JP3228096B2

JP3228096B2 - 摩擦材の製造方法

Info

Publication number: JP3228096B2
Application number: JP26997295A
Authority: JP
Inventors: 弘樹臼井; 昇一瀬古; 宏久三浦; 淳一斉藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 2001-11-12
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: JPH09111007A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、産業機
械、鉄道車両などのクラッチフェーシングやブレーキパ
ッドなどに用いられる摩擦材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】摩擦材に要求される性能として、耐摩耗
性に優れていること、摩擦係数が高いこと、摩擦係数が
安定していること、などが挙げられる。これらの性能を
満足させるためには単一素材では困難であり、摩擦材は
多くの素材が混合された複合材料から構成されている。

【０００３】このような摩擦材は、大別すれば次のよう
に分類できる。（１）コルク、セルロース：単体もあるが、多くは樹脂
を含浸して熱成形したもの（２）ウーブン：ガラス繊維、黄銅線を芯にしてアスベ
スト、有機繊維などで作った紐に樹脂を含浸させ、紐を
巻いた後熱成形したもの（３）セミモールド：紐に樹脂を含浸させ、ゴム材料を
充填し熱成形したもの（４）レジンモールド：アスベスト、ガラス繊維などを
基材とし、フェノール樹脂と各種充填材を混合した後熱
成形したもの（５）ゴムモールド：レジンモールドの樹脂の代わりに
ゴムを用いたもの（６）セミメタリック：レジンモールドのうち、基材が
金属繊維のもの（７）シンタードメタリック：金属粉末を焼結したもの（８）サーメット：セラミック粉末と金属粉末を焼結し
たもの自動車用としては、このうちセミモールド、レジンモー
ルド系の摩擦材が多用されている。例えば自動車のクラ
ッチフェーシングは、ガラス繊維などの繊維基材から紐
を形成し、それに摩擦調整剤や充填材及びフェノール樹
脂、配合ゴムなどを付着させて円盤状に巻き取って予備
成形体を形成する。それを型内で熱成形し、さらに熱処
理、研磨、防錆処理、穿孔などという工程を経るセミモ
ールド法で製造されている。

【０００４】またブレーキパッドなどは、短繊維の繊維
基材と摩擦調整剤、充填材、フェノール樹脂、ゴムなど
を混合し、型内で成形後、熱処理するレジンモールド法
で製造されている。ところが従来の摩擦材では、摺動面
が３５０〜５００℃の高温となるような過酷な条件下で
は、結合剤などの熱分解により液状物やガス状物が生成
し、それが流動層として摺動面に存在することで摩擦係
数が低下するフェード現象が生じることがある。また、
摩擦係数の速度依存性の変化により摩擦振動が発生し、
ジャダーや鳴きが発生する場合もあった。

【０００５】そこで特開昭59-113038 号公報、特開昭62
-21528号公報、特公平7-23465 号公報には、非酸化性雰
囲気下で高温で熱処理することで結合剤などの一部を炭
化し、熱的に安定な炭素質を形成する摩擦材の製造方法
が開示されている。このようにして製造された摩擦材に
よれば、高温摺動時に分解生成物の発生が少ないのでフ
ェード現象が起こりにくくなり、安定した特性を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが非酸化性雰囲
気下で熱処理された摩擦材では、耐摩耗性が著しく低下
するという不具合がある。この理由としては、結合剤や
有機繊維などの炭化による体積収縮に起因して気孔率が
増大することが挙げられる。例えば摩擦材の結合剤とし
て広く用いられているフェノール樹脂は、種々の樹脂の
中では炭化による収縮の少ない樹脂であるが、例えば９
５０℃の焼成では約５２％の残存率であることが文献に
示されており、この場合の収縮率は約４８％である。こ
のように気孔率が増大すると、摩擦材の強度が低下し耐
摩耗性が低下する。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、非酸化性雰囲気下での熱処理による体積収
縮を抑制することにより、フェード現象の防止と耐摩耗
性の向上を両立させることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
の発明の摩擦材の製造方法の特徴は、繊維基材と摩擦調
整剤と無機系充填材とフェノール樹脂系結合剤とを含む
成形体を形成し、成形体を非酸化性雰囲気中２〜５０ｋ
ｇ／ｃｍ ² の圧力下で３５０〜７００℃に加熱して焼成
することで気孔率を２５％以下とすることにある。

【０００９】また第２の発明の摩擦材の製造方法の特徴
は、繊維基材と摩擦調整剤と無機系充填材とフェノール
樹脂系結合剤とを含む成形体を形成し、成形体を非酸化
性雰囲気下３５０〜７００℃に加熱して焼成し、次いで
気孔内に液状結合剤を含浸しその後焼成して気孔率を２
５％以下とすることにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明においては、繊維基材中の
有機繊維を０〜１０体積％に規制し、摩擦調整剤中の有
機物を０〜５体積％に規制することが望ましい。これに
より非酸化性雰囲気下で熱処理した場合の体積収縮が抑
制され、気孔率を容易に２５％以下とすることができ
る。

【００１１】有機繊維としては、木綿、スフ、レーヨ
ン、ポリエステル繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、
フェノール繊維などが例示され、有機質の摩擦調整剤と
してはカシューダスト、ゴムダスト、コルク粉などが例
示される。これらの有機物は、非酸化性雰囲気下での３
５０〜７００℃の熱処理により分解炭化して体積が収縮
するので、その含有量を上記のように規制することで体
積収縮を抑制でき、気孔率を２５％以下とすることがで
きる。上記したように気孔率は耐摩耗性に大きく影響
し、気孔率が２５％を超えると耐摩耗性が急激に低下す
るので２５％以下とする。

【００１２】繊維基材に用いられる有機繊維以外の繊維
としては、スチール繊維、銅繊維、黄銅繊維などの金属
繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、窒化珪素繊維、スラ
グウールなどの無機繊維、あるいは炭素繊維などが例示
される。金属繊維は強度向上、耐フェード性及び耐摩耗
性の向上に効果があるので、摩擦材中に５〜３５体積％
含有するように構成することが好ましい。また無機繊維
は強度向上、摩擦係数の安定性に効果があるので、摩擦
材中に５〜２０体積％含有することが望ましい。そして
繊維基材は、摩擦材全体に一般に１０〜５０体積％とな
るように含有される。

【００１３】また有機物以外の摩擦調整剤としては、グ
ラファイト、二硫化モリブデン粉末等の固体潤滑剤、ア
ルミナ、酸化マグネシウム等の研磨材などが例示され、
無機系充填材としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウ
ム、クレー、タルク、硫酸鉛、トリポリ石（珪質石灰
石）などが例示される。一般的に、摩擦調整剤は摩擦材
全体に１０〜５０体積％含有され、無機系充填材は摩擦
材全体に０〜４０体積％含有される。

【００１４】結合剤に用いられるフェノール系樹脂とし
ては、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノ
ール樹脂、メラミン変性フェノール樹脂、尿素変性フェ
ノール樹脂などが例示され、一般には摩擦材全体に１５
〜３０体積％となるように含有される。非酸化性雰囲気
としては、真空雰囲気あるいは窒素ガス雰囲気や不活性
ガス雰囲気とすることができる。そして熱処理温度は３
５０〜７００℃とされ、３５０℃未満では結合剤などの
炭化が不十分でフェード現象が発生し易くなり、７００
℃より高い温度で熱処理すると炭化が進み過ぎて耐摩耗
性が低下する。

【００１５】成形体の成形方法としては、前記したセミ
モールド法やレジンモールド法を用いることができる。
請求項１に記載の第１の発明では、非酸化性雰囲気下で
の熱処理時に成形体を加圧している。こうすることによ
り炭化が進行して生成した気孔が押し潰され、その結果
気孔率を２５％以下とすることができる。

【００１６】第１の発明の場合には、有機繊維や有機摩
擦調整剤の量を前述したように規制する必要はないが、
前述したと同様に規制すればさらに容易に気孔率を２５
％以下とすることができる。熱処理時の加圧の圧力は２
〜５０ｋｇ／ｃｍ²である。圧力が２ｋｇ／ｃｍ²より
低いと加圧の効果が小さくて気孔率を２５％以下とする
ことが困難となり、５０ｋｇ／ｃｍ²を超えると摩擦材
にクラックが生じて耐摩耗性が逆に悪化する場合があ
る。

【００１７】用いられる各材料や他の製造条件は、前述
したと同様である。請求項２に記載の第２の発明では、
成形体を非酸化性雰囲気下３５０〜７００℃に加熱して
焼成した後、液状結合剤を含浸して焼成している。こう
することにより、非酸化性雰囲気下での焼成時に生成し
た気孔内に結合剤が充填されるので、気孔率を２５％以
下にすることができる。なお、気孔中に結合剤を効率良
く含浸するには、負圧雰囲気中あるいは加圧雰囲気中で
行うことが好ましい。

【００１８】なお、用いられる各材料や他の製造条件
は、前述したと同様である。上記第１〜第２の発明の製
造方法は、それぞれ単独でも効果があるが、それぞれを
組み合わせて行うことによりさらに容易に気孔率を２５
％以下とすることができる。

【００１９】

【実施例】以下、参考例、実施例及び比較例により本発
明をさらに具体的に説明する。なお以下にいう含有量の
「％」は全て体積％を意味する。

【００２０】

【表１】（参考例１）表１にも示すように、スチール繊維８％、アラミド繊維
５％、カシューダスト５％、無機繊維としてのチタン酸
カリウム繊維１０％、グラファイト１６％、研磨材を兼
ねる調整剤としての酸化マグネシウム８％、他の充填材
としての硫酸バリウム２８％、フェノール樹脂２０％を
混合し、金型内に充填して加圧加熱することにより成形
体を形成した。

【００２１】次に、成形体を窒素ガス雰囲気中にて６０
０℃で２時間焼成し、表面を研磨してブレーキパッドを
得た。本参考例で得られたブレーキパッドでは、アラミ
ド繊維及びカシューダストがそれぞれ５％と少ないため
に、焼成時の体積収縮が少なく、気孔率は２０％であっ
た。このブレーキパッドについて、台上試験機を用いて
第１フェード時の最小摩擦係数と摩耗量を測定し、結果
を図１及び図２に示す。なお試験はＪＡＳＯ−Ｃ４０６
−８２相当である。（参考例２）表１にも示すように、カシューダストを用いずグラファ
イトを１８％、硫酸バリウムを３１％用いたこと以外は
参考例１と同様にして成形体を形成し、同様に熱処理し
てブレーキパッドを製造した。このブレーキパッドの気
孔率は１７％であり、参考例１よりもさらに小さくなっ
ていた。

【００２２】そして参考例１と同様に最小摩擦係数と摩
耗量を測定し、結果を図１及び図２に示す。（比較例１）表１にも示すように、アラミド繊維を１２％、カシュー
ダストを１０％用い、硫酸バリウムを１６％としたこと
以外は参考例１と同様にして成形体を形成し、同様に熱
処理してブレーキパッドを製造した。このブレーキパッ
ドの気孔率は２８％であり、２５％以上となっている。

【００２３】そして参考例１と同様に最小摩擦係数と摩
耗量を測定し、結果を図１及び図２に示す。（評価）図１及び図２より、第１フェード時の最小摩擦係数はい
ずれもほとんど差がなく０．３近傍であり、耐フェード
性に優れていることがわかる。また比較例１で得られた
ブレーキパッドは、耐フェード性は参考例と同等である
ものの、摩耗量が著しく増大していることがわかる。そ
れに比べて参考例１及び参考例２はこの順に摩耗量が少
なくなっており、気孔率の小さなものほど耐摩耗性に優
れていることが明らかである。（実施例１）表１の比較例１の配合で参考例１と同様に成形体を形成
した。次に、窒素ガス雰囲気中にて、摩擦面に５ｋｇ／
ｃｍ²の面圧を付与しながら６００℃で２時間焼成し、
表面を研磨してブレーキパッドを得た。このブレーキパ
ッドの気孔率は２３％であった。

【００２４】そして参考例１と同様に最小摩擦係数と摩
耗量を測定し、結果を比較例１とともに図３及び図４に
示す。（実施例２）表１の比較例１の配合で参考例１と同様に成形体を形成
し、参考例１と同様に熱処理した。次にこの摩擦材をそ
れ自体が液状のフェノール樹脂中に浸漬し、雰囲気を大
気圧の１／１０の真空雰囲気として摩擦材にフェノール
樹脂を含浸した。含浸量は８％である。

【００２５】そして窒素ガス雰囲気下６００℃で１時間
焼成して含浸したフェノール樹脂を硬化させ、研磨して
ブレーキパッドを製造した。このブレーキパッドの気孔
率は２２％であった。そして参考例１と同様に最小摩擦
係数と摩耗量を測定し、結果を比較例１とともに図３及
び図４に示す。（評価）図３及び図４より、第１フェード時の最小摩擦係数はい
ずれもほとんど差がなく０．３近傍であり、耐フェード
性に優れていることがわかる。また実施例１及び実施例
２で得られたブレーキパッドは比較例１と同一の配合で
製造されたにも係わらず比較例１で得られたブレーキパ
ッドに比べて耐摩耗性に優れている。これは気孔率が小
さくなったことに起因していることが明らかであり、加
圧下での焼成又は焼成後のフェノール樹脂の含浸により
比較例１の配合であっても気孔率を小さくすることがで
きることがわかる。（実施例３）表１の参考例１の配合で参考例１と同様に成形体を形成
した。次に、窒素ガス雰囲気中にて、摩擦面に１０ｋｇ
／ｃｍ²の面圧を付与しながら６００℃で１時間焼成
し、表面を研磨してブレーキパッドを得た。このブレー
キパッドの気孔率は１９％であった。

【００２６】そして参考例１と同様に最小摩擦係数と摩
耗量を測定し、結果を参考例１とともに図５及び図６に
示す。（実施例４）表１の参考例１の配合で参考例１と同様に成形体を形成
し、温度を５５０℃としたこと以外は参考例１と同様に
熱処理した。次にこの摩擦材をそれ自体が液状のフェノ
ール樹脂中に浸漬し、雰囲気を大気圧の１／１０の真空
雰囲気として気孔内にフェノール樹脂を含浸した。含浸
量は５％である。

【００２７】そして窒素ガス雰囲気下５５０℃で１時間
焼成して含浸したフェノール樹脂を硬化させ、研磨して
ブレーキパッドを製造した。このブレーキパッドの気孔
率は１８％であった。そして参考例１と同様に最小摩擦
係数と摩耗量を測定し、結果を参考例１とともに図５及
び図６に示す。（評価）図５及び図６より、第１フェード時の最小摩擦係数はい
ずれもほとんど差がなく０．３近傍であり、耐フェード
性に優れていることがわかる。また実施例３及び実施例
４で得られたブレーキパッドは、参考例１と同一の配合
で製造されたにも係わらず参考例１より耐摩耗性に優れ
ている。これは気孔率が小さくなったことに起因してい
ることが明らかである。

【００２８】すなわち、第１の発明又は第２の発明に、
繊維基材には有機繊維を摩擦材全体の０〜１０体積％含
み、摩擦調整剤には有機物を摩擦材全体の０〜５体積％
含むことを組み合わせて行うことにより、それぞれを独
立して行う場合に比べてさらに気孔率を小さくでき、耐
摩耗性を向上させることができることがわかる。

【００２９】

【発明の効果】すなわち本発明の摩擦材の製造方法によ
れば、フェード現象が起こりにくく、かつ耐摩耗性に優
れた摩擦材を、容易にしかも安定して確実に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例１、参考例２及び比較例１で製造された
ブレーキパッドの第１フェード時の最小摩擦係数を示す
棒グラフである。

【図２】参考例１、参考例２及び比較例１で製造された
ブレーキパッドの摩耗量を示す棒グラフである。

【図３】実施例１、実施例２及び比較例１で製造された
ブレーキパッドの第１フェード時の最小摩擦係数を示す
棒グラフである。

【図４】実施例１、実施例２及び比較例１で製造された
ブレーキパッドの摩耗量を示す棒グラフである。

【図５】実施例３、実施例４及び参考例１で製造された
ブレーキパッドの第１フェード時の最小摩擦係数を示す
棒グラフである。

【図６】実施例３、実施例４及び参考例１で製造された
ブレーキパッドの摩耗量を示す棒グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｌ 61:00 Ｃ０８Ｌ 61:00 (72)発明者斉藤淳一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭59−113038（ＪＰ，Ａ) 特開平５−70610（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08J 5/14 C09K 3/14 F16D 69/02 C08L 61/00 - 61/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維基材と摩擦調整剤と無機系充填材と
フェノール樹脂系結合剤とを含む成形体を形成し、該成
形体を非酸化性雰囲気中２〜５０ｋｇ／ｃｍ ² の圧力下
で３５０〜７００℃に加熱して焼成することで気孔率を
２５％以下とすることを特徴とする摩擦材の製造方法。
【請求項２】繊維基材と摩擦調整剤と無機系充填材と
フェノール樹脂系結合剤とを含む成形体を形成し、該成
形体を非酸化性雰囲気下３５０〜７００℃に加熱して焼
成し、次いで気孔内に液状結合剤を含浸しその後焼成し
て気孔率を２５％以下とすることを特徴とする摩擦材の
製造方法。
【請求項３】前記繊維基材には有機繊維を摩擦材全体の
０〜１０体積％含み、前記摩擦調整剤には有機物を摩擦
材全体の０〜５体積％含むことを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の摩擦材の製造方法。