JP2011017016A - 摩擦材組成物及び摩擦材組成物を用いた摩擦材 - Google Patents
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Abstract
【課題】近年のブレーキへの性能要求は益々高度化する傾向にあり、耐熱性が不十分で高負荷、高速、高温時等で効きが低下（フェード現象も含む）し易いという欠点がある。
【解決手段】石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含んでなる摩擦材組成物並びに摩擦材組成物を用いた摩擦材を提供する。
【選択図】なし
【解決手段】石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含んでなる摩擦材組成物並びに摩擦材組成物を用いた摩擦材を提供する。
【選択図】なし
Description
本発明は、自動車、鉄道車両、各種産業用機械等の制動に用いられるディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材に適した摩擦材組成物及び摩擦材組成物を用いた摩擦材に関する。
自動車、鉄道車両、各種産業用機械等には、その制動のためディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材が使用されている。
現在使用されている摩擦材、例えばディスクブレーキパッドは、アラミド繊維、鉱物繊維等の繊維状物質、カシューダスト、黒鉛等の摩擦調整剤を用いて制動時の鳴きや異音の発生の少ないノン−アスベストス−オーガニック（Non-Asbestos-Organic）（以下、「ＮＡＯ材」と称する）系のディスクブレーキパッドが主流である（特開平６−１８４５２５号公報、第１〜３頁参照）。
しかしながら、近年のブレーキへの性能要求は益々高度化する傾向にあり、従来のＮＡＯ材に対して、特に、効きの性能向上が要求されているが、上記に示すような従来のディスクブレーキパッドでは、耐熱性が不十分で高負荷、高速、高温時等で効きが低下（フェード現象も含む）し易いという欠点がある。
本発明は、高負荷、高速、高温時等で効きの低下が少なく、また車両放置後の初回ブレーキでの急激な摩擦係数の上昇を抑制した摩擦材に適した摩擦材組成物を提供するものである。
また、本発明は、高負荷、高速、高温時等で効きの低下が少なく、また車両放置後の初回ブレーキでの急激な摩擦係数の上昇を抑制した摩擦材を提供するものである。
発明の開示
本発明は、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含んでなる摩擦材組成物に関する。
本発明は、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含んでなる摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、活性アルミナが、ＢＥＴ法により算出した比表面積が１５０ｍ２／ｇ以上の活性アルミナである前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、活性アルミナが、γ-アルミナである前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、活性アルミナの含有量が、全組成物に対し、１〜１５重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、活性アルミナの含有量が、全組成物に対し、３〜１３重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、活性アルミナの含有量が、全組成物に対し、５〜１１重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、フッ素系ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレン（以下、「ＰＴＦＥ」と称する）の粉末である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、フッ素系ポリマーの含有量が、全組成物に対し０．３〜６重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、フッ素系ポリマーの含有量が、全組成物に対し１〜５重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、フッ素系ポリマーの含有量が、全組成物に対し２〜４重量％である前記摩擦材組成物に関する。
また、本発明は、前記摩擦材組成物を含む加熱加圧成形物からなる摩擦材に関する。
更に、本発明は、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む前記摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含み、ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法に従いダイナモ試験を行い、それに加えて、高速・高減速条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の制動試験、更に試験後、室温にて２時間放置し、放置後に低速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）での制動試験をＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）乗用車（排気量１８００〜２５００ｃｃクラス）でブレーキテストを行ったときに、ディスクブレーキパッドの摩耗量が２．０ｍｍ以下で、かつディスクロータの摩耗量が５０μｍ以下の範囲にある性状を示すことを特徴とする摩擦材組成物を用いた摩擦材に関する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の摩擦材組成物は、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含むことを特徴とする。前記活性アルミナの含有量は、全組成物に対し、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは３〜１３重量％、さらに好ましくは５〜１１重量％の範囲とされる。活性アルミナの含有量が１重量％未満であると高負荷、高速、高温時等で効きが低下する傾向があり、１５重量％を超えると相手材（ディスクロータ）への攻撃性が大きくなる傾向がある。活性アルミナは粉末で用いることが好ましい。また、前記フッ素系ポリマーの含有量は、好ましくは０．３〜６重量％、より好ましくは１〜５重量％、さらに好ましくは２〜４重量％の範囲とされる。フッ素系ポリマーの含有量が０．３重量％未満であると高負荷、高速、高温時等で効きが低下する傾向があり、また車両放置後の初回ブレーキでの急激な摩擦係数の上昇を抑制する効果が不充分となる傾向がある。６重量％を超えると通常の効きが低下する傾向があり、さらにディスクブレーキパッドの摩耗量が多くなる傾向がある。ここで、フッ素系ポリマーは、粉末で用いることが好ましいが、エマルジョンとして用い、湿式混合により摩擦材組成物中に含有しても、同様な効果が期待できる。
本発明の摩擦材組成物は、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含むことを特徴とする。前記活性アルミナの含有量は、全組成物に対し、好ましくは１〜１５重量％、より好ましくは３〜１３重量％、さらに好ましくは５〜１１重量％の範囲とされる。活性アルミナの含有量が１重量％未満であると高負荷、高速、高温時等で効きが低下する傾向があり、１５重量％を超えると相手材（ディスクロータ）への攻撃性が大きくなる傾向がある。活性アルミナは粉末で用いることが好ましい。また、前記フッ素系ポリマーの含有量は、好ましくは０．３〜６重量％、より好ましくは１〜５重量％、さらに好ましくは２〜４重量％の範囲とされる。フッ素系ポリマーの含有量が０．３重量％未満であると高負荷、高速、高温時等で効きが低下する傾向があり、また車両放置後の初回ブレーキでの急激な摩擦係数の上昇を抑制する効果が不充分となる傾向がある。６重量％を超えると通常の効きが低下する傾向があり、さらにディスクブレーキパッドの摩耗量が多くなる傾向がある。ここで、フッ素系ポリマーは、粉末で用いることが好ましいが、エマルジョンとして用い、湿式混合により摩擦材組成物中に含有しても、同様な効果が期待できる。
本発明における摩擦材組成物の無機質摩擦調整剤として含まれる活性アルミナの比表面積は、ＢＥＴ法により算出した値が１５０ｍ２／ｇ以上、好ましくは１８０ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは２００〜３００ｍ２／ｇの範囲とされる。比表面積が１５０ｍ２／ｇ未満であると、高温時等で効きが低下する傾向がある。なお、比表面積の測定は、例えば、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により行うことができる。
本発明に用いる活性アルミナとしては、γ−アルミナ、ρ−アルミナ、η−アルミナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ等が挙げられる。中でも、高負荷、高速、高温時等での効き、ディスクロータへの攻撃性の点でγ−アルミナを用いることが好ましい。γ−アルミナは、例えば、水酸化アルミニウムを低温で乾燥してアルミナゲルを得、これを５００〜８００℃の温度で焼成（活性化処理）を行って得ることができる。また、活性アルミナは、細孔を有することが好ましく、上記活性アルミナの平均細孔径は、１０〜１５０Åの範囲であることが好ましく、５０〜１００Åの範囲であることがより好ましい。なお、平均細孔径の測定は、例えば、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法により行うことができる。
本発明における摩擦材組成物の有機質摩擦調整剤として含まれるフッ素系ポリマーは、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が挙げられる。中でも、効き、ディスクブレーキパッドの摩耗量の点でＰＴＦＥの粉末を用いることが好ましい。
本発明における摩擦材の材質は、例えば、セミメタリック系、ロースチール系、ノンスチール系等に適応することができる。
また、本発明の摩擦材組成物は、上記の活性アルミナ及びフッ素系ポリマーの他に、繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤、結合剤、必要に応じて金属粉等を含んでなる。繊維状物質としては、例えば、スチール繊維、銅繊維、黄銅繊維、リン青銅繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール、チタン酸カリウム繊維、炭酸カルシウムウィスカ、炭酸マグネシウムウィスカ等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。摩擦調整剤は、ロータとの摩擦係数、摩耗等を適宜調整するために用いられ、無機質及び有機質の材料が挙げられる。活性アルミナ以外の無機質摩擦調整剤としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ、ウォラストナイト、αアルミナ、シリカ、ジルコニア、ジルコン、マグネシア、酸化鉄、硫化鉄、硫化錫、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン、黒鉛、コークス等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。フッ素系ポリマー以外の有機質摩擦調整剤としては、例えば、各種のゴム粉、カシューダスト等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。結合剤は、繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び金属粉等を混ぜ合わせ摩擦材を作製する際の接着剤として用いられ、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、さらにこれらをカシューオイル、シリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した熱硬化性樹脂や各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた熱硬化性樹脂等が挙げられ、これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて使用される。また、さらに、必要に応じて銅粉、黄銅粉、亜鉛粉等の金属粉を単独又は２種以上を組み合わせて使用することが可能である。
上記における繊維状物質の含有量は、機械強度などの点から、全組成物に対し５〜４０重量％とすることが好ましく、１０〜３５重量％とすることがより好ましく、１５〜３０重量％とすることがさらに好ましい。無機質摩擦調整剤の含有量は、特性に応じて全組成物に対し２０〜８０重量％とすることが好ましく、３０〜７０重量％とすることがより好ましく、４０〜６０重量％とすることがさらに好ましい。有機質摩擦調整剤の含有量は、相手材の摩耗量などの点から全組成物に対し２〜２５重量％とすることが好ましく、４〜２３重量％とすることがより好ましく、６〜２１重量％とすることがさらに好ましい。結合剤の含有量は機械強度、耐摩耗性などの点から、全組成物に対し２〜１５重量％とすることが好ましく、３〜１４重量％とすることがより好ましく、４〜１３重量％とすることがさらに好ましい。これらの成分は、全組成物が１００重量％になるように配合される。
本発明になる摩擦材は、例えば、上記に示す繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤、必要に応じて添加する金属粉を含む材料を添加して均一に混合し、この混合物を予備成形し、次いで金型内に裏金及び予備成形体を挿設した後、加熱加圧成形法で成形し、その後さらに、加熱処理を行い、必要に応じて表面の有機材料を除去するためのスコーチ処理を行って得られる。
なお、加熱加圧成形する際の加熱温度は１３０〜１７０℃が好ましく、１４０〜１６０℃がさらに好ましい。また、加熱加圧成形する際の圧力は２０〜６０ＭＰａが好ましく、３０〜５０ＭＰａがさらに好ましい。加熱加圧成形後に行う加熱処理の温度は、１８０〜３００℃が好ましく、２００〜２５０℃がさらに好ましい。また、スコーチ処理は、例えば、摩擦部材に熱盤を押し当てる方法、ガスの炎などの直火で加熱する方法、遠赤外線などの輻射熱で加熱する方法等により行うことができる。スコーチ処理の条件については、その材質に合った条件を選定して処理すればよい。
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１〜１２、比較例１〜２
表１及び表２に示す材料を配合し、混合機で３０００ｒ／ｍｉｎの回転数で４分間混合して摩擦材組成物を得た。次いで摩擦材組成物を所定の形状に予備成形した後、金型内に裏金と予備成形体を挿設し、１４０±５℃及び５０ＭＰａの条件で１０分間加熱加圧成形し、さらに２５０℃で５時間加熱処理を行い、冷却後研磨してディスクブレーキパッドを得た。
表１及び表２に示す材料を配合し、混合機で３０００ｒ／ｍｉｎの回転数で４分間混合して摩擦材組成物を得た。次いで摩擦材組成物を所定の形状に予備成形した後、金型内に裏金と予備成形体を挿設し、１４０±５℃及び５０ＭＰａの条件で１０分間加熱加圧成形し、さらに２５０℃で５時間加熱処理を行い、冷却後研磨してディスクブレーキパッドを得た。
次に、本発明になる実施例のディスクブレーキパッドと比較例のディスクブレーキパッドについて、効き（摩擦係数）及びディスクブレーキパッドとディスクロータの摩耗量の比較試験を行った。その試験結果を表３に示す。なお試験条件は下記の通りである。
（１）効き
ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法に従いダイナモ試験を行い、加えて、高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の制動試験を行い、更に、試験機を室温にて２時間放置し、放置後に低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）で制動試験を行った。これより、通常走行条件（５０ｋｍ／ｈ、０．３Ｇ）の平均摩擦係数（平均μ値）、高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の平均摩擦係数（平均μ値）、第１回フェード試験時の最低摩擦係数及び放置後の低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）の初回制動時平均摩擦係数を比較した。
ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法に従いダイナモ試験を行い、加えて、高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の制動試験を行い、更に、試験機を室温にて２時間放置し、放置後に低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）で制動試験を行った。これより、通常走行条件（５０ｋｍ／ｈ、０．３Ｇ）の平均摩擦係数（平均μ値）、高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の平均摩擦係数（平均μ値）、第１回フェード試験時の最低摩擦係数及び放置後の低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）の初回制動時平均摩擦係数を比較した。
（２）ディスクブレーキパッドとディスクロータの摩耗量
上記の効き試験において、試験前後にディスクブレーキパッドとディスクロータの厚みを測定し、各々の摩耗量を算出した。
上記の効き試験において、試験前後にディスクブレーキパッドとディスクロータの厚みを測定し、各々の摩耗量を算出した。
なお、上記の試験は全てＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）乗用車（排気量１８００〜２５００ｃｃクラス）用のブレーキユニットを用いて行った。
表３に示されるように、本発明の実施例になるディスクブレーキパッドは、高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）及びフェード条件での効きが高く、放置後の低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）の摩擦係数が通常の条件（５０ｋｍ／ｈ、０．３Ｇ）に比較して若干増加するものの、比較例のディスクブレーキパッドより摩擦係数の増加量が少ないことが明らかである。また本発明の実施例になるディスクブレーキパッド及びその相手材であるディスクロータの摩耗量も少ないことが明らかである。
これに対し、比較例１のディスクブレーキパッドは高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）とフェード条件の効きが低く、放置後の低速・低減速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）の摩擦係数増加が大きい、比較例２のディスクブレーキパッドは高速・高減速度条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）とフェード条件の効きが低いという欠点が生じた。
以上のように、上述した実施例によれば、石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機摩擦調整剤及び結合剤を含んで加熱加圧成形された摩擦材であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含み、ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法に従いダイナモ試験を行い、それに加えて、高速・高減速条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の制動試験、更に試験後、室温にて２時間放置し、放置後に低速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）での制動試験をＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）乗用車（排気量１８００〜２５００ｃｃクラス）でブレーキテストを行ったときに、ディスクブレーキパッドの摩耗量が１．４８ｍｍ以下で、かつディスクロータの摩耗量が２３μｍ以下にある性状を示す摩擦材組成物を用いた摩耗材が構成される。
本発明の摩擦材組成物は、高負荷、高速、高温時等で効きの低下が少なく、また、車両放置後の初回ブレーキでの急激な摩擦係数の上昇を抑制できる摩擦材を提供することができる。
本発明の実施例の摩擦材は、高負荷、高速、高温時等で効きの低下が少なく、工業的に極めて好適である。
Claims (4)
- 石綿を除く繊維状物質、無機質摩擦調整剤、有機質摩擦調整剤及び結合剤を含む摩擦材組成物であって、無機質摩擦調整剤として活性アルミナを含み、有機質摩擦調整剤としてフッ素系ポリマーを含んでなる摩擦材組成物の加熱加圧成形物からなる摩擦材成形物。
- ＪＡＳＯ Ｃ４０６−８７に準じる乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法に従いダイナモ試験を行い、それに加えて、高速・高減速条件（１８０ｋｍ／ｈ、０．６Ｇ）の制動試験、更に試験後、室温にて２時間放置し、放置後に低速度条件（２０ｋｍ／ｈ、０．２Ｇ）での制動試験をＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）乗用車（排気量１８００〜２５００ｃｃクラス）でブレーキテストを行ったときに、ディスクブレーキパッドの摩耗量が２．０ｍｍ以下で、かつディスクロータの摩耗量が５０μｍ以下の範囲にある性状を示すことを特徴とする摩擦材成形物。
- 活性アルミナが、γ−アルミナである請求の範囲第１項または第２項記載の摩擦材成形物。
- フッ素系ポリマーが、ポリテトラフルオロエチレンである請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の摩擦材成形物。
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