(57)【要約】【課題】銅を含有しない、あるいは、銅含有量を低減した摩擦材において、長期にわたって高温時の摩擦特性を維持しつつ、環境負荷も低くする。【解決手段】実施形態の摩擦材は、銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材であって、熱硬化性の結合材と、潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が前記結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材であって、
熱硬化性の結合材と、
潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が前記結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、
を備えた摩擦材。
【請求項２】
前記昇華性化合物の昇華温度が２５０度以上である、
請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
前記昇華性化合物は、メラミンシアヌレートあるいはメラミンのいずれかである、
請求項１又は請求項２記載の摩擦材。
【請求項４】
繊維基材と、摩擦調整材と、充填材と、を含み、
前記結合材、前記繊維基材、前記摩擦調整材及び前記充填材の配合比を調整して、被摩擦材が接触される表層を除く前記摩擦材の内部の温度が前記昇華温度未満となるように熱伝導率が設定されている、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の摩擦材。
【請求項５】
銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材組成物であって、
繊維基材と、
摩擦調整材と、
熱硬化性の結合材と、
充填材と、
潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が前記結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、
を含む摩擦材組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材及び摩擦材組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１記載の摩擦材においては、高温で熱分解し、液状化するカシューダストに代えて、昇華性を有し潤滑剤としても知られるメラミンシアヌレートを配合して、液状物によるフェード現象を防止して摩擦性能を高めているが、熱伝導率の高い銅を配合しているため、フェード時に摩擦材の温度がメラミンシアヌレートの昇華温度より高くなりやすく、メラミンシアヌレートが摩擦材から消失して潤滑性が低下し、摩耗量が大きくなる虞があった。
ところで、近年、河川汚染、海洋汚染あるいは人体への悪影響などの観点から、摩擦材に含まれる素材への環境適合性の要求も厳しくなりつつある。
このため、銅を配合しない、あるいは、銅配合量を低減した摩擦材の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３０７３１号公報
【特許文献２】特開２０１５−０９３９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、特許文献２記載の技術においては、銅を配合しない摩擦材において、部分黒鉛化コークス及びマスコバイトを配合することにより、高温摩耗性能を銅配合時と同等とする技術が開示されているが、黒鉛化コークスの配合量を増加させると摩擦性能が低下する傾向があり、銅を配合した摩擦材よりも高い摩耗性能を得ることは困難であった。
また、高い熱伝導性や高温での潤滑機能を有する銅を含有しないとすると、高温時の摩擦特性は悪化することとなる。
これを回避するため、黒鉛系あるいは硫化物系の潤滑剤を増加させることが考えられるが、以下の様な不具合があった。
【０００５】
黒鉛系の潤滑剤の配合量を増加させると、低温域から高温域にわたって全体的に摩擦係数μが低下し、被膜形成により異音が発生しやすくなる虞があった。
また、硫化物系の潤滑剤については、高コストであるとともに、硫化アンチモン等のように環境負荷が高い材料である虞があった。
【０００６】
そこで、本発明は、銅を含有しない（あるいは銅含有量を低減した）摩擦材において、高温時の摩擦特性を長期にわたって維持しつつ、環境負荷も低くすることが可能な摩擦材及び摩擦材組成物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、実施形態の摩擦材は、銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材であって、熱硬化性の結合材と、潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が前記結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、を備える。
上記構成によれば、昇華性化合物が制動時に昇華しづらく、層単位で剥がれて潤滑を行うため、高温時の摩擦特性を維持しつつ、環境負荷も低く寿命も確保することができる。
【０００８】
上記構成において、結合材の硬化温度が約２３０度以下であり、昇華温度が２５０度以上であるようにしてもよい。
この構成によれば、摩擦材の製造時に、昇華性化合物が昇華により消失することなく製造できる。
【０００９】
また、上記構成において、昇華性化合物は、メラミンシアヌレートあるいはメラミンのいずれかとしてもよい。
この構成によれば、高温時に摩擦材を充分に潤滑することができ、所望の摩擦特性を得ることができる。
【００１０】
また、上記構成において、繊維基材と、摩擦調整材と、充填材と、を含み、結合材、繊維基材、摩擦調整材及び充填材の配合比を調整して、被摩擦材が接触される表層を除く摩擦材の内部の温度が昇華温度未満となるように熱伝導率が設定されているようにしてもよい。
この構成によれば、ロータ等の被摩擦材が接触される表層を除き、熱伝導により摩擦材の内部の温度上昇があっても、その温度が昇華温度未満となるので、潤滑剤としても昇華性化合物の消失を抑制でき、長期にわたって摩擦特性を維持することができる。
【００１１】
実施形態の摩擦材組成物は、銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材組成物であって、繊維基材と、摩擦調整材と、熱硬化性の結合材と、充填材と、潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が前記結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、を含む。
上記構成によれば、昇華性化合物が制動時に昇華しづらく、層単位で剥がれて潤滑を行うため、高温時の摩擦特性を維持しつつ、環境負荷も低く寿命も確保することができる摩擦材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態のブレーキパッドの外観斜視図である。
【図２】図２は、実施形態の摩擦材を用いたブレーキパッドの製造手順の説明図である。
【図３】図３は、実施例及び比較例の特性及び性能評価結果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に図面を参照して本発明の例示的な実施形態について詳細に説明する。
以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。
【００１４】
図１は、実施形態のブレーキパッドの外観斜視図である。
ブレーキパッド１０は、第一面Ｆ１を有した裏板１１と、第一面Ｆ１と接し、厚さ方向の中央に対して第一面Ｆ１と反対側に位置され第一面Ｆ１と略平行な第二面Ｆ２を有した摩擦材（ライニング）１２と、を備えている。
【００１５】
ここで、摩擦材を含むブレーキパッドの製造方法について説明する。
まず具体的な製造方法の説明に先立ち、実施形態の原理について説明する。
環境負荷の低減を図るために銅の配合量が０．５重量％以下の摩擦材を構成する場合、高温での摩擦特性は悪化する。
【００１６】
一方、有機物である繊維や摩擦調整材は、液化してしまうとフェード現象の原因となり得る。
これを避けるため、本実施形態では、高温での摩擦特性を維持し、フェード現象の発生を抑制するために、潤滑剤として層状構造を有する昇華性化合物を配合することとした。
【００１７】
この場合において、昇華性化合物は、昇華温度より温度が高くなれば、昇華し、潤滑剤としての機能も失うため、摩擦材を構成している結合材、繊維基材、摩擦調整材及び充填材の配合比を調整して、被摩擦材が接触される表層を除く摩擦材の内部の温度が昇華性化合物の昇華温度未満となるように熱伝導率を設定している。具体的には、熱伝導率は、１．２２Ｗ／ｍＫ以下となるにされている。
【００１８】
これは、熱伝導率が１．２２Ｗ／ｍＫを超える場合、ロータと摩擦材との摩擦により生じた熱が、摩擦材の内部まで伝達して、該摩擦材がロータと接触する表面のみならず、摩擦材内部の昇華性化合物の温度も昇華温度を超えてしまう可能性があるからである。
【００１９】
また、昇華性化合物の昇華温度は、摩擦材の熱処理工程における熱処理温度（１５０℃〜２５０℃）よりも高くないと摩擦材の製造時に昇華してしまうこととなるので、昇華温度が２５０℃以上の昇華性化合物を用いるのが好ましい。
【００２０】
このような昇華性化合物であって層状構造を有する昇華性化合物は、メラミンシアヌレート（昇華温度３５０〜４００℃）あるいはメラミン（昇華温度２５０〜３００℃）等が挙げられる。
【００２１】
また、昇華性化合物の配合量としては、潤滑剤としての機能を発揮しつつ、摩擦材の強度を確保するために、配合量を０．５〜１０重量％とするのが好ましい。
すなわち、本実施形態によれば、従来の摩擦材の製造工程をそのまま流用しつつ、ダンピング性能を向上して、ブレーキ鳴きを防止することが可能となるのである。
【００２２】
ところで、銅が配合された摩擦材においては、銅は、延性及び展性が高いため、高温摩擦時には、軟化変形し、摩擦面に拡がることとなり、摩擦材とロータとの間に銅が存在する熱伝導率の高い領域、すなわち、ロータからの熱を効率的に伝達可能な領域が増加して、熱が多く伝わり、摩擦材の温度が上昇しやすくなる。したがって、このような摩擦材に昇華性化合物を配合したとしても、容易に摩擦材内部まで熱が伝導し、昇華性化合物の昇華を必要以上に招くこととなる。
【００２３】
これに対し、本実施形態の摩擦材は、銅の配合量が０．５重量％以下である、いわゆる、銅フリーの摩擦材であるため、摩擦材とロータとの間に銅が存在する熱伝導率の高い領域が発生することがなく、摩擦材にロータからの熱の伝導を抑制し、摩擦材の温度が上昇しづらく、昇華性化合物の昇華を抑制することができる。
さらに、摩擦材の内部においても、熱伝導率の高い銅が含まれていないため、摩擦材の温度上昇は、摩擦材の表面にとどまり、摩擦材表面の昇華性化合物が摩擦熱で昇華してしまったとしても、摩耗後の摩擦材表面には、新たな昇華性化合物が存在し、次回の制動時においても同様の制動性能を発揮できるのである。
【００２４】
また、本実施形態の摩擦材に用いられている昇華性化合物は、高温でも液状化しないため、摩擦材とロータとの間に位置する液状物によるフェードの原因となり得ず、フェード性能を良好に維持できる。
【００２５】
次に、図２を用いて、摩擦材を含むブレーキパッドの製造方法について説明する。
まず、所定の原料を混合して混合粉（摩擦材組成物）を得る（ステップＳ１１）。
ここでいう所定の原料とは、昇華性材料であるメラミンシアヌレートである潤滑材に加えて、熱硬化樹脂である結合材、繊維基材、有機摩擦調整材、無機摩擦調整材、他の潤滑材、ｐＨ調整材及び無機充填材等である。
【００２６】
この場合において、昇華性化合物としては、層状構造を有し、昇華温度が結合材の硬化温度よりも高いものが必要であり、例えば、メラミンシアヌレート（昇華温度３５０℃〜４００℃）あるいはメラミン（昇華温度２５０℃〜３００℃）等が挙げられる。
【００２７】
熱硬化樹脂である結合材としては、フェノール樹脂が挙げられる。
また、繊維基材としては、アラミド繊維、無機繊維等が挙げられる。
また、有機摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴム粉（ＳＢＲ）等が挙げられる。
【００２８】
また、無機摩擦調整材としては、チタン酸カリウム、酸化鉄、酸化マグネシウム、ケイ酸ジルコニウム及びこれらをステアリン酸処理した材料等が挙げられる。
また、他の潤滑剤としては、黒鉛、コークス、硫化錫等が挙げられる。
また、ｐＨ調整材としては、水酸化カルシウム（消石灰）等が挙げられる。
また、無機充填材としては、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
【００２９】
所定の原料が十分に混合された後、予備成形工程により予備成形を行う（ステップＳ１２）。
この予備成形においては、摩擦材の混合体を所定の裏板に載置することが可能な程度の成形を行う。
【００３０】
続いて、予備成形された摩擦材を裏板の所定位置に配置した状態で熱成形装置の加圧及び加熱用の型にセットし、第１の温度帯（＝２００℃未満）において熱成形を行う（ステップＳ１３）。
この熱成形は、原料として加えてある結合材を十分に溶かした後に硬化させ、後段に行われる熱処理において摩擦材の形状を維持するために行われるものであり、所定の型内に裏板を配置した状態で所定の原料を型内に投入し、加圧及び加熱を行う。
【００３１】
続いて、変形を抑制するため加圧した状態で、第１の温度帯より高い第２の温度帯（＝２００〜２４０℃）において所定時間（例えば、１時間〜２時間）加熱して、摩擦材を硬化させる熱処理がなされる（ステップＳ１４）。
【００３２】
続いて、熱処理後のブレーキパッドは、所定の仕上げ加工が施され（ステップＳ１５）、製品となる。
【００３３】
本実施形態によれば、摩擦材には、熱硬化性の結合材と、潤滑材として機能し、層状構造を有し、昇華温度が結合材の硬化温度よりも高く、配合量が０．５〜１０重量％とされた昇華性化合物と、が含まれているので、高温時の摩擦特性を長期にわたって維持しつつ、環境負荷も低くすることができる。
【実施例】
【００３４】
次に実施例について詳細に説明する。
図３は、実施例、比較例及び性能評価の説明図である。
［１］実施例
［１．１］第１実施例
まず第１実施例（図３中、実施例１と表す。以下同様）の摩擦材の配合組成について説明する。
実施例の配合組成物としては、大別すると、結合材、基材繊維、潤滑剤、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材、無機摩擦調整材及び充填材が挙げられる。
【００３５】
以下、第１実施例の摩擦材の配合組成について詳細に説明する。
第１実施例においては、結合材として、フェノール樹脂を１１ｗｔ％配合した。
第１実施例においては、基材繊維としてアラミド繊維を５ｗｔ％、無機繊維（ロックウール）を５．５ｗｔ％配合した。
【００３６】
第１実施例においては、潤滑剤としてメラミンシアヌレートを２ｗｔ％、黒鉛を４．５ｗｔ％、マイカを５ｗｔ％、硫化物系潤滑剤を３．５ｗｔ％配合した。
第１実施例においては、有機摩擦調整材としてカシューダストを３ｗｔ％配合した。
【００３７】
第１実施例においては、ｐＨ調整材として消石灰（水酸化カルシウム）を２ｗｔ％配合した。
第１実施例においては、無機摩擦調整材として、チタン酸カリウムを２１ｗｔ％、酸化鉄を４ｗｔ％、酸化ジルコニウム及びケイ酸ジルコニウムを合わせて１３．５ｗｔ％配合した。
【００３８】
第１実施例においては、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を２０ｗｔ％配合した。
【００３９】
［１．２］第２実施例
第２実施例の摩擦材の配合組成が第１実施例の配合組成と異なる点は、潤滑剤としてメラミンシアヌレートを０．７ｗｔ％配合し、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を２１．３ｗｔ％配合した点である。
他の配合組成は第１実施例と同一である。
【００４０】
［１．３］第３実施例
第３実施例の摩擦材の配合組成が第１実施例の配合組成と異なる点は、潤滑剤としてメラミンシアヌレートを８ｗｔ％配合し、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を１４ｗｔ％配合した点である。
他の配合組成は第１実施例と同一である。
【００４１】
［２］比較例
次に比較例について説明する。
比較例の摩擦材の配合組成物としては、実施例の配合組成物と同様に、大別すると、結合材、基材繊維、潤滑剤、有機摩擦調整材、ｐＨ調整材、無機摩擦調整材及び充填材が挙げられる。
【００４２】
［２．１］第１比較例
まず第１比較例（図３中、比較例１と表す。以下同様）の配合組成について説明する。
第１比較例の配合組成が上述した第１実施例の配合組成と異なる点は、潤滑剤としてのメラミンシアヌレートを配合せず、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を２２ｗｔ％配合した点である。
他の配合組成は第１実施例と同一である。
【００４３】
［２．２］第２比較例
第３比較例の摩擦材の配合組成が上述した第１実施例の配合組成と異なる点は、無機摩擦調整材として銅５ｗｔ％配合し、潤滑剤としてのメラミンシアヌレートを配合せず、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を１７ｗｔ％配合した点である。
他の配合組成は第１実施例と同一である。
【００４４】
［２．３］第３比較例
第３比較例の摩擦材の配合組成が上述した第１実施例の配合組成と異なる点は、無機摩擦調整材として銅５ｗｔ％配合し、充填材として無機充填材（硫酸バリウム等）を１５ｗｔ％配合した点である。
他の配合組成は第１実施例と同一であり、潤滑剤としてのメラミンシアヌレートを第１実施例と同じく２ｗｔ％配合している。
【００４５】
［３］特性及び性能評価
次に上記各実施例及び各比較例の特性及び性能評価結果について説明する。
図３は、実施例及び比較例の特性及び性能評価結果の説明図である。
特性評価としては、パッド熱伝導率を評価した。
【００４６】
［３．１］パッド熱伝導率
パッド熱伝導率は、熱線法により測定した。
【００４７】
［３．２］３００℃パッド摩耗量
摩擦材とロータとの摺り合わせを３００回行った後に、ＪＡＳＯ  Ｃ４２７規格に準拠して摩擦材の表面が３００℃となる条件で５００回の制動を行った後の摩擦材の摩耗量を測定し、得られた結果を１０００回の制動を行った場合に換算し、以下の３段階の基準で評価した。制動条件は、初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．１５Ｇとした。
【００４８】
図３においては、摩擦材の摩耗量が０．２０ｍｍ以下を◎（非常に良好）とし、０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍを○（良好）とし、０．３０ｍｍ超を△（可）として評価した。
【００４９】
［３．３］４００℃パッド摩耗量
摩擦材とロータとの摺り合わせを３００回行った後に、ＪＡＳＯ  Ｃ４２７規格に準拠して摩擦材の表面が４００℃となる条件で５００回の制動を行った後の摩擦材の摩耗量を測定し、得られた結果を１０００回の制動を行った場合に換算し、以下の３段階の基準で評価した。制動条件は、初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．１５Ｇとした。
【００５０】
図３においては、摩擦材の摩耗量が０．２０ｍｍ以下を◎（非常に良好）とし、０．２０ｍｍ〜０．３０ｍｍを○（良好）とし、０．３０ｍｍ超を△（可）として評価した。
【００５１】
［３．４］ロータ摩耗量
上述した３００℃パッド摩耗量試験及び４００℃パッド摩耗量試験を行った後のロータの摩耗量を測定し、以下の３段階の基準で評価した。
図３においては、ロータの摩耗量が０．０１５ｍｍ以下を◎（非常に良好）とし、０．０１５ｍｍ〜０．０２５ｍｍを○（良好）とし、０．０２５ｍｍ超を△（可）として評価した。
【００５２】
［３．５］総合評価結果
図３に示すように、摩擦材の熱伝導率は、第１実施例が１．０２Ｗ／ｍＫ、第２実施例が０．９６Ｗ／ｍＫ、第３実施例が０．９９Ｗ／ｍＫとなっており、メラミンシアヌレートが昇華温度に達するのがディスクロータ（被摩擦材）に押しつけられて接触される摩擦材の表面にとどまっており、摩擦材の内部においては、潤滑剤としてのメラミンシアヌレート（あるいはメラミン）が保持された状態を維持でき、所望のブレーキ特性を維持することが可能となっている。
図３に示すように、第１実施例から第３実施例の摩耗特性においては、第１実施例及び第２実施例の４００℃における摩耗特性を除き概ね非常に良好であり、第１比較例から第３比較例と比較して、十分な摩耗特性を有するという結果が得られた。
【００５３】
［４］実施形態の変形例
以上の摩擦材は、フローティング型のディスクブレーキの他、押圧部材としてのピストンが対向配置され、対向配置されたピストンが一対のブレーキパッドをディスクロータ（被摩擦材）に押し付ける構成の所謂オポースド型（対向ピストン型）等に適用が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０…ブレーキパッド、１１…裏板、１２…摩擦材（ライニング）。
【図１】
2019210320.tif 000003
【図２】
2019210320.tif 000004
【図３】
2019210320.tif 000005