JP5183902B2

JP5183902B2 - ノンアスベスト摩擦部材

Info

Publication number: JP5183902B2
Application number: JP2006269294A
Authority: JP
Inventors: 修中島; 晃渡辺
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008088246A

Description

本発明は、自動車、鉄道車両、産業機械等のブレーキ等に使用される摩擦部材に関し、特に、フェード特性と鳴き特性を両立させた摩擦部材に関するものであり、より具体的には前記の用途に使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に関するものである。

従来、摩擦材は、繊維基材、摩擦調整材、充填材及び結合材を用い、それらを配合し、予備成形、熱成形、仕上げなどの工程からなる製造プロセスによって製造されている。しかし、公害防止等のため摩擦材のノンアスベスト化が進むにつれて使用可能な材料が限定されるようになってきており、ノンアスベスト摩擦材に含有される無機充填材においても粉状の材料の使用が多くなってきた。このため摩擦材の性状としては硬度が大きく気孔率が小さくなる傾向にある。そして、初期摩擦係数が硬度に依存しているので摩擦特性は低下し、またフェード特性は気孔率に依存しているのでこれらも低下する傾向にあった。これに加えてノイズも発生しやすくなっていた。

上記のような欠点を改善し、制動時の鳴きや、異音の発生しない摩擦材を提供するために、「特許文献１」では、補強繊維と無機及び有機充填材と結合材樹脂とを混合した摩擦材原料を、金型とパッド裏板間に作成されるキャビティ内に摩擦材厚み方向に複数層に分けて投入し、その層分けした原料のうち裏板に接する接着層の原料は造粒材料とし、この造粒材料を含めてキャビティ内の原料を熱圧縮形成後、加熱硬化させて、摩擦材が気孔率の小さな接着層と気孔率の大きな母材層のを積層構造からなるディスクブレーキパッドを製造している。その結果、裏板の錆発生を防ぎ、接着力が高まるほか、摩擦材の層間強度も向上し、信頼性の高いディスクブレーキパッドを得られると記載している。

「特許文献２」においては、平均粒径が２．５〜１１ｍｍの、結合材と無機繊維からなる造粒物を摩擦材組成物に対して５〜３０容量％含有する摩擦材は、耐フェード特性に優れ、かつ制動時の鳴きや、異音が殆ど発生しないと述べている。
又、「特許文献３」は、平均粒径が２．５〜１１ｍｍの、結合材と無機繊維及びＮＢＲ、ＳＢＲのようなゴム粉末からなる造粒物を摩擦材組成物に対して「特許文献２」と同じ配合量にすると同様な作用効果が得られると報告している。

又、「特許文献４」では、表面がブチルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムのうち１種類以上のエラストマーで被覆された金属繊維を１０〜５０重量％含有する摩擦材が記されている。前記の摩擦材は、エラストマーを金属繊維１００重量部に対して２〜１５重量部配合した場合、金属繊維の脱落と偏析の発生が少なく、金属繊維の酸化劣化を抑え、異音性能及び耐摩耗性に優れた摩擦材として使用される。
しかしながら、いずれの場合も、鳴き特性、耐摩耗性及びフェード特性等の摩擦材に必要な目標性能をバランスよく満足させることは困難であった。
特開平７−３０１２６５号公報特開平１０−２２６７８２号公報特開平１０−２２６７８３号公報特開２００２−３０９２３４号公報

車両のブレーキに対しては、燃費向上やハンドリング特性向上のためバネ下荷重低減策として、一般的にシステムを含めたブレーキを小型化する要求がでてきている。一方で、小型化にあたっては、ブレーキの効力レベル（摩擦材の効きレベル）を上げることが必要になる。ただし、ブレーキの効力レベル（摩擦材の効きレベル）を上げることは、研削性を上げる方向になり、一般的に、鳴き、ジャダー特性の劣化傾向になってしまうため、高い効きレベルと鳴き、ジャダー性の商品性の両立が困難である。それを改善するためにゴム系の材料を配合することにより改善効果を得られるが、配合すると摩擦材としての耐熱性が低下し高速、高温での効き、耐フェード性の低下につながってしまう。

又、近年、摩擦材はノンアスベスト化に伴って無機フィラーの使用比率が増加した結果、摩擦性能等の特性に関して、所望の性質の成形品を得ることが困難であるという問題が生じてきた。
実際、ディスクブレーキ、ドラムブレーキ共にノンアスベスト系摩擦材が多く使用されているが、問題点の一つとして制動時に鳴きと呼ばれる不快な音を発生することがある。
鳴き発生の原因は主にブレーキ制動時における摩擦材とディスクロータ及びドラムの摩擦振動であると考えられており、この鳴きを防止するために振動特性の良好な組成としたものを摩擦材の一部に設けた複合摩擦材や、摩擦材表面の硬度分布を工夫して摩擦振動が起こりにくい硬度分布にした摩擦材が考えられているが、製造コストが高い等の問題がある。
従って、本発明が解決しようとする課題は、ノンアスベスト系摩擦材において摩擦摩耗性能等の摩擦材自体の性能を損なうことなく、良好な鳴き、異音特性を持つノンアスベスト摩擦材を提供することである。

本発明は、下記の手段により上記の課題を解決した。
（１）熱硬化性樹脂結合材、補強繊維及び摩擦調整材を含む摩擦材とプレッシャプレートとが接着されたノンアスベスト摩擦部材において、前記摩擦材は、その接着面から有効摩耗代までの厚み部分に、エラストマー及び架橋剤を含む材料を加熱攪拌して得たプレミックス粒子が３０〜４０ｖｏｌ％更に配合されていることを特徴とするノンアスベスト摩擦部材。
（２）前記プレミックス粒子が、エラストマー、架橋剤及び補強繊維を含む材料を加熱攪拌して得たものである前記（１）記載のノンアスベスト摩擦部材。
（３）前記プレミックス粒子がエラストマーを１０〜９７ｖｏｌ％含むことを特徴とする前記（１）又は（２）記載のノンアスベスト摩擦部材。
（４）エラストマー及び架橋剤を含む材料を加熱攪拌して得られたプレミックス粒子を、熱硬化性樹脂結合材、補強繊維及び摩擦調整材を含む摩擦材料に配合した摩擦材原料と、該プレミックス粒子を配合しない摩擦材原料を金型に積層して予備成形した後、熱処理を行うことを特徴とする前記（１）記載のノンアスベスト摩擦部材の製造方法。

摩擦材のプレッシャプレート側の接着面と摩擦材の有効摩耗代までの厚み部分のみに、摩擦材の材料の他にプレミックスを含む層を設けることにより摩擦材自体の特性を変化させることなく、摩擦材の柔軟性を上げられることになるので、良好な鳴き、異音特性を持った摩擦部材を得ることが出来る。

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の摩擦部材は、プレッシャプレート２に接する側に、接着面（接着層）３があり、摩擦材６はプレミックス含有部分７及び有効摩耗代５からなる。それに対して、従来からの標準的な摩擦部材は接着面（接着層）３に摩擦材６を設けた構造である。
一般に摩擦材の製造は、摩擦材原料の配合、攪拌、常温における予備成形、熱成形、加熱（アフターキュア）、研磨等の仕上げ加工の各工程を経て行われている。熱成形工程では、結合材を熱による反応で硬化させることにより、摩擦材全体を強固に結合させて一体化させ、強度と硬度をもたせる。又、加熱（アフターキュア）条件も摩擦材の品質に影響を与える。摩擦材の結合材として一般的に用いられているのはノボラック型フェノール樹脂（各種変性タイプを含む）であり、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミン等が添加混合されている。この硬化剤は摩擦材原料の配合の際に粉末の状態で結合材のノボラック型フェノール樹脂と共に添加される。また、レゾール型フェノール樹脂も使用される。

ディスクブレーキパッド等に使用される摩擦材は、運動エネルギーを熱エネルギーに変えるため常に熱を発生し高温となる。従って、このような摩擦材には耐熱性、耐摩耗性等が要求されるばかりでなく、温度変化によっても摩擦係数の変化の少ない安定した摩擦特性も要求される。更に、ノイズ（鳴き）やジャダーの発生のないことも必要であり、摩擦材には多項目に及ぶ目標性能を満足することが求められている。

摩擦材は、プレッシャプレートに一体に接着されてディスクブレーキパッドとして用いられる。この接着は従来から一般にプレッシャプレートに接着剤を塗布し、熱成形することによって接着され、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂接着剤、或いは架橋性ゴム系接着剤等が使用されている。なお、この接着剤は、予備成形した摩擦材をプレッシャプレートと共に加圧加熱成形することによって、摩擦材の成形と同時に強力に接着される。

本発明では、摩擦部材の摩擦材のうち、接着面３（プレッシャプレート側の接着面）から有効摩耗代５までの厚み部分のみに、摩擦材の材料に加えてプレミックス４（ゴム、繊維、黒鉛等の複合物）を２〜４０ｖｏｌ％、好ましくは２０〜４０ｖｏｌ％配合した非石綿系パッド材質であることが特徴である。プレミックス含有部分７の厚みは１〜６ｍｍであり、摩擦材６の有効摩耗代５と同じ接着面２から１〜２ｍｍの範囲が好ましい。

本発明で使用されるプレミックスの構成材料はエラストマー及び架橋剤であり、さらに繊維を含むことができ、それぞれ摩擦材に使用される一般的な材料を使用することができる。
プレミックスは、シリコンゴム、ブチルゴム、クロロブチルゴム、ＮＢＲゴム等や、オレフィン系、塩化ビニル系、スチレン系、ポリエステル系等のエラストマーをベースとし、スチール繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維等の繊維類と、黒鉛等と、イオウ、架橋剤で構成され、ニーダー、バンバリーミキサー等の撹拌機により製造したものを使用する。アラミド繊維を使用する場合、平均直径１〜５０μｍ，平均長さ０．５〜５ｍｍ程度のものが好適である。架橋剤としては、エラストマーについて反応により架橋構造を与える物質が用いられるが、ゴムの場合、加硫促進剤が用いられ、その加硫促進剤としては、チアゾール系のＭＢＴ、ＭＢＴＳ、ＺｍＭＢＴや、チウラム系のＴＭＴＭ、ＴＭＴＤ、ＴＥＴＤ（いずれも略号）のような化合物を使用することができる。ベースとなるエラストマー、例えばゴムの含有量は全体の１０〜９７ｖｏｌ％、好ましくは、２０〜５０ｖｏｌ％使用する。繊維の含有量は全体の１〜９０ｖｏｌ％、好ましくは、３〜７０ｖｏｌ％である。加硫促進剤の含有量は全体の０．１〜１０ｖｏｌ％、好ましくは、０．５〜５ｖｏｌ％である。本発明で使用されるプレミックスの平均粒度は０．１〜８ｍｍ、好ましくは、０．５〜４ｍｍの範囲である。

本発明で使用されるプレミックスは、定法により造粒し熱処理で硬化させ粒子化することが可能であり、圧縮型、混合型、押出し型などの通常の造粒機を使用して造粒粒子化することができる。造粒の際、ゴムの配合量を調節するとゴムの融解により配合材料の造粒時の流動性を改善することができる。又、造粒後ふるいにかけて造粒した粒子の粒子サイズをそろえてもよい。

本発明で使用される摩擦材原料は、通常用いられる基材としての繊維成分、結合材、摩擦調整材等であり、非アスベスト系の原料である。
摩擦材の基材である繊維成分としては、スチール繊維、銅繊維、真鍮繊維等の金属繊維；芳香族ポリアミド繊維（アラミドパルプ等：市販品ではデュポン社製、商品名ケブラー等がある）、アクリル繊維、セルロース繊維、耐炎化アクリル繊維等の有機繊維；チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、ロックウール等の非アスベスト系無機繊維等が挙げられる。これらのうち一種または二種以上を組み合わせて使用することができる。

結合材としては、例えば、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、またはそれらの変性樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
摩擦調整材としては、例えば、カシューダスト、ゴムダスト、メラミンダスト等の有機ダスト；炭酸カルシウム、硫酸バリウム、水酸化カルシウム等のフィラー（充填材）；マグネシア、アルミナ、ジルコニア等の金属酸化物等の研削材；アルミニウム粉、銅粉、亜鉛粉等の金属粉、黒鉛、二硫化モリブデン等の潤滑材；等が挙げられ、これらの中から選んだ一種又は適宜組み合わせた二種以上を充填材として使用することができる。

更に、本発明の摩擦材においてロースチール系摩擦材の配合成分はフェノール樹脂、スチール繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、雲母、金属粉、硫化物、黒鉛、有機ダスト、アルミナ、マグネシア、鉱物、酸化鉄等からなる。

本発明によるノンアスベスト摩擦材の製造工程の概略はすでに述べたが、従来法と同様に板金プレスにより所定の形状に形成され、脱脂処理及びプライマー処理が施され、そして、接着剤が塗布されたプレッシャプレートと、耐熱性有機繊維や金属繊維等の補強繊維と、無機・有機充填材、摩擦調整材及び熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料とを配合し、攪拌により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で成形（予備成形）して作成した予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形、又は、予備成形工程を省略し熱成形型に攪拌材料を直接投入し熱成形して両部材を一体に固着し、アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施す。

本発明の摩擦材の製造工程において、有効摩耗代とプレミックス含有部分とからなる摩擦材の形成は、一般的な製法で行うことが出来る。すなわち、摩擦材成分に所定量のプレミックスを配合して撹拌した原料と、摩擦材成分だけを撹拌した原料を用意して、所定の厚みになるようにそれぞれ必要量を金型に積層して予備成形する通常の接着層を有する摩擦材と同じ製法を採用できる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例により限定されるものではない。

（実施例１〜４、参考例1〜２及び比較例１〜２）
第１表には本発明のプレミックス含有部分に使用した９種類のプレミックスの配合処方を示す。具体的には、クロロブチルゴム、シリコンゴム、ＮＢＲゴム、スチール繊維、アラミド繊維、セルロース繊維、フィラー及び加硫促進剤の配合比率をそれぞれ変更し、ニーダーで加熱攪拌し、平均粒径が約０．５〜４ｍｍの不定形粒子に造粒熱処理した。

（ブレーキパッドの作成）
第２表記載の処方に従って、調製した混合物を常温、２０ＭＰａで１分間加圧して予備成形した。次に、プライマー処理を施しフェノール樹脂系接着剤を塗布したプレシャープレートと共に熱成形金型内に、プレミックス含有配合物、有効摩擦代となる摩擦材の配合物を順次セットし、２０〜８０ＭＰａ、１００〜１７０℃の温度で１〜１０分間熱成形した。そして、２００〜４００℃で２０〜２００分間熱処理を行い、ブレーキパッドを作成した。その際、本発明のプレミックス含有部分の厚みは１ｍｍと２ｍｍである。
第２表には、本発明のプレミックスを含む摩擦材の配合処方と摩擦材の試験結果を示す。摩擦材はロースチール系摩擦材であり、各種配合材料の配合比率は下記の通りである。参考例１〜２及び実施例１〜３の摩擦材にはプレミックス配合例３を使用し、実施例４にはプレミックス配合例９を使用した。比較例１は、図２に示すようにプレミックスを添加しない標準型の摩擦材であり、比較例２は、図３に示す如く摩擦材中にプレミックスを均一に添加したものである。

ロースチール系摩擦材（実施例）の配合比率（ｖｏｌ％）
フェノール樹脂：２０
炭酸カルシウム：１０
硫酸バリウム：１０
カシューダスト：５
黒鉛：２０
アルミナ：５
アラミド繊維：５
スチール繊維：２０
銅：５

（摩擦材の評価）
作成した８種のブレーキパッドの摩擦性能及び物性値を測定した。その測定結果を第２表に示す。第２表中、異音はノイズ試験による異音の有無を評価し、鳴き特性は実車試験で行い、下記評価基準で判定した。
×：悪い
△：目標ぎりぎり
○：良好
摩擦係数はＪＡＳＯＣ４０６に準拠し計測した。又、剪断強度はＪＡＳＯＣ４２７に従い、２０℃における強度を測定した。圧縮変形はＡＫ−Ｓｔａｎｄａｒｄ（液圧１００ｂａｒ相当時の変位量）に従い測定した。
上記の評価結果から、せん断強度・圧縮変形・摩擦特性のバランスから接着面付近のプレミックス部分のプレミックス配合量は配合基材全体に対し２０〜４０ｖｏｌ％が適当である。

本発明により、鳴き、異音の発生が抑えられ、フェード特性と耐摩耗性が両立した摩擦部材が実用化された。従って、本発明の摩擦材は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に特に有用である。

本発明の摩擦部材の層構成の概略を示す断面図である。摩擦層単独からなる標準的な摩擦部材の断面図である。プレミックスが摩擦層全体に配合されていることを示す比較用摩擦部材の断面図である。

符号の説明

１摩擦部材
２プレッシャプレート
３接着面
４プレミックス
５有効摩耗代
６摩擦材
７プレミックス含有部分

Claims

熱硬化性樹脂結合材、補強繊維及び摩擦調整材を含む摩擦材とプレッシャプレートとが接着されたノンアスベスト摩擦部材において、前記摩擦材は、その接着面から有効摩耗代までの厚み部分に、エラストマー及び架橋剤を含む材料を加熱攪拌して得たプレミックス粒子が３０〜４０ｖｏｌ％更に配合されていることを特徴とするノンアスベスト摩擦部材。
前記プレミックス粒子が、エラストマー、架橋剤及び補強繊維を含む材料を加熱攪拌して得たものである請求項１記載のノンアスベスト摩擦部材。
前記プレミックス粒子がエラストマーを１０〜９７ｖｏｌ％含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のノンアスベスト摩擦部材。
エラストマー及び架橋剤を含む材料を加熱攪拌して得られたプレミックス粒子を、熱硬化性樹脂結合材、補強繊維及び摩擦調整材を含む摩擦材料に配合した摩擦材原料と、該プレミックス粒子を配合しない摩擦材原料を金型に積層して予備成形した後、熱処理を行うことを特徴とする請求項１記載のノンアスベスト摩擦部材の製造方法。