JP4071434B2 - ブレーキ用摩擦材 - Google Patents
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Description
【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。
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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