JPH05163368A - 摩擦材の製造法及び該製造法で製造した摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高温高負荷の条件下でも高いバースト強度及
び安定した摩擦特性を有する摩擦材の製造法及び該製造
法で製造した摩擦材を提供する。 【構成】 繊維状物質の基材、摩擦調整剤及び結合剤か
らなる摩擦材を製造する方法において、シート状の繊維
基材に摩擦調整剤と結合剤とを混合した混和物を塗布又
は含浸後、該シート状の繊維基材を乾燥して環状に巻き
上げるか又は環状に巻き上げてから乾燥して、シート状
の繊維基材（乾燥品）の真密度の０．５倍以上の見掛密
度を有する予備成形品を得、次いでこれを成形及び熱処
理する摩擦材の製造法及び該製造法で製造した摩擦材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の動力伝達、制
動等に用いられる摩擦材の製造法及び該製造法で製造し
た摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車に用いる摩擦材としては、一般に
ブレーキライニング、ディスクパッド及びクラッチフェ
ーシングがある。これらは従来、石綿（アスベスト）を
基材として使用していたが、アスベスト公害の問題から
非アスベスト系摩擦材の開発が望まれている。また、自
動車エンジンの性能向上に伴い摩擦材の摩擦特性（摩擦
係数、摩耗率）、機械特性の向上が望まれている。更に
最近は使用条件が苛酷になり高温時の高速回転強度も要
求されるようになってきている。現在、石綿基材の代替
材として、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊
維、ロックウール、セラミック繊維、各種のスチールフ
ァイバー等を使用した摩擦材が開発され、一部で使用さ
れている。しかし、これらの基材は従来の石綿に比べて
高弾性で硬く、耐熱性が低いために、摩擦材にした場合
に種々の問題があり、上記した要求される性能を満足し
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】石綿代替材を使用し、
高温で高負荷に耐える摩擦材としては、あらかじめ摩擦
材自身を高温処理したもの（例えば、特開昭56−131846
号公報、59−113038号公報、60−145302号公報等）があ
るが、これはコスト高や機械強度の低下を伴う。特殊な
摩擦調整剤を添加したもの（例えば特開昭60−96625号
公報、60−92332号公報、62−190232号公報等）もある
が、従来の結合剤では耐熱性と接着性が不足しているた
め、その効果を十分発揮できない。また基材に耐熱性の
高いアラミド繊維やポリイミド樹脂粉を加えたものなど
が開示されているが、基材及び摩擦調整剤を保持する結
合剤の耐熱性が充分でなく高温強度が得られない。たと
え耐熱性樹脂を結合剤として使用し摩擦材を得ようとし
ても、従来の製造方法では工業的、技術的に困難であ
る。

【０００４】更に、摩擦特性を改善するために摩擦調整
剤添加量に自由度がもてるモールド成形法で製造した摩
擦材もあるが、繊維状物質として短繊維を用いるため機
械強度に難点があり製品化はごく一部に限られている。
この方法で長繊維を用いた場合は、成形品密度を均一に
することが困難であり、このばらつきにより機械強度の
低下が著しい。以上のことから、摩擦特性と機械強度を
向上させるためには一般に摩擦メンバーと強度メンバー
に分けて、強度保持のためには現状のクラッチフェーシ
ングの裏面に薄い鋼板又はアルミニウム板等を貼り合せ
る手法を採用している（特開平２−163529号公報、特開
昭62−266239号公報、特開昭61−41022号公報又は、特
開平１−141242号公報）。その他、塗工紐の巻きパター
ンやヤーンに改善を加えたものがあるが、工業化におい
て技術的に困難である（例、特開昭62−141328号公報、
特開昭62−215134号公報又は特開昭62−266237号公
報）。

【０００５】本発明に関係の深い特許出願に特開昭55−
86820号公報、特開昭63-56534号公報、特開昭63−14013
3号公報及び特開昭63−251432号公報がある。特開昭55
−86820号公報のものは、基材のガラス繊維がフィラメ
ントであり、目付が１０００ｇ／ｍ²、厚さが２〜３mm
と厚く、また目が詰んでいるために、結合剤中に含まれ
る摩擦調整剤の粒状物が基材の内部にまで浸透せず、摩
擦係数が不安定になり易い。また、比較的多量の摩擦調
整剤を加えると、基材と摩擦調整剤との層ができ、その
層間強度が低下することからバースト強度も低下する。
特開昭63-56534号公報のものは、ガラス繊維が２〜２０
mmと長く、目付も１００ｇ／ｍ²付近で良好であるが、
フィラメントを用いているために不織布の目が詰まり、
粒状物を含む混合物が基材の内部にまで含浸し難い。強
制的に含浸するとランダムに配置した繊維が樹脂の流動
方向を向いて等方性が欠け、強度の低下や反りを生ず
る。特開昭63−140133号公報では、チョップドストラン
ドを使用し、モールド成形によりブレーキ用摩擦材を製
造している。しかし、モールド成形によって製造したク
ラッチフェーシングはバースト強度が低く、高出力車に
は適用できない。特開昭63−251432号公報のものは、基
材繊維が不織布であり、結合剤中に含まれる摩擦調整剤
の粒状物が基材の内部にまで浸透しないため不均一な構
造となり、バースト強度の向上及び反りの改善は望めな
い。

【０００６】本発明は、上記した問題を解消し、高温高
負荷の条件下でも高いバースト強度及び安定した摩擦特
性を有する摩擦材の製造法及び該製造法で製造した摩擦
材を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、繊維状物質の
基材、摩擦調整剤及び結合剤からなる摩擦材を製造する
方法において、シート状の繊維基材に摩擦調整剤と結合
剤とを混合した混和物を塗布又は含浸後、該シート状の
繊維基材を乾燥して環状に巻き上げるか又は環状に巻き
上げてから乾燥して、シート状の繊維基材（乾燥品）の
真密度の０．５倍以上の見掛密度を有する予備成形品を
得、次いでこれを成形及び熱処理する摩擦材の製造法及
び該製造法で製造した摩擦材に関する。

【０００８】本発明において繊維状物質の基材の材質と
しては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール、セラミ
ック繊維等の無機繊維、鉄線等の金属線、フェノール樹
脂繊維、芳香族ポリアミド樹脂繊維等の有機繊維などで
あり、特に制限はないが、加工の容易なこと、安価なこ
となどからガラス繊維が好ましい。シート状の繊維基材
の形態としては、マット、フェルト等の不繊布のほか、
抄造シート、撚糸ヤーン、織布等があるが、結合剤の含
浸性、結合剤及び摩擦調整剤の分散した構造の均一性、
価格等からマットが好ましい。また、例えばガラス繊維
のマットに短繊維及び金属線等を加えてもよい。また、
ここで使用されるシートの厚さに制限はないが、複数枚
を積層して強度を向上させる。

【０００９】不繊布のガラスマットを用いる場合は、そ
のマットはチョップドストランドから得られたものであ
り、ストランドは５０〜２００本のフィラメントの集合
体から形成され、ストランドの長さが２０〜１００mm
で、目付が１５０〜８００ｇ／ｍ²のものが、強度及び
かさ密度が高く、構造が均一で、摩擦特性が良く、好ま
しい。フィラメント数を８０〜１５０本、ストランド長
さ２５〜８０mm、目付３００〜５００ｇ／ｍ²にすれば
更に好ましい。ガラスマットを構成するストランドの結
束剤は、通常の有機溶媒に溶解しないポリビニルアルコ
ールが好ましく用いられる。結束剤のガラスマットへの
付着量は、ガラスマットに対して重量で１〜１５％が好
ましく、３〜１０％であれば更に好ましい。付着量が少
ないとガラスマットを形成するストランドの接着性と嵩
高さが保持できない。また付着量が多いとガラスマット
が剛直化し、後の加工に支障を生ずる。ガラスマットの
量は摩擦材中に２５〜６０重量％含有させるのが好まし
い。ガラス繊維の量が少ないと相対的に摩擦調整剤の無
機粉の量が多くなり、摩擦特性のバランスをとりにく
い。一方ガラス繊維の量が多いと摩擦調整剤の量が少な
くなり、摩擦特性の制御が困難となる。より好ましい値
は３０〜５０重量％である。

【００１０】摩擦調整剤は、メラミン樹脂硬化物、三酸
化アンチモン（Ｓb₂Ｏ₃）及び銅粉を含むものが良好な
摩擦特性を保持するために好ましい。メラミン樹脂硬化
物としては、メチル化メラミン樹脂、ベンゾグアナミン
樹脂及びメチルグアナミン樹脂の各硬化物、これらのエ
ーテル化メラミン樹脂硬化物等が使用されるが、好まし
くはメチル化メラミン樹脂の硬化物であり、粉末にして
用いる。硬化条件及び粉末粒度は特に制限がない。メラ
ミン樹脂硬化物粉末（メラミンダストと呼ぶ）の量は得
られる摩擦材中に５〜３０重量％含有させるのが好まし
い。量が少ないと安定した摩擦係数が得られず、量が多
すぎると摩耗率が大きくなる。また量が多すぎても少な
すぎても摩擦係数と耐摩耗率とのバランスがとり難い。
より好ましくは５〜２５重量％である。三酸化アンチモ
ンもメラミンダストと同様の作用を有し、摩擦材中に３
〜１０重量％含有させるのが好ましい。含有量が少ない
と摩擦係数を安定させる効果がなく、多過ぎると効果が
向上せず、密度を大きくする。銅粉は結合剤の高温フェ
ードを防止するのに有効である。銅粉は形状が鱗片状
（箔状）、粒状及び短繊維状に大別され、特に制限はな
いが、均一に分散され易い点で箔状又は粒状（電解銅粉
を含む）が好ましい。粒度は特に制限しない。銅粉の量
は結合剤の固形分に対して１〜４０重量％が好ましい。
銅粉の量が少ないと高温でのフェード現象の防止が困難
となり、多すぎると摩擦係数が大きく不安定で摩耗率も
高くなる。より好ましくは５〜３０重量％である。

【００１１】摩擦調整剤はこのほか、公知の炭酸カルシ
ウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、クレー、タル
ク、黒鉛、アルミナ、マイカ、蛍石、ジルコニア、ヘマ
タイト、マグネタイト、シリカ、硫化アンチモン、硫化
鉄、硫化モリブデン等の無機物の粉末、鉄、鉛等の金属
の粉末、カシューダスト、ゴムダスト、各種樹脂硬化物
の粉末等の有機物の粉末などが使用される。

【００１２】結合剤はフェノール樹脂が好ましく用いら
れる。その理由は耐熱性及び接着性に優れ、安価な上に
摩擦調整剤のメラミンダスト、三酸化アンチモン、銅粉
等と組合せることにより、他の熱硬化性樹脂を使用した
場合よりも摩擦特性の温度依存性を小さくできるからで
ある。フェノール樹脂の中では未変性でかつレゾール型
のものがより好ましい。またフェノール樹脂と共に耐熱
性に影響しない程度にメラミン樹脂、尿素樹脂、ポリア
ミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の熱
硬化性樹脂又は架橋性ゴムを用いてもよい。結合剤の量
は得られる摩擦材中に固形分として１０〜５０重量％含
有させるのが好ましい。結合剤の量が少ないと繊維状物
質の基材と摩擦調整剤との結合力が弱くなる。多すぎる
と摩擦係数及び摩耗率の調整が困難になる。

【００１３】摩擦材を得るには次のような方法による。
まず熱硬化性樹脂の溶液に摩擦調整剤を加えて混合した
混和物をガラスマットのようなシート状の繊維基材に塗
布又は含浸して、繊維基材に混和物を均一に付着させて
塗工シートとし、この塗工シートを環状に巻き上げた後
乾燥等により溶媒を除去して予備成形品を得るか、又は
塗工したシートを乾燥機等で乾燥して溶媒を除去したプ
リプレグシートとした後、このシートをロール状、スリ
ット状等のテープに切断して環状に巻き上げ予備成形品
を得る。この予備成形品の見掛密度がプリプレグシート
のようなシート状の繊維基材の真密度（乾燥品ベース）
の０．５倍未満では、成形品の押し代が大きすぎて環状
に巻き上げたシートが乱れるために、バースト強度が低
下する。予備成形品の見掛密度をシート状の繊維基材の
真密度の０．５倍以上にするためには、塗工シート又は
プリプレグシートを環状に巻き付ける際に、３本締め付
けロール、面圧ロール等を用いて引っ張り力を加えなが
ら巻き付ける等の方法がある。このようにして得られた
環状体を金型等に入れて熱圧成形を行い、次いで成形品
を所定の加熱条件下で熱処理して樹脂を硬化させる。

【００１４】繊維基材にガラスマットを用いた場合の混
和物の付着量は、重量でガラスマット／混和物（摩擦調
整剤＋結合剤の固形分）が３５／６５〜６５／３５が好
ましい。混和物の付着量が多すぎると機械強度が低下
し、摩耗が増大する。一方、付着量が少ないと摩擦係数
が高くなり、不安定になる。混和物を付着させる塗布又
は含浸の方法に制限はないが、繊維基材を混和物中に浸
漬含浸するか、又はナイフコータで塗布する方法が付着
量が均一で好ましい。溶媒を除去する方法も特に制限は
なく、付着した樹脂が硬化しないようにする。

【００１５】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。

【００１６】実施例１ 摩擦調整剤としてメラミン樹脂硬化物の粉末（カシュー
（株）製、メラミンダストＨ−９０４４）８重量部、三
酸化アンチモン（和光純薬工業製、化学用）６重量部、
電解銅粉（日本鉱業製、ＮO.５−２−Ｄ，４４μm以
下）２重量部、硫酸バリウム（堺化学製、ＢＣ）３重量
部、珪酸カルシウム短繊維（米国ＮＹＣＯ社製、商品名
ウォラストナイト）３重量部、カシュー変性フリクショ
ンダスト（カシュー（株）製、ＷＤ−１３５０）１重量
部及びカーボンブラック（東海カーボン製、シースト１
１６）２重量部の計２５重量部を用意した。更にゴム加
硫剤として硫黄粉（細井化学製、微粉硫黄）３重量部及
び酸化亜鉛（和光純薬工業製、化学用）０．６重量部の
計３．６重量部を用意し、前記摩擦調整剤と共にＶ型混
合機で混合して混合粉を作成した。

【００１７】一方、レゾール型フェノール樹脂（大日本
インキ化学工業製、ＴＤ−２０４０Ｃ、固形分１００
％）１５重量部及びアクリルニトリルブタジエゴム（Ｎ
ＢＲ、日本ゼオン製、Ｎippol１０４１）６．４重量部
に対し、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）６１重量部を加
えて混合溶解し、フェノール樹脂／ＮＢＲ溶液を作成し
た。この溶液に前記混合粉を投入混合して混和物（スラ
リー）を得た。

【００１８】幅３０cm×長さ６０ｍのガラスマット｛富
士ファイバーグラス製、ＦＥＭ４５０−５（フィラメン
ト数１００本、ストランド長さ５０．８mmのチョップド
ストランドから得られたもの、目付は４５０ｇ／
ｍ²）｝の５０重量部に、ポリビニルアルコール（和光
純薬工業製：重合度４００、以下ＰＶＡと呼称）の５重
量％水溶液を含浸してＰＶＡを付着させた。この含浸処
理ガラスマットを前記スラリー中に浸漬して含浸シート
とし、これを連続乾燥機で６０℃の温度で乾燥して真密
度２．２７ｇ／cm³のプリプレグシートの成形用シート
とした。次にこの成形用シートを１０mm幅のテープ状に
切断し、その長さ約３０ｍを内径１５０mmの鉄製円柱に
巻きつけて外径２２５mm、厚さ１０mmの円環状の予備成
形品を得た。このものの密度は１．１４ｇ／cm³（プリ
プレグシートの真密度の０．５倍）であった。次いでこ
の予備成形品を円柱ごと金型に充填し、１００kgｆ／cm
²の圧力で１６０℃で１５分間成形し、厚さ４．５mmの
成形体を得た。この成形体の両面をサンダーで研磨して
厚さ３．５mmとした後、１８０℃で１時間、２１０℃で
２時間、２４０℃で２時間の順に後硬化を行い、密度が
１．５５ｇ／cm³の摩擦材を得た。

【００１９】実施例２、３、４及び５ 実施例１と同様の方法で、密度（ｇ／cm³）が１．３
６、１．４８、１．６５及び２．００（プリプレグシー
トの真密度の０．６倍、０．６５倍、０．７３倍及び
０．８８倍）の予備成形品を得、以下、実施例１と同様
の方法で熱圧成形、研磨及び後硬化を行い、密度（ｇ／
cm³）が１．５５、１．６０、１．６８及び２．０５の
摩擦材を得た。

【００２０】比較例１、２及び３ 実施例１と同様の方法で密度（ｇ／cm³）が０．６８、
０．７９及び１．０２（プリプレグシートの真密度の
０．３０倍、０．３５倍及び０．４５倍）の予備成形品
を得、以下、実施例１と同様の方法により密度（ｇ／cm
³）が１．５５、１．５５及び１．５６の摩擦材を得
た。

【００２１】比較例４ 実施例１における円柱に巻きつけるテープ状シートの幅
を８mmにした以外は実施例１と全く同様にして、密度
０．６８ｇ／cm³（プリプレグシートの真密度の０．３
０倍）の予備成形品を得、以下実施例１と同様の方法に
より、密度が１．２ｇ／cm³の摩擦材を得た。

【００２２】実施例及び比較例で得られた摩擦材の円環
の一部を切りだして試験片とし、この試験片をＪＩＳ
Ｄ４４１１に定める定速度摩耗試験機に取付けて運転
し、押付け圧力５kgf／cm²で３００℃における摩耗率を
測定した。また、円環状の摩擦材を回転破壊強度試験機
に取付け、雰囲気温度２００℃で５分間２５００rpmで
回転し、次いで毎秒１００回転の速度で回転数を上昇さ
せ、破壊時の回転数を測定してバースト強度とした。こ
れらの試験結果を表１に示す。表１において摩耗率は表
中の数値に１０^-6を掛けた値（cm³／kgf-m）である。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１から明らかなように、実施例の摩擦材
は比較例のものに比べてバースト強度が大きく、かつ摩
耗率が小さいことが示される。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、特に高温でのバースト
強度が高く、摩耗率の低い摩擦材が提供できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 61:04 105:08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維状物質の基材、摩擦調整剤及び結合
   剤からなる摩擦材を製造する方法において、シート状の
   繊維基材に摩擦調整剤と結合剤とを混合した混和物を塗
   布又は含浸後、該シート状の繊維基材を乾燥して環状に
   巻き上げるか又は環状に巻き上げてから乾燥して、シー
   ト状の繊維基材（乾燥品）の真密度の０．５倍以上の見
   掛密度を有する予備成形品を得、次いでこれを成形及び
   熱処理することを特徴とする摩擦材の製造法。
2. 【請求項２】 繊維基材がガラスマットを含む請求項１
   記載の摩擦材の製造法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の摩擦材の製造法
   により製造した摩擦材。