JP2008163178A - ブレーキ用摩擦材 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキ用摩擦材の性能を従来品よりも高めるために、高くて安定した摩擦係数を確保しながら、対面攻撃性及び摩擦材自体への攻撃性と錆落とし性能を満足のいくようにバランスさせることを課題としている。
【解決手段】繊維基材、摩擦調整材、有機充填材、無機充填材、及びバインダーの熱硬化性樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなるブレーキ用摩擦材に、粒子径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナ粒子を凝集させて形成される平均粒径が３０〜６０μｍの凝集アルミナを含ませた。
【選択図】なし

Description

この発明は、車両用、産業用のディスクブレーキやドラムブレーキなどに採用するブレーキ用摩擦材、特に、相手材の摺動面を傷つける対面攻撃性を抑えながら相手材の摺動面の浄化性能（特に錆落とし性能）を高めたブレーキ用摩擦材に関する。

ブレーキに採用される非石綿系摩擦材において、粒径の大きなアルミナ粒子やチタニア粒子などの硬質無機粒子を研磨材（アブレシブ）として使用することで、安定した高い摩擦係数を確保する手法が用いられている。しかしながら、粒径の大きな硬質無機粒子（単結晶粒子）は、相手材だけでなく摩擦材自体も過度に攻撃し、制動時のいわゆる鳴き（異音）やジャダを発生させやすいという問題がある。

その対応として、単結晶粒子が凝集して固まった凝集アルミナを研磨材として使用する方法が提案されている（特許文献１，２）。

また、凝集アルミナをさらに湿式粉砕することで鋭角な部分を減少させて対面攻撃性をより低下させ、同時に、二次粒子径（凝集アルミナの粒径）を一次粒子径（一次結晶アルミナの粒径）に近づけて摩擦材中での分散性を向上させ、摩擦係数を安定させる方法も提
案されている（特許文献３）。

特許文献１〜３が開示している凝集アルミナの粒径と、配合量は以下の通りである。
・特許文献１・・・一次粒子径：０．４μｍ、二次粒子径：５μｍ程度から２００μｍ程度の粒度範囲を有し、最大分布が６３μｍ。配合量０．５〜２０体積％。
・特許文献２・・・平均一次粒子径：１〜１０μｍ、平均二次粒子径：３０〜１００μｍ
。配合量０．１〜２％。
・特許文献３・・・平均一次粒子径：１．０〜５．０μｍ、粉砕凝集アルミナの平均粒子径：１．０〜１５．０μｍ。配合量０．１〜１．０体積％。
特開平０７−２４７３７２号公報 特開平１０−２０５５５５号公報 特開２００５−２６３８２３号公報

研磨材として凝集アルミナを採用すると対面攻撃性を弱めることができるが、その一方で、相手材を浄化する効果、特に錆落としの効果が低下する不具合がある。

特許文献１〜３が開示している摩擦材は、対面攻撃性と相手材の錆びを落とす性能のバランスがとれたものとは言い難い。例えば、特許文献３が開示している摩擦材は、粉砕凝集アルミナの平均粒子径を１５μｍ以下にしているので、満足できる錆落とし効果を期待できない。

また、特許文献１の摩擦材は、相手材の錆びを落とす性能（以下では、単に錆落とし性能と言う）と対面攻撃性に関する性能のどちらかが不十分になることが考えられ、信頼性に問題がある。特許文献２の摩擦材も、対面攻撃性が強すぎて錆落とし性能とのバランスがとれていない。

この発明は、ブレーキ用摩擦材の性能を従来品よりも高めるために、高くて安定した摩擦係数を確保しながら、対面攻撃性及び摩擦材自体への攻撃性と錆落とし性能を満足のいくようにバランスさせることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、繊維基材、摩擦調整材、有機充填材
、無機充填材、及びバインダーの熱硬化性樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなるブレーキ用摩擦材において、粒子径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナ粒子を凝集させて形成される平均粒径が３０〜６０μｍの凝集アルミナを含ませた。
その凝集アルミナの含有量は、０．１〜４．０体積％の範囲が好ましい。

なお、凝集アルミナを形成する粒子径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナは、αアルミナを使用する。アルミナは水酸化アルミニウムを焼成して生成される。その生成の過程で焼成温度を高めていくと最終的にαアルミナができる。そのαアルミナは、融点が２０５０℃、モース硬度（新モース硬度）１２の物性を示し、硬度が高いだけでなく、化学的に安定している、融点が高い、機械的強度が大きい等の優れた特性をもつ。

この発明の摩擦材は、粒径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナを一次粒子として使用することによって対面攻撃性を抑えつつも高い摩擦係数を確保でき、さらに、凝集アルミナ（二次粒子）の平均粒径を３０〜６０μｍとしたことにより錆落とし性能も確保され、結果として高い摩擦係数を持ちつつ、対面攻撃性及び摩擦材自体への攻撃性と錆落とし性能がバランスよく確保される。また、仮に凝集アルミナが粉砕された場合でも、粉砕されて生じるアルミナは細かい微粒アルミナであるため、粉砕脱落後も摩擦材自体への攻撃性は低い。

なお、一次粒子の粒子径が０．２μｍ未満であるものは摩擦性能が十分に確保されず、さらに、一次粒子の粒子径が０．９μｍを超えるものは対面攻撃性が強すぎるものになる
。従って、一次粒子である微粒アルミナ粒子は、その粒子径を０．２〜０．９μｍの範囲に制限した。

また、凝集アルミナの平均粒径が３０μｍ未満のものは、錆落とし性能が不満足なものになり、その平均粒径が６０μｍを超えるものは、凝集アルミナの分散性が悪化し、摩擦面の各域における錆落とし性能にばらつきがでる。従って、凝集アルミナの平均粒径は３０〜６０μｍの範囲とした。

なお、凝集アルミナの添加量は、０．１〜４．０体積％の範囲が適当である。後述の実施例によって証明されるように、その量が０．１体積％未満であると添加の効果が十分に発揮されず、一方、その量が４．０体積％を超えると対面攻撃性が強すぎるものになる傾向がある。

以下、この発明の摩擦材の実施形態について説明する。この発明の摩擦材は、繊維基材
として、アラミド繊維などの有機繊維、ロックウールなどの無機繊維、銅繊維などの金属繊維を使用する。有害な石綿は用いない。また、摩擦調整材及び充填材として、カシューダスト、チタン酸カリウム、グラファイト、硫酸バリウム、水酸化カルシウム、酸化ジルコニウムなどを使用する。

さらに、摩擦調整材を兼ねた研磨材として、微粒アルミナ粒子の凝集体、即ち、凝集アルミナを使用する。この凝集アルミナは、粒子径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナ粒子（α結晶の粒子）が凝集して形成されるものを使用し、その平均粒径は３０〜６０μｍとする。また、この凝集アルミナは、好ましくはその含有量を０．１〜４．０体積％の範囲に制限する。

これらの原料を結合させるバインダーは、熱硬化性樹脂を用いる。その熱硬化性樹脂は、耐熱性、難燃性、機械的特性などに優れたものが望ましく、フェノール樹脂はその要求に応えられる。

この発明の摩擦材は、必要な原料を所定の比率で配合して得られる原料組成物を、所定の温度と圧力を加えて成形し、さらに、バインダーの樹脂を熱硬化させ、必要に応じて仕上げ研磨などを施して摩擦パッドなどの所望の製品に仕上げる。成形と硬化は、前掲の特許文献２，３が開示しているような方法や摩擦材製造の一般的な方法で行える。製造条件も一般的に採用されている条件でよく、特別な条件は必要でない。

−実施例−
性能評価のために、凝集アルミナを含む摩擦材を試作した。その試作摩擦材に添加した微粒アルミナ粒子の粒径（一次粒子径）と凝集アルミナの粒径（二次粒子径）の関係を表１に示す。また、試作摩擦材の原料成分とその原料成分の含有量を表２に示す。また、各試作摩擦材について実施した摩擦性能試験、ロータ攻撃性（対面攻撃性）試験、錆落とし性能試験、凝集アルミナの分散性評価の結果も表２に併せて示す。表２の実施例１〜１３はいずれも発明品である。性能評価のために実施した試験の方法と評価の基準を以下にまとめる。

・〔摩擦性能試験〕
ＪＡＳＯ Ｃ４０６ に準拠したフルサイズダイナモ試験を行った。
判定基準：第２効力 速度Ｖｏ＝１００ｋｍ／ｈ、減速度＝０．６Ｇにおける摩擦係数μを求め、○：０．３７≦μ、×：μ＜０．３７として結果を表示。
・〔ロータ攻撃性試験〕
ＪＩＳ Ｄ ４４１１に準拠したロータ攻撃性試験を行った。
判定基準：摩擦材押付け圧０．０５ｋｇｆ／ｃｍ^２、実車１００ｋｍ／ｈ相当の回転数で２０時間試験を行った後のロータ摩耗量を測定し、○：ロータ摩耗量≦１０μｍ、×：１０μｍ＜ロータ摩耗量として結果を表示。
・〔錆落とし性能試験〕
自社基準の評価方法でフルサイズダイナモメータを使用して錆落とし性能をテスト。
判定基準：摩擦材を５０℃、湿度９５％の湿箱に入れて試験用に作成した錆付きロータを速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈ、減速度＝０．４Ｇで２００回摺り合わせ、試験前後の錆びの厚みから錆落とし率を算出して○：８０％≦錆落とし率、×：錆落とし率＜８０％として結果を表示。
＊錆落とし率（％）＝（試験前錆び厚み−試験後錆び厚み）×１００／試験前錆び厚み
・〔分散性〕
錆落とし性能試験の評価において分散性が錆落とし性能に与える影響をテストした。
判定基準：摩擦材を５０℃、湿度９５％の湿箱に入れて試験用に作成した錆付きロータを速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈ、減速度＝０．４Ｇで２００回摺り合わせた後の残存錆部分の面積割合（％）を求め、○：残存部分の面積割合≦２０％、×：２０％＜残存部分の面積割合として結果を表示。

−評価−
表２の試験結果からわかるように、比較例１は、摩擦性能に問題がある。これは、使用したアルミナの一次粒子径が小さ過ぎることが原因と考えられる。また、比較例２はロータ攻撃性（対面攻撃性）が悪い。その原因はアルミナの一次粒子径が大き過ぎることにあると考えられる。さらに、比較例３は錆落とし性能が悪く、比較例４は分散性が悪い。比較例３は凝集アルミナの粒径（二次粒子径）が小さ過ぎ、逆に比較例４は二次粒子径が大き過ぎると考えられる。

これに対し、実施例１〜７及び９〜１２は、すべての評価項目が○の判定になっている。なお、実施例８は摩擦性能が良くない。また、実施例１３はロータ攻撃性が良くない。その原因は試験データから考えて凝集アルミナの添加量の過不足にあると思われる。

Claims (2)

1. 繊維基材、摩擦調整材、有機充填材、無機充填材、及びバインダーの熱硬化性樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなるブレーキ用摩擦材において、粒子径０．２〜０．９μｍの微粒アルミナ粒子を凝集させて形成される平均粒径が３０〜６０μｍの凝集アルミナを含むことを特徴とするブレーキ用摩擦材。
2. 前記凝集アルミナの含有量が０．１〜４．０体積％であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ用摩擦材。