JP2002097451A - アルミディスクローター用摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のアルミディスクローター用摩擦材よりも
高性能であるアルミディスクローター用摩擦材を提供す
ること。 【解決手段】本発明のアルミディスクローター用摩擦材
は、基材と、結合剤と、硬質無機粉末を含む摩擦調整剤
とを含む混合物である摩擦材用組成物を成形してなるア
ルミディスクローター用摩擦材であって、前記摩擦材全
体の体積を１００％としたときに、気孔率が２０％以上
であって、１μｍ以上の孔径をもつ気孔の累積体積が２
％以下であることを特徴とする。つまり、１μｍ以上の
孔径をもつ気孔の累積体積を２％以下とすることで、摩
擦材の骨格強度を向上させることができ、摩擦材の摩耗
量が低下する。なお、気孔径を全体的に小さくすること
で、摩擦材の気孔率が低下し耐フェード性が低下するお
それがあるが、本発明では、摩擦材の気孔率を２０％以
上とすることで解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両のブレーキパ
ッド、ブレーキライニング等に使用されるアルミディス
クローター用摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用ディスクブレーキのディ
スクロータの材料として鋳鉄が使用されてきた。

【０００３】近年、環境問題等が騒がれる中、自動車分
野においても、環境保護を考慮に入れた開発が進めら
れ、電気自動車、ハイブリッドカーなどが商品化されて
いる。このような状況下、自動車へのモーターの採用で
ブレーキへの負荷が軽減され、また車両の軽量化の要求
の１つとしてブレーキ部品の軽量化が求められるように
なってきた。

【０００４】そこで、軽量化の要求に対応するため鋳鉄
に比べて比重の小さいアルミ合金をディスクロータに採
用する動きがある。

【０００５】アルミ合金製のディスクロータは、鋳鉄製
ディスクロータと比較して、強度、耐摩耗性の諸性能が
充分とはいえないアルミニウムを基材としており、その
欠点を補う目的で、アルミニウム基材中に炭化ケイ素
（ＳｉＣ）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の硬質無機粉末を
多量に含有させた非常に強固なマトリックスをもつアル
ミ合金ディスクロータとしている。

【０００６】このきわめて強固なマトリックスをもつア
ルミ合金製ディスクロータに、従来の鋳鉄製ディスクロ
ータ用の摩擦材を使用すると、アルミ合金製ディスクロ
ータ中に含まれる硬質無機粉末の硬度がモース硬度で９
以上と非常に硬く、粒径が大きいので、ディスクロータ
とパッドとの摩擦係数がきわめて低くなり、摩擦材の摩
耗も促進され充分な性能が得られなかった。

【０００７】車両のブレーキパッド、ブレーキライニン
グ等に使用される摩擦材は、摩擦材の骨格を形成する基
材と、摩擦材の摩擦の状態を制御する摩擦調整剤と、基
材等を結合保持する結合剤とを含むものが一般的であ
る。

【０００８】このようなアルミ合金製ディスクロータに
負けないあるいは対抗できるアルミディスクローター用
摩擦材としては、硬質無機粉末を配合した摩擦材が提案
（特開平６−２２８５３９号公報）されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、硬質無
機粉末を摩擦材中に配合することで通常走行時の摩擦係
数は高い値が得られたものの、摩擦材の摩耗が多くなる
問題の解決は不十分であった。

【００１０】したがって、本発明では、従来のアルミデ
ィスクローター用摩擦材よりも高性能であるアルミディ
スクローター用摩擦材を提供することを解決すべき課題
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する目的
で、本発明者らは鋭意研究を行った結果、従来のアルミ
ディスクローター用摩擦材は、耐フェード性を確保する
目的で、摩擦材中に大きな孔径の気孔を多く設けていた
が、摩擦材の内部に１μｍ以上の大きさの気孔が一定量
以上存在すると、摩擦材の骨格強度が軟弱となってロー
ターに対抗することができずに摩擦抵抗が低下して摩擦
材の摩耗が促進されることを見出した。本知見に基づい
て本発明者らは以下の発明を行った。

【００１２】すなわち、本発明のアルミディスクロータ
ー用摩擦材は、基材と、結合剤と、硬質無機粉末を含む
摩擦調整剤とを含む混合物である摩擦材用組成物を成形
してなるアルミディスクローター用摩擦材であって、前
記摩擦材全体の体積を１００％としたときに、気孔率が
２０％以上であって、１μｍ以上の孔径をもつ気孔の累
積体積が２％以下であることを特徴とする。

【００１３】つまり、１μｍ以上の孔径をもつ気孔の累
積体積を２％以下とすることで、摩擦材の骨格強度を向
上させることができ、摩擦材の摩耗量が低下する。な
お、気孔径を全体的に小さくすることで、摩擦材の気孔
率が低下し耐フェード性が低下するおそれがあるが、本
発明では、摩擦材の気孔率を２０％以上とすることで解
決できる。ここで、「気孔率」とは、気孔の空隙部分が
摩擦材の見かけの全容積に占める割合を体積基準で示し
た値である。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のアルミディスクローター
用摩擦材について、以下に示す本実施形態の摩擦材に基
づいて説明する。なお、本明細書において「％」は特に
明示のない限り体積百分率である。なお、本発明のアル
ミディスクローター用摩擦材が適用可能なアルミディス
クローターはアルミニウムまたはアルミニウム合金基材
中に炭化ケイ素（ＳｉＣ）やアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の
硬質無機粉末を多量に含有させたものである。

【００１５】本実施形態のアルミディスクローター用摩
擦材は、基材と、結合剤と、硬質無機粉末を含む摩擦調
整剤とを含む混合物である摩擦材用組成物を成形してな
る。そして、摩擦材全体の体積を１００％としたとき
に、気孔率が２０％以上であって、１μｍ以上の孔径を
もつ気孔の累積体積が２％以下である。孔径が１μｍ以
上の気孔の累積体積が２％より高くなると、摩擦材の骨
格強度が充分でなくなり、気孔率が２０％より低くなる
と、耐フェード性が低下するようになる。気孔率は好ま
しくは２０〜５０％、より好ましくは２０〜３０％であ
る。

【００１６】本実施形態のアルミディスクローター用摩
擦材を自動車用ブレーキパッドに適用する場合には、少
なくともブレーキパッドの表層部分に本実施形態の摩擦
材を用いることにより充分な効果が得られる。

【００１７】本実施形態の摩擦材は、通常の摩擦材の製
造方法により作成される。たとえば、基材、結合剤およ
び摩擦調整剤等の原料を所定の割合で充分に混合した摩
擦材用組成物を熱成形により所定の形状に成形した後
に、さらに熱処理する方法により作製することができ
る。

【００１８】この摩擦材の気孔率および気孔の孔径の調
整は、摩擦材の成形時における成形圧力、成形時間およ
び成形温度等の成形条件を調節することにより行われる
ことはもちろん、摩擦調製材の一成分である研削剤とし
ての硬質無機粉末の中心粒径を０．２〜１μｍとするこ
とで行うことができる。そして、摩擦材組成物の粒径を
揃えると、より気孔率を大きくすることができる。ま
た、摩擦材組成物の粒径を小さくすることによって、気
孔径分布を小さい方に移動させることができる。従来、
配合されていた研削成分は比較的粒子径が大きい粒子や
繊維であった。そのために成形条件を変更しても気孔率
等の制御範囲は狭かった。具体的には、中心粒径がこれ
以上大きい硬質無機粉末を配合した場合に１μｍ以上の
孔径をもつ気孔の累計体積を２％以下とする成形条件と
すると、摩擦材全体の気孔率が低下することが多かっ
た。また、硬質無機粉末の中心粒径をこれより小さくす
ると、アルミ合金製ディスクロータに負けないあるいは
対抗できるパッドが得られ難くなる。

【００１９】基材は、繊維状のものを使用することが一
般的であり、従来から使用されているものを使用でき
る。たとえば、スチール繊維、ステンレススチール繊
維、チタン繊維、銅繊維などの金属繊維、アラミド樹
脂、麻、木綿、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維、
ロックウール、セラミックスウール、ガラス繊維、チタ
ン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム繊維、シリケート
繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維などの無機繊維を用
いることができる。基材の配合割合は摩擦材に成形する
前の摩擦材用組成物の全体を１００％としたときに、１
０〜３０％の割合で混合することが好ましく、１５〜２
５％の割合で混合することがさらに好ましい。基材は、
摩擦材中で骨格を形成し、摩擦材に形成された気孔がつ
ぶれないようにその骨格を維持している。このため、基
材の割合がこれより低いと、摩擦材中の気孔がつぶれ、
気孔率が低下するので摩擦材の耐フェード性が低下し、
これより高いと、繊維の隙間を結合剤や摩擦調整剤によ
って充填できなくなり、孔径の大きな気孔が増えて摩擦
材の（骨格）強度が低下するからである。

【００２０】結合剤は、従来の摩擦材に用いられるもの
が使用できる。たとえば、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂などの樹脂をあげることができる。
結合材の配合割合は、摩擦材に成形する前の摩擦材用組
成物の全体を１００％としたときに、１０〜３０％の割
合で混合することが好ましく、１５〜２０％の割合で混
合することがさらに好ましい。結合剤の割合がこれより
低いと、基材と摩擦調整剤との結合が不十分となり、摩
擦材の（骨格）強度が低下するからであり、これより高
いと、摩擦材全体の気孔率が低下し、耐フェード性が低
下するからである。

【００２１】摩擦調整剤は、従来の摩擦材に用いられる
ものが使用できる。たとえば、研削剤、潤滑剤、有機ダ
スト、金属などから構成される。

【００２２】研削剤は、アルミ合金製ディスクローター
に対抗するためにアルミナ、炭化ケイ素等のモース硬度
の高い（たとえばモース硬度が６以上）硬質無機粉末
と、その他必要に応じて配合される酸化鉄等の金属酸化
物、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、酸化マグ
ネシウム、シリカ等のセラミックス酸化物等とを含む。
研削剤の配合割合は、摩擦材に成形する前の摩擦材用組
成物の全体を１００％としたときに、１〜１０％の割合
で混合することが好ましく、３〜８％の割合で混合する
ことがさらに好ましい。研削剤の割合がこれより低い
と、充分な摩擦係数が得られず摩擦材として成り立たな
いからであり、これより高いと、相手材であるロータを
過剰に研削し振動等の問題を引き起こすからである。

【００２３】潤滑剤は、黒鉛、カーボンブラック、グラ
ファイトや、二硫化モリブデン、三硫化アンチモン等の
金属硫化物等が例示できる。潤滑剤の配合割合は、摩擦
材に成形する前の摩擦材用組成物の全体を１００％とし
たときに、５〜１５％の割合で混合することが好まし
く、８〜１３％の割合で混合することがさらに好まし
い。潤滑剤の割合がこれより低いと、潤滑不足となり摩
擦材および相手材であるロータの異常摩耗を引き起こす
からであり、これより高いと、潤滑過剰となり、充分な
摩擦係数が得られず摩擦材として成り立たないからであ
る。

【００２４】有機ダストは、カシューダスト、ラバーダ
スト等が例示できる。有機ダストの配合割合は、摩擦材
に成形する前の摩擦材用組成物の全体を１００％とした
ときに、１０〜３０％の割合で混合することが好まし
く、１３〜２５％の割合で混合することがさらに好まし
い。有機ダストの割合がこれより低いと、摩擦面を保護
する有機被膜が充分に生成されず摩擦材および相手材で
あるロータの異常摩耗を引き起こすからであり、これよ
り高いと、有機被膜が必要以上に生成され、耐フェード
性が低下するからである。

【００２５】金属は、銅、真ちゅう、亜鉛、鉄等を例示
できる。金属の配合割合は、摩擦材に成形する前の摩擦
材用組成物の全体を１００％としたときに、１〜１０％
の割合で混合することが好ましく、２〜６％の割合で混
合することがさらに好ましい。金属の割合がこれより低
いと、高温での潤滑性能が低下し、特に高温での摩耗特
性が悪化するからであり、これより高いと、熱伝導が良
くなりすぎてキャリパに熱を伝えやすくなってベーパー
ロックを引き起こしやすくなるからである。

【００２６】なお、これらの基材、結合材および摩擦調
整剤の配合量はそれぞれ独立して変化可能な値である。

【００２７】本実施形態の摩擦材はその他にも硫酸バリ
ウム、炭酸カルシウム、マイカ、カオリン、タルク等の
充填剤を配合することができる。充填剤の配合割合は、
摩擦材に成形する前の摩擦材用組成物の全体を１００％
としたときに、０〜４０％の割合で混合することが好ま
しい。充填剤の割合がこれより高いと、充填剤の間に結
合剤が充分に行き渡らず結合力が低下し（骨格）強度が
低下するからである。

【００２８】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。

【００２９】（ブレーキパッドの調製）実施例として、
本発明のアルミディスクローター用摩擦材よりなるブレ
ーキパッドを作製した。各実施例および比較例のブレー
キパッドは、アラミド繊維（平均繊維長２ｍｍ、平均繊
維径１５μｍ）と、樹脂としての粉末フェノール樹脂
（平均粒径３０μｍ）と、無機繊維としてのチタン酸カ
リウム繊維（平均繊維長１５μｍ、平均繊維径０．５μ
ｍ）と、硬質無機粉末としての種々の粒子径のアルミナ
と、固体潤滑剤としての三硫化アンチモン（粒径５μ
ｍ）とを表１に示される割合に調整した原料粉末を十分
に混合した摩擦材用組成物を１６０℃とした金型内に投
入し、圧力３０ＭＰａで１０分間加熱加圧成形を行い中
間成型物とした。中間成型物を２２０℃の炉内で６時間
熱処理を行い、パッドを得た。

【００３０】

【表１】

【００３１】（気孔率の測定）それぞれの実施例のパッ
ドの気孔率、および気孔のうち、孔径が１μｍ以上の気
孔の累積体積を測定し、その割合を表１に併せて示し
た。

【００３２】なお、パッドの気孔率の測定は、水銀ポロ
シメータによりなされた。この測定方法は、水銀を気孔
に圧入させたときの水銀の量によりその気孔率および気
孔径を算出する方法である。

【００３３】（評価）本発明の各実施例および比較例の
ブレーキパッドについて、摩擦係数を測定した。ディス
クロータには、アルミ合金（炭化ケイ素２０％含有）製
のものを使用した。摩擦係数の測定は、雰囲気を温度２
３℃、湿度６５％の恒温・恒湿環境としたダイナモメー
ターを使用し、ＪＡＳＯ−Ｃ４０６−８２に準拠してす
りあわせを行い、制動条件は時速６５ｋｍ、減速度０．
３５Ｇ、ブレーキ前温度１２０℃で制動回数を２００回
測定し、摩擦係数の平均値を求めた。

【００３４】フェード試験の制動条件は、時速１００ｋ
ｍから０ｋｍ、減速度０．３５Ｇ、３５秒間隔で１０回
制動の摩擦係数を測定し、最小摩擦係数（Ｍｉｎ．μ）
を得た。なお、この試験はＰＥ５４のキャリパを用い、
３９．２ｋｇｍ²の慣性質量（イナーシャ）で行われ
た。

【００３５】パッド摩耗量の測定は、車速が５０ｋｍ／
ｈから０ｋｍ／ｈとなる制動を１０００回繰り返した後
のパッドの厚さの減少量を測定することでなされた。こ
こでの、減速度は２．９ｍ／ｓ²であり、制動前温度は
２００℃であった。なお、この試験はＰＥ５４のキャリ
パを用い、３９．２ｋｇｍ²の慣性質量（イナーシャ）
で行われた。なお、ロータについては、前述のアルミ合
金製ディスクロータが用いられた。

【００３６】せん断強度は、圧縮試験機によりブレーキ
パッドの摩擦材部に裏板に平行な方向に速度一定（１０
ｍｍ／分）の荷重をかけ、摩擦材が破壊した荷重をせん
断強度とした。

【００３７】（結果）各試験の結果を表１に示す。

【００３８】表１より、実施例のパッドは最小摩擦係
数、パッド摩耗量共に充分満足のいくものであった。そ
れに対して、孔径が１μｍ以上の累積体積が２％以上
（２．５％、３．６％）である比較例２、３のパッドは
骨格強度に劣り、せん断強度が低く、パッド摩耗量も多
かった。比較例２のパッドは、配合した硬質無機粉末
（アルミナ）の粒径が０．２〜１μｍの範囲から外れる
（２μｍ）ために孔径が１μｍ以上の累積体積を低下さ
せることができなっかたものと考えられる。

【００３９】比較例３のパッドは、研削剤としてセラミ
ックスファイバーを配合したので、本実施例のパッド成
形条件においては、孔径が１μｍ以上の累積体積を低下
させることができなっかたものと考えられる。また、硬
質無機粉末に代えて一部をセラミックスファイバーとし
たことで最小摩擦係数も低いものであった。

【００４０】また、比較例１のパッドは、気孔率が２０
％以上（２１．５％）、および孔径が１μｍ以上の累積
体積が２％以下（１．３％）であるが、配合した硬質無
機粉末の粒径が０．１μｍであるために充分な最小摩擦
係数の値が得られなかった。

【００４１】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、摩擦材の骨格強度を
低下させる１μｍ以上の孔径をもつ気孔の割合を制限し
たことにより、パッドの摩耗量が減少すると共に、気孔
率は高く保っているので高い耐フェード性を有する摩擦
材を提供できるという効果を有する。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/14 ５３０ Ｃ０９Ｋ 3/14 ５３０Ｄ Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｂ Ｇ (72)発明者 上村 克己 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 Ｆターム(参考） 3J058 BA34 GA07 GA20 GA26 GA33 GA55 GA65 GA82 GA88

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材と、結合剤と、硬質無機粉末を含む
   摩擦調整剤とを含む混合物である摩擦材用組成物を成形
   してなる摩擦材であって、 前記摩擦材全体の体積を１００％としたときに、気孔率
   が２０％以上であって、１μｍ以上の孔径をもつ気孔の
   累積体積が２％以下であることを特徴とするアルミディ
   スクローター用摩擦材。
2. 【請求項２】 前記硬質無機粉末の中心粒径が０．２〜
   １μｍである請求項１に記載のアルミディスクローター
   用摩擦材。
3. 【請求項３】 前記摩擦材用組成物は、 該摩擦材用組成物全体の体積を１００％としたときに、 前記基材が１０〜３０％と、 前記結合剤が１０〜３０％と、 前記摩擦調整剤としての研削剤１〜１０％、潤滑剤５〜
   １５％、有機ダスト１０〜３０％および金属１〜１０％
   と、を含む請求項１または２に記載のアルミディスクロ
   ーター用摩擦材。