JP5957088B2 - ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料 - Google Patents

Description

本発明は、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料に関する。

本発明は、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料を製造するための方法、ディスクブレーキのためのパッド及びそのようなパッドを含むディスクブレーキにも関する。

一般に、ディスクブレーキにおいて、ブレーキ作用は、例えばピストン及びシリンダー群のような、回転ディスクの反対表面上の摩擦コンポーネントを通じて作用するブレーキ手段により産生される。

ディスクブレーキのための摩擦コンポーネントを、フェノール系樹脂のような従来型の有機材料を使用して実施することは、知られている。

しかしながら、そのような材料は、温度に対する耐性の意味での厳密な制限を有し、このことは、相当な寸法のコンポーネントは当該分野での自明な欠点を伴って作製されざるを得ないことを意味する。

それゆえに、近時ディスクブレーキのための摩擦コンポーネントは、セラミックマトリックス材料を使用して作製されてきている。

実際、セラミックマトリックス材料は、摩擦係数及び摩耗に対する耐性の意味での良好なパフォーマンスを呈する。そして、それらの熱耐火性の特徴は、摩擦材料、例えば金属製又は有機粉末を焼結することによって得られる摩擦材料についての、ディスクから油圧ブレーキシステムへの熱の伝達を低減することを可能にする。

そのようなセラミックマトリックス材料は、例えばポリシラン、ポリカルボシラン、ポリシラザン及びポリシロキサンのようなシリコン系有機ポリマー（シリコンを含有）から通常なる、ポリマー性セラミック前駆体の熱分解（ポリマー熱分解）を通じて概して得られる。

国際公開ＷＯ２０１０／０１６０７９として公開された同じ出願人の名義での国際特許出願は、セラミックマトリックスを有する摩擦材料の例を記載する。

それは、ブレーキの、とりわけディスクブレーキの摩擦コンポーネントのためのセラミックマトリックス材料を作製するための方法であって、下記の操作相：
少なくとも１つのシリコンタイプセラミック前駆体と、研磨剤として適した硬質材料の粒子、潤滑剤として適した物質の粒子及び金属性材料の粒子との混合物を調製する相、
前記混合物をホットプレスして緑色体を得る相、
前記緑色体を熱分解プロセスに供することによってプレセラミックバインダーのセラミック化を達成し、前記セラミックマトリックス材料を得る相
を含み、
前記混合物は、前記ホットプレス相の最中に前記セラミック前駆体の網状化を有利にさせるために適した触媒を含み、前記熱分解プロセスは、８００℃より下の温度で実施される、
上記方法を開示する。

公知のセラミック材料は、それらが熱耐性の、それゆえブレーキングの視点から効率的ではあるものの、使用の最中に振動、及び騒音性の問題を創出する。これは、その使用に多大に支障をもたらす。なぜなら、快適性は、当該分野での最も重大な商業的要求の一つであるからである。

現実に、ブレーキ動作の最中に、騒音がしばしば発生し、それは典型的に笛音の形式であり、それは運転快適性を低減させることが、知られている。

この種の騒音の発生は、パッドを含めた、ブレーキの異なるコンポーネントが関与する振動現象の出現に起因する。

大量の研究が、ブレーキングの騒音性を低減又は除去することを可能にするディスクブレーキ幾何学形状を提唱するために実施されてきている。

見出された解決策は、しかしながら、大部分の場合において、ブレーキの全体構造を再設計することが要求される。

笛音の現象を低減させるためにブレーキの構造を非常に深部にわたって改変する必要があることは、実質的な欠点を提示する。現実に、ブレーキングの最中に出現する現象の複雑性を考慮すると、そしてそれらの特別な用途に対する依存性、言い換えば、ディスクブレーキを使用する乗り物のタイプを考慮すると、理論的シミュレーションに基づいて最適である特異的な解決策が、実験テストの後で又はその用途への使用の後で不満足となり得るのであり、そのことは予測されたものとは異なる。

本発明の目的は、それゆえに、小サイズ化されたコンポーネントにあっても、高温度に対して耐性でありかつ非騒音ブレーキングを達成するディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料を提供することである。

本発明のさらなる目的は、ディスクブレーキの構造的改変をもたらさない摩擦コンポーネントを提供することである。

これらの及びさらなる目的は、１重量％〜８重量％の少なくとも１つのプレセラミック樹脂及び２重量％〜１０重量％の少なくとも１つの有機樹脂を含む、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料を通じて達成される。

本文脈において、用語「プレセラミック」は、セラミック材料のポリマー性前駆体を指示する。

材料の組成物中のプレセラミック樹脂及び有機樹脂のこのような特定のパーセンテージが存在するおかげで、前述した欠点を回避することが可能となる。

好ましくは、プレセラミック樹脂及び有機樹脂の合計は、１２重量％以下である。

このようにして、材料の型入れ工程が、促進される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記摩擦コンポーネントのための材料は、２重量％〜６重量％のプレセラミック樹脂及び４重量％〜８重量％の有機樹脂を含む。

このようなパーセンテージを伴えば、騒音性及び熱耐性に関連する欠点を解消することとは別に、このような材料で得られた摩擦コンポーネントの走行中（ｒｕｎｎｉｎｇ−ｉｎ）工程でのパフォーマンスを向上させることも可能となる。

本発明の特に好ましい実施形態によれば、前記材料は、２重量％のプレセラミック樹脂及び７重量％の有機樹脂を含む。

このようなパーセンテージを伴えば、熱耐性及びブレーキングの静寂性の意味におけるよりより妥協を呈する材料が得られる。

有利には、前記プレセラミック樹脂は、少なくとも１つのシリコン樹脂である。

好ましくは、シリコン樹脂は、シロキサン樹脂である。それは、特に費用効果がある。

なおさらに好ましくは、前記シロキサン樹脂は、ポリシルセスキオキサン樹脂である。それは、それによって得られる摩擦材料のパフォーマンス及び摩耗のために最適である。

有利には、有機樹脂は、フェノール樹脂である。

好ましくは、摩擦コンポーネントのための材料は、下記の少なくとも１つ：
触媒、研磨剤、潤滑剤、金属及び制振（ｄａｍｐｉｎｇ）剤
をさらに含む。それらは、トライボロジー機能を援助する。

さらなる態様によれば、本発明は、前出記載及びこの後によりよく記載されるような材料を含む、ディスクブレーキのための摩擦コンポーネントに関する。

このような材料から作製される摩擦コンポーネントは、前述したものと同じ効率性及び静寂性を達成する。

それはまた、従来の構造を有することの、すなわち、ディスクブレーキの構造的改変を要求されないことの有利性を有する。

さらなる態様によれば、本発明は、
前出記載及びこの後によりよく記載されるような少なくとも２つのパッド、及び、
前記少なくとも２つのパッドをブレーキディスクのブレーキ面に対してクランプするために適したスラスト手段を含むディスクブレーキのためのキャリパー
を含む、ディスクブレーキに関する。

このようなディスクブレーキは、製造するために単純かつ費用効果があり、並びに効率性及び静寂性の前述した有利性の全てを有する。

さらなる態様によれば、本発明は、下記の工程：
１重量％〜８重量％の少なくとも１つのプレセラミック樹脂を提供する工程、
２重量％〜１０重量％の少なくとも１つの有機樹脂を提供する工程、
プレセラミック樹脂及び有機樹脂を混合する工程、
混合物を型に入れ及びポリマー化させ、それによって半完成製品を得る工程、
半完成製品を焼く工程
を含む、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料を製造する方法に関連する。

このような方法は、良好な熱耐性を伴う材料、それゆえに効率的、無騒音及びサイズの小さい摩擦コンポーネントを製造することを可能にする。

このような方法はまた、単純かつ費用効果がある。

焼成は、公知の熱処理であり、さらなる詳述はしないであろう。

よりよく本発明を理解しかつその有利性を理解するために、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料の、ディスクブレーキのための摩擦コンポーネントの及びディスクブレーキのための摩擦コンポーネントのための材料を製造するための方法のいくつかの非限定的例の実施形態の記載が、下記に添付の図面を参照して、この後に提供されるであろう。

２つの摩擦を示すダイアグラムを表す。頂部は、本発明の第１の実施形態による材料における、公知の有機材料における及び公知のセラミック材料における、ブレーキ回数が増加する限りにおいて、通常の操作における、摩擦コンポーネントの平均摩擦係数の進行を示す。底部は、ブレーキング最中の摩擦コンポーネントに関連する、ディスクの温度の進行を、同じ３つの材料についてブレーキ回数が増加する限りにおいて、示す。 本発明の第２の実施形態による材料、公知の有機材料及び公知のセラミック材料から作製された摩擦コンポーネントの平均摩擦係数の進行を、走行中工程において、ブレーキ回数が増加するにつれて示すダイアグラムである。 本発明の第３の実施形態による材料、公知の有機材料及び公知のセラミック材料から作製された摩擦コンポーネントの瞬間摩擦係数の進行を、ブレーキング最中に示すダイアグラムである。

本発明によるディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料は、１重量％〜８重量％（ｗｔ％）の少なくとも１つのプレセラミック樹脂を含む。

このようなパーセンテージは、好ましくは２％〜６％である。例として得られる材料に伴う、最適な結果は、約２重量％のプレセラミック樹脂の量を伴って得られる。

本発明で使用することができるプレセラミック樹脂のいくつかの例は、ポリシラン、ポリカルボシラン、ポリシラザン及びポリシロキサンである。

このようなプレセラミック樹脂は、好ましくはシリコン樹脂であり、なおより好ましくはシロキサン樹脂である。好ましい実施形態において、それはポリシルセスキオキサン樹脂である。

本発明による摩擦コンポーネントのための材料はまた、２重量％〜１０重量％の少なくとも１つの有機樹脂を含む。

このようなパーセンテージは、好ましくは４％〜８％である。最適な結果は、７重量％の有機樹脂を伴って得られる。

実施例から見られるであろうように、プレセラミック樹脂及び有機樹脂の合計量は、好ましくは１２重量％以下である。

有機樹脂は、フェノール樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂から選択することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、それは、好ましくはフェノール樹脂である。

摩擦コンポーネントのための材料はまた、公知のようにして、触媒、研磨剤、金属、制振（ｄａｍｐｉｎｇ）剤及び／又は潤滑剤を含む。

とりわけ、触媒は、混合物中に２重量％以下の量で含まれ、研磨剤は、１０重量％〜３０重量％であり、金属は、６０重量％以下の量であり、制振剤は、１０重量％以下の量であり、及び潤滑剤は、５０重量％以下の量である。

制振剤は、快適性を向上させるために使用され、及びそれは、好ましくは平面ケイ酸塩を含む。

本発明による摩擦材料は、コンポジットセラミック材料（ＣＣＭ）から作製されたブレーキディスク及びねずみ鋳鉄から作製されたブレーキディスクの両方とトライボロジーで協調するために意図された摩擦コンポーネントを製造するために使用することができる。

本発明による摩擦コンポーネントは、好ましくはパッドである。

それは、公知の幾何学形状を有する、すなわち、本発明によるパッドの幾何学形状に特別な構造的改変を加える必要がない。

本発明によるディスクブレーキは、少なくとも２つのパッド及び公知のタイプのディスクブレーキのためのキャリパーを含む。そのようなキャリパーは、パッドをブレーキディスクのブレーキバンドに対してクランプするためのスラスト手段を含む。

公知のタイプのものである、パッドの及びキャリパーの幾何学形状は、これ以上記載しないであろう。

本発明による、ディスクブレーキのコンポーネントの材料を製造する方法の好ましい例は、いま、記載されるであろう。

本発明の好ましい方法は、１重量％〜８重量％の少なくとも１つのプレセラミック樹脂及び２重量％〜１０重量％の少なくとも１つの有機樹脂を提供する工程を含む。

それらは、好ましくは粉末形態にある。

引き続いての工程において、２つの樹脂の少なくとも１つ、好ましくはプレセラミックの方を、触媒と混合する工程が提供される。そのような触媒は、亜鉛アセチルアセトネートハイドレートＺｎ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）２・ｘＨ２Ｏを含む。

その後、プレセラミック樹脂及び有機樹脂は、一緒に混合される。

かくして得られた混合物には、研磨剤、潤滑剤、金属及び／又は制振剤が添加される。

後者は、制振機能を有し、快適性を向上させるために使用され、及び好ましくは平面ケイ酸塩を含む。

次いで、混合物を型に入れ及びポリマー化させ、それによって半完成製品を得る工程が引き続く。

型入れは、約１５０〜６００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力での加圧型入れを通じて起こる。

その後、焼き工程を高くない温度で、例えば約３００℃で実施することが可能である。

本発明の方法の第１の改変によれば、粉末形態でのプレセラミック樹脂は、粒状化され、好ましくは研磨剤、潤滑剤、金属、制振剤及び液体アジュバント、好ましくは水と一緒に粒状化される。そのような工程に引き続いて形成される粒子は、放置して乾燥させ、好ましくは室温で、及び次いで熱分解する。

熱分解は好ましくは、不活性雰囲気中で、例えば窒素中で、約５００℃で熱分解炉中で起こる。

かくして得られた混合物には、有機樹脂が添加される。

好ましくは、その後再度下記の１以上：
研磨剤、潤滑剤、金属、制振剤
が添加される。

混合物は、次いで熱型入れされ及びポリマー化される。その後、焼き工程を比較的低い温度、例えば約３００℃で実施することが可能である。

このようにして、セラミック材料の粒子が取り込まれた有機マトリックスから作り上げられた構造が得られる。

第２の改変によれば、本発明の方法は、プレセラミック樹脂を液体形態で及び有機樹脂を粉末で提供する工程を含む。このような改変は、有機樹脂を型に入れ及びポリマー化させ、それによって半完成製品を得る工程を提供する。

その後、有機半完成製品を、約３００℃で熱処理する。このような熱処理は、好ましくは環境雰囲気中での焼き工程を含む。

代替して、処理は、改変された雰囲気中で、とりわけ窒素中で約５００℃で起こる。

その後、液体形態にあるプレセラミック樹脂は、随意的な添加剤と組み合わせて、有機半完成製品を貫通することができるようにされ、それによってハイブリッド半完成製品を得て、それは次いで熱分解される。

前記の工程は、半完成製品の多孔性の中のプレセラミック樹脂の貫通を促進するために真空中で好ましくは実施される。

例１
６重量％のポリシルセスキオキサン樹脂に、触媒を添加して、４重量％のフェノール樹脂と混合する。

このような混合物に、２４重量％の研磨剤、４０重量％の金属、２１重量％の潤滑剤及び５重量％の制振剤を添加する。

例２
２重量％のポリシルセスキオキサン樹脂に、触媒を添加して、７重量％のフェノール樹脂と混合する。

このような混合物に、２４重量％の研磨剤、４１重量％の金属、２１重量％の潤滑剤及び５重量％の制振剤を添加する。

例３
４重量％のポリシルセスキオキサン樹脂に、触媒を添加して、７重量％のフェノール樹脂と混合する。

このような混合物に、２４重量％の研磨剤、４０重量％の金属、２１重量％の潤滑剤及び５重量％の制振剤を添加する。

例４（比較例）
９重量％のフェノール樹脂に、２４重量％の研磨剤、４１重量％の金属、２１重量％の潤滑剤及び５重量％の制振剤を添加した。

例５（比較例）
９重量％のポリシルセスキオキサン樹脂に、触媒を添加して、３５重量％の研磨剤、３４重量％の金属及び２２重量％の潤滑剤と混合する。

５つの得られた材料の各々によって、公知の幾何学形状のパッドを作製した。

上記の例において得られたパッドを、路上車両と同じ慣性を再現するシャーシダイナモメータ上で現実のブレーキングのシミュレーションを通じて試験した。

図１のグラフの頂部は、通常の操作における、ブレーキ回数が増加するにつれての、本発明の第１の実施形態（例１）による、及び、例４及び例５それぞれにおいて与えられる先行技術の２つの材料による、パッドの平均摩擦係数の進行を示す。

このようなグラフから見ることができるように、本発明による材料は、ブレーキ回数が増加するにつれての実質的に定常の平均摩擦係数を維持する。このことは、それが良好な機械的特徴を維持することを示す。そして、本発明の材料は、有機材料の陰性ピークを有さず、それゆえにブレーキ効率の突然の減少は存在しない。

図１のグラフの底部では、パッド自身と関連したディスクの温度が、ブレーキ回数が増加するにつれて、どのように変動するかを見ることができる。本発明の材料から作製されたパッドを有するディスクの温度は、有機材料（例４）のパッドを有するディスクの温度より低く、自明な機械的有利性を伴う。

従って、このような図１から、本発明による材料により作製されたパッドの摩擦係数がいかにして高温においてさえも高く維持するのかを見ることができる。

図２のグラフは、走行中工程における、ブレーキ回数が増加するにつれての、本発明の第２の実施形態（例２）、すなわち特に好ましい実施形態による、及び、例４及び例５それぞれにおいて与えられる先行技術の２つの材料による、パッドの平均摩擦係数の進行を示す。周知であるように、走行中工程は、定常的に高い摩擦係数を確実にすることがより困難である繊細な工程である。

このようなグラフから見ることができるように、本発明による材料は、ブレーキ回数が増加するにつれての、走行の最中でさえもの、実質的に定常の平均摩擦係数を維持する。このような平均摩擦係数はまた、有機材料の摩擦係数より平均して大きい。それゆえに、本発明の材料により作製されたパッドのブレーキ効率は、公知の有機材料（例４）から作製されたパッドのブレーキ効率よりも大きい。

図３のグラフは、走行中工程における、本発明の第３の実施形態（例３）による、及び、例４及び例５それぞれにおいて与えられる先行技術の２つの材料による、パッドの平均摩擦係数の進行を与える。

このようなグラフから見ることができるように、本発明による材料は、ブレーキングの最中での実質的に定常の平均摩擦係数を維持し、いかなる場合において公知の有機材料（例４）より大きい。

上記の５つの材料により得られたパッドはまた、快適性試験、すなわち、騒音性試験に供した。

例５のパッド、すなわちセラミックのものが、騒音性であったことが証明された一方で、残りの４つのパッドは、良好な結果を与えた、すなわち、十分に無騒音及び快適であったことが証明された。

試験の結果から、本発明によるディスクブレーキのための摩擦コンポーネントの材料がセラミック材料と同様に、実質的に定常な平均摩擦係数を有することを見ることができる。

別の言葉で言えば、ブレーキ効率の意味での本発明の材料のパフォーマンスは、セラミック材料のパフォーマンスと同様に良好である。

一方で、有機材料は、摩擦係数の急速な低下に供される、すなわち、高温に持ちこたえずに、ブレーキ効率を素早く失う。

快適性試験は、本発明による材料のパフォーマンスが有機材料のそれと同様に良好である、すなわちセラミック材料よりも良好であることを示してきた。

結論として、本発明による摩擦コンポーネントのための材料、及びそれゆえにそれによって得られる摩擦コンポーネントは、良好な機械的特徴及び優れた快適性を有する。

もちろん、本発明の材料の組成は、特定の要求に応じて、指示された範囲内で変動させることが可能である。別の言葉で言えば、もし特別に高い機械的特徴が要求された場合には、８％に近いパーセンテージのプレセラミック樹脂を使用することができた。同様に、もし特別な適用が快適性の意味での良好な特徴を要求したものである場合は、１０％に近いパーセンテージのプレセラミック樹脂を使用することができた。

上の記載において及び下記の特許請求の範囲において、量、パラメータ、パーセンテージ等を指示する数値の程度は、他に指示されていない場合は全ての場合において用語「約」が先行して読み取るべきである。そして、数値の程度の範囲の全ては、最大及び最小の数値の取り得る組合せの全て、並びに文書に特別に指示されたものを含む。

もちろん、当業者は、偶発的及び特定の要求を満足させるために、さらなる改変及び変動をもたらすことができ、それらの全ては、本発明の保護の範囲でカバーされるいかなる場合において、摩擦コンポーネントのための材料のため、ディスクブレーキのため及び本発明による摩擦コンポーネントのための材料を製造する方法のためである。

Claims (8)

1. ２重量％の少なくとも１つのプレセラミック樹脂であって、前記プレセラミック樹脂が、少なくとも１つのシリコン樹脂を含む、上記少なくとも１つのプレセラミック樹脂、及び
   ７重量％の少なくとも１つの有機樹脂であって、前記有機樹脂が、フェノール樹脂である、上記少なくとも１つの有機樹脂
   を含む、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料。
2. 前記シリコン樹脂が、シロキサン樹脂である、請求項１に記載の摩擦コンポーネントのための材料。
3. 前記シロキサン樹脂が、ポリシルセスキオキサン樹脂である、請求項２に記載の摩擦コンポーネントのための材料。
4. 下記の少なくとも１つ：
   触媒、研磨剤、潤滑剤、金属、制振（ｄａｍｐｉｎｇ）剤
   をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦コンポーネントのための材料。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の材料を含む、ディスクブレーキのための摩擦コンポーネント。
6. 少なくとも１つの、ディスクブレーキのためのパッドを含む、請求項５に記載の摩擦コンポーネント。
7. 請求項５に記載の少なくとも２つのパッド、及び、
   前記少なくとも２つのパッドをブレーキディスクのブレーキ面に対してクランプするために適したスラスト手段を含むディスクブレーキのためのキャリパー
   を含む、ディスクブレーキ。
8. 下記の工程：
   ２重量％の少なくとも１つのプレセラミック樹脂であって、前記プレセラミック樹脂が、少なくとも１つのシリコン樹脂を含む、上記少なくとも１つのプレセラミック樹脂を提供する工程、
   ７重量％の少なくとも１つの有機樹脂であって、前記有機樹脂が、フェノール樹脂である、上記少なくとも１つの有機樹脂を提供する工程、
   プレセラミック樹脂及び有機樹脂を混合する工程、
   混合物を型に入れ及びポリマー化させ、それによって半完成製品を得る工程、
   半完成製品を焼く工程
   を含む、ディスクブレーキの摩擦コンポーネントのための材料を製造する方法。