(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ水和物のうち、Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏで表される結晶質構造のアルミナ一水和物と、
水酸化アルミニウムと、
水酸化マグネシウムとを含有する、摩擦材。
【請求項２】
前記アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムが、それぞれ同量含有されている、請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記アルミナ水和物の含有量が０．５〜２０．５ｖｏｌ％である、請求項１または請求項２に記載の摩擦材。
【請求項４】
前記水酸化アルミニウムの含有量が０．５〜２０．５ｖｏｌ％であり、
前記水酸化マグネシウムの含有量が０．５〜２０．５ｖｏｌ％である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の摩擦材。
【請求項５】
前記アルミナ水和物の含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、
前記水酸化アルミニウムの含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、
前記水酸化マグネシウムの含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％である、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摺接させて用いるブレーキパッドやブレーキライニング、及び各種産業機械のクラッチフェーシング等の摩擦材に関し、特に、熱分解時に吸熱反応が生じる難燃材料を配合して耐熱性を向上させた摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの高出力化、高速化等の車両の性能向上に伴い、自動車のブレーキパッド等として使用される摩擦材に対する負荷は従来と比べて大幅に増大している。摩擦材はディスクロータ等の相手材と摺接する摩擦熱によって温度が上昇するので、高い負荷が作用するほど高温になり、摩擦材の使用環境は高温化してきている。一般的に、摩擦材には結合剤としてのバインダー樹脂や、ダンピング特性等を向上させるためのカシューダスト等の有機材料が配合されている。これらの有機材料は、摩擦材が高温となることで熱分解し、ガスが発生する。有機材料から分解ガスが発生すると、ブレーキの効き（摩擦係数）が急激に悪化するフェード現象が生じてしまう。したがって、摩擦材には高い耐熱性が要求され、当該耐熱性の向上は摩擦材にとって重要な課題の１つである。
【０００３】
そこで、吸熱反応により耐熱性を上げる難燃材料として、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの水酸化物を、合計３〜３０ｗｔ％含有させた摩擦材として特許文献１がある。水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムは結晶水を含み（例えば、水酸化アルミニウムは結晶水として付着水分を０．０５〜０．３重量％含む）、脱水分解時に大きな吸熱を伴う。その結果、摩擦材の摩擦熱の一部を吸熱することで摺動時の過熱を抑制し、これにより有機材料の熱分解すなわち分解ガスの発生が抑制されるので、フェードの発生も抑制される。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１１７６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、これらの難燃材料は４００℃未満で温度上昇を抑制させる吸熱反応が終了してしまい、４００℃以上のフェード温度下においては、その有機材料分解抑制効果が得られなかった。具体的には、水酸化アルミニウムは２００〜３００℃で吸熱分解し、水酸化マグネシウムは３６０°程度で吸熱分解する。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、５００℃以上のようなより高温域においても有機材料の分解抑制が可能な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】
本発明の摩擦材は、Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表されるアルミナ水和物を含有することを特徴とする。なお、一般的には水酸化アルミニウムもアルミナ水和物の概念に含まれ得るが、本発明においては、Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏとは異なる水酸化アルミニウムはアルミナ水和物の概念に含まれない。このようなアルミナ水和物としては、結晶質構造の一水和物（ｎ＝１）又は三水和物（ｎ＝３）であることが好ましい。このとき、アルミナ水和物の含有量を、少なくとも０．５〜２０．５ｖｏｌ％とする。
【０００８】
Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表されるアルミナ水和物を含有することを前提として、さらに、摩擦材が水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを含有することが好ましい。このとき、水酸化アルミニウムの含有量を少なくとも０．５〜２０．５ｖｏｌ％とし、水酸化マグネシウムの含有量を少なくとも０．５〜２０．５ｖｏｌ％とする。好ましくは、アルミナ水和物の含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、水酸化アルミニウムの含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、水酸化マグネシウムの含有量が５．５〜１６．０ｖｏｌ％である。さらに、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムが、それぞれ同量含有されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表されるアルミナ水和物を必須成分として含有している。このようなアルミナ水和物の脱水分解温度すなわち吸熱分解温度は、５００℃以上である。したがって、５００℃以上のような高温域においても有機材料の分解抑制が可能となる。すなわち、摩擦材の耐熱性が向上し、より高温域においても良好な摩擦係数を確保できる。
【００１０】
アルミナ水和物が結晶質構造の一水和物又は三水和物であれば、強度や耐摩耗性等の摩擦材に必要な基本的特性を良好に担保できる。また、アルミナ水和物の含有量が０．５〜２０．５ｖｏｌ％であれば、５００℃以上のような高温域における摩擦係数を確保しながら、耐摩耗性も向上する。
【００１１】
アルミナ水和物に加えて、水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを、それぞれ０．５〜２０．５ｖｏｌ％含有していれば、２００〜４００℃における有機材料の分解抑制効果も確保できる。さらに、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムの含有量が、それぞれ５．５〜１６．０ｖｏｌ％であれば有機材料の分解抑制効果が高く、より確実に摩擦係数を確保しながら耐摩耗性も向上できる。
【００１２】
アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムは、それぞれ脱水分解温度が異なることから、それぞれ有機材料の分解抑制効果を発揮する温度域も異なる。すなわち、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムは、それぞれ特有の温度域において有機材料の分解抑制効果を発揮し、同じ温度域において２種以上が同時に有機材料の分解抑制効果を発揮することはあまりない。したがって、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムがそれぞれ同量含有されていれば、各材料に応じた温度域において有機材料の分解抑制効果に優劣が生じないので、２００℃から５００℃を超える広い温度域において確実かつ良好に有機材料の分解抑制効果を担保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の摩擦材は、自動車や列車などの各種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、および各種産業機械のクラッチフェーシング用の摩擦材として適用できる。本発明における摩擦材の基本的組成は、公知の摩擦材と同様とすればよい。具体的には、繊維基材と結合剤とを必須成分としながら、耐熱性、耐摩耗性、ダンピング性、摩擦係数、低相手材攻撃性、及び強度などの摩擦材で必要とされる各種特性を向上させることを目的として潤滑材や研削材を含有することが好ましく、さらにその他の充填材も含有する。なお、本発明の摩擦材は、環境や人体への悪影響が懸念されるアスベストを含有しない、ノンアスベスト（非石綿）摩擦材（ＮＡＯ材）としている。
【００１４】
［繊維基材］
繊維基材としては、従来から摩擦材に使用されているものであれば、特に限定されることなく使用できる。具体的には、アラミド樹脂，ポリエステル樹脂，カオウール等からなる合成樹脂繊維、パルプ等からなる天然繊維、スチール，ステンレス，鋳鉄，銅，真鍮，青銅、アルミニウム等からなる金属繊維、チタン酸カリウム，ガラス，ロックウール，ウォラストナイト等からなる無機繊維などが挙げられる。これらの繊維基材は、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、有機繊維は基本繊維となり、金属繊維や無機繊維は補強繊維として使用される。したがって、有機繊維と金属繊維及び／又は無機繊維とを組み合わせることが好ましい。
【００１５】
［結合剤］
結合剤は、繊維基材と後述の充填材等とを結着させるものであって、バインダー樹脂とも称される。結合剤としては、従来から摩擦材に使用されている各種熱硬化性樹脂やゴムを、特に限定されることなく使用できる。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種のみを単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。
【００１６】
［潤滑材］
潤滑材は、主として摩擦材とディスクロータ等の相手材との間でメタルキャッチが発生することを防ぐものであって、従来から摩擦材に使用されているものであれば、特に限定されることなく使用できる。具体的には、カシューダスト，ラバーダスト，レジンダスト，フリクションダスト等の有機ダストや、グラファイト，弾性黒鉛等を挙げることができる。これらの潤滑材は、１種のみを単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。
【００１７】
［研削材］
研削材は、制動時に摩擦材中の金属成分が溶融することで相手材表面に形成されるトランスファーフィルムを研削するものであって、アブレシブ材とも称される。このような研削材としても、従来から摩擦材に使用されているものであれば特に限定されることなく使用でき、例えばアルミナ、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ることができる。これらの研削材は、１種のみを単独で使用することもできるし、２種以上を混合して使用することもできる。
【００１８】
［充填材］
その他充填材は、主として摩擦材の各種特性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、摩擦調整材とも称される。このような充填材としては、従来から摩擦材に使用されているものであれば特に限定されることなく使用できる。具体的には、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、氷晶石、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、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、窒化ホウ素などを挙げることができる。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種以上が混合使用される。なお、上記潤滑材や研削材も、大きな意味では充填材に含まれる。
【００１９】
そのうえで、本発明の大きな特徴として、摩擦材中に一般式Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表されるアルミナ水和物を必須成分として含有している。上記の式中、ｎの値が１である場合はベーマイト構造のアルミナ水和物を表し、ｎが１を越え３未満である場合は擬ベーマイト構造（ゲル状）のアルミナ水和物を表し、ｎが３を超える場合は非晶質構造のアルミナ水和物を表す。中でも、結晶質構造を有するｎ＝１のベーマイトやダイアスポア、ｎ＝３のジプサイトやバイヤライトが好ましい。アルミナ水和物がゲル状ないし非晶質構造であれば、摩擦材の成形が不可能であるか、可能であっても耐摩耗性や強度などの各種性能が著しく低下する。吸熱反応温度が５００℃以上であるアルミナ水和物を添加することで、有機物の分解抑制温度範囲が拡大する。これにより、有機材料（特にバインダー樹脂）の分解抑制温度が従来よりも上昇し、摩擦材の耐熱性を向上させることが出来きる。すなわち、アルミナ水和物も、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウム等と同様に結晶水を含み、５００℃以上の温度域における脱水分解時に大きな吸熱を伴う。その結果、摩擦材の摩擦熱の一部を吸熱することで摺動時の過熱を抑制し、これにより有機材料の熱分解すなわち分解ガスの発生が抑制され、延いてはフェードの発生も抑制される。
【００２０】
アルミナ水和物は、アルミニウムイソプロポキシド等のアルミニウムアルコキシドの加水分解、アルミニウム塩のアルカリによる中和、又はアルミン酸塩の加水分解等の公知の製造方法により得られる。アルミニウムアルコキシドとしてはイソプロポキシド、２−ブトキシド等が挙げられる。アルミニウムの無機塩またはその水和物を原料として使用する場合は、その原料として、例えば塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、アンモニウムミョウバン、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、水酸化アルミニウム等の無機塩およびその水和物を挙げることができる。アルミナ水和物の形状は、繊維状、針状、球状、棒状等のいずれでもよいが、好ましくは球状（粉状、粒状）である。
【００２１】
アルミナ水和物の含有量は、摩擦材全量基準で０．５〜２０．５ｖｏｌ％とする。アルミナ水和物の含有量が０．５ｖｏｌ％未満では、５００℃以上の温度域における有機材料分解抑制効果が得られないため摩擦係数が低く、摩擦材の耐摩耗性も低下する。一方、アルミナ水和物の含有量が２０．５ｖｏｌ％を超えると、有機材料分解抑制効果は高いが、摩擦材の耐摩耗性が低下する傾向にある。これは、アルミナ水和物の結晶水が取れた酸化物が、研削材として作用する効果が高くなることに起因すると考えられる。すなわち、アルミナ水和物から結晶水が取れるとモース硬度の高いアルミナが残り、当該アルミナによって摩擦材に働くせん断力が増大することで、摩耗し易くなると考えられる。好ましくは、アルミナ水和物の含有量が、摩擦材全量基準で５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、より好ましくは７．５〜１１ｖｏｌ％である。
【００２２】
上記アルミナ水和物に加えて、さらに水酸化アルミニウム及び／又は水酸化マグネシウムを含有することが好ましい。より好ましくは、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムの双方を含有させる。水酸化アルミニウムの熱分解による吸熱反応は２００〜３００℃程度で生じ、水酸化マグネシウムの熱分解による吸熱反応は３００〜４００℃程度で生じるので、これらをアルミナ水和物と共に含有していることで、２００〜４００℃程度の温度範囲における有機材料分解抑制効果、すなわち当該温度域における耐摩耗性も向上する。
【００２３】
水酸化アルミニウムの含有量は、摩擦材全量基準で０．５〜２０．５ｖｏｌ％とする。水酸化アルミニウムの含有量が０．５ｖｏｌ％未満では、２００〜３００℃程度の温度域における有機材料分解抑制効果が得られず、当該温度域においての摩擦係数が大きく低下する。一方、水酸化アルミニウムの含有量が２０．５ｖｏｌ％を超えると、２００〜３００℃程度の温度域における有機材料分解抑制効果は高いが、摩擦材の耐摩耗性が低下するおそれがある。その理由はアルミナ水和物と同様である。好ましくは、水酸化アルミニウムの含有量が、摩擦材全量基準で５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、より好ましくは７．５〜１１ｖｏｌ％である。また、水酸化マグネシウムの含有量は、摩擦材全量基準で０．５〜２０．５ｖｏｌ％とする。水酸化マグネシウムの含有量が０．５ｖｏｌ％未満では、３００〜４００℃程度の温度域における有機材料分解抑制効果が得られず、当該温度域においての摩擦係数が大きく低下する。一方、水酸化マグネシウムの含有量が２０．５ｖｏｌ％を超えると、３００〜４００℃程度の温度域における有機材料分解抑制効果は高いが、摩擦材の耐摩耗性が低下する。好ましくは、水酸化マグネシウムの含有量が、摩擦材全量基準で５．５〜１６．０ｖｏｌ％であり、より好ましくは７．５〜１１ｖｏｌ％である。
【００２４】
さらに、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムが、それぞれ同量含有されていることがより好ましい。この場合、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムを合計した含有量は、摩擦材全量基準で１．５〜６１．５％とする。好ましくは１６〜５０ｖｏｌ％であり、より好ましくは２２〜３５ｖｏｌ％である。
【００２５】
［製造方法］
摩擦材は、以下の製造方法により成形される。まず、繊維基材、結合剤、充填材、及び必要に応じて潤滑材、研削材を適宜所定の組成割合で計量し、計量された各材料を混合機にて乾式混合を行い、摩擦材用組成物とする。混合には、ユニバーサルミキサー、レーディゲミキサー、アイリッヒミキサーなどを用いて行う。この場合、混合中に材料の偏析が発生しないように混合条件を定める。次に、混合された摩擦材用組成物を混合機より取り出し、秤量して所定量取り分け、取り分けられた所定量の摩擦材用組成物を熱成形金型に投入し、熱成形を行う。この場合の熱成形温度は金型表面で１３０〜１８０℃、熱成形圧力は成形される摩擦材一枚当たり１０〜４０ＭＰａ、熱成形時間３〜１０分で行い、熱成形体を得る。熱成形を行う場合、成形前に別の型を用いて予備成形した予備成形体を用いてもよい。作成された熱成形体は、熱処理を行い硬化させる。熱処理条件は、炉内温度１８０〜３００℃、放置時間２〜８時間で行い、摩擦材となる。このように成形された摩擦材は、必要に応じて塗装を行った後、摩擦面側を研磨し、所定の厚さに仕上げ製品となる。
【００２６】
＜熱分析試験＞
まず、アルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムの熱分析挙動についての確認試験を行った。アルミナ一水和物のベーマイト、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムをそれぞれ１０ｍｇ秤量し、これらを混合して、加熱炉内において昇温速度２０℃／ｍｉｎ、ホールド温度を７００℃として、熱分解挙動を計測した。その減少残量率（ＴＧＡ）変化と電圧差（ＤＴＡ）変化の結果を図１に示す。
【００２７】
図１の結果から、水酸化アルミニウムは約３００℃で熱分解が終了し、水酸化マグネシウムは約４００℃で熱分解が終了し、アルミナ水和物は約５５０℃で熱分解が終了することが確認できた。これにより、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムに加えて、さらにアルミナ水和物を摩擦材に配合することで、有機材料の分解抑制温度範囲を５００℃以上にまで拡大でき、摩擦材の耐熱性を向上させることが出来きることがわかった。
【００２８】
＜フェード評価試験＞
次に、難燃材料としてのアルミナ水和物、水酸化アルミニウム、及び水酸化マグネシウムの含有量を種々変更した各種摩擦材（摩擦材１〜１０）を用いて、フェード時の摩擦係数（μ）、及びその時の摩擦材の摩耗量を測定評価した。摩擦材１〜１０の組成を表１に示す。表１中の摩擦材組成を示す数値は、ｖｏｌ％である。表１に示されるように、摩擦材１〜１０は、難燃材料の含有量がそれぞれ異なるが、その他繊維基材、結合剤、充填材などの含有量は一定とし、難燃材料の含有量変化に対しては硫酸バリウムで配合調整した。アルミナ水和物には、一水和物のベーマイトを使用した。
【００２９】
試験条件は、ＪＡＳＯ  Ｃ４０６（自動車ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法）に規定される摺り合せと第１フェードの組み合わせにより、２０００ｃｃクラスの乗用車に準じた実施による評価を行い、フェード時の最小摩擦係数（μ）と、摩擦材の摩耗量を測定した。その結果も表１に示す。なお、摩耗量は、評価前後の摩擦材厚さの差とし、摩擦材の内周面４点と外周面４点の計８点で測定した平均値を取った。ＦＢＴは第１フェード評価時のインターバル及びイナーシャの設定で、各緒元毎に設定した。
【００３０】
【表１】
0005564757.tif 000002
【００３１】
表１の結果から、アルミナ水和物を含有していない摩擦材１では、フェード時の摩擦係数が低く、摩擦材の摩耗量も多かった。これに対し、アルミナ水和物を含有している摩擦材２〜１０は、フェード時の摩擦係数が高いと共に、摩擦材の摩耗量も少なかった。これにより、アルミナ水和物を含有していることで、５００℃以上の耐熱性が向上することがわかった。但し、アルミナ水和物の含有量が２１ｖｏｌ％の摩擦材１０は、フェード時の摩擦係数は良好であるが、摩擦材摩耗量は摩擦材２〜９に比べて多かった。さらに細かく見ると、摩擦材２〜９の中でも、摩擦材５〜８の結果が良好であり、摩擦材６〜８の結果がより良好であり、摩擦材７の結果が最も良好であった。以上の結果から、アルミナ水和物の含有量は、摩擦材全量基準で０．５〜２０．５ｖｏｌ％とし、５．５〜１６．０ｖｏｌ％が好ましく、７．５〜１１ｖｏｌ％がより好ましいことが導き出せた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】アルミナ水和物等の熱分析曲線である。
【図１】
0005564757.tif 000003