JPS6326438A - 摩擦材料 - 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】 本発明は、ブレーキの摩擦材料として使用される組成物
に係る。この組成物は、強化剤として鋼ファイバーを使
用する。鋼ファイバーは充填剤、潤滑剤及び摩擦調節剤
と配合され、ゴム及びフェノール系樹脂でなる結合剤内
に保持される。得られる摩擦材料は、繰返しブレーキ操
作が行なわれた後にも、実質的に変らない摩擦係数を示
す。

ブレーキライニングの強化に関し、石綿に代るものとし
て各種のファイバーが開発されている。

たとえば、米国特許第３，９６７，０３７号はガラスフ
ァイバーの使用を開示し、米国特許第３，８９６，０７
５号は玄武岩の使用、米国特許第４，０１９，９１２号
はカーボンファイバーの使用及び米国特許第４．Ｌ１２
，５９１号はセルロースー鋼ファイバー混合物の使用を
それぞれ開示している。残念なことには、これらの代用
物は、ローターの摩耗、低温における摩擦係数の安定性
、ノイズ及び高温における構造の一体性に関するいくつ
かの好ましくない特性を示す。

発明の概要 本発明の摩擦材料用の組成物は、長さ３　−　１５ｘｉ
の鋼ファイバーによって強化されるものである。

この鋼ファイバーは組成物全体の２５−　４８重量％を
占める。鋼ファイバー、潤滑剤、充填剤及び摩擦調節剤
は、ほぼ同量のゴム及びフェノール系樹脂でなる結合剤
によって相互に保持される。結合剤は組成物全体の１７
−２５重量％を占める。フェノ−４し ル系樹脂は、結合剤の硬化の間に水酸カルシウムと反応
して変性され、鋼ファイバーと協働して、生成する摩擦
材料において、ブレーキ操作の間に経験する動的負荷に
耐えうる充分な強度を発揮する。

する対照摩擦材料よりも安定した摩擦係数を示す。

摩擦ライニングとして使用される際、この組成物は、ブ
レーキ操作の間、実質的に安定した摩擦係数を示すため
、石綿を含有する摩擦ライニング以上の利点を示す。

本発明の目的は、水酸化カルシウムとフェノール系樹脂
との反応によって硬化された結合剤マトリックス内に保
持される鋼ファイバーの使用を介してブレーキライニン
グを強化することにある。

結合剤の強度は、組成物中のゴムをイオウによって加硫
することによっても増大され、強度全体として、ブレー
キ操作時にうける動的負荷に充分に耐えうるちのとなる
。

これら目的及び利点は、図面を参照して述べる下記の記
載により明らかになるであろう。

発明の詳細 な説明により開発された組成物を評価すめため、ベース
ライン組成物として、現在では顧客からの需要が停止し
ている石綿強化剤を含有する代表的な組成を選択した。

このベースライン組成物を、後述の表において組成物Ｘ
として示す。

組成物Ｘの成分をミキサに入れ、各成分を均質に分散さ
せた後、混合物の一部を型に入れてブレーキライニング
を調製した。その後、このブレーキライニングを炉に入
れ、樹脂を硬化させ、各成分を一定の関係で保持するた
めのマトリックスを形成させた。

組成物Ｘにおける石綿ファイバーを排除し、その代りに
、長さ３　−　１５ｘｉの鋼ファイバーを添加して組成
物Ａを調製した。表かられかるように、組成物Ａは炭素
質物質、摩擦調節剤、充填剤及び結合剤を含有する。こ
の結合剤はゴム及びフエノール系樹脂の両者を含有する
。イ才つをゴムの約２０重量％の量で添加してゴムを加
硫し、水酸化カルシウムを添加することにより樹脂を変
質させる。

各成分を均質に混合した後、一部を取出し、型に入れて
ブレーキライニングを調製した。水酸化カルシウムによ
る変性を介して樹脂を硬化させて樹月旨マトリックスと
し、これ（こより、ブレーキパッドの物理的強度を高め
た。シリカ及び酸化マグネシウムの夾雑物は摩擦係数を
高め、白亜は摩擦安定性を増大させる。ブレーキパッド
と対応するマツチング表面との間における摩耗を最小の
ものとするため、グラファイト、カーボン、コークス又
はこれらの組合せを潤滑のために添加する。

組成物Ｘ及びＡのブレーキパッドを、フォード社製の自
動車Ｔｏｐａｚで使用される後輪ブレーキに相当する形
状に成形した。このブレーキはドラム径２０ｃ肩（８イ
ンチ）及び耐用荷重２６ｎ９（５７ｕ！ｂ）を有する。

組成物Ｘ及びＡで調製したブレーキライニングの効率を
測定するため、自動車を２．０、５．９及び９．８Ｎ／
　５ｅａ２（６，４、１９，２及び３２．０ｆｔ／　ｓ
ｅａ”）で減速させるにめに必要なトルクを算定した。

この分析では、トルクは、ライン圧力とホイールシリン
ダの面積の積に対する平均トルクの比として定義される
。トルクの値が大きいほど、より効果的なライニング材
であることを示す。停止操作間のトルクの変化は、摩擦
ライニングにおける変化を表わし、ライニングがフェー
ドするにつれ、トルクが低下する。車速４８及び９７に
＋＋＋／ｈｒ　（３０及び６０ｍｐｈ）に関し、初期ブ
レーキ温度−１８，３８及び９３°Ｃ（０，１００及び
２００′Ｆ）におけるライニングのプレバニシ（ｐｒｅ
　−ｂｕｒｎｉｓｈ）、ボスドパニジ（ｐｏｓｔ　−ｂ
ｕｒｎｉｓｈ）及び最終効率（ｆｉｎａｌ　　ｅｆｆｅ
ｃｔｉｖｅｎｅｓｓ）をシミュレートするため１０８回
の停止操作を行なった。

第１図はブレバニシ条件下における自動車の停止操作に
関して求めたトルクファクターを示すものであり、第２
図はボスドパニジ条件下における自動車の停止操作に関
して求めたトルクファクターを示すものであり、第３図
は最終効率条件下における自動車の停止操作に関して求
めたトルクファクターを示すものであり、これらのトル
クファクターはいずれも組成物Ｘに係るものである。　
計１０８回の停止操作の結果、組成物Ｘは平均トルクフ
ァクター９．ＩＯ２、最小トルクファクター５．４２２
及び最高トルクファクター１３．２６２を有していた。

この最小〜及び最大トルクファクターはブレーキの最良
及び最悪条件を求めるために使用できる。いかなるブレ
ーキライニングを使用して、いかなるテストを行なう場
合にも、いつかは効率が標準偏差によって定義される範
囲の外に逸脱することがある。トルクファクター範囲５
．４２２ないし１３．２６２について、統計的には、標
準偏差が１．９６６であることがわかる。標準偏差の重
要な分岐は、偏差が小さくなればなるほど、被テストブ
レーキライニングの摩擦安定性が大きくなることである
。理想的なプレーキソステムは、ロックアツプを生ずる
ことなく円滑に作動し、リアライニングのトルクファク
ターが（平均トルクファクター士漂準偏差）で定義され
る範囲の値となるように作用する構成部材でなる。

組成物Ｘに係るテストはブレバニノ、ボスドパニジ及び
最終効率に分けたため、各区分について統計的分析を行
なった。

プレバニシ区分については、平均トルクファクターは１
０．４８５であり、最小は５．４２２　、最大は１３．
２６２である。従って、標準偏差は１．３１３であり、
第１図中、ライン２０及び２２で示される範囲となる。

ボスドパニジ区分については、平均トルクファクターは
９．３８１であり、最小は６，７５２、最大は１１．９
１９である。標準偏差は１．６１３となり、第２図中、
ライン２４及び２６で示される範囲となる。

最終効率区分については、平均トルクファクターは７．
４４４であり、最小は５．８１６　、最大は８．８４４
である。標準偏差は０．９７６となり、第３図中、ライ
ン２８及び３０で示される範囲となる。

組成物Ｘに関する全テストについての平均トルクを各区
分の平均トルクと比較すると、ライニングの効率が、組
成物Ｘに関しブレバニンから最終効率までテストを進め
ていくにつれて低下することがあきらかである。トルク
ファクターの標準偏差は、組成物Ｘについてのテストの
進行につれて減少する。この減少は、組成物Ｘの初期ブ
レーキ温度及びライン圧力に関する感度が低下すること
を表わしている。

組成物Ａで調製した摩擦ライニングを組成物Ｘと同様に
１０８回の停止操作に供した。ブレバニシに関する３６
回の停止操作の結果を第４図に、ボスドパニジに関する
３６回の停止操作の結果を第５図に、最終効率に関する
３６回の停止操作の結果を第６図に示す。　１０８回の
停止操作に関する平均トルクファクターは６．３１９で
あり、最小４．６９５及び最大８．４５７である。標準
偏差は０．８５７となる。

このテストの各区分では、プレバニシに関する平均トル
クは６．７１２であり、最小４．７９７及び最大７．９
５６である。標準偏差は０．８６８となり、第４図中、
ライン３２及び３４で示される範囲となる。

ボスドパニジに関しては、平均トルクは６．９８４であ
り、最小４．６９５及び及び最大８．２４４である。標
準偏差は０．８８８となり、第５図中、ライン３６及び
３８で示される範囲となる。最終効率に関しては、平均
トルクは６，７８１であり、最小４．１１１２１及び最
大３．４５７である。標準偏差は０．８７７となり、第
６図中、ライン４０及び４２で示される範囲となる。

テスト全体の平均トルクファクターと各区分のトルクフ
ァクターとを比較すると、平均５％の範囲内にあること
が理解される。これは、組成物Ａの摩擦ライニングがテ
ストを全体にわたり実質的に同じ効率を有することを表
わしている。さらに、標準偏差の算定（相対的に一定）
に反映している。

多くの自動車のパーキングブレーキは後輪ホイールにの
み結合されるため、組成物Ｘ及びＡについての静的摩擦
分析を行なった。この分析では、自動車をスロープに支
持するための最小支持トルクを測定した。第７図中、曲
線４４及び４８は組成物Ｘに関する支持トルクを示す。

なお、曲線４４は前下りの傾斜の場合を示し、曲線４８
は前上りの傾斜の場合を示す。第９図の曲線４６及び５
０は組成物Ａによる静的摩擦に係る。第７図及び第９図
から、組成物Ａはより大きい静的摩擦を生じ、従って同
じ条件下では、より大きい傾きの傾斜に自動車を支持し
うる。

自動車はブレーキライニングが湿った状態（たとえば水
たまりを通過した後の状態）で運転されることがある。

このため、組成物Ｘ及びＡについて、水付着時の回復テ
ストを実施した。このテストにあたり、数回の停止操作
を行なってベースラ二 インを確立し、ついでブレーキライニングを水中に浸漬
し、その後、テストを再開した。トルクファクターが確
立されたベースラインと等しくなった時を、回復が完了
された時とみなした。第８図の曲線５４及び５６は組成
物Ｘに関するベースライン及び水付着時の回復を示し、
曲線５８及び６０は組成物Ａに関するベースライン及び
水付着時の回復を示す。組成物Ｘでは４回目の停止操作
でベースライントルクファクターに回復するのに対し、
組成物Ａでは約７回の停止後に回復されることがわかる
。

顧客にとってみれば、ブレーキライニングの摩耗は１つ
のライニングを他のライニングから選別して採用する際
の重要なファクターの１つである。

テスト開始前に、組成物Ｘのブレーキライニングの厚さ
をプライマリ−シュー及びセカンダリ−シュー用のブレ
ーキライニングの異なる７ケ所で測定する。プライマリ
−シューについての組成物Ｘ（０，０００８５８インチ
）であった。組成物Ａに関する平均摩耗は、プライマリ
−シューにおいて０．００３７５７ｃｍ（０，００１４
７９インチ）であり、セカンダリ−シューにおいてはＯ
，０Ｑ１８５２ｃｘ（０，０００７２９インチ）であっ
た。

１０８回の停止操作後における組成物Ｘの目視検査では
、１つのリベット孔に近接していくつかの亀裂を有する
平滑な表面層が観察され、一方、相当するドラムはその
表面がざらついており、いくらか摩損が見られた。

組成物Ａの目視検査では１０８回の停止操作後、磨かれ
た表面（わずかに粉末が付着し、わずかな摩損がある）
を示し、相当するドラムも磨かれており、ヴオータース
ポットがあり、わずかに摩損し、若干粉末が付着してい
た。

上記テストから、組成物Ａは組成物Ｘの代用物として充
分に許容されるものであることが明白である。

組成物Ａをさらに評価するため、後述の表に示す一連の
組成物Ｂ−Ｌを調製し、ライニングに成形し自動車に装
着してテストに供した。組成物Ｂ−しについて、ブレー
キ操作中に発生するノイズに関して評価した（ノイズは
、摩擦安定性及び摩耗に関する問題の次に、許容される
ライニングについて検討されるべき問題である）。組成
物Ｂ−しは組成物Ａをベースとするもので、ノイズを低
減するための物質が添加されている。

組成物Ｂは、液状樹脂を排除して乾燥樹脂を増量し、充
填剤（白亜）を減少させ、摩擦調節剤（シリカ）を増量
し、水酸化カルシウムを増量している点で組成物Ａと相
違する。水酸化カルシウムはフェノール系樹脂と反応し
て、得られるブレーキライニングの物理的強度を提供す
る。このテストでは、許容されないノイズは発生しなか
った。組成物Ｂの低ノイズレベルは、この組成において
水酸化カルシウムが高レベルで存在することによるもの
である。

組成物Ｃは、シリカが除去され、他の成分が相発生しな
いが、摩擦レベル又は効率はシリカを完全に除去した結
果低減されたものと思われる。

組成物りは組成物Ｃと類似するもので、シリカよりもむ
しろ、酸化マグネシウムを組成物Ａから除去し、残りの
成分を相対的に増量させたものである。組成物りはテス
ト時ノイズを発生した。この結果、組成物りに存在する
シリカがノイズの発生に関与するものと考えられる。

組成物Ｅでは、組成物Ａからシリカ及び酸化マグネシウ
ムを排除し、残りの成分を相対的に増量している。自動
車に装着して行なったテストでは、組成物Ｅはノイズ評
価の終了前に亀裂のため破損した。

組成物Ｆでは、組成物Ａのシリカ及び酸化マグネシウム
が半分に減量され、他の成分が相対的に羞 増量されている。自動車に装＼して行なったテストでは
、その大部分の期間で問題となるノイズは発生せず、許
容されうるちのである。

組成物Ｇでは、シリカ及び水酸化カルシウムを物Ｇのノ
イズレベルは許容され得ないものであった。

組成物Ｈでは、シリカ及び〜酸化マグネシウムを除去し
、グラファイトを増量し、水酸化カルシウムを除去して
いる。組成物Ｈを自動車に装着した場合、テスト中、ノ
イズが検知された。

組成物！では、シリカ、へ酸化マグネシウム及び水酸化
カルシウムを除去し、残りの成分を相対的に増量してい
る。組成物■を自動車に装着した際、プライマリ−シュ
ー及びセカンダリ−シューの間の温度のアンバランスが
大きいため、テストを中止した。

組成物Ｊでは、充填剤（白亜）を低減し、グラファイト
及び水酸化カルシウム及び鋼ファイバーの含量を高めて
いる。組成物Ｊを自動車に装着してテストした際、きわ
めてわずかのノイズが検知された。ノイズの低減に関し
ては、組成中の樹脂と反応して堅牢な構造を提供する水
酸化カルシウムの７ゲ 含量が高いことが重要なファミーであると考えられる。

組成物Ａに対する充填剤の効果を評価するため、コーク
ス及びカーボンを添加することによって炭素質成分を増
大させ、水酸化カルシウムを除去し、残りの成分を相対
的に増量させて組成物Ｋを調製した。組成物にで作製し
たブレーキライニングを自動車に装着した際、丘を走行
する間に行なった１回のブレーキ操作時を除き、このブ
レーキライニングは良好な摩擦安定性を発揮し、ノイズ
ら極めて少なかった。

鋼ファイバー、充填剤及び水酸化カルシウムに関する範
囲を定めるため、ブレーキライニングにおける各成分に
ついて合理的に予想される限度範囲で選択して組成物り
を調製した。組成物りについて自動車に装着し、充分な
強度を与えて、ノイズテストを行なった。ノイズは許容
レベル内であリ、相当するドラムは磨かれていたが、摩
損はなかった。残念なことには、組成物りについての摩
耗は許容されないものと思われる。

結論として、組成物Ａ及びその各種の変形例（結合剤が
組成物全体の４８−６０容量％、すなわち１７−２５重
量％を占める）から良好な強度が達成されるものと考え
られる。結合剤は液状樹脂、乾燥樹脂及び耐薬品性ゴム
の混合物でなり、ゴムが結合剤全体の少なくとも５０％
を占める。ゴムはその約２０重量％の量でイオウを添加
することによって硬化され、樹脂は水酸化カルシウムと
の反応によって変性されて、得られるブレーキパッドの
物理的ニｇ。

強度を改善する。ブレーキパッドの１時補強強度は、長
さ３−１５ｘｉの鋼ファイバーによって与えられる。鋼
ファイバーは混合物全体の７−１０容量％、すなわち４
０−４８重量％を占める。高温における過度の摩耗を阻
止するため、石油コークス、グラファイト、カーボン又
はこれらの組合せの如き潤滑剤を基本混合物に添加する
。潤滑剤の割合は７−３０容量％であり、好ましくは混
合物全体の６−８重量％に限定される。組成物Ａにおけ
る残りの成分（すなわち、充填剤及び摩擦調節剤、白亜
、パライト、タルク等）は摩擦レベルを所望のものとす
るよう調節されるが、摩擦安定性及び全体の性能は、充
填剤が組成全体の約２０容量又は重量％で、摩擦調節剤
、シリカ及び酸化マグネシウムが組成全体の約５容量％
又は１０重量％で存在する場合に最高である。

このように、組成物Ａと石綿含有組成物Ｘとを比較評価
することにより、組成物Ａが石綿含有摩擦ライニングの
代用物として充分に機能しうろことが明白である。

【図面の簡単な説明】

第１図はベースライン物質のプレバニシ効率を示すグラ
フ、第２図はベースライン物質のボスドパニジ効率を示
すグラフ、第３図はベースライン物質の最終効率を示す
グラフ、第４図ないし第６図は本発明による組成物のブ
レバニシ効率、ボスドパニジ効率及び最終効率をそれぞ
れ示すグラフ、第７図及び第９図はベースライン物質及
び本発明の組成物の静的摩擦を比較するグラフ及び第８
図はベースライン物質及び本発明の組成物の水付着時の
回復を比較するグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　有機成分、無機成分、摩擦調節剤及び強化用ファイ
   バーでなる成分混合物を結合剤内に保持してなる摩擦材
   料において、前記強化用ファイバーを該摩擦材料全体の
   少なくとも２５重量％の量で存在せしめると共に、該強
   化用ファイバーとして長さ３ないし１５ｍｍの鋼ファイ
   バーを使用して該摩擦材料に構造上の一体性を付与せし
   めてなる、摩擦材料。 ２　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記結
   合剤が液状樹脂、乾燥樹脂及びゴムでなるものであり、
   該結合剤を摩擦材料全体の少なくとも１７重量％の量で
   存在せしめた、摩擦材料。 ３　特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、前記結
   合剤がさらに水酸化カルシウムを摩擦材料全体の２−１
   ０重量％の量で含有してなり、水酸化カルシウムを該結
   合剤の液状及び乾燥樹脂と反応させて摩擦材料の構造上
   の一体性を高めてなる、摩擦材料。 ４　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記摩
   擦調節剤が酸化マグネシウム及びシリカでなるものであ
   り、摩擦材料全体の２−１０重量％の量で存在させて、
   摩擦材料の通常の使用期間中、安定した摩擦係数を与え
   るようにした、摩擦材料。 ５　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、他の材
   料との係合を繰返した後でも変化することなく平均的摩
   擦係数を示すものである、摩擦材料。 ６　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、前記鋼
   ファイバーを該摩擦材料の少なくとも４０重量％の量で
   存在せしめてなる、摩擦材料。 ７　特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、鋼ファ
   イバー２５−４８重量％、ゴム８−１２重量％、炭素質
   物質２−１６重量％、白亜又は硫酸バリウム６−２２重
   量％、酸化マグネシウム又はシリカ２−１０重量％、水
   酸化カルシウム２−１０重量％、フェノール系樹脂９−
   １３重量％、ヘキサメチレンテトラミン（フェノール系
   樹脂の硬化を補助する）前記フェノール系樹脂の１５重
   量％以下、及びイオウ（ゴムを加硫する）前記ゴムの３
   ０重量％以下でなり、前記水酸化カルシウムをフェノー
   ル系樹脂と反応させて、鋼ファイバー、炭素質物質、白
   亜又は硫酸バリウム、及び酸化マグネシウム又はシリカ
   を保持するためにゴム及び樹脂を硬化させる際に生成す
   るマトリックスの強度を改善させ、前記鋼ファイバーに
   より摩擦材料に対して構造上の一体性を付与して、摩擦
   材料の使用期間中、安定した摩擦係数を与えるようにし
   た、摩擦材料。