JP2002020730A - ノンアスベスト摩擦材 - Google Patents
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Abstract
のアルミナ成分の多いセラミック繊維を使用することな
く、それでいて前記セラミック繊維を使用した場合と同
等の摩擦特性と強度を与えるとともに製造コストの上昇
も抑制できるノンアスベスト摩擦材を得る。 【解決手段】 補強繊維、摩擦調整材及び結合材よりな
る摩擦材において、主成分としてのSiO2 と、CaO
とMgOの1種以上18〜40重量%と、Al2O3 と
ZrO2 の1種以上10重量%未満と、Na2 O、K2
O、FeOとFe 2 O3 の1種以上2重量%未満とから
なる組成の溶解性非晶質物質を摩擦材成分として配合し
たことを特性とするノンアスベスト摩擦材。溶解性非晶
質物質が摩擦材全体の1〜30重量%配合されているこ
と、またそれが繊維状又は粒状であることが好ましい。
Description
のであり、特に産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車
などに用いられる摩擦材に関するものであり、より具体
的には前記の用途に使用されるブレーキパッド、ブレー
キライニング、クラッチフェーシング等に関するもので
ある。
は、その強度を高めるために材料の一つに補強繊維が使
用され、補強繊維としてはアスベスト代替繊維として、
セラミック繊維(ロックウール、スラグウール)、ガラ
ス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウ
ム繊維などが使用され、これらはそれぞれの特性がある
ため、数種混合して使用されている。これらの繊維の中
でもロックウールは、研削性硬質無機繊維として、摩擦
材全体の強度、耐熱性を高め、耐摩耗性を向上させるだ
けでなく、その研削性により摩擦材の摩擦係数を高め、
特に高速制動等の高負荷時の高い摩擦係数を確保できる
ものとして高く評価されている。
ウールは、繊維状非晶質物質である。ところで、EUC
ommision 97/69/ECのQ1により、人
体に無害な溶解性非晶質繊維は、気管内注入による短期
生体内滞留性試験によって、長さ20μm以上の繊維の
加重半減期が40日未満とされるミネラル繊維であるこ
とが規定されている。
(重量%)は、代表的には、SiO2:35〜45、A
l2 O3 :10〜20、CaO:30〜40、MgO:
4〜8、MnO:1〜4、Fe2 O3 :0.1〜3であ
る。このように、ロックウールは非晶質物質であるが、
Al2 O3 の含有量が10〜20重量%と多いために、
生体内では溶解しにくく、上記の規定に当てはまらな
い。
好ましくないロックウール等のセラミック繊維を使用す
ることなく、それでいて前記アルミナ成分の多いセラミ
ック繊維を使用した場合と同等の摩擦特性(効力調整、
錆落し性等)と強度を与えると共に製造コストの上昇も
抑制できるノンアスベスト摩擦材を得ることを課題とす
るものである。
題により、作業環境衛生上好ましくないロックウール等
のセラミック繊維を使用することなく、それでいて前記
セラミック繊維を使用した場合と同等の摩擦特性と強度
を摩擦材に与える無機物質の材質や形態について種々研
究した。ロックウールやスラグウールが作業環境衛生上
問題となるのは、その組成中のアルミナ成分が10〜2
0重量%と多いことによるものである。そして、同じ非
晶質無機物質でもアルミナを少量しか含まないものを用
いると前記ロックウール等の非晶質無機物質を使用した
場合と同等の摩擦特性と強度を得ることができるととも
に体液への溶解性が高まり健康上の懸念も解消できるこ
とに着目して、本発明に到達した。
記の課題を解決した。 (1)補強繊維、摩擦調整材及び結合材よりなる摩擦材
において、主成分としてのSiO2 と、CaOとMgO
の1種以上18〜40重量%と、Al2 O3 とZrO2
の1種以上10重量%未満と、Na2 O、K2 O、Fe
OとFe2 O3の1種以上2重量%未満とからなる組成
の溶解性非晶質物質を摩擦材成分として配合したことを
特徴とするノンアスベスト摩擦材。 (2)前記溶解性非晶質物質が摩擦材全体の1〜30重
量%配合されていることを特徴とする前記(1)記載の
ノンアスベスト摩擦材。 (3)前記溶解性非晶質物質が繊維状又は粒状であるこ
とを特徴とする前記(1)記載のノンアスベスト摩擦
材。 (4)前記溶解性非晶質物質が、平均繊維径が2〜9μ
m、平均繊維長が100〜1500μmの繊維であるこ
とを特徴とする前記(1)記載のノンアスベスト摩擦
材。 (5)前記溶解性非晶質物質が、平均粒径が2〜100
μmの粒状物であることを特徴とする前記(1)記載の
ノンアスベスト摩擦材。
及び結合材などから構成されるが、本発明では、補強繊
維としてアスベストは勿論のこと、作業環境衛生上好ま
しくないロックウール、スラグウールのような非晶質無
機物質であるが、アルミナを10〜20重量%含有する
体内で難溶性の非晶質物質を使用することはせず、その
代わりにアルミナを5重量%以下しか含有しない繊維状
又は粒状の溶解性非晶質物質を使用するものである。な
お、この「溶解性」とは、体内に入った場合体液に溶け
るものであることをいう。
Al2 O3 、ZrO2 及びNa、K、Ca、Mg、Ba
の酸化物質等により構成され、Na、K、Ca、Mg、
Baの酸化物の総量は18重量%を越えるものが好まし
い。このような化学成分からなる溶解性非晶質物質にお
いては、Al2 O3 やZrO2 の成分比率が低く、なお
かつCaOやMgOの比率が高いほど生体内での溶解性
が優れている。すなわち、Al2 O3 ≦5重量%、Zr
O2 ≦5重量%で、0重量%に近づくほど溶解性が向上
する。一方、CaO、MgOの合計が高くなるほど溶解
性が向上する。
ぎると耐熱性の低下を招くため、これらの合計の比率は
≦40重量%であることが望ましい。また微量成分とし
て、以下の酸化物、Na2 O、K2 O、FeO、Fe2
O3を合計量として2重量%未満含む場合もある。好ま
しい溶解性非晶質物質としては、SiO2 −ZrO2 −
CaO−MgO系非晶質無機物質が挙げられる。代表的
な組成(重量%)としては、SiO2 64.5、Zr
O2 5.0、CaO 17.0、MgO 13.5;
SiO2 65.0、CaO 29.5、MgO 5.
5;SiO2 65.0、CaO 19.5、MgO
15.5;SiO2 65、Al2 O3 0.3、Ca
O 31.1、MgO 3.2、Fe2 O3 0.3な
どが挙げられる。溶解性非晶質物質の摩擦材成分として
の配合量は1〜30重量%とするが、1重量%未満では
混合攪拌時に均一に分散させることが困難で所望の効果
が得られなく、一方30重量%よりも多い場合は効力は
向上するが、相手材の摩耗が増大するので、30重量%
以下とする。好ましくは2.5〜30重量%とすること
がよい。
維径が2〜9μmであり、好ましくは3〜6μmであ
る。平均繊維径が2μm以下であると製造が困難になり
経済的ではなく、9μm以上であると他の材料との混合
時の分散性が悪化するとともに、摩擦材にした場合、摩
擦させる金属に対する相手攻撃性が悪くなる。また、平
均繊維長は100〜1500μmであり、好ましくは5
00〜1000μmである。100μmより短いと補強
効果が十分に得られず、1500μmよりも長いと他材
料との混合時の分散性が悪くなる。
均粒径が2〜100μmであり、好ましくは5〜30μ
mである。平均粒径が2μm以下であると製造が困難に
なり経済的でなく、30μm以上であると、摩擦材にし
た場合、摩擦させる金属に対する相手攻撃性が悪くな
る。
は、例えば芳香族ポリアミド繊維、耐炎性アクリル繊維
等の有機繊維や銅繊維、スチール繊維等の金属繊維、チ
タン酸カリウム繊維やAl2 O3 −SiO2 系セラミッ
ク繊維等の無機繊維が挙げられる。無機充填材として
は、例えば銅やアルミニウム、亜鉛等の金属粒子、バー
ミキュライトやマイカ等の鱗片状無機物、硫酸バリウム
や炭酸カルシウム等が挙げられる。熱硬化性樹脂結合材
としては、例えばフェノール樹脂(ストレートフェノー
ル樹脂、ゴム等による各種変性フェノール樹脂を含
む)、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等
を挙げることができる。また、摩擦調整材としては、例
えばアルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化
クロム、石英等の無機摩擦調整材、合成ゴムやカシュー
樹脂等の有機摩擦調整材を、固体潤滑材としては、例え
ば黒鉛や二硫化モリブデン等を挙げることができる。摩
擦材の組成としては、種々の組成割合を採ることができ
る。すなわち、これらは、製品に要求される摩擦特性、
例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に
応じて、単独でまたは2種以上を組み合わせて配合すれ
ばよい。
工程は、板金プレスにより所定の形状に形成され、脱脂
処理及びプライマー処理が施され、そして、接着剤が塗
布されたプレッシャープレートと、耐熱性有機繊維や金
属繊維等の補強繊維と、無機・有機充填材、摩擦調整材
及び熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料とを配合し、攪拌
により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で
成形(予備成形)して作成した予備成形体とを、熱成形
工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を
一体に固着し、アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処
理を施すことからなるが、それまでの工程は従来法と同
一である。
る。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定される
ものではない。
材の材料として次のものを用い、試料として作成する際
にはそれらの材料から選択して、試料の配合を変えるよ
うにした。 結合材 ・・バインダーレージン(フェノールレジン) 有機摩擦調整材 ・・フリクションダスト(カシューダスト) 充填材 ・・硫酸バリウム 研削材 ・・ジルコニア 固体潤滑材 ・・黒鉛 補強繊維 ・・銅繊維/アラミド繊維/セラミック繊維/チタ ン酸カリウム繊維 研削材 ・・溶解性非晶質繊維又は粉末 本発明の溶解性非晶質無機物質の化学組成(重量%)
は、SiO2 64.5%、ZrO2 5%、CaO
17%、MgO 13.5%であった(繊維及び粉末と
も)。また、溶解性非晶質繊維は、繊維径4.5μmで
繊維長650μmのものを使用した。溶解性非晶質粉末
は、平均粒径が10μmのものを使用した。
材の組成として、配合割合を以下の第1表に示すとおり
のものとして、実施例1〜3を作製した。なお、比較の
ために、溶解性非晶質繊維を含まないもの(比較例1及
び2)も作製した。 (ブレーキパッドの試料作製)上記した組成の摩擦材試
料のブレーキパッドを従来の製法により作成した。
ナモメータを使用して、ロータを用いるディスクブレー
キを用いて次の試験を行った。なお、ブレーキパッドは
テストピースを用いた。 (1)JASO効力評価 初速50km/h、初速100km/h、初速130k
m/h、減速度α=5.88m/s2 の条件で摩擦係
数、JASO効力評価を行った。 (2)JASO第1フェード最低μ (3)錆落し率 約50μm厚みの発錆ロータを摩擦材と擦り合わせ、N
=200実施後の錆落し率を測定した。錆落し率は80
%以上であれば合格である。 (4)T/P制動ロータ攻撃性 初速50km/h、減速度α=0.98m/s2 、温度
100℃、1000回当たりのロータ摩耗量(μm) (試験結果)試験結果を第2表に示す
組成として、配合割合を以下の第3表に示すとおりのも
のとして、実施例4〜7を作製した。なお、比較のため
に、溶解性非晶質粉末を含まないもの(比較例3及び
4)も作製した。 (ブレーキパッドの試料作製)上記した組成の摩擦材試
料のブレーキパッドを従来の製法により作成した。
に、ロータを用いるディスクブレーキを用いて次の試験
を行った。 (1)JASO効力評価 初速50km/h、初速100km/h、初速130k
m/h、減速度α=0.6Gの条件で摩擦係数、JAS
O効力評価を行った。 (2)JASO第1フェード最低μ(繊維の場合と同
じ) (3)錆落し率(繊維の場合と同じ) (4)T/P制動ロータ攻撃性(繊維の場合と同じ) (試験結果)試験結果を第4表に示す
下させるアルミナ(Al2 O3 )、ジルコニア(ZrO
2 )の含有量が10重量%未満、好ましくは5重量%以
下の溶解性非晶質無機物質の繊維又は粉末を使用するこ
とにより、ロックウール、スラグウールと同等の錆落し
性を確保するとともに、ロータ攻撃性が低減し、効き安
定性が向上し、更に体内での溶解性が高いため環境安全
性の向上が可能であり、ロックウール、スラグウール等
のセラミック繊維を使用する場合に起きる問題点を回避
することができる摩擦材を製造することができる。
4)
記の課題を解決した。 (1)補強繊維、摩擦調整材及び結合材よりなる摩擦材
において、主成分としてのSiO2と、CaOとMgO
の1種以上18〜40重量%と、Al2O3とZrO2の
1種以上10重量%未満と、Na2O、K2O、FeO、
Fe2O3とBaOの1種以上2重量%未満とからなる組
成の溶解性非晶質物質を摩擦材成分として配合したこと
を特徴とするノンアスベスト摩擦材。 (2)前記溶解性非晶質物質が摩擦材全体の1〜30重
量%配合されていることを特徴とする前記(1)記載の
ノンアスベスト摩擦材。 (3)前記溶解性非晶質物質が繊維状又は粒状であるこ
とを特徴とする前記(1)記載のノンアスベスト摩擦
材。 (4)前記溶解性非晶質物質が、平均繊維径が2〜9μ
m、平均繊維長が100〜1500μmの繊維であるこ
とを特徴とする前記(1)記載のノンアスベスト摩擦
材。 (5)前記溶解性非晶質物質が、平均粒径が2〜100
μmの粒状物であることを特徴とする前記(1)記載の
ノンアスベスト摩擦材。
ぎると耐熱性の低下を招くため、これらの合計の比率は
≦40重量%であることが望ましい。また微量成分とし
て、以下の酸化物、Na2O、K2O、FeO、Fe2O3
とBaOを合計量として2重量%未満含む場合もある。
好ましい溶解性非晶質物質としては、SiO2−ZrO2
−CaO−MgO系非晶質無機物質が挙げられる。代表
的な組成(重量%)としては、SiO2 64.5、Z
rO2 5.0、CaO 17.0、MgO 13.
5;SiO2 65.0、CaO 29.5、MgO
5.5;SiO2 65.0、CaO 19.5、Mg
O 15.5;SiO2 65、Al2O3 0.3、C
aO 31.1、MgO 3.2、Fe2O3 0.3な
どが挙げられる。溶解性非晶質物質の摩擦材成分として
の配合量は1〜30重量%とするが、1重量%未満では
混合攪拌時に均一に分散させることが困難で所望の効果
が得られなく、一方30重量%よりも多い場合は効力は
向上するが、相手材の摩耗が増大するので、30重量%
以下とする。好ましくは2.5〜30重量%とすること
がよい。
Claims (5)
- 【請求項1】 補強繊維、摩擦調整材及び結合材よりな
る摩擦材において、主成分としてのSiO2 と、CaO
とMgOの1種以上18〜40重量%と、Al2 O3 と
Zr O2 の1種以上10重量%未満と、Na2 O、K2
O、FeOとFe2 O3 の1種以上2重量%未満とから
なる組成の溶解性非晶質物質を摩擦材成分として配合し
たことを特徴とするノンアスベスト摩擦材。 - 【請求項2】 前記溶解性非晶質物質が摩擦材全体の1
〜30重量%配合されていることを特徴とする請求項1
記載のノンアスベスト摩擦材。 - 【請求項3】 前記溶解性非晶質物質が繊維状又は粒状
であることを特徴とする請求項1記載のノンアスベスト
摩擦材。 - 【請求項4】 前記溶解性非晶質物質が、平均繊維径が
2〜9μm、平均繊維長が100〜1500μmの繊維
であることを特徴とする請求項1記載のノンアスベスト
摩擦材。 - 【請求項5】 前記溶解性非晶質物質が、平均粒径が2
〜100μmの粒状物であることを特徴とする請求項1
記載のノンアスベスト摩擦材。
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