JPH0576514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

背景技術 本発明は、エラストマーを基材とする改良され
た摩擦材料、より詳しくは、油の中で作動させ
る、当業界で湿潤型摩擦材料と呼ばれるクラツ
チ、ブレーキ等の摩擦エレメントに関する。典型
的な用途においては、円板、リング又はバンドの
形に特別に製造又はコンパウンドされたエレメン
トは剛質の裏打ちプレートに固着され、そして支
持されたエレメントが相対的に運動する反動部材
とかみ合わされて動力の移動又はブレーキ作用を
達成する。 従来技術における湿潤摩擦エレメントは、樹脂
含浸紙、焼結青銅のごとき材料で旧式に構成され
るか、あるいは樹脂バインダーによつて合体され
た接着混合物から製造された。その種の材料は種
種の用途に対してきわめて有用であることが実証
されたのであるが、ますます大型化され、ますま
す強力な工業用の乗物が出現したことにより、高
い操作温度においてエネルギー吸収率が高く、耐
摩耗性にすぐれ、しかも実用寿命が長い摩擦材料
が必要になつた。 比較的最近になつて、湿潤型摩擦材料に或る種
のエラストマーが主要成分及びバインダーとして
用いられるようになり、そのことは例えば米国特
許第3898361号、第4042085号、第4045402号及び
第4131590号明細書に記載されている。エラスト
マーを基剤とする材料は、従来の材料よりも弾力
性に富むため、エネルギー吸収率がよいので、い
くつかの滞在的利点をもたらす。またモジユラス
が比較的低いので、反動部材の不規則又は不均一
な表面によく整合し、不当に摩耗することがな
い。 現在使われている従来からのエラストマーのう
ち、硬化ニトリル及びフルオロエラストマーのご
とく高温安定性及び良好な耐油性を示すものが一
般に好ましい。前記の特許明細書に記載されてい
るとおり、エラストマーを補強するため、有機及
び無機の繊維ならびに比較的アブレーシブ
（abrasive）又は非アブレーシブの充填剤又はい
わゆる摩擦調整剤と配合し、そしてその後でエラ
ストマーを硬化させ、繊維及び充填剤を含む円板
又はパツドの形の実質的に均一なマトリツクスが
形成される。 エラストマーを基剤とする摩擦材料を試験する
場合、所与の力に対しては、部材が互にすべり合
つているときの動摩擦よりも静摩擦の方が大きい
ものと普通考えられている。実際面において、も
し静摩擦係数と動摩擦係数との間に大きな隔りが
あると、部材が完全にかみ合わされる直前に動か
なくなる傾向を示す。それが原因となつて、かみ
合せが許容し得ない程度に急動的（jerky）にな
り、不快な音や雑音を惹起する。 或る用途においては、種々の水準のエネルギー
に亘つてスムーズなかみ合わせが所望されるが、
今までのフルオロエラストマーを基剤とした材料
の場合、材料の配合方法やエラストマーと組合せ
る繊維及び充填剤に関係なく、動摩擦係数よりも
静摩擦係数の方がかなり高かつた。 発明の概要 フルオロエラストマーを基剤とする摩擦材料中
に有意量の珪灰石（wollastonite）粉末を充填剤
として用いると、静摩擦係数と動摩擦係数とが意
外なことにだんだん同じようになり、適当な水準
の珪灰石の下では、前記の摩擦係数の比率が１に
近づくという驚異的な発見が本発明の基盤をなし
ている。なぜこうなるのかは今のところ不明であ
るが、よりスムーズで、より静かなかみ合わせが
所望される特定の用途に供される摩擦材料にとつ
て、このような成果はきわめて実用的価値を有す
るものである。 他に望ましい補強材料や充填剤と共に珪灰石を
未硬化エラストマーに配合し、次いでエラストマ
ーの造形及び硬化を行う。 好ましい態様の説明 本発明によれば、湿潤型摩擦材料用の主要バイ
ンダー又はベースとして、エラストマー、好まし
くはフルオロエラストマー、又はフルオロエラス
トマーと他のエラストマーとの混合物が用いられ
る。有効量、すなわち、静摩擦係数：動摩擦係数
比を低下させるに必要な量の珪灰石が含まれるよ
うにエラストマーを配合する。繊維や充填剤のご
とき他の添加剤も配合できるが、これらは本発明
の目的に対しては随意成分と見なされる。 ここに用いられる「フルオロエラストマー」と
いう用語の範疇には、エラストマーして分類され
るフルオリド含有の現在公知の物質がすべて包含
される。現在公知で入手可能なフルオロエラスト
マーには、弗化ビニリデンとヘキサルフオロプロ
ピレンとコポリマー、弗化ビニリデンとヘキサフ
ルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの
ターポリマー、及びプロピレンとテトラフルオロ
エチレンとの交互コポリマーが含まれる。この種
のフルオロエラストマーは、「VITON」、
「FLUOREL」、「AFLAS」その他の商品名で市
販されている。この種のフルオロエラストマー
は、他の入手可能なエラストマーに較べ、溶剤及
び油に対する抵抗性がすぐれているほか、比較的
高温に耐える性質を有している。フルオロエラス
トマーを単独のバインダーとして系内に用いるの
が望ましいが、他のバインダー、例えば他のエラ
ストマー及び（又は）硬化性の有機樹脂もしくは
無機バインダーと併用してもよい。 普通重量％が用いられるが、本明細書では成分
の量を容量％で示す。それは、摩擦材料の幾何学
的考察及び暴露作動面についての考察からして、
各成分の重量よりも容量の方が意味があるので、
個々の成分の比重に関係なく、種々の成分によつ
て構成される摩擦材料の実際の特徴を正しく伝え
ることができるからである。 エラストマーの使用量は、最終製品中において
すべての他の固体材料を機械的に結合するための
最低必要量を上まわるのが好ましく、そしてこの
目的には、少なくとも20容量％のエラストマーと
いう最低値が普通必要とされる。 本発明の組成物に用いられる他の重要な材料は
珪灰石である。このものは、2.9程度の比重及び
約4.5モーの硬度を有する珪酸カルシム
（CaSiO₃）として定義される、管状スパーとも呼
ばれる鉱物である。珪灰石は粉末又は粒子の状態
で用いるのが好ましく、その場合、粒子は300メ
ツシユよりも小さく、その縦横比（長さ：直径）
は、約３：１から大きくても15：１であり、大抵
の場合約３〜５：１の縦横比を有する。 すでに述べたとおり、組成物中に含ませる珪灰
石の量は、最終材料の摩擦特性を所望通りに変え
うる量とする。一般に、全組成物中に珪灰石を約
５〜約35容量％、好ましくは約10〜約25容量％含
ませる。 エラストマーと単に珪灰石のみのコンパウンド
から好適な摩擦材料を製造しうることが見いださ
れた。しかし、材料の耐久性及び強度を改良し、
あわせて比較的高価なエラストマーの全容量を低
下させるためには、他の充填剤及び強化用の物質
が、典型的には繊維及び（又は）粉末もしくは粒
子状の充填剤の形で摩擦材料組成物に配合され
る。例えば比較的硬度が大であるか、又はシヤー
プな粒子もしくは繊維といつた或る種の繊維ある
いは充填剤は、材料の総合的摩擦性能を高めるこ
とが知られている。しかしながら、この種の普通
の添加剤が、静：動摩擦係数比を有為に変えるこ
とは知られていないし、又はその目的に利用され
てもいない。 本材料に配合しうる好適な繊維の例には、有機
及び無機の繊維、例えばカーボン繊維、カーボン
繊維前駆体、その他のポリマー繊維及び綿、アス
ベスト、ガラス、セラミツク、鉱物、金属等の各
繊維が含まれる。繊維は強度マトリツウスを製造
するのに役立つし、本材料の有効実用寿命を改善
するのに一般に役立つ。繊維質の物質を用いると
すれば、その使用量は約５〜約40容量％である。 また組成物中に種々のタイプの充填剤を配合で
きるし、多くのタイプの充填剤が入手可能であ
る。また、充填剤の中には滑剤として用うるも
の、抗摩耗剤として用いるものがある一方、比較
的中性であつて第一義的に充填剤として用いられ
るものもあることは公知である。本発明の組成物
に含ませうる代表的な充填剤の例としては、硫酸
バリウム、二硫化モリブデン、アルミナ、シリ
カ、石油コースク、グラフアイト、カーボンブラ
ツク、金属粉末、ポリマー粉末、それらの混合物
等があげられる。一般に、珪灰石を含めて材料の
60〜70容量％までの充填剤を含ませることがで
き、一方抗摩耗剤として用いられる他の充填剤の
量は、それよりも普通少量、すなわち、20％未満
である。 さらにまた、使用されるエラストマーにとつて
好適な小割合量の慣用の促進剤、安定剤、加工助
剤及び硬化剤を本材料に配合することができる。 バンバリーミキサー内で混和するような適当な
方法を用い、次に未硬化のフルオロエラストマ
ー、珪灰石、そのほか任意の繊維、充填剤及び硬
化剤を完全に混合し、エラストマー内に添加剤が
均一に分散されるようにする。 混合工程に続き、混合物を摩擦部材の形、典型
的にはパツド、溝つき円板又はリング形に形成
し、次いで該部材を加熱及び加圧下に硬化させ
る。この目的に利用できる方法はいくつかある。
普通のシート製造機で材料をまずシートにし、所
望の形に切断し、次いで硬化させる。別の方法で
は、射出、圧縮又はトランスフアー成形技法によ
り、材料の押出し又は成形を行う。摩擦エレメン
トの外側表面に溝をつけることは、成形法による
か、又は硬化ずみの製品に溝を切削することによ
つて達成される。 材料の加工方法に関係なく、摩擦エレメントを
鋼製プレートのような剛質裏打ち部材に固着させ
ることも必要である。このことは、少量の接着促
進剤を加えてエレメントを裏打ち部材に対して圧
縮成形することにより、及び（又は）適当な接着
剤を用いて摩擦エレメントを裏打ち部材に固着さ
せることによつて達成される。 使用されるエラストマー及び硬化剤のタイプに
応じて普通の条件下でエラストマーを硬化させ
る。一般に、エラストマーが完全に硬化し終わる
まで、熱及び圧力を同時に加える。例えば、約
350°〜475〓の温度及び約50〜約4000psiの圧力を
適用する。 裏打ちプレート上に取付けられた後の本発明の
硬化ずみ摩擦材料は、典型的には油循環機構を有
する機械的アツセンブリ内に組込まれる。この摩
擦プレートは、相対的に回転する反動プレートと
の間でかみ合わされたり、かみ合せから外された
りするが、このことは種々の速度及び圧力下にお
いて行われる。 本発明の摩擦材料は、広い圧力範囲に亘つて実
質的に均一水準の摩擦を示し、静及び動摩擦係数
が約0.05〜0.25の程度である。しかし、形灰石を
加えることにより、操作条件の全範囲に亘り、動
摩擦係数に対する静摩擦係数の特異の低下が達成
され、適切な配合の下では、二つの値の間の比率
が１に近づく。これにより、摩擦部材は、雑音又
は不快な音を発することなしに反動部材とスムー
ズにかみ合うことができる。 圧力、速度その他の要素により、静及び動摩擦
係数の測定水準に変動があることは認識されよ
う。また仮に標準的な測定技法を用いたにして
も、多くの変数が包含されているために、高い精
密度又は再現性のある正確度をもつてこらの値の
量を表わすことは至難である。とはいえ、同じ条
件の下で比較試験を行えば、珪灰石を添加するこ
とにより、静摩擦の水準が動摩擦の水準に近似す
るようになつて、前記のごとき有利な結果が得ら
れることが明らかに判る。 以下の例は、本発明の摩擦材料及びその独特の
性能を説明するためのものである。 例 同一の方法を用いて下記の二つのバツチの材料
を製造し、寸法及び溝の模様を同じくする最終摩
擦円板に加工した。一般的にいつて、各バツチと
もバンバリーミキサー内で混合し、次に混合物を
一定の厚さのシートとなし、そしてこのシートか
ら同じ寸法のリングを切取つた。鋼製裏打ちプレ
ートにこれらのリングを貼付け、100psiの下、
350〓で15分間接着及び硬化を行い、400〓で24時
間ポスト硬化を行つた。

【表】 化剤
試料１が珪灰石を含み、試料２が珪灰石の代り
にカーボンブラツクを充填剤として含む以外は、
上記の配合が実質的に同一であることは明らかで
ある。 試料１及び２の各々から製造した摩擦エレメン
トに対してダイナモメーター使用による同じ試験
を施し、一定の速度及び単位圧力の範囲内におけ
る静及び動摩擦係数を測定した。 試料１及び２についての試験の結果をそれぞれ
第１図及び第２図に示す。破線は静、そして実線
は動摩擦係数を示す。各グラフ内の数字は、測定
が毎分3000、5000、7000及び9000フイートの速度
で行われたことを示す。 第１図と第２図と比較すると、珪灰石を含む材
料の場合（第１図）、種々の速度における静及び
動摩擦係数がきわめて近似した値を有しているこ
とが判る。これに対し、種々の速度における試料
２（第２図）についての各係数間には非常に隔り
があり、静摩擦係数が動摩擦係数よりも著るしく
大である。第１図に示されるような値であれば、
第２図のものよりもスムーズなかみ合せが可能と
なろう。なお、第２図は、従来技法によるフルオ
ロエラストマー摩擦材料を代表するものである。 第３図及び第４図は、試料１についてのトルク
トレース（torque trace）を表わし、そして第５
図及び第６図は、同一条件下における試料２につ
いてのトルクトレースを表わしている。第３図及
び第５図においては、7000フイート／分及び
200psi、また第４図及び第６図においては、5000
フイート／分（FPM）及び200psiの条件下で試
験を行つた。 これらの図は、相対的に固定された相手部材と
摩擦部材とが摩擦的にかみ合わされているときの
一定時間に亘つてのトルクをフートポンドで表わ
したものである。例えば、第３図においては、部
材が最初にかみ合わされたときにトルクは約400
に増加し、そして後で部材が完全にかみ合わされ
た約0.8秒後にはトルクが０に低下する。 第５図及び第６図は、従来技術によるフルオロ
エラストマー摩擦材料についての典型的なトルク
トレースを示している。これらのトレースにおい
て興味のある領域は、完全かみ合わせの直前であ
る。もし、動及び静摩擦係数の間に隔りがある、
すなわち、動係数が静係数よりも著るしく低い
と、図に示すごとく、完全かみ合わせの直前にト
ルクの急上昇が起きる。このいわゆる「ルースタ
ーテール」（rooster tail）現象は、前記のように
スムーズなかみ合わせが必要な場合に甚だ望まし
くないことである。 本発明の摩擦材料に関しては、第３図及び第４
図に示すごとく、かみ合わせ直前のトルクの同じ
ような急上昇が起こることなく、従つてかみ合せ
がスムーズに行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本文中に記載された摩擦
材料の静及び動摩擦係数をプロツトしたグラフで
あり、第３，４，５及び６図は、本文中に記載さ
れた摩擦材料のトルクトレースをプロツトしたグ
ラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 剛質の裏打ち部材に取り付けられ、相対的に
   運動する反動部材と摩擦的にかみ合わされる改良
   されたエラストマー性の摩擦材料であつて、硬化
   したフルオロエラストマー及びその中に分散した
   珪灰石を含み、前記の珪灰石が前記材料の10〜25
   容量％の量で含まれ、前記のフルオロエラストマ
   ーが少なくとも20容量％の量で前記材料中に含ま
   れており、前記のフルオロエラストマーが弗化ビ
   ニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリ
   マー、弗化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレ
   ンとテトラフルオロエチレンとのターポリマー、
   プロピレンとテレフルオロエチレンとの交互コポ
   リマー、およびそれらの混合物からなる群から選
   ばれたものであることを特徴とする、前記摩擦材
   料。 ２ 剛質の裏打ち部材に取り付けられ、相対的に
   運動する反動部材と摩擦的にかみ合わされる改良
   されたエラストマー性の摩擦材料であつて、少な
   くとも20容量％のバインダーとしてのルオロエラ
   ストマー、10〜25容量％の珪灰石、５〜40容量％
   の補強用繊維、及び０〜60％の充填剤を含んでい
   ることを特徴とする前記の摩擦材料。 ３ 前記の繊維が無機の繊維からなる、特許請求
   の範囲第２に記載の摩擦材料。 ４ 前記の無機の繊維が前記材料の５〜40容量％
   を占める、特許請求の範囲３に記載の摩擦材料。