JP2018138652A - 摩擦材 - Google Patents
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Abstract
Description
昨今の車両の高性能化、高速化に伴い、ブレーキの役割は益々過酷なものとなってきており、十分に高い摩擦係数(効き)を有することが必要である。さらに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求められている。
現在、摩擦材に含まれる金属成分は主にスチール繊維や銅繊維といった金属繊維が多く、これらの繊維を多量に含有した場合、上述のディスクロータの異常摩耗を引き起こすおそれがある。
そこで特許文献3では、摩擦材中の銅成分の溶出を抑制する方法が開示されている。
なお本願明細書で、「銅成分を含まない」とは、銅繊維、銅粉、並びに銅を含んだ合金(真鍮又は青銅等)及び化合物のいずれも、摩擦材の原材料として配合していないことを言う。なお、環境負荷の観点から不純物として混入する銅成分は0.5質量%以下であることが好ましい。
[1] 2種以上のチタン酸塩とセラミック繊維とを含有し、かつ銅成分を含まない摩擦材。
[2] 前記2種以上のチタン酸塩が2種以上のチタン酸アルカリ金属塩を含有する、前記[1]に記載の摩擦材。
[3] 前記2種以上のチタン酸塩がチタン酸アルカリ土類金属・アルカリ金属塩とチタン酸アルカリ金属塩とを含有する、前記[1]に記載の摩擦材。
[4] 前記2種以上のチタン酸塩がチタン酸リチウムカリウムとチタン酸カリウムとを含有する、前記[1]又は[2]に記載の摩擦材。
[5] 前記2種以上のチタン酸塩がチタン酸マグネシウムカリウムとチタン酸カリウムとを含有する、前記[1]又は[3]に記載の摩擦材。
[6] 前記セラミック繊維の繊維径が0.1〜10μm、繊維長が1〜1000μm、かつショット含有量が0.1〜70質量%である、前記[1]〜[5]のいずれか1に記載の摩擦材。
[7] 前記2種以上のチタン酸塩の摩擦材における含有量が合計で3〜40体積%である、前記[1]〜[6]のいずれか1に記載の摩擦材。
[8] 前記セラミック繊維の摩擦材における含有量が1〜6体積%である、前記[1]〜[7]のいずれか1に記載の摩擦材。
摩擦材とは一般的に、結合材、摩擦調整材、繊維基材及び潤滑材を含み、前記摩擦調整材として、有機充填材や無機充填材等の充填材、研削材、金属粉等を含有する。
本発明におけるチタン酸塩は充填材として用いられ、セラミック繊維は繊維基材として用いられる。
本発明に係る摩擦材は、2種以上のチタン酸塩を含有することを特徴とする。チタン酸塩としては、移着の程度を制御する目的で2種以上を使用することが好ましい。
中でも、鱗片状(層状)、柱状、板状又は扁平状と呼ばれる形状が、好ましく、これらの形状を有するチタン酸リチウムカリウム又はチタン酸マグネシウムカリウムがより好ましい。また、効力安定化の点から、形状は層状であることがさらに好ましい。
チタン酸マグネシウムカリウムの分子式は、KxMgyTizOwにおいてx=0.2〜0.7、y=0.4、z=1.6、w=3.7〜3.95などを使用することができる。
中でも、繊維状、球状、粉状、不定形状又は複数の凸部形状のチタン酸塩が、前記鱗片状(層状)、柱状、板状又は扁平状のチタン酸塩と形状が異なることから好ましく、これらの形状を有するチタン酸カリウムがより好ましく用いられる。中でも、複数の凸部形状のチタン酸塩は耐摩耗性の点からより好ましい。
凸部とは、光学乃至電子顕微鏡等による写真(投影図)に多角形、円、楕円等(基本図形)を当てはめ、それに対して突出した部分に対応する部分を言う。複数の凸部形状を有するチタン酸塩の具体的3次元形状としては、その投影図が、ブーメラン状、十字架状、アメーバ状、種々の動植物の部分(例えば、手、角、葉等)又はその全体形状、あるいはそれらの類似形状、金平糖状等が挙げられる。
移着被膜による凝着作用の補強効果を狙って、先述したチタン酸塩を多量に使用すると、形成される移着被膜の膜厚が厚くなりすぎる。厚すぎる被膜は亀裂やひび等が生じやすくなり、該亀裂等が引き金となって部分的に剥離しやすくなる。被膜が剥離すると、摩擦材(ブレーキパッド)と相手材(ディスクロータ)との接触が安定せず、効き(摩擦係数)が不安定となり、耐摩耗性が悪化するおそれがある。
一方、研削材が硬すぎて、移着被膜を削りすぎると、鳴き等が発生するおそれがある。そのため、本発明では移着被膜を適度な厚みに削るマイルドな研削材として、セラミック繊維を用いる。中でも、ショット(粒状物)を含むセラミック繊維がより好ましく用いられる。
繊維径及び繊維長は、それぞれJIS A9504により測定することができる。
なお、セラミック繊維とショットを製造過程で分離し、任意の比率で配合して使用することも可能である。また、セラミック繊維は、その表面にシランカップリング剤等により表面処理が施されていてもよい。
本発明に係る摩擦材に含まれるその他の成分として、結合材、摩擦調整材(充填材、研削材、金属粉)、繊維基材及び潤滑材について以下に述べる。
結合材としては通常用いられる結合材が含まれていればよい。
具体的には、フェノール樹脂(ストレートフェノール樹脂、各種変性フェノール樹脂を含む)、エラストマー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を挙げることができる。なお、各種変性フェノール樹脂には炭化水素樹脂変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂等が挙げられる。
フェノール樹脂を変性させるエラストマーとしては、アクリルゴム、シリコーンゴム等が好ましく用いられる。
なお、本発明において、結合材は摩擦材全体中、通常は10〜30体積%、好ましくは10〜25体積%用いられる。
充填材として有機充填材やチタン酸塩以外の無機充填材を含むことができる。有機充填材としては、例えば、アクリルニトリルブタジエンゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)等からなる各種ゴムやタイヤトレッド、ゴムダスト、カシューダストなどの有機物ダスト等が挙げられる。
研削材の粒径は小さいほどマイルドな研削材となるが、小さすぎると研削材としての役目を果たさなくなる。一方、粒径が大きいほど相手材を研削して摩擦係数を向上させるが、大きすぎると相手材を過剰に研削する。研削材の種類や形状、モース硬度に応じて、粒径や含有量を調整することが必要である。
研削材全体の含有量は、摩擦材中通常1〜9体積%である。
金属粉としては、亜鉛、鉄、スズ、アルミニウム、Fe−Al金属間化合物等の銅以外の金属を使用することができる。金属粉の含有量は合計で、摩擦材中通常0.5〜3体積%である。
繊維基材としては、有機繊維として、芳香族ポリアミド(アラミド)繊維、セルロース繊維、ポリアクリル系繊維等が挙げられる。
また、セラミック繊維以外の無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール等が挙げられる。
金属繊維としては、スチール、アルミニウム、亜鉛、錫および錫合金、ステンレス等の繊維が挙げられる。
セラミック繊維も含んだ繊維基材全体の含有量は、摩擦材中通常1〜35体積%であり、好ましくは5〜30体積%である。
潤滑材としては、黒鉛、リン酸塩被覆黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、硫化スズ、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化亜鉛、三硫化アンチモン等が挙げられる。
潤滑材全体の含有量は摩擦材中通常15体積%以下が好ましい。
潤滑材全体の含有量は摩擦材中通常1〜15体積%である。
本発明に係る摩擦材を製造するには、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し、熱成形、加熱、研摩等の処理を施すことにより製造することができる。上記摩擦材を備えたブレーキパッドは、以下の工程(1)〜(4)により製造することができる。
(1)鋼板(プレッシャプレート)を板金プレスにより所定の形状に成形する工程。
(2)所定の形状に成形された鋼板に脱脂処理、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。
(3)上記(1)および(2)の工程を経たプレッシャプレートと、上記摩擦材の予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着する工程。
(4)その後アフタキュアを行い、最終的に研摩や表面焼き、塗装等の仕上げ処理を施す工程。
<実施例1〜8および比較例1〜4>
摩擦材の配合材料を表1に示す配合組成(体積%)に従って混合機にて均一に混合し、摩擦材混合物を得た。続いて摩擦材混合物を常温、圧力20MPaで10秒間予備成形した。成形後の予備成形品を熱成形型に投入し、予め接着剤を塗布した金属板(プレッシャープレート:P/P)を重ね、温度150℃、成形面圧40MPaで5分間加熱圧縮成形を行った。この加熱圧縮成形体に対し、温度150〜300℃で1〜4時間熱処理し、所定の厚みに研摩・塗装することで、実施例1〜8及び比較例1〜4に係る摩擦材を含むブレーキパッドを得た。
リン酸二水素アルミニウムを純水に溶解し、濃度1質量%の水溶液を調製した。この水溶液100質量部に対し、人造黒鉛(東海カーボン社製、G152A(商品名)、平均粒径700μm)42質量部を加え、回転翼式攪拌機(アズワン社製、PM−203(機種名))により、温度50℃にて1時間攪拌した。
得られた混合物を大気中で24時間乾燥後、解砕したのち、真空中で800℃にて3時間熱処理を行った。熱処理後、乳鉢にて粉砕し、粒子表面がリン酸二水素アルミニウムで被覆された黒鉛粉末(リン酸塩被覆黒鉛)を得た。
JASO C427(温度別摩耗試験)に準拠し、1/7スケールテスタを用いて摩擦特性の評価を行った。初速度を50km/h、減速度を2.94m/s2に固定し、200回すり合わせた後、300℃で500回制動、400℃で500回制動、500℃で500回制動を行った。400℃及び500℃での制動後の摩耗量、並びに500℃での制動後の摩擦係数μの平均を求めた。なお、摩耗量は1000回制動相当に換算した。結果を表1に表す。ディスクロータ材にはFC250相当を用いた。
「500℃性能評価」とは、500℃での摩擦係数μの平均が0.4以上である場合を○、0.4未満である場合を×と表記している。
Claims (9)
- 2種以上のチタン酸塩とセラミック繊維とを含有し、かつ銅成分を含まず、
前記2種以上のチタン酸塩が、鱗片状(層状)、柱状、板状又は扁平状であるチタン酸塩(A)と、繊維状、球状、粉状、不定形状又は複数の凸部形状であるチタン酸塩(B)とを含有する摩擦材。 - 前記チタン酸塩(A)がチタン酸アルカリ金属塩(a1)であり、前記チタン酸塩(B)がチタン酸アルカリ金属塩(b1)である、請求項1に記載の摩擦材。
- 前記チタン酸塩(A)がチタン酸アルカリ土類金属・アルカリ金属塩(a2)であり、前記チタン酸塩(B)がチタン酸アルカリ金属塩(b1)である、請求項1に記載の摩擦材。
- 前記チタン酸塩(B)が複数の凸部形状である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の摩擦材。
- 前記チタン酸アルカリ金属塩(a1)がチタン酸リチウムカリウムであり、前記チタン酸アルカリ金属塩(b1)がチタン酸カリウムである、請求項2又は4に記載の摩擦材。
- 前記チタン酸アルカリ土類金属・アルカリ金属塩(a2)がチタン酸マグネシウムカリウムであり、前記チタン酸アルカリ金属塩(b1)がチタン酸カリウムである、請求項3又は4に記載の摩擦材。
- 前記セラミック繊維の繊維径が0.1〜10μm、繊維長が1〜1000μm、かつショット含有量が0.1〜70質量%である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の摩擦材。
- 前記2種以上のチタン酸塩の摩擦材における含有量が合計で3〜40体積%である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の摩擦材。
- 前記セラミック繊維の摩擦材における含有量が1〜6体積%である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の摩擦材。
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