JP6026731B2

JP6026731B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP6026731B2
Application number: JP2011205209A
Authority: JP
Inventors: 正規加藤; 浩出井; 顕宣橋本; 生栗原
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP2013067679A

Description

本発明は、自動車、二輪車、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し、特に、高温及び高負荷環境下においても安定した連続制動を持続しうる摩擦材に関する。

ブレーキやクラッチ等に使用される摩擦材への性能要求は近年益々高まっており、特に、摩擦材がさらされる環境の高温及び高負荷化が進む中、安定した制動機能を発揮することが求められている。

特許文献１には、摩擦調整材として、潤滑成分を内包した研削成分、具体的には黒鉛を内包したシリカやアルミナを含有するブレーキライニングが記載されており、潤滑成分が研削性を兼ね備えているため、摩擦係数が制動開始時には大きく停止間際には小さくなる結果、鳴きの発生を抑えながらブレーキの効きを高めている。

特開２００５−９６２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブレーキライニングでは、１回の制動試験における摩擦係数の変化については確認されているが、高温及び高負荷環境下における連続制動では潤滑成分が早期に露呈し消耗することが考えられ、潤滑性と研削性のバランスが崩れる結果、摩擦係数が安定しない懸念がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、高温及び高負荷下における連続制動でも摩擦係数が低下せず安定した制動機能を持続しうる摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者らは、金属特性とセラミックス特性を併せ持つ特定の化合物を摩擦調整材として用いることで上記課題を解決できることを見出した。すなわち本発明は以下のとおりのものである。
〔１〕式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化合物を含有する摩擦材。
（式中、Ｍは遷移金属であり、Ａは周期表第１２〜１５族元素から選ばれる少なくとも１種であり、ＸはＣ及びＮの少なくとも一方であり、ｎは１以上の整数である）
〔２〕式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化合物が、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｃ系化合物、Ｔｉ−Ａｌ−Ｃ系化合物、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系化合物、及びＴｉ−Ｓｉ−Ｎ系化合物からなる群より選ばれる１種以上である、上記〔１〕に記載の摩擦材。
〔３〕式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化合物がＴｉ_３ＳｉＣ_２である、上記〔１〕または〔２〕に記載の摩擦材。
〔４〕Ｔｉ_３ＳｉＣ_２の平均粒径が０．１〜１００μｍである上記〔３〕に記載の摩擦材。

本発明によれば、金属特性とセラミックス特性を併せ持つ化合物が潤滑性と研削性を兼ね備え、さらに耐熱性を有するため、高温及び高負荷環境下における連続ブレーキ制動においても摩擦係数の低下が小さく、安定した制動を持続することができる。

本発明の摩擦材に含まれる式Ｍ_ｎ＋１ＡＸ_ｎで表される化合物（以下「ＭＡＸ化合物」とも称する）は、セラミックスの性質と金属の性質の両方を併せ持つ化合物として知られている（特表２００９−５２６７２５号公報参照）。本発明ではかかる化合物の焼結体粉体を摩擦調整材として用いる。

上記式において、Ｍは遷移金属であり、好ましくはＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、またはＷである。Ａは周期表第１２〜１５族元素から選ばれる少なくとも１種であり、好ましくはＡｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、またはＰｂである。ＸはＣ及びＮの少なくとも一方である。ｎは１以上の整数であり、好ましくは１〜３の整数である。
上記Ｍ、Ａ及びＸから組合せられるＭＡＸ化合物の好ましい例としては、Ｔｉ−Ｓｉ−Ｃ系化合物、Ｔｉ−Ａｌ−Ｃ系化合物、Ｔｉ−Ａｌ−Ｎ系化合物、及びＴｉ−Ｓｉ−Ｎ系化合物が挙げられ、中でもＴｉ−Ｓｉ−Ｃ系化合物が好ましい。Ｔｉ−Ｓｉ−Ｃ系化合物としてはＴｉ_３ＳｉＣ_２が好ましい。また、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。

ＭＡＸ化合物の焼結体粉末は、公知の方法により得ることができる（例えば特開２００６−２９８７６２号公報参照）。すなわち、Ｍ、Ａ及びＸの前駆体となる金属粉末及び無機化合物粉末を原料として、これらを混合し、真空又は不活性ガス中で加熱焼結することにより得ることができる。
原料粉末の混合方法は特に限定されないが、例えば、原料粉末をエタノール等の分散媒中で、ボールミル等を用いて所定時間粉砕混合する方法が挙げられる。その後分散媒は乾燥除去する。
焼結は、真空又はアルゴン等の不活性ガス中において実施し、焼結温度は１２００〜１４００℃が好ましい。かかる温度範囲とすることで目的の焼結体粉末を得ることができる。また焼結温度での保持時間は２〜５時間が好ましい。かかる範囲とすることで目的の焼結体粉末を得ることができる。
得られた焼結体粉末を、必要に応じて、目的の粒径となるまで乳鉢等を用いて粉砕する。
このようにしてＭＡＸ化合物の焼結体粉末を得ることができる。

また、ＭＡＸ化合物の平均粒径は、０．１〜１００μｍであることが好ましいが、詳細にはＭＡＸ化合物の種類や摩擦材の種類に応じて設定することが好ましい。ＭＡＸ化合物の粒径は、粉砕・分級によって制御することができる。なお、平均粒径はレーザー回折・散乱法による粒度分布測定に基づき規定される値（メジアン径）である。

本発明のＭＡＸ化合物を含む摩擦材の種類は限定されず、例えば非アスベスト系摩擦材（Ｎｏｎ−Ａｓｂｅｓｔｓ−Ｏｒｇａｎｉｃ摩擦材、以下「ＮＡＯ材」とも称する）、ロースチール摩擦材、セミメタリック摩擦材、焼結摩擦材、セラミックス摩擦材等のいずれであってもよい。したがって本発明で用いられる基材は上記摩擦材の種類に応じて通常用いられるものを適宜用いることができる。

以下、本発明の摩擦材がＮＡＯ材である態様について説明するが、本発明はこれに限定されない。
ＮＡＯ材としては、少なくとも基材、摩擦調整材及び結合材を含む摩擦材であることが好ましい。摩擦材には通常、摩擦材を補強する作用を有する基材、摩擦材に含まれる材料を一体化させるため必要に応じて配合される結合材とともに、摩擦性能を調整するための種々の固体粉体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、基材及び結合材以外の、摩擦性能を調整する固体粉体材料を総称して「摩擦調整材」と称する。ＮＡＯ材において、上記ＭＡＸ化合物は摩擦調整材として機能する。

ＮＡＯ材における基材としては、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。
繊維基材の配合量は、摩擦材において、好ましくは１〜５０体積％、より好ましくは５〜４５体積％である。

ＭＡＸ化合物の摩擦材（ＮＡＯ材）における含有量は、１〜１０体積％が好ましく、２〜６体積％がさらに好ましい。含有量がかかる範囲であれば潤滑性と研削性のバランスをとることができる。

ＭＡＸ化合物の摩擦材（ＮＡＯ材）における平均粒径は、０．１〜４５μｍが好ましく、０．１〜３０μｍがより好ましい。平均粒径がかかる範囲であれば潤滑性と研削性のバランスをとることができる。

本発明の摩擦材（ＮＡＯ材）は結合材を含有することが好ましく、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る。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、摩擦材全体において、好ましくは１０〜２０体積％、より好ましくは１４〜２０体積％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、ＭＡＸ化合物以外に、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、摩擦材全体において、好ましくは４０〜６０体積％、より好ましくは４５〜６０体積％である。

本発明の摩擦材を製造するには、例えばＮＡＯ材であれば、上記の基材、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。

＜チタンシリコンカーバイド（Ｔｉ_３ＳｉＣ_２）の作製＞
出発原料として、チタン（純度９９．９％、Ｐｏｗｄｅｒ４５μｍＰａｓｓ）、ケイ素（純度９８％、ｃａ．５μｍ）及び炭化チタン（純度９９％、Ｐｏｗｄｅｒ２−５μｍ）を用いた（いずれも株式会社高純度化学研究所製）。
チタン、ケイ素及び炭化チタンを２：２：３（モル比）で混合した粉末１００ｇとエチルアルコール１００ｍＬとを、遊星型ボールミル（フリッチュ製Ｐｏｌｖｅｒｓｅｔｔｅ６）を用いて、２００ｒｐｍで３時間粉砕混合した。その後真空オーブン（Ａｄｖａｎｔｅｃ製ＤＲＶ４２０ＤＡ）にて、７０℃、２４時間乾燥させ、無機材焼結炉（ネムス製ＮＰ−１０Ｇ）にてアルゴンガス雰囲気中にて１４００℃まで３時間で昇温させ、１４００℃で４時間保持し、焼結した。得られた焼結体粉末を４５μｍ以下になるまで乳鉢で粉砕し、分級し、目的とする平均粒径２０μｍのチタンシリコンカーバイドを得た。
作製したサンプルは、Ｘ線解析装置（島津製作所製、ＸＲＤ−６０００）の分析により、Ｔｉ_３ＳｉＣ_２が形成されていることを確認した。
また、平均粒径はレーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所製、ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により測定した。

＜摩擦材の作製＞
表１に示す割合で各材料を配合し、摩擦材（ＮＡＯ材）を得た。

＜摩耗試験＞
実施例及び比較例の各摩擦材について、ＪＡＳＯＣ４０３に準拠し、ダイナモ試験機を用いて高温・高負荷における連続２００回制動の摩擦試験を実施した。制動回数毎に得られる摩擦係数の平均値を「摩擦係数」と称し、２００回制動の平均の摩擦係数をａｖμ、２００回制動内で最小の摩擦係数をｍｉｎμ、２００回制動内で最大の摩擦係数をｍａｘμとそれぞれ称して算出した。また、試験前後の摩擦材の厚みから摩擦材摩耗量を測定した。
ダイナモ試験の条件を表２に示し、試験結果を表３に示す。

表３より、従来のように潤滑成分（黒鉛）と研削成分（アルミナ）を併用した比較例１の摩擦材に対し、潤滑性と研削性を併せ持つＭＡＸ化合物を使用した実施例１〜３の摩擦材は、摩擦係数の低下（ａｖμ−ｍｉｎμ）が小さく、摩擦係数のばらつき（ｍａｘμ−ｍｉｎμ）が小さいことから、安定した制動を持続できることが分かる。

本発明の摩擦材は、高温・高負荷条件下における連続制動において摩擦係数の低下が小さく、安定した制動を持続することができ、自動車、二輪車、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

繊維基材、結合材及び摩擦調整材を含有する摩擦材であって、前記摩擦調整材としてＴｉ _３ＳｉＣ _２を含有する摩擦材。
Ｔｉ_３ＳｉＣ_２の平均粒径が０．１〜１００μｍである請求項１に記載の摩擦材。
Ｔｉ _３ＳｉＣ _２の含有量が１〜１０体積％である請求項１または２に記載の摩擦材。