(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材として鋳鉄繊維を含有する無石綿摩擦材であって、
さらに繊維基材として有機繊維を含有し、
前記鋳鉄繊維は、炭素含有量が２．５重量％以上であり、
前記鋳鉄繊維の配合量が、前記有機繊維の配合量に対して体積基準で２．５〜１２０％であり、
前記繊維基材全体の配合量は、摩擦材全体に対して２０〜５０体積％であり、
結合剤を摩擦材全体に対して１０〜４０体積％含有することを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記鋳鉄繊維は、繊維径が１０〜１００μｍ、長さが１〜５ｍｍであり、
炭素含有量が２．５〜４．０重量％の球状黒鉛鋳鉄であることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のディスクロータやドラムに接触させて用いるブレーキパッドやブレーキライニング、およびクラッチフェーシング等の摩擦材に関し、詳しくは、高温摺動時の摩擦材と相手材との溶着によるメタルキャッチを抑制することで、低周波鳴きを抑制する摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の制動時に摩擦材がディスクロータ等の相手材と摺接すると、その摩擦熱によって摩擦材の温度が上昇する。そこで、摩擦材には放熱性や耐摩耗性を高めるために、例えばスチール繊維など金属原料を配合している。しかし、相手材との摺動によって摩擦材が高温度域に達すると、摩擦材中の金属原料が溶融し相手材と凝着するメタルキャッチが発生し、鳴きや周波数２ｋＨｚ以下の異音が発生する。そのため、従来ではメタルキャッチ防止用の潤滑材として一般的に黒鉛を摩擦材に配合していた。しかし、黒鉛は摩擦材中に分散保持されているだけなので、摩擦材が相手材と摺動する際に黒鉛が摺動面から脱落してしまう危険性があった。そこで、黒鉛を使用しながらも、スチール繊維に代えてその組織上に黒鉛を含有する鋳鉄原料を配合した摩擦材が開発されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、金属粉末を主体とする焼結摩擦材において、炭素を少なくとも３．３重量％含有する鋳鉄繊維を、摩擦材全量基準で５〜５０重量％配合している。これにより、摩擦材摺動時に潤滑材としての黒鉛が摺動面から脱落することを防いでいる。また、スチール繊維に代えて球状黒鉛鋳鉄繊維を配合した摩擦材として、特許文献２や特許文献３がある。特許文献２の摩擦材では、スチール繊維が持つ相手材への攻撃性を低減することを目的として、繊維基材としてフェライト量が１５〜２０％の球状黒鉛鋳鉄繊維を使用している。特許文献３の摩擦材では、耐摩耗性の向上と摩擦係数や熱伝導が低い特性を有することを目的として、スチール繊維に代えて炭素を２．４〜４．２重量％含有する球状黒鉛鋳鉄繊維を使用している。ここでの球状黒鉛鋳鉄繊維は、摩擦材全体に対して５〜４０容量％未満で配合されており、繊維径１０〜１００μｍ、長さ１〜１０ｍｍとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２３７４４号公報
【特許文献２】特開昭５８−７７９３６号公報
【特許文献３】特開平１−２０３７２８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では、粉末状の鋳鉄原料を配合しているので、摩擦材製造時に各種原料を混合する際の均一分散性が問題であり、鋳鉄粉末が摩擦材中に偏析して良好な潤滑性を担保できないおそれがある。これに対し特許文献２や特許文献３では、鋳鉄繊維を配合しているので特許文献１と比べて偏析の可能性は低いが、繊維基材として鋳鉄繊維のみを使用しているので均一分散性に限界があり、メタルキャッチにより発生する鳴きの根本的な解決にまでは至らない。
【０００６】
そこで本発明は、鋳鉄原料が摩擦材中に均一に分散されていることで、メタルキャッチ及びこれによる低周波の異音や鳴きを有意に抑制でき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】
【０００７】
本発明は、繊維基材として鋳鉄繊維を含有する無石綿摩擦材であって、さらに繊維基材として有機繊維を含有することを特徴とする。鋳鉄繊維の配合量は、有機繊維の配合量に対して体積基準で２．５〜１２０％としている。ここでの鋳鉄繊維は、繊維径１０〜１００μｍ、長さ１〜５ｍｍ、かつ炭素含有量が２．５〜４．０重量％の球状黒鉛鋳鉄とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、鋳鉄繊維に加えて有機繊維を繊維基材として配合しているので各種原料の均一分散性が向上し、効率良く摩擦材と相手材との摺動に伴うメタルキャッチを抑制でき、以って鳴きや低周波鳴きの発生も有意に抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の摩擦材は、アスベストではない繊維基材と、充填材と、繊維基材と充填材とを結着する結合剤（バインダー樹脂）とを含有する無石綿摩擦材（ＮＡＯ材）である。本発明の摩擦材は、自動車や電車などの車両や航空機などのディスクロータやドラムに接触させて用いるブレーキパッドやブレーキライニング、およびクラッチフェーシング用の摩擦材として適用できる。
【００１０】
［繊維基材］
繊維基材としては、鋳鉄繊維と有機繊維とを併用している。スチール繊維は配合していない。鋳鉄繊維はスチール繊維よりも炭素含有量が高く、そのため繊維自体の潤滑性が向上する。そのため、スチール繊維よりも相手材攻撃性が低く、摩擦材の摺動による相手材の摩耗量が低減される。鋳鉄繊維としては、球状黒鉛鋳鉄（ダクタイル鋳鉄）繊維が好ましい。球状黒鉛鋳鉄は引張り強さや靭性などに優れ、ねずみ鋳鉄（普通鋳鉄）よりも数倍の強度を持つので、良好な摩擦材強度を担保できる。鋳鉄繊維中の炭素含有量は２．５〜４．０重量％が好ましく、３．０〜３．８重量％がより好ましい。鋳鉄繊維中の炭素含有量が２．５重量％未満であると、繊維自体の潤滑性が不十分となり相手攻撃性が高くなってしまう。鋳鉄繊維中の炭素含有量が４．０重量％を超えると、摩擦材の強度や摩擦係数が不十分となることがある。また、摩擦材強度の観点から、鋳鉄繊維の繊維径は１０〜１００μｍ、長さ１〜５ｍｍが好ましい。より好ましくは、繊維径３０〜８０μｍ、長さ２〜４ｍｍである。
【００１１】
鋳鉄繊維と併用する有機繊維としては特に限定されず、例えばアラミド繊維，ポリエステル繊維，カオウール繊維等の合成樹脂繊維やパルプ等の天然繊維などがある。これら有機繊維は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。有機繊維の繊維径は鋳鉄繊維と同等以上とし、その長さは鋳鉄繊維よりも長くする。有機繊維は、鋳鉄繊維よりも可撓性に優れる。このような有機繊維を摩擦材中に配合することで有機繊維同士が複雑に絡み合い、この複雑に絡み合った有機繊維に鋳鉄繊維が捕捉される。これにより、摩擦材製造のため各種原料を混合するときに、鋳鉄繊維の均一分散性が向上する（偏在することがない）。
【００１２】
鋳鉄繊維の摩擦材への配合量は、有機繊維の配合量に対して体積基準で２．５〜１２０％、すなわち体積基準での有機繊維：鋳鉄繊維を４０：１〜１：１．２とする。鋳鉄繊維の配合量が有機繊維の配合量に対して２．５％未満であると、鋳鉄繊維の均一分散性が担保できない。一方、鋳鉄繊維の配合量が有機繊維の配合量に対して１２０％を超えると、潤滑性が低下する。したがって、鋳鉄繊維と有機繊維との相対割合が上記関係から外れていると、鳴きや異音が発生し易くなる。好ましくは５〜１２０％（２０：１〜１：１．１２）であり、より好ましくは２０〜１００％（５：１〜１：１）、さらに好ましくは４０〜６０％（５：２〜５：３）である。なお、銅繊維など鋳鉄よりも軟金属である金属繊維であれば、摩擦材に悪影響を及ぼさない範囲で適宜混合することができる。
【００１３】
繊維基材全体の配合量は、摩擦材全体に対して２０〜５０ｖｏｌ％（体積％）程度とすればよい。繊維基材が２０ｖｏｌ％未満であると、摩擦材の機械的強度が低下する。一方、繊維基材が５０ｖｏｌ％を超えると、他の充填材等の配合割合が減少して摩擦係数等の各種性能が悪化する。好ましくは２５〜５０ｖｏｌ％、より好ましくは３０〜４５ｖｏｌ％である。
【００１４】
［結合剤］
結合剤は、繊維基材と充填材等を結着させるものであって、従来からＮＡＯ材の結合剤として使用されている各種熱硬化性の合成樹脂やゴムが使用できる。熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂，イミド樹脂，ゴム変性フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂などが挙げられる。ゴムとしては、ＮＢＲ，ニトリルゴム，アクリルゴムなどを挙げられる。中でも、耐熱性が良好なフェノール樹脂が好適である。これらの結合剤は、１種を単独で使用することもできるし、２種以上を組み合せて使用することもできる。結合剤の配合量は、摩擦材全体に対して１０〜４０ｖｏｌ％程度とすればよい。結合剤の配合量が１０ｖｏｌ％未満であると、摩擦材の強度が低下する。一方、結合剤の配合量が４０ｖｏｌ％を超えると、繊維基材や充填材の配合量が低いので摩擦係数等が低下する。好ましくは２０〜３５ｖｏｌ％、より好ましくは２５〜３０ｖｏｌ％である。
【００１５】
［充填材］
その他充填材としては、例えば、カシューダスト，レジンダスト，ラバーダスト等の有機ダスト、珪酸カルシウム，ドロマイト，硫酸カルシウム，炭酸カルシウム，水酸化カルシウム等のＣａＯ化合物、チタン酸アルカリ金属塩，チタン酸アルカリ金属・第２属元素塩等のチタン酸化物、酸化鉄、青銅，黄銅，銅などの金属粉末、雲母（マイカ）、カオリン、タルク、ゾノトライト、バーミキュライト、アルミナ、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウム、酸化マグネシウムなどを挙げられる。アルミナ、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウム、酸化マグネシウムなどは、研削材として機能する。これら充填材は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。一般的には２種以上が混合配合される。充填材は、主に摩擦材の各種性能を効果的に発揮できるよう調整するために配合されるものであり、上記繊維基材や結合剤の配合量に応じて全体で１００ｖｏｌ％となる範囲で適量配合される。
【００１６】
［潤滑材］
本発明では、その組織上に黒鉛を有する鋳鉄繊維を配合しているが、これのみでは摩擦材全体の潤滑性が充分ではない場合もあるので、適宜潤滑材を配合することが好ましい。潤滑材としては、代表的には黒鉛が挙げられ、他に二硫化モリブデン、三硫化アンチモン、硫化スズ、二硫化亜鉛、硫化鉄、硫化鉛等の金属硫化物や氷晶石、窒化ホウ素などが挙げられる。これら潤滑材は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。潤滑材も配合していれば、当該潤滑材が相手材との間で直接作用するので、良好な潤滑性を担保し易い。潤滑材も配合する場合、潤滑材の配合量の上限は、摩擦材全体に対して５ｖｏｌ％程度とすればよい。潤滑材の配合量が５ｖｏｌ％を超えると、良好な摩擦係数を得られないばかりか摩擦材強度が低下するおそれがある。好ましくは４ｖｏｌ％以下、より好ましくは３ｖｏｌ％以下である。
【００１７】
［製造方法］
摩擦材は、例えば周知のモールド法などによって製造できる。具体的には、繊維基材、結合剤、必要に応じて潤滑材含む充填材をミキサー等で十分に混合し、加圧型中に入れて常温で予備成形する。次いで、予備成形体をホットプレスし、その後熱処理することで得られる。予備成形やホットプレス時の圧力は１０〜１００ＭＰａ程度とすればよい。ホットプレス温度は１３０〜２００℃程度である。また、熱処理は、１５０〜４００℃程度で２〜４８時間程度である。ミキサーとしては、アイリッヒミキサー，ユニバーサルミキサー，レーディゲミキサーなどを利用することができる。なお、予備成形体を作製せず、各種原料の混合物を直接ホットプレスしてもよい。
【００１８】
（実施例）
表１及び表２に示す組成の実施例１及び比較例を作製し、それぞれの平均摩擦係数（μ）、温度別摩耗量、メタルキャッチの発生有無、及び異音や鳴きの発生の有無を対比評価した。なお、表１及び表２の数値はｖｏｌ％である。
【００１９】
各摩擦材は次のようにして製造した。各種配合物をアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合することで原料混合物を得た。この原料混合物を成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分の条件において加熱加圧し成形した。最後に、この成形物を２３０℃、３時間の条件において硬化させた。各実施例及び比較例で使用した鋳鉄繊維は、繊維径６０μｍ、長さ２ｍｍ、炭素含有量３．５重量％の球状黒鉛鋳鉄とした。
【００２０】
【表１】
0005446087.tif 000002
【００２１】
【表２】
0005446087.tif 000003
【００２２】
各試験の条件は以下の通りであり、各試験結果を表３及び表４に示す。
＜平均摩擦係数＞
ＪＡＳＯ  Ｃ４０６（一般性能）に規定される第２効力試験の、初速度５０ｋｍ／ｈから液圧４ＭＰａにて制動した試験を５回行い、そのときの平均値を求めた。
＜摩擦材摩耗量＞
ＪＡＳＯ  Ｃ４２７（温度別摩耗）の規定に基づき、初速度５０ｋｍ／ｈから減速度０．３Ｇで制動したときの摩擦材の摩耗量を測定した。
＜メタルキャッチの発生＞
摩擦材摩耗量試験での各温度終了後、摩擦材表面を目視にて確認した。その時の判定基準は次の通りである。
◎：全く無し  ○：無し  △：若干発生  ×：発生していた
＜異音・鳴き＞
制動前速度６０ｋｍ／ｈから、それぞれ制動前温度１００℃、２００℃、３００℃、４００℃において、０．１Ｇ、０．２Ｇ、０．３Ｇ、０．４Ｇの各減速度条件で制動させる計１６通りの実車試験を行い、乗員の聴覚による官能評価を行った。その時の判定基準は次の通りである。
◎：全ての条件で全く聞こえない  ○：全ての条件で殆ど聞こえない  △：不快感の無い程度に若干聞こえることがある  ×：はっきり聞こえることが多い
【００２３】
【表３】
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【００２４】
【表４】
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【００２５】
表３及び表４の結果より、鋳鉄繊維に加えて適量の有機繊維を配合した実施例１〜６は、平均摩擦係数、耐摩耗性、メタルキャッチの発生、及び異音や鳴きの全ての面において良好な結果が得られている。詳しく見ると、有機繊維の配合量が同じ実施例１〜５の結果より、鋳鉄繊維の配合量に比例して平均摩擦係数が大きくなる傾向にある。また、黒鉛の配合量がほぼ同等の実施例１〜３の結果から、鋳鉄繊維の配合量の増大に伴って、摩擦材の摩耗量が減少する傾向にある。これにより、鋳鉄繊維は摩擦係数が良好であると同時に、有意な潤滑性も発揮できることがわかる。一方、他の実施例に比べて黒鉛の配合量の少ない実施例４、５では、摩擦材の摩耗量が多かった。したがって、鋳鉄繊維は有意な潤滑性を有するが、より潤滑性を向上させたい場合は、潤滑材としての黒鉛も配合することが好ましいことがわかる。有機繊維に対する鋳鉄繊維の配合量が少ない実施例１では、メタルキャッチ及び異音の発生において少々難がある。また、有機繊維よりも鋳鉄繊維の配合量が多い実施例５では、鳴きの発生において少々難がある。これにより、有機繊維：鋳鉄繊維の配合割合は４０：１〜１：１．２、すなわち鋳鉄繊維の配合量が有機繊維の配合量に対して体積基準で２．５〜１２０％の範囲が好ましいことがわかった。また、実施例６の結果より、有機繊維と鋳鉄繊維とを合わせた配合量を変えても、有機繊維と鋳鉄繊維との相対割合が適度な範囲にあれば、摩耗量が少なくかつ異音や鳴きの発生を有意に抑えられている。これは、摩擦材に有機繊維を適量配合することで、鋳鉄繊維の均一分散性が良好であることに起因していると考えられる。また、有機繊維：鋳鉄繊維が２：１の実施例３、６は、他の実施例に比べて全体的にバランスよく良好な結果を示している。これにより、鋳鉄繊維の配合量が有機繊維の配合量に対して体積基準で４０〜６０％程度の範囲が、最も好ましいことがわかった。
【００２６】
一方、鋳鉄繊維を配合していない比較例１は、メタルキャッチ及びこれに基づく異音が発生している。これは、鋳鉄繊維による潤滑性が得られていないことに起因する。しかし、有機繊維を配合していない比較例２でも、メタルキャッチ及びこれに基づく異音や鳴きが発生した。これは、有機繊維を配合していないので、鋳鉄繊維が均一に分散していないことに起因する。また、有機繊維に対して鋳鉄繊維の配合量が多すぎる比較例３でも、メタルキャッチ及びこれに基づく異音や鳴きが発生している。これは、鋳鉄繊維の配合量が有機繊維で捕捉できる量を超えていることによって、部分的に鋳鉄繊維の偏在が発生したからと推測される。比較例４の結果より、有機繊維を配合していても、スチール繊維を使用しただけでは良好な潤滑性が得られないことがわかる。潤滑材である黒鉛を増量した比較例５、６の結果より、潤滑材を増量することで摩耗量やメタルキャッチ特性が顕著に向上するが、その反面、摩擦係数が悪化していると共に、異音の発生も抑制できていない。したがって、単に潤滑材を増量しても、鋳鉄繊維を使用していなければ良好な摩擦材は得られないことがわかる。