JPH07109362A - 摩擦部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 裏金と摩擦材との接合面の錆の発生を防止す
る。 【構成】 裏金と摩擦材との間に、ＰＨ９以上の摩擦材
層を介在する。このＰＨの調整のために、消石灰、亜硝
酸ソーダ、アルカリダスト等のアルカリ性物質を用いる
ことができる。また、その摩擦材層に鉄Ｆｅよりもイオ
ン化傾向の大きい金属の粉末または繊維を加えることに
よって、あるいは裏金に予め軟窒化処理などの化成処理
を施すことによって、裏金と摩擦材との接合面の防錆性
を更に向上することができる。なお、その摩擦材層は一
般に０．５〜３mmの厚さとされる。

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、産業用機械のブ
レーキ、クラッチ等に使用されるディスクブレーキパッ
ド、ドラムブレーキシュー、あるいはクラッチ板など、
鋼製の裏金とその表面に一体に接合された摩擦材からな
る摩擦部材に関するもので、特に、その裏金と摩擦材と
の接合面の錆付きの防止を図った摩擦部材に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】自動車のディスクブレーキパッド、ドラ
ムブレーキシューなどに使用される摩擦材は、その相手
部材であるディスクロータ、ブレーキドラムと摩擦係合
し、運動エネルギーを熱エネルギーに変える重要な役割
を担っている。このため、摩擦材は常に熱を発生し高温
となる。したがって、こうした摩擦材には耐熱性、耐摩
耗性などが要求されるばかりでなく、温度変化によって
も摩擦係数の変化の少ない安定した摩擦特性、更には相
手部材に対する低い攻撃性が要求される。

【０００３】そこで、これらの各種の特性を満足するた
めに、摩擦材は複合材として構成されている。すなわち
摩擦材は、骨格を形成する繊維基材、この繊維基材を結
合保持する樹脂結合剤、及びこれらの繊維と結合剤との
マトリックス中に分散して充填される各種の充填剤から
一般に構成されている。そして繊維基材としては、ガラ
ス繊維などの無機質繊維、アラミド繊維などの有機繊
維、スチール繊維などの金属繊維、等が使用され、ま
た、樹脂結合剤としては、フェノール系樹脂などの熱硬
化性樹脂、あるいは架橋性ゴムが使用される。更に、充
填剤としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの体
質充填剤、グラファイト、コークスなどの固体潤滑剤、
カシュー油硬化物であるカシューダストなどの有機高分
子粉末、シリカなどのアブレッシブ剤、あるいはその他
の摩擦調整のための添加剤等が使用されている。ここで
固体潤滑剤は、摩擦材の耐摩耗性を向上しまた摩擦係数
の熱的安定性を確保するために用いられ、特に近年では
自動車の高性能化にともない、グラファイトなどの黒鉛
質材料に組合わせて、二硫化モリブデン、硫化鉛などの
金属硫化物が用いられている。そしてこの金属硫化物
は、特に高負荷域（高温域）での固体潤滑材としての作
用を維持する。

【０００４】そして、こうした摩擦材は、その支持体を
なす鋼製の裏金に一体に接合されてディスクブレーキパ
ッドなどとして用いられる。この接合は従来から一般に
接着によってなされ、フェノール系樹脂、エポキシ系樹
脂などの熱硬化性樹脂接着剤、あるいは架橋性ゴム系接
着剤が使用されている。また、摩擦材の配合組成物を裏
金上で加圧加熱成形することによって、摩擦材の成形と
同時に裏金との接合がなされる場合もある。

【０００５】ここで、摩擦材と裏金とは強固に接合され
ていることが必要であり、接合面に錆付きなどが生じる
と接合力が低下し、ついには摩擦材が裏金から剥れて思
わぬ危険に陥る恐れがある。そこで、従来から一般に、
摩擦材が接合される裏金の表面には、防錆のためのプラ
イマー処理やリン酸鉄処理等の化成処理が行われてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
防錆のためのプライマー処理や化成処理が施された摩擦
部材においてもなお、その裏金と摩擦材との接合面に錆
が発生している場合がしばしば発見された。そしてこの
錆の発生は、近年普及したＲＶ車のディスクブレーキパ
ッドに特に多いものであった。このような錆付きは、前
述のように、摩擦材と裏金との接合性を弱め、これが強
度に進行すると、ついには摩擦材が裏金から剥れる危険
がある。

【０００７】そこでこの防錆のための新たな対策が必要
とされることになったが、本発明者はこの錆の発生の原
因について調べたところ、次のことが判明した。すなわ
ち、摩擦材は、本来、それに含まれるカシューダストな
どの有機高分子のカルボキシル基あるいはそれらの加熱
成形時の熱分解によって生じたギ酸などの有機酸、ある
いはまた不純物として含まれる塩酸イオンなどによって
酸性を示すが、裏金の錆の発生は、これらの酸によるよ
りもむしろ、摩擦材に充填剤として含まれる前述の二硫
化モリブデンなどの金属硫化物が高熱下において酸化さ
れ、それによって生じた亜硫酸または硫酸による腐蝕作
用に基づくものであること。また、この腐蝕作用は、摩
擦性向上のために場合によって添加されるクロムや銅の
酸化物によっても引き起こされること。そして、このよ
うな腐蝕作用は、寒冷地などにおいて加熱と冷却による
膨張と収縮が繰返されるような条件下で、また、海岸な
どの塩害地における電解腐蝕が生じやすい環境下で、一
層増強されること、などである。

【０００８】そして、本発明者はこれらの知見に基づき
更に検討を重ね、その結果、裏金と摩擦材との接合面に
生じる前述の錆の発生は、それらの間にアルカリ性の摩
擦材層を介在することによって有利に防止または軽減す
ることができることを見出した。

【０００９】よって、本発明は裏金と摩擦材との接合面
の防錆性を向上した摩擦部材を提供することをその課題
とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦部材は、鋼
製の裏金とこれに接合される繊維基材、樹脂結合剤、及
び充填剤を含む摩擦材とからなり、これらの間に、ＰＨ
９以上の摩擦材層を介在したものである。

【００１１】このようにアルカリ性の摩擦材層を介在す
ることによって、摩擦材中の酸性成分が中和され、裏金
の摩擦材との接合面の錆の発生を抑制することができ
る。したがって、この摩擦材層のＰＨは高い程好まし
く、一般にＰＨ９以上であることが好ましい。そしてよ
り好ましくは、ＰＨ１０以上とされる。しかし極端に高
いＰＨは、摩擦材素材あるいは裏金に悪影響を及ぼすこ
とになり、好ましくはない。この意味において、その摩
擦材層のＰＨは１２以下であるのが好ましい。

【００１２】このＰＨ９以上の摩擦材層（以下この摩擦
材層を、摩擦材本体との区別を明瞭にするために、単に
防錆層という）は、任意のまたは特別の配合組成から形
成することができる。しかし、摩擦材本体との接合性、
成形の簡易性、摩擦材全体の均一性等の点から、この防
錆層は摩擦材本体と同様の配合組成から形成ことが好ま
しい。そしてこのような防錆層は摩擦材本体の成形と同
時に成形することができ、それによって防錆層が一体に
なった摩擦材を得ることができる。

【００１３】そしてこの防錆層のＰＨを９以上に調整す
るためアルカリ性物質としては、任意の材料を使用する
ことができる。しかし熱的安定性、取扱いの容易性ある
いはコスト等の点からも、消石灰（水酸化カルシウ
ム）、亜硝酸ソーダ（亜硝酸ナトリウム）、高炉滓粉末
などのアルカリダストが特に好適である。そしてこれら
はそれぞれ単独で、あるいは適宜組合わせて使用するこ
とができる。

【００１４】また、この防錆層には、鉄Ｆｅよりもイオ
ン化傾向が大きい金属の粉末または繊維を添加すること
ができ、それによって裏金を形成する鉄の電解腐蝕が軽
減され、裏金と摩擦材との接合面の防錆性をより一層向
上することができる。このような金属としては、クロム
Ｃｒ、アルミニウムＡｌ、マグネシウムＭｇなども挙げ
ることはできるが、好ましくは亜鉛Ｚｎが使用される。

【００１５】このような防錆層、すなわちＰＨ９以上の
摩擦材層は、一般に０．５〜３ｍｍの厚さで形成するこ
とができる。このアルカリ性の層は、その厚さが厚い程
防錆性は向上する。しかし比較的少ない厚さで十分な防
錆性は得られ、一般に３mm程度以下で十分である。ま
た、余り厚さが少ないと十分な防錆性は得られないた
め、０．５mm以上であることが好ましい。

【００１６】そして、本発明ではこのように裏金と摩擦
材との間に防錆層を介在したので、裏金の防錆力は十分
に高められ、従来のように裏金を特に防錆処理する必要
はない。しかし、裏金に適切な防錆処理を施すことはよ
り好ましいことであり、それによって裏金の防錆性はよ
り完全なものとすることができる。そのような防錆処理
の一つは、軟窒化処理である。この軟窒化処理は、大別
して、気相中で行う方法と、塩浴中で行う方法とがある
が、これらのいずれの方法も可能である。そして、これ
により裏金の表面にＦｅ−Ｃ−Ｎ系を主体とする化合物
層が形成されるが、その厚さは、処理時間、加熱温度、
及び、シアン化物濃度と密接な関係があり、処理時間が
長い程、また処理温度が高い程、さらにシアン化物濃度
が高い程、より厚い化合物層が形成されることになる。
ただしこのように形成される層の厚さには限界があるこ
とはもちろんであるが、この化合物層の厚さは、実用上
一般に、５μｍ〜４０μｍが好ましい。この軟窒化処理
は、それによって防錆性が向上するばかりでなく、その
化合物層が高い靭性を有し裏金の曲げ強度を向上するこ
とから、裏金の薄肉化が可能になり、より軽量な裏金を
得ることができる。また、他の好適な防錆処理方法は、
酸化鉄、リン酸鉄、リン酸亜鉛などの従来から一般の化
成処理である。そしてこれらの処理は、接着剤の下地を
形成する上でも好ましいものである。

【００１７】そして本発明の摩擦部材を製作するに際し
ては、防錆層を摩擦材本体と別個に形成し後から一体に
することもできるが、先にも述べたように、防錆層を摩
擦材本体と同様な配合組成のものとして、摩擦材本体の
成形と同時に成形することが好ましい。具体的には、所
定の金型内に摩擦材本体の配合材料にアルカリ物質を添
加した配合材料を充填し、軽く予圧した後本体層を構成
する配合材料を充填し、次いで両者を一体に加圧加熱す
ることである。これによって、何等特別な操作を加える
ことなく、防錆層を含む摩擦材を簡易に形成することが
できる。そして、防錆層を含む摩擦材は、通常の方法に
よって、フェノール系樹脂などを使用して、裏金上に接
着され、接合される。なお、この場合、防錆層を含む摩
擦材は、裏金上で直接的に加圧加熱成形することもで
き、この場合接着と摩擦材の成形とが同時になされる。

【００１８】なお、本発明において摩擦材本体を構成す
る繊維基材としては、ガラス繊維、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、チタン酸カ
リウム繊維、スラグウール等の無機繊維、スチール繊
維、ステンレススチール繊維、銅繊維等の金属繊維、ア
ラミド繊維、ノボロイド繊維、ナイロン繊維、レーヨン
繊維等の有機繊維などを挙げることができる。そして、
これらは単独で、または適宜組み合わせて、摩擦材の具
体的種類または用途に応じて使用することができる。ま
た、樹脂結合剤としては、フェノール樹脂、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、またＳＢＲ等のゴムなどが使用できる。更
に、充填剤としては先に述べた体質充填剤、固体潤滑
剤、有機高分子粉末、アブレッシブ剤、あるいはその他
の摩擦性能を向上するための添加剤等、任意に使用する
ことができる。

【００１９】そして、本発明の摩擦部材は、適当な裏金
部材を使用し、以上に述べたような材料の配合と方法に
よって、デイスクブレーキパッド、ドラムブレーキシュ
ーあるいはクラッチ板などとして構成することができ
る。

【００２０】

【作用】本発明の摩擦部材においては、以下の実施例に
も示されるように、裏金の摩擦材との接合面は良好な防
錆性が維持される。これは、摩擦材中に生じる亜硫酸、
硫酸などの腐蝕性物質がＰＨ９以上の摩擦材層によって
有効に中和され、鋼材よりなる裏金に対して腐蝕作用を
及ぼすことが防止されるためと考えられる。また、この
防錆作用は、その摩擦材層に鉄Ｆｅよりもイオン化傾向
の大きい金属の粉体または繊維を添加することによっ
て、あるいは裏金に軟窒化処理などの化成処理を施すこ
とによって、更に一層向上することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明をディスクブレーキパッドに適
用した実施例により具体的に説明する。

【００２２】（パッドの製作と摩擦材の組成）図１は本
発明の実施例のＰＨ９以上の摩擦材層（以下単に、防錆
層という）の配合組成を示すものである。また、比較例
は防錆層を有しないものであり、したがって図１に示さ
れるその組成は摩擦材自体の配合組成である。そして、
実施例における摩擦材本体は、この比較例の配合組成か
らなっている。

【００２３】図１に示されるように、実施例１〜５にお
ける防錆層は、本例の場合、摩擦材本体と基本的に同じ
組成から構成されている。すなわち、繊維基材として、
銅繊維５重量％、スチール繊維３重量％、アラミド繊維
８重量％、及びチタン酸カリ繊維８重量％の混合物が使
用されている。なおここで、アラミド繊維は具体的には
ケブラー繊維（デュポン社製）である。また、樹脂結合
剤としては具体的にはフェノール系樹脂を用い、１２重
量％使用されている。更に、充填剤としては、固体潤滑
剤であるグラファイトと硫化鉛がそれぞれ５重量％及び
１０重量％、カシューダスト１０重量％、及び硫酸バリ
ウムが使用されている。

【００２４】そして、この硫酸バリウムは摩擦材本体に
おいては３９重量％使用されているが、実施例１〜５に
おける防錆層ではその一部がアルカリ性材料等に代えら
れている。すなわち、実施例１及び６では消石灰５重量
％、実施例２では亜硝酸ソーダ５重量％、実施例３では
消石灰３重量％とアルカリダスト１０重量％との混合
物、実施例４では消石灰３重量％と亜硝酸ソーダ３重量
％との混合物、そして、実施例５では消石灰５重量％に
加えて亜鉛粉５重量％、がそれぞれ配合されている。

【００２５】パッドの製作は、次のように行った。金型
内に予めよく混合された実施例１〜６の防錆層の配合物
を均一に充填し、これを軽く押圧して表面を平らにした
後、比較例に示される組成の摩擦材本体を構成する混合
物を充填し、常温で加圧して防錆層を有する摩擦材の予
備成形物を形成した。他方、厚さ約６mmの鋼材からなる
パッド裏金をショットブラスト等で表面処理し清浄にし
た後、フェノール系樹脂接着剤を塗布し乾燥した。そし
て、この接着剤を塗布した裏金に防錆層を有する摩擦材
の予備成形物を重ね、金型中で温度１６０℃、圧力４０
０kg／cm² で１０分間熱成形し、次いで温度２５０℃で
１２０分の熱処理を行った。これによって、裏金上に防
錆層を介して摩擦材が一体に接合されたディスクブレー
キパッドを得た。なお、防錆層の厚さは約２mm、摩擦材
の厚さは約１８mmであった。

【００２６】同様にして、防錆層を有しない比較例のパ
ッドを作成した。なお、実施例６と比較例２は裏金を予
め軟窒化処理したもので、具体的には、融解シアン化物
の塩浴中に裏金を３０分浸漬して軟窒化処理を行った。

【００２７】（錆の発生試験）このようにして作製され
た実施例及び比較例のディスクブレーキパッドについ
て、錆の発生試験（錆試験）を行った。

【００２８】この錆試験は次の１）〜６）の工程を１サ
イクル（１日）として、それを３０サイクル（３０日）
繰返すことによって行った。

【００２９】 １）５％食塩水に室温（約２５℃）で１時間浸漬 ２）１０５℃で１時間乾燥 ３）−３０℃の寒冷下に２時間放置 ４）３５℃、湿度９０％の雰囲気中に１６時間放置 ５）２００℃で２時間放置 ６）室温で２時間放置 そして、この錆試験によって裏金に錆を発生させた後、
ＪＡＳＯ Ｃ４４−７８に準じて、裏金と摩擦材（防錆
層）との接合面を剪断して摩擦母材を剥がし、裏金上の
母材残りの面積の割合（％）を算出した。

【００３０】また、裏金に残った摩擦母材を苛性ソーダ
の溶液に浸漬するなどして除去し、裏金の錆の発生した
面積の割合を算出した。

【００３１】（結果と考察）このように算出した母材残
りの面積の割合（％）と錆の発生面積の割合（％）と
を、図１に示す。なお、図１には、別途測定した摩擦材
（防錆層）のＰＨが合わせて示されている。

【００３２】この結果に示されるように、裏金と摩擦材
との間にアルカリ性の摩擦材層（防錆層）を介在した実
施例１〜６は、裏金に摩擦材を直接接着した比較例に対
して、いずれも防錆効果が格段に向上している。そして
この防錆効果は、摩擦材層（防錆層）のアルカリ性が強
い程高められ、また、鉄Ｆｅよりイオン化傾向の大きい
金属である亜鉛粉の添加によって、あるいは裏金を軟窒
化処理することによって、更に高められている。

【００３３】ここで、摩擦材本体のＰＨは比較例１，２
に示されるようにＰＨ５のレベルであり、酸性を呈して
いる。これは、例えばカシューダスト自体のＰＨが３〜
４程度と低いことなどにもよるが、前述のように、固体
潤滑剤として添加した硫化鉛の熱分解によって生じた亜
硫酸、または硫酸に基づくものと考えられる。そして、
これらの酸成分による裏金の腐蝕作用は、アルカリ性の
摩擦材層（防錆層）の中和作用によって防止されると考
えられる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明の摩擦部材は、鋼
製の裏金とこれに一体に接合された繊維基材、樹脂結合
剤、及び充填剤を含む摩擦材との間に、ＰＨ９以上の摩
擦材層を介在したものである。このため、摩擦材の酸性
成分による裏金の腐蝕が防止され、裏金と摩擦材との良
好な接合を長期にわたって維持することができる。ま
た、このＰＨ９以上の摩擦材層は、通常の摩擦材に消石
灰、亜硝酸ソーダ、アルカリダスト等のアルカリ性物質
を添加することによって、容易に形成することができる
ので、摩擦部材としての特性を何ら損なうことがない。
またその摩擦材層に鉄Ｆｅよりもイオン化傾向の大きい
金属の粉体または繊維を添加することによって、あるい
は裏金に予め軟窒化処理等の化成処理を施すことによっ
て、裏金の摩擦材との接合面の防錆性は更に向上され
る。そして、このような本発明の摩擦部材は、ＡＶ車な
ど苛酷な腐蝕環境下で使用されるディスクブレーキパッ
ド等として有利に適用することができる。

【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ディ
スクブレーキパッドの摩擦材層の組成（重量％）と、そ
のＰＨ及び錆試験後の母材残存面積（％）と錆発生面積
（％）の測定結果とを示す表図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼材からなる裏金と、その表面に接合さ
   れた繊維基材、樹脂結合剤、及び充填剤を含む摩擦材と
   からなる摩擦部材において、前記裏金と前記摩擦材との
   間にＰＨ９以上の摩擦材層を介在したことを特徴とする
   摩擦部材。
2. 【請求項２】 前記摩擦材層は、消石灰を含有すること
   を特徴とする請求項１記載の摩擦部材。
3. 【請求項３】 前記摩擦材層は、亜硝酸ソーダを含有す
   ることを特徴とする請求項１記載の摩擦部材。
4. 【請求項４】 前記摩擦材層は、アルカリダストを含有
   することを特徴とする請求項１記載の摩擦部材。
5. 【請求項５】 前記摩擦材層は、鉄よりもイオン化傾向
   の小さい金属の粉体または繊維を含有することを特徴と
   する請求項１〜４のいずれか１項に記載の摩擦部材
6. 【請求項６】 前記摩擦材層は、０．５〜３mmの厚みを
   有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に
   記載の摩擦部材。
7. 【請求項７】 前記裏金は、少なくとも前記摩擦材が接
   合される表面に軟窒化処理等の化成処理が施されている
   ことを特徴とする請求項１記載の摩擦部材。