JPH03140390A - 湿式摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は適当な潤滑油（冷却油）の存在の下に用いられ
る。いわゆる湿式のブレーキあるいはクラッチのフェー
シングまたはライニング用０機質摩擦材に関するもので
ある。

ｆ従来の技術） 従来より湿式の摩擦材料としては、焼結金属系摩擦材料
、ベーパー系摩擦材料、ウーブン系摩擦材料１干ルード
系摩擦材料、ゴム系摩擦材料があり１モルード系摩擦材
料の中にはグラファイトあるいはコークスを主成分とす
るグラファイト系摩擦材料があり、また樹脂を主成分と
するレジン干ルート系摩擦材料がある。

これら摩擦材の中で焼結金属摩擦材料は、耐熱性に優れ
熱伝導率も高く、高負荷用途に用いられてきた。しかし
摩擦板が大型になると、加工上の制約から・１芝行度を
均一にするのが難しくなって相手板と部分的な接触を生
じ、このためその領域で集中的な熱負荷を受けて焼付限
界を越え、あるいは塑性流動簿を生ずるようになるとい
う不１−シ合があった。

このため、摩擦板を変形させて相ト板と均一に全面にわ
たって接触させることにより、熱の分散を行なうことが
考えられた。このための摩擦材料としてベーパー系、ゴ
ム系、グラファイト系、レジンモルード系等があり、特
にベーパー系およびゴｌ、系は高ｆ１荷用途に採用され
る場合がふえている。

ベーパー系Ｐ！擦材料は、セルロース繊維をＬ成分とし
て各種添加成分を加えフェノール樹脂等で結合した抄紙
方法により作られるものであって、連通した気孔を４０
〜５０％程度ｆｒする。圧力による塑性変形廣が大きい
ので相手板と全面接触しやすく、いわゆるなじみ性が良
いとされる。セルロース繊維は油との親和性がよく、摩
擦係数が高いという長所もあって中、低負荷で仕゛１１
吸収率の高い＋４料として多１１冒こ使用されている。

しかし、ベーパー系の欠点としては、繊維のからみによ
って弾性力を１１？ているので加圧変形後のｉ（元応答
性が劣り、抄紙で繊維が−・定方向に配向されるので相
手板の面相さを１μｍ以ドにする必要があり、その曲に
加圧時のストローク調整笠の問題や油種、ＦＩ力による
摩擦係数の変動もあり。

１口：：Ｉ能力はゴム系よりかなり劣る。

これの改良として、特公昭５３−　２７７ｓｓｓ副に間
車されるパルプわ）を造粒した状態で添加した＋イ料は
、繊維の方向性がランダムであり、ベーパー系の長所を
維持しつつ耐；を耗性、ハ：力応答性を改良している。

次にゴム系の場合は、弾性変形によって相手板との全面
接触を得るものである。このため弾性率が低く弾力性に
富む材料を用いる試みが多く　ｆ、、ｔされた。結合材
（バインダー）にフルオロエラストマーを使ＩＦ１シた
Ｉｆ！擦村Ｆｌ　（特開昭５２−　１ｆ１７４’１号。

特開昭５７−　８５８１８−５＞　、エポキシ樹脂とニ
トリルゴムを使用した材料（特公昭５７−２７３３号）
、フェノール樹脂とニトリルゴムを使用した材料（特開
昭５６−　９２９８３号）等が提案なされている。これ
らはいずれも弾性率が１０〜６０ｋｇ／ｍｍ”程度であ
り、船釣に用いられる係合圧力において望ましい弾力性
をイ■し、また部分当りを起しても熱によって軟かくな
って全面接触による処理エネルギー分散がｉｉｆ能であ
る。こうしである使用条件ドでは非常に高いｉ−１焼付
性［１熱性ではない）を持つ材料も出現している。中、
低吸収エネルギーの用途で吸収仕゛Ｉ率が非常に高いも
のもゴム系の特徴である。

しかしゴム系摩擦材には、ゴムの種類によって、あるい
はゴム系全部に共通して、欠点があった。

フッ素ゴム系は爾・１熱、耐油性に優れている。しかし
フッ素ゴム自体の強度は弱いので、必要な材料強度を得
るためには高価な原料を多：、目こ使用しなければなら
ず１価格面での問題があった。また同様な理由で多孔性
のｔ、４科やフィラーを多：ｉ冒こ添加した）イ科を得
ることは難しく、摩擦特性の制約もあった。

フッ本ゴム以外のゴムは樹脂との結合性に富む材料が多
くバインダーとして（也の樹脂と重合させたり、あるい
は樹脂と混合して加えたりＡ゛ることが１４能である。

しかしこれらゴムは耐熱性、＊４ｉ＋１性および熱老化
性などの点で過酷な条件で（重用されるブレーキ、クラ
ッチ等には性能１．充分なものではなかった。例えばカ
ルボキシ変性ニトリルコムとエポキシ樹脂を共（ｉ′結
合によりて結びつけたものをバインダーとした材料の場
合は、吸収エネが高くなるような条件１例えば連続スリ
、ｙブのような使用では、材料の座屈や異常摩耗が生じ
たりする不只合が発生し、非常に低い吸収仕“ド＋しか
適用できないものであった。またこれらゴムは。

分子−中に二重結合を残すものが多く、また熱砂化性樹
脂に比較し分子間の自由度が高いので、高温あるいはオ
イル添加削のを背により分散、酸化。

′膨潤あるいは化′？反応を起して硬度５弾ｒ１　＋！
、強度などの諸物性が変化し耐焼付性、摩擦係数、摩耗
など摩擦特性を苫しく損なうという不具合も多々生じて
いた。

ゴムをバインダーの一部とする摩擦材は、通常のゴム成
形方法すなわち混練ロール、バンバリーミキサ−等混練
機で各成分を混合した後、カレンダーロールがけしてシ
ートを得て、それを型の中に入れて加熱硬化したり圧縮
トランスファー成形などで直接型に投入して硬化するな
どの方法を用いるのであるが、材料の気孔率は数％とご
くわずかであってオイルの冷却効果が材料内部にまでお
よびにくく、また相を材との界面にあるオイルの排出効
果に支障をきたし、使用条件によっては摩擦係数の低ド
などの不具合も生じていた。

さらにゴム系の大きな欠点として−・１熱性の低さがあ
る。ゴムをバインダーの一部として用いると、一般的に
　１５０℃以上になると材料強度は極端に弱（なり、２
００℃以上になると強度低下はもちろんであるが例え短
時間でも分解してしまう材料が多い。このため摺動によ
る圧縮、剪断力により材料の座屈や異常摩耗や摩擦係数
低下を生ずる。

しかるにルシ式用高負りｌ摩擦材料にとって比較的短時
間であっても２００〜２５０℃に昇温された状態での材
料強度は非常に重要である。現在高負荷材料に求められ
る使用条件では、相手板はもちろんのこと摩擦板、潤滑
油全体が２００〜２５０℃にまで達するような状況が考
えられ、実際にもそのような■態が発生しているからで
ある。ただし現在多くＪｌｌいられている潤滑油は引火
点が２３０〜２４０℃であり、潤／１１油全体がこれ以
上の温度にさらされることは安全上からも好ましくなく
、この温度付近が現状の最高使用温度と考えられる。

次にグラファイト系あるいはコークス系の摩擦材は、１
１熱性がゴム系、ベーパー系に比較して高いのであるが
弾性率はやや劣っており、ゴム系に比較し高吸収エネル
ギー向きではあるが口前能力としてはやや劣るものであ
る。

レジンモルード系摩擦材はベーパー系とゴム系の中間の
性能を示すものが多く、比較的高い摩擦係数と、中程度
の吸収エネルギーにおける高い吸収仕事率を持っている
。耐熱性は高く、すなわち摩擦材料に・般的に使用され
るフェノール樹脂。

エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド樹
脂のような熱硬化性樹脂は、短時間の２００〜２５０℃
の温度条件下での使用においても摺動中に必要とされる
機械的要素も備えており、特にポリイミド樹脂は２５０
℃以１の温度に耐えることが可能である。

（本発明が解決しようとする課題） 本発明はＩｉｊ記材料の欠点を改良し、高負荷使用条件
でも長期にわたり安定したかつ高性能な摩とするもので
ある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の発明者の検討したところでは、摩擦材料の骨格
を形成するバインダーは、　＋ｉｒ記のように耐熱性が
高くて化学的にも安定な樹脂であるべきで、相手板との
全面接触に必要な弾力性は添加成分（フィラー）から得
るべきである。弾力性を得るためのフィラーとしては、
ゴムが圧力応答性に優れ、荷１Ｒを加えた時の変形Ｍが
大きく、Ａｉπを取り除いた時の迅速な復元性があると
いう理由で望ましい。このためゴムを粒子状態でフィラ
ーとして添加することはかなり有効な手段である。

しかしゴムを必要な弾力性が得られるまで充分な１ｉま
で添加すると、ゴムが熱や化学反応によって変化するｉ
＋）能性が大きく、摩擦特性の安定を欠（ものである。

そこで本発明の発明者はゴムのフィラーへの添加ｌｊ法
について種々検Ｊ−１．実験し、本発明に到達したので
ある。

すなわち１本発明は、−ｆｉ量％で５〜４０％の熱硬化
性樹脂を結合成分とし、残部がフィラーである摩擦材料
において、該フィラーには少なくともゴムを含浸または
被覆した膨張化黒鉛を含むことを１、シ徴とする湿式摩
擦材料、または前記フィラーが膨張化黒鉛のほかに熱硬
化性樹脂で部分的に結合された多孔質パルプ造粒粉を含
むことを特徴とする湿式摩擦材料を内容とするものであ
る。ゴムを含浸または被覆した膨張化黒鉛の含有用は好
ましくは１〜６０小１４％であるり、熱硬化性樹脂で部
分的に結合された多孔質パルプ造粒粉を含む場合には造
粒粉の気孔率は好ましくは２０〜７０％である。

本発明の膨張化黒鉛は、天然または人造の黒鉛を物理的
あるいは化学的作用により六ｆり状・Ｆ面が層状に積み
屯なった形の黒鉛の結晶の層間を数１８から数百倍に膨
張させたものである。

含浸用あるいはコート用のゴムは耐熱、耐熱１１性に優
れる一般的なゴムが用いられるが、好適な例は天然ゴム
、Ｎ１５Ｒ（アクリロニトルル・ブタジェンゴム）　、
　Ｓ　１１　（＜　（スヂレンブタジエンゴム）、アク
リルゴム、チオコールゴム、ウレタンゴム、エピクロル
ヒドリンゴム、シリコンゴム。

フッ素ゴムおよびこれらゴムの水素添加あるいは変性ゴ
ムから選ばれるものである。

特許請求の範囲に規定された組成範囲は、どの成分もこ
の範囲をはずれると摩擦係数、耐摩耗性、耐久性、強度
等の摩擦材料の７特性のいずれかに不都合を生じるもの
である。

すなわち熱硬化樹脂バインダーは、５％よりも少なけれ
ば材料強度が弱く材享１の欠け、摩耗の増大となり、４
０％以トに多いと高負夕ｆ時のプラスチ＝ｙクフローが
発生したり、望む摩擦係数あるいは安定した摩擦係数が
得られないなどの不都合を生ずる。

特許請求の範囲第３項の限定の理由は、この範囲をはず
れると不都合があるわけではないが、特にこの範囲が添
加効果が高く経済的なためである。

またパルプ造粒粉の気孔率限定の理由は、２０％以ドだ
と弾力性、含油性に乏しく、また７０％以［−だと強度
、みかけの塑性変形ＩＪ等に問題が生じるためである。

本発明摩擦材の製造方法は特に限定されないが、好適な
−・例として粉末冶金的製造法があげられる。

フィラーおよび樹脂成分をＶヤ！ブレンダー、ヘンシェ
ルミキサー、レデイゲミキサー他適゛１′１な混合機に
より混合し、型の中に投入し加圧成形する。リロ圧成形
したグリーン・コンパクトを加熱成形して、樹脂成分を
反応させ硬化する。加圧成形時に加熱を同時に行なうこ
とはもちろん＋−＋ｌ能であり、また金属性支持体に加
熱焼成と同時に接青することも１ｊＩｔ＠である。

（作用） 本発明の第１点はゴムを含浸またはコートした膨張化黒
鉛を添加するということであり、別の第２の点はさらに
この材料にパルプ粉をＬ成分とし熱硬化性ＦＡ脂で結合
された造粒粉を添加することである。本発明は第１の点
だけでも充分な効果を発揮し、一つの独嶌ンした発明で
あるが、第２の点の造粒粉を添加することによって、中
独では苦しく影響を受けるような添加剤の影響や熱の影
響を分散し、かつ動ＰＩ擦係数を１−げ、動摩擦係数と
静摩擦係数の差を小さくするなどの摩擦特性の数片を行
なうことができる。

黒鉛は従来から典形的な潤ｄ１成分として摩擦材に添加
され、熱室Ｍが人きく、１１熱付性を人中に向１させ、
熱安定性、化？的安定性に優れるものである６本発１１
は、これをゴムと組合せることによって摩擦摺動材料用
として優れた効果のフィラーを形成し、また数倍から数
百倍にも膨れた膨’：Ｌ’を黒鉛にゴムが適；ｄ含浸あ
るいは被覆されてために非常に少丁ｄの添加で添加効果
が認められる。膨弓艮化黒鉛は、ＪＩ常にＦ〔縮性に優
れていても復元性はごくわずかなのであるが１本発明の
ゴムを含浸またはコートしたものは、圧力応答性に優れ
、少１ｉｊの添加：ｄでも弾力性におよぼす効果は非渚
に大きく、また熱や化学反応のを臂を受けても弾力性・
＼の影響が少ないものである。

パルプ粉をト成分とし熱硬化性樹脂で結合され）ｒＳ造
粒粉を添加することは、　＋ｉｉｉ記のようにベーパー
系摩擦材では従来からある技術であったが、これを樹脂
結合摩擦材に応用し、特にゴム含浸または被覆の膨張黒
鉛と組合せることによって１本発明摩擦材の相乗効果が
得られるのである。

本発明摩擦材料を１）；Ｉ記のよう１こ粉末冶金的製法
によって製造すれば、連通した空孔な適゛１１屓（ｉす
る材料を得ることができ、この気孔が摩擦材と召丁、材
との界面にあるｉｔｌを適切に排出し、あるいはまた材
ｉ１内部から摩擦界面へのｉｌ＋の（共給路となって、
界面に存在する潤滑油にを調整し、摺動速度−摩擦係数
特性、界面圧カー摩擦係数特性を良好に調整することが
可能になる。また冷却媒体としての油は、連通した空孔
により界面の冷却のみでなく、材料内部の冷却をも行な
うことができる。

さらにまたこの空孔は、材料の弾力性を＋’：：ｉめる
作用も持つものである。摩擦材製造における粉末冶金的
製法およびそれによる１１１１記のような効果は従来か
ら知られたものであるが、本発明が粉末冶金的製法によ
る製造が可能なｔ４料によって摩擦材の改良をなしとげ
たという点に１本発明の価ｆＩｌ′ｉがある。

本発明摩擦材料は、気孔率１５〜７０体積％１弾性率１
０〜８０ｋｇ／ｍｍ”であるものが特に良好な結果を示
すが、気孔率１５％以丁でも本発明のフィラーの効果は
認められた。

（実施例） 本発明の粉末冶金法での実施例を以下に説明する。この
実施例は本発明の効果を確認するためのものであり、特
許請求の範囲は実施例によって限定されない。

以ド余白 第 表 原料を第１表に示す。ただし、ＣＴＢＮとはカルホキ変
性ニトリルゴムであり、また表示以外にも、［その他機
用の硬化剤、触媒、老化防１１−剤」は適宜加えられる
。

表に示す各成分を表に示す市；；１％に秤：ｉｔシ、Ｖ
型ミキサー、レデイゲミキサー、ヘンシェルミキサー簿
によって混合し、外径３３５ｍｍ、内径２８３ｍｍ、　
ｅＡさ５ｍｍの金型に充填し、加圧成形した。得られた
成形体を、ポリイミド樹脂系は２５０℃、フェノール樹
脂系は　１８０℃にて、約４時間硬化した。

得られたライニング（またはフェーシング）材の代表的
な物性値は、気孔率４０％５抗折力強度２００に４ｆ／
ｃｍ”、硬度ＩＩ　Ｒ１５Ｙ　２４．　’Ｍ性率３５ｋ
ｇｒ／ｍｍ”であった。この製品片をスチール製の芯板
に接首削にて接着し、潤滑油のための油溝を機械加「に
より形成し、ライニング（またはフェーシング）厚さを
片面０．９ｍｍまで研削して２実験に供した。

比較例としては、比較例１に混練シート法によるゴム系
摩擦材料を示し、比較例２に粉末冶金欠法によるコーク
ス・グラファイト系摩擦材料を示した。両名とも市販品
または市販品にきわめて近いものである。

以ドに実験結果を説明する。単に実施例と占いであるも
のは、実施例：３の結果を代入として示しである。

第１図はジーゼルエンジシ浦、Ｓ−３，ｌＯＷを用いて
油温　１２０℃中に民時間浸ｔ１１シた場合の実験結果
である。比較例１は浸漬時間の杆過とともに弾性率が急
激に大きくなっており、ライニング牟（が硬＜　ｆ、、
ｔっでしまっている。また比較例２は経時変化はないが
、弾Ｐｉ率が高く、クラ・ソチあるいは辷し−キとして
エン・ゲージさせた１侍ヒートスポツトを発生し、焼付
限度（限界負荷能力）の低いものであった。実施例は安
定した適度な弾性率を保持していた。

第２図は同じオイルの中に浸漬した場合の膨潤について
の結果である。比較例１はオイルまたはオイル小川ド１
１の影響により膨潤−４るのに対し、実施例が安定して
いることがわかる。

第３図および第４図は人気中で　１０（１℃、２００℃
の４度に曝した場合の弾性率の経時変化を示したもので
ある。実施例が２００℃の高温においても安定している
ことがわかる。比較例１の２００’（：。

０００時間後の弾ヤ１率がトがっているが、これは材料
が硬くなった後、劣化してもろくなったためである。

第５〆１は　１８０℃におζ“Ｊ／Ｓ摺動時のナイ料の
片組強度を示す。たて軸はライニングにかけた天面４，
１−４−５９の４：ｉ　ｉｐで、横軸はその曲中で座屈
が生じるまでにｆＩ＋１サイクル耐えたかの＋ｌイクル
散を示す。比較例にくらべて実施例が；３（？“１以り
のｍｌ加山であることがわかる６さらに座屈の形態であ
るが、比較例は＋４料にクラックが入りボロボロである
が、実施例はＩ？Ｘ１重による沈み込みでありクラック
は発′ｌしていないものである。

第６図に焼（・１限界曲線を示す。曲線上り十；ま危険
領域であり１曲線より）゛は安全領域である。−（施例
が非常に高い焼付限界を示し、高ｆ′（荷用途に適用で
きることがわかる。

第７図に吸収エネルギー約２（１ｋｇｆ／ｃ…２．吸収
仕Ｔｊ率約ｌロｋ）；ｆｍ／ｃｍ”ｓｅｃという高負荷
での５万サイクル耐久試験結果を示す。中位面積当りの
吸収エフ・ルギーと実ｉ１位面１１１当りの最大吸収仕
゛１コ率の積は約６５０　（ｋｇｒｍｌ　２／　（ｃｍ
”ｌ　（ｃｍ”ｓｃｃ　）であり、従来の約２１１″を
以りの高口向での耐久試験で、安定したｌＪｆ擦係数と
許容できる摩耗ｊｊｔをｆｌすることがｔ）かる７ 第２表 第２表に連続摺動ずべりによるデスト結果を示す。ディ
スクは２枚（４面）を用い、オイルはｉ＋Ｉ＋←Ｇ　＃
　３０．浦：ｄ　８　ｃｃ／ｃｍ”−ｍｉｎ、油温１０
０℃である。

試験条件１は摺動速度８．　ａｍ／ｓｅｃ、而Ｊ−Ｆ、
　３．　Ｉｋｇｒ／ｃｍ”であり、試験条件２は摺動速
度１０．　ＯｆＩ＋／：ｈｅｃ　、　＋ｆ＋ｉ　ｆｔ：
？、　Ｏｋｉ／ｃｍ２である。試験条件２における実施
例は、１５分で油温が引火Ｉハ以ｊに−１−￥ｔしたた
めにテストを中＋Ｌ　Ｌ、だのである。実施例は連続し
た摺動にもすぐれた材料であることがわかる。

第３ノン 第；３表に実施例ｊ〜６と比較例１〜２における１１１
位面積当り吸収エネルギーと夫ｌｉｔ　（＋’を面積゛
１）り最人吸収仕＝Ｉｉ率との積の限界値を小した。た
だしディスクは外径　３３５ｍｍ、内１３２８３．５　
　＋ｎｍの２枚（４而）であり、油はデイ−ぜルエンジ
ン油で油種＃３０．油虐　１００℃、油；＞　８　ｃｃ
／ｃｍ”ｍｉｎであり２サイクル数は２０叶１１であり
、限界値は吸収エネルギー２０ｋｇｍ／ｃかにおけるも
のである。本発明の効果が高いことがわかる。

（発明の効果） 本発明優れた湿式摩擦＋イ科を提供するものであるから
１本発明の１業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で５〜４０％の熱硬化性樹脂を結合成分と
   し、残部がフィラーである摩擦材料において、該フィラ
   ーには少なくともゴムを含浸または被覆した膨張化黒鉛
   （ＥｘｆｏｌｉａｔｅｄＧｒａｐｈｉｔｅ）を含むこと
   を特徴とする湿式摩擦材料。
2. （２）重量％で５〜４０％の熱硬化性樹脂を結合成分と
   し、残部がフィラーである摩擦材料において、該フィラ
   ーには少なくともゴムを含浸または被覆した膨張化黒鉛
   および熱硬化性樹脂で部分的に結合された多孔質パルプ
   造粒粉を含むことを特徴とする湿式摩擦材料。
3. （３）ゴムを含浸または被覆した膨張化黒鉛の含有量が
   １〜６０重量％であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項および第２項記載の湿式摩擦材料。
4. （４）熱硬化性樹脂で部分的に結合された多孔質パルプ
   造粒粉が２０〜７０％の気孔率を有するものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の湿式摩擦材料
   。