JP6439914B2

JP6439914B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP6439914B2
Application number: JP2014177665A
Authority: JP
Inventors: 直輝端野; 直樹服部; 真人山口; 香織相根
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: JP2016050283A

Description

本発明は、摩擦材に関し、特に自動車、鉄道車両及び産業機械等のブレーキパッド、ブレーキライニング及び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り、銅の含有量が少ないため環境汚染を防止でき、安定した摩擦係数を得られ、それにより鳴き及び振動が発生しにくく、耐摩耗性に優れた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、摩擦作用を安定させる潤滑剤、摩擦係数を発現する研削材、補強作用をする繊維基材、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、銅繊維、アラミド繊維及びセラミック繊維等の繊維基材を用いて、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、主に繊維基材として配合されている銅及び銅合金について、河川もしくは海洋汚染の可能性が示唆されている。
また、摩擦材への要求は益々高まっており、安定した摩擦係数、鳴き及び振動が発生しにくく、耐摩耗性に優れた摩擦材の出現が望まれている。

特許文献１には、銅の含有量が銅元素として０．５質量％以下であり、カシューダストの含有量が３．５〜１０．０％質量％であり、ウォラスナイト及びマイカを含有することにより、銅や銅合金の含有量が少なくても、摩擦係数、耐クラック性及び耐摩耗性に優れた摩擦材を得られることが記載されている。

特許文献２には、銅の含有量が銅元素として０．５質量％以下であり、結合材としてアクリルエラストマー分散フェノール樹脂を７〜１５質量％を含有し、無機充填材としてＣａ（ＯＨ）_２及び／又はＣａＯを合計で１〜５質量％含有することにより、銅や銅合金の含有量が少なくても、せん断強度、耐クラック性及び耐摩耗性に優れた摩擦材を得られることが記載されている。

特許第５０５１３３０号公報特許第５０７１６０４号公報

しかしながら、上記従来の摩擦材にもさらなる改善の余地があり、従来の要求を超える安定した摩擦係数、それによる鳴き及び振動の発生しにくさ、耐摩耗性の実現が求められている。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、銅や銅合金の含有量が少なくても安定した摩擦係数を得られ、それにより鳴き及び振動が発生しにくく、耐摩耗性に優れた摩擦材を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の低温及び高温有機潤滑材や研削材などを用いることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の摩擦材は、低温有機潤滑剤、高温有機潤滑剤、高温無機潤滑剤、研削材及び充填材を含有し、繊維基材とハニカムコアを含有しない摩擦材である。
この摩擦材は、銅及び銅化合物の含有量が０．５質量％以下であり、上記低温有機潤滑剤の分解温度が１５０℃以上で、上記高温有機潤滑剤の融点が２５００℃以上であり、上記研削材の融点が２５００℃以上であり、
上記低温有機潤滑剤の粒径が５〜２５μｍの範囲にあり、上記高温有機潤滑剤の粒径が１０〜５０μｍの範囲にある、ことを特徴とする。

本発明によれば、所定の低温及び高温有機潤滑材や研削材などを用いることとしたため、銅や銅合金の含有量が少なくても安定した摩擦係数を得られ、それにより鳴き及び振動が発生しにくく、耐摩耗性に優れた摩擦材を提供することができる。

以下、本発明の摩擦材について説明する。
本発明の摩擦材は、所定の潤滑剤、所定の研削材及び充填材を含む摩擦材である。潤滑材は、低温有機潤滑剤、高温有機潤滑材及び高温無機潤滑剤に分類できる。

＜潤滑剤＞
ここで、潤滑剤としては、まずは分解温度が１５０℃以上である低温有機潤滑剤を用いるが、この低温有機潤滑剤は、約１００℃までの高頻度使用領域において固体状態を保つことにより、安定的にロータとの凝着力、すなわち摩擦係数を発現する役割を果たす。
また、２００℃以上において潤滑剤として作用するので、摩擦係数を安定化させる目的で配合する。

低温有機潤滑剤は粉末の形態で添加されるが、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ分布範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は５〜２０μｍであることが好ましく、７．５〜１７．５μｍであることがより好ましい。

また、低温有機潤滑剤の配合量は１〜１０質量％であることが好ましく、３〜８質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、カシューダスト及びタイヤかすを挙げることができる。

また、本発明の摩擦材では、融点が２５００℃以上である高温有機潤滑剤を用いるが、この高温有機潤滑剤は、全使用領域において固体状態を保ち摩擦係数を安定化させる役割を果たす。
高温有機潤滑剤は粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径が小さく且つ分布範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は１０〜５０μｍであることを要し、２０〜４０μｍであることがより好ましい。

高温有機潤滑剤の配合量は２〜８質量％であることが好ましく、３〜７質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、鱗片状黒鉛及び土壌黒鉛を挙げることができる。

さらに、本発明の摩擦材では、高温無機潤滑剤、好ましくは融点が１２００℃以上である高温無機潤滑剤を用いる。
この高温無機潤滑剤は、全使用領域において固体状態を保ちロータへ被膜を形成し摩擦係数を安定化させる作用及び摩耗を抑制する役割を果たす。

高温無機潤滑剤は粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は、０．２〜１μｍであることが好ましく、０．２〜０．８μｍであることがより好ましい。

また、高温有機潤滑剤の配合量は１〜１２質量％であることが好ましく、２〜１０質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、酸化鉄及び酸化チタンを挙げることができる。酸化鉄は四酸化三鉄及び三酸化二鉄のどちらでも構わない。

＜研削材＞
次に、本発明では、融点が２５００℃以上の研削材を用いるが、この研削材は全使用領域において固体状態を保ち安定的にロータへの研削力、すなわち摩擦係数を発現する役割を果たす。

この研削材は粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径が小さく且つ分布範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は０．２〜２μｍであることが好ましく、０．４〜１．６μｍであることがより好ましい。

また、研削材の配合量は２〜８質量％であることが好ましく、３〜７質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料として、ジルコニアや酸化イットリウムを挙げることができる。

＜充填材＞
本発明の摩擦材では、充填材、好ましくは融点が１２００℃以上である充填材を用いる。
この充填材は、全使用領域において固体状態を保ち安定的にロータとの凝着力、即ち摩擦係数を発現する役割を果たす。
充填剤は、粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は、１０〜３０μｍであることが好ましく、１５〜２５μｍであることがより好ましい。

また、充填材の配合量は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。
上記条件を満足する配合原材料としては、チタン酸カリウムを挙げることができる。

＜金属粉＞
本発明では、金属粉を用いてもよく、好ましくは融点が１４００℃以上である金属粉を用いる。
この金属粉は、全使用領域において固体状態を保ち約３００℃以上の高温領域でロータとの凝着力、すなわち摩擦係数を発現する役割を果たす。

この金属粉は、粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は、２〜５０μｍであることが好ましく、５〜４０μｍであることがより好ましい。

また、この金属粉の配合量は０．５〜１０質量％であることが好ましく、２〜８質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、鉄粉を例示できる。

また、本発明では、融点が５００℃以下の金属粉を用いることができ、この金属粉は、３００℃以上の高温領域でロータ表面に延伸して潤滑剤として作用し、摩擦係数を安定化させる作用及び摩耗を抑制する役割を果たす。
この金属粉は粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は、２．５〜１０μｍであることが好ましく、３〜９μｍであることがより好ましい。

この金属粉の配合量は０．５〜４質量％であることが好ましく、１〜３．５質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、亜鉛粉を例示できる。

さらに、本発明では、融点が３００℃以下である金属粉を用いることができ、この金属粉は、１００℃以上の領域でロータ表面に延伸して潤滑剤として作用し、摩擦係数を安定化させる作用及び摩耗を抑制する役割を果たす。
この金属粉は粉末の形態で添加され、摩擦係数を安定化させるためには、その粒径は小さく且つ範囲が狭いことが好ましく、その一次粒子のメジアン径は、３〜１０μｍであることが好ましく、４〜９μｍであることがより好ましい。

また、この金属粉の配合量は０．５〜５質量％であることが好ましく、１〜４．５質量％であることがより好ましい。
上記条件を満足する配合原材料としては、錫粉を挙げることができる。

＜結合材＞
本発明では、上記の潤滑剤や研削材、充填材の他に結合材を用いることができる。
かかる結合材は、上記の潤滑剤や研削材、充填材の結合媒体の役割を果たす。結合材の配合量は、５〜２０質量％であることが好ましい。
結合材の具体例としては、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。

＜摩擦調整材＞
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を用いてもよく、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る。
例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、硫化銅、酸化ケイ素、バーミキュライト、マイカ、アルミナ、マグネシア、酸化クロム、クロマイト、ゴムダスト及びタイヤ粉末等、メラミンダストや二硫化モリブデン等の固体潤滑材等を用いることができる。

これらの摩擦調整材は、製品に要求される摩擦特性、例えば摩擦係数、耐摩耗性、振動特性及び鳴き特性等に応じて、単独で又は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％とすることができる。

次に、以上に説明した本発明の摩擦材の製造方法について説明する。
この摩擦材は、上記の潤滑剤、研削材及び充填材、必要に応じて金属粉、結合材や摩擦調整材の所定量を配合し、その配合物に、通常の製法に従って予備成形、熱成形、加熱及び研摩等の処理を施すことにより製造することができる。

本発明の摩擦材は、ブレーキパッド、レーキライニング及びクラッチフェーシングなどの種々の製品に利用される。
例えば、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し、脱脂処理及びプライマー処理を施し、さらに接着剤を塗布し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１４０〜１８０℃、成形圧力２０〜８０ＭＰａ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１５０〜３５０℃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ことにより製造することができる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１〜４、比較例１〜３及び参考例１〜７）
表１〜３で示す配合割合で原材料を高速ミキサーによって７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、各例の摩擦材を作製した。なお、各例の摩擦材は、銅及び銅化合物を含有していない。

配合原材料はについては、以下の通りである。
低温有機潤滑剤：カシューダスト（分解温度約２９０℃、東北加工社製）
高温有機潤滑剤：黒鉛（融点約３５００℃、日本黒鉛社製）
研削材：ジルコニア（融点約２７００℃、第一稀元素化学工業社製）
高温無機潤滑剤：酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３、融点約１４００℃、ＪＦＥケミカル社製）
充填材：チタン酸カリウム（大塚化学社製、融点約１３００℃）
金属粉：鉄（融点約１５００℃）、亜鉛（融点約４２０℃、錫（融点約２３０℃）
繊維基材：スチール繊維（融点約１５００℃）
結合材：フェノール
摩擦調整材：各種材料

＜性能評価＞
摩耗寿命（パッド、ロータ）、摩擦係数（平均、変動幅）の判定は以下を基準に行った。得られた結果を表１〜３に併記した。

（１）摩耗寿命
摩耗寿命は、制動前温度１００〜５００℃において、初速度６０ｋｍ／ｈ、減速度３ｍ／ｓ^２、制動回数１０００回の条件でダイナモメータによる摩耗試験を行い、パッド及びロータ摩耗量より算出した。表１〜表３において、○等の記号の意味は以下の通りである。
パッド
○○：２万ｍｉｌｅ以上
○：１．５万ｍｉｌｅ以上、２万ｍｉｌｅ未満
×：１．５万ｍｉｌｅ未満
ロータ
○○：１０万ｍｉｌｅ以上
○：５万ｍｉｌｅ以上、１０万ｍｉｌｅ未満
×：５万ｍｉｌｅ未満

（２）摩擦係数
摩擦係数は、制動前温度１００℃において、初速１０〜１８０ｋｍ／ｈ、減速度１〜１０ｍ／ｓ^２の条件でダイナモメータによる効き試験を行い、上記条件における摩擦係数の平均値、変動幅を算出した。表１〜表３において、○等の記号の意味は以下の通りである。
平均
○○○：０．４２〜０．４５
○○：０．３８〜０．４０
○：０．３３〜０．３５
変動幅
○○：０．８以下
○：１．０以下
×：１．０以上

上記実施例及び比較例、参考例の結果から、本発明の摩擦材は、銅の含有量が少ないため環境汚染を防止でき、安定した摩擦係数を得られ、それにより鳴き及び振動が発生しにくく、耐摩耗性に優れた摩擦材が得られていることが分かる。

以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の摩擦材は、自動車業界のみならず、二輪車、重機、エレベータの摩擦材にも応用可能である。

Claims

低温有機潤滑剤、高温有機潤滑剤、高温無機潤滑剤、研削材及び充填材を含有し、繊維基材とハニカムコアを含有しない摩擦材であって、
銅及び銅化合物の含有量が０．５質量％以下であり、上記低温有機潤滑剤の分解温度が１５０℃以上で、上記高温有機潤滑剤の融点が２５００℃以上であり、上記研削材の融点が２５００℃以上であり、
上記低温有機潤滑剤の粒径が５〜２５μｍの範囲にあり、上記高温有機潤滑剤の粒径が１０〜５０μｍの範囲にある、ことを特徴とする摩擦材。
金属粉として、鉄粉、亜鉛粉及び錫粉を含有することを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
上記低温有機潤滑剤の粒径が５〜２０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦材。
上記研削材がジルコニア及び／又はイットリアから成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記高温無機潤滑剤の融点が１２００℃以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記高温無機潤滑剤の粒径が０．２〜１μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記研削材の粒径が０．２〜２μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記充填材の融点が１２００℃以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記充填材の粒径が１０〜３０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
上記低温有機潤滑剤の含有量が１〜１０質量％、上記高温有機潤滑剤の含有量が２〜８質量％、上記高温無機潤滑剤の含有量が１〜１２質量％、上記研削材の含有量が２〜８質量％、上記充填材の含有量が１０〜３０質量％の範囲にあることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の摩擦材。
金属粉として、鉄粉、亜鉛粉及び錫粉を含有し、鉄粉を０．５〜１０質量％、亜鉛粉を０．５〜４質量％、錫粉を０．５〜５質量％の割合で含むことを特徴とする請求項１０に記載の摩擦材。
上記鉄粉の粒径が２〜５０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１１に記載の摩擦材。
上記亜鉛粉の粒径が２．５〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の摩擦材。
上記錫粉の粒径が３〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つの項に記載の摩擦材。