JP5691553B2

JP5691553B2 - 耐圧摺動部材及びブレーキパッド

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Publication number: JP5691553B2
Application number: JP2011011825A
Authority: JP
Inventors: 美香小舩; 上田　浩一; 浩一上田; 晃永井; 永井　　晃; 藤田　淳; 藤田　　淳; 容好荒川
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-01-24
Also published as: JP2012154364A

Description

本発明は、高圧用の高強度摺動部材及びブレーキパッドに関する。

従来、無潤滑下における摺動部材には固体潤滑材を含有した熱硬化性樹脂（例えば、特許文献１参照。）やカーボン焼結体（例えば、特許文献２参照。）等が用いられている。これらは低摩擦、耐摩耗である特徴を活かし、軸受、シールリング、ブレード等の摺動部材に使用されている。

風車のヨー制御用ブレーキパッドに使用される摺動部材は、構造上高圧の負荷がかかる部材である。従来の樹脂材料及びカーボン材料では、このような高圧の負荷がかかる部材に使用すると、強度が耐えられず、割れてしまうという問題がある。

特開２００８−００１８８３号公報特開２００８−２４９１２９号公報

本発明は、高負荷がかかる摺動部品に用いることが可能な強度を有し、なおかつ優れた耐摩耗性を有するとともに、低コストである摺動材料を提供することを目的とする。

本発明は以下の通りである。
（１）フッ素樹脂繊維集合体とマトリックス樹脂を含む摺動部（Ａ）と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む基盤部（Ｂ）から構成される耐圧摺動部材（図１）。
（２）フッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む摺動部（Ａ）と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む基盤部（Ｂ）から構成され、前記摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体が交互に積層して構成される耐圧摺動部材（図２）。
（３）フッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体が織物、編物、交織物、フエルトから選択される形態である（１）又は（２）に記載の耐圧摺動部材。
（４）繊維集合体が綿、毛、絹、麻、レーヨン、ナイロン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、アラミド、ボロン、ザイロン、ガラス、炭素から少なくとも１種から選ばれる（１）〜（３）のいずれかに記載の耐圧摺動部材。
（５）摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体の積層面と摺動面のなす角が２〜９０°である（２）〜（４）のいずれかに記載の耐圧摺動部材（図３）。
（６）マトリックス樹脂がフェノール樹脂又はエポキシ樹脂である（１）〜（５）のいずれかに記載の耐圧摺動部材。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の耐圧摺動部材からなるブレーキパッド。

本発明によれば、高負荷下において割れ、破損がなく、耐摩耗性に優れた摺動材料を提供できる。
また、摺動部と基盤部の二層構造とすることで、耐摩耗特性と低コストの両立が可能な摺動材料を提供できる。

本発明の耐圧摺動部材の一実施形態を模式的に示す断面図である。本発明の耐圧摺動部材の他の実施形態を模式的に示す断面図である。本発明の耐圧摺動部材の他の実施形態を模式的に示す断面図である。本発明のブレーキパッドの一実施形態を模式的に示す図である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

本発明は、高負荷がかかる摺動部品において、相手面を傷つけることのない摩擦係数の低い摺動特性を持ち、耐久性に優れた摺動部材について鋭意検討した結果、繊維集合体を数種類併用し、これらを積層して用いることで、前記課題を解決した。これにより、従来の樹脂材料、カーボン焼結体と同等以上の耐摩耗特性を有し、高負荷がかかる摺動部品に使用可能な摺動材料を提供できる。

本発明の摺動部（Ａ）は、フッ素樹脂繊維集合体とマトリックス樹脂を含む。フッ素樹脂繊維集合体には、フッ素樹脂繊維の樹脂等との濡れ性を向上させることやコストダウンを目的に、フッ素樹脂繊維の低摩擦特性を損なわない範囲で、他の素材を交織、混撚あるいは混綿してもよい。また、摺動部（Ａ）は、フッ素樹脂繊維集合体と他の素材の繊維集合体を１枚又は複数枚ずつ交互に積層させて用いてもよい。

フッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体が、織物、編物、交織物、フエルトから選択される形態であることが好ましい。これらの形態の繊維集合体を用いることで、高負荷がかかる摺動部品において割れることなく形状を維持できる部品を提供できる。

本発明の耐圧摺動部材に用いるフッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオトエチレン−ｐ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等を単独又は２種類以上ブレンドしたものを使用することができる。フッ素樹脂繊維の中でも、耐摩耗性が優れるＰＴＦＥ繊維を用いることが好ましい。

本発明の繊維集合体としては、綿、毛、絹、麻、レーヨン、ナイロン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、アラミド、ボロン、ザイロン、ガラス、炭素から少なくとも１種から選ばれる繊維集合体が挙げられる。低コストの観点からは、天然繊維では綿、合成繊維ではポリエステル、無機繊維ではガラスを用いることが好ましく、高強度の観点から天然繊維では麻、合成繊維ではアラミド繊維、無機繊維では炭素繊維を用いることが好ましい。

本発明では、摺動部材の摺動部（Ａ）が摩擦面に接するよう構成される。通常、摺動部（Ａ）を摩擦面にそのまま接触させて使用する。摺動部（Ａ）は長時間の摩擦により摩耗するが、最表面にフッ素樹脂繊維が常に接触していることが好ましい。そこで、摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体が交互に積層して構成する時は、フッ素樹脂繊維の低摩擦特性を最大限に引き出すために、摩擦面に対して２〜９０°の角度傾斜をつけることが好ましい。摩擦面に対して傾斜をつけることにより、常にフッ素樹脂繊維が摩擦面に接触し、フッ素樹脂の特性を活かすことができる。

本発明の耐圧摺動部材は、摺動部（Ａ）と基盤部（Ｂ）の２層構造とされる。摩擦相手材と接する摺動部（Ａ）は、優れた耐摩耗性及び高負荷に耐えうる強度が要求されるのに対し、基盤部（Ｂ）は、高負荷に耐えうる強度が要求されるが、摺動面に接することがないため耐摩耗性は要求されない。このため、耐圧摺動部材を使用する期間内に摺動面と接触する可能性のない部分は、基盤部（Ｂ）として、高負荷に耐えうる強度を備える素材により構成すればよい。耐圧摺動部材を、摺動部（Ａ）と基盤部（Ｂ）の２層構造とし、耐摩耗性を付与するフッ素樹脂繊維を摺動部（Ａ）にのみ使用することにより、高価であるフッ素樹脂繊維の使用量を少なくすることができる。これにより低コストと摺動特性を両立する材料を提供することが可能となる。
また、さらに摺動部（Ａ）をフッ素樹脂繊維集合体と他の素材の繊維集合体を１枚又は複数枚ずつ交互に積層させることによって、耐摩耗性は若干低下するものの、その低下の程度は軽微であり、実用に耐えうる十分な耐摩耗性が得られることに加えて、さらに低コスト化が可能である。

本発明の耐圧摺動部材は、例えば、風車回転面を変動する風向に追尾させるヨー制御装置に用いるブレーキ部材のディスクパッドとして使用する。例えば、図４に示すように円筒型の真鍮製のカップに円盤形状にくり抜いた耐圧摺動部材をはめ込みブレーキ部材とする。得られたブレーキ部材を、ベアリングに複数個押し当てて使用する。ディスクパッドはナセルの質量及び風による負荷、また、ヨー動作時にはその動荷重も受け止めるため、これに耐えられる強度及び耐久性が必要である。本発明の耐圧摺動部材は、強度及び耐久性に優れるため、割れ、破損がなく使用できる。

また、ディスクパッドは継続的に摩耗するため、定期的に交換する必要があるが、その交換頻度はできるだけ少なくすることが好ましい。本発明では、ブレーキパッドの耐摩耗性を向上させたことにより、寿命が長くすることができ、交換頻度を少なくすることができた。さらに、耐摩耗性を向上させたことにより、摺動部（Ａ）の厚みを薄くしても同じ寿命とすることも可能となった。この場合、ブレーキ部材の軽量化、原料コストの削減、摩耗粉発生の低減効果が得られる。

本発明の耐圧摺動部材に用いるマトリックス樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂もしくはポリアミド、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂であることが好ましい。なかでも、耐熱性の観点から、熱硬化性樹脂が好ましく、フッ素樹脂繊維との濡れ性がよいフェノール樹脂や繊維との接着性が良好で機械特性に優れたエポキシ樹脂がより好ましい。

本発明で用いるフェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂又はレゾール型フェノール樹脂を単独で使用してもよく、また両者を併用してもよい。成形安定性の観点では、レゾール型フェノール樹脂を用いることが好ましい。

本発明で用いるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂が挙げられる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
（プリプレグの作製）
１００ｍｍ×１００ｍｍにカットしたＰＴＦＥ繊維織布（東レ株式会社製、商品名：トヨフロン（登録商標）、目付：２０１ｇ／ｍ^２）及びガラス繊維織布（日東紡績株式会社製、目付：５７０ｇ／ｍ^２）をそれぞれレゾール型フェノール樹脂ワニス（日立化成工業株式会社製、商品名：ＶＰ−５１Ｎ）に浸漬し、引き上げた後、１１０℃、１０分乾燥させ、ＰＴＦＥ繊維織布、ガラス繊維織布のプリプレグを得た。

（硬化物の作製）
ＰＴＦＥ繊維織布プリプレグを１７枚、ガラス繊維織布プリプレグを１枚、綿織布プリプレグ（日立化成工材株式会社製、商品名：ＧＰ−５１ＮＳ）を４０枚積層させ、３００トン油圧成形機（東邦プレス製作所株式会社製）を用いて、１６５℃、８ＭＰａで１０分プレスした後、１８０℃、１時間処理し、ＰＴＦＥ繊維織布積層部からなる摺動部（Ａ）：２．６ｍｍとガラス繊維織布積層部と綿織布積層部からなる基盤部（Ｂ）：４．０ｍｍで構成される硬化物を得た。

（圧縮強度試験）
圧縮強度試験は、アムスラー式万能試験機（株式会社島津製作所製）を用い、摺動部（Ａ）及び基盤部（Ｂ）の層に直交する方向に荷重を加え、ＪＩＳ−Ａ１１０８に基づき圧縮強度試験を行った。圧縮強度は３００ＭＰａであった。

（摺動摩耗試験）
リングオンディスク型摩耗試験機（株式会社茨城製作所製）を用い摺動摩耗試験を行った５０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍに切り出したサンプルのＰＴＦＥ繊維織布側に、リング（材質：ＳＵＳ３０４（ＪＩＳ―Ｇ４３０３：２００５）、外径：３４ｍｍ、内径：２５．６ｍｍ、巾：４．２ｍｍ）を押しあて、面圧：８ＭＰａ、回転速度：０．１６ｍ／ｓの条件で８時間測定した。時間当たりの摩耗深さは０．０２ｍｍ／ｈであった。

〔実施例２〕
ＰＴＦＥ繊維織布プリプレグと綿織布プリプレグを交互に２０枚積層し、さらに下部に綿織布プリプレグを４０枚積層させ、実施例１と同様にプレス、熱処理し、ＰＴＦＥ／綿交互積層部からなる摺動部（Ａ）：２．５ｍｍと綿織布積層部からなる基盤部（Ｂ）：４．０ｍｍで構成される硬化物を得た。実施例１と同様に圧縮強度試験を行った結果、圧縮強度は２８０ＭＰａであった。また、実施例１と同条件において摺動摩耗試験を行った結果、時間当たりの摩耗深さは０．１０ｍｍ／ｈであった。

〔実施例３〕
ＰＴＦＥ繊維織布プリプレグと綿織布プリプレグを交互に３０枚積層し、実施例１と同様にプレス、熱処理したＰＴＦＥ／綿交互積層部を５°傾け、厚み：２．５ｍｍに切り出した。これに、綿織布プリプレグを４０枚積層させ、実施例１と同様にプレス、熱処理し、ＰＴＦＥ／綿交互積層傾斜部からなる摺動部（Ａ）：２．５ｍｍと綿積層部からなる基盤部（Ｂ）：４．０ｍｍで構成される硬化物を得た。実施例１と同様に圧縮強度試験を行った結果、圧縮強度は２４０ＭＰａであった。また、実施例１と同条件において摺動摩耗試験を行った結果、時間当たりの摩耗深さは０．０６ｍｍ／ｈであった。

〔比較例１〕
綿繊維織布プリプレグを５０枚積層し、実施例１と同様にプレス、熱処理し、硬化物を得た。実施例１と同様に圧縮強度試験を行った。その結果、圧縮強度は２６０ＭＰａであった。また、実施例１と同条件において摺動摩耗試験を行った結果、時間当たりの摩耗深さは２．０ｍｍ／ｈであった。

〔比較例２〕
カーボン摺動材料（日立化成工業株式会社製、商品名：ヒタロックＨＣＢ−１０、ヒタロックは登録商標）を入手し、実施例１と同様に圧縮強度試験を行った。その結果、圧縮強度は１００ＭＰａであった。また、実施例１と同条件において摺動摩耗試験を行った結果、０．１７ｍｍ／ｈであった。

〔比較例３〕
フェノール樹脂（エア・ウォーター株式会社製、商品名：ベルパールＳ８９０、ベルパールは登録商標）：７０重量％、黒鉛（日本黒鉛工業株式会社製、商品名：ＣＢ１５０）：３０重量％を混練した後、１５０℃に熱した金型に入れ、２ＭＰａで５分プレスした後、１８０℃で８時間処理し、フェノール樹脂材料を得た。実施例１と同様に圧縮強度試験を行った結果、圧縮強度は２２０ＭＰａであった。また、実施例１と同条件において摺動摩耗試験を行った結果、時間当たりの摩耗深さは０．４０ｍｍ／ｈであった。

表１に実施例１〜３及び比較例１〜３の圧縮強度及び摩耗深さをまとめて示す。

〔実施例４〕
実施例１で作製した硬化物を直径８０ｍｍの円盤形状にくり抜き、ブレーキパッドを製作した。
このブレーキパッドを、風車回転面を変動する風向に追尾させるヨー制御装置に用いるブレーキ部材（図４）に適用し、このブレーキパッドが、優れた耐圧性と耐摩耗性を示すことが確認された。

Claims

フッ素樹脂繊維集合体とマトリックス樹脂を含む摺動部（Ａ）と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む基盤部（Ｂ）から構成される耐圧摺動部材からなるヨー制御用ブレーキパッドであって、
前記摺動部（Ａ）は複数枚の前記フッ素樹脂繊維集合体が積層して構成される、ヨー制御用ブレーキパッド。
フッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む摺動部（Ａ）と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む基盤部（Ｂ）から構成される耐圧摺動部材からなるヨー制御用ブレーキパッドであって、
前記摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体が１枚又は複数枚ずつ交互に積層して構成される、ヨー制御用ブレーキパッド。
フッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体が織物、編物、交織物、フエルトから選択される形態である請求項１又は２に記載のヨー制御用ブレーキパッド。
繊維集合体が綿、毛、絹、麻、レーヨン、ナイロン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、アラミド、ボロン、ザイロン（登録商標）、ガラス、炭素から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヨー制御用ブレーキパッド。
摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体の積層面と摺動面のなす角が２〜９０°である請求項２〜４のいずれか一項に記載のヨー制御用ブレーキパッド。
マトリックス樹脂がフェノール樹脂又はエポキシ樹脂である請求項１〜５のいずれか一項に記載のヨー制御用ブレーキパッド。
フッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む摺動部（Ａ）と繊維集合体とマトリックス樹脂を含む基盤部（Ｂ）から構成される耐圧摺動部材であって、
前記摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体と繊維集合体が交互に積層して構成され、
前記摺動部（Ａ）のフッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体の積層面と摺動面のなす角が２〜９０°である耐圧摺動部材。
フッ素樹脂繊維集合体及び繊維集合体が織物、編物、交織物、フエルトから選択される形態である請求項７に記載の耐圧摺動部材。
繊維集合体が綿、毛、絹、麻、レーヨン、ナイロン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリウレタン、アラミド、ボロン、ザイロン（登録商標）、ガラス、炭素から選ばれる少なくとも１種である、請求項７または８に記載の耐圧摺動部材。
マトリックス樹脂がフェノール樹脂又はエポキシ樹脂である請求項７〜９のいずれか一項に記載の耐圧摺動部材。
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の耐圧摺動部材からなるブレーキパッド。