JP2003013043A - 摩擦材組成物及び摩擦材組成物を用いた摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温時の摩擦係数が大幅に低減することな
く、摩擦摺動面上の膜厚を制御し、かつ高周波異音（鳴
き）性能を向上させた摩擦材に適した摩擦材組成物及び
高温時の摩擦係数が大幅に低減することなく、摩擦摺動
面上の膜厚を制御し、かつ高周波異音（鳴き）性能を向
上させた摩擦材を提供する。 【解決手段】 繊維状物質、結合剤及び摩擦調整剤を含
む摩擦材組成物において、摩擦調整剤として直径が１０
〜３００μｍの球状のアルミナ２次凝集物を用いてなる
摩擦材組成物並びに上記の摩擦材組成物を加圧加熱成形
してなる摩擦材。

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、鉄道車
両、各種産業用機械等の制動に用いられるディスクブレ
ーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材に適した摩
擦材組成物、摩擦材組成物を用いた摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車、鉄道車両、各種産業用機械等に
は、その制動のため摩擦材が使用されている。この摩擦
材としては、現在非アスベスト系ディスクブレーキパッ
ドが主流であり、特公昭５９−４４６２号公報、特開平
６−１８４５２５号公報等に示されるように補強繊維と
して、スチール繊維、黄銅繊維、銅繊維等の金属繊維、
アクリル繊維、アラミド繊維、フェノール繊維等の有機
質繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、アルミ
ナシリカ繊維、カーボン繊維等の無機質繊維を組み合わ
せたものが使用されている。

【０００３】摩擦材用の結合剤としては、従来から一般
的に、耐熱性、強度等の面からフェノール樹脂が使用さ
れており、摩擦摺動面が３００℃以上の高温になる過酷
な条件化では、結合剤などの熱分解によって生じる液状
分解物などが、摺動面に潤滑成分として存在するため摩
擦係数が大幅に低下するフェード現象が発生し易くな
る。

【０００４】また、摩擦摺動面に生成する有機物を多く
含む摺動膜の薄膜の影響により、低温環境下での制動時
に、急激に摩擦係数が上昇し、その結果、高周波の異音
（鳴き）の発生が弊害として発現する。

【０００５】これらの対策として、様々な硬度、粒子径
を持った研削性のある材料によって摩擦摺動面上の膜を
切削し膜厚を制御して対応していたが、均一な薄膜化が
困難であり、鳴き及び放冷後の鳴きの低減が困難であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】請求項１及び２記載の
発明は、高温時の摩擦係数が大幅に低下することなく、
摩擦摺動面上の膜厚を制御し、かつ高周波異音(鳴き)性
能を向上させた摩擦材に適した摩擦材組成物を提供する
ものである。請求項３記載の発明は、高温時の摩擦係数
が大幅に低下することなく、摩擦摺動面上の膜厚を制御
し、かつ高周波異音(鳴き)性能を向上させた摩擦材を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は次のものに関す
る。 １． 繊維状物質、結合剤及び摩擦調整剤を含む摩擦材
組成物において、摩擦調整剤として直径が１０〜３００
μｍの球状の活性アルミナ２次凝集物を用いてなる摩擦
材組成物。 ２． 球状の活性アルミナ２次凝集物が、１０〜１５０
Åの細孔径を保持してなる上記１記載の摩擦材組成物。 ３． 上記１又は２記載の摩擦材組成物を加圧加熱成形
してなる摩擦材。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、球状の活性アル
ミナ２次凝集物とは、図１に示すように個々の活性アル
ミナの粒子が球形をしており、それが複数個凝集して全
体的に球形をしている活性アルミナを指すものであり、
このような活性アルミナ２次凝集物（以下単に活性アル
ミナという）用いれば、熱分解によって生じる液状分解
物に対して活性アルミナを介した分解反応機構により、
接触分解反応を促進させて摺動面上の液状分解物を除去
し、摩擦係数が大幅に低下するフェード現象の発生を抑
制することができる。なお、球状の活性アルミナは、１
つ１つの小さな水酸化アルミニウム粒子をゲル化し、こ
れを球形になるように脱水、乾燥させて作製することが
できる。

【０００９】また、摩擦摺動面に生成する有機物成分を
主体とした膜は、低温・低湿環境下において、摩擦係数
を急激に上昇させ、その結果、高周波異音（鳴き）を発
生させ易くするが、球状の活性アルミナを用いれば、そ
の有機物の膜に対して活性アルミナを介した分解反応機
構により、接触分解反応を促進させ摺動面上の膜厚を制
御することで、急激な摩擦係数の上昇を抑え、鳴きの現
象を発生し難くくすることができる。

【００１０】本発明に用いられる図１に示す球状の活性
アルミナの直径１は、１０〜３００μｍ、好ましくは７
５〜３００μｍ、さらに好ましくは１００〜３００μｍ
の範囲とされ、３００μｍを超えると摩擦摺動面のロー
ター攻撃性にムラが発生し、摩擦摺動面上の膜厚を制御
することができず、また高周波異音(鳴き)性能を向上さ
せることができない。一方、１０μｍ未満であると活性
アルミナを球状に保持することが困難となり、安定化し
た細孔を保持することが難しい。なお、球状の活性アル
ミナは、１つ１つの小さな水酸化アルミニウム粒子をゲ
ル化し、これを球形になるように脱水、乾燥させて作製
することができる。

【００１１】直径が１０〜３００μｍの範囲からなる球
状の活性アルミナは、最下部に網目の細かい目開き１０
μｍの篩をセットし、その上部に網目の粗い篩を順次重
ね、最上部に目開き３００μｍの篩をセットし、この目
開き３００μｍの篩の中に球状の活性アルミナを入れ、
ＪＩＳ Ｋ １５５５規定の振とう機で２０分間振とう
させ、目開き３００μｍの篩を通過したものから、細か
い目開き１０μｍの篩の間に残ったものが使用できる。
なお、篩を例えば、目開き２５μｍ刻みに変えて重ねて
いけば、２５μｍ毎に粒径の異なる球状の活性アルミナ
を得ることができる。

【００１２】また、本発明に用いられる活性アルミナと
は、例えば水酸化アルミニウムを低温で乾燥してアルミ
ナゲルを得、これを５００〜８００℃の温度で焼成（活
性化処理）を行って得られる球状のγ−アルミナのこと
を指すもので、表面積が１００〜３００ｍ^２／ｇの範囲
で、かつ表面から中心部に向かって細孔を有することを
特長とするものである。

【００１３】本発明では、摩擦調整剤として上記に示す
活性アルミナ、即ちγ−アルミナを用いることが必用と
され、α−アルミナ（表面積が１２ｍ^２／ｇ程度）を用
いると鳴き及び放冷後の鳴きが非常に多くなると共に高
温時の摩擦係数が大幅に低下するフェード現象が発生す
るという欠点が生じる。

【００１４】また、活性アルミナは、球状で用いること
が必要とされ、例えば角のとがった活性アルミナを用い
ると、摩擦材の摩擦摺動面が急激に研削するという欠点
が生じる。球状の活性アルミナに有する細孔の径（以下
細孔径とする）は、１０〜１５０Åの範囲であることが
好ましく、２０〜１３０Å以上であることがより好まし
く、３０〜１００Åの範囲であることがさらに好まし
い。

【００１５】球状の活性アルミナの含有量は、全組成物
中に０．１〜１０重量％の範囲とすることが好ましく、
０．３〜５重量％の範囲とすることがより好ましく、
０．５〜３重量％の範囲とすることがさらに好ましい。
１０重量％を超えると、ローター攻撃性が高くなり、鳴
きが悪化する傾向があり、０．１重量％未満であると、
高温時の摩擦係数が大幅に低下するフェード現象が発生
する傾向がある。

【００１６】本発明における摩擦材部の材質は、セミメ
タリック系、ノンスチール系のいずれにも適用でき特に
制限はない。また、摩擦材に用いられる材料は、球状の
活性アルミナの他に一般に公知の材料が用いられ、例え
ばスチール繊維、黄銅繊維、銅繊維、アラミド繊維、ア
クリル繊維、フェノール繊維、ウォラストナイト、セラ
ミック繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、カ
ーボン繊維等の繊維状物質、フェノール樹脂、エポキシ
樹脂、メラミン樹脂、カシュー樹脂等の熱硬化性樹脂や
ＮＢＲ、ＳＢＲ、ＩＲ等のゴム組成物を含む結合剤、カ
シューダスト、ゴムダスト等の有機質摩擦調整剤、硫酸
バリウム、黒鉛、三硫化アンチモン、ゼオライト、マイ
カ、ジルコニア、シリカ、ゼオライト、炭酸カルシウ
ム、炭酸マグネシウム等の無機質摩擦調整剤などが用い
られ、さらに必要に応じて真鍮、銅等の金属粉が添加さ
れる。

【００１７】上記における繊維状物質の含有量は全組成
物中に３０〜６０重量％とすることが好ましく、４０〜
５０重量％とすることがより好ましい。結合剤の含有量
は、全組成物中に３〜２０重量％とすることが好まし
く、５〜１２重量％とすることがより好ましい。有機摩
擦調整剤の含有量は、全組成物中に１〜１５重量％とす
ることが好ましく、２〜１２重量％とすることがより好
ましい。また球状の活性アルミナ以外の無機質摩擦調整
剤の含有量は、全組成物中に２０〜５０重量％とするこ
とが好ましく、２５〜４５重量％とすることがより好ま
しい。なお、必要に応じて添加する金属粉の含有量は、
全組成物中に１〜２０重量％とすることが好ましく、３
〜１５重量％とすることがより好ましい。これらの成分
は、全組成物が１００重量％となるように配合される。

【００１８】本発明になる摩擦材は、繊維状物質、結合
剤及び摩擦調整剤、必要に応じて添加する金属粉を含む
材料を添加して均一に混合し、この混合物を予備成形
し、次いで金型内に裏金及び予備成形体を挿設した後、
加熱加圧成形法で成形し、その必要に応じて後熱処理を
行い、さらに表面の有機成分を除去するためスコーチ処
理を行って得られる。

【００１９】なお、成形する際の加熱温度は１３０〜１
７０℃が好ましく、１４０〜１６０℃がより好ましい。
圧力は２０〜６０Mpaが好ましく、３０〜５０Mpaがより
好ましい。必要に応じて行う熱処理温度は１５０〜３０
０℃が好ましく、１７０〜２５０℃がより好ましい。ま
たスコーチ処理は、摩擦部材に熱盤を押し当てる方法、
ガスの炎などの直火で加熱する方法、遠赤外線などの輻
射熱で加熱する方法等があり特に制限はない。スコーチ
処理の条件については、その材質に合った条件を選定し
て処理すればよい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 実施例１ 細孔径が５０Åで、直径が７５±２５μｍの球状のγ−
アルミナ（表面積２５０ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の成
分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／ｍ
ｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ａを得
た。

【００２１】実施例２ 細孔径が５０Åで、直径が２５０±２５μｍの球状のγ
−アルミナ（表面積２５０ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の
成分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／
ｍｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｂを得
た。

【００２２】実施例３ 細孔径が１００Åで、直径が７５±２５μｍの球状のγ
−アルミナ（表面積２００ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の
成分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／
ｍｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｃを得
た。

【００２３】実施例４ 細孔径が１００Åで、直径が２５０±２５μｍの球状の
γ−アルミナ（表面積２００ｍ^２／ｇ）を表１に示す他
の成分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ
／ｍｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｄを
得た。

【００２４】比較例１ 細孔径が１００Åで、直径が１０±５μｍの球状のγ−
アルミナ（表面積２００ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の成
分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／ｍ
ｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｅを得
た。

【００２５】比較例２ 細孔径が１００Åで、直径が３５０±２５μｍの球状の
γ−アルミナ（表面積２００ｍ^２／ｇ）を表１に示す他
の成分と共に表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ
／ｍｉｎの回転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｆを
得た。

【００２６】比較例３ 直径が１０μｍの活性化処理を行っていないα−アルミ
ナ（表面積２０ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の成分と共に
表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／ｍｉｎの回
転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｇを得た。

【００２７】比較例４ 直径が１０μｍの活性化処理を行っていないα−アルミ
ナ（表面積２０ｍ^２／ｇ）を表１に示す他の成分と共に
表１に示す量秤量し、混合機で３０００ｒ／ｍｉｎの回
転速度で４分間混合し、摩擦材組成物Ｈを得た。

【００２８】次に、実施例１〜４で得られた摩擦材組成
物Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤ並びに比較例１〜４で得られた摩擦
材組成物Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨを各々予備成形し、次いで金
型内にディスクブレーキパッドの裏金及び予備成形体を
挿設し、その後１５２．５±２．５℃、圧力４９ＭＰａ
の条件で５分間加熱加圧成形した。さらに２００℃で５
時間熱処理を行い、冷却後研磨し、４７０±１０℃で５
分間の表面スコーチを行って端部から端部までの長さが
１２７ｍｍのディスクブレーキパッド Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨを得た。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に本発明なるディスクブレーキパッド
Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと比較例のディスクブレーキパッド
Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨについて、比較試験を行った。その試
験結果を表２に示す。なお試験条件は下記の通りであ
る。

【００３１】鳴きの評価 車両重量：１６００ｋｇ、ブレーキ型式：コレットタイ
プ（シリンダ面積：２８ｃｍ^２）、２０００ｃｃオート
マチック車で、市街地走行１０００ｋｍを行い、次式に
より求めた。

【００３２】

【数１】鳴き発生率（％）＝鳴き発生回数（回）／制動
回数（回）×１００

【００３３】放冷後鳴きの評価 乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験法により、環境
条件を室温５℃、湿度４０％、絶対湿度２．８ｇ／ｍ^３
と設定しこの環境下で評価を行い、上記と同様の式によ
り求めた。

【００３４】フェード性能の評価 ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置
ダイナモメータ試験法により、ダイナモ試験機で第1回
フェード試験時の最低摩擦係数（μ）及び一制動中の最
低摩擦係数（μ）を確認した。

【００３５】

【表２】

【００３６】表２に示されるように、本発明の実施例に
なる摩擦材組成物を用いたディスクブレーキパッドは、
鳴き発生率及び放冷後鳴き発生率が少なく、かつ摩擦係
数の低下が少ないためフェード現象が発生し難いことが
明らかである。これに対して比較例１及び２の摩擦材組
成物を用いたディスクブレーキパッドは、球状の活性ア
ルミナを添加しているが、鳴き発生率及び放冷後鳴き発
生率が多く、高温時の摩擦係数が大幅に低下した。ま
た、比較例３及び４の摩擦材組成物を用いたディスクブ
レーキパッドは、鳴き発生率及び放冷後鳴き発生率が非
常に多く、高温時の摩擦係数が大幅に低下した。

【００３７】

【発明の効果】請求項１及び２における摩擦材組成物
は、高温時の摩擦係数が大幅に低下することなく、摩擦
摺動面上の膜厚上を制御し、かつ高周波異音（鳴き）性
能を向上させることが可能な摩擦材を提供することがで
きる。請求項３における摩擦材は、高温時の摩擦係数が
大幅に低下することなく、摩擦摺動面上の膜厚上を制御
し、かつ高周波異音（鳴き）性能を向上させることが可
能であり、工業的に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いられる球状の活性アルミナ２次
凝集物の概略図である。

【符号の説明】

１．球状の活性アルミナ２次凝集物の直径

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維状物質、結合剤及び摩擦調整剤を含
   む摩擦材組成物において、摩擦調整剤として直径が１０
   〜３００μｍの球状の活性アルミナ２次凝集物を用いて
   なる摩擦材組成物。
2. 【請求項２】 球状の活性アルミナ２次凝集物が、１０
   〜１５０Åの細孔径を保持してなる請求項１記載の摩擦
   材組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の摩擦材組成物を加
   圧加熱成形してなる摩擦材。