JP2007071220A

JP2007071220A - 摩擦対

Info

Publication number: JP2007071220A
Application number: JP2005255444A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Okayama; 勝弥岡山
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-22
Also published as: US20070071959A1; US7264094B2

Abstract

【課題】ジャダーを安定良く抑制し、かつ摩擦材の成形性に優れる摩擦対を提供する。
【解決手段】摩擦材２，３と相手材４を有し、摩擦材２，３と相手材４の間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦対１であって、摩擦材２，３は、繊維基材と摩擦調整剤と結合剤と酸化銅を含んでいる。酸化銅は、平均粒径が１．５μｍ以下であり、かつ添加量が摩擦材全体の０．５〜７体積％である。そして相手材４は、全体または少なくとも表面が鉄系である。
【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦材と相手材を有し、これら摩擦材と相手材の間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦対に関する。

摩擦対は、従来、様々な性能が求められており、例えば制動時に振動（ジャダー）が生じ難いものが求められている。
ジャダーの原因は、ロータ（相手材）に不均一摩耗が生じることで生じる。すなわち図１に示すようにロータが高速走行時に軸方向に大きく振れながら回転し、非制動時である空転時にロータの一部が摩擦材と低面圧で接触し、ロータの一部が削れて、ロータに不均一摩耗（ＤＴＶ）が発生する。そしてＤＴＶが大きくなったロータに摩擦材を押圧することで制動力の大きさに振れが生じ、ジャダーが生じる。

ジャダーを抑制する方法として、摩擦材によるロータへの攻撃性を小さくし、ＤＴＶの発生を抑制する方法が考えられる。例えば、摩擦材に含まれる攻撃性の高い原料を低減させたもの、あるいは摩擦材にゴムなどの柔らかい原料を添加したもの（特許文献１）などが考えられる。
しかし攻撃性の高い原料を低減させた摩擦材は、摩擦係数が低くなって、摩擦性能を満足しなくなるという問題が生じる。
ゴムを添加した摩擦材は、ゴムの弾性力によってロータを攻撃する材料の攻撃性を阻害するものの、制動温度が高くなるとゴムが変質する。そのためゴムの変質によってロータ攻撃性の阻害性能が持続せず、また分解物によって摩擦係数も低下するという問題が生じていた。

ジャダー抑制のために開発されたものではないが、特許文献２〜４に係る摩擦材も従来知られている。
特許文献２に係る摩擦材は、摩擦係数及び摩擦安定性を確保しながら、異音特性を向上させるために、銅酸化物粉を０．５〜２０重量％有している。なお銅酸化物粉の粒径の記述は見あたらなかった。
特許文献３に係る摩擦材は、有機分が灰化して摩擦材が崩壊・欠損することを抑制するために、灰化層強化剤粉末を含んでいる。灰化層強化剤粉末は、酸化銅などを原料としており、灰化温度域において焼結反応を起こして灰分を結合強化する。そして灰化層強化剤粉末の粒径は、５μｍ以下であって、添加量は、１０〜２０体積％である。
特許文献４に係る摩擦材は、強度と摩擦特性のバランスを向上させるために、酸化銅などの銅化合物を含んでいる。そして酸化合物は、平均粒径が数μｍ〜数十μｍであり、添加量が１〜１０体積％である。
特開２０００−７４１１２号公報特開平６−３４６９３２号公報特開平７−２６０３１号公報特開平７−３２４７号公報

しかし特許文献２〜４に係る摩擦材は、ジャダーを抑制するために開発されたものではなく、ジャダーを抑制するために好適なものではない。しかも実施の形態３に係る摩擦材は、酸化銅等の添加量が多く、成形性に優れないという問題も生じている。
そこで本発明は、ジャダーを安定良く抑制し、かつ摩擦材の成形性に優れる摩擦対を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦対であることを特徴とする。
すなわち請求項１に記載の発明によると、摩擦材は、繊維基材と摩擦調整剤と結合剤と酸化銅を含んでいる。そして酸化銅は、平均粒径が１．５μｍ以下であり、かつ添加量が摩擦材全体の０．５〜７体積％である。相手材は、全体または少なくとも表面が鉄系である。

そして実験結果から、摩擦材に酸化銅が含まれ、相手材に鉄が含まれることによって、摩擦材の相手材への攻撃性が小さくなり、相手材の不均一摩耗が抑制されることがわかった。その理由は、摩擦材と相手材が摺接した際に酸化銅と鉄とが反応して、相手材の表面に保護被膜が生じるためであると思われる。そのため摩擦材による相手材への攻撃性が小さくなり、相手材の不均一摩耗の発生が抑制され、ジャダーが抑制されると思われる。

また酸化銅は、ゴムに比べて耐熱性に優れており、制動温度が高くなってもゴムのように変質しない。そのため摩擦材は、高温履歴後においても安定して相手材への攻撃性を小さいまま持続する。
また摩擦材は、実験結果から酸化銅の添加量が摩擦材全体の７体積％であるために、成形時に亀裂が生じ難く、成形性に優れる。

請求項２に記載の発明によると、酸化銅の平均粒径は、０．０５μｍ以上である。
したがって酸化銅は、平均粒径が０．０５μｍ以上であるために、平均粒径が０．０５μｍよりも小さい酸化銅よりも取扱い性に優れ、コストが安く、原料の安定性に優れる。
請求項３に記載の発明によると、酸化銅の添加量は、摩擦材全体の３〜７体積％である。
したがって酸化銅の添加量が３体積％以上であるために、摩擦材による相手材への攻撃性は、十分に小さくなる。

請求項４に記載の発明によると、摩擦材と相手材とが摺接した際に、摩擦材に含まれている酸化銅と相手材に含まれている鉄とが反応して、相手材の表面に保護被膜が生じる。
したがって摩擦材による相手材への攻撃性が小さくなり、相手材の不均一摩耗の発生を抑制することができ、ジャダーの発生を抑制することができる。

本発明にかかる摩擦対１は、図１に示すように摩擦材（パッド）２，３と相手材（ロータ）４を有しており、摩擦材２，３と相手材４の間に生じる摩擦力によって制動力を発生する。
相手材４は、全体または少なくとも表面が鉄系、例えば、鋳鉄やステンレス等である。
摩擦材２，３は、繊維基材と摩擦調整剤（充填剤）と結合剤と酸化銅を主成分に有している。

摩擦材２，３の繊維基材は、無機繊維および有機繊維を適宜選択して使用することができる。無機繊維としては、銅繊維，鉄繊維、スチール繊維，ガラス繊維，セラミック繊維（アルミナ−シリカ系セラミック繊維など），チタン酸カリウム繊維などを使用することができる。有機繊維としては、アラミド繊維などを使用することができる。そしてこれら繊維基材を個別に用いることもできるが、数種を混合して用いることもできる。
また繊維基材の添加量は、摩擦材全体の１０〜５０重量％であることが好ましい。

摩擦調整剤（充填剤）は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、無機充填材，有機充填材，潤滑剤などが適宜使用される。
無機充填剤としては、水酸化カルシウム，硫酸バリウム，炭酸カルシウム，炭化珪素，アルミナ，酸化ジルコニウム，酸化マグネシウム，雲母（マイカ），カオリン，タルクなどが適宜含まれる。有機充填剤としては、カシューダストやラバーダストなどが適宜含まれる。潤滑剤としては、黒鉛（グラファイト），三硫化アンチモン，二硫化モリブデン，二硫化亜鉛などが含まれる。

結合剤としては、例えばフェノール樹脂，イミド樹脂，ゴム変性フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂，ＮＢＲ，ニトリルゴム，アクリルゴムなどを使用することができる。そして結合剤は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組み合せて使用することもできる。
結合剤の添加量は、摩擦材全体の５〜３０体積％であることが好ましい。

摩擦材２，３に含まれる酸化銅は、酸化銅（Ｉ）Ｃｕ_２Ｏまたは酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯであって、いずれか一種のみが含まれる形態であっても良いし、両種が含まれる形態であっても良い。
酸化銅は、粉状であって、平均粒径が１．５μｍ以下である。好ましくは、平均粒径が０．０５〜１．５μｍ、より好ましくは０．１〜１．５μｍ、０．１〜１μｍである。
酸化銅の添加量は、摩擦材全体の０．５〜７体積％であって、好ましくは、３〜７体積％、より好ましくは５〜６体積％である。

次に、摩擦材２，３の製造方法について説明する。
先ず、摩擦材原料を乾式にて均一に混合し、原料混合物を得る。混合機としては、アイリッヒミキサー、ユニバーサルミキサー、レーディゲミキサーなどを利用することができる。
次に、原料混合物を予備金型にて予備成形して予備成形体を得る。
そして予備成形体を成形用金型にて加圧加熱成形する。加圧加熱成形の成形温度は、１３０〜２００℃であり、成形圧力は、１０〜１００ＭＰａであり、成形時間は、２〜１５分である。
次に、必要に応じて成形体を１４０〜４００℃、２〜４８時間にて熱硬化させる。

以下に、本発明に係る実施例と比較例を具体的な数字を用いて説明する。
実施例に係る摩擦材と、比較例に係る摩擦材は、表１に示す原料成分と配合量をベースとする原料混合物から形成されており、酸化銅の添加量がｘであり、酸化銅と硫酸バリウムとが置換されている。
酸化銅は、表２，３に示すように酸化銅（Ｉ）Ｃｕ_２Ｏまたは酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯであって、平均粒径が０．０５μｍ、１．５μｍ、３μｍ、添加量ｘが３体積％、７体積％、１０体積％、１５体積％である。

これらのうちで、本発明に係る摩擦材は、表２，３の「本発明」の項目に○印を付した。すなわち酸化銅の平均粒径が０．０５μｍ、１．５μｍであって、添加量が３体積％、７体積％のものである。比較例として酸化銅を添加していない摩擦材も準備した。
摩擦材の製造方法は、先ず、表１に示す原料をユニバーサルミキサーによって５分間乾式にて混合して原料混合物を得た。そして原料混合物を成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分にて加圧加熱成形し、成形体を得た。その後、成形体を２３０℃、３時間の条件にて熱硬化させた。
相手材としては、全体が鋳鉄であるロータ（ディスクロータ）を準備した。

次に、摩擦材と相手材を有する摩擦対の各特性を測定し、測定結果を表２，３と図６，７にまとめた。
各特性は、以下のように測定した。
＜試験後ＤＴＶ成長量＞図１に示すように台上試験機にて相手材（ロータ）４の振れ（ロータ初期の振れ）Ｂが１００μｍとなるように相手材４を設置し、図５に示すように摩擦材２，３を相手材４に押圧して擦り合わせた。擦り合わせは、６５→０ｋｍ／ｈ、減速度３．５ｍ／ｓ^２、制動前摩擦材温度９０℃の条件にて５０回行った。次に、図１に示すようにロータを１００ｋｍ／ｈで１時間空転させ、１００→６５ｋｍ／ｈの制動を１０回連続で行い、これを１サイクルとして合計３０サイクル実施した。
その結果、相手材４には、図２，３に示すようにアウタ側面（図２左側面）に偏摩耗部４ａが生じ、図２，４に示すようにインナ側面（図２右側面）に偏摩耗部４ｂが生じた。そして初期のＤＴＶ（Disc rotor Thickness Variation）との最大差分を測定してＤＴＶ成長量とし、表２，３と図６，７にまとめた。

＜高温履歴前の摩擦係数・高温履歴後の摩擦係数＞ＪＡＳＯＣ―４０６−８２に従って台上試験を実施し、フェード前後（高温履歴前後）の摩擦係数を測定して、平均値を算出し、表２，３と図６，７にまとめた。
＜摩擦材の成形性＞成形後の摩擦材の亀裂を目視レベルにて観察し、四段階で成形性を評価し、表２，３にまとめた。
◎：極めて良好、○：良好、△：使用可能限界、×：使用不可
＜総合判定＞各特性を総合的に三段階で判定し、表２，３にまとめた。
◎：試験後ＤＴＶ成長量が２０μｍ未満、フェード前後の摩擦係数が０．３５以上、摩擦材の成形性が極めて良好、のすべての条件を満たすもの
○：試験後ＤＴＶ成長量が２７μｍ未満、フェード前後の摩擦係数が０．３５以上、摩擦材の成形性が極めて良好または良好、のすべての条件を満たし◎に該当しないもの
×：◎と○の条件を満たさないもの

実験結果から以下のことがわかった。
（試験後ＤＴＶ成長量）
酸化銅の平均粒径が３μｍの摩擦材は、酸化銅を含んでいない摩擦材よりもＤＴＶが大きくなり（２７μｍ以上）、酸化銅の平均粒径が０．０５μｍ、１．５μｍの摩擦材は、酸化銅を含んでいない摩擦材よりもＤＴＶが小さくなることがわかった（２７μｍ以下）。
酸化銅の平均粒径が０．０５μｍの摩擦材は、添加量が多くなるほどＤＴＶ成長量が小さくなることがわかった。
ＤＴＶ成長量は、酸化銅（Ｉ）Ｃｕ_２Ｏと酸化銅（ＩＩ）ＣｕＯとによって大きな差が現れないことがわかった。

（高温履歴前の摩擦係数・高温履歴後の摩擦係数）
高温履歴前の摩擦係数は、酸化銅を有さない摩擦材と、酸化銅を有する摩擦材との間でほとんど差がないか、酸化銅を有する摩擦材の方が大きいことがわかった。
高温履歴後の摩擦係数も、酸化銅を有さない摩擦材と、酸化銅を有する摩擦材との間でほとんど差がないか、酸化銅を有する摩擦材の方が大きいことがわかった。したがって酸化銅の添加によって摩擦係数が低下しない（ほとんど低下しない）ことがわかった。
高温履歴による摩擦係数の低下は、酸化銅を有さない摩擦材と、酸化銅を有する摩擦材とでほとんど差がないことがわかった。したがって高温履歴による摩擦係数の低下は、酸化銅によらないことがわかった。

（摩擦材の成形性）
摩擦材は、酸化銅の添加量が少ないほど成形性が良いことがわかった。
平均粒径が０．０５μｍの酸化銅を含む摩擦材の成形性は、添加量３体積％において極めて良好となり、添加量７体積％において良好になることがわかった。平均粒径が１．５μｍの酸化銅を含む摩擦材の成形性は、添加量３体積％と、添加量７体積％において極めて良好になることがわかった。

なお特許文献３は、本発明に比べて酸化銅の添加量が多いために、成形性が良くないことが想像できる。また特許文献４は、本発明に比べて酸化銅の粒径が大きいために、ＤＴＶ成長量が大きく、ジャダーの抑制に好適でないことが想像できる。

空転時における相手材と摩擦材の側面図である。ＤＴＶが生じた際の相手材の側面図である。相手材のインナ側面を示す相手材の正面図である。相手材のアウタ側面を示す相手材の裏面図である。制動時および擦り合わせ時における相手材と摩擦材の側面図である。Ｃｕ_２Ｏを含む摩擦材の実験結果を示す図である。ＣｕＯを含む摩擦材の実験結果を示す図である。

符号の説明

１…摩擦対
２，３…摩擦材（パッド）
４…相手材（ロータ）
４ａ，４ｂ…偏摩耗部

Claims

摩擦材（２，３）と相手材（４）を有し、摩擦材（２，３）と相手材（４）の間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦対（１）であって、
前記摩擦材（２，３）は、繊維基材と摩擦調整剤と結合剤と酸化銅を含んでおり、
前記酸化銅は、平均粒径が１．５μｍ以下であり、かつ添加量が摩擦材全体の０．５〜７体積％であって、
前記相手材（４）は、全体または少なくとも表面が鉄系であることを特徴とする摩擦対（１）。
請求項１に記載の摩擦対（１）であって、
酸化銅の平均粒径が、０．０５μｍ以上であることを特徴とする摩擦対（１）。
請求項１または２に記載の摩擦対（１）であって、
酸化銅の添加量が、摩擦材全体の３〜７体積％であることを特徴とする摩擦対（１）。
請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦対（１）であって、
摩擦材（２，３）と相手材（４）とが摺接した際に、前記摩擦材（２，３）に含まれている酸化銅と前記相手材（４）に含まれている鉄とが反応して、前記相手材（４）の表面に保護被膜が生じることを特徴とする摩擦対（１）。