JP2021017521A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車等のディスクブレーキに使用される、ＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において高温制動におけるブレーキ振動を抑制できる摩擦材を提供する。【解決手段】ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、有機摩擦調整材としてカシューダストを摩擦材組成物全量に対し１〜４重量％、無機摩擦調整材として白雲母を摩擦材組成物全量に対し７〜１２重量％、無機摩擦調整材としてアルミニウム粒子を摩擦材組成物全量に対し０．５〜５重量％含む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、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まない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金属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。

ディスクブレーキパッドに使用される摩擦材は、主に次の３種に分類されている。
＜セミメタリック摩擦材＞
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て３０重量％以上６０重量％未満含有する摩擦材。
＜ロースチール摩擦材＞
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て３０重量％未満含有する摩擦材。
＜ＮＡＯ（Non-Asbestos-Organic）材＞
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摩擦材。

また、従来の摩擦材には、要求される性能を確保するため、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、５〜２０重量％程度添加されていた。

しかし近年、このような摩擦材には、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やワシントン州では、２０２１年以降、銅成分を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し、さらにその数年後、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。

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、摩擦材に含まれる銅成分を削減することが急務となっている。

しかし、摩擦材に含まれる銅成分を削減すると、摩擦材の熱伝導率が低下し、高温での制動時に摩擦材の摩擦面の熱が拡散せず、摩擦材の摩耗量が増大し、また、摩擦面温度の不均一な上昇に起因するブレーキ振動が発生するという問題がある。

従来技術としては、特許文献１及び２が挙げられる。
特許文献１には、結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、繊維長が２５００μｍ以下のスチール繊維を２〜５質量％含有する摩擦材組成物および該摩擦材組成物を成形してなる摩擦材が記載されている。

特許文献２には、結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、繊維長が２５００μｍ以下のスチール繊維を２〜５質量％含有し、チタン酸塩としてトンネル構造の結晶構造のチタン酸塩および層状構造の結晶構造のチタン酸塩を必須成分とする摩擦材組成物および該摩擦材組成物を成形してなる摩擦材が記載されている。

特許文献１及び２の発明によれば、環境負荷の高い銅を含有させなくても高温制動におけるブレーキ振動を抑制することができる。

しかし、特許文献１及び２に記載の摩擦材は、繊維基材としてスチール繊維を含む、いわゆるロースチール摩擦材であり、ホイール汚れやブレーキ鳴きが発生しやすいという問題がある。

繊維基材としてスチール繊維やステンレススチール繊維等のスチール系繊維を含まない摩擦材、いわゆるＮＡＯ材の摩擦材は、特許文献３等により知られているが、ＮＡＯ材の摩擦材はホイール汚れやブレーキ鳴きの発生が少ないものの、高温制動におけるブレーキ振動の問題を解決する手段が確立されていない。

特開２０１６−９８３６２号公報 特開２０１６−１２１２４３号公報 特開２０１７−１９３６１２号公報

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高温制動におけるブレーキ振動を抑制できる摩擦材を提供する。

高温制動におけるブレーキ振動は次のようなメカニズムで発生するものと推測される。
摩擦材にはブレーキ効きを確保するため、有機摩擦調整材としてカシューダストが添加されている。
高速制動によりディスクロータの摩擦面の温度が高温になると、摩擦材に含まれるカシューダストが熱分解し、タール状物を生成する。このタール状物がディスクロータの摩擦面に不均一に移着し、被膜を形成する。そして、高速制動を繰り返すことによりディスクロータの摩擦面の温度が更に上昇する。
このときディスクロータの摩擦面のうち、移着したタール状物の被膜の特に厚い部分が高温になって熱膨張し、ディスクロータの摩擦面に肉厚差が生じる。
また、摩擦材が蓄熱することでし、摩擦材の摩擦面も不均一に膨張するため、ディスクロータと摩擦材との当たりが不均一となりブレーキ振動が発生する。

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、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、摩擦材組成物に、有機摩擦調整材として特定量のカシューダスト、無機摩擦調整材として特定量の白雲母（マスコバイト）、無機摩擦調整材として特定量のアルミニウム粒子を含有させることで、高温制動時でのタール状物の被膜形成をコントロールし、高温制動におけるブレーキ振動を効果的に低減することが可能であることを見出した。

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まない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、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の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、有機摩擦調整材としてカシューダストを摩擦材組成物全量に対し１〜４重量％、無機摩擦調整材として白雲母を摩擦材組成物全量に対し７〜１２重量％、無機摩擦調整材としてアルミニウム粒子を摩擦材組成物全量に対し０．５〜５重量％含む摩擦材。
（２）前記摩擦材組成物は潤滑材として硫化亜鉛を摩擦材組成物全量に対し３〜５重量％含む前記（１）に記載の摩擦材。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、高温制動におけるブレーキ振動を抑制できる摩擦材を提供することができる。

本発明は、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材であって、摩擦材組成物に、有機摩擦調整材としてカシューダストを摩擦材組成物全量に対し１〜４重量％、無機摩擦調整材として白雲母を摩擦材組成物全量に対し７〜１２重量％、無機摩擦調整材としてアルミニウム粒子を摩擦材組成物全量に対し０．５〜５重量％添加するものである。

＜カシューダスト＞
本発明の摩擦材において、有機摩擦調整材であるカシューダストの添加量を比較的少なくすることにより、高速制動時のタール状物の生成を最低限に抑えながら、良好なブレーキ効きを得ることができる。

カシューダストの添加量は摩擦材組成物全量に対し１〜４重量％であり、１．５〜２重量％が好ましい。
カシューダストの添加量が１重量％未満であると、ブレーキ効きが不十分となり、カシューダストの添加量が４重量％を超えると、高速制動時にタール状物がディスクロータの摩擦面に不均一に移着し、ブレーキ振動が発生しやすくなる。

＜白雲母＞
無機摩擦調整材である白雲母は、ディスクロータの摩擦面に形成されるタール状物の被膜を適度にクリーニングする作用があるほか、摩擦材組成物に比較的多量に添加することにより摩擦材の圧縮歪量を大きくすることができる。

ディスクロータの摩擦面に肉厚差が生じた場合でも、摩擦材の圧縮歪量が大きいと摩擦材がその肉厚差に追従するため、当たりが均一となりブレーキ振動を抑制することができる。

白雲母の添加量は摩擦材組成物全量に対し７〜１２重量％であり、８〜１１重量％が好ましい。
白雲母の添加量が７重量％未満であると、被膜のクリーニング作用、圧縮歪量ともに不十分となり、ブレーキ振動の抑制効果が得られず、白雲母の添加量が１２重量％を超えると、耐摩耗性が低下するという問題が生じる。

＜アルミニウム粒子＞
また、無機摩擦調整材であるアルミニウム粒子は、熱伝導率が高く、摩擦材の放熱性を向上させることができる。
摩擦材の放熱性が向上すると、摩擦材が蓄熱しにくくなり、摩擦材の摩擦面の不均一な膨張を抑制することができる。その結果、ディスクロータと摩擦材との当たりが均一となりブレーキ振動を抑制することができる。

アルミニウム粒子の添加量は摩擦材組成物全量に対し０．５〜５重量％であり、０．８〜２重量％が好ましい。
アルミニウム粒子の添加量が０．５重量％未満であると、摩擦材の放熱性が不十分となり、ブレーキ振動の抑制効果が得られず、アルミニウム粒子の添加量が５重量％を超えると、ブレーキ効きが低下するという問題が生じる。

＜硫化亜鉛＞
さらに、本発明では潤滑材として硫化亜鉛を摩擦材組成物全量に対し３〜５重量％添加するのが好ましい。
硫化亜鉛を摩擦材組成物全量に対し３〜５重量％添加することにより、高温領域での良好な潤滑作用によりトルク変動を抑制することができ、ブレーキ振動の抑制効果がより向上する。

＜その他成分＞
本発明の摩擦材は、上記のカシューダスト、白雲母、アルミニウム粒子、硫化亜鉛のほかに、通常摩擦材に使用される結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材、ｐＨ調整材、充填材等を含む摩擦材組成物からなる。

結合材として、ストレートフェノール樹脂、カシューオイル変性フェノール樹脂、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、ニトリルゴム（ＮＢＲ）変性フェノール樹脂、フェノール・アラルキル樹脂（アラルキル変性フェノール樹脂）、フルオロポリマー分散フェノール樹脂、シリコーンゴム分散フェノール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。
結合材の含有量は摩擦材組成物全量に対して５〜９重量％とするのが好ましく、６〜８重量％とするのがより好ましい。

繊維基材としては、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用いられる有機繊維、アルミニウム繊維、アルミニウム合金繊維、亜鉛繊維等の摩擦材に通常用いられる金属繊維が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
繊維基材の含有量は摩擦材組成物全量に対して１〜５重量％とするのが好ましく、１．５〜３重量％とするのがより好ましい。

有機摩擦調整材として、上記のカシューダストのほかに、タイヤトレッドゴム粉砕粉や、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、フッ素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用いら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。
有機摩擦調整材の含有量は上記のカシューダストを合わせて摩擦材組成物全量に対して２〜７重量％とするのが好ましく、３〜５重量％とするのがより好ましい。

無機摩擦調整材としては、上記の白雲母、アルミニウム粒子のほかに、タルク、クレー、ドロマイト、金雲母、バーミキュライト、四三酸化鉄、ケイ酸カルシウム水和物、ガラスビーズ、ゼオライト、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、安定化酸化ジルコニウム、単斜晶酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、γ−アルミナ、α−アルミナ、炭化ケイ素、鉄粒子、亜鉛粒子、スズ粒子、非ウィスカー状（板状、柱状、鱗片状、複数の凸部を有する不定形状）のチタン酸塩（６チタン酸カリウム、８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）等の摩擦材に通常用いられる粒子状無機摩擦調整材や、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、ロックウール等の摩擦材に通常用いられる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。

無機摩擦調整材の含有量は、上記の白雲母、アルミニウム粒子と合わせて摩擦材組成物全量に対して４０〜７０重量％とするのが好ましく、５０〜６０重量％とするのがより好ましい。

潤滑材としては、上記の硫化亜鉛のほかに、二硫化モリブデン、硫化スズ、硫化ビスマス、硫化タングステン、複合金属硫化物等の摩擦材に通常用いられる金属硫化物系潤滑材や、人造黒鉛、天然黒鉛、薄片状黒鉛、弾性黒鉛化カーボン、石油コークス、活性炭、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用いられる炭素質系潤滑材等の潤滑材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
潤滑材の含有量は上記の硫化亜鉛と合わせて摩擦材組成物全量に対して５〜１３重量％とするのが好ましく、７〜１１重量％とするのがより好ましい。

ｐＨ調整材として水酸化カルシウム等の摩擦材に通常用いられるｐＨ調整材を使用することができる。
ｐＨ調整材は、摩擦材組成物全量に対して１〜５重量％とするのが好ましく、２〜４重量％とするのがより好ましい。

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。

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、表面処理し、接着材を塗布したバックプレートとを重ねて熱成型型に投入し、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、粉体塗料を塗装する静電粉体塗装工程、塗料を焼き付ける塗装焼き付け工程、回転砥石により摩擦面を形成する研磨工程を経て製造される。なお、加熱加圧成型工程の後、塗装工程、塗料焼き付けを兼ねた熱処理工程、研磨工程の順で製造する場合もある。

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１〜１８・比較例１〜６の摩擦材の製造方法］
表１、表２、表３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３０ＭＰaにて１０秒間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、研磨して摩擦面を形成し、乗用車用ディスクブレーキパッドを作製した（実施例１〜１８、比較例１〜６）。

得られた摩擦材において、通常の使用領域でのブレーキ効き、高温制動におけるブレーキ振動、耐摩耗性を評価した。
＜ブレーキ効き＞
ＪＡＳＯ Ｃ４０６ 「乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法」に準拠し、第２効力試験の車速１３０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇにおける摩擦係数の平均値を下記基準にて評価した。
優：０．４０以上
良：０．３７以上 ０．４０未満
可：０．３４以上 ０．３７未満
不可：０．３４未満

＜高温制動におけるブレーキ振動＞
ＪＡＳＯ Ｃ４０２ 「乗用車用常用ブレーキ実車試験」に準拠し、フェード試験時の異音・振動を確認し、下記基準にて評価した。
優：発生なし
良：微弱発生
可：発生するが気にならない。
不可：発生大

＜耐摩耗性＞
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 「自動車−ブレーキライニング及びディスクブレーキパッド−ダイナモメータ摩耗試験方法」に準拠し、制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．３Ｇ、制動回数適宜、制動前ブレーキ温度２００℃の条件で、摩擦材の摩耗量（ｍｍ）を測定し、制動回数１０００回あたりの摩耗量に換算後、下記基準にて評価した。
優：０．１５ｍｍ未満
良：０．１５ｍｍ以上 ０．２０ｍｍ未満
可：０．２０ｍｍ以上 ０．５０ｍｍ未満
不可：０．５０ｍｍ以上

評価結果を表４、表５、表６に示す。

各表より見てとれるように、本発明の組成を満足する組成物は、通常の使用領域でのブレーキ効き、高温制動におけるブレーキ振動、耐摩耗性について良好な評価結果が得られている。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含むＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、銅成分の含有量に関する法規を満足しながら、高温制動におけるブレーキ振動が抑制された摩擦材を提供することができ、きわめて実用的価値の高いものである。

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、造粒工程で得られた摩擦材原料造粒物、又は混練工程で得られた摩擦材原料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スコーチ工程が実施される。

Claims (2)

1. ディスクブレーキパッドに使用される、結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、潤滑材を含み、銅成分を含まないＮＡＯ材の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、
   有機摩擦調整材としてカシューダストを摩擦材組成物全量に対し１〜４重量％、
   無機摩擦調整材として白雲母を摩擦材組成物全量に対し７〜１２重量％、
   無機摩擦調整材としてアルミニウム粒子を摩擦材組成物全量に対し０．５〜５重量％
   含むことを特徴とする摩擦材。
2. 前記摩擦材組成物は、潤滑材として硫化亜鉛を摩擦材組成物全量に対し３〜５重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。