JP3855125B2

JP3855125B2 - Friction material

Info

Publication number: JP3855125B2
Application number: JP2002227968A
Authority: JP
Inventors: 裕士中山; 正志萩原
Original assignee: 株式会社エンドレスプロジェクト
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-07-02
Also published as: JP2004035871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摩擦材に関し、更に詳細にはディスクブレーキ用の有機系摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
運転手の負担が軽く、コントロールがし易いディスクブレーキは、一般乗用車を始め、ブレーキに対する負荷が大きいトラック、レーシングカー、高速鉄道車輌、航空機など広く利用されている。
このディスクブレーキに不可欠な摩擦材に要求される基本的な機能としては、高い摩擦係数μを有すること、ロータ、摩擦材ともに摩耗が少ないことが挙げられる。
【０００３】
摩擦係数μが高いと大きい制動力が得られるので、ブレーキシステム全体の小型化、軽量化に有利である。
さらに、ロータ、摩擦材ともに摩耗量が少なく耐摩耗性に富んだ摩擦材は、メンテナンスフリーの点で有利である。
しかし、摩擦係数μと耐摩耗性は相反する要素なので、互いの釣り合いをとりながらより良いものを目指して、多くの企業が摩擦材の材料やその配合に工夫を凝らしている。
【０００４】
また、一般乗用車用の摩擦材は、その実用条件に適した３００℃付近の使用を中心に設計されているのに対し、ブレーキに対する負荷の大きいトラックやレーシングカー等の摩擦材は、負荷が大きい分摩擦熱も大きいので、５００℃以上の高温度域で摩擦材としての良好な機能を発揮することが要求される。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、５００℃以上の高温度域において、ロータ摩耗量と摩擦材摩耗量が共に少なく、高い摩擦係数を得ることのできるディスクブレーキ用摩擦材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、実使用温度が５００℃以上の高温用摩擦材を設計するにあたり、摩擦材の１要素である研磨、研削材として、温度変化に対して比較的安定して高摩擦係数を保持し得る炭化ケイ素に着目した。
硬度の高いアルミニウム合金複合材からなるロータ用摩擦材には、アルミナを含むもの、炭化ケイ素を含むもの、アルミナと炭化ケイ素の２種が混合されているもの等が知られている。
しかし、鋳鉄製ロータ用の摩擦材には炭化ケイ素は含まれていないか、或いは含まれていても数％程度のごく微量である。というのも、鋳鉄材（ＦＣ１７〜２５）の硬さは、新モース硬さ（鉱物硬さ）で４．５〜５．０程度であり、これに対して炭化ケイ素の新モース硬さは１３であるので硬すぎ、炭化ケイ素が鋳鉄製ロータの表面を損傷してしまうからである。
【０００７】
そこで、摩擦材を構成する潤滑材として、高温において良好な潤滑性を有する無機物を炭化ケイ素と共に配合し、この無機物によって鋳鉄製ロータの表面と炭化ケイ素の直接的な接触を阻止させて、摩擦材とロータ両者の急激な摩耗増を防ぐことに着目し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、結合材として熱硬化性樹脂を用いたディスクブレーキ用の摩擦材であって、前記摩擦材には、摩擦・研削材としての炭化ケイ素が１０〜３０重量％含有されていると共に、潤滑材として平均粒径が１２００〜２０００μｍの粗粒黒鉛が配合されていることを特徴とする。
炭化ケイ素が摩擦材の研磨・研削材として配合されることで、高温において良好な摩擦係数μを有する摩擦材が得られる。
【０００９】
摩擦材における炭化ケイ素の含有量としては、１０〜３０重量％であると、良好な摩擦係数μが得られると共に、摩擦材、ロータ共に摩耗の少ない摩擦材を得ることができる。
この炭化ケイ素の好ましい配合量を求めるにあたっては、フルサイズダイナモメータ摩擦試験機を用いて、炭化ケイ素の配合量を変えた摩擦材の制動力と摩耗量を測定する実験を行った。このときロータは鋳鉄製を用い、摩擦材の他の材料としては、潤滑材は粗粒黒鉛、硫化鉄、酸化アンチモンを、結合材は変性フェノールを、耐熱補強材は鉄繊維を、充填材は鉄粉を用いた。
【００１０】
実験は、慣性モーメント７．５ｋｇ・ｍ・ｓ^２、摩擦材表面積５８ｃｍ^２において、制動初速度１００ｋｍ／ｈ、２００ｋｍ／ｈ、２５０ｋｍ／ｈ、減速度４．９０ｍ／ｓ^２および７．８ｍ／ｓ^２の各速度について５０回制動を行った。いずれも制動開始温度は４００℃であり、試験中の最高温度は９５０〜１０００℃に達していた。
その結果を図１及び図２に示す。図１は、炭化ケイ素の配合量に対する各制動初速度の平均摩擦係数μを、図２は、制動初速度２５０ｋｍ／ｈにおける、摩擦材の平均摩耗量を示している。
【００１１】
図１からは、炭化ケイ素の配合量の増加に伴って摩擦係数も大きくなっており、１０％以上配合されれば、摩擦係数は０．３６以上を満足できることがわかる。
また、図２からは、炭化ケイ素の配合量が２０重量％前後であると摩擦材の摩耗量が少なく、配合量１０〜３０重量％であれば、摩耗量は２．５ｍｍ以下を満足できることがわかる。
以上の摩擦係数、摩擦材摩耗量の実験結果から、炭化ケイ素の含有量としては、１０〜３０重量％が好ましく、より好ましくは１５〜２５重量％である。
【００１２】
また、高温時に良好な潤滑性を有する潤滑材としては、次のＡ、Ｂの２つの群が挙げられ、Ａ、Ｂ群から１種類以上が選択されて配合されることで、高温時の摩擦材、ロータ両者の摩耗を防ぎ、ブレーキとしての寿命を高めることができる。
Ａ群は固体潤滑材であり、その具体例としては、粗粒黒鉛、窒化ホウ素が挙げられる。
【００１３】
ここで粗粒黒鉛とは、通常、摩擦材の潤滑材として使用される黒鉛の平均粒径が４０〜１００μｍ程度であるのに対して、平均粒径が１２００μｍ以上の黒鉛を示す。
しかし、平均粒径が２０００μｍを超えると撹拌時の分散が不均一になり、熱プレス成形の際に粗大黒鉛が偏析しやすくなる。摩擦材コーナー部に偏析するとコーナー部が縁欠け現象を起こすので好ましくない。
図３は、温度に対する黒鉛の重量変化を示し、破線Ｅは通常、摩擦材の材料として使用されている平均粒径６０μｍの黒鉛を、実線Ｆは、平均粒径１２００μｍの粗粒黒鉛を示す。これから、平均粒径６０μｍの黒鉛は、約５００℃付近から酸化による昇華が始まっていることがわかる。これに対して粗粒黒鉛は、表面積が小さくなる分、酸素との接触面積が小さくなるので、通常の黒鉛と一定の温度で比較した場合、昇華による減少量を少なくすることができる。
【００１４】
従って、黒鉛の平均粒径が大きい程、潤滑材としての耐熱温度を高温側に移動することができ、平均粒径が１２００μｍ以上であれば、７００℃の高温においても９０％以上が残存しているので、良好な潤滑性を発揮できる。
また、窒化ホウ素は構造が黒鉛と近似しており、９００℃程度まで比較的安定した状態で、良好な潤滑性を保持し得る。しかし、黒鉛に比べて高価である。
【００１５】
Ｂ群は高温の温度域で軟化、液化する無機物と、金属硫化物の群であり、具体的には、氷晶石、硫化鉄、硫化アンチモン、二硫化モリブデンが挙げられる。
氷晶石は、融点が１０２０℃付近の無機物であって、それぞれ融点を境に軟化、溶融状態となってロータの保護膜となり、炭化ケイ素が直接ロータと接触するのを防ぐ。
【００１６】
図４は、硫化鉄、硫化アンチモン及び二硫化モリブデンの、温度に対する重量変化を示す。
図４から、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ_２）は、５００℃付近から酸化が始まって、３段階の形態変化のあることがわかる。このことはＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４の３種が形成されて共存することに起因している。
そして、Ｆｅ_２Ｏ_３は、研削性があり、Ｆｅ_３Ｏ_４は、良好な潤滑性を持つと共に、これによって形成される膜は非常に緻密で硬く、ロータ表面に生成すると摩擦が安定して摩耗を減少させることができる。このように、酸化鉄のそれぞれが摩擦材の成分として有利な点を持っており、これら３種が共存することで、５００℃以上の高温においても安定した摩擦を呈する良好な摩擦材となる。
【００１７】
また、硫化アンチモンは、約４００℃から熱分解が開始されており、昇温と共に酸化アンチモンへと変わるが、その進行速度は遅い。そして、酸化アンチモンは、ロータに対して研削性がないので硫化アンチモンと共存しながら７００℃程度まで潤滑材として良好に使用できる。さらに、酸化アンチモンは難燃材としての機能を有しており、鉄繊維の多いセミメタリック系摩擦材における鉄繊維の酸化（発火、燃焼）防止にも有効である。また、酸化アンチモンは樹脂の酸化反応を遅らせるので、樹脂が酸化分解する高温領域における摩耗が改善できる。
また、二硫化モリブデンは５５０℃以下で安定していると共に、摩擦係数が比較的小さいので、５５０℃以下において良好な潤滑性を持つ。
【００１８】
さらに、本発明においては、摩擦・研削材には、炭化ケイ素と酸化マグネシウムとが配合され、且つ前記炭化ケイ素と酸化マグネシウムとの配合合計が１５〜４０重量％であると共に、前記炭化ケイ素の含有量が１０重量％以上であることが好ましい。より好ましくは、炭化ケイ素と酸化マグネシウムの配合合計は２０〜３５重量％で、そのうち炭化ケイ素は１５重量％以上である。
【００１９】
研磨・研削材は、ロータ表面の付着物（摩擦材成分や鋳鉄の酸化膜）の除去を目的としており、ロータ表面自体は損傷しないことが望ましい。これに対して鋳鉄製ロータ（ＦＣ１７〜２５）の新モース硬さ（鉱物硬さ）は４．５〜５．０であり、ロータ表面の付着物のうち最も硬いもの（Ｆｅ_３Ｏ_４）でも新モース硬さは５．０〜５．５であって、酸化マグネシウムの新モース硬さ６とどちらも大きな差が無いので、酸化マグネシウムはロータ表面を傷つけることなくロータ表面に移着した付着物を除去することができる。
【００２０】
さらに、鋳鉄製ロータ（ＦＣ１７〜２５）は７００℃の近傍で硬さが半減するが、酸化マグネシウムの硬さは７００℃の温度でも変わらないため、相対的な硬さの差から高温で生じたロータの酸化膜を研削することができる。
つまり、酸化マグネシウムは、高温においてもロータを損傷することなく、ロータ表面に付着した摩擦材中の移着成分を良好に除去できるという研磨・研削材としての有利な特徴を持つ。そして、このような酸化マグネシウムを炭化ケイ素と共に配合することで、高温において、より良好な摩擦係数と、ロータ、摩擦材共に良好な耐摩耗性を得ることができる。
【００２１】
また、本発明による摩擦材は、鋳鉄製ロータに対しては勿論のこと、バイク等に用いられるステンレス製ロータ、新幹線等に使用される鍛鋼製ロータ、航空機、レーシングカー等に用いられる炭素繊維強化炭素複合材製ロータ、焼結合金製ロータ等に対しても使用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる好適な実施の形態を詳細に説明する。
摩擦材の材料としては、主として（１）結合材、（２）潤滑材、（３）研磨・研削材があり、これに（４）耐熱補強材として鉄繊維、セラミック繊維等が、（５）充填材として鉄粉、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等が配合される。
【００２３】
（１）結合材
結合材としては、耐熱性に優れた熱硬化性フェノール樹脂が最適であり、配合量は３．０〜６．０重量％の範囲が良好である。これら熱硬化性樹脂の主な機能は、摩擦材の機械的強度を維持することであり、前記配合量範囲の下限値未満であると、摩擦材の強度が低くなって摩耗量が増加し、上限値を越えると高温時の制動力が低下する。
具体的には、５００〜７００℃の温度域用摩擦材には変性フェノールであるアルキルベンゼン変性樹脂が好適であり、７００℃以上の温度域用摩擦材にはイミド系のビスマレイミド・トリアジン樹脂が好適である。
【００２４】
（２）潤滑材
潤滑材は、摩擦材の１０〜５０重量％含まれるとよい。１０重量％未満であると摩擦材、ロータ共に良好な耐摩耗性を得ることができず、５０重量％を超えると良好な摩擦係数を得られないばかりか摩擦材強度が著しく低下し、負荷に耐えられなくなる。好ましくは２０〜４０重量％である。
具体的には、５００〜７００℃の温度域用摩擦材には粗粒黒鉛、硫化鉄（ＦｅＳ、ＦｅＳ_２）、硫化アンチモン、窒化ホウ素が好適であり、７００℃以上の温度域用摩擦材には粗粒黒鉛、氷晶石、窒化ホウ素が好適である。
【００２５】
（３）研磨・研削材
具体的には、５００〜７００℃の温度域用摩擦材には炭化ケイ素（粒度１〜５μｍ）、酸化マグネシウム（粒度６０〜１５０μｍ）が好適であり、７００℃以上の温度域用摩擦材には炭化ケイ素（粒度１０〜４０μｍ）、酸化マグネシウム（粒度１５０〜５００μｍ）が好適である。
５００℃以上の温度域用摩擦材においては、炭化ケイ素のみ配合しても良く、その配合量は、１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％である。
また、炭化ケイ素のみでなく、酸化マグネシウムを加えることでより良好な摩擦係数を得ることができると共に、ロータ、摩擦材両者の摩耗量を少なくすることができる。このとき、炭化ケイ素と酸化マグネシウムの配合合計は１５〜４０重量％（そのうち炭化ケイ素は１０重量％以上）であると良好な摩擦係数を得ることができる。さらに好ましくは、配合合計で２０〜３５重量％（そのうち炭化ケイ素は１５重量％以上）である。この範囲によると良好な摩擦係数を有し、摩擦材、ロータ共に摩耗量の少ない摩擦材を得ることができる。
【００２６】
また、５００〜７００℃の温度域用摩擦材において、良好な摩擦係数と、ロータの耐摩耗性及び摩擦材の耐摩耗性を維持するためには、炭化ケイ素の粒度は１〜５μｍが好ましい。粒度が上限値を越えると、ロータを損傷して、摩耗が促進されてしまい、下限値より小さいと摩擦係数の目標値を下回ってしまう。
これに対して酸化マグネシウムの粒度は６０〜１５０μｍが好ましい。粒度が下限値より小さいと良好な摩擦係数が得られず、上限値を越えると酸化マグネシウム自体が摩耗しやすくなってしまうからである。
【００２７】
一方、７００℃以上の温度域用摩擦材においては、炭化ケイ素の粒度は、１０〜４０μｍが好ましい。粒度が上限値を越えると、ロータを損傷して、摩耗が促進されてしまい、下限値より小さいと摩擦係数の目標値を下回ってしまう。そして酸化マグネシウムの粒度は、１５０〜５００μｍが好ましい。粒度が下限値より小さいと良好な摩擦係数が得られず、上限値を越えると酸化マグネシウム自体が摩耗しやすくなってしまうからである。
【００２８】
図５に、７００℃以上の温度域用摩擦材での炭化ケイ素の粒度に対する摩擦係数、摩擦材摩耗量及びロータ摩耗量について実験した結果を示す。
これによると、粒度が大きい程摩擦係数が大きくなるので粒度が２μｍ以上であれば目標値μ≧０．４を満足できる。
また、ロータ摩耗量は、粒度が小さいほど少なく良好であることがわかる。さらに、粒度と摩擦材摩耗量との関係をみると、摩擦材摩耗量は粒度が２０μｍ程度のとき最低値となって、これより大きくても小さくても摩耗量は増加してしまうことがわかる。
そして、粒度が４０μｍより大きいと、炭化ケイ素自身も削られ易くなり、粒度が５μｍより小さいと、制動力が落ちる分押し付ける力が必要となって温度が上昇し、表面が炭化して崩れてしまう。
これらの結果から、７００℃以上の温度域用摩擦材において、炭化ケイ素の粒度は摩擦材摩耗量が目標値（２．２ｍｍ）以下となる１０〜４０μｍの範囲が良いことがわかる。
また、同様の実験を５００〜７００℃において行ったところ、炭化ケイ素の粒度は１〜５μｍの範囲が良いことがわかった。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
本発明による実施例１〜５と、従来のＲＶ車用摩擦材（比較例１）、一般乗用車用摩擦材（比較例２）について比較実験を行った。これらの材料の配合を表１に示す。
作成方法としては、これら材料をミキサーによって均一に撹拌し、１５５〜１６０℃に加熱した金型に充填して、５９〜７８ＭＰａの圧力を加えて熱成形をした後、３００〜３５０℃で熱処理を行った。
【００３０】
【表１】

【００３１】
これら摩擦材についてフルサイズダイナモメータ摩擦試験機を使用して、高温、高速摩擦試験を行い、高負荷下における摩擦材の摩耗量、鋳鉄製ロータの摩耗量及び摩擦係数を測定した。
実験方法としては、慣性モーメント７．５ｋｇ・ｍ・ｓ^２、摩擦材表面積５８ｃｍ^２、制動開始温度４００℃において、まず減速度４．９ｍ／ｓ^２で、ブレーキ初速１００、２００、２５０ｋｍ／ｈの各速度５０回ずつ（計１５０回）制動を繰り返した。
続いて、同一の慣性モーメント、摩擦材表面積、制動開始温度において、減速度７．８ｍ／ｓ^２についてもブレーキ初速１００、２００、２５０ｋｍ／ｈの各速度５０回ずつ（計１５０回）制動を繰り返した。このとき、摩擦表面温度は１０００℃以上に達していた。
こうして、制動を繰り返しながら摩擦係数を計測して平均値を算出し、合計３００回の制動後、摩擦材摩耗量とロータ摩耗量を計測した。その結果を表２に示す。
尚、この実験は、レースカーを主とした高負荷摩擦材の実験として好適である。
【００３２】
【表２】

【００３３】
今回の実験では実験結果の目標値を、摩擦係数は０．４０以上、ロータ摩耗量は３０μｍ以下、摩擦材摩耗量については２．２ｍｍ以下とし、目標値を満たすものには○を、満たさないものについては×を付した。
比較例１，２が、摩擦係数と摩擦材摩耗量で目標値を下回っているのに対し、実施例１〜５は、摩擦係数、ロータ摩耗量及び摩擦材摩耗量において目標値を満足しており、バランスのとれた摩擦材であることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の摩擦材によれば、高温度域で安定した摩擦係数が得られると同時に、ロータ、摩擦材共に摩耗量が少ないので、安定した制動力を持ち、耐久性に富んだブレーキを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭化ケイ素の配合量に対する摩擦係数のグラフである。
【図２】炭化ケイ素の配合量に対する摩擦材摩耗量のグラフである。
【図３】温度に対する黒鉛の重量変化を示すグラフである。
【図４】潤滑材の温度に対する重量変化を示すグラフである。
【図５】炭化ケイ素の粒度に対する摩擦係数、摩擦材摩耗量及びロータ摩耗量を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction material, and more particularly to an organic friction material for a disc brake .
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
Disc brakes that are lightly loaded by the driver and easy to control are widely used in general passenger cars, trucks, racing cars, high-speed rail vehicles, airplanes, and the like that have a heavy load on the brakes.
The basic functions required of the friction material indispensable for the disc brake include a high friction coefficient μ and low wear on both the rotor and the friction material.
[0003]
When the friction coefficient μ is high, a large braking force can be obtained, which is advantageous for reducing the size and weight of the entire brake system.
Furthermore, a friction material having a small amount of wear and high wear resistance for both the rotor and the friction material is advantageous in terms of maintenance-free.
However, since the friction coefficient μ and the wear resistance are contradictory elements, many companies have devised the materials of friction materials and their blends in order to achieve a better one while balancing each other.
[0004]
In addition, friction materials for general passenger cars are designed around use at around 300 ° C, which is suitable for their practical conditions, whereas friction materials such as trucks and racing cars that have a heavy load on brakes have a large load. Since the fractional frictional heat is also large, it is required to exhibit a good function as a friction material in a high temperature range of 500 ° C. or higher.
[0005]
The present invention has been made to solve these problems, it is an

object

5 at 00 ° C. or more high temperature region, and the friction material wear amount are both small rotor wear amount, high coefficient of friction It is an object of the present invention to provide a friction material for a disc brake that can be obtained.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
When designing a high-temperature friction material having an actual use temperature of 500 ° C. or higher, the inventor has a relatively high friction coefficient as a polishing and grinding material, which is one element of the friction material, relatively stably with respect to temperature changes. We focused on silicon carbide that can be retained.
As a friction material for a rotor made of an aluminum alloy composite material having high hardness, a material containing alumina, a material containing silicon carbide, a material in which two kinds of alumina and silicon carbide are mixed, and the like are known.
However, the friction material for rotors made of cast iron does not contain silicon carbide, or even if it is contained, it is a very small amount of about several percent. This is because the cast iron material (FC 17-25) has a new Mohs hardness (mineral hardness) of about 4.5 to 5.0, whereas the new Mohs hardness of silicon carbide is This is because it is too hard because silicon carbide damages the surface of the cast iron rotor.
[0007]
Therefore, as a lubricant constituting the friction material, an inorganic material having good lubricity at high temperatures is blended with silicon carbide, and this inorganic material prevents the direct contact between the surface of the cast iron rotor and the silicon carbide. The present invention was completed by paying attention to preventing sudden increase in wear of both the rotor and the rotor.
[0008]
That is, the present invention is a friction material for a disc brake using a thermosetting resin as a binder, and the friction material contains 10 to 30% by weight of silicon carbide as a friction / grinding material. In addition, coarse graphite having an average particle diameter of 1200 to 2000 μm is blended as a lubricant .
By incorporating silicon carbide as a friction material polishing / grinding material, a friction material having a good friction coefficient μ at a high temperature can be obtained.
[0009]
When the content of silicon carbide in the friction material is 10 to 30% by weight, a good friction coefficient μ can be obtained, and a friction material with little wear can be obtained for both the friction material and the rotor.
In determining the preferable blending amount of silicon carbide, an experiment was conducted to measure the braking force and the wear amount of a friction material with a varying blending amount of silicon carbide using a full-size dynamometer friction tester. At this time, the rotor is made of cast iron, and other materials for the friction material are: coarse graphite, iron sulfide, antimony oxide; binder, modified phenol; heat-resistant reinforcing material; iron fiber; Iron powder was used.
[0010]
In the experiment, at an inertia moment of 7.5 kg · m · s ² and a friction material surface area of 58 cm ² , the braking initial speed was 100 km / h, 200 km / h, 250 km / h, decelerations 4.90 m / s ² and 7.8 m / s. Braking was performed 50 times for each speed of ² . In both cases, the braking start temperature was 400 ° C., and the maximum temperature during the test reached 950 to 1000 ° C.
The results are shown in FIGS. FIG. 1 shows the average friction coefficient μ at each braking initial speed with respect to the blending amount of silicon carbide, and FIG. 2 shows the average wear amount of the friction material at the braking initial speed of 250 km / h.
[0011]
From FIG. 1, it can be seen that the friction coefficient increases as the amount of silicon carbide is increased, and that if the blending amount is 10% or more, the friction coefficient can satisfy 0.36 or more.
Further, from FIG. 2, it is found that the wear amount of the friction material is small when the blending amount of silicon carbide is around 20% by weight, and the wear amount can satisfy 2.5 mm or less when the blending amount is 10 to 30% by weight. Recognize.
From the above experimental results of the friction coefficient and the friction material wear amount, the silicon carbide content is preferably 10 to 30% by weight, more preferably 15 to 25% by weight.
[0012]
In addition, as the lubricant having good lubricity at high temperature, the following two groups A and B can be mentioned, and at least one kind selected from the A and B groups can be blended so that friction at high temperature can be achieved. The wear of both the material and the rotor can be prevented, and the life as a brake can be increased.
Group A is a solid lubricant, and specific examples thereof include coarse graphite and boron nitride.
[0013]
Here, the coarse-grained graphite refers to graphite having an average particle diameter of 1200 μm or more, whereas the average particle diameter of graphite used as a friction material lubricant is usually about 40 to 100 μm .
However, when the average particle size exceeds 2000 μm, dispersion during stirring becomes non-uniform, and coarse graphite is liable to segregate during hot press molding. Segregation at the corner of the friction material is not preferable because the corner causes a chipping phenomenon.
FIG. 3 shows a change in the weight of graphite with respect to temperature. A broken line E indicates graphite having an average particle diameter of 60 μm, which is usually used as a friction material, and a solid line F indicates coarse graphite having an average particle diameter of 1200 μm. From this, it can be seen that graphite having an average particle diameter of 60 μm starts sublimation due to oxidation from around 500 ° C. On the other hand, since the coarse graphite has a smaller surface area and a smaller contact area with oxygen, the amount of decrease due to sublimation can be reduced when compared with normal graphite at a constant temperature.
[0014]
Therefore, the larger the average particle diameter of graphite, the higher the heat resistance temperature as a lubricant can be moved to the higher temperature side. If the average particle diameter is 1200 μm or more, 90% or more remains even at a high temperature of 700 ° C. Therefore, good lubricity can be exhibited.
Boron nitride has a structure similar to that of graphite, and can maintain good lubricity in a relatively stable state up to about 900 ° C. However, it is more expensive than graphite.
[0015]
Group B softening in a temperature range of high temperature, and an inorganic material to be liquefied, a group of metal sulfides, specifically, cryolite, sulfate, iron, antimony sulfide, molybdenum disulfide.
Cryolite is an inorganic near the melting point is 1020 ° C., softening the boundary of the melting point, respectively, serve as a protective film of the rotor becomes a molten state, silicon carbide prevents the direct contact with the rotor.
[0016]
FIG. 4 shows the weight change with temperature of iron sulfide, antimony sulfide and molybdenum disulfide.
FIG. 4 shows that iron sulfide (FeS, FeS ₂ ) begins to oxidize at around 500 ° C. and has three-stage morphological changes. This is because three kinds of FeO, Fe ₂ O ₃ , and Fe ₃ O ₄ are formed and coexist.
Fe ₂ O ₃ has grindability, and Fe ₃ O ₄ has good lubricity, and the film formed thereby is very dense and hard, and when generated on the rotor surface, the friction is stable. Wear can be reduced. Thus, each of the iron oxides has an advantageous point as a component of the friction material, and the presence of these three types provides a good friction material that exhibits stable friction even at a high temperature of 500 ° C. or higher.
[0017]
In addition, antimony sulfide has started to be thermally decomposed at about 400 ° C. and changes to antimony oxide as the temperature rises, but its progress rate is slow. And since antimony oxide does not have grindability with respect to the rotor, it can be used well as a lubricant up to about 700 ° C. while coexisting with antimony sulfide. Further, antimony oxide has a function as a flame retardant, and is effective in preventing oxidation (ignition and combustion) of iron fibers in a semi-metallic friction material having many iron fibers. Further, since antimony oxide delays the oxidation reaction of the resin, wear in a high temperature region where the resin is oxidatively decomposed can be improved.
Molybdenum disulfide is stable at 550 ° C. or lower and has a relatively small coefficient of friction, and therefore has good lubricity at 550 ° C. or lower.
[0018]
Furthermore, in the present invention , the friction / grinding material is blended with silicon carbide and magnesium oxide, and the total blend of silicon carbide and magnesium oxide is 15 to 40% by weight, and the silicon carbide is contained. The amount is preferably 10% by weight or more. More preferably, the total amount of silicon carbide and magnesium oxide is 20 to 35% by weight, of which silicon carbide is 15% by weight or more.
[0019]
The polishing / grinding material is intended to remove deposits (friction material component and cast iron oxide film) on the rotor surface, and it is desirable that the rotor surface itself is not damaged. On the other hand, the new Mohs hardness (mineral hardness) of the cast iron rotor (FC 17 to 25) is 4.5 to 5.0, even the hardest (Fe ₃ O ₄ ) of the deposits on the rotor surface. The new Mohs hardness is 5.0 to 5.5, which is not much different from the new Mohs hardness 6 of magnesium oxide, so the magnesium oxide has adhered to the rotor surface without damaging the rotor surface Can be removed.
[0020]
Further, the cast iron rotor (FC17 to 25) halves the hardness in the vicinity of 700 ° C., but the hardness of magnesium oxide does not change even at a temperature of 700 ° C. Therefore, it occurred at a high temperature due to the difference in relative hardness. The oxide film of the rotor can be ground.
In other words, magnesium oxide has an advantageous feature as a polishing / grinding material that can satisfactorily remove transfer components in the friction material attached to the rotor surface without damaging the rotor even at high temperatures. By blending such magnesium oxide with silicon carbide, it is possible to obtain a better friction coefficient and good wear resistance for both the rotor and the friction material at high temperatures.
[0021]
In addition, the friction material according to the present invention is not limited to a cast iron rotor, but also a stainless steel rotor used for a motorcycle, a forged steel rotor used for a Shinkansen, an aircraft, a racing car, etc. It can also be used for carbon composite rotors, sintered alloy rotors, and the like.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
As the material of the friction material, there are mainly (1) binder, (2) lubricant, (3) polishing / grinding material, and (4) iron fiber, ceramic fiber, etc. as heat-resistant reinforcing material, (5) Iron powder, calcium fluoride, aluminum fluoride, or the like is blended as a filler.
[0023]
(1) Binder The thermosetting phenol resin excellent in heat resistance is optimal as the binder, and the blending amount is preferably in the range of 3.0 to 6.0% by weight. The main function of these thermosetting resins is to maintain the mechanical strength of the friction material, and if it is less than the lower limit of the blending amount range, the strength of the friction material decreases and the amount of wear increases. If the upper limit is exceeded, braking force at high temperatures will decrease.
Specifically, five to 00 to 700 temperature range for the friction material of ° C. are preferred alkylbenzene-modified resin is modified phenol, imide-based Friction materials for temperature range of not lower than 700 ° C. bismaleimide triazine resin Is preferred.
[0024]
(2) Lubricant The lubricant may be contained in an amount of 10 to 50% by weight of the friction material. If it is less than 10% by weight, it is impossible to obtain good wear resistance for both the friction material and the rotor. If it exceeds 50% by weight, not only a good friction coefficient can be obtained, but also the strength of the friction material is remarkably lowered. Unbearable. Preferably it is 20 to 40 weight%.
Specifically, 5 00 to 700 ° C. The temperature range for the friction material of the coarse graphite, iron sulfide (FeS, _FeS 2), antimony sulfide, are preferred boron nitride, friction material for temperature range of not lower than 700 ° C. the coarse graphite, cryolite, is nitrided boron are preferred.
[0025]
(3) The cutting and polishing materials specifically, 5 00-700 ° C. The silicon carbide to a temperature range for the friction material (particle size 1 to 5 [mu] m), magnesium oxide (particle size 60 to 150) are preferred, 700 ° C. or higher Silicon carbide (particle size: 10 to 40 μm) and magnesium oxide (particle size: 150 to 500 μm) are suitable for the temperature range friction material .
In the friction material for a temperature range of 500 ° C. or higher , only silicon carbide may be blended, and the blending amount is 10 to 30% by weight, preferably 15 to 25% by weight.
Further, by adding not only silicon carbide but also magnesium oxide, a better friction coefficient can be obtained, and the wear amount of both the rotor and the friction material can be reduced. At this time, a good friction coefficient can be obtained when the total amount of silicon carbide and magnesium oxide is 15 to 40% by weight (of which silicon carbide is 10% by weight or more). More preferably, the total amount is 20 to 35% by weight (of which silicon carbide is 15% by weight or more). According to this range, it is possible to obtain a friction material having a good friction coefficient and a small wear amount for both the friction material and the rotor.
[0026]
Moreover, in the friction material for temperature ranges of 500-700 degreeC, in order to maintain a favorable friction coefficient, the abrasion resistance of a rotor, and the abrasion resistance of a friction material, the particle size of silicon carbide has preferable 1-5 micrometers. If the particle size exceeds the upper limit value, the rotor is damaged and wear is promoted. If the particle size is smaller than the lower limit value, the friction coefficient is below the target value.
On the other hand, the particle size of magnesium oxide is preferably 60 to 150 μm. This is because if the particle size is smaller than the lower limit value, a good friction coefficient cannot be obtained, and if the particle size exceeds the upper limit value, the magnesium oxide itself tends to be worn.
[0027]
On the other hand, in a friction material for a temperature range of 700 ° C. or higher, the particle size of silicon carbide is preferably 10 to 40 μm. If the particle size exceeds the upper limit value, the rotor is damaged and wear is promoted. If the particle size is smaller than the lower limit value, the friction coefficient is below the target value. The particle size of magnesium oxide is preferably 150 to 500 μm. This is because if the particle size is smaller than the lower limit value, a good friction coefficient cannot be obtained, and if the particle size exceeds the upper limit value, the magnesium oxide itself tends to be worn.
[0028]
FIG. 5 shows the results of experiments on the friction coefficient, the friction material wear amount, and the rotor wear amount with respect to the particle size of silicon carbide in the temperature region friction material of 700 ° C. or higher.
According to this, since the friction coefficient increases as the particle size increases, the target value μ ≧ 0.4 can be satisfied if the particle size is 2 μm or more.
It can also be seen that the smaller the particle size, the better the rotor wear. Further, looking at the relationship between the particle size and the friction material wear amount, the friction material wear amount becomes the minimum value when the particle size is about 20 μm, and the wear amount increases even if it is larger or smaller than this. .
And when the particle size is larger than 40 μm, silicon carbide itself is also easily cut, and when the particle size is smaller than 5 μm, the pressing force is required to decrease the braking force, the temperature rises, the surface is carbonized and collapses. .
From these results, it can be seen that in the friction material for temperature regions of 700 ° C. or higher, the silicon carbide particle size is preferably in the range of 10 to 40 μm where the friction material wear amount is not more than the target value (2.2 mm).
Moreover, when the same experiment was conducted at 500-700 degreeC, it turned out that the particle size of silicon carbide has the good range of 1-5 micrometers.
[0029]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
Comparative experiments were conducted on Examples 1 to 5 according to the present invention, a conventional friction material for RV vehicles (Comparative Example 1), and a friction material for general passenger vehicles (Comparative Example 2). Table 1 shows the composition of these materials.
As a preparation method, these materials are uniformly stirred by a mixer, filled in a mold heated to 155 to 160 ° C., subjected to thermoforming by applying a pressure of 59 to 78 MPa, and then heat-treated at 300 to 350 ° C. went.
[0030]
[Table 1]

[0031]
These friction materials were subjected to a high-temperature, high-speed friction test using a full-size dynamometer friction tester, and the wear amount of the friction material, the wear amount of the cast iron rotor and the friction coefficient under high load were measured.
As an experimental method, an inertia moment of 7.5 kg · m · s ² , a friction material surface area of 58 cm ² , a braking start temperature of 400 ° C., first a deceleration of 4.9 m / s ² and an initial brake speed of 100, 200, 250 km / h. The braking was repeated 50 times at each speed (a total of 150 times).
Subsequently, at the same moment of inertia, friction material surface area, and braking start temperature, braking was repeated 50 times (total of 150 times) for each of the initial braking speeds of 100, 200, and 250 km / h for a deceleration of 7.8 m / s ^2. It was. At this time, the friction surface temperature reached 1000 ° C. or more.
Thus, the friction coefficient was measured while repeating the braking, and the average value was calculated. After a total of 300 brakings, the friction material wear amount and the rotor wear amount were measured. The results are shown in Table 2.
This experiment is suitable as an experiment for a high load friction material mainly composed of a race car.
[0032]
[Table 2]

[0033]
In this experiment, the target value of the experimental result is set to a friction coefficient of 0.40 or more, a rotor wear amount of 30 μm or less, and a friction material wear amount of 2.2 mm or less. The thing was marked with x.
While Comparative Examples 1 and 2 are below the target values in the friction coefficient and the friction material wear amount, Examples 1 to 5 satisfy the target values in the friction coefficient, the rotor wear amount, and the friction material wear amount. It can be seen that this is a balanced friction material.
[0034]
【The invention's effect】
According to the friction material of the present invention, a stable friction coefficient can be obtained in a high temperature range, and at the same time, since the wear amount of both the rotor and the friction material is small, it is possible to provide a brake having a stable braking force and rich in durability. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph of friction coefficient with respect to the amount of silicon carbide.
FIG. 2 is a graph of the amount of friction material wear with respect to the amount of silicon carbide.
FIG. 3 is a graph showing a change in weight of graphite with respect to temperature.
FIG. 4 is a graph showing a change in weight of lubricant with respect to temperature.
FIG. 5 is a graph showing a friction coefficient, a friction material wear amount, and a rotor wear amount with respect to a particle size of silicon carbide.

Claims

A friction material for a disc brake using a thermosetting resin as a binder ,
The friction material contains 10 to 30% by weight of silicon carbide as a friction / grinding material, and is blended with coarse graphite having an average particle size of 1200 to 2000 μm as a lubricant. Friction material.

The friction material according to claim 1, wherein boron nitride is blended in the lubricant .

The friction material according to claim 1 or 2, wherein the lubricant contains at least one of cryolite, iron sulfide, antimony sulfide, and molybdenum disulfide.

In the friction / grinding material, silicon carbide and magnesium oxide are blended, the blending sum of the silicon carbide and magnesium oxide is 15 to 40% by weight, and the silicon carbide content is 10% by weight or more. The friction material according to any one of claims 1 to 3.

The actual use temperature of a friction material is 500 degreeC or more, The friction material as described in any one of Claims 1-4.