JP2008024891A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】吸湿、吸水によるノイズ（鳴き、クリープグローン）の発生を抑制することができる摩擦材を提供する。
【解決手段】繊維基材、摩擦調整材および結合剤を含む摩擦材であって、加水分解とその逆反応を可逆的に行うために、逆反応の反応物または生成物である有機化合物を含んでいる。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車のブレーキ、クラッチ等に使用される摩擦材に関し、詳しくは、オートマチック車における発進時のクリープグローンなどのノイズを抑制できる摩擦材に関する。

自動車のディスクブレーキやブレーキライニングなどに用いられる摩擦材のほとんどは、近年ノンアスベストの摩擦材である。ノンアスベストの摩擦材は、一般に耐フェード性の向上や高速効力の向上のために気孔率が１０〜３０％と高いため、車両を長時間駐車した場合や洗車した場合などに、摩擦材が吸湿、吸水しやすい。そのため吸湿、吸水によって摩擦材の摩擦係数が不安定になり、鳴きと呼ばれる高周波ノイズが発生したり、クリープグローンと呼ばれる低周波ノイズ、すなわちオートマチック車の発進時にＤの状態でブレーキペタルをゆっくり緩めた際に生じる低周波ノイズが発生したりする。

このノイズ対策をした摩擦材として従来、特許文献１，２に記載の摩擦材が知られている。特許文献１には、成形前の原料をシラン系の撥水性物質で表面処理した摩擦材が開示されている。特許文献２には、撥水性を有するフッ素系ポリマーを有する摩擦材が開示されている。したがってこれら摩擦材は、撥水性を有する材料によって吸湿、吸水を抑制して、摩擦係数の上昇を抑制することで、ノイズの低減を図っていた。
特開２０００−５３９４５号公報 特開２０００−１９１８００号公報

本発明は、撥水効果を有する材料に代えて、あるいはその材料と併用して、摩擦材の吸湿、吸水によるノイズ（鳴き、クリープグローン）の発生を抑制することのできる摩擦材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦材であることを特徴とする。
すなわち請求項１に記載の発明は、加水分解とその逆反応を可逆的に行うために、逆反応の反応物または生成物である有機化合物を含んでいる。したがって摩擦材が吸水、吸湿した場合に、その水が加水分解として利用される。そのため吸水、吸湿による摩擦材の急激な摩擦係数の上昇を抑制することができ、クリープグローンなどのノイズを抑制することができる。

請求項２に記載の発明によると、前記有機化合物として、加水分解の逆反応の一つであるエステル化を行うエステル化の生成物を有している。したがってエステル化の生成物と水とが反応して加水分解が生じる。

請求項３に記載の発明によると、有機化合物として加水分解の逆反応の一つであるエステル化を行うエステル化の反応物を有している。したがってエステル化の反応物から生成された生成物と水とが反応して加水分解が生じる。

請求項４に記載の発明によると、エステル化の反応物として、カルボキシル基を有するカルボキシル化合物と、水酸基を有する水酸基化合物を有している。したがってカルボキシル化合物と水酸基化合物によってエステル化が生じる。

請求項５に記載の発明によると、カルボキシル化合物の分子量が３００以下である。したがって摩擦材中におけるカルボキシル化合物が大きすぎて摩擦材の成型性が悪化してしまうことを抑制することができる。

請求項６に記載の発明によると、カルボキシル化合物が摩擦材全体の０．５〜２０．０体積％含まれている。したがってカルボキシル化合物が少なすぎることで、加水分解として利用される水の量が少なくなることを防止できる。しかもカルボキシル化合物が多すぎることで、摩擦材の成型性が悪化してしまうことも抑制できる。

請求項７に記載の発明によると、水酸基化合物がアルコール類である。請求項８に記載の発明によると、水酸基化合物がフェノール類である。

請求項９に記載の発明によると、フェノール類が結合剤として含まれるフェノール樹脂である。したがってフェノール樹脂は、結合剤としての役割と、エステル化の反応物としての役割を兼ねる。そのため結合材としてフェノール樹脂を用いることで、特別な材料としてフェノール類や水酸基化合物を配合する必要がなくなる。

本発明にかかる摩擦材は、ノンアスベストの摩擦材であって、繊維基材と摩擦調整剤（充填剤）と結合剤とを主体に有している。そして本摩擦材は、加水分解とその逆反応を可逆的に行うために、逆反応の反応物または生成物である有機化合物を含んでいる。

有機化合物は、加水分解の逆反応の生成物または反応物のいずれの状態で含まれていても良く、いずれか一方または両方が摩擦材の原料として含まれている。加水分解の逆反応の一つは、例えばエステル化であって、有機化合物としてエステル化の生成物であるエステル化合物あるいは反応物などが原料として含まれる。エステル化の反応物として、カルボキシル基を有するカルボキシル化合物と、水酸基を有する水酸基化合物が含まれる。水酸基化合物としては、アルコール類またはフェノール類等が含まれる。

カルボキシル化合物は、カルボキシル基を少なくとも一つ有する有機化合物であって、アジピン酸，無水マレイン酸，無水コハク酸、無水フタル酸，無水安息香酸などのカルボン酸類、酸無水物、あるいはグリシン，アスパラギン酸，アジピン酸，グルタミン酸，トリプトファンなどのアミノ酸類、たんぱく質類である。これらは、摩擦材の原料として一種単独または二種以上が配合される。

カルボキシル化合物は、分子量が大きすぎると摩擦材中において大きくなりすぎて、摩擦材の成型性を悪化させてしまうため、３００以下が好ましく、より好ましくは２００以下である。一方、分子量が小さすぎると融点が低くなる傾向にあるため、分子量が５０以上、１００以上であることが好ましい。なおカルボキシル化合物の融点は、成形時にカルボキシル化合物が溶融し、成形時に偏ることを防止するために、成形温度以上、例えば１６０℃以上、２００℃以上であることが好ましい。

カルボキシル化合物の配合量は、摩擦材全体の０．５体積％以上、１体積％以上、２０体積％以下、１０体積％以下であることが好ましい。カルボキシル化合物が少なすぎると、摩擦材中に占めるエステル結合が少なくなり、加水分解として消費される水分量が少なくなって、吸水、吸湿による摩擦材の摩擦係数の急激な増加を十分に抑制できなくなるからである。一方、カルボキシル化合物が多すぎると、摩擦材の成型性が悪化して、摩擦材の強度が弱くなることで制動時に摩擦材の磨耗量が多くなってしまうからである。

エステル化の反応物として含まれるフェノール類は、結合剤であるフェノール樹脂を利用することが好ましいが、結合剤と別に配合したものであっても良い。フェノール類の融点は、気温（例えば２０℃）以上であることが好ましく、成形温度以上、例えば１６０℃以上、２００℃以上であることがより好ましい。

エステル化の反応物として含まれるアルコール類は、フェノール類に代えて、あるいはフェノール類とともに添加される。アルコール類としては、例えば、気温（例えば２０℃）において蝋状物質、固体であるものが好ましく、ポリエチレングリコール、ＤＬ−ピロリドンカルボン酸ナトリウム、キシリトール等、多価アルコール類などを使用できる。

エステル化の生成物または反応物が摩擦材原料に含まれている場合には、エステル化を促進する酸触媒を併用することが可能である。例えば、チタン（IV）塩，スズ（IV）塩，塩化ハフニウム（IV），塩化ジルコニウム（IV），ハフニウム（IV）t−ブトキシドなどを酸触媒として用いることができる。酸触媒は、固体触媒であることが好ましく、融点が気温以上、例えば２０℃以上であることが好ましい。酸触媒の配合量は、例えば、カルボキシル化合物１００重量部に対して５重量部以上、１０重量部以上、１５重量部以下である。

したがって摩擦材内に前記有機化合物が含まれているために、摩擦材が吸水、吸湿した場合に、水が加水分解として利用される。その結果、吸水、吸湿による急激な摩擦材の摩擦係数の上昇が抑制され、クリープグローン等のノイズを抑制することができる。また前記有機化合物は、立体的に大きな結合であるため、摩擦材のダンピング性能を向上させて、ブレーキ使用時におけるノイズを抑制することができる。しかも前記有機化合物は、摩擦係数等の摩擦性能にほとんど影響を与えないことが実験結果からわかった。

繊維基材としては、金属繊維、有機繊維が適宜含まれる。金属繊維は、例えば銅繊維，鉄繊維などであり、有機繊維は、アラミド繊維，アクリル繊維，フェノール繊維などである。これら繊維基材は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組合せて使用することもできる。繊維基材の配合量は、摩擦材全体の５〜３０体積％であることが好ましい。

摩擦調整剤（充填剤）としては、有機質摩擦調整剤、無機質摩擦調整剤、金属粉末が含まれる。有機質摩擦調整剤は、カシューダスト，ＮＢＲ，ＳＢＲ，イソプレンゴムなどである。無機質摩擦調整剤は、黒鉛（グラファイト），硫化アンチモン，二硫化モリブデン，二硫化亜鉛，硫酸バリウム，水酸化カルシウム，酸化ジルコニウム，珪酸ジルコニウム，炭酸カルシウム，炭酸マグネシウム， アルミナ，シリカ，マグネシア，雲母（マイカ），カオリン，タルクなどである。金属粉末は、鉄、黄銅、錫、亜鉛などである。摩擦調整剤の配合量は、摩擦材全体の２０〜７０体積％、３５〜５５体積％であることが好ましい。

結合剤は、エステル化の反応物にもなるフェノール樹脂が好ましが、イミド樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂などであっても良い。フェノール樹脂としては、ストレートフェノール樹脂，ゴム変性フェノール樹脂，シリコーン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，ホウ酸変性フェノール樹脂などを使用できる。これら結合剤は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組合せて使用することもできる。結合剤の配合量は、摩擦材全体の１０体積％以上、１５体積％以上、３０体積％以下であることが好ましく、原料混合時に粉末であることが好ましい。

摩擦材の製造方法は、先ず、摩擦材原料を混合機で混合して原料混合物を得る。混合機としては、アイリッヒミキサー、ユニバーサルミキサー、レーディゲミキサーなどを利用することができる。次に、原料混合物を予備金型によって予備成形し、予備成形品を成形用金型によって加圧加熱成形する。加圧加熱成形における成形温度は、１３０〜２００℃、成形圧力は、１００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ²、成形時間は、２〜１５分である。次に、成形体を１４０〜４００℃で２〜４８時間硬化させる。

以下に、本発明に係る実施例１〜１４と、比較例１〜４を具体的な数字を用いて説明する。実施例１〜１４と比較例に係る摩擦材は、図１，２に示す原料成分、および配合量を有する摩擦材原料から成形される。すなわち図１に示すように実施例１〜９は、分子量の異なるカルボキシル化合物を含んでいる。図２に示すように実施例１０〜１４は、カルボキシル化合物の配合量が異なっている。比較例１は、実施例１〜１４よりも研削材である酸化ジルコニウムを多く有しており、比較例２は、実施例１〜１４よりも潤滑材である黒鉛を多く有している。比較例３は、実施例１〜１４よりもカルボキシル化合物の配合量が少なく、比較例４は、実施例１〜１４よりもカルボキシル化合物の配合量が多い。

実施例１〜１４と比較例１〜４の摩擦材の製造方法は、先ず、図１，２に示す原料をアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合することで原料混合物を得た。次に、原料混合物を成形温度１６０℃、成形圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ²、成形時間１０分の条件において加圧加熱成形し、成形物を２３０℃、３時間の条件において硬化させた。

次に、摩擦材の特性評価試験を行い、その結果を図３，４にまとめた。各特性は、以下のように測定した。
＜放置吸湿時μ上昇量＞ ３０℃、湿度８０％の多湿環境中で８時間放置する前と後において、２０℃、湿度５８％下での摩擦係数を測定し、多湿環境における摩擦係数の上昇量を求めた。
＜高周波ノイズ性能、低周波ノイズ性能＞ 下記の温度別磨耗試験を行い、試験中における高周波ノイズ（５００Ｈｚ以上）と低周波ノイズ（２００〜４００Ｈｚ）の発生回数を測定し、下記の基準によって鳴き発生状況を評価した。◎：鳴き発生全くなし、○：鳴き発生微妙、△：鳴き発生ややあり、×：鳴き発生多い。

＜摩擦材の成形性＞ 成形後の摩擦材の亀裂を目視レベルにて観察し、◎：極めて良好、○：良好、△：使用可能限界、×：使用不可、の四段階で評価した。
＜平均摩擦係数＞ ＪＡＳＯ Ｃ４０６に従って２０℃、湿度５８％環境下で制動前速度５０ｋｍ／ｈにおける平均摩擦係数を測定した。
＜温度別磨耗量＞ ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠して、制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．３Ｇ、制動回数適宜、制動前ブレーキ温度、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃の条件において、摩擦材の摩耗量を測定し、制動回数１００００回あたりの摩耗量を換算した。
＜ロータ攻撃量＞ ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠して、温度別摩擦量の試験を行い、１００℃と２００℃における相手材（鋳鉄製のディスクロータ）の摩耗量を測定し、制動回数１００００回あたりの摩耗量を換算した。

図４に示すように比較例１，２は、放置吸湿時μ上昇量が小さかった。しかし比較例１は、研削材を多いために高周波ノイズが発生しやすく、しかもロータ攻撃性も高かった。比較例２は、潤滑材を多く含んでいるために、低周波ノイズが発生しやすく、しかも平均摩擦係数が小さかった。これに対して実施例１〜１４は、図３，４に示すように評価試験のすべてにおいて良好な結果を得た。

実施例１〜９の実験結果から、成型性は、カルボキシル化合物の分子量が小さいほど良好であり、分子量が３００以下、２００以下において良好であった。放置吸湿時μ上昇量は、分子量１３０〜１５０において最も小さくなった。

実施例１０〜１４と比較例３，４の実験結果から、高周波ノイズと低周波ノイズの発生は、カルボキシル化合物によって抑制されることがわかった。放置吸湿時μ上昇量は、カルボキシル化合物の配合量が０．５体積％以下になると大きくなり、０．１体積％で非常に大きくなった。したがってカルボキシル化合物の配合量は、０．５体積％以上、１．０体積％以上が好ましいことがわかった。成型性は、カルボキシル化合物の配合量が多いほど良好でなくなり、２５体積％以上で非常に悪くなった。したがってカルボキシル化合物の配合量は、２０．０体積％以下、１０．０体積％以下であることが好ましいことがわかった。

なお図４に示すように比較例１，２は、放置吸湿時μ上昇量が小さかった。その理由は、比較例１に多く含まれる酸化ジルコニウムによってロータの表面が粗くなったことが原因であると推測できる。そして比較例２には、黒鉛が多く含まれており、黒鉛によって吸湿時における潤滑性が高くなり、吸湿時における摩擦係数の上昇が抑制されたためであると推測できる。

本発明は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に利用できるものである。

実施例１〜９に係る摩擦材の原料成分と配合量をまとめた図である。 実施例１０〜１４と比較例１〜４に係る摩擦材の原料成分と配合量をまとめた図である。 実施例１〜９に係る摩擦材の評価試験結果をまとめた図である。 実施例１０〜１４と比較例１〜４に係る摩擦材の評価試験結果をまとめた図である。

Claims (9)

1. 繊維基材、摩擦調整材および結合剤を含む摩擦材であって、
   加水分解とその逆反応を可逆的に行うために、前記逆反応の反応物または生成物である有機化合物を含んでいることを特徴とする摩擦材。
2. 請求項１に記載の摩擦材であって、
   前記有機化合物として、加水分解の逆反応の一つであるエステル化を行うエステル化の生成物を有していることを特徴とする摩擦材。
3. 請求項１に記載の摩擦材であって、
   前記有機化合物として、加水分解の逆反応の一つであるエステル化を行うエステル化の反応物を有していることを特徴とする摩擦材。
4. 請求項３に記載の摩擦材であって、
   エステル化の反応物として、カルボキシル基を有するカルボキシル化合物と、水酸基を有する水酸基化合物を有していることを特徴とする摩擦材。
5. 請求項４に記載の摩擦材であって、
   カルボキシル化合物の分子量が３００以下であることを特徴とする摩擦材。
6. 請求項４または５に記載の摩擦材であって、
   カルボキシル化合物が摩擦材全体の０．５〜２０．０体積％含まれていることを特徴とする摩擦材。
7. 請求項４または５に記載の摩擦材であって、
   水酸基化合物がアルコール類であることを特徴とする摩擦材。
8. 請求項４に記載の摩擦材であって、
   水酸基化合物がフェノール類であることを特徴とする摩擦材。
9. 請求項８に記載の摩擦材であって、
   フェノール類が結合剤として含まれるフェノール樹脂であることを特徴とする摩擦材。
   
   

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