JP2014156589A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を確保できる摩擦材を提供する。
【解決手段】結合材を４．０〜８．０重量％と、有機繊維を１．０〜４．０重量％と、潤滑材として金属硫化物系潤滑材を０．５〜４．０重量％、炭素質系潤滑材を２．０〜７．０重量％と、チタン酸塩を１５．０〜２７．０重量％と、無機摩擦調整材としてモース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材を２３．０〜３８．０重量％、モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材を２．０〜１０．０重量％と、有機摩擦調整材を３．０〜７．０重量％と、ｐＨ調整材を２．０〜３．０重量％含有し、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しない摩擦材組成物を使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ（Non-Asbestos-Organic）材の摩擦材組成物を成型した摩擦材に関する。

従来、乗用車の制動装置としてディスクブレーキが使用されており、その摩擦部材として鋼鉄等の金属製又は樹脂製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッドが使用されている。

摩擦材は、繊維基材としてスチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％以上６０重量％未満含有するセミメタリック摩擦材と、繊維基材の一部にスチール繊維を含み、且つ、スチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％未満含有するロースチール摩擦材と、繊維基材としてスチール繊維やステンレス繊維等のスチール系繊維を含まないＮＡＯ材に分類されている。

ブレーキノイズの発生が少ない摩擦材が求められている近年においては、スチール系繊維を含まず、且つ、熱硬化性樹脂等の結合材、非鉄金属繊維、有機繊維などの繊維基材、潤滑材、無機摩擦調整材、有機摩擦調整材等の摩擦調整材から成る、ＮＡＯ材の摩擦材を使用したディスクブレーキパッドが広く使用されるようになってきている。

ディスクブレーキパッドに使用されるＮＡＯ材の摩擦材には、厳しい要求性能を満足するために銅や銅合金の繊維、又は粒子等の銅成分が必須成分として摩擦材組成物全量に対し、５．０〜２０．０重量％程度添加されている。

しかし近年、このような摩擦材は制動時に摩耗粉として銅を排出し、この排出された銅が河川、湖、海洋に流入することにより水域を汚染する可能性があることが示唆されている。

このような背景から、アメリカのカリフォルニア州では、２０２１年以降、銅成分を５．０重量％以上含有する摩擦材を使用した摩擦部材の販売及び新車への組み付けを禁止し、２０２３年以降、銅成分を０．５重量％以上含有する摩擦材を使用した摩擦部材の販売及び新車への組み付けを禁止する法案が可決している。

そして、今後このような規制は世界中に波及するものと予想されることから、銅成分を含有しない摩擦材の開発が急務となっている。

銅や銅合金の繊維又は粒子等の銅成分が持つ摩擦メカニズム、熱伝導性等の特性はディスクブレーキパッドに使用される摩擦材には欠かせないものであるが、摩擦材から銅成分を排除することにより、これまでになかった様々な問題、例えば高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性が低下するという問題が生じることが明らかとなってきた。

特許文献１には、結合材を１２〜２４体積％、繊維を２〜１０体積％、少なくとも１種の潤滑材を５体積％以下、少なくとも１種又はそれ以上の研削材を１５〜３０体積％、少なくとも１種のチタン酸塩を１０〜２４体積％含有し、銅と石綿を実質的に含有しないブレーキ用摩擦材、即ち、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材が開示されている。

しかし、特許文献１に記載の摩擦材は銅成分を含有しないという点で上記の法規を満足しているが、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を十分に確保しているとは言えない。

米国公開特許２０１０/００８４２３３号公報

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を確保できる摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、結合材、有機繊維、潤滑材として金属硫化物系潤滑材と炭素質系潤滑材、チタン酸塩、無機摩擦調整材としてモース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材とモース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材を特定量含有し、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しない摩擦材組成物を使用することにより上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成した。

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材であって、以下の技術を基礎とするものである。

（１）ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しない摩擦材組成物を成型した摩擦材において、前記摩擦材組成物は、結合材を摩擦材組成物全量に対して４．０〜８．０重量％、有機繊維を摩擦材組成物全量に対して１．０〜４．０重量％、潤滑材として金属硫化物系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜４．０重量％、炭素質系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜７．０重量％、チタン酸塩を摩擦材組成物全量に対して１５．０〜２７．０重量％、無機摩擦調整材としてモース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２３．０〜３８．０重量％、モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜１０．０重量％、有機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して３．０〜７．０重量％、ｐＨ調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜３．０重量％を含有し、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しないことを特徴とする摩擦材。

（２）モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材に含まれる、生体溶解性人造鉱物繊維、ウォラストナイトから選ばれる少なくとも１種の繊維状無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜８．０重量％、酸化ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して２０．０〜２７．０重量％、ケイ酸ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して０．２〜７．０重量％、アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対して０．５〜３．０重量％とすることを特徴とする（１）の摩擦材。

（３）モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材に含まれるマイカを摩擦材組成物全量に対して２．５〜７．０重量％とすることを特徴とする（１）又は（２）の摩擦材。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を確保できる摩擦材を提供することができる。

本発明においては、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しない摩擦材組成物を成型した摩擦材において、結合材を摩擦材組成物全量に対して４．０〜８．０重量％、有機繊維を摩擦材組成物全量に対して１．０〜４．０重量％、潤滑材として金属硫化物系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜４．０重量％、炭素質系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜７．０重量％、チタン酸塩を摩擦材組成物全量に対して１５．０〜２７．０重量％、無機摩擦調整材としてモース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２３．０〜３８．０重量％、モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜１０．０重量％、有機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して３．０〜７．０重量％、ｐＨ調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜３．０重量％を含有し、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しない摩擦材組成物を使用する。

結合材、有機繊維、金属硫化物系潤滑材、炭素質系潤滑材、チタン酸塩、モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材、モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材を上記の範囲とし、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しない摩擦材組成物を使用することにより、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を確保できる摩擦材を提供することができる。

結合材として、ストレートフェノール樹脂や、フェノール樹脂をカシューオイルやシリコーンオイル、アクリルゴム等の各種エラストマーで変性した樹脂、フェノール類とアラルキルエーテル類とアルデヒド類とを反応させて得られるアラルキル変性フェノール樹脂、フェノール樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた熱硬化性樹脂等の摩擦材に通常用いられる結合材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

有機繊維として、アラミド繊維、セルロース繊維、ポリ-パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、アクリル繊維等の摩擦材に通常使用される有機繊維が挙げられ、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。

金属硫化物系潤滑材として、二硫化モリブデン、硫化亜鉛、硫化錫、複合金属硫化物等、炭素質系潤滑材として、グラファイト、石油コークス、酸化ポリアクリロニトリル繊維粉砕粉等の摩擦材に通常使用される潤滑材が挙げられ、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。

チタン酸塩として、板状の形状や、複数の凸部を有する不定形の形状をしたものが好ましく、チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム等の摩擦材に通常使用されるチタン酸塩が挙げられ、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。

モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材として、四三酸化鉄、ゼオライト、ケイ酸カルシウム水和物、ガラスビーズ、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、アルミナ、炭化ケイ素等の粒子状無機摩擦調整材、ウォラストナイト、セピオライト、バサルト繊維、ガラス繊維、生体溶解性人造鉱物繊維、ロックウール等の繊維状無機摩擦調整材が挙げられ、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。

モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材として、マイカ、バーミキュライト、タルク、ドロマイト、カオリン、フッ化カルシウム等の摩擦材に通常使用される無機摩擦調整材が挙げられ、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。

特に、モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材として、生体溶解性人造鉱物繊維、ウォラストナイトから選ばれる少なくとも１種の繊維状無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜８．０重量％、酸化ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して２０．０〜２７．０重量％、ケイ酸ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して０．２〜７．０重量％、アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対して０．５〜３．０重量％を添加することにより高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性がより向上するので好ましい。

また、モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材として、マイカを摩擦材組成物全量に対して２．５〜７．０重量％添加することにより、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性がより向上するので好ましい。

有機摩擦調整材として、カシューダスト、タイヤトレッドゴムの粉砕粉や、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム等の加硫ゴム粉末又は未加硫ゴム粉末等の摩擦材に通常使用される有機摩擦調整材が挙げられ、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。

ｐＨ調整材として水酸化カルシウムを使用することができる。

摩擦材組成物の残部としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の充填材を使用する。

また、本発明の摩擦材組成物は、銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しないことを特徴とする。比重の大きな金属単体及び合金を含有しないので、摩擦材原料混合物の搬送時において、原料が偏析することがなく、均質な製品を提供できる。

本発明のディスクブレーキに使用される摩擦材は、所定量配合した上記の摩擦材組成物を、混合機を用いて均一に混合する混合工程、得られた摩擦材原料混合物と、別途、予め洗浄、表面処理、接着材を塗布したバックプレートを重ねて熱成形型に投入し、加熱加圧して成型する加熱加圧成型工程、得られた成型品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、摩擦面を形成する研磨処理工程を経て製造される。

必要に応じて、加熱加圧成型工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、摩擦材原料混合物を混練する混練工程、摩擦材原料混合物又は造粒工程で得られた造粒物、混練工程で得られた混練物を予備成型型に投入し、予備成型物を成型する予備成型工程が実施され、加熱加圧成型工程の後に、塗装・塗装焼き付け工程、スコーチ工程が実施される。

以下、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１〜８・比較例１〜３の摩擦材の製造方法］
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、成型金型内で１０ＭＰaにて１分加圧して予備成型をした。この予備成型物を、予め洗浄、表面処理、接着材を塗布した鋼鉄製のバックプレート上に重ね、熱成型型内で成型温度１５０℃、成型圧力４０ＭＰaの条件下で１０分間成型した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して乗用車用ディスクブレーキパッドを作製した（実施例１〜８、比較例１〜３）。
得られた摩擦材において、摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性を評価した。評価結果を表２に、評価基準を表３に示す。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高速・高負荷時での摩擦係数の安定性、耐フェード性、耐摩耗性の要求性能を確保できる摩擦材を得ることができ、きわめて実用的価値の高いものである。

Claims (3)

1. ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含有しない摩擦材組成物を成型した摩擦材において、
   前記摩擦材組成物は、
   結合材を摩擦材組成物全量に対して４．０〜８．０重量％、
   有機繊維を摩擦材組成物全量に対して１．０〜４．０重量％、
   潤滑材として
   金属硫化物系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜４．０重量％、
   炭素質系潤滑材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜７．０重量％、
   チタン酸塩を摩擦材組成物全量に対して１５．０〜２７．０重量％、
   無機摩擦調整材として
   モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２３．０〜３８．０重量％、
   モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜１０．０重量％、
   有機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して３．０〜７．０重量％、
   ｐＨ調整材を摩擦材組成物全量に対して２．０〜３．０重量％を含有し、
   銅以外の金属単体及び銅合金以外の合金を含有しないことを特徴とする摩擦材。
2. モース硬度が４．５以上の無機摩擦調整材に含まれる、
   生体溶解性人造鉱物繊維、ウォラストナイトから選ばれる少なくとも１種の繊維状無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対して０．５〜８．０重量％、
   酸化ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して２０．０〜２７．０重量％、
   ケイ酸ジルコニウム粒子を摩擦材組成物全量に対して０．２〜７．０重量％、
   アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対して０．５〜３．０重量％
   とすることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
3. モース硬度が４．５未満の無機摩擦調整材に含まれるマイカを摩擦材組成物全量に対して２．５〜７．０重量％とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦材。