JP2012233064A - ブレーキ摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性及び生産性を向上させることができるブレーキ摩擦材を提供する。
【解決手段】少なくとも繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、及びｐＨ調整材を含有してなるブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、結合材として速硬化性フェノール樹脂を４質量％以上かつ５質量％以下、かつ変性フェノール樹脂を２質量％以上かつ３質量％以下、含有している。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等のブレーキ摩擦材に関するものである。

従来、自動車等のブレーキ摩擦材には、繊維材として、スチール繊維等の金属繊維、鉱物繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、あるいはチタン酸ナトリウム多結晶繊維等の天然または人造の繊維等が使用されている。
このブレーキ摩擦材は、上記の繊維材の他、フェノール樹脂等の結合材、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑材、カシューダスト、セラミック粉、金属粉等の摩擦調整材、硫酸バリウム等の充填材、及び水酸化カルシウム等のｐＨ調整材等を数種混合することにより、強度、接着性、摩擦特性、摩耗特性、鳴き性能等のブレーキ性能を満足するように調整されている。

このようなブレーキ摩擦材は、繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材及びｐＨ調整材等を数種混合した材料を、常温にて圧縮成形（予備成形）し、次いで、予め接着剤を塗布したバックプレートと共に加熱圧縮成形し、さらに、熱処理した後、溝加工や表面研磨を施すことにより、製造される。
このようなブレーキ摩擦材としては、既に、結合材として速硬化性結合材を用いたブレーキ摩擦材が提案されている（特許文献１参照）。
このブレーキ摩擦材では、加熱加圧成形時間を従来の２／３程度に短縮することができるとされている。

特開平９−３０２３３２号公報

ところで、近年の自動車の性能の向上に伴い、ブレーキ摩擦材においてもさらなる特性の向上が求められている。
従来のブレーキ摩擦材では、無機繊維を減量したり、あるいは三硫化アンチモンを増量することにより、摩耗特性を向上させることができ、また、結合材として速硬化性結合材を用いることにより、生産性を向上させることができるが、接着性に劣るという問題点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性及び生産性を向上させることができるブレーキ摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、ブレーキ摩擦材の結合材としてフェノール樹脂に注目し、このフェノール樹脂として速硬化性フェノール樹脂の他に変性フェノール樹脂を用いることにより、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性を向上させることができ、さらには生産性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、及びｐＨ調整材を含有してなるブレーキ摩擦材において、このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、前記結合材として速硬化性フェノール樹脂を４質量％以上かつ５質量％以下、かつ変性フェノール樹脂を２質量％以上かつ３質量％以下、含有してなることを特徴とする。

前記繊維材として無機繊維材を８質量％以上かつ２０質量％以下含有し、かつ三硫化アンチモンを５質量％以上かつ１０質量％以下含有してなることが好ましい。

本発明のブレーキ摩擦材によれば、ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、結合材として速硬化性フェノール樹脂を４質量％以上かつ５質量％以下、かつ変性フェノール樹脂を２質量％以上かつ３質量％以下、含有したので、フェノール樹脂として速硬化性フェノール樹脂を用いることにより摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性を向上させることができる。また、速硬化性フェノール樹脂を用いることにより成形時間の短縮を図ることができ、したがって、生産性を向上させることができる。
また、フェノール樹脂として速硬化性フェノール樹脂の他に変性フェノール樹脂を用いたので、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性を向上させることができる。

さらに、繊維材として無機繊維材を８質量％以上かつ２０質量％以下含有するとともに、三硫化アンチモンを５質量％以上かつ１０質量％以下含有したことにより、摩耗特性を向上させることができる。

本発明のブレーキ摩擦材を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本実施形態のブレーキ摩擦材は、少なくとも繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、及びｐＨ調整材を含有してなるブレーキ摩擦材であり、このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、結合材として速硬化性フェノール樹脂を４質量％以上かつ５質量％以下、かつ変性フェノール樹脂を２質量％以上かつ３質量％以下、含有している必要がある。

上記の繊維材としては、ロックウール、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維材、スチール繊維、銅繊維等の金属繊維材、アラミド繊維等の有機繊維材が挙げられる。これらは、上記の繊維材から１種、または２種以上を選択することにより、本実施形態のブレーキ摩擦材の摩擦特性、摩耗特性、接着性等を所望の特性とすることができる。

ここで、繊維材として無機繊維材を用いる場合、本実施形態のブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、８質量％以上かつ２０質量％以下含有していることが好ましい。この無機繊維材の含有率を上記の範囲とすることで、摩耗特性を向上させることができる。
ここで、この無機繊維材の含有率が８質量％未満では、無機繊維材が少なすぎるために摩耗特性の向上効果が得られず、一方、含有率が２０質量％を超えると、無機繊維材が多すぎてしまい、やはり摩耗特性の向上効果が得られないので好ましくない。

また、スチール繊維を用いれば、高温高湿等の環境下においてもブレーキ摩擦材が当接するディスクロータと凝着摩擦することで摩擦係数を向上させることができる。したがって、摩擦特性の安定性、品質安定性に優れたものとすることができる。
また、銅繊維を用いれば、銅の柔らかさ及び延性という特徴を生かすことで、低温での摩擦係数の向上を図ることができる。
また、アラミド繊維を用いれば、本実施形態のブレーキ摩擦材の機械的強度の強化を図ることができる。

結合材としては、フェノール樹脂が挙げられ、このフェノール樹脂として速硬化性フェノール樹脂及び変性フェノール樹脂が挙げられる。
速硬化性フェノール樹脂は、本実施形態のブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、４質量％以上かつ５質量％以下含有していることが必要である。

ここで、速硬化性フェノール樹脂の含有率を４質量％以上かつ５質量％以下とした理由は、この範囲が、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性を向上させることができる範囲だからである。
速硬化性フェノール樹脂が４質量％未満では、接着性を向上させることができず、さらには、成形時間の短縮を図ることができず、生産性の向上に繋がらないので好ましくない。一方、速硬化性フェノール樹脂が５質量％を超えると、やはり接着性を向上させることができず、さらには、成形時間が大幅に短縮される結果、成型工程の管理が難しくなり、生産性の向上に繋がらないので好ましくない。

潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が好適に用いられる。
特に、三硫化アンチモンは、本実施形態のブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、５質量％以上かつ１０質量％以下含有することにより、摩耗特性を向上させることができる。

摩擦調整材としては、亜鉛粉、錫粉等の金属系摩擦調整材、珪酸ジルコニウム、アルミナ、酸化鉄等の無機系摩擦調整材、カシューダスト、ゴム粉等の有機系摩擦調整材が挙げられる。これらは、上記の摩擦調整材から１種、または２種以上を選択することにより、本実施形態のブレーキ摩擦材の摩擦特性を所望の特性とすることができる。
充填材としては、硫酸バリウム等が好適に用いられる。
ｐＨ調整材としては、水酸化カルシウム等が用いられる。

このような構成とすることにより、速硬化性フェノール樹脂及び変性フェノール樹脂それぞれの全質量が最適化される。その結果、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性が向上する。
さらに、繊維材として無機繊維材を８〜２０質量％含有するとともに、三硫化アンチモンを５〜１０質量％含有したことにより、摩耗特性が向上する。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例１〜４」
実施例１〜４のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
まず、溶剤を用いて裏金を充分に洗浄し、この裏金にショットブラストまたはリン酸処理等の化成処理を施した後、摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥した。

また、結合材として速硬化性フェノール樹脂及び変性フェノール樹脂、繊維材としてスチール繊維、銅繊維、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維材、アラミド繊維、潤滑材として三硫化アンチモン、黒鉛、コークス等、有機系摩擦調整剤としてカシューダスト、加硫済のゴム粉末等、無機系摩擦調整剤として酸化鉄、亜鉛、珪酸ジルコニウム等の粉末、充填材として硫酸バリウム、ｐＨ調整材として水酸化カルシウムを、所定量秤量し、混合した。なお、今回の実施例及び後述の比較例においては、速硬化性フェノール樹脂としてカシュー（株）製Ｎｏ．２００５を使用した。
実施例１〜４それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

ここでは、速硬化性フェノール樹脂及び変性フェノール樹脂の含有量が下限値のプレーキパッドを実施例１、変性フェノール樹脂の含有量が下限値のプレーキパッドを実施例２、変性フェノール樹脂の含有量が上限値のプレーキパッドを実施例３、速硬化性フェノール樹脂及び変性フェノール樹脂の含有量が上限値のプレーキパッドを実施例４とした。

その後、この混合物を所定の金型を用いて、５０ＭＰａの圧力かつ常温（２５℃）にて冷間圧縮成形した。
次いで、この冷間圧縮成形品と上記の接着剤を塗布した裏金を、１５０℃に加熱した金型内にセットし、この温度にて所定の圧力及び時間で加熱圧縮成形した。
次いで、この成型品を２２０℃にて６時間熱処理し、さらに、研磨加工、溝加工を施し、実施例１〜４のプレーキパッドとした。

「比較例１〜８」
速硬化性フェノール樹脂の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例１、速硬化性フェノール樹脂の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例２、無機繊維材の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例３、無機繊維材の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例４、三硫化アンチモンの含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例５、三硫化アンチモンの含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例６、変性フェノール樹脂の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例７、変性フェノール樹脂の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例８とし、上記実施例１〜４と全く同様にして比較例１〜８のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
比較例１〜８それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

このようにして作製された実施例１〜４及び比較例１〜８のプレーキパッドについて、接着性、摩耗特性、寿命の推定及び摩擦特性の評価を行った。

「接着性」
日本工業規格ＪＩＳ Ｄ４４２２「自動車部品−ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド−せん断試験方法」に基づき、接着性の評価を行った。
せん断試験方法では、母材強度については、製造条件にて管理が可能であるが、接着面における接着強度は、接着剤と摩擦材に用いているフェノール樹脂との相性、接着剤の厚み、乾燥及び硬化状態、不純物の付着等により変化し、信頼性をえることが難しい。そこで、この接着性の評価では、試験後に母材破断した状態を良としている。

「摩耗特性」
パッド摩耗量を、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０７「トラック・バス−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき実車試験による摩耗量評価を行った。
「寿命」
自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０７「トラック・バス−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき評価を行った。
自動車メーカーでは、ブレーキパッドの保証を１年、または走行距離換算で２００００ｋｍとしており、これより摩耗が多くなると商品価値が下落する。ここでは、走行距離２００００ｋｍを評価の基準とした。

「摩擦特性」
自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０７「トラック・バス−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき最低μを測定した。
ブレーキメーカーにおいては、フェード時のμが０．２以下程度で耐フェード性に優れないとの判断を行っている。そこで、本実施例及び比較例においても、同様の判断基準を用いて摩擦特性を判断した。
実施例１〜４及び比較例１〜８それぞれの評価結果を表２に示す。

表１及び表２によれば、実施例１〜４は、接着性及び生産性が向上し、かつ摩擦特性を損なうこと無く、摩耗特性が向上していることを確認した。
一方、比較例１は、速硬化性フェノール樹脂の含有量が少ないために、成形時間が長くなり、生産性の低下が認められた。
比較例２は、速硬化性フェノール樹脂の含有量が多すぎるために、接着性の低下が認められた。
比較例３は、無機繊維材の含有量が少ないために、接着性が悪化していることが認められた。
比較例４は、無機繊維材の含有量が多すぎるために、摩耗特性を満足させることができなかった。

比較例５は、三硫化アンチモンの含有量が少なすぎるために、摩耗特性を満足させることができなかった。
比較例６は、三硫化アンチモンの含有量が多すぎるために、耐フェード性を満足させることができなかった。
比較例７は、変性フェノール樹脂の含有量が少ないために、接着性を満足させることができなかった。
比較例８は、変性フェノール樹脂の含有量が多すぎるために、摩耗特性を満足させることができなかった。

本発明は、少なくとも繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、及びｐＨ調整材を含有してなるブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、結合材として速硬化性フェノール樹脂を４〜５質量％かつ変性フェノール樹脂を２〜３質量％含有することにより、摩擦特性、摩耗特性を損なうことなく、接着性及び生産性を向上させることができるものであるから、自動車はもちろんのこと、ブレーキ機構を有する動力機械等へも適用可能であり、その工業的意義は極めて大である。

Claims (2)

1. 少なくとも繊維材、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、及びｐＨ調整材を含有してなるブレーキ摩擦材において、
   このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、
   前記結合材として速硬化性フェノール樹脂を４質量％以上かつ５質量％以下、かつ変性フェノール樹脂を２質量％以上かつ３質量％以下、含有してなることを特徴とするブレーキ摩擦材。
2. 前記繊維材として無機繊維材を８質量％以上かつ２０質量％以下含有し、かつ三硫化アンチモンを５質量％以上かつ１０質量％以下含有してなることを特徴とする請求項１記載のブレーキ摩擦材。