(57)【要約】【課題】高温域での摩擦係数低下が抑制され、摩擦係数の安定性に優れるとともに相手攻撃性が低減した非石綿系摩擦材を提供すること。【解決手段】８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上の金属粉末から成る骨材粉末と、有機繊維と、結合材とを含有する非石綿系摩擦材である。  高温摩擦後にこの非石綿系摩擦材の表面から２００μｍ以浅に形成される摩擦劣化層に含まれる上記の骨材粉末が、この高温摩擦前の１００〜６０％の大きさを有する。  骨材粉末の形状は、粒状、角部を有する粒状、多面体状である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上の金属粉末から成る骨材粉末と、有機繊維と、結合材とを含有する非石綿系摩擦材であって、
高温摩擦後にこの非石綿系摩擦材の表面から２００μｍ以浅に形成される摩擦劣化層に含まれる上記骨材粉末が、この高温摩擦前の１００〜６０％の大きさを有することを特徴とする非石綿系摩擦材。
【請求項２】
上記骨材粉末の形状が、粒状、少なくとも一部に角部を有する粒状又は多面体状であることを特徴とする請求項１に記載の非石綿系摩擦材。
【請求項３】
更に、８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上の金属繊維から成る骨材繊維を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の非石綿系摩擦材。
【請求項４】
更に、８０Ｈｖ以下の硬さ、１５０〜４００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、１０％以上の伸びを有し、融点が７００〜１１００℃の金属繊維から成る高温潤滑性繊維を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の非石綿系摩擦材。
【請求項５】
上記金属成分の総量が１０〜６０質量％であり、このうち上記骨材粉末及び上記骨材繊維が５〜４０質量％、上記高温潤滑性繊維が５〜３０質量％を占めることを特徴とする請求項４に記載の非石綿系摩擦材。
【請求項６】
上記骨材粉末と上記骨材繊維の合計量が５〜４０質量％であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つの項に記載の非石綿系摩擦材。
【請求項７】
上記高温潤滑性繊維を５〜３０質量％の割合で含むことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つの項に記載の非石綿系摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非石綿系摩擦材に係り、更に詳細には、石綿を用いない摩擦材であって車両用のブレーキパッドなどに使用される非石綿系摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用のブレーキパッドなどに用いられる非石綿系の摩擦材は、５００℃以上の高温下での摩擦係数低下が大きく、５００℃以上の高温環境下での使用に際しては、鉄繊維を配合するか、焼結系摩擦材を用いることが知られている。
【０００３】
また、従来、金属繊維、耐熱性有機繊維、所定の繊維基材、熱硬化性樹脂及び摩擦調整剤から成るブレーキ用摩擦材が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、このような摩擦材において、孔系と累積気孔率を調整して耐フェード性を向上するとともに相手攻撃性を低下させたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２６６２３１号公報
【特許文献２】特開平１１−３２２９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような摩擦材において、鉄繊維を配合したものや、焼結系摩擦材は、５００℃以下の摩耗と摩擦係数安定性に劣るという問題があった。
また、上記従来の摩擦材にあっては、５００℃を超える高温域での摩擦係数低下が必ずしも小さいといえず、また、５００℃以下における摩擦係数の安定性も十分とはいえなかった。更には、高温域での摩耗特性、特に相手攻撃性などについても更なる改善余地があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温域での摩擦係数低下が抑制され、摩擦係数の安定性に優れるとともに相手攻撃性が低減した非石綿系摩擦材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の骨材粉末を用い、必要に応じて所定の骨材繊維や高温潤滑性繊維を用いることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の非石綿系摩擦材は、８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上の金属粉末から成る骨材粉末と、有機繊維と、結合材とを含有する非石綿系摩擦材である。
高温摩擦後にこの非石綿系摩擦材の表面から２００μｍ以浅に形成される摩擦劣化層に含まれる上記骨材粉末が、この高温摩擦前の１００〜６０％の大きさを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、所定の骨材粉末を用い、必要に応じて所定の骨材繊維や高温潤滑性繊維を用いることとしたため、高温域での摩擦係数低下が抑制され、摩擦係数の安定性に優れるとともに相手攻撃性が低減した非石綿系摩擦材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の非石綿系摩擦材につき詳細に説明する。
上述の如く、本発明の非石綿系摩擦材は、骨材粉末と、有機繊維と、結合材を含有するものである。
【００１０】
ここで、上記の骨材粉末は、８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上である金属粉末から成る。
本発明において、この骨材粉末は、非石綿系摩擦材の骨格を形成する機能を有し、摩擦係数の低下、特に５００℃を超える高温下での摩擦係数の低下を抑制する役割を果たす。
【００１１】
この骨材粉末の形状、粉末径（粒径）及び粉末長は、特に限定されるものではないが、粒状、少なくとも一部に角部を有する粒状、ないしは多面体状であることが好ましく、粉末径は５μｍ〜１ｍｍφ、粉末長（最大長）は５μｍ〜１ｍｍとすることが好ましい。
なお、「最大長」は、当該粉末の内部を通る線分のうちで最も長いものを意味しており、例えば、粉末形状が楕円球の場合には長軸の長さを意味する。
【００１２】
本発明において、骨材粉末を構成する金属粉末としては、上述のような特性を有する金属成分から構成されるものであればよく、かかる金属粉末としては、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、ステンレスから成る金属粉末を挙げることができ、本発明ではこれらを単独で又は混合して用いることができる。
チタン合金、及びニッケル合金の特徴は、８５〜３５０Ｈｖの硬さ、３００〜１０００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、１０〜５０％の伸びを有することである。
【００１３】
また、本発明の非石綿系摩擦材においては、上述の骨材粉末と同質、即ち８５〜１４５Ｈｖの硬さ、４００〜６００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、２０〜４９％の伸びを有し、融点が１４５０℃以上である性質、の金属繊維から成る骨材繊維を配合することが好ましい。
【００１４】
この骨材繊維は、上記の骨材粉末と同様に、非石綿系摩擦材の骨格を形成する機能を有し、摩擦係数の低下、特に５００℃を超える高温下での摩擦係数の低下を抑制する役割を果たす。
なお、この骨材繊維の繊維径及び繊維長は、特に限定されるものではないが、３０〜１００μｍφ×１〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００１５】
本発明において、骨材繊維としては、上述のような特性を有する金属繊維から構成されるものであればよく、かかる金属繊維としては、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、ステンレスから成る金属繊維を挙げることができ、本発明ではこれらを単独で又は混合して用いることができる。
チタン合金、及びニッケル合金の特徴は、８５〜３５０Ｈｖの硬さ、３００〜１０００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、１０〜５０％の伸びを有することである。
【００１６】
次に、有機繊維は、摩擦材を補強する機能を有し、耐熱性を有するものがよく、例えば、アラミド繊維、フェノール繊維、及びアクリル繊維を挙げることができる。
結合材は、各種成分を相互に結合させる機能を有し、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、及びフラン樹脂を挙げることができる。
【００１７】
なお、本発明の非石綿系摩擦材においては、上述の金属繊維、金属粉末以外の金属繊維として、８０Ｈｖ以下の硬さ、１５０〜４００Ｎ／ｍｍ２の引張強さ、１０％以上の伸びを有し、融点が７００〜１１００℃の金属繊維から成る高温潤滑性繊維を配合することできる。
【００１８】
このような高温潤滑性繊維を構成する金属繊維としては、上記の特性を満足する限り特に限定されるものではないが、典型的には、銅（Ｃｕ）、銅合金から成る繊維を例示できる。
かかる高温潤滑性繊維の配合により、高温域での相手攻撃性を有意に低減させることができる。
【００１９】
即ち、本発明の非石綿系摩擦材において、構成材である骨材粉末（金属粉末）として、高温下でも強度を保持できる金属粉末と潤滑効果のある金属繊維（高温潤滑性繊維）を併用すると、５００℃以上の高温下での摩擦係数の低下が効果的に抑制されるが、これとともに、摩擦材の形状（骨格）を維持でき、摩擦材とローターの両者の急激な摩耗増を抑制できる。
この際、骨材粉末を含有することの利点は、摩擦材とローターの両者の急激な摩耗増を有意に抑制することである。
【００２０】
また、上述の如く、本発明では、骨材粉末と同質の骨材繊維を配合してもよいが、かかる骨材繊維を配合すると、上記骨材粉末の機能が補強され、５００℃以上の高温下での摩擦係数の低下が十分に抑制され、これとともに、摩擦材の形状（骨格）が十分に維持される。
【００２１】
本発明の非石綿系摩擦材においては、金属成分として、骨材粉末、骨材繊維及び高温潤滑性繊維を含み、この金属成分が総量として１０〜６０質量％の割合で含まれ、このうち骨材粉末及び骨材繊維が５〜４０質量％分、高温潤滑性繊維が５〜３０質量％分を占めることが好ましい。
【００２２】
金属成分総量が１０質量％未満では、高温下での摩擦係数の低下を抑制することができないことがあり、６０質量％を超えると、高温下での摩擦係数の低下を抑制することは可能であるが、相手攻撃性が増大し、ローター摩耗と摩擦材の摩耗が増大するとともに、異音や鳴きが発生し易くなることがある。
骨材粉末及び骨材繊維が５質量％未満では、高温下での摩擦係数の低下を抑制できないことがあり、４０質量％を超えると、高温下での摩擦係数の低下を抑制することは可能であるが、相手攻撃性が増大し、ローター摩耗と摩擦材の摩耗が増大するとともに、異音や鳴きが発生し易くなることがある。
また、高温潤滑性繊維が５質量％未満では、潤滑性繊維の機能を果たすことができないことがあり、異音や鳴きが発生し易く、また、高温下での潤滑性能が低下することで、骨材繊維、同質金属粉末及び研削材（配合した場合）によるローター摩耗が増大することがあり、３０質量％を超えると、潤滑性能が過剰となり高温下での摩擦係数の保持を阻害することがある。
【００２３】
なお、本発明の非石綿系摩擦材は、上述の成分以外にも、無機繊維、有機充填材、充填材、潤滑材、及び研削材などを含有することができる。
無機繊維としては、ロックウールやガラス繊維などを例示でき、有機充填材としては、ゴムやダストなど、充填材としては、硫酸バリウムやマイカ、酸化カルシウムなど、潤滑材としては、黒鉛やカーボン、金属硫化物など、研削材としてはジルコニアやアルミナ、マイカなどを例示できる。
【００２４】
また、本発明の非石綿系摩擦材においては、高温摩擦後にこの非石綿系摩擦材の表面から２００μｍ以浅に摩擦劣化層が形成される。そして、この摩擦劣化層には、上記の骨材粉末と、配合した場合には上記の骨材繊維が、高温摩擦前の１００〜６０％の大きさで含まれて存在している。
即ち、高温摩擦後においても、骨材粉末や骨材繊維の大きさは余り小さくならず、このことからも、骨材粉末が、配合した場合の骨材繊維と相俟って骨格形成材としての機能を十分に果たしており、当該非石綿系摩擦材の高温域での摩擦係数低下を十分に抑制していると推察される。
【００２５】
また、本発明の非石綿系摩擦材は、高温摩擦後にこの非石綿系摩擦材の表面から２００μｍ以浅に形成される摩擦劣化層において、この摩擦劣化層直下に上記金属成分が存在している。
即ち、高温摩擦後においても、摩擦劣化層直下に上記金属成分が十分に存在し、このことからも、上記金属成分が摩擦材を形成するための機能を十分に果たし、当該非石綿系摩擦材の高温域での摩擦係数低下を十分に抑制していることが分かる。
【００２６】
更に、本発明の非石綿系摩擦材は、上記摩擦劣化層下において、この層下に存在する金属成分量が、この高温摩擦前の８０〜１００質量％の量を有することが好ましい。
即ち、高温摩擦後においても、上記金属成分の成分量を余り減少させず、このことからも、上記金属成分が摩擦材の形状を保持する為の補強材としての機能を十分に果たし、当該非石綿系摩擦材の高温域での摩擦係数低下を十分に抑制していることが分かる。
【００２７】
高温摩擦は、具体的には、７００℃において、ロータなどの回転体をパッド形状に形成した非石綿系摩擦材で挟んで制動させることによって行うことができ、例えば、自動車の速度換算としては、時速１４４ｋｍから時速８０ｋｍ相当に減速する条件下で行うことができる。
【００２８】
このような特性の観点からは、チタン（Ｔｉ）及びチタン合金が良好であり、例えば、３０μｍの繊維径又は４５μｍの粉末径を有するチタン（Ｔｉ）は、高温摩擦後も繊維径、粉末径が変化せず、しかも摩擦劣化層直下にも形状が変化せずに存在する。
また、ニッケル（Ｎｉ）及びニッケル合金も使用可能であり、例えば、５０μｍの繊維径、５０μｍの粉末径を有するニッケル（Ｎｉ）では、高温摩擦後の繊維径及び粉末径は１０μｍ程度への低減に留まる。但し、ニッケルを金属成分として用いた場合、補強機能としての効果は高いが、ニッケルと硫化物の関係から、硫化物と合せて使用しないほうが好ましい。
【００２９】
本発明の非石綿系摩擦材において、各種成分の配合量は、上記の高温摩擦後の特性を満足する限り特に限定されるものではないが、骨材粉末と骨材繊維から成る金属成分を合計量で５〜４０質量％、必要に応じて高温潤滑性繊維を５〜３０質量％の割合で配合することが好ましい。
骨材粉末及び骨材繊維から成る金属成分の合計量が５質量％未満では、摩擦材の形状を維持できなくなり、高温摩擦時の摩擦材の形状機能を果たすことができなくなることがある。また、４０質量％を超えると異音や鳴きが発生し易く、また摩耗も多くなることがある。
また、高温潤滑性繊維の配合量が５質量％未満では、潤滑性繊維の機能を果たすことができなくなることがあり、異音や鳴きが発生し易く、また摩耗も多くなることがある。また、３０質量％を超えると、高温摩擦時の潤滑性能が過剰となり従来の摩擦機能を阻害し、高温時の摩擦係数が低下することがある。
【００３０】
次に、本発明の非石綿系摩擦材の製造方法について説明する。
本発明の非石綿系摩擦材は、上述の各種成分を均一に混合した後、予備成形し、次いで金型内に裏金及び予備成形体を挿入した後、加熱加圧成形法で成形した後、熱処理を行うことにより製造することや、均一に混合した後、金型内に混合粉と裏金を挿入した後、加熱加圧成形法で成形すること、又は加熱加圧成形法で成形した後、熱処理を行うことにより製造することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１〜３、比較例１〜４）
表１に示す各種配合成分を均一に混合した後、予備成形し、次いで金型内に裏金及び予備成形体を挿入した後、加熱加圧成形法で成形した後、熱処理を行い、各例の摩擦材を製造した。
なお、表１において、チタン２８質量％は１０ｖｏｌ％、銅３８質量％、３４質量％、２８質量％及び１４質量％はそれぞれ１４ｖｏｌ％、１２ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％、５ｖｏｌ％、スチール３０質量％及び１７質量％は１０ｖｏｌ％、６ｖｏｌ％に相当し、その他使用している摩擦材成分の使用量、密度と摩擦材の重量、密度の関係から測定することができる。
【００３３】
【表１】
2010090294.tif 000002
【００３４】
［性能評価］
（１）フェード時の摩擦係数変化
各例の摩擦材を１／５サイズブレーキダイナモスケール試験機を用いて、下記の試験条件に供した。具体的には、すり合わせ１→すり合わせ２→本試験の順で処理し、本試験での摩擦係数を測定し、得られた結果を図１に、その測定値を表２に示した。
【００３５】
・すり合わせ１
制動前温度：１２０℃
制動初速度：６０ｋｍ／ｈ
制動終速度：  ０ｋｍ／ｈ
減速度    ：０．３Ｇ
制動回数  ：２００回
【００３６】
・すり合わせ２
制動前温度：８０℃
制動初速度：１３０ｋｍ／ｈ
制動終速度：  ０ｋｍ／ｈ
減速度    ：０．６Ｇ
制動回数  ：１０回
【００３７】
・本試験
制動前温度：６０℃
制動初速度：１４４ｋｍ／ｈ
制動終速度：  ８０ｋｍ／ｈ
減速度    ：０．５Ｇ
制動間隔  ：２２秒
制動回数  ：摩擦材が７００℃に到達するまで実施
【００３８】
（２）摩耗量
ＪＡＳＯ  Ｃ４０６：２０００に準拠したテストピース試験を行った後、各例の摩擦材の摩耗量を測定した。摩耗量については、パッド厚さとロータ厚さの減少量を測定し、得られた結果を表３に示す。
【００３９】
【表２】
2010090294.tif 000003
【００４０】
【表３】
2010090294.tif 000004
【００４１】
（ａ）試験条件
ねずみ鋳鉄製のローターを用い、実施例１の摩擦材をパッドとして試験を行った。速度１４４ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈに減速させた。初期温度は６０゜、減速度は０．５Ｇとした。
【００４２】
（ｂ）試験結果
実施例１の摩擦材では、温度が７００℃のとき、制動回数は７回で、摩擦係数μは０．４０であった。また、テストピース試験時のロータ厚さ減は、０．００１ｍｍ、パッド厚さ減は０．９３ｍｍとなった。
実施例２の摩擦材では、温度が７００℃のとき、制動回数は７回で、摩擦係数μは０．４０であった。また、テストピース試験時のロータ厚さ減は０．００２ｍｍ、パッド厚さ減は０．８９ｍｍとなった。
実施例３の摩擦材では、温度が７０００℃のとき、制動回数は７回で、摩擦係数μは０．４０であった。また、テストピース試験時のロータ厚さ減は０．００５ｍｍ、パッド厚さ減は１．１４ｍｍとなった。
一方、比較例１の摩擦材では、温度は７００℃のとき、制動回数は７回で、摩擦係数μは０．４０であった。また、テストピース試験時のロータ厚さ減は０．０１０ｍｍ、パッド厚さ減は１．０２ｍｍとなった。
【００４３】
また、実施例１（骨材粉末の形状が球状）及び実施例２（骨材粉末の形状が角部を有する多面体状）の摩擦材について、フェード試験終了後のＳＥＭ写真をそれぞれ図２及び図３に示す。
図２及び図３は、フェード試験前の各摩擦材断面の任意の１カ所とフェード試験終了後における各摩擦材断面（摩擦劣化層）の任意の２カ所を示しており、下段は上段に示したものの拡大図であるが、若干白色を帯びた円状像又は角形像が同種金属粉末を示している。
これらの図において、実施例１の摩擦材では同種金属粉末はフェード試験前の大きさの９５％、実施例２の摩擦材では８２％の大きさを維持している。
【００４４】
以上の結果から、実施例１及び２は、比較例１と比較すると、骨材繊維が骨材粉末に置き換えて配合されているが、その金属成分の機能が充分に発揮されており、高温下での摩擦係数低下が抑制されている。
また、骨材粉末と高温潤滑繊維の配合が最適化されており、高温下での摩擦係数低下の抑制と安定した摩擦係数とパッド、ローターの摩耗を、骨材繊維や高温潤滑繊維などの金属繊維をのみを使用した場合以上に低減する効果がある。よって、高温下での摩擦係数低下の抑制と摩擦係数の安定性に優れるとともにパッド、ローター摩耗低減が可能であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】各例の摩擦材につきフェード時の摩擦係数変化を測定したグラフである。
【図２】摩擦材についてのフェード試験終了後のＳＥＭ写真である。
【図３】摩擦材についてのフェード試験終了後のＳＥＭ写真である。
【図１】
2010090294.tif 000005
【図２】
2010090294.tif 000006
【図３】
2010090294.tif 000007