JP2009197054A - 摩擦材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】摩擦材において、フェード性能等の耐熱性と、鳴き性能との両立を図る。
【解決手段】この摩擦材１０は、樹脂結合材１と、樹脂結合材１中に分散、保持された炭化造粒物２とを備えている。炭化造粒物２は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物である。炭化造粒物２中には、樹脂結合材等の有機物が含有されていないので、樹脂結合材を含む造粒物が分散、保持された従来の摩擦材と比べて、摩擦材中における樹脂結合材等の有機物の含有量が大幅に減少し、フェード性能等の耐熱性が大幅に向上する。炭化造粒物２間に樹脂結合材１が充填されているため、有機材料を炭素化して結合材とした従来の摩擦材と比べて、摩擦材におけるばね定数が小さくなり、鳴き性能が向上する。
【選択図】図１
【解決手段】この摩擦材１０は、樹脂結合材１と、樹脂結合材１中に分散、保持された炭化造粒物２とを備えている。炭化造粒物２は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物である。炭化造粒物２中には、樹脂結合材等の有機物が含有されていないので、樹脂結合材を含む造粒物が分散、保持された従来の摩擦材と比べて、摩擦材中における樹脂結合材等の有機物の含有量が大幅に減少し、フェード性能等の耐熱性が大幅に向上する。炭化造粒物２間に樹脂結合材１が充填されているため、有機材料を炭素化して結合材とした従来の摩擦材と比べて、摩擦材におけるばね定数が小さくなり、鳴き性能が向上する。
【選択図】図１
Description
本発明は摩擦材及びその製造方法に関し、詳しくは樹脂結合材と、繊維基材を含む造粒物とを備えた摩擦材及びその製造方法に関する。本発明に係る摩擦材は、例えば、車両用ブレーキパッド、車両用ブレーキライニングや車両用クラッチフェーシングに好適に利用することができる。
一般に、車両用ブレーキパッド等の摩擦材は、フェノール樹脂等の樹脂結合材と、無機繊維、有機繊維や金属繊維から選択された繊維基材と、摩擦調整剤等からなる充填材とから構成されている。このような摩擦材は、繊維基材と、樹脂結合材及び充填材等の原料粉末とを乾式で混合し、加熱・加圧成形することで製造される。
また、この種の摩擦材として、各種のフィラーと樹脂結合材（フェノール樹脂）とからなる造粒物と、強化繊維と、樹脂結合材（フェノール樹脂）とからなる混合物を加熱・加圧成形して得られたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、造粒物は、例えば、金属粉、固体潤滑剤（グラファイト）、金属酸化物、カシューダスト及び無機充填剤等の各フィラーとフェノール樹脂とを８０℃まで加熱しつつ混合して冷却する方法により得られたものである。
この各フィラーが造粒物として混入された摩擦材では、造粒物中に樹脂結合材が含まれているため、各フィラーの間隙に予め充分に樹脂結合材が充填されている。このため、各フィラーと樹脂結合材との密着性が高まり、各フィラーによる耐摩耗性向上等の機能を充分に発揮させることができる。また、強化繊維や造粒物間に樹脂結合材が充填されているため、高い鳴き性能を発揮する。
しかし、造粒物を混入した摩擦材であっても、摩擦面が高温で高面圧となるような過酷条件下で摩擦係数が低下する場合があり、フェード性能等の耐熱性を向上させることは困難である。例えば、車両用ブレーキバッド等では、摩擦面の温度が最高で８００℃程度まで上昇する場合がある。摩擦面がこのように高温になると、摩擦材中の樹脂結合材が炭化することにより摩擦材中に空隙が形成され、摩擦面に存在していて欲しい硬質粒子等が摩擦材の内部に埋没してしまうことがある。そうすると、硬質粒子にかかる荷重が減少してしまい、硬質粒子による相手部材に対しての切削作用が低下して、摩擦係数が低下する。
一方、有機材料（ピッチやフェノール樹脂等）と、無機充填剤（アルミナや酸化マグネシウム等）と、固体潤滑剤（人造黒鉛等）と、金属粉（銅粉やアルミ粉等）との混合物を焼成炭素化してなる摩擦材も知られている（例えば、特許文献２参照）。なお、この摩擦材では、前記混合物を不活性ガス等の雰囲気で荷重をかけながら５５０〜１３００℃の温度で加熱することにより、有機材料を焼成炭素化して結合材としている。
しかし、この有機材料を炭素化して結合材とした摩擦材においては、フェード性能等の耐熱性に優れる反面、鳴き性能が劣るという問題がある。
特開平４−１３９２９０号公報
特開２００６−３０６９７０号公報
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、摩擦材において、フェード性能等の耐熱性と、鳴き性能との両立を図ることを解決すべき技術課題とする。
上記課題を解決する本発明の摩擦材は、樹脂結合材と、該樹脂結合材中に分散、保持された炭化造粒物と、を備え、前記炭化造粒物は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物であることを特徴とする。
本発明の摩擦材では、炭化造粒物を樹脂結合材中に分散、保持させている。この炭化造粒物は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物である。このため、この炭化造粒物中には、樹脂結合材等の有機物が全く（又はほとんど）含有されていない。したがって、本発明の摩擦材では、造粒物を混入した従来の摩擦材と比べて、摩擦材中における樹脂結合材等の有機物の含有量が大幅に減少し、フェード性能等の耐熱性が大幅に向上する。
また、本発明の摩擦材では、炭化造粒物間に樹脂結合材が充填されている。このため、有機材料を炭素化して結合材とした従来の摩擦材と比べて、摩擦材におけるばね定数が小さくなり、鳴き性能が向上する。
したがって、本発明の摩擦材では、フェード性能等の耐熱性と、鳴き性能との両立を図ることが可能となる。
本発明の摩擦材において、摩擦材の全体を１００質量部としたとき、該摩擦材中に含まれる前記樹脂結合材の割合が５〜２５質量部であることが好ましく、１０〜１５質量部であることがより好ましい。
上記課題を解決する本発明の摩擦材の製造方法は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を形成する造粒物形成工程と、前記造粒物を炭化処理して炭化造粒物を得る炭化処理工程と、樹脂結合材と前記炭化造粒物とを含む混合物を加熱・加圧成形して成形体を得る成形工程と、を備えていることを特徴とする。
本発明の摩擦材の製造方法によれば、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化造粒物が、樹脂結合材中に分散、保持されてなる摩擦材を得ることができる。
したがって、本発明に係る摩擦材によれば、摩擦材中の樹脂結合材の量が多すぎると低下するフェード性能等の耐熱性と、摩擦材中の樹脂結合材の量が少なすぎると低下する鳴き性能との両立を図ることができる。
よって、本発明に係る摩擦材を、特に摩擦面がより高温となる乾式摩擦材（例えば、ディスクブレーキパッド、ドラムブレーキライニングやクラッチフェーシング等）に適用することにより、フェード性能等の耐熱性及び鳴き性能の双方を効果的に向上させることが可能となる。
以下、本発明の摩擦材及びその製造方法の実施形態について詳しく説明する。なお、説明する実施形態は一実施形態にすぎず、本発明の摩擦材及びその製造方法は、下記実施形態に限定されるものではない。本発明の摩擦材及びその製造方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
図１に示される本実施形態の摩擦材１０は、樹脂結合材１と、この樹脂結合材１に分散、保持された炭化造粒物２とを備えている。
樹脂結合材１の種類としては特に限定されず、一般的なバインダーレジンを採用することができる。例えば、通常用いられるフェノール樹脂をはじめ、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリフルオロエチレン樹脂等、又はこれらの変性樹脂を採用することができる。
炭化造粒物２は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物である。
繊維基材の種類としては、特に限定されず、摩擦材１０に要求される特性等に応じて適宜選択可能である。例えば、鉄系繊維、銅系繊維やアルミニウム系繊維等の金属繊維、有機繊維や無機繊維を採用することができる。
なお、造粒物を形成する際に用いる樹脂結合材の種類も特に限定されず、樹脂結合材１と同様、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリフェニルスルホン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂やポリフルオロエチレン樹脂等、又はこれらの変性樹脂を採用することができる。
炭化造粒物２中に含まれる少なくとも一種のフィラーの種類も特に限定されない。例えば、黒鉛、硫化物（二硫化モリブデンや硫化亜鉛等）、カシューダスト、無機酸化物（水酸化カルシウム、アルミナ、シリカ、ケイ酸ジルコニウムやジルコニア等）、硫酸バリウム、酸化鉄、炭酸カルシウム、マイカ、カオリンやタルク等の種々の摩擦調整剤や充填剤等の中から少なくとも一種を選択して用いることができる。
炭化造粒物２の大きさや形状は特に限定されず、その製造方法も特に限定されない。例えば、炭化造粒物２の粒径は１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
また、炭化造粒物２においては、炭化処理前の造粒物に含まれる樹脂結合材等の有機物のうち９０ｗｔ％以上が炭化されていることが好ましく、炭化処理前の造粒物に含まれる樹脂結合材等の有機物の全てが炭化されていることがより好ましい。
ここに、摩擦材１０の全体を１００質量部としたとき、摩擦材１０中に含まれる樹脂結合材１の割合が５〜２５質量部であることが好ましく、１０〜１５質量部であることがより好ましい。摩擦材１０中に含まれる樹脂結合材１の配合割合が少なすぎると、摩擦材１０の成形が困難となる。一方、摩擦材１０中に含まれる樹脂結合材１の配合割合が多すぎると、フェード性能等の耐熱性が大きく低下する。
本実施形態に係る摩擦材１０は、例えば、ブレーキパッド（ディスクブレーキパッド）、ブレーキライニングやクラッチフェーシング等の車両用乾式摩擦材に好適に利用することができる。
本実施形態に係る摩擦材１０は、例えば、以下のように製造することができる。
＜造粒物形成工程＞
繊維基材と、樹脂結合材（粉状物等）と、少なくとも一種のフィラーとを含む原料を、ミキサー等により、乾式で均一に混合する。そして、この混合物を加熱して冷却し、所定の大きさに切断して造粒物を得る。このときの加熱条件としては、加熱温度：７０〜９０℃程度、加熱時間：５〜１２０分程度とすることができる。
繊維基材と、樹脂結合材（粉状物等）と、少なくとも一種のフィラーとを含む原料を、ミキサー等により、乾式で均一に混合する。そして、この混合物を加熱して冷却し、所定の大きさに切断して造粒物を得る。このときの加熱条件としては、加熱温度：７０〜９０℃程度、加熱時間：５〜１２０分程度とすることができる。
＜炭化処理工程＞
前記造粒物形成工程で得られた造粒物を、炭化処理して炭化造粒物を得る。このときの炭化処理条件としては、雰囲気：アルゴン等の不活性ガス雰囲気、加熱温度：５５０〜１３００℃程度、加熱時間：１〜３時間程度とすることができる。
前記造粒物形成工程で得られた造粒物を、炭化処理して炭化造粒物を得る。このときの炭化処理条件としては、雰囲気：アルゴン等の不活性ガス雰囲気、加熱温度：５５０〜１３００℃程度、加熱時間：１〜３時間程度とすることができる。
＜成形工程＞
前記炭化処理工程で得られた炭化造粒物と、樹脂結合材（粉状物等）を混合して混合物を得る。そして、所定の金型を用いて、この混合物を加熱・加圧成形して成形体とする。このときの成形条件としては、加熱温度：１５０〜１８０℃程度、圧力：１０〜３０ＭＰａ程度、加熱・加圧時間：５〜２０分程度とすることができる。
前記炭化処理工程で得られた炭化造粒物と、樹脂結合材（粉状物等）を混合して混合物を得る。そして、所定の金型を用いて、この混合物を加熱・加圧成形して成形体とする。このときの成形条件としては、加熱温度：１５０〜１８０℃程度、圧力：１０〜３０ＭＰａ程度、加熱・加圧時間：５〜２０分程度とすることができる。
次いで、得られた成形体を所定温度で加熱硬化させて、摩擦材１０を完成する。このときの加熱硬化条件としては、加熱温度：２００〜２５０℃程度、加熱時間：１〜６時間程度とすることができる。
したがって、本実施形態によれば、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化造粒物２が、樹脂結合材１中に分散、保持された摩擦材１０が提供される。この摩擦材１０では、樹脂結合材等の有機物を全く（又はほとんど）含まない炭化造粒物が樹脂結合材中に分散、保持されている。このため、本実施形態の摩擦材１０では、摩擦材１０中における樹脂結合材等の有機物の含有量が大幅に減少し、フェード性能等の耐熱性が大幅に向上する。また、本実施形態の摩擦材１０では、炭化造粒物２間に樹脂結合材１が充填されているため、摩擦材１０におけるばね定数が小さくなり、鳴き性能が向上する。
したがって、本実施形態の摩擦材１０では、フェード性能等の耐熱性と、鳴き性能との両立を図ることが可能となる。
以下、実施例により、本発明の摩擦材及びその製造方法をより具体的に説明する。
（実施例）
本実施例では、以下のようにして、摩擦材としての自動車用ディスクブレーキパッドを製作した。
本実施例では、以下のようにして、摩擦材としての自動車用ディスクブレーキパッドを製作した。
下記表１に示される配合量で、各種の原料を準備した。
＜造粒物形成工程＞
繊維基材としての無機繊維（チタン酸カリウム繊維）、黄銅繊維及びアラミド繊維と、樹脂結合材としてのフェノール樹脂の粉状物と、フィラーとしての黒鉛、硫化物（二硫化モリブデン）、カシューダスト、水酸化カルシウム及び硫酸バリウムの各種粉末とを、乾式で混合して混合物を得た。この乾式混合では、アイリッヒミキサーを用いて５分間、均一に混合した。
繊維基材としての無機繊維（チタン酸カリウム繊維）、黄銅繊維及びアラミド繊維と、樹脂結合材としてのフェノール樹脂の粉状物と、フィラーとしての黒鉛、硫化物（二硫化モリブデン）、カシューダスト、水酸化カルシウム及び硫酸バリウムの各種粉末とを、乾式で混合して混合物を得た。この乾式混合では、アイリッヒミキサーを用いて５分間、均一に混合した。
そして、得られた混合物を８０℃で６０分加熱してから冷却し、所定の大きさに切断して、造粒物を得た。
＜炭化処理工程＞
前記造粒物形成工程で得られた造粒物を、アルゴンガス雰囲気中にて、１０００℃で４時間加熱して炭化処理し、粒径が３〜５ｍｍ程度の炭化造粒物を得た。
前記造粒物形成工程で得られた造粒物を、アルゴンガス雰囲気中にて、１０００℃で４時間加熱して炭化処理し、粒径が３〜５ｍｍ程度の炭化造粒物を得た。
得られた炭化造粒物においては、炭化処理前の造粒物に含まれる樹脂結合材等の有機物の全てが炭化されていた。
＜成形工程＞
前記炭化処理工程で得られた炭化造粒物と、樹脂結合材としてのフェノール樹脂の粉状物とを混合して混合物を得た。そして、この混合物を１６０℃に加熱した成形金型中に投入し、１０分間、１９．６ＭＰａの条件で加熱、加圧成形してから、その成形金型内で、２３０℃で３時間加熱硬化させて、所定形状のディスクブレーキパッドを得た。
前記炭化処理工程で得られた炭化造粒物と、樹脂結合材としてのフェノール樹脂の粉状物とを混合して混合物を得た。そして、この混合物を１６０℃に加熱した成形金型中に投入し、１０分間、１９．６ＭＰａの条件で加熱、加圧成形してから、その成形金型内で、２３０℃で３時間加熱硬化させて、所定形状のディスクブレーキパッドを得た。
得られたディスクブレーキパッドの全体を１００質量部としたとき、ディスクブレーキパッド中に含まれるフェノール樹脂の割合は１２質量部であった。
（比較例１）
炭化処理工程を実施しないこと以外は前記実施例と同様にしてディスクブレーキパッドを得た。
炭化処理工程を実施しないこと以外は前記実施例と同様にしてディスクブレーキパッドを得た。
すなわち、前記表１に示される配合量で各種の原料を準備し、前記実施例と同様にして造粒物形成工程を実施して造粒物を得た。そして、この造粒物を用いて、前記実施例と同様にして成形成工程を実施して所定形状のディスクブレーキパッドを得た。
こうして得られたディスクブレーキパッドの全体を１００質量部としたとき、ディスクブレーキパッド中に含まれるフェノール樹脂の割合は２６質量部であった。
（比較例２）
前記表１に示される配合量で各種の原料を乾式混合して混合物を得た。そして、この混合物を１６０℃に加熱した成形金型中に投入し、１０分間、１９．６ＭＰａの条件で加熱、加圧成形してから、その成形金型内で、２３０℃で３時間加熱硬化させた。
前記表１に示される配合量で各種の原料を乾式混合して混合物を得た。そして、この混合物を１６０℃に加熱した成形金型中に投入し、１０分間、１９．６ＭＰａの条件で加熱、加圧成形してから、その成形金型内で、２３０℃で３時間加熱硬化させた。
その後、得られた成形体をアルゴンガス雰囲気中にて１０００℃で４時間加熱して炭化処理し、フェノール樹脂等の有機物が炭化された炭化ディスクブレーキパッドを得た。
こうして得られた炭化ディスクブレーキパッドの全体を１００質量部としたとき、ディスクブレーキパッド中に含まれるフェノール樹脂の割合は０質量部であった。
（耐熱性の評価）
実施例のブレーキパッド及び比較例１のブレーキパッドについて、日本自動車規格（ＪＡＳＯ Ｃ ４０６）に基づき、摩擦係数を評価した。第１フェード試験結果を用いた評価結果を図２に示し、第２抗力試験結果を用いた評価結果を図３に示す。
実施例のブレーキパッド及び比較例１のブレーキパッドについて、日本自動車規格（ＪＡＳＯ Ｃ ４０６）に基づき、摩擦係数を評価した。第１フェード試験結果を用いた評価結果を図２に示し、第２抗力試験結果を用いた評価結果を図３に示す。
図２から明らかなように、フェノール樹脂を含む造粒物が混入された比較例１のブレーキパッドに対し、炭化造粒物が混入された実施例のブレーキパッドでは、フェード性能が大幅に向上した。
また、図３から明らかなように、摩擦面において、油圧が５ＭＰａ以上の高面圧になると、比較例１のブレーキパッドでは摩擦係数が比較的多く低下するのに対し、本実施例のブレーキパッドでは、摩擦係数の低下が少なかった。
したがって、炭化造粒物を混入させることにより、フェード性能が向上し、また高温・高面圧の過酷条件下でも高い摩擦係数を維持でき、耐熱性が向上することが確認された。
（ブレーキ鳴きの評価）
実施例のブレーキパッド及び比較例２の炭化ブレーキパッドについて、実車にてブレーキ鳴き試験を実施した。その結果を図４に示す。
実施例のブレーキパッド及び比較例２の炭化ブレーキパッドについて、実車にてブレーキ鳴き試験を実施した。その結果を図４に示す。
図４から明らかなように、比較例２の炭化ブレーキパッドに対し、炭化造粒物が混入された実施例のブレーキパッドでは、ブレーキ鳴き性能が大幅に向上した。
したがって、炭化造粒物を混入させることにより、鳴き性能が向上することが確認された。
（樹脂結合材の配合割合の評価）
前記実施例において、造粒物を形成する際に、フェノール樹脂の一部を硫酸バリウムで置き換えたり、あるいは硫酸バリウムの一部をフェノール樹脂で置き換えたりすることにより、ブレーキパッド中に含まれる樹脂結合材の配合割合を表２に示されるように種々変更したブレーキパッドを作成した。
前記実施例において、造粒物を形成する際に、フェノール樹脂の一部を硫酸バリウムで置き換えたり、あるいは硫酸バリウムの一部をフェノール樹脂で置き換えたりすることにより、ブレーキパッド中に含まれる樹脂結合材の配合割合を表２に示されるように種々変更したブレーキパッドを作成した。
得られた各ブレーキパッドについて、日本自動車規格（ＪＡＳＯ Ｃ ４０６）に基づき、摩擦係数を評価した。なお、この評価には、第１フェード試験結果を用いた。その評価結果を図５と表２に併せて示す。
表２及び図５から明らかなように、ブレーキパッドの全体を１００質量部としたとき、このブレーキパッドに含まれる樹脂結合材の配合割合が２５質量部を超えると、フェード性能の目標値（Ｍｉｎμが０．１５以上）に達しなかった。
また、ブレーキパッドに含まれる樹脂結合材の配合割合が１０〜１５質量部の範囲内にあれば、Ｍｉｎμが０．２５以上となり、フェード性能が特に向上した。
なお、ブレーキパッドに含まれる樹脂結合材の配合割合を５質量部未満では、ブレーキパッドの成形が困難であった。
これらの結果から、ブレーキパッドに含まれる樹脂結合材の配合割合は、５〜２５質量部とすることが好ましく、１０〜１５質量部とすることがより好ましいことが確認された。
１…樹脂結合材 ２…炭化造粒物
１０…摩擦材
１０…摩擦材
Claims (4)
- 樹脂結合材と、該樹脂結合材中に分散、保持された炭化造粒物と、を備え、
前記炭化造粒物は、繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を炭化処理して得られた炭化処理生成物であることを特徴とする摩擦材。 - 摩擦材の全体を１００質量部としたとき、該摩擦材中に含まれる前記樹脂結合材の割合が５〜２５質量部であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
- 摩擦材の全体を１００質量部としたとき、該摩擦材中に含まれる前記樹脂結合材の割合が１０〜１５質量部であることを特徴とする請求項２に記載の摩擦材。
- 繊維基材と、樹脂結合材と、少なくとも一種のフィラーとを含む造粒物を形成する造粒物形成工程と、
前記造粒物を炭化処理して炭化造粒物を得る炭化処理工程と、
樹脂結合材と前記炭化造粒物とを含む混合物を加熱・加圧成形して成形体を得る成形工程と、を備えていることを特徴とする摩擦材の製造方法。
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