JP6254424B2

JP6254424B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP6254424B2
Application number: JP2013234270A
Authority: JP
Inventors: 靖則高橋; 克司関; 幸廉須貝; 中島　茂; 中島　　茂
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2033-11-12
Also published as: WO2015072444A1; JP2015093935A

Description

本発明は、摩擦材に関し、特に自動車用ブレーキに使用される摩擦材において、摩擦材強度及び摩擦係数を維持し、ブレーキ振動を低減させた摩擦材に関する。

従来、ブレーキ等に使用される摩擦材は、繊維基材、摩擦調整材、充填材及び結合材を用い、それらを配合し、予備成形、熱成形、仕上げなどの工程からなる製造プロセスによって製造されている。ブレーキ等に使用される摩擦材としては、アラミド繊維などの有機繊維、ガラス繊維などの無機繊維、銅繊維などの金属繊維等の繊維基材、ゴムダスト、カシューダスト、金属粒子、セラミックス粒子や黒鉛、弾性黒鉛等の有機／無機摩擦調整材、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の充填材、フェノール樹脂等の結合材が使用されている。
中でも、摩擦調整材として使用される弾性黒鉛は潤滑性と、特にその優れた熱的安定性及び化学的安定性のために、これを摩擦材料の成分として用いたときに、様々な環境下で、減衰特性を維持しながら、ノイズの低減を可能にするので、弾性黒鉛を添加した摩擦材が検討されている。
また、摩擦材の場合、耐フェード性を向上させるため、熱伝導率の大きな金属、特に銅の繊維または銅の粒子あるいはアブレシブ材等の硬質材料が添加されることがある。

例えば、特許文献１には、摩擦材の局部的摩擦の結果生ずる早期焼付きを防ぐため、０．１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を付加したときを基準として９０００ｋｇ／ｃｍ^２の荷重を付加したときの体積圧縮率が８０％以上であり、荷重を取り除いたときの回復率が５０％以上である高弾性黒鉛をフィラーとして摩擦材料に配合することが記載されている。

特許文献２には、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を用いてなる非石綿系摩擦材において、部分黒鉛化コークスを０．５体積％〜２．５体積％配合したことにより摩擦特性を悪化させず、摩擦材の圧縮歪み量を調整してブレーキフィーリングを向上させた非石綿系摩擦材が記載されている。

特許文献３には、良好なダンピング特性を維持しながら、フェード性能にも優れる、すなわち高速・高負荷時における摩擦係数低下の少ない摩擦材を提供することを目的とし、有機ダストを含有せず、繊維基材と、結合剤と、充填材とからなる摩擦材であって、平均粒子径が０．１〜５．０ｍｍの弾性黒鉛を５〜２５重量％含有した摩擦材が記載されている。

特許文献４には、繊維基材、結合材、及び摩擦調整材を含む摩擦材において、摩擦調整材としてクロマイト、珪酸ジルコニウム等の研削材を配合することにより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が得られると記されている。

特許文献５には、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材は、チタン酸カリウム粉末、スチール繊維、ピロリン酸カルシウム及び酸化鉄を含有し、７００℃付近の超高温度域においても十分なフェード特性と優れた摩擦強度を有すると述べている。また、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に応じて、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、クロマイト等の研削材を単独でまたは２種以上を組み合わせて配合してもよいと記載されている。

特開平３−２８２０２８号公報特開２００７−３２６９９９号公報特開２００９−１５５４３９号公報特開２０１０−２２２５５５号公報特開２０１２−５２０６９号公報

一方、昨今では、自動車用ブレーキにおいてブレーキ鳴きと同様に振動特性に関しても市場要求が高くなっており、耐熱強度、摩擦係数、摩耗寿命等の摩擦特性及び振動特性との両立が不可欠になる。しかしながら、従来技術では、摩擦特性と振動特性（トルク変動量）が両立する摩擦材は実用化されていなかった。

従って、本発明が解決しようとする課題は、自動車のブレーキ装置のディスクブレーキパッド、ドラムブレーキシュー等の摩擦部材に使用される、弾性黒鉛を含む摩擦材に関し、銅成分の配合量を抑えても、他の特性をほとんど悪化させずに、耐摩耗性の向上と幅広い車種に適合する摩擦特性及び振動特性が両立した摩擦材を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を少なくとも含有してなる摩擦材において、銅含有量が銅元素換算で５質量％以下であり、弾性黒鉛、クロマイト及びスチール繊維を併用することにより摩擦特性と振動特性とを両立させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の課題は下記摩擦材により達成された。
（１）繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であって、銅、銅合金及び銅化合物から選ばれるうち少なくとも一種の銅成分の含有量が銅元素換算で５質量％以下であり、弾性黒鉛を２〜７質量％、クロマイトを３〜１０質量％、スチール繊維を３〜１５質量％含む、摩擦材。
（２）前記銅成分の含有量が銅元素換算で０．５質量％以上である、（１）に記載の摩擦材。
（３）前記銅成分が繊維状である、（２）に記載の摩擦材。
（４）前記銅成分が銅繊維及び黄銅繊維のうち少なくとも一方である、（２）又は（３）に記載の摩擦材。

ブレーキ振動（トルク変動量）の制御を目的とし、弾性黒鉛を添加し、かつ、クロマイト及びスチール繊維を配合した摩擦材により、摩擦係数の低下を抑制し、適度な摩擦係数の確保及び摩耗寿命が良好な摩擦特性を有する摩擦材を提供することができる。
また、本発明の摩擦材は銅成分を多量（５質量％超）に含有しなくても、耐熱強度、摩擦特性を確保できる摩擦材である。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明するが、下記実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の摩擦材は、弾性黒鉛、クロマイト及びスチール繊維が配合され、銅成分の含有量が５質量％以下である。銅成分の含有量が５質量％以下であれば、環境への負荷が少ない点で好ましい。
銅成分の含有量は銅元素換算で算出される。本願発明の摩擦材に銅成分が含まれる場合には、銅単体で含まれてもよく、銅及び亜鉛、ニッケルに、マンガン、アルミニウム、又はスズ等を含む銅合金の状態で含まれてもよく、酸化物又は硫化物などの銅化合物として含まれてもよい。

本発明で使用する弾性黒鉛とは、弾性黒鉛を得るために黒鉛化するための原料コークス類を黒鉛化する際に、その黒鉛化を途中で止めたものであって、その黒鉛化率は８０〜９５％であることが好ましい。前記原料コークス類としては、コールタールピッチ、石炭系ピッチ、石油系ピッチ等を約３５０〜５００℃で熱処理した時に生成する炭素質メソフェーズ又は生コークス、あるいはこれらを硝酸もしくは硝酸と硫酸との混酸で処理したものなどの、従来弾性黒鉛の製造原料とされているものを挙げることができる。

弾性黒鉛の平均粒径は、０．１〜１．０ｍｍが好ましい。弾性黒鉛の平均粒径がこの範囲であれば、摩擦材の弾性率を良好に向上させながら、摩擦材中の気孔率を効果的に高くすることができる。これにより、良好な減衰特性に加えて、フェード時に発生した有機物分解ガスが弾性黒鉛中の細孔に逃れることができ、フェード性能が向上する。弾性黒鉛の平均粒径が０．１ｍｍ以上であれば、減衰特性を維持され好ましい。一方、弾性黒鉛の平均粒径が１．０ｍｍ以下であれば、繊維基材の分散性が保たれ好ましい。また、弾性黒鉛の回復率は、１０〜９０％の範囲内の圧縮率において５０％以上であることが好ましい。圧縮率１０〜９０％における回復率が５０％以上であれば、摩擦材の良好な弾性率を得ることができる。より好ましくは、１０〜９０％の範囲内の圧縮率において回復率７０％以上である。または、圧縮率５０％における回復率が７０％以上であり、好ましくは圧縮率５０％における回復率が９０％以上である。

弾性黒鉛の含有量は、摩擦材全量に対し２〜７質量％である。弾性黒鉛の含有量を２質量％以上とすることで、摩擦材の減衰特性が十分に発揮し、ブレーキ振動を抑制することができる。一方、弾性黒鉛の含有量を７質量％以下とすることで、摩擦係数の低下を抑制することができる。
また、摩擦材において、弾性黒鉛は従来の黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）と併用して用いても差し支えない。

摩擦材の配合に際しては、本発明の主旨に沿う限り通常用いられる材料が使用される。補強用の繊維基材としては、有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用される。
有機繊維としては、例えば芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、耐炎性アクリル繊維、セルロース繊維等が挙げられ、無機繊維としては、例えば、チタン酸カリウム繊維やアルミナ繊維等のセラミック繊維、生体溶解性無機繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられ、また金属繊維としては例えばスチール繊維、銅繊維、黄銅繊維等が挙げられ、これらを単独又は２種以上組み合わせて使用することができる。

本発明の摩擦材では、スチール繊維を含む。スチール繊維は、摩擦材の強度を維持する効果があり、含有量は摩擦材全量に対し３〜１５質量％であり、５〜１０質量％とすることが好ましい。
また本発明の摩擦材では銅繊維や黄銅繊維等の銅成分を含んでいてもよい。銅成分は摩擦材全量に対し０．５〜５質量％とすることが好ましく、１〜５質量％とすることがより好ましい。少量の銅繊維や黄銅繊維は弾性黒鉛とともに振動特性を改善するため配合することが好ましい。

繊維基材の含有量は、十分な機械強度を確保するため、摩擦材全量に対し１０〜４０質量％とすることが好ましく、１０〜３０質量％とすることがより好ましい。

結合材は熱硬化性樹脂からなり、熱硬化性樹脂として、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂や、これら熱硬化性樹脂をカシューオイル、シリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した樹脂や、これらの熱硬化性樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた樹脂等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。結合材の含有量は、十分な機械的強度、耐摩耗性を確保するため、摩擦材全量に対し、５〜１５質量％とすることが好ましく、５〜１０質量％とすることがより好ましい。

摩擦調整材としては、レジンダスト、ゴムダスト（タイヤトレッドゴムの粉砕粉）、未加硫の各種ゴム粒子、加硫された各種ゴム粒子等の有機充填材や、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ、チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム等の非ウィスカー状チタン酸化合物等の無機充填材や、炭化ケイ素、アルミナ、シリカ、マグネシア、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化クロム、四三酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）、クロマイト等の研削材や、黒鉛、弾性黒鉛、三硫化アンチモン、コークス、二硫化モリブデン、硫化錫、硫化亜鉛、硫化鉄、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の潤滑材や、アルミニウム、スズ、亜鉛等の金属粉末等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。摩擦調整材の含有量は、所望する摩擦特性に応じて、摩擦材全量に対し５０〜９０質量％とすることが好ましく、６０〜８５質量％とすることがより好ましい。

また、本発明の摩擦調整材として、特に、研削材を含むことが好ましく、モース硬度が５．５〜９のものが好ましい。研削材としては、クロマイト、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム等が例示され、本発明の摩擦材では少なくともクロマイトを含む。
摩擦材におけるクロマイトの含有量は３〜１０質量％であり、好ましくは３〜７質量％である。クロマイトをかかる範囲で含有することで摩擦係数を制御できる。
研削材としてはクロマイトを単独で使用してもよく、クロマイト以外を併用してもよい。クロマイトはモース硬度が約５．５と比較的研削性が弱く、含有量を調節することにより、相手材攻撃性を抑制するとともに振動特性を確保することに寄与することができる。

上記研削材の効果は、各々の研削材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、５〜１５μｍが更に好ましい。１μｍ以上であれば研削作用が発揮されるため効きが確保され、要求する摩擦係数を保持することができる。また、２０μｍ以下であれば、研削作用が高くなり過ぎず相手材攻撃性を抑制することができる。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（メジアン径）である。

本発明では、必要に応じ、摩擦調整材として上記以外の周知のものを適宜配合することができる。

本発明に係る摩擦材の製造方法の具体的な態様としては、周知の製造工程により行うことができ、例えば、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、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て摩擦材を作製することができる。
摩擦材を備えたブレーキパッドの製造における一般的な工程を以下に示す。
（ａ）板金プレスによりプレッシャプレートを所定の形状に成形する工程、
（ｂ）上記プレッシャプレートに脱脂処理、化成処理及びプライマー処理を施す工程、
（ｃ）繊維基材、摩擦調整材、及び結合材等の原料を配合し、撹拌により十分に均質化して、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製する工程、
（ｄ）上記予備成形体と接着剤が塗布されたプレッシャプレートとを、所定の温度及び圧力を加えて両部材を一体に固着する熱成形工程（成形温度１３０〜１８０℃、成形圧力３０〜８０ＭＰａ、成形時間２〜１０分間）、
（ｅ）アフタキュア（１５０〜３００℃、１〜５時間）を行って、最終的に研摩、表面焼き、及び塗装等の仕上げ処理を施す工程。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明の範囲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１〜１６、比較例１〜９)
＜摩擦材の作製＞
摩擦材の作製工程は下記の通りである。
１．原料の混合
配合原材料は、混合攪拌機に一括して投入し常温で５分間混合攪拌を行った。なお、具体的な原材料は下記に示した原料を使用した。具体的な配合比は、各々表に示す。なお、黄銅繊維７質量％は、銅元素換算で４．９質量％に相当する。

２．作製工程
上記配合材料からなる混合物を各々予備成形、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て摩擦材を作製した。
（１）予備成形
上記混合物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて２０ＭＰａで１０秒間の常温での成形を行い予備成形体を作製した。
（２）熱成形
この予備成形体を熱成形型に投入し、予め接着剤を塗布した金属板（プレッシャプレート：Ｐ／Ｐ）を重ね１５０℃、４５ＭＰａで５分間加熱加圧成形を行った。
（３）この加熱加圧成形体に２５０℃、３時間の熱処理を実施後、所定の厚み１６ｍｍに研摩、塗装し摩擦材を得た。（パッド面積：６０ｃｍ^２）

＜評価：摩擦試験＞
上記の摩擦材を使用して以下の評価を実施した。
（１）トルク変動量評価
ａ）ＪＡＳＯ摺合せ条件準拠し；速度６５→０ｋｐｈ、減速度３．５ｍ／ｓ^２、制御温度１５０℃（ロータ温度）で行った。
ｂ）制動条件；速度１３０→４０ｋｐｈ、液圧４ＭＰａ一定にて１０回制動を実施した。
ｃ）上記各制動時におけるトルク変動量を計測した。
（２）圧縮歪量評価
ＪＩＳＤ４４１３に準拠して評価した。
（３）摩擦係数（第一フェード最低摩擦係数）／摩擦材摩耗量
ＪＡＳＯＣ４０６に準じて行った。
（４）耐クラック性
３００℃に昇温した摩擦材を水中に投入することを５回繰り返して行った。

評価は、○、△、×で行い、その判定基準は下記に示す通りである。
・トルク変動量（Ｎｍ） ○；２００＞
△；２００〜２５０
×；２５０ ≦
・圧縮歪量（μｍ／２枚） ○；１３６ ≦
△；１２０ ≦ Ｘ ≦ １３５
×；１２０＞
・第一フェード最低摩擦係数 ○；０．２６ ≦
△；０．２０ ≦ Ｘ ≦ ０．２５
×；０．２０＞
・摩擦材摩耗量（ｍｍ） ○；１．２＞
△；１．２〜１．５
×；１．５ ≦
・耐クラック性 ○；クラック発生無
×；クラック発生有

摩擦材の評価は、トルク変動量、圧縮歪量、摩擦係数、摩擦材摩耗量、耐クラック性の各評価項目について行った。実施例と比較例から分かるように、弾性黒鉛を２〜７質量％、クロマイトを３〜１０質量％及びスチール繊維を３〜１５質量％同時に含む実施例の摩擦材は、上記評価項目の判定基準をほぼ満たしている。しかし、比較例の摩擦材は、トルク変動量あるいは耐クラック性のいずれかの項目の判定基準以下であることが示された。

本発明の摩擦材は、クロマイト、スチール繊維及び弾性黒鉛を摩擦材の原材料として特定量を配合することにより、振動特性と摩擦特性の両立を確保でき、高い摩擦係数を保持しつつ、耐クラック性の確保とともに、効きとのバランス調整もできるので、特に乗用車など幅広い車種に適合した摩擦材、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としての需要が期待される。

Claims

繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であって、銅、銅合金及び銅化合物から選ばれるうち少なくとも一種の銅成分の含有量が銅元素換算で５質量％以下であり、前記摩擦調整材として弾性黒鉛を２〜７質量％、前記摩擦調整材としてクロマイトを３〜１０質量％、前記繊維基材としてスチール繊維を３〜１５質量％含む、摩擦材。
前記銅成分の含有量が銅元素換算で０．５質量％以上である、請求項１に記載の摩擦材。
前記銅成分が繊維状である、請求項２に記載の摩擦材。
前記銅成分が銅繊維及び黄銅繊維のうち少なくとも一方である、請求項２又は３に記載の摩擦材。