JP6481775B2 - 摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材 - Google Patents
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Description
<1> 結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含有し、
元素としての銅の含有率が0.5質量%以下であり、
前記無機充填材として、フロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種を合計で3質量%〜9質量%含有し、黒鉛を2質量%〜6質量%含有し、
前記フロゴパイト及び前記バイオタイトの少なくとも1種の平均粒子径が340μm〜1500μmであり、
前記黒鉛の平均粒子径が450μm〜1100μmである摩擦材組成物。
<2> 金属硫化物を1質量%〜9質量%含有する、<1>に記載の摩擦材組成物。
<3> 前記金属硫化物が、硫化錫、三硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化亜鉛及び二硫化モリブデンからなる群より選択される少なくとも1種である、<2>に記載の摩擦材組成物。
<4> 前記繊維基材として含有される金属繊維の含有率が、1.0質量%以下である、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。
<5> <1>〜<4>のいずれか1項に記載の摩擦材組成物を用いて形成される摩擦材。
<6> <5>に記載の摩擦材を用いる摩擦部材。
なお、本発明の摩擦材組成物は、アスベストを含有しない摩擦材組成物であり、いわゆるノンアスベスト摩擦材組成物である。
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有率は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本実施形態の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含有し、元素としての銅の含有率が0.5質量%以下であり、前記無機充填材として、フロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種を合計で3質量%〜9質量%含有し、黒鉛を2質量%〜6質量%含有し、前記フロゴパイト及び前記バイオタイトの少なくとも1種の平均粒子径が340μm〜1500μmであり、前記黒鉛の平均粒子径が450μm〜1100μmである摩擦材組成物である。
なお、上記の「元素としての銅」とは、銅、銅合金及び銅化合物に含まれる銅元素の、全摩擦材組成物中における含有率を示す。銅、銅合金及び銅化合物に含まれる銅元素は、いかなる形態で摩擦材組成物中に存在していてもよく、繊維状、粉末状等の状態で存在していてもよい。
無機充填材は、摩擦材の耐熱性、耐摩耗性、摩擦係数等の悪化を避けるための摩擦調整剤として摩擦材組成物に含まれるものである。本実施形態の摩擦材組成物は、無機充填材としてフロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種と黒鉛とを含有する。
マイカ(雲母)は、摩擦材組成物に含有した場合に、低周波異音の抑制に効果があることが知られている。本実施形態の摩擦材組成物においては、このような効果を有するマイカを含有させることで低周波異音を抑制する。本実施形態では、マイカとして、フロゴパイト(phlogopite、金雲母)及びバイオタイト(biotite、黒雲母)の少なくとも1種が用いられる。本実施形態では、必要に応じて、フロゴパイト及びバイオタイト以外のその他のマイカを含有してもよい。その他のマイカとしては、例えば、マスコバイト及び合成雲母が挙げられる。ただし、マスコバイト、合成雲母等のその他のマイカを併用する場合、マイカ含有率は、10質量%を超えないことが好ましく、9質量%以下であることがより好ましく、8質量%以下であることが更に好ましい。
マイカとしてフロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種を含有することで高周波鳴きについても抑制することができる。
バイオタイトにおけるMgとFeとのモル比(Mg/Fe)は特に限定されるものではなく、50/50以上が好ましく、60/40以上がより好ましく、80/20以上が更に好ましい。なお、モル比(Mg/Fe)が100/0の場合がフロゴパイトであるため、モル比(Mg/Fe)の好ましい範囲の上限は100/0未満である。
本実施形態において、フロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種の平均粒子径とは、フロゴパイトが単独で用いられる場合にはフロゴパイトについての平均粒子径を、バイオタイトが単独で用いられる場合にはバイオタイトについての平均粒子径を、フロゴパイト及びバイオタイトが併用される場合には、フロゴパイト及びバイオタイトの混合物についての平均粒子径をいう。
また、摩擦材組成物からのマイカの抽出方法としては、一般的なマイクロスコープ(光学顕微鏡)とルーツェピンセットを用いてマイカを抽出する方法が挙げられる。マイクロスコープとしては、例えば、キーエンス製VHX−700F等を用いることができる。
本実施形態において、フロゴパイト及びバイオタイトの個々の粒子径は、電子顕微鏡写真で撮影した画像に基づき、投影面積と同じ面積を持つ円の直径である「円相当径」とする。また、フロゴパイト及びバイオタイト全体に占める粒子径が340μm〜1500μmの範囲のフロゴパイト及びバイオタイトの割合は、少なくとも100個のフロゴパイト及びバイオタイトの個々の粒子径を測定して得られた割合である。
本実施形態の摩擦材組成物は、無機充填材として黒鉛を含有する。ある程度の大きさの粒子径の黒鉛は、摩擦係数の安定性に寄与し、さらに低周波異音の抑制に効果がある。その一方で、黒鉛の粒子径が粗大となると摩耗が生じ易くなる。さらに、摩擦材にクラックが発生しやすくなる。これらのことから、本実施形態の摩擦材組成物に含有される黒鉛の平均粒子径を450μm〜1100μmとすることで、摩擦係数の低下を防止して摩擦係数の安定化を図り、さらに低周波異音の抑制を行い、かつ耐摩耗性及び耐クラック性を良好なものとする。黒鉛の平均粒子径は、500μm〜1000μmであることが好ましく、600μm〜900μmであることがより好ましい。
また、摩擦材組成物からの黒鉛の抽出方法としては、一般的なマイクロスコープ(光学顕微鏡)とルーツェピンセットを用いて黒鉛を抽出する方法が挙げられる。マイクロスコープとしては、例えば、キーエンス製VHX−700F等を用いることができる。
本実施形態において、黒鉛の個々の粒子径は、電子顕微鏡写真で撮影した画像に基づき、投影面積と同じ面積を持つ円の直径である「円相当径」とする。また、黒鉛全体に占める粒子径が450μm〜1100μmの範囲の黒鉛の割合は、少なくとも100個の黒鉛の個々の粒子径を測定して得られた割合である。
黒鉛が凝集物であるか塊状物であるかは、走査型電子顕微鏡により撮影された800倍の電子顕微鏡写真を観察することで判断することができる。
本実施形態で用いられる黒鉛としては、石油ピッチ系、石炭ピッチ系等の人造黒鉛、天然黒鉛などが挙げられ、これらを1種単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
耐低周波異音性と耐摩耗性の観点からは、黒鉛の結晶性を示すGバンドとDバンドの強度比(G/D比)が2.0〜6.0である黒鉛を使用することが好ましい。G/D比は、2.5〜5.5であることがより好ましく、3.0〜5.0であることが更に好ましい。
ここで、G/D比は、黒鉛の結晶性の指標として用いられ、値が大きければ黒鉛の結晶性が高いことを示す。G/D比は、例えば、レーザーラマン分光光度計 NRS−1000(日本分光(株)製)で測定することができる。
また、Gバンドとは、ラマンスペクトルにおける1580cm−1付近のピークを示し、Dバンドとは、ラマンスペクトルにおける1360cm−1付近のピークを示す。
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材、繊維基材等を結合して一体化し、所定の形状と強度を与えるものである。本実施形態の摩擦材組成物に含まれる結合材としては特に制限はなく、一般的に、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。
有機充填材は、摩擦材の音振性能、耐摩耗性等を向上させるための摩擦調整剤として含まれるものである。
カシューパーティクルとゴム粒子とを併用する場合、カシューパーティクルとゴム粒子とは、質量比(カシューパーティクル:ゴム粒子)で1:4〜10:1の割合であることが好ましく、1:3〜9:1の割合であることがより好ましく、1:2〜8:1の割合であることが更に好ましい。
繊維基材は、摩擦材において補強作用を奏するために含まれるものである。
本実施形態の摩擦材組成物では、摩擦材組成物の分野において、通常、繊維基材として用いられる、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維等を用いることができ、これらを1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
摩擦材組成物中に含まれる鉱物繊維の平均繊維長が小さくなるほど接着強度は向上する傾向があるため、鉱物繊維の平均繊維長は500μm以下が好ましい。より好ましくは、100μm〜400μmであり、更に好ましくは、110μm〜350μmである。
ここで、平均繊維長とは、鉱物繊維の長さの平均値を示した数平均繊維長のことをいう。平均繊維長は、鉱物繊維を無作為に50個選択し、光学顕微鏡で繊維長を測定したときの算術平均をいう。例えば200μmの平均繊維長とは、摩擦材組成物原料として用いる鉱物繊維を無作為に50個選択し、光学顕微鏡で繊維長を測定し、その平均値が200μmであることを示す。
本実施形態の摩擦材組成物は、前記の結合材、有機充填材、無機充填材、繊維基材以外に、必要に応じてその他の材料を含有してもよい。
本実施形態の摩擦材は、本実施形態の摩擦材組成物を用いて形成される。本実施形態の摩擦材は、自動車等に用いられるディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材として使用することができる。本実施形態の摩擦材は優れた摩擦係数の安定性、耐低周波異音性及び耐クラック性を示すため、制動時に負荷の大きいディスクブレーキパッドの摩擦材に好適である。
本実施形態の摩擦部材は、本実施形態の摩擦材を用いる。本実施形態の摩擦部材においては、本実施形態の摩擦材が摩擦部材における摩擦面を構成することが好ましい。
本実施形態の摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
(1)摩擦材のみの構成
(2)裏金と、該裏金の上に設けられる摩擦面となる本実施形態の摩擦材とを有する構成
(3)上記(2)の構成において、裏金と摩擦材との間に、裏金の摩擦材に対する接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、及び裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層を更に介在させた構成
(1)摩擦係数、摩擦係数の安定性及び耐摩耗性の評価
摩擦係数は、SAE InternationalのSAE J2522に基づき測定し、セクション5(キャラクタリスティックチェック)の平均値から算出した。
また、耐摩耗性は本試験後の摩擦材の摩耗量として判断した。
さらに、摩擦係数の安定性はセクション9の第一フェード効力前後であるセクション8とセクション10の各セクションの平均値の変化率から算出し、以下の判定基準で評価した。及第点はランクBである。
ランクA:変化率100±5%以内
ランクB:変化率100±5%を超え±10%以内
ランクC:変化率100±10%を超え±15%以内
耐低周波異音性は、自動車技術会規格JASO C402 試験に準拠し、実車試験により、制動時の低周波異音の発生頻度を下記基準で評価した。及第点はランクBである。
ランクA:0%
ランクB:0%より多く15%以下
ランクC:15%より多く30%以下
ランクD:30%より多い
耐クラック性は、自動車技術会規格JASO C427に示されるブレーキ温度400℃の制動(初速度50km/h、終速度0km/h、減速度0.3G、制動前ブレーキ温度100℃)を摩擦材が半分の厚みとなるまで繰り返し、摩擦材側面及び摩擦面のクラックの発生を測定した。クラックの発生は、下記に従い、3段階評点にて評価した。及第点はランクBである。
ランクA:クラックの発生無し
ランクB:摩擦材の摩擦面又は側面に0.1mmのシックネスゲージが入らない程度のクラックが発生
ランクC:摩擦材の摩擦面又は側面に0.1mmのシックネスゲージが入る程度のクラックが発生
ディスクブレーキパッドの作製
表1〜表7に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例及び比較例の摩擦材組成物を得た。なお表1〜表7の各成分の配合量の単位は、摩擦材組成物中の質量%である。また、表1〜表7において「−」は該当する成分を含有しないことを意味する。
この摩擦材組成物をレーディゲミキサー((株)マツボー社製、商品名:レーディゲミキサーM20)で混合し、この混合物を成形プレス(王子機械工業(株)製)で予備成形し、得られた予備成形物を成形プレス(三起精工(株)製)を用いて成形温度145℃、成形圧力30MPaの条件で5分間、日立オートモティブシステムズ(株)製の裏金と共に加熱加圧成形し、得られた成形品を200℃で5時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、520℃で5分間のスコーチ処理を行って、ディスクブレーキパッド(摩擦材の厚さ11mm、摩擦材投影面積52cm2)を得た。
なお、実施例及び比較例において使用した各種原材料は次のとおりである。
(結合材)
・ノボラック型フェノール樹脂:日立化成(株)製(商品名:PR1950W)
(有機充填材)
・カシューパーティクル:東北化工(株)製(商品名:FF−1090)
・NBR粉:バイエル社製(商品名:Baymod NXL 38.20)
(無機充填材)
・黒鉛:(株)中越黒鉛工業所製(商品名:G40、塊状物、G/D比:3.3)平均粒子径470μm
・黒鉛:アズベリー製(商品名:4058、塊状物、G/D比:3.0)平均粒子径890μm
・黒鉛:TIMICAL製(商品名:KS15、塊状物、G/D比:7.3)平均粒子径10μm
・黒鉛:4058の分級品、平均粒子径1300μm、塊状物、G/D比:3.0
・硫酸バリウム:竹原化学(株)製(商品名:W10)
・雲母(フロゴパイト):イメリス製(商品名:20S)平均粒子径 1275μm
・雲母(フロゴパイト):イメリス製(商品名:40S)平均粒子径 760μm
・雲母(フロゴパイト):イメリス製(商品名:60S)平均粒子径 400μm
・雲母(フロゴパイト):イメリス製(商品名:200S)平均粒子径 80μm
・雲母(マスコバイト):イメリス製(商品名:30C)平均粒子径 940μm
・雲母(フロゴパイト)20Sの分級品:平均粒子径1700μm
・硫化錫:TRIBOTECC社製(商品名:Stannolube)
・三硫化アンチモン:TRIBOTECC社製(商品名:DBPC 2004)
・硫化亜鉛:Sachtleben Chemie製(商品名:Sachtolith HD)
・硫化ビスマス:TORIBOTECC社製(商品名:BIS 83)
・二硫化モリブデン:TORIBOTECC社製(商品名:MOS XF)
・チタン酸カリウム:東邦マテリアル(株)製(商品名:TOFIX−S)
・ジルコニア:第一稀元素化学工業(株)製(商品名:BR12QZ)
・水酸化カルシウム:秩父石灰工業(株)製(商品名:SA−149)
(繊維基材)
・アラミド繊維(有機繊維):東レ・デュポン(株)製(商品名:1F538)
・銅繊維(金属繊維):Sunny Metal社製(商品名:SCA−1070)
・鉱物繊維(無機繊維):LAPINUS FIBERS B.V製(商品名:RB240 Roxul)
Claims (6)
- 結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含有し、
元素としての銅の含有率が0.5質量%以下であり、
前記無機充填材として、フロゴパイト及びバイオタイトの少なくとも1種を合計で3質量%〜9質量%含有し、黒鉛を2質量%〜6質量%含有し、
前記フロゴパイト及び前記バイオタイトの少なくとも1種の平均粒子径が340μm〜1500μmであり、
前記黒鉛の平均粒子径が450μm〜1100μmである摩擦材組成物。 - 金属硫化物を1質量%〜9質量%含有する、請求項1に記載の摩擦材組成物。
- 前記金属硫化物が、硫化錫、三硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化亜鉛及び二硫化モリブデンからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項2に記載の摩擦材組成物。
- 前記繊維基材として含有される金属繊維の含有率が、1.0質量%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の摩擦材組成物。
- 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の摩擦材組成物を用いて形成される摩擦材。
- 請求項5に記載の摩擦材を用いる摩擦部材。
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