(57)【要約】【課題】自動車、鉄道車両、産業用機械などに使用されるブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシングにおいて長期にわたり安定した性能を維持する材料を提供すること。【解決手段】基材繊維、耐熱性樹脂、及び充填材を主体とする混合物を成形した摩擦材において、少くとも基材繊維の一部を捲縮したフェノール樹脂繊維を使用することにより摩擦係数、強度、耐磨耗性を長期にわたり持続的に安定した性能とすることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材繊維、耐熱性樹脂、及び充填材を主体とする混合物を成形した摩擦材において、基材繊維の少なくとも一部に捲縮したフェノール樹脂繊維を使用することを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
フェノール樹脂繊維が２５mm当たりの捲縮数５〜３０であることを特徴とする請求項１に記載した摩擦材。
【請求項３】
フェノール樹脂繊維の含有量が摩擦材成形品全体に対して１〜４０重量％であることを特徴とする請求項１並びに請求項２に記載した摩擦材。
【請求項４】
耐熱性樹脂がフェノール樹脂でありその含有量が１０〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載した摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車、鉄道車両、産業用機械などに使用されるブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシングなどの摩擦材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車、鉄道車両、産業用機械などに使用されるブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシングに用いる摩擦材は、高摩擦係数を有し耐摩耗性がすぐれると共にその摩耗率は一定であり、且つ必要とする強度を有することが求められる。この様な摩擦材は、基材繊維、耐熱性樹脂、充填材、金属粉の混合物を成形すると共に加熱硬化して製造するのが一般的である。基材繊維は過去には石綿が多く使用されてきたが、人体に対する健康問題から現在ではパルプ状のアラミド繊維などを使用し、耐熱性樹脂としてはフェノール樹脂が多く使用され、充填材は摩擦剤、潤滑剤、増量剤として目的に従って適当な材料を使用するのが一般的になってきている。
【０００３】
しかし、アラミド繊維の熱収縮開始温度は約４００℃、熱分解開始温度は約５６０℃であるため、使用中に摩擦熱により高温に曝されると強度劣化や熱分解を生じる結果、抱合性能が低下して摩擦材の耐久性が劣る点が問題点である。即ちパルプ状アラミド繊維は繊維同志の絡み合い力により混合している充填材などの構成成分を抱合しているが、摩擦時の発熱によりアラミド繊維の強度が劣化したり分解するとその補強効果が低下するため摩擦材の破損や崩壊が急激に発生する結果、摩擦材の摩耗は段階的に低下し、その結果長期に亘り持続的に安定した性能を維持することができない点である。また、パルプ状アラミド繊維は高価な材料であるために、摩擦材のコストが高くなるという欠点もあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は従来技術の問題点を解決するものであり、摩擦係数、強度、耐摩耗性を低下することなく、長期に亘り持続的に安定した性能を維持することのできる摩擦材を製品化し、且つ安価な製造コストで提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
樹脂、及び充填材を主体とする混合物を成形した摩擦材において、基材繊維の少なくとも一部を捲縮したフェノール樹脂繊維を使用することを特徴とする摩擦材を提案する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係わる摩擦材は、自動車、鉄道車両、産業用機械などに使用されるブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシングとして好適に用いられる。これらに使用されると、摩擦係数、強度、耐摩耗性を長期にわたり持続的に安定した性能を維持することができるうえ、製造コストを安価にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
自動車、鉄道車両、産業用機械などに使用されるブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフェーシングに用いる摩擦材は、高摩擦係数を有し耐摩耗性がすぐれると共にその摩耗率は一定であり、且つ必要とする強度を有することが求められる。この様な摩擦材は、基材繊維、耐熱性樹脂、充填材、金属粉の混合物を成形すると共に加熱硬化して製造するのが一般的である。
【０００８】
基材繊維は摩擦材自体を補強して強度を付加すると共に摩擦抵抗に対して適度に耐え、使用時間の経過による摩耗特性に大きな変動を生じることがなく、且つ摩擦に対して「鳴き」を発生させない効果が要求される。
【０００９】
基材繊維として使用される材料は環境上の問題から非石綿繊維へと変わってきている。具体的には、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維、鉱物繊維、セビオライトなどの無機繊維、それにアラミド繊維、ポリアミド繊維、セルローズ繊維などの有機繊維、カーボン繊維、グラファイト繊維などが挙げられる。 実際に多く使用されている基材繊維としては、ガラス繊維、アラミド繊維を中心として１種または２種以上の繊維を併用することが多い。
【００１０】
本発明はこの基材繊維として捲縮したフェノール樹脂繊維を少なくとも一部使用した摩擦材を提供するものである。 捲縮したフェノール樹脂繊維は使用中に高温に曝されても熱分解することはなく単に炭化するのみであるため、抱合作用を保ちながら表面部から徐々に摩耗してゆくため、摩擦材は持続的に安定した性能を保ちながら摩耗して行く。
【００１１】
本発明に係わる捲縮したフェノール樹脂繊維を使用した摩擦材について具体的に説明する。
【００１２】
まず、本発明の摩擦材に使用する原材料である基材繊維、耐熱性樹脂、各種充填材、金属粉について以下説明する。
【００１３】
基材繊維としては捲縮したフェノール樹脂繊維を一部あるいは全部含み、この繊維は捲縮数が２５mm当たり５〜３０のものが望ましい。捲縮数５以下のものは抱合作用が不十分であり、３０以上のものは耐熱性樹脂や充填材との混合性が劣る。特に捲縮数１０〜２０のものが性能と製造面から好適である。
【００１４】
捲縮法としては、充填法、歯車法、空気噴射法、擦過法、撚糸法などの方法がある。一般的によく応用されるのは充填法であり、この方法はスタッファーボックス（充填容器）に押し込むことにより得られる。フェノール樹脂繊維はフェノール類とアルデヒド類の重縮合体を溶融紡糸して得た連続トウを硬化処理して製造される。繊維径は０．５〜１０デニール、望ましくは１〜３デニールのものがよい。０．５デニール以下では強度が弱いため充填材などを抱合する効果が劣り、１０デニール以上では充填材などとのなじみが劣り基材繊維としての効果を十分発揮できない。繊維長は１〜２５mmのもの、望ましくは３〜７mmのものがよい。１mm以下でも２５mm以上でも充填材などを抱合する効果が劣り、基材繊維としての性能を十分発揮することは難しい。  
【００１５】
併用する場合の他の基材繊維としては、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維、鉱物繊維などの無機繊維、アラミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維、レーヨン、麻などの有機繊維があるが、短尺状ガラス繊維やパルプ状のアラミド繊維が好適である。
【００１６】
フェノール樹脂繊維の含有量は、摩擦材全体の中で１〜４０重量％である。１重量％以下では強度が不足し、また４０重量％以上では成形性が劣る。
【００１７】
耐熱性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂があるが、耐熱性と経済性の点からフェノール樹脂が好適である。ここに使用するフェノール樹脂はバインダー特性と摩擦特性が併せ必要であるため、メラミン変性フェノール樹脂やエポキシ変性フェノール樹脂などの変性タイプが一般に使用される。
【００１８】
充填材としては、無機質充填材、有機質充填材がある。無機質充填材は耐熱性の改善とコスト低減を目的に使用されるもので、硫酸バリュウム、炭酸カルシウム、マイカなどが用いられる。その他に摩擦調整剤として二硫化モリブデン、黒鉛なども使用される。有機質充填材としては、カシュウダスト、ゴムが主として使用され、その他耐衝撃性や耐熱性改善のためポリイミド、ポリエチレン、ナイロン、フッ素樹脂などのエンジニアリングプラスチックを使用することもある。
【００１９】
金属粉は放熱と摩擦調整を目的に使用されるもので、銅、真鍮、アルミニウムなどの柔らかい金属類が用いられる。
【００２０】
フェノール樹脂繊維を使用する好適な配合としてはガラス繊維やアラミド繊維と併用するものであり、基材繊維全体の中でフェノール樹脂繊維の含有量は１０〜７０重量％が望ましい。ガラス繊維やアラミド繊維は機械的強度の付与を行いフェノール樹脂繊維は持続的な安定した摩耗特性を発揮するための補助的な基材繊維としての効果を果たす。
【００２１】
本発明に係わる摩擦材の製造法は、概ね以下の様に行われる。耐熱性樹脂が粉末樹脂の場合では、樹脂に所定量の捲縮したフェノール樹脂繊維を含む基材繊維、無機質及び有機質充填材、必要により金属粉を添加混練した後、室温〜１２０℃のもと５〜２０ＭＰａの圧力にて１〜２分で仮成形し、１００〜１２０℃のもと１０〜５０ＭＰａの圧力にて０．５〜１分で成形した後で１６０〜２５０℃で３〜１５分アフターベーキングする。
【００２２】
また、液状樹脂の場合では、フェノール樹脂などの耐熱性樹脂にゴムなどの有機質充填材を混合し、それに所定量の捲縮したフェノール樹脂繊維を含む基材繊維、無機質充填材、必要により金属粉の混合物を添加し、混練して摩擦材コンパウンドとする。このコンパウンドを押出機によりシート状に予備成形し、１００℃程度で加熱処理した後、適量を加熱加圧成形する。その条件は成形温度１６０〜２５０℃、成形圧力２〜５Ｍｐａ、加圧時間３〜１５分間である。 硬化した原板は所定の寸法に仕上げた後表面研磨が行われる。 また、捲縮したフェノール系繊維の価格は一般に使用されているパルプ状アラミド繊維に比べて安価であるため、摩擦材の製造コストも低下させることが出来る。 
【実施例】
【００２３】
本発明の実施例１〜３と従来一般に実施されてきた比較例を以下説明する。 表１に示す実施例１、実施例２、実施例３と従来一般に実施されてきた比較例の配合成分を混合機で混合して成形用コンパウンドを得た。このコンパウンドを予備成形、熱成形、熱処理を行い摩擦材を製作した。予備成形は所定量をプレス成形機を用いて１３ＭＰａ、５秒間で圧縮成形した。熱成形は１５０℃、２０MPa、１分間で成形した。熱処理は加熱炉により１９０℃、５時間でアフターベーキングした。  
【表１】
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【００２４】
本実施例に使用したフェノール系繊維は繊維径３デニール、繊維長６mm、２５mm当たりの捲縮数１７を有するものを使用した。パルプ状アラミド繊維はパラ系繊維であり平均繊維長２mmのものを使用した。硫酸バリュウムは平均粒径６μｍのバライトを使用した。カシュウダストは平均粒径２００μｍのものを使用した。フェノール樹脂はノボラック系の粉末状のものを使用した。銅粉は平均粒径１００μｍのものを使用した。  
【００２５】
実施例に示した摩擦材について、比較例と共に摩耗率と摩擦係数を測定した結果は表１の通りである。実施例の摩耗率は、繊維基材としてパルプ状アラミド繊維のみを使用した比較例と比較して約40％〜約60％低下しており、長期間の使用が可能であることがわかる。また摩擦係数は比較例のものが０．３８であるのに対して大きな差はなく摩擦材として適当な性能の範囲である。                
【００２６】
なお、摩擦材の性能試験はJIS D4311  により行なった。即ち、試験装置は円板形の摩耗板（ディスク）が一定速度で回転する定速式摩耗試験機を使用し、試験温度３００℃において決められた試験条件と試験方法に従って行った。これらの結果から、従来から使用されてきたパルプ状アラミド繊維を用いる摩擦材と比較して、捲縮したフェノール樹脂繊維の使用は摩擦材としての性能を有し且つ耐久性能を向上させることが確認された。