JP7569859B2

JP7569859B2 - 摩擦対

Info

Publication number: JP7569859B2
Application number: JP2022531711A
Authority: JP
Inventors: 聡太舩元; 健太栗本
Original assignee: Nisshinbo Brake Inc
Current assignee: Nisshinbo Brake Inc
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2024-10-18
Anticipated expiration: 2041-06-09
Also published as: WO2021256338A1; CN115698218B; EP4166622B1; JPWO2021256338A1; EP4166622A1; EP4166622A4; CN115698218A; US20230220899A1

Description

本発明は、摩擦対に関し、特に、乗用車等の乗物に用いられる摩擦対に関する。

従来、乗用車のディスクブレーキの摩擦部材として金属製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッドが使用されている。

近年、ブレーキの静寂性が求められているので、ブレーキノイズの発生が少ない、ＮＡＯ材と呼ばれる摩擦材を使用したディスクブレーキパッドが広く使用されるようになってきている。

ＮＡＯ材の摩擦材は、結合材、スチール繊維やステンレス繊維等のスチール系繊維以外の繊維基材、摩擦調整材を含む摩擦材組成物を成形したものであり、繊維基材としてスチール系繊維を含むセミメタリック摩擦材やロースチール摩擦材と並んで分類される摩擦材である。そして、近年では米国での銅成分の含有量に関する法規制もあり、銅を５重量％以下しか含まない、あるいは、銅を全く含まない摩擦材開発が一般化している。

特許文献１には、繊維基材、摩擦調整材及び結合材を含有する摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素換算で０．５質量％以下であり、前記摩擦調整材として、チタン酸塩が顆粒状とされた顆粒状チタン酸塩を含有し、該顆粒状チタン酸塩の平均粒子径が１００～２５０μｍである摩擦材組成物および、該摩擦材組成物を成形して得られる摩擦材が記載されている。

特許文献２には、繊維基材、無機充填材、有機充填材および結合材を含有し、銅量が０．５質量％以下の摩擦材であって、前記無機充填材として、平均粒子径が３～５μｍの研削材と、平均粒子径が９～１３μｍの研削材を含むとともに、前記無機充填材として、平均粒子径が１．５～４．５μｍのチタン酸塩と、平均粒子径が１５～４５μｍのチタン酸塩を含む摩擦材組成物が記載されている。

このような銅成分をほとんど含有しない摩擦材を具備するディスクブレーキパッドの相手材として、特許文献３のような鋳鉄製のディスクロータが使用されている。このような鋳鉄製のディスクロータは耐食性が低く、使用中に錆が発生するという問題があり、摩擦材側に対策が求められていた。

例えば、特許文献４には、結合材、摩擦調整材及び繊維基材を含有する摩擦材であって、銅成分を含有せず、複数の凸部形状を有するチタン酸化合物の少なくとも１種を１０～２０体積％及び生体溶解性無機繊維を１～２０体積％含有することにより、相手材の錆落とし性を向上させた摩擦材が開示されている。

しかし、電気自動車やハイブリッド自動車の普及により回生ブレーキの搭載が促進されると、従来の油圧ブレーキの摩擦材にかかる制動負荷は低減されることから、特許文献４のような技術を用いても十分な錆落とし性が得られなくなるという問題がある。

そこで、耐錆性に優れたステンレス鋼製のディスクロータが使用されるようになってきている。

特許文献５には、マルテンサイト組織、あるいはマルテンサイト相とフェライト相の混合組織からなるステンレス鋼板により製造された４輪用ディスクロータが開示されている。

特許文献６には、マルテンサイト及び炭窒化物を含み、フェライトを任意選択的に含む組織である自動車用のディスクロータが記載されている。

特許文献７には、質量％で、Ｃ：０．００５～０．１００％、Ｓｉ：０．０１～１．００％、Ｍｎ：０．０１０～３．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．０～１４．０％、Ｎ：０．００５～０．１００％、Ｖ：０．０３～０．３０％、Ａｌ：０．００１～０．０５０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｎｉ：０～２．００％、Ｃｕ：０～２．００％、Ｍｏ：０～１．００％、Ｗ：０～１．００％、Ｔｉ：０～０．４０％、Ｎｂ：０～０．４０％、Ｚｒ：０～０．４０％、Ｃｏ：０～０．４００％、Ｓｎ：０～０．４０％、ＲＥＭ：０～０．０５０％以下、Ｍｇ：０～０．０１００％、Ｃａ：０～０．０１００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｔａ：０～０．３０００％、Ｈｆ：０～０．３０００％、Ｇａ：０～０．１０００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、金属組織がフェライト相からなり、円相当の直径で０．３μｍ以上の炭窒化物が任意断面において１０～５０個／１００μｍ^２存在することを特徴とするステンレス鋼板から成る自動車用のディスクロータが記載されている。

このような背景から耐錆性に優れるステンレス鋼製のディスクロータに適合する、銅成分を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材が望まれているが、破断時の伸びが大きく、塑性変形し易い特性を有するステンレス鋼製のディスクロータが高温になると、ディスクロータの表面に引きちぎれが発生しやすく、ディスクロータ表面にディスクロータの成分を由来とする金属塊が生成されることが明らかになった。

特開２０１７－５７３１２号公報特開２０１８－１６２３８５号公報特開平２－１３４４２５号公報特開２０１７－１４９９７１号公報特開２０１６－１１７９２５号公報特開２０１９－１７３０８６号公報特開２０１９－１７８４１９号公報

本発明は、結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成を抑制できる摩擦対を提供することを目的とする。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、摩擦材組成物は、鉄系金属繊維以外の金属繊維をも含有せず、無機摩擦調整材として四三酸化マンガンを摩擦材組成物全量に対し１～６重量を含有する摩擦材組成物を使用することによりディスクロータ摩擦面の金属塊の生成を抑制できる摩擦対を得られることを知見し、本発明を完成した。

本発明は、結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対であって、以下の技術を基礎とするものである。

（１）結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対であって、該摩擦材組成物は、鉄系金属繊維以外の金属繊維をも含有せず、無機摩擦調整材として四三酸化マンガンを摩擦材組成物全量に対し１～６重量を含有する摩擦対。

（２）前記摩擦材組成物は、潤滑材として黒鉛を摩擦材組成物全量に対し１～１０重量％含有する（１）の摩擦対。

本発明によれば、結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成を抑制できる摩擦対を提供できる。

ステンレス鋼製のディスクロータは、鋳鉄製のディスクロータに比して、熱伝導率と熱拡散率とが小さい。また、ステンレス鋼は、鋳鉄よりも若干比重が大きいが、若干強度が高い。このため、ステンレス鋼製のディスクロータは、鋳鉄製ディスクロータと同等の重量および同等の強度になることを前提とすると、ディスクロータの厚みが薄く設計されることになる。そのため、ディスクロータの熱容量が小さくなり、ディスクロータが蓄熱しやすく、摩擦材の温度も高温になる傾向がある。

さらに、ステンレス鋼は、破断時の伸びが大きく、塑性変形し易い特性を有している。したがって、ディスクロータが高温になると、ディスクロータの表面に引きちぎれが発生しやすく、ディスクロータ表面にディスクロータの成分を由来とする金属塊が生成されるという問題がある。

このディスクロータの表面に生成される金属塊は、摩擦材の異常摩耗の原因となるため、金属塊の生成を抑制する技術が望まれている。

そこで、本発明では、結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、摩擦材組成物は、鉄系金属繊維以外の金属繊維をも含有せず、無機摩擦調整材として四三酸化マンガンを１～６重量を含有する摩擦材組成物を使用する。

四三酸化マンガンは、摩擦作用によって還元されてマンガンに変化する。このマンガンがステンレス鋼の靭性を向上させる作用を有するので、ディスクロータ表面の引きちぎれが起きりにくくなり、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成が抑制される。

また、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛シート粉砕粉等の黒鉛を摩擦材組成物全量に対し１～１０重量％添加することにより、四三酸化マンガンの還元が促進され、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成の抑制効果がより向上する。

＜摩擦材組成物＞
本発明の摩擦対に用いられる摩擦材は、上記四三酸化マンガン、黒鉛の他に、通常摩擦材に使用される結合材、繊維基材、摩擦調整材を含む摩擦材組成物から成る。

結合材として、ストレートフェノール樹脂、アクリルゴム変性フェノール樹脂、シリコーンゴム変性フェノール樹脂、ニトリルゴム変性フェノール樹脂、カシューオイル変性フェノール樹脂、フェノール類とアラルキルエーテル類とアルデヒド類とを反応させて得られるアラルキル変性フェノール樹脂（フェノールアラルキル樹脂）、アクリルゴム分散フェノール樹脂、シリコーンゴム分散フェノール樹脂、フッ素ポリマー分散フェノール樹脂等の摩擦材に通常用いられる結合材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

結合材の含有量は摩擦材組成物全量に対して４～９重量％とすることが好ましく、６～８重量％とすることがより好ましい。

繊維基材としては、アラミド繊維、アクリル繊維、セルロース繊維、ポリ－パラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維等の摩擦材に通常使用される、有機繊維が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

繊維基材の含有量は、摩擦材組成物全量に対して１～５重量％とすることが好ましく、２～４重量％とすることがより好ましい。

摩擦調整材としては、潤滑材、無機摩擦調整材、有機摩擦調整材を使用することができる。

潤滑材としては上記黒鉛の他、石油コークス、石炭コークス、弾性黒鉛化カーボン、酸化ポリアクリロニトリル繊維粉砕粉等の炭素質系潤滑材や、二硫化モリブデン、硫化亜鉛、硫化スズ、複合金属硫化物等の金属硫化物系潤滑材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することもできる。

潤滑材の含有量は、上記黒鉛と合わせて摩擦材組成物全量に対して１０～１８重量％とすることが好ましく、１１～１６重量％とすることがより好ましい。

無機摩擦調整材としては上記四三酸化マンガンの他、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、ドロマイト、ゼオライト、四三酸化鉄、ケイ酸カルシウム水和物、酸化マグネシウム、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、ケイ酸ジルコニウム、γ－アルミナ、α－アルミナ、炭化ケイ素、柱状チタン酸塩、板状チタン酸塩、粒子状チタン酸塩、鱗片状チタン酸塩、複数の凸部を有する不定形状チタン酸塩（チタン酸塩はチタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸ナトリウム等）、ウォラストナイト、セピオライト、バサルト繊維、ガラス繊維、生体溶解性セラミック繊維、ロックウール等が挙げられ、これらは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。

無機摩擦調整材の含有量は、上記四三酸化マンガンと合わせて摩擦材組成物全量に対して６０～８２重量％とすることが好ましく、６５～７６重量％とすることがより好ましい。

有機摩擦調整材としては、カシューダスト、タイヤトレッドゴム粉砕粉、ポリテトラフルオロエチレン粉末や、アクリルゴム、イソプレンゴム、ニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム等の加硫ゴム粉末又は未加硫ゴム粉末等の摩擦材に通常使用される有機摩擦調整材が挙げられ、これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

有機摩擦調整材の含有量は、摩擦材組成物全量に対して３～８重量％とすることが好ましく、５～７重量％とすることがより好ましい。

＜ディスクブレーキパッドの製造方法＞
本発明に係るディスクブレーキパッドは、典型的には、
所定量配合した摩擦材組成物（摩擦材原料）を、混合機を用いて均一に混合し、摩擦材原料混合物を得る混合工程、
得られた摩擦材原料混合物と、別途、予め洗浄、表面処理し、接着材を塗布したバックプレートとを重ねて熱成形型に投入し、加熱加圧して成型する加熱加圧成型工程、
得られた成型品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、
スプレー塗装や静電粉体塗装により塗料を塗装する塗装工程、
塗料を焼き付ける塗装焼き付け工程、
回転砥石により摩擦面を形成する研磨工程、
を経て製造される。
なお、加熱加圧成型工程の後、塗装工程、塗料焼き付けを兼ねた熱処理工程、研磨工程の順で製造する場合もある。

必要に応じて、加熱加圧成型工程の前に、
摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、
摩擦材原料混合物を混練する混練工程、
摩擦材原料混合物又は造粒工程で得られた造粒物と混練工程で得られた混練物とを予備成型型に投入し、予備成型物を成型する予備成型工程、
が実施され、加熱加圧成型工程の後にスコーチ工程が実施されてもよい。

＜ステンレス鋼製のディスクロータ＞
ステンレス鋼製のディスクロータとしては、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼製、フェライト系ステンレス鋼製のディスクロータを用いることができる。

以下、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制限されるものではない。

［実施例１～１１・比較例１～２の摩擦材の製造方法］
表１に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーに投入して５分間混合し、摩擦組成物混合物を得た。この摩擦材組成物混合物を成型金型内で３０ＭＰaにて１０秒間加圧して摩擦材予備成型物を得た。この摩擦材予備成型物を、予め洗浄、表面処理、接着材を塗布した鋼鉄製のバックプレート上に重ね、熱成型型内で成型温度１５０℃、成型圧力４０ＭＰaの条件下で１０分間成型して摩擦材成型物を得た。この摩擦材成型物を２００℃で５時間熱処理（後硬化）した後、研磨して摩擦面を形成し、乗用車用ディスクブレーキパッドを作製した。

更に、ディスクブレーキパッドの摩擦材を２５ｍｍ×１５ｍｍ×１５ｍｍに切り出し、実施例１～１１、比較例１～２のテストピースを得た。

表２は、これらのテストピースを用いて「ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成」および「ブレーキの効き安定性」を検証するにあたり採用した「試験条件」、「相手材の材質」、「評価項目」、「評価基準」を示している。

表３は、各実施例及び各比較例に対する、表２に示す「ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成」および「ブレーキの効き安定性」の評価結果を示している。

表３より、本発明の条件を満足する摩擦材が、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成が抑制されていて、かつ、ブレーキの効き安定性も高いことが見てとれる。

本発明によれば、結合材、繊維基材、潤滑材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、ディスクロータ摩擦面の金属塊の生成を抑制できかつ、ブレーキの効き安定性も高い摩擦対を提供することができ、きわめて実用的価値の高いものである。

Claims

結合材、繊維基材、摩擦調整材を含有し、銅成分及び鉄系金属繊維を含有しない摩擦材組成物から成る摩擦材を具備するディスクブレーキパッドと、ステンレス鋼製のディスクロータから成る摩擦対において、該摩擦材組成物は、鉄系金属繊維以外の金属繊維をも含有せず、無機摩擦調整材として四三酸化マンガンを摩擦材組成物全量に対し１～６重量を含有することを特徴とする摩擦対。
前記摩擦材組成物は、潤滑材として黒鉛を１～１０重量％含有することを特徴とする請求項１に記載の摩擦対。