JP5456296B2 - 摩擦対 - Google Patents

Description

本発明は、高い摩擦係数が必要とされる摺動部において、ノイズ及び振動の抑制に優れた摩擦面を安定して形成し、かつ維持する摩擦対に関する。

従来から、自動車や工作機等のクラッチ用又はブレーキ用摺材及び相手材との対として用いられる摩擦対には、様々な性能が求められてきた。特に、摺材及び相手材の摩擦面の安定した形成は、効きの良いクラッチ又はブレーキを開発する上で欠かせない課題である。

摩擦材の安定した摩擦面の形成に、自己潤滑性摩擦材料を用いる技術が、これまでにも開示されている。
特許文献１は、母材金属と該母材金属表面に形成された硬質皮膜と該硬質皮膜を貫通し該母材に達する細孔中に固定された自己潤滑性材料とからなることを特徴とする自己潤滑性摩擦材料に関する技術を開示している。

特開２０００−４６０８３号公報

特許文献１で開示されたような自己潤滑性材料を用いた摩擦材料は、耐摩耗かつ低摩擦係数特性の向上を課題としている。したがって、前記文献に記載された技術を用いたとしても、耐摩耗かつ高摩擦係数特性の向上を達成した材料を作製することは困難であると考えられる。また、特許文献１で開示されたような摺動材料は、摺動過程において、平坦な硬質被膜上に自己潤滑性材料の被膜が形成されることによって自己潤滑性が発生する。このため、接触圧力、摩擦速度、摩擦面や雰囲気温度などの摺動条件や、砂、泥、雨、水たまりの水などの摩擦面への介入や超低温などの特殊環境によっては、自己潤滑性の硬質被膜が掻き取られて、安定した摩擦面の維持は困難であると考えられる。
本発明は、高い摩擦係数が必要とされる摺動部において、ノイズ及び振動の抑制に優れた摩擦面を安定して形成し、かつ維持する摩擦対を提供することを目的とする。

本発明の摩擦対は、摩擦材及び被摩擦材を組み合わせ、当該摩擦材の摩擦面と当該被摩擦材の摩擦面とが当接してなる摩擦対であって、前記摩擦材の摩擦面と前記被摩擦材の摩擦面とを当接させることによって、少なくともいずれか一方の前記摩擦面上に硬質被膜を形成し、且つ、前記摩擦材は前記硬質被膜を形成するため、フッ化ビニリデン系フッ素ゴム、アルミニウム、青銅、真鍮、銅、及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ _２ ）からなる群より選ばれる少なくとも２つの硬質被膜形成物質を有し、且つ、前記被摩擦材の前記摩擦面には細孔が形成されており、且つ、摺動時に、前記摩擦材から前記硬質被膜形成物質の一部又は全部が前記被摩擦材の前記摩擦面へ移動し、前記被摩擦材の前記摩擦面の少なくとも前記細孔以外の部位で硬質被膜が形成されると共に、前記被摩擦材の前記細孔に前記硬質被膜形成物質が蓄えられることを特徴とする。

このような構成の摩擦対は、前記摩擦材が有する前記硬質被膜形成物質が前記被摩擦材の前記摩擦面へ移動することによって、前記被摩擦材の摩擦面上への硬質被膜形成と、前記被摩擦材の前記細孔における前記硬質被膜形成物質の蓄積を同時に行うことができる。また、本発明の摩擦対は、仮に高温時のような、硬質被膜が前記摩擦材上から失われやすい条件であっても、前記細孔において摺動時に蓄積された前記硬質被膜形成物質が、新たに硬質被膜を形成するために用いられることから、前記摩擦材及び前記被摩擦材の少なくともいずれか一方の前記摩擦面上に形成された前記硬質被膜を維持することができる。
また、このような構成の摩擦対は、各温度に応じた硬質被膜形成を行うことができる。さらに、このような構成の摩擦対は、いかなる温度においても、前記硬質被膜形成物質の、前記摩擦材から前記被摩擦材への移動量を常に一定以上に保ち、それによって安定した摩擦状態を維持することができる。

本発明の摩擦対は、前記摩擦材が、各摺動速度に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の前記硬質被膜形成物質を有することが好ましい。

このような構成の摩擦対は、各摺動速度に応じた硬質被膜形成を行うことができる。また、本発明の摩擦対は、いかなる摺動速度においても、前記硬質被膜形成物質の、前記摩擦材から前記被摩擦材への移動量を常に一定以上に保ち、それによって安定した摩擦状態を維持することができる。

本発明の摩擦対は、前記摩擦材が、前記摩擦材と前記被摩擦材との間で生じる各圧力に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の前記硬質被膜形成物質を有することが好ましい。

このような構成の摩擦対は、前記摩擦材と前記被摩擦材との間で生じる各圧力に応じた硬質被膜形成を行うことができる。また、本発明の摩擦対は、いかなる圧力においても、前記硬質被膜形成物質の、前記摩擦材から前記被摩擦材への移動量を常に一定以上に保ち、それによって安定した摩擦状態を維持することができる。

本発明によれば、前記摩擦材が有する前記硬質被膜形成物質が前記被摩擦材の前記摩擦面へ移動することによって、前記被摩擦材の摩擦面上への硬質被膜形成と、前記被摩擦材の前記細孔における前記硬質被膜形成物質の蓄積を同時に行うことができる。また、本発明によれば、仮に高温時のような、硬質被膜が前記摩擦材上から失われやすい条件であっても、前記細孔において摺動時に蓄積された前記硬質被膜形成物質が、新たに硬質被膜を形成するために用いられることから、前記摩擦材及び前記被摩擦材の少なくともいずれか一方の前記摩擦面上に形成された前記硬質被膜を維持することができる。

本発明の摩擦対は、摩擦材及び被摩擦材を組み合わせ、当該摩擦材の摩擦面と当該被摩擦材の摩擦面とが当接してなる摩擦対であって、前記摩擦材の摩擦面と前記被摩擦材の摩擦面とを当接させることによって、少なくともいずれか一方の前記摩擦面上に硬質被膜を形成し、且つ、前記摩擦材は前記硬質被膜を形成するための硬質被膜形成物質を有し、且つ、前記被摩擦材の前記摩擦面には細孔が形成されており、且つ、摺動時に、前記摩擦材から前記硬質被膜形成物質の一部又は全部が前記被摩擦材の前記摩擦面へ移動し、前記被摩擦材の前記摩擦面の少なくとも前記細孔以外の部位で硬質被膜が形成されると共に、前記被摩擦材の前記細孔に前記硬質被膜形成物質が蓄えられることを特徴とする。

本発明において、「被摩擦材」という言葉は、摩擦材によって摩擦されるもの、という意味以上の意味は特に有しない。したがって、例えばパッドとローターが一対となった摩擦対を本発明の摩擦対として採用する場合、ある時はパッドが「摩擦材」として、ローターが「被摩擦材」として働くこともあれば、ローターが「摩擦材」として、パッドが「被摩擦材」として働くこともあるものとする。

本発明において、「硬質被膜形成物質」とは、摩擦材の一部、好ましくは摩擦材の摩擦面の一部を構成する物質であり、摺動時に摩擦材の摩擦面から、被摩擦材の摩擦面へと移着する物質のことである。この移着の際に、被摩擦材に形成された細孔以外の部位で硬質被膜が形成されると共に、前記細孔に硬質被膜形成物質が蓄えられる。
硬質被膜形成成分は、摩擦材の摩擦面から被摩擦材の摩擦面へと移行し易い物質であり、且つ、被膜を形成するために、被摩擦材の摩擦面への付着性が高い物質であることが好ましい。
なお、硬質被膜形成成分としては、単一の成分を用いてもよいし、複数の成分を混合させて用いてもよい。

本発明において、「硬質被膜」とは、少なくとも摩擦材と被摩擦材とが当接した部位、且つ、少なくとも前記細孔以外の部位において形成されるものである。
摩擦対において生じるノイズ及び振動は、トルク変動に起因する。本発明の硬質被膜は、摩擦面の摩擦係数の面内均質化と、摩擦面の面内平滑化の２つの効果により、トルク変動を抑制し、そのことによってノイズ及び振動を抑制することができる。すなわち、摩擦面内全域に硬質被膜を形成することによって、表面の摩擦係数が均一になる効果が生じ、且つ、部分的に摩擦面が腐食されて凹凸面が形成されてしまったり、部分的に摩擦面が削り取られて凹凸が生じたりすることを防ぐ効果が生じる。

図１は、本発明の摩擦対の摺動の様子の一例を示した断面模式図である。
摩擦材１の摩擦面は、被摩擦材２の摩擦面３と当接している。摩擦材１中には硬質被膜形成物質４が含まれており、被摩擦材２の摩擦面３上には、口径Ｄ、深さＨの細孔３ａが形成されている。
図１（ａ）は摺動前の様子を示す図であり、摩擦面３上には硬質被膜が形成されておらず、細孔３ａは空である。
図１（ｂ）は摺動後の様子を示す。摺動後、摩擦材１から硬質被膜形成物質４の一部又は全部が被摩擦材２の摩擦面３へ移動し、被摩擦材２の摩擦面３の少なくとも細孔３ａ以外の部位で硬質被膜５が形成されると共に、被摩擦材２の細孔３ａに硬質被膜形成物質４が蓄えられる。

図２は、本発明の摩擦対のうち、摩擦材の一例を示した断面模式図である。図２（ａ）に示されるような、摩擦材中の硬質被膜形成物質４の粒径ｄがほぼ等しい場合には、図１（ｂ）に示されるように細孔３ａに硬質被膜形成物質４が蓄えられるためには、硬質被膜形成物質４の粒径が細孔３ａの口径以下であること、すなわちｄ≦Ｄであることが必要である。
また、図２（ｂ）に示されるような、摩擦材中の硬質被膜形成物質４の、摩擦材からの突出幅ｐがほぼ等しい場合には、図１（ｂ）に示されるように細孔３ａに硬質被膜形成物質４が蓄えられるためには、硬質被膜形成物質４の突出幅が細孔３ａの深さ以下であること、すなわちｐ≦Ｈであることが必要である。
ただし、実際には図２（ｃ）に示されるように、硬質被膜形成物質４の粒径はｄ_１、ｄ_２、ｄ_３等、硬質被膜形成物質４の摩擦材からの突出幅は０、ｐ_１、ｐ_２等とバラつきが生じるものであるため、これらの粒径の平均値がＤ以下、及びこれらの突出幅の平均値がＨ以下であれば、十分な量の硬質被膜形成物質４を細孔３ａに蓄えることができる。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、硬質被膜形成物質以外に、弾性率が１ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であり、−５０℃以上２００℃以下の範囲において、軟化点及びガラス転移点を持たず、且つ、圧縮強度が２５℃において５０ＭＰａ以上であり、２００℃において２５ＭＰａ以上である物質を有し、熱成形後の、周波数０．１Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、−５０℃以上２５０℃以下の範囲における動的粘弾性測定で得られる、前記摩擦材の損失正接ｔａｎδの最大値ｔａｎδ（Ｍａｘ）とｔａｎδの最小値ｔａｎδ（Ｍｉｎ）の関係が、
ｔａｎδ（Ｍａｘ）／ｔａｎδ（Ｍｉｎ）≦５ 式（１）
であることが好ましい。

上述したように、摩擦材及び被摩擦材を有する摩擦対においては、摩擦材及び被摩擦材のそれぞれの摩擦面が有する微小な凹凸や、摩擦材の被摩擦材への移着により生じる被摩擦材の摩擦面の凹凸、また、被摩擦材の摩擦面の微小領域における、摩擦材の摩擦面に加わる摩擦力変動等の原因により摩擦面間の面圧変動が生じ、当該変動が摩擦材を振動させ、被摩擦材と共鳴することにより、ノイズ及び振動が発生する。

図８は、摩擦材の摩擦面上の質量球が、被摩擦材の摩擦面の凹凸によって振動する様子を示した断面模式図である。
質量球１１は、摩擦材の摩擦面の一部を構成する質量ｍの球であり、いま、紙面に水平方向に、被摩擦材の摩擦面１２上を速度ｖ（＝ｄｘ／ｄｔ）で進むものとする。質量球１１としては、例えば、硬質被膜に含まれる材料のうち、硬質被膜形成物質、又は、当該硬質被膜形成物質以外の高い摩擦係数を有する材料を想定している。なお、被摩擦材の摩擦面１２は、簡便のため、ｓｉｎ波であるとする。
本発明で特定する、硬質被膜形成物質以外の物質（以下、摩擦力変動抑制物質という。）の粘弾性は、図中のバネ１３及びダッシュポット１４を並列につなげた回路によって表す。前記バネ１３は摩擦力変動抑制物質が有する弾性を表し、その弾性率はｋであるとする。前記ダッシュポット１４は摩擦力変動抑制物質が有する粘性を表し、その粘性率はηであるとする。

図８の質量球１１について運動方程式を立てると、

となる。Ｆ（ｔ）は、質量球１１にかかる力を表す。ここで、質量球１１の角振動数をωとし、質量球１１の変位ｘをｘ＝αｓｉｎ（ωｔ）として式（２）に代入すると、

となる。ここで、

とすると、式（３）は、

となり、三角関数を合成して、

したがって、ｔａｎδは、

と導出できる。

特に、高分子の粘弾性評価においては、ｔａｎδは、弾性に相当する貯蔵弾性率Ｅ’と、粘性に相当する損失弾性率Ｅ”との比である、

で表わすことができる。

上述したｔａｎδから求められるδの値が大きいほど、摩擦材の摩擦面の、被摩擦材の摩擦面に対する追従性が悪く、したがって、摩擦材‐被摩擦材間における摩擦力変動が大きくなる。したがって、摩擦面追従性を良くする（すなわちｔａｎδの値を小さくする）ことによって、摩擦力変動を小さく抑えることができ、摩擦対全体のノイズ・振動を抑制することができる。

本発明の摩擦対は、熱成形後の、周波数０．１Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下、−５０℃以上２５０℃以下の範囲における動的粘弾性測定で得られる、摩擦材の損失正接ｔａｎδの最大値ｔａｎδ（Ｍａｘ）とｔａｎδの最小値ｔａｎδ（Ｍｉｎ）の関係が、
ｔａｎδ（Ｍａｘ）／ｔａｎδ（Ｍｉｎ）≦５ 式（１）
であることが好ましい。これは、ｔａｎδ（Ｍａｘ）／ｔａｎδ（Ｍｉｎ）の値が５を超える場合は、上述した摩擦力変動を十分小さく抑えることができないからである。
ここでいう動的粘弾性測定の方法としては、例えば、ＪＩＳ Ｋ７２４４−１０で規格化された測定方法を用いることができる。
なお、ｔａｎδ（Ｍａｘ）／ｔａｎδ（Ｍｉｎ）の値は、２以下であるのが好ましい。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、以下の３つの条件を有する摩擦力変動抑制物質を有していることが好ましい。３つの条件とはすなわち、
１．弾性率が１ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であること。
２．−５０℃以上２００℃以下の範囲において、軟化点及びガラス転移点を持たないこと。
３．圧縮強度が２５℃において５０ＭＰａ以上であり、２００℃において２５ＭＰａ以上であること。
である。以下、上記３条件について詳細に説明する。

摩擦材中の摩擦力変動抑制物質の弾性率が１ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であることにより、摩擦材が摩擦によって生じる微小領域での摩擦力変動を吸収することができ、摩擦力発生初期の振動発生を抑制することができる。仮に前記弾性率が１ＧＰａ未満である場合、硬質被膜形成物質によって形成された硬質被膜が摩擦によって生じる微小領域での摩擦力変動を吸収するために必要な弾性を保つことができず、また、仮に前記弾性率が１５ＧＰａを超える値である場合、摩擦材の摩擦面の、被摩擦材の摩擦面に対する追従性を保つことができず、摩擦力発生初期の振動発生を抑制することができない。
なお、前記弾性率が２ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であることが特に好ましく、前記弾性率が３ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であることが最も好ましい。

摩擦材中の摩擦力変動抑制物質が、−５０℃以上２００℃以下の範囲において、軟化点及びガラス転移点を持たないことにより、摩擦時において摩擦材の摩擦力変動抑制物質が非晶質状態からゴム状態となることが無く、したがって安定した硬質被膜を形成することができる。

摩擦材中の摩擦力変動抑制物質の圧縮強度が２５℃において５０ＭＰａ以上であり、２００℃において２５ＭＰａ以上であることにより、室温において適度な圧縮強度を有し、且つ２００℃においても室温における圧縮強度の半分以上の圧縮強度を有する摩擦力変動抑制物質を有していることから、摩擦時及び摩擦前後において安定した硬質被膜を形成することができる。
なお、前記圧縮強度が２５℃において１００ＭＰａ以上であり、２００℃において５０ＭＰａ以上であることが特に好ましく、前記圧縮強度が２５℃において２００ＭＰａ以上であり、２００℃において１００ＭＰａ以上であることが最も好ましい。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、各摺動条件に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の硬質被膜形成物質を有することが好ましい。これは、摩擦材及び被摩擦材が摺動する際の各摺動条件に応じた硬質被膜形成を行うことができるからである。また、このような構成の摩擦対は、いかなる摺動条件においても、硬質被膜形成物質の、摩擦材から被摩擦材への移動量を常に一定以上に保ち、それによって安定した摩擦状態を維持することができる。
なお、摩擦材及び被摩擦材が摺動する際の各摺動条件の具体例としては、後述する摺動速度、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力、温度などを挙げることができるが、必ずしもこれらの摺動条件のみに限定されない。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、各摺動速度に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の硬質被膜形成物質を有することが好ましい。

図３は、本発明の摩擦対の典型例を示す断面模式図である。図３（ａ）は摺動速度がｖ_１の時の、図３（ｂ）は摺動速度がｖ_２の時の摩擦対の典型例をそれぞれ示した図である。図３に示した典型例の摩擦材１には、３種類の硬質被膜形成物質４ａ、４ｂ、４ｃが含まれている。
図３（ａ）においては、摺動速度ｖ_１におけるせん断強度が最も弱い硬質被膜形成物質４ａが細孔３ａ中に最も高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中にも多く含まれている。また、摺動速度ｖ_１におけるせん断強度が次に弱い硬質被膜形成物質４ｂは、細孔３ａ中に２番目に高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中においても前記物質４ａの次に多く含まれている。しかし、摺動速度ｖ_１におけるせん断強度が最も強い硬質被膜形成物質４ｃは、細孔３ａ中に蓄えられず、硬質被膜５中にも含まれていない。
これに対して、図３（ｂ）においては、摺動速度ｖ_２におけるせん断強度が最も弱い順である、前記物質４ｃ、前記物質４ｂの順に、細孔３ａ中及び硬質被膜５中に含まれる割合が高くなる。なお、前記物質４ａは、摺動速度ｖ_２におけるせん断強度が最も強いため、細孔３ａ中及び硬質被膜５中のいずれにも含まれない。

このように、本典型例の摩擦対は、摺動速度によって異なるせん断強度を有する２つ以上の硬質被膜形成物質を有する摩擦材を採用することにより、摩擦材の摩擦面上に、摺動速度に応じた硬質被膜形成を行うことができる。従来の摩擦対のように、硬質被膜形成物質の摺動速度依存性が考慮されない設計の摩擦対においては、各摺動速度において硬質被膜形成物質の移動に差が出てしまい、したがって安定した摩擦状態を保つことが難しい。

本典型例の具体例としては、結晶構造の異なる物質をそれぞれ硬質被膜形成物質として摩擦材に配合する場合が挙げられる。結晶構造、特に層構造の重なり具合が互いに異なる黒鉛、例えばα黒鉛（菱面体系黒鉛）とβ黒鉛（六方晶系黒鉛）等、摺動速度によるせん断強度が互いに異なる黒鉛を摩擦材に混ぜることによって、硬質被膜形成に速度依存性を付与し、摺動速度が変化しても、摩擦材から被摩擦材への硬質被膜形成物質の移動量や、硬質被膜が形成された摩擦面の摩擦係数を一定にすることができ、それによって安定した摩擦状態を保つことができる。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、摩擦材と被摩擦材との間で生じる各圧力に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の硬質被膜形成物質を有することが好ましい。

図４は、硬質被膜形成物質の歪量と、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力との関係（実線のグラフ）、及び硬質被膜形成物質の突出量と、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力との関係（破線のグラフ）を示した相関図である。なお、硬質被膜形成物質の歪量及び突出量は、グラフの上方であるほど大きくなるものとし、また、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力は、グラフの右方であるほど大きくなるものとする。
実線のグラフによれば、同じ応力＝圧力を与えると、弾性率が小さい硬質被膜形成物質は、弾性率が大きい硬質被膜形成物質と比較して、歪みの量が大きくなる。また、同じ弾性率の硬質被膜形成物質であっても、応力＝圧力が大きくなるにしたがって、歪みの量は増していく。
また、破線のグラフによれば、同じ応力＝圧力を与えると、弾性率が小さい硬質被膜形成物質は、弾性率が大きい硬質被膜形成物質と比較して、突出量が大きくなる。また、弾性率が同じように小さい硬質被膜形成物質においても、物質の径が小さい硬質被膜形成物質は、物質の径が大きい硬質被膜形成物質と比較して、さらに突出量が大きくなる。さらに、同じ弾性率且つ同じ物質径の硬質被膜形成物質であっても、応力＝圧力が大きくなるにしたがって、突出量は減っていく。
図４に示したように、互いに弾性率が異なる硬質被膜形成物質を２以上配合することによって、等しい応力下においても硬質被膜形成物質の歪量及び突出量がそれぞれ異なることから、各硬質被膜形成物質の摩擦材から被摩擦材への移動量が各応力によって異なり、したがって本発明の効果である、摩擦材と被摩擦材との間で生じる各圧力に応じた硬質被膜形成を行うことができる。

図５は、本発明の摩擦対の第二の典型例を示す断面模式図である。図５（ａ）は摩擦材と被摩擦材との間で生じた圧力がｐ_１の時の、図５（ｂ）は摩擦材と被摩擦材との間で生じた圧力がｐ_２の時の摩擦対の第二の典型例をそれぞれ示した図である。図５に示した第二の典型例の摩擦材１には、３種類の硬質被膜形成物質４ｄ、４ｅ、４ｆが含まれている。
図５（ａ）においては、圧力ｐ_１におけるせん断強度が最も弱い硬質被膜形成物質４ｄが細孔３ａ中に最も高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中にも多く含まれている。また、圧力ｐ_１におけるせん断強度が次に弱い硬質被膜形成物質４ｅは、細孔３ａ中に２番目に高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中においても前記物質４ｄの次に多く含まれている。しかし、圧力ｐ_１におけるせん断強度が最も強い硬質被膜形成物質４ｆは、細孔３ａ中に蓄えられず、硬質被膜５中にも含まれていない。
これに対して、図５（ｂ）においては、圧力ｐ_２におけるせん断強度が最も弱い順である、前記物質４ｆ、前記物質４ｅ、前記物質４ｄの順に、細孔３ａ中及び硬質被膜５中に含まれる割合が高くなる。

このように、本典型例の摩擦対は、摩擦材と被摩擦材との間で生じた圧力によって異なるせん断強度を有する２つ以上の硬質被膜形成物質を有する摩擦材を採用することにより、摩擦材の摩擦面上に、圧力に応じた硬質被膜形成を行うことができる。従来の摩擦対のように、硬質被膜形成物質の圧力依存性が考慮されない設計の摩擦対においては、各圧力において硬質被膜形成物質の移動に差が出てしまい、したがって安定した摩擦状態を保つことが難しい。

本発明の摩擦対は、摩擦材が、各温度に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の硬質被膜形成物質を有することが好ましい。

図６は、硬質被膜形成物質のせん断剛性と、温度との関係を、フッ化ビニリデン系フッ素ゴム（以下、ＦＫＭと略す。）、アルミニウム（以下、アルミと略す。）、青銅、真鍮、銅の各材料について示した相関図である。各グラフの屈折は、その温度条件においてガラス転移点又は融点を有することを示しており、ガラス転移温度は、ＦＫＭが−２０℃、融点はそれぞれ、アルミが６５０℃、青銅が８００℃、真鍮が９００℃、銅が１０００℃である。なお、温度は、グラフ中の右方ほど高くなるものとし、せん断剛性は、グラフ中の上方ほど小さくなるものとする。
ＦＫＭは、約−２０℃がガラス転移点であるため、ガラス転移点を超えるとゴム状又は液状となり、せん断剛性が急激に低下する。アルミ等の金属も、融点よりも高い温度においては、せん断剛性が低下する。
図６に示された材料以外にも、硬質被膜形成物質として用いることができる材料であり、且つ、融点が既知であるものとしては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）（融点：２７００℃）等を用いることができる。
図６に示したような、互いにガラス転移温度、融点が異なる硬質被膜形成物質、又は図６には示されていないが、例えば、ある温度において硫化物から酸化物へ変化するときにせん断剛性が変化するような物質を２つ以上配合することによって、摩擦材と被摩擦材との間で生じる各圧力に応じた硬質被膜形成を行うことができる。
なお、上述したある温度において硫化物から酸化物へ変化するときにせん断剛性が変化するような物質の例としては、二硫化モリブデンを挙げることができる。

図７は、本発明の摩擦対の第三の典型例を示す断面模式図である。図７（ａ）は温度がｔ_１の時の、図７（ｂ）は温度がｔ_２の時の摩擦対の第三の典型例をそれぞれ示した図である。図７に示した第三の典型例の摩擦材１には、３種類の硬質被膜形成物質４ｇ、４ｈ、４ｉが含まれている。
図７（ａ）においては、温度ｔ_１におけるせん断強度が最も弱い硬質被膜形成物質４ｇが細孔３ａ中に最も高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中にも多く含まれている。また、温度ｔ_１におけるせん断強度が次に弱い硬質被膜形成物質４ｈは、細孔３ａ中に２番目に高い割合で蓄えられ、硬質被膜５中においても前記物質４ｇの次に多く含まれている。しかし、温度ｔ_１におけるせん断強度が最も強い硬質被膜形成物質４ｉは、細孔３ａ中に蓄えられず、硬質被膜５中にも含まれていない。
これに対して、図７（ｂ）においては、温度ｔ_２におけるせん断強度が最も弱い順である、前記物質４ｉ、前記物質４ｈの順に、細孔３ａ中及び硬質被膜５中に含まれる割合が高くなる。なお、前記物質４ｇは、温度ｔ_２におけるせん断強度が最も強いため、細孔３ａ中及び硬質被膜５中のいずれにも含まれない。

このように、本典型例の摩擦対は、温度によって異なるせん断強度を有する２つ以上の硬質被膜形成物質を有する摩擦材を採用することにより、摩擦材の摩擦面上に、温度に応じた硬質被膜形成を行うことができる。従来の摩擦対のように、硬質被膜形成物質の温度依存性が考慮されない設計の摩擦対においては、各温度において硬質被膜形成物質の移動に差が出てしまい、したがって安定した摩擦状態を保つことが難しい。

以下、本発明の摩擦対を構成する具体的な材料について述べる。
本発明の摩擦対中の摩擦材及び被摩擦材は、いずれか一方のみが、有機ポリマーを結合剤として基本材料に摩擦摩耗調整剤等の摺動部材、及び上述した硬質被膜形成物質を加えた原材料よりなる複合材料である。

前記基本材料は、熱による変形が起きない材料を用いることが好ましく、具体的には、アラミド繊維、セルロースなどの有機繊維、鋼繊維、銅繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウールなどの無機繊維を用いることができる。なお、基本材料が摩擦材全体に占める割合は、５〜５０ｖｏｌ％であるのが好ましい。

前記摺動部材のうち、充填材としては、例えば、アラミド、カシューダストやゴム粒などの有機充填材、カーボン、セラミックファイバー、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの無機充填材、銅粉、真鍮粉などの金属粉末、酸化鉄、セラミックなどの酸化物充填材、黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材を含むことができる。充填材が摩擦材全体に占める割合は、１０ｖｏｌ％以上であるのが好ましい。

また、前記摺動部材のうち、結合剤としては、例えば、カシュ一樹脂、メラミン樹脂、合成ゴムを含むことができる。結合剤が摩擦材全体に占める割合は、１０ｖｏｌ％以上であるのが好ましい。

被摩擦材に設けられる細孔は、溝や穴でもよく、その加工方法としては、研磨や機械加工など種々の手法がある。また、細孔の大きさは、０．１〜１０００μｍであるのが好ましい。

本発明によれば、摩擦材が有する硬質被膜形成物質が被摩擦材の摩擦面へ移動することによって、被摩擦材の摩擦面上への硬質被膜形成と、被摩擦材の細孔における硬質被膜形成物質の蓄積を同時に行うことができる。また、本発明によれば、仮に高温時のような、硬質被膜が摩擦材上から失われやすい条件であっても、細孔において摺動時に蓄積された硬質被膜形成物質が、新たに硬質被膜を形成するために用いられることから、摩擦材及び被摩擦材の少なくともいずれか一方の摩擦面上に形成された硬質被膜を維持することができる。

以下に示す実施例に基づいて、比較例と対比しつつ本発明の説明をする。

１．摩擦対の作製
［実施例］
実施例の摩擦対の構成要素の１つである摩擦材（ブレーキパッド）は、下記表１に示す材料を、下記表１の実施例の欄に示した配合（ｖｏｌ％）で混合して作製した。実施例に用いる摩擦材の材料としては、被摩擦材に転移して硬質被膜となる、各摺動条件に対するせん断強度が互いに異なる硬質被膜形成物質として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）及びアルミニウム粉末を５ｖｏｌ％ずつ加えた。製造方法の詳細としては、まず、縦型ミキサーによって各種原料を５分間均一に混合し、摩擦材原料混合物を得た。次の工程の熱成形は、１５０℃に加熱した金型中に摩擦材原料混合物を入れた後、１０分間、２００ｋｇ／ｃｍ^２で加圧して行った。その後２００℃、２時間硬化を行い、摩擦材（ブレーキパッド）を得た。
実施例の摩擦対の構成要素の１つである被摩擦材（ディスクローター）としては、鋳鉄ローター（ＦＣ２００相当）に機械加工を行い、直径が５μｍの大きさの細孔を、ローター表面に複数個設けたものを用いた。
これら摩擦材及び被摩擦材を合わせて、実施例の摩擦対とした。

［比較例］
比較例の摩擦対の構成要素の１つである摩擦材（ブレーキパッド）は、下記表１に示す材料を、下記表１の比較例の欄に示した配合（ｖｏｌ％）で混合して作製した。比較例に用いる摩擦材の材料としては、硬質被膜形成物質として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）のみを加えた。製造方法の詳細としては、まず、縦型ミキサーによって各種原料を５分間均一に混合し、摩擦材原料混合物を得た。次の工程の熱成形は、１５０℃に加熱した金型中に摩擦材原料混合物を入れた後、１０分間、２００ｋｇ／ｃｍ^２で加圧して行った。その後２００℃、２時間硬化を行い、摩擦材（ブレーキパッド）を得た。
比較例の摩擦対の構成要素の１つである被摩擦材（ディスクローター）としては、鋳鉄ローター（ＦＣ２００相当）に機械加工を行い、直径が５μｍの大きさの細孔を、ローター表面に複数個設けたものを用いた。
これら摩擦材及び被摩擦材を合わせて、比較例の摩擦対とした。

２．摩擦対の摩擦特性の測定及び評価
実施例及び比較例の摩擦対について、１００℃又は３００℃の温度条件において、テストピース形状で２００Ｎの荷重のもと、１ｍ／ｓの速度で１時間すり合わせを行い、その後、１ｍ／ｓ→０ｍ／ｓの制動を行った。その際の摩擦係数（μ）、及び一制動中の摩擦係数の変動量（Δμ）を比較したものを表２に示す。

表２に示されるように、１００℃及び３００℃のいずれの温度条件においても、実施例の摩擦対は、比較例の摩擦対と比べて摩擦係数μは同程度だったものの、摩擦係数の変動量Δμは小さく、したがって、被摩擦材に転移して硬質被膜となる、各摺動条件に対するせん断強度が互いに異なる硬質被膜形成物質を２以上摩擦材に含有させた実施例の摩擦対は、硬質被膜形成物質を１種類のみ摩擦材に含有させた比較例の摩擦対と比較して、高い摩擦の安定性を示すことが分かった。

本発明の摩擦対の摺動の様子の一例を示した断面模式図である。 本発明の摩擦対の摩擦材の一例を示した断面模式図である。 本発明の摩擦対の典型例を示す断面模式図である。 硬質被膜形成物質の歪量と、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力との関係（実線のグラフ）、及び硬質被膜形成物質の突出量と、摩擦材と被摩擦材との間で生じる圧力との関係（破線のグラフ）を示した相関図である。 本発明の摩擦対の第二の典型例を示す断面模式図である。 硬質被膜形成物質のせん断剛性と、温度との関係を、各材料について示した相関図である。 本発明の摩擦対の第三の典型例を示す断面模式図である。 摩擦材の摩擦面上の質量球が、被摩擦材の摩擦面の凹凸によって振動する様子を示した断面模式図である。

符号の説明

１…摩擦材
２…被摩擦材
３…被摩擦材の摩擦面
３ａ…被摩擦材の摩擦面上に形成された細孔
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ…硬質被膜形成物質
５…硬質被膜
１１…質量球
１２…被摩擦材の摩擦面
１３…バネ
１４…ダッシュポット

Claims (3)

1. 摩擦材及び被摩擦材を組み合わせ、当該摩擦材の摩擦面と当該被摩擦材の摩擦面とが当接してなる摩擦対であって、
   前記摩擦材の摩擦面と前記被摩擦材の摩擦面とを当接させることによって、少なくともいずれか一方の前記摩擦面上に硬質被膜を形成し、且つ、
   前記摩擦材は前記硬質被膜を形成するため、フッ化ビニリデン系フッ素ゴム、アルミニウム、青銅、真鍮、銅、及び酸化ジルコニウム（ＺｒＯ _２ ）からなる群より選ばれる少なくとも２つの硬質被膜形成物質を有し、且つ、
   前記被摩擦材の前記摩擦面には細孔が形成されており、且つ、
   摺動時に、前記摩擦材から前記硬質被膜形成物質の一部又は全部が前記被摩擦材の前記摩擦面へ移動し、前記被摩擦材の前記摩擦面の少なくとも前記細孔以外の部位で硬質被膜が形成されると共に、前記被摩擦材の前記細孔に前記硬質被膜形成物質が蓄えられることを特徴とする、摩擦対。
2. 前記摩擦材が、各摺動速度に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の前記硬質被膜形成物質を有する、請求項１に記載の摩擦対。
3. 前記摩擦材が、前記摩擦材と前記被摩擦材との間で生じる各圧力に対するせん断強度が互いに異なる２つ以上の前記硬質被膜形成物質を有する、請求項１又は２に記載の摩擦対。

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