JP2002167572A

JP2002167572A - 乾式摩擦材の基材繊維とその製造方法および乾式摩擦材

Info

Publication number: JP2002167572A
Application number: JP2000365710A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kotani; 直樹小谷; Masaaki Kobayashi; 雅明小林; Kenji Kakihara; 健治柿原; Tsunehisa Kawade; 恒久川出
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Chemical Co Ltd
Current assignee: Aisin Chemical Co Ltd; Aisin Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-11
Also published as: US20020182407A1; US6558793B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配合剤が基材繊維中に均一に分散し、摩擦挙動
が安定し、摩擦履歴の影響の少ないた乾式摩擦材が得ら
れる乾式摩擦材の基材繊維を提供する。【解決手段】繊維軸方向に延びる幹部と該幹部の一部か
ら僅かに分枝した細径の分枝部とからなり、該幹部の繊
維径が１０〜２０μｍで該幹部の繊維長が０．５〜５ｍ
ｍであることを特徴とする乾式摩擦材の基材繊維。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乾式摩擦材の基材
繊維とその製造方法および乾式摩擦材に関するものであ
る。さらに詳しくは、乾式摩擦材中に含まれる種々の配
合材と均一に分散し、乾式摩擦材のμ挙動を安定化させ
ることができる基材繊維とその製造方法、およびその基
材繊維を使用した乾式摩擦材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のクラッチやブレーキパッド等に
使用される乾式摩擦材は、基材繊維、各種の配合剤、熱
硬化性樹脂等を配合、混合した後、成形、熱処理して製
造される。また、その基材繊維として、従来は、アスベ
ストが使用されていたが、環境、衛生等の観点から、最
近では、その代替材であるアラミド繊維等が使用されて
いる。ところで、乾式摩擦材の性能如何により、クラッ
チの断接ポイントや乗車フィーリング等が変ってしまう
ため、乾式摩擦材のμ（摩擦係数）特性が安定している
ことが乾式摩擦材に要求される。このため、各種配合剤
や基材繊維が乾式摩擦材中で均一に分散しており、係合
回数に拘らずその分散状態が安定していることが必要と
なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のアラ
ミド繊維のチョップを基材繊維に用いた場合、図３に示
すように、基材繊維がストレート状であり、基材繊維に
よる配合剤の保持性（例えば、金属繊維等と基材繊維と
の密着性）が悪い。また、チョップは、パルプのような
分枝した分枝部（細繊維）を伴わないために、チョップ
繊維自体が凝集してしまうことも多く、基材繊維自体の
分散性も良くなかった。さらに、チョップ繊維を使用す
る場合、混合機の形式（タイプ）、混合成分、混合順
序、混合回数等のあらゆる点に細心の注意を払って混合
工程を行わなければ満足する性能の乾式摩擦材が得られ
ず、その製造は、実際には非常に困難であった。そこ
で、従来からアラミド繊維のパルプが多く使用され、特
に、幹部の繊維径が約１／１０〜数μｍ、繊維長が２ｍ
ｍ程度のパルプが広く使用されてきた。このパルプは、
図２や図８（写真）に示すように、前述した幹部の至る
所からから無数の分枝部（数μｍ〜ｎｍオーダ）が分岐
したものとなっている。この分枝部の存在により、パル
プ繊維自体の凝集が妨げられ、パルプは均一に分散する
ことができ、また、前述の混合工程が比較的容易とな
る。

【０００４】ところが、パルプ繊維と配合剤との分散性
を考えると、例えば数μｍ以下の比較的小さな配合剤で
あれば、その分枝部内へ取込まれて基材繊維内で均一な
分散状態を示すが、数十μｍ以上の比較的大きな配合剤
になると、図２に示すように、基材繊維内に均一に取込
まれず、自己凝集等して、基材繊維であるパルプ繊維に
対して均一に分散しなくなる。これを改善するために基
材繊維と配合剤との混合を種々工夫することが提案され
ているが、現状では、配合剤を基材繊維の細部まで均一
に分散させることは困難である。このような不均一な分
散をした乾式摩擦材を繰返し使用すると、摩擦面の周辺
部に基材繊維から多数分岐した分枝部が残存、表出し
て、摩擦面の状態が摩擦履歴と共に変化し、そのμ特性
が不安定となってしまう。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものである。つまり、基材繊維とその他の配合剤が均
一に分散する基材繊維を提供すること、および摩擦履歴
に拘らず摩擦面におけるμ特性が安定した乾式摩擦材を
提供することを目的とする。また、その基材繊維の製造
方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者はこの課題を解
決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、基材繊維
から分枝した分枝部を低減し、基材繊維のサイズを適切
に調整して、基材繊維と配合剤とを均一に分散させるこ
とを思いつき、本発明の乾式摩擦材の基材繊維を開発す
るに至ったものである。

【０００７】すなわち、本発明の乾式摩擦材の基材繊維
は、繊維軸方向に延びる幹部と該幹部の一部から僅かに
分枝した細径の分枝部とからなり、該幹部の繊維径が１
０〜２０μｍで該幹部の繊維長が０．５〜５ｍｍである
ことを特徴とする。本発明の乾式摩擦材の基材繊維によ
れば、分枝部が僅かながら存在することにより基材繊維
の凝集が妨げられる一方、分枝部の存在が僅かであるた
めに、他の配合剤と基材繊維とが均一に分散可能となっ
た。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より具体的に説明する。本発明に係る基材繊維を用いれ
ば、複雑な混合工程等を用いることなく、μ特性に優れ
た乾式摩擦材を得ることができる。従って、本発明は、
繊維軸方向に延びる幹部と該幹部の一部から僅かに分枝
した細径の分枝部とからなり、該幹部の繊維径が１０〜
２０μｍで該幹部の繊維長が０．５〜５ｍｍである基材
繊維を含むことを特徴とする乾式摩擦材としても良い。

【０００９】このような基材繊維は、例えば、アラミド
繊維のフィラメントまたはステープルを１０〜５０ｍｍ
にカットするカッティング工程と、カットされたアラミ
ド繊維を粉砕機により粉砕する粉砕工程と、粉砕工程後
に繊維長が０．５〜５ｍｍのアラミド繊維を選別する選
別工程と、を備えることを特徴とする乾式摩擦材の基材
繊維の製造方法により、製造できる。

【００１０】ここで、アラミド繊維のフィラメントと
は、例えば、紡績用の長繊維であり、アラミド繊維のス
テープルとは、フィラメントよりも短い短繊維である。
また、本発明に係る基材繊維の前記幹部は、曲線状であ
ると、好適である。基材繊維の幹部が曲線状をしている
と、種々の配合剤が基材繊維の周辺に取込まれ易い。こ
こで、「曲線状」とは、チョップのようなストレート形
状でなければよく、湾曲、屈曲、捻れ（スパイラル）等
を含む意味である。

【００１１】本発明に係る基材繊維は、アラミド繊維に
限られるものではないが、高強度のアラミド繊維である
ことが好ましい。そして、本発明の基材繊維は、分枝部
が幹部の一部から分枝しているに過ぎないため、質量あ
たりの表面積が非常に小さくなり、それだけ配合剤の粒
子が基材繊維に接近し易くなり、両者が均一に分散し得
る。従って、前記基材繊維が、比表面積が０．６〜３ｍ
²／ｇのアラミド繊維からなると、好適であり、好まし
くは０．６〜２ｍ²／ｇであると、一層好ましい。

【００１２】また、前記幹部から分枝した該幹部より細
径である分枝部の存在割合が、該幹部と該分枝部とを含
めた繊維全体の面積率を１００％としたときに、１０％
以下であると、好適である。

【００１３】なお、乾式摩擦材には、基材繊維以外に種
々の配合剤が含まれ、配合剤には例えば、金属繊維、グ
ラファイト、硫酸バリウム、消石灰等があり、通常、十
数種以上が配合される。また、樹脂（特に、熱硬化性樹
脂）も乾式摩擦材に配合され、例えば、フェノール樹
脂、イミド樹脂等の耐熱性樹脂が使用される。

【００１４】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明について詳細
に説明する。（１）供試材の製作表１に示す基材繊維（アラミド繊維）と各種配合剤と
樹脂（熱硬化性樹脂：フェノール樹脂）とからなる材料
を、同表に示す割合（体積％）で配合、混合後、それを
成形型に入れて成形し、熱処理を加えて、乾式摩擦材の
供試材（１００ｍｍ×４０ｍｍ×ｔ１０ｍｍ）を製作し
た。

【００１５】ここで、原材料の混合は、アイリッヒミキ
サーを用いて、チョッパー回転数：２０００〜４０００
ｒｐｍ、パン回転数：６４ｒｐｍ、混合時間：２〜５分
間として混合工程を行った。成形は、面圧：１０〜５０
ＭＰａ、成形温度：１５０〜２００℃、成形時間３〜１
０分として行った（成形工程）。熱処理は、処理温度：
２００〜２５０℃、処理時間：８〜１６時間として行っ
た（熱処理工程）。

【００１６】ところで、表４中の実施例１〜３で使用
したアラミド繊維からなる基材繊維は、アラミド繊維の
フィラメントまたはステープル（繊維径約φ１０〜２０
μｍ）を５０ｍｍにカット（カッティング工程）した
後、図４に示す一軸剪断式粉砕機（メーカ：（株）ホー
ライ、型番：ＵＧ−２８０）により粉砕して得たもので
ある（粉砕工程）。

【００１７】この一軸剪断式粉砕機は、５．５ｋＷ（２
００Ｖ）の４極誘導モータで駆動され、アラミド繊維の
粉砕は、回転数８３５ｒｐｍで行った。粉砕時の回転刃
と固定刃とのクリアランスは０．３ｍｍであり、超硬製
の回転刃と固定刃とを使用した。さらに、その粉砕した
アラミド繊維を、φ１〜５ｍｍのふるい（スクリーン）
により選別して、基材繊維のサイズを調整した（選別工
程）。

【００１８】また、表４中の比較例１、２は、従来品
であるアラミド繊維のパルプを基材繊維として使用した
ものであり、比較例３、４は、従来品であるアラミド繊
維のチョップを基材繊維として使用したものであり、比
較例５は、本発明に係るアラミド繊維を基材繊維として
使用したものであるがその繊維長が大きいものである。
また、各比較例で用いた基材繊維の長さは、表４に示す
ように、それぞれ異なる。なお、実施例で用いた原料
は、繊維径１０〜２０μｍで繊維長を問わないアラミド
繊維のフィラメントまたはステープルを利用したが、比
較例で用いたパルプやチョップは、ディポン社のケブラ
ー等の一般的な市販品を利用した。

【００１９】（２）摩擦試験摩擦試験は、慣性式摩擦摩耗試験機（メーカ名：新日本
特機（株））により、材質：ＦＣ２００、表面粗さ２．
０ｚ以下の回転側ディスクを使用して行った。摩擦試験
の諸元と条件とをそれぞれ、表２および表３に示した。

【００２０】（３）評価方法上述した実施例１〜３および比較例１〜５の供試材につ
いて、使用した基材繊維の種類および繊維長の相違に基
づく影響を次の観点から評価した。分散性基材繊維と配合剤との分散性を示す一指標として、各供
試材の摩擦面における硬度差を２０回測定し、その平均
値を求めて評価した。その結果を表４に示す。なお、そ
の硬度差は、一供試材中、５点の硬さをロックウェル硬
度計（Ｓスケール）で測定し、その最大値から最小値を
引いた値として求めたものである。また、表４中の「分
散性」欄で、○印は、基材繊維が全体的に均一なサイズ
で存在していたことを示し、×印は、基材繊維が部分的
に繊維塊を生じていたことを示す。

【００２１】さらに、実施例１と比較例２との供試材中
における繊維の分布状態を、紫外線を照射して蛍光顕微
鏡（×１００倍）により観察した。その結果を図５（実
施例１）と図６（比較例２）とに示した。なお、蛍光顕
微鏡による観察は、各供試材の摩擦面中央を基準に、１
０視野（２．５ｍｍ×５．０ｍｍ）について、ＵＶ−２
Ａフィルターを使用して行った。

【００２２】摩擦履歴の影響摩擦履歴による各供試材の摩擦面上の状態変化を次のよ
うに観察した。つまり、当たり付けを行うために５０回
係合させた後を初期状態として、その後、１０００回係
合したときの摩擦面上の変化、つまり、繊維面積変化割
合を観察した。この結果を表４に示した。なお、繊維面
積変化割合は、各供試材の摩擦面について画像処理を行
い、１０視野の平均として求めたものである。また、そ
の繊維面積変化割合は、１に近いほど摩擦面が摩擦履歴
の影響を受け難く安定していることを示しており、↑は
繊維面積変化割合が増加したことを、↓は繊維面積変化
割合が減少したことを示す。

【００２３】摩擦挙動（μ特性）摩擦挙動については、スティックスリップに影響する、
各供試材の摩擦面でのトルク変動により評価した。具体
的には、５０回係合後と１０００回係合後とにおいて、
５０ｍｓｅｃサイクルでサンプリングした、１係合中に
おけるトルク変動データ（目標押付け圧の８０％以上）
を統計処理して、その標準偏差を指標とした。なお、こ
のトルク変動偏差は、１以下であることが望ましい。ま
た、「目標押付け圧の８０％以上」とは、試験機の回転
軸に設けられた被摩擦面に各供試材の摩擦面を所定の目
標油圧（目標押付け圧）で押付ける際に、油圧が目標油
圧の８０％以上に達することを意味し、「トルク変動デ
ータ」はその目標油圧が８０％以上になった後の回転軸
の軸トルクの変動を示す。

【００２４】（４）総合判定上述した各供試材の乾式摩擦材について、基材繊維と
配合剤との分散性、摩擦履歴による繊維面積変化割合、
１係合時のトルク変動偏差を総合的に判定すると、表４
からも明らかなように、本発明に係る実施例１〜５が非
常に優れていることが解る。なお、表４中の総合判定
で、○印はトルク変動偏差が１以下で摩擦履歴変動が小
さいものであり、△印は摩擦履歴変動は小さいが、トル
ク変動偏差が１を超えるものであり、×印は摩擦履歴変
動が大きいものである。

【００２５】また、本発明に係るアラミド繊維と、従
来から用いられているアラミド繊維パルプとを走査型電
子顕微鏡（ＳＥＭ）により加速電圧１５ｋＶの条件下で
観測した写真を図７と図８とにそれぞれ示す。図７
（ａ）は、本発明に係るアラミド繊維の基材繊維を５０
０倍に拡大したものであり、同図（ｂ）は、それを１０
０倍に拡大したものである。図８（ａ）は、アラミド繊
維パルプからなる基材繊維を５００倍に拡大したもので
あり、同図（ｂ）は、それを１００倍に拡大したもので
ある。これらから、従来のアラミド繊維パルプからなる
基材繊維は、無数の分岐した分枝部を生じていることが
よく解る。一方、本発明のアラミド繊維からなる基材繊
維には、幹部から部分的に分枝部を生じているに過ぎな
い。また、その幹部が適度な曲線状をしていることも解
る。

【００２６】最後に、本発明に係るアラミド繊維の基材
繊維（試料Ｎｏ．１、２）と、従来のパルプ材（試料Ｎ
ｏ．３）と、チョップ材（試料Ｎｏ．４）との比表面積
を比較したものを表５に示した。試料Ｎｏ．１は、アラ
ミド繊維のフィラメントを直接粉砕したものであり、試
料Ｎｏ．２は、アラミド繊維のフィラメントをカーディ
ングしてから粉砕したものである。また、試料Ｎｏ．
１、２が前述の実施例で用いたものであり、試料Ｎｏ．
３が前述の比較例１、２で用いたものであり、試料Ｎ
ｏ．４が前述の比較例３、４で用いたものである。

【００２７】なお、この測定は、ＢＥＴ多点法（動的定
圧法）にて行ったものである。「ＢＥＴ多点法」とは、
一般的に、複雑な表面形状を有するものについて、固体
表面に一定温度で気体が吸着される吸着量から吸着表面
積を決定する方法で、本実施例では吸着気体に窒素ガス
を用いた。また、測定に際して、試料前処理として１２
０℃×１２０分以上の（真空排気）加熱処理（予め、ガ
スフロー１２０℃×３０分以上加熱処理）を行い、測定
条件として、真空排気時間１分、真空排気速度３００ｍ
ｍＨｇ／ｍｉｎ、測定モード；平衡待ち、平衡時間５
秒、試料セル；フラスコ型セル（約６ｃｃ）、試料重
量；０．４７６７〜０．６１７６ｇの範囲とした。な
お、測定機は、島津製のマイクロメリテックス自動比表
面積測定装置、ＧＥＭＩＮＩ２３７５を使用した。表
５の結果が示すように、本発明に係る基材繊維は分枝部
が適度に存在するために、チョップよりは比表面積が大
きいが、パルプよりはかなり小さくなっていることが解
る。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】

【発明の効果】本発明の乾式摩擦材の基材繊維によれ
ば、基材繊維と配合剤とが均一に分散した乾式摩擦材が
得られ、その乾式摩擦材を用いると、摩擦挙動が安定
し、摩擦履歴の影響も少ない。また、本発明の基材繊維
の製造方法によれば、そのような基材繊維を容易に製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基材繊維と配合剤との乾式摩擦材
中における分散状態を示す模式図である。

【図２】アラミド繊維のパルプからなる従来の基材繊維
と配合剤との乾式摩擦材中における分散状態を示す模式
図である。

【図３】アラミド繊維のチョップからなる従来の基材繊
維と配合剤との乾式摩擦材中における分散状態を示す模
式図である。

【図４】実施例に使用したアラミド繊維の粉砕に用いた
一軸剪断式粉砕機の概要図である。

【図５】実施例の基材繊維に関する紫外線照射による蛍
光顕微鏡写真である。

【図６】比較例の基材繊維に関する紫外線照射による蛍
光顕微鏡写真である。

【図７】実施例の基材繊維に関する電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）写真であり、同図（ａ）は５００倍の拡大写真であ
り、同図（ｂ）は１００倍の拡大写真である。

【図８】比較例の基材繊維に関する電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）微鏡写真であり、同図（ａ）は５００倍の拡大写真
であり、同図（ｂ）は１００倍の拡大写真である。

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年１２月１９日（２０００．１２．
１９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林雅明愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者柿原健治愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内 (72)発明者川出恒久愛知県西加茂郡藤岡町大字飯野字大川ヶ原 1141番地１アイシン化工株式会社内Ｆターム(参考） 3J058 AA58 BA61 BA76 CA41 EA28 FA01 GA07 GA78 4F071 AA41 AA56 AH07 DA02 DA04 DA05 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維軸方向に延びる幹部と該幹部の一部か
ら僅かに分枝した細径の分枝部とからなり、該幹部の繊
維径が１０〜２０μｍで該幹部の繊維長が０．５〜５ｍ
ｍであることを特徴とする乾式摩擦材の基材繊維。
【請求項２】前記幹部は、曲線状である請求項１記載の
乾式摩擦材の基材繊維。
【請求項３】比表面積が０．６〜３ｍ²／ｇのアラミド
繊維からなる請求項１記載の乾式摩擦材の基材繊維。
【請求項４】繊維軸方向に延びる幹部と該幹部の一部か
ら僅かに分枝した細径の分枝部とからなり、該幹部の繊
維径が１０〜２０μｍで該幹部の繊維長が０．５〜５ｍ
ｍである基材繊維を含むことを特徴とする乾式摩擦材。
【請求項５】アラミド繊維のフィラメントまたはステー
プルを１０〜５０ｍｍにカットするカッティング工程
と、カットされたアラミド繊維を粉砕機により粉砕する粉砕
工程と、粉砕工程後に繊維長が０．５〜５ｍｍのアラミド繊維を
選別する選別工程と、を備えることを特徴とする乾式摩
擦材の基材繊維の製造方法。