JP2004238408A

JP2004238408A - ブレーキパッド

Info

Publication number: JP2004238408A
Application number: JP2003025782A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fujikawa; 裕之藤川
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】安価で且つ摩擦係数が安定したブレーキパッドを提供する。
【解決手段】無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されるとともに、少なくともカーボンファイバーを含むファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを原料として、この原料を熱成形してなるブレーキパッドにおいて、カーボンファイバー２０は、カーボンファイバー２０およびカーボンファイバー２０よりも比重の大きい充填材およびバインダー材からなる凝集体３０として含有されており、その含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキパッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に、ブレーキパッドは、無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されるファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを原料として、この原料を熱成形してなる。ここにおいて、カーボンファイバーを含有させることで、特性の改善を図ることが行われている。
【０００３】
カーボンファイバーは、アラミド繊維等の有機繊維に比べて耐熱性に優れ、また、潤滑性が高いため、高温での材料強度の向上やローター等の相手への攻撃性が小さいという効果がある。
【０００４】
ところで、ブレーキパッドは、上記した原料を熱プレスによる成形すなわち熱成形することにより製造される。この熱成形時に、原料中のバインダーレジンの流動により、成形後のブレーキパッドにおいては、ほとんどの繊維材料は、ブレーキパッドの摩擦面と平行に配向している。
【０００５】
摩擦現象とブレーキパッド中の繊維の配向状態との間には相関があり、繊維が摩擦面と垂直に立っている方が摩擦係数が高く、耐摩耗性が良い。ここで、従来では、繊維であるカーボンファイバーが摩擦面に対して平行になっていると、カーボンファイバーの高い潤滑性のために摩擦係数が低下するという欠点が発生する。
【０００６】
そこで、従来より、カーボンファイバーを含むブレーキパッドにおいて、カーボンファイバーを摩擦面と垂直に配向させるために種々の方法が提案されている。
【０００７】
一つは、カーボンファイバーを編んで不織布として構成し、この不織布に切れ込みを入れる等によってカーボンファイバーを３次元的に配向させ、それにより、摩擦係数を上げようとする方法である（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
もう一つは、カーボンファイバーを短い繊維とし、この短繊維のカーボンファイバーのみを造粒して配向をランダムとし、一部のカーボンファイバーを摩擦面に対して垂直に配向させようとする方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−２３４４７６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平４−３００３５３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したカーボンファイバーの不織布を用いる方法では、不織布自体のコストが高くなるという問題がある。
【００１２】
また、短繊維のカーボンファイバーのみを造粒する方法では、カーボンファイバーのみでは、他のブレーキパッド原料に比べて比重が小さく、原料中に均一に混合しにくく、結果、できあがったブレーキパッドにおいて摩擦係数が安定しないという問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、安価で且つ摩擦係数が安定したブレーキパッドを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されるとともに、少なくともカーボンファイバーを含むファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを原料として、この原料を熱成形してなるブレーキパッドにおいて、カーボンファイバー（２０）は、カーボンファイバーおよびカーボンファイバーよりも比重の大きい充填材を含む凝集体（３０）として含有されており、この凝集体の含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴としている。
【００１５】
それによれば、カーボンファイバーを充填材と一緒に凝集体として含有させることにより、従来の不織布を用いた場合よりも安価にカーボンファイバーの配向をランダムにすることができる。
【００１６】
そのため、ブレーキパッド中におけるカーボンファイバーの配向もランダムとなり、一部のカーボンファイバーがブレーキパッドの摩擦面に対して垂直に配向した状態を容易に実現することができ、耐摩耗性が向上する。
【００１７】
また、カーボンファイバーをこれよりも比重の大きな充填材と一緒に凝集体とすることにより、凝集体の比重はカーボンファイバー単独よりも大きくなる。そのため、ブレーキパッドを製造する際の混合時において、カーボンファイバーの均一な分散が実現でき、その結果、安定した摩擦係数を実現できる。
【００１８】
そして、本発明者の検討によれば、上記した耐摩耗性の向上および安定した摩擦係数を実現するためには、上記凝集体の含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることが必要である（図３、図４参照）。
【００１９】
これは、凝集体の含有量が２ｖｏｌ％よりも少ないと、カーボンファイバーが少なすぎて潤滑性能が低下し摩耗しやすくなること、また、３０ｖｏｌ％よりも多いとカーボンファイバーが多すぎて潤滑性能が過度に良くなりすぎることから、摩擦係数が低下するためである。
【００２０】
また、凝集体の含有量が３０ｖｏｌ％よりも多くなると、ブレーキパッド中に占める粒状の凝集体の割合が多くなりすぎてブレーキパッドの強度が低下してしまう。
【００２１】
このように、本発明によれば、上記凝集体の含有量を２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下とすることにより、従来に比べて安価で且つ摩擦係数が安定したブレーキパッドを提供することができる。
【００２２】
ここで、請求項２に記載の発明のように、凝集体の平均粒径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
凝集体の平均粒径が０．０５ｍｍよりも小さいと、上記請求項１の発明の効果が発現しにくく、１ｍｍよりも大きいと、均一に混合することが難しくなるためである。
【００２４】
また、請求項３に記載の発明のように、凝集体がカーボンファイバーおよび充填材に加えてバインダー材からなる場合、この凝集体のうちカーボンファイバーの占める割合が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
【００２５】
これは、当該割合が１０ｖｏｌ％よりも少ないとカーボンファイバーが少なすぎて凝集体を形成することが難しくなり、７０ｖｏｌ％よりも多いとカーボンファイバーが多すぎて凝集体の強度が確保しにくくなるためである。
【００２６】
また、請求項４に記載の発明のように、凝集体（３０）中のバインダー材としては、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびラテックスゴムから選択された１種またはその混合物であるものにできる。
【００２７】
また、請求項５に記載の発明のように、凝集体（３０）中の充填材としては、硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムのいずれかを用いることができる。
【００２８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態のブレーキパッドは、無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されるとともに、少なくともカーボンファイバーを含むファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを原料として、この原料を熱成形してなるものである。
【００３０】
ここで、個々の原料成分は、一般にブレーキパッドに採用されるものにできる。例えば、無機ファイバーとしては、ガラス繊維やセラミックファイバー等を採用することができ、有機ファイバーとしては、アラミド繊維等を採用することができ、金属ファイバーとしては、銅ファイバーやスチールファイバー等を採用することができる。
【００３１】
また、摩擦調整剤としてはアルミナ、グラファイト等、充填剤としてはカシュー、水酸化カルシウム、硫酸バリウム等を採用することができる。また、バインダーレジンとしては、フェノール樹脂等を採用することができる。
【００３２】
このようなブレーキパッドにおいて、本実施形態では、カーボンファイバーは、当該カーボンファイバーおよびカーボンファイバーよりも比重の大きい充填材を含む凝集体として含有されており、その含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴としている。
【００３３】
具体的には、凝集体は、カーボンファイバーおよび充填材に加えてバインダー材からなる。カーボンファイバーとしては例えば、繊維長が０．０５ｍｍ程度、繊維径が数μｍ〜数十μｍ程度のものを採用できる。それにより、カーボンファイバーの繊維の絡みとバインダー材によって凝集力を確保し、充填材によって凝集体の比重を大きくしている。
【００３４】
また、凝集体中のバインダー材としては、凝集体がブレーキパッド原料に混合された後であっても、形状を保持できるような強度を与えるものであれば、どのようなものでもかまわないが、ブレーキの使用条件等を考慮すると高温でも安定なポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびラテックスゴム等が適当である。また、これらの混合物等を採用しても良い。
【００３５】
また、凝集体中の充填材としては、硫酸バリウムまたは炭酸カルシウム等のように、カーボンファイバーよりも比重が大きくて繊維の隙間に入り込み、繊維を解きほぐし均一な凝集体を作成可能な粉末が最適である。ちなみに、カーボンファイバーの比重は２程度であり、硫酸バリウムや炭酸カルシウムの比重は４程度である。
【００３６】
なお、その他にも、凝集体の充填材としては、摩擦係数を上昇させるケイ酸ジルコニウム（ジルコン）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化アルミニウム（アルミナ）等の硬度の高い無機粉末を用いても効果が現れる。
【００３７】
このカーボンファイバーの凝集体は、これらカーボンファイバー、充填材およびバインダー材からなる原料を用いて、一般的に知られている造粒法である転動法、撹拌法、流動層法等によって容易に作成することができる。
【００３８】
そして、作製された凝集体と、上記した無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されたファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを混合し、この混合したものを原料として金型に投入し、熱プレスを行うことでブレーキパッドが製造される。
【００３９】
図１は、できあがった本実施形態のブレーキパッドにおける凝集体およびその中のカーボンファイバーの配向状態を模式的に示す断面図である。凝集体３０は個々のカーボンファイバー２０が凝集して形成されたものであるため、凝集体３０の中でカーボンファイバー２０はランダムに配向している。
【００４０】
そして、この凝集体３０がブレーキパッド１の中に含有されることで、製造時のプレス面となるブレーキパッド１の摩擦面１０に対して、カーボンファイバー２０の配向もランダムになっている。なお、このようなランダム配向は、顕微鏡観察等によって確認している。
【００４１】
このように、本実施形態によれば、カーボンファイバー２０を充填材と一緒に凝集体３０として含有させることにより、従来の不織布を用いた場合よりも安価にカーボンファイバー２０の配向をランダムにすることができる。
【００４２】
そのため、ブレーキパッド１中において、一部のカーボンファイバー２０がブレーキパッド１の摩擦面１０に対してほぼ垂直に配向した状態を容易に実現することができ、耐摩耗性の向上が図れる。
【００４３】
また、凝集体３０中のほとんどのカーボンファイバー２０は、摩擦面１０に対して完全に平行となっているわけではない。そのため、従来のように、ほとんどのカーボンファイバーが摩擦面に平行に配向している場合に比べ、摩擦係数の上昇や耐摩耗性の向上が図れる。
【００４４】
さらに、カーボンファイバー２０をこれよりも比重の大きな充填材と一緒に凝集体３０とすることにより、凝集体３０の比重はカーボンファイバー単独よりも大きくなる。そのため、ブレーキパッド１を製造する際の混合時において、カーボンファイバー２０の均一な分散が実現でき、その結果、安定した摩擦係数を実現できる。
【００４５】
そして、本発明者の検討によれば、上記した耐摩耗性の向上および安定した摩擦係数を実現するためには、ブレーキパッド１中における凝集体３０の含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることが必要である（後述の図３、図４参照）。
【００４６】
これは、凝集体３０の含有量が２ｖｏｌ％よりも少ないと、カーボンファイバー２０が少なすぎてブレーキパッド１の潤滑性能が低下し摩耗しやすくなること、また、３０ｖｏｌ％よりも多いと、カーボンファイバー２０が多すぎて潤滑性能が過度に良くなりすぎて摩擦係数が低下するためである。
【００４７】
また、凝集体３０の含有量が３０ｖｏｌ％よりも多くなると、ブレーキパッド１中に占める粒状の凝集体３０の割合が多くなりすぎてブレーキパッド１の強度が低下してしまう。
【００４８】
このように、本実施形態によれば、凝集体３０の含有量を２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下とすることにより、従来に比べて安価で且つ摩擦係数が安定したブレーキパッド１を提供することができる。なお、好ましくは凝集体３０の含有量は５〜１５ｖｏｌ％程度が良い。
【００４９】
ここで、凝集体３０は、その平均粒径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。これは、凝集体３０の平均粒径が０．０５ｍｍよりも小さいと、上記した効果が発現しにくく、１ｍｍよりも大きいと、凝集体３０を均一に混合することが難しくなるためである。この凝集体３０の平均粒径は、好ましくは、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度がよい。
【００５０】
また、上述したように、凝集体３０がカーボンファイバー２０および充填材に加えてバインダー材からなる場合、この凝集体３０のうちカーボンファイバー２０の占める割合が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
【００５１】
これは、当該割合が１０ｖｏｌ％よりも少ないとカーボンファイバー２０が少なすぎて凝集しにくくなって凝集体３０を形成することが難しくなり、７０ｖｏｌ％よりも多いとカーボンファイバー２０が多すぎて凝集体３０が軟らかくなり、その強度が確保しにくくなるためである。
【００５２】
次に、上記した本実施形態の効果について、具体例を示して、より詳細に説明する。まず、凝集体の具体例を述べる。図２は、具体例Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅにおける凝集体の原料組成を示す図表である。
【００５３】
図２では、凝集体のファイバー基材としてのカーボンファイバー（繊維長：０．０５ｍｍ程度、繊維径：１０μｍ程度のもの）、充填材としての硫酸バリウム、バインダー材としてのフェノール樹脂を組成成分としており、組成比すなわち各組成の分量はｖｏｌ％である。なお、フェノール樹脂は固形分の分量である。
【００５４】
この図２に示す各例Ａ〜Ｅの凝集体は、アイリッヒミキサーによって、図２に示した組成の原料を５分間混合した後、フェノール樹脂中の溶剤を加熱乾燥して作製した。なお、できあがった凝集体における各成分の組成も、図２に示す組成と実質同様である。
【００５５】
図２中の具体例Ｂ、Ｃ、Ｄに示すように、凝集体のうちカーボンファイバーの占める割合が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であれば、良好に凝集体を作製することができる。なお、これら例における凝集体は、その平均粒径が０．５ｍｍ程度であった。
【００５６】
一方、具体例Ａでは、上記カーボンファイバーの割合が１０ｖｏｌ％よりも少ないため、凝集しにくくなって凝集体を形成できなかった。また、具体例Ｅでは、上記カーボンファイバーの割合が７０ｖｏｌ％よりも多いため、凝集体の強度が不足した。
【００５７】
次に、適切に凝集体を作製できた上記具体例Ｃの凝集体を用いて、種々のブレーキパッドを作製した。図３は、具体例１、２、３、４、５、６におけるブレーキパッドの原料組成を示す図表である。
【００５８】
図３では、ブレーキパッドのファイバー基材として、アラミド繊維、銅ファイバー、および上記具体例Ｃのカーボンファイバー凝集体を用い、充填剤としてカシュー、水酸化カルシウムおよび硫酸バリウム、摩擦調整剤としてアルミナを用い、バインダーレジンとしてフェノール樹脂を用いている。
【００５９】
そして、図３では、各具体例１〜６におけるこれらの材料の分量をｖｏｌ％にて示している。なお、上記図２と同様に、フェノール樹脂は固形分の分量である。また、具体例６では、上記具体例Ｃの凝集体の代わりに、凝集させないカーボンファイバーを単独で用いており、その分量は１５ｖｏｌ％としている。
【００６０】
この図３に示す各具体例１〜６のブレーキパッドは、次のようにして作製した。各例において、図３に示した組成の原料をアイリッヒミキサーを用いて混合した。混合した原料を所定量、１６０℃に加熱した金型中に投入し、適当なタイミングで圧抜きおよびガス抜きを行った。
【００６１】
圧力は、一定加圧方式を用い加圧時間は１０分とした。圧力値は成形したブレーキパッドが計算上１０％の気孔率を有するように適宜決定した。こうして、成形された成形体を２３０℃、３時間で硬化させることで、各具体例１〜６のブレーキパッドを作製した。なお、できあがったブレーキパッドにおける各成分の組成も、図３に示す組成と実質同様である。
【００６２】
そして、図３に示す各具体例１〜６のブレーキパッドについて、それぞれ性能評価を行った。その結果を図４に示す。図４では、平均摩擦係数、摩耗量（単位：ｍｍ）、せん断強度（単位：ｋＮ）を測定している。摩擦係数および摩耗量はＪＡＳＯの一般効力試験時のデータによるものである。
【００６３】
ここで、判定基準は、摩耗係数については０．４以上ならば「○」、０．４未満ならば「×」とし、摩耗量については０．６ｍｍ以下ならば「○」、０．６ｍｍより大きいならば「×」とし、せん断強度については３０ｋＮ以上ならば「○」、３０ｋＮ未満ならば「×」とした。
【００６４】
この図４に示すように、具体例１では、凝集体の含有量が２ｖｏｌ％よりも少ないため摩耗量が多く、具体例５、６では凝集体の含有量が３０ｖｏｌ％よりも多いため摩擦係数が低くなり、判定基準を満足しなかった。また、具体例５では、ブレーキパッド中に占める粒状の凝集体の割合が多くなりすぎてせん断強度が低下した。
【００６５】
それに対して、具体例２〜４では、ブレーキパッド中における凝集体の含有量を２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下としているため、摩擦係数、摩耗量、せん断強度のいずれも判定基準を満たし、特性に優れたブレーキパッドを実現できている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るブレーキパッドにおける凝集体およびその中のカーボンファイバーの配向状態を模式的に示す断面図である。
【図２】具体例Ａ〜Ｅにおける凝集体の原料組成を示す図表である。
【図３】具体例１〜６におけるブレーキパッドの原料組成を示す図表である。
【図４】上記図３に示す各具体例１〜６のブレーキパッドについて、それぞれ性能評価を行った結果を示す図表である。
【符号の説明】
１…ブレーキパッド、２０…カーボンファイバー、３０…凝集体。

Claims

無機ファイバー、有機ファイバー、金属ファイバーから選択されるとともに、少なくともカーボンファイバーを含むファイバー基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、バインダーレジンとを原料として、この原料を熱成形してなるブレーキパッドにおいて、
前記カーボンファイバー（２０）は、前記カーボンファイバーおよび前記カーボンファイバーよりも比重の大きい充填材を含む凝集体（３０）として含有されており、その含有量が２ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下であることを特徴とするブレーキパッド。
前記凝集体（３０）は、その平均粒径が０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキパッド。
前記凝集体（３０）は、前記カーボンファイバー（２０）および前記充填材に加えてバインダー材からなり、
この凝集体のうち前記カーボンファイバーの占める割合が１０ｖｏｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキパッド。
前記凝集体（３０）中の前記バインダー材が、ポリビニルアルコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂およびラテックスゴムから選択された１種またはその混合物であることを特徴とする請求項３に記載のブレーキパッド。
前記凝集体（３０）中の前記充填材が、硫酸バリウムまたは炭酸カルシウムのいずれかであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載のブレーキパッド。