JP2017002109A - ブレーキ摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、摩擦特性に優れ、鳴き／異音特性が良好で製造が容易なブレーキ摩擦材の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、および充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、前記ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、前記ブレーキ摩擦材中の銅の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、前記ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウム繊維の含有量が１３質量％以上かつ２０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が３質量％以上かつ１０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中の凝集アルミナの含有量が０．１質量％以上かつ０．３質量％以下であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブレーキ摩擦材に関する。

従来のブレーキ摩擦材は、強化繊維、結合材、潤滑材、及び充填材を含有しているものが一般的であり、中でも銅繊維もしくは銅粉を２０重量％程度配合することで摩擦材として一定の摩擦係数を確保している。この銅繊維に加えて、ウォラストナイト、チタン酸カリウム、および／またはスチール繊維を含有するブレーキ摩擦材が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−５７６９３号公報

特許文献１に記載のブレーキ摩擦材は、フェノール樹脂６．０〜６．６質量％、ニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、ウォラストナイト１０〜１５質量％、銅繊維１２〜２０質量％、チタン酸カリウム板状繊維５〜１０質量％、ロックウール５〜１０質量％を含有してなる摩擦材であった。
上述のような銅繊維を含有する摩擦材は、制動時に発生する摩耗粉に銅を含むこととなるため、環境への影響の観点から、銅の使用を減らしたいという要求が高まっている。
例えば、北米では法規制により銅の含有量を低減し、２０２１年にはブレーキ摩擦材の銅の含有量を５質量％未満に制限することが求められている。

ここで、特許文献１のブレーキ摩擦材において銅繊維を５質量％未満に抑えようとすると、ディスクロータの摩耗量が多くなると想定され、タイヤホイールが汚れやすくなるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、摩擦係数が高く、タイヤホイール汚れの少ないブレーキ摩擦材を提供することにある。

本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、および充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、前記ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、前記ブレーキ摩擦材中の銅の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、前記ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウム繊維の含有量が１３質量％以上かつ２０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が３質量％以上かつ１０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中の凝集アルミナの含有量が０．１質量％以上かつ０．３質量％以下である。

本発明によれば、摩擦係数が高く、タイヤホイール汚れの少ないブレーキ摩擦材を提供することができる。

本実施形態のブレーキ摩擦材の一適用例としてのブレーキパッドを示す正面図。

以下、ブレーキ摩擦材を実施するため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、自動車などの車両の制動に用いられるディスクブレーキ用のブレーキパッド及びドラムブレーキ用のブレーキシュー等に用いられるブレーキ摩擦材である。これらのブレーキパッドやブレーキシューは、ディスクロータやブレーキドラム等の被制動部材に当接して摩擦力を生じさせることで車両を制動する。
図１に一例として、ディスクブレーキ用のブレーキパッド１を示す。このブレーキパッド１は、バックプレート２と、バックプレート２の表面に接着されたブレーキ摩擦材３とからなっている。このブレーキパッド１は、バックプレート２において車両の非回転部に支持されることになり、バックプレート２のブレーキ摩擦材３とは反対側がディスクブレーキキャリパで押圧されることにより、ブレーキ摩擦材３が車輪とともに回転するディスクに接触してディスクの回転にブレーキをかけるものである。

本実施形態のブレーキ摩擦材３は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、および充填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３の全体量を１００質量％としたとき、強化繊維としての銅繊維を含む銅の含有率が３質量％以上５質量％未満である。更に、本実施形態のブレーキ摩擦材３は、その全体量を１００質量％としたとき、ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウム繊維の含有量が１３質量％以上かつ２０質量％以下であり、ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が３質量％以上かつ１０質量％以下であり、ブレーキ摩擦材中の凝集アルミナの含有量が０．１質量％以上かつ０．３質量％以下である。

ブレーキ摩擦材３の全体量を１００質量％としたとき、前記したように銅の含有率が３質量％以上５質量％未満であるが、例えば、強化繊維としての銅繊維を３質量％以上５質量％未満の範囲で含有することができる。銅繊維の含有量が３質量％未満になると摩擦係数（第２効力）が低くなる。
スチール繊維（強化繊維）の含有量はブレーキ摩擦材３の導電率に影響があり、スチール繊維の含有量が低い場合にブレーキ摩擦材３としての導電率が低くなり、静電塗装時の搬送コンベアに設置されたアース線から電荷を逃がすことができず、静電塗装装置での塗装ができなくなるおそれがある。逆に、スチール繊維の含有量が多くなりすぎるとディスクロータの摩耗量が多くなり、鳴き／異音発生頻度が高くなる。
チタン酸カリウム繊維（強化繊維）もしくは繊維状のウォラストナイトの含有量はブレーキ摩擦材３の摩擦係数に影響があり、チタン酸カリウム繊維もしくはウォラストナイトの含有量が低い場合はブレーキ摩擦材３としての摩擦係数が低くなる。ウォラストナイトの含有量が低い場合はブレーキ摩擦材３が薄くなるため、必要な摩擦材の厚さとするためには材料費が高くなる。チタン酸カリウム繊維が多くなると摩擦係数が高くなりすぎるために鳴き／異音発生頻度が多くなる。ブレーキ摩擦材３においてウォラストナイトが多い場合はディスクロータの摩耗量が多くなり、タイヤホイールの汚れが生じ易くなる。
尚、銅繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜２３０μｍ、２〜４ｍｍ、スチール繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜１５０μｍ、１〜４ｍｍ、チタン酸カリウム繊維の平均粒径は１９〜４０μｍ、ウォラストナイト繊維の平均粒径と繊維長はそれぞれ、５〜１０μｍ、３０〜６０μｍである。

他に、ブレーキ摩擦材３には、必要に応じて、有機系摩擦調整材としてカシューダスト、ゴム粉が添加され、その他の強化繊維としてアラミド繊維が添加され、無機系摩擦調整材として亜鉛などの金属粉末が添加され、結合材としてはフェノール樹脂（例えば、変性無しのストレートフェノール樹脂）が添加され、充填材として硫酸バリウムが添加され、無機繊維としてロックウールが添加される。
ブレーキ摩擦材において潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、マイカ等が必要に応じて添加される。更に、必要に応じてｐＨ調整材等を含有してもよい。このｐＨ調整材としては、水酸化カルシウム等を用いることができる。

以上のブレーキ摩擦材は、上述の各成分を必要量秤量して混合し、混合材を金型によって圧縮成形する。この圧縮成形品をバックプレートに接着剤で接着し、必要な研磨や溝加工を施すことで図１に示すブレーキパッド１を得ることができる。

上述の配合のブレーキ摩擦材であるならば、銅繊維の配合量を５質量％未満に低く抑えているのでブレーキの制動に伴い、銅繊維を構成する銅分が環境に排出されたとしても、環境に対する負荷が少ない特徴を有する。
前記配合のブレーキ摩擦材であるならば、チタン酸カリウムを適量含んでいるので、摩擦係数を確保することができ、移着膜を形成できるので、ブレーキ摩擦材にロータ攻撃性のあるウォラストナイト、凝集アルミナを配合できるようになり、目的の摩擦係数を得やすくなる効果がある。
前記配合のブレーキ摩擦材であるならば、かさ密度が低く安価なウォラストナイトを配合できるので、ブレーキ摩擦材を厚く作製することが可能であり、材料費の低減を図ることができる。

ブレーキ摩擦材を取り付けるためのバックプレートを十分に洗浄した後、ブレーキ摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥させた。
次に、以下の表１に示すように銅繊維を３〜４．９質量％、スチール繊維を６〜１０質量％、チタン酸カリウム繊維を１３〜２０質量％、ウォラストナイトを３〜１０質量％、凝集アルミナを０．１〜０．３質量％、有機系摩擦調整材としてカシューダスト、ゴム粉を４〜６質量％の範囲になるようにそれぞれ用意した。これらに加え、以下の表１に記載のように、その他強化繊維としてロックウール、無機系摩擦調整材として亜鉛の粉末、潤滑材として黒鉛、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配合して原料混合物を得た。表１において各成分の配合量の単位は全て質量％を示す。

その後、常温にて前記原料混合物を所定の金型を用いて圧力５０ＭＰａにて冷間圧縮成形した。この冷間圧縮成形品と前記接着剤を塗布したバックプレートを１５０℃に温度設定した金型に投入し、所定の圧力、時間で加熱圧縮成形した。更に、金型から取り出した成形品を２２０℃で６時間熱処理し、研磨加工、溝加工を行って実施例１〜実施例１３のブレーキパッドを得た。
これらのブレーキパッドについて、摩擦摩耗特性（自動車工業規格ＪＩＳ０ Ｃ ４０６）「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験」の評価を行った。
鳴き／異音発生頻度は、ブレーキパッドの温度を所定温度範囲とし、ディスクブレーキキャリパへの供給液圧を所定の範囲としたときの、それぞれの組み合わせで所定回数制動試験を行い、このときに発生する音の大きさのレベルが一定値以上となった時の回数を計測してその割合を算出した。

自動車を生産している企業においては代表的な第２効力の６ｍ／ｓ^２時の摩擦係数は０．３５以上を要する場合があり、さらにディスクロータの摩耗量は市場で問題とならないレベルである５μｍ以下が要求される。また、鳴き／異音発生頻度は市場で問題とならないレベルである１％以下が要求される。

次に、比較のために、前述の工程に従って原料を配合して混合物を得る場合、銅繊維含有量と、スチール繊維含有量と、チタン酸カリウム繊維含有量と、ウォラストナイト含有量と、ゴム粉、カシューダスト含有量のいずれかを望ましい範囲から外した比較例１〜比較例１１のブレーキパッドを得た。各原料の配合割合は以下の表２に示す通りである。
比較例として、銅繊維を望ましい範囲より少なくした例を比較例１、スチール繊維を望ましい範囲より少なくした例を比較例２、多くした例を比較例３、チタン酸カリウム繊維を望ましい範囲より少なくした例を比較例４、多くした例を比較例５、ウォラストナイトを望ましい範囲より少なくした例を比較例６、多くした例を比較例７、凝集アルミナを望ましい範囲より少なくした例を比較例８、多くした例を比較例９、カシューダスト、ゴム粉を望ましい範囲より少なくした例を比較例１０、多くした例を比較例１１としている。
これら比較例１〜比較例１１のブレーキパッドについて、先の実施例１〜１３のブレーキパッドと同様の摩擦摩耗特性評価を行った。
これらの評価結果について以下の表３、表４に纏めて示す。

＜実施例の評価結果＞
表１と表３に示す実施例の結果を見ると、実施例１〜実施例１３は第２効力の摩擦係数が０．３５以上に高く維持され、ディスクロータの摩耗量が５μｍ以下で少なく、鳴き頻度（鳴き／異音発生頻度）も１％以下で優れた結果を示した。
また、これらのブレーキパッドを製造した工程は従来のブレーキパッドの製造工程と変わらないので製造工程は従来方法をそのまま適用することができ、製造に格別困難性はなく、製造が容易な特徴を有する。

表１、表３に示す実施例１〜実施例１３は、ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、銅の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、スチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、チタン酸カリウム繊維の含有量が１３質量％以上かつ２０質量％以下であり、ウォラストナイトの含有量が３質量％以上かつ１０質量％以下であり、凝集アルミナの含有量が０．１質量％以上かつ０．３質量％以下であるブレーキ摩擦材であり、いずれも優れた特徴を示した。
また、実施例１〜実施例１３は、これらの成分に加え、ゴム粉および／またはカシューダストを４質量％以上かつ６質量％以下含んでいるが、いずれも優れた特性を有している。また、実施例１〜実施例１３はこれらの成分に加え、その他の強化繊維としてのアラミド繊維を３質量％、結合材としてのフェノール樹脂を６質量％、無機繊維としてのロックウールを５質量％、無機系摩擦調整材としての亜鉛粉末を１０質量％、潤滑材としての黒鉛を７質量％、ｐＨ調整材としての水酸化カリウムを３質量％含有し、残部充填材として硫酸バリウムを含む組成である。

＜比較例の評価結果＞
本発明の望ましい範囲より銅繊維を少なくした比較例１は、第２効力の６ｍ／ｓ^２時の摩擦係数が０．３５を下回り、低くなった。
本発明の望ましい範囲よりスチール繊維を少なくした比較例２は導電率が低くなり、静電塗装時の搬送コンベアに設置されたアース線から電荷を逃がすことができず、塗装ができない問題を生じ、本発明の望ましい範囲よりスチール繊維を多くした比較例３はディスクロータ摩耗量が多くなり、鳴き／異音発生頻度も上昇した。
本発明の望ましい範囲よりチタン酸カリウム繊維もしくはウォラストナイトを少なくした比較例４、６は摩擦係数が低くなり、さらには摩擦材が薄くなるため材料費も高くなる問題を生じた。比較例４はディスクロータの摩耗量も多くなっている。
本発明の望ましい範囲よりチタン酸カリウム繊維が多い比較例５は摩擦係数が高くなりすぎたために鳴き／異音発生頻度が高くなった。

本発明の望ましい範囲よりウォラストナイトが多い比較例７はディスクロータの摩耗量が多くなり、凝集アルミナを含んでいない試料８は摩擦係数が低くなり、凝集アルミナの多い試料９はディスクロータの摩耗量が多くなり、鳴き頻度も上昇した。
本発明のより望ましい範囲よりゴム粉、カシューダストが少ない比較例１０は摩擦係数、ディスクロータの摩耗量、鳴き／異音発生頻度の面では問題を生じないが、比較例１０はパッド厚さが薄くなり、材料費が高くなるため製造コストの面では好ましくない。
本発明のより望ましい範囲よりゴム粉、カシューダストが多すぎる比較例１１は摩擦係数、ディスクロータの摩耗量、鳴き／異音発生頻度の面では問題を生じないが、熱成形時の断熱作用が高くなるため、成形時間が長くなる。

以上、本実施形態によれば、銅の含有量を５質量％未満に少なくしたので環境負荷の少ないブレーキ摩擦材を提供できる。また、チタン酸カリウム繊維を適量配合することで摩擦係数を確保し、移着膜の形成ができるので、ロータ攻撃性を有するウォラストナイト、凝集アルミナを配合してもロータの摩耗量増加を抑制でき、摩擦係数も向上できる。
また、スチール繊維を適量配合したことにより導電性を確保することができブレーキ摩擦材を静電塗装する場合に塗装が容易となる。
また、かさ密度が低く、比較的安価なウォラストナイトを配合することにより、ウォラストナイトを用いていないブレーキ摩擦材に比べて同じコストでブレーキ摩擦材を厚く作製することが可能となり、材料費の低減を図ることが可能となる。
更に、銅の含有量、スチール繊維の含有量、ウォラストナイトの含有量、凝集アルミナの含有量をいずれも適切な範囲としてバランスをとることでディスクロータ摩耗量を少なくできるため、タイヤホイールの汚れを抑制できる。

１ ブレーキパッド
２ バックプレート
３ ブレーキ摩擦材

Claims (2)

1. 少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、および充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、
   前記ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、
   前記ブレーキ摩擦材中の銅の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、
   前記ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、
   前記ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウム繊維の含有量が１３質量％以上かつ２０質量％以下であり、
   前記ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が３質量％以上かつ１０質量％以下であり、
   前記ブレーキ摩擦材中の凝集アルミナの含有量が０．１質量％以上かつ０．３質量％以下であることを特徴とするブレーキ摩擦材。
2. 前記ブレーキ摩擦材中のカシューダストおよび／またはゴム粉の含有量が４質量％以上かつ６質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ摩擦材。

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