JP2014148569A - ブレーキ摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】銅繊維を用いることなく、安定した摩擦特性及び充分な耐食性を得ることができ、しかも、鳴き及び異音を防止することができるブレーキ摩擦材を提供する。
【解決手段】本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、前記強化繊維は、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有している。
【選択図】なし

Description

本発明は、ブレーキ摩擦材に関し、より詳しくは、自動車の制動に用いられるディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等に好適に用いられ、環境負荷の低減に優れ、摩擦係数が高く、摩擦特性の安定性に優れ、異音の低減に優れ、品質安定性に優れたブレーキ摩擦材に関するものである。

従来、自動車等のブレーキ摩擦材には、補強材として、スチール繊維などの金属繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、あるいはチタン酸ナトリウム多結晶繊維等の天然または人造の繊維等が使用されている。
このブレーキ摩擦材は、上記の補強材の他、フェノール樹脂などの結合材、黒鉛、二硫化モリブデンなどの潤滑材、カシューダスト、セラミック粉、金属粉などの摩擦調整材、硫酸バリウムなどの充填材、及び水酸化カルシウムなどのｐＨ調整材などを数種混合し、その後、常温にて圧縮成形（予備成形）し、次いで、予め接着剤を塗布した裏金とともに加熱圧縮成形し、さらに熱処理した後、溝加工や表面研磨を施すことにより製造されている。

このようなブレーキ摩擦材としては、既に、本発明者等により、スチール繊維及び銅繊維を含有してなるブレーキ摩擦材が提案されている（特許文献１）。
このブレーキ摩擦材は、強化繊維としてスチール繊維及び銅繊維を含有し、さらに亜鉛粉を含有していることから、高くかつ安定した摩擦係数の確保と、鳴きの低減とを両立させることができるものとなっている。よって、低温低速時から高温高速時までの幅広い範囲に亘って、摩擦係数を向上させかつ安定化することができ、鳴きの発生も防止することができるとされている。

特開２０１０−７７３４１号公報

ところで、上述した従来のブレーキ摩擦材においては、強化繊維としてスチール繊維及び銅繊維を用いていることから、高く安定した摩擦係数、鳴き異音の低減に優れている。しかしながら、強化繊維に銅繊維を用いているために、高速度、高減速度やフェード等、高温となる高付加条件では、高温での銅の潤滑性により摩擦係数が低下するという問題が生じる虞があった。
また、強化繊維としてスチール繊維及び銅繊維を用い、かつ硬度の低い材料を用い、相手ロータの摩擦を抑制すると共に、この相手ロータの摺動面に銅等が付着して膜を生成することで、摩擦係数を安定させている。しかしながら、移着膜によりロータ表面が平滑化しているので、例えば、結露や雨等によりロータ表面に水分が付着した状態では、パッドがロータ表面に吸着することにより、異常な摩擦係数の上昇が生じ、その結果、異音が発生するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、安定した摩擦特性を得ることができるとともに、鳴き及び異音を抑制することができるブレーキ摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、強化繊維を、銅繊維から鉄−アルミニウム合金繊維に替えることとすれば、安定した摩擦特性、充分な耐食性を得ることができることはもちろんのこと、鳴き及び異音を防止す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、本発明のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、前記強化繊維は、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有してなることを特徴とする。

本発明のブレーキ摩擦材によれば、銅繊維を用いたブレーキ摩擦材と比べて、高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができる。
また、ブレーキ摩擦材の鉄と相手材である鋳鉄製ロータとが焼き付く際に、鉄の間にアルミニウムが介在することとなるので、ブレーキ摩擦材と相手材である鋳鉄製ロータとの焼き付きが、スチール繊維等と比べて少なくなり、したがって、ロータの摩耗を抑制することができ、異音の防止を図ることができる。

本発明のブレーキ摩擦材を実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

本実施形態のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材であり、この強化繊維は、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有している。
本実施形態のブレーキ摩擦材は、銅が含まれていないことを特徴としている。

この鉄−アルミニウム合金繊維は、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％である必要がある。
ここで、この鉄−アルミニウム合金繊維におけるアルミニウムの含有率を６〜２５質量％と限定した理由は、アルミニウムの含有率が６質量％を下回ると、アルミニウムの量が相対的に少なくなってしまい、耐食性の低下という不具合が生じる虞があるので好ましくなく、一方、アルミニウムの含有率が２５質量％を超えると、アルミニウムの量が多すぎてしまい、耐食性の低下という不具合が生じる虞があるので好ましくない。

この鉄−アルミニウム合金繊維は、強化繊維中に均一分散していることが好ましい。
ここで、強化繊維として鉄−アルミニウム合金繊維が好ましい理由は、この鉄−アルミニウム合金繊維は、銅繊維やスチール繊維と比べて、ブレーキ摩擦材における高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができるからである。
また、この鉄−アルミニウム合金繊維は、アルミニウムを含有することで、ブレーキ摩擦材と相手材である鋳鉄製ロータとの焼き付きが、スチール繊維等と比べて少なくなるので、ロータの摩耗の抑制、異音の防止を図ることができるからである。

この鉄−アルミニウム合金繊維の含有率は、ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、１０〜３０質量％であることが好ましい。
ここで、鉄−アルミニウム合金繊維の含有率を１０〜３０質量％と限定した理由は、この範囲が鉄−アルミニウム合金繊維の高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができる範囲であるからである。なお、鉄−アルミニウム合金繊維の含有率が１０質量％未満では、高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができず、また、ロータの摩耗を抑制することができず、異音の防止を図ることができないので好ましくなく、一方、鉄−アルミニウム合金繊維の含有率が３０質量％を超えると、鉄−アルミニウム合金繊維の量が相対的に増加する結果、凝着摩擦による摩擦の影響が大きく、スキール音やグー音が発生し易くなるので、好ましくない。

この鉄−アルミニウム合金繊維の平均繊維径は、２０〜１００μｍであることが好ましい。
ここで、この鉄−アルミニウム合金繊維の平均繊維径を上記の範囲に限定した理由は、平均繊維径が２０μｍ未満では、摩擦係数の向上を図ることができず、また、平均繊維径が１００μｍを超えると、鉄−アルミニウム合金繊維の本数が減少し、このブレーキ摩擦材中での分散性が悪化するので、好ましくない。

この鉄−アルミニウム合金繊維は、使用される環境によってはさらなる耐食性を要求される場合があり、そこで、鉄−アルミニウム合金を繊維に加工後、表面に酸化皮膜が形成されるように、恒温槽や電気炉等で２００〜５００℃にて熱処理が施されていることが好ましい。
鉄−アルミニウム合金を繊維に加工後、２００〜５００℃にて熱処理を施すことにより、この鉄−アルミニウム合金繊維の表面に、より強度の高い酸化アルミニウムからなる皮膜が形成されるので、鉄−アルミニウム合金繊維の耐食性を向上させることができ、品質をさらに向上させることができる。

この強化繊維は、特性を変化させない範囲で、必要に応じて、その他の繊維を含有してもよい。このような繊維としては、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機質繊維、ロックウール、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維、カーボン繊維、炭酸カルシウム繊維、炭酸マグネシウム繊維、セラミック繊維等の無機質繊維が挙げられる。

結合材としては、ストレート系フェノール樹脂（変性の無いフェノール樹脂）、変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、特に、耐熱性の点で、ストレート系フェノール樹脂、変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂が好適に用いられる。
潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が好適に用いられる。

摩擦調整材としては、有機系摩擦調整材および／または無機系摩擦調整材が好適に用いられる。有機系摩擦調整材としては、カシューダスト、未加硫ニトリルゴム粉末等のゴム粉等が、無機系摩擦調整材としては、亜鉛、珪酸ジルコニウム、アルミナ、酸化鉄、錫、ジルコン、マイカ等の粉末が好適に用いられる。

潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が好適に用いられる。
充填材としては、硫酸バリウム等が好適に用いられる。
このブレーキ摩擦材は、必要に応じてｐＨ調整材等を含有してもよい。このｐＨ調整材としては、水酸化カルシウム等が用いられる。

このブレーキ摩擦材においては、気孔率が１５〜２０％となるように、材料の配合、成形条件を管理することにより、内部に気孔と称される空孔が気孔率が１５〜２０％の範囲になるように形成されている。これにより、この空孔がフェノール樹脂等の結合材が高温時に熱分解することにより生じた分解生成物（ガスや液状の重合物）の通り道（逃げ道）となり、ブレーキ摩擦材の摩擦特性の低下を防止するとともに、剛性を低下させて減衰性を向上させることにより、異音の発生を防止している。

以上説明したように、このブレーキ摩擦材によれば、強化繊維が、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有しているので、高速度、高減速度という負荷の高い条件下においても、摩擦特性の変動が小さくかつ安定性に優れたものとすることができる。また、異音の防止に優れた、過酷な腐食環境においても腐食せず、安定した強度が得られ、品質が安定したものとすることができる。

ここで、本実施形態に先立つ、従来のブレーキ摩擦材においては、強化繊維としてスチール繊維及び銅繊維を含有していたために、高速度、高減速度やフェード等、高温となる高付加条件では、高温での銅の潤滑性により摩擦係数が低下するという問題、結露や雨等によりロータ表面に水分が付着した状態では、パッドがロータ表面に吸着することにより、異常な摩擦係数の上昇が生じ、その結果、異音が発生するという問題があった。

また、従来のブレーキ摩擦材においては、硬度が低く、ロータが摩耗しないので、例えば、自動車を長い間放置しておいた場合に、ロータ表面が錆び付いてしまったような場合であっても、錆を削り落とすことができず、その結果、ロータの肉厚が変動し、それによる振動、いわゆるジャダー現象が生じるという問題点があった。
さらに、自動車等のブレーキ摩擦材においては、摩耗粉が外部環境に放出されることから、既に、鉛、カドミウム、六価クロム等の使用が禁止されているが、近年においては、銅が水環境の微生物に悪影響を及ぼす虞があるとの理由で、ブレーキ摩擦材における含有が規制される状況になっている。

そこで、銅繊維の代わりにスチール繊維を用いることが考えられるが、この場合、高負荷条件でも安定した摩擦係数を得ることが可能であるものの、スチール繊維とディスクロータが高温域で焼き付き、ロータの摩耗が激しくなるという新たな問題点が生じる。
また、北米やロシア等の寒冷地での使用を考慮して、塩水を用いた浸漬や乾燥を繰り返し行う複合腐食試験を行った場合、摩擦材の腐食が激しく、機械的強度が低下する等の問題点があった。

さらに、銅繊維の代わりにステンレス繊維を用いたブレーキ摩擦材が提案されており、フェライト系（鉄−クロム）、オーステナイト系（鉄−クロム−ニッケル）等のステンレスの中から、繊維への加工性に優れ、かつ価格も安価であることからフェライト系（鉄−クロム）（ＳＵＳ４３０）が用いられている。しかしながら、このブレーキ摩擦材に複合腐食試験を行った場合、スチール繊維と比較して摩擦材の腐食度合いは少ないものの、やはり機械的強度が低下する等の問題点があった。

本実施形態のブレーキ摩擦材によれば、強化繊維が、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有したので、銅繊維を用いたブレーキ摩擦材と比べて、高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができる。
また、ブレーキ摩擦材の鉄と相手材である鋳鉄製ロータとが焼き付く際に、鉄の間にアルミニウムが介在することとなるので、ブレーキ摩擦材と相手材である鋳鉄製ロータとの焼き付きが、スチール繊維等と比べて少なくなり、したがって、ロータの摩耗を抑制することができ、異音の防止を図ることができる。

さらに、本実施形態のブレーキ摩擦材においては、強化繊維に鉄−アルミニウム合金繊維を用いたので、この合金繊維の表面に酸化アルミニウムからなる皮膜が形成されることにより、耐食性を向上させることができる。
したがって、北米やロシア等の冷間地域での融雪剤によるブレーキ摩擦材の強度低下に起因する不具合を防止することができる。
さらに、鉄−アルミニウム合金繊維を加工した後に熱処理を施すことにより、より強度の高い酸化アルミニウム皮膜を形成することができ、品質をさらに向上させることができる。

以下、実施例及び比較例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
「実施例１〜３」
実施例１〜３のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
まず、洗浄剤を用いて裏金を充分に洗浄し、この裏金にショットブラストまたはリン酸処理等の化成処理を施した後、摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥した。

また、平均繊維径が６０μｍの鉄−アルミニウム合金繊維、粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉末、結合材として、フェノール樹脂及び未加硫のニトリルゴム粉末、その他の強化繊維として、チタン酸カリウム板状繊維、ウオラストナイト及びアラミド繊維、潤滑材として黒鉛、三硫化アンチモン等、有機系摩擦調整剤としてカシューダスト、加硫済のゴム粉末等、無機系摩擦調整剤として酸化鉄、ジルコン、マイカ等の粉末、充填材として硫酸バリウム、ｐＨ調整材として水酸化カルシウムを、所定量秤量し、混合した。
実施例１〜３それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

ここでは、鉄−アルミニウム合金繊維の含有量が下限値のプレーキパッドを実施例１、鉄−アルミニウム合金繊維の含有量が中央値のプレーキパッドを実施例２、鉄−アルミニウム合金繊維の含有量が中央値のプレーキパッドを実施例３とした。

その後、この混合物を所定の金型を用いて、５０ＭＰａの圧力かつ常温（２５℃）にて冷間圧縮成形した。
次いで、この冷間圧縮成形品と上記の接着剤を塗布した裏金を、１５０℃に加熱した金型内にセットし、この温度にて４０ＭＰａの圧力で２５０秒加熱圧縮成形した。
次いで、この成型品を２２０℃にて６時間熱処理し、さらに、研磨加工、溝加工を施し、実施例１〜３のプレーキパッドとした。

「比較例１〜５」
比較例１〜５プレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
ここでは、鉄−アルミニウム合金繊維の含有量が本発明の下限値より少ないプレーキパッドを比較例１、鉄−アルミニウム合金繊維の含有量が本発明の上限値より多いプレーキパッドを比較例２、鉄−アルミニウム合金繊維の替わりに銅繊維を用いたプレーキパッドを比較例３、鉄−アルミニウム合金繊維の替わりにスチール繊維を用いたプレーキパッドを比較例４、鉄−アルミニウム合金繊維の替わりにＳＵＳ４３０のステンレス繊維を用いたプレーキパッドを比較例５とし、上記実施例１〜３と全く同様にして比較例１〜５のプレーキパッド（ブレーキ摩擦材）を作製した。
比較例１〜５それぞれの配合量（質量％）を表１に示す。

このようにして作製された実施例１〜３及び比較例１〜５のプレーキパッドについて、摩擦特性、実車による鳴き・異音発生頻度をそれぞれ測定した。
摩擦特性は、第２効力試験及び第１フェードリカバリ試験の２項目について、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ ４０６「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験方法」に基づき測定した。

鳴き発生頻度は、ブレーキパッドの温度を所定温度範囲とし、ディスクブレーキキャリパへの供給液圧を所定範囲としたときの、それぞれの組み合わせで所定回数、ダイナモメータにより制動試験を行い、このときに発生する音の大きさのレベルが一定値以上となったときの回数を計数して、その割合を算出した。

異音発生頻度は、実車を用い、実際にブレーキパッドを装着し、所定の温度、速度、液圧にて制動を行い、そのときの、グー音、ジャダー他異音、振動の発生回数を計数して、その割合を算出した。
実施例１〜３及び比較例１〜５それぞれの測定結果を表２に示す。

表２によれば、実施例１〜３は、比較例１〜５に比べて剪断強度及び接着強度が高く、摩擦特性の変動が小さく安定性に優れ、異音の防止に優れ、かつ耐食性に優れていることが確認された。
また、実施例１〜３は、従来の製造方法をそのまま適用することができるので、製造に格別困難性はなく、製造が容易であることが確認された。

本発明は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材であり、この強化繊維を、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有することにより、高負荷での摩擦係数の安定化を図ることができ、ロータの摩耗を抑制することができ、異音の防止を図ることができ、しかも製造が容易なものであるから、自動車はもちろんのこと、ブレーキ機構を有する動力機械等へも適用可能であり、その工業的意義は極めて大である。

Claims (4)

1. 少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有してなるブレーキ摩擦材において、
   前記強化繊維は、アルミニウムの含有率が６〜２５質量％の鉄及びアルミニウムからなる鉄−アルミニウム合金繊維を含有してなることを特徴とするブレーキ摩擦材。
2. 前記ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、
   前記鉄−アルミニウム合金繊維の含有率は１０〜３０質量％であることを特徴とする請求項１記載のブレーキ摩擦材。
3. 前記鉄−アルミニウム合金繊維は、鉄−アルミニウム合金を繊維に加工後、表面に酸化皮膜が形成されるように熱処理が施されたことを特徴とする請求項１または２記載のブレーキ摩擦材。
4. 前記ブレーキ摩擦材には銅が含まれていないことを特徴とする請求項１、２または３記載のブレーキ摩擦材。