JP2006118544A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車、トラック、鉄道車両及び産業用機械のブレーキ、クラッチ等に使用され、優れた防錆性能と摩擦性能を有する摩擦材を提供するを提供する。
【解決手段】繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、前記繊維成分の少なくとも一部にメッキ鋼板コイルを用いてコイル旋削法により製造されたスチール繊維を含む。なお、本発明に係る摩擦材において、スチール繊維は、摩擦材全量に対し２〜６０体積％含有することが好ましい。また、スチール繊維は、その平均厚が５〜２００μｍ、その平均幅が２０〜５００μｍ、その平均繊維長が０．１〜５ｍｍとすることができる。スチール繊維は、その板厚が０．５ｍｍ以下の亜鉛メッキ鋼板または亜鉛合金メッキ鋼板から製造される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車の車両などのブレーキ、クラッチ等に使用される摩擦材に関わり、特に高負荷で使用され、優れた防錆性能と摩擦性能が要求されるディスクブレーキの摩擦材として好適なものに関する。

現在、非石綿系摩擦材には、強度補強や摩擦係数の維持、品質向上などのために各種の繊維成分が使用されており、繊維成分としてスチール繊維や銅繊維等の金属繊維が使用されている。

特にスチール繊維は、熱安定性や高温時の耐摩耗性維持のため広く使用されており、今後もその低コストと優れた対環境負荷性を生かして使用頻度が増えると考えられる。

しかし、スチール繊維を含む摩擦材をディスクブレーキの摩擦材として使用した場合、車両の足回りからの雨水、水溜まりの水が掛かった場合はもちろん、空気中の水蒸気と接触した場合でも発錆しやすく、またモータープールに長時間放置した場合や融雪材を使用する寒冷地等においては発錆状況がさらに促進される。

また、通常車両が停止している状態では、摩擦材は摩擦相手材と接しており、特に駐車ブレーキ、クラッチフェーシングにおいては高い圧力で押し付けられている。この停止状態でスチール繊維に錆が発生すると、摩擦材と摩擦相手材とが固着状態になり、操縦性を悪化させる。

従来、上記の発錆及び固着の対策としては、摩擦材に弱アルカリ材料を配合してアルカリ性に保つ方法（特許文献１参照）や亜鉛粉末を含有させスチール繊維の発錆を抑制する方法（特許文献２参照）が提案されている。
特開昭５６−１２９２８４号公報 特公昭５９−４４６２号公報

しかし、車両が高温多湿の地域や海岸付近の塩害、オゾンの多い地域で使用される場合には、特許文献１，２で提案された技術では、その効果が十分でないといった問題があった。

また、スチール繊維の錆び対策としてステンレス系の金属繊維を使用することも考えられるが、ステンレス系の金属繊維を使用すると、従来のスチール繊維に比べコストが著しく高くなるという欠点があった。

本発明は、上記の技術的課題を解決するためになされたもので、自動車、トラック、鉄道車両及び産業用機械のブレーキ、クラッチ等に使用され、優れた防錆性能と摩擦性能を有し、安価で製造できる摩擦材を提供することを技術的課題とする。

本発明者は、上記のような問題点を解決するため、摩擦材の高温高負荷における機械的強度や摩擦特性を維持しながら、摩擦材の発錆、相手材との固着を解消し、摩擦相手材の損傷性、いわゆる相手材攻撃性を抑制した安価な摩擦材を得ることを目的として、研究を
重ねた結果、表面に耐食性の金属をメッキした薄鋼板を使用し、コイル旋削法で製造したスチール繊維を少なくとも繊維成分の一部に含ませることにより上記の目的を達成できる、との結果を得た。

次に、課題を解決するための構成を述べる。
すなわち、本発明に係る摩擦材は、繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、前記繊維成分の少なくとも一部に、耐食性金属をメッキした薄鋼板を用いて製造されたスチール繊維を含むことを特徴とする。また、前記スチール繊維は、前記メッキした薄鋼板を旋削して製造されたことを特徴とする。なお、耐食性金属をメッキした薄鋼板を用いて製造するとは、前記薄鋼板を切削してスチール繊維とすることをいう。更に、前記スチール繊維は、前記メッキした薄鋼板をコイル状に巻いたものを旋削して製造されたことを特徴とする。なお、繊維成分として、無機繊維、有機繊維、金属繊維があげられる。また、結合材成分としては一般に用いられているフェノール樹脂や尿素樹脂、メラミン樹脂またはそれらの変性樹脂があげられる。そしてこれらは適宜組み合わせて使用することができる。更に、摩擦調整材成分としては有機系、無機系、金属系いずれでもよく、例えば黒鉛（天然および人造）、カシューダスト、ゴムダスト、硫化アンチモン、硫酸バリウム、二硫化モリブデン、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ等があげられる。

また、本発明に係る摩擦材において、前記スチール繊維は、摩擦材全量に対し２〜６０体積％含有することを特徴とする。

更に、本発明に係る摩擦材において、前記スチール繊維は、その平均厚が５〜２００μｍ、その平均幅が２０〜５００μｍ、その平均繊維長が０．１〜５ｍｍであることを特徴とする。

更にまた、本発明に係る摩擦材において、前記スチール繊維は、その板厚が０．５ｍｍ以下の亜鉛メッキ鋼板または亜鉛合金メッキ鋼板から製造されることを特徴とする。なお、亜鉛メッキ鋼板または亜鉛合金メッキ鋼板から製造されるとは、前記鋼板を切削してスチール繊維とすることをいう。

以上説明したように、本発明は繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、繊維成分の一部に耐食メッキ鋼板を用いてコイル旋削法により製造したスチール繊維を含む摩擦材であり、従来のスチール繊維を含む摩擦材に比べ、優れた防錆性および摩擦材と相手材との発錆・固着に対する顕著な改善効果を有している。そのため、自動車、トラック、鉄道車両及び各種産業機械のブレーキ、クラッチ等に好適に用いられる。従って、本発明によれば、摩擦材の高温高負荷における機械的強度や摩擦特性を維持しながら、摩擦材の発錆、相手材との固着を解消し、相手材攻撃性を抑制した安価な摩擦材を提案できる。

以下に図面を参照して、この発明である摩擦材を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
［摩擦材の概要］
本実施の形態に係る摩擦材は、繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、繊維成分の少なくとも一部にメッキ鋼板コイルを用いてコイル旋削法により製造されたスチール繊維を含むことを特徴とする。

その好ましい態様としては、次のものが包含される。
コイル旋削法により製造されるスチール繊維の量は、摩擦材全量に対し２〜６０体積％含有する。ところで、スチール繊維の量は、摩擦材全量に対し２体積％以下では、機械的特性が改良されず、６０体積％を超えると、相手材攻撃性が大となる恐れがある。

さらに、スチール繊維の平均径（厚）は５〜２００μｍであることが望ましく、５μｍ未満であると、機械的強度が改善されず、２００μｍを超えると摩擦特性が低下し、相手材攻撃性も大となる。

平均幅も２０〜５００μｍが望ましく、２０μｍ未満であると、機械的強度が改善されず、５００μｍを超えると摩擦特性が低下する。

また、平均繊維長は、０．１〜５ｍｍであることことが望ましい。０．１ｍｍ未満であると、機械的強度が低下し、５ｍｍを超えると摩擦相手材の損傷性、いわゆる相手材攻撃性が大となる恐れが出てくる。

［コイル旋削法］
コイル旋削法は、薄金属板をコイル状に巻いたものを旋削して繊維を得る方法で、ワイヤ（鋼線）を素材として得られるスチールウールやびびり振動切削法などとともに、主に軟質素材の金属繊維製造法として使用されている。

このコイル旋削法で得られる繊維は、他の製造法に比べ、繊維径や繊維長の制御が容易であり、且つ繊維形状の均一性に優れている。

また、このコイル旋削法は、既存の各種メッキ鋼板をそのまま使用できるため、メッキの付着性、均一性および防錆性は非常に良好である。

更に、使用する素材の冷延鋼板は、従来のコイル旋削法で使用されるワイヤ鋼線に比べ軟質で延性が高いため、この実施の形態の鉄系繊維を含む摩擦材の相手材攻撃性が大幅に改善されることが期待できる。

本実施の形態によれば、製造コストは、安価な量産品のメッキ鋼板を使用できるため、ワイヤやびびり振動切削法と比べ同レベルかそれ以下である。

［メッキ鋼板］
素材となるメッキ鋼板のメッキ材には、耐食性の金属を用いるが、代表的な金属としては亜鉛やその合金がある。その他、ニッケル、銅、クロム、チタン、コバルト、錫、貴金属やそれらの合金などがあり、これら１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。

また、メッキ方法は電気メッキ、溶融塩メッキ、無電解メッキなどいずれの方法でもよい。

鋼板は２ｍｍ厚以下の冷延板を用いるのが、望ましくは０．５ｍｍ以下の亜鉛メッキ鋼板または亜鉛合金メッキ鋼板を用いる。鋼板の化学成分は炭素鋼、低合金鋼及び合金鋼のいずれでもよい。

［繊維成分］
本発明の摩擦材には、スチール繊維とともに他の繊維成分を用いることができ、そのようなものとして、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維があげられる。

より具体的には、アラミド繊維、アクリル繊維、ポリイミド繊維、フェノール繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、銅（及び銅合金）繊維、ステンレス繊維などがあり、これら１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。

［結合材成分］
また、結合材成分である熱硬化性樹脂としては一般に用いられているフェノール樹脂や尿素樹脂、メラミン樹脂またはそれらの変性樹脂があげられる。そしてこれらは適宜組み合わせて使用することができる。

［摩擦調整材成分］
さらに、摩擦調整材としては有機系、無機系、金属系いずれでもよく、例えば黒鉛（天然および人造）、カシューダスト、ゴムダスト、硫化アンチモン、硫酸バリウム、二硫化モリブデン、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ等があげられるが、これらは耐熱性向上、潤滑効果、摩擦係数調整、ノイズ対策などのため適量使用することができる。

本実施の形態の摩擦材は、通常の方法により製造可能であり、上述の摩擦材原料をブレンダ等で混合し、得られた粉末状混合物を予備成形金型に入れて予備成形し、その後当該予備成形物を加圧加熱成形し、さらに熱処理を行うことにより本発明の摩擦材を得ることができる。

なお、摩擦材組成物の予備成形、加圧加熱成形、熱処理の条件については特に制限はないが、熱成形時の温度は１２０℃〜２５０℃、最終の熱加圧は２０〜８０ＭＰａ、加圧時間を１００〜１２００ｓｅｃの条件で成形することが望ましい。

本実施の形態の摩擦材は繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、繊維成分の一部に耐食性金属メッキ鋼板を用いてコイル旋削法により製造したスチール繊維を含む摩擦材であり、従来のスチール繊維を含む摩擦材に比べ、優れた防錆性および摩擦材と相手材との発錆・固着に対する顕著な改善効果を有している。そのため、自動車、トラック、鉄道車両及び各種産業機械のブレーキ、クラッチ等に好適に用いられる。

次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

この実施例では、繊維基材としてスチール繊維、その他の繊維成分としてケブラー繊維（商品名、デュポン社製）、銅繊維、チタン酸カリウム繊維、結合材としてフェノール樹脂、摩擦調整材及び充填材料として、黒鉛、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、ゴムダスト、カシューダスト、アルミナ、などを適宜用いた。

図１に示す表中の実施例ａ〜ｌは本発明の摩擦材であり、１００μｍ厚の電気亜鉛メッキ鋼板からコイル旋削法により製造したスチール繊維を含んでいる。

図１に示す表中の比較例１〜７は比較材であり、従来使用されているワイヤを素材とするスチール繊維を含んでいる。

図１に示す表中の比較例８，９は電気亜鉛メッキ薄鋼板からコイル旋削法により製造された本発明のスチール繊維を含むがその含有量は本発明の摩擦材の範囲を外れている。

なお、実施例の摩擦材の製造は、まず摩擦材原料をブレンダで十分均一に混合した後粉末状混合物を予備成形金型に投入し、常温下、圧力約７．２ＭＰａで約５秒間加圧し、予備成形物を形成した。

次いで、予め表面にフェノール樹脂系接着剤を塗布したプレッシャープレートとともに熱成形金型にセットし、加圧圧力５０ＭＰａ、温度１６０℃で５分間熱成形した。

更にこれを２００℃で５時間熱処理しブレーキ用摩擦材を得た。

［摩擦特性及び相手材攻撃性の評価］
次に製造した摩擦材とロータを用いて、フルサイズダイナモメータ試験（JASOC406-00,JASO427-88）を実施し、高温における摩擦特性及び相手材攻撃性を評価した。

なお、相手材のロータには鋳鉄材（FC200）を使用した。また、摩擦材の発錆及び相手材との固着性の評価には塩水噴霧試験（JIS2371）と錆び固着試験（JIS D4414-96）を実施した。

高温における摩擦特性はフルサイズダイナモメータ試験（JASO C427）で４００℃、５００℃における摩擦材摩耗量、相手材攻撃性はフルサイズダイナモメータ試験（JASO C406）でのロータ摩耗量、発錆特性は１時間の塩水噴霧試験の後の錆の発生状況外観（○×式）、発錆・固着特性は浸漬試験及び加圧放置後の固着力でそれぞれ評価した。

試験結果を図２に示す表にまとめて示す。
図２の表によれば、亜鉛メッキ鋼板からコイル旋削法で製造したスチール繊維を含む本発明材はいずれも比較の従来例（比較材）に比べて発錆特性、相手材との固着特性（固着力）および相手材攻撃性（ロータ摩耗量）において優れた結果を示している。

また、高温（４００℃、５００℃）での摩耗量は比較材と比べ同レベルかそれ以下であることが確認できた。
以上の結果から、本発明の摩擦材は、防錆性に優れ、摩擦相手材との相性も良いので、ブレーキ、クラッチ等に適していることがわかる。

実施例と比較例の成分を示す表である。 実施例（発明材）と比較例（比較材）に対して摩擦特性及び相手材攻撃性を評価した表である。

Claims (6)

1. 繊維成分、結合材成分および摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、
   前記繊維成分の少なくとも一部に、耐食性金属をメッキした薄鋼板を用いて製造されたスチール繊維を含むことを特徴とする摩擦材。
2. 前記スチール繊維は、前記メッキした薄鋼板を旋削して製造されたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
3. 前記スチール繊維は、前記メッキした薄鋼板をコイル状に巻いたものを旋削して製造されたことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦材。
4. 前記スチール繊維は、摩擦材全量に対し２〜６０体積％含有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の摩擦材。
5. 前記スチール繊維は、その平均厚が５〜２００μｍ、その平均幅が２０〜５００μｍ、その平均繊維長が０．１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の摩擦材。
6. 前記スチール繊維は、その板厚が０．５ｍｍ以下の亜鉛メッキ鋼板または亜鉛合金メッキ鋼板から製造されることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の摩擦材。

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