JP2016204575A - 摩擦材組成物および摩擦材とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記予備成形体を熱成形型に投入し、加熱圧縮成形することにより、加熱圧縮成形体を得る、加熱圧縮成形工程と、
前記加熱圧縮成形体を熱処理する、熱処理工程と、
を備えることを特徴とする。
本発明の摩擦材組成物は、従来技術と同様に、繊維基材、摩擦調整材および結合材から構成される。特に、本発明の摩擦材組成物は、摩擦調整材として、平均粒径が20μm〜240μmであり、球状かつ多孔質のアルカリ金属塩を含有することを特徴とする。
繊維基材としては、アスベストを含有しないものである限り、特に制限されることはなく、公知のものを使用することができる。具体的には、有機繊維、無機繊維および非鉄金属繊維を使用することができる。有機繊維としては、芳香族ポリアミド(アラミド)繊維、耐炎性アクリル繊維などを使用することができる。無機繊維としては、チタン酸カリウム繊維やアルミナ繊維などのセラミック繊維、生体溶解性無機繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウールなどを使用することができる。非鉄金属繊維としては、アルミニウム繊維や亜鉛繊維などを使用することができる。
摩擦調整材としては、アルカリ金属塩、バーミキュライトおよびマイカなどの無機充填材、有機充填材、研削材ならびに潤滑材などを用いることができる。
有機充填材としては、各種ゴム粉末(ゴムダスト、タイヤ粉末など)、カシューダスト、メラミンダストなどを、単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。
b−1)アルカリ金属塩
本発明の摩擦材組成物は、摩擦調整材として、平均粒径が20μm〜240μmであり、球状かつ多孔質のアルカリ金属塩を含有することを特徴とする。これにより、耐フェード性を損なうことなく、異音特性を改善することができる。
アルカリ金属塩としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸リチウムカリウムなどのチタン酸アルカリ金属塩などを用いることができる。これらの中でも、アルカリ金属イオンとしての溶出量が少ない、チタン酸カリウムを用いることが好ましく、一般式:K2TinO2n+1(ただし、nは、2〜8の整数)で表されるチタン酸カリウムを用いることがより好ましい。
本発明の摩擦材組成物では、アルカリ金属塩として、図1および図2のSEM像に示すような球状かつ多孔質であるものを使用することが必要となる。本発明において、球状には、いわゆる真球状のみならず、楕円球状も含まれる。また、多孔質とは、焼結体表面に複数の細孔が存在していることを意味し、これらの細孔は、連続構造であってもよく、独立構造であってもよい。なお、図2のSEM像において、濃灰色ないしは黒色の部分が多孔質の孔部に相当する。このようなアルカリ金属塩の形状や構造は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により確認することができる。
上述したように、吸湿状態における異音特性を改善するためには、アルカリ金属塩として、平均粒径が20μm〜240μmのものを用いることが有効である。しかしながら、平均粒径が20μm以上のアルカリ金属塩を用いた場合には、摩擦材の気孔率が低下することに伴い、耐フェード性が悪化するおそれがあり、特に、熱伝導率に優れる銅を含まない銅フリーの摩擦材では、この傾向が顕著となる。
アルカリ金属塩の含有量は、合計で、5質量%〜30質量%の範囲とすることが好ましく、10質量%〜28質量%の範囲とすることがより好ましく、15質量%〜28質量%の範囲とすることがさらに好ましい。アルカリ金属塩の含有量が5質量%未満では、上述した効果を得ることができない。一方、アルカリ金属塩の含有量が30質量%を超えると、他の構成成分の含有量が減少するため、強度や耐久性などの特性が著しく低下するおそれがある。
アルカリ金属塩以外の無機充填材(他の無機充填材)としては、バーミキュライトおよびマイカなどの鉱物粉末や、アルミニウム、スズおよび亜鉛などの金属粉末を用いることができる。また、平均粒径が20μm未満のアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩からなる粉末を用いることもできる。さらには、これらの2種以上を組み合わせて用いることもできる。
研削材としては、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、酸化クロム、四酸化三鉄(Fe3O4)などを、単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。
潤滑材としては、黒鉛(グラファイト)、二硫化モリブデン、硫化スズ、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などを、単独または2種以上を組み合わせて用いることができる。
結合材としては、通常用いられる種々の結合材を用いることができる。具体的にはストレートフェノール樹脂、エラストマーなどによる各種変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることができる。これらの中でも摩擦材に柔軟性を付与するとともに、相手材への攻撃性を低減し、かつ、異音特性を向上させる観点から、エラストマー変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。エラストマー変性フェノール樹脂としては、アクリルゴム変性フェノール樹脂やシリコーンゴム変性フェノール樹脂、NBRゴム変性フェノール樹脂などが挙げられ、アクリルゴム変性フェノール樹脂やシリコーンゴム変性フェノール樹脂などがより好適に用いられる。なお、これらの結合材は単独または2種以上組み合わせて用いることができる。
本発明の摩擦材組成物は、上述した成分によって構成されるものであるが、銅または銅合金を含む繊維基材や金属粉末を含有しないことが好ましい。より具体的には、摩擦材組成物中の銅含有量を0.5質量%以下とすることが好ましい。このような銅フリーの摩擦材組成物により形成される摩擦材は、制動時に生じる摩耗粉に含まれる銅量もきわめて少ないため、環境や人体に対する負荷を低減することができる。
(1)摩擦材の製造方法
本発明の摩擦材の製造方法は、上述した摩擦材組成物を用いること以外は、従来技術と同様にして得ることができる。すなわち、本発明の摩擦材の製造方法は、
a)上述した摩擦材組成物を加圧成形することにより、予備成形体を得る、予備成形工程と、
b)予備成形体を熱成形型に投入し、加熱圧縮成形することにより、加熱圧縮成形体を得る、加熱圧縮成形工程と、
c)加熱圧縮成形体を熱処理する、熱処理工程と、
を備えることを特徴とする。なお、各工程における条件などについては、従来技術と同様であるため、ここでの説明は省略する。
本発明の摩擦材は、上述した製造方法によって得られ、ディスクブレーキ用パッドやドラムブレーキ用ライニングとして好適に用いることができる。
a)摩擦材の作製
原料粉末として表1に示すものを用意し、これらの原料粉末を表2に示す比率で均一に混合することにより、摩擦材組成物を得た。この摩擦材組成物を成形型に入れ、常温、15MPaで1秒間の加圧成形をすることにより、予備成形体を得た。次に、この予備成形体を熱成形型にセットし、予め接着剤を塗布した金属板(プレッシャプレート)と重ね合わせた上で、150℃、40MPaで5分間の加熱圧縮成形をすることにより、加熱圧縮成形体を得た。続いて、この加熱圧縮成形体を、250℃で3時間熱処理した後、室温まで冷却し、所定の形状および厚さに研磨し、塗装することにより、摩擦材(摩擦パッド)を作製した。なお、無機充填材a〜fのうち、実施例1〜6で使用した無機充填材a〜cが、本発明におけるアルカリ金属塩に該当する。
[静動μ低下試験]
摩擦パッドに対して、フルサイズダイナモメータを用いて、温度30℃、湿度80%の環境条件の下、制動初速度を40km/h、制動減速度を1.96m/s2、摩擦材の初期ブレーキ温度を70℃以下、制動回数を5200回とする条件で摺り合わせを行った後、温度25℃、湿度100%の環境下に15時間放置した。続いて、液圧2MPa、減圧速度0.5MPa/s、クリープトルク200Nm、制動回数5回とする条件で静動μ低下試験を行い、トルクの落ち込み量により、静動μ低下を評価した。
静動μ低下試験後の摩擦パッドを、FC150製のディスクブレーキロータを有する車両に取り付けて、制動初速度を40km/h、制動減速度を1.96m/s2、摩擦材の初期ブレーキ温度を70℃以下、制動回数を130回とする条件で摺り合わせを行った後、温度20℃、湿度95%の環境下に15時間放置した。続いて、液圧2MPaよりブレーキを開放する際のクリープ異音の大きさにより、官能評価を行った。具体的には、クリープ異音が全く聞こえなかった場合を「1」、はっきりと聞こえた場合を「5」とする5段階評価を行った。
デジタルマイクロメータ(株式会社ミツトヨ製、1/1000デジタルマイクロメータ)を用いて、異音特性の評価後の摩擦パッドの外周および内周のそれぞれ4か所の摩耗量を測定し、その平均値を算出することにより、摩耗量を評価した。また、非接触式3次元粗さ計(株式会社東京精密製、プロファイルスキャナPS200)を用いて、摩擦パッド表面の6か所で算術平均粗さRaを測定し、その平均値を算出することにより、表面粗さを評価した。
異音特性の評価後、摩擦パッドの表面に堆積した摩耗粉を採取し、粒子径分布測定装置(株式会社島津製作所、SALD−7100)を用いて、その平均粒径(D50)を測定した。
はじめに、異音特性の評価後の摩耗粉100mgを105℃で2時間乾燥した後の質量w0を測定した。次に、水を張った容器内に摩耗粉を静置し、温度25℃、湿度100%の環境下で15時間放置した後の質量w1を測定した。このようにして得られた質量w0およびw1より、摩耗粉の吸湿量Δw(=w1−w0)を算出した。
水銀ポロシメータ(株式会社島津製作所製、オートポアIV9500シリーズ)により、各評価試験を実施する前の摩擦パッドの気孔率を測定した。
フルサイズダイナモメータ試験機を用いて、摩擦試験(JASO C 406:2000準拠)を行い、各摩擦材の効力および耐フェード性(制動初速度を100km/hとした第2効力試験における摩擦係数の平均値μavg、第1フェード試験における最小摩擦係数μmin)を評価した。
表1〜3より、実施例1〜6の摩擦材は、異音特性が良好で、トルク落ち込み量も小さいことが確認される。また、これらの実施例より、本発明のアルカリ金属塩の平均粒径が大きいほど、摩耗粉の平均粒径も大きくなり、その吸湿量が少なくなる傾向があることが確認される。さらに、実施例1〜6の摩擦材は、平均粒径が20μm未満のアルカリ金属塩を用いた比較例1〜5の摩擦材との比較において、同等の耐フェード性を有することが確認される。以上より、本発明によれば、耐フェード性を損なうことなく、吸湿状態における異音特性の改善が可能であることが理解される。
Claims (8)
- 平均粒径が20μm〜240μmであり、球状かつ多孔質のアルカリ金属塩を含有する、摩擦材組成物。
- 前記アルカリ金属塩は、100nmオーダーの粒子が複数融着した焼結体からなる、請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 前記アルカリ金属塩はチタン酸カリウムである、請求項1または2に記載の摩擦材組成物。
- 前記アルカリ金属塩を5質量%〜30質量%含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 前記アルカリ金属塩の平均粒径が90μm〜240μmである、請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 銅または銅合金を含む繊維基材および金属粉末を含有しない、請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦材組成物。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦材組成物を加圧成形することにより、予備成形体を得る、予備成形工程と、
前記予備成形体を熱成形型に投入し、加熱圧縮成形することにより、加熱圧縮成形体を得る、加熱圧縮成形工程と、
前記加熱圧縮成形体を熱処理する、熱処理工程と、
を備える、摩擦材の製造方法。 - 請求項7に記載の製造方法により得られる、摩擦材。
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