WO2016103974A1

WO2016103974A1 - 摩擦材組成物、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材

Info

Publication number: WO2016103974A1
Application number: PCT/JP2015/082126
Authority: WO
Inventors: 光朗海野
Original assignee: 日本ブレーキ工業株式会社
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2016-06-30
Also published as: EP3239264A4; JP2016121246A; CN107109194A; KR20170101253A; JP6557006B2; EP3239264A1; US20170343071A1

Abstract

　自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッド等の摩擦材に用いられる摩擦材組成物において、環境負荷の高い銅を含有せずとも、摩擦材の導電性が高く紛体塗装時の塗料付着が十分で塗料の造膜が良好であり、かつ耐摩耗性も優れた摩擦材組成物を提供する。結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に四三酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）を８～３５質量％含有するものとする。

Description

摩擦材組成物、該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材

　本発明は、自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッド等の摩擦材に適した摩擦材組成物および摩擦材組成物を用いた摩擦材に関する。

　ディスクブレーキパッドは、摩擦材を鉄系金属からなるバックプレートに接着して形成された構造となっている。ディスクブレーキパッドは、摩擦材を鉄系金属からなるバックプレートに接着したままであると、使用時に水分が付着した場合等、発錆が生じることから、一般に、バックプレートおよび摩擦材側面に塗装を施したものが用いられる。ディスクブレーキパッドの塗装方法の一つに粉体塗装法がある。これは、ディスクブレーキパッドを帯電させ、紛体塗料を表面に電気的に付着させ、その後、粉体塗料を帯電付着させたディスクブレーキパッドを焼き付け炉で加熱し、粉体塗料を溶融させてディスクブレーキパッドの表面に塗膜を形成する方法である（例えば、特許文献１等）。

特開２００３－１６６５７４号公報

　近年、摩擦材中に使用される銅が、ブレーキの摩耗粉として飛散し、河川、湖や海洋汚染することが問題となっており、汚染の原因となる摩擦材中の銅の使用を制限する動きが高まっている。しかしながら、銅は摩擦材を構成する素材の中で導電性が高いものであり、このような銅を使用を制限すると、紛体塗装時のディスクブレーキパッドの帯電量が減少して、塗料の静電付着量が減少することとなり、その結果、静電塗装の造膜量が減少して耐食性を備えた良好な塗膜を得ることが難しくなる。

　本発明は、上記事情を鑑みなされたもので、環境負荷の高い銅を含有せずとも、摩擦材の導電性が高く紛体塗装時の塗料付着が十分で塗料の造膜が良好であり、かつ耐摩耗性も優れた摩擦材組成物を提供することを課題とする。

　本発明者らは、摩擦材組成物中に四三酸化鉄を適量含有させることで、銅を含有しない組成においても摩擦材の導電性が高く、良好な紛体塗装が可能であるだけでなく、耐摩耗性にも優れることを見出した。

　この知見に基づく本発明の摩擦材組成物は、結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、四三酸化鉄を８～３５質量％含有することを特徴とする。

　本発明の摩擦材組成物においては、前記四三酸化鉄の平均粒径が０．１～１．０μｍであることが好ましい。

　本発明の摩擦材は、上記の摩擦材組成物を成形してなることを特徴とするものであり、本発明の摩擦部材は、上記の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金を用いて形成されることを特徴とするものである。

　本発明によれば、自動車用ディスクブレーキパッド等の摩擦材に用いた際に、環境負荷の高い銅を含有せずとも、摩擦材の導電性が高く紛体塗装時の塗料付着が十分で塗料の造膜が良好であり、かつ耐摩耗性も優れた摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材を提供することができる。

　以下、本発明の摩擦材組成物、これを用いた摩擦材および摩擦部材について詳述する。なお、本発明の摩擦材組成物は、アスベストを含まない、いわゆるノンアスベスト摩擦材組成物である。

［摩擦材組成物］
　本実施形態の摩擦材組成物は、銅を含有しない、もしくは銅を含有する場合において銅の含有量が０．５質量％以下である摩擦材組成物である。すなわち、環境有害性の高い銅および銅合金を実質的に含有せず、元素としての銅の含有量が０．５質量％以下であり、好ましくは含有量が０質量％である。このため、制動時に摩耗粉が生成しても、河川、湖や海洋汚染の原因とならない。

（四三酸化鉄）
　本発明の摩擦材組成物は、四三酸化鉄を８～３５質量％含有する。四三酸化鉄とは、化学式Ｆｅ_３Ｏ_４で表される鉄の酸化物の一種であり、自然界では鉱物の磁鉄鉱（マグネタイト）として見出される。四三酸化鉄としては市販のものが利用可能であり、天然の磁鉄鉱を微粉砕したもの、あるいは鉄を空気中で焼成したもの、酸化鉄（III）を水蒸気を含む水素で還元したもの、赤熱した鉄に水蒸気を作用させたものなどを微粉砕することで合成したものなどが例示できる。摩擦材組成物中の四三酸化鉄の含有量を８質量％以上とすることで紛体塗装時の塗料の造膜が良好になるだけでなく、耐摩耗性が優れたものとなる。四三酸化鉄の含有量を２０質量％以上とするとより好ましい。その一方で、摩擦材組成物中の四三酸化鉄の含有量が３５質量％を超えると、摩擦材の成形性が悪化し、ディスクブレーキパッドを製造することが困難となるだけでなく、耐摩耗性が大幅に悪化することとなる。

　前記の四三酸化鉄の平均粒径は０．１～１．０μｍであることが好ましい。平均粒径をこの範囲とすることで、導電性の付与効果が高く紛体塗装時の塗料の付着が良好になる。すなわち、四三酸化鉄の平均粒径が１．０μｍを超えると、摩擦材中の四三酸化鉄が局所的に存在することとなり、導電性の付与を摩擦材表面で均一に行うことが難しくなる。その一方で、四三酸化鉄の平均粒径が０．１μｍに満たないものは、摩擦材への固着性が低下して脱落しやすく、耐摩耗性が低下することとなる。

（結合剤）
　結合剤は、摩擦材用組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材用組成物に含まれる結合剤としては特に制限はなく、通常、摩擦材の結合剤として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。

　上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂；アクリルエラストマー分散フェノール樹脂およびシリコーンエラストマー分散フェノール樹脂などの各種エラストマー分散フェノール樹脂；アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂およびアルキルベンゼン変性フェノール樹脂などの各種変性フェノール樹脂などが挙げられ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。特に、良好な耐熱性、成形性および摩擦係数を与えることから、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン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を用いることが好ましい。

　本発明の摩擦材組成物中における、結合剤の含有量は、５～２０質量％であることが好ましく、５～１０質量％であることがより好ましい。結合剤の含有量を５～２０質量％の範囲とすることで、摩擦材の強度低下をより抑制でき、また、摩擦材の気孔率が減少し、弾性率が高くなることによる鳴きなどの音振性能悪化をより抑制できる。

（有機充填材）
　有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性など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。本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮できるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられる、カシューダストやゴム成分などを用いることができる。

　上記カシューダストは、カシューナッツシェルオイルを硬化させたものを粉砕して得られる、通常、摩擦材に用いられるものであればよい。

　上記ゴム成分としては、例えば、タイヤゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、塩素化ブチルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、などが挙げられ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用される。

　本発明の摩擦材組成物中における、有機充填材の含有量は、１～２０質量％であることが好ましく、１～１０質量％であることがより好ましく、３～８質量％であることが特に好ましい。有機充填材の含有量を１～２０質量％の範囲とすることで、摩擦材の弾性率が高くなること、鳴きなどの音振性能の悪化を避けることができ、また耐熱性の悪化、熱履歴による強度低下を避けることができる。

（無機充填材）
　無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるため、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材用組成物は、通常、摩擦材に用いられる無機充填材であれば特に制限はない。

　上記無機充填材としては、例えば、硫化錫、二硫化モリブデン、硫化ビスマス、硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸バリウム、コークス、黒鉛、マイカ、バーミキュライト、硫酸カルシウム、タルク、クレー、ゼオライト、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、ドロマイト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、粒状または板状のチタン酸塩、珪酸ジルコニウム、γアルミナ、二酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化セリウム、ジルコニアなどを用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。粒状または板状のチタン酸塩としては、６チタン酸カリウム、８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などを１種または２種以上の組み合わせて用いることができる。

　本発明の摩擦材組成物中における、無機充填材の含有量は、３０～８０質量％であることが好ましく、４０～７０質量％であることがより好ましく、５０～６０質量％であることが特に好ましい。無機充填材の含有量を３０～８０質量％の範囲とすることで、耐熱性の悪化を避けることができ、摩擦材のその他成分の含有量バランスの点でも好ましい。

（繊維基材）
　繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。本発明の摩擦材組成物は、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、炭素系繊維などを用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。

　上記無機繊維としては、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、シリケート繊維などを用いることができ、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これら、無機繊維の中では、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏなどを任意の組み合わせで含有した生分解性鉱物繊維が好ましく、市販品としてはLAPINUS FIBERS B.V製のRoxulシリーズなどが挙げられる。

　上記金属繊維としては、通常、摩擦材に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、アルミ、鉄、鋳鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン、銅、黄銅などの金属または合金を主成分とする繊維を用いることができる。また、これらの金属もしくは合金は、繊維形状以外に、粉末の形状で含有してもよい。しかし、銅および銅を含有する合金は、環境有害性の観点で含有しないことが好ましい。

　上記有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維などを用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。

　上記炭素系繊維としては、耐炎化繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、活性炭繊維などを用いることができ、これらを単独でまたは２種類以上を組み合わせて使用することができる。

　本発明の摩擦材組成物における、繊維基材の含有量は、摩擦材組成物において５～４０質量％であることが好ましく、５～２０質量％であることがより好ましく、５～１５質量％であることが特に好ましい。繊維基材の含有量を５～４０質量％の範囲とすることで、摩擦材としての最適な気孔率が得られ、鳴き防止ができ、適正な材料強度が得られ、耐摩耗性を発現し、成形性をよくすることができる。

［摩擦材］
　本実施形態の摩擦材は、本発明の摩擦材組成物を一般に使用されている方法で成形して製造することができ、好ましくは加熱加圧成形して製造される。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレーディゲミキサー（「レーディゲ」は登録商標）、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー（「アイリッヒ」は登録商標）等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形金型にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１３０～１６０℃、成形圧力２０～５０ＭＰａ、成形時間２～１０分間の条件で成形し、得られた成形物を１５０～２５０℃で２～１０時間熱処理することで製造される。またさらに、必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行うことで製造される。

［摩擦部材］
　本実施形態の摩擦部材は、上記の本実施形態の摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。上記摩擦部材としては、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、該裏金の上に摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる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、および、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成。

　上記裏金は、摩擦部材の機械的強度の向上のために、通常、摩擦部材として用いるものであり、材質としては、金属または繊維強化プラスチック等、具体的には、鉄、ステンレス、無機繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等が挙げられる。プライマー層および接着層は、通常、ブレーキシュー等の摩擦部材に用いられるものであればよい。

　本実施形態の摩擦材組成物は、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の上張り材以外に、摩擦部材の下張り材として成形して用いることもできる。なお、「上張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材であり、「下張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材と裏金との間に介在する、摩擦材と裏金との接着部付近のせん断強度、耐クラック性向上等を目的とした層のことである。

　以下、本発明の摩擦材組成物、摩擦材および摩擦部材について、実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明するが、本発明は何らこれらに制限されるものではない。

［実施例１～４および比較例１～３］
（ディスクブレーキパッドの作製）
　表１に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例１～４および比較例１～３の摩擦材組成物を得た。表中の配合比率は質量％である。実施例および比較例にて用いた四三酸化鉄を下記に示す。
　四三酸化鉄１：戸田工業株式会社製「ＢＰ－３０２Ｓ」、平均粒径０．６μｍ
　四三酸化鉄２：戸田工業株式会社製「ＢＰ－３０６Ａ」、平均粒径０．２μｍ

　この摩擦材組成物をレーディゲミキサー（株式会社マツボー製、商品名：レーディゲミキサーＭ２０）で混合し、得られた混合物を成形プレス（王子機械工業株式会社製）で予備成形した。得られた予備成形物を成形温度１４０～１６０℃、成形圧力３０ＭＰａ、成形時間５分間の条件で、成形プレス（三起精工株式会社製）を用いて鉄製の裏金（日立オートモティブシステムズ株式会社製）とともに加熱加圧成形した。得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、実施例１～４および比較例１～３のディスクブレーキパッドを得た。なお、実施例および比較例では、裏金の厚さ６ｍｍ、摩擦材の厚さ１１ｍｍ、摩擦材投影面積５２ｃｍ^２のディスクブレーキパッドを作製した。

（紛体塗装の評価）
　前記の方法で作成した実施例１～４および比較例１～３のディスクブレーキパッドを、旭サナック株式会社製静電紛体塗装装置「ＳＦＣ－ＱＴＲ１００」で紛体塗装し、バックプレート（裏金）の塗膜厚みと摩擦材側面の紛体塗装の程度を下記に従い評価した。バックプレートの塗膜厚みは、株式会社ケツト化学研究所製デュアルタイプ膜厚計「ＬＺ－２００Ｊ」で計測した。この計測結果について、バックプレートの塗装厚みが、２０μｍを超えるものを「◎」、１０～２０μｍのもの「○」、１０μｍを下回るものを「×」として評価し、表１に記載した。また、併せて目視観察を行い、摩擦材側面において、摩擦材が塗膜で隠れ、目視で確認不可能なものを「○」、摩擦材が露出し目視で確認可能なものを「×」と評価し、この結果についても表１に記載した。

（耐摩耗性の評価）
　耐摩耗性は、自動車技術会規格ＪＡＳＯ　Ｃ４２７に基づき測定し、ブレーキ温度１００℃、車速５０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇの制動１０００回相当の摩擦材の摩耗量を評価し、低温での耐摩耗性とした。ダイナモメーターを用い、イナーシャ７ｋｇｆ・ｍ・ｓｅｃ^２で評価を行った。また、ベンチレーテッドディスクロータ（（株）キリウ製、材質ＦＣ１９０）、一般的なピンスライド式のコレットタイプのキャリパを用いて実施した。この結果についても表１に併せて記載した。

　銅を含有せず四三酸化鉄を８～３５質量％の範囲で含有する実施例１～４は、銅と四三酸化鉄を含有しない比較例１に対し優れた紛体塗装の評価を示し、四三酸化鉄の添加量が３５質量％を超える比較例２に対し優れた耐摩耗性を示した。この結果から、実施例１～４は、銅を含有する摩擦材（比較例３）と同等以上の紛体塗装性と耐摩耗性を有することは明らかである。

　本発明の摩擦材組成物は、従来品と比較して、環境負荷の高い銅を含有せずに、紛体塗装時の塗料付着が十分で塗料の造膜が良好であり、かつ耐摩耗性も優れるため、該摩擦材組成物は乗用車用ブレーキパッド等の摩擦材および摩擦部材に好適である。

Claims

　結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、
　該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、
　四三酸化鉄を８～３５質量％含有する摩擦材組成物。
　前記四三酸化鉄の平均粒径が０．１～１．０μｍである請求項１に記載の摩擦材組成物。
　請求項１～２のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
　請求項１～２のいずれかに記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金を用いて形成される摩擦部材。