(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキ摩擦材において、
前記ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、
前記ブレーキ摩擦材中の銅繊維の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、
前記ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、
前記ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウムの含有量が２１質量％以上かつ３０質量％以下であり、
前記ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が６質量％以上かつ１２質量％以下である、ブレーキ摩擦材。
【請求項２】
前記ブレーキ摩擦材中のゴム粉及び/又はカシューダストの含有量が４質量％以上かつ６質量％以下である、請求項１に記載のブレーキ摩擦材。
【請求項３】
前記銅繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜２３０μｍ、２〜４ｍｍであり、
前記スチール繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜１５０μｍ、１〜４ｍｍであり、
前記チタン酸カリウムの平均粒径は２５〜６０μｍであり、
前記ウォラストナイトの平均粒径と繊維長はそれぞれ、５〜１０μｍ、３０〜６０μｍである、請求項１又は２に記載のブレーキ摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキ摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のブレーキ摩擦材は、強化繊維、結合材、潤滑材及び充填材を含む摩擦材組成物が一般的であり、中でも銅繊維もしくは銅粉を２０重量％程度配合し、ウォラストナイト、チタン酸カリウム、及び／又はスチール繊維を含有するブレーキ摩擦材が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５７６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１のブレーキ摩擦材において、北米の法規制に対応して銅繊維を５質量％未満に抑えようとすると、摩擦特性を確保できない等の課題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、銅を低減しつつも、摩擦特性を確保できるブレーキ摩擦材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のブレーキ摩擦材は、その全体量を１００質量％としたとき、前記ブレーキ摩擦材中の銅繊維の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、前記ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウムの含有量が２１質量％以上かつ３０質量％以下であり、前記ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が６質量％以上かつ１２質量％以下である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、銅を低減しつつも、摩擦特性を確保できるブレーキ摩擦材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のブレーキ摩擦材の一例としてのブレーキパッドを示す正面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、ブレーキ摩擦材を実施するための形態について説明する。尚、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１０】
本実施形態のブレーキ摩擦材は、自動車などの車両の制動に用いられるディスクブレーキ用のブレーキパッド及びドラムブレーキ用のブレーキシュー等に用いられるブレーキ摩擦材である。これらのブレーキパッドやブレーキシューは、ディスクロータやブレーキドラム等の被制動部材に当接して摩擦力を生じさせることで車両を制動する。
【００１１】
図１に、一例として、ディスクブレーキ用のブレーキパッド１を示す。該ブレーキパッド１は、バックプレート２と、バックプレート２の表面に接着されたブレーキ摩擦材３とからなる。バックプレート２の反対側がディスクブレーキのキャリパで押圧されることにより、ブレーキ摩擦材３が車輪と共に回転するディスクに接触してディスクの回転にブレーキをかける。
【００１２】
ここで、特許文献１には、フェノール樹脂６．０〜６．６質量％、ニトリルゴム粉末１〜２質量％を結合材とし、ウォラストナイト１０〜１５質量％、銅繊維１２〜２０質量％、チタン酸カリウム５〜１０質量％、ロックウール５〜１０質量％を含有してなるブレーキ摩擦材が記載されている。該ブレーキ摩擦材は、制動時に発生する摩耗粉に銅を多く含むことになるため、環境への影響の観点から、銅の使用を減少させる要求がある。一方、必要な摩擦特性の確保とディスクロータ摩耗量の低減を図る必要がある。尚、北米では、法規制により銅の含有量を低減し、２０２１年にはブレーキ摩擦材における銅の含有量を５質量％未満に制限するという規制がなされる予定である。
【００１３】
特許文献１のブレーキ摩擦材において銅繊維の含有量を１２質量％未満に抑えようとすると、ディスクロータ摩耗量が多くなり、タイヤホイールが汚れやすくなる。そこで本願発明者らは、銅繊維の含有量を７質量％程度配合し、スチール繊維、チタン酸カリウム、ジルコンサンド、四三酸化鉄、ウォラストナイトなどを配合することにより、必要な摩擦抵抗を確保したブレーキ摩擦材を開発し、研究している。一方、該開発中のブレーキ摩擦材に含まれるジルコンサンドは硬質な材料であるため、ディスクロータへの攻撃性が高く、ブレーキ摩擦材として摩耗量が多くなる傾向があり、ホイールが汚れやすくなる。
【００１４】
そこで、本実施形態では、銅の低減による環境対応性に優れ、摩擦特性を確保できると共に、ディスクロータ摩耗量を低減でき、タイヤホイール汚れの少ないブレーキ摩擦材を提供する。また、材料使用量を増やすことなくパッド厚さを厚くすることができるため、材料費低減を実現できると共に、熱伝導性が良好で成形品としての品質が高く、電気伝導度が良好で粉体塗装が可能なブレーキ摩擦材を提供できる。
【００１５】
本実施形態のブレーキ摩擦材は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、及び充填材を含有し、該ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、強化繊維としての銅繊維を含む銅の含有率が３質量％以上５質量％未満であり、ブレーキ摩擦材中のスチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、ブレーキ摩擦材中のチタン酸カリウムの含有量が２１質量％以上かつ３０質量％以下であり、ブレーキ摩擦材中のウォラストナイトの含有量が６質量％以上かつ１２質量％以下である。また、有機系摩擦調整材としてのゴム粉（ラバーパウダー）及び/又はカシューダストの含有量が４質量％以上かつ６質量％以下であると更に良い。尚、チタン酸カリウムは粉末が望ましいが、繊維であってもよい。
【００１６】
ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、前記したように銅の含有率が３質量％以上５質量％未満であるが、例えば、強化繊維としての銅繊維を３質量％以上５質量％未満の範囲で含有することができる。銅繊維の含有量が３質量％未満になると摩擦係数（第２効力）が低くなる。スチール繊維（強化繊維）の含有量が低い場合には摩擦係数（第２効力）が低くなると共に、ブレーキ摩擦材としての導電率が低くなり、静電塗装時の搬送コンベアに設置されたアース線から電荷を逃がすことができず、静電塗装装置での塗装ができなくなるおそれがある。逆に、スチール繊維の含有量が多くなりすぎるとディスクロータの摩耗量が多くなり、鳴き／異音発生頻度が高くなる。
【００１７】
チタン酸カリウムもしくは繊維状のウォラストナイトの含有量はブレーキ摩擦材の摩擦係数及びディスクロータ摩耗量に影響があり、チタン酸カリウムとウォラストナイトの含有量の適正化を図ることで摩擦特性の確保とディスクロータ摩耗量の低減を両立させることができる。
【００１８】
尚、銅繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜２３０μｍ、２〜４ｍｍ、スチール繊維の平均繊維径と平均繊維長はそれぞれ、５０〜１５０μｍ、１〜４ｍｍ、チタン酸カリウムの平均粒径は２５〜６０μｍ、ウォラストナイト繊維の平均粒径と繊維長はそれぞれ、５〜１０μｍ、３０〜６０μｍである。
【００１９】
他に、ブレーキ摩擦材には、必要に応じて、有機系摩擦調整材としてゴム粉（ラバーパウダー）及び/又はカシューダストが添加され、その他の強化繊維としてアラミド繊維が添加され、無機系摩擦調整材として亜鉛などの金属粉末が添加され、結合材としてはフェノール樹脂（例えば、変性無しのストレートフェノール樹脂）が添加され、充填材として硫酸バリウムが添加され、無機繊維としてロックウールが添加される。更に、潤滑材としては、黒鉛、コークス、三硫化アンチモン、マイカ等が必要に応じて添加される。更に、必要に応じてｐＨ調整材（例えば、水酸化カルシウム）等を含有してもよい。
【００２０】
以上のブレーキ摩擦材は、上述の各成分を必要量秤量して混合し、混合材を金型によって圧縮成形する。この圧縮成形品をバックプレートに接着剤で接着し、必要な研磨や溝加工を施すことで先に説明したブレーキパッドを得ることができる。
【００２１】
以上のブレーキ摩擦材では、銅繊維の配合量を５質量％未満に低く抑えているので、ブレーキの制動に伴う銅の排出量が少なくなり、環境に対する負荷が少ない。また、チタン酸カリウムを多く含んでいるので、摩擦係数を確保することができ、移着膜を形成できるので、ブレーキ摩擦材にロータ攻撃性のあるウォラストナイトを配合できるようになり、所望の摩擦係数を得やすくなる効果がある。
【００２２】
また、以上のブレーキ摩擦材では、かさ密度が低く安価なウォラストナイトを多く配合できるので、ブレーキ摩擦材を厚く作製することが可能であり、安価なウォラストナイトを多く含むことによりそれ以外の高価な材料の使用量を削減して材料費の低減を図ることができる。製品としてのパッドの厚さは決まっているので、ブレーキ摩擦材を用いて同じ厚さのパッドを製造すると仮定して、配合材料使用量が１００ｇの場合と、配合材料使用量が１１０ｇの場合を比較すると、配合材料使用量を１００ｇとした場合の材料が少なくなるので、材料費の低減ができる。ウォラストナイトなどの軽い材料を使用して、配合材料使用量を１００ｇとした場合であっても、より厚いパッドの製造が可能となる。
【実施例】
【００２３】
ブレーキ摩擦材を取り付けるためのバックプレートを十分に洗浄した後、ブレーキ摩擦材と接する面に接着剤を塗布し乾燥させた。次に、以下の表１に示すように銅繊維を３〜４．９質量％、チタン酸カリウムを２１〜３０質量％、ウォラストナイトを６〜１２質量％、スチール繊維を６〜１０質量％、有機系摩擦調整材としてゴム粉及び/又はカシューダストを４〜６質量％の範囲になるようにそれぞれ用意した。更に、強化繊維としてロックウール、無機系摩擦調整材として亜鉛の粉末、潤滑材として黒鉛、充填材として硫酸バリウム、ｐＨ調整材として水酸化カルシウムを所定量配合して原料混合物を得た。表１において各成分の配合量の単位は全て質量％を示す。
【００２４】
【表１】
0006535543.tif 000002
【００２５】
その後、常温にて前記原料混合物を所定の金型を用いて圧力５０ＭＰａにて冷間圧縮成形した。この冷間圧縮成形品と前記接着剤を塗布したバックプレートを１５０℃に温度設定した金型に投入し、所定の圧力、時間で加熱圧縮成形した。更に、金型から取り出した成形品を２２０℃で６時間熱処理し、研磨加工、溝加工を行って実施例１〜１１のブレーキパッドを得た。これらのブレーキパッドについて、摩擦摩耗特性（自動車工業規格ＪＩＳ０ Ｃ ４０６）「乗用車−ブレーキ装置−ダイナモメータ試験」の評価を行った。
【００２６】
鳴き／異音発生頻度は、ブレーキパッドの温度を所定温度範囲とし、ディスクブレーキキャリパへの供給液圧を所定の範囲としたときの、それぞれの組み合わせで所定回数制動試験を行い、このときに発生する音の大きさのレベルが一定値以上となった時の回数を計測してその割合を算出した。
【００２７】
自動車を生産している企業においては代表的な第２効力の６ｍ／ｓ２時の摩擦係数は０．３５以上を要する場合があり、ディスクロータの摩耗量は市場で問題とならないレベルである５μｍ以下が要求される。また、鳴き／異音発生頻度は市場で問題とならないレベルである１％以下が要求される。
【００２８】
次に、比較のために、前述の工程に従って原料を配合して混合物を得る場合、銅繊維含有量と、スチール繊維含有量と、チタン酸カリウム含有量と、ウォラストナイト含有量と、ゴム粉及び/又はカシューダストの含有量の何れかを望ましい範囲から外した比較例１〜９のブレーキパッドを得た。各原料の配合割合は以下の表２に示す通りである。
【００２９】
比較例として、銅繊維を望ましい範囲より少なくした例を比較例１、スチール繊維を望ましい範囲より少なくした例を比較例２、多くした例を比較例３、チタン酸カリウムを望ましい範囲より少なくした例を比較例４、多くした例を比較例５、ウォラストナイトを望ましい範囲より少なくした例を比較例６、多くした例を比較例７、ゴム粉及び/又はカシューダストを望ましい範囲より少なくした例を比較例８、多くした例を比較例９としている。これら比較例１〜９のブレーキパッドについて、先の実施例１〜１１のブレーキパッドと同様の摩擦摩耗特性評価を行った。これらの評価結果について以下の表３、表４に纏めて示す。尚、表２、表４において、本実施形態の望ましい範囲より外れている数値については、下線を施している。
【００３０】
【表２】
0006535543.tif 000003
【００３１】
【表３】
0006535543.tif 000004
【００３２】
【表４】
0006535543.tif 000005
【００３３】
＜実施例の評価結果＞
表１と表３によると、実施例１〜１１は第２効力の摩擦係数が０．３５以上に高く維持され、ディスクロータの摩耗量が５μｍ以下で少なく、鳴き頻度（鳴き／異音発生頻度）も１％以下で優れた結果を示した。また、これらのブレーキパッドを製造した工程は従来のブレーキパッドの製造工程と変わらないので製造工程は従来方法をそのまま適用することができ、製造に格別困難性はない。
【００３４】
表１、表３に示す実施例１〜１１は、ブレーキ摩擦材の全体量を１００質量％としたとき、銅繊維の含有量が３質量％以上かつ５質量％未満であり、スチール繊維の含有量が６質量％以上かつ１０質量％以下であり、チタン酸カリウムの含有量が２１質量％以上かつ３０質量％以下であり、ウォラストナイトの含有量が６質量％以上かつ１２質量％以下であり、ゴム粉及び／又はカシューダストを４質量％以上かつ６質量％以下であるブレーキ摩擦材であり、何れも優れた特性を示した。また、これらの成分に加え、その他の強化繊維としてのアラミド繊維を３質量％、結合材としてのフェノール樹脂を６質量％、無機繊維としてのロックウールを５質量％、無機系摩擦調整材としての亜鉛粉末を１０質量％、潤滑材としての黒鉛を７質量％、ｐＨ調整材としての水酸化カリウムを３質量％含有し、残部充填材として硫酸バリウムを含む組成である。
【００３５】
＜比較例の評価結果＞
表２と表４によると、本実施形態の望ましい範囲より銅繊維を少なくした比較例１は、第２効力の６ｍ／ｓ２時の摩擦係数が０．３５を下回り、低くなった。本実施形態の望ましい範囲よりスチール繊維を少なくした比較例２は摩擦係数が低くなり、静電塗装時の搬送コンベアに設置されたアース線から電荷を逃がすことができず、塗装ができない問題を生じ、本実施形態の望ましい範囲よりスチール繊維を多くした比較例３はディスクロータ摩耗量が多くなり、鳴き／異音発生頻度も上昇した。本実施形態の望ましい範囲よりチタン酸カリウムもしくはウォラストナイトを少なくした比較例４、６は摩擦係数が低くなり、さらには摩擦材が薄くなるため材料費も高くなった。チタン酸カリウムが多い比較例５は摩擦係数が高くなりすぎたために鳴き／異音発生頻度が多くなった。比較例７はディスクロータの摩耗量も多くなる。尚、表３、４中において、ディスクロータ摩耗量がマイナスとなる場合が示されているが、これは、パッド成分がディスクロータに移着(転着)するためである。  
【００３６】
本実施形態の望ましい範囲よりゴム粉及び/又はカシューダストが少ない比較例８は鳴き／異音発生頻度が多くなり、逆に多い比較例９は弾性体であるゴム粉などが多くなるため、パッドの中で硬さのばらつきが発生してしまい、鳴き／異音発生頻度が上昇した。また、熱成形時の断熱作用が高くなるため、成形時間が長くなり、好ましくない。
【００３７】
以上、本実施形態によれば、銅の含有量を５質量％未満に少なくしたので環境負荷の少ないブレーキ摩擦材を提供できる。また、チタン酸カリウムを多く配合するが、ウォラストナイトの含有量とゴム粉及び/又はカシューダストを適量配合し、鳴きを抑えつつロータ攻撃性を有するウォラストナイトを配合してもロータの摩耗量増加を抑制でき、摩擦係数も向上できる。また、スチール繊維を適量配合したことにより導電性を確保することができブレーキ摩擦材を静電塗装する場合に塗装が容易となる。また、かさ密度が低く、比較的安価なウォラストナイトを配合することにより、ウォラストナイトを用いていないブレーキ摩擦材に比べて同じコストでブレーキ摩擦材を厚く作製することが可能となり、材料費の低減を図ることができる。更に、銅の含有量、スチール繊維の含有量、ウォラストナイトの含有量をいずれも適切な範囲としてバランスをとることでディスクロータ摩耗量を少なくできるため、タイヤホイールの汚れを抑制できる。
【符号の説明】
【００３８】
１…ブレーキパッド、２…バックプレート、３…ブレーキ摩擦材。
【図１】
0006535543.tif 000006