JPH03237182A - 摩擦部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は摩擦部材に関し、さらに詳しく述べると、特に
自動車、二輪車、鉄道車両、航空機、産業機械等におい
てブレーキやクラッチの摩擦ライニングとして有利に用
いることのできる摩擦部材に関する。

〔従来の技術二 周知の通り、ブレーキやクラッチの摩擦部材には次のよ
うな性質が要求されている： （１）耐熱性、耐摩耗性にすぐれていること。

（２）摩擦の相手材（多くの場合、鋳鉄のような金属）
を必要以上に傷つけたり、摩耗させないこと。

（３）摩擦係数が高いこと。

（４）摩擦係数が摩擦条件（温度、面圧、速度等）に対
して安定していること。

（５）摩擦係数が環境変化（水、泥水、油等）に対して
安定していること。

（６〉摩擦する時に異音や振動が発生しないこと。

これらの多くの要求を満足させるためには部材を単一素
材から形成したのでは困難であり、各種の素材の長所を
生かしかつ欠点を補うために、複数の素材を組み合わせ
て用いることが行われている。特に近年では、Ｃ／Ｃコ
ンポジット〈炭素繊維強化炭素）と呼ばれる材料からな
る摩擦部材が、ラリー車、レーシングカー、レーシング
用オートバイなどのブレーキに使用されるようになった
。

しかし、Ｃ／Ｃコンポジットは、耐摩耗性、摩擦係数安
定性にすぐれる反面、機械的強度が低い、摩擦面に水が
付着した場合にその水をコンポジット内部に吸収しにく
い、低温域での耐摩耗性に劣る、といった欠点を有して
いる。

このようなＣ／Ｃコンポジットの欠点を解消するため、
本件出願人は鋭意研究した結果、次のような一連の発明
を完成した： 特開昭６３−１４９４３７号公報 炭素繊維を炭素で接合してなる炭素繊維であって、複数
本の炭素繊維をより合せた束を積層したことを特徴とす
る摩擦材料。

特開昭６３−１４９４３８号公報 バルキー化された炭素繊維を炭素で接合してなることを
特徴とする摩擦材料。

特開昭６３−１４９４３９号公報 炭素繊維を炭素で接合してなる摩擦材料において、前記
炭素繊維の接合は、液状樹脂を炭素繊維間に含浸させ、
これを１００〜４００℃の温度で熱処理して前記液状樹
脂を硬化せしめることによりなされることを特徴とする
摩擦材料。

特開昭６３−１４９４４０号公報 Ｃ／Ｃコンポジットに液状樹脂を含浸、硬化させたこと
を特徴とする摩擦材料。

これらの発明の摩擦材料によると、驚くべきことに、Ｃ
／Ｃコンポジットの単独使用では解消しがたかった多く
の欠点を克服することができ、したがってその摩擦部材
としての用途が拡大する。

〔発明が解決しようとする課題〕

Ｃ／Ｃコンポジットは、上記した通り、炭素繊維と炭素
（カーボンパウダー）から作られたものである。したが
って、Ｃ／Ｃコンポジットからなる摩擦部材は、摩擦の
相手材が同じ＜Ｃ／Ｃコンポジットからなる部材では安
定した摩擦係数及びすぐれた耐摩耗性を奏することがで
きるけれども、現実には異なる種類の相手材も考慮され
なければならない。例えば、相手材の多くはＦＣ２０の
如き鋳鉄のような金属からなる部材であり、もしもこの
ような部材をＣ／Ｃコンポジットからなる摩擦部材と摩
擦させたとすると、初期の摩擦係数μの低下が顕著であ
り、耐摩耗性も十分でない。このような欠点は、用いら
れる摩擦部材と相手材とのなじみ及び結合力が弱いこと
などが考えられ、したがって、併用する樹脂の性質を維
持させる試みや、各種の添加剤の使用等が行われている
けれども、いずれも満足し得る結果をもたらすまでに至
っていない。すなわち、このような欠点を解消すること
が、合本発明が解決しようとする課題である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、上記した課題を解決すべく鋭意研究の結果
、炭素繊維を炭素ｍ維りロスの形で使用してしかもこれ
を積層し、かつ含浸樹脂として炭素系バインダ入りの配
合ゴムを含むものを用いるのが有効であることを見い出
し、本発明を完成し本発明による摩擦部材は、したがっ
て、所定のプライ数で積層されたゴム系樹脂含浸炭素繊
維クロスからなり、かつ前記ゴム系樹脂の含浸には樹脂
、配合ゴム及び炭素系バインダを含む含浸液が用いられ
たことを特徴とする。

本発明の実施において、炭素繊維クロスは、般に市販さ
れているもののｔ；かから本発明の摩擦部材の基布に適
当なものを適宜選んで使用することができる。このよう
な炭素Ｉａ維クロスの織り方も、−船釣な平織りのほか
に、クロウフット朱子織り、５枚朱子織り、８枚朱子織
り、レノ織りやノンクリンプなどもある。また、必要に
応じて、このクロスは炭素繊維が他の繊維と混紡された
バイブｊノットの形をしていてもよい。なお、本願明細
書において炭Ｓ繊維と記した場合、それには黒鉛（グラ
ファイト）ｉ！維も包含されることを理解されたい。

本発明の摩擦部材は、前記した炭素繊維クロスの積層物
に炭素系バインダ入りのゴム系樹脂が含浸されているこ
とを特徴とし、この含浸には、前記した通り、樹脂、配
合ゴム、炭素系バインダを含む含浸液が用いられる。含
浸液の樹脂は、好ましくは、フェノール樹脂、エポキシ
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などであるこ
とができる。配合ゴムは、好ましくはスチレン−ブタジ
ェンゴム、アクリロニトリル−ブタジェンゴムなどであ
ることがてきる。また、この配合ゴムにバインダとして
添加されるべき炭素は、好ましくは、カーボンパウダー
、特にメソカーボン（メソフェースピッチ）であること
ができる。炭素系バインダとしてメソカーボンを使用す
る場合には、粒径約６〜２０−のパウダーを使用するの
がよい。これは、性能上の差は小さいというものの、こ
のような小粒径のほうが含浸液に均一にまぜ合わせるこ
とができるからである。

含浸液中における樹脂、配合ゴム及び炭素系バインダの
組成は、所望とする摩擦部材の性状や用途などに応じて
広く変更することができる。なかんずく、炭素系バイン
ダの配合量は、好ましくは、含浸後の積層物の全量（カ
ーボン基布も含む）を基準にして、約１０〜４０重量％
である。バインダの量が上記の範囲よりも多すぎると、
初期のμ低下や高回転での大摩耗を回避できず、反対に
バインダの量が上記の範囲よりも少なすぎると、フェー
ドによるμ低下や高回転での大摩耗が回避できないであ
ろう。

本発明の摩擦部材はいろいろな手法に従って製造するこ
とができる。この摩擦部材は、好ましくは、次のような
工程に従って製造することができる。

（１）炭素繊維クロスを摩擦部材の形状にみあった形及
びサイズに切り抜くこと。

（２〉切り抜きクロスを適当な含浸液に浸漬して樹脂含
浸クロスを得る。含浸液の一例として、次のような固形
分の組成がある。

戊　　　分　　　　　　　重量％ メソフェーズピッチ（粉末）１０ フェノールレジン　　　　　　　　１５ＳＢＲ又はＮ　
Ｂ　Ｒ２０ 無機充填剤　　　　　　　　　　　１５架橋剤等　　　
　　　　　　　　　５ 固形分：溶剤−１：１．５ （３）所定時間の含浸後、例えば１０５℃で２時間にわ
たって乾燥する。固形分：クロス比が１．８５：１でな
い場合、再含浸等を行う。

（４）乾燥後の含浸クロスを所定のブライ数で積層し、
得られた積層物を型に入れて熱成形する。

熱成形の一例として、成形温度１５０〜１８０℃、圧力
１００〜２００ｋｇ／ｃｒｌ及び時間５〜１０分間をあ
げることができる。

（５）熱成形後、得られた成形物を熱処理する。

本発明では、より向上せしめられた耐熱性を得るため、
この熱処理を２段階で実施することが推奨される。すな
わち、例えば熱風循環式の酸素雰囲気中で成形物を１８
０℃で４〜６時間及び２５０℃で３〜４時間にわたって
加熱し、引き続いて窒素の如き不活性ガス雰囲気中で３
００〜４００℃で２〜６時間にわたって加熱することが
できる。

（６）熱処理後、成形物を所定の厚さに研磨する。目的
の形状をもった摩擦部材が得られる。

〔実施例〕

例１ 本例では、本発明の摩擦部材のクラッチにおける使用な
らびに摩擦係数μの摩擦回数依存性及び耐摩耗性の温度
依存性について説明する。

市販の炭素繊維クロスを所定のクラッチサイズに打ち抜
き、打ち抜きクロスを次の組成の含浸液中に浸漬した。

樹　脂　　フェノールレジン　　　　　１５樹脂含浸の
完了後、打ち抜きクロスを含浸基から取り出して１０５
℃で２時間にわたって乾燥した。

得られた樹脂含浸クロスにおいて、クロスそのものの重
量は全体の３５重量％であり、したがって、クロス：固
形分の比は１：１．８５であった。

次いで、上記と同じようにして樹脂含浸したりロスの所
定数をクラッチ製作用金型に入れて熱成形した。熱成形
の条件は、温度１５０〜１８０℃、圧力１００〜２００
　ｋｇ／ｃｕｔ及び時間５〜１０分であった。

クラッチの形状を有する成形物が得られた。引き続いて
、この成形物を酸素雰囲気中で、先ず１８０℃で５時間
にわたって、次いで２５０℃で３時間にわたってそれぞ
れ加熱し、さらにその後、窒素雰囲気中で４００℃で５
時間にわたって加熱した。このような２段階の熱処理を
完了した後、仕上げの研磨を行った。所定の厚さを有す
るクラッチが得られた。

得られたクラッチを、摩擦係数μの摩擦回数依存性及び
耐摩耗性の温度依存性に関して評価した。

先ず、摩擦の相手材を鋳鉄片（ＦＣ２３＞とし、１５０
０ｒｐｍ、　０．１０ｋｇｍ５’及び２００℃の条件下
で反ｔ！摩擦を行った場合の摩擦係数μの変化を測定し
、測定の結果を第１図にプロットした。第１図に実線１
で示されるように、最初（０回）から最後（２００回）
まで摩擦係数μは安定して良好であった。このようなす
ぐれた摩擦係数は、樹脂中にゴムを配合したので、ゴム
による凝集力が向上したためであると理解される。

次いで、摩擦の相手材を前記と同じく鋳鉄片（ＦＣ２３
）とし、２５０Ｏｒｐｍ、　ｏ、　１０ｋｇｍ５２及び
１００℃２００℃、３００℃又は４００℃の条件下で摩
擦を行った場合の異なる温度における摩擦率の変化を測
定し、測定の結果を第２図にプロットした。第２図に実
線１で示されるように、温度が変化したにもかかわらず
耐摩耗性の変化は顕著ではなかった。

このようなすぐれた耐摩耗性は、ゴム中に添加している
メソフェーズピッチの作用により結合力、耐熱性が向上
し、耐摩耗性が良くなったためであると理解される。

例２、例３及び例４（比較例） 前記例１に記載の手法を繰り返したけれども、本例では
、次の第１表に記載するような組成の含浸液を使用し、
かつさらに、例４　（比較例〉では、２段階熱処理に代
えて、酸素雰囲気中で２５０℃で４時間にわたって熱処
理した。

第　　１　　表 戊　分　　　　例２　　例３　　例４ ＳＢＲ２０２０ 無機充填剤　　　　　　　１５　　　１５　　　１５架
橋剤等　　　　　　　　　５５ フェノールレジン　　　　１５　　　１５　　　１０メ
ソフエーズピツチ粉末　２５　　　４０　　　３０註）
（１）組成はすべて重量％で示す。

（２）例４（比較例）の場合、炭素繊維クロスは４５重
量％である。

例２及び例３の場合、前記例１の場合とほぼ同様な満足
し得る結果が得られ、また、熱処理を２段階で実施する
ことで、良好な結果の範囲をより拡大し得ることが認め
られた。しかし、例４　（比較例）の場合には、第１図
及び第２図に点線２で示されるように、不満足な結果し
か得られなかった。

例５ 前記例１に記載の手法を使用した。但し、本例では、バ
インダとして使用するメソフェーズピッチの量と粒径の
影響を調べるため、メンフェーズピッチの量を１０〜４
０重量％の間で変更し、かつピッチ粉末の粒径を６〜２
０ハの間で変更した。添付の第３図及び第４図にプロッ
トするような結果が得られた。なお、実線工　（本発明
例）はピッチ粉末の粒径の平均値のところをプロットし
て得たものであり、参考のために前記例４の如き従来例
の結果も白丸２で示されている。

第３図 １５００ｒｐｍ、　０．４０ｋｇｍ５”及び２００℃の
条件下で反復摩擦を行った場合の５０回摩擦後の摩擦係
数（μ）をメソフェーズピッチの量と粒径の函数として
プロットしたものである。

第４図 ２５０Ｏｒｐｍ、　０．１８ｋｇｍ５２及び４００℃の
条件下で５００回にわたって反復摩擦を行った後の摩耗
率をメソフェーズピッチの量と粒径の函数としてプロッ
トしたものである。

第３図及び第４図の結果から、粒径６．〜２Ｇ−のメソ
フェーズピッチ粉末を１０〜４０重量％の量で使用した
場合には摩擦係数（μ）及び耐摩耗性に関して満足し得
る結果が得られることが判る。また、これに関連して、
メソフェーズピッチ量が多すぎると初期μの低下、高回
転時摩耗の増大がおこり、反対に少なすぎるとフェード
による初期μの低下、高回転時摩耗の増大がおこること
もわかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、初期から摩擦係数が高く、さらに結合
力や耐艶性、耐摩耗性も改良された摩擦部材が得られる
。また、配合ゴムの存在により、柔軟性や耐衝撃強度の
向上といった効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、摩擦回数による摩擦係数の変化を示したグラ
フ、 第２図は、温度による摩耗率の変化を示したグラフ、 第３図は、メソフェーズピッチの量と粒径による摩擦係
数の変化を示したグラフ、そして第４図は、メソフェー
ズピッチの量と粒径による摩耗率の変化を示したグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、所定のプライ数で積層されたゴム系樹脂含浸炭素繊
   維クロスからなり、かつ前記ゴム系樹脂の含浸には樹脂
   、配合ゴム及び炭素系バインダを含む含浸液が用いられ
   たことを特徴とする摩擦部材。