(57)【要約】【課題】ノイズ及び振動を抑制することができる分子構造を有する樹脂を有する摩擦材を提供する。【解決手段】ポリマー鎖構造を有する熱可塑性樹脂を有する摩擦材であって、前記ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、前記ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であることを特徴とする、摩擦材。【選択図】図３
2010090335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー鎖構造を有する熱可塑性樹脂を有する摩擦材であって、
前記ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、
前記ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であることを特徴とする、摩擦材。
【請求項２】
前記ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）が５０以上である、請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂を０．００１〜６０ｖｏｌ％有する、請求項１又は２に記載の摩擦材。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミドから選ばれる少なくとも一種である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ及び振動を抑制することができる分子構造を有する樹脂を有する摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車や工作機等のクラッチ用又はブレーキ用摺材として用いられる摩擦材は、その結合剤としてフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を用いていたが、当該熱硬化性樹脂は摩擦時に分解・溶融を起こすことがあり、分解した材料が低分子となって、不均質な摩擦面となり、摩擦材のノイズ・振動特性に悪影響を及ぼしていた。
【０００３】
そのような性質を有する熱硬化性樹脂に替わって、ポリイミド樹脂を用いた摩擦材の技術が、これまでにも開示されている。
特許文献１は、芳香族ポリイミド樹脂を有するポリイミド系組成物を、加熱圧縮成形することによって得られたポリイミド系摩擦材に関する技術を開示している。
【０００４】
【特許文献１】特公平５−６２９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１中には、当該文献で開示されたポリイミド系摩擦材に関して、耐熱性、耐摩耗性及び機械的性質に優れ、且つ温度変化に対して安定した摩擦係数を有するとの記載があるが、これらの特性はあくまでも実験結果のみから得られた知見であり、したがって、摩擦材中の樹脂のミクロな分子構造を考察した結論ではないと考えられる。
本発明は、ノイズ及び振動を抑制することができる分子構造を有する樹脂を有する摩擦材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の摩擦材は、ポリマー鎖構造を有する熱可塑性樹脂を有する摩擦材であって、前記ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、前記ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であることを特徴とする。
【０００７】
このような構成の摩擦材は、温度変化に対して可逆な特性を示す熱可塑性樹脂を有することにより、温度変化に対して不可逆な特性を示す熱硬化性樹脂のような樹脂を用いた時と比較して、樹脂の分子構造から機械的特性を見積もることが可能である。また、本発明の摩擦材は、ある単位体積当たりに存在するポリマー鎖の数を意味した指標である前記Ｎｃｈａｉｎが６以上であることにより、高い摩擦係数を有することができる。さらに、本発明の摩擦材は、ポリマー鎖構造から決定される絡みやすさを表現した指標である前記ｌｐが７５Å以上であることにより、前記熱可塑性樹脂が、絡まる頻度が少ないポリマー鎖構造を維持することができ、したがって、摩擦係数を一定の値に安定に維持することができる。よって、本発明の摩擦材は、摩擦係数を高く、且つ、一定の値に維持する分子構造を有する樹脂を有することで、摩擦材の基本性能を損なうことなく、制動時における摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制することができる。
【０００８】
本発明の摩擦材は、前記ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）が５０以上であることが好ましい。
【０００９】
このような構成の摩擦材は、ポリマーの摩擦力エネルギーを受け入れる容量の大きさを示す指標である前記ｋｆｅｎｅが５０以上であることにより、前記熱可塑性樹脂が、前記ｋｆｅｎｅが５０未満である分子構造を有する樹脂と比較して大きなエネルギーを吸収でき、したがって、摩擦係数を一定の値に安定に維持することができる。
【００１０】
本発明の摩擦材は、前記熱可塑性樹脂を０．００１〜６０ｖｏｌ％有することが好ましい。
【００１１】
このような構成の摩擦材は、適切な量の前記熱可塑性樹脂を有することにより、コストを抑えて作製することができ、さらに摩擦係数を高く、且つ、安定に維持することができる。
【００１２】
本発明の摩擦材は、前記熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミドから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００１３】
このような構成の摩擦材は、直線状の結合を有する分子骨格を有し、且つ、分子同士は自由に流動するが、分子１つ１つは剛直で、他の樹脂と比較して曲がりにくく、且つ互いに絡みにくい前記熱可塑性樹脂を有することにより、摩擦係数を高く、且つ、安定に維持することができる。また、本発明の摩擦材は、前記熱可塑性樹脂を有することにより、他の樹脂を用いた時と比較して成形性が良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、温度変化に対して可逆な特性を示す熱可塑性樹脂を有することにより、温度変化に対して不可逆な特性を示す熱硬化性樹脂のような樹脂を用いた時と比較して、樹脂の分子構造から機械的特性を見積もることが可能である。また、本発明の摩擦材は、ある単位体積当たりに存在するポリマー鎖の数を意味する指標である前記Ｎｃｈａｉｎが６以上であることにより、高い摩擦係数を有することができる。さらに、本発明の摩擦材は、ポリマー鎖構造から決定される絡みやすさを表現した指標である前記ｌｐが７５Å以上であることにより、前記熱可塑性樹脂が、絡まる頻度が少ないポリマー鎖構造を維持することができ、したがって、摩擦係数を一定の値に安定に維持することができる。よって、本発明の摩擦材は、摩擦係数を高く、且つ、一定の値に維持する分子構造を有する樹脂を有することで、摩擦材の基本性能を損なうことなく、摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の摩擦材は、ポリマー鎖構造を有する熱可塑性樹脂を有する摩擦材であって、前記ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、前記ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であることを特徴とする。
【００１６】
前記ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）が５０以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の摩擦材は、ポリマー鎖構造を有する熱可塑性樹脂を有する摩擦材である。これは、温度変化に対して可逆な特性を示す熱可塑性樹脂を有することにより、温度変化に対して不可逆な特性を示す熱硬化性樹脂のような樹脂を用いた時と比較して、樹脂の分子構造から機械的特性を見積もることが可能であるからである。したがって、熱硬化性樹脂などの、温度に対して不可逆な反応性を示す樹脂は、本発明には用いないこととする。
なお、樹脂の分子構造から機械的特性を見積もる（シミュレートする）方法としては、分子動力学法等を用いることができる。
【００１８】
以下、本発明の発明者の一部によって開発された、ポリマー材料の設計方法および設計システム（特開２００６−３３８４４９号公報）の記載に基づいて、本発明に用いられるシミュレート方法に用いるパラメータである、ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）、ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）、ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）を、それぞれ説明する。
【００１９】
ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）としては、シミュレートする系の単位体積に含まれるポリマーの分子数（ポリマー鎖の本数）を用いて表された無次元量を用いることができる。また、単位体積に含まれる質点の数を用いて表された無次元量を使用してもよい。単位体積中に含まれるポリマーの分子数または質点（粒子）の数を用いて、系（ｓｙｓｔｅｍ）の密度が無次元量としてパラメータ化された普遍的モデルを得ることができる。当該普遍的モデルを用いることにより、該普遍的モデルの密度（無次元量）に対応する種々の系の密度（次元量）を求めることができる。
【００２０】
なお、本発明において「ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）」という場合には、単位体積を構成する奥行きを単位長さ１として、単位面積８［Å２］にポリマーを構成するモノマーが入る数を表す。言い換えると、ポリマーを構成するモノマーの断面積をｒｍｏｎ［Å２］とすると、Ｎｃｈａｉｎは、８をｒｍｏｎで割った値に相当する。単位面積８［Å２］にポリマーを構成するモノマーが入る数を具体的に算出する方法としては、原子の多体間でのファンデルワールス力により計算する方法が挙げられる。
【００２１】
ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）は、一面において、現実のポリマーの主鎖（ｂａｃｋｂｏｎｅ）に沿った接線−接線の相関関数（ｔａｎｇｅｎｔ−ｔａｎｇｅｎｔ  ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）として定義される。この定義による持続長は、分散実験（ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ）から、下記式（１）により得ることができる。
【００２２】
【数１】
2010090335.tif 000003
（ここで、ｔｐは、ポリマーの外形上の位置ｐにおける、該ポリマー鎖の外形に対する接線の単位ベクトルである。また、ｔｐ＋ｓは、ポリマーの外形上の位置ｐ＋ｓ（ｓは任意の位置）における、該ポリマー鎖の外形に対する接線の単位ベクトルである。）
【００２３】
また、持続長（ｌｐ）は、特性比Ｃ∞及びモノマー間の結合長ａから、下記式（２）により求めることも可能である（後述する表１参照）。
【００２４】
【数２】
2010090335.tif 000004
【００２５】
上記持続長は、ポリマー鎖が直線性を維持する長さ（すなわちポリマー鎖の剛直性（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ））を表す指標であって、持続長の値が大きいほどポリマー鎖の剛直性が高い（したがって屈曲性または柔軟性が低い）といえる。ポリマーの持続長はその化学的性質によって定まり、持続長を下回る長さスケールにおける現象（原子間の結合振動等）はポリマー材料のマクロ挙動（例えば摩擦係数）に対する寄与が少ない。
なお、モノマー間の結合長ａとは、具体的には、ポリマーの繰り返し単位のピッチの長さを表す長さである。
【００２６】
ポリマーの持続長（ｌｐ）としては、実験で得られたポリマーの持続長を、該ポリマーの質点間の結合長ｂで割って得られた無次元量（ｌｐ／ｂ）を採用し得る。これにより、ポリマーの屈曲性が無次元量として表された普遍的モデルを得ることができる。かかる普遍的モデルを用いることにより、密度パラメータについての上記説明と同様に、該普遍的モデルの屈曲性（無次元量）に対応する種々のポリマーの屈曲性（次元量）を求めることができる。
なお、本発明において「ポリマーの持続長（ｌｐ）」という場合には、特に、実験で得られたポリマーの持続長を、４．７Åで割った数値をいう。
【００２７】
特性比Ｃ∞とは、各々の質点に含まれるモノマーユニットの数を表す値である。
各種ポリマーについての特性比Ｃ∞の値は、例えば以下の公知文献（Ｉ）乃至（ＩＩＩ）から容易に得ることができる。
（Ｉ）  Ｒ．Ｓ．Ｐｏｒｔｅｒ  ａｎｄ  Ｊ．Ｆ．Ｊｏｈｎｓｏｎ，  Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．６６（１９６６）１。
（ＩＩ）  Ｊ．Ｂｒａｎｄｒｕｐ  ａｎｄ  Ｅ．Ｈ．Ｉｍｍｅｒｇｕｔ  （ｅｄｓ），  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  （Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  ２ｎｄ  ｅｄ．，  １９７５）。
（ＩＩＩ）Ｓ．Ｍ．Ａｈａｒｏｎｉ，  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  １６  １８６７  （１９７８）。
表１には、これらの文献に記載された特性比Ｃ∞ の一部を示している。ここに開示される方法は、必要に応じて、これらの文献または表１に記載された特性比Ｃ∞の値を採用して実施することができる。
【００２８】
【表１】
2010090335.tif 000005
【００２９】
ここで、表１中の記号の意味は以下のとおりである。
ｌｐ：持続長（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ  ｌｅｎｇｔｈ）［Å］、
ｍｂ：粒子（物理的モノマー）の質量［ｇ／ｍｏｌ］、
ａ：モノマーユニット（化学的モノマー）間の結合長［Å］、
Ｅ：粒子（物理的モノマー）間の結合エネルギー［ｍｅＶ］、
Ｃ∞：特性比（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ  ｒａｔｉｏ）、
ＲΘ：ポリマー鎖の回転半径の測定値
Ｎｂ：一本のポリマー鎖に含まれる粒子（物理的モノマー）の数、
Ａ：ポリマー鎖の断面積（ｔｕｂｅ  ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）、
ＮＣ：臨界分子量（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｗｅｉｇｈｔ）。
また、表１の最下欄には、この技術分野においてよく使用される代表的なモデルポリマー（ＦＥＮＥ  ｍｏｄｅｌ  ｐｏｌｙｍｅｒ）についての各種パラメータの値を示している。
【００３０】
なお、ポリマー鎖一本当たりの粒子の数Ｎｂは、例えば、一本のポリマー鎖に含まれるモノマーユニットの数Ｎ（すなわち、該ポリマーの重合度）を該ポリマーの特性比Ｃ∞で割った値として定められる（すなわちＮｂ＝Ｎ／Ｃ∞）。したがって、特性比Ｃ∞は各々の質点に含まれるモノマーユニットの数を表すともいえる。この特性比Ｃ∞は、現実のポリマー鎖の外形を一定のステップ長のランダムウォーク鎖の上にマッピングするために導入された量であって、ステップ長ａ、ステップ数Ｎのランダムウォークでは、その経路における末端間距離Ｒの二乗Ｒ２はステップ数に従う。すなわちＲ２＝Ｎａ２である。現実のポリマーの分子量当たりの末端間距離Ｒの二乗（Ｒ２／Ｍ）、モノマーユニット間の原子的な結合長ａおよびモノマーの質量ｍ０は、実験的に（例えば光散乱または中性子散乱を通じて）得ることができる。ここで、粗視化モデルにおいても、ポリマー鎖一本当たりの質点の数Ｎｂ（ステップ数）とそれらの質点間の距離ｂ（ステップ長）との間にＲ２＝Ｎｂｂ２の関係が保たれるべきである。したがって、分子量Ｍ＝Ｎｍ０およびＲ２／Ｍ＝（Ｎｂ／Ｍ）ｂ２＝ｍ０ｂ２から、ｂ２＝Ｒ２／Ｎによってｂを計算することができる。上記特性比はＣ∞＝ｂ２／ａ２により定義される。ここで、ａは現実のポリマーにおけるモノマーユニット（化学的モノマー）間の結合長であり、ｂは該ポリマーについて実験的に測定された分子量当たりの末端間距離から推定される長さ（質点間の結合長）である。
【００３１】
なお、ポリマー鎖一本当たりの粒子の数が大きすぎる場合および小さすぎる場合にはシミュレーションの精度（ひいては有用性）が低下傾向となることがある。ここに開示される発明は、例えば、ポリマー鎖当たりの粒子の数が３〜４００個程度（より好ましくは５〜５０個程度）としてモデル化されるポリマーに対して好ましく適用される。次元量で表すなら、鎖長の平均値が凡そ１０〜５００ｎｍの範囲（より好ましくは、凡そ５０〜３００ｎｍの範囲）にあるポリマーに対して好ましく適用することができる。
【００３２】
分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）は、ＦＥＮＥポテンシャル（Ｆｉｎｉｔｅｌｙ  ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ  ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  ｅｌａｓｔｉｃ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ：有限伸び非線形弾性バネのポテンシャル）の曲率である。ここで、ＦＥＮＥポテンシャルは、一般的に下記式（３）で示される。
【００３３】
【数３】
2010090335.tif 000006
（ここで、ｋは分子固有のバネ定数、ｒ０は限界変位、ｒは変位を示すものである。）
【００３４】
ここで、分子固有のバネ定数ｋとは、一般的には、ポリマーをばねと仮定した際に、ポリマーを構成する原子間力を、原子同士の位置の変位で割った値であり、ポリマー分子に加えられる外部力（例えば、摩擦力）を吸収できる度合いの指標となる。バネ定数ｋ及びポリマー分子の変位ｒを用いることによって、エネルギーポテンシャルＶＦＥＮＥを計算することができる。
【００３５】
また、限界変位ｒ０とは、ポリマー分子としてこれ以上屈曲することができない限界を示す変位のことであり、ばね‐質量モデルにおいては、ばね同士が密着した状態における変位と同じものを示す。
限界変位ｒ０の算出方法としては、上記式（３）において、ｒ＝ｒ０より求められる下記式
ＶＦＥＮＥ＝（１／２）×ｋｒ０２      式（３’）
によって算出することができる。このときＶＦＥＮＥは、ばね同士が密着した状態におけるポテンシャルを表す。
【００３６】
ここで、曲線ｙ（ｘ）に関して曲率κは、
【００３７】
【数４】
2010090335.tif 000007
【００３８】
で示されることから、分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）の値は、具体的には、下記式（３ｂ）に示される。
【００３９】
【数５】
2010090335.tif 000008
【００４０】
上記式（３ｂ）より分かるように、分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）の値は、分子固有のバネ定数ｋ、限界変位ｒ０、変位ｒによって決定される。
【００４１】
次に、本発明に用いるパラメータである、Ｎｃｈａｉｎ、ｌｐ、ｋｆｅｎｅによって計算することができる、摩擦材の摩擦係数μについて説明する。
摩擦係数μは、下記式（４）で表すことができる。
【００４２】
【数６】
2010090335.tif 000009
【００４３】
従来の摩擦係数μは、乾式摩擦を記述する第１項（下記式（５））、極低速時に発生する粘性流体の摩擦挙動を記述する第２項（下記式（６））の和で表したものによって計算していたため、車の制動のような、高温及び高負荷の条件下での摩擦状態を正確に予測することができなかった。
発明者らは、このような高温及び高負荷の条件下での摩擦係数μを計算するにあたって、従来の摩擦係数の式に、新たに第３項（下記式（７））を足し合わせることで、本発明の効果である、ノイズ及び振動を抑制することができる分子構造を有する樹脂を予測することが可能となった。
【００４４】
なお、上記式（４）の右辺には、上述した第１項乃至第３項の他に、必要に応じて摩擦係数の定数Ｍを足し合わせて計算することがある。
【００４５】
上記式（４）のうち、下記式（５）に示す第１項は、図１に示すようなビーズモデルで説明することができる。
【００４６】
【数７】
2010090335.tif 000010
【００４７】
摩擦は、原子の並進運動から垂直運動へのエネルギー遷移の過程として理解することができる。摩擦状態においては、微視的及び巨視的スケールにおいて、図１に示すような２つの角度を定義することができる。すなわち、角度α（微視的スケールから得られる角度）は、あるポリマー中の質量球１が、近傍のポリマーと互いに押しあい、反発力が生じ始める角度であり、また、角度β（巨視的スケールから得られる角度）は法線力に対する接線分力の正接から得られる角度である。なお、本発明においては、角度α＝βであると仮定する。
図１中、角度α、質量球１の半径ｒｂｉｄ、並進方向の質量球の間隔ｄｓｕｒｆとは、下記式（５ａ）に示す関係で表すことができる。
【００４８】
【数８】
2010090335.tif 000011
【００４９】
したがって、法線力に対する接線分力の正接ｔａｎβは、以下に示す下記式（５ｂ）により導出される。
【００５０】
【数９】
2010090335.tif 000012
（ここで定数Ａは、ノンゼロ摩擦が存在し、表面密度が高く、且つ、質量球が極小である場合を含むために導入されたものである。）
【００５１】
上記式（５）中のｄｓｕｒｆの逆数が、本発明のポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）に相当する。すなわち、奥行き長さを単位長さ１として考えた時に、ポリマー同士の間隔の逆数は、単位面積あたりにポリマーを構成するモノマーが入る数に相当する。
【００５２】
上記式（４）のうち、下記式（６）に示す極低速時に発生する粘性流体の摩擦挙動を表す第２項は、図２に示すような流体モデルで説明することができる。
図２は、厚さＬのポリマー層において、ポリマー層の上辺が速さｖ／２で右方向に、ポリマー層の下辺が速さｖ／２で左方向に、それぞれずれる際の様子を示している。なお、図中における曲線は、ポリマー層を構成するポリマーを模式的に示したものである。
【００５３】
【数１０】
2010090335.tif 000013
（ここで、ｖは速度、Ｌはポリマー層の厚さ、Ｔは温度、ｋＢはボルツマン定数、Ｄは分子動力学シミュレーションにおける極微小領域の拡散係数を示す。）
【００５４】
式（６）中、ｋＢＴＤＬは拡散に関する速度を示している。これに対し、ｖはずれ速度を示している。ずれ速度が極低速時である場合を除き、拡散に関する速度ｋＢＴＤＬは、ずれ速度ｖと比較して無視できる値であることから、分子動力学シミュレーションによれば、この第２項の値は１に近づくことになる。
【００５５】
上記式（４）のうち、下記式（７）に示す第３項は、本発明の摩擦材に関する考察をするにあたり特徴的な項である。すなわち上述したように、高温及び高負荷の条件下での摩擦係数μを計算するために必要な項である。
【００５６】
【数１１】
2010090335.tif 000014
（ここで、ＣＮはポリマー長さに関する定数、Ｃｋはポリマーバネに関する定数、Ｎｂｉｄｓはポリマーの鎖長パラメータ、ｋｆｅｎｅはポリマー鎖の分子内結合剛性を示す。）
【００５７】
ポリマー動力学を鑑みた際に、より長い鎖状分子ほど摩擦係数を減少させる表面を形成するように整列する傾向がある。すなわち、Ｎｂｉｄｓと摩擦係数μとの関係においては、Ｎｂｉｄｓが増加するに従ってμが減少する。また、ポリマー鎖の剛性が増すほど、お互いに絡みにくいポリマー鎖となる。すなわち、ｋｆｅｎｅと摩擦係数μとの関係においても、ｋｆｅｎｅが増加するに従ってμが減少する。上記式（７）に示す第３項は、このような、摩擦係数の巨視的特徴を反映して設定されたものである。
なお、上記式（７）中のＮｂｉｄｓが、本発明のポリマー鎖の持続長（ｌｐ）に相当する。
【００５８】
摩擦係数は無次元であるので、上記式（４）の第３項、すなわち式（７）が導出する値も無次元である必要がある。したがって、ＣＮ／Ｎｂｉｄｓ、Ｃｋ／ｋｆｅｎｅはそれぞれが無次元である必要がある。Ｎｂｉｄｓは上述したようにポリマーの鎖長パラメータであるので、ＣＮは同じ次元である基準値の値が存在する。なお、その場合は、Ｃｋ／ｋｆｅｎｅは基準値ポリマーにおける値となる。例えば、上記式（４）の第１項及び第２項を無視すると、摩擦係数μは基準ポリマーにおいてＮｂｉｄｓを一定として計算することができ、且つ、実測値も存在するので、それらを用いてＣＮが決定する。ＣＮを決定した後に、次は異なるＮｂｉｄｓの値における摩擦係数μを計算で求めることができる。なお、このようなＣＮの決定方法は、Ｃｋの決定方法にも応用することができる。
【００５９】
上記式（４）において求めることができる摩擦係数は、微視的領域におけるＦＥＮＥせん断速度であり、ＦＥＮＥ（有限伸び非線形弾性バネ）において定まる摩擦係数は、実際には無次元値換算式を用いて計算する。たとえば、ポリテトラフルオロエチレンの場合、ＦＥＮＥせん断速度は８．１９×１０−４であるのに対し、現実の摩擦係数は、０．１〜０．２５の範囲内の値である。次元量［Ｑ］＝ｍαｒβεγに対して定義される無次元量Ｑｒｅｆによる、ポリテトラフルオロエチレンの計算例を下記表２に示す。なお、ＳＩ単位が［Ｑ］＝ｍαｒβεγである無次元量Ｑｒｅｆは、Ｑｒｅｆ＝ｍα＋γ／２ｒβ＋γε―γ／２と表すことができる。
【００６０】
【表２】
2010090335.tif 000015
【００６１】
上述したような、摩擦係数（μ）、ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）、ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）及び分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）との関係を踏まえた上で描かれたグラフが図３及び４である。すなわち、図３は前記Ｎｃｈａｉｎを横軸に、前記ｌｐを縦軸にとった時の、摩擦係数μの等高線図であり、図４は前記Ｎｃｈａｉｎを横軸に、前記ｋｆｅｎｅを縦軸にとった時の、摩擦係数μの等高線図である。なお、図中の白二重丸、黒三角形、黒四角形等のプロットは、ポリアミドイミド（以下、ＰＡＩと略す。）、６，６‐ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（以下、ＰＥＥＫと略す。）、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す。）が有する前記Ｎｃｈａｉｎ、前記ｌｐ、前記ｋｆｅｎｅの値にそれぞれ対応したものである。
【００６２】
図３は、Ｎｃｈａｉｎ、ｌｐ及びμの関係を示したグラフである。このグラフより、ｌｐが低い値であるほど、μの等高線が込み合っていることが分かる。これは、Ｎｃｈａｉｎの小さな変動によってもμの値が大きく変動することから、ｌｐが低いほど、μは不安定であることを示している。逆に、ｌｐが高い値であるほど、μの等高線がある一定の間隔を有しており、したがって、ｌｐが高いほど、μは安定であることを示している。
この図から、定性的には、ポリマーの剛性が高く、互いに絡みにくい構造を有する時はμが安定であり、ポリマーの剛性が低く、互いに絡みやすい構造を有する時はμが不安定であると理解することができる。さらに、ｌｐが同じ値であれば、Ｎｃｈａｉｎ、すなわちポリマー差の密度の値が高いほどμの値が高くなることがわかる。したがって、ｌｐ、Ｎｃｈａｉｎの値を共に高く設定することにより、摩擦係数μの値を安定させつつ高く設定することができる。
μが、摩擦材として十分な機能を発揮できる０．３以上、好ましくは０．３５以上であり、且つ、安定しているためには、Ｎｃｈａｉｎが６以上、且つ、ｌｐが７５Å以上である必要がある（図３中の右上太枠内の領域）。したがって、ポリマーの各プロットに示されるように、ＰＡＩ、ＰＥＥＫは採用することができるが、ＰＴＦＥ、６，６‐ナイロンはμが不安定な領域にプロットされているため、本発明の摩擦材には採用することができない。
なお、Ｎｃｈａｉｎが７以上、且つ、ｌｐが８８Å以上であるのが好ましく、Ｎｃｈａｉｎが８以上、且つ、ｌｐが１００Å以上であるのが最も好ましい。
【００６３】
図４は、Ｎｃｈａｉｎ、ｋｆｅｎｅ及びμの関係を示したグラフである。このグラフより、ｋｆｅｎｅが低い値であるほど、μの等高線が込み合っていることが分かる。これは、Ｎｃｈａｉｎの小さな変動によってもμの値が大きく変動することから、ｋｆｅｎｅが低いほど、μは不安定であることを示している。逆に、ｋｆｅｎｅが高い値であるほど、μの等高線がある一定の間隔を有しており、したがって、ｋｆｅｎｅが高いほど、μは安定であることを示している。
この図から、定性的には、ポリマーのエネルギー容量が高く、ポリマーが伸びて互いに絡みにくい構造を有する時はμが安定であり、ポリマーのエネルギー容量が低く、ポリマーが縮んで互いに絡みやすい構造を有する時はμが不安定であると理解することができる。さらに、ｋｆｅｎｅが同じ値であれば、Ｎｃｈａｉｎ、すなわちポリマー差の密度の値が高いほどμの値が高くなることがわかる。したがって、ｋｆｅｎｅが高く、Ｎｃｈａｉｎの値を高くすることにより、摩擦係数μの値を安定させつつ高く設定することができる。
μが０．３以上、好ましくは０．３５以上で、且つ、安定しているためには、ｋｆｅｎｅが５０以上であることが好ましい（図４中の右上太枠内の領域）。したがって、ポリマーの各プロットに示されるように、ＰＡＩを採用するのがより好ましい。
なお、ｋｆｅｎｅが５５以上であるのが特に好ましく、ｋｆｅｎｅが６０以上であるのが最も好ましい。
【００６４】
図５及び１２は、図３及び４によってそれぞれ示された、摩擦係数（μ）、ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）、ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）、分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）との関係をより簡潔に示すために、本発明の摩擦材が有する熱可塑性樹脂のポリマー鎖構造、及び従来技術の摩擦材が有する樹脂のポリマー鎖構造と、摩擦係数μの変動幅との相関をそれぞれ示した図である。各図は、下部が樹脂の構造の模式図であり、上部が樹脂の構造に即した摩擦係数μの変動幅をグラフで模式的に示した図である。
図１２に示される、従来技術の摩擦材が有する樹脂のポリマー鎖構造は、ポリマー自身の剛性が弱く、またポリマーのエネルギー容量が低く縮みやすいため、互いに絡みやすい。したがって摩擦せん断力によって、分子間が寸断されたり、分子自体がちぎれたりすることにより、摩擦が不安定になり、μの変動幅が大きい。
これに対し、図５に示される、本発明の摩擦材が有する熱可塑性樹脂のポリマー鎖構造は、ポリマー自身の剛性が強く、またポリマーのエネルギー容量が高く伸びやすいため、互いに絡みにくい。したがって、温度又は速度に対して明確な流動点（摩擦係数低下点）を持つことはなく、且つ、例えば、停止直前の高圧・高せん断力下においては流動することによって、摩擦係数の過剰な増大を防ぐ効果があることから、μの変動幅が小さい。
【００６５】
下記表３は、上述した摩擦係数の変動幅に関する考察を踏まえた上で、具体的に３種類のポリマー、すなわち、熱硬化性樹脂、直鎖状非晶性樹脂及び結晶性樹脂に関して、その構造と摩擦時の挙動をまとめた表である。
【００６６】
【表３】
2010090335.tif 000016
【００６７】
上記表３より、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂は、３次元に結合し、且つ、分子同士が結合して曲がらないという特徴を有しているため、摩擦時の静的な挙動としては、温度による変化が少ないという利点がある。しかし、摩擦時の動的な挙動としては、高圧・高せん断力下で分解し低分子になることから、上述したように摩擦係数μの変動幅が大きくなるという欠点がある。
また、ナイロンやＰＥＥＫなどの結晶性樹脂は、ジグザグに結合し、且つ、鎖分子同士は自由で１つの鎖分子も柔軟で曲がりやすいという特徴を有しているため、摩擦時の動的な挙動としては、限界温度を超えると流動するというように、温度による変化が大きく作用し、且つ、摩擦時の静的な挙動としては、ポリマー鎖の屈曲剛性が弱く絡みやすいため、上述したように摩擦係数μの変動幅が大きくなるという欠点がある。
これら熱硬化性樹脂及び結晶性樹脂とは対照的に、ポリアミドイミドなどの直鎖状非晶性樹脂は、直鎖上に結合し、且つ、鎖分子同士は自由だが、１つの鎖分子は剛直で曲がらないという特徴を有しているため、摩擦時の静的な挙動としては、温度による変化が少なく、且つ、ポリマー鎖が剛直であるため絡みにくいという利点が、摩擦時の動的な挙動としては、高圧・高せん断力下では流動するという利点があり、したがって、摩擦係数μの変動幅が小さい。
【００６８】
本発明の摩擦材は、前記熱可塑性樹脂を０．００１〜６０ｖｏｌ％有することが好ましい。これは、仮に前記熱可塑性樹脂が０．００１ｖｏｌ％未満であるとすると、本発明の効果である、摩擦係数を高く維持したまま、摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制できるという効果が十分に得られないからであり、また、仮に前記熱可塑性樹脂が６０ｖｏｌ％を超える量であるとすると、コストを抑えて作製することができないからである。
なお、本発明の摩擦材は、前記熱可塑性樹脂を７〜５０ｖｏｌ％有することが特に好ましく、１０〜４０ｖｏｌ％有することが最も好ましい。
【００６９】
本発明の摩擦材が有する前記熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミドから選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これは、直線状の結合を有する分子骨格を有し、且つ、分子同士は自由に流動するが、分子１つ１つは剛直で、他の樹脂と比較して曲がりにくく、且つ互いに絡みにくいこれらの熱可塑性樹脂を有することにより、摩擦係数を高く、且つ、安定に維持することができるからである。また、本発明の摩擦材は、これらの熱可塑性樹脂を有することにより、他の樹脂を用いた時と比較して成形性が良いという利点もある。
なお、これらの熱可塑性樹脂のうち、ポリアミドイミド樹脂を用いることが最も好ましい。
【００７０】
なお、本発明の摩擦材に用いられる樹脂としては、特に上述した熱可塑性樹脂に限定されず、この他にも、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ナイロン、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状ポリオレフィン、ポリフェニレンスルファイド、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド等のエンジニアリング・プラスチックを用いることができる。
また、同一の結合によって繰り返し単位を連結してできた主鎖を有する樹脂に必ずしも限定されるわけではなく、複数の化学結合によって繰り返し単位を連結してできた主鎖を有する樹脂を用いることもできる。
【００７１】
摩擦材は、有機ポリマーを結合剤として基本材料に摩擦摩耗調整剤を加えた十数種類の原材料よりなる複合材料である。具体的には、アラミド繊維、スチール繊維及び非鉄繊維などの基本材料、カシューダストなどの有機充填剤、硫酸バリウム及び炭酸カルシウムなどの無機充填剤、銅粉及び真鍮粉などの金属粉、並びに黒鉛及び二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤などが、摩擦・摩耗・錆の調整剤として用いられている。
【００７２】
前記基本材料は、熱による変形が起きない材料を用いることが好ましく、具体的には、アラミド繊維、ナイロン、セルロースなどの有機繊維、鋼繊維、銅繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウールなどの無機繊維を用いることができる。なお、基本材料が摩擦材全体に占める割合は、５〜５０ｖｏｌ％であるのが好ましい。
【００７３】
本発明の摩擦材は、上述した熱可塑性樹脂を、摺動部材として主に用いることができ、摺動部材のうち、結合材としても、充填材としても、又は結合材と充填材の両方としても用いることができる。このいずれの用途の場合においても、摩擦により上述した熱可塑性樹脂が摩擦面全体に広がるので、本発明の効果を得ることができる。
【００７４】
前記摺動部材のうち、充填材としては、本発明で用いられる熱可塑性樹脂の他にも、例えば、アラミド、カシューダストやゴム粒などの有機充填材、カーボン、セラミックファイバー、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの無機充填材、銅粉、真鍮粉などの金属粉末、酸化鉄、セラミックなどの酸化物充填材、黒鉛、二硫化モリブデンなどの固体潤滑材を含むことができる。この場合は、本発明で用いられる熱可塑性樹脂の重量が充填材全体の重量に対して１０ｖｏｌ％以上であれば、本発明の効果を十分発揮できる。
【００７５】
また、前記摺動部材のうち、結合材としては、本発明で用いられる熱可塑性樹脂の他にも、例えば、カシュ一樹脂、メラミン樹脂、合成ゴムを含むことができる。この場合は、本発明で用いられる熱可塑性樹脂の重量が結合材全体の重量に対して１０ｖｏｌ％以上であれば、本発明の効果を十分発揮できる。
【００７６】
充填材又は結合材の調整において、本発明に用いられる熱可塑性樹脂及びその他の構成要素を混合する方法においては、従来公知の方法、例えば、縦型ミキサーや横型ミキサーなどの混合機を用いて乾式混合する方法、又は、上記混合機などを用いて水若しくは有機溶剤の存在下で湿式混合後、減圧脱気又は加熱脱気して溶媒を除去する方法などを用いることができる。
摩擦材の成形方法としては、前記熱可塑性樹脂又は上記混合方法において得られる混合物を、基本材料（裏金を含む）に接着する方法が例示できる。この際、摩擦材の形状は、基本材料の形態を選択することによって、線状、棒状、板状、シート状その他の任意の形状に加工することができる。
また、本発明で特定されるポリマー鎖を有する熱可塑性樹脂を、予め他の樹脂混合物が塗布された摺動面に部分的に埋め込むことによって摩擦材を形成することも可能であり、このような態様は、生産コストが高い熱可塑性樹脂（例えば、ポリアミドイミド等）を効率良く利用できる点で好ましい。
【００７７】
図６に本発明の摩擦材の典型例の模式図を示す。
図６（ａ）は、当該典型例の斜視図である。本発明の摩擦材の典型例１００は、基本材料１、摺動部材２から構成される。
このうち、基本材料１は、厚さ２〜１５ｍｍの薄板であり、上述した材料を、基本材料の材料として用いることができる。
また、摺動部材２は、前記基本材料１の摺動面に厚さ２〜２００ｍｍで塗布され、摺動面を形成する。前記部材２は、上述した充填材及び結合材両方を含むものと考えてよい。前記部材２内に、本発明で特定されるポリマー鎖を有する熱可塑性樹脂２ａを部分的に埋め込むことで、基本性能を支配する摩擦係数を低下させること無く、摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制することができる。
図６（ｂ）は、当該典型例の摩擦材の、基本材料１及び摺動部材２の界面に垂直な断面模式図である。前記熱可塑性樹脂２ａは前記基本材料１に達するほど必ずしも深く埋め込む必要はない。しかし、本発明の効果を効率よく得るために、前記熱可塑性樹脂２ａは、前記部材２内の他の材料で覆われるよりも、図６（ｂ）に示されるように、摺動面に常に現れている方が好ましい。
【００７８】
本発明によれば、温度変化に対して可逆な特性を示す熱可塑性樹脂を有することにより、温度変化に対して不可逆な特性を示す熱硬化性樹脂のような樹脂を用いた時と比較して、樹脂の分子構造から機械的特性を見積もることが可能である。また、本発明によれば、ある単位体積当たりに存在するポリマー鎖の数を意味する指標であるＮｃｈａｉｎが６以上であることにより、高い摩擦係数を有することができる。さらに、本発明によれば、ポリマー鎖構造から決定される絡みやすさを表現した指標であるｌｐが７５Å以上であることにより、熱可塑性樹脂が、絡まる頻度が少ないポリマー鎖構造を維持することができ、したがって、摩擦係数を一定の値に安定に維持することができる。よって、本発明の摩擦材は、摩擦係数を高く、且つ、一定の値に維持する分子構造を有する樹脂を有することで、摩擦材の基本性能を損なうことなく、制動時における摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制することができる。
さらに、本発明によれば、ポリマーの摩擦力エネルギーを受け入れる容量の大きさを示す指標であるｋｆｅｎｅが５０以上であることが好ましく、熱可塑性樹脂が、ｋｆｅｎｅが５０未満である分子構造を有する樹脂と比較して大きなエネルギーを吸収でき、したがって、摩擦係数を一定の値に安定に維持することができる。
【実施例】
【００７９】
１．テストピース試験機による摩擦特性の比較
６軸テストピース試験機によって、摩擦特性測定を行った。測定条件は以下の通りである。
荷重：最大５００Ｎ（面圧５ＭＰa）。極低荷重は別ホルダで対応。
速度：最大２ｍ／ｓ（１２０Ｈｚ）
温度：７５℃及び１５０℃
ピン試験片：接触面  １０ｍｍ×１０ｍｍ
ディスク試験片：φ５０ｍｍ×ｔ５ｍｍ
なお、６軸テストピース試験機の概要について、図７に装置の模式図を示す。測定の概要としては、まず初めに、摩擦特性測定を行う樹脂材料を、ピン試験片として加工した後、ピン試験ホルダに設置する。次に、円盤状に加工されたねずみ鋳鉄製ディスク試験片の上に、上述した値の荷重をかけながらピン試験片を載置し、上述したいずれかの温度条件において、ディスク試験片を回転させることによって生じる樹脂材料のひずみを、ピン試験ホルダのひずみゲージから読み取る。
【００８０】
１−１．樹脂材料の特性の比較
はじめに、ＰＡＩ（実施例１）、芳香族ポリエステル（以下、ＰＯＢと略す。）（実施例２）、ポリフェニルスルホン（以下、ＰＰＳと略す。）（実施例３）、ＰＴＦＥ（実施例４）、６，６‐ナイロン（比較例１）、ＰＥＥＫ（比較例２）、フェノール樹脂（比較例３）について、樹脂自身の摩擦特性を調べた。なお上述したように、実施例１のＰＡＩは、ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であり、さらに、ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）が５０以上であることが、図３及び図４において既に示されている。図８は、この８種類の樹脂のうち、ＰＡＩ（実施例１）について、図１１は、ＰＥＥＫ（比較例２）及びフェノール樹脂（比較例３）について、７５℃及び１５０℃の条件ですべり速度（横軸）及び摩擦係数μ（縦軸）との関係をそれぞれ示したグラフである。
【００８１】
なお、測定の詳細としては、まず測定の前に、押し付け荷重２００Ｎ、速度１ｍ／ｓ、温度７５℃又は１５０℃で１時間すり合わせを実施した。その後、押し付け荷重を１００Ｎ又は２００Ｎとして、初速１ｍ／ｓの状態から、速度を１ｍ／ｓ→０ｍ／ｓ→１ｍ／ｓと変化させた。この時、速度１ｍ／ｓ→０ｍ／ｓまでは３０秒、速度０ｍ／ｓ→１ｍ／ｓまでは２０秒で直線的に速度を変化させ、ディスク試験片の回転速度、押し付け荷重、摩擦力、摩擦面温度を測定し、摩擦係数μを算出した。
【００８２】
図８及び１１より、７５℃の試験においては、各樹脂ともμの平均値及び変動量にはそれほど差はない。しかし、１５０℃の試験においても、各樹脂ともμの平均値は同程度であるものの、ＰＥＥＫ及びフェノール樹脂のμ変動量が増大したのに対し、ＰＡＩのμ変動量は７５℃のときとほとんど変化が見られなかった。
【００８３】
下記表４は、８種類の樹脂に関する試験結果を、７５℃及び１５０℃の条件下において、それぞれ＜μ＞（μの平均値）、Δμ（μの変動量）、ｄμ／ｄｖ（μの速度勾配）及び速度依存性の観点から、点数形式で判定したものである。判定基準は下記表５に示す。表４中、最下段の「総合」は、７５℃における上記４項目の合計点数と、１５０℃における上記４項目の合計点数との平均値（ただし、小数点以下は切り捨てる。）であり、この値が高いほど、摩擦特性が優れていることを意味する。なお、ＰＴＦＥの７５℃における測定結果は数値化することができなかったため、ＰＴＦＥに関しては、１５０℃における上記４項目の合計点数をそのまま最下段の「総合」の値とした。
【００８４】
【表４】
2010090335.tif 000017
【００８５】
【表５】
2010090335.tif 000018
【００８６】
上記表４より、＜μ＞に関する評価は、各樹脂、各温度ともそれほど差がない。しかし、Δμ、ｄμ／ｄｖ及び速度依存性に関する評価は、各樹脂間で明確に差が現れた。
このうち、結晶性の６，６‐ナイロン（比較例１）及びＰＥＥＫ（比較例２）は、試験温度とガラス転移点Ｔｇが近く、したがって測定時に軟化し、互いに絡み合うため、摩擦係数の変動量が大きくなる傾向があり、したがって測定結果の総合評価が９点及び８点と、他の樹脂と比較して低い評価となった。
また、熱硬化性樹脂のフェノール樹脂（比較例３）は、摩擦により分子構造が変化するため摩擦係数が変化することから、測定結果の総合評価が７点と、７種類の樹脂中、最も低い評価となった。
表４のうち、ＰＡＩ（実施例１）は、ガラス転移点Ｔｇと軟化点がそれぞれ高温の、非晶性耐熱性樹脂の典型である。したがって、高温においても軟化せず、樹脂が互いに絡み合わないことから、摩擦係数の変動量が少ないことが実験結果より明らかとなった。
表４のうち、ＰＯＢ（実施例２）、ＰＰＳ（実施例３）及びＰＴＦＥ（実施例４）は、総合的に見て、ＰＡＩ（実施例１）と比較すると劣るが、フェノール樹脂（比較例３）と比較すると良好な結果が得られた。
【００８７】
１−２．結合材として樹脂を有する摩擦材の特性の比較
続いて、結合材として２０ｖｏｌ％のＰＡＩ及びフェノール樹脂を有する摩擦材の摩擦特性をそれぞれ調べた。
摩擦材の製造方法としては、上述したような充填材又は結合材の調整、及び摩擦材の成形方法を用いた。なお、摩擦材中には、摩擦係数μを高くするため、超硬質アブレシブ材料ＳｉＣを０．１％添加し、且つ、圧縮剛性を高くして減衰を減らすためにカシューダストを加えなかった。
図９及び１３は、１５０℃の条件ですべり速度（横軸）及び摩擦係数μ（縦軸）との関係を示したグラフである。
【００８８】
図１３に示される、フェノール樹脂を結合材として用いた従来技術の摩擦材の摩擦特性は、すべり速度が０付近においてμの速度勾配が目立つ。しかし、図９に示される、ＰＡＩを結合材として用いた本発明の摩擦材の摩擦特性は、すべり速度が０付近においてもμの速度勾配がほとんどなく、μ変動がほとんど起きないことを示している。
【００８９】
２．フルサイズダイナモ鳴き評価の比較
ブレーキ鳴き評価用フルサイズダイナモによって、結合材としてＰＡＩ又はフェノール樹脂を有する摩擦材のフルサイズダイナモ鳴き測定を行った。
小型乗用車フロント用のディスクブレーキを、ダイナモメータにナックルを介して取り付けた状態でブレーキ鳴き発生を調べた。このブレーキは、鋳鉄製の浮動型キャリバで、ピストンの直径はΦ５７ｍｍ、ブレーキディスクはねずみ鋳鉄製で外径Φ２５５ｍｍ×厚さ２２ｍｍのベンチレーテッド型、そして、ブレーキ鳴きを比較しやすくするためにパッド裏金とキャリバ爪部の間のブレーキ鳴き防止用シムを取り外して評価を行った。
【００９０】
試験の条件は、新品状態から市街地走行条件（初速５０ｋｍ／時以下、温度１５０℃以下、減速度約０．２ｇ以下の緩制動）で１０００回のすり合わせを行って摩擦面の状態を安定させ、その後でブレーキの鳴きやすさを調べた。ブレーキから４０ｃｍの距離で配置した騒音計でブレーキ鳴きを取り込んでＦＦＴ（高速フーリエ変換）で分析し、得られた周波数のピークをプロットした。その制動回数は５００回で、ブレーキ摩擦係数μも同時に計測した。
【００９１】
図１０及び１４は、フェノール樹脂を結合材として用いた従来技術の摩擦材、及びＰＡＩを結合材として用いた本発明の摩擦材に関する、周波数（横軸）及び鳴きの音圧（縦軸）との関係をそれぞれ示したグラフである。
図１４に示される、フェノール樹脂を結合材として用いた従来技術の摩擦材の鳴き発生率は８２％であった。これに対して、図１０に示される、ＰＡＩを結合材として用いた本発明の摩擦材の鳴き発生率は４０％であった。本発明の摩擦材の鳴き発生率は従来技術と比較して半減し、且つ、鳴き音のレベルは従来技術と比較して約２０ｄＢ下がり、実際にはブレーキ鳴きはほとんど発生しない印象を受けるようになった。なお、摩擦係数μの平均値は、本発明の摩擦材及び従来技術の摩擦材共に、０．４２であることが分かった。
このように、上記摩擦特性の比較において摩擦特性に優れていると判断されたＰＡＩを結合材として用いることによって、鳴きが大幅に減少したことが分かった。
【００９２】
３．実施例から得られた結論
本発明で特定した、ポリマー鎖の密度（Ｎｃｈａｉｎ）が６以上であり、且つ、ポリマー鎖の持続長（ｌｐ）が７５Å以上であり、さらに、ポリマー鎖の分子内結合剛性（ｋｆｅｎｅ）が５０以上である熱可塑性樹脂材料自身の摩擦特性は、従来技術の摩擦材で用いられる樹脂材料自身の摩擦特性とは異なり、摩擦係数の変動量が小さいことがわかった。
また、本発明で上記のように特定した熱可塑性樹脂のうち、ＰＡＩを結合材として用いた摩擦材においては、フェノール樹脂を結合材として用いた従来技術の摩擦材と比較して、摩擦材の基本性能を損なうことなく、摩擦係数の変動から生じるノイズ及び振動を抑制することができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】摩擦係数μの第１項を説明するためのビーズモデルである。
【図２】摩擦係数μの第２項を説明する流体モデルである。
【図３】Ｎｃｈａｉｎ、ｌｐ及びμの関係を示したグラフである。
【図４】Ｎｃｈａｉｎ、ｋｆｅｎｅ及びμの関係を示したグラフである。
【図５】本発明の摩擦材が有する熱可塑性樹脂のポリマー鎖構造と摩擦係数μの変動幅との相関を示した図である。
【図６】本発明の摩擦材の典型例の模式図である。
【図７】６軸テストピース試験機の装置の概要について示した模式図である。
【図８】ＰＡＩについて、７５℃及び１５０℃の条件ですべり速度及び摩擦係数μとの関係をそれぞれ示したグラフである。
【図９】本発明の摩擦材である、結合材としてＰＡＩを有する摩擦材について、１５０℃の条件ですべり速度及び摩擦係数μとの関係を示したグラフである。
【図１０】ＰＡＩを結合材として用いた本発明の摩擦材に関する、周波数及び鳴きの音圧との関係を示したグラフである。
【図１１】ＰＥＥＫ及びフェノール樹脂について、７５℃及び１５０℃の条件ですべり速度及び摩擦係数μとの関係をそれぞれ示したグラフである。
【図１２】従来技術の摩擦材が有する樹脂のポリマー鎖構造と摩擦係数μの変動幅との相関を示した図である。
【図１３】従来技術の摩擦材である、結合材としてフェノール樹脂を有する摩擦材について、１５０℃の条件ですべり速度及び摩擦係数μとの関係を示したグラフである。
【図１４】フェノール樹脂を結合材として用いた従来技術の摩擦材に関する、周波数及び鳴きの音圧との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
１…基本材料
２…摺動部材
２ａ…本発明で特定されるポリマー鎖を有する熱可塑性樹脂
１００…本発明の摩擦材の典型例
【図１】
2010090335.tif 000019
【図２】
2010090335.tif 000020
【図３】
2010090335.tif 000021
【図４】
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【図５】
2010090335.tif 000023
【図６】
2010090335.tif 000024
【図７】
2010090335.tif 000025
【図８】
2010090335.tif 000026
【図９】
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【図１０】
2010090335.tif 000028
【図１１】
2010090335.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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