JP2007326999A

JP2007326999A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2007326999A
Application number: JP2006160963A
Authority: JP
Inventors: Motoyuki Miyaji; 素行宮道; Daisuke Hamakata; 大輔浜潟; Satoshi Kusaka; 聡日下; Shuichi Ojida; 修一王子田
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-20
Also published as: CN101086285A; US20070287768A1; FR2902108A1; DE102007026522A1

Abstract

【課題】摩擦特性を悪化させず、摩擦材の圧縮歪み量を調整してブレーキフィーリングを向上させた摩擦材を提供することである。
【解決手段】繊維基材、摩擦調整材及び結合材を用いてなる非石綿系摩擦材において、部分黒鉛化コークスを０．５体積％〜２．５体積％配合したことを特徴とする非石綿系摩擦材。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、鉄道車両、産業機械等のブレーキ等に使用される摩擦材に関し、熱劣化の少ない耐熱性、耐摩耗性、ブレーキフィーリング、特にペダルフィーリングを向上させた摩擦材に関する。

従来、ブレーキ等の摩擦材は、繊維基材、摩擦調整材、充填材及び結合材を用い、それらを配合し、予備成形、熱成形、仕上げなどの工程からなる製造プロセスによって製造されている。ブレーキ等の摩擦材としては、有機繊維、ガラス繊維などの無機繊維、銅繊維などの金属繊維等の繊維基材、ゴムダスト、カシューダスト、金属粒子、セラミックス粒子や黒鉛等の有機／無機摩擦調整材、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の充填材、フェノール樹脂等の結合材が使用されている。中でも、摩擦調整材として使用される黒鉛は潤滑性と、特にそのすぐれた熱的安定性及び化学的安定性のために、これを摩擦材料の成分として用いたときに、いろいろな環境の中で安定した摩擦係数が得られるばかりでなく、耐摩耗性，耐焼付性の点でもすぐれ、様々なノイズの低減を確保する等の重要な働きを担っている。

「特許文献１」では、ピッチ類の炭化過程で生成するバルクメソフェーズカーボンあるいは生コークスなどの炭素材をニトロ化あるいはスルフォン化し、その後熱処理して膨張化したものを黒鉛化処理したものが密度が低く、かつ弾性にすぐれ、これによって製造される黒鉛は、０．１ｋｇ／ｃｍ^２の荷重時を基準にして９０００ｋｇ／ｃｍ^２荷重時の圧縮率が体積変化において８０％以上であり、荷重を取り除いたときの回復率が５０％以上であることを確認し、前記弾性黒鉛を添加した摩擦材料を検討している。
又、「特許文献２」には、弾性黒鉛を３〜１５ｗｔ％含有する摩擦材が記載され、これを添加すると摩擦材パッドの摩耗量や相手材摩耗量は従来摩擦材と同等でもノイズ性やフェード時の摩擦係数に優れた摩擦材が得られると報告している。
特開平３−２８２０２８号公報（特許第２８９５９０３号）特開平５−１７７３９号公報

昨今の乗用車のブレーキは高性能化が進み、単に効きが良いだけでなく、ノイズ・異音などがないという静粛性や、ブレーキをかけた時のベダルフィーリングの良さまで求められるようになってきている。ブレーキのペダルフィーリングの変化要因としては、効きと摩擦材の圧縮変形量が主に影響する。
ブレーキの効きは主に配合原料で調整できるが、圧縮変形は、配合材料と成形条件の２つの要因で変化する。一般に圧縮変形を調整しようとする場合、熱成形時の加圧力を下げたり、成形温度を下げる手法が採られるが、この手法では摩擦材自身の強度及び耐摩耗性が悪化する場合がある。

黒鉛は、潤滑性とすぐれた熱的安定性並びに化学的安定性のために、これを摩擦調整材として用いたときに、種々の環境の中で安定した摩擦係数が得られるばかりでなく、耐摩耗性、耐焼付性の点でもすぐれている。しかしながら、従来から用いられてきた黒鉛は添加量を多くすると摩擦係数が低下するという問題があり、高弾性黒鉛の使用が検討されているが、高弾性黒鉛でも十分満足できる材料ではなかった。
従って、本発明が解決しようとする課題は、特定の高弾性黒鉛を使用して他の特性をほとんど悪化させずに、圧縮歪み量を調整してブレーキフィーリングを向上させた摩擦材を提供することである。

本発明は、下記の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）繊維基材、摩擦調整材及び結合材を用いてなる非石綿系摩擦材において、部分黒鉛化コークスを０．５体積％〜２．５体積％配合したことを特徴とする非石綿系摩擦材。
（２）該部分黒鉛化コークスの９００ＭＰａ荷重時の圧縮率が８０％未満であり、荷重を取り除いたときの回復率が３０％を越えることを特徴とする上記（１）に記載の非石綿系摩擦材。

本発明によれば、特定の弾性を有する部分黒鉛化コークス（弾性コークス）を摩捺材へ利用することにより、成形面圧、焼成温度を下げることなく、摩捺材の気孔率・圧縮歪み量を調整することができ、ブレーキフィーリングを最適化することが出来る。

本発明は、従来摩擦材に添加されていた黒鉛の一部分を弾性を有する部分黒鉛化コークスに置換することにより、他の材料や成形条件はそのままでも圧縮変形量を増加させることを見出した結果、実現した。
本発明で使用する「弾性を有する部分黒鉛化コークス」とは、弾性黒鉛を得るために黒鉛化するための原料コークス類を黒鉛化する際に、その黒鉛化を途中で止めたものであって、その黒鉛化率は８０〜９５％であることが好ましい。前記原料コークス類としては、コールタールピッチ、石炭系ピッチ、石油系ピッチ等を約３５０〜５００℃で熱処理した時に生成する炭素質メソフェーズ又は生コークス、あるいはこれらを硝酸もしくは硝酸と硫酸との混酸で処理したものなどの、従来弾性黒鉛の製造原料とされているものを挙げることができる。

摩擦材の製造において通常用いられている黒鉛は、体積変化において０．０１ＭＰａの荷重を付加したときを基準にして９００ＭＰａの荷重を付加したときの圧縮率が約７０％であり、同荷重を取除いたときの回復率が３０％以下であるため、摩擦面平行度の不足を摩擦材料の弾性変形によって補うという目的のためには十分でなかった。
また、「特許文献１」には０．０１ＭＰａの荷重時を基準にして９００ＭＰａ荷重時の圧縮率が体積変化において８０％以上であり、荷重を取り除いたときの回復率が５０％以上である圧縮性及び回復性に優れた弾性黒鉛が記載されているが、このような物性値を有する黒鉛でもまだ圧縮率が小さく、本発明の課題を達成することはできなかった。

本発明の摩擦材に用いられる部分黒鉛化コークス（弾性黒鉛体）は、荷重を取り除いたときの回復率がきわめて高く、９０％以上、殆ど１００％である。又、９００ＭＰａ荷重時の圧縮率は８０％以下、好ましくは６０％以下であり、上記した従来の黒鉛とは異なる物性値を有する弾性黒鉛体である。更に好ましくは、回復率が９５％以上であり、圧縮率が６０％〜４０％の範囲の弾性黒鉛体を使用する。
本発明に使用される部分黒鉛化コークス（弾性黒鉛体）のＸ線回折の測定による黒鉛化率は、８０％〜９５％の範囲にある。そして、その添加量は少量で十分効果があり、０．５〜２．５体積％、好ましくは２．０〜２．５体積％配合すればよい。また、摩擦材においては、部分黒鉛化コークスは従来の黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛）と併用して用いられる。

ここで、本発明に使用する部分黒鉛化コークスの圧縮率と回復率は次のような方法で測定する。すなわち、内径１０ｍｍのステンレス製シリンダ状金型に、黒鉛の試料約１０ｇを入れ、周囲からたたいて最密充填になるようにした後、上部から押し棒を挿入し、１０Ｐａの荷重を加え、この時の試料の高さを測定し、この値ｈ_０とする。ついで、所定の荷重を加え、試料の高さを測定し、その値をｈ_１とする。そして荷重を除き、そのときの試料の高さを測定し、その値ｈ_２とする。これらの値から、次式によって、圧縮率および回復率を求めることができる。
圧縮率（％）＝（ｈ_１／ｈ_０）×１００ … （１）
回復率（％）＝（（ｈ_２−ｈ_１）／ｈ_０）×１００ …（２）

摩擦材の配合に際しては、通常用いられるものが使用される。補強用の繊維基材としては、耐熱性有機繊維、無機繊維、金属繊維が使用される。耐熱性有機繊維としては、例えば芳香族ポリアミド繊維、耐炎性アクリル繊維が挙げられ、無機繊維としては例えばチタン酸カリウム繊維やアルミナ繊維等のセラッミク繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられ、また金属繊維としては例えば銅繊維やスチール繊維が挙げられる。

結合材としては、例えばフェノール樹脂（ストレートフェノール樹脂、ゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。また、摩擦調整材としては、例えばゴムダストやカシューダスト等の有機摩擦調整材、アルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、石英等の金属酸化物等の研削材、銅やアルミニウム、亜鉛等の金属粒子、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑材、マイカやバーミキュライト等の燐片状無機物、硫酸バリウムや炭酸カルシウム等の無機充填材等を挙げることができる。

摩擦材の製造においては、周知の製造工程により行うことができ、例えば、予備成形、熱成形、加熱、研磨等の工程を経て摩擦材を作製することができる。ディスクブレーキ用摩擦パッドの製造工程の場合においては、板金プレスにより所定の形状に成形され、脱脂処理及びプライマー処理が施され、そして接着剤が塗布されたプレッシャプレートと、耐熱性有機繊維や無機繊維、金属繊維等の繊維基材と、無機／有機摩擦調整材、充填材及び熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料とを配合し、攪拌により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で成形（予備成形）して作製した予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着し、アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施す工程が行われており、このような工程により製造することができる。

以下、実施例を挙げて発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
実施例の製造工程は下記の通りである。
１．配合材料の攪拌いずれの場合も製造工程では、第１表に示す配合材料を攪拌機に一括して投入し、攪拌を行った。

２．予備成形等
上記５種類の攪拌物を各々予備成形、熱成形、加熱、研磨等の工程を経て摩擦材完成品を作製した。
（１）予備成形
上記攪拌物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて４０ＭＰａの圧力で１分間加圧してブレーキパッド形状に予備成形した。
（２）熱成形
得られた予備成形品をプレッシャプレートがセットされた熱プレスの金型内に移し、１５０℃、５０ＭＰａの加熱加圧中に１０秒間隔で５回ガス抜きを行った後、１５０℃、５０ＭＰａで４分間熱成形した。
（３）加熱
熱成形後、更に加熱炉内で、２５０℃で３時間加熱してアフタキュアした。
（４）研磨
アフタキュア後、平面研磨機にて所定厚さに研磨して摩擦材完成品（ブレーキパッド）を得た。

実施例１〜３
弾性を持った部分黒鉛化コークス（ＳｕｐｅｒｉｏｒＧｒａｐｈｉｔｅＣｏ．のＲＧＣ１４Ａ）を０．５〜２．５体積％添加した。この配合にて、上記の通り、乾式撹拌、予備成形、熱成形（温度と圧力は第１表を参照）、加熱工程を経た後、研磨を実施し完成品を得た。

比較例１
弾性を持った部分黒鉛化コークスを３．０体積％添加した。製造条件は実施例１〜３に準ずる。
比較例２
弾性を持った部分黒鉛化コークスは添加せず、製造条件は実施例１〜３に準ずる。

次に、実施例１〜３、比較例１〜２の摩擦材について圧縮変形量を測定した。〈母材厚み２．５ｍｍ、プレッシャプレート厚み５．５ｍｍ、摺動面積５０ｃｍ^２〉。測定結果を図１に示す．また、実車におけるフィーリング官能試験結果を第２表に示す。

図１に示すように、部分黒鉛化コークス０．５〜２．５体積％添加することにより、圧縮変形の許容範囲の摩擦材を製造することができた。また、第２表の通り、許容範囲内の圧縮変形量を持つ実施例１〜３はフィーリング官能試験においても許容範囲の結果が得られた。
以上より、本発明を利用した摩擦材は、適切な圧縮変形量の摩擦材とすることができ、良好なペダルフィーリング特性を得ることができた。

本発明は、ペダルフィーリング特性にすぐれた摩擦材料を提供できるので、多くの種類の車両に使用ができ、工業的価値が大きい。

実施例及び比較例の摩擦材の圧縮変形量の測定結果を示す図である。

Claims

繊維基材、摩擦調整材及び結合材を用いてなる非石綿系摩擦材において、部分黒鉛化コークスを０．５体積％〜２．５体積％配合したことを特徴とする非石綿系摩擦材。
該部分黒鉛化コークスの９００ＭＰａ荷重時の圧縮率が８０％未満であり、荷重を取り除いたときの回復率が３０％を越えることを特徴とする請求項１に記載の非石綿系摩擦材。