JPH11106523A

JPH11106523A - ブレーキ用摩擦材

Info

Publication number: JPH11106523A
Application number: JP28785497A
Authority: JP
Inventors: Teruko Nakazawa; 照子中沢; Hiroyoshi Kobayashi; 寛良小林
Original assignee: MK KASHIYAMA KK
Current assignee: MK KASHIYAMA KK
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【解決すべき課題】アスベストを含まず、チタン酸カリ
ウム繊維を含む摩擦材において、高温履歴後において
も、その強度が損なわれないで、耐摩耗性が高く、相手
材への攻撃性が小さい自動車用摩擦材を開示する。【課題の解決手段】アスベストを含まない繊維材と、熱
硬化性樹脂から成る結合材と、充填材とから成る摩擦材
において、摩擦材全量に対して、繊維材の一部として、
チタン酸カリウム繊維を１０〜２５重量％とアラミド系
繊維２〜５重量％とを含み、充填材の一部として、有機
充填材を２〜７重量％含むことを特徴とするブレーキ用
摩擦材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のディスク
ブレーキ、ドラムブレーキ、クラッチフェーシング等に
用いられる摩擦材に関するものである。

【０００２】

【従来技術】この種の摩擦材の代表的なものとして、ブ
レーキパッドを例にとると、フェノール樹脂に代表され
る熱硬化性樹脂やゴムをマトリックスとして用い、その
補強材として、繊維基材を用いたものが、一般乗用車の
摩擦材として、主として用いられている。繊維基材とし
ては、従来は、摩擦材重量の２０〜５０％の範囲で、ア
スベストが用いられていたが、アスベストの発癌性が指
摘されるに及んで、アスベストを含まないで、しかも、
ブレーキ性能と価格との面で、アスベスト系摩擦材に勝
るものが望まれている。

【０００３】アスベストに代えて、スチール繊維を主と
して使用するもの（セミメタリック系摩擦材）や比較的
少量のスチール繊維と他の数種類の繊維及びアラミド系
の有機繊維とを併用するもの（ロースチール系摩擦
材）、スチール繊維を用いないで、数種類の繊維で、ア
スベスト繊維に匹敵する性能を出そうとするもの（ノン
スチール系摩擦材（ＮＡＯ材））などが、工夫されてい
る。スチール繊維を含む摩擦材は、耐摩耗性や強度には
優れるものの、熱伝導率が高いことから、ブレーキ駆動
機構側への断熱構造を考慮しなければならず、摩擦材の
構成が複雑になる欠点がある。

【０００４】このような欠点を回避する目的で、繊維成
分として、耐熱性有機繊維、ガラス繊維、セラミック繊
維、金属繊維等を用い、これらを熱硬化性樹脂で結合し
たものなどが工夫されているが、セラミック繊維を含む
ものは、相手材（ロータ）への攻撃性が大きく、摩擦材
としての強度に欠ける欠点があり、これらを緩和するた
めに、充填材として、相手材（ロータ）への攻撃性の少
ない材料を用いたノンスチール系摩擦材が工夫されてい
るが、必ずしも、満足すべきものでないのが現状であ
る。

【０００５】本発明者等は、ブレーキ性能に対する成分
設計の自由度が高いノンスチール系摩擦材の開発に当た
って、特に、摩擦性能が安定しているチタン酸カリウム
繊維に注目したが、この素材を含むブレーキパッドは、
高温履歴後に強度が急激に低下する欠点があること、こ
れを補強する目的で、マトリックス成分を多くすると、
耐フェード性が悪くなること、高温での耐摩耗性が十分
でないことなどの欠点が、従来から指摘されており、こ
れらの欠点を克服すべく試行錯誤を繰り返した末に、チ
タン酸カリウム繊維に対して、アラミド系繊維と有機系
充填材とを、所定の範囲で配合することにより、極め
て、優れた摩擦材を完成するに至ったものである。

【０００６】

【解決すべき課題】本発明の第１の目的は、チタン酸カ
リウム繊維を含む摩擦材において、高温履歴後において
も、その強度が損なわれないで、耐摩耗性の高い自動車
用摩擦材を開示することにある。本発明の第２の目的
は、相手材への攻撃性（対面損傷性）が小さい自動車用
摩擦材を開示することにある。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明の第一の要旨は、アスベスト
を含まない繊維材と、熱硬化性樹脂から成る結合剤と、
潤滑材等の充填材とから成る摩擦材において、摩擦材全
量に対して、前記繊維材の一部として、チタン酸カリウ
ム繊維を１０〜２５重量％とアラミド系繊維２〜５重量
％とを含み、充填材の一部として、有機充填材を２〜７
重量％含むことを特徴とするブレーキ用摩擦材にある。

【０００８】上記において、熱硬化性樹脂は、フェノー
ル樹脂、変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミ
ド樹脂などである。チタン酸カリウム繊維は、１０％未
満では、摩擦係数の安定化が得られない。又、２５％を
越えると高温履歴による脆弱化の傾向が顕著になる。ア
ラミド系繊維は、熱硬化性樹脂によるマトリックス補強
効果と摩擦材相手面への移着フィルム形成効果とに有効
であるが、２％未満では、その効果が認められず、又、
７％を越えると、耐摩耗性が不十分となる。

【０００９】本発明の第二の要旨は、前記第一要旨によ
って規定されるブレーキ用摩擦材において、熱硬化性樹
脂が、フェノール樹脂若しくはフェノール変性樹脂であ
って、摩擦材全重量の９〜１２重量％含まれており、有
機充填材が、ゴム及び／又はカシューダストであること
を特徴とするブレーキ用摩擦材にある。

【００１０】上記第二要旨の摩擦材において、熱硬化性
樹脂は、９％未満では、マトリックス強度が不足する。
また１２％を越えると、耐フェード性が低下する。有機
充填材としては、ゴム、カシューダスト、フェノールレ
ジンダストなどが使用できるが、中でも、ゴムとカシュ
ーダストとを併用したとき、摩擦材相手面への移着フィ
ルム（transfer film) の形成効果が顕著に助長され
る。

【００１１】本発明の第三の要旨は、前記第一又は第二
要旨によって規定される自動車用摩擦材において、無機
繊維材として、ロックウール及び金属繊維を摩擦材全重
量の８〜１６重量％含み、潤滑材として、硫化亜鉛、三
硫化アンチモン及び黒鉛を１８〜３５重量％含むことを
特徴とするブレーキ用摩擦材にある。

【００１２】上記第三要旨に係る摩擦材において、ロッ
クウールと金属繊維は、他の繊維基材、例えば、ガラス
繊維やセラミックス繊維などを用いた場合に比して、移
着フィルム形成効果を阻害しない効果が高い。金属繊維
としては、銅繊維、黄銅繊維、ニッケル繊維等が使用で
きるが、特に銅繊維が効果が大きい。これにより、高温
履歴後の低温域における再度摩耗試験における摩耗量を
小さくするのに貢献する。ロックウールと銅繊維とは、
併用するのが効果的であり、両者の使用量は、重量でお
よそ、１：１前後であるのが好ましい。潤滑材の移着フ
ィルム形成効果に対する貢献度は、上記硫化亜鉛、三硫
化アンチモン、及び黒鉛の組み合わせが、最も有効で、
中でも、黒鉛を１５〜２２重量％の範囲で共存させたと
き、その効果は、顕著である。硫化亜鉛の代わりに、亜
鉛粉末を、三硫化アンチモンの代わりに、三酸化アンチ
モン、三酸化ビスマスなどを、夫々用いてもよい。

【００１３】本発明の第四の要旨は、前記第三要旨によ
って規定される摩擦材において、ロックウールが４〜８
重量％、銅繊維が４〜８重量％の範囲で含まれており、
黒鉛が１５〜２２重量％の範囲において含まれているこ
とを特徴とするブレーキ用摩擦材にある。

【００１４】ロックウールと銅繊維の効果は、上述の通
りであるが、夫々、下限４％、上限８％の範囲で用いる
のが、望ましく、下限以下では、マトリックス補強効果
に乏しく、上限以上では、移着フィルム形成効果を阻害
する。黒鉛は、ロックウールや金属繊維の移着フィルム
形成阻害傾向を緩和するのに効果が大きい。黒鉛１５％
以下では、その効果は、認めがたく、また、２２％を越
えると、摩擦係数を低下させる。黒鉛と共に、コーク
ス、黒鉛化コークス、炭素繊維を用いてもよい。

【００１５】本発明の第五の要旨は、フェノール樹脂若
しくはフェノール変性樹脂を１０〜１１重量％、チタン
酸カリウム繊維を１０.８〜２４重量％、アラミド繊維
を３〜３.６重量％、カシューダストを２.７〜３重量
％、ゴムを２〜２.５重量％、ロックウールを５.５〜
６.１重量％、金属繊維を５.５〜６重量％、黒鉛を１９
〜２２重量％、夫々含み、更に、潤滑材として、硫化亜
鉛、三硫化アンチモン、三酸化アンチモン、硫酸バリウ
ムの中から選択される１以上の物質を有して成るブレー
キ用摩擦材にある。

【００１６】上記第五要旨に係る摩擦材は、耐摩耗性が
高くて耐久性に富む性質と、相手材への移着フィルム形
成効果によるブレーキ相手材への攻撃性が小さい性質と
が、良いバランスを保っており、タクシー用乗用車のブ
レーキ用摩擦材として、最適な特性を備えている。

【００１７】

【発明の実施形態】繊維材成分として、チタン酸カリウ
ム繊維、アラミド繊維、ロックウール、銅繊維を、結合
剤としてフェノール樹脂を、有機充填材として、カシュ
ーダスト及びゴムを、無機充填材として、人造黒鉛、硫
化亜鉛、三硫化アンチモン及び硫酸バリウムを、夫々用
いて、これらを均一に混合し、室温で、圧力３００ｋｇ
・ｆ／ｃｍ² で、予備成型した後、温度１７０℃、圧力
４００ｋｇ・ｆ／ｃｍ² で、８分間加熱下で加圧成形
し、次いで、温度２００℃で５時間熱処理して、表１に
示す組成の自動車用ディスクブレーキの摩擦パッドＡ、
Ｂを得た。

【００１８】

【表１】 ─────────────────────────────────── 摩擦材成分摩擦パッドＡ摩擦パッドＢ ─────────────────────────────────── フェノール樹脂１１.０（重量％）１０.０（重量％） ─────────────────────────────────── チタン酸カリウム繊維２４.０１０.９ ─────────────────────────────────── アラミド繊維３.６３.０ ─────────────────────────────────── ロックウール６.１５.５ ─────────────────────────────────── 銅繊維６.０５.５ ─────────────────────────────────── カシューダスト３.０２.７ ─────────────────────────────────── ゴム２.５２.０ ─────────────────────────────────── 人造黒鉛２１.８１９.７ ─────────────────────────────────── 硫化亜鉛２.０４.０ ─────────────────────────────────── 三硫化アンチモン４.０７.０ ─────────────────────────────────── 硫酸バリウム１６.０２９.７ ─────────────────────────────────── 合計１００（重量％）１００（重量％） ───────────────────────────────────

【００１９】［ブレーキ性能比較試験１］一般に、タク
シー用乗用車は、複数の乗務員によって、１日２４時間
使用されるため、これに用いるブレーキパッドは、冷却
のいとまが無いほどに、使用条件が最も苛酷であり、従
って、ブレーキパッドには、優れたブレーキ性能（高い
摩擦性能）と高い耐摩耗性（耐久性）とが要求される。
このような条件を満たすブレーキパッドとしては、現在
のところ、セミメタリック系摩擦材しかなく、ノンスチ
ール系摩擦パッドで、タクシー乗用車用摩擦パッドに匹
敵する摩擦パッドは、知られていない。従って、以下に
おいて、本願ノンアスベスト、ノンスチール系摩擦材で
ある本願摩擦パッドＡ及びＢと、現在市販されている４
社のタクシー用セミメタリック摩擦パッドについて、JA
SO Cー407 ダイナモ摩耗試験を行い、該市販４社の摩擦
パッド中、最も摩耗量が少ない摩擦パッドＸと、本願摩
擦パッドＡ，Ｂとの試験結果を表２に示す。

【００２０】

【表２】ＪＡＳＯＣ−４２７ダイナモ摩耗試験
（ブレーキ操作１０００回当たりの摩擦パッド１枚の摩
耗量に換算した数値） ────────────────────────────────── 試験温度摩擦パッドＡ摩擦パッドＢ市販摩擦パッドＸ（℃）（摩耗量ｍｍ）（摩耗量ｍｍ）（摩耗量ｍｍ） ────────────────────────────────── １０００.０４００.０４７０.０８５ ────────────────────────────────── ２０００.０８２０.０６５０.０９８ ────────────────────────────────── ２５００.１２５０.０７３０.２１１ ────────────────────────────────── ３０００.１４２０.０７５０.１２７ ──────────────────────────────────

【００２１】本願発明者は、タクシー乗用車のブレーキ
パッドに温度センサーを取り付けて、通常市街走行時に
おけるパッドの温度を測定した結果、常用温度域は、１
００℃〜２００℃の範囲にあることが分かった。従っ
て、表２において、ＪＡＳＯ（Ｃ−４２７）摩耗試験の
［１００℃］及び［２００℃］の摩耗量が、タクシー乗
用車の通常走行におけるブレーキ摩耗量に相当する。

【００２２】表２から明らかなように、本願摩擦パッド
Ａ，Ｂの１００℃、２００℃の摩耗量と、現在の技術水
準を示す摩擦パッドＸのそれとを比較した場合、本願摩
擦パッドの摩耗量は、１００℃試験で、摩擦パッドＸの
４７〜５５％前後であり、２００℃試験で、６６〜８４
％前後であって、本願摩擦パッドは、常用温度域におけ
る耐摩耗性に優れている。

【００２３】［ブレーキ性能比較試験２］本願摩擦パッ
ドＡ及びＢと現在市販されタクシー営業車に実際に使用
されているタクシー用セミメタリック系摩擦パッド数種
類について、新規装着時（摩擦パッド厚さ１０ｍｍ）か
ら使用限界摩耗（同、４ｍｍ）による交換時までの、実
車走行による走行距離数を、車両前輪に装着した摩擦パ
ッド１セット４枚について、測定した。摩擦パッド１セ
ット４枚中、最も摩耗している摩擦パッドの厚さが、４
ｍｍに達しているときの走行距離を基準にして、これを
比較した。図１は、Ｔ社製排気量２０００ｃｃ、車両総
重量約１７５０ｋｇのタクシー仕様車を用いて実車走行
を行った結果であり、図２は、Ｎ社製の排気量２５００
ｃｃ、車両総重量約１８００ｋｇのタクシー仕様車を用
いて、実車走行テストを行った結果を示している。尚、
摩擦パッドａ〜ｈは、試験条件を満たすタクシー営業車
群からランダムに抽出した８車両の摩擦パッドであるこ
とを示すものである。

【００２４】図１及び２から、明らかなように、本願摩
擦パッドＡ，Ｂは、タクシー実車走行距離を比較した場
合において、現在市販されているタクシー用セミメタリ
ック系摩擦パッドに比較して、２〜３倍以上の距離を走
行可能であり、従って、２〜３倍以上の耐摩耗性を有し
ている。

【００２５】［ブレーキ性能比較試験３］本願摩擦パッ
ドのロータ攻撃性を検討する目的で、本願摩擦パッド
Ａ、Ｂと、市販摩擦パッドＸについて、ＪＡＳＯＣ
４０６−Ｐ１摩擦性能試験後のロータと、該試験前の未
使用ロータとについて、表面粗さを、粗さ計によって測
定すると共に、本願摩擦パッドＡ、Ｂと、市販摩擦パッ
ドＸの、同摩擦性能試験後のロータ摩耗量を測定した。
結果を図３〜５と表３に示す。

【００２６】

【表３】JASO C406-P1ダイナモ摩擦性能試験後のロータ
摩耗量 ─────────────────────────── 摩擦パッドロータ摩耗量（ｍｍ） ─────────────────────────── 摩擦パッドＡ０.００３ ─────────────────────────── 摩擦パッドＢ０.００２ ─────────────────────────── 摩擦パッドＸ０.０１１ ───────────────────────────

【００２７】図３に示す未使用ロータの表面粗さの測定
結果と、本願摩擦パッドＡの性能試験後のロータの表面
粗さの測定結果（図４）とを比べると、むしろ、本願摩
擦パッドＡによるブレーキ操作後の方が、かえってロー
タ表面は滑らかで、表面粗さは、最大でも±３μｍであ
る。又、図示を省略したが、摩擦パッドＢの表面粗さの
測定結果も摩擦パッドＡの場合と同様の結果を示した。
これらの結果は、摩擦パッドＡ，Ｂによるブレーキ操作
で生じた移着フィルムが、ロータ表面に均一に分布する
状態で形成さることにより、未使用ロータ表面の細かい
凹凸が、その移着フィルムによって被覆されて、ロータ
表面が平滑化されることを示すものである。ロータ表面
は、外観上も、何ら荒れておらず、ロータ表面に黒みが
かった移着フィルムを観察することができる。一方、市
販摩擦パッドＸの場合は、移着フィルムは、部分的に観
察できるものの、ロータ表面は、音楽レコード盤のよう
に、同心円をなす無数のすじを観察でき、図５からも明
らかなように、その表面粗さは、最大で、約±５０μｍ
である。

【００２８】これらの結果は、また、表２によっても裏
付けられ、本願のロータ摩耗量は、摩擦パッドＸの１／
３以下である。従って、本願摩擦パッドは、ディスクロ
ータの対面損傷性の点でも、市販タクシー仕様セミメタ
リック系摩擦パッドに対して、格段に優れている。

【００２９】

【効果】上記テスト結果から明らかなように、本願ブレ
ーキパッドは、従来、市販されている摩擦パッドに比し
て、摩耗量が極めて少ないので、長期間の使用が可能で
ある。又、本願摩擦パッドの相手面となるディスクロー
タの表面には、移着フィルムが顕著に形成されることに
より、ロータ表面の平滑度は、比較例のものに比べて、
一段と勝っており、対面損傷性が小さい点でも明らかに
優れている。従って、又、摩耗粉による環境汚染を少な
くする効果も無視できないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願摩擦パッドと、市販摩擦パッドとの、実車
走行可能距離を比較したグラフである。

【図２】本願摩擦パッドと、市販摩擦パッドとの、実車
走行可能距離を比較したグラフである。

【図３】摩擦性能試験機に装着された未使用ロータの表
面粗さの測定結果を示すグラフである。

【図４】本願摩擦パッドの摩擦性能試験後のロータの表
面粗さの測定結果を示すグラフである。

【図５】市販摩擦パッドの摩擦性能試験後のロータの表
面粗さの測定結果を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アスベストを含まない繊維材と、熱硬化性
樹脂から成る結合材と、充填材とから成る摩擦材におい
て、摩擦材全量に対して、前記繊維材の一部として、チ
タン酸カリウム繊維を１０〜２５重量％とアラミド系繊
維２〜５重量％とを含み、充填材の一部として、有機充
填材を２〜７重量％含むことを特徴とするブレーキ用摩
擦材。
【請求項２】熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂若しくは
フェノール変性樹脂であって、摩擦材全重量の９〜１２
重量％含まれており、有機充填材が、ゴム及び／又はカ
シューダストである、請求項１のブレーキ用摩擦材。
【請求項３】無機繊維材として、ロックウール及び金属
繊維を摩擦材全重量の８〜１６重量％含み、潤滑材とし
て、硫化亜鉛、三硫化アンチモン及び黒鉛を１８〜３５
重量％含む、請求項１又は２のブレーキ用摩擦材。
【請求項４】ロックウールが４〜８重量％、金属繊維が
４〜８重量％の範囲で含まれており、黒鉛が１５〜２２
重量％含まれている請求項３のブレーキ用摩擦材。
【請求項５】フェノール樹脂若しくはフェノール変性樹
脂を１０〜１１重量％、チタン酸カリウム繊維を１０.
８〜２４重量％、アラミド繊維を３〜３.６重量％、カ
シューダストを２.７〜３重量％、ゴムを２〜２.５重量
％、ロックウールを５.５〜６.１重量％、金属繊維を
５.５〜６重量％、黒鉛を１９〜２２重量％、夫々含
み、更に、潤滑材として、硫化亜鉛、三硫化アンチモ
ン、三酸化アンチモン、硫酸バリウムの中から選択され
る１以上の物質を有して成るブレーキ用摩擦材。