JP2003238700A

JP2003238700A - 非石綿系摩擦材

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Publication number: JP2003238700A
Application number: JP2002044121A
Authority: JP
Inventors: Takeo Osada; 武夫長田; Kazuhiro Takeuchi; 一弘竹内
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2002-02-21
Filing date: 2002-02-21
Publication date: 2003-08-27
Also published as: EP1338817A1; US20030154882A1

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車、大型トラック、鉄道車両及び各種産
業用機械のブレーキ、クラッチ等に使用され、人体に発
ガン性や塵肺症（特にけい肺症）の恐れがなく、優れた
摩擦性能と防錆性能及び小さい対面攻撃性を有する非石
綿系摩擦材を提供すること。【解決手段】繊維基材、結合材及び充填材とを主成分
とする非石綿系摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石
綿系摩擦材であって、該繊維基材は、長さが５μｍ以
上、直径が３μｍ以下であり、かつアスペクト比（繊維
長さ／繊維直径）が３を超える無機質繊維を含有せず
に、長さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以
上かつ１０μｍ未満である非晶質シリカのチョップドス
トランドを含有することを特徴とする非石綿系摩擦材な
どを提供した。

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、大型トラ
ック、鉄道車両及び各種産業用機械のブレーキ、クラッ
チ等に使用される非石綿系摩擦材に関し、さらに詳しく
は、自動車、大型トラック、鉄道車両及び各種産業用機
械のブレーキ、クラッチ等に使用され、人体に発ガン性
や塵肺症（特にけい肺症）の恐れがなく、優れた摩擦性
能と防錆性能及び小さい対面攻撃性を有する非石綿系摩
擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などのディスクブレーキパッド、
ブレーキシュー、クラッチディスク等に使用される摩擦
部材は、摩擦材に、鉄系金属からなる裏金を一体に接合
して形成されている。これらの摩擦部材は、相手側のデ
ィスクローターやクラッチプレートに押しつけられた状
態で相対的な移動が加えられ、その際の摩擦力で自動車
を制動したり、エンジンの駆動力を車輪に伝達したりす
る。

【０００３】そのため、摩擦材には、その制動などを円
滑に行うために、耐摩耗性に優れていること、摩擦係数
が高くかつ安定していること、摩擦係数が高温時にも急
激に低下しない耐フェード性に優れていること、ブレー
キ制動時の鳴き等の異音が発生しないこと、対面（以
下、ローターと称することもある）攻撃性が小さいこと
などの諸性能が要求されている。

【０００４】自動車等の摩擦部材においては、優れた摩
擦性能や鳴き性能を得るための原料として、無機粉末、
無機繊維を用いたものが従来から提案されている。たと
えばシリカ粉末を用いたものとして、特開昭５８−１８
３７８１号公報では、マトリックス中に、二酸化珪素
（シリカ）を含有せしめることにより、摩擦材の耐摩耗
性の向上を図っているものが開示されている。また、シ
リカ繊維を用いたものとして、特開２０００−３１９４
０９号公報では、アルミナ、シリカ及びジルコニアのう
ち２成分以上を含むセラミック繊維を含有し、かつこの
セラミック繊維の少なくとも一部が球状塊及び帯状塊と
から形成され、さらに、摩擦部材の剪断面に対して球状
塊と帯状塊とが特定％占有してなることにより、ブレー
キの効き特性に優れると共にローターの摩耗量を抑制で
き、かつブレーキ鳴きを防止できる摩擦材などが開示さ
れている。

【０００５】しかしながら、シリカの粉末は、硬度が高
く、摩擦性能向上に有効であるが、対面攻撃性が大き
く、またブレーキ鳴き等を発生しやすくなる。また、従
来用いられてきた繊維基材としての結晶質シリカ（又は
結晶性シリカ）は、人体に発ガン性又は塵肺症（特にけ
い肺症）の恐れがあるとして、使用禁止になりつつあ
り、実際使用禁止の国が増えつつある。また、無機質繊
維も特定形状のもの、例えば針状結晶のもの（ウィスカ
ー）も、発ガン性の恐れがあるとして、その使用が問題
となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術の問題点に鑑み、自動車、大型トラック、
鉄道車両及び各種産業用機械のブレーキ、クラッチ等に
使用され、人体に発ガン性や塵肺症（特にけい肺症）の
恐れがなく、優れた摩擦性能と防錆性能及び小さい対面
攻撃性を有する非石綿系摩擦材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記従来
技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、非石
綿系摩擦材の主要基材としての繊維基材に、人体に発ガ
ン性や塵肺症（特にけい肺症）の恐れがあるとされる特
定形状の無機質繊維や結晶質シリカを用いずに、けい肺
症や発ガン性の恐れがないとされる、結晶構造を持たな
い無定形の非晶質シリカを、無害とされる形状寸法のチ
ョップドストランドにして、適量用いたところ、その非
石綿系摩擦材は、摩擦性能、防錆性能、対面攻撃性、鳴
き特性などの諸性能に優れることを見い出した。本発明
は、これらの知見に基づいて完成するに至ったものであ
る。

【０００８】すなわち、本発明の第１の発明によれば、
繊維基材、結合材及び充填材とを主成分とする非石綿系
摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石綿系摩擦材であ
って、該繊維基材は、長さが５μｍ以上、直径が３μｍ
以下であり、かつアスペクト比（繊維長さ／繊維直径）
が３を超える無機質繊維を含有せずに、長さが１ｍｍ以
上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以上かつ１０μｍ未満
である非晶質シリカのチョップドストランドを含有する
ことを特徴とする非石綿系摩擦材が提供される。

【０００９】また、本発明の第２の発明によれば、第１
の発明において、非晶質シリカのチョップドストランド
の含有量は、摩擦材全体に対して１〜１６体積％である
ことを特徴とする非石綿系摩擦材が提供される。さら
に、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明に
おいて、非晶質シリカは、不純物としてアルミナを５％
未満、かつ酸化ナトリウムを０．５％未満含有すること
を特徴とする非石綿系摩擦材が提供される。

【００１０】本発明は、上記した如く、繊維基材、結合
材及び充填材とを主成分とする非石綿系摩擦材組成物を
成形、硬化してなる非石綿系摩擦材であって、該繊維基
材は、特定形状の無機質繊維を含有せずに、特定形状の
非晶質シリカのチョップドストランドを含有することを
特徴とする非石綿系摩擦材などに係るものであるが、そ
の好ましい態様としては、次のものが包含される。

【００１１】（１）結合材は、熱硬化性樹脂であること
を特徴とする上記のいずれかに記載の非石綿系摩擦材。（２）繊維基材及び充填材には、結晶質シリカを含有し
ないことを特徴とする上記のいずれかに記載の非石綿系
摩擦材。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について項目毎に詳
細に説明する。１．繊維基材本発明の非石綿系摩擦材は、繊維基材、結合材及び充填
材とを主成分とする非石綿系摩擦材組成物において、該
繊維基材として、長さが５μｍ以上、直径が３μｍ以下
であり、かつアスペクト比（繊維長さ／繊維直径）が３
を超える無機質繊維を含有せずに、長さが１ｍｍ以上か
つ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以上かつ１０μｍ未満であ
る非晶質シリカのチョップドストランドを含有すること
を特徴とするものである。

【００１３】（１）非晶質シリカ本発明に係る非石綿系摩擦材組成物において、繊維基材
として、長さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μ
ｍ以上かつ１０μｍ未満である非晶質シリカのチョップ
ドストランドが用いられる。非晶質シリカは、国際ガン
研究機関（ＩＡＲＣ）が発ガン性認定（グループ２Ａ）
した結晶質シリカとは異なり、発ガン性やけい肺症の恐
れがないとされるものであって、本発明においては、長
さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以上かつ
１０μｍ未満としたチョップドストランドが用いられ
る。このように、非晶質シリカを特定形状・寸法のチョ
ップドストランドとして用いることにより、さらに摩擦
材の諸性能、特に剪断強度やブレーキの鳴き特性などを
優れたものにすることができる。中でも、非晶質シリカ
のチョップドストランドは、耐熱温度が８５０℃程度で
あるガラスやロックウールより、耐熱性（１５００℃程
度）を有するために、高温の摩擦特性に優れ、また、結
晶質シリカに比較して、硬くないために、対面攻撃性が
少なく良好となる。尚、非晶質シリカは、耐熱性の指標
として、融点が１５００℃程度のものが用いられる。ま
た、非晶質シリカをウィスカー等ではなく、特定形状・
寸法のチョップドストランドにすることにより、浮遊粉
塵（大体１０μｍ以下の微粉であり、肺胞には、１μｍ
以下のものが沈着するといわれる）の有害性が減少し、
さらに、人体に無害になると、すなわちけい肺症になら
ないと、或いは発ガン性にならないといわれる。

【００１４】さらに、本発明に用いられる非晶質シリカ
は、不純物としてアルミナを５％未満、かつ酸化ナトリ
ウムを０．５％未満含有することを特徴とし、アルミナ
分が多いと対面攻撃性に、ナトリウムなどの酸化物分が
多いと耐熱性に悪影響があり、このことにより、さらに
対面攻撃性が減少し、かつ耐熱性が向上し摩擦係数の安
定が得られる。

【００１５】本発明においては、非晶質シリカのチョッ
プドストランドの含有量は、非石綿系摩擦材組成物全量
基準で、１〜１６体積％である。非晶質シリカのチョッ
プドストランドの含有量が１体積％未満であると、摩擦
特性が良好とならず、一方、非晶質シリカのチョップド
ストランドの含有量が１６体積％を超えると、対面に対
する攻撃性が大となる恐れが生じてくる。

【００１６】（２）その他の繊維成分本発明の非石綿系摩擦材には、繊維基材として、上記の
非晶質シリカのチョップドストランド以外の繊維成分も
用いることができるが、発ガン性の恐れがあるとされ
る、無機質繊維の針状結晶のもの（ウィスカー）、すな
わち、長さが５μｍ以上、直径が３μｍ以下で、かつア
スペクト比（繊維長さ／繊維直径）が３を超える無機質
繊維は、本発明では用いない。その他の繊維成分として
は、石綿（アスベスト）以外の摩擦材に通常用いられて
いる無機質繊維、有機質繊維などが挙げられる。このよ
うな繊維基材として、比較的硬いものとしては、例え
ば、人造鉱物繊維、天然鉱物繊維、ガラス繊維、金属繊
維などが挙げられ、比較的柔らかいものとしては、例え
ば、アラミド繊維、炭素繊維、セルロース繊維、アクリ
ル繊維などが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種
以上を組み合わせて用いることができる。中でも好まし
いのは、アラミド繊維が挙げられる。

【００１７】上記の人造鉱物繊維としては、ロックウー
ルやスラグウール、硫酸マグネシウム繊維等が挙げられ
る。また、天然鉱物繊維としては、例えばウオラストナ
イト、セピオライト等が挙げられる。金属繊維として
は、例えば、スチール、ステンレス、青銅、銅、真鍮、
アルミニウム等の各種金属の繊維等が挙げらる。

【００１８】本発明においては、非晶質シリカのチョッ
プドストランド以外の繊維基材は、短繊維状、パルプ
状、粉末状で用いられ、非晶質シリカのチョップドスト
ランド以外の繊維成分の含有量は、特に制限されず、非
石綿系摩擦材組成物全量基準で、用いる繊維基材成分の
種類により、適宜選ばれ、通常、５〜９０体積％程度、
好ましくは２０〜７０体積％である。

【００１９】２．結合材本発明の非石綿系摩擦材に用いられる結合材には、通常
摩擦材に用いられる公知のものを使用することができ、
例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラ
ミン樹脂またはそれらの変成樹脂のような熱硬化性樹脂
や、ポリアセタール、芳香族ポリイミド樹脂、フッ素樹
脂等の耐熱性樹脂、又はＮＢＲなどが挙げられる。これ
らの１種を単独で、或いは２種以上を組み合わせて用い
ることができる。

【００２０】本発明においては、結合材の含有量は、特
に制限されず、非石綿系摩擦材組成物全量基準で、用い
る結合材成分の種類により、適宜選ばれ、通常、５〜５
０体積％程度、好ましくは１０〜２５体積％である。

【００２１】３．充填材本発明の非石綿系摩擦材に、充填材成分として使用され
るものは、有機系でも無機系でもよく、通常摩擦材に用
いられる公知のものを使用することができ、例えば二硫
化モリブデン、三硫化アンチモン、炭酸カルシウム、硫
酸バリウム、酸化マグネシウム、カシューダスト、黒
鉛、水酸化カルシウム、フッ化カルシウム、タルク、三
酸化モリブデン、三酸化アンチモン、ケイ酸ジルコニウ
ム、酸化鉄、雲母、硫化鉄、酸化ジルコニウム、金属粉
末、石英、酸化珪素、ゴム粉末、アルミナ、酸化クロ
ム、バーミキュライトなどが挙げられる。中でも二硫化
モリブデン、三硫化アンチモン、カシューダスト、黒
鉛、三酸化アンチモンのような潤滑性のあるものは、耐
摩耗性の向上や対面攻撃性の減少に寄与する。逆に、珪
酸ジルコニウム、酸化鉄、酸化ジルコニウム、石英、酸
化珪素、アルミナ、酸化クロムのような研磨作用のある
ものは、摩擦特性の向上に寄与する。これらの１種を単
独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
尚、本発明の主旨からして、この充填材成分に用いられ
る酸化珪素、すなわちシリカは、発ガン性又はけい肺症
の恐れがある結晶質シリカを用いないで、非晶質シリカ
や珪藻土（非結晶性粉末）を用いるものである。

【００２２】本発明においては、充填材の含有量は、特
に制限されず、非石綿系摩擦材組成物全量基準で、用い
る充填材成分の種類により、適宜選ばれ、通常、５〜６
０体積％程度、好ましくは１０〜４０体積％である。

【００２３】４．その他の任意材料本発明において、非石綿系摩擦材組成物には、本発明の
目的を損なわない範囲で、上記の繊維基材、結合材及び
充填材以外の、非石綿系摩擦材に通常用いられる任意材
料を適宜添加することができる。例えば、コークス、リ
ン系潤滑剤等が挙げられるが、任意材料はこれらに限定
されるものではない。

【００２４】５．非石綿系摩擦材の製造方法本発明の非石綿系摩擦材の製造方法は、上記の繊維基
材、結合材及び充填材などをヘンシェルミキサー、レデ
ィゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて
均一に混合し、成形用粉体を得、この粉体を成形用金型
内で予備成形（面圧９．８〜２９．４ＭＰａで０．５〜
３分間）し、この予備成形物を成形温度１３０〜２００
℃、成形圧力９．８〜９８．０ＭＰａ（１００〜１００
０ｋｇ／ｃｍ^２）で２〜１５分間、好ましくは面圧１
８．７〜３９．２ＭＰａ（１５０〜４００ｋｇ／ｃ
ｍ^２）で４〜１０分間成形するものである。次に、得ら
れた成形品を１４０〜２５０℃の温度で２〜４８時間、
好ましくは温度１５０〜２２０℃で６〜１２時間熱処理
（後硬化）し、必要に応じてスプレー塗装、焼き付け、
研磨処理を施して完成品が得られる。尚、自動車等のデ
ィスクパッドを製造する場合には、予め洗浄、表面処
理、接着剤を塗布した鉄又はアルミニウム製プレート
（裏金）上に予備成形物を載せ、この状態で成形用金型
内で成形、熱処理、スプレー塗装、焼き付け、研磨する
ことにより製造することができる。

【００２５】本発明の非石綿系摩擦材は、自動車、大型
トラック、鉄道車両、各種産業機械等のブレーキライニ
ング、クラッチフェーシング、ディスクパッド、制輪子
などの各種用途に好適に用いることができる。

【００２６】

【実施例】次に、本発明について実施例及び比較例を挙
げて、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実
施例に特に限定されるものではない。実施例及び比較例
における摩擦材は、下記の評価法、判定基準に基づき評
価した。先ず、摩擦特性（摩擦係数）、対面攻撃性、及
び鳴き性能の評価は、「ＪＡＳＯＣ４０６」に準拠し
た摩擦試験にて、制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度
０．３Ｇ、制動回数２０００回、制動前ブレーキ温度１
００℃と２００℃の試験条件で、摩擦係数と対面（ロー
ター）の摩耗量を測定し、また、鳴きの度合を下記判定
基準に基づき評価した。 ◎：非常に良好（全く鳴かない） ○：良好（鳴きが合格レベル） △：若干悪い（鳴きがやや多い） ×：不合格（鳴きが多い）

【００２７】また、錆落とし性評価として、「ＪＡＳＯ
Ｃ４０６」に準拠した錆落と試験にて、制動初速度５
０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．１５Ｇ、制動回数２００
回、制動前ブレーキ温度１５０℃の試験条件で、予め表
面に錆を発生させた対面（ローター）の錆の研削程度を
下記の基準に基づき評価した。 ◎：錆が完全に落ちている ○：錆がほぼ完全に落ちている △：錆がやや残っている ×：錆が残っている

【００２８】さらに、環境負荷性の評価は、特定化学物
質の環境への排出量の把握及び改善の促進に関する法律
に準拠し、下記判定基準に基づき評価した。 ○：上記法律に定められた化学物質を含まない ×：上記法律に定められた化学物質を含む

【００２９】［実施例１〜６、比較例１〜５］表１に示
した繊維基材、結合材及び充填材などの組成（成分）を
配合した摩擦材組成物について、アイリッヒミキサーを
用いて均一に混合し、加圧型内で３００ｋｇ／ｃｍ
^２（２９．４ＭＰａ）で３０秒間加圧して予備成形し
た。この予備成形物を成形温度１６０℃、成形圧力３０
０ｋｇ／ｃｍ^２の条件下で１０分間成形し、その後、２
００℃で１０時間熱処理（後硬化）を行い、実施例１〜
６、比較例１〜５の乗用車用ブレーキパッドを作製し
た。得られたブレーキパッドについて、前記の各種評価
を行った。結果を表１に示す。

【００３０】尚、実施例１〜６に用いた非晶質シリカの
チョップドストランドであるシリカ繊維は、長さが１ｍ
ｍ、直径が９μｍであり、その成分は、シリカが９４．
７％アルミナが４．５％、酸化ナトリウムが０．３％で
ある。比較例１、２に用いたウィスカーは、長さが２０
μｍ、直径が０．６μｍのチタン酸カリウム繊維で、大
塚化学製「トフィカ」（登録商標）である。また、比較
例３、５に用いたセラミックファイバーは、長さが８０
μｍ、直径が２〜４μｍの結晶質のシリカ繊維で、新日
鐵化学製「サーマルセラミックスＳＣバルク」（登録
商標）である。さらに、比較例３、４に用いたガラス繊
維は、長さが３ｍｍ、直径が９μｍのもので、セントラ
ル硝子製「ＥＯＳシリーズ」である。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の結果から、繊維基材として従来の結
晶質シリカなどの各成分をそのまま配合した比較例１〜
５の摩擦材は、摩擦試験結果、及び錆び落とし性と環境
負荷性の評価結果が実施例１〜６に比べて劣るものであ
った。すなわち、例えば結晶質シリカを配合した比較例
５は、摩擦係数と錆び落とし性は良好であるものの、対
面攻撃性は大きく、鳴き性能も悪く、さらに、環境負荷
性も悪かった。一方、これらに対し、繊維基材として、
長さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以上か
つ１０μｍ未満である非晶質シリカのチョップドストラ
ンドを特定量含有した本発明に係る実施例１〜６のもの
は、いずれも摩擦試験（摩擦係数、対面攻撃性、鳴き性
能）結果、及び錆び落とし性と環境負荷性の評価結果が
良好であることが認められ、実用上問題ないことが判明
した。

【００３３】

【発明の効果】本発明の非石綿系摩擦材は、繊維基材
に、長さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以
上かつ１０μｍ未満である非晶質シリカのチョップドス
トランドを特定量含有することにより、人体に発ガン性
や塵肺症（特にけい肺症）の恐れがなく、優れた摩擦性
能と、小さい対面攻撃性及び優れた防錆性を有するとい
う顕著な効果を発揮し、高品質なものとなる。そのた
め、自動車、大型トラック、鉄道車両及び各種産業用機
械のブレーキ、クラッチ等に好適に用いられる。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５２０Ｍ５３０５３０ＤＦ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 ＢＦターム(参考） 3J058 BA21 BA23 FA01 GA04 GA07 GA23 GA33 GA34 GA35 GA37 GA38 GA43 GA45 GA73 GA82 4F071 AA12X AA34X AA41 AA59 AB03 AB07 AB18 AB20 AB24 AB26 AD01 AF28 AH07 AH17 BB01 BC17 4J002 AC072 CC021 CL063 DA028 DA077 DE099 DG049 DJ016 FD046 FD047 GM00 GM03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維基材、結合材及び充填材とを主成分
とする非石綿系摩擦材組成物を成形、硬化してなる非石
綿系摩擦材であって、該繊維基材は、長さが５μｍ以
上、直径が３μｍ以下であり、かつアスペクト比（繊維
長さ／繊維直径）が３を超える無機質繊維を含有せず
に、長さが１ｍｍ以上かつ３ｍｍ未満、直径が６μｍ以
上かつ１０μｍ未満である非晶質シリカのチョップドス
トランドを含有することを特徴とする非石綿系摩擦材。
【請求項２】非晶質シリカのチョップドストランドの
含有量は、摩擦材全体に対して１〜１６体積％であるこ
とを特徴とする請求項１記載の非石綿系摩擦材。
【請求項３】非晶質シリカは、不純物としてアルミナ
を５％未満、かつ酸化ナトリウムを０．５％未満含有す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の非石綿系摩擦
材。