JP5878951B2

JP5878951B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP5878951B2
Application number: JP2014085630A
Authority: JP
Inventors: 淳長嶋
Original assignee: Nisshinbo Brake Inc
Current assignee: Nisshinbo Brake Inc
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: JP2015205959A; EP3133134A1; CN106232764B; WO2015159848A1; CN106232764A; US9689449B2; EP3133134A4; US20170030426A1; KR20160146709A; EP3133134B1; KR102420373B1

Description

本発明は、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、ＮＡＯ（Non-Asbestos-Organic）材の摩擦材組成物を成型した摩擦材に関する。

従来、自動車の制動装置として、ディスクブレーキが使用されており、その摩擦部材として、金属製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッドが使用されている。

摩擦材は、繊維基材としてスチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％以上６０重量％未満含有するセミメタリック摩擦材と、繊維基材の一部にスチール繊維を含み、かつ、スチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％未満含有するロースチール摩擦材と、繊維基材としてスチール繊維およびステンレス繊維等のスチール系繊維を含まないＮＡＯ材に分類されている。

ブレーキノイズの発生が少ない摩擦材が求められている近年においては、スチール繊維やスチール系繊維を含まず、かつ、結合材、繊維基材、潤滑材、チタン酸金属塩、無機摩擦調整材、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材、充填材等から成る、ＮＡＯ材の摩擦材を使用したディスクブレーキパッドが広く使用されるようになってきている。

ディスクブレーキパッドに使用されるＮＡＯ材の摩擦材には、要求される性能を確保するため、銅や銅合金の繊維又は粒子等の銅成分が必須成分として摩擦材組成物全量に対し、５〜２０重量％程度添加されている。

しかし、近年このような摩擦材は制動時に摩耗粉として銅を排出し、この排出された銅が河川、湖、海洋に流入することにより水域を汚染する可能性があることが示唆されている。

このような背景から、アメリカのカリフォルニア州やワシントン州では、２０２１年以降、銅成分を５重量％以上含有する摩擦材を使用した摩擦部材の販売及び新車への組み付けを禁止し、２０２３年または２０２５年以降、銅成分を０．５重量％以上含有する摩擦材を使用した摩擦部材の販売及び新車への組み付けを禁止する法案が可決している。

そこで銅成分の含有量に関する法規を満足しながら、摩擦性能を確保できる摩擦材の研究が進められている。

特許文献１には、結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μm以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μmを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物を使用したディスクブレーキパッドが記載されている。

特許文献２には、結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び亜鉛粉を含有し、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であるノンアスベスト摩擦材組成物を使用したディスクブレーキパッドが記載されている。

特許文献１や特許文献２のように、チタン酸カリウムやチタン酸リチウムカリウム等のチタン酸塩をＮＡＯ材の摩擦材に比較的多量に添加すると、摩擦材とディスクロータが制動により相手材であるディスクロータの摺動面にチタン酸塩の移着被膜が形成され、その移着被膜と摩擦材表面に存在するチタン酸塩との間で凝着摩擦が生じるので、銅成分を減らしても充分な摩擦係数を確保でき、効きの良好な摩擦材を得ることができる。

しかし、チタン酸塩は摩擦材の原料としては高価であり、特許文献１や特許文献２に記載された技術を用いると、安価な摩擦材を提供できないという問題がある。

特開２０１２−２５５０５２号公報特開２０１２−２５５０５３号公報

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、ＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、銅成分の含有量に関する法規を満足しながら、要求される効き、耐フェード性、耐摩耗性、摩擦材とバックプレートの接着強度を確保し、かつ、製品外観が良好で安価な摩擦材を提供することを課題とする。

本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、チタン酸塩を含まず、特定の粒子径とモース硬度を有する無機摩擦調整材と、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材と、炭素質系潤滑材とを特定量含み、かつ、炭素質系潤滑材の一部に特定のコークスを特定量含む摩擦材組成物を使用することにより上記課題を解決できることを知見し、本発明を完成させた。

本発明は、ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材であって、以下の技術を基礎とするものである。

（１）ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、前記摩擦材組成物は、チタン酸塩を含まず、平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材（a）を摩擦材組成物全量に対し８〜１５体積％と、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材（b）を摩擦材組成物全量に対し１〜３体積％と、炭素質系潤滑材（c）を摩擦材組成物全量に対し５〜１０体積％とを含み、ここで、該炭素質系潤滑材は、コークスを摩擦材組成物全量に対し２〜４体積％含み、該コークスは平均粒子径が３００〜８００μmであり、かつ、（a）、（b）、（c）の含有量が次式を満たすことを特徴とする摩擦材。
１．０≦（（a）＋（b））／（c）≦２．５

（２）マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材がゼオライトである（１）の摩擦材。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、ＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、銅成分の含有量に関する法規を満足しながら、要求される効き、耐フェード性、耐摩耗性、摩擦材とバックプレートの接着強度を確保し、かつ、製品外観が良好で安価な摩擦材を提供できる。

本発明において効きを向上させるため、平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対し８〜１５体積％添加する。

平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材を８〜１５体積％添加した摩擦材においては、制動により摩擦材と相手材であるディスクロータが摺動すると、ディスクロータの摺動面が前記無機摩擦調整材により適度に研削され、鋳鉄の研削粉が摩擦材の摩擦面に移着する現象が起こる。

さらにその後の制動において摩擦材の摩擦面に移着した鋳鉄の成分とディスクロータ摺動面との間で凝着摩擦が起こり、充分な摩擦係数が確保され、効きの良好な摩擦材を得ることができる。

モース硬度が５〜８の無機摩擦調整材としては、酸化マグネシウム、γ-アルミナ、四三酸化鉄、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム等が挙げられ、これらを１種または２種以上を組み合わせて使用することができる。

なお、本発明においてモース硬度は、１．滑石２．石膏３．方解石４．蛍石５．リン灰石６．正長石７．水晶８．黄玉９．鋼玉１０．ダイヤモンドで表される旧モース硬度を適用する。

また、本発明において平均粒子径は、レーザー回折粒度分布法により測定した５０％粒径の数値を用いた。

さらに本発明では、摩擦材からチタン酸塩を排除することにより起こる耐フェード性の低下を、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材を摩擦材組成物全量に対し１〜３体積％添加することにより抑制する。

マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材としては、ゼオライト、マイクロポーラスアルミナが挙げられ、これらを１種又は２種以上を組み合わせて使用することができるが、ゼオライトを単独で使用するのが好ましい。

上記のように本発明では、耐フェード性を悪化させることなく充分な効きを得るため、０．５〜２０μmという平均粒子径が比較的小さい無機摩擦調整材と、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材を用いる。

これらの原料は比表面積が比較的大きいため、原料を結合させるための結合材を多量に消費してしまう。

結合材は摩擦材とバックプレートとの接着強度の向上にも寄与しているが、比表面積が大きな原料を多用すると、摩擦材とバックプレートとの接着強度を確保するための結合材が不足し、接着強度が低下しやすくなるという問題がある。

そこで本発明では、炭素質系潤滑材の一部に平均粒子径が３００〜８００μmのコークスを摩擦材組成物全量に対し２〜４体積％添加する。

比較的粒径が大きいコークスは比表面積が小さく、適量添加することにより、原料を結合させるための結合材の消費を抑制することができ、摩擦材とバックプレートとの接着強度の低下を抑制することができる。

そして、効き、耐フェード性、耐摩耗性のバランスを取るため、上記コークスと前記コークス以外の炭素質系潤滑材を合計で摩擦材組成物全量に対し５〜１０体積％添加し、かつ、
平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材（a）、
マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材（b）と、
炭素質系潤滑材（c）の含有量が次式を満たすようにする。
１．０≦（（a）＋（b））／（c）≦２．５

上記コークス以外の炭素質系潤滑材としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛が挙げられ、これらを１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

本発明の摩擦材は、上記の平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材、炭素質系潤滑材の他に、通常摩擦材に使用される結合材、繊維基材、潤滑材、無機摩擦調整材、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材、充填材等を含む摩擦材組成物から成る。

結合材として、ストレートフェノール樹脂や、フェノール樹脂をカシューオイルやシリコーンオイル、アクリルゴム等の各種エラストマーで変性した樹脂、フェノール類とアラルキルエーテル類とアルデヒド類とを反応させて得られるアラルキル変性フェノール樹脂、フェノール樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた熱硬化性樹脂等の摩擦材に通常用いられる結合材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。結合材の含有量は摩擦材組成物全量に対して１０〜２０体積％とするのが好ましく、１２〜１５体積％とするのがより好ましい。

繊維基材としては、アラミド繊維、セルロース繊維、ポリ-パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、アクリル繊維等の摩擦材に通常使用される有機繊維が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。繊維基材の含有量は摩擦材組成物全量に対して３〜１０体積％とするのが好ましく、４〜８体積％とするのがより好ましい。

潤滑材としては、上記の炭素質系潤滑材の他に、二硫化モリブデン、硫化亜鉛、硫化スズ、複合金属硫化物等の金属硫化物系潤滑材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することもできる。金属硫化物系潤滑材は摩擦材組成物全量に対して０〜３体積％とするのが好ましく、１〜２体積％とするのがより好ましい。

無機摩擦調整材としては、上記の平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材、マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材の他に、タルク、マイカ、バーミキュライト、ドロマイトプラスター等の粒子状無機摩擦調整材や、ウォラストナイト、セピオライト、バサルト繊維、ガラス繊維、生体溶解性人造鉱物繊維、ロックウール等の繊維状無機摩擦調整材が挙げられ、これらは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。

無機摩擦調整材の含有量は、上記の平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材とマイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材とを合わせて、摩擦材組成物全量に対して１８〜３０体積％とするのが好ましく、２０〜２５体積％とするのがより好ましい。

有機摩擦調整材として、カシューダスト、タイヤトレッドゴムの粉砕粉や、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム等の加硫ゴム粉末又は未加硫ゴム粉末等の摩擦材に通常使用される有機摩擦調整材が挙げられ、これらは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。

有機摩擦調整材の含有量は摩擦材組成物全量に対して１０〜２５体積％とするのが好ましく、１５〜２０体積％とするのがより好ましい。

ｐＨ調整材として水酸化カルシウム等の通常摩擦材に使用されるｐＨ調整材を使用することができる。

ｐＨ調整材は、摩擦材組成物全量に対して４〜８体積％とするのが好ましく、５〜７体積％とするのがより好ましい。

摩擦材組成物の残部としては、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の充填材を使用する。

本発明のディスクブレーキに使用される摩擦材は、所定量配合した摩擦材組成物を、混合機を用いて均一に混合する混合工程、得られた摩擦材原料混合物と、別途、予め洗浄、表面処理し、接着材を塗布したバックプレートとを重ねて熱成形型に投入し、加熱加圧して成型する加熱加圧成型工程、得られた成型品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、塗料を塗装する塗装工程、塗料を焼き付ける塗装焼き付け工程、回転砥石により摩擦面を形成する研磨工程を経て製造される。

なお、加熱加圧成型工程の後、塗装工程、塗料焼き付けを兼ねた熱処理工程、研磨工程の順で製造する場合もある。

必要に応じて、加熱加圧成型工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、摩擦材原料混合物を混練する混練工程、摩擦材原料混合物又は造粒工程で得られた造粒物、混練工程で得られた混練物を予備成型型に投入し、予備成型物を成型する予備成型工程が実施され、加熱加圧成型工程の後にスコーチ工程が実施される。

以下、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制限されるものではない。

［実施例１〜１０・比較例１〜９の摩擦材の製造方法］
表１、表２に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーにて５分間混合し、成型金型内で３０ＭＰaにて１０秒間加圧して予備成型をした。この予備成型物を、予め洗浄、表面処理、接着材を塗布した鋼鉄製のバックプレート上に重ね、熱成型型内で成型温度１５０℃、成型圧力４０ＭＰaの条件下で１０分間成型した後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して摩擦面を形成し、乗用車用ディスクブレーキパッドを作製した（実施例１〜１０、比較例１〜９）。

得られた摩擦材において、ブレーキの効き、耐フェード性、耐摩耗性、摩擦材とバックプレートの接着強度、製品外観を評価した。評価結果を表３、表４に、評価基準を表５、表６に示す。

本発明によれば、ディスクブレーキパッドに使用される、ＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、銅成分の含有量に関する法規を満足しながら、効き、耐フェード性、耐摩耗性、摩擦材とバックプレートの接着強度を確保し、かつ、製品外観が良好で安価な摩擦材を提供することができ、きわめて実用的価値の高いものである。

Claims

ディスクブレーキパッドに使用される、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型した摩擦材において、前記摩擦材組成物は、チタン酸塩を含まず、
平均粒子径が０．５〜２０μmでモース硬度が５〜８の無機摩擦調整材（a）を摩擦材組成物全量に対し８〜１５体積％と、
マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材（b）を摩擦材組成物全量に対し１〜３体積％と、
炭素質系潤滑材（c）を摩擦材組成物全量に対し５〜１０体積％とを含み、
ここで、該炭素質系潤滑材は、コークスを摩擦材組成物全量に対し２〜４体積％含み、該コークスは平均粒子径が３００〜８００μmであり、
かつ、（a）、（b）、（c）の含有量が次式を満たすことを特徴とする摩擦材。
１．０≦（（a）＋（b））／（c）≦２．５
マイクロポーラス構造を有する多孔質の無機摩擦調整材がゼオライトである請求項１に記載の摩擦材。