JP5331428B2 - ブレーキ摩擦材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のブレーキ摩擦材に関するものである。

従来、自動車等のブレーキ摩擦材には、補強材として、スチール繊維などの金属繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、あるいはチタン酸ナトリウム多結晶繊維等の天然または人造の繊維等が使用されている。
このブレーキ摩擦材は、上記の補強材の他、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調整材などを数種混合し、その後、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。

このようなブレーキ摩擦材としては、既に、本発明者等により、変性無しのフェノール樹脂及び未加硫のニトリルゴム粉末を結合材とし、金属繊維、チタン酸カリウム板状繊維、ウオラストナイト、ロックウールを含有したブレーキ摩擦材が提案されている（特許文献１）。
このブレーキ摩擦材は、摩擦材中に均一分散が容易な平均粒径が１０〜２０μｍのチタン酸カリウム板状繊維を含んでいることから、剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の安定性、異音の低減性に優れたものとなっている。
また、硬化性の良い変性無しのフェノール樹脂を含んでいることから、加熱成形の時間が短縮され、製造が容易なものとなっている。
特開２００８−５７６９３号公報

ところで、近年の自動車の性能の向上に伴い、ブレーキ摩擦材においても特性の向上が求められており、摩擦特性、異音性能、品質安定性等に対して、さらなる特性の向上が求められている。特に、ブレーキ摩擦材の鳴きは、大きな課題の一つであり、摩擦係数を高くすると鳴きが発生し易くなり、改善が必要であった。
しかしながら、本発明者等が提案したチタン酸カリウム板状繊維を含むブレーキ摩擦材においては、多車種にパッドを装着した場合、特定の車種、特定の条件下にて鳴きが発生するという問題があった。
特に、常用時の摩擦係数を０．４５程度と高く設定した場合、鳴きが発生し易くなり、高くかつ安定した摩擦係数の確保と、鳴きの低減とを両立させることが難しい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、摩擦特性の安定性と異音の低減性を両立させることができ、しかも品質安定性に優れ、製造が容易なブレーキ摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたときに、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有することとし、この銅繊維の平均繊維径を５０〜１００μｍとすれば、常用時の摩擦係数を高く設定した場合においても、鳴きが発生し難くなり、高くかつ安定した摩擦係数の確保と、鳴きの低減とを両立させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、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、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有してなり、前記銅繊維の平均繊維径は５０〜１００μｍであることを特徴とする。

本発明のブレーキ摩擦材によれば、ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたときに、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有したので、常用時の摩擦係数を０．４５程度と高く設定することができ、鳴きを発生し難くすることができ、摩耗量を低減することができる。したがって、高くかつ安定した摩擦係数の確保と、鳴きの低減とを両立させることができる。
以上により、低温低速時から高温高速時までの幅広い範囲に亘って、摩擦係数を向上させかつ安定化することができ、鳴きの発生も防止することができる。

また、銅繊維の平均繊維径を５０〜１００μｍとしたので、銅繊維の分散性を確保することができ、摩擦係数を向上させることができる。
また、気孔率を１５〜２０％としたので、スチール繊維、銅繊維及び亜鉛粉それぞれの全質量を最適化することができ、したがって、剪断強度及び接着強度を高めることができ、摩擦特性の変動が小さくかつ安定性に優れたものとすることができ、異音の防止に優れたものとすることができる。

本発明のブレーキ摩擦材を実施するための最良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、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材であり、このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有している必要がある。

上記の強化繊維としては、その一部に、このブレーキ摩擦材の全体量１００質量％に対して、スチール繊維を５〜１０質量％含有していることが必要であり、このスチール繊維は、強化繊維中に均一分散していることが好ましい。
ここで、強化繊維としてスチール繊維が好ましい理由は、このスチール繊維は、高温高湿等の環境下においてもブレーキ摩擦材が当接するディスクロータと凝着摩擦することで摩擦係数を向上させることができるので、摩擦特性の安定性、品質安定性に優れているからである。

ここで、スチール繊維の含有量を５〜１０質量％と限定した理由は、この範囲がスチール繊維の高温時の凝着摩擦による摩擦係数の向上を図ることができるからである。なお、スチール繊維の含有量が５％未満では、高速、高温時の摩擦係数を高く維持することができず、また、１０質量％を超えると、摩擦材とロータとの焼き付きによる摩擦係数の急激な増加を抑制することができなくなり、したがって、凝着摩擦による摩擦の影響が大きくなり、スキール音が発生し易くなるので、好ましくない。
この強化繊維は、その他の繊維として、アラミド繊維等の有機繊維、ロックウール、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維等の無機繊維、等を含んでもよい。

また、銅繊維を５〜１０質量％と限定した理由は、この範囲が銅の柔らかさ及び延性という特徴を生かすことで、低温での摩擦係数の向上を図ることができるからである。なお、銅繊維の含有量が５質量％未満では、摩擦係数の向上を図ることができず、また、１０質量％を超えると、高温高速時の運動エネルギーが大きな時に銅の延性が増し、潤滑性も強調され、その結果、摩擦係数が低下するので、好ましくない。
さらに、この銅繊維の平均繊維径を５０〜１００μｍと限定した理由は、平均繊維径が５０μｍ未満では、摩擦係数の向上を図ることができず、また、平均繊維径が１００μｍを超えると、銅繊維の本数が減少し、このブレーキ摩擦材中での分散性が悪化するので、好ましくない。

摩擦調整材としては、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％含有していることが必要であり、この亜鉛粉は、摩擦調整材中に均一分散していることが好ましい。
ここで、亜鉛粉を用いた理由は、亜鉛が金属の中で融点が４２０℃と低く、融解熱も７．３２ｋＪ／ｍｏｌと小さく、モース硬度が２．５と柔らかいからである。

この亜鉛粉の粒径は５〜７５μｍの範囲が好ましい。亜鉛粉の粒径が７５μｍを越えると、粒径が大き過ぎるために、低速、低温での制動で摩擦面の温度及び運動エネルギーが低く、亜鉛粉が溶融し難くなり、したがって、制動終了近くで摩擦面の亜鉛粉が溶融し、摩擦係数を僅かに下げることができなくなり、その結果、スキール音が発生し易くなるからである。一方、亜鉛粉の粒径が５μｍ未満であると、粒径が小さ過ぎるために、制動面から脱落しやすくなって亜鉛粉が少なくなることで、亜鉛粉が溶融して摩擦係数が僅かに下がり、スキール音が発生し易くなるからである。

また、亜鉛粉を２〜５質量％とした理由は、亜鉛粉が２質量％未満では、上記理由と同様にスキール音が発生し易くなり、また、５質量％を超えると、高速高温時に亜鉛の溶融による摩擦係数の低下が大きくなるからである。
この摩擦調整材は、亜鉛粉以外の材料としては、有機系摩擦調整材及び無機系摩擦調整材のうちいずれか一方または双方が含まれていることが好ましく、有機系摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴム粉等が、無機系摩擦調整材としては、珪酸ジルコニウム、アルミナ、酸化鉄、錫等の粉末が好適に用いられる。

なお、潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が好適に用いられる。
充填材としては、硫酸バリウム等が好適に用いられる。
結合材としては、変性無しのフェノール樹脂等が好適に用いられる。
このブレーキ摩擦材は、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が用いられる。

このような構成とすることにより、スチール繊維、銅繊維及び亜鉛粉それぞれの全質量が最適化される。その結果、剪断強度及び接着強度が高まり、摩擦特性の変動が小さくかつ安定性に優れたものとなり、異音の防止に優れたものとなる。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例１〜８」
実施例１〜８のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
まず、溶剤を用いて裏金を充分に洗浄し、この裏金にショットブラストまたはリン酸処理等の化成処理を施した後、摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥した。

また、スチール繊維、平均繊維径が５０〜１００μｍかつ平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉、粒径が７５μｍ以下の銅粉、結合材として、フェノール樹脂及び未加硫のニトリルゴム粉末、その他の強化繊維として、チタン酸カリウム板状繊維、ウオラストナイト、ロックウール及びアラミド繊維、潤滑材として黒鉛、コークス等、有機系摩擦調整剤としてカシューダスト、加硫済のゴム粉末等、無機系摩擦調整剤として酸化鉄、珪酸ジルコニウム等の粉末、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、所定量秤量し、混合した。
実施例１〜８それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

ここでは、スチール繊維の含有量が下限値のプレーキパッドを実施例１、スチール繊維の含有量が上限値のプレーキパッドを実施例２、銅繊維の平均繊維径が下限値かつ含有量が下限値のプレーキパッドを実施例３、銅繊維の平均繊維径が下限値かつ含有量が上限値のプレーキパッドを実施例４、銅繊維の平均繊維径が上限値かつ含有量が下限値のプレーキパッドを実施例５、銅繊維の平均繊維径が上限値かつ含有量が上限値のプレーキパッドを実施例６、亜鉛粉の含有量が下限値のプレーキパッドを実施例７、亜鉛粉の含有量が上限値のプレーキパッドを実施例８とした。

その後、この混合物を所定の金型を用いて、５０ＭＰａの圧力かつ常温（２５℃）にて冷間圧縮成形した。
次いで、この冷間圧縮成形品と上記の接着剤を塗布した裏金を、１５０℃に加熱した金型内にセットし、この温度にて４０ＭＰａの圧力で２５０秒加熱圧縮成形した。
次いで、この成型品を２２０℃にて６時間熱処理し、さらに、研磨加工、溝加工を施し、実施例１〜８のプレーキパッドとした。

「比較例１〜９」
スチール繊維の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例１、スチール繊維の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例２、銅繊維の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例３、銅繊維の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例４、銅繊維の平均繊維径が本発明の下限値より小さいプレーキパッドを比較例５、銅繊維の平均繊維径が本発明の上限値より大きいプレーキパッドを比較例６、亜鉛粉の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例７、亜鉛粉の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例８、亜鉛粉の粒径が本発明の上限値より大きいプレーキパッドを比較例９とし、上記実施例１〜８と全く同様にして比較例１〜９のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
比較例１〜９それぞれの配合量（質量％）を表２に示す。

このようにして作製された実施例１〜８及び比較例１〜９のプレーキパッドについて、摩擦特性、パッド摩耗量、実車による鳴き発生頻度をそれぞれ測定した。
摩擦特性は、第２効力試験及び第１フェードリカバリ試験の２項目について、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０６「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき測定した。
パッド摩耗量も、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０６「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき測定した。

鳴き発生頻度は、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範囲としたときの、それぞれの組み合わせで所定回数、ダイナモメータにより制動試験を行い、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ときの回数を計数して、その割合を算出した。
実施例１〜８の測定結果を表３に、比較例１〜９の測定結果を表４に、それぞれ示す。

表３、４によれば、実施例１〜８は、比較例１〜９に比べて摩擦特性の変動が小さく安定性に優れ、異音の防止に優れていることが確認された。
また、実施例１〜８は、従来の製造方法をそのまま適用することができるので、製造に格別困難性はなく、製造が容易であることが確認された。

本発明は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有することにより、摩擦特性の安定性と異音の低減性を両立させ、しかも品質安定性に優れ、製造が容易なものであるから、自動車はもちろんのこと、ブレーキ機構を有する動力機械等へも適用可能であり、その工業的意義は極めて大である。

Claims (1)

1. 少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、
   このブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、
   スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有してなり、
   前記銅繊維の平均繊維径は５０〜１００μｍであることを特徴とするブレーキ摩擦材。