JP2017002186A - 摩擦材組成物、摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有する摩擦材組成物であり、元素としての銅を含まない、または銅の含有率が0.5質量%を超えないものである。このため、制動時に生成する摩耗粉中に銅を含まない、または極微量であるため、河川や湖を汚染する虞がないものである。
本発明の摩擦材組成物は、有機充填材および結合材を含む。有機充填材および結合材は摩擦に際して発生する熱により熱分解してディスクロータ表面にTFを形成する。したがって、軽負荷制動時の摩擦熱に相当する温度におけるこれらの成分の熱分解量をある程度以上とすれば、軽負荷制動時であっても良好なTFがディスクロータ表面に形成される。この観点から、本発明摩擦材組成物においては、大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5〜20%の範囲とする。より好ましくは5〜18%、さらに好ましくは6〜15%の範囲とする。大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5%に満たないと分解する有機充填材の量が乏しく、ディスクロータ表面に良好なTFが形成されない。その一方で大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が20%を超えると分解する有機充填材の量が過多となり、摩擦材の摩耗が促進される。
このようにして製造された新品の摩擦材においては、摩擦材全体が上記のように大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5〜20%の範囲であればよい。しかしながら、使用された摩擦材においては、制動時の摩擦熱により熱履歴を受けているため、熱履歴を受けた部分を除去した後の摩擦材の部分が、上記のように大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5〜20%の範囲であればよい。
本発明の摩擦材組成物は無機充填材を含有する。無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるために摩擦調整材として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物において、無機充填材としてはチタン酸塩を含有する。チタン酸塩は、上記のように制動によって摩擦界面に延び、TFの成分となる作用を有する。
また、本発明の摩擦材組成物は、無機充填材として上記チタン酸塩の他に、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムのうち少なくとも1種類を含有する。珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムは研削材として作用し、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムの含有量を合計で11質量%以上とすることで、相手材であるディスクロータへの攻撃性が適切に付与され、新品時のブレーキロータ表面に残る製造時の研磨溝が研磨され、TFが定着し易い面を形成することができる。一方、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムの含有量が過多となると、相手材であるディスクロータへの攻撃性が過大となりディスクロータの摩耗を引き起こすとともに、摩擦材の強度の低下が著しくなるほか、摩擦時に脱落した研削材が研磨粉として作用して摩擦材の摩耗量が増大することとなる。このため、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムの含有量を30質量%以下とすることでこれらの不具合を解する。なお、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウムの含有量は、上記のとおり、合計で11〜30質量%とするが、11〜25質量%であることがより好ましく、11〜22質量%であることがさらに好ましい。
前記のチタン酸塩、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、および酸化マグネシウム以外の無機充填材としては、例えば、硫化錫、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ドロマイト、コークス、黒鉛、マイカ、酸化鉄、バーミキュライト、硫酸カルシウム、タルク、クレー、ゼオライト、珪酸ジルコニウム、ムライト、クロマイト、酸化チタン、シリカ、γ−アルミナ等の活性アルミナを用いることができ、これらを単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の摩擦材組成物は繊維基材を含有する。繊維基材は摩擦材において補強作用を示すものである。繊維基材としては、有機繊維、無機繊維、金属繊維等が挙げられる。
本発明の摩擦材組成物は、結合材を含有する。結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材および繊維基材等を一体化して、強度を与えるものである。本実施形態の摩擦材組成物に含まれる結合材としては、通常、摩擦材に用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、シリコーンゴム変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂等の各種変性フェノール樹脂が挙げられ、これらを単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用することができる。良好な耐熱性、成形性および摩擦係数を与えることから、フェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、シリコーンゴム変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。
また、本発明の摩擦材組成物には、金属粉を配合することができる。金属粉としては、例えば、鉄粉、錫粉、亜鉛粉、アルミニウム粉等、およびそれらの合金粉等が挙げられ、これらを単独でまたは2種類以上を組み合わせて使用できる。金属粉の含有量は合計で0.5〜5質量%であることが好ましく、0.5〜4質量%であることがより好ましく、1〜4質量%であることがさらに好ましい。金属粉の含有量を合計で0.5質量%以上とすることで、金属粉がディスクロータ表面にTFを形成するとともに、新品時ディスクロータの研磨溝を研磨する、あるいは埋めることで、有機充填材やチタン酸塩等、および金属粉によるTFが定着し易いディスクロータ面を生成し、軽負荷制動時の摩擦係数が安定する。また、金属粉の合計量を5質量%以下とすることで、過剰な金属間凝着等を抑制し、摩擦材、およびディスクロータの極端な摩耗悪化を避けることができる。
また、本発明の摩擦材組成物は、前記の材料以外に、必要に応じてその他の材料を配合することができる。
本発明の摩擦材組成物は、自動車等の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としてまたは本実施形態の摩擦材組成物を目的形状に成形、加工、貼り付け等の工程を施すことによりクラッチフェーシング、電磁ブレーキ、保持ブレーキ等の摩擦材としても使用することができる。
(1)摩擦部材のみの構成
(2)裏金と、該裏金の上に形成させ、摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる摩擦部材とを有する構成
(3)上記(2)の構成において、裏金と摩擦部材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、裏金と摩擦部材の接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成、等が挙げられる。
なお、「上張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材であり、「下張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材と裏金との間に介在する、摩擦材と裏金との接着部付近の剪断強度、耐クラック性向上を目的とした層のことである。
[ディスクブレーキパッドの作製]
表1および2に示す配合比率にしたがって材料を配合し、実施例1〜7および比較例1〜6の摩擦材組成物を得た。
[結合材]
・樹脂A(フェノール樹脂):日立化成株式会社製HP491UP
・樹脂B(フェノール樹脂):日立化成株式会社製PR1950W
[有機充填材]
・カシューダスト:東北化工株式会社製FF−1051
・ゴム成分A(タイヤゴム粉):株式会社カークエスト製粉末TPA
・ゴム成分B(ニトリルブタジエンゴム):日本ゼオン株式会社製Nipol1411
[無機充填材]
・チタン酸塩A(8チタン酸カリウム):大塚化学株式会社製テラセスTF−S
・チタン酸塩B(チタン酸リチウムカリウム):大塚化学株式会社製テラセスL
・チタン酸塩C(チタン酸マグネシウムカリウム):大塚化学株式会社製テラセスPCS
・硫酸バリウム
・黒鉛
・硫化錫
・マイカ
・水酸化カルシウム
・研削材A(珪酸ジルコニウム):第一稀元素化学工業株式会社製MZ1000B
・研削材B(酸化ジルコニウム):第一稀元素化学工業株式会社製BR−QZ
・研削材C(酸化マグネシウム):協和化学工業株式会社製工業用酸化マグネシウム2000
[繊維基材]
・アラミド繊維(有機繊維)
・鉱物繊維(無機繊維)
[金属粉、金属繊維]
・鉄繊維:GMT製#0
・亜鉛粉:福田金属箔粉工業株式会社製Zn−At−200
・錫粉:山石金属株式会社製AT−Sn No.200
・アルミニウム粉:山石金属株式会社製VA−40
前記の方法で作製した実施例1〜7および比較例1〜6のディスクブレーキパッドについて、TF形成成分となり得る有機充填材の含有量の指標として、500℃における重量減少量を熱重量分析(Thermogravimetric Analysis:TG)を用いて評価した。重量減少率は、重量減少量/熱重量分析前の重量として算出した。評価には新品時摩擦材表面から2〜3mm深さの層から採取した試料を用いた。なお、試料の削り出しにはフライスカッターやエンドミル等を用いることができる。また、削り出した試料の粒度が大きい場合は、乳鉢等を用いて熱重量分析に適した粒度に調整できる。上記の熱重量分析は、株式会社リガク製Thermo plus EVO TG8120等を用いることができる。測定雰囲気は大気、測定温度範囲は25〜800℃、昇温速度は10℃/分。試料量10mg、試料容器はアルミナ製のものを用いることが推奨される。ここで、500℃重量減少率の評価について、11〜15%を優秀として「◎」、5%〜10%および16〜20%を良好として「○」、0〜4%および21%以上を不適として「×」を表1および表2にそれぞれ記載した。
試験は車速40km/h、0.1Gの制動をブレーキ開始時のディスクロータ温度50℃で100回繰り返し、制動100回目の摩擦係数を評価した。一般的に、新品時の摩擦材の表面は馴らされていないためディスクロータとの接触面積が小さく、さらにTFも形成されていないため摩擦係数が低いものとなる。制動の繰り返しとともに摩擦係数が上昇し安定するが、上記のような車速や減速度、ディスクロータ温度が低い軽負荷制動では摩擦係数が安定し難い。ここで、摩擦係数の評価について、0.37〜0.43を優秀として「◎」、0.34〜0.36および0.44〜0.47を良好として「○」、0.34未満および0.48以上を不適として「×」を表1および表2にそれぞれ記載した。
試験はJASO C427に準拠し、制動前ブレーキ温度が400℃におけるディスクパッドの摩耗量をそれぞれ計測し、耐摩耗性として評価した。ここで、摩耗量の評価について、0.60mm未満を優秀として「◎」、0.60〜0.99mmを良好として「○」、1.00mm以上を不適として「×」を表1および表2にそれぞれ記載した。
Claims (7)
- 結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有する摩擦材組成物であり、
元素としての銅を含まない、または銅の含有率が0.5質量%を超えず、
チタン酸カリウムを含有し、
さらに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のうち少なくとも1種類を含有し、
前記チタン酸カリウムおよび前記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のうち少なくとも1種類の合計が10〜35質量%であり、
大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5〜20%である摩擦材組成物。 - 珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムのうち少なくとも1種類を11〜30質量%含有する請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 金属粉、あるいは金属繊維として鉄、錫、亜鉛、アルミニウムのうち少なくとも1種類を0.5〜5質量%含有する、請求項1または2に記載の摩擦材組成物。
- 結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有し、
元素としての銅を含まない、または銅の含有率が0.5質量%を超えず、
チタン酸カリウムを含有し、
さらに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のうち少なくとも1種類を含有し、
前記チタン酸カリウムおよび前記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のうち少なくとも1種類の合計が10〜35質量%である摩擦材組成物を成形してなる摩擦材であって、
大気雰囲気下500℃で加熱した際の質量減少率が5〜20%である部分を有する摩擦材。 - 前記摩擦材組成物が、珪酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムのうち少なくとも1種類を11〜30質量%含有する請求項4に記載の摩擦材。
- 前記摩擦材組成物が、金属粉、あるいは金属繊維として鉄、錫、亜鉛、アルミニウムのうち少なくとも1種類を0.5〜5質量%含有する請求項4または5に記載の摩擦材。
- 請求項4〜6のいずれかに記載の摩擦材と裏金とを一体化してなる摩擦部材。
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