JP5886649B2 - 摩擦材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のディスクブレーキパッド、ブレーキシューに使用される摩擦材に関する。

従来、自動車の制動装置として、ディスクブレーキ、ドラムブレーキが使用されており、その摩擦部材として、鋼鉄等の金属製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッド、ブレーキシューが使用されている。

摩擦材は、金属繊維、有機繊維、無機繊維等の繊維基材、熱硬化性樹脂等の結合材、有機充填材、無機充填材、無機研削材、潤滑剤および金属粒子等の摩擦調整材から成る摩擦材組成物を成型したものである。

摩擦材には、充分な制動力を得るために無機研削材として硬質の無機粒子が添加される場合がある。その中でもアルミナ粒子は適度な硬さを有しており、摩擦材に少量添加することで充分な制動力を得ることができることから広く使用されている。

特許文献１には繊維成分と結合材と充填材とを含有してなる非石綿系摩擦材において、前記充填材として凝集アルミナを含有することを特徴とする摩擦材が記載されている。

特許文献２には繊維材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材等に結合材を配合して得られるブレーキ摩擦材において、前記摩擦調整材の少なくとも一部に、結晶が凝集して平均粒径３０〜１００μｍの凝集体を形成するアルミナ粉を用いたブレーキ摩擦材が記載されている。

特許文献３には粒径１〜１０μｍで真球度が０．９５〜１の球状アルミナ粒子を３〜７体積％含む乗用車用ディスクパッド材が記載されている。

特許文献４には、繊維基材、結合材、充填材、硬質無機粒子を主成分とする摩擦材組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、該硬質無機粒子として一次結晶アルミナが二次凝集した凝集アルミナを湿式粉砕して作った粉砕凝集アルミナを含有する摩擦材が記載されている。

しかし、充分な制動力を得るに足りる量のアルミナ粒子を摩擦材に添加すると、相手材であるローターの表面に線状痕が形成され、その結果、ローターと摩擦材が局所的に摺動し、摩擦材が異常摩耗する他、ブレーキ鳴きが発生しやすくなるという問題が生じる。

特開平７−２４７３７２号公報 特開平１０−２０５５５５号公報 特開平１０−２５９８３７号公報 特開２００５−２６３８２３号公報

繊維基材と結合材と摩擦調整材とから成る摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、充分な制動力を有するとともに、摩擦材の異常摩耗が無く、且つ、ブレーキ鳴きの発生が少ない摩擦材を提供することを目的とする。

アルミナ粒子として、バイヤー法によりボーキサイトから水酸化アルミニウムを析出させ、ロータリーキルンで仮焼することにより製造された仮焼アルミナ粒子と、仮焼アルミナ粒子を電気炉で溶融し凝固させた塊を粉砕整粒した溶融アルミナ粒子が知られている。

通常、摩擦材の研削材として使用されているのは、化学的に安定で機械的強度が高いコランダム構造を有するα型の溶融アルミナ粒子、または、αアルミナの含有率が高い仮焼アルミナ粒子であるが、仮焼アルミナのうち仮焼の中間段階のもの、即ち、特定量のαアルミナと残部が遷移アルミナと不可避不純物から成る仮焼アルミナ粒子を使用すると、充分な制動力が得られるとともに、摩擦材の異常摩耗の原因となる相手材の摺動面の線状痕の形成が抑制され、且つ、ブレーキ鳴きの発生が少なくなることを知見し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、繊維基材と結合材と摩擦調整材とから成る摩擦材組成物を成型した摩擦材において、摩擦調整材として特定量のαアルミナと、残部が遷移アルミナと不可避不純物から成る仮焼アルミナ粒子を摩擦材組成物に特定量配合するものであって、以下の技術を基礎とするものである。

（１）繊維基材と結合材と摩擦調整材とから成る摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材として、αアルミナを７０〜９５重量％含有し、残部として遷移アルミナと不可避不純物を含有する仮焼アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％含有する摩擦材。

（２）仮焼アルミナ粒子は平均粒子径が３〜６０μｍである（１）の摩擦材。

本発明によれば、摩擦材組成物を成型した摩擦材において、充分な制動力を有するとともに、摩擦材の異常摩耗が無く、且つ、ブレーキ鳴きの発生が少ない摩擦材を提供できる。

本発明においては、摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、αアルミナを７０〜９５重量％含有し、残部として遷移アルミナと不可避不純物を含有する仮焼アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％配合する。
仮焼アルミナ粒子の配合量が摩擦材組成物全量に対し０．２重量％未満であると、充分な制動力を得ることができず、仮焼アルミナ粒子の配合量が摩擦材組成物全量に対し５．０重量％を超えると、ブレーキ鳴きが発生しやすくなる。

なお、本発明において、遷移アルミナとはαアルミナ以外のγアルミナ、δアルミナ、θアルミナを意味し、不可避不純物とは仮焼アルミナの製造過程でごく微量残留する、摩擦材の性能に影響を与えない物質を意味するものであり、酸化ナトリウム、酸化鉄等が挙げられる。

また、本発明の摩擦材組成物に配合する仮焼アルミナ粒子の平均粒子径は３〜６０μｍであることが好ましい。
仮焼アルミナ粒子の平均粒子径が３μｍ未満であると、制動力が低下しやすくなり、仮焼アルミナの平均粒子径が６０μｍを超えると、ブレーキ鳴きが発生しやすくなる。
なお、本発明においては、平均粒子径として、レーザー回折粒度分布法により測定した５０％粒径の数値を用いた。

また、本発明の摩擦材は、上記仮焼アルミナの他に、通常の摩擦材に使用される金属繊維、有機繊維、無機繊維等の繊維基材、熱硬化性樹脂等の結合材と、有機充填材、無機充填材、無機研削材、潤滑剤および金属粒子等の摩擦調整材とを含む摩擦材組成物から成る。

繊維基材としては、スチール繊維、ステンレススチール繊維、銅繊維、真鍮繊維等の金属繊維、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール等の無機繊維が挙げられる。繊維基材の含有量は、充分な機械強度を確保するため、摩擦材組成物全量に対し５〜２０重量％とすることが好ましい。

結合材としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、これらの熱硬化性樹脂をカシューオイル、シリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した樹脂、これらの熱硬化性樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた樹脂等が挙げられる。結合材の含有量は、充分な機械的強度、耐摩耗性を確保するため、摩擦材組成物全量に対し、４〜１５重量％とすることが好ましい。

摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴムダスト（タイヤトレッドゴムの粉砕粉）、未加硫の各種ゴム粒子、加硫された各種ゴム粒子等の有機充填材、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、マイカ等の無機充填材、酸化鉄、ケイ酸ジルコニウム、酸化マグネシウム等の無機研削材、黒鉛、コークス、金属硫化物等の潤滑剤、スズ粒子や亜鉛粒子等の金属粒子が挙げられる。摩擦調整材の含有量は、所望する摩擦特性に応じて、摩擦材組成物全量に対し６５〜９０重量％とすることが好ましい。

これら、繊維基材、結合材、摩擦調整材は、所望する品質、機械的特性、摩擦摩耗特性に応じて適宜組み合わせて使用することができる。

本発明の摩擦材は、所定量配合した上記の仮焼アルミナ、繊維基材、結合材、摩擦調整材を、混合機を用いて均一に混合する混合工程、得られた摩擦材原料混合物を熱成型型に投入し、加熱加圧して成型する加熱加圧成型工程、得られた成型品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、摩擦面を形成する研磨処理工程を経て製造される。

必要に応じて、加熱加圧成型工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、摩擦材原料混合物または造粒工程で得られた造粒物を予備成型型に投入し、予備成型物を成型する予備成型工程が実施され、加熱加圧成型工程の後に、塗装、塗装焼き付け工程、スコーチ工程が実施される。

ディスクブレーキパッドを製造する場合には、加熱加圧成型工程において、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鋼鉄等の金属製のバックプレートと前記摩擦材原料混合物または造粒物および予備成型物を重ねた状態で成型が施される。

以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

［実施例１〜７・比較例１〜４の摩擦材の製造方法］
表１に示す組成の摩擦材組成物をレディゲミキサーにて５分間混合し、成型金型内で３０ＭＰaにて１分加圧して予備成型をした。

この予備成型物を、予め洗浄、表面処理、接着剤を塗布した鋼鉄製のバックプレート上に重ね、熱成型型内で成型温度１５０℃、成型圧力３０ＭＰaの条件下で６分間成型した後、２００℃で４時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して乗用車用ディスクブレーキパッドを作製した（実施例１〜７、比較例１〜４）。これらのディスクブレーキパッドの平均摩擦係数、摩擦材摩耗量、ブレーキ鳴きについて下記の条件で評価を行った。評価結果を表１に示す。

＜平均摩擦係数＞
ＪＡＳＯ Ｃ４０６（一般性能）に規定される第２効力試験の、初速度５０ｋｍ／ｈから液圧４ＭＰａにて制動した試験を５回行い、そのときの平均値を求めた。
◎： ０．４２以上 ０．４６未満
○： ０．３８以上 ０．４２未満
△： ０．３４以上 ０．３８未満
×： ０．３４未満

＜摩擦材摩耗量＞
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 「摩耗試験」に準拠し、制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．３Ｇ、制動回数適宜、制動前ブレーキ温度１００℃、２００℃の条件で、摩擦材の摩耗量（ｍｍ）を測定し、制動回数１０００回あたりの摩耗量に換算後、下記基準にて評価した。
◎：摩擦材の摩耗量（ｍｍ）＜０．１５
○：０．１５≦ディスクパッドの摩耗量（ｍｍ）＜０．２０
△：０．２０≦ディスクパッドの摩耗量（ｍｍ）＜０．２５
×：摩擦材の摩耗量（ｍｍ）≧０．２５

＜ブレーキ鳴き＞
ＪＡＳＯ Ｃ４０４準拠。実車試験により、鳴き発生率を下記基準に基づき評価した。
◎：１．０％未満
○：１．０％以上１．５％未満
△：１．５％以上２．０％未満
×：２．０％以上

本発明により、充分な制動力を有するとともに、摩擦材の異常摩耗が無く、且つ、ブレーキ鳴きの発生が少ない摩擦材を得ることができ、自動車の制動装置である、ディスクブレーキまたはドラムブレーキに使用される摩擦材として、実用的効果がきわめて高いものである。

Claims (2)

1. 繊維基材と結合材と摩擦調整材とから成る摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材として、αアルミナを７０〜９５重量％含有し、残部として遷移アルミナと不可避不純物を含有する仮焼アルミナ粒子を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％含有する摩擦材。
2. 仮焼アルミナ粒子は平均粒子径が３〜６０μｍである請求項１記載の摩擦材。