(57)【要約】【課題】消費者の期待を満たすと同時に、環境における銅レベルの低減に関する国内法規および／または国際法規をも満たすことができるブレーキ要素を提供することにある。【解決手段】鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つを含む摩擦材料を有するブレーキ要素。摩擦材料中の鉄ファイバの量は約１〜１０体積％の範囲内にある。アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つの量は約１〜５体積％の範囲内にある。摩擦材料には元素銅は含まれていない。摩擦材料が摩耗しても、元素銅が環境中に放散されることはない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つを含む摩擦材料を有し、摩擦材料中の鉄ファイバの量は約１〜１０体積％の範囲内にあり、アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つの量は約１〜５体積％の範囲内にあり、摩擦材料には元素銅が含まれていないことを特徴とするブレーキ要素。
【請求項２】
前記鉄ファイバの量は約２．５体積％であることを特徴とする請求項１記載のブレーキ要素。
【請求項３】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの前記１つの量は、約１体積％であることを特徴とする請求項１記載のブレーキ要素。
【請求項４】
鉄ファイバを含む摩擦材料を有し、該摩擦材料中の鉄ファイバの量は約１〜１０体積％の範囲内にあり、摩擦材料には銅が含まれていないことを特徴とするブレーキ要素。
【請求項５】
前記摩擦材料には元素銅が含まれていないことを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項６】
前記鉄ファイバの量は約２．５体積％であることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項７】
前記鉄ファイバの長さは、約１／４インチ（約６．４ｍｍ）〜約１／２インチ（約１３ｍｍ）の範囲内にあることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項８】
前記鉄ファイバの太さは約２０マイクロメートルであることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項９】
前記摩擦材料は、アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つを含むことを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項１０】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せの量は、約１〜５体積％の範囲内にあることを特徴とする請求項９記載のブレーキ要素。
【請求項１１】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せの量は、約１体積％であることを特徴とする請求項１０記載のブレーキ要素。
【請求項１２】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つはファイバであることを特徴とする請求項９記載のブレーキ要素。
【請求項１３】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つはファイバであり、各ファイバは、約１／４インチ（約６．４ｍｍ）〜約１／２インチ（約１３ｍｍ）の範囲内の長さを有することを特徴とする請求項１２記載のブレーキ要素。
【請求項１４】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つはファイバであり、各ファイバは、約２０〜８０マイクロメートルの範囲内の太さを有することを特徴とする請求項１２記載のブレーキ要素。
【請求項１５】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つは粉末であることを特徴とする請求項９記載のブレーキ要素。
【請求項１６】
前記アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つは粉末であり、該粉末の各粒子は、約０．０５インチ（約１．５ｍｍ）の最大直径を有することを特徴とする請求項１５記載のブレーキ要素。
【請求項１７】
前記鉄ファイバの量は約４．５体積％であることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項１８】
前記鉄ファイバの量は約１体積％であることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項１９】
前記鉄ファイバの長さ対太さ比は、約８０対１〜約６５０対１の範囲内にあることを特徴とする請求項４記載のブレーキ要素。
【請求項２０】
元素銅を含まない摩擦材料を有することを特徴とするブレーキ要素。
【請求項２１】
アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つを含む摩擦材料を有し、アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つの量は約１体積％であり、摩擦材料の鉄ファイバの量は約２．５体積％でありかつ摩擦材料には元素銅が含まれていないことを特徴とするブレーキ要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は摩擦材料に関し、より詳しくは、銅を含まない非アスベスト有機摩擦材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦材料は、一般に、移動する車両または機械部品の運動エネルギを熱に変換して、車両または機械部品の運動を低下させるのに使用されている。一般に、摩擦材料は熱を吸収して、該熱を大気中に徐々に放散する。摩擦材料は、ブレーキの使用中に摩耗屑に変換され、ブレーキシステムの消耗部分であると考えることができる。
【０００３】
ブレーキシステムは、快適性、耐久性およびリーズナブルなコスト等の消費者の一群の或る期待を満たさなくてはならない。これらの期待は、高くかつ安定した摩擦係数、所定限度内の振動および騒音特性、および摩擦材料およびロータ、ドラムまたはクラッチの相手面に対する低摩耗速度等のブレーキに対する一群の特定要求であると解することができる。これらの要求は、リーズナブルなコストで同時的に達成されなくてはならない。特に、性能は、極端な温度、湿度、速度および減速度について、変化する付加条件下で安定していなければならない。
【特許文献１】米国特許第４，３５１，４２１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０７３，０９９号明細書
【特許文献３】２００３年１２月３０日付米国特許第６，６７０，４０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ブレーキシステムは消費者の期待を満たさなくてはならないと同時に、国内法規および／または国際法規をも満たさなくてはならない。多くの国の将来の立法は、環境における銅レベルの低減に関するものとなるかもしれない。このような銅レベルの１つの寄与要因として、伝統的な摩擦材料からの摩耗屑がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ブレーキ要素は、一般に、鉄ファイバ、アルミニウム、錫およびこれらの組合せのうちの１つを含む摩擦材料を有している。摩擦材料中の鉄ファイバの量は、約１〜１０体積％の範囲内にある。アルミニウム、亜鉛、錫およびこれらの組合せのうちの１つの量は、約１〜５体積％の範囲内にある。摩擦材料には、元素銅（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｃｏｐｐｅｒ）が存在しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の他の適用領域は、添付図面、特許請求の範囲の記載および以下に述べる詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定例は、本発明の種々の実施形態を示すものであるが、図示および例示のみを目的とするものであって、本発明の範囲を限定するものではないと理解すべきである。
【０００７】
本発明は、詳細な説明、特許請求の範囲の記載および添付図面から、より完全に理解されよう。
【０００８】
図１には、簡単化された例示の車両用ディスクブレーキシステム１０に関連して本発明が示されている。ディスクブレーキシステム１０は、ロータ１２と、キャリパ１４と、ハブ１６とを有している。ディスクブレーキシステム１０は更に１対のアウトボードブレーキ要素１８ａおよびインボードブレーキ要素１８ｂを有し、以下、これらのブレーキ要素１８ａ、１８ｂは、ブレーキ要素１８またはブレーキパッド１８と呼ぶ。ブレーキ要素１８は、当業界で知られた方法でキャリパ１４に取付けられる。ブレーキシステム１０は簡単化された態様で示されていることは理解されよう。例示のディスクブレーキシステムのより詳細な説明が、本件出願人の所有する上記特許文献１に示されている（該特許文献１はその全体を本願に援用する）。
【０００９】
ブレーキ要素１８の各々は、構造的バッキング２０および摩擦材料２２を有している。摩擦材料２２は、機械的緊締具および／または化学的接合を用いて構造的バッキング２０に取付けられる。このような取付け方法の一例が、上記特許文献２に開示されている（該特許文献２はその全体を本願に援用する）。
【００１０】
ブレーキ要素１８は、ロータ１２を挟圧して、ロータ１２の回転を低下させ、従って車両（図示せず）を所望速度に低下させる。前述のように、ブレーキ要素１８がロータ１２に接触すると摩擦が生じ、この摩擦によりブレーキ要素１８が加熱されかつ最終的に摩耗する。上記説明は、ドラムブレーキ構造、クラッチライニング構造および他の非車両構造（例えば機械部品の減速）にも適用できることは理解されよう。
【００１１】
摩擦材料２２は、例えばスラリ形態に結合され、かつ所望形状に加圧および／またはモールド成形される。摩擦材料２２には、伝統的な摩擦材料に比ベて比較的多量の体積％で鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せを含めることができる。他の摩擦材料成分も考えられるが、摩擦材料２２には元素銅は含まれない。鉄ファイバに代えてまたは鉄ファイバと組合せて、ファイバおよび／または粉末形態の亜鉛および／または錫を、体積％として摩擦材料２２の組成に含めることができる。
【００１２】
摩擦材料２２の例示組成は元素銅を含まないが、銅を含む伝統的な非アスベスト有機摩擦材料に匹敵する性能および耐久性を依然として得ることができる。例示組成はまた、元素銅を含まないものとしかつ鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せの体積％を増大させることにより、環境的に優れた組成物を提供する。熱放散の目的で、伝統的な摩擦材料には多量の元素銅が使用されていることは明白である。従って、本発明は、摩擦材料の成分として元素銅を含む伝統的な摩擦材料と同等の機能を得るべく、多量の鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せを含むものであることは理解されよう。
【００１３】
本発明の一実施形態では、摩擦材料２２は、約１〜１０体積％の鉄ファイバを含み、元素銅は含んでいない。より好ましくは、本発明は２．５体積％の鉄ファイバを含み、同様に元素銅は含まれていない。摩擦材料の鉄ファイバおよび／または他の成分の後述の好ましいパーセンテージ（％）は、最適性能特性を与える。本発明の作動可能性を維持する上で、各成分当りの全体積の正確なパーセンテージに固執する必要はないが、正確なパーセンテージからの誤差があると摩擦材料２２の性能が低下することは理解されよう。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、鉄ファイバの長さは、約１／４インチ（約６．４ｍｍ）〜約１／２インチ（約１３ｍｍ）の範囲内に定めることができる。鉄ファイバの太さ（幅）は、約２０マイクロメートル（μｍ）に定めることができる。例えば、鉄ファイバの長さ対太さ比は、約８０対１〜６５０対１の範囲内に定めることができる。本発明の作動可能性を維持する上で、鉄ファイバの正確な寸法に固執する必要はないが、正確な寸法からの誤差があると摩擦材料２２の性能が低下することは理解されよう。鉄ファイバは多くの業者から商業的に入手でき、このような１つの供給業者として、Ｓｕｎｎｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｃ．社（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ、中国）がある。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、上記鉄ファイバに加えてまたは鉄ファイバの代わりに、摩擦材料２２に、約１〜５体積％のアルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せを含めることができる。より好ましくは、本発明は、１体積％のアルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せを含む。アルミニウム、亜鉛および／または錫は、ファイバおよび／または粉末の形態で添加できる。アルミニウム、亜鉛および／または錫の太さは、約２０〜８０マイクロメートルの範囲内に定めることができる。粉末形態では、アルミニウム、亜鉛および／または錫の粉末は、約０．０５インチ（約１．５ｍｍまたは約１０メッシュ）の公称直径に定めることができる。アルミニウム、亜鉛および／または錫のファイバおよび／または粉末は、多くの業者から商業的に入手できることは理解されよう。
【００１６】
本発明の他の実施形態では、摩擦材料２２は、約４．５体積％の鉄ファイバを含んでおり、元素銅は含んでいない。他の実施形態では、摩擦材料２２は約１体積％の鉄ファイバを含み、銅は実質的に含んでいない。これらの実施形態では、アルミニウム、亜鉛、錫および／またはこれらの組合せは、前述のように、ファイバおよび／または粉末の形態で摩擦材料２２に添加される。本発明の種々の実施形態では、鉄ファイバ、アルミニウム、亜鉛および／または錫は、単独でまたは互いに組合せて使用でき、かつ元素銅の置換物質として機能することは理解されよう。
【００１７】
下記表１には、本発明の他の実施形態を示す摩擦材料２２の第一例示組成の範囲が示されている。「例示値」の欄に示された値は、摩擦材料２２内の成分の好ましい値を示すものである。
【表１】
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【００１８】
下記表２には、本発明の他の実施形態を示す摩擦材料２２の第二例示組成の範囲が示されている。「例示値」の欄に示された値は、摩擦材料についての例示値を示すものである。評および表に示す値は例示値であって、本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。
【表２】
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【００１９】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するのに適した商業的に利用可能な多くの鉱物ファイバを供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、このような１つの例示鉱物ファイバとして、Ｌａｐｉｎｕｓ  Ｆｉｂｒｅｓ  Ｂ．Ｖ．（オランダ国）から商業的に入手可能なＬａｐｉｎｕｓ（Ｒ）Ｆｉｂｅｒがある。
【００２０】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するのに適した商業的に入手可能な多くの金属硫化物および／または金属酸化物を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、例示の金属硫化物として、硫化アンチモン、硫化第二錫、二硫化モリブデンおよび硫化錫があり、これらの全ては種々の業者から入手できる。
【００２１】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するための、ラバーダスト、カシューナッツ摩擦ダスト、アルミニウムファイバおよび／または粉末、錫ファイバおよび／または粉末、および亜鉛ファイバおよび／または粉末の、商業的に入手可能な多くの形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、上記成分は種々の業者から商業的に入手できる。
【００２２】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するための、商業的に入手可能な多くのジルコニアの形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、商業的に入手可能な適当なジルコニアの１つの例示供給源として、Ｍｏｒｇａｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ社（Ｆａｉｒｆｉｅｌｄ、ニュージャージ州）がある。
【００２３】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するための、商業的に入手可能な多くの磁鉄鉱粉末の形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、商業的に入手可能な適当な磁鉄鉱粉末の１つの例示供給源として、Ｒｅａｄｅ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（Ｐａｗｔｕｃｋｅｔ、ロードアイランド州）がある。
【００２４】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するための、商業的に入手可能な多くのアルミナの形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、商業的に入手可能な適当なアルミナの１つの例示供給源として、ＡＬＣＯＡ社がある。
【００２５】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するための、商業的に入手可能な多くの重晶石の形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、商業的に入手可能な適当な重晶石の１つの例示供給源として、Ｃｉｍｂａｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ社（Ｃａｒｔｅｒｓｖｉｌｌｅ、ジョージア州）がある。
【００２６】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するのに適した、商業的に入手可能な多くのグラファイトまたはコークスの形態を供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、商業的に入手可能な適当なグラファイトまたはコークスの１つの例示供給源として、Ａｓｂｕｒｙ  Ｃａｒｂｏｎｓ，  Ｉｎｃ．社（Ａｓｂｕｒｙ、ニュージャージ州）がある。
【００２７】
多くの業者が、摩擦材料２２に使用するのに適した、商業的に入手可能な多くのアラミドファイバおよび／またはパルプを供給していることは理解されよう。本発明の種々の実施形態において、適当なアラミドファイバまたはパルプの例示供給源として、ＤｕＰｏｎｔ社（Ｒｉｃｈｍｏｎｄ、バージニア州）がある。
【００２８】
本発明の一実施形態において、バインダはフェノール樹脂である。摩擦材料２２の成分は、フェノール樹脂による表面処理を受ける。このような表面処理を受ける成分は、摩擦材料２２が製造されるときに、他の成分と容易に混合できるという長所を有する。他の実施形態では、フェノール樹脂の代わりに、シランカップリング剤を使用できる。フェノール樹脂の使用および置換に関する更なる詳細は、本件出願人の所有する上記特許文献３（該特許文献３は、その全体を本願に援用する）
【００２９】
当業者ならば、本発明の広い教示が種々の形態で実施できることは上記説明から明らかであろう。従って、本発明をその特定例に関連して説明したが、本明細書および特許請求の範囲の記載を研究することにより当業者には他の変更が明らかであるため、本発明の真の範囲は特定例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のディスクブレーキシステムを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    ディスクブレーキシステム
１２    ロータ
１４    キャリパ
１６    ハブ
１８    ブレーキ要素（ブレーキパッド）
１８ａ    アウトボードブレーキ要素
１８ｂ    インボードブレーキ要素
２０    構造的バッキング
２２    摩擦材料
【図１】
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