JP2014025014A

JP2014025014A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2014025014A
Application number: JP2012167848A
Authority: JP
Inventors: Masanori Chiba; 正紀千葉; Yusuke Ikemoto; 祐輔池本; Hiroko Igarashi; 裕子五十嵐
Original assignee: Nisshinbo Brake Inc
Current assignee: Nisshinbo Brake Inc
Priority date: 2012-07-28
Filing date: 2012-07-28
Publication date: 2014-02-06

Abstract

【課題】繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、良好な耐摩耗性を確保しつつ、高負荷時においても充分なブレーキの効きを発揮する摩擦材を提供する。
【解決手段】摩擦調整材の一部に結合材の分解触媒として、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムから選択される１種または２種以上を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％含有する。結合材の分解触媒は炭酸水素カリウムであることがより好ましい。
【選択図】図１

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、繊維基材としてスチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％以上６０重量％未満含有するセミメタリック摩擦材と、繊維基材の一部にスチール繊維を含み、且つ、スチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０重量％未満含有するロースチール摩擦材と、繊維基材としてスチール繊維およびステンレス繊維等のスチール系繊維を含まないＮＡＯ（Non-Asbestos-Organic）材に分類されている。

ブレーキノイズの発生が少ない摩擦材が求められている近年においては、スチール繊維とスチール系繊維を含まず、かつ、非鉄金属繊維、有機繊維、無機繊維等の繊維基材、熱硬化性樹脂等の結合剤、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、ＮＡＯ材の摩擦材を使用した摩擦部材が広く使用されるようになってきている。

また、環境への配慮から、重金属である銅を含有しない摩擦材が望まれるようになってきており、金属銅、銅合金、銅化合物等の銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材が開発され始めている。

特許文献１には、結合材を１２〜２４体積％、繊維を２〜１０体積％、少なくとも１種の潤滑剤を５体積％以下、少なくとも１種またはそれ以上の研削材を１５〜３０体積％、少なくとも１種のチタン酸塩を１０〜２４体積％含み、銅と石綿を実質的に含まないブレーキ用摩擦材、即ち、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材が記載されている。

ＮＡＯ材の摩擦材において、銅成分、特に銅の繊維や粒子は、要求性能を満たすための必須成分として添加されているが、ＮＡＯ材の摩擦材から銅の繊維や粒子を除くことにより、これまでになかった様々な問題が顕在化してきている。

その問題の一つとして、耐フェード性の低下の問題がある。銅はその熱伝導率の高さから摩擦材の放熱性の向上に寄与している。しかし、摩擦材に銅を添加しないと、高負荷時に摩擦材が蓄熱しやすくなり、結合材であるフェノール樹脂の熱分解が促進される。熱分解したフェノール樹脂がタール状物を生成し、そのタール状物が摩擦材と相手材であるディスクローターやブレーキドラムの摩擦面の間に介在することで摩擦係数が低下する、所謂、フェード現象が発生するのである。

米国特許公開２０１０／００８４２３３号公報

繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、良好な耐摩耗性を確保しつつ、高負荷時においても充分なブレーキの効きを発揮する摩擦材を提供することを目的とする。

繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材に炭酸カリウムを特定量添加したところ、フェード現象が抑制されることを知見した。フェノール樹脂の分解物の分子量が大きいとタール状物を生成するが、炭酸カリウムがフェノール樹脂の分解触媒として作用し、フェノール樹脂の分解物が低分子化されるため、タール状物の生成が抑制されたものと推測される。また、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムも同様の効果が得られることを知見した。

本発明は、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、かつ銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材の一部に結合材の分解触媒として、特定の金属の炭酸塩又は炭酸水素塩から選ばれる化合物を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から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材の一部に結合材の分解触媒として、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムから選択される１種または２種以上を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％含有することを特徴とする摩擦材。

（２）結合材の分解触媒は炭酸水素カリウムであることを特徴とする（１）の摩擦材。

本発明によれば、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、充分な耐摩耗性を確保しつつ、耐フェード性が良好な摩擦材を提供できる。

図１は、本発明の摩擦材を用いてなるディスクブレーキパッドの製造工程の一例を示す図である。図２は、本発明の摩擦材を用いてなるディスクブレーキパッドの一例を示す斜視図である。図３は、本発明の摩擦材を用いてなるブレーキシューの製造工程の一例を示す図である。図４は、本発明の摩擦材を用いてなるブレーキシューの一例を示す斜視図である。

本発明においては、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材の一部に結合材の分解触媒として、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムから選択される１種または２種以上を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％配合する。

分解触媒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、結合材の分解触媒としての作用が不十分となりフェード現象の抑制効果が発揮されず、分解触媒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、摩擦材の製造工程においてフェノール樹脂の硬化反応を阻害する要因となり、摩擦材の耐摩耗性が低下するという問題が生じる。

分解触媒は、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムから選択される１種または２種以上を組み合わせて使用することができる。

炭酸カリウムと炭酸ナトリウムは分解触媒としての機能を有する一方、潮解性を有するため、厳重な貯蔵管理が必要となり、コスト面で不利となる問題がある。

潮解性の無い炭酸水素カリウムと炭酸水素ナトリウムは上記のような問題が発生することがなく、制動により摩擦材が高温に曝された場合にのみ二酸化炭素を放出して、それぞれ炭酸カリウム、炭酸ナトリウムに変化し、分解触媒としての機能を果たす。このような理由から、分解触媒としては炭酸水素カリウムと炭酸水素ナトリウムを使用することが好ましく、より効果のある炭酸水素カリウムを使用することがより好ましい。

また、本発明の摩擦材は、上記結合材の分解触媒の他に、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と、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、ウォラストナイト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、フェノール樹脂や、フェノール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、フェノール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。

上記結合材の分解触媒以外の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や、硫酸バリウム、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や、酸化鉄、酸化アルミニウム、珪酸ジルコニウム、酸化マグネシウム等の無機研削材や、黒鉛、コークス、金属硫化物等の潤滑剤や、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結合材の分解触媒、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予備成型型に投入し、加圧して予備成型する予備成型工程、得られた予備成型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（後硬化工程）、摩擦面を形成する研磨工程を経て製造される。

必要に応じて、予備成型工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程が実施され、加熱加圧成型工程の後に、塗装工程、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予備成型物を重ねた状態で加熱加圧成型が施される。

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１〜８・比較例１〜３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、予備成型金型内で３０ＭＰaにて１分加圧して予備成型物を得た。

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分間加熱加圧成型した後、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１〜８、比較例１〜３）。これらのディスクブレーキパッドの耐フェード性、耐摩耗性について下記の条件で評価を行った。評価結果を表１及び表２に示す。

［評価］＜耐フェード性＞ＪＡＳＯＣ４０６「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に準拠し、第１フェード試験での最少摩擦係数μを計測した。評価基準は以下のとおりである。 ◎ ：０．３以上 ○
：０．２５以上０．３０未満 △ ：０．２０以上０．２５未満 × ：０．２０未満

＜耐摩耗性＞ＪＡＳＯＣ４２７「自動車−ブレーキライニング及びディスクブレーキパッド−ダイナモメータ摩耗試験方法」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。 ◎ ：０．１５未満 ○ ：０．１５以上０．２０未満 △ ：０．２０以上０．５０未満 × ：０．５０以上

表１及び表２の結果よりみて、本発明の摩擦材が、耐摩耗性も確保しつつ、耐フェード性が良好であることが理解される。

本発明により、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、充分な耐摩耗性を確保しつつ、耐フェード性が良好な摩擦材を提供することができ、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。

１ディスクブレーキパッド２バックプレート３摩擦材４ブレーキシュー５ブレーキシュー本体６摩擦材（ライニング）

Claims

繊維基材と結合材と摩擦調整材から成り、かつ銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦調整材の一部に結合材の分解触媒として、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムから選択される１種または２種以上を摩擦材組成物全量に対し０．２〜５．０重量％含有することを特徴とする摩擦材。
上記結合材の分解触媒が炭酸水素カリウムであることを特徴とする請求項１記載の摩擦材。