JP6293752B2 - 摩擦材料 - Google Patents

Description

本発明は、アスベストフリーの有機材料、特に、ＮＡＯ（「非アスベスト有機物」）として既知の種類の摩擦材料、すなわち、アスベストフリーの有機摩擦材に関する。

特に、本発明は、良好な摩耗耐性、係合表面の磨損を回避することを可能にする、係合表面（車両のブレーキの分野における、ブレーキディスク又はドラムの表面）における緩やかさ、及び適切なブレーキング機能（特に、高温における摩擦安定性）などにより、自動車のブレーキ、及び一般的に自動車業界における同様の用途（例えば、クラッチディスク）における摩擦材料として使用するために適合された、アスベストフリーの有機摩擦材料に関する。

車両のドラムブレーキのブレーキシュー、及びディスクブレーキのブレーキパッド、並びに他の装置（例えば、クラッチディスク）として使用される摩擦材料は、線維性材料、結合剤、及び充填剤から形成される基材を含む。過去において、アスベストは、線維性材料として比較的多く使用されていたが、大きな環境問題を呈し、また、人体の健康に周知の毒性作用を有したために、ここしばらく法律で禁止されている。そのため、この材料は、例えば、岩綿、ウォラストナイト、繊維ガラスなどの無機物、並びにアラミド繊維及びカーボン繊維などの有機物の両方、加えて金属、例えば、銅、スズ、鉄、アルミニウムの繊維又は粉末、青銅又は真鍮などの他の金属又は合金などの、他の材料に代えられた。結合剤は、通常、フェノール樹脂ベースの熱硬化性ポリマーである。充填剤として使用されるさまざまな材料には、例えばバライト（硫酸バリウム）、炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、タルク、珪酸ジルコニウム、ジルコニア、雲母、金属粉末、二硫化モリブデン、ゴム（粉末又は顆粒）、黒鉛が挙げられる。特に、黒鉛、及び二硫化モリブデンは、摩耗耐性を改善する。

ＥＰ１２２７２６２は、アンチモニー化合物の使用を排除する一方で、依然として、特に高温において良好な摩耗耐性を維持する目的のため、およそ１０体積％の銅繊維を線維性材料として、並びに０．１〜１５体積％のスズ及び／又は硫化スズを含む、上記の種類の摩擦材料を開示している。

ＥＰ４８２２０４もまた、互いに異なり、異なる融点を有する３つのスズ化合物（金属性スズを含む）の混合物が同時に存在することにより、ブレーキシュー又はブレーキパッドが、使用中にディスク又はドラムの接触表面に付着する、又は「膠着する」のを回避する、という問題を解決する、４〜９体積％の青銅繊維を含む、上記の種類の摩擦材料を開示する。

それでも、環境を保全し、人体の健康に対する障害の可能性を避けるために、様々な国内及び国際規格は、アスベスト及び重金属を含まないだけではなく、銅が少ない、又はこれを全く含まない、摩擦材料の使用を、より頻繁に課すようになった（規格は既にいくつかのアメリカの州で承認され、来年から施行される）。

したがって、当該技術分野において、アスベスト、重金属、及び銅を含まず、しかし同時にこのような物質を含む摩擦材料によるものと少なくとも匹敵する性能を保持する摩擦材料を提供する必要性が存在している。

本発明の目的は、先行技術の不利益を克服し、銅を含むアスベストフリーの有機摩擦材料と匹敵しうるブレーキング性能を呈することができる、青銅及び真鍮などの、銅及び銅化合物を含まない、アスベストフリーの有機摩擦材料を提供することである。

本発明はしたがって、請求項１に定義されるアスベストフリーの摩擦材料に関する。

特に、本発明に係る摩擦材料は、線維性基材、充填剤、及び有機結合剤を含む組成物又は混合物から形成され、銅及び銅化合物又は合金を全く含まないが、線維性基材中に、無機及び／又は有機繊維と共に、組成物の合計体積から計算して１〜１０体積％のステンレススチール繊維、例えば、従来的なＵＮＩ Ｘ １０ Ｃｒ Ｎｉ １８０８（「ｉｎｏｘ １８−８」として既知）、又は同等のステンレススチール、１０（重量）％のＮｉ（「ｉｎｏｘ １８−１０」として既知）を含む。

本発明に係る摩擦材料はまた、金属性チタン酸塩、好ましくは六チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｔｉ_６Ｏ_１３）、又はカリウム及び／若しくはナトリウムの他のチタン酸塩に基づく、本発明による、１〜２５体積％の「線維性酸化物の系」を含み、これにジルコニア（これ自体は線維性材料でない）が様々な比率で添加される。

特に、本発明に係る摩擦材料を構成する組成物又は混合物において、ジルコニアと、チタン酸塩（特に、六チタン酸カリウム）との間の体積含有率の比率は、１：１〜１：２である。

更に、ステンレススチール繊維の体積含有率と、ジルコニア及びチタン酸塩の体積含有率の合計との間の比率は、１：４〜１：８でなくてはならない。

本発明のアスベストフリーの有機摩擦材料を形成するために使用される摩擦材料の組成物は、ＳｎＳ及びＳｎＳ_２などの、スズ硫化物など、０〜１０体積％の固体潤滑剤を含み得る。

組成物中に黒鉛、及び／又はコークスを含むことも望ましい。

黒鉛は、摩擦材料中に一般的に使用される既知の任意の黒鉛であり得る。

黒鉛（及び／又はコークス）は、適切に選択された量（これは、好ましくは摩擦材料の組成物全体の２〜１５体積％を含む）で添加される。

摩擦材料の組成物の他の成分は、当該技術分野において既知である摩擦材料中に使用される成分であり得る。

特に、線維性基材の残部は、摩擦材料中に一般的に使用される、アスベスト以外の任意の有機繊維又は無機繊維であり得る。代表的な実施形態としては、例えばガラス繊維、岩綿、ウォラストナイト、海泡石、及びアタパルジャイトなどの無機繊維、及びカーボン繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリアミド繊維、フェノール繊維、セルロース、及びアクリル繊維、又はＰＡＮ（ポリアクリルニトリル）などの有機繊維が挙げられる。

線維性基材は、短繊維、又は粉末の形態で使用され得る。

線維性基材、及び特に使用されるステンレススチール繊維が、０．５〜１．５ｍｍの合計繊維長、及び４０〜１５０マイクロメートルの繊維直径を有することが望ましい。

当該技術分野において既知の様々な材料が有機又は無機充填剤として使用され得る。代表的な実施形態としては、炭酸カルシウム沈殿物、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、フッ化カルシウム、消石灰、タルク、三酸化モリブデン、珪酸塩ジルコニウム、酸化鉄、雲母、硫化鉄、二酸化ケイ素、バーミキュライト、ゴム粉末（ゴム粉末及び顆粒）、ニトリルゴム粉末（加硫物）金属粉末（銅及びその合金を除く）、アクリルゴム粉末（加硫物）が挙げられる。

これらは、単独で、又は２つ以上の組み合わせとして使用され得る。このような充填剤は、摩擦材料の組成物全体に基づき、好ましくは２〜４０体積％の量で含まれる。

結合剤は、摩擦材料において一般的に使用される、既知の結合剤であり得る。

好適な結合剤の代表的な実施形態としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、及びエポキシ樹脂、様々な変性フェノール樹脂、例えば、エポキシ変性フェノール樹脂、油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、及びアクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）が挙げられる。

これらの化合物のいずれか１つ、又はこれらの２つ以上の組み合わせが使用され得る。結合剤は、摩擦材料の組成物全体に基づき、好ましくは２〜３０体積％の量で含まれる。

本発明の別の態様によれば、本発明による摩擦材料はまた、ステンレススチール繊維に加え、０．２〜１．５ｍｍの全長、５０〜２５０μｍの合計直径、１〜１０体積％の合計量を有する、亜鉛繊維を含んでもよい。

より一般的に、本発明による摩擦材料は、合計体積に対する体積により計算して、以下の％組成を呈する：
有機繊維 １〜１０
無機繊維 １〜２０
樹脂 ５〜３０
炭素材料 １〜１５
他の金属 ０〜１０（とりわけ亜鉛）
無機硫黄 ０〜１５
無機塩 ０〜３０
無機酸化物 １〜３０
珪酸塩 １〜２０
チタン酸塩 １〜２５
ステンレススチール １〜１０
本発明の摩擦材料は一般的に、例えば、Ｈｅｎｓｃｈｅｌ、Ｌｏｅｄｉｇｅ、又はＥｉｒｉｃｈミキサなどの、好適なミキサにおいて、特定量の上記の線維性基材と、結合剤及び充填剤とを一緒に均一に混合することにより生成される。

加圧は、１３０〜２００℃（２６６〜３９２°Ｆ）の温度で、１５０〜１５００Ｋｇ／ｃｍ^２（１４，７〜１４７，１ＭＰａ）の圧力で、３〜１０分の時間にわたり行われ、又はダイ内で混合が行われた後、１３０〜１８０℃（２６６〜３５６°Ｆ）の温度で、１５０〜５００Ｋｇ／ｃｍ^２（１４，７〜４９ＭＰａ）の圧力で、３〜１０分の時間にわたり加圧が行われる。

結果として得られる加圧された物品は典型的には、１５０〜２５０℃（３０２〜４８２°Ｆ）で、２〜１０時間にわたり熱処理することにより予備硬化され、その後スプレー塗装、又は粉末コーティングされ、炉乾燥され、場合によって必要に応じて機械加工されて、最終製品を生成する。

本発明の摩擦材料は、自動車、トラック、貨車、及び他の様々な種類の車両、並びに工業機械のブレーキの、ディスクライニング、シュー、及びパッド等の用途、又はクラッチディスクにおいて使用され得る。

本発明は、以下の実施例及び比較例、及び、ブレーキング性能テストの結果を図形の形態で例示する、添付の図面の図１〜４を参照して、より詳細に説明される。
図１は、銅及びその化合物／合金、及びステンレススチール繊維の両方を含まない、比較材料「配合３」を指す。 図２は、銅を含む現況技術の材料「配合１」を指す。 図３は、銅を含まないが、チタン酸カリウム及びジルコニアと共にステンレススチール繊維を含む、本発明の材料「配合２」を示す。 図４は、銅を含まず、ステンレススチール繊維を含むが、チタン酸塩を含まない、比較材料「配合４」を示す。

実施例及び比較例は、例示目的のために記載され、これは本発明の制限を意図しない。

実施例
表１に示される成分は、Ｌｏｅｄｉｇｅミキサ内で均一に混合され、２００ｋｇ／ｃｍ^２（１９，６ＭＰａ）の圧力下で、３分間にわたり、１６０℃（３２０°Ｆ）の温度で、ダイで加圧された。その後、５時間にわたり２００℃（３９２°Ｆ）の温度での熱処理により硬化されて、「配合２」として示される本発明による摩擦材料が生成され、「配合３」として示される比較材料は、本発明の材料と実質的に同一の組成を有するが、ステンレススチール繊維を含まず、同量の硫酸バリウムと代えられ、「配合４」として示される比較材料は、「配合２」によるものと同一の組成を有するが、チタン酸カリウムがバライトに代えられ、「配合１」として示される既知の技術による比較材料は、銅を含んだ。

このようにして得られた材料は、車両に取り付けられ、以下のサイクルによりベンチ試験で試験された。

・試験設定：８０〜３０ｋｍ／ｈへ９６回のブレーキング（４９，７〜１８，６ｍｐｈ）
・特性値：８０〜４０Ｋｍ／ｈへ８回のブレーキング（４９，７〜２４，８ｍｐｈ）
・高速フェード試験：１６８〜８０Ｋｍ／ｈへ５回のブレーキング（１０４，４〜４９，７ｍｐｈ）、及び１６８〜５Ｋｍ／ｈへ５回のブレーキング（１０４．４〜３．１ｍｐｈ）
・高速フェード試験：１６８〜８０Ｋｍ／ｈへ９回のブレーキング（１０４，４〜４９，７ｍｐｈ）
・特性値：８０〜４０Ｋｍ／ｈへ８回のブレーキング（４９，７〜２４，８ｍｐｈ）
得られた結果は、図１〜４のグラフに例示されている。

明らかに、Ｘの印のついた点により表され、ブレーキ中における油の消費を表す曲線を特に観察し、銅を含まない、本発明による摩擦材料は、全体的におよそ６．９体積％の銅を含む、当該技術分野において既知のものと匹敵するブレーキング性能を有する。逆に、銅及びステンレススチールの双方を含まないが、依然として他の成分については本発明の材料と全体的に同様の組成を有する、比較材料「配合３」は、ブレーキング中の油消費が指数関数的に増加し、これは車両のブレーキングが漸進的に「より長い」挙動を呈し、車両において一般的に許容不可能であることを意味する。

他の図面ともあわせて、図４の比較例から、ステンレススチール繊維と、チタン酸カリウム（図３）の組み合わせを有する材料が、銅の代わりにステンレススチールを備えるが、チタン酸塩カリウムを含まない同じ材料よりも確かに優れていることが、更に明らかとなる。更に、最後の材料「配合４」は、対照材料「配合３」のものより確かに優れた挙動を呈し、現況技術の材料「配合１」のものよりも高い油消費を呈する一方で、対照材料「配合３」が代わりに呈する指数関数的な変化を呈さず、特定の選択されるステンレススチール繊維の存在が、単独でも、銅及びその合金なしに、革新的な結果をもたらすことを示している。

したがって、本発明の目的が完全に達成される。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
特に、線維性基材、充填剤、及び有機結合剤を含む組成物又は混合物から形成される、車両のブレーキパッド及びシューを製造するための、アスベストフリーの有機摩擦材料であって、前記組成物は、銅及び銅化合物又は合金を全く含まないが、前記線維性基材中に、無機及び／又は有機繊維と共に、前記組成物の合計体積から計算して１〜１０体積％のステンレススチール繊維を含み、前記組成物はまた、金属性チタン酸塩、好ましくは六チタン酸カリウム（Ｋ _２ Ｔｉ _６ Ｏ _１３ ）、又は他のカリウム及び／若しくはナトリウムチタン酸塩から作製される、１〜２５体積％の「線維性酸化物の系」を含み、ジルコニアが様々な比率で添加され、ジルコニアとチタン酸塩との間の体積含有率の比率は１：１〜１：２であることを特徴とする、アスベストフリーの有機摩擦材料。
［２］
特に、線維性基材、充填剤、及び有機結合剤を含む組成物又は混合物から形成される、車両のブレーキパッド及びシューを製造するための、アスベストフリーの有機摩擦材料であって、前記組成物は、銅及び銅化合物又は合金を全く含まないが、前記線維性基材中に、無機及び／又は有機繊維と共に、前記組成物の合計体積から計算して１〜１０体積％のステンレススチール繊維を含み、前記組成物はまた、金属性チタン酸塩、好ましくは六チタン酸カリウム（Ｋ _２ Ｔｉ _６ Ｏ _１３ ）、又は他のカリウム及び／若しくはナトリウムチタン酸塩から作製される、１〜２５体積％の「線維性酸化物の系」を含み、ジルコニアが様々な比率で添加され、ステンレススチール繊維の体積含有率と、ジルコニア及びチタン酸塩の体積含有率の合計との間の比率は、１：４〜１：８であることを特徴とする、アスベストフリーの有機摩擦材料。
［３］
前記組成物は好ましくは、０〜１０体積％の固体潤滑剤を含むことを特徴とする、［１］又は［２］２に記載の摩擦材料。
［４］
前記摩擦材料の前記合計組成物の、好ましくは２〜１５体積％の、適切に選択された量の、黒鉛及び／又はコークスを組成物中に含むことを特徴とする、［１］〜［３］のいずれか一に記載の摩擦材料。
［５］
前記組成物中に含まれる、前記線維性基材、及び特に、前記ステンレススチール繊維が、０．５〜１．５ｍｍの合計繊維長さ、及び４０〜１５０マイクロメートルの繊維直径を有することを特徴とする、［１］〜［４］のいずれか一に記載の摩擦材料。
［６］
合計体積に対する体積で計算し、以下の割合の組成物：
有機繊維 １〜１０
無機繊維 １〜２０
樹脂 ５〜３０
炭素材料 １〜１５
他の金属 ０〜１０
無機硫黄 ０〜１５
無機塩 ０〜３０
無機酸化物 １〜３０
珪酸塩 １〜２０
チタン酸塩 １〜２５
ステンレススチール １〜１０
を呈することを特徴とする、［１］〜［５］のいずれか一に記載の摩擦材料。
［７］
前記結合剤は、前記組成物の前記合計体積に対して、２〜３０体積％の量で、前記組成物に含まれ、好ましくはフェノール樹脂により構成されている、［１］〜［６］のいずれか一に記載の摩擦材料。

Claims (10)

1. 線維性基材、充填剤、及び有機結合剤を含む組成物から形成される、車両のブレーキパッド及びシューを製造するための、アスベストフリーの有機摩擦材料であって、前記組成物は、銅及び銅化合物又は合金を全く含まないが、前記線維性基材中に、無機及び／又は有機繊維と共に、前記組成物の合計体積から計算して１〜１０体積％のステンレススチール繊維を含み、前記組成物はまた、金属性チタン酸塩から作製される、１〜２５体積％の「線維性酸化物の系」を含み、ジルコニアが様々な比率で添加され、ジルコニアとチタン酸塩との間の体積含有率の比率は１：１〜１：２であることを特徴とする、アスベストフリーの有機摩擦材料。
2. 線維性基材、充填剤、及び有機結合剤を含む組成物から形成される、車両のブレーキパッド及びシューを製造するための、アスベストフリーの有機摩擦材料であって、前記組成物は、銅及び銅化合物又は合金を全く含まないが、前記線維性基材中に、無機及び／又は有機繊維と共に、前記組成物の合計体積から計算して１〜１０体積％のステンレススチール繊維を含み、前記組成物はまた、金属性チタン酸塩から作製される、１〜２５体積％の「線維性酸化物の系」を含み、ジルコニアが様々な比率で添加され、ステンレススチール繊維の体積含有率と、ジルコニア及びチタン酸塩の体積含有率の合計との間の比率は、１：４〜１：８であることを特徴とする、アスベストフリーの有機摩擦材料。
3. 前記チタン酸塩は六チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｔｉ_６Ｏ_１３）、又は他のカリウム及び／若しくはナトリウムチタン酸塩であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の摩擦材料。
4. 前記組成物は、０〜１０体積％の固体潤滑剤を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦材料。
5. 適切に選択された量の黒鉛及び／又はコークスを組成物中に含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の摩擦材料。
6. 前記摩擦材料の組成物全体の２〜１５体積％の量で黒鉛及び／又はコークスを前記組成物中に含むことを特徴とする、請求項５に記載の摩擦材料。
7. 前記組成物中に含まれる、前記ステンレススチール繊維が、０．５〜１．５ｍｍの合計繊維長さ、及び４０〜１５０マイクロメートルの繊維直径を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の摩擦材料。
8. 合計体積に対する体積で計算し、以下の割合の組成物：
   有機繊維 １〜１０体積％
   無機繊維 １〜２０体積％
   樹脂 ５〜３０体積％
   炭素材料 １〜１５体積％
   他の金属 ０〜１０体積％
   無機硫黄 ０〜１５体積％
   無機塩 ０〜３０体積％
   無機酸化物 １〜３０体積％
   珪酸塩 １〜２０体積％
   チタン酸塩 １〜２５体積％
   ステンレススチール １〜１０体積％
   を呈することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の摩擦材料。
9. 前記結合剤は、前記組成物の前記合計体積に対して、２〜３０体積％の量で、前記組成物に含まれている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の摩擦材料。
10. 結合剤がフェノール樹脂により構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の摩擦材料。