JP2005008865A

JP2005008865A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2005008865A
Application number: JP2004145902A
Authority: JP
Inventors: Seiji Suzuki; 誠司鈴木; Yasuteru Hatsutori; 恭輝服部; Kazuhide Yamamoto; 和秀山本; Yuji Shishido; 裕二宍戸; Yasuhiko Sato; 安彦佐藤; Kazuyuki Iwasaki; 数之岩崎
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: JP4412475B2

Abstract

【解決手段】繊維基材と、結合材と、充填材とを含む摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物を合計で１２体積％以上含有することを特徴とする摩擦材。
【効果】本発明の第１の摩擦材は、低周波異音の発生を抑制し得、ローター、ディスクパッドの摩耗量を少なくすることができ、高速時に摩擦係数μが高く安定しているものでバランスのとれた摩擦材である。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等のディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等として用いられる摩擦材に関する。

自動車等のディスクパッドやブレーキライニング等に使用される摩擦材には、低周波異音の発生が抑えられ、ローターやディスクパッドの摩耗量が少ないこと、更には摩擦係数μが高く、安定していることといった特性が要望されている。

摩擦材は、通常、繊維基材、結合材、充填材を主成分とする摩擦材組成物を成形、硬化することによって形成されるが、上記特性の点から、充填材の一部として金属酸化物を添加することが行われている。例えば、特開２０００−１７８５３８号公報（特許文献１）では、高速走行時における制動時のブレーキ振動（高速・高温ジャダー）を防止又は低減でき、かつブレーキ鳴きを防止又は低減できると共にディスクローターの摩耗量の少ない摩擦材に適した摩擦材組成物を提供する目的で四三酸化鉄を添加することが提案されている。また、特開２００２−１３８２７３号公報（特許文献２）では、高温での摩擦性能及び機械的強度が良好なブレーキ用摩擦材を提供する目的で、酸化マグネシウムを黒鉛と特定比率で併用することが提案されている。

しかしながら、上記提案でもなお十分ではなく、更に低周波異音、ローターやディスクパッドの摩耗量、摩擦係数が改善された摩擦材が望まれている。
また、摩擦材としては、耐フェード性に優れたものであることが求められ、例えば結合材として１２５℃のフローが２７ｍｍ以下のレジンを使用し、かつ気孔率が８〜２０％であり、更には鱗片状又は板状チタン酸塩を配合した非石綿系摩擦材を使用することも提案されており（特許文献３：特開２００３−８２３３１号公報参照）、また、主に酸化マグネシウムからなり、更に酸化カルシウム（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化マンガン（Ｍｎ₃Ｏ₄）、酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）及び硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）の１種以上を含有するディスクブレーキ用摩擦パッドも提案されている（特許文献４：ＷＯ９５／０７４１８、特表平９−５０２７５０号公報参照）が、更に耐フェード性を向上させる手段が要望されている。

特開２０００−１７８５３８号公報特開２００２−１３８２７３号公報特開２００３−８２３３１号公報特表平９−５０２７５０号公報（ＷＯ９５／０７４１８）

本発明は、上記要望に応えたもので、低周波異音の発生を抑制し得、ローター・ディスクパッドの摩耗量を少なくすることができ、また摩擦係数μが高く、安定でバランスのとれた摩擦材を提供することを第１の目的とする。
また、耐摩耗性、摩擦係数を低下させることなく、耐フェード性を向上させることができる摩擦材を提供することを第２の目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、モース硬度４〜６．５の金属酸化物を３種以上使用すること、この場合、その合計として全体の１２体積％以上の使用量とすることにより、低周波異音の発生原因となるローター表面の移着フィルムを生成させず、アブレッシブ摩耗を良好にすること、また、金属硫化物として二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化亜鉛から選ばれる２種以上を用いることにより、特に高摩擦係数μが維持され、ローター・ディスクパッドの摩耗を良好にし得ること、加えて、ステンレス繊維を使用すると、特に高速時の高摩擦係数を良好にさせること、アルミナ粉の添加により高摩擦係数を発生させ、ローター表面の有機物の移着フィルムを除去し、ＤＴＶ（ディスク厚さ変動：ＤｉｓｃＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ）を矯正し得、ローターの過度の研削を抑制し得ることを知見した。
また、四三酸化マンガンを摩擦材全体の０．３体積％以上で、無機質充填材中０．５体積％以上配合することにより、耐摩耗性、摩擦係数等の特性を低下させることなく耐フェード性の向上を計ることができることを知見した。

従って、本発明は、第１の摩擦材として下記の摩擦材を提供する。
［Ｉ］繊維基材と、結合材と、充填材とを含む摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物を合計で１２体積％以上含有することを特徴とする摩擦材。
［ＩＩ］モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、四三酸化鉄、四三酸化マンガン、酸化錫、酸化チタンから選ばれる３種以上である［Ｉ］記載の摩擦材。
［ＩＩＩ］充填材としての有機物を１〜１５体積％含有する［Ｉ］又は［ＩＩ］記載の摩擦材。
［ＩＶ］二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化亜鉛から選ばれる２種以上を５〜１０体積％含有する［Ｉ］，［ＩＩ］又は［ＩＩＩ］記載の摩擦材。
［Ｖ］ステンレス繊維を３〜８体積％含有する［Ｉ］乃至［ＩＶ］のいずれかに記載の摩擦材。
［ＶＩ］アルミナ粉を０．５〜２体積％含有する［Ｉ］乃至［Ｖ］のいずれかに記載の摩擦材。
また、本発明は、第２の摩擦材として下記の摩擦材を提供する。
［ＶＩＩ］繊維基材と、結合材と、充填材とを含む摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、四三酸化マンガンを摩擦材全体の０．３体積％以上で、無機質充填材中０．５体積％以上含有することを特徴とする摩擦材。

本発明の第１の摩擦材は、低周波異音の発生を抑制し得、ローター、ディスクパッドの摩耗量を少なくすることができ、高速時に摩擦係数μが高く安定しているものでバランスのとれた摩擦材である。
本発明の第２の摩擦材は、耐摩耗性、摩擦係数の低下がなく、耐フェード性に優れたものである。

本発明の第１及び第２の摩擦材は、繊維基材と、結合剤と、充填材とを含有する。
上記繊維基材としては、摩擦材に通常用いられるアラミド繊維等の有機繊維、ガラス繊維、ロックウール及び鉄、銅、真鍮、青銅等の金属繊維などの無機繊維が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。但し、石綿は含まない。
この場合、繊維基材の配合量は、摩擦材組成物全体の好ましくは５〜３０体積％、特に好ましくは１０〜２０体積％である。

本発明の第１の摩擦材においては、特に繊維基材として、ステンレス繊維を３〜８体積％含有することが好ましく、これにより高いμをより有利に発生することができる。多すぎるとローターの研削量が増加するおそれがあり、少なすぎると、強度、フェード性能で不利が生じるおそれがある。
なお、繊維基材の長さは０．５〜１．５ｍｍ、直径は２５〜７５μｍであることが好ましい。

結合剤としては、通常摩擦材に用いられる公知のものを使用することができ、例えばフェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、オイル変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂等の各種変性フェノール樹脂、ＮＢＲなどが挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
この結合剤の添加量は摩擦材組成物全体に対して、好ましくは１０〜２５体積％、特に好ましくは１２〜２０体積％である。

充填材としては、ラバーダスト、タイヤ粉末等の各種ゴム粉末や、カシューダスト、メラミンダスト等の有機充填材、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、黒鉛、水酸化カルシウム、酸化鉄、雲母、酸化ジルコニウム、金属粉末、酸化ケイ素、アルミナ、バーミキュライト等の無機充填材が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
これら充填材の配合量は、好ましくは組成物全体の４０〜８５体積％、特に好ましくは５０〜８０体積％である。この場合、上記ゴム粉末、有機充填材等の充填材としての有機物の配合量は、１〜１５体積％、特に５〜１３体積％であることが好ましい。少なすぎると鳴き、摩耗が悪化し、多すぎると耐熱性が低下する。

本発明の第１の摩擦材においては、上記充填材の中でも、モース硬度４〜６．５の金属酸化物を３種以上配合する。この場合、この金属酸化物としては、モース硬度が４〜６．５であり、融点が１，５００℃以上の安定な物質であれば特に制限されないが、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、黒酸化鉄（四三酸化鉄）、四三酸化マンガン、酸化錫、酸化チタン等が挙げられ、これらの３種以上を使用する。２種以下の使用では、上述した本発明の第１の摩擦材における目的を達成し得ない。

上記モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物は、合計で１２体積％以上、特に１４体積％以上の配合量とすることが好ましく、これにより低周波異音の発生原因となるローター表面の移着フィルムを生成させず、アブレッシブ摩耗を良好にする効果を与えることができる。少なすぎると摩耗が悪化する。多くても特に問題はないが、通常は３０体積％以下である。
なお、上記配合量は上記金属酸化物３種以上の合計量であるが、各金属酸化物は、それぞれ好ましくは３体積％以上、特に４体積％以上となるように使用することが、本発明の目的をより有利に達成する上から推奨される。
さらに、モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物は、少なくともそのうちの１種が平均粒径７０〜１２０μｍの金属酸化物であることがより好ましい。これにより、低周波異音の発生をより効果的に防止できる。

また、上記金属酸化物に加え、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化亜鉛のうち２種以上を合計で５〜１０体積％配合することが好ましく、これにより高い摩擦係数μを維持し、ローター・ディスクパッドの摩耗を良好なものとすることができる。少なすぎると摩耗が悪化する場合があり、多すぎると摩擦係数μが低下する場合がある。

更に、アルミナ粉を０．５〜２体積％配合することが好ましく、これにより高い摩擦係数μを与え、ローター表面の有機物の移着フィルムを除去し、かつＤＴＶを矯正できる能力を持ち、かつローターの過度の研削を防止することができる。多すぎると摩耗量が増加する場合があり、少なすぎると十分な摩擦係数μが得られず、移着フィルムを除去できず、ＤＴＶを矯正できない場合が生じる。

一方、本発明の第２の摩擦材においては、上記充填材として、四三酸化マンガンを配合する。四三酸化マンガンの配合により、摩擦係数を低下させずに耐フェード性を向上させることができる。四三酸化マンガンは加熱により酸素を吸着し易く、最大Ｍｎ₃Ｏ_4.26まで変わることが知られており、このように四三酸化マンガンは元々酸素を吸着し易い性質を持ち、更に温度上昇中（５７５℃程度）の構造変化に伴い、酸素を吸着する性質を有している。この場合、フェード中に四三酸化マンガン周辺の酸素が吸着されることにより、有機物の酸化防止等、他原料がフェードに対して有利に働き、μ低下が抑制されるのではないかと考えられ、また同時に四三酸化マンガンは、温度上昇中（５７５℃程度）の構造変化に伴い、モース硬度が高くなる性質（４→５．５〜７）を持つ。この性質が、通常温度上昇と共に低下するアブレッシブ性を補っていると考えられるが、本発明はかかる推定理論に制限されるものではない。

上記四三酸化マンガンの平均粒径は０．１〜２０μｍが好ましく、より好ましくは０.１〜１０μｍである。
また、上記四三酸化マンガンの配合量は、組成物全体の０．３体積％以上であり、特に０．３〜１５体積％が好ましく、より好ましくは０.５〜１０体積％である。更に、無機質充填材中０．５体積％以上であり、特に０．５〜３０体積％が好ましく、より好ましくは０．５〜２０体積％である。
なお、この第２の摩擦材の場合、金属繊維使用量を２体積％以上、特に３〜８体積％とすることが、耐フェード性を向上させるために摩擦材表面から熱を逃がす点及びメカノケミカル作用を受けた時に発生する、フェード原因物質を分解する点から好ましい。

本発明の摩擦材の製造方法は、上記繊維基材と、結合剤と、充填材との所定量をヘンシェルミキサー、レディゲミキサー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形用金型内で予備成形し、この予備成形物を成形温度１３０〜１８０℃、成形圧力１４．７〜４９ＭＰａで３〜１０分間成形し、得られた成形品を１５０〜２５０℃の温度で２〜１０時間熱処理（後硬化）し、必要に応じてスプレー塗装、焼き付け、研磨処理を施して完成品が得られる。

なお、自動車等のディスクパッド、ライニング等を製造する場合には、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鉄又はアルミニウム製プレート上に予備成形物を載せ、この状態で成形用金型内で成形、熱処理、スプレー塗装、焼付け、研磨することにより完成品が得られる。

本発明の摩擦材は、自動車、大型トラック、鉄道車両、各種産業機械等のディスクパッド、ブレーキシュー、ブレーキライニング等に用いることができる。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、平均粒径はレーザー回折粒度分布法により測定した５０％粒径の数値を用いた。

［実施例、比較例Ａ］
表１〜３に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーを用いて均一に混合し、加圧型内で３０ＭＰａにおいて１分間加圧して予備成形した。この予備成形物を成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で７分間成形し、その後２２０℃で５時間熱処理（熱硬化）を行い、摩擦材を得た。
得られた摩擦材について、下記の方法でディスクパッド摩耗、ローター研削性、摩擦係数、低周波異音を評価した。結果を表１〜３に示す。

（１）ディスクパッド摩耗、ローター研削性
ＪＡＳＯＣ４２７一般摩耗試験に準拠（表４に試験条件を示す。）し、制動初速度３０〜８０ｋｍ／ｈ、制動減速度２ｍ／ｓ²、制動前ブレーキ温度５０〜２００℃、制動回数合計１，６００回の試験条件で、ディスクパッド摩耗とローターの研削性を下記判定基準に基づき評価した。なお、ローターの研削性は、試験終了後のローター表面をＪＩＳＢ０６０１に従い、測定した１０点平均粗さＲｚにより評価した。
（ディスクパッド摩耗）
◎；０．４ｍｍ未満
○；０．４ｍｍ以上０．５ｍｍ未満
△；０．５ｍｍ以上０．６ｍｍ未満
×；０．６ｍｍ以上
（ローター研削性）
◎；３０μｍ未満
○；３０μｍ以上４５μｍ未満
△；４５μｍ以上６０μｍ未満
×；６０μｍ以上
（２）摩擦係数
ＪＡＳＯＣ４０６試験に準拠し、第二効力の平均μを下記判定基準に基づき評価した。
◎；０．４２より大きい
○；０．３７より大きく０．４２以下
△；０．３２より大きく０．３７以下
×；０．３２以下
（３）低周波異音
ＪＡＳＯＣ４０２試験に準拠（表５に試験条件を示す。）し、実車試験により、制動時の低周波異音の発生頻度を下記基準で評価した。
◎；０％
○；０％より多く１５％以下
△；１５％より多く３０％以下
×；３０％より多い

（注）
ステンレス繊維：長さ１ｍｍ、直径５０μｍ
硫化錫粉：Ｓｔａｎｎｏｌｕｂｅ（ＣＨＥＭＥＴＡＬＬ社製）
二硫化モリブデン：平均粒径２μｍ
硫化鉄：平均粒径８μｍ
硫化亜鉛：平均粒径０．３μｍ
酸化亜鉛：平均粒径２μｍ、モース硬度４
酸化マグネシウム：平均粒径９５μｍ、モース硬度６．５
黒酸化鉄：平均粒径０．６μｍ、モース硬度６
四三酸化マンガン：平均粒径１μｍ、モース硬度４
アルミナ粉：平均粒径４μｍ

［実施例、比較例Ｂ］
表６、７に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーを用いて均一に混合し、加圧型内で３０ＭＰａにおいて１分間加圧して予備成形した。この予備成形物を成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で７分間成形し、その後２２０℃で５時間熱処理（熱硬化）を行い、摩擦材を得た。
得られた摩擦材について、気孔率、耐フェード性、剪断強度、ディスクパッド摩耗、実車鳴き、摩擦係数を表８、９の評価項目及び評点に従い評価した。結果を表６、７に示す。

＊１四三酸化マンガン（Ａ）：平均粒子径０．５μｍ
＊２四三酸化マンガン（Ｂ）：平均粒子径２．５μｍ
＊３四三酸化マンガン（Ｃ）：平均粒子径９μｍ
＊４四三酸化マンガン（Ｄ）：平均粒子径２０μｍ

Claims

繊維基材と、結合材と、充填材とを含む摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物を合計で１２体積％以上含有することを特徴とする摩擦材。
モース硬度４〜６．５の３種以上の金属酸化物が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、四三酸化鉄、四三酸化マンガン、酸化錫、酸化チタンから選ばれる３種以上である請求項１記載の摩擦材。
充填材としての有機物を１〜１５体積％含有する請求項１又は２記載の摩擦材。
二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化亜鉛から選ばれる２種以上を５〜１０体積％含有する請求項１，２又は３記載の摩擦材。
ステンレス繊維を３〜８体積％含有する請求項１乃至４のいずれか１項記載の摩擦材。
アルミナ粉を０．５〜２体積％含有する請求項１乃至５のいずれか１項記載の摩擦材。
繊維基材と、結合材と、充填材とを含む摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、四三酸化マンガンを摩擦材全体の０．３体積％以上で、無機質充填材中０．５体積％以上含有することを特徴とする摩擦材。