JP4159732B2 - Brake friction material - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車のブレーキ摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のブレーキ摩擦材は、強化繊維材料、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、およびｐＨ調整剤などを配合し、混合した後、常温で冷間圧縮成形（予備成形）し、ついで、予め接着材剤を塗布した裏金とともに加熱圧縮成形（本成形）し、さらに熱処理した後、溝加工や表面研磨を施して製造されている。強化繊維材料としては、例えば金属繊維、天然または人造の無機繊維、有機繊維などが用いられている。
結合材としては一般にフェノール樹脂などが用いられている。潤滑材としては、黒鉛、三硫化アンチモン、二硫化モリブデンなどが用いられている。摩擦調整材としては、ゴム粉、カシューダスト、セタミックス粉、金属粉などが用いられている。充填材としては硫酸バリウムなどが用いられている。ｐＨ調整剤としては、水酸化カルシウムなどが用いられている。
また、従来のブレーキ摩擦材は、摩擦摩耗特性、鳴き、異音特性を向上、安定させるこをを目的として、チタン酸カリウム繊維やチタン酸カリウムウィスカなど（以下、まとめてチタン酸カリウム繊維などという。）を配合している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、チタン酸カリウム繊維などは価格が高いため、製造原価が高くなるという問題があった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、製造原価を安くすることができるブレーキ摩擦材を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のブレーキ摩擦材においては、軟質で延性の金属からなる繊維と粉末の一方または両方３容積％以下と、平均粒径５０μｍ以上にジルコンサンド０．５〜２．０容積％と、珪藻土粉末２５〜４０容積％を含むことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を完成させるに至った検討の経緯にそって、本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、まず、ブレーキ摩擦材のブレーキ特性における、チタン酸カリウム繊維などの効果について詳細に検討した。その結果、これらを配合することによる主な効果は、（１）気孔率が向上し、（２）相手のロータ材質を攻撃するロータ攻撃性が低くなる、というふたつであることがわかった。
気孔率が向上することによって、フェード試験時に高温になることによって生成した分解生成物を気孔に取り込んで、摩擦係数の低下を抑制し、フェード現象の発生を抑制することができる。また、気孔率が高くなることによってブレーキ摩擦材が柔らかくなり、振動を減衰し、スキール音の発生を抑制することができる。
また、ロータ攻撃性が高いと、相手のロータの摩耗が多くなり、ホイールが汚れやすくなり、また、ロータの偏摩耗によってジャダ（振動）の原因となるが、チタン酸カリウム繊維などの配合により、これを防ぐことができる。
【０００６】
そこで、本発明者らは、（１）気孔率を向上させることができ、かつ（２）ロータ攻撃性を低くすることができる材料、その組み合わせ、配合比率などについて種々検討した結果、上述のように、軟質で延性の金属からなる繊維と粉末の一方または両方３容積％以下と、平均粒径５０μｍ以上のジルコンサンド０．５〜２．０容積％と、珪藻土粉末２５〜４０容積％を配合したブレーキ摩擦材を完成させた。
【０００７】
軟質で延性の金属からなる繊維または粉末を配合することにより、摩擦係数を安定化することができる。
軟質で延性の金属としては、例えば銅、黄銅、スズ、アルミニウムなどを例示することができ、特に銅などが好ましい。
また、その形態は、繊維状、粉末状の一方あるいは両方の混合物を用いると好ましい。
また、配合量は３容量％以下、好ましくは２容量％以下とされる。３容量％をこえるとロータ攻撃性が高くなり、相手のロータが摩耗しやすいなる場合がある。また、少なくとも０．５容量％以上、好ましくは１容量％以上配合しなければ、配合した効果を得ることができない。
【０００８】
ジルコンサンドは硬い材料であるため、これを配合することにより、ブレーキ摩擦材の摩擦係数を高くすることができる。ジルコンサンドのモース硬さは通常７以上である。
ジルコンサンドの平均粒径は５０μｍ以上、実質的には１００μｍ以下とされる。平均粒径５０μｍ未満では摩擦係数が低くなる場合がある。また、１００μｍをこえると分散性が低下する場合がある。
また、ジルコンサンドの配合量は０．５〜２．０容積％、好ましくは１．０〜２．０容量％とされる。０．５容量％未満の場合は添加効果が得られず、摩擦係数が低下する場合があり、２．０容量％をこえるとロータ攻撃性が高くなり、相手のロータが摩耗しやすくなるため不都合である。
【０００９】
珪藻土は組織が粗で、複数の孔を有しているため、これを配合することにより、気孔率を確保することができる。
また、その配合量は２５〜４０容積％、好ましくは２５〜３５容積％とされる。２５容積％未満の場合は十分な気孔率を確保することができず、４０容量％をこえるとブレーキ摩擦材の強度が低下する場合がある。
【００１０】
本発明のブレーキ摩擦材には、この他、必要に応じて、本発明の効果を低下させない範囲で上述のような公知の強化繊維材料、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材、およびｐＨ調整剤などを配合することができる。そして、例えば公知の方法により、材料を配合し、混合した後、常温で冷間圧縮成形（予備成形）し、ついで、予め接着材剤を塗布した裏金とともに加熱圧縮成形（本成形）し、さらに熱処理した後、溝加工や表面研磨を施して製造することができる。
なお、ブレーキ摩擦材においては、その表面に現れる材料の比率などによって性能が変化する。また、配合する材料の比重が大きく異なっているため、重量％のみで材料の配合量を規定しても特性に対して適切な範囲を規定することができない。そこで、通常は常温（１５〜２５℃）での容積％を基準としている。実際にブレーキ摩擦材を製造する際には、容積％を比重を用いて重量％に換算し、材料の重量を計測して配合した方が操作性がよい。
【００１１】
本発明においては、３つの材料を選択し、その形態、配合量を最適化して組み合わせて用いることにより、チタン酸カリウム繊維などの価格の高い材料を配合せずに、高い気孔率を確保し、ロータ攻撃性を低く抑えることができる。
その結果、フェード現象の発生、スキール音の発生を抑制し、ホイールが汚れにくく、かつジャダの発生を抑制することができるというチタン酸カリウム繊維などを配合した場合と遜色ない特性を備え、かつ製造原価の低いブレーキ摩擦材を提供することができる。
また、チタン酸カリウム繊維などによって気孔率を確保しようとすると、本成形時の結合材の硬化状態によって繊維間に確保される孔に変化が生じ、気孔率がばらつく場合がある。これは加熱成形時の金型温度、成形圧力の微妙な差に起因する。
しかし、本発明においては、もともと珪藻土粉末中に存在する孔を利用するため、成形条件などに左右されずに気孔率を安定に確保することができる。したがって、特性のばらつきがなく、さらに安定した特性のブレーキ摩擦材を提供することができる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
まず、裏金を十分に洗浄した後、接着剤を塗布して乾燥した。ついで、以下の材料を表１または表２に示した配合量で配合し、混合して混合材とした。
【００１３】
軟質で延性の金属材料：銅繊維（平均繊維径６０μｍ、平均長さ３ｍｍ）
扶桑土粉末（平均粒径２５μｍ）
ジルコンサンド（平均粒径５０μｍ）
強化繊維：スチール繊維およびアラミド繊維
結合材：フェノール樹脂
潤滑材：黒鉛
摩擦調整材：カシューダクト、ゴム粉
充填材：硫酸バリウム
ｐＨ調整剤：水酸化カルシウム
【００１４】
さらに、この混合材を、常温（１５〜２５℃）で、所定の金型を用い、圧力５０ＭＰａで冷間圧縮成形（予備成形）した。
この予備成形品と前記接着剤を塗布した裏金を１５０℃に設定した金型に投入し、４０ＭＰａの圧力で２５０〜３００秒加熱圧縮成形（本成形）した。そして、取り出した成形品を２２０℃、６時間の条件で加熱処理し、研磨と溝加工を施してブレーキ摩擦材（ブレーキパッド）を製造した。
【００１５】
このブレーキ摩擦材について、摩擦摩耗特性（自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ−４０６）と実車による異音（鳴き頻度）の調査を行った。結果を表１、表２にあわせて示した。表中「第１フェード」は値が小さい程フェード現象が発生しやすくなることを示している。
また、第１フェード、パッド摩耗量、ロータ摩耗量、鳴き頻度において許容される値はそれぞれ、０．２５ｍｉｎμ以下、０．５ｍｍ以下、０．０２ｍｍ以下、１％以下である。
【００１６】
【表１】

【００１７】
【表２】

【００１８】
本発明に係る実施例においては、いずれも異音が発生しなかった。また、第１フェード、パッド摩耗量、ロータ摩耗量も許容範囲内であった。
これに対して銅繊維の配合量が多い比較例１、銅繊維とジルコンサンドを配合しない比較例２、銅繊維を配合せず、かつジルコンサンドの配合量が多い比較例３、銅繊維を配合せず、かつ珪藻土粉末の配合量が少ない比較例４、および珪藻土粉末の配合量が多い比較例５については、４つの評価項目のうち、少なくともひとつにおいて、許容範囲外の値となった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、３つの材料を選択し、その形態、配合量を最適化して組み合わせて用いることにより、チタン酸カリウム繊維などの価格の高い材料を配合せずに、高い気孔率を確保し、ロータ攻撃性を低く抑えることができる。
その結果、フェード現象の発生、スキール音の発生を抑制し、ホイールが汚れにくく、かつジャダの発生を抑制することができるというチタン酸カリウム繊維などを配合した場合と遜色ない特性を備え、かつ製造原価の低いブレーキ摩擦材を提供することができる。
また、もともと珪藻土粉末中に存在する孔を利用するため、成形条件などに左右されずに気孔率を安定に確保することができる。したがって、特性のばらつきがなく、さらに安定した特性のブレーキ摩擦材を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automobile brake friction material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, automotive brake friction materials are compounded with reinforcing fiber materials, binders, lubricants, friction modifiers, fillers, pH adjusters, etc., and then cold compression molded (pre-molded) at room temperature. Then, after being subjected to heat compression molding (main molding) together with a back metal previously coated with an adhesive agent, and further heat-treated, it is manufactured by groove processing and surface polishing. As the reinforcing fiber material, for example, metal fibers, natural or artificial inorganic fibers, organic fibers, and the like are used.
In general, a phenol resin or the like is used as the binder. As the lubricant, graphite, antimony trisulfide, molybdenum disulfide, or the like is used. As the friction modifier, rubber powder, cashew dust, seta mix powder, metal powder, and the like are used. Barium sulfate or the like is used as the filler. As the pH adjuster, calcium hydroxide or the like is used.
In addition, conventional brake friction materials, such as potassium titanate fibers and potassium titanate whiskers (hereinafter collectively referred to as potassium titanate fibers) are used for the purpose of improving and stabilizing friction and wear characteristics, squealing, and abnormal noise characteristics. .) Is blended.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, since potassium titanate fibers and the like are expensive, there is a problem that the manufacturing cost increases.
This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the brake friction material which can reduce manufacturing cost.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the brake friction material of the present invention, one or both of a fiber and a powder made of a soft and ductile metal are 3% by volume or less, and the average particle size is 50 μm or more. 0.0 vol% and diatomaceous earth powder 25-40 vol%.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail according to the background of the study that led to the completion of the present invention.
The present inventors first examined in detail the effects of potassium titanate fibers and the like on the brake characteristics of the brake friction material. As a result, it has been found that the main effects of blending these are (1) improved porosity and (2) lower rotor attacking ability to attack the mating rotor material.
By improving the porosity, it is possible to take the decomposition products generated by the high temperature during the fade test into the pores, thereby suppressing the reduction of the friction coefficient and the occurrence of the fade phenomenon. Moreover, the brake friction material is softened by increasing the porosity, so that the vibration can be attenuated and the generation of squeal noise can be suppressed.
In addition, if the rotor attack is high, wear of the rotor of the other party increases, the wheel tends to get dirty, and it causes judder (vibration) due to uneven wear of the rotor, but by blending potassium titanate fiber, This can be prevented.
[0006]
Therefore, the present inventors have made various studies on (1) materials that can improve the porosity and (2) can reduce rotor aggression, combinations thereof, compounding ratios, and the like. 3% or less of one or both of fibers and powders made of soft and ductile metal, 0.5 to 2.0% by volume of zircon sand having an average particle size of 50 μm or more, and 25 to 40% by volume of diatomaceous earth powder Finished brake friction material.
[0007]
By blending fibers or powders made of a soft and ductile metal, the friction coefficient can be stabilized.
Examples of the soft and ductile metal include copper, brass, tin, and aluminum. Copper is particularly preferable.
In addition, it is preferable to use one or both of fibrous and powdery forms.
The blending amount is 3% by volume or less, preferably 2% by volume or less. If it exceeds 3% by volume, the rotor is more aggressive and the other rotor may be easily worn. Further, the blended effect cannot be obtained unless blended at least 0.5% by volume or more, preferably 1% by volume or more.
[0008]
Since zircon sand is a hard material, the friction coefficient of the brake friction material can be increased by blending it. The Mohs hardness of zircon sand is usually 7 or higher.
The average particle size of the zircon sand is 50 μm or more and substantially 100 μm or less. If the average particle size is less than 50 μm, the friction coefficient may be low. Moreover, when it exceeds 100 micrometers, a dispersibility may fall.
The blending amount of zircon sand is 0.5 to 2.0% by volume, preferably 1.0 to 2.0% by volume. If the amount is less than 0.5% by volume, the effect of addition may not be obtained, and the friction coefficient may be reduced. If the amount exceeds 2.0% by volume, the rotor is more aggressive and the other rotor is likely to be worn away. It is.
[0009]
Since diatomaceous earth has a rough structure and has a plurality of pores, the porosity can be ensured by blending them.
The blending amount is 25 to 40% by volume, preferably 25 to 35% by volume. If it is less than 25% by volume, a sufficient porosity cannot be secured, and if it exceeds 40% by volume, the strength of the brake friction material may be lowered.
[0010]
In addition to the above, the brake friction material of the present invention includes, as necessary, known reinforcing fiber materials, binders, lubricants, friction modifiers, fillers, and the like as long as the effects of the present invention are not reduced. A pH adjuster etc. can be mix | blended. And, for example, by mixing and mixing the materials by a known method, cold compression molding (preliminary molding) at room temperature, then heat compression molding (main molding) together with a backing metal previously coated with an adhesive agent, After heat treatment, it can be manufactured by groove processing or surface polishing.
Note that the performance of the brake friction material changes depending on the ratio of the material appearing on the surface thereof. Moreover, since the specific gravity of the material to mix | blend is large different, even if it prescribes | regulates the compounding quantity of material only by weight%, the range suitable for a characteristic cannot be prescribed | regulated. Therefore, the volume% at normal temperature (15 to 25 ° C.) is usually used as a standard. When actually producing a brake friction material, it is better to convert volume% into weight% using specific gravity and measure and mix the weight of the material to improve operability.
[0011]
In the present invention, by selecting three materials, using the combination of the form and the blending amount, it is possible to secure a high porosity without blending expensive materials such as potassium titanate fibers, Rotor aggression can be kept low.
As a result, it has characteristics comparable to those when blended with potassium titanate fiber that suppresses the occurrence of fading and squeal noise, prevents the wheels from becoming dirty, and suppresses the generation of judder. A brake friction material with low cost can be provided.
Moreover, when it is going to ensure a porosity with a potassium titanate fiber etc., a change arises in the hole ensured between fibers according to the hardening state of the binder at the time of this shaping | molding, and a porosity may vary. This is due to a subtle difference in mold temperature and molding pressure during heat molding.
However, in the present invention, since the pores originally present in the diatomaceous earth powder are used, the porosity can be stably secured regardless of the molding conditions. Therefore, it is possible to provide a brake friction material having no characteristic variation and more stable characteristics.
[0012]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
First, after the back metal was sufficiently washed, an adhesive was applied and dried. Next, the following materials were blended in the blending amounts shown in Table 1 or Table 2 and mixed to obtain a mixed material.
[0013]
Soft and ductile metal material: copper fiber (average fiber diameter 60 μm, average length 3 mm)
Fuso clay powder (average particle size 25μm)
Zircon sand (average particle size 50μm)
Reinforcing fiber: Steel fiber and aramid fiber Binder: Phenol resin Lubricant: Graphite friction modifier: Cashew duct, Rubber powder filler: Barium sulfate pH adjuster: Calcium hydroxide
Further, this mixed material was cold compression molded (preliminarily molded) at room temperature (15 to 25 ° C.) using a predetermined mold at a pressure of 50 MPa.
The preform and the back metal coated with the adhesive were put into a mold set at 150 ° C. and subjected to heat compression molding (main molding) at a pressure of 40 MPa for 250 to 300 seconds. And the taken-out molded article was heat-processed on the conditions of 220 degreeC and 6 hours, and it grind | polished and grooved and manufactured the brake friction material (brake pad).
[0015]
The brake friction material was investigated for friction and wear characteristics (Automobile Technical Association Standard JASO C-406) and abnormal noise (squeaking frequency) caused by an actual vehicle. The results are shown in Tables 1 and 2. In the table, “first fade” indicates that the smaller the value, the easier the fade phenomenon occurs.
Further, the allowable values for the first fade, the pad wear amount, the rotor wear amount, and the squeal frequency are 0.25 minμ or less, 0.5 mm or less, 0.02 mm or less, and 1% or less, respectively.
[0016]
[Table 1]

[0017]
[Table 2]

[0018]
In the examples according to the present invention, no abnormal noise was generated. Further, the first fade, the pad wear amount, and the rotor wear amount were within allowable ranges.
In contrast, Comparative Example 1 with a large amount of copper fiber, Comparative Example 2 without a copper fiber and zircon sand, Comparative Example 3 without a copper fiber and a large amount of zircon sand, and a copper fiber In Comparative Example 4 in which the blending amount of the diatomaceous earth powder was small and Comparative Example 5 in which the blending amount of the diatomaceous earth powder was large, at least one of the four evaluation items was outside the allowable range.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, by selecting three materials and optimizing the form and blending amount and using them in combination, it is high without blending expensive materials such as potassium titanate fibers. The porosity can be secured and the rotor aggression can be kept low.
As a result, it has characteristics comparable to those when blended with potassium titanate fiber that suppresses the occurrence of fading and squeal noise, prevents the wheels from becoming dirty, and suppresses the generation of judder. A brake friction material with low cost can be provided.
In addition, since the pores originally present in the diatomaceous earth powder are used, the porosity can be stably ensured regardless of the molding conditions. Therefore, it is possible to provide a brake friction material having no characteristic variation and more stable characteristics.

Claims (1)

軟質で延性の金属からなる繊維または粉末の一方または両方３容積％以下と、平均粒径５０μｍ以上のジルコンサンド０．５〜２．０容積％と、珪藻土粉末２５〜４０容積％を含むことを特徴とするブレーキ摩擦材。One or both of fibers and powders made of soft and ductile metal, 3 volume% or less, 0.5 to 2.0 volume% zircon sand having an average particle size of 50 μm or more, and 25 to 40 volume% diatomaceous earth powder Brake friction material.