JPH05247442A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 材料強度及び耐摩耗性を低下させることな
く、摩擦材のフェード時における所要の摩擦係数を確保
する。 【構成】 基材繊維と、結合剤と、充填剤とからなる摩
擦材において、前記充填剤の中に、平均粒子径が０．１
μｍ以下の一次粒子が多数集合した二次粒子からなる、
かさ嵩が０．６cc／g 以上の酸化ジルコニウムを全体に
対して１〜２５重量％添加した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車のブレーキライニ
ング、クラッチ用フェーシング等に使用される摩擦材に
関するもので、特に、フェード時における所要の摩擦係
数を確保した摩擦材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のドラムブレーキ、ディス
クブレーキ等に使用されているブレーキライニングなど
の摩擦材はブレーキドラム、ディスクロータの回転を止
め、運動エネルギーを熱エネルギーに変えるために高温
となる。したがって、耐熱性、耐摩耗性が要求されると
ともに、摩擦係数の変化の少ない安定した摩擦特性が要
求される。そこで、これらの各種の特性を満足するため
に、摩擦材は複合材料によって構成されている。即ち、
摩擦材としては、ガラス繊維、アラミド繊維等の基材繊
維、グラファイト、二硫化モリブデン等の充填剤、フェ
ノール樹脂等の結合剤などを複合化した材料より構成さ
れている。

【０００３】また、充填剤は、前記グラファイト、二硫
化モリブデン等の潤滑剤の他、有機ダスト、金属粉末、
無機配合剤などが使用されている。

【０００４】更に、摩擦材の摩擦係数を確保するため
に、添加剤としてアルミナ等のモース硬さが７以上のア
ブレッシブ剤を使用したり、モース硬さが５〜８程度の
アブレッシブ剤の添加量を多くし、或いは、粒子径の大
きいものを使用することがある。

【０００５】なお、他に前記摩擦材の摩擦係数を顕著に
向上する充填剤として、酸化ジルコニウムがあり、例え
ば、特開昭５７−１０９８８３号公報、特開昭６２−２
０５８１号公報、特開平３−１８５０３０号公報には、
それに関連する技術が開示されている。

【０００６】ところで、急制動をかけた時、或いは、降
坂等の連続制動時には摩擦熱が発生し、摩擦係数が低下
するいわゆるフェード現象が発生する。このフェード現
象は具体的には摩擦熱による摩擦材の分解ガスが摩擦材
と相手材の界面に存在し、気体潤滑を発生させることに
よるものと考えられている。

【０００７】この気体潤滑を防止する方法として、摩擦
材自体の気孔率を大きくして分解ガスの放出解放を拡大
する方法、分解ガスの発生源となる有機物である結合剤
の熱硬化性樹脂の添加量を削減する方法、或いは、金属
粉を添加して熱伝導性を良くして熱を逃がす方法などが
考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記気体潤
滑を防止するために、分解ガスの発生源となる有機物で
ある結合剤の熱硬化性樹脂量を減少させると、材料強
度、対摩耗性が低下することとなる。

【０００９】また、金属粉を添加して熱伝導性を向上さ
せた場合には、高速からの急制動或いは降坂時の連続制
動で発生する摩擦熱がブレーキ油圧ユニットに伝達さ
れ、ブレーキ油を沸騰させる、いわゆるベーパーロック
現象が発生してブレーキが利かなくなる恐れがある。

【００１０】更に、摩擦材の気孔率を制御してフェード
時の摩擦係数を制御する手段として、摩擦材の成形圧力
を下げることが考えられるが、この場合も、上記と同様
に、材料強度が低下し、また、耐摩耗性が低下するとい
う不具合がある。

【００１１】そこで、本発明は、材料強度及び耐摩耗性
を低下させることなく、フェード時における所要の摩擦
係数を確保できる摩擦材の提供を課題とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる摩擦材
は、基材繊維と、結合剤と、充填剤とからなる摩擦材に
おいて、前記充填剤の中に、平均粒子径が０．１μｍ以
下の一次粒子が多数集合した二次粒子からなる、かさ嵩
が０．６cc／g 以上の酸化ジルコニウムを前記摩擦材料
総量に対して１〜２５重量％添加したものである。

【００１３】

【作用】本発明においては、酸化ジルコニウムを１重量
％以上添加したことによって摩擦材の所要の材料強度と
対摩耗性を確保できる。しかも、この酸化ジルコニウム
のかさ嵩を０．６cc／g 以上としたことによって摩擦材
の気孔率を所定値に制御することができる。このため、
制動時の摩擦熱によって発生した摩擦材の分解ガスを摩
擦材の気孔内に放出解放し、摩擦材と相手材との界面に
存在するのを防止して、フェード時の摩擦係数の低下を
防ぎ、所定値に制御することができる。そして、前記酸
化ジルコニウムの添加量を２５重量％以下に抑えている
ので、相手材の摩耗量を低減できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を自動車のブレーキパッドに具
体化した実施例を説明する。

【００１５】摩擦材の配合は図１に示した、本発明の実
施例及び比較例における摩擦材の構成成分の配合比と、
フェード時最小摩擦係数及び材料剪断強度の試験結果を
示す表図の通りであり、５種類の実施例及び４種類の比
較例のブレーキパッドを製作した。

【００１６】本実施例では基材繊維として、芳香族ポリ
アミド繊維、チタン酸カリウム繊維、スラグウールを使
用した。前記芳香族ポリアミド繊維は芳香族を含むモノ
マーがアミド結合して高分子化したものであり、本実施
例においては、代表的なポリアミド繊維であるケブラー
繊維（デュポン社製）を使用した。

【００１７】結合剤はフェノール樹脂系結合剤を使用し
た。

【００１８】充填剤は、グラファイト、カシューダス
ト、銅粉、硫酸バリウム及び酸化ジルコニウムを用い
た。

【００１９】前記充填材として使用したかさ嵩の酸化ジ
ルコニウムは平均粒子径が約０．０４μｍの一次粒子が
枝状に連結して二次粒子を形成してなるものであり、湿
式法により次のようにして製造される。

【００２０】まず、鉱石を洗浄し、次いで、ジルコニウ
ム酸性塩にイットリウム酸性塩を混合し、これを中和し
た後、所定温度で所定時間焼成する。次に、それを所定
条件下で粉砕することによって、一次粒子が多数集合し
てなる二次粒子を形成し、かさ嵩が０．６cc／g 以上で
ある酸化ジルコニウムが生成する。

【００２１】なお、図１において各種掲げた酸化ジルコ
ニウムのかさ嵩は二次粒子径と略比例関係にあることが
確認されている。

【００２２】実施例及び比較例においては、ポリアミド
繊維から銅粉までの成分の配合量は概略不変とし、酸化
ジルコニウムのかさ嵩及び配合量を各種相違させた。実
施例における酸化ジルコニウムはかさ嵩を０．７、１．
８、３．６cc／g の３段階とし、それぞれ５重量％を配
合し、更に、かさ嵩が１．８cc／g のものについては１
０及び１５重量％配合のものを追加した。比較例におけ
る酸化ジルコニウムはかさ嵩を小さくして０．５cc／g
としたもの、及び、かさ嵩１．８cc／g について配合量
を０．５重量％、３０重量％と上下限近辺の配合量とし
たものを作成した。

【００２３】試験用ブレーキパッドは従来から知られた
モールド法により製作した。

【００２４】まず、図１に従って混合したものを常温で
加圧して予備成形し、次いで、１６０℃に保持された金
型に投入して面圧３００kg／cm² のプレス圧を加え、ガ
ス抜きを行ないながら１０分間保持して成形体を得た。
そして、この成形体を２２０℃で更に１０時間加熱して
熱硬化性樹脂の硬化を行ない、所定の厚さに研磨してブ
レーキパッドを得た。

【００２５】次に、上記によって製作された実施例及び
比較例のブレーキパッドの制動試験におけるフェード時
最小摩擦係数μ、気孔率及び材料剪断強度の測定結果と
評価を説明する。

【００２６】試験は、各供試ブレーキライニングをブレ
ーキダイナモメータに取付けて行ない、キャリパ型式：
ＰＤ５１−１８Ｖ、イナーシャ：５．０kgf ・ms² の条
件で、試験コードをＪＡＳＯの第一フェードに準じたも
のとし、フェード時における最小摩擦係数μを測定し
た。

【００２７】以上の試験結果を図１の下欄に示す。

【００２８】図１において、実施例１〜５のブレーキパ
ッドは、酸化ジルコニウムのかさ嵩が０．７、１．８、
３．６cc／g 、添加量が５、１０、１５重量％におい
て、フェード時最小摩擦係数μは０．１８〜０．２０の
値を示した。この値は一般の自動車用のブレーキパッド
としてフェード時に要求される制動性能を満たすもので
ある。なお、このときの気孔率は１２〜１５％である。
そして、材料剪断強度は５０〜５５kg／cm² を示してお
り、所要の材料強度と対摩耗性を満足することができ
る。

【００２９】一方、比較例では、酸化ジルコニウムのか
さ嵩が１．８cc／g で添加量が３０重量％の比較例１で
は所要の最小摩擦係数μは確保されているが、材料剪断
強度が４３kg／cm² しかなく、強度不足である。逆に、
かさ嵩が１．８cc／g で添加量が０．５重量％の比較例
２の場合には、材料剪断強度は５７kg／cm² と高いが、
気孔率は１０％しかなく、従って、最小摩擦係数μは
０．１４しかないため、所要の制動力を期待できないこ
とが分る。更に、かさ嵩が０．５cc／g で添加量が５重
量％の比較例３においても材料剪断強度は５８kg／cm²
と高いが、気孔率は１０％しかなく、従って、最小摩擦
係数μは０．１５しかない。なお、比較例４は、比較例
３に対して結合剤であるポリアミド樹脂分を減量して、
気孔率の向上を図ったものであり、最小摩擦係数μは向
上したものの、材料剪断強度は４４kg／cm² と著しく低
い値を示している。

【００３０】これらの結果より、酸化ジルコニウムのか
さ嵩が０．６cc／g 以下、或いは、添加量が１重量％以
下では、強度不足を前提とした結合剤の減量の場合は別
として、フェード時における摩擦係数μに対する効果を
発揮することができず、逆に、添加量が２５重量％を越
えると材料剪断強度が低下すると考えられる。このた
め、酸化ジルコニウムはかさ嵩を０．６cc／g 以上と
し、かつ、その添加量を１〜２５重量％とした場合が良
好であると判断される。

【００３１】このように、上記実施例の摩擦材は、基材
繊維と、結合剤と、充填剤とからなる摩擦材において、
前記充填剤の中に、平均粒子径が０．１μｍ以下の一次
粒子が多数集合した二次粒子からなる、かさ嵩が０．６
cc／g 以上の酸化ジルコニウムを全体に対して１〜２５
重量％添加したものである。

【００３２】したがって、上記実施例によれば、酸化ジ
ルコニウムを１重量％以上添加したことによって摩擦材
の所要の材料強度と対摩耗性を確保できる。しかも、こ
の酸化ジルコニウムのかさ嵩を０．６cc／g 以上とした
ことによって摩擦材の気孔率を所定値に制御することが
できるので、制動時の摩擦熱によって発生した摩擦材の
分解ガスを摩擦材の気孔内に放出解放し、摩擦材と相手
材との界面に存在するのを防止して、フェード時の摩擦
係数の低下を防ぎ、所定値に制御することができる。そ
して、前記酸化ジルコニウムの添加量を２５重量％以下
に抑えているので、相手材であるディスクの摩耗量を低
減でき、長寿命化できて、自動車のブレーキパッドとし
て使用した場合の安全性を向上できる。

【００３３】ところで、上記各実施例の各構成成分は、
図１に示したものとしているが、本発明を実施する場合
には、これに限定されるものではなく、摩擦材の使用用
途に応じて適宜選定することができる。例えば、基材繊
維として、他に、ロックウール、シリケート繊維、アル
ミナ繊維、カーボン繊維等の無機繊維、スチール繊維、
ステンレススチール繊維等の金属繊維、ノボロイド繊維
等の有機繊維などを挙げることができる。また、結合剤
として、他に、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、ポリ
イミド系樹脂、ポリエステル系樹脂などを挙げることが
できる。更に、充填剤として、例えば、二硫化モリブデ
ン、三硫化アンチモン等の潤滑剤の他、木材パルプ、ゴ
ム等の有機配合剤、酸化鉄、酸化珪素、酸化マグネシウ
ム等の無機配合剤、黄銅粉等の金属粉末などを挙げるこ
とができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の摩擦材は、基材
繊維と、結合剤と、充填剤とからなる摩擦材において、
前記充填剤の中に、平均粒子径が０．１μｍ以下の一次
粒子が多数集合した二次粒子からなる、かさ嵩が０．６
cc／g 以上の酸化ジルコニウムを摩擦材料総量に対して
１〜２５重量％添加したものである。したがって、酸化
ジルコニウムを１重量％以上添加したことによって摩擦
材の所要の材料強度と対摩耗性を確保できる。しかも、
この酸化ジルコニウムのかさ嵩を０．６cc／g 以上とし
たことによって摩擦材の気孔率を所定値に制御すること
ができるため、制動時の摩擦熱によって発生した摩擦材
の分解ガスを摩擦材の気孔内に放出解放し、摩擦材と相
手材との界面に存在するのを防止して、フェード時の摩
擦係数の低下を防ぎ、所定値に制御することができる。
そして、前記酸化ジルコニウムの添加量を２５重量％以
下に抑えているので、相手材の摩耗量を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例及び比較例における摩擦
材の構成成分の配合比と、フェード時最小摩擦係数及び
材料剪断強度の試験結果を示す表図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材繊維と、結合剤と、充填剤とからな
   る摩擦材において、前記充填剤の中に、平均粒子径が
   ０．１μｍ以下の一次粒子が多数集合した二次粒子から
   なる、かさ嵩が０．６cc／g 以上の酸化ジルコニウムを
   前記摩擦材料総量に対して１〜２５重量％添加したこと
   を特徴とする摩擦材。