JP3983038B2 - Friction material - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸カルシウムの粉末を使用する摩擦材に関するものであり、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フェード特性が向上した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。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、或いはクラッチなどに使用される摩擦材は、摩擦作用を与え、かつその摩擦性能を調整する摩擦調整材、補強作用をする繊維基材、これらの成分を一体化する結合材などの材料からなっている。そのうちの繊維基材には、金属繊維、無機繊維、有機繊維などの種類があり、それぞれの特徴があり、１種類ではすべての要求を満足することができないので、通常２種類以上のものが組み合わされて使用されている。
【０００３】
一方、摩擦材の摩擦特性を調整する材料としては摩擦調整材及び固体潤滑材があるが、これらにも無機系と有機系とがあり、それぞれの特徴があり、１種類ではすべての要求を満足することができないので、通常２種類以上のものが組み合わせて使用されている。
そして、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。
【０００４】
また、充填材として、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、金属粉、バーミキュライト、マイカなどが用いられている。ところで、摩擦材のフェード特性は、摩擦材の気孔率に大きく影響を受けるため、気孔率を高くできる材料が充填材に対して求められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本来制動用の摩擦材に要求される主要特性は、安定した摩擦特性、耐熱性、耐摩耗性などである。これら要求特性のうち摩擦特性については、従来の技術でほぼ満足できるレベルまで改良がなされ、とりわけ繊維質を基材とする摩擦材は良好な性能を示す。しかし、最近はフェード特性が良好で相手材攻撃性が小さく、ノイズ性も向上し、さらに低コストの摩擦材の供給が強く望まれている。
本発明では、上述の特性を備えた摩擦材を提供するため、無機充填材として不規則な凸凹を持ち、気孔率が大きく、粒子間空隙が生じやすい粒子を使用することにより、その大きい気孔率を利用して、良好なフェード特性が得られる摩擦材を得ようとするものである。
すなわち、本発明は、良好なフェード特性、ノイズ性及び低コスト性を備えた摩擦材を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記の課題により、従来の石灰石由来の炭酸カルシウムよりも高い気孔率を有し、良好なフェード特性を発揮するカルシウム化合物について種々研究した。
そして***風化造礁サンゴを機械的に粉砕して製造した炭酸カルシウムは、石灰石を機械的に粉砕して製造した炭酸カルシウムに比べ、気孔率が大きく、粒子間に空隙が容易に形成されることに着目して本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、下記の手段により、上記の課題を解決した。
（１）繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、無機充填材の一成分として***風化造礁サンゴを機械的に粉砕して得られる、無数の空孔が開いており表面が不規則な凸凹をもっている炭酸カルシウムの粉末を配合したことを特徴とする摩擦材。
（２）前記炭酸カルシウムの粉末が、摩擦材全体の５〜６５重量％配合されていることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明において使用する***風化造礁サンゴについて、従来の石灰石系炭酸カルシウムとの対比も混じえて以下に説明する。
本発明は、摩擦材の原材料として、***風化造礁サンゴを機械的に粉砕して製造した炭酸カルシウム（以下「サンゴカルシウム」ともいう）を用いた摩擦材である。
サンゴカルシウムは、元の造礁サンゴの構造に由来して無数の空孔が開いており、かつ、不規則な凸凹をもっているため、それを機械的に粉砕して製造した粉末も、石灰石を機械的に粉砕して製造した炭酸カルシウム（以下「石灰石炭酸カルシウム」、あるいは「石灰石カルシウム」ともいう）と比べ、１）気孔率が大きい（およそ１２％）、２）粒と粒の間に空隙ができるという特徴がある。
【０００９】
摩擦材に使用する上記のサンゴカルシウムの配合割合を５〜６５重量％としたのは、５重量％未満ではフェードに関する合否の判定基準である、フェード率７５％以上という判定基準を満たし難いからである。一方、サンゴカルシウムの配合割合が６５重量％を越えると、摩擦材の成形が困難になるからである。
【００１０】
本発明の摩擦材を製造するには、繊維基材、摩擦調整材、潤滑材、充填材、結合材からなる摩擦材用諸原料を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形することにより製造することができる。
上記において、繊維基材としては、例えば芳香族ポリアミド繊維、耐炎化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Ａｌ₂Ｏ₃−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あげられる。
【００１１】
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、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂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、酸化クロム等の金属酸化物、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。
【００１２】
ディスクブレーキ用ブレーキパッドの製造工程は、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、摩擦調整材及び結合材等の摩擦材の原料を配合し、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）して作製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。
【００１３】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。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。
【００１４】
実施例１〜３及び比較例１〜３
１）摩擦材の配合
石灰石炭酸カルシウム（平均粒径３μｍ）をそれぞれ、５、３０、６５重量％用いたベース材１〜３に基づいて、サンゴカルシウム（平均粒径３μｍ）を用いた摩擦材の配合を行った。配合割合を第１〜３表に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
【表３】

【００１８】
２）製造方法
上記の配合材料を、通常の工程である、攪拌、予備成形、熱成形、アフタキュア、研磨等の工程を経て、摩擦材完成品を得た。
３）気孔率の測定
実施例及び比較例によって得られた摩擦材に対して、気孔率の測定（オイル含浸法、ＪＩＳＤ４４１８）を行った。その測定結果を第４表に示す。サンゴカルシウムを用いた実施例は、石灰石炭酸カルシウムを用いた比較例に比べて気孔率が大きくなった。なお、サンゴカルシウムの配合量が５重量％未満の場合は、気孔率は、サンゴカルシウムを全く含まないものと大きな差はなかったため、サンゴカルシウムの配合量は５重量％以上であることが好ましい。
【００１９】
【表４】

【００２０】
４）フェード特性
テストピース慣性型のスケールテスターを用いて性能試験（ＪＡＳＯ Ｃ４０６に従う）を行い、第１フェード試験時における、フェード率を測定した。ここで、フェード率は以下のように定義する。
フェード率（％）＝〔フェード試験における最低μ／フェード試験の制動１回目のμ（６０℃）〕×１００
試験結果を第５表に示す。
【００２１】
【表５】

【００２２】
ここで、フェードに関する合否の判定基準は、フェード率が７５％以上である。石灰石炭酸カルシウムを用いた比較例はこの判定基準を満たさないのに対して、サンゴカルシウムを用いた実施例は、この判定基準を満たしていた。なお、サンゴカルシウムの配合量が５重量％に満たないものは、サンゴカルシウムを全く含まないものと大きな差はないため、サンゴカルシウムの配合量は５重量％以上であることが好ましい。
【００２３】
５）サンゴカルシウムの配合割合の上限
サンゴカルシウムの配合割合が、６５重量％を越えると、成形が困難になるため、サンゴカルシウムの配合量は６５重量％以下が好ましい。なお、サンゴカルシウムはその平均粒径が１〜２００μｍのものが好ましい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、得られる摩擦材は、無機充填材成分の一部として***風化造礁サンゴより製造した炭酸カルシウム（サンゴカルシウム）を配合したものであり、それから得られた摩擦材は、気孔率が高いので、フェード特性が向上し、優れた特性を有する。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction material using calcium carbonate powder, and more particularly to a friction material with improved fade characteristics used in industrial machines, railway vehicles, luggage vehicles, passenger cars, and the like, more specifically. The present invention relates to brake pads, brake linings, clutch facings and the like used for the above-mentioned applications.
[0002]
[Prior art]
Friction materials used in brakes such as disc brakes and drum brakes, or clutches, etc., provide a frictional effect and adjust the friction performance, a fiber base material that reinforces, and these components are integrated. It is made of materials such as binding material. There are various types of fiber base materials, such as metal fibers, inorganic fibers, and organic fibers. Each type has its own characteristics, and since one type cannot satisfy all requirements, usually two or more types are combined. Has been used.
[0003]
On the other hand, there are friction modifiers and solid lubricants as materials that adjust the friction characteristics of friction materials, but these also have inorganic and organic types, each with their own characteristics. One type satisfies all requirements. In general, two or more types are used in combination.
Examples of the friction modifier include inorganic friction modifiers such as alumina, silica, magnesia, zirconia, chromium oxide, and quartz; organic friction modifiers such as synthetic rubber and cashew resin; and solid lubricants such as graphite and And molybdenum disulfide.
[0004]
As the filler, barium sulfate, calcium carbonate, metal powder, vermiculite, mica, and the like are used. By the way, since the fade characteristic of the friction material is greatly influenced by the porosity of the friction material, a material capable of increasing the porosity is required for the filler.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The main characteristics originally required for a friction material for braking are stable friction characteristics, heat resistance, wear resistance, and the like. Among these required characteristics, the friction characteristics are improved to a level that can be almost satisfied by the prior art, and particularly, the friction material based on the fiber exhibits good performance. However, recently, it has been strongly desired to supply a low-cost friction material with good fading characteristics, low attacking property of the counterpart material, improved noise characteristics.
In the present invention, in order to provide a friction material having the above-described characteristics, by using particles having irregular irregularities as the inorganic filler, a large porosity, and interparticle voids are easily generated, the large porosity. Thus, a friction material capable of obtaining good fade characteristics is to be obtained.
That is, an object of the present invention is to provide a friction material having good fade characteristics, noise characteristics, and low cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Due to the above-mentioned problems, the present inventors have made various studies on calcium compounds that have a higher porosity than conventional limestone-derived calcium carbonate and exhibit good fade characteristics.
And calcium carbonate produced by mechanically pulverizing uplifted weathered reef coral has a higher porosity and easily forming voids between particles than calcium carbonate produced by mechanically pulverizing limestone. The present invention has been reached with a focus on.
[0007]
That is, the present invention has solved the above problems by the following means.
(1) In a friction material composed of a fiber base material, a friction modifier, a binder, and an inorganic filler, innumerable pores obtained by mechanically crushing uplifted weathered reef coral as a component of the inorganic filler A friction material comprising calcium carbonate powder which is open and has irregular irregularities on the surface .
(2) The friction material according to (1), wherein the calcium carbonate powder is blended in an amount of 5 to 65% by weight of the entire friction material.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
The uplifted weathered coral reef coral used in the present invention will be described below with a comparison with conventional limestone calcium carbonate.
The present invention is a friction material using calcium carbonate (hereinafter also referred to as “coral calcium”) produced by mechanically pulverizing uplifted weathered reef coral as a raw material of the friction material.
Coral calcium is derived from the structure of the original reef-building coral and has numerous voids and irregular irregularities. Compared with calcium carbonate (hereinafter also referred to as “calcium calcium carbonate” or “limestone calcium”) produced by pulverization, 1) has a large porosity (approximately 12%), and 2) there are voids between the grains. There is a feature that can be done.
[0009]
The reason why the amount of coral calcium used in the friction material is set to 5 to 65% by weight is that if it is less than 5% by weight, it is difficult to satisfy the criterion for determining whether or not the fade rate is 75% or more, which is a criterion for determining whether or not to fade. is there. On the other hand, if the proportion of coral calcium exceeds 65% by weight, it is difficult to mold the friction material.
[0010]
In order to produce the friction material of the present invention, various materials for friction material consisting of a fiber base material, a friction modifier, a lubricant, a filler, and a binder are blended, and the blend is preformed according to a normal manufacturing method, It can be manufactured by thermoforming.
In the above, examples of the fiber substrate include organic fibers such as aromatic polyamide fibers and flame-resistant acrylic fibers, copper fibers, metal fibers such as steel fibers, potassium titanate fibers, Al ₂ O ₃ —SiO ₂ ceramic fibers, and the like. Inorganic fiber.
Examples of the inorganic filler include metal particles such as copper, aluminum and zinc, scaly inorganic substances such as vermiculite and mica, barium sulfate and calcium carbonate.
[0011]
Examples of the binder include thermosetting resins such as phenol resins (including various modified phenol resins such as straight phenol resins and rubbers), melamine resins, epoxy resins, and polyimide resins.
Examples of the friction modifier include metal oxides such as alumina, silica, magnesia, zirconia, and chromium oxide; organic friction modifiers such as synthetic rubber and cashew resin; and solid lubricants such as graphite and molybdenum disulfide. Etc.
As the composition of the friction material, various composition ratios can be adopted.
That is, these may be blended singly or in combination of two or more according to the friction characteristics required for the product, for example, friction coefficient, wear resistance, vibration characteristics, squeal characteristics, and the like.
[0012]
The manufacturing process of a brake pad for a disc brake is formed into a predetermined shape by a sheet metal press, subjected to a degreasing process and a primer process, and a pressure plate coated with an adhesive, heat resistant organic fibers, metal fibers, etc. Made by blending reinforcing fibers and raw materials for friction materials such as inorganic and organic fillers, friction modifiers, and binders, and then forming (pre-molding) raw materials that have been sufficiently homogenized by stirring at room temperature The preformed body is thermoformed at a predetermined temperature and pressure in a thermoforming process, and both members are fixed together, aftercured, and finally subjected to a finishing treatment. It is the same as the conventional method.
[0013]
【Example】
The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to only these examples.
[0014]
Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3
1) Formulation of friction material Based on base materials 1 to 3 using 5, 30 and 65% by weight of calcium calcite (average particle size 3 μm), respectively, friction material using coral calcium (average particle size 3 μm) Blended. The blending ratio is shown in Tables 1-3.
[0015]
[Table 1]

[0016]
[Table 2]

[0017]
[Table 3]

[0018]
2) Manufacturing method The above-mentioned compounded material was subjected to normal steps such as stirring, pre-molding, thermoforming, after-curing, polishing, etc., and a friction material finished product was obtained.
3) Measurement of porosity The porosity (oil impregnation method, JIS D4418) was measured for the friction materials obtained in the examples and comparative examples. The measurement results are shown in Table 4. The example using coral calcium has a higher porosity than the comparative example using calcium limecolate. In addition, when the compounding quantity of coral calcium is less than 5 weight%, since the porosity did not have a big difference from what does not contain coral calcium at all, it is preferable that the compounding quantity of coral calcium is 5 weight% or more.
[0019]
[Table 4]

[0020]
4) Fade characteristic test piece A performance test (according to JASO C406) was performed using an inertia type scale tester, and a fade rate at the time of the first fade test was measured. Here, the fade rate is defined as follows.
Fade rate (%) = [minimum μ in the fade test / μ (60 ° C.) at the first braking in the fade test] × 100
The test results are shown in Table 5.
[0021]
[Table 5]

[0022]
Here, the criterion for pass / fail regarding fade is a fade rate of 75% or more. The comparative example using calcium lime calcium carbonate did not satisfy this criterion, while the example using coral calcium satisfied this criterion. In addition, since the thing with less than 5 weight% of coral calcium is not significantly different from that without coral calcium at all, the amount of coral calcium is preferably 5% by weight or more.
[0023]
5) Upper limit of the proportion of coral calcium If the proportion of coral calcium exceeds 65% by weight, molding becomes difficult, so the amount of coral calcium is preferably 65% by weight or less. Coral calcium preferably has an average particle diameter of 1 to 200 μm.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, the obtained friction material is a mixture of calcium carbonate (coral calcium) produced from uplifted weathered reef coral as a part of the inorganic filler component, and the friction material obtained therefrom has pores. Since the rate is high, the fading characteristics are improved and it has excellent characteristics.

Claims (2)

繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材よりなる摩擦材において、無機充填材の一成分として***風化造礁サンゴを機械的に粉砕して得られる、無数の空孔が開いており表面が不規則な凸凹をもっている炭酸カルシウムの粉末を配合したことを特徴とする摩擦材。In the friction material consisting of fiber base material, friction modifier, binder and inorganic filler, countless pores are obtained by mechanically crushing uplifted weathered reef coral as a component of inorganic filler A friction material comprising calcium carbonate powder having irregular irregularities on the surface . 前記炭酸カルシウムの粉末が、摩擦材全体の５〜６５重量％配合されていることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。  2. The friction material according to claim 1, wherein the calcium carbonate powder is blended in an amount of 5 to 65% by weight of the entire friction material.