JP4959263B2 - 摩擦材の製造方法 - Google Patents
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又、昨今、欧州市場を中心に、長寿命かつ軽量で商品化に成功しているSiC・炭素繊維を基材としたブレーキロータ等の摩擦材として、高温域での使用に耐えうるブレーキパッドの開発は急務となっている。前記したロータは、従来の鋳鉄製ロータと比較して、摩擦界面(ロータと摩擦材界面)での急激な温度上昇を引き起こしやすく、結果としてフェード現象の要因となる。また、そのロータの表面温度上昇によってブレーキ液温度の上昇を引き起こし、さらにべーパロック現象の要因となる。
配合材料としては、有機繊維、ガラス繊維などの無機繊維、鉄あるいは銅繊維などの金属繊維等の繊維基材、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の充填材、ゴムダスト、カシューダスト、金属酸化物、金属粒子、セラミック粒子等の摩擦調整材、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑材、フェノール樹脂等の結合材が使用されるが、従来の配合材料を使用した製造方法ではセラミックロータとの係合に適した気孔を有する摩擦材の製造は難しく、耐摩耗性、耐熱劣化特性の確保とフェード特性の両立に課題が残されていた。
従って、本発明の課題は、他の摩擦特性を犠牲にせず、摩擦材の熱処理によって気孔率を調整して、摩擦材が車両のディスクブレーキ等、特にセラミックロータと組み合わされたとき、耐摩耗性とフェード特性とを両立させることのできる摩擦材の製造方法と前記製造方法による摩擦材を提供することである。
(1)セラミックス製のロータとの摩擦係合に用いられる摩擦材の製造方法において、非アスベスト系摩擦材の配合基材に更に熱可塑性樹脂材料を配合し、摩擦材の熱成形後に前記熱可塑性樹脂材料の融点以上の温度で加熱処理することにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする摩擦材の製造方法。
(2)前記熱可塑性材料として、ポリプロピレン又はポリエチレン繊維を用いることを特徴とする前記(1)記載の摩擦材の製造方法。
(3)熱可塑性樹脂材料を、前記熱可塑性樹脂材料を除いた非アスベスト系摩擦材の全配合基材100質量部に対して1〜12質量部配合することを特徴とする前記(1)又は(2)記載の摩擦材の製造方法。
(5)前記摩擦材の加熱処理において、温度200〜300℃で1〜5時間加熱処理を行うことにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の摩擦材の製造方法。
(6)セラミックス製のロータとの摩擦係合に用いられる摩擦材の製造方法において、少なくとも繊維基材、摩擦調整材、潤滑材、充填材、結合材からなる非アスベスト系摩擦材の配合基材に更に融点が摩擦材の成形温度以上であり後の加熱工程の加熱処理温度以下である熱可塑性樹脂材料を配合し、摩擦材の熱成形後に前記熱可塑性樹脂材料の融点以上の温度で加熱処理することにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする摩擦材の製造方法。
又、セラミックロータの急激な温度上昇によって発生した熱エネルギーによって、摩擦材の構成材料の熱劣化が引き起こされ、ブレーキパッドの摩耗が促進される要因となる。本発明では気孔率を調整することによって発生した熱が摩擦材内部まで拡散することを遮断し、摩擦材の摩耗量の増加を防止する。
従って、本発明の製造方法による均一で大きい気孔径の気孔を有する摩擦材の使用により耐摩耗性とフェード特性を両立させることが可能になった。
従来、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂によって成形された摩擦材は、内部に均一で大きい気孔を持ちにくい。本発明においては、ポリプロピレンに代表される低燃焼温度の樹脂を摩擦材に配合し、これを摩擦材の成形後に樹脂の融点以上の温度で高温加熱処理することによって、摩擦材内部に空孔を作ることが可能となる。ここで配合される熱可塑性樹脂の融点は成形温度以上であり、後加熱処理温度(摩擦材の加熱処理工程の温度)以下であることが望ましい。
融点が摩擦材の成形温度以上であり後加熱処理温度以下にある熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂あるいはそれらの混合物等を挙げることができる。
最も好ましいのは、ポリプロピレンであり、ポリプロピレンは単独重合体であってもよく、プロピレンと、エチレンあるいは1−ブテン、イソプレン等をブロック的に共重合したり、プロピレンとコモノマーをランダムに共重合した共重合体であってもよい。前記したポリオレフィンの物性値はポリオレフィンの製造法と用途により異なるが、摩擦材に配合する際の物性値は、摩擦材の目標性能により当業者の裁量で決定することが出来る。
ポリプロピレンは比重が0.90〜0.91と汎用プラスチックではもっとも小さく、熱成形時の樹脂流動性に優れ、成形収縮率は1〜2%の範囲であり、ポリスチレン等の非晶性樹脂よりも比較的大きく、成形収縮率の異方性バランスも良好である。
従って、水銀の加圧力を連続的に増大させていくことにより、気孔径とその体積が順次積算されていき、積算値を微分するとグラフの縦軸には微分細孔容積が示される。
摩擦材の気孔率を大きくすると、ブレーキをかけたときに発生するガス圧を下げることができるため、フェード特性が向上する。本発明の摩擦材は均一で大きい気孔径を有し、しかも所定の気孔率を確保できるため、特に、セラミックロータの急激な温度変化でフェード現象を抑制する摩擦材として有用である。又、セラミックロータの急激な温度変化に対する摩擦材熱伝導率(断熱効果)の調整手法としても有効である。
具体的な配合割合を示すなら、補強用の繊維基材は、摩擦材全体の5〜30質量%、摩擦調整材が10〜30質量%、潤滑材が5〜15質量%、充填材が20〜55質量wt%、結合材が5〜15質量%とするのが好ましい。
[摩擦材の作成]
第1表は熱可塑性樹脂材料を除いた非アスベスト系摩擦材の基本摩擦材処方を示す。次に、第2表に示すように、基本摩擦材用基材100質量部に対し、ポリプロピレンを5質量部(実施例1)、9質量部(実施例2)、12質量部(実施例3)配合して定法により摩擦材を作成した。
次に、ポロシメータにより測定したときの気孔径と気孔率の関係を図2に示す。図2から、実施例1の摩擦材は気孔径が5μmに分布のピークがあり、実施例2では20μm付近、実施例3では30μm付近にピークのあることが分かる。
図1から分かるように、ポリプロピレンが配合された摩擦材は配合しないものに対して大きな気孔径を成形物内にもつことが観測され、また配合量を増やすことによって、気孔径をさらに大きくすることが出来る。
又、理解を容易にするために、ポリプロピレンの配合量と摩擦材の気孔率の関係を図6に示したが、実施例3の摩擦材の気孔率が21%であり、比較例1の摩擦材の気孔率が18%であることを考慮すると、本発明の製造方法による摩擦材は均一で気孔径の大きい気孔を有することが理解される。
フェード試験の制動条件は、セラミックロータを使用して時速280kmから100km、減速度9.8m/s2、45秒間隔で25回制動の摩擦係数を測定し、最小摩擦係数(μ)を計測した。その結果を図1に示す。図1は、ロータの初期温度と最小摩擦係数(μ)との相関を示している。又、ついでにポリプロピレンの配合量と摩擦材の熱伝導率との関係を図3に示したが、ポリプロピレンの配合量が増えても熱伝導率が極端に上昇することはなかった。熱伝導率はQTM法により測定した。
また、図1に示されるようにポリプロピレン繊維を5質量部(実施例1)添加するだけでも最小摩擦係数(μ)が比較例1に対して著しく増加したことが示されており、ポリプロピレンを配合して気孔率を調整することでフェード現象を解決することが出来る。
鋳鉄(FC)ロータとセラミック(CMC)ロータの性質の違いは、前記のとおりCMCロータの低い熱容量によって引き起こされる制動中の温度上昇量に大きい差があることである。参考までに、フェード試験中の温度上昇量比較を図4に示す。図中、CMCはセラミックロータであり、FC ROTORは鋳鉄ロータであることを示す。又、横軸は制動回数を表し、縦軸は温度上昇量を示す。
以上、本発明の製法による摩擦材と従来の汎用摩擦材をセラミックロータと組み合わせて制動試験を行い両者を比較した結果、本発明の配合基材と製造方法がセラミックロータ用として不可欠であることが分かった。
Claims (6)
- セラミックス製のロータとの摩擦係合に用いられる摩擦材の製造方法において、非アスベスト系摩擦材の配合基材に更に熱可塑性樹脂材料を配合し、摩擦材の熱成形後に前記熱可塑性樹脂材料の融点以上の温度で加熱処理することにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする摩擦材の製造方法。
- 前記熱可塑性材料として、ポリプロピレン又はポリエチレン繊維を用いることを特徴とする請求項1記載の摩擦材の製造方法。
- 熱可塑性樹脂材料を、前記熱可塑性樹脂材料を除いた非アスベスト系摩擦材の全配合基材100質量部に対して1〜12質量部配合することを特徴とする請求項1又は請求項2記載の摩擦材の製造方法。
- 熱可塑性樹脂材料を、熱可塑性樹脂材料を除いた非アスベスト摩擦材の全配合基材100質量部に対して5〜12質量部配合することを特徴とする請求項3記載の摩擦材の製造方法。
- 前記摩擦材の加熱処理において、温度200〜300℃で1〜5時間加熱処理を行うことにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の摩擦材の製造方法。
- セラミックス製のロータとの摩擦係合に用いられる摩擦材の製造方法において、少なくとも繊維基材、摩擦調整材、潤滑材、充填材、結合材からなる非アスベスト系摩擦材の配合基材に更に融点が摩擦材の成形温度以上であり後の加熱工程の加熱処理温度以下である熱可塑性樹脂材料を配合し、摩擦材の熱成形後に前記熱可塑性樹脂材料の融点以上の温度で加熱処理することにより、摩擦材内部に空孔を形成することを特徴とする摩擦材の製造方法。
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