JP2007182516A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】 エボナイト化させたゴムを結合剤に有することで成形性が良く、しかも摩擦材の硬さを所望の硬さにすることでブレーキの初期当りが良い摩擦材を提供する。
【解決手段】 繊維基材と摩擦調整剤を結合剤によって固めた摩擦材であって、結合剤は、硫黄によってエボナイト化させたゴムと、硫黄によってエボナイト化されないゴムとを含んでいる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等の摩擦材に関し、とりわけ、ゴムを結合剤とする摩擦材に関する。

従来、様々な摩擦材が知られており、例えば、特許文献１に記載の摩擦材が知られている。特許文献１に記載の摩擦材は、ゴムを結合剤とする摩擦材である。ゴムを結合剤とする摩擦材の製造方法は、先ず、繊維基材と摩擦調整剤とゴムを混練して粘土状とした後に、押出し機によってシート状の素材シートを得る。そして素材シートを所望の大きさに切断し、ブレーキシューのシューなどに接着し、熱を加えることでゴムを硫黄によってエボナイト化させ、硬い摩擦材を得ている。したがってゴムを結合剤とする摩擦材は、柔軟性のある素材シートの状態において切断でき、そしてブレーキシューのシューなどの形状に沿わせることも容易である。したがってゴムを結合剤とする摩擦材は、成形性に優れている。
特開昭６１−１３６０２７号公報（第３頁）

ところがエボナイト化されたゴムを結合剤に有する従来の摩擦材は、エボナイト化されたゴムによって硬くなりすぎる傾向にあった。そのためブレーキの初期当りが悪くなったり、ブレーキ時にジャダーを発生させたりするなどの問題を有していた。そこで従前、樹脂を結合剤とする摩擦材も開発されていた。ところが樹脂を結合剤とする摩擦材の製造方法は、原料を乾式混合した後に、成形型に投入し、成形型内において加熱加圧成形し、熱処理し、摩擦材をシューと別個に成形する方法である。そのため摩擦材を仕上げとして研磨し、研磨した後に摩擦材をシューに接着し、さらに研磨することもあった。したがって樹脂を結合剤とする摩擦材は、ゴムを結合剤とする摩擦材に比べて成形性が良くないという問題があった。
そこで本発明は、エボナイト化させたゴムを結合剤に有することで成形性が良く、しかも摩擦材の硬さを所望の硬さにすることでブレーキの初期当りの良い摩擦材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦材であることを特徴とする。
すなわち請求項１に記載の発明によると、繊維基材と摩擦調整剤を結合剤によって固めた摩擦材であって、結合剤は、硫黄によってエボナイト化させたゴムと、硫黄によってエボナイト化されないゴムとを含んでいる。

したがって摩擦材は、エボナイト化させたゴムを有しているために成形が容易である。例えば、ゴムをエボナイト化させる前の状態は、軟らかい素材シートであるため、切断が容易であるとともに、ブレーキシューのシューなどの形状に沿わせて所望の形状にすることが容易である。そして所望の形状にした後にゴムをエボナイトさせて硬化させることができる。
また摩擦材は、エボナイト化させたゴムとエボナイト化されないゴムを有しているために、硬さを所望の硬さにすることができる。例えば、ゴムをエボナイト化させることで硬くすることができるが、エボナイト化されないゴムは、軟らかい状態のままである。そのためエボナイト化されないゴムの配合量を多くすることで摩擦材を軟らかくして、ブレーキの初期当りを向上させたり、ブレーキ時におけるジャダーの原因を抑制したりすることができる。

請求項２に記載の発明によると、硫黄によってエボナイト化されないゴムは、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、水素添加ＮＢＲ、エチレンプロピレンゴムのいずれかである。
これらゴムは、硫黄によってエボナイト化されないゴムであるとともに、耐熱性にも優れている。したがってエボナイト化させないゴムを結合剤に有していても摩擦材の耐熱性が低くなることを抑制することができる。なおエボナイト化させたゴムは、エボナイト化させることによって耐熱性が高くなっている。

請求項３に記載の発明によると、硫黄によってエボナイト化されないゴムの添加量は、摩擦材に含まれるゴムの総重量の５〜５０重量％である。
したがってエボナイト化されないゴムの添加量がゴム総重量の５重量％以上であるために、摩擦材全体の硬さが十分に低くなる。そのためブレーキの初期当りが良好になったり、ブレーキ時におけるジャダーの原因を十分に抑制したりすることができる。
一方、エボナイト化されないゴムの添加量がゴム総重量の５０重量％以下であるために、エボナイト化されないゴムの添加量が多すぎることによって摩擦材の摩耗量が多くなることを防止できる。

本発明にかかる摩擦材は、繊維基材と摩擦調整剤（充填材）を結合剤によって固めた摩擦材である。
結合剤は、エボナイト化したゴムと、エボナイト化されないゴムを含んでいる。
エボナイト化したゴムは、エボナイト化され得るゴムを硫黄で加硫させることによって形成される。例えば、ＮＲ（天然ゴム），ＩＲ（イソプレンゴム），ＳＢＲ（スチレンゴム），ＮＢＲ（ニトリルゴム），ＢＲ（ブタジエンゴム）などのジエン系ゴムを硫黄で加硫させることで形成される。したがってエボナイト化したゴムは、エボナイト化されることで弾性がほとんどなくなり、耐熱性、耐磨耗性が高くなる。

ゴムをエボナイト化するための添加剤には、加硫剤である硫黄と、加硫を促進する加硫促進剤と、硬度を高くするカーボンブラックと、加硫を進行させる亜鉛華と、分散性のための可塑剤などが含まれている。硫黄の添加量は、ゴム１００重量部に対して２０〜５０重量部、好ましくは２５〜４０重量部である。

エボナイト化されないゴムは、硫黄によって加硫されないゴム、あるいは硫黄によってほとんど加硫されないゴムである。エボナイト化されないゴムは、弾性が高く、耐熱性の高いゴムであることが好ましい。例えば、フッ素ゴム，シリコーンゴム，アクリルゴム，水素化ニトリルゴム（水素添加ＮＢＲ），エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭやＥＰＭ等）などが好ましい。

エボナイト化されないゴムは、未加硫のゴムであっても良いが、硫黄以外の加硫剤によって加硫された加硫ゴムであっても良い。
エボナイト化されないゴムの添加量は、摩擦材に含まれるゴム総重量の５〜５０重量％であることが好ましく、より好ましくは１０〜３０重量％である。
エボナイト化されないゴムは、エボナイト化したゴムに対して分散されており、例えば相溶状に分散、または粒子状に分散されている。

結合剤として含まれるエボナイト化したゴムとエボナイト化されないゴムは、各一種含んでいても良いが、各二種以上含んでいるもの、またはいずれか一方を一種、他方を二種以上含んでいるものであっても良い。
結合剤として含まれるゴムの総添加量は、摩擦材全体の５〜３０重量％であって、１５重量％以上であることが好ましい。
なお結合剤には、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を加えても良いが、加えないものが好ましい。

繊維基材は、無機繊維および有機繊維を適宜選択して使用することができる。無機繊維としては、銅繊維，鉄繊維，スチール繊維，ガラス繊維，セラミック繊維，チタン酸カリウム繊維などを使用することができる。有機繊維としては、アラミド繊維などを使用することができる。そしてこれら繊維基材を個別に用いることもできるが、数種を混合して用いることもできる。
繊維基材の添加量は、摩擦材全体の１０〜５０重量％であることが好ましい。

摩擦調整剤（充填材）は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、無機充填材，有機充填材，潤滑剤などが適宜使用される。
無機充填材としては、水酸化カルシウム，硫酸バリウム，炭酸カルシウム，炭化珪素，アルミナ，酸化ジルコニウム，酸化マグネシウム，雲母（マイカ），カオリン，タルクなどが適宜含まれる。有機充填材としては、カシューダストやラバーダストなどが適宜含まれる。潤滑剤としては、黒鉛（グラファイト），三硫化アンチモン，二硫化モリブデン，二硫化亜鉛などが含まれる。

本形態に係る摩擦材は、クラッチフェーシングやブレーキシューのライニング等に使用される。例えば図１，２に示すようにブレーキシュー１のライニング３として使用され、好ましくはパーキング用のブレーキシュー１のライニング３として使用される。
ブレーキシュー１は、金属製のシュー２と、摩擦材であるライニング３を有している。シュー２は、三日月状または扇形状のウェブ２ａと、ウェブ２ａの外周縁に立設された円弧状のリム２ｂを一体に有している。そしてリム２ｂの外周面上に摩擦材であるライニング３が接着されている。

摩擦材の製造方法は、先ず、結合剤であるゴムパウンドを製作する。ゴムパウンドは、表１に示すようにエボナイト化されるゴムと、エボナイト化されないゴムと、加硫促進剤を除くエボナイト化用の添加剤をゴム練し、シート状にする。ゴム練機としては、例えばオープンロール、バンバリーミキサー、加圧ニーダー、エクストルーダーなどを使用することができる。

次に、ゴムパウンドと繊維基材と摩擦調整剤（充填材）を加圧式ニーダーによって混練する（混練工程）。混練り後、オープンロールによってシート状とし、素材シートを得る（カレンダーシート成形工程）。あるいは混練したものを押出機によってリボン状に押出すことでリボン状の素材シートを得る（押出し成形工程）。この素材シートは、柔軟性を有しており、加工が容易なシートである。そして加硫促進剤を混練工程の最終段階に添加する。あるいは前記カレンダーシート成形工程、押出し成形工程において添加する。

次に、素材シートを短冊状に切断あるいは打ち抜く。そして短冊状の素材シートの裏面またはシュー２のリム２ｂの外周面に接着剤を塗布して、素材シートをリム２ｂの外周面に載せる。接着剤は、結合剤と同じ成分であるゴムと樹脂とを混ぜたものが好ましく、例えばＮＢＲとフェノール樹脂を含有する接着剤が好ましく使用される。

次に、素材シートを載置したシュー２を加熱加圧し、熱処理を行う（加硫処理・硬化処理）。加熱加圧時における温度は１３０〜２００℃であり、時間は２〜１５分である。熱処理における温度は１４０〜４００℃であり、時間は２〜５時間である。これら工程によって素材シートは、エボナイト化されるゴムがエボナイト化して硬化する。そして素材シートは、リム２ｂに沿った円弧状のままでリム２ｂに密着する。

一方、エボナイト化されないゴムは、エボナイト化されないために弾性を有した状態で保持される。そのため素材シートは、加熱加圧と熱処理によって所定の硬さおよび軟らかさを有した摩擦材（ライニング３）になる。したがって本摩擦材によると、ブレーキの初期当りが良好になったり、ブレーキ時におけるジャダーの原因を抑制したりすることができる。

摩擦材の製造方法は、上記の製造方法に限定されず、例えば下記の製造方法などであっても良い。
（１）すなわち上記の製造方法は、ゴムパウンドの原料をゴム練してゴムパウンドを得た後に、このゴムパウンドと繊維基材と摩擦調整剤（充填材）とを加圧式ニーダーによって混練していた（混練工程）。しかしゴムパウンドの原料を混練工程において練る方法であっても良い。すなわち繊維基材と摩擦調整剤（充填材）を加圧式ニーダーによって混練する混練工程において、エボナイト化されるゴムと、エボナイト化されないゴム、さらにゴムコンパウンドの原料を一括して混練しても良い。

（２）また上記の製造方法は、加圧式ニーダーによって混練したものをシート状またはリボン状にして素材シートを得ていた。そして素材シートを切断し、シュー２などに接着し、その状態で熱を加え硬化させ、所望の形状の摩擦材を得ていた。しかし加圧式ニーダーによって混練したものを粉砕し、粉砕物を成形型のキャビティに投入し、成形型内で熱を加えることで硬化させ、所定の形状の摩擦材を得る方法であっても良い。

以下に、本発明に係る実施例１〜１０と、比較例１，２を具体的な数字を用いて説明する。
実施例１〜３は、結合剤として表１に示す原料成分、配合量のゴムパウンドＡを有しており（表３参照）、そしてゴムパウンドＡと他の摩擦材原料を表２に示す配合量で有している。
実施例４〜１０と比較例１，２は、結合剤として表１に示す原料成分、配合量のゴムパウンドＢ〜Ｊを有しており（表３参照）、ゴムパウンドＢ〜Ｊと他の摩擦材原料を表２に示す配合量で有している。

したがって実施例１〜３は、いずれもゴムパウンドＡを有しており、ゴムパウンドＡの添加量が実施例１，２，３の順に少なくなっている。
実施例１〜３，６〜１０と比較例２は、表１，３に示すようにゴムパウンドＡ，Ｄ〜Ｈ，Ｊを有しており、エボナイト化されないゴムとしてシリコーンゴムを有している。そしてこれらゴムパウンドに含まれているシリコーンゴムの添加量が異なっているために、シリコーンゴムの添加量が実施例６，７，８，９，１０、比較例２の順に多くなっている。

実施例４は、表１に示すゴムパウンドＢを有しており、エボナイト化されないゴムとしてアクリルゴムを有している。
実施例５は、ゴムパウンドＣを有しており、エボナイト化されないゴムとしてＥＰＤＭを有している。
比較例１は、ゴムパウンドＩを有しており、エボナイト化されないゴムを含んでいない。

エボナイト化されるゴムとして使用したＮＢＲは、ＪＳＲ製のＮ２３０Ｓである。
エボナイト用の添加剤として使用したカーボンブラックはＨＡＦ、亜鉛華は２種、可塑剤はＰ２００、硫黄は２００Ｍ、加硫促進剤ａは大内新興化学工業製のノクセラーＴＳ、加硫促進剤ｂは大内新興化学工業製のノクセラーＣＺである。添加剤の各原料の添加量は、エボナイト化されるゴムの重量比の比率に対し、同一となるように調整した（表１参照）。

摩擦材の製造方法は、先ず、ゴムパウンドの原料をゴム練し、シート状のゴムパウンドを得た。そしてゴムパウンドと他の摩擦原料を加圧式ニーダーによって混練し、オープンロールによってシート状の素材シートを得た。次に摩擦材をシュー２に接着し、これらを加熱加圧し、熱処理を行った。

実施例１〜１０と比較例１，２の特性を測定し、これら測定結果を表３にまとめた。各特性は、以下のように測定した。
＜摩擦材硬さ＞ 摩擦材硬さは、ロックウェル硬さのＲスケールによって測定した。
＜初期摩擦係数＞ 初期摩擦係数は、φ１７３×３０サイズのドラムブレーキにおいてケーブルを２００Ｎの引力でブレーキをかけて、その時に発生したトルクから算出した。
＜摩耗＞ 摩耗は、φ１７３×３０サイズのドラムインブレーキにおいてブレーキ初速度３０ｋｍ／ｈから減加速度２ｍ／ｓ^２となるケーブル引力を与えた試験を２００回繰り返し、その後の摩擦材（ライニング）の摩耗量状態を評価した。評価は、下記のように行った。
○（良好）：摩擦材の摩耗が少ない。
△（許容範囲内）：摩擦材の摩耗がやや多い。
×（使用不可）：摩擦材の摩耗が多い。

実験結果から以下のことがわかった。
（摩擦材硬さ）
摩擦材硬さは、比較例１と実施例１，６〜１０において、比較例１が最も高く、実施例６，７，１，８，９，１０の順に低くなることがわかった。したがってエボナイト化されないゴムを含むことによって摩擦材硬さが軟らかくなることがわかった。そしてエボナイト化されないゴムの添加量が多いほど摩擦材の硬さが軟らかくなることがわかった。
実施例１，４，５を比べると、実施例４、５，１の順で摩擦材の硬さが低くなることがわかった。したがって摩擦材の硬さを軟らかくする効果は、シリコーンゴムが最も高く、ＥＰＤＭがそれに続き、アクリルゴムが最も低いことがわかった。

（初期摩擦係数）
初期摩擦係数は、比較例１に比べて実施例１〜１０の方が大きくなることがわかった。したがってエボナイト化されないゴムが摩擦材に含まれることで初期摩擦係数が高くなることがわかった。
実施例１と６〜１０を比べると、実施例１において初期摩擦係数が最も高くなることがわかった。したがってエボナイト化されないゴムの添加量がゴム総重量の２０重量％（例えば２０±１０重量％）において初期摩擦係数が特に高くなることがわかった。

実施例１〜３を比べると、実施例１、２，３の順で初期摩擦係数が低くなることがわかった。したがってゴムパウンドが摩擦材全体の２０重量％（例えば２０±１０重量％）において初期摩擦係数が高くなることがわかった。
実施例１，４，５を比べると、実施例１、５，４の順で初期摩擦係数が高いことがわかった。したがって初期摩擦係数を高くする効果がシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、アクリルゴムの順に高いことがわかった。

（摩耗）
摩耗は、実施例１〜９において良好であり、実施例１０において許容範囲内、比較例２において使用不可になった。したがってエボナイト化されないゴムの添加量が多すぎることで摩擦材の摩耗量が多くなることがわかった。具体的には、エボナイト化されないゴムの添加量がゴム総重量の５０重量％よりも多くなることで摩擦材の摩耗量が多すぎることがわかった。このためエボナイト化されないゴムの添加量がゴム総重量の５０重量以下であることが好ましいことがわかった。

ブレーキシューの正面図である。 図１のII―II線断面矢視図である。

符号の説明

１…ブレーキシュー
２…シュー
３…ライニング（摩擦材）

Claims (3)

1. 繊維基材と摩擦調整剤を結合剤によって固めた摩擦材であって、
   前記結合剤は、硫黄によってエボナイト化させたゴムと、硫黄によってエボナイト化されないゴムとを含んでいることを特徴とする摩擦材。
2. 請求項１に記載の摩擦材であって、
   硫黄によってエボナイト化されないゴムは、フッ素ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、水素添加ＮＢＲ、エチレンプロピレンゴムのいずれかであることを特徴とする摩擦材。
3. 請求項１または２に記載の摩擦材であって、
   硫黄によってエボナイト化されないゴムの添加量が、摩擦材に含まれるゴムの総重量の５〜５０重量％であることを特徴とする摩擦材。
   
   

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