JP5753518B2 - 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、自動車等の制動装置として、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。

ＮＡＯ材の摩擦材には基本性能を確保するため、有機繊維としてアラミド繊維、有機充填材としてカシューダスト、無機充填材として硫酸バリウムが広く使用されているが、これらの原料は水の存在下で発錆の原因となる硫酸イオンを溶出することがあるため、摩擦材の相手材であるディスクブレーキの摩擦材の相手材であるディスクロータ、ドラムブレーキの摩擦材の相手材であるブレーキドラムに錆を発生させやすい。

特に上記のＮＡＯ材の摩擦材を、パーキング機構が装着されたディスクブレーキ、ドラムブレーキに使用した場合、パーキング状態で長期間放置された後に、ディスクロータやブレーキドラムと摩擦材が錆によって固着する、所謂、錆固着が発生しやすくなるという問題がある。

錆固着を防止するため、摩擦材にはｐＨ調整剤としてアルカリ金属塩が添加されることがある。

特許文献１には、全組成物中にアルカリ金属塩を０．２〜５重量％含有してなる摩擦材組成物を加熱加圧成形してなる摩擦材が記載されている。

しかし、アルカリ金属塩は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。

一方で、摩擦材にはフェード現象時に発生するガスによる摩擦係数の低下を抑制する性能、所謂、耐フェード性が要求されている。特許文献２には、充填材と、樹脂からなる結合材と、繊維補強材と、摩擦調整材とを含む摩擦材であって、前記充填材として、平均粒径が略２ｍｍの活性炭粒子からなる粒状体を含有することにより、フェード現象時に発生するガスによる摩擦係数の低下を抑制し、且つ、十分な制動力を発揮する摩擦材が記載されている。なお、特許文献２には、錆固着の問題に関しては何ら記載が無い。

特開２００１−１０７０２７号公報 特開２００９−０２９９５４号公報

繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有する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、錆固着が抑制された摩擦材を提供することを目的とする。

錆固着を抑制するには、発錆の原因となる硫酸イオンと水分を吸着する物質を添加することが効果的であるとの考えに基づき、吸着材として使用されている多孔質物質に着目し検討を行った。

多孔質物質の中でも活性炭は、その微細な穴に多くの物質を吸着させる性質を持ち、フェード現象時に摩擦材から発生するガスや、硝酸イオン、硫酸イオン等のイオンの吸着は良好である。

しかし、その表面は非極性であり、水のような分子量の小さい極性分子は吸着しにくいという性質を持つ。そのため、このような活性炭を摩擦材組成物に配合して得られた摩擦材では、錆固着の抑制効果が見られない。

一方で、塩酸や硫酸等による酸処理を行うことにより表面を改質し、親水性を持たせた親水性活性炭が知られている。
親水性活性炭は水分の吸着も良好であるが、その表面は酸性であり、相手材の発錆を促進すると考えられ、摩擦材に使用されることは無かった。

しかし、相手材の発錆を促進させると考えられていた親水性活性炭を摩擦材組成物に添加したところ、親水性活性炭が硫酸イオンと水分を充分に吸着し、逆に錆固着を抑制できることを知見した。

本発明は、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有する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親水性活性炭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、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有するＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦材組成物が摩擦調整材として親水性活性炭を含むことを特徴とする摩擦材。

（２）上記親水性活性炭を摩擦材組成物全量に対し０．４〜５重量％含有することを特徴とする上記（１）に記載の摩擦材。

（３）上記親水性活性炭は、その平均粒子径が８０〜２００μmであることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の摩擦材。

（４）結合材として親水性のフェノール樹脂を摩擦材組成物全量に対し８〜１２重量％含有することを特徴とする上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の摩擦材。

本発明によれば、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有する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、錆固着が抑制された摩擦材を提供することができる。

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、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有する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親水性活性炭を配合する。

親水性活性炭は、活性炭を硫酸や塩酸等の酸で処理して表面に酸化物を形成したものである。
親水性活性炭は摩擦材組成物全量に対し０．４〜５重量％配合するのが好ましい。

親水性活性炭の配合量が摩擦材組成物全量に対し、０．４重量％以上であると、充分な錆固着の抑制効果を得ることができ、親水性活性炭の配合量が摩擦材組成物全量に対し５重量％以下であると、必要な耐摩耗性を確保することができる。

親水性活性炭の平均粒子径は８０〜２００μmであることが好ましい。
この範囲であれば、錆固着抑制効果がより向上し、耐摩耗性がより良好となる。

さらに、結合材として親水性のフェノール樹脂を摩擦材組成物全量に対し８〜１２重量％配合する。
親水性のフェノール樹脂の配合量が摩擦材組成物全量に対し、８〜１２重量％の範囲であると、錆固着の抑制効果がより向上する。

親水性のフェノール樹脂は、ストレートのフェノール樹脂や、ＮＢＲ、アクリルゴム等の親水性のエラストマーで変性されたフェノール樹脂が挙げられる。
シリコーンで変性したフェノール樹脂や、フッ素ポリマーを分散させたフェノール樹脂は撥水性を有するため、その摩耗粉が活性炭に吸着されると、活性炭は水分を吸着し難くなり、錆固着抑制効果の更なる向上は望めない。

また、本発明の摩擦材は、上記の親水性活性炭、親水性のフェノール樹脂の他に、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、スチール系繊維を除く、銅繊維、真鍮繊維等の金属繊維や、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維や、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、フェノール樹脂や、フェノール樹脂をカシューオイルやシリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した樹脂や、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、９〜１５重量％とすることが好ましい。活性炭の水分の吸着力を向上させるため、ストレートフェノール樹脂や、ＮＢＲ、アクリルゴム等の親水性のエラストマーで変性されたフェノール樹脂を、摩擦材組成物全量に対し８〜１２重量％含有させるのがより好ましい。

上記の親水性活性炭以外の摩擦調整材としては、カシューダスト、タイヤトレッドゴム粉砕粉、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、ケイ酸ジルコニウム、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６０〜９０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親水性活性炭、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処理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１〜１１・比較例１の摩擦材の製造方法］
表１及び２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１〜１２、比較例１）。これらのディスクブレーキパッドの錆固着、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２に併せ示す。

＜評価＞
＜錆固着＞
ＪＩＳ Ｄ４４１４「さび固着試験方法」に準拠し、錆固着試験を行い、錆固着力を下記基準にて評価した。

◎： ５０Ｎ未満
○： ５０Ｎ以上 １５０Ｎ未満
△： １５０Ｎ以上 ２５０Ｎ未満
×： ２５０Ｎ以上

＜耐摩耗性＞
ＪＡＳＯ Ｃ４２７ 「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１００℃、２００℃、３００℃、４００℃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 ０．２５未満
×：０．２５以上

表１及び２より、ＮＡＯ材の摩擦材において、摩擦調整材の一部に親水性活性炭を含有させることにより、錆固着を抑制し得ることが看取できる。しかも、耐摩耗性も損なわれることなく良好である。

本発明により、繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有する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、錆固着が抑制された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。

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 (4)

1. 繊維基材、結合材、摩擦調整材から成り、硫酸イオンを溶出する原料を少なくとも１種含有するＮＡＯ材の摩擦材組成物を成型してなる摩擦材において、摩擦材組成物が摩擦調整材として親水性活性炭を含むことを特徴とする摩擦材。
2. 上記親水性活性炭を摩擦材組成物全量に対し０．４〜５重量％含有することを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
3. 上記親水性活性炭は、その平均粒子径が８０〜２００μmであることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦材。
4. 結合材として親水性のフェノール樹脂を摩擦材組成物全量に対し８〜１２重量％含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の摩擦材。