JP2010222555A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】ローター攻撃性を悪化させずに、高速での効き、フェード特性の向上した摩擦材を提供すること。
【解決手段】繊維基材、結合材、及び摩擦調整材を含む摩擦材において、該摩擦調整材としてカシューダスト及びゴムを含まず、黒鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を含むことを特徴とする摩擦材。前記摩擦調整材として、摩擦材全体に対して、黒鉛を５〜２０質量％、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を１０〜５０質量％含むことが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、摩擦材に関するものであり、特に自動車、鉄道、産業機械などに用いられる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等に関するものである。

近年、車の性能向上により、高速での効き、フェード特性向上の改善が求められている。従来、効き及びフェード特性向上については、アブレシブ材等の硬質材料を使うことにより対策が図られてきた。
例えば、特許文献１には、繊維基材、結合材、充填材を含有する摩擦材において、該充填材として少なくともコークスを１０〜１６体積％、カシューダストを５〜１０体積％、未焼成バーミキュライトを７〜１４体積％含有させることにより、３５０℃を超える高温度、高減速度域においても摩擦係数が高く、フェード性能が良く、耐摩耗性にも優れる摩擦材を提供する旨の記載がある。
また、特許文献２には、繊維基材と摩擦調整剤と結合剤とを有し、繊維基材としてステンレス繊維を含んでいるステンレス繊維基材の摩擦材であって、摩擦調整剤としてコークスを含み、かつカシューダストを含んでいないものが、高速・高負荷時における制動力の低下が少ない旨の記載がある。
しかし、このような改善方法は、効きとローター攻撃性とのバランスをとることが困難な傾向にあり、走行におけるブレーキ作動時の車体振動や騒音などのジャダー発生等が起こる場合があり、それらの特性バランスをとることが非常に困難であった。

また、特許文献３には、繊維基材と、結合材と、無機質充填材と、有機質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において、上記無機質充填材として（Ａ）モース硬度が５以上７未満で平均粒径が３０μｍ以上５００μｍ未満のアブレシブと、（Ｂ）モース硬度が７以上１０未満で平均粒径が０．１μｍ以上３０μｍ未満のアブレシブとを用い、これら（Ａ），（Ｂ）成分の合計添加量が摩擦材組成物全体に対して２０体積％以下とすることにより、高い摩擦係数を有し、鳴き性能及びローター攻撃性が悪化することなく、優れた錆落し性を兼ね備えた高品質な非石綿系摩擦材を得ることができる旨の記載がある。
しかし、効きとローター攻撃性とのバランスを良好に保ち、かつ低コストにて更に改善することが望まれている。

特開２００７−１１２９５２号公報 特開２００７−５６０６３号公報 特開２００１−３１１０７１号公報

本発明は、ローター攻撃性を悪化させずに、高速での効き、フェード特性が向上した摩擦材を提供することを課題とする。

本発明は、以下のとおりである。
（１）繊維基材、結合材、及び摩擦調整材を含む摩擦材において、該摩擦調整材としてカシューダスト及びゴムを含まず、黒鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を含むことを特徴とする摩擦材。
（２）前記摩擦調整材として、摩擦材全体に対して、黒鉛を５〜２０質量％、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を１０〜５０質量％含む前記（１）記載の摩擦材。
（３）前記摩擦調整材として、黒鉛の平均粒径が２００〜１０００μｍである前記（１）又は（２）に記載の摩擦材。
（４）前記摩擦調整材として、マイカの平均粒径が２００〜１０００μｍである前記（１）又は（２）に記載の摩擦材。
（５）前記摩擦調整材としてアブレシブ材を、摩擦材全体に対して、５〜２０質量％含む前記（１）〜（４）の何れか１項記載の摩擦材。
（６）前記アブレシブ材としてクロマイト及び珪酸ジルコニウムを含み、該クロマイト及び珪酸ジルコニウムの割合が質量比で１：４〜４：１である前記（１）〜（５）の何れか１項に記載の摩擦材。
（７）前記クロマイトの平均粒径が１〜２０μｍである前記（６）に記載の摩擦材。
（８）前記珪酸ジルコニウムの平均粒径が０．５〜６０μｍである前記（６）に記載の摩擦材。

本発明は、ローターの摩耗量が少なくて、ローター攻撃性の評価がよいことにより、ローター攻撃性を悪化させることがなく、高速での効き、フェード特性が向上し、クラックが生じがたく、原料コストが低減することにより、優れた摩擦材を得ることができる。

本発明は、摩擦調整材としてカシューダストとゴムを含有しない。従来、摩擦材において摩擦調整材としてカシューダストが広く使われており、また比較的最近では摩擦調整材としてゴムが使用されるようになってきたが、これらはカシューダストが摩擦材の気孔率を向上させることによりフェード現象を抑制でき、またカシューダストとゴムは摩擦材の弾性率を向上させることによりブレーキ鳴きを抑制し得る効果を有しているので、従来盛んに使われていた。
しかし、最近の自動車の高速化、大型化に伴って、摩擦材に高負荷がかかる状態での使用条件下では、これらの物質を含有する摩擦材は、摩擦力が低下しブレーキの効きが悪くなる欠点が出てきている。ブレーキの効きが悪くなるのは摩擦係数μが低下することによるものであるが、一般的に摩擦係数μが低下する要因としてブレーキ使用による温度上昇が挙げられる。これは、摩擦材中のカシューダストやゴムが熱分解し、ガスが発生し、その結果、摩擦面をガス及び液状有機化合物が潤滑するためである。
すなわち、本発明は、上記ガスの発生量を抑制し、耐フェード特性を改善させるために、摩擦調整材としてカシューダストとゴムを含まないことを特徴とする。さらに、これまでのカシューダストとゴムによる効きや柔軟性付与等による摩擦特性は、潤滑材及び無機フィラーの量及び粒径により調整することができる。

上述した理由で、本発明の摩擦調整材は、潤滑材及び無機フィラーを含むことが好ましい。
潤滑材としては、モース硬度６以下のものが好ましく、黒鉛、二硫化モリブデン、石油コークス等が考えられるが、本発明では黒鉛を用いるものである。また、黒鉛の平均粒径は、２００〜１０００μｍから適宜選択されるが、５００〜１０００μｍの範囲が好ましい。
無機フィラーとしては、炭酸カルシウム、バーミキュライト、マイカ、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、フッ化カルシウム、酸化マグネシウム等が考えられるが、本発明では炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を含むものである。また、無機フィラーの平均粒径は、１〜１０００μｍから適宜選択されるが、少なくともマイカの平均粒径は、２００〜１０００μｍとするのが好ましく、３００〜１０００μｍが特に好ましい。前記各平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計により測定される値である。
本発明においては、摩擦材全体に対して、黒鉛を５〜２０質量％、好ましくは、１０〜２０質量％、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を１０〜５０質量％、好ましくは、４０〜５０質量％含む。ただし、摩擦材には有機結合材や繊維基材などを含有することが必要である関係で、黒鉛と炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上との合計量は、摩擦材全体に対して１５〜７０質量％とすることが好ましい。上記範囲で本発明の効果を有効に発揮することができる。

また、本発明においては、摩擦調整材としてアブレシブ材を含むことが好ましい。アブレシブ材は、摩擦材全体に対して、５〜２０質量％含むことが好ましく、１０〜１５質量％含むことが更に好ましい。
アブレシブ材としては、モース硬度が５〜１０のものが好ましい。アブレシブ材としてクロマイト及び珪酸ジルコニウムを含み、該クロマイト及び珪酸ジルコニウムの割合が質量比で１：４〜４：１であることが好ましく、１：３〜４：２であることが更に好ましい。
クロマイトはモース硬度が５．５と比較的研削性が弱く、珪酸ジルコニウムはモース硬度７．５と比較的研削性が強いため、上記配合比で用いることにより、ローター攻撃性を抑制するとともに効きを確保することに寄与することができる。

上記効果は、各々の平均粒径を特定範囲とすることにより一層有効になる。クロマイトの平均粒径は１〜２０μｍが好ましく、５〜１０μｍが更に好ましい。１μｍより小さいと、粒径が小さいため研削作用が発揮できず、効きの確保が難しく、要求する摩擦係数を保持するのは困難である。また、２０μｍより大きいと、研削作用が高くなり相手材であるローターを攻撃する。珪酸ジルコニウムの平均粒径は、０．５〜６０μｍが好ましく、０．５〜１０μｍが更に好ましい。０．５μｍより小さいと高い摩擦係数を維持できず、フェードが低下し、更に粉砕コストも増大する。また、６０μｍより大きいと、ローターへの攻撃性が悪化する。各平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計により測定される値である。
本発明は、上記条件に反しない限り摩擦調整材として上記以外の周知のものを適宜含むことができる。

本発明に用いられる繊維基材としては、有機系でも無機系でもよく、例えば、有機系としては、芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、ポリアクリル系繊維等が挙げられ、無機系としては、銅、スチール等の金属繊維、チタン酸カリウム繊維、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系セラミック繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられ、各々単独、または２種以上組み合わせて用いられる。繊維基材は、摩擦材全体に対して、通常、１０〜５０質量％、好ましくは１０〜２０質量％用いられる。

本発明に用いられる結合材としては、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、ポリアミド樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。結合材は、摩擦材全体に対して、通常、５〜２０質量％、好ましくは５〜１０質量％用いられる。

本発明の摩擦材を製造するには、上記各成分を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形、加熱、研磨等の処理を施すことにより製造することができる。
上記摩擦材を備えたブレーキパッドは、板金プレスにより所定の形状に予備成形され、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プレートと、摩擦材の予備成形体とを、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工程により製造することができる。

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。

実施例１〜４、比較例１〜８
第１表に示す摩擦材の原材料（質量％）をミキサーにて均一に攪拌、混合し、摩擦材混合品を得た。続いて該摩擦材混合品を、成形温度１５０〜１８０℃、圧力３０〜８０ＭＰａで加熱加圧して予備成形し、次いでその予備成形体を脱脂処理及びプライマー処理を施さし、そして予備成形体を接着剤が塗布されたプレッシャプレートに重ねて、１５０〜３００℃、０．１〜４時間熱処理し、摩擦材を得た。
第１表において、実施例１〜４では、黒鉛の平均粒径は、７５０μｍ、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウムの平均粒径は、それぞれ３００μｍ、１０μｍ、２０μｍである。珪酸ジルコニウム及びクロマイトの平均粒径は、各々１０μｍである。比較例１〜８で使用した黒鉛の平均粒径は、１５０μｍ、マイカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウムの平均粒径は、それぞれ１００μｍ、１μｍ、１０μｍである。なお、比較例１〜４、７は無機フィラーが５０質量％を越えるものであり、比較例５，６，８は無機フィラーが１０質量％未満のものである。また、比較例３、６は黒鉛が５質量％未満のものであり、比較例４，５，７，８は黒鉛が２０質量％を越えるものである。

［性能試験等］
得られた摩擦材の性能等を以下により評価し、結果を第２表に示す。
（効き）
ＡＫ−Ｍａｓｔｅｒ（欧州規格）による摩擦性能試験により評価した。
○：フェード最小μが０．２５以上
×：フェード最小μが０．２５未満
（ローター攻撃性）
ＡＫ−Ｍａｓｔｅｒにより効き試験での終了品を評価した。
○：ローター摩耗量が１５μｍ以下
×：ローター摩耗量が１５μｍより大
（クラック性）
ＪＡＳＯ−Ｃ４０６−８２に準拠し、終了品により判断した。
○：クラックなし
×：クラックあり
（原材料コスト）
○：小
×：大

上表より、本発明は、優れた高速時の効きとフェード特性並びにローター攻撃性の改善の両立が得られるとともにクラック性も良好であることが分かる。比較例１〜８は、ローター攻撃性は実施例１〜４より摩耗量が多くて劣り、効きが確保されず、両者性能の両立は得られないとともにクラック性も確保されないことが分かる。また、本発明は摩擦材原料コストにおいてカシューダスト及びゴムを用いる比較例１〜８より安価である。

Claims (8)

1. 繊維基材、結合材、及び摩擦調整材を含む摩擦材において、該摩擦調整材としてカシュウーダスト及びゴムを含まず、黒鉛、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を含むことを特徴とする摩擦材。
2. 前記摩擦調整材として、摩擦材全体に対して、黒鉛を５〜２０質量％、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、マイカから選ばれる２種以上を１０〜５０質量％含む請求項１記載の摩擦材。
3. 前記摩擦調整材として、黒鉛の平均粒径が２００〜１０００μｍである請求項１又は請求項２に記載の摩擦材。
4. 前記摩擦調整材として、マイカの平均粒径が２００〜１０００μｍである請求項１又は請求項２に記載の摩擦材。
5. 前記摩擦調整材としてアブレシブ材を、摩擦材全体に対して、５〜３０質量％含む請求項１〜４の何れかに記載の摩擦材。
6. 前記アブレシブ材としてクロマイト及び珪酸ジルコニウムを含み、該クロマイト及び珪酸ジルコニウムの割合が質量比で１：４〜４：１である請求項１〜５の何れかに記載の摩擦材。
7. 前記クロマイトの平均粒径が１〜２０μｍである請求項６に記載の摩擦材。
8. 前記珪酸ジルコニウムの平均粒径が０．５〜６０μｍである請求項６に記載の摩擦材。