JPH026933B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はブレーキライニング用の摩擦材に関す
るものである。 従来、ブレーキ用摩擦材に使用される基材とし
て、アスベスト繊維が用いられて来た。しかしな
がら現在アスベスト繊維の加工工程中における有
害性が論議されており、さらに原料アスベストの
需要供給の関係から原料コスト高が見込まれてい
る。 本発明はアスベスト繊維を使用せず、しかも耐
摩耗性能にすぐれたブレーキ用摩擦材を提供する
ものである。 一般にブレーキ用摩擦材の基材となる原料は、
強度的に骨格構成材であり、なお且つ摩擦相手材
としてのデイスク又はドラム等を損傷させないも
のが望ましい。強度的に骨格構成を可能ならし
め、外部からの衝撃に打ち勝つためには、フアイ
バー形状を持つものが最適である。又摩擦相手材
に損傷を与えぬためには、相手材よりも硬度が小
又は同等のものが選ばれる。アスベスト繊維に代
わるフアイバー類の中で、上述の条件に適合する
材料として、スチールフアイバーがある。 スチールフアイバーの製造法は、径３mm程度の
スチールワイヤを小さな凹凸が多数設けられたカ
ンナ状の刃で削り取る方式が一般的であるが、そ
の製造コストが一つの問題である。 一方、摩擦相手材のデイスクやドラムとして使
用される鋳鉄の硬度は量産スチールウールより大
きいが、後述するように、スチールフアイバーを
多用した摩擦材は圧縮ヤング率が小さいという欠
点もある。 このような欠点を防ぐ手段として米国特許第
3835118号で提案されているように、スポンジ鉄
を多用する摩擦材が有効である。このスポンジ鉄
はマグネタイト（酸化鉄）を還元した多孔性の低
カーボン鉄粉で、コストもスチールフアイバーに
比べ、かなり安価である。しかしこの多孔性還元
鉄粉は、多孔性であるが故に発錆し易いという欠
点を持つている。 又スポンジ鉄はその還元に必要とするエネルギ
ーが著しく大きく、コストの主要素を占めてい
る。従つて、未還元アトマイズ鉄粉はスポンジ鉄
よりさらに安価である。 ブレーキ等の摩擦材は、例えば自動車のように
あらゆる自然環境下で使用され、又海上輸送中や
凍結、融雪防止剤により、多量のCaCl₂、NaCl
を含む外気や水にさらされる。 従つて摩擦材自体の防錆は、特にスチール系摩
擦材においては非常に重要な課題である。防錆の
ためにスポンジ鉄自体を防錆剤処理する方法もあ
るが、高価であり、又摩擦材としてバインダーレ
ジンと一体成型された時、その防錆剤がバインダ
ーレジンとスポンジ鉄との接着効果を防げ、摩擦
材自体の強度と耐摩耗性を損なうことになる。 スチールフアイバーを主体とする摩擦材の他の
欠点は、前述のように圧縮ヤング率が小さい点に
ある。特にデイスクブレーキにおいては、摩擦材
の圧縮ヤング率が小さいと、制動中に摩擦材が圧
縮されるにつれ、ブレーキペダルのストローク
（移動）が増大し、ドライバーに著しい不安感を
与えることがある。スポンジ鉄はいくらかこの欠
点を改善するが未だ不充分である。 本発明は、上述の観点から種々検討の結果成さ
れたもので、未還元アトマイズ鉄粉とスチールフ
アイバーを併用することにより、比較的安価で、
摩擦特性が良く、耐錆性に優れ、圧縮ヤング率が
大きく、かつ制動時の鳴きが小さいブレーキ用摩
擦材を提供せんとするものである。 本発明は、未還元アトマイズ鉄粉３〜45容量
％、スチールフアイバー５〜50容量％、グラフア
イト20〜40容量％およびバインダーレジン10〜35
容量％を主成分とすることを特徴とするブレーキ
用摩擦材である。 アトマイズ鉄粉は溶湯粉化法によつて大量に生
産されており、溶融鉄を高速の流体によつて飛散
凝固せしめ、表面の酸化鉄を還元した鉄粉で、安
価に大量生産されているが、ここでは還元前の状
態のまま使用する。この未還元アトマイズ鉄粉は
スポンジ鉄程の多孔性を持たず、又表面の酸化鉄
が内部の酸化を防止するため、従つて発錆しにく
く、又適度の凹凸によつてバインダーレジンとの
接着性を維持する。又後述するように未還元アト
マイズ鉄粉を用いた摩擦材は曲げヤング率、圧縮
ヤング率が大きい。本発明における未還元アトマ
イズ鉄粉の粒子径は、特に限定されず、20〜350
メツシユ程度のものが使用できる。一般に量産さ
れるものは、80メツシユ以下のものが多く、摩擦
性能上もこの程度のもので良い。一方、未還元ア
トマイズ鉄粉を主体としてスチールフアイバーを
含まない摩擦材は強度が小さく、使用中に欠け等
の破損が生じるため、スチールフアイバーの併用
が不可欠である。すなわち、未還元アトマイズ鉄
粉を用いて、摩擦材を構成する際、衝撃に対する
強度が問題となるが、スチールフアイバーの容量
％が増加するにつれ、衝撃に対する強度は増加す
る。使用用途がブレーキという重要保安部品であ
ることより、その衝撃に対する強度を達成するた
めには、スチールフアイバーは最低５容量％以上
を必要とする。特にこの量が５容量％未満となる
と、生産工程、ブレーキへの組込み等の取扱い時
や高温高負荷の使用時に周辺部が欠ける恐れがあ
る。さらにスチールフアイバー量の少ない時の摩
擦材の欠点としては、摩擦材と補強裏金をリベツ
トで止めた時の動的強度の低下にある。すなわち
制動により発生するトルクはリベツトを介して裏
金で受けられ、さらに自動車のブレーキは走行中
常に振動を受けているため、リベツトで固定され
た摩擦材が損耗し、リベツト固定部がゆるんでく
るという欠点を持つ。 さらに強度上、スチールフアイバー量は、好ま
しくは10容量％以上を必要とする。 又ブレーキ用摩擦材の特性の一つとして耐フエ
ード性が要求される。このフエード現象は降坂等
の連続制動時に生じる摩擦熱に起因し、摩擦材の
劣化による制動力（摩擦係数）の低下減少をい
う。具体的には摩擦熱による摩擦材の分解ガスが
摩擦材と相手材の界面に存在し、気体潤滑を生じ
せしめているものと考えられている。この気体潤
滑を防ぐ方法として摩擦材自体の気孔率を大きく
し、ガスの放出解放を拡大するのが最も効果的で
ある。この観点からもスチールフアイバー量は５
容量％以上が必要で、好ましくは10容量％を必要
とする。この摩擦材の気孔は原料素材粒子が作る
空間の大きさと、その空間をうめるバインダーレ
ジンの大きさとの差である。従つてバインダー量
と摩擦材製造時の成型圧力によつても左右される
が、粒状物より繊維物がからまつて作る空間の方
が圧倒的に大きいため、スチールフアイバーの添
加量が重要な決め手となる。しかしスチールフア
イバー量の増加は、他の配合材を圧迫し、50容量
％を越えると摩擦係数が増大し過ぎ、摩擦性能に
バランスが保てない状態となる。好ましくは40容
量％以下が望ましい。 本発明における未還元アトマイズ鉄粉は、前述
のようにその粒子性により、構造形成体として適
当ではない。従つてフアイバー物質の間隙に存在
せしめ、摩擦特性に利用すべきものであるが、そ
の添加量は少な過ぎれば効果がなく、多量になれ
ば摩擦材として強度が保てなくなる。従つて３容
量％以上は必要であるが、45容量％を越えるとフ
アイバーの構造形成を阻害し、脆化する。未還元
アトマイズ鉄粉量は好ましくは７〜40容量％の範
囲がより特性を発揮する。 次に、未還元アトマイズ鉄粉とスチールフアイ
バーを主基材とする本発明の摩擦材において、グ
ラフアイトの添加が不可欠である。すなわちグラ
フアイトは、摩擦材と相手材であるデイスク又は
ドラムとの間において、鉄−鉄系の摩擦による組
織の凝着現象を抑えるのに効果的であり、異常に
大きくなる摩擦係数を適宜緩和し、適正なる摩擦
係数を得るためのものである。従つて配合される
鉄分（スチールフアイバーおよび未還元アトマイ
ズ鉄粉）の量に対応して配合されるのが好まし
く、20〜40容量％が必要である。グラフアイト量
が20容量％未満では、摩擦係数が必要以上に大き
くなり、摩耗が悪化する。一方40容量％を越える
と摩擦係数が低下し、摩擦係数が不安定となる。 又本発明において、スチールフアイバー、未還
元アトマイズ鉄粉およびグラフアイトを固定する
ためのバインダーが必要である。バインダーとし
ては通常フエノール樹脂が使用されるが、ゴム−
フエノールバインダーやメラミン樹脂がある用途
に有効であることは良く知られている。 バインダー用フエノール樹脂類は、一般にアル
デヒド樹脂と言われるものであり、フエノール、
クレゾール、キシレーノール等のアルキルフエノ
ール類と、ホルムアルデヒド、フルフラール等の
アルデヒド類との重合物、およびこれらにエポキ
シ、ゴム、脂肪酸、ホウ酸等の変成を行つたもの
が使用される。配合段階では、分子量数百〜数千
の段階の樹脂を用い、必要があればヘキサメチレ
ンテトラミンのような硬化剤を添加しても良い。
バインダー用フエノール樹脂類は骨格となるフア
イバーを固着させるのが主なる目的であり、フア
イバー量及び他の充填材量により、最適な量が決
められる。 本発明の範囲外のバインダーレジン10容量％未
満では固着力に乏しく、フアイバーの骨格構成に
よる強度を生かし得ず、35容量％を越えると、ブ
レーキの連続操作による昇温時（フエード）にお
ける摩擦係数の低下をおこしやすく、適当でな
い。これは前述の様に昇温による樹脂の熱分解ガ
スが多量に発生し、摩擦面上に残留することによ
り実効摩擦面を減少させる為である。 又本発明において、必要により使用される無機
充填材は、主として天然に産するものを使用する
ことが多い。これは摩擦材の様に自然条件下で使
用される場合に非常に安定であるものが多く、な
お且つ安価である。本発明に用いられる無機充填
材は、これらの天然産無機充填材と合成された無
機充填材の双方に関する。無機充填材に要求され
る特性は、ブレーキ使用時に発生する摩擦熱によ
り引き起こされる昇温（数百℃）に耐えられる必
要があり、又水にぬれた状態で使用する際、基材
となる鉄（Fe）よりも貴なる金属（銅、銀、金、
鉛等）の酸化物、硬化物、塩等の無機充填材を用
いると、金属イオンの交換反応による鉄の腐触が
起こりやすくなる。さらには、無機充填材自体の
硬さにより摩擦性能が種々変化する。摩擦性能は
取付けられる車種により、要求性能に若干の異な
りがある。従つて、硬さによる無機充填材の分類
は一つの指標を形成する。すなわち、硬さの単位
をモース硬度で表現することにより無機充填材を
分類し、各グループ毎の摩擦特性を云々すること
が可能である。ここで基材となるスチールフアイ
バーや未還元アトマイズ鉄粉のモース硬度は４〜
５に相当する。従つて、使用される無機充填材の
モース硬度が基材に比べ、大きな値を示すもので
あるときには、摩擦熱により摩擦材が高温になつ
た時、耐摩耗性にすぐれ、逆に無機充填材のモー
ス硬度が基材より小さい値を示すものを配合した
場合には、摩擦材と相手材の間で摩擦係数の緩衝

【表】 これらの摩擦材の曲げヤング率、圧縮ヤング率
を測定した結果は表２に示す通りである。

【表】 表２により、本発明によるものは、比較例に比
べ、曲げヤング率、圧縮ヤング率がいずれも優れ
ていることが分る。 次に、これらの摩擦材を用いてダイナモメータ
で摩擦係数の測定を行なつた。用いたブレーキと
デイスクは標準的な1300c.c.乗用車のものを流用し
た。テストコードはJASO6914準じて行なつた。 このテストでの第１効力、第２効力、第３効力
テストでの各スピード別摩擦係数μは表３に示す
通りである。

【表】 表３より、本発明によるNo.１は、比較例に比べ
摩擦係数は各効力、各スピード間に差が少なく、
安定し、しかも高目を示すのに対し、スポンジ鉄
粉を用いたNo.２は第１効力、第２効力と第３効力
の摩擦係数の差が大きく、不安定であり、スチー
ルフアイバー単独のNo.３は摩擦係数の安定性が悪
いことが分る。 又これらの摩擦材から15mm角のテストピースを
切り出し、５％NaCl水中に２時間浸漬後、22時
間屋内で放置し、これを１サイクルとし、５サイ
クル後の発錆による重量増加率を測定した結果は
表４に示す通りである。

【表】 表４より、本発明によるものは耐錆性にも優れ
ていることが分る。 以上述べたように、本発明の摩擦材は、前述の
容量比率の未還元アトマイズ鉄粉、スチールフア
イバー、グラフアイトおよびバインダーレジンを
主成分とするから、特に未還元アトマイズ鉄粉と
スチールフアイバーの併用により、耐錆性に優
れ、曲げヤング率、圧縮ヤング率が大きく、ブレ
ーキ制動時のストローク変化が少ないため、ブレ
ーキフイリングが良く、かつ安定した高い摩擦係
数を有し、フエード現象を生じないと共に、未還
元アトマイズ鉄粉は高価につく還元処理を要せ
ず、安価に製造できるため、安価なブレーキ用摩
擦材を提供する利点がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 未還元アトマイズ鉄粉３〜45容量％、スチー
   ルフアイバー５〜50容量％、グラフアイト20〜40
   容量％およびバインダーレジン10〜35容量％を主
   成分とすることを特徴とするブレーキ用摩擦材。 ２ 未還元アトマイズ鉄粉量が７〜40容量％、ス
   チールフアイバー量が10〜40容量％である特許請
   求の範囲第１項記載のブレーキ用摩擦材。 ３ 主成分以外に、モース硬度５以上の無機充填
   材を0.1〜10容量％および／又はモース硬度５未
   満の無機充填材１〜15容量％を含む特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載のブレーキ用摩擦材。 ４ モース硬度５以上の無機充填材量が0.3〜５
   容量％、モース硬度５未満の無機充填材量が１〜
   10容量％である特許請求の範囲第３項記載のブレ
   ーキ用摩擦材。