍのカービンブラックが好ましく、１
ｎｍ〜５０ｎｍのそれが特に好ましく、１ｎｍ〜１５０ｎｍのそれがさらに特に
好ましい。
ァイト及び／又は雲母は、ＺｒＯ２、ＴｉＢ２及びガラスセラミックからなる群
から選択される成分と共に使用される。 スリップ剤の含有量、特にカーボンブラックの含有量は、少なくとも１つの他
の充填剤がこのスリップ剤と存在することが好ましいが、充填剤含有量をベース
にして１５％より多いのが好ましく、特に５０％より多いのが好ましい。 スリップ剤として使用されるカーボンブラックは一次粒子の形態及びこれらの
一次粒子の凝集物の形態で、好ましくは１ｎｍ〜１０ｎｍの平均粒径の粒子（一
次粒子）の凝集物（カーボンブラックのフレーク）の形態で存在している。カー
ボンブラックが、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍの平均
粒径の一次粒子凝集物の形態であることが好ましい。１０ｎｍ〜１５０ｎｍの平
均粒径の凝集物のカーボンブラックが特に好ましい。従って、平均粒径（一次粒
子又は一次粒子凝集物）が１ｎｍ〜５０ｎｍのカービンブラックが好ましく、１
ｎｍ〜５０ｎｍのそれが特に好ましく、１ｎｍ〜１５０ｎｍのそれがさらに特に
好ましい。
【００１７】
複合材料中の充填剤の量は少なくとも約５重量％で、多くとも５０重量％であ
る。 濃度が低ければ、その効果は不十分であり、濃度が高ければ加工が困難となる
。 ２５〜４０重量％の充填剤含有量が特に好ましい。 一般に、複合材料は、マトリックス、繊維及び充填剤の適切な選択によりその
特定の用途に適用することができる。熱膨張、熱伝導率、熱負荷の下でのクリー
プ、摩擦学的挙動等の多くの物理的特性をある範囲内で変動し設定することがで
きる。 複合材料に混合される繊維を無数の方法で、特に化学的成分の面ばかりでなく
微細構造及び外形の面で変えることができる。 繊維の微細構造（同じ化学成分の場合）は物理的特性を決定する。例えば、Ｃ
繊維の場合には、特別な高弾性率及び高強度の繊維があるが、異なった黒鉛化程
度が摩擦学的及び熱的挙動に影響する。従って、同じ強化繊維を使用した場合、
変成がある限定範囲まで可能であり、その変成に基づいて複合材料を所定特性に
向け最適化することができる。
る。 濃度が低ければ、その効果は不十分であり、濃度が高ければ加工が困難となる
。 ２５〜４０重量％の充填剤含有量が特に好ましい。 一般に、複合材料は、マトリックス、繊維及び充填剤の適切な選択によりその
特定の用途に適用することができる。熱膨張、熱伝導率、熱負荷の下でのクリー
プ、摩擦学的挙動等の多くの物理的特性をある範囲内で変動し設定することがで
きる。 複合材料に混合される繊維を無数の方法で、特に化学的成分の面ばかりでなく
微細構造及び外形の面で変えることができる。 繊維の微細構造（同じ化学成分の場合）は物理的特性を決定する。例えば、Ｃ
繊維の場合には、特別な高弾性率及び高強度の繊維があるが、異なった黒鉛化程
度が摩擦学的及び熱的挙動に影響する。従って、同じ強化繊維を使用した場合、
変成がある限定範囲まで可能であり、その変成に基づいて複合材料を所定特性に
向け最適化することができる。
【００１８】
複合材料における強化繊維の形状及び寸法とその繊維の配置が特に広い変成を
もたらす可能性がある。 例えば、ガラスとガラスセラミックはホイスカー、短繊維、長繊維あるいは連
続繊維で強化することができ、繊維マット、織布及び繊維フエルトを使用すると
更なる可能性がある。さらに、該材料内の繊維の向きを、例えば巻き付けにより
円形環状構造又は他の形状の環状構造あるいは輪状部品を作ることにより材料か
ら形成される部品の形状寸法に合わせることができる。 ホイスカーと短繊維（繊維長さ約５ｍｍまで）は複合材料内で等方的に分散さ
れ、これが等方性につながるが、例えば高温での押出しにより部分的に配向する
こともできる。非常に高い破壊靱性はホイスカー又は短繊維で達成できない。対
照的に長繊維、連続繊維は複合材料の少なくとも比較的大きな部分で平行に配置
されると、その方向においては機械的強度のかなりの改良につながるが、その方
向に直交する方向の改善は殆どみられない。しかし、繊維が互いにある角度で配
置される積層構造で長繊維、連続繊維を使用する場合、かなりの等方性度が少な
くとも一つの面に関して、達成することができる。
もたらす可能性がある。 例えば、ガラスとガラスセラミックはホイスカー、短繊維、長繊維あるいは連
続繊維で強化することができ、繊維マット、織布及び繊維フエルトを使用すると
更なる可能性がある。さらに、該材料内の繊維の向きを、例えば巻き付けにより
円形環状構造又は他の形状の環状構造あるいは輪状部品を作ることにより材料か
ら形成される部品の形状寸法に合わせることができる。 ホイスカーと短繊維（繊維長さ約５ｍｍまで）は複合材料内で等方的に分散さ
れ、これが等方性につながるが、例えば高温での押出しにより部分的に配向する
こともできる。非常に高い破壊靱性はホイスカー又は短繊維で達成できない。対
照的に長繊維、連続繊維は複合材料の少なくとも比較的大きな部分で平行に配置
されると、その方向においては機械的強度のかなりの改良につながるが、その方
向に直交する方向の改善は殆どみられない。しかし、繊維が互いにある角度で配
置される積層構造で長繊維、連続繊維を使用する場合、かなりの等方性度が少な
くとも一つの面に関して、達成することができる。
【００１９】
一般に、長繊維、連続繊維で複合材料を製造し、造形することはホイスカー及
び短繊維でそうすることより困難であるが、他方では、特に良好な機械的値が好
ましい方向で達成可能になる。繊維構造を適切に選択すると、予想された負荷に
合う部品を作ることができる。繊維強化部品において繊維構造が如何に設計され
るべきかということは、当業者には例えば、繊維強化プラスチック部品から公知
である。 繊維フエルトと織布を使用する複合材料は、繊維フエルトと織布が長繊維ある
いは連続繊維複合材料に比べてほどほどの強度の値を得るが、低コスト技術を使
用して製造することができる。例えば、織布及びフエルトは、ガラス溶融物ある
いはゾル−ゲル溶液で浸透され、次の熱処理でガラス又はガラスセラミックに変
えられる。 材料を製造する方法、すなわち、材料がホイスカー、連続繊維、長繊維、短繊
維、織布、フエルト等で製造するかどうかは、特定の物理的技術的条件、及び勿
論、材料の価格、従ってその経済的実行性を決定する製造コストに依存する。 技術的仕様及び経済的製造に関する特定の条件のために、良好な結果を配向繊
維構造でも達成できるが、本発明に係る摩擦ライニングに対してランダム配向で
短繊維を使用することが好ましい。
び短繊維でそうすることより困難であるが、他方では、特に良好な機械的値が好
ましい方向で達成可能になる。繊維構造を適切に選択すると、予想された負荷に
合う部品を作ることができる。繊維強化部品において繊維構造が如何に設計され
るべきかということは、当業者には例えば、繊維強化プラスチック部品から公知
である。 繊維フエルトと織布を使用する複合材料は、繊維フエルトと織布が長繊維ある
いは連続繊維複合材料に比べてほどほどの強度の値を得るが、低コスト技術を使
用して製造することができる。例えば、織布及びフエルトは、ガラス溶融物ある
いはゾル−ゲル溶液で浸透され、次の熱処理でガラス又はガラスセラミックに変
えられる。 材料を製造する方法、すなわち、材料がホイスカー、連続繊維、長繊維、短繊
維、織布、フエルト等で製造するかどうかは、特定の物理的技術的条件、及び勿
論、材料の価格、従ってその経済的実行性を決定する製造コストに依存する。 技術的仕様及び経済的製造に関する特定の条件のために、良好な結果を配向繊
維構造でも達成できるが、本発明に係る摩擦ライニングに対してランダム配向で
短繊維を使用することが好ましい。
【００２０】
繊維強化ガラスあるいはガラスセラミックの弾性率等の機械的強度は、導入さ
れた繊維の量と配置によって実質的に決定される。熱機械的特性、すなわち、熱
膨張、及び熱特性、例えば熱伝導率は、摩擦係数及び摩耗係数等の摩擦学特性と
同様に、全体の複合材料の組成により、すなわち個々の成分により及びそれらの
特性により影響を受ける。 例えば、一方向繊維配置及び約４０重量％の繊維含有量のＣ又はＳｉＣ繊維に
関して、１２００ＭＰａより大の引張り曲げ強度と１３０ＧＰａより大の弾性率
が達成され、同時に純粋なガラスあるいはガラスセラミックと比較して破壊ワー
クが増大する。多方向に配向されあるいはランダム繊維配置及び変化する繊維含
有量では、負荷の方向の複合材料にある繊維の割合に応じて強度と弾性率が低下
する。 ＳｉＣ−繊維−単一強化ガラスは、約１．５Ｗ×ｍ−１×Ｋ−１の非常に低い
異方性熱伝導率を単に有し、この熱伝導率はそのガラスの割合の関数として他の
成分により調節することができる。例えば、熱伝導率、また熱膨張は炭素繊維及
び又は炭素、金属及び／又はセラミック粉末の添加により上昇する。低熱伝導率
及び低熱膨張を有する成分、例えば溶融シリカの添加によりこれらの特性がそれ
に応じて低下する。
れた繊維の量と配置によって実質的に決定される。熱機械的特性、すなわち、熱
膨張、及び熱特性、例えば熱伝導率は、摩擦係数及び摩耗係数等の摩擦学特性と
同様に、全体の複合材料の組成により、すなわち個々の成分により及びそれらの
特性により影響を受ける。 例えば、一方向繊維配置及び約４０重量％の繊維含有量のＣ又はＳｉＣ繊維に
関して、１２００ＭＰａより大の引張り曲げ強度と１３０ＧＰａより大の弾性率
が達成され、同時に純粋なガラスあるいはガラスセラミックと比較して破壊ワー
クが増大する。多方向に配向されあるいはランダム繊維配置及び変化する繊維含
有量では、負荷の方向の複合材料にある繊維の割合に応じて強度と弾性率が低下
する。 ＳｉＣ−繊維−単一強化ガラスは、約１．５Ｗ×ｍ−１×Ｋ−１の非常に低い
異方性熱伝導率を単に有し、この熱伝導率はそのガラスの割合の関数として他の
成分により調節することができる。例えば、熱伝導率、また熱膨張は炭素繊維及
び又は炭素、金属及び／又はセラミック粉末の添加により上昇する。低熱伝導率
及び低熱膨張を有する成分、例えば溶融シリカの添加によりこれらの特性がそれ
に応じて低下する。
【００２１】
この複合材料は、ライニングとしてブレーキ装置に、普通、リベット締め、ね
じ接続、圧締めあるいは接着により容易に組み込めるように、うまく機械的に処
理することが可能である。 上記水不溶性マトリックスを有する純粋の無機スリップ剤含有複合材料は、ブ
レーキ用摩擦ライニングが非常に影響を受ける熱負荷と摩擦機械負荷の特定の組
み合わせに耐える。従って、その材料は破壊が生じる回転速度に関係する条件も
満足する。 該材料は熱負荷に耐える非常に良好な機能を有し、従って、ブレーキシステム
の摩擦ライニングに課された特に高い要求を満足させる。さらに、必要な強度に
加えて、それらの材料はまた、摩擦係数が常に高く、摩耗が比較的低レベルであ
り、心地も良好である。
じ接続、圧締めあるいは接着により容易に組み込めるように、うまく機械的に処
理することが可能である。 上記水不溶性マトリックスを有する純粋の無機スリップ剤含有複合材料は、ブ
レーキ用摩擦ライニングが非常に影響を受ける熱負荷と摩擦機械負荷の特定の組
み合わせに耐える。従って、その材料は破壊が生じる回転速度に関係する条件も
満足する。 該材料は熱負荷に耐える非常に良好な機能を有し、従って、ブレーキシステム
の摩擦ライニングに課された特に高い要求を満足させる。さらに、必要な強度に
加えて、それらの材料はまた、摩擦係数が常に高く、摩耗が比較的低レベルであ
り、心地も良好である。
【００２２】
特に、これらの複合材料は、長期熱負荷に耐える機能が従来の有機ブレーキラ
イニングより実質的に高い機能、すなわち、１×１０−４ｍｍ３／Ｎｍ未満のネ
ズミ鋳鉄に対する摩耗速度、０．３〜０．８のネズミ鋳鉄に対する摩擦係数μ、
及び高い一定度の摩擦係数及び４〜４０ｍ／ｓの摺動速度を有する。この場合、
摩擦係数及び摩耗速度は、金属パートナー材料としてリングを備えたブロックリ
ング配置で５Ｍｐａ以下の圧力で５ｍ／ｓ以下の相対速度で測定された。金属パ
ートナー材料としてディスクを備えたピンディスク配置の測定値は同じ値をとる
。 従って、この複合材料はブレーキシステム用の摩擦ライニングとしての用途に
非常に適している。該材料はこの用途に以前に使用された材料より優れている。
長期熱負荷に耐える材料の高機能は通常使用される有機ライニングとはきわだっ
ている。焼結金属ライニングと比べて該材料は高レベルの心地よさとパートナー
材料に対する低摩耗で特に区別される。 従って、上記の純粋に無機複合材料は、これまで一部だけで達成された必要な
特性を兼ね備え、それによりブレーキシステムの非常に広い範囲に著しく適して
いる。
イニングより実質的に高い機能、すなわち、１×１０−４ｍｍ３／Ｎｍ未満のネ
ズミ鋳鉄に対する摩耗速度、０．３〜０．８のネズミ鋳鉄に対する摩擦係数μ、
及び高い一定度の摩擦係数及び４〜４０ｍ／ｓの摺動速度を有する。この場合、
摩擦係数及び摩耗速度は、金属パートナー材料としてリングを備えたブロックリ
ング配置で５Ｍｐａ以下の圧力で５ｍ／ｓ以下の相対速度で測定された。金属パ
ートナー材料としてディスクを備えたピンディスク配置の測定値は同じ値をとる
。 従って、この複合材料はブレーキシステム用の摩擦ライニングとしての用途に
非常に適している。該材料はこの用途に以前に使用された材料より優れている。
長期熱負荷に耐える材料の高機能は通常使用される有機ライニングとはきわだっ
ている。焼結金属ライニングと比べて該材料は高レベルの心地よさとパートナー
材料に対する低摩耗で特に区別される。 従って、上記の純粋に無機複合材料は、これまで一部だけで達成された必要な
特性を兼ね備え、それによりブレーキシステムの非常に広い範囲に著しく適して
いる。
【００２３】
標準的な自動車のブレーキは、これらの車の減速用油圧作動ディスク又はドラ
ムブレーキである。特に乗用車及び多用途車、また鉄道車両及び航空機において
は、ディスクブレーキの配設だけが益々広まっている。本発明に係る摩擦ライニ
ングはこれらのブレーキシステムに非常に適している。 上記複合材料は、標準的なブレ−キシステム用の摩擦ライニングとしても適し
ているのみならず、電動手段で作動するブレーキシステム等の他の用途にも適し
ている。 上記複合材料は、例えば露天掘り及び地下採鉱及び軍事技術で使用される車両
、例えば自走式付属車両の特殊車両や農業用車両の非常に広い範囲で使用される
ブレーキシステム用の摩擦ライニングとしても非常に適している。 該複合材料は上記タイプの車両用摩擦ライニングとしてばかりでなく、他のブ
レーキシステム用、例えば物流機械及び製造機、例えば印刷機及び繊維機械用に
、及び輸送、搬送及び持ち上げ設備用の摩擦ライニングとしても適している。
ムブレーキである。特に乗用車及び多用途車、また鉄道車両及び航空機において
は、ディスクブレーキの配設だけが益々広まっている。本発明に係る摩擦ライニ
ングはこれらのブレーキシステムに非常に適している。 上記複合材料は、標準的なブレ−キシステム用の摩擦ライニングとしても適し
ているのみならず、電動手段で作動するブレーキシステム等の他の用途にも適し
ている。 上記複合材料は、例えば露天掘り及び地下採鉱及び軍事技術で使用される車両
、例えば自走式付属車両の特殊車両や農業用車両の非常に広い範囲で使用される
ブレーキシステム用の摩擦ライニングとしても非常に適している。 該複合材料は上記タイプの車両用摩擦ライニングとしてばかりでなく、他のブ
レーキシステム用、例えば物流機械及び製造機、例えば印刷機及び繊維機械用に
、及び輸送、搬送及び持ち上げ設備用の摩擦ライニングとしても適している。
【００２４】
本発明を具体的な実施形態を参照して以下に説明する。
繊維をランダム配置にした繊維強化複合材料を、特にスラリー−ゾル−ゲルプ
ロセスを使用して通常の方法で複数の材料を種々組み合わせて製造した。 これらの材料の種々の機械的及び摩擦学的特性を試験ベンチと自動車試験で測
定した。 この特定の組成により１００〜２５０Ｍｐａの強度と１００Ｇｐａ以下の弾性
率を測定した。 以下の組成百分率は重量％を示す。 先ず、５０％の硼珪酸ガラスマトリックス（Ｄｕｒａｎ：登録商標）と５０％
のＳｉＣ及び／又はＣ繊維、特に種々の割合の１〜５０ｍｍの長さの短繊維から
なる充填剤を含まない複合材料をＣ１〜Ｃ５として製造した。それぞれの繊維割
合及び測定結果（摩擦係数及び摩耗速度）を表１に示す。
ロセスを使用して通常の方法で複数の材料を種々組み合わせて製造した。 これらの材料の種々の機械的及び摩擦学的特性を試験ベンチと自動車試験で測
定した。 この特定の組成により１００〜２５０Ｍｐａの強度と１００Ｇｐａ以下の弾性
率を測定した。 以下の組成百分率は重量％を示す。 先ず、５０％の硼珪酸ガラスマトリックス（Ｄｕｒａｎ：登録商標）と５０％
のＳｉＣ及び／又はＣ繊維、特に種々の割合の１〜５０ｍｍの長さの短繊維から
なる充填剤を含まない複合材料をＣ１〜Ｃ５として製造した。それぞれの繊維割
合及び測定結果（摩擦係数及び摩耗速度）を表１に示す。
【００２５】
０．４の摩擦係数と２×１０−６ｍｍ３／Ｎｍの摩耗速度及び不十分な快適性
のＣ１（ＳｉＣ繊維だけ）から出発したら、Ｃ繊維含有量が増大すると摩擦係数
が０．８まで（Ｃ５、Ｃ繊維だけ）上昇するが、摩耗速度も３×１０−５ｍｍ３ ／Ｎｍ（Ｃ５）まで増大する。心地よさは少しだけ改善された。 表１ ５０％の硼珪酸ガラスマトリックスと５０％の繊維からなる複合材料の摩擦係
数及び摩耗速度： Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｃ５ 繊維: ＳｉＣ 50% 40% 25% 10% - Ｃ - 10% 25% 40% 50% 摩擦係数μ 0.40 0.45 0.58 0.65 0.80 摩耗速度[mm３/Nm] 2・10-6 4・10-6 7・10-6 10・10-6 30・10-6
のＣ１（ＳｉＣ繊維だけ）から出発したら、Ｃ繊維含有量が増大すると摩擦係数
が０．８まで（Ｃ５、Ｃ繊維だけ）上昇するが、摩耗速度も３×１０−５ｍｍ３ ／Ｎｍ（Ｃ５）まで増大する。心地よさは少しだけ改善された。 表１ ５０％の硼珪酸ガラスマトリックスと５０％の繊維からなる複合材料の摩擦係
数及び摩耗速度： Ｃ１ Ｃ２ Ｃ３ Ｃ４ Ｃ５ 繊維: ＳｉＣ 50% 40% 25% 10% - Ｃ - 10% 25% 40% 50% 摩擦係数μ 0.40 0.45 0.58 0.65 0.80 摩耗速度[mm３/Nm] 2・10-6 4・10-6 7・10-6 10・10-6 30・10-6
【００２６】
次に、４０％の硼珪酸ガラスマトリックス（Ｄｕｒａｎ：登録商標）と３０％
のＳｉＣ（６％）及びＣ繊維（２４％）、及びスリップ剤（Ｃ６〜Ｃ８）を含ま
ず、特にカーボンブラック（Ｅ１〜Ｅ５）のスリップ剤を含有した３０％の種々
の充填剤あるいは充填剤混合物からなる複合材料を製造した。 摩擦係数と摩耗速度について良好な結果だが、快適性が悪い充填剤を含まない
比較例と比べて、充填剤含有実施例では、摩擦係数は高い（約０．４〜０．６）
ままであり、摩耗は許容範囲内に維持されるかむしろ減少し、同時に快適性が改
善される。 充填剤含有量が種々の粒子あるいは凝集物径（Ｉ＝１〜２ｎｍ、II＝１０〜１
５ｎｍ、III＝１００〜１５０ｎｍ）のカーボンブラック粉末との混合物あるい
は他のスリップ剤との混合物からなっていれば、摩擦係数は高く（約０．６以下
）摩耗は十分低い。とりわけ、心地よさが改善される。種々の粒度のカーボンブ
ラックとＺｒＯ２（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）からなる充填剤混合物についての３つの
実施例の場合、摩擦係数と摩耗速度の特定のデータを表２に列挙する。充填剤の
組み合わせとして雲母及び／又はＺｒＯ２を有するカーボンブラックを使用する
と、摩擦係数はまた改善されるか、高く維持され、同時に摩耗速度が低く維持さ
れる。心地よさも改善される。表２の実施例Ｅ４はこれを証明している。ガラス
セラミックもこの充填剤のグループに入っており、その上、摩耗を減らす効果を
有する。カーボンブラックとの組み合わせにおいてガラスセラミックを硼化チタ
ンに代えると摩耗がさらに減る（Ｅ５）。
のＳｉＣ（６％）及びＣ繊維（２４％）、及びスリップ剤（Ｃ６〜Ｃ８）を含ま
ず、特にカーボンブラック（Ｅ１〜Ｅ５）のスリップ剤を含有した３０％の種々
の充填剤あるいは充填剤混合物からなる複合材料を製造した。 摩擦係数と摩耗速度について良好な結果だが、快適性が悪い充填剤を含まない
比較例と比べて、充填剤含有実施例では、摩擦係数は高い（約０．４〜０．６）
ままであり、摩耗は許容範囲内に維持されるかむしろ減少し、同時に快適性が改
善される。 充填剤含有量が種々の粒子あるいは凝集物径（Ｉ＝１〜２ｎｍ、II＝１０〜１
５ｎｍ、III＝１００〜１５０ｎｍ）のカーボンブラック粉末との混合物あるい
は他のスリップ剤との混合物からなっていれば、摩擦係数は高く（約０．６以下
）摩耗は十分低い。とりわけ、心地よさが改善される。種々の粒度のカーボンブ
ラックとＺｒＯ２（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３）からなる充填剤混合物についての３つの
実施例の場合、摩擦係数と摩耗速度の特定のデータを表２に列挙する。充填剤の
組み合わせとして雲母及び／又はＺｒＯ２を有するカーボンブラックを使用する
と、摩擦係数はまた改善されるか、高く維持され、同時に摩耗速度が低く維持さ
れる。心地よさも改善される。表２の実施例Ｅ４はこれを証明している。ガラス
セラミックもこの充填剤のグループに入っており、その上、摩耗を減らす効果を
有する。カーボンブラックとの組み合わせにおいてガラスセラミックを硼化チタ
ンに代えると摩耗がさらに減る（Ｅ５）。
【００２７】
従って、マトリックス、繊維及びスリップ剤含有充填剤からなる摩擦ライニン
グは、充填剤を含有しない実施例及び充填剤を含有するがスリップ剤を含有しな
い実施例と比べて、良好なレベルの心地よさを有し、良好な、すなわち高い摩擦
係数と良好な、すなわち低い摩耗速度を兼ね備えている。特に、心地よさが改善
される。それは以下の品質表示で記載することができる。 Ｃ１〜Ｃ５ 不適 Ｃ６〜Ｃ８ 適 Ｅ１〜Ｅ５ 良好 表２ ４０％の硼珪酸ガラスマトリックス、３０％の繊維（６％のＳｉＣ、２４％の
Ｃ）及び３０％の充填剤からなる複合材料の摩擦係数及び摩耗： 充填剤 摩擦係数μ 摩耗速度[mm３/Nm] Ｃ６ ３０％ Ａｌ２Ｏ３ ０．４２ ５×１０−６ Ｃ７ ３０％ ＺｒＯ２ ０．４３ １×１０−６ Ｃ８ １５％ ＺｒＯ２ ０．６０ ３０×１０−６ １５％ カオリン Ｅ１ １２％ ＺｒＯ２ ０．４５ ７×１０−６ １８％ カーボンブラック１ ７×１０−６ Ｅ２ ５％ ＺｒＯ２ ０．４６ ５×１０−６ ２５％ カ−ボンブラック１ ５×１０−６ Ｅ３ ８％ ＺｒＯ２ ０．５２ ９×１０−６ ２２％ カーボンブラックII Ｅ４ ２０％ カーボンブラック１ ０．５３ ７×１０−６ ５％ 雲母 ５％ ＺｒＯ２ ０．４３ Ｅ５ ８％ 硼化チタン ３×１０−６ ２２％ カーボンブラック
グは、充填剤を含有しない実施例及び充填剤を含有するがスリップ剤を含有しな
い実施例と比べて、良好なレベルの心地よさを有し、良好な、すなわち高い摩擦
係数と良好な、すなわち低い摩耗速度を兼ね備えている。特に、心地よさが改善
される。それは以下の品質表示で記載することができる。 Ｃ１〜Ｃ５ 不適 Ｃ６〜Ｃ８ 適 Ｅ１〜Ｅ５ 良好 表２ ４０％の硼珪酸ガラスマトリックス、３０％の繊維（６％のＳｉＣ、２４％の
Ｃ）及び３０％の充填剤からなる複合材料の摩擦係数及び摩耗： 充填剤 摩擦係数μ 摩耗速度[mm３/Nm] Ｃ６ ３０％ Ａｌ２Ｏ３ ０．４２ ５×１０−６ Ｃ７ ３０％ ＺｒＯ２ ０．４３ １×１０−６ Ｃ８ １５％ ＺｒＯ２ ０．６０ ３０×１０−６ １５％ カオリン Ｅ１ １２％ ＺｒＯ２ ０．４５ ７×１０−６ １８％ カーボンブラック１ ７×１０−６ Ｅ２ ５％ ＺｒＯ２ ０．４６ ５×１０−６ ２５％ カ−ボンブラック１ ５×１０−６ Ｅ３ ８％ ＺｒＯ２ ０．５２ ９×１０−６ ２２％ カーボンブラックII Ｅ４ ２０％ カーボンブラック１ ０．５３ ７×１０−６ ５％ 雲母 ５％ ＺｒＯ２ ０．４３ Ｅ５ ８％ 硼化チタン ３×１０−６ ２２％ カーボンブラック
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，
ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ
Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ
，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，
ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ
Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ
，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，
ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ
Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ
，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，
ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 ハインツ、ヨッヘン
ドイツ、24534 ノイミュンスター、バー
ンホフシュトラーセ 48
Ｆターム(参考） 3J058 BA32 BA76 CA02 CA42 FA01
FA12 FA17 FA21 FA24 GA23
GA24 GA27 GA28 GA30 GA32
GA33 GA34 GA39 GA42 GA43
GA45 GA73 GA92
Claims (23)
- 【請求項１】 ガラス又はガラスセラミックマトリックス、無機強化繊維、
１種又は２種以上の充填剤からなる無機複合材料を含む、ブレーキシステム、特
に自動車用システムにおける構成部品及び機能要素用摩擦ライニングにおいて、 少なくとも１種の前記充填剤が六面形構造エレメントを有するスリップ剤であ
ることを特徴とする摩擦ライニング。 - 【請求項２】 カーボンブラック、グラファイト、シート珪酸塩、雲母、Ｍ
ｏＳ２からなる群から選択された少なくとも１種の物質がスリップ剤として存在
することを特徴とする請求項１記載の摩擦ライニング。 - 【請求項３】 カーボンブラック及び／又はグラファイトがスリップ剤とし
て含有されることを特徴とする請求項２記載の摩擦ライニング。 - 【請求項４】 前記カーボンブラックが、平均直径が１ｎｍ〜５０ｎｍ、特
に１ｎｍ〜５００ｎｍの一次粒子の粒子又は凝集物からなることを特徴とする請
求項３記載の摩擦ライニング。 - 【請求項５】 前記カーボンブラックが、平均直径が１ｎｍ〜１５０ｎｍの
一次粒子の粒子又は凝集物からなることを特徴とする請求項４記載の摩擦ライニ
ング。 - 【請求項６】 前記１種の充填剤又は複数の充填剤が、六面形構造エレメン
トを有する１種又は２種以上のスリップ剤に加えて、結晶石英、石英ガラスある
いはガラス質溶融シリカとして使用される微粉ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２ 、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム及びそれらの水
和物、珪酸ジルコニウム、アルミノ珪酸塩、カルシウムアルミノ珪酸塩、カリウ
ムアルミノ珪酸塩、マグネシウムアルミノ珪酸塩、セメント、酸化マグネシウム
、炭酸マグネシウム及びその水和物、マグネシウムアルミネート、クロマイト、
ドロマイト、酸化チタン、チタン酸アルミニウム、ガラスセラミック、炭酸塩、
硫酸塩、硼化物、炭化物、硫化物、窒化物、粉末化コークス、鉄、鋼、銅、アル
ミニウム、シリコン、マグネシウム及び／又はその合金からなることを特徴とす
る請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の摩擦ライニング。 - 【請求項７】 前記１種の充填剤あるいは複数の充填剤が、六面形構造エレ
メントを有する１種又は２種以上のスリップ剤に加えて微粉ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ ３ 、ＺｒＯ２、珪酸マグネシウム及びそれらの水和物、珪酸カルシウム、ムライ
ト、カオリン、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴｉＢ２、ＢａＳＯ４、ＢＮ、ガラスセラミッ
ク、粉末化コークスからなることを特徴とする請求項６記載の摩擦ライニング。 - 【請求項８】 前記１種の充填剤あるいは複数の充填剤が、六面形構造エレ
メントを有する１種又は２種以上のスリップ剤に加えて、ＳｉＣ及び／又はＺｒ
Ｏ２及び／又はＡｌ２Ｏ３及び／又は粉末化コークス及び／又はガラスセラミッ
ク及び／又はＴｉＢ２からなることを特徴とする請求項７記載の摩擦ライニング
。 - 【請求項９】 前記複数の充填剤が、六面形構造エレメントを有する１種又
は２種以上のスリップ剤とＺｒＯ２、ＴｉＢ２、ガラスセラミックからなる群か
ら選択された少なくとも１つの成分との混合物からなることを特徴とする請求項
８記載の摩擦ライニング。 - 【請求項１０】 前記充填剤含有量が５〜５０重量％、特に２５〜４０重量
％であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載の摩擦ラ
イニング。 - 【請求項１１】 前記強化繊維が炭素、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２ Ｏ３、ＺｒＯ２、ムライト、珪酸カルシウム、溶融シリカ、８０重量％より多く
のＳｉＯ２含有量のガラス、Ａ−、Ｃ−、Ｓ−、あるいはＥ‐ガラス及びＳｉ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ又はＯの添加物を含むか含まない主成分としてロック
ウール、及び／又はそれらの酸化物及び／又は炭化物から選択された１種又は２
種以上の成分からなることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１
項記載の摩擦ライニング。 - 【請求項１２】 前記強化繊維が炭素及び又はＳｉＣからなることを特徴と
する請求項１１記載の摩擦ライニング。 - 【請求項１３】 前記強化繊維には炭素、炭化物、ＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３ の被膜が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項
記載の摩擦ライニング。 - 【請求項１４】 前記強化繊維含有量が５〜５５重量％、特に２５〜４５重
量％であることを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか１項記載の摩
擦ライニング。 - 【請求項１５】 前記マトリックスが硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、
アルカリ金属−アルカリ土類金属珪酸ガラス又は玄武岩ガラスからなることを特
徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項記載の摩擦ライニング。 - 【請求項１６】 前記ガラスセラミックマトリックスが系ＬｉＯ２‐Ａｌ２ Ｏ３−ＳｉＯ２、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ ２ あるいはＭｇＯ−ＣａＯ−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２からなるガラスセラ
ミックからなり、あるいはＬｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−結晶含有硼酸ガラ
スからなることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項記載の摩
擦ライニング。 - 【請求項１７】 金属パートナー材料としてリング又はディスクを有するブ
ロックリング又はピンディスク配置のネズミ鋳鉄に対する複合材料が、５ＭＰａ
以下の圧力及び５ｍ／ｓの相対速度で少なくとも０．３の摩擦係数μ、４〜４０
ｍ／ｓの摺動速度で一定の摩擦係数及び１×１０−４ｍｍ３／Ｎｍ未満の摩耗速
度を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項記載の摩
擦ライニング。 - 【請求項１８】 自動車ブレーキシステム用の請求項１ないし請求項１７の
いずれか１項記載の摩擦ライニングの使用。 - 【請求項１９】 乗用車及び多用途車のブレーキシステム用の請求項１ない
し請求項１７のいずれか１項記載の摩擦ライニングの使用。 - 【請求項２０】 露天掘り及び地下採鉱及び軍事技術で使用される車両ある
いは農業用車両のブレーキシステム用の請求項１ないし請求項１７のいずれか１
項記載の摩擦ライニングの使用。 - 【請求項２１】 鉄道車両のブレーキシステム用の請求項１ないし請求項１
７のいずれか１項記載の摩擦ライニングの使用。 - 【請求項２２】 航空機のブレーキシステム用の請求項１ないし請求項１７
のいずれか１項記載の摩擦ライニングの使用。 - 【請求項２３】 製造技術機械、搬送及びリフト用設備あるいは物流機械及
び印刷機あるいは繊維機械におけるブレーキシステム用の請求項１ないし請求項
１７のいずれか１項記載の摩擦ライニングの使用。
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|---|---|---|---|
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| DE19950622A DE19950622A1 (de) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Reibbelag für Bauelemente in Bremssystemen |
| PCT/EP2000/010096 WO2001028947A1 (de) | 1999-10-20 | 2000-10-13 | Reibbelag für bauelemente in bremssystemen |
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|---|---|
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