JP2005282738A - ブレーキ摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】 剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の安定性、異音の低減性、品質安定性に優れ、しかも、製造が容易なブレーキ摩擦材を提供する。
【解決手段】 本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材であり、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、変性無しのフェノール樹脂６．０〜６．６質量％及び未加硫のニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、銅繊維およびスチール繊維１２〜２０質量％、平均粒径が１０〜２０μｍのチタン酸カリウム板状繊維５〜１０質量％、セピオライト７〜１２質量％、ロックウール５〜１０質量％含有してなることを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は自動車等のブレーキ摩擦材に関し、より詳しくは、剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の安定性、異音の低減性、品質安定性に優れ、しかも、製造が容易なブレーキ摩擦材に関するものである。

従来、自動車等のブレーキ摩擦材は、補強材として、スチール繊維などの金属繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維（例えば、特許文献１〜４参照）、あるいはチタン酸ナトリウム多結晶繊維（例えば、特許文献５参照）等の天然または人造の繊維が使用され、この他、フェノール樹脂などの結合材、黒鉛、二硫化モリブデンなどの潤滑材、カシューダスト、セラミック粉、金属粉などの摩擦調整剤、硫酸バリウムなどの充填材、及び水酸化カルシウムなどのｐＨ調整材などを数種混合し、その後、常温にて圧縮成形（予備成形）し、次いで、予め接着剤を塗布した裏金とともに加熱圧縮成形し、さらに熱処理した後、溝加工や表面研磨を施すことにより製造されている。

このブレーキ摩擦材は、上記の様な材料を用いることで、接着強度、摩擦特性、摩耗特性、異音性能等のブレーキ性能を満足するように調整している。
特に、上記の強化繊維の中では、チタン酸カリウム繊維が、ブレーキ摩擦材全体の強度、耐熱性を高め、耐摩耗性を向上させるだけでなく、ブレーキ摩擦材の摩擦特性を高めるものとして高く評価されている。
特開平１０−１２１０３３号公報 特開２００１−２０９８６号公報 特開２００１−１７２６１２号公報 特開２０００−１９２０１４号公報 特開平７−１９６８１７号公報

ところで、近年の自動車の性能の向上に伴い、ブレーキ摩擦材においても特性の向上が求められており、接着強度、摩擦特性、異音性能等に対して、さらなる特性の向上が求められている。特に、摩擦特性については、摩擦特性の変動が小さく、安定性に優れているものが求められている。
また、ブレーキ摩擦材に用いられているチタン酸カリウム繊維は、その直径が１μｍ以下の極めて細い針状結晶であることから、摩擦材中に均一分散することが難しく、したがって、製造が難しいという問題点もあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の安定性、異音の低減性、品質安定性に優れ、しかも、製造が容易なブレーキ摩擦材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は次の様なブレーキ摩擦材を提供した。
すなわち、本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、変性無しのフェノール樹脂６．０〜６．６質量％及び未加硫のニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、金属繊維１２〜２０質量％、チタン酸カリウム板状繊維５〜１０質量％、セピオライト７〜１２質量％、ロックウール５〜１０質量％含有してなることを特徴とする。

本発明のブレーキ摩擦材においては、前記チタン酸カリウム板状繊維の平均粒径は、１０〜２０μｍであることが好ましい。
前記金属繊維は、銅繊維および／またはスチール繊維であることが好ましい。

本発明のブレーキ摩擦材によれば、変性無しのフェノール樹脂６．０〜６．６質量％及び未加硫のニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、金属繊維１２〜２０質量％、チタン酸カリウム板状繊維５〜１０質量％、セピオライト７〜１２質量％、ロックウール５〜１０質量％含有することとしたので、剪断強度及び接着強度を高めることができ、摩擦特性の変動を抑制して安定性に優れたものとすることができ、異音の防止を図ることができる。
また、従来の製造方法をそのまま適用することができるので、製造に格別困難性はなく、製造が容易である。
以上により、剪断強度、接着強度、摩擦特性、異音の防止等、品質の安定性に優れたブレーキ摩擦材を、低コストで提供することができる。

本発明のブレーキ摩擦材の一実施形態について説明する。
本実施形態のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有したもので、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたときに、変性無しのフェノール樹脂６．０〜６．６質量％及び未加硫のニトリルゴム粉末１〜２質量％により結合材を構成し、さらに、金属繊維を１２〜２０質量％、チタン酸カリウム板状繊維を５〜１０質量％、セピオライトを７〜１２質量％、ロックウールを５〜１０質量％含有している必要がある。

このような構成とすることにより、変性無しのフェノール樹脂と、未加硫のニトリルゴム粉末と、銅繊維および／またはスチール繊維と、チタン酸カリウム板状繊維と、セピオライトと、ロックウールのそれぞれの全質量が最適化され、その結果、接着強度が高まり、摩擦特性の変動が小さくかつ安定性に優れたものとなり、異音の防止に優れたものとなる。

上記のチタン酸カリウム板状繊維の平均粒径は、１０〜２０μｍが好ましい。
上記の金属繊維は、銅繊維および／またはスチール繊維が好ましい。
この金属繊維に、その他の繊維として、アラミド繊維等の有機繊維を含んでもよい。
潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が好適に用いられる。

摩擦調整材としては、有機系摩擦調整材および／または無機系摩擦調整材が好適に用いられる。有機系摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴム粉等が、無機系摩擦調整材としては、珪酸ジルコニウム、アルミナ、酸化鉄、錫等の粉末が好適に用いられる。
充填材としては、硫酸バリウム等、ｐＨ調整材としては水酸化カルシウム等が用いられる。

摩擦材においては、気孔率と呼ばれる空孔が高温時の分解生成物（ガスや液状の重合物）の逃げ道となり摩擦特性の低下防止を図るとともに、摩擦材の剛性をさげ減衰性を向上させることで異音の発生を防止している。通常の摩擦材においては、気孔率が１５〜２０％になるように、材料の配合、成形条件を管理している。

ここで、変性無しのフェノール樹脂の全質量を６．０〜６．６質量％と限定した理由は、全質量が６．０質量％未満では、他の材料の隙間に樹脂が充填されず、接着強度が低下するからであり、全質量が６．６質量％を超えると、他の材料の隙間に樹脂が充填され、接着強度も向上するが、摩擦特性の低下、異音の発生等の不具合が生じるからである。

未加硫のニトリルゴム粉末の全質量を１〜２質量％と限定した理由は、全質量が１質量％未満では、ゴム振動減衰性が不足して異音が発生する可能性があるからであり、全質量が２質量％を超えると、フェード試験での高温時に分解生成物（ガスまたは液状物質）による摩擦係数の低下が生じるからである。

金属繊維の全質量を１２〜２０質量％と限定した理由は、全質量が１２質量％未満では、金属繊維による摩擦係数の向上が不足して効力試験時の摩擦係数が低くなるからであり、全質量が２０質量％を超えると、金属繊維により摩擦材の強度が強くなりすぎ、接着面積が低下するからであり、また、ロータとの金属間の摩擦のため、摩擦振動が大きくなり、異音が発生し易くなるからである。

チタン酸カリウム板状繊維の全質量を５〜１０質量％と限定した理由は、全質量が５質量％未満では、異音が発生するという不具合があり、また、全質量が１０質量％を超えると、強度が低下するという不具合があるからである。
また、チタン酸カリウム板状繊維の平均粒径を１０〜２０μｍと限定した理由は、平均粒径が１０μｍ未満では、表面積が小さくなるために表面活性が高くなり、粒子同士が凝集し易くなるため、均一分散がし難くなり、その結果、組成に偏りが生じ、摩擦特性の低下といった不具合が発生する虞があるからであり、また、平均粒径が２０μｍを超えると、上記と反対に表面積が小さくなり、結合材のフェノール樹脂がチタン酸カリウム板状繊維以外の材料の間に充填され、気孔率の低下による摩擦特性の低下、異音の発生といった不具合が生じるからである。

セピオライトの全質量を７〜１２質量％と限定した理由は、セピオライトは柔軟性に富み、嵩密度が低い材料であるため、全質量が７質量％未満では、摩擦材の嵩密度が高くなり接着強度よりも強くなるため、接着面積が低下し、また、密度が高くなるため気孔率が低下し、摩擦材の剛性が高くなり異音が発生し易くなるからであり、全質量が１２質量％を超えると、摩擦材の密度が低くなり、強度が低下するからである。

ロックウールの全質量を５〜１０質量％と限定した理由は、ロックウールも、セピオライトよりは劣るものの嵩密度が低く、また、硬質で摩擦係数が向上する特性を有するため、全質量が５質量％未満では、摩擦材の気孔率が低下し、フェード時に摩擦係数が低下し異音が発生するからであり、全質量が１０質量％を超えると、摩擦振動により異音が発生し易くなるからである。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例１〜１２」
実施例１〜１２のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
まず、溶剤を用いて裏金を充分に洗浄した後、この裏金にショットブラストまたはリン酸処理等の化成処理を施した後、摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥した。

また、変性無しのフェノール樹脂（以下、単にフェノール樹脂と称する）、未加硫のニトリルゴム粉末、銅繊維及びスチール繊維、チタン酸カリウム板状繊維、セピオライト、ロックウール、アラミド繊維（その他の強化繊維）、潤滑材（黒鉛、コークス等）、有機系摩擦調整剤（カシューダスト、加硫済のゴム粉末等）、無機系摩擦調整剤（酸化鉄、錫、珪酸ジルコニウム等の粉末）、充填材として硫酸バリウム、ｐＨ調整材として水酸化カルシウムを、所定量秤量し、混合した。
実施例１〜１２それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

その後、この混合物を所定の金型を用いて、５０ＭＰａの圧力かつ常温（２５℃）にて冷間圧縮成形した。
次いで、この冷間圧縮成形品と上記の接着剤を塗布した裏金を、１５０℃に加熱した金型内にセットし、この温度にて４０ＭＰａの圧力で２５０秒加熱圧縮成形した。
次いで、この成型品を２２０℃にて６時間熱処理し、さらに、研磨加工、溝加工を施し、実施例１〜１２のプレーキパッドとした。

「比較例１〜１３」
フェノール樹脂をゴム変性フェノール樹脂に替えたものを比較例１、フェノール樹脂の全質量が本発明より少ないものを比較例２、フェノール樹脂の全質量が本発明より多いものを比較例３、未加硫のニトリルゴム粉末の全質量が本発明より少ないものを比較例４、未加硫のニトリルゴム粉末の全質量が本発明より多いものを比較例５、銅繊維及びスチール繊維の全質量が本発明より少ないものを比較例６、銅繊維及びスチール繊維の全質量が本発明より多いものを比較例７、チタン酸カリウム板状繊維の全質量が本発明より少ないものを比較例８、チタン酸カリウム板状繊維の全質量が本発明より多いものを比較例９、セピオライトの全質量が本発明より少ないものを比較例１０、セピオライトの全質量が本発明より多いものを比較例１１、ロックウールの全質量が本発明より少ないものを比較例１２、ロックウールの全質量が本発明より多いものを比較例１３とし、上記実施例１〜１２と全く同様にして比較例１〜１３のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
比較例１〜１３それぞれの配合量（質量％）を表２に示す。

このようにして作製された実施例１〜１２及び比較例１〜１３のプレーキパッドについて、剪断強度、接着強度試験、摩擦特性、実車による鳴き・異音発生頻度をそれぞれ測定した。
剪断強度は、日本工業規格ＪＩＳ Ｄ ４４２２「自動車用ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッドの接着強度試験方法」に基づき測定した。

摩擦特性は、第２効力試験及び第１フェードリカバリ試験の２項目について、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０６「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき測定した。
鳴き・異音発生頻度は、ブレーキパッドの温度を所定温度範囲とし、ディスクブレーキキャリパへの供給液圧を所定範囲としたときの、それぞれの組み合わせで所定回数、ダイナモメータにより制動試験を行い、このときに発生する音の大きさのレベルが一定値以上となったときの回数を計数して、その割合を算出した。
実施例１〜１２の測定結果を表３に、比較例１〜１３の測定結果を表４に、それぞれ示す。

表３、４によれば、実施例１〜１２は、比較例１〜１３に比べて剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の変動が小さく安定性に優れ、異音の防止に優れていることを確認することができた。また、実施例１〜１２は、従来の製造方法をそのまま適用することができるので、製造に格別困難性はなく、製造が容易であることが確認された。
以上により、接着強度、摩擦特性、異音の防止等、品質の安定性に優れたブレーキパッドを、低コストで提供することが可能になった。

本発明は、変性無しのフェノール樹脂及び未加硫のニトリルゴム粉末により結合材を構成し、さらに、繊維成分としてチタン酸カリウム板状繊維を５〜１０質量％含有したことにより、剪断強度、摩擦特性の安定性、異音の低減性、品質安定性を改善したものであるから、自動車はもちろんのこと、ブレーキ機構を有する動力機械等へも適用可能であり、その工業的意義は極めて大である。

Claims (3)

1. 少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、
   ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、
   変性無しのフェノール樹脂６．０〜６．６質量％及び未加硫のニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、
   金属繊維１２〜２０質量％、チタン酸カリウム板状繊維５〜１０質量％、セピオライト７〜１２質量％、ロックウール５〜１０質量％含有してなることを特徴とするブレーキ摩擦材。
2. 前記チタン酸カリウム板状繊維の平均粒径は、１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項１記載のブレーキ摩擦材。
3. 前記金属繊維は、銅繊維および／またはスチール繊維であることを特徴とする請求項１または２記載のブレーキ摩擦材。