JP5702090B2 - 摩擦材 - Google Patents

Description

本発明は、高温度域での耐フェード特性の向上した摩擦材に関し、特に自動車、鉄道車両、産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に用いられる摩擦材に関するものである。

ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、或いはクラッチなどに使用される摩擦材は、補強作用をする繊維基材、摩擦作用を与え且つその摩擦性能を調整する摩擦調整材、及び、これらの成分を一体化する結合材などの材料からなっており、現在使用されている摩擦材は、アラミド繊維、セラミック繊維等の繊維状物質を用いて、摩擦係数の安定性、鳴きやジャダー特性の優れたNon-Asbestos-Organic（ノン・アスベストス・オーガニック）系の摩擦材（以下「ＮＡＯ材」と称する）が主流である。

一方、近年、摩擦材への性能要求は益々高まってきており、高温度域における耐フェード特性を有する摩擦材の出現が望まれている。特許文献１には、融点が１４００℃〜１７５０℃の金属材料を配合させることにより、３００℃を超える高温下でも十分な摩擦係数を有する摩擦材が得られることが、特許文献２には、無機質摩擦調整材の一部にαアルミナ及びγアルミナを併用し、かつ結合材の一部にシリコーン含有フェノール樹脂を用いることにより、高負荷、高速、高温時等での効きの低下が少なく、μの安定性、耐フェード性及びμビルドアップに優れた摩擦材が得られることが記載されている。

また、特許文献３には、フェード現象による摩擦係数低下対策として用いられている氷晶石（クリオライト）を添加した際に問題となる高温度域でのフェード後に加圧停止状態が維持された場合に生じる摩擦材の相手材への貼り付きが、ピロリン酸カルシウムを含有させることにより解消されることが記載されている。

特開２００７−３１４５９８号公報 特開２００４−３４６１７９号公報 特開２００９−１３２８１６号公報

しかしながら、従来要求されていた高温度域のフェード特性よりも更に厳しい、７００℃付近の高温度域（以下、「超高温度域」と称する）における高速高減速度の繰り返し制動評価に対して、十分な結果を有する摩擦材はなく、従来の摩擦材は、このような超高温度域のフェード評価に耐えられず、制動距離が伸びすぎてしまい、目標値をクリアすることができないものであった。
従って本発明は、上記の課題を解決するものであり、７００℃付近の超高温度域においても十分なフェード特性と優れた摩擦強度を有する摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者らは、種々検討の結果、下記の四成分を含有する摩擦材とすることにより、上記課題が解決されることを見出した。すなわち、本発明は以下のとおりのものである。

（１）繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であって、チタン酸カリウム粉末、スチール繊維、ピロリン酸カルシウム及び酸化鉄を含有することを特徴とする摩擦材。
（２）チタン酸カリウム粉末の含有量が１０〜３０質量％である上記（１）に記載の摩擦材。
（３）スチール繊維の含有量が１〜７質量％である上記（１）又は（２）に記載の摩擦材。
（４）ピロリン酸カルシウムの含有量が５〜２０質量％である上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の摩擦材。
（５）酸化鉄の含有量が１〜５質量％である上記（１）〜（４）のいずれか1つに記載の摩擦材。

上記の四成分を一定量含有させることにより、７００℃の超高温度域においても十分な耐フェード特性が得られるとともに、摩擦材自体の強度も向上し、摩耗特性の向上した、優れた摩擦材が得られることを見出した。
本発明によれば、７００℃付近の超高温度域においても十分なフェード特性と優れた摩擦強度を有する摩擦材を提供することができる。

本発明の摩擦材は、少なくとも繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材である。摩擦材には通常、摩擦材を補強する作用を有する繊維基材、摩擦材に含まれる材料を一体化させるための結合材とともに、摩擦材に摩擦作用を与え、且つその摩擦性能を調整するための種々の固体粉末材料が用いられており、場合によって、摩擦調整材、固体潤滑材、充填材等の名称で呼ばれている。本発明では、これらを特に区別することなく、繊維基材及び結合材以外の、摩擦材に摩擦作用を与え且つその摩擦性能を調整する固体粉末状の材料を、総称して「摩擦調整材」と称する。

本発明で用いられるチタン酸カリウムは、粉末の形態で添加され、その一次粒子のメジアン径は、６〜２０μｍであることが好ましい。粒状のチタン酸カリウムを含有させることにより、より摩擦材が緻密に充填され、骨格形成力が向上するものと推定され、超高温度域での制動回数を向上させることができる。チタン酸カリウムの摩擦材全体における配合量は１０〜３０質量％であることが好ましく、１５〜２５質量％であることがより好ましい。配合量が１０質量％以上において、十分な骨格形成力が発揮され、良好なフェード特性が得られ、好ましい。また、３０質量％以下において、耐摩耗性がより良好となり、好ましい。

本発明で用いられるスチール繊維は、本分野で通常用いられるものであればいずれでもよい。スチール繊維の摩擦材全体における配合量は１〜７質量％であることが好ましく、２〜５質量％であることがより好ましい。本発明において、スチール繊維は、チタン酸カリウム粉末等により形成される骨格形成力を更に向上させる働きがある。配合量が１質量％以上において、骨格形成力を向上させる効果が十分に発揮され、良好なフェード特性が得られ、好ましい。また、７質量％以下において、相手材との同種摩擦効果が起きにくく、耐摩耗性が悪化することなく、優れた効果が発揮され、好ましい。スチール繊維の配合量が多いほどフェードのμキープ力が高いが、ロータ摩耗量も増大する傾向がある。スチール繊維の平均繊維径及び平均繊維長は特に限定的ではないが、平均繊維径は１０〜６００μｍ、平均繊維長は０．５〜２０ｍｍであることが好ましい。

本発明で用いられるピロリン酸カルシウムは、粉末の形態で添加され、平均粒径は６〜２５μｍであることが好ましい。ピロリン酸カルシウムを添加することにより、超高温度域でのフェード性能が向上する。パッドの骨格形成力が向上するためと推定される。ピロリン酸カルシウムの配合量は、５〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％であることがより好ましい。この範囲であれば、耐摩耗性が悪化することなく、骨格形成力が効果的に発揮され、良好なフェード特性が得られ、好ましい。

本発明で用いられる酸化鉄は、Ｆｅ_２Ｏ_３であっても、Ｆｅ_３Ｏ_４であってもよい。酸化鉄を含有させることにより摩擦材を緻密化させ、超高温度域でのパッド摩耗量を減少させることができる。酸化鉄の粒径は０．２〜１．０μｍであることが好ましい。酸化鉄の粒径が大きすぎると、パッド摩耗及びロータ摩耗ともに増加する傾向がある。また、酸化鉄の摩擦材全体における配合量は１〜５質量％であることが好ましく、１〜３質量％であることがより好ましい。配合量が１質量％以上において、摩擦材を緻密化させる効果が十分に発揮されて、良好な耐摩耗性が得られ、また、５質量％以下において、酸化鉄の研削効果が良好に作用し、耐摩耗性にも悪影響を及ぼさず、好ましい。

本発明で用いられる繊維基材としては、特に限定されるものではなく、本分野で通常用いられるものが用いられる。例えば、芳香族ポリアミド繊維、耐炎化アクリル繊維等の有機繊維、銅繊維、真鍮繊維等の金属繊維、チタン酸カリウム繊維、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系セラミック繊維、生体溶解性セラミック繊維、ガラス繊維、炭素繊維等の無機繊維が挙げられ、これらの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。繊維基材の長さは１００〜２５００μｍ、直径は３〜６００μｍであることが好ましい。
繊維基材（スチール繊維を除く）の配合量は、摩擦材全体に対して、好ましくは１〜３０質量％、より好ましくは５〜１５質量％である。

本発明で用いられる結合材としては、通常摩擦材に用いられる公知のものを使用することができ、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、オイル変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂等の各種変性フェノール樹脂、ＮＢＲ等の熱硬化性樹脂が挙げられ、これらの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。
結合材の配合量は特に限定的ではないが、摩擦材全体に対して、好ましくは５〜２０質量％、より好ましくは５〜１０質量％である。

本発明では、摩擦作用を与え且つその摩擦性能を調整するための摩擦調整材として、本発明の上記配合成分以外に、種々の目的に応じて種々の摩擦調整材を用いることができ、通常摩擦材に用いられる、研削材、充填材、固体潤滑材等と呼ばれる種々の固体粉末材料を使用することができる。

例えば、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化カルシウム、硫化鉄、硫化銅、酸化ケイ素、金属粉末（銅、アルミニウム、青銅、亜鉛等）、バーミキュライト、マイカ等の無機充填材、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、クロマイト等の研削材、各種ゴム粉末（ゴムダスト、タイヤ粉末等）、カシューダスト、メラミンダスト等の有機充填材、黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑材等を挙げることができる。これらは、製品に要求される摩擦特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に応じて、単独でまたは２種以上を組み合わせて配合することができる。
これらの摩擦調整材の配合量は、本発明の上記配合成分も含めて、摩擦材全体に対して、好ましくは５０〜９０質量％、より好ましくは７０〜９０質量％である。

本発明の摩擦材を製造するには、上記の繊維基材、摩擦調整材および結合材の所定量を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形、加熱、研摩等の処理を施すことにより製造することができる。

上記摩擦材を備えたブレーキパッドは、板金プレスにより所定の形状に成形され、脱脂処理およびプライマー処理が施され、そして接着剤が塗布されたプレッシャプレートと、摩擦材の予備成形体とを、熱成形工程において成形温度１４０〜１７０℃、成形圧力３０〜８０ＭＰａで２〜１０分間熱成形して両部材を一体に固着し、得られた成形品を１５０〜３００℃の温度で１〜４時間アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施す工程により製造することができる。

以下に、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限定されるものではない。なお、チタン酸カリウム粉末、ピロリン酸カルシウム及び酸化鉄の平均粒径はレーザー回折粒度分布法により測定し、メジアン径は積算分布曲線の５０％粒径の数値を用いた。また、スチール繊維の平均繊維径及び平均繊維長は光学計測器により測定した。

実施例１〜２３及び比較例１〜４
表１〜３で示すとおりの配合割合で原材料を高速ミキサーによって５分間混合し、成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａ、成形時間5分の条件で成形し、その後２５０℃の温度で２時間アフタキュアを行い、摩擦材を作製した。

なお、表１〜３に示した原材料の平均粒径は下記の通りである。
・チタン酸カリウム粉末の平均粒径：１３μｍ
・スチール繊維の平均繊維径：３００μｍ/平均繊維長：１ｍｍ
・ピロリン酸カルシウムの平均粒径：１５μｍ
・酸化鉄の平均粒径：０．５μｍ

成形品として得られた上記実施例１〜２３及び比較例１〜４における各摩擦材のフェード試験の結果を下記表４〜６にまとめた。

ここで、フェード特性及びパッド摩耗量を下記の通りにして測定した。
１）フェード特性
フェード試験は、初速度１６０ｋｍ／ｈ、減速度１０ｍ／ｓ^２、温度最大７００℃、制動回数４０回の条件でダイナモメータによるフェード試験を行い、全制動回数に対する最低摩擦係数を車輌重量システムにより決定し（例えば０．２５）、その値を上回る回数により判断する。
◎：回数が１４回以上
○：回数が１０回以上１４回未満
×：回数が１０回未満
２）パッド摩耗量の測定
上記フェード試験終了時に、パッドの摩耗量を測定した。
◎：摩耗量３ｍｍ未満
○：摩耗量３ｍｍ以上５ｍｍ未満
×：摩耗量５ｍｍ以上

上記実施例及び比較例の結果から、本発明の摩擦材は、７００℃という超高温度域においても優れたフェード特性及び摩耗強度を有しており、比較例の摩擦材に比して、格段と優れた効果が得られていることが分かる。

本発明の摩擦材は、７００℃付近の超高温度域においても十分なフェード特性と優れた摩擦強度を有しており、自動車、大型トラック、鉄道車両、各種産業機械等のディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に好適に用いることができる。

Claims (5)

1. 繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であって、繊維基材としてスチール繊維を０．５〜１０質量％、並びに、摩擦調整材としてチタン酸カリウム粉末を５〜４０質量％、ピロリン酸カルシウムを２〜２５質量％及び酸化鉄を０．５〜８質量％含有することを特徴とする摩擦材。
2. チタン酸カリウム粉末の含有量が１０〜３０質量％である請求項１記載の摩擦材。
3. スチール繊維の含有量が１〜７質量％である請求項１又は２記載の摩擦材。
4. ピロリン酸カルシウムの含有量が５〜２０質量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦材。
5. 酸化鉄の含有量が１〜５質量％である請求項１〜４のいずれか1項に記載の摩擦材。