WO2018168979A1 - 摩擦材 - Google Patents
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- the present invention relates to a friction material used for a brake device for a vehicle.
- the friction material for the purpose of maintaining the friction coefficient and imparting wear resistance, the friction material contains a copper component having high thermal conductivity and excellent spreadability.
- a friction material copper-free
- attempts have been made to construct a friction material that does not deteriorate the braking effect and high-temperature wear resistance during high-speed and high-load braking accompanying the reduction of the copper component, and can reduce the generation of creep noise.
- Patent Document 1 aluminum particles, aluminum fibers, and alloys containing aluminum as a main component are used as inorganic friction modifiers in order to improve braking effectiveness and wear resistance during high-speed and high-load braking, which is reduced by reducing the copper component.
- 1 to 10% by weight of one or two or more selected from alloy particles mainly composed of particles and aluminum are contained with respect to the entire friction material raw material, and the average particle size is 1 to 20 ⁇ m and the Mohs hardness is 4.
- a friction material containing 5 to 20% by weight of 5 or more hard inorganic particles with respect to the entire friction material is reported.
- an alloy which has aluminum as a main component 90 weight% or more of aluminum is contained.
- Patent Document 1 is a technique that utilizes the characteristic that adhesive wear occurs only during high-speed load braking in aluminum.
- Patent Document 2 even in a composition that does not substantially contain a copper component, potassium titanate having a plurality of convex shapes is used as a friction material that can achieve both high-temperature wear resistance and reduced generation of creep noise.
- a friction material containing triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) having an average particle size of 0.1 to 1.0 ⁇ m has been reported. Small particles of iron tetroxide have the effect of reducing the stick-slip phenomenon caused by potassium titanate by appropriately cleaning the coating formed excessively at the friction interface between the friction material and the rotor. This is a technique for reducing the generation of creep noise.
- Patent Document 1 compensates the deterioration of the friction characteristics at high temperature and high speed load due to the reduction of the copper component with the aluminum-based material
- the conventional aluminum-based material is softer and lower in strength than copper.
- the adhesion force with the rotor as the counterpart material becomes too strong. Therefore, there is a problem that wear of the friction material is likely to proceed, and as a result, a decrease in braking effectiveness cannot be denied.
- Patent Document 2 is to appropriately clean the rotor surface by scraping off the adhesion coating by iron oxide.
- the average particle diameter of triiron tetroxide is 0.1 to 1.0 ⁇ m, the film cleaning effect by triiron tetroxide cannot be exhibited with such an average particle diameter. It is expected that the generation of creep abnormal noise cannot be effectively reduced.
- the present invention provides a friction material capable of ensuring excellent wear resistance without causing a reduction in braking effectiveness during high-speed and high-load braking, and reducing creep noise generated during a creep phenomenon. Is an issue.
- the present inventors have intensively studied, and by containing a particulate or fibrous aluminum alloy and zinc oxide in the friction material, the braking effect at the time of high speed and high load system is reduced.
- the present inventors have found that low-frequency unpleasant noise called creep abnormal noise generated during a creep phenomenon can be effectively reduced while ensuring excellent wear resistance.
- the inclusion of iron oxide in the friction material can improve the braking effect during high-speed and high-load system, particularly the fade resistance, and has completed the present invention.
- a friction material containing a fiber base material, a binder, an organic filler, and an inorganic filler The friction material, the content of copper as an element is 0.5 wt% or less with respect to the entire friction material, A friction material containing particles or a fibrous aluminum alloy and zinc oxide as the inorganic filler.
- the brake effect during high-speed and high-load systems is not reduced, and excellent wear resistance is ensured while low-frequency unpleasant noise called creep abnormal noise generated during the creep phenomenon is reduced. be able to.
- the generation of creep noise has been a problem in friction materials containing a large amount of titanate such as potassium titanate in order to compensate for the deterioration of wear resistance due to the reduction of the copper component.
- this configuration by adding a particulate or fibrous aluminum alloy to the friction material, appropriate adhesion between the friction surfaces of the friction material and the counterpart material is exhibited, and creep abnormal noise is effectively produced. Can be reduced.
- zinc oxide can contribute to the decomposition of the resin component in the friction material, give the friction material moderate lubricity under high temperature conditions, and wear resistance under high temperature conditions. Can be secured. Therefore, it is possible to construct a friction material having excellent braking effectiveness, wear resistance, and creep generation noise reduction characteristics during an excellent high-speed and high-load system.
- the friction material according to the present embodiment includes a fiber base material, a binder, an organic filler, an inorganic filler, and the like, which will be described later, and further, as an inorganic filler, a particulate or fibrous aluminum alloy, and an oxidation material Contains zinc.
- materials generally used in producing a friction material can also be contained.
- all materials mixed in manufacturing the friction material according to the present embodiment are referred to as friction material materials.
- the friction material according to the present embodiment is a non-asbestos-based friction material (NAO material). Moreover, the friction material which concerns on this embodiment does not contain the copper component with a high environmental load substantially (copper free-ization). Specifically, the copper component is not contained or is 0.5% by weight or less based on the entire friction material raw material even if it is contained.
- NAO material non-asbestos-based friction material
- the friction material according to the present embodiment contains particles or fibrous aluminum alloy and zinc oxide, so that it contains a large amount of titanate as an alternative to the copper component, while having excellent wear resistance and generation of creep noise. Both reductions can be achieved. Therefore, the friction material according to the present embodiment sufficiently corresponds to the movement of copper-free.
- the fiber base material examples include organic fibers, metal fibers, natural or artificial inorganic fibers, and the like.
- Specific examples of the fiber substrate include aromatic polyamide fibers (aramid fibers), acrylic fibers, cellulose fibers, and carbon fibers as organic fibers, and metal fibers include steel, stainless steel, aluminum, A single metal such as zinc and tin, and fibers made of each alloy metal can be exemplified, and examples of inorganic fibers include rock wool and glass fibers.
- a fiber base material can also be used individually by 1 type, or can use multiple types together.
- the content of the fiber base material is not particularly limited, but it can be preferably 3 to 15% by weight based on the entire friction material material.
- the binding material has a function of binding the friction material materials.
- the binder include a phenol resin, an epoxy resin, a melamine resin, and an imide resin, and modified resins such as respective elastomers, hydrocarbon resins, and epoxies can also be used.
- One type of binder can be used alone, or a plurality of types can be used in combination.
- the content of the binder is not particularly limited, but it can be preferably 3 to 10% by weight based on the entire friction material.
- the organic filler can contain cashew dust, rubber powder, tire powder, fluoropolymer, etc., and these can be used alone or in combination. However, it is not limited to the above specific examples, and organic fillers known in the technical field can be preferably used.
- the content of the organic filler is not particularly limited, and can be a content normally used in the technical field.
- an inorganic filler it contains a particulate or fibrous aluminum alloy and zinc oxide.
- the particulate or fibrous aluminum alloy is mainly contained to give the friction material a function of reducing the occurrence of creep noise.
- An aluminum alloy is an alloy containing aluminum as a main component, and is obtained by adding other elements to aluminum.
- the aluminum component in the aluminum alloy is preferably 70 to 85% by weight. By adjusting to this range, moderate adhesion can be exhibited without lowering the melting point of the aluminum alloy.
- the aluminum alloy is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions, and a known aluminum alloy used in the technical field can be used.
- a known aluminum alloy used in the technical field can be used.
- an alloy of aluminum and one or more kinds of elements selected from other elements such as zinc, manganese, magnesium, silicon, iron, titanium, chromium, molybdenum, and the like can be given.
- Specific examples include an aluminum-zinc alloy, an aluminum-manganese alloy, an aluminum-magnesium alloy, an aluminum-zinc-magnesium alloy, an aluminum-silicon alloy, and the like, preferably an aluminum-zinc alloy or aluminum-manganese. It is an alloy.
- the size of the particulate or fibrous aluminum alloy is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions and is mixed with other friction material raw materials equally, and has a known size used in the technical field. Can be used.
- the average particle diameter of aluminum alloy particles is preferably 50 to 300 ⁇ m
- the average fiber diameter of aluminum fibers is preferably 20 to 100 ⁇ m
- the average fiber length is preferably 0.5 to 10 mm.
- the content of the particulate or fibrous aluminum alloy is preferably 0.3 to 3% by weight with respect to the entire friction material material. If the particulate or fibrous aluminum alloy is contained in an amount exceeding 3% by weight, the frictional heat tends to cause excessive adhesion to the mating material between the friction surfaces, leading to significant wear progression. From the viewpoint of high-temperature wear resistance. It is not preferable. On the other hand, if the amount is less than 0.3% by weight, the effect of reducing the occurrence of creep abnormal noise cannot be expected.
- Zinc oxide is mainly contained to give the friction material a wear resistance function at high temperatures.
- zinc oxide contributes to the decomposition of the resin component in the friction material. Therefore, the friction material is given appropriate lubricity under high temperature conditions, and especially wear resistance under high temperature conditions. It can secure the sex.
- zinc oxide are not particularly limited as long as it can be uniformly mixed with other friction material raw materials and can effectively exhibit the above functions, and can be in the form of powder, particles, and fibers.
- the content of zinc oxide is preferably 1 to 10% by weight with respect to the entire friction material, and by adjusting the content within this range, the wear resistance function can be effectively exhibited.
- zinc oxide is less than 1% by weight, the wear resistance at high temperature cannot be exhibited, and when it exceeds 10% by weight, the fade resistance is deteriorated.
- iron oxide can also be contained. Iron oxide is mainly contained to give the friction material a function of improving braking effectiveness. When iron oxide is reduced by high-temperature friction, appropriate adhesion between the friction surface and the friction surface between the friction material and the mating material is manifested, so that the braking effect is improved, and in particular, fade resistance can be improved.
- iron oxide can be used regardless of whether it is ferric oxide: Fe 2 O 3 or triiron tetroxide: Fe 3 O 4 .
- the nature and size of the iron oxide are not particularly limited as long as it can be uniformly mixed with other friction material raw materials and can effectively exhibit the above functions, and can be in the form of powder, particles, and fibers. .
- the content of iron oxide is preferably 1 to 15% by weight with respect to the entire friction material, and adjusting to this range can effectively improve the braking effect, particularly the fade resistance. it can.
- the amount of iron oxide is less than 1% by weight, the fade resistance is deteriorated, and when it is more than 15% by weight, the wear resistance at high temperature is deteriorated.
- the inorganic filler is a pH adjusting material, an inorganic friction modifier, titanate, calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulfate, mica, talc, And calcium silicate.
- titanates include alkali metal titanates, alkali metal titanates and group II salts, and specific examples include potassium titanate, sodium titanate, lithium titanate, lithium potassium titanate, and magnesium titanate. Potassium etc. can be mentioned.
- the titanate is preferably contained in an amount of 10 to 30% by weight based on the entire friction material. Thereby, the wear-resistant deterioration by reduction of a copper component can be compensated.
- calcium hydroxide or the like can be contained as a pH adjusting material.
- silica such as silicon dioxide, zirconium silicate, zirconium oxide (zirconia), magnesium oxide, aluminum oxide (alumina), chromium oxide (chromium oxide (II), etc.), ceramic powder, etc. are contained. be able to.
- the inorganic friction modifier can use a substance having a Mohs hardness of 6.5 or more, and is not limited to the above specific examples, and inorganic substances known in the art can be preferably used.
- a single metal such as iron, aluminum, zinc, or tin, and a metal such as metal powder made of each alloy metal can be contained.
- inorganic fillers can be used alone or in combination of two or more.
- the content of the inorganic filler is not particularly limited, and can be a content normally used in the technical field.
- the friction material of the present embodiment can contain a lubricant, and specific examples include coke, graphite, carbon black, graphite, and metal sulfide.
- the metal sulfide include tin sulfide, antimony trisulfide, molybdenum disulfide, and tungsten sulfide.
- One type of lubricant can be used alone, or a plurality of types can be used in combination.
- the content of the lubricant is not particularly limited, and may be a content that is usually used in the technical field.
- the friction material of the present embodiment can be manufactured by a method known in the technical field, and includes a mixing process for mixing and mixing the friction material raw materials, and a molding process for forming the mixed friction material raw materials into a desired shape. Can be manufactured.
- the mixing step it is preferable to mix the friction material raw material in powder form, which facilitates uniform mixing of the friction material raw material.
- the mixing method is not particularly limited as long as the friction material raw materials can be uniformly mixed, and can be performed by a method known in the art.
- the mixing can be performed using a mixer such as a Fenschel mixer or a Readyge mixer.
- the mixing is performed at room temperature for about 10 minutes.
- the friction material raw material mixture may be mixed while being cooled by a known cooling method so that the temperature does not rise.
- the forming step can be performed by pressing and solidifying the friction material material with a press or the like, and can be performed based on a method known in the technical field.
- Forming by pressing may be performed by either a hot press method in which the friction material material is heated and pressed to be molded, or a normal temperature press method in which the friction material material is pressed and molded at room temperature without being heated.
- the molding temperature is 140 ° C. to 200 ° C. (preferably 160 ° C.)
- the molding pressure is 10 MPa to 30 MPa (preferably 20 MPa)
- the molding time is 3 minutes to 15 minutes ( Preferably, 10 minutes).
- the forming can be performed by setting the forming pressure to 50 MPa to 200 MPa (preferably 100 MPa) and the forming time to 5 seconds to 60 seconds (preferably 15 seconds). Subsequently, a clamping process (for example, 180 ° C., 1 MPa, 10 minutes) is performed. Thereafter, heat treatment at 150 to 250 ° C. for 5 to 180 minutes (preferably 230 ° C. for 3 hours) can be performed.
- a polishing step for polishing the surface of the friction material to form a friction surface may be provided.
- the friction material according to the present embodiment can be applied to a disc brake pad of a vehicle or the like, but is not limited to this, and may be applied to a brake shoe or the like to which a friction material known in the technical field can be applied. it can.
- the friction material of this embodiment can be integrated with a plate-like member such as a metal plate as a back plate and used as a brake pad, for example.
- the friction material of the present embodiment by including a particulate or fibrous aluminum alloy and zinc oxide, the brake effect at the time of high speed and high load system is not reduced, and excellent wear resistance is ensured. It is possible to reduce low-frequency unpleasant sound called creep abnormal noise generated during the creep phenomenon. Conventionally, the generation of creep noise has been a problem in friction materials containing a large amount of titanate such as potassium titanate in order to compensate for the deterioration of wear resistance due to the reduction of the copper component. According to this configuration, by adding a particulate or fibrous aluminum alloy to the friction material, appropriate adhesion between the friction surfaces of the friction material and the counterpart material is exhibited, and creep abnormal noise is effectively produced.
- the addition of zinc oxide can contribute to the decomposition of the resin component in the friction material. Therefore, the friction material can be given appropriate lubricity under high-temperature conditions, and wear resistance under high-temperature conditions can be secured, and the braking effect, wear resistance, and generation of creep noise during high speed and high load system are reduced.
- a friction material having characteristics can be constructed.
- friction materials prepared by blending friction material raw materials according to the blending amounts shown in FIG. 1 were used for brake pads, and evaluations were made on general efficacy, wear resistance, and creep noise. went.
- the unit of the blending amount in each friction material raw material composition in the figure is weight% with respect to the whole friction material raw material.
- ⁇ Average friction coefficient 0.37 or more and 0.43 or less
- ⁇ Average friction coefficient 0.34 or more and less than 0.37, or more than 0.43 and less than 0.46
- ⁇ Average friction coefficient less than 0.34 or 0 Over 46
- the fade friction coefficient was evaluated in three stages according to the following criteria. ⁇ : Fade friction coefficient 0.3 or more ⁇ : Fade friction coefficient 0.2 or more and less than 0.3 ⁇ : Fade friction coefficient less than 0.2
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Abstract
繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、前記摩擦材中に、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、前記無機充填材として粒子又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する摩擦材。
Description
本発明は、車両用のブレーキ装置等に使用される摩擦材に関する。
車両等のブレーキパッドやブレーキシュー等に使用される摩擦材には、クリープ異音等の異音の発生の防止、高い効き（高摩擦係数）、及び、高寿命（耐摩耗性）等の種々の特性が求められている。
従来、摩擦係数の保持や耐摩耗性を付与することを目的として、高い熱伝導率と優れた展延性をもつ銅成分を摩擦材に含有させていた。しかしながら、世界的な規模で環境に対する関心が高まっている昨今、環境負荷の高い銅成分を削減した摩擦材（銅フリー化）の開発が急務となっている。そこで、銅成分の削減に伴う高速高負荷制動時のブレーキ効き及び高温耐摩耗性の悪化を招かず、かつ、クリープ異音発生を低減できる摩擦材の構築が試みられている。
例えば、特許文献１には、銅成分の削減により低下する高速高負荷制動時のブレーキ効きと耐摩耗性を改善するため、無機摩擦調整材としてアルミニウム粒子、アルミニウム繊維、アルミニウムを主成分とする合金粒子及びアルミニウムを主成分とする合金繊維から選ばれる１種又は２種以上を摩擦材原料全体に対して１～１０重量％含有し、かつ、平均粒子径が１～２０μｍでモース硬度が４．５以上の硬質無機粒子を摩擦材原料全体に対して５～２０重量％含有する摩擦材が報告されている。また、アルミニウムを主成分とする合金としては、アルミニウムを９０重量％以上含有している。特許文献１は、アルミニウムは凝着摩耗が高速負荷制動時に限定して発生するとの特性を利用する技術である。
また、銅成分の削減に伴う耐摩耗性の悪化を補填するため、チタン酸カリウムを多く配合する（例えば、１０～４０重量％）摩擦材が提案されているが、チタン酸カリウムを多く含有すると高温での耐摩耗性に優れる反面、相手材（例えば、ロータ）への凝着被膜の形成が増大し、それに伴いスティックスリップ現象が大きくなりクリープ異音の発生につながることが知られている。
そこで、特許文献２では、銅成分を実質的に含有しない組成においても、高温での耐摩耗性とクリープ異音の発生の低減を両立できる摩擦材として、複数の凸形状を有するチタン酸カリウムに加え、平均粒子径０．１～１．０μｍの四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）を含有させた摩擦材が報告されている。四三酸化鉄の小粒子が、摩擦材とロータとの摩擦界面に過度に形成された被膜を適度にクリーニングすることで、チタン酸カリウムが原因で発生するスティックスリップ現象を低減する効果を有し、それによりクリープ異音の発生を低減する技術である。
しかしながら、特許文献１の技術は、銅成分の削減による高温高速負荷時の摩擦特性の悪化をアルミニウム系材料により補填するものであるが、従来のアルミニウム系材料は銅に比べて柔らかく強度が低いため、相手材であるロータとの凝着力が強くなりすぎる傾向がある。そのため摩擦材の摩耗が進行し易く、ひいてはブレーキ効力の低下を否めないという問題がある。
特許文献２の技術は、酸化鉄が凝着被膜を掻き落とすことでロータ表面を適度にクリーニングするものである。しかしながら、特許文献２の技術では、四三酸化鉄の平均粒子径を０．１～１．０μｍとしているが、かかる平均粒子径では四三酸化鉄による被膜クリーニング効果を発揮することができず、クリープ異音発生を効果的に低減することができないと予想される。
そこで、本発明は、高速高負荷制動時のブレーキ効きの低下を招くことなく優れた耐摩耗性を確保すると共に、クリープ現象時に発生するクリープ異音を低減させることのできる摩擦材を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究し、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を摩擦材に含有することにより、高速高負荷制度時のブレーキ効きの低下を招かず、しかも、優れた耐摩耗性を確保しつつ、クリープ現象時に発生するクリープ異音と呼ばれる低周波の不快音を効果的に低減できることを見出した。また、酸化鉄を摩擦材に含有させることにより、高速高負荷制度時のブレーキ効力、特に耐フェード性を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下を特徴構成とする。
繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、
前記摩擦材は、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、
前記無機充填材として粒子又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する摩擦材。
繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、
前記摩擦材は、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、
前記無機充填材として粒子又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する摩擦材。
上記の摩擦材によれば、高速高負荷制度時のブレーキ効きの低下を招かず、優れた耐摩耗性を確保しつつ、クリープ現象時に発生するクリープ異音と呼ばれる低周波の不快音を低減させることができる。従来、銅成分の削減による耐摩耗性の悪化を補填するためにチタン酸カリウム等のチタン酸塩を多く含有させた摩擦材において、クリープ異音発生が問題となっていた。本構成によれば、摩擦材に、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金を含有させることで、摩擦材と相手材との摩擦面間で適度な凝着性が発現し、クリープ異音を効果的に低減することができる。それと共に、酸化亜鉛を含有させることで、酸化亜鉛は摩擦材中の樹脂成分の分解に寄与することができ、高温条件下で摩擦材に適度な潤滑性を与え、高温条件下での耐摩耗性を確保できる。したがって、優れた高速高負荷制度時のブレーキ効き、耐摩耗性、及びクリープ異音の発生低減特性を有する摩擦材を構築することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施形態によって限定されるものではない。
本実施形態に係る摩擦材は、後述する繊維基材、結合材、有機充填材、及び無機充填材等を含有し、更に、無機充填材として、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する。これらの他にも摩擦材を製造する際に一般に使用される材料をも含有させることができる。ここで、本実施形態に係る摩擦材を製造する上で混合する全ての材料を摩擦材原料と称する。
本実施形態に係る摩擦材は、非石綿系摩擦材（ＮＡＯ材）である。また、本実施形態に係る摩擦材は環境負荷の高い銅成分を実質的に含有するものではない（銅フリー化）。具体的には、銅成分は含有しないか、含有する場合であっても摩擦材原料全体に対して０．５重量％以下である。
従来、銅成分の削減による耐摩耗性の悪化を補填するためにチタン酸カリウム等のチタン酸塩を多く含有する摩擦材において、クリープ異音発生が問題となっていた。本実施形態に係る摩擦材は、粒子又は繊維状のアルミニウム合金及び酸化亜鉛を含有させることで、銅成分の代替としてチタン酸塩を多く含有しながら、優れた耐摩耗性とクリープ異音発生の低減を両立することができる。したがって、本実施形態に係る摩擦材は、銅フリー化の動きに十分に対応するものである。
繊維基材は、有機繊維や金属繊維、天然又は人造の無機繊維等を例示することができる。繊維基材の具体例は、有機繊維としては、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）、アクリル繊維、セルロース繊維、及び、炭素繊維等を挙げることができ、金属繊維としては、スチール、ステンレス、アルミ、亜鉛、及び、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属による繊維を挙げることができ、無機繊維としては、ロックウール、及び、ガラス繊維等を挙げることができる。繊維基材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、繊維基材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは３～１５重量％含有することができる。
結合材は、摩擦材原料を結合させる機能を有するものである。結合材の具体例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、及び、イミド樹脂等を挙げることができ、それぞれのエストラマー、炭化水素樹脂、及び、エポキシ等の変性した樹脂を使用することもできる。結合材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、結合材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは３～１０重量％含有することができる。
有機充填材は、カシューダスト、ゴム粉、タイヤ粉、及び、フッ素ポリマー等を含有させることができ、これらを１種類単独で、又は、複数種類を併用することもできる。しかしながら、上記具体例に限定するものではなく、当該技術分野で公知の有機充填材を好ましく利用することができる。有機充填材の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。
無機充填材として、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する。
粒子状又は繊維状のアルミニウム合金は、主としてクリープ異音の発生を低減させる機能を摩擦材に与えるために含有される。粒子状又は繊維状のアルミニウム合金を摩擦材に含有することにより、摩擦材と相手材との摩擦面間で適度な凝着性が発現し、クリープ異音を効果的に低減することができるというものである。アルミニウム合金は、アルミニウムを主成分とする合金であり、アルミニウムに他の元素を添加したものである。アルミニウムを合金とすることで、アルミニウムの強度や硬度等の特性を向上することができる。アルミニウム合金中のアルミニウム成分は７０～８５重量％が好ましい。この範囲に調整することで、アルミニウム合金の融点を下げることなく適度な凝着性を発揮することができる。
アルミニウム合金は、上記機能を発揮することができる限り特に制限はなく、当該技術分野で使用される公知のアルミニウム合金を使用することができる。例えば、アルミニウムと、他の元素、例えば、亜鉛、マンガン、マグネシウム、ケイ素、鉄、チタン、クロム及びモリブデン等から選択される１又は複数種類の元素との合金が挙げられる。具体例としては、アルミニウム－亜鉛合金、アルミニウム－マンガン合金、アルミニウム－マグネシウム合金、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム合金、アルミニウム－ケイ素合金等を挙げることができるが、好ましくは、アルミニウム－亜鉛合金又はアルミニウム－マンガン合金である。
粒子状又は繊維状のアルミニウム合金の大きさは、上記機能を発揮することができ、他の摩擦材原料と均等に混合する限り特に制限はなく、当該技術分野で使用される公知の寸法のものを使用することができる。例えば、アルミニウム合金粒子の平均粒子径は５０～３００μｍであることが好ましく、アルミニウム繊維の平均繊維径は２０～１００μｍで、平均繊維長は０．５～１０ｍｍとすることが好ましい。
粒子状又は繊維状のアルミニウム合金の含有量は、摩擦材原料全体に対して０．３～３重量％とすることが好ましい。粒子状又は繊維状のアルミニウム合金は３重量％を超えて含有すると、摩擦熱により摩擦面間で相手材に過度に凝着し摩耗の進行が著しくなる傾向があり、高温耐摩耗性の観点から好ましくない。一方、０．３％重量％よりも少なくなると上記クリープ異音発生低減効果を期待できないことから、上記範囲で含有することが好ましい。
酸化亜鉛は、主として高温下での耐摩耗性機能を摩擦材に与えるために含有される。酸化亜鉛を摩擦材に含有させることにより、酸化亜鉛は摩擦材中の樹脂成分の分解に寄与することから、高温条件下で摩擦材に適度な潤滑性を与え、特に高温条件下での耐摩耗性を確保できるというものである。
酸化亜鉛の性状及び大きさは、他の摩擦材原料との均一に混合でき、上記機能を効果的に発揮できる限り特に制限はなく、粉体状、粒子状、及び繊維状とすることができる。また、酸化亜鉛の含有量は、摩擦材原料全体に対して１～１０重量％とすることが好ましく、この範囲に調整することで耐摩耗性機能を効果的に発揮することができる。酸化亜鉛が１重量％よりも少なくなると高温時耐摩耗性を発揮できず、１０重量％よりも多くなると耐フェード性が悪化する。
無機充填材として、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛に加え、酸化鉄をも含有することができる。酸化鉄は、主としてブレーキ効きの向上機能を摩擦材に与えるために含有される。酸化鉄は高温摩擦により還元されることで摩擦材と相手材との摩擦面間との適度な凝着性が発現しブレーキ効きが向上し、特に耐フェード性を向上させることができる。
酸化鉄は、酸化第二鉄：Ｆｅ２Ｏ３及び四三酸化鉄：Ｆｅ３Ｏ４の別は問わず、何れをも使用することができる。
酸化鉄の性状及び大きさは、他の摩擦材原料との均一に混合でき、上記機能を効果的に発揮できる限り特に制限はなく、粉体状、粒子状、及び繊維状とすることができる。また、酸化鉄の含有量は、摩擦材原料全体に対して１～１５重量％とすることが好ましく、この範囲に調整することでブレーキ効き、特には耐フェード性を効果的に向上させることができる。酸化鉄が１重量％よりも少なくなると耐フェード性が悪化し、１５重量％よりも多くなると高温時耐摩耗性が悪化する。
無機充填材は、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金、酸化亜鉛、及び酸化鉄以外にも、ｐＨ調製材、無機摩擦調整材、チタン酸塩、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、マイカ、タルク、及び、ケイ酸カルシウム等である。チタン酸塩は、チタン酸アルカリ金属塩、チタン酸アルカリ金属・第二族塩等が例示でき、具体例としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸リチウム、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等を挙げることができる。チタン酸塩は、摩擦材原料全体に対して好ましくは１０～３０重量％含有する。これにより、銅成分の削減による耐摩耗性悪化を補填することができる。
更に、ｐＨ調製材として、水酸化カルシウム等を含有することができる。
無機摩擦調整材として、二酸化ケイ素等のシリカ、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化クロム（酸化クロム（ＩＩ）等）、及び、セラミック粉等を含有することができる。好ましくは、無機摩擦調整材はモース硬度が６．５以上の物質を使用することができ、上記具体例に限定されることなく当該技術分野で公知の無機物を好ましく使用することができる。
更に、鉄、アルミ、亜鉛、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属による金属粉等の金属を含有させることができる。
これらの無機充填材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。無機充填材の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。
更に、本実施形態の摩擦材には潤滑材を含有させることができ、具体例としては、コークス、黒鉛、カーボンブラック、グラファイト、及び、金属硫化物等を挙げることができる。金属硫化物は、硫化スズ、三硫化アンチモン、二硫化モリブテン、硫化タングステン等が例示できる。潤滑材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。潤滑剤の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。
本実施形態の摩擦材は、当該技術分野で公知の方法により製造することができ、摩擦材原料を配合し混合する混合工程と、混合された摩擦材原料を所望の形状に成形する成形工程により製造することができる。
ここで、混合工程は、摩擦材原料を粉体状で混合することが好ましく、これにより摩擦材原料を均一に混合することが容易となる。混合方法は、摩擦材原料を均一に混合できる限り特に制限はなく、当該技術分野で公知の方法で行うことができる。好ましくは、混合に際しては、フェンシェルミキサやレディーゲミキサ等の混合機を使用して混合することができ、例えば、常温で１０分程度混合する。このとき、摩擦材原料の混合物が昇温しないように公知の冷却方法によって冷却しながら混合するようにしてもよい。
成形工程は、摩擦材原料をプレス等で押し固めることにより行うことができ、当該技術分野で公知の方法に基づいて行うことができる。プレスによる成形に際しては、摩擦材原料を加熱して押し固めて成形するホットプレス工法と、摩擦材原料を加熱せずに常温で押し固めて成形する常温プレス工法の何れで行ってもよい。ホットプレス工法で成形する場合には、例えば、成形温度を１４０℃～２００℃（好ましくは１６０℃）とし、成形圧力を１０ＭＰａ～３０ＭＰａ（好ましくは２０ＭＰａ）とし、成形時間を３分～１５分（好ましくは１０分）とすることができる。常温プレス工法で成形する場合には、例えば、成形圧力を５０ＭＰａ～２００ＭＰａ（好ましくは１００ＭＰａ）とし、成形時間を５秒～６０秒（好ましくは１５秒）とすることで成形することができる。続いて、クランプ処理（例えば、１８０℃、１ＭＰａ、１０分）を行う。その後、１５０℃～２５０℃、５分～１８０分の熱処理（好ましくは、２３０℃、３時間）を行うことができる。
更に、必要に応じて、摩擦材の表面を研磨し摩擦面を形成する研磨工程を設けてもよい。
本実施形態に係る摩擦材は、車両等のディスクブレーキ用パッドに適用できるが、これに限られるものではなく、ブレーキシュー等、当該技術分野において公知の摩擦材が適用できるものに適用することができる。本実施形態の摩擦材は、例えば、裏板としての金属板等の板状部材と一体化してブレーキ用パッドとして使用することができる。
本実施形態の摩擦材によれば、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金及び酸化亜鉛を含有させることにより、高速高負荷制度時のブレーキ効きの低下を招かず、優れた耐摩耗性を確保しつつ、クリープ現象時に発生するクリープ異音と呼ばれる低周波の不快音を低減させることができる。従来、銅成分の削減による耐摩耗性の悪化を補填するためにチタン酸カリウム等のチタン酸塩を多く含有させた摩擦材において、クリープ異音発生が問題となっていた。本構成によれば、摩擦材に、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金を含有させることで、摩擦材と相手材との摩擦面間で適度な凝着性が発現し、クリープ異音を効果的に低減することができると共に、酸化亜鉛を含有させることで摩擦材中の樹脂成分の分解に寄与することができる。したがって、高温条件下で摩擦材に適度な潤滑性を与え、高温条件下での耐摩耗性を確保でき、優れた高速高負荷制度時のブレーキ効き、耐摩耗性、及びクリープ異音の発生低減特性を有する摩擦材を構築することができる。
更に、本実施形態の摩擦材に、粒子状又は繊維状のアルミニウム合金及び酸化亜鉛に加え、酸化亜鉛を含有させることにより、ブレーキ効き、特に耐フェード性を向上させることができ、高速高負荷制度時のブレーキ効き、耐摩耗性、及びクリープ異音の発生低減特性が更に向上した摩擦材を構築することができる。
以下に、本実施形態に係る摩擦材の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。
実施例１～１６及び比較例１～３として、図１に示す配合量に従って摩擦材原料を配合し作製した摩擦材をブレーキパッドに使用し、一般効力、耐摩耗性、クリープ異音について評価を行った。なお、図中の各摩擦材原料組成における配合量の単位は、摩擦材原料全体に対する重量％である。
（一般効力）
ＪＡＳＯ Ｃ４０６に準じて、第２効力試験の初速５０ｋｍ／ｈと１００ｋｍ／ｈ時の平均摩擦数（μ）、及び、フェード摩擦係数（μ）を測定した。
ＪＡＳＯ Ｃ４０６に準じて、第２効力試験の初速５０ｋｍ／ｈと１００ｋｍ／ｈ時の平均摩擦数（μ）、及び、フェード摩擦係数（μ）を測定した。
ここでは、第２効力試験の初速５０ｋｍ／ｈと１００ｋｍ／ｈ時の平均摩擦数は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：平均摩擦係数０．３７以上０．４３以下
△：平均摩擦係数０．３４以上０．３７未満、又は、０．４３超え０．４６未満
×：平均摩擦係数０．３４未満、又は、０．４６超える
〇：平均摩擦係数０．３７以上０．４３以下
△：平均摩擦係数０．３４以上０．３７未満、又は、０．４３超え０．４６未満
×：平均摩擦係数０．３４未満、又は、０．４６超える
フェード摩擦係数は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：フェード摩擦係数０．３以上
△：フェード摩擦係数０．２以上０．３未満
×：フェード摩擦係数０．２未満
〇：フェード摩擦係数０．３以上
△：フェード摩擦係数０．２以上０．３未満
×：フェード摩擦係数０．２未満
（耐摩耗性）
ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準じて、２００℃、３００℃、４００℃の各温度における摩耗試験を行い、摩耗材の厚み（ｍｍ）を測定し、摩耗量を算出した。制動回数１０００回当たりの摩耗量に換算し、下記の基準にて４段階で評価した。
◎：０．２０ｍｍ未満
〇：０．２０ｍｍ以上０．２５ｍｍ未満
△：０．２５ｍｍ以上０．３０ｍｍ未満
×：０．３０ｍｍ以上
ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準じて、２００℃、３００℃、４００℃の各温度における摩耗試験を行い、摩耗材の厚み（ｍｍ）を測定し、摩耗量を算出した。制動回数１０００回当たりの摩耗量に換算し、下記の基準にて４段階で評価した。
◎：０．２０ｍｍ未満
〇：０．２０ｍｍ以上０．２５ｍｍ未満
△：０．２５ｍｍ以上０．３０ｍｍ未満
×：０．３０ｍｍ以上
（クリープ異音）
実車を使用しＪＡＳＯ Ｃ４０６相当の擦り合わせを実施後、一晩屋外で放置し、翌朝エンジン始動直後にブレーキペダルをリリースし、発生したクリープ異音の車内異音を評価した。ここでは、下記の基準にて２段階で評価した。
〇：異音発生なし、又は、一般ドライバーが不快に感じない許容レベルでの異音の発生
×：一般ドライバーが不快に感じるレベルの異音の発生
実車を使用しＪＡＳＯ Ｃ４０６相当の擦り合わせを実施後、一晩屋外で放置し、翌朝エンジン始動直後にブレーキペダルをリリースし、発生したクリープ異音の車内異音を評価した。ここでは、下記の基準にて２段階で評価した。
〇：異音発生なし、又は、一般ドライバーが不快に感じない許容レベルでの異音の発生
×：一般ドライバーが不快に感じるレベルの異音の発生
結果を図１に示す。実施例１～１６では、一般効力、耐摩耗性、及びクリープ異音について、良好な結果が得られた。これにより、本実施例の摩擦材は、摩擦材の良好なブレーキ効力及び耐摩耗性を確保しつつ、クリープ異音の発生を効果的に低減できることが判明した。一方、アルミニウム合金及び酸化亜鉛を含有しない比較例１では、高温耐摩耗性が低下すると共に、クリープ異音の発生を低減できず、耐摩耗性とクリープ異音発生の点で問題があった。一方、酸化亜鉛を含有するがアルミニウム合金を含有しない比較例２では、クリープ異音の発生を低減できず、アルミニウム合金を含有するが酸化亜鉛を含有しない比較例３では、高温耐摩耗性が低下することが判明した。これらの結果から、ブレーキ効力、耐摩耗性、及びクリープ異音の何れをも満足させる摩擦材の提供には、アルミニウム合金及び酸化亜鉛の双方を含有することが必要であることが確認できた。
ここでは、詳細な実験結果を省略するが、アルミニウム成分８０％のアルミニウム－亜鉛合金繊維を摩擦材原料全体に対して０．１重量％しか含有させなかった場合には、ブレーキ効力及び耐摩耗性の観点では良好であったが、クリープ異音発生の低減効果の若干の低下が確認された。一方、当該アルミニウム合金を５重量％含有させた場合には、ブレーキ効力及びクリープ異音発生低減効果の観点では良好であったが、高温（４００℃）での耐摩耗性の若干の低下が確認された。また、アルミニウム－亜鉛合金繊維においてアルミニウム成分が６５％のものを使用した場合、及び、アルミニウム成分が９０％のものを使用した場合にも、高温（４００℃）での耐摩耗性の若干の低下が確認された。したがって、摩擦材全体に対するアルミニウム合金の含有率、及び、アルミニウム合金におけるアルミニウム成分の含有率の好適化を図ることで、より優れたブレーキ効力、耐摩耗性、及びクリープ異音発生の低減効果を有する摩擦材を提供できることが判明した。
更に、酸化亜鉛を摩擦材原料全体に対して１５重量％含有させた場合には、耐摩耗性及びクリープ異音発生低減効果の観点では良好であったが、フェード時のブレーキ効力の若干の低下が確認された。したがって、摩擦材全体に対する酸化亜鉛の含有率の好適化を図ることで、より優れたブレーキ効力、耐摩耗性、及びクリープ異音発生の低減効果を有する摩擦材を提供できることが判明した。
また、酸化鉄を含有しない場合には、耐摩耗性及びクリープ異音に対して良好な結果を得られたが、フェード時のブレーキ効力の若干の低下が確認された。これにより、酸化鉄を含有させることにより、より良好なブレーキ効力、耐摩耗性、及びクリープ異音発生低減特性を有する摩擦材を提供できることが判明した。一方、酸化鉄を摩擦材原料全体に対して２０重量％含有させた場合には、ブレーキ効力及びクリープ異音発生低減効果の観点では良好であったが、高温（３００℃及び４００℃）での耐摩耗性の若干の低下が確認された。これらの結果から、酸化鉄を含ませる場合には、その含有率の好適化を図ることで、より優れたブレーキ効力、耐摩耗性、及びクリープ異音発生の低減効果を有する摩擦材を提供できることが判明した。
Claims (5)
- 繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、
前記摩擦材は、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、
前記無機充填材として粒子又は繊維状のアルミニウム合金、及び、酸化亜鉛を含有する摩擦材。 - 前記アルミニウム合金は、アルミニウム成分を７０～８５重量％含有する請求項１に記載の摩擦材。
- 前記アルミニウム合金を、摩擦材全体に対して０．３～３．０重量％含有する請求項１又は２に記載の摩擦材。
- 前記無機充填材として、酸化鉄を含有する請求項１～３の何れか一項に記載の摩擦材。
- 前記酸化亜鉛を摩擦材全体に対して１～１０重量％、前記酸化鉄を摩擦材全体に対して１～１５重量％含有する請求項４に記載の摩擦材。
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