JP4071434B2 - ブレーキ用摩擦材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や産業機械のブレーキに用いられるブレーキ用摩擦材に関し、さらに詳しくはＣｕ系金属やアンチモン化合物を含まない、高温での摩擦性能及び機械的強度が良好なブレーキ用摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦材において、従来の石綿系摩擦材に変わって主流となりつつある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、金属繊維としてＣｕ繊維やスチール繊維等が多量に使用されている。
【０００３】
現在、一般に非石綿系摩擦材には、Ｃｕ繊維やＣｕ粉が0〜20体積%程度含まれている。Ｃｕは摩擦材の強度補強や摩擦係数向上、さらに400℃以上での摩擦係数の維持や放熱効率の向上に有効である。また、スチール繊維と異なり、ローター材等の摩耗量を増やしたりする相手攻撃性が小さい、錆を発生することが少ないなどの特徴がある。
【０００４】
また、繊維成分の他、摩擦調整成分や結合成分なども含まれており、重金属のアンチモンを含むＳｂ2Ｓ3等が摩擦調整成分として使用されている。
【０００５】
Ｓｂ2Ｓ3やＳｂ2Ｏ3などの重金属のアンチモンを含むアンチモン化合物は、通常、非石綿系摩擦材に0〜数体積%含まれており、高温での潤滑性の向上、摩擦材の難燃性の向上に有効である。
【０００６】
しかし、最近では、環境衛生上の配慮から欧米を中心にこれらの重金属系の材料を使用しない摩擦材の開発が望まれてきている。
【０００７】
今後、Ｃｕやアンチモンなどの重金属を含まず、且つ従来の摩擦材と同じ特性を持つ摩擦材が必要となるが、Ｃｕ系材料については容易にその代替となる材料が見つかっていない。Ｃｕ系材料の代わりに、スチール繊維を用いるセミメタリック系摩擦材が従来より存在するが、これは相手攻撃性が有り、且つ錆が出やすい傾向がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであり、Ｃｕやアンチモン等の重金属を含む材料を含有しないブレーキ用摩擦材を提供することを目的とする。さらには、高温での摩擦性能及び機械的強度が良好なブレーキ用摩擦材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するべく、Ｃｕ繊維やＣｕ粉及びＳｂ2Ｓ3やＳｂ2Ｏ3粉の代替となる材料を検討した結果、セラミック粒子の中でも比較的柔らかいため相手攻撃性が小さく、且つ熱伝導性が高い酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、400℃以下での摩擦係数を維持し、さらに潤滑性や熱伝導性の確保に有効である黒鉛（グラファイト）を特定量で且つ特定の割合で含む摩擦材が、上記の目的を達成できることを知得した。
【００１０】
即ち、本発明は、繊維成分、結合成分及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材であって、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛を摩擦材中に45〜80体積%含有し、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛の体積比率（ＭｇＯ／黒鉛）が１／１〜４／１であることを特徴とするブレーキ用摩擦材である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、繊維成分、結合成分及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材であって、前記摩擦調整成分として、特定量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛とを含有するブレーキ用摩擦材である。
【００１３】
前記繊維成分としては、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維；ガラス繊維、ロックウール繊維、カーボン繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が挙げられる。そして繊維成分は、これらの中から選んだ一種又は適宜組み合わせた二種以上を使用することができる。
【００１４】
前記結合成分としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、またはそれらの変性樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００１５】
前記摩擦調整成分は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛である。ＭｇＯと黒鉛以外の摩擦調整成分として、カシューダスト等の潤滑性のあるもの、ゴムダスト、アルミナ粉、シリカ粉、ケイ酸ジルコニア、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等を用いても良い。
【００１６】
前記摩擦調整成分のＭｇＯと黒鉛は、ブレーキ用摩擦材中に45〜80体積%含まれている。
【００１７】
図１と図２に、摩擦材中のＭｇＯと黒鉛の含有量、混合比を変えて検討した結果を示す。具体的には、相手材として、ローターの１／１０の大きさの鋳鉄からなる試験片を用い、ダイナモ式慣性型摩耗試験機を使用し、高温（〜500℃）で摩擦試験を繰り返し実施した。
【００１８】
図１は摩擦材中のＭｇＯと黒鉛の含有量を変えた結果であり、図２は摩擦材中のＭｇＯ＋黒鉛の含有量を60体積%に固定して、２種の体積混合比を変えた結果を示す。
【００１９】
その結果、ＭｇＯと黒鉛の含有量が45体積%より少ないと高温での摩擦係数が低く且つ摩耗が激しくなり、80体積%を超えると高温下での機械的強度が低く、摩耗量が増加する傾向があることが判明した。
【００２０】
また、図２からもわかるように、ＭｇＯと黒鉛の体積比率（ＭｇＯ／黒鉛）は１／１〜４／１が良く、更には１／１〜３／１がより好ましい。ＭｇＯが黒鉛に対して１より少ないと高温での耐熱性が低くなり、４を超えると高温での相手材のローター及び摩擦材の摩耗量が著しく増加する傾向があることが判明した。
【００２１】
本発明におけるＭｇＯは、一般に用いられているものでよく、活性ＭｇＯ及び電融ＭｇＯのいずれでも良い。ＭｇＯの平均粒径は10〜400μmが望ましく、更に望ましくは50〜200μmである。この範囲のものを使用することにより、相手攻撃性を低く且つ構造材としての補強効果を高く保つことができる。
【００２２】
また、本発明における黒鉛は、摩擦材に通常用いられるものを使用することができ、天然黒鉛又は人造黒鉛のいずれでも良い。黒鉛の平均粒径は5〜500μmが望ましく、更に望ましくは50〜150μmである。
【００２３】
本発明のブレーキ用摩擦材は、通常の方法により製造可能であるが、具体的には以下のようにして製造できる。
【００２４】
まず、上述のブレーキ用摩擦材の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投入し、予備成形して予備成形物を形成する。その後、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、本発明のブレーキ用摩擦材を得ることができる。予備成形、加圧加熱成形、熱処理の条件は、特に制限はなく、通常の方法で行うことができる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００２６】
繊維成分としてケブラー繊維（商品名、デュポン社製）、結合成分としてフェノール樹脂、摩擦調整成分としてＭｇＯと黒鉛を用いた。
【００２７】
その他、摩擦調整成分としてゴムダスト、カシューダスト、硫酸バリウムを適宜用いた。
【００２８】
表１に示す組成の原料を用いて実施例１〜７および比較例１〜８のブレーキ用摩擦材を作製した。なお、比較例７においてはスチール繊維および鉄粉を用い、比較例８においてはＣｕ繊維を用いた従来の非石綿系摩擦材とした。
【００２９】
【表１】
摩擦材の作製は、まず摩擦原料をブレンダで十分に均一に混合した後、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裏板とともに熱成形金型にセットし、加圧圧力13MPa、温度160℃で5分間熱成型した。これをさらに200℃で5時間熱処理してブレーキ用摩擦材を得た。
【００３０】
作製したブレーキ用摩擦材と下記のローターを用いて、フルサイズダイナモ試験機による摩耗試験を行った。試験条件は以下の通りである。
摩耗試験結果を表２にまとめて示す。
【００３１】
【表２】
実施例１〜７のブレーキ用摩擦材は、比較例７、８のブレーキ用摩擦材（従来の摩擦材）に比べて、同じか優れた値を示している。
【００３２】
また、比較例１〜６のブレーキ用摩擦材（ＭｇＯと黒鉛の含有量が本発明の範囲外の摩擦材）は、摩擦係数の安定性と摩耗量が比較例７、８のブレーキ用摩擦材より劣っており、特に500℃摩耗試験では摩擦材、ローター材の摩耗量が比較例７、８の２〜１０倍になっており、摩擦係数も４０回目ではいずれも０．３以下になっている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、Ｃｕ繊維、Ｃｕ粉及びＳｂＳ粉等の重金属を含まなくても従来の非石綿系摩擦材と同等以上の高温摩擦性能及び機械的性質を有するブレーキ用摩擦材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 摩擦材中におけるＭｇＯ＋黒鉛の含有量と摩耗量および摩擦係数の関係を示す。
【図２】 摩擦材中におけるＭｇＯ／黒鉛の体積比率と摩耗量および摩擦係数の関係を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や産業機械のブレーキに用いられるブレーキ用摩擦材に関し、さらに詳しくはＣｕ系金属やアンチモン化合物を含まない、高温での摩擦性能及び機械的強度が良好なブレーキ用摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦材において、従来の石綿系摩擦材に変わって主流となりつつある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、金属繊維としてＣｕ繊維やスチール繊維等が多量に使用されている。
【０００３】
現在、一般に非石綿系摩擦材には、Ｃｕ繊維やＣｕ粉が0〜20体積%程度含まれている。Ｃｕは摩擦材の強度補強や摩擦係数向上、さらに400℃以上での摩擦係数の維持や放熱効率の向上に有効である。また、スチール繊維と異なり、ローター材等の摩耗量を増やしたりする相手攻撃性が小さい、錆を発生することが少ないなどの特徴がある。
【０００４】
また、繊維成分の他、摩擦調整成分や結合成分なども含まれており、重金属のアンチモンを含むＳｂ2Ｓ3等が摩擦調整成分として使用されている。
【０００５】
Ｓｂ2Ｓ3やＳｂ2Ｏ3などの重金属のアンチモンを含むアンチモン化合物は、通常、非石綿系摩擦材に0〜数体積%含まれており、高温での潤滑性の向上、摩擦材の難燃性の向上に有効である。
【０００６】
しかし、最近では、環境衛生上の配慮から欧米を中心にこれらの重金属系の材料を使用しない摩擦材の開発が望まれてきている。
【０００７】
今後、Ｃｕやアンチモンなどの重金属を含まず、且つ従来の摩擦材と同じ特性を持つ摩擦材が必要となるが、Ｃｕ系材料については容易にその代替となる材料が見つかっていない。Ｃｕ系材料の代わりに、スチール繊維を用いるセミメタリック系摩擦材が従来より存在するが、これは相手攻撃性が有り、且つ錆が出やすい傾向がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決しようとするものであり、Ｃｕやアンチモン等の重金属を含む材料を含有しないブレーキ用摩擦材を提供することを目的とする。さらには、高温での摩擦性能及び機械的強度が良好なブレーキ用摩擦材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成するべく、Ｃｕ繊維やＣｕ粉及びＳｂ2Ｓ3やＳｂ2Ｏ3粉の代替となる材料を検討した結果、セラミック粒子の中でも比較的柔らかいため相手攻撃性が小さく、且つ熱伝導性が高い酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と、400℃以下での摩擦係数を維持し、さらに潤滑性や熱伝導性の確保に有効である黒鉛（グラファイト）を特定量で且つ特定の割合で含む摩擦材が、上記の目的を達成できることを知得した。
【００１０】
即ち、本発明は、繊維成分、結合成分及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材であって、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛を摩擦材中に45〜80体積%含有し、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛の体積比率（ＭｇＯ／黒鉛）が１／１〜４／１であることを特徴とするブレーキ用摩擦材である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、繊維成分、結合成分及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材であって、前記摩擦調整成分として、特定量の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛とを含有するブレーキ用摩擦材である。
【００１３】
前記繊維成分としては、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維；ガラス繊維、ロックウール繊維、カーボン繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が挙げられる。そして繊維成分は、これらの中から選んだ一種又は適宜組み合わせた二種以上を使用することができる。
【００１４】
前記結合成分としては、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、またはそれらの変性樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００１５】
前記摩擦調整成分は、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛である。ＭｇＯと黒鉛以外の摩擦調整成分として、カシューダスト等の潤滑性のあるもの、ゴムダスト、アルミナ粉、シリカ粉、ケイ酸ジルコニア、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等を用いても良い。
【００１６】
前記摩擦調整成分のＭｇＯと黒鉛は、ブレーキ用摩擦材中に45〜80体積%含まれている。
【００１７】
図１と図２に、摩擦材中のＭｇＯと黒鉛の含有量、混合比を変えて検討した結果を示す。具体的には、相手材として、ローターの１／１０の大きさの鋳鉄からなる試験片を用い、ダイナモ式慣性型摩耗試験機を使用し、高温（〜500℃）で摩擦試験を繰り返し実施した。
【００１８】
図１は摩擦材中のＭｇＯと黒鉛の含有量を変えた結果であり、図２は摩擦材中のＭｇＯ＋黒鉛の含有量を60体積%に固定して、２種の体積混合比を変えた結果を示す。
【００１９】
その結果、ＭｇＯと黒鉛の含有量が45体積%より少ないと高温での摩擦係数が低く且つ摩耗が激しくなり、80体積%を超えると高温下での機械的強度が低く、摩耗量が増加する傾向があることが判明した。
【００２０】
また、図２からもわかるように、ＭｇＯと黒鉛の体積比率（ＭｇＯ／黒鉛）は１／１〜４／１が良く、更には１／１〜３／１がより好ましい。ＭｇＯが黒鉛に対して１より少ないと高温での耐熱性が低くなり、４を超えると高温での相手材のローター及び摩擦材の摩耗量が著しく増加する傾向があることが判明した。
【００２１】
本発明におけるＭｇＯは、一般に用いられているものでよく、活性ＭｇＯ及び電融ＭｇＯのいずれでも良い。ＭｇＯの平均粒径は10〜400μmが望ましく、更に望ましくは50〜200μmである。この範囲のものを使用することにより、相手攻撃性を低く且つ構造材としての補強効果を高く保つことができる。
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また、本発明における黒鉛は、摩擦材に通常用いられるものを使用することができ、天然黒鉛又は人造黒鉛のいずれでも良い。黒鉛の平均粒径は5〜500μmが望ましく、更に望ましくは50〜150μmである。
【００２３】
本発明のブレーキ用摩擦材は、通常の方法により製造可能であるが、具体的には以下のようにして製造できる。
【００２４】
まず、上述のブレーキ用摩擦材の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投入し、予備成形して予備成形物を形成する。その後、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、本発明のブレーキ用摩擦材を得ることができる。予備成形、加圧加熱成形、熱処理の条件は、特に制限はなく、通常の方法で行うことができる。
【００２５】
【実施例】
以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００２６】
繊維成分としてケブラー繊維（商品名、デュポン社製）、結合成分としてフェノール樹脂、摩擦調整成分としてＭｇＯと黒鉛を用いた。
【００２７】
その他、摩擦調整成分としてゴムダスト、カシューダスト、硫酸バリウムを適宜用いた。
【００２８】
表１に示す組成の原料を用いて実施例１〜７および比較例１〜８のブレーキ用摩擦材を作製した。なお、比較例７においてはスチール繊維および鉄粉を用い、比較例８においてはＣｕ繊維を用いた従来の非石綿系摩擦材とした。
【００２９】
【表１】
【００３０】
作製したブレーキ用摩擦材と下記のローターを用いて、フルサイズダイナモ試験機による摩耗試験を行った。試験条件は以下の通りである。
【００３１】
【表２】
【００３２】
また、比較例１〜６のブレーキ用摩擦材（ＭｇＯと黒鉛の含有量が本発明の範囲外の摩擦材）は、摩擦係数の安定性と摩耗量が比較例７、８のブレーキ用摩擦材より劣っており、特に500℃摩耗試験では摩擦材、ローター材の摩耗量が比較例７、８の２〜１０倍になっており、摩擦係数も４０回目ではいずれも０．３以下になっている。
【００３３】
【発明の効果】
本発明により、Ｃｕ繊維、Ｃｕ粉及びＳｂＳ粉等の重金属を含まなくても従来の非石綿系摩擦材と同等以上の高温摩擦性能及び機械的性質を有するブレーキ用摩擦材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 摩擦材中におけるＭｇＯ＋黒鉛の含有量と摩耗量および摩擦係数の関係を示す。
【図２】 摩擦材中におけるＭｇＯ／黒鉛の体積比率と摩耗量および摩擦係数の関係を示す。
Claims (1)
- 繊維成分、結合成分及び摩擦調整成分を含むブレーキ用摩擦材において、Ｃｕおよびアンチモンを含有せず、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛を摩擦材中に４５〜８０体積％含有し、前記酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と黒鉛の体積比率（ＭｇＯ／黒鉛）が１／１〜４／１であることを特徴とするブレーキ用摩擦材。
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