JP5691125B2

JP5691125B2 - 摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材

Info

Publication number: JP5691125B2
Application number: JP2008275329A
Authority: JP
Inventors: 光朗海野
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP2010024429A

Description

本発明は、自動車等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の摩擦材に適した摩擦材組成物、この摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材に関する。

自動車等には、その制動のためにディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材が使用されている。前記摩擦材は、制動のために相手材、例えば、ディスクローター、ブレーキドラム等と摩擦することにより制動の役割を果たしており、そのため高い摩擦係数と摩擦係数の安定性だけでなく、鳴きの発生が少ないことが求められる。

ブレーキ鳴きは、特に、低温、高湿放置後の制動、例えば朝、一晩放置してあった自動車を走行する際に一回目の制動を行ったときに発生しやすい傾向があり、静粛性の観点でこの低温、高湿放置後の鳴き低減が大きな課題となっている。

この放置後のブレーキ鳴きを低減する従来技術として、低温、高湿放置後の摩擦係数を抑制するいくつかの方法が報告されている。例えば、摩擦材の吸湿を抑制するために疎水性シリカを用いた例（例えば、特許文献１参照）や、結合材として芳香族フェノール樹脂を用いた例（例えば、特許文献２参照）、シリコーン系オイルを含侵した無機質多孔質体からなるシリコーン含侵多孔質体を用いた例（例えば、特許文献３参照）、摩擦材中の気孔を小さくする例（例えば、特許文献４参照）等が提案されているが、ブレーキ鳴きの特に発生しやすい条件、即ち５℃以下の極低温での放置後のブレーキ鳴きを効果的に抑制し得ないという問題があった。

ところで、低温、高湿放置後にブレーキ鳴きが増加する現象は、摩擦係数及び一制動中の車速に対する摩擦係数の負勾配が増加することに伴って起きることが近年の研究報告で明らかになっている。

一制動中の車速に対する摩擦係数の負勾配とは、Ｖ（車速）に対するμ（摩擦係数）の負の勾配を示し、「μ−Ｖ負勾配」と呼ばれる。
また、低温、高湿放置後の制動では車速の低下とともにμが増加するため、Ｖに対しμは負に大きい勾配を示しやすい。この負の勾配が大きいと自励振動を励起力とするブレーキ鳴きが発生しやすくなる。

前述のように低温、高湿放置後の摩擦係数を低減することで低温、高湿放置後のブレーキ鳴きを抑制する方法はいくつか提案されているが、この低温、高湿放置後のμ−Ｖ負勾配を低減する手法については充分に確立していない。

特開２００３−００３１５５号公報特開平１１−２８６６７６号公報特開平１０−２４５５４４号公報特開平１１−３２５１４１号公報

本発明は、上記事情を鑑みなされたもので、低温、高湿放置後のμ−Ｖ負勾配を低減する観点で、従来品に対して低温、高湿放置後の鳴きを低減することが可能な摩擦材組成物、この摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供することを目的とするものである。

本発明者等は、上記目標を達成するため、微粒の酸化ジルコニウムを１５〜３５質量％含有し、かつ酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材の含有量を２．０質量％以下とすることで、相手材とのすり合わせ後の摩擦材摺動面が平滑となり、低温、高湿放置後、即ち−５℃〜５℃の条件で数時間放置した状態で一制動中の摩擦材表面と対面材の真実接触面積の増大が抑制され、その結果、低温、高湿放置後のμ−Ｖ負勾配が低減されることで低温、高湿放置後のブレーキ鳴きが低減することを見出した。

また、前述の酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材として珪酸ジルコニウムを用いることで、摩擦係数が抑えられ、さらにブレーキ鳴きの発生が抑制されることを見出した。
また、前述の珪酸ジルコニウムの５０％粒径が１０μｍ以下であることで摩擦係数がより抑えられ、さらにブレーキ鳴きの発生が抑制されることを見出した。

本発明は、次の事項に関する。
（１）繊維基質、無機充填材、結合材、有機充填材及び研削材を含む摩擦材組成物において、
前記研削材として５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムを１５〜３５質量％含有し、かつ酸化ジルコニウム以外のモース硬度が７以上の研削材を２．０質量％以下含有した摩擦材組成物。
（２）前記酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材が、珪酸ジルコニウムである上記（１）記載の摩擦材組成物。
（３）前記珪酸ジルコニウムの５０％粒径が、１０μｍ以下である上記（２）記載の摩擦材組成物。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の摩擦材組成物を加熱加圧成形した摩擦材。
（５）上記（４）記載の摩擦材と裏金とを一体化した摩擦部材。

本発明によれば、従来品と比較して低温、高湿放置後、特に極低温放置後のブレーキ鳴きを低減することが可能な摩擦材組成物、この摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供することができる。

以下、本発明の摩擦材組成物について詳述する。
本発明の摩擦材組成物は、繊維基質、無機充填材、結合材、有機充填材及び研削材を含む摩擦材組成物であり、前記研削材として、５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムを１５〜３５質量％含有し、かつ酸化ジルコニウム以外のモース硬度が７以上の研削材を２．０質量％以下含有することを特徴とする摩擦材組成物であり、粒径の細かい酸化ジルコニウムを多量に含有することで、相手材とすり合わせ後の摩擦材表面が数十〜数百ミクロンのオーダーで平滑になる。

その結果、低温放置後のような摩擦材の弾性率が高い状態、即ち、制動初期の真実接触面積が小さく、制動後期になって摩耗粉の介在により真実接触面積が増大する状態においても制動初期から制動後期にかけて摩擦界面の真実接触面積の変化が少なくなり、μ−Ｖ負勾配が低減される。

酸化ジルコニウムの含有量が１５質量％以上であればμ−Ｖ負勾配の低減効果が小さいこともなく、３５質量％以下であれば、低温、高湿放置後だけでなく通常の制動時においても、摩擦係数が高くなりブレーキ鳴きの発生が多くなるという問題も生じにくい。５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムのより好ましい含有量は、２０〜３５質量％である。
また、酸化ジルコニウムの５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲と規定したのは、０．１μｍ以上とすることで、また５．０μｍ以下とすることで、低温、高湿放置後のμ−Ｖ負勾配の低減を小さくし、ブレーキ鳴きを抑制することができるためである。

また、同時に酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材の含有量が２．０質量％以下でなければならない。モース硬度７以上の研削材は制動時に相手材を削り易く、その引っ掻き抵抗は速度が高いほど低下する。

５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムを１５〜３５質量％含有する摩擦材組成物において、酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材の含有量が２．０質量％以下であれば、低温、高湿放置後のμ−Ｖ負勾配が増大せず、また、低温、高湿放置後だけでなく通常の制動時においても、摩擦係数が高くなることによるブレーキ鳴きの発生を低減できる。酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材の含有量は、０．１〜１．５質量％である。
酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材としては、珪酸ジルコニウム、アルミナ、炭化珪素等を用いることができる。

５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムが１５〜３５質量％含有される摩擦材組成において、摩擦調整材として含有される前述のモース硬度７以上の研削材は、珪酸ジルコニウムであることが好ましい。珪酸ジルコニウムは、モース硬度７以上の研削材のなかでも比較的対面攻撃性が小さく、摩擦係数を増大させ難いため、５０％粒径が０．１〜５．０μｍの酸化ジルコニウムが１５〜３５質量％含有される摩擦材組成において、研削材成分として好ましい。

また、前記珪酸ジルコニウムの５０％粒径は、１０μｍ以下であることが好ましい。５０％粒径が１０μｍ以下である珪酸ジルコニウムは、モース硬度７以上の研削材のなかでも比較的対面攻撃性が小さく、摩擦係数を増大させ難いため、５０％粒径が０．１〜５．０μｍの酸化ジルコニウムが１５〜３５質量％含有される摩擦材組成物において、研削材成分として好ましい。

本発明に用いられる繊維基材としては、金属繊維、無機繊維、有機繊維等が挙げられる。
このうち、金属繊維としては、銅繊維、黄銅繊維、青銅繊維、鉄繊維、チタン繊維、亜鉛繊維、アルミ繊維等を用いることができ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

無機繊維としては、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、鉱物繊維、炭素繊維、ガラス繊維、チタン酸カリウム繊維、シリケート繊維等を用いることができ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができるが、環境物質低減の観点で吸引性のチタン酸カリウム繊維やセラミック繊維を含有しないことが好ましい。

有機繊維としては、アラミド繊維、アクリル繊維、セルロース繊維、フェノール樹脂繊維等を用いることができ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、繊維基材は、組成物中に５〜３０質量％含有することが好ましく、１０〜２０質量％含有することがより好ましい。

本発明に用いられる無機充填材としては、例えば、三硫化アンチモン、硫化スズ、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ドロマイト、コークス、黒鉛、マイカ、酸化鉄、バーミキュライト、粒状チタン酸カリウム、硫酸カルシウム、板状チタン酸カリウム、タルク、クレー、ゼオライト等を用いることができ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。
前記無機充填材の含有量は、摩擦材用組成物において２０〜８０質量％であることが好ましく、３０〜６０質量％であることがより好ましい。

本発明の摩擦材組成物に含まれる結合材は、通常、摩擦材に用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂等の各種変性フェノール樹脂等が挙げられ、特に、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂が好ましく、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

本発明の摩擦材用組成物に含まれる有機充填材としては、例えば、カシュ−ダスト、タイヤゴム粉、アクリルゴム粉、イソプレンゴム、ＮＢＲ粉、ＳＢＲ粉等が挙げられ、単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。

本発明の摩擦材組成物は、自動車等のディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材として又は本発明の摩擦材組成物を目的形状に成形、加工、貼り付け等の工程を施すことによりクラッチフェーシング、電磁ブレーキ、保持ブレーキ等の摩擦材としても使用することができる。

また、本発明の摩擦材組成物は、前記の材料以外に、必要に応じてその他の材料を配合することができ、例えば、銅粉、亜鉛粉、黄銅粉等の金属粉末等を配合することができる。

また、本発明の摩擦材組成物は、一般に使用されている方法を用いて摩擦材を製造することができ、本発明の摩擦材組成物を加熱加圧成形して製造することができる。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形金型にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１３０〜１６０℃、成形圧力２０〜５０ＭＰａの条件で２〜１０分間で成形し、得られた成形物を１５０〜２５０℃で２〜１０時間熱処理することにより本発明の摩擦材を得ることができる。なお、必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理等を行ってもよい。

本発明の摩擦材組成物は、摩擦面となる摩擦部材そのものとして用いて摩擦材を得ることができる。それを用いた摩擦材としては、例えば、（１）摩擦部材のみの構成、（２）裏金と、この裏金の上に形成させ、摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる摩擦部材とを有する構成や、（３）上記（２）の構成において、裏金と摩擦部材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、裏金と摩擦部材の接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成、等が挙げられる。
裏金、プライマー層、接着剤層は、摩擦材に通常用いられるものを使用できる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。本発明は何らこれらに限定されるものではない。
＜実施例１〜４及び比較例１〜４＞
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例１〜４及び比較例１〜４の摩擦材組成物を得た。

この摩擦材組成物をレディーゲミキサー〔（株）マツボー社製、商品名：レディーゲミキサーＭ２０〕で混合し、この混合物を成形プレス〔王子機械工業（株）製）で予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１４５℃、成形圧力３０ＭＰａの条件で５分間成形プレス（三起精工社製）を用いて加熱加圧成形した。

得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、５００℃のスコーチ処理を行ってディスクブレーキパッドを得た。なお、本実施例では、摩擦材投影面積５２ｃｍ^２のディスクブレーキパッドを作製した。

なお、表１中の酸化ジルコニウム（１）〜（３）、珪酸ジルコニウム（１）、（２）の詳細は以下の通りである。
酸化ジルコニウム（１）：第一稀元素化学工業（株）製、商品名：ＢＲ−３ＱＺ、Ｄ５０％粒度＝２．０μｍ
酸化ジルコニウム（２）：第一稀元素化学工業（株）製、商品名：ＢＲ−ＱＺ、Ｄ５０％粒度＝６．５μｍ
酸化ジルコニウム（３）：第一稀元素化学工業（株）製、商品名：ＢＲ−１２ＱＺ、Ｄ５０％粒度＝８．５μｍ
珪酸ジルコニウム（１）：第一稀元素化学工業（株）製、商品名：ＭＺ−１０００Ｂ、Ｄ５０％粒度＝１．５μｍ
珪酸ジルコニウム（２）：第一稀元素化学工業（株）製、商品名：ＭＺ−５０Ｂ、Ｄ５０％粒度＝１７．０μｍ

（低温放置後ブレーキ鳴き及びμ−Ｖ負勾配の評価）
前記の方法で作製した実施例１〜４及び比較例１〜４のディスクブレーキパッドを、ブレーキダイナモ試験機を用いて低温放置後ブレーキ鳴きの評価を行った。実験には、一般的なピンスライド式のコレット型キャリパー及びキリウ社製ベンチレーテッドディスクローター（ＦＣ２５０）を用い、日産自動車製スカイラインＶ３５の慣性モーメントで評価を行った。
また、低温放置後の鳴きを顕著に発生させるために、ディスクブレーキパッドには、一般的に鳴き防止のために装着される減衰シムを用いずに試験を行った。

ＪＡＳＯＣ４２７に準拠したすり合わせ（初速度５０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇ、制動前ブレーキ温度１００℃、制動回数２００回）を行ったあと、温度５℃、湿度４０％ＲＨの環境で４時間放置し、１２０秒のインターバルで車速１０ｋｍ／ｈ、ブレーキ液圧０．５ＭＰａの制動を５０回繰り返した。

その後、温度−５℃の環境で４時間放置し、１２０秒のインターバルで車速１０ｋｍ／ｈ，ブレーキ液圧０．５ＭＰａの制動を５０回繰り返した。この試験において、５℃及び−５℃の環境で放置した後の低速低減速度の制動における７５ｄＢ以上の音圧で計測されたブレーキ鳴きの発生率を実施例１〜４及び比較例１〜４のディスクブレーキパッドについて評価した。

また、制動後半の車速に対する摩擦係数の変化を一次近似し、その傾きをμ−Ｖ勾配とした。このμ−Ｖ勾配の値は、負に大きいほうが制動後半の摩擦係数の増加が大きくブレーキ鳴きに対して不利なことを示す。このμ−Ｖ勾配は、５℃及び−５℃各々の環境で放置した後の制動５０回の平均値を算出した。

※ 表１の配合量は、摩擦材組成物全体に対する質量％である。

表１に示されるように、本発明の乗用車用ブレーキパッド向け摩擦材組成物は、摩擦材としたときに、比較例の摩擦材組成物に比較して低温放置後、特に、極低温放置後のブレーキ鳴きを低減することが明らかである。

Claims

繊維基質、無機充填材、結合材、有機充填材及び研削材を含む摩擦材組成物において、
前記無機充填材が、三硫化アンチモン、硫化スズ、二硫化モリブデン、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ドロマイト、コークス、黒鉛、マイカ、酸化鉄、バーミキュライト、粒状チタン酸カリウム、硫酸カルシウム、板状チタン酸カリウム、タルク、クレー及びゼオライトからなる群から選択される少なくとも１種を含み、
前記繊維基質を前記摩擦材組成物中に１０〜２０質量％含有し、
前記無機充填材を前記摩擦材組成物中に３０〜６０質量％含有し、
前記研削材として、５０％粒径が０．１〜５．０μｍの範囲の酸化ジルコニウムを前記摩擦材組成物中に２０〜３５質量％含有し、
酸化ジルコニウム以外のモース硬度が７以上の研削材の含有量が前記摩擦材組成物中２．０質量％以下である摩擦材組成物。
前記酸化ジルコニウム以外のモース硬度７以上の研削材が、珪酸ジルコニウムを含む請求項１記載の摩擦材組成物。
前記珪酸ジルコニウムの５０％粒径が、１０μｍ以下である請求項２記載の摩擦材組成物。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦材組成物を加熱加圧成形した摩擦材。
請求項４記載の摩擦材と裏金とを一体化した摩擦部材。