KR20120107860A - 마찰재 - Google Patents
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Abstract
<과제>
자동차 제동 장치의 디스크 브레이크 패드, 브레이크슈에 사용되는 마찰재에 관한 것이고, 충분하고 안정된 제동력과 충분한 기계적 강도를 구비하는 마찰재를 제공한다.
<해결 수단>
금속 단체 및 합금을 포함하지 않는 마찰재에 있어서, 상기 마찰재가, 평균 입경 10?50㎛의 판상 티탄산염과, 함수 규산마그네슘을 합계로 마찰재 전체량에 대해 20?30부피% 함유하고, 또한, 상기 판상 티탄산염과 상기 함수 규산마그네슘의 부피비가 12:1?5:1이다.
또한, 상기 판상 티탄산염의 평균 입경이 20?40㎛이고, 상기 판상 티탄산염이 6티탄산칼륨인 것이 바람직하다.
자동차 제동 장치의 디스크 브레이크 패드, 브레이크슈에 사용되는 마찰재에 관한 것이고, 충분하고 안정된 제동력과 충분한 기계적 강도를 구비하는 마찰재를 제공한다.
<해결 수단>
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또한, 상기 판상 티탄산염의 평균 입경이 20?40㎛이고, 상기 판상 티탄산염이 6티탄산칼륨인 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 자동차 등의 디스크 브레이크 패드, 브레이크슈에 사용되는 마찰재에 관한 것이다.
종래, 자동차의 제동 장치로서 디스크 브레이크나 드럼 브레이크가 사용되고 있고, 그 마찰 부재로서 강철 등 금속제의 베이스 부재에 마찰재가 부착된 디스크 브레이크 패드, 브레이크슈가 사용되고 있다.
마찰재는, 섬유기재가 강섬유(steel fiber)인 세미 메탈릭재, 섬유기재의 일부에 강섬유를 포함하는 로스틸재(low steel material), 섬유기재로서 철계 섬유를 포함하지 않는 NAO(Non-Asbestos-Organic)재의 3종으로 분류되어 있고, 브레이크 노이즈의 발생이 적은 마찰재가 요구되고 있는 최근에 있어서는, 강섬유나 스테인리스섬유 등의 철계 금속섬유를 포함하지 않고, 비철금속섬유, 유기섬유, 무기섬유 등의 섬유기재와, 열경화성수지 등의 결합재와, 유기충전재, 무기충전재, 무기연마재, 윤활제, 금속입자 등의 마찰 조정재로 이루어지는, NAO 마찰재를 사용한 마찰 부재가 널리 사용되고 있다.
NAO 마찰재에는, 제동력을 얻기 위하여, 알루미늄, 구리, 아연, 주석 등의 비철금속의 섬유나 입자, 청동, 황동 등의 비철합금의 섬유나 입자가 많이 사용되고 있다.
일본국 특허출원공개 2001-107026호 공보(특허문헌 1)에는, 전체 조성물 중 길이가 1?10㎜인 아연섬유를 1?10중량% 함유해서 구성되는 마찰재 조성물 및 상기 마찰재 조성물을 가열?가압 성형해서 구성되는 마찰재가 개시되어 있고, 일본국 특허출원공개 2002-97455호 공보(특허문헌 2)에는, 전체 조성물 중 길이가 0.5?10㎜인 인청동(phosphor bronze)섬유를 1?20중량% 함유해서 구성되는 마찰재 조성물 및 상기 마찰재 조성물을 가열?가압 성형해서 구성되는 마찰재가 개시되어 있고, 일본국 특허출원공개 2010-285558(특허문헌 3)에는, 섬유기재, 마찰 조정재, 구리 등의 중금속 재료를 적어도 포함하는 마찰재이고, 히드록시아파타이트(hydroxyapatite)의 적어도 1종과, 1?10부피%의 제올라이트(zeolite)를 배합한 마찰재가 개시되어 있다.
이와 같은 비철금속의 섬유나 입자, 비철합금의 섬유나 입자를 포함하는 마찰재는, 디스크 로터나 브레이크 드럼 등의 상대 부재와 마찰하면, 상대 부재의 마찰면에 비철금속, 비철합금의 얇은 이착 피막(移着被膜/transfer film)을 형성시킨다. 그리고, 그 이착 피막과 마찰재의 마찰면에 존재하는 비철금속, 비철금속의 성분이 응착 마찰을 일으키는 것에 의해 제동력을 얻을 수 있는 것이다.
하지만, 비철금속이나 비철합금에 의한 응착 마찰은 온도 의존성이 높아, 마찰재가 사용되는 온도 영역에 따라서는 마찰 계수가 저하되어, 제동력이 불안정해지기 쉬운 문제가 있다. 또한, 상대 부재의 마모 가루가 마찰재에 부착되는 메탈 캐치(metal catch)를 일으키기 쉬워지기 때문에, 스코어링(scoring)을 발생시키는 문제도 있다.
더욱이, 최근에 있어서는 환경에 대한 배려로부터, 구리나 납 등의 중금속을 함유하지 않는 마찰재가 요망되고 있다.
한편, 철계, 비철계를 막론하고, 금속이나 합금의 섬유는 마찰재의 기계적 강도를 확보하기 위한 섬유기재로서 사용되고 있고, 이들을 사용하지 않으면 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없는 문제도 있다.
본 발명은 상기한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 자동차의 제동 장치인 브레이크 패드, 브레이크슈에 사용되는 마찰재에 관한 것이고, 충분하고 안정된 제동력과 충분한 기계적 강도를 구비하는 마찰재를 제공하는 것을 과제로 한다.
금속이나 합금의 섬유를 포함하지 않는 마찰재에 있어서 충분한 기계적 강도를 얻기 위하여, 보강 효과가 있는 무기충전재로서 사용되고 있는 판상 티탄산염의 비교적 다량의 첨가를 시도하였다. 그러나, 판상 티탄산염을 다량으로 첨가하면, 마찰재와 상대 부재의 마찰시에 상대 부재의 마찰면에 형성되는 판상 티탄산염의 이착 피막이 너무 두꺼워져, 그 결과 마찰 계수가 저하되어 충분한 제동력을 얻을 수 없게 되는 문제가 발생한다.
통상, 이착 피막을 적당한 두께로 조정하기 위해서는, 이착 피막을 연마하는 연마재를 증량시키거나 더욱 단단한 연마재를 첨가하는 바와 같은 수법이 이용되지만, 이와 같은 수법에서는 브레이크 노이즈가 발생하기 쉬워지는 문제가 발생한다.
본 발명자들은, 판상 티탄산염의 이착 피막을 적당한 두께로 조정하기 위해서는, 연마재의 첨가량이나 종류를 검토하기보다, 판상 티탄산염의 이착 피막의 강도를 저하시키는 것이 효과적이라는 생각에 기초하여 예의 검토한 결과, 판상 티탄산염과 함수 규산마그네슘을 병용하는 것에 의해, 판상 티탄산염 단독 이착 피막보다 강도가 낮은, 판상 티탄산염과 함수 규산마그네슘의 복합 이착 피막을 형성시킬 수 있고, 연마재를 증량시키거나 더욱 단단한 연마재를 첨가하지 않고도, 이착 피막을 적당한 두께로 제어할 수 있는 것을 도출하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은, 철계 금속은 물론이고 비철금속이나 비철합금을 포함하지 않는 즉, 금속 단체, 합금을 포함하지 않는 마찰재에 있어서, 특정 평균 입경을 갖는 판상 티탄산염과, 함수 규산마그네슘을 함유하고, 또한 상기 판상 티탄산염과 함수 규산마그네슘을 특정 비율로 함유해서 구성되는 마찰재이고, 다음과 같은 기술을 기초로 하는 것이다.
(1) 금속 단체 및 합금을 포함하지 않는 마찰재에 있어서, 상기 마찰재가, 평균 입경 10?50㎛의 판상 티탄산염과, 함수 규산마그네슘을 합계로 마찰재 전체량에 대해 20?30부피% 함유하고, 또한, 상기 판상 티탄산염과 상기 함수 규산마그네슘의 부피비가 12:1?5:1인 것을 특징으로 하는 마찰재.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 판상 티탄산염의 평균 입경이 20?40㎛인 것을 특징으로 하는 마찰재.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 판상 티탄산염이, 6티탄산칼륨인 것을 특징으로 하는 마찰재.
본 발명에 의하면, 충분하고 안정된 제동력과 충분한 기계적 강도를 구비하는 마찰재를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 디스크 브레이크 패드의 제조 공정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 디스크 브레이크 패드의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 브레이크슈의 제조 공정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 브레이크슈의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 디스크 브레이크 패드의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 브레이크슈의 제조 공정의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 마찰재를 사용하여 구성되는 브레이크슈의 일례를 나타내는 사시도이다.
본 발명에 있어서는, 평균 입경 10?50㎛의 판상 티탄산염과, 함수 규산마그네슘을 합계로 마찰재 전체량에 대해 20?30부피%, 또한, 상기 판상 티탄산염과 상기 함수 규산마그네슘의 부피비가 12:1?5:1이 되도록 마찰재에 배합한다.
이 범위에서 벗어나면, 마찰재의 충분한 기계적 강도가 얻어지지 않아 내마모성이 저하되고, 상대 부재의 마찰면에 형성되는 이착 피막의 강도가 과대한 것에 의해, 이착 피막이 너무 두꺼워져 마찰 계수가 저하되어 충분한 제동력을 얻을 수 없게 되거나, 이착 피막의 강도가 너무 작아 이착 피막이 형성되지 않고 마찰 계수가 저하되어 충분한 제동력이 얻을 수 없게 되는 문제가 발생한다.
상기 판상 티탄산염은, 평균 입경이 20?40㎛ 크기인 것을 사용하면, 제동력과 기계적 강도의 밸런스가 더욱 양호해지므로 바람직하다. 또한, 판상 티탄산염으로서, 6티탄산칼륨, 8티탄산칼륨, 티탄산리튬칼륨, 티탄산마그네슘칼륨 등을 들 수 있지만, 내열성이 높은 6티탄산칼륨을 사용하면, 내마모성이 양호해지므로 더욱 바람직하다. 한편, 본 발명에서의 평균 입경은, 레이저 회절 입도 분포법에 의해 측정한 50% 입경의 수치를 사용하였다.
또한, 본 발명의 마찰재는, 상기한 판상 티탄산염, 함수 규산마그네슘 이외에, 통상 마찰재에 사용되는 유기섬유와, 무기섬유 등의 섬유기재, 열경화성수지 등의 결합재와, 유기충전재, 무기충전재, 윤활제 등의 마찰 조정재를 포함해서 구성된다.
섬유기재로서는, 아라미드섬유, 아크릴섬유 등의 유기섬유, 카본섬유, 세라믹섬유, 암면(rock wool) 등의 무기섬유를 들 수 있고, 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 섬유기재의 함유량은, 충분한 기계강도를 확보하기 위하여, 마찰재 전체량에 대해 5?60부피%로 하는 것이 바람직하고, 10?50부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
결합재로서는, 페놀수지, 에폭시수지 등의 열경화성수지, 이와 같은 열경화성수지를 캐슈 오일, 실리콘 오일, 각종 엘라스토머 등으로 변성한 수지, 이와 같은 열경화성수지에 각종 엘라스토머, 불소 폴리머 등을 분산시킨 수지 등을 들 수 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
결합재의 함유량은, 충분한 기계적 강도, 내마모성을 확보하기 위하여, 마찰재 전체량에 대해, 10?30부피%로 하는 것이 바람직하고, 12?25부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
마찰 조정재로서는, 캐슈 더스트, 고무 더스트(타이어 트래드 고무의 분쇄분), 미가황(未加硫)의 각종 고무 입자, 가황(加硫)된 각종 고무 입자 등의 유기충전재, 황산바륨, 탄산칼슘, 수산화칼슘, 버미큘라이트, 운모 등의 무기충전재, 이황화몰리브덴, 황화주석, 황화아연, 황화철 등의 윤활제를 들 수 있고, 이들은 단독 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
마찰 조정재의 함유량은, 목적으로 하는 마찰 특성에 따라 마찰재 전체량에 대해 40?70부피%로 하는 것이 바람직하고, 50?70부피%로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 마찰재는, 소정량 배합한 상기 판상 티탄산염, 함수 규산마그네슘과, 섬유기재, 결합재, 마찰 조정재를 혼합기를 사용하여 균일하게 혼합하는 혼합 공정; 얻어진 마찰재 원료혼합물을 열성형용 금형에 투입하고, 가열?가압하여 성형하는 가열?가압 성형 공정; 얻어진 성형품을 가열하여 결합재의 경화 반응을 완료시키는 열처리 공정; 마찰면을 형성하는 연마 처리 공정; 을 거쳐 제조된다. 필요에 따라, 가열?가압 성형 공정 전에, 마찰재 원료혼합물을 조립(granulation)하는 조립 공정, 마찰재 원료혼합물 또는 조립 공정에서 얻어진 조립물을 예비성형용 금형에 투입하고, 예비성형물을 성형하는 예비성형 공정이 실시되고, 가열?가압 성형 공정 후에, 도장, 도장 소부 공정, 스코칭(scorching) 공정이 실시된다.
디스크 브레이크 패드를 제조하는 경우에는, 가열?가압 성형 공정에 있어서, 미리 세정, 표면처리, 접착제를 도포한 강철 등 금속제의 백 플레이트와 상기 마찰재 원료혼합물 또는 조립물 및 예비성형물을 겹친 상태에서 성형이 실시된다.
[실시예] 이하, 실시예 및 비교예를 제시하면서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 제한되지 않는다.
[실시예 1?9?비교예 1?7에 따른 마찰재의 제조 방법] 표 1, 표 2에 나타내는 조성의 마찰재 조성물을 뢰디게 믹서(Loedige mixer)로 5분간 혼합하고, 성형용 금형 내에서 10㎫으로 1분 가압하여 예비성형을 하였다. 이 예비성형물을, 미리 세정, 표면처리, 접착제를 도포한 강철제의 백 플레이트 상에 겹치고, 열성형용 금형 내에서 성형 온도 150℃, 성형 압력 40㎫의 조건하에서 10분간 성형한 후, 200℃로 5시간 열처리(후 경화)를 하고, 연마해서 승용차용 디스크 브레이크 패드를 제작하였다(실시예 1?9, 비교예 1?7). 기계적 강도로서 내마모성, 제동력, 제동력의 안정성에 대해 평가하였다. 결과를 표 1, 표 2에 나타내고, 평가 방법?평가 기준을 표 3에 나타낸다.
표 1 및 표 2의 평가 결과로부터, 본 발명에서 특정하는 마찰재가, 충분하고 안정된 제동력을 구비하는 한편, 양호한 기계적 강도를 구비하고 있는 것을 알 수 있다.
본 발명의 마찰재는, 자동차의 제동 장치인 디스크 브레이크, 드럼 브레이크에 사용되는 마찰재로서 실용 가치가 있고, 또한 구리나 납 등의 중금속을 함유하지 않는 마찰재가 요망되고 있는 최근의 요구와 수요에도 충분히 대응할 수 있다.
1: 디스크 브레이크 패드
2: 백 플레이트
3: 마찰재
4: 브레이크슈
5: 브레이크슈 본체
6: 마찰재(라이닝)
2: 백 플레이트
3: 마찰재
4: 브레이크슈
5: 브레이크슈 본체
6: 마찰재(라이닝)
Claims (3)
- 금속 단체(單體) 및 합금을 포함하지 않는 마찰재에 있어서, 상기 마찰재가, 평균 입경 10?50㎛의 판상(板狀) 티탄산염과, 함수 규산마그네슘을 합계로 마찰재 전체량에 대해 20?30부피% 함유하고, 또한, 상기 티탄산염과 상기 함수 규산마그네슘의 부피비가 12:1?5:1인 것을 특징으로 하는 마찰재.
- 제 1항에 있어서,
상기 판상 티탄산염의 평균 입경이 20?40㎛인 것을 특징으로 하는 마찰재. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 판상 티탄산염이 6티탄산칼륨인 것을 특징으로 하는 마찰재.
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