JP3810684B2

JP3810684B2 - ブレーキ摩擦材

Info

Publication number: JP3810684B2
Application number: JP2001395573A
Authority: JP
Inventors: 信吾三宅; 佳恵酒井; 一成小松
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-12-27
Also published as: JP2003194121A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等のブレーキ摩擦材に関し、より詳しくは、摩擦係数の安定性、異音の低減性、品質安定性に優れたブレーキ摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等のブレーキ摩擦材は、スチール繊維などの金属繊維、ロックウール、スラグウール、チタン酸カリウムウィスカ、ガラス繊維、アラミド繊維などの天然または人造の無機繊維、有機繊維などの強化繊維材料；フェノール樹脂などの結合材；黒鉛、二硫化モリブデンなどの潤滑材；カシューダスト、セラミック粉、金属粉などの摩擦調整材；硫酸バリウムなどの充填材；及び水酸化カルシウムなどのｐＨ調整材；などを配合して、混合して得られる混合物を、常温にて圧縮成形（予備成形）し、次いで、予め接着剤を塗布した裏金とともに加熱圧縮成形し、さらに熱処理した後、溝加工や表面研磨を施すことにより製造されている。
これらの強化繊維材料の中ではチタン酸カリウムウィスカ、ロックウール、スラグウールが性能コストバランスに優れることから広く用いられている。
チタン酸カリウムウィスカは強化繊維材料の中でも研削性硬質無機繊維として、ブレーキ摩擦材全体の強度、耐熱性を高め、耐摩耗性を向上させるだけでなく、ブレーキ摩擦材の摩擦係数を高めるものとして高く評価されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
チタン酸カリウムウィスカはブレーキ摩擦材用強化繊維として優れた性能を有するものの、チタン酸カリウムウィスカを用いたブレーキ摩擦材に割れが生じることがあった。そこで、本発明は、チタン酸カリウムウィスカを用いたブレーキ摩擦材と同様のの耐熱性、耐摩耗性、高度の摩擦係数を維持しつつ、さらに強度が高く、使用時の割れ頻度が小さく、鳴き特性に優れるブレーキ摩擦材を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
ブレーキ摩擦材は、ブレーキ摩擦材とロータの間の摩擦抵抗でロータの回転に制動をかけるが、その際ロータや摩擦材の一部が摩耗する。また、制動時の熱により摩耗した摩擦材中の有機物が分解し、この分解生成物が摩擦面に残るとブレーキ特性が低下する。そこで、有機物の分解生成物を効率的に除去して摩擦面を正常に保つ必要がある。本発明者らはこの観点から検討を進めたところ、ウィスカやロックウールは分散性が悪く、毛玉化していることに気づき、この毛玉化とブレーキ摩擦材性能との関係に着目して鋭意検討した。
【０００５】
その結果、この毛玉化によって、気孔率で表されるように空孔が保持され、気孔率が向上する。また、摩擦面では、毛玉内部の繊維材は樹脂と結合していないので繊維材が容易に脱落し、大きな孔が存在する。そしてこの孔が制動により生じた有機物の分解生成物を掻き取り、摩擦面を正常に保つ機能を有していると考えるに至った。
そこで、この観点から、チタン酸カリウムウィスカ、ロックウール、スラグウールの代替ぶつとなり得るものにつき、探索した。かかる代替物としては以下の性質が必要である。すなわち、耐熱性が必要なことから無機質であること、制動による力で物理的に分解されて摩擦面から脱落しやすいこと、相手ロータを摩耗し難い低硬度材料であること、毛玉形状の性能を具備するため、形状が無機繊維の毛玉と同程度の粒状であることなどである。
そして、バーミキュライトが上記の性質を有していることから、その粒径を検討し、かつ、強度向上のためにチタン酸カリウム板状繊維、さらに成形性、気孔率向上のために珪藻土を複合して用いることで、制動性能に優れ、かつ、高強度で使用時の割れ頻度が小さく、鳴き特性に優れるブレーキ摩擦材が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
すなわち、本発明の要旨は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有するブレーキ摩擦材において、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、平均粒径０．２〜２ｍｍの粒状バーミキュライトを１〜５質量％、珪藻土を５〜１５質量％、チタン酸カリウム板状物を５〜２０質量％含み、バーミキュライトと珪藻土の合計量が１０〜２０質量％であることを特徴とするブレーキ摩擦材にある。
本発明のブレーキ摩擦材としては、ｐＨ調整材を含有していてもよく、さらに軟質金属繊維を含んでいてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のブレーキ摩擦材は、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、平均粒径０．２〜２ｍｍの粒状バーミキュライトを１〜５質量％、珪藻土を５〜１５質量％含み、かつこの両者の合計量が、１０〜２０質量％であり、強化繊維材料としてチタン酸カリウム板状繊維をブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、５〜２０質量％含んでいる必要がある。このような構成にすることにより、気孔率を高めて、フェード試験時に高温になることによって生成した分解生成物を気孔に取り込んで、摩擦係数の低下を抑制し、耐フェード性を向上できる。
また、気孔率が高くなることによってブレーキ摩擦材が柔らかくなって、振動を抑制し、スキール音の発生を抑制することができる。
従って、チタン酸カリウムウィスカ等のウィスカを含まずとも高性能のブレーキ摩擦材となる。
【０００８】
本発明のブレーキ摩擦材は、さらに、スチールなどの硬質金属繊維、銅繊維などの軟質金属繊維、アラミド繊維などの有機繊維等を含んでいてもよい。
結合材としてはフェノール樹脂を例示できる。
潤滑材としては黒鉛、三硫化アンチモン、二硫化モリブデンなどを例示でき、摩擦調整材としては、カシューダスト、セラミック粉、金属粉、アルミナ粉などの金属酸化物粉、ゴム粉などを例示できる。
充填材としては、硫酸化バリウムなど、ｐＨ調整材としては水酸化カルシウムなどが用いられる。
【０００９】
本発明においては、粒状バーミキュライトの平均粒径が０．２ｍｍより小さいと、鳴きが発生しやすくなり、２ｍｍより大きくなるとブレーキ摩擦材を構成する材料の分散性が不良となり、ブレーキ摩擦材の製造が困難となる。バーミキュライトが１質量％より少ないと、鳴きが多くなる。逆にバーミキュライトが５質量％より多くなるとブレーキ摩擦材成型時に割れが発生しやすくなる。
【００１０】
珪藻土が５質量％より少ないとパッド摩耗量が増加し、鳴きが多く、耐フェード性が低下する。珪藻土が１５質量％より多くなってもパッド摩耗量が増加し、鳴きも多く、さらにグー音も発生しやすくなる。
バーミキュライトと珪藻土の双方が上記範囲内にあっても、この合計量が１０質量％未満になると、耐フェード性の低下や鳴きも多くなる問題点がある。
チタン酸カリウム板状繊維の配合量が５質量％より少ないと、パッド摩耗量も大きくなり、グー音が発生しやすくなる。
チタン酸カリウム板状繊維が２０質量％より多く配合されると耐フェード性が大きく低下し、鳴きが非常に多くなる。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例を用いて、本発明をさらに詳しく説明する。
（実施例１〜５、比較例１〜８）
まず、裏金を充分に洗浄した後、接着剤を塗布し、乾燥した。
次いで、表１に記載の材料を表１に記載の量配合し、均一に混合した。
なお、表１の各実施例におけるバーミキュライトは平均粒径０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍの粒状バーミキュライトの混合物を用い、比較例１では平均粒径０．１ｍｍ、比較例２では平均粒径３．０ｍｍのものを用いた。
また、強化繊維としては、スチール繊維（平均繊維径５０μｍ、平均長さ２ｍｍ）と、アラミド繊維、銅繊維（平均繊維径６０μｍ、平均長さ３ｍｍ）の混合物を用いた。
潤滑材としては、黒鉛及び二硫化モリブデンの混合物を用いた。
摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴム粉及びアルミナ粉の混合物を用い、ｐＨ調整剤として水酸化カルシウムを用いた。
【００１２】
【表１】

【００１３】
これを、常温で所定の金型を用いて圧力５０ＭＰａで冷間圧縮成形して予備成形品を得た。
次いで、接着剤を塗布した裏金と、この予備成形品とを１５０℃に設定した金型に投入し、４０ＭＰａの圧力で２５０〜３００秒加熱圧縮成形（本成形）した。さらに、この加熱圧縮成形品を２２０℃、６時間の条件で熱処理し、研磨、溝加工を施してブレーキ摩擦材（ブレーキパッド）を得た。
各実施例においてはこのブレーキ摩擦材製造工程における予備成形品の取り扱い性は良好で、取り扱い時に予備成形品が崩れたものは１つもなかった。
これらのブレーキ摩擦材につき、摩擦摩耗特性（自動車技術会規格ＪＡＳＯＣ−４０６）及び実車における異音を調査した。
その結果を表２に示す。
また、ロータの摩耗性を調べたが、チタン酸カリウムウィスカを用いたブレーキ摩擦材を用いた場合に比べて、各実施例で得たブレーキ摩擦材を用いた場合は使用時における摩擦材の割れの頻度は少なかった。
【００１４】
【表２】

【００１５】
表２中、効力は第２効力のミニマム値で１３０ｋｍ／ｈ、８．０ｍ／ｓ²の時の値を示し、フェードは第１フェードのミニマム値（１００ｋｍ／ｈ、４．５ｍ／ｓ²、３５ｓ毎）を示しており、これらの値が大きいほどブレーキの効力が高くなる、あるいは、フェード現象が発生し難くなることを示している。
また、パッド摩耗量は１０００回あたりの値であり、この値が小さいほど摩耗量が少なく、良好であることを示している。
また、鳴き回数は、３０００回あたりの値である。
【００１６】
各実施例のブレーキ摩擦材は予備成形品の取り扱い性にすぐれ、かつ、表２から明らかなように、耐フェード性、摩擦摩耗特性、鳴き特性、異音とも性能に優れるが、比較例１のブレーキ摩擦材はバーミキュライトの粒径が小さすぎるため鳴きが発生しやすくなり、フェード値も低めの値となっている。
比較例２ではバーミキュライトの粒径が大きすぎるため、材料の分散性が不良となり、ブレーキ摩擦材の製造が困難となっている。
比較例３ではバーミキュライトを含まないため、鳴きが発生しやすくなっている。
比較例４では予備成形品の取り扱い性に劣り、成型時に割れが多発している。
比較例５では、珪藻土が少なすぎるため、フェード値が低めの値となり、パッド摩耗量が多くなり、鳴きが発生しやすくなっている。
比較例６では、珪藻土が多すぎるため、フェード値が低めとなり、パッド摩耗量が大きく、鳴きも多い。
比較例７では、チタン酸カリウム板状繊維が少なすぎるため、フェード値が低く、パッド摩耗量も多く、グー音が発生している。
比較例８では、チタン酸カリウム板状繊維が多すぎるため、フェード値が低くなり、鳴きが非常に多くなっていることがわかる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のブレーキ摩擦材は、平均粒径０．２〜２ｍｍのバーミキュライトと珪藻土、及びチタン酸カリウム板状繊維を所定量配合することにより、チタン酸カリウムウィスカを使用せずとも良好な耐フェード性を示し、高強度で使用時の割れの発生頻度が小さく、鳴き特性に優れるという特徴を有する。

Claims

少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有するブレーキ摩擦材において、ブレーキ摩擦材を１００質量％としたとき、平均粒径０．２〜２ｍｍの粒状バーミキュライトを１〜５質量％、珪藻土を５〜１５質量％、チタン酸カリウム板状繊維を５〜２０質量％含み、バーミキュライトと珪藻土の合計量が１０〜２０質量％であることを特徴とするブレーキ摩擦材。