JP2008201930A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】低温、低負荷時でも摩擦係数の安定性に優れた摩擦材を提供する。
【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、上記充填材として、平均粒径が３〜１０μｍの重質炭酸カルシウムを１０〜３０体積％と、フルフラールを硬化剤として製造したカシューダストを１０〜３０体積％とを含有することを特徴とする摩擦材。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車、及び各種産業用機械等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング、クラッチフェーシング等に好適に使用される摩擦材に関するものであり、更に詳述すると、低温、低負荷時でも摩擦係数が安定した摩擦材に関する。

自動車、特に中大型車用のブレーキライニングは、その最大積載重量の規制等により、従来の高温、高負荷制動時の性能に加えて、低温、低負荷制動時の安定性に対する要求が強くなってきている。低温、低負荷制動時の安定性が悪化すると、片効きが発生し易くなる。この対策として、従来の技術においては、例えば、特公平８−０２６３０３号公報に記載されているように、硫化鉛を使用した摩擦材が開発，提案されており、実用に供されていた。

しかしながら、特定化学物質の環境への排出量の把握等、管理の改善の促進に関する法律(PRTR法)が施行され、鉛及びその化合物が対象物質となったため、硫化鉛の使用が制限されるようになっている。

そこで、特開２００３−１１３３６８号公報には、球状青銅粉及び人造黒鉛を含み、かつ硫化鉛を含まない摩擦材が提案されている。

しかしながら、上記提案の摩擦材では、球状青銅粉と人造黒鉛との潤滑作用により摩擦係数が上昇しすぎるのを抑制したものであり、球状青銅粉と人造黒鉛との分散状態によっては潤滑作用が働きすぎ、摩擦係数が低下するという問題がある。

特公平８−０２６３０３号公報 特開２００３−１１３３６８号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、低温、低負荷時でも摩擦係数が安定した摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、繊維基材、結合材、充填材を含有する組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、上記充填材として、平均粒径が３〜１０μｍの重質炭酸カルシウムを１０〜３０体積％と、フルフラールを硬化剤として製造したカシューダストを１０〜３０体積％とを併用したものを用いることにより、低温、低負荷時でも摩擦係数が安定することを知見し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、一般的に、ブレーキにかかる負荷が高いと、相手材（ブレーキドラムやディスクローター等）の摺動面の温度は早い段階で摩擦材に含まれるカシューダストが溶融する温度に達し、相手材の摺動面にカシューダストの被膜が形成される。そして、カシューダストの被膜が形成されると、適度な潤滑作用が得られ、摩擦係数が安定する。逆に、ブレーキにかかる負荷が低いと、相手材の摺動面が鏡面化し、相手材の鉄分が摩擦材に移着するので、鉄成分と鉄成分とによる研削型の摩擦になり、摩擦係数が著しく上昇する。その結果、摩擦係数が不安定になる。

上記の問題に対し、本発明では、平均粒径が３〜１０μｍの重質炭酸カルシウムを１０〜３０体積％の範囲内で添加するものである。その結果、低負荷時に相手材の摺動面が鏡面化することにより、摩擦係数が不安定になるという問題が解消された。

また、摩擦材に含まれるカシューダストの耐熱性が低いと、摩擦係数が下がりすぎるという問題が発生する。カシューダストの耐熱性が低いと、カシューダストの溶融が進み、相手材の摺動面に形成される被膜の膜厚が厚くなりすぎ、摩擦係数が低下し易くなる。カシューダストは、カシューナッツ殻液を重縮合して得た樹脂硬化物の粉砕物であり、硬化剤として、パラホルムアルデヒド、フルフラールを使用したもの、或いは、硬化剤を使用しないで製造されたものが使用されている。しかしながら、パラホルムアルデヒドを硬化剤としたものや硬化剤を使用しないで製造されたカシューダストは耐熱性が低いので上記のような現象が起き、摩擦係数が低下しやすくなる。

上記問題に対して、本発明では、フルフラールを硬化剤として製造されたカシューダストを選択し、摩擦材組成物全体に対して１０〜３０体積％添加するものである。その結果、相手材の摺動面に適度な膜厚の被膜を形成することができ、そのため、摩擦係数が著しく低下することはないものである。

従って、本発明は下記の摩擦材を提供する。
〔１〕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、上記充填材として、平均粒径が３〜１０μｍの重質炭酸カルシウムを１０〜３０体積％と、フルフラールを硬化剤として製造したカシューダストを１０〜３０体積％とを含有することを特徴とする摩擦材。
〔２〕上記カシューダストの平均粒径が２００〜４００μｍである〔１〕記載の摩擦材。
〔３〕ブレーキ用摩擦材である〔１〕又は〔２〕記載の摩擦材。

本発明の摩擦材によれば、低温、低負荷時でも摩擦係数が安定するものである。

発明を実施するための最良の形態及び実施例

以下、本発明について更に詳しく説明すると、本発明の摩擦材においては、少なくとも繊維基材、結合材及び充填材を必須成分として含有したものである。

ここで、上記繊維基材としては、石綿（アスベスト）以外の摩擦材に通常用いられる無機質繊維、有機繊維などを使用できる。このような繊維基材としては、例えば、スチール、ステンレス、銅、真鍮、青銅、アルミニウム等の金属繊維；チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、ロックウール、ウォラストナイト等の無機繊維；アラミド繊維、炭素繊維、ポリイミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維等の有機繊維；等である。これらは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。繊維基材全体の添加量は、本発明の効果を損なわない限り適宜添加することができ、具体的には、摩擦材組成物全量に対して５〜５０体積％であることが好適であり、より好ましくは１０〜４０体積％である。

結合材としては、通常、摩擦材に用いられるものを使用することができ、例えば、フェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、ＮＢＲゴム変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ＮＢＲ、アクリルゴム（未加硫品）等が挙げられる。これらは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。結合材の添加量については、摩擦材組成物全量に対して１０〜３０体積％であることが好適であり、より好ましくは１５〜２５体積％である。

充填材（摩擦調整剤）としては重質炭酸カルシウムが必須成分として配合される。本発明で用いる重質炭酸カルシウムは、ブレーキにかかる負荷が小さいとき、相手材の摺動面の温度上昇を促進させるために、制動初期の段階において、相手材の摺動面に無機物の被膜を形成させるために使用されるものである。つまり、相手材の摺動面に無機物の被膜が形成されると、相手材の摺動面の熱拡散効率が低下するため、摺動面の温度上昇が促進されることになる。

一般的に、摩擦材に使用される炭酸カルシウムには、重質炭酸カルシウムと軽質炭酸カルシウムとがある。本発明では、炭酸カルシウムの大きさに起因するが、重質炭酸カルシウムの方が相手材の摺動面の温度が上昇し易いことに基づいて、重質炭酸カルシウムの使用を本発明の構成の１つとしたものである。即ち、重質炭酸カルシウムは、粒子径が軽質炭酸カルシウムより比較的大きいので、摺動によって１つの粒子でより面積の大きな被膜を形成することができる。そして、１つの粒子あたりの相手材の摺動面に形成する被膜の面積が大きいので、相手材の摺動面の熱拡散効率が低下し、摺動面の温度上昇が促進されることになる。

本発明においては重質炭酸カルシウムの平均粒径は３〜１０μｍの範囲内とする。重質炭酸カルシウムの平均粒径が３μｍ未満であると、相手材の摺動面に炭酸カルシウムの被膜が形成され難くなり、相手材の摺動面の熱拡散効率が良くなる。その結果、相手材の摺動面が鏡面化し易くなり、摩擦係数が急激に上昇する。逆に、重質炭酸カルシウムの平均粒径が１０μｍを超えると、相手材の摺動面への炭酸カルシウムの被膜が形成され易くなり、相手材の摺動面の熱拡散効率が低下し、相手材の摺動面の温度が上昇しすぎるため、カシューダストの溶融が進行して、カシューダストの被膜の膜厚が厚くなり、摩擦係数が低下し易くなる。

上記の重質炭酸カルシウムの配合量は、摩擦材組成物全体に対して１０〜３０体積％の範囲内、好ましくは１５〜２５体積％の範囲内で添加するものである。上記の重質炭酸カルシウムの添加量が１０体積％未満であると、相手材の摺動面に炭酸カルシウムの被膜が形成され難くなり、相手材の摺動面の熱拡散効率が低下しない。その結果、相手材の摺動面の温度が上昇し難くなり、カシューダストの被膜が形成され難くなるので、相手材の摺動面が鏡面化し易くなり、摩擦係数が急激に上昇する。逆に、重質炭酸カルシウムの添加量が３０体積％を超えると、相手材の摺動面に炭酸カルシウムの被膜が形成され易くなり、相手材の熱拡散効率が低下し、相手材の摺動面の温度が上昇しすぎるため、カシューダストの溶融が進行しすぎて被膜の膜厚が厚くなり、摩擦係数が低下し易くなる。

本発明で用いる重質炭酸カルシウムは、採掘した石灰石をそのまま乾式粉砕または湿式粉砕し、分級したもので、その粒子形状は不定形であり、軽質炭酸カルシウムよりも粒子径が大きいものを使用することができる。なお、軽質炭酸カルシウムは、消石灰に二酸化炭素を反応させて人工的に合成したものであり、粒子は立方形、紡錘形をしており、粒子径は通常１．０〜２．０μｍ程度である。

また、本発明の摩擦材においては、形成されるカシューダスト被膜が厚くならないようにするために、耐熱性の高いカシューダストを使用するものであり、具体的に、フルフラールを硬化剤として製造されたカシューダストが用いられる。

即ち、耐熱性の低いカシューダストは、比較的低い温度領域においても溶融が進行するので、相手材の摺動面に形成される被膜の膜厚が大きくなり、その結果、摩擦係数が著しく低下する。これに対して、耐熱性の高いカシューダストは、耐熱性の低いカシューダストに比べて溶融が進行しないので、相手材の摺動面に適度な膜厚の被膜を形成することができ、そのため、摩擦係数が著しく低下することはないものである。

上記で説明した耐熱性の低いカシューダストとは、パラホルムアルデヒドを硬化剤として使用して製造されたカシューダストや、硬化剤を使用しないで製造されたカシューダストを意味する。一方、上記で説明した耐熱性の高いカシューダストとは、フルフラールを硬化剤に使用して製造されたカシューダストであり、本発明の範囲に含まれるものである。

本発明で用いられるカシューダストの配合量は、摩擦材組成物の全体に対して１０〜３０体積％であり、好ましくは１５〜２５体積％である。このカシューダストの添加量が１０体積％未満であると、被膜の形成が不十分になり、相手材の摺動面が鏡面化し、その結果、摩擦係数が急激に上昇する。逆に、上記カシューダストの添加量が３０体積％を超えると、相手材の摺動面に形成される被膜の膜厚が厚くなりすぎ、摩擦係数が著しく低下する。

本発明において、フルフラールを硬化剤として製造されたカシューダストは、平均粒径が２００〜４００μｍのものを使用すると、低温、低負荷時の摩擦係数がより安定するので特に効果的であるが、この範囲内に限定されるものではない。

本発明において、上記の他に使用する充填材としては、制限はなく、ラバーダスト、タイヤ粉末等の各種ゴム粉末やメラミンダスト等の有機充填材、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、黒鉛、水酸化カルシウム、珪酸ジルコニウム、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。その添加量は、摩擦材組成物全量に対して通常２０〜６５体積％の範囲内とするものである。

本発明の摩擦材の製造方法については、特に制限はないが、上記成分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て予備成形用金型内で予備成形し、この予備成形物を熱成形用金型内で成形温度１３０〜１８０℃、成形圧力１５〜４９ＭＰaで３〜１０分成形するものである。次に、得られた成形品を１４０〜２５０℃の温度で２〜１０時間で熱処理（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を得ることができる。

本発明の摩擦材は、自動車、及び各種産業機械等のディスクブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの各種用途に幅広く用いることができるものであり、特に自動車のブレーキ用として有用である。

以下、本発明の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。

［実施例１〜１１、比較例１〜７］
表１に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーにて５分間混合し、予備成形用金型内で常温で成形圧力１０ＭＰａにて２０秒加圧して予備成形を行った。次いで、この予備成形品を熱成形用金型内で成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件の下で６分間成形した後、熱処理炉で２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、実施例、比較例のブレーキライニングを作成した。得られたブレーキライニングの性能（下記の判定基準）を調べた。その結果を表２（実施例）及び表３（比較例）に示した。

（評価方法）
上記方法により作成したブレーキライニングをＪＡＳＯＣ４０７−８７に準拠し、ブレーキダイナモ試験機にてデュアル試験（１軸に左右両輪のブレーキを装着し、同一入力或いは合計出力に制御して行う試験）を行った。
試験条件については、初速６０ｋｍ／ｈ、終速３０ｋｍ／ｈ、減速度１．５ｍ／ｓ²、
ブレーキイニシャルのブレーキライニングの温度（ＩＮＢＬ温度）は３５３Ｋ（８０℃）と３９３Ｋ（１２０℃）の２条件で、制動回数を２００回とした。この条件で、ブレーキライニングを大型トラックフロント用ドラムブレーキアッセンブリーに取り付け、ブレーキダイナモ試験機を用い、各ＩＮＢＬ温度における摩擦係数の測定を行った。片効き率はＩＮＢＬ温度３５３Ｋ（８０℃）の摩擦係数の数値を用いて求めた。試験評価については下記表１に示すとおりである。

※片効き率（％）＝（左右輪のうち効きが高い方の車輪の摩擦係数−左右輪のうち効きが低い方の車輪の摩擦係数）／左右輪のうち効きが高い方の車輪の摩擦係数×１００

※ 原料名の数値は全て体積％である。
※ 上記に示す各物質の平均粒径は、レーザー回折粒度分布法により測定した５０％粒径
の数値を用いる。
※ 「カシューダスト Ａ」：硬化剤として、フルフラールを使用したカシューダスト
※ 「カシューダスト Ｂ」：硬化剤として、パラホルムアルデヒドを使用したカシュー
ダスト

Claims (3)

1. 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、上記充填材として、平均粒径が３〜１０μｍの重質炭酸カルシウムを１０〜３０体積％と、フルフラールを硬化剤として製造したカシューダストを１０〜３０体積％とを含有することを特徴とする摩擦材。
2. 上記カシューダストの平均粒径が２００〜４００μｍである請求項１記載の摩擦材。
3. 自動車のブレーキ用摩擦材である請求項１又は２記載の摩擦材。