WO2021125144A1

WO2021125144A1 - 摩擦材

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Publication number: WO2021125144A1
Application number: PCT/JP2020/046601
Authority: WO
Inventors: 大介関; 正太小川
Original assignee: 曙ブレーキ工業株式会社
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-06-24
Also published as: JPWO2021125144A1

Abstract

本発明の課題は、相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数が得られるスチール系摩擦材を提供することである。本発明は、摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、前記繊維基材として、スチール繊維を１０～５０質量％含有し、前記摩擦調整材として、非ウィスカー状チタン酸塩を含有し、銅の含有量が銅元素換算で０．５質量％以下である、摩擦材に関する。

Description

摩擦材

　本発明は、自動車、鉄道車両及び産業機械等に用いられる摩擦材に関する。

　近年、車両の高性能化、高出力化に伴い、ブレーキの役割は益々過酷なものとなってきており、ブレーキパッド等に使用される摩擦材にも、熱に対する安定性が求められている。さらに摩擦材は、高速からの制動時には高温となることから、低温低速での制動時とは摩擦状態が異なり、温度変化による摩擦係数の変化が少ない安定した摩擦特性が要求されている。

　そこで、金属繊維を基材とした摩擦材が種々提案されている。例えば、１０～３０質量％程度のスチール繊維を含有する摩擦材（以下、「ロースチール摩擦材」と称することがある。）や５０質量％程度のスチール繊維を含有する摩擦材（以下、「セミメタリック摩擦材」と称することがある。）が挙げられる。ロースチール摩擦材は、高い摩擦係数を有し、主に欧州で使用されている。

　ロースチール摩擦材としては、例えば、特許文献１では、結合材、摩擦調整材及び繊維基材を含み、かつ銅成分を含まない摩擦材であって、アルミニウム及びＦｅ－Ａｌ金属間化合物の少なくともいずれか一方、アルミナ、並びにクロマイトを含有し、スチール繊維を１０～３０質量％含有する摩擦材が開示されている。

日本国特開２０１４－１９６４４５号公報

　しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献１に記載のロースチール摩擦材やセミメタリック摩擦材（すなわち、１０～５０質量％程度のスチール繊維を含有する摩擦材。以下、「スチール系摩擦材」と称することがある。）では、相手材の温度によっては摩擦係数が低下してしまう可能性があることが分かった。

　本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数が得られるスチール系摩擦材を提供することを解決すべき課題としている。

　本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、スチール系摩擦材に、無機充填材として、非ウィスカー状チタン酸塩を含有させることで、相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数を得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、本発明は下記＜１＞～＜３＞に関するものである。
＜１＞摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、
　前記繊維基材として、スチール繊維を１０～５０質量％含有し、
　前記摩擦調整材として、非ウィスカー状チタン酸塩を含有し、
　銅の含有量が銅元素換算で０．５質量％以下である、摩擦材。
＜２＞前記非ウィスカー状チタン酸塩がチタン酸カリウム及びチタン酸リチウムカリウムのうちの少なくとも１つである、＜１＞に記載の摩擦材。
＜３＞前記非ウィスカー状チタン酸塩の含有量が１～３０質量％である、＜１＞又は＜２＞に記載の摩擦材。

　本発明によれば、相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数が得られるスチール系摩擦材を提供することができる。

　以下、本発明について詳述するが、これらは望ましい実施態様の一例を示すものであり、本発明はこれらの内容に特定されるものではない。

　本発明のスチール系摩擦材（以下、「本発明の摩擦材」と称することがある。）は、摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む。
　以下、各成分について詳細に説明する。

＜繊維基材＞
　本発明の摩擦材は、繊維基材として、スチール繊維を含有する。
　スチール繊維を含有させると、本発明の摩擦材の強度が向上し、高い摩擦係数が得られる摩擦材とすることができる。

　スチール繊維の摩擦材全体中の含有量は、１０～５０質量％であり、好ましくは１５～４５質量％、より好ましくは２０～４０質量％である。スチール繊維の含有量が１０質量％以上であれば、摩擦材の強度を十分に確保することができる。スチール繊維の含有量が５０質量％以下であれば、摩擦材が重くなりすぎるのを防ぐことができる。

　スチール繊維の平均繊維長は０．５～３０ｍｍであることが好ましく、０．５～２０ｍｍであることがより好ましく、０．５～１０ｍｍであることがさらに好ましい。
　スチール繊維の平均繊維長が０．５ｍｍ以上であれば、摩擦材の強度を確保することができる。スチール繊維の平均繊維長が３０ｍｍ以下であれば、相手材攻撃性の悪化を抑制することができる。

　スチール繊維の平均繊維径は１０～６００μｍであることが好ましく、３０～５００μｍであることがより好ましく、５０～４００μｍであることがさらに好ましい。
　スチール繊維の平均繊維径が１０μｍ以上であれば、摩擦材の強度を確保することができる。スチール繊維の平均繊維径が６００μｍ以下であれば、相手材攻撃性の悪化を抑制することができる。

　なお、スチール繊維の平均繊維長及び平均繊維径は、マイクロスコープ等により観察することによって測定できる。

　スチール繊維以外の繊維基材としては、通常用いられる種々の繊維基材を用いることができる。具体的には、有機繊維、無機繊維が挙げられる。

　有機繊維としては、例えば、芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、耐炎性アクリル繊維等が挙げられる。

　無機繊維としては、例えば、生体溶解性無機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ロックウール等が挙げられる。生体溶解性無機繊維としては、例えば、ＳｉＯ_２－ＣａＯ－ＭｇＯ系繊維、ＳｉＯ_２－ＣａＯ－ＭｇＯ－Ａｌ_２Ｏ_３系繊維、ＳｉＯ_２－ＭｇＯ－ＳｒＯ系繊維等の生体溶解性セラミック繊維、生体溶解性ロックウール等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。

　スチール繊維以外の繊維基材は、摩擦材の十分な強度を確保する観点から、摩擦材全体中、好ましくは１～１５質量％、より好ましくは１～１０質量％用いられる。

＜摩擦調整材＞
　本発明の摩擦材は、摩擦調整材として、無機充填材である非ウィスカー状チタン酸塩を含有する。

（非ウィスカー状チタン酸塩）
　非ウィスカー状チタン酸塩とは、針状形状（ウィスカー状、アスペクト比３以上）ではないチタン酸塩を意味する。

　非ウィスカー状チタン酸塩を含有させると、相手材表面に移着被膜が形成されるので、本発明の摩擦材を相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数が得られる摩擦材とすることができる。

　非ウィスカー状チタン酸塩の具体的な形状としては、層状（鱗片状）、柱状、板状、フレーク状、粒子状、球状等が挙げられ、これらの中でも、摩擦係数安定化の観点から、層状、柱状、板状、球状が好ましく、層状、柱状、球状がより好ましい。
　非ウィスカー状チタン酸塩のメディアン径（Ｄ５０）は、１～２００μｍであることが好ましく、より好ましくは３～１７０μｍ、さらに好ましくは５～１５０μｍである。

　なお、本明細書において、メディアン径（Ｄ５０）とは、ナノ粒子径分布測定装置により粒度分布を求め、測定される体積基準の累積百分率５０％相当粒子径のことをいう。

　非ウィスカー状チタン酸塩を構成するチタン酸塩としては、例えば、チタン酸カリウム、チタン酸リチウム、チタン酸ナトリウム等のチタン酸アルカリ金属塩、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム等のチタン酸アルカリ土類金属塩、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のチタン酸複合塩等が挙げられる。これらの中でも、摩擦係数安定化の観点から、チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウムが好ましい。

　チタン酸カリウムは、チタン酸リチウムカリウムと比較すると融点が高いため、相手材の温度が低温（０～５０℃程度）である場合の摩擦係数の低下を特に抑制することができる。

　チタン酸リチウムカリウムは、チタン酸カリウムやチタン酸マグネシウムカリウムと比較すると融点が低いため、相手材の温度が高温（３００～５００℃程度）である場合の摩擦係数の上昇を特に抑制することができる。

　非ウィスカー状チタン酸塩の摩擦材全体中の含有量は、１～３０質量％が好ましく、より好ましくは３～２５質量％、さらに好ましくは５～２０質量％である。非ウィスカー状チタン酸塩の含有量が１質量％以上であれば、より安定して高い摩擦係数を得ることができる。非ウィスカー状チタン酸塩の含有量が３０質量％以下であれば、他の成分を摩擦材に十分量含有させることができ、所望の摩擦特性を摩擦材に付与することができる。

（その他の摩擦調整材）
　本発明の摩擦材は、耐摩耗性、耐熱性、耐フェード性等の所望の摩擦特性を摩擦材に付与するために、非ウィスカー状チタン酸塩以外のその他の摩擦調整材を含有することができる。
　その他の摩擦調整材としては、例えば、非ウィスカー状チタン酸塩以外の無機充填材、研削材、固体潤滑材等を挙げることができる。

　非ウィスカー状チタン酸塩以外の無機充填材としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ等の無機材料や、アルミニウム、スズ、亜鉛等の金属粉末が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。

　非ウィスカー状チタン酸塩以外の無機充填材の摩擦材全体中の含有量は、摩擦係数安定化の観点から、１～２０質量％が好ましく、より好ましくは３～１７質量％、さらに好ましくは５～１５質量％である。

　研削材としては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、ジルコニア、珪酸ジルコニウム、酸化クロム、四三酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）、クロマイト等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。

　研削材の摩擦材全体中の含有量は、１～３０質量％が好ましく、より好ましくは５～２７質量％、さらに好ましくは１０～２５質量％である。

　固体潤滑材としては、黒鉛（グラファイト）、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン、硫化スズ、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。

　固体潤滑材の摩擦材全体中の含有量は、１～３０質量％が好ましく、より好ましくは５～２７質量％、さらに好ましくは１０～２５質量％である。

　摩擦調整材は、上記所望の摩擦特性を摩擦材に十分付与する観点から、摩擦材全体中、好ましくは４０～８０質量％、より好ましくは５０～７０質量％用いられる。

　なお、本発明の摩擦材は、各種ゴム粉末（生ゴム粉末、タイヤ粉末等）、カシューダスト、タイヤトレッド、メラミンダスト等の有機充填材を含有しないことが好ましい。有機充填材を含有しないことにより、高温時に有機充填材が熱分解し、分解ガスが摩擦材及び相手材の間に介在して起こるフェード現象が原因の摩擦係数低下を抑制できる。

＜結合材＞
　結合材としては、通常用いられる種々の結合材を用いることができる。具体的には、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。

　変性フェノール樹脂としては、例えば、エラストマー変性フェノール樹脂等が挙げられる。エラストマー変性フェノール樹脂としては、例えば、アクリルゴム変性フェノール樹脂やシリコーンゴム変性フェノール樹脂、ニトリルゴム（ＮＢＲ）変性フェノール樹脂等が挙げられる。これらは各々単独で、または２種以上組み合わせて用いられる。

　結合材は、摩擦材の成形性の観点から、摩擦材全体中、好ましくは１～２０質量％、より好ましくは３～１５質量％用いられる。

　なお、本発明の摩擦材全体中の銅成分の含有量は、環境負荷低減の観点から、銅元素換算で０．５質量％以下であり、本発明の摩擦材は銅成分を含有しないことが好ましい。

＜摩擦材の製造方法＞
　本発明の摩擦材は、公知の製造工程により製造できる。本発明の摩擦材は、例えば、上記各成分を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形、熱成形、加熱、研摩等の工程を経て製造することができる。

　摩擦材を備えたブレーキパッドの製造方法は、一般的に以下の工程を有する。
（ａ）板金プレスによりプレッシャプレートを所定の形状に成形する工程
（ｂ）上記プレッシャプレートに脱脂処理、化成処理及びプライマー処理を施し、接着剤を塗布する工程
（ｃ）摩擦調整材、結合材及び繊維基材等の原料を配合し、混合により十分に均質化して、常温にて所定の圧力で成形して予備成形体を作製する工程
（ｄ）上記予備成形体と接着剤が塗布されたプレッシャプレートとを、所定の温度及び圧力を加えて両部材を一体に固着する熱成形工程（成形温度１３０～１８０℃、成形圧力３０～８０ＭＰａ、成形時間２～１０分間）
（ｅ）アフターキュア（１５０～３００℃、１～５時間）を行って、最終的に研摩、スコーチ、及び塗装等の仕上げ処理を施す工程

　以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。

（実施例１～６、比較例１）
　表１に示す配合材料を、混合撹拌機に一括して投入し、常温で５分間混合し、混合物を得た。得られた混合物を以下の予備成形（ｉ）、熱成形（ｉｉ）、加熱およびスコーチ（ｉｉｉ）の工程を経て、摩擦材を作製した。

　なお、チタン酸カリウムは、大塚化学株式会社製「ＴＥＲＲＡＣＥＳＳ　ＤＰ－Ｒ」（メディアン径（Ｄ５０）８０μｍ、球状）を用いた。チタン酸リチウムカリウムは、大塚化学株式会社製「ＴＥＲＲＡＣＥＳＳ　Ｌ－ＳＳ」（メディアン径（Ｄ５０）２．５μｍ、鱗片状）を用いた。

（ｉ）予備成形
　混合物を予備成形プレスの金型に投入し、常温にて２０ＭＰａで１０秒間成形を行い、予備成形体を作製した。
（ｉｉ）熱成形
　この予備成形体を熱成形型に投入し、予め接着剤を塗布した金属板（プレッシャプレート）を重ね、１５０℃、５０ＭＰａで６分間加熱加圧成形を行った。
（ｉｉｉ）加熱、スコーチ
　この加熱加圧成形体に、２５０℃、３時間の熱処理を実施した後、研摩した。
　次いで、この加熱加圧成形体の表面にスコーチ処理を施し、仕上げに塗装を行い、摩擦材を得た。

　実施例１～６及び比較例１で得られた摩擦材について、ダイナモメータを用いて、以下の試験条件にて評価を行った。

　制動前ブレーキ温度５０℃、制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動終速度０ｋｍ／ｈ、液圧１．０～１０．０ＭＰａ（１．０ＭＰａ刻み）の条件でそれぞれ制動させた。

　さらに、制動初速度及び制動終速度を、制動初速度１００ｋｍ／ｈ、制動終速度５０ｋｍ／ｈ；制動初速度１５０ｋｍ／ｈ、制動終速度１００ｋｍ／ｈ；制動初速度２００ｋｍ／ｈ、制動終速度１５０ｋｍ／ｈ；制動初速度２５０ｋｍ／ｈ、制動終速度２００ｋｍ／ｈにした以外は上記と同じ条件にて試験を行い、摩擦係数を測定し、相手材の温度が５０℃の場合の摩擦材の平均摩擦係数を求めた。

　制動前ブレーキ温度を１００、２００、３００、４００、５００℃とした以外は上記と同じ条件にて試験を行い、相手材の温度が１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、及び５００℃の場合の、摩擦材の平均摩擦係数を求めた。結果を表１に示す。

(摩擦係数の変化)
　相手材の温度変化による摩擦係数の変化の大きさを下記基準に基づき判定した。結果を表１に示す。
◎：平均摩擦係数の最大値と最小値の差が０．０６未満であった。
〇：平均摩擦係数の最大値と最小値の差が０．０６以上０．１０以下であった。
×：平均摩擦係数の最大値と最小値の差が０．１０より大きかった。

　表１の結果から、実施例１～６に係る摩擦材は、相手材の温度が変化しても安定して高い摩擦係数が得られる摩擦材であることがわかった。

　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は２０１９年１２月１９日出願の日本特許出願（特願２０１９－２２９４３９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

　摩擦調整材、結合材及び繊維基材を含む摩擦材であって、
　前記繊維基材として、スチール繊維を１０～５０質量％含有し、
　前記摩擦調整材として、非ウィスカー状チタン酸塩を含有し、
　銅の含有量が銅元素換算で０．５質量％以下である、摩擦材。
　前記非ウィスカー状チタン酸塩がチタン酸カリウム及びチタン酸リチウムカリウムのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の摩擦材。
　前記非ウィスカー状チタン酸塩の含有量が１～３０質量％である、請求項１又は２に記載の摩擦材。