JPH03181628A

JPH03181628A - ブレーキ用摩擦材

Info

Publication number: JPH03181628A
Application number: JP18549190A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Yamashita; 幸典山下; Mitsuhiko Nakagawa; 中川　光彦; Masanori Ibuki; 伊吹　正紀; Hironari Kishimoto; 裕也岸本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-09-18
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1991-08-07
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: CA2024906C; EP0418756A3; EP0418756A2; JP2874296B2; CA2024906A1

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、自動車などの車両または産業用機械の摩擦式
ブレーキの摩擦材に関し、特に低周波のブレーキノイズ
の発生を防止し得るブレーキ用摩擦材に関するものであ
る。

［従来の技術］従来、自動車などのブレーキの摩擦材としてはアスベス
トを主成分とするアスベスト系の摩擦材が用いられてき
た。しかし、近年アスベストの人体への影響が懸念され
るようになり、アスベストを用いないいわゆるアスベス
トフリーの摩擦材が開発されてきた。

すなわち、アスベストフリーの摩擦材としてスチール短
繊維を用いたセミメタリック系の摩擦材が実用化されて
いる。セミメタリック系の摩擦材の性能上の特徴は、耐
摩耗性、耐フエード性に優れていることである。しかし
ながら、このセミメタリック系の摩擦材は、高温制動時
に発火する問題があり、また、摩擦材中に含まれるスチ
ール短繊維が相手ロータの大きな摩耗を引起こす問題が
ある。したがって、現在、アスベストフリー摩擦材とし
ては、スチール繊維を含まないノンスチール系の摩擦材
の開発が要求されるようになった。

［発明が解決しようとする課題］ノンスチール系摩擦材は、セミメタリック系摩擦材で生
じる高温制動時の発火や相手ロータの摩耗の問題を解決
することができる。しかしながら、従来のアスベスト系
摩擦材に比べて、ＩＫＨｚ以下の低周波のブレーキノイ
ズが発生しやすく、場合によってはブレーキ制動時に車
体の振動を伴うことがあって運転者や搭乗者に不快感を
与えるという新たな問題が生じた。

したがって、この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ブレーキ制動時に低周波のブレ
ーキノイズを発生することのないブレーキ用摩擦材を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明によるブレーキ用摩擦材は、金属繊維またはア
ラミド繊維あるいは両者を基材の１つとして、この基材
に充填材を加え結合剤を用いて成形したものであり、金
属繊維としては、銅繊維または銅合金繊維の少なくとも
いずれか一方からなる。また、充填材としては平面網状
結晶構造を有する無機物のうちから選ばれた工または２
以上の材料が用いられる。なお、アスベストは除外され
る。平面網状結晶構造を有する無機物とは、ＳｉＯ４基
酸、５ｉ０４の重合酸基、５ｉ０４とＡｔＯ４との共重
合酸基とを骨格としこれに陽イオンが結合した形の硅酸
基が、２次平面網状に発達した結晶構造を持つものをい
う。より詳細な解説は、社団法人窯業協会編集の窯業工
学ハンドブックの第１１頁〜第１８頁に記載されている
。また、これらの結晶構造に類似した結晶構造を有する
ものでもよい。これらの物質は、結晶が平面状に発達し
、層状になっており、これらの層間は弱いファンデワー
ルス力で結合しており、層間の滑り現象がある。

また、平面網状結晶構造を有する無機物としては雲母、
タルク、バーミキュライト、水酸化アルミニウム、水酸
化マグネシウム、蝋石、カオリン、緑泥石、絹雲母、水
酸化鉄、モンモリロナイトなどが用いられる。

［発明の作用効果］ＩＫＨｚ以下の低周波のブレーキノイズは、相手ロータ
とブレーキ用摩擦材との間で発生するいわゆるスティッ
クスリップ現象が原因であると考えられている。

一般に、スティックスリップ現象は静止摩擦係数が大き
く動摩擦係数が小さい摩擦材はど起こりやすいと考えら
れている。従来のアスベスト系摩擦材は静止摩擦係数が
小さく、動摩擦係数との比が小さいものであった。した
がって、実際の自動車にアスベスト系摩擦材を装着し、
ブレーキノイズ実験を行なうと、低周波のブレーキノイ
ズは発生しにくかった。

これに対し、ロースチール系あるいはノンスチール系の
摩擦材は、静止摩擦係数が大きく、その結果、動摩擦係
数との摩擦係数の比が大きいものであった。したがって
、実際のブレーキノイズ実験においても低周波のブレー
キノイズが発生しやすいという前述の問題が発生した。

本発明のブレーキ用摩擦材は、基材として銅繊維あるい
は銅合金繊維のいずれかまたは両者を用い、あるいは、
アラミド繊維または銅系金属繊維あるいは銅合金繊維と
アラミド繊維の両者を用い、充填材として平面網状結晶
構造を有する無機物を用いている。種々の実験の結果、
平面網状硅酸基あるいはそれに類似の結晶構造をもつ無
機物が摩擦材の静止摩擦係数を小さくするのに有効であ
ることが判明した。そして、さらに上記の無機物のいく
つかを組合せることによりさらに摩擦材の静止摩擦係数
を小さくでき低周波のブレーキノイズを防止するのに有
効であることが判明した。

本発明の摩擦材は低周波のブレーキノイズの発生を押え
、ブレーキ制動時の不快感をなくすとともに、良好な耐
フエード性および耐摩耗性をも兼備えている。さらに、
従来のスチール繊維を用いた摩擦材で問題になっていた
相手ロータの摩耗問題も同時に解消することができる。

［実施例］ブレーキ用摩擦材の性能試験のために、アスベスト摩擦
材とアスベストフリー摩擦材（本発明品）を製造して性
能試験を行なった。各摩擦材の成分配合を表１−１〜表
１−４および表２に示す。表１−１ないし表１−４にお
いて、実施例Ａｌ−Ａ７は充填材として白雲母のみを用
いた摩擦材のグループを示し、実施例８１〜Ｂ６は充填
材としてタルクのみを用いた場合、実施例Ｃ１〜Ｃ１１
は表中に示される無機物の各々を単独で用いた場合を示
し、さらに実施例Ｄｉ−Ｄ２３は充填材として種々の無
機物を組合せた場合の摩擦材の成分配合を示している。

また表２は比較のために製造された摩擦材の成分配合を
示している。

各摩擦材は、表中に示される配合の原料を混合し、熱成
形し、さらに摩擦材中のバインダレジンを硬化させて製
造した。

混合プロセスは、高速回転できるチョッパをもったミキ
サを用いて行われた。

また、熱成形プロセスは、１６０℃に加熱した金型の中
に所定量の混合された原料を投入し、適当なタイミング
で圧抜きを行ない原料から発生するガスを金型の外へ出
すようにした。圧力は、この圧抜き以外は一定に制御し
、加圧時間を１０分間とした。この圧力は成形した摩擦
材が計算上１０％の気孔を有する様に定められた。なお
、摩擦材の気孔率の計算は、下式に示す摩擦材の真密度
とみかけ密度との差により算出した。

（真密度）＝（みかけ密度）／（１００−気孔率）／１
００摩擦材の真密度は、ピグノメータのようなガス置換方式
で各原料の真密度を測定しておき、配合表に従って、摩
擦材の真密度を計算した。また、みかけ密度は、摩擦材
の重量と外径寸法による体積測定により求めた。

硬化プロセスは２３０℃で３時間行なった。

以上の製造プロセスを経て表１−１〜４、表２に示す４
７材質の摩擦材を製作した。製造された摩擦材は、外観
検査を行ない摩擦材部材の亀裂の有無をチエツクした。

外観検査の結果、実施例Ａ６、Ｄ１８、Ｄ１９の摩擦材
に亀裂があった。この亀裂を解消するために熱成形の条
件を種々変更したが、亀裂のないものを得ることはでき
なかった。

以下余白％のもの。

次に、実施例Ａ１〜Ａ５、Ａ７、Ｂｌ−Ｂ６および比較
例１〜４の摩擦材についてその静止摩擦係数μ３と動摩
擦係数μｄとを計測した。計測は、相手ロータの温度を
５０℃にして摩擦材を相手ロータに面圧１０Ｋｇ／ｃｌ
ｎ２で押付けて行なった。

この測定結果を表３に示す。表３には静止摩擦係数と、
静止摩擦係数と動摩擦係数との比Ｒとが示されている。

測定結果より、比較例２〜４および実施例Ａ４の摩擦材
は摩擦係数の比Ｒが他のものに比べて大きかった。また
、逆に摩擦材の中に雲母またはタルクを添加した摩擦材
（実施例Ａｌ、Ａ２、Ａ５、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ５）とアス
ベストを添加した摩擦材（比較例１）の静止摩擦係数μ
。

の値が小さく、また摩擦係数の比Ｒも同様に小さいこと
が判明した。

以下余白表３各種摩擦材の摩擦係数計測結果その後、実際に車両（２０００ｃｃ）の乗用車を用いて
ブレーキノイズの試験を行なった。ブレーキの制動スケ
ジュールを表４に示す。

表４　ブレーキノイズ試験の制動スケジュール（注）制
動試験の条件は各減速度と各制動開始前温度との組合せ
で実施した。

制動中のブレーキノイズは、振動ピックアップを用いて
計測し、振動はバンドパスフィルタにより２０Ｈｚ〜Ｉ
ＫＨｚに分離して計測した。そして、ある−窓以上の振
動が発生した場合にブレーキノイズが発生したとカウン
トし、試験制動中に発生したブレーキノイズを低周波の
ものと一般のブレーキノイズとに分離して低周波のブレ
ーキノイズの発生率を計算した。この結果を表５−１〜
５−４および表６に示す。表５−１および表５２と表３
との比較により、ブレーキ摩擦材の摩擦係数の比Ｒの値
と低周波のブレーキノイズ発生率とが比例関係にあるこ
とがわかる。すなわち、摩擦材の摩擦係数の比Ｒが小さ
いほどブレーキノイズの発生率が小さいことが判明した
。

［以下余白］また、表５−１〜５−４と表６との比較により、以下の
ことが判明した。

充填材として雲母を用いた場合（実施例Ａ１〜Ａ７）、
タルクを用いた場合（実施例Ｂ１〜Ｂ７）およびその他
の無機物を用いた場合（Ｃ１〜Ｃ１１）のいずれの場合
も充填材にこれらの無機物を含まない場合（比較例２〜
５）に比べてノイズの発生率が低減されていることがわ
かる。特に、雲母を用いた場合あるいはタルクを用いた
場合にはその低減率がより顕著に現れている。なお、比
較例１．６はアスベストを使用した場合を示しており、
この場合には前述のようにブレーキノイズは発生しなか
った。さらに、雲母を用いたグループにおいて、雲母の
含有量が低い場合（実施例Ａ４）は、他の実施例に比べ
てブレーキノイズの発生率がやや高く、またタルクの場
合も同様にその含有量が少ない場合（実施例Ｂ４）には
ブレーキノイズの発生率が高いことがわかる。また実施
例Ａ５およびＢ５は金属繊維として銅繊維あるいは銅合
金繊維に加えてさらにスチール繊維を添加した例である
。この場合にもスチール繊維を添加しないものに比べて
低周波ブレーキノイズの発生率がやや高いことがわかる
。

上記のブレーキ用摩擦材の性能試験の結果より以下のこ
とが判明した。

■　摩擦材中に含まれる銅繊維あるいは銅合金繊維は、
３〜４０容積％の範囲が望ましい。

■　摩擦材中に含まれる白雲母は、１０容積％〜４０容
積％の範囲、さらには１５〜３５容積％の範囲が望まし
い。１０容積％以下の添加量では低周波のブレーキノイ
ズの発生抑制効果が薄く、逆に４０容積％以上の添加量
では摩擦材の熱成形が困難になる。

また、同様にタルクの場合には摩擦材中に３容積％〜４
０容積％の範囲で、さらには５〜３０容積％の範囲で含
まれることが望ましい。３容積％以下の添加量では低周
波のブレーキノイズの発生抑制効果が薄く、逆に３０容
積％以上の添加量ては摩擦材の熱成形が困難になる。

■　銅繊維あるいは銅合金繊維はアスペクト比２０以上
で、かつ繊維径２００μｍ以下のものが望ましい。

■　雲母としては、天然に算出される硅酸アルミニウム
系の鉱産物で、マスコバイト、フロゴバイト、スジライ
ト、バイオタイトなどで襞間性をもった鱗片状のものが
よい。

■　雲母の粒径は、３５０メツシユより大きくかつ１０
メツシユより小さいものが雲母全体の５０％以上あるこ
とが望ましい。すなわち、粒径が１０メツシユより大き
いものは摩擦材の成形性を著しく低下させ、また５００
メツシユより小さいものは、低周波のブレーキノイズ抑
制に効果が少ない。

Ｄ２３）この場合には、表６および表５−１〜５−３との比較に
よりブレーキノイズ発生率がさらに低減し、はぼ０とな
ることが明らかとなる。

なお、蝋石としてはパイロフィラト、カオリン、絹雲母
のいずれかを主成分とする天然に産出する鉱産物である
。また、カオリンとしてはカオリナイトと呼ばれるもの
が用いられる。

実施例Ｄ１８．Ｄ１９の摩擦材は、前述のとおり摩擦材
の形状に成形するのが難しい。これは雲母やバーミキュ
ライトを多量に用いると結合剤の結合力が不足するため
で、結合剤の添加量を大幅に増加すると摩擦材として許
容される結合剤量を越え、摩擦材として成立しない。し
たがって、雲母、バーミキュライトの使用上限は３０容
積％となる。また、これらの添加量が少ないと低周波の
ブレーキノイズの抑制効果が少ない。

さらに、実施例Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ８、Ｄｌｏ
、Ｄ１２および実施例Ｃ５についてフェード試験を行な
った。フェード現象とは、ブレーキを連続して使用する
などして急激な温度上昇を起こさせるとブレーキの効き
が低下する現象である。

フェード試験の制動スケジュールを表７に示す。

表７フェード試験の制動スケジュール試験は、ＪＡＳＯＣ４０６−８２に準じて２０００ｃｃ
の乗用車をシミュレートするダイナモメータでテストし
た。慣性モーメントは５ｋｇ・ｍ−８２、ブレーキディ
スクは現物を使用した。

フェード試験の１０制動のうち最も摩擦係数の小さい値
を抜き出し、その結果を表８に示す。表８かられかるよ
うに、タルクが４０容積％添加されている実施例Ｄ９、
Ｍｇ（ＯＨ）２を３０容積％添加している実施例Ｃ５の
フェードの最小摩擦係数が他の実施例と比べて小さいこ
とがわかる。

表８フェード試験結果２および実施例Ｃ３、Ｃ５について摩耗試験を実施した
。試験条件を表９に示す。慣性モーメントは４ｋｇ−ｍ
−８２、ブレーキディスクは現物を使用した。

［以下余白］表９摩耗試験条件摩耗試験の結果を表■０に示す。表１０かられかるよう
に、Ｍｇ　（ＯＨ）２が３０容積％添加されている実施
例Ｃ５を、Ａ見（ＯＨ）３が３５容積％添加されている
実施例Ｄ２２のパッド摩耗量が他の比べて大きいことが
わかる。

表１０　　摩耗試験結果さらに実施例Ｄ１、Ｄ４、Ｄ６、Ｄ２０および比較例６
について相手ロータの攻撃性試験を実施した。試験条件
を表１１に示す。慣性モーメントは４ｋｇ−ｍ−８２、
ブレーキディスクは現物を使用した。

表１１　相手ロータ攻撃性試験条件試験結果を表１２に示す。表土２よりわかるように基材
としてスチール繊維を多く含んだ実施例Ｄ２０は他の実
施例に比べてロータの摩耗量が多いことが判明する。こ
れは、スチール繊維の硬さに起因するもので、粉粒体の
場合も同様である。

したがって、スチールを含まないものが好ましい。

また、実施例Ｄ２２は水酸化アルミニウムを多量に添加
した例である。この場合にはパッド摩耗量が増大してい
る。このため、水酸化アルミニウムの使用上限は３０容
積％となる。また、低周波ブレーキノイズの抑制のため
には３容積％以上の添加が好ましい。

表１２　相手ロータ摩耗量以上のようなブレーキ摩擦材の性能試験より以下のこと
が判明した。

■　摩擦材中に含まれる銅あるいは銅合金繊維は２〜２
０容積％の範囲が望ましい。

■　摩擦材中に含まれる雲母は４〜３０容積％の範囲が
望ましい。４容積％未満の添加量では低周波ブレーキノ
イズの発生抑制効果が薄く、逆に３０容積％をこえる添
加量では摩擦材の成形が困難になる。より好ましくは５
〜２５容積％である。

■　摩擦材中に含まれるタルク、モンモリロナイト、水
酸化鉄は２〜２５容積％の範囲が望ましい。２容積％未
満の添加量では低周波のブレーキノイズ発生抑制効果が
薄く、逆に２５容積％をこえる添加量では耐フエード性
が悪化する。より好ましくは２〜２０容積％の範囲が望
ましい。

■　摩擦材中に含まれる水酸化アルミニウムは、３〜３
０容積％の範囲が望ましい。３容積％未満の添加量では
低周波のブレーキノイズ発生抑制効果が薄く、逆に３０
容積％をこえる添加量では耐摩耗性が悪化する。より好
ましくは５〜２５容積％である。

■　雲母の粒径は４４μｍより大きくかつ８４０μｍよ
り小さいものが望ましい。粒径が８４０μｍより大きい
ものは摩擦材の成形性を著しく低下させ、また４４μｍ
よりも小さいものは低周波のブレーキノイズの抑制効果
が少ない。

■　バーミキュライトの粒径は４４μｍよりも太きく、
１．７ｍｍより小さいものが望ましい。

粒径が１．７ｍｍよりも小さいものは、摩擦材の成形性
が著しく悪化し、また４４μｍよりも小さいものは低周
波ブレーキノイズの抑制効果が少ない。

■　雲母とタルクを併用するときは雲母／タルクの比が
１／４〜１２の範囲が好ましい。

■　雲母と水酸化アルミニウムを併用するときは雲母／
水酸化アルミニウムの比が１／３〜５の範囲が好ましい
。

■　摩擦材中に含まれる水酸化マグネシウムは３〜２５
容積％の範囲が望ましい。３容積％未満の添加量では低
周波のブレーキノイズ発生抑制効果が薄く、逆に２５容
積％をこえる添加量では耐摩耗性が悪化する。より好ま
しくは５〜２０容積％である。

■　摩擦材中に含まれるカオリンは、３〜３０容積％の
範囲が望ましい。３容積％未満の添加量では低周波のブ
レーキノイズ発生抑制効果が薄く、逆に３０容積％をこ
える添加量では相手ロータを著しく摩耗させる。より好
ましくは５〜２５容積％である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属繊維を基材の１つとし、この基材に充填材を
加え結合剤を用いて成形したブレーキ用摩擦材において
、前記金属繊維は、銅繊維または銅合金繊維の少なくとも
いずれか一方からなり、平面網状結晶構造を有する無機物のうち、アスベストを
除いて１または２以上の材料を充填材として用いたこと
を特徴とする、ブレーキ用摩擦材。
（２）前記充填材として、雲母、タルク、バーミキュラ
イト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、蝋石
、カオリン、緑泥石、絹雲母、水酸化鉄、モンモリロナ
イトのうち１または２以上の材料を用いたことを特徴と
する、請求項１記載のブレーキ用摩擦材。
（３）前記充填材として雲母のみを１０〜４０容積％含
む、請求項１記載のブレーキ用摩擦材。
（４）前記充填材として、タルクのみを３〜４０容積％
含む、請求項１記載のブレーキ用摩擦材。
（５）前記充填材として、雲母、タルク、バーミキュラ
イト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、蝋石
、カオリン、緑泥石、絹雲母のうち２以上の材料を用い
たことを特徴とする、請求項１記載のブレーキ用摩擦材
。
（６）前記充填材は、該ブレーキ摩擦材中に６〜５０容
積％含まれる、請求項５記載のブレーキ用摩擦材。
（７）アラミド繊維を基材の１つとし、この基材に充填
材を加え結合剤を用いて成形したブレーキ用摩擦材にお
いて、平面網状結晶構造を有する無機物のうち、アスベストを
除いて１または２以上の材料を充填材として用いたこと
を特徴とする、ブレーキ用摩擦材。
（８）前記充填材として、雲母、タルク、バーミキュラ
イト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、蝋石
、カオリン、緑泥石、絹雲母のうち１または２以上の材
料を用いたことを特徴とする、請求項７記載のブレーキ
用摩擦材。
（９）前記充填材として雲母のみを１０〜４０容積％含
む、請求項７記載のブレーキ用摩擦材。
（１０）前記充填材として、タルクのみを３〜４０容積
％含む、請求項７記載のブレーキ用摩擦材。
（１１）前記充填材として、雲母、タルク、バーミキュ
ライト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、蝋
石、カオリン、緑泥石、絹雲母のうち２以上の材料を用
いたことを特徴とする、請求項７記載のブレーキ用摩擦
材。
（１２）前記充填材は、該ブレーキ摩擦材中に６〜５０
容積％含まれる、請求項１１記載のブレーキ用摩擦材。