(57)【要約】【課題】繊維基材としてパルプ状のアラミド繊維（アラミドパルプ）を含有してなるブレーキパッドにおいて、より多くのアラミドパルプを適切に含有させ、ブレーキパッドの耐摩耗性の適切な向上を図る。【解決手段】繊維基材、摩擦調整剤、充填剤および結合剤からなるブレーキパッド４０において、繊維基材としてアラミドパルプ２０およびカーボンファイバー１０を用いたものとし、アラミドパルプ２０がブレーキパッド４０全体に対する割合として２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下の範囲で含有されるとともに、カーボンファイバー１０がアラミドパルプ２０に対する割合として２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下の範囲で含有されている。それにより、個々のカーボンファイバー１０をアラミドパルプ２０が取り巻くことで凝集体３０が形成され、個々の凝集体３０がブレーキパッド４０全体に均一に分散する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材、摩擦調整剤、充填剤および結合剤からなるブレーキパッドにおいて、
前記繊維基材として、パルプ状のアラミド繊維が前記ブレーキパッド全体に対する割合として２０体積％以上３０体積％以下の範囲で含有されるとともに、カーボンファイバーが前記アラミド繊維に対する割合として２０体積％以上１００体積％以下の範囲で含有されていることを特徴とするブレーキパッド。
【請求項２】
前記カーボンファイバーは、その平均繊維径が１μｍ以上５０μｍ以下であり、その平均繊維長が１０μｍ以上５００μｍ以下のものであることを特徴とする請求項１に記載のブレーキパッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキパッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般にブレーキパッドは、無機繊維、有機繊維、金属繊維等から選択される繊維基材と、摩擦調整剤および充填剤からなる粉末原料と、フェノール樹脂等からなる結合剤とを原料として各原料を乾式で混合し、この原料混合物を熱成形により、成形してなるものである。
【０００３】
ここにおいて、ブレーキパッドには耐摩耗性が要求されるため、ブレーキパッドの耐摩耗性確保の目的から、一般には、ブレーキパッドにおける繊維基材としてはパルプ状のアラミド繊維（以下、アラミドパルプという）を含有したものを採用している。
【０００４】
しかしながら、アラミドパルプは絡み合いやすく、解繊性や分散性が悪いため、ブレーキパッド全体の約１５体積％（以下、ｖｏｌ％と記す）以下しか安定して添加することができない。
【０００５】
それ以上、アラミドパルプをブレーキパッドに含有させると、アラミドパルプがブレーキパッド内に不均一に分散し、逆にブレーキパッド全体として耐摩耗性が悪化したものとなってしまい、耐摩耗性のさらなる向上を図るうえで障壁となってしまう。
【０００６】
これに対し、ブレーキパッド中のアラミドパルプの含有量を増大させるため、繊維長を１．４ｍｍ以下と短くしたアラミドパルプを添加したブレーキパッドが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、このようなブレーキパッドに関連して、アラミドパルプとしてその繊維長の分布を広くしたものを使用することで解繊性と補強効果を両立させようとしたブレーキパッドが提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３０２６３２号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−２８４９０３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載のブレーキパッドでは、アラミドパルプの解繊性を向上させることでその含有量を多くすることができ、耐摩耗性は向上するものの、アラミドパルプの繊維長が短いため補強効果が十分ではなく、熱的な負荷が加わった場合などに、ブレーキパッドにクラックが発生しやすいという問題がある。
【００１１】
一方、上記特許文献２に記載のブレーキパッドでは、アラミドパルプの解繊性と補強効果との両立を図ってはいるものの、繊維長の長いアラミドパルプまでも含むため、アラミドパルプの添加量を多くすることはやはり困難である。そのため、実際には、アラミドパルプの含有量は１０ｗｔ％（重量％）以下である。この含有量は、従来の添加量と同程度であり、ブレーキパッドの耐摩耗性の向上のためには不十分である。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、繊維基材としてパルプ状のアラミド繊維（アラミドパルプ）を含有してなるブレーキパッドにおいて、より多くのアラミドパルプを適切に含有させ、ブレーキパッドの耐摩耗性の適切な向上を図ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らは、繊維長を短くしなくても原料混合時におけるアラミドパルプの解繊性を確保し、より多くのアラミドパルプを含有させうる手法について鋭意検討を行った。
【００１４】
アラミドパルプが絡みやすく解繊性が悪化するのは、アラミドパルプが静電気を帯びやすいためであることに着目した。そこで、ブレーキパッドにおいて潤滑性向上のために用いられるカーボンファイバーが、剛直であってしかも導電性を有することに着目し、このカーボンファイバーにアラミドパルプを凝集させれば、凝集体としての個々のカーボンファイバーを介して、アラミドパルプの分散性が高められるのではないかと考えた。
【００１５】
このような知見に基づいて、繊維基材としてのアラミドパルプおよびカーボンファイバーの含有量を種々変えたブレーキパッドを作製し、これらについて実験検討を行った。その結果、アラミドパルプおよびカーボンファイバーの含有量をある所定の範囲にすることにより、上記目的を達成可能なブレーキパッドが実現できることを見出した。
【００１６】
すなわち、請求項１に記載の発明では、繊維基材、摩擦調整剤、充填剤および結合剤からなるブレーキパッド（４０）において、繊維基材としてアラミドパルプ（２０）およびカーボンファイバー（１０）を用いたものとし、アラミドパルプ（２０）がブレーキパッド（４０）全体に対する割合として２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下の範囲で含有されるとともに、カーボンファイバー（１０）がアラミドパルプ（２０）に対する割合として２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下の範囲で含有されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のように、カーボンファイバーをアラミドパルプに対する割合として２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下の範囲で含有させることにより、アラミドパルプのブレーキパッド全体に対する割合を、従来よりも多い２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下の範囲としても、ブレーキパッド全体にアラミドパルプを均一に分散させることができる。
【００１８】
実際に、顕微鏡等による観察を行ったところ、本発明に規定されるようなアラミドパルプおよびカーボンファイバーの含有量としたブレーキパッドでは、個々のカーボンファイバー（１０）をアラミドパルプ（２０）が取り巻くことで凝集体（３０）が形成されており、この個々の凝集体（３０）がブレーキパッド（４０）全体に均一に分散していることを確認した（図１、図２参照）。
【００１９】
ここで、アラミドパルプの上記含有量が２０ｖｏｌ％未満と少ないものであると、ブレーキパッドの摩耗性や補強効果が不十分であり、当該含有量が３０ｖｏｌ％を超えるとアラミドパルプが多すぎてしまい、カーボンファイバーを添加したとしてもアラミドパルプの解繊が不十分となる。
【００２０】
また、カーボンファイバーの上記含有量が２０ｖｏｌ％未満と少ないものであると、アラミドパルプの解繊が不十分となって上記凝集体を均一に形成することができず、１００ｖｏｌ％を超えると潤滑剤としてのカーボンファイバーの量が多すぎてブレーキパッドにおける摩擦係数の低下を引き起こす。
【００２１】
さらに、本発明のブレーキパッドでは、摩擦調整剤や充填剤といった粉末原料が、上記凝集体の中に取り込まれた構造となっていることも確認している。このことは、ブレーキパッドにおいて微細な摩耗粉の減少に寄与する。そして、実際に、本発明のブレーキパッドでは、従来よりも耐摩耗性が向上することも実験的に確認した（図３参照）。
【００２２】
このように、本発明によれば、繊維基材としてアラミドパルプを含有してなるブレーキパッドにおいて、より多くのアラミドパルプを適切に含有させることができ、ブレーキパッドの耐摩耗性の適切な向上を図ることができる。
【００２３】
ここで、請求項２に記載の発明のように、前記カーボンファイバーとしては、その平均繊維径が１μｍ以上５０μｍ以下であり、その平均繊維長が１０μｍ以上５００μｍ以下のものを採用することが好ましい。
【００２４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態のブレーキパッドは、無機繊維、有機繊維、金属繊維等から選択される繊維基材と、摩擦調整剤および充填剤からなる粉末原料と、結合剤とを原料として各原料を乾式で混合し、この原料混合物を熱成形により、成形してなるものである。
【００２６】
ここで、個々の原料成分は、一般的なブレーキパッドに採用されるものにできる。例えば、無機繊維としては、ガラスファイバーやセラミックファイバー等を採用することができ、有機繊維としては、アラミドパルプやカーボンファイバー等を採用することができ、金属繊維としては、銅ファイバーやスチールファイバー等を採用することができる。
【００２７】
また、摩擦調整剤および充填剤としては、通常用いられる黒鉛、カシューダスト、水酸化カルシウム、マイカ、硫酸バリウム等の粉末原料を採用することができる。また、結合剤としても、通常用いられるフェノール樹脂等のバインダーレジンを採用することができる。
【００２８】
このようなブレーキパッドにおいて、本実施形態では、繊維基材としてのアラミドパルプがブレーキパッド全体に対する割合として２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下の範囲で含有されている。
【００２９】
それとともに、本実施形態では、繊維基材としてのカーボンファイバーがアラミドパルプに対する割合として２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下の範囲で含有されている。つまり、体積比としてのカーボンファイバー／アラミドパルプが、１／５〜１／１の範囲となっている。
【００３０】
アラミドパルプは、通常のブレーキパッドにおいて耐摩耗性向上のために採用されるものを用いることができ、限定するものではないが、例えば、平均繊維長が１．６〜２．４ｍｍ程度、平均繊維径が１０μｍ〜２０μｍ程度のものを採用することができる。
【００３１】
また、カーボンファイバーとしては、限定するものではないが、その平均繊維径が１μｍ以上５０μｍ以下であり、その平均繊維長が１０μｍ以上５００μｍ以下のものを採用することが好ましい。
【００３２】
このような本実施形態のブレーキパッドは、上記の割合でアラミドパルプおよびカーボンファイバーが添加され、必要に応じてその他の有機繊維、無機繊維、金属繊維が添加された繊維基材と、摩擦調整剤と、充填剤と、結合剤とを、アイリッヒミキサー等の混合機にて乾式で混合し、この原料混合物を金型に投入し、熱成形を行うことで製造される。
【００３３】
ここで、図１は、原料の混合により作製された上記原料混合物におけるアラミドパルプおよびカーボンファイバーの状態を示す図である。また、図２は、熱成形後のできあがったブレーキパッドにおけるアラミドパルプおよびカーボンファイバーの状態を示す図である。
【００３４】
これら図１、図２は、顕微鏡による観察結果に基づいて模式的に示したものである。図１に示すように、個々のカーボンファイバー１０をアラミドパルプ２０がとりまくことで、アラミドパルプの凝集体３０が形成されている。そして、図２に示すように、この個々の凝集体３０がブレーキパッド４０の全体に均一に分散している。
【００３５】
このように、含有量分のアラミドパルプ２０は、凝集体３０を形成することにより個々のカーボンファイバー１０をユニットとして小分けされ、ブレーキパッド４０全体に均一に分散している。さらに、本実施形態のブレーキパッド４０では、摩擦調整剤や充填剤といった粉末原料が、上記凝集体３０の中に取り込まれた構造となっていることも確認された。
【００３６】
ちなみに、従来では、アラミドパルプは静電気を帯びやすいため、その含有量を多くすると、原料を混合するときに静電気によって混合機の壁面等に付着し、その解繊性が悪化する結果、ブレーキパッド内へのアラミドパルプの分散が不均一となっていた。
【００３７】
その点、本実施形態では、剛直でありしかも導電性を有するカーボンファイバーを適量含有させることにより、アラミドパルプに加わる静電気が取り除かれる。そのため、アラミドパルプの繊維長を短くしなくても、原料の混合時に、綿菓子を棒で巻き取るがごとく、カーボンファイバーによってアラミドパルプの解繊および凝集が行われて、上記凝集体３０が形成されると考えられる。
【００３８】
また、このアラミドパルプの凝集時には、摩擦調整剤や充填材といった粉末原料の凝集体３０への取り込みも行われると考えられる。実際に、粉末原料の凝集体３０への取り込みも確認している。
【００３９】
そして、アラミドパルプが上記原料混合物内に凝集体３０として均一に分散する結果、熱成形後のブレーキパッドにおいても、アラミドパルプの分散性が高められると考えられる。
【００４０】
ここで、上述のように規定したアラミドパルプおよびカーボンファイバーの割合、およびカーボンファイバーの平均繊維径、平均繊維長は、本発明者らの行った実験検討の結果を根拠とするものである。この検討結果の一具体例について、図３を参照して述べる。
【００４１】
［具体例］
図３は、実施例に相当する具体例１、２、３、および比較例１、２、３、４におけるブレーキパッドの原料組成を示す図表である。
【００４２】
図３では、繊維基材として、アラミドパルプ、カーボンファイバー、銅ファイバーを用い、摩擦調整剤および充填剤として、各々粉末原料である黒鉛、カシューダスト、水酸化カルシウム、マイカ、硫酸バリウムを用い、結合剤として、フェノール樹脂を用いている。
【００４３】
アラミドパルプは、上記した平均繊維長が１．６〜２．４ｍｍ程度である通常のものを採用し、カーボンファイバーは、平均繊維径が１μｍ〜５０μｍであり、平均繊維長が１０μｍ〜５００μｍのものを採用している。それ以外の原料は、通常のブレーキパッドに用いられるものを採用している。ここで、図３では、原料組成すなわち各原料の分量はｖｏｌ％である。なお、フェノール樹脂は固形分の分量である。
【００４４】
この図３に示す各例のブレーキパッドは、次のようにして製造した。図３に示す組成にて配合された原料を、アイリッヒミキサーによって５分間乾式で混合し原料混合物を得た。
【００４５】
この原料混合物を、１６０℃に加熱された金型中に所定の形状となるように投入し、１０分間、２００ｋｇ／ｃｍ２の条件で加圧して成形体を作製した。その後、この成形体を２３０℃、３時間の条件で硬化させ、ブレーキパッドを作製した。なお、できあがったブレーキパッドにおける各成分の組成は、図３に示す組成と実質同様である。
【００４６】
そして、図３の各例について、アラミドパルプの凝集体の状態、摩擦係数、摩耗量を調べた。凝集体の状態は、上記した原料混合物の段階およびできあがったブレーキパッドの段階において、断面の外観を顕微鏡で観察することにより調べた。
【００４７】
摩擦係数は、日本自動車規格（ＪＡＳＯ）による一般性能試験の平均摩擦係数を表している。また、摩耗量は、ダイナモ試験にて速度５０ｋｍ／ｈ、温度２００℃にて減速度３．７ｍ／ｓｅｃ２で制動を繰り返すというサイクルを、１０００回繰り返した後のブレーキパッドの摩耗量を示している。
【００４８】
図３中の具体例１〜３に示すように、繊維基材として、アラミドパルプがブレーキパッド全体に対する割合として２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下の範囲で含有されるとともに、カーボンファイバーがアラミドパルプに対する割合として２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下の範囲で含有されている場合には、凝集体の状態、摩擦係数、摩耗量ともに良好である。
【００４９】
具体的には、これら具体例１〜３のものは、上記図１や図２に示したように、個々のカーボンファイバーをアラミドパルプが取り巻くことで凝集体が形成されており、この個々の凝集体がブレーキパッド全体に均一に分散している状態が確認された。また、摩擦係数や摩耗量については、従来と同等かそれ以上の性能を確保しているものである。
【００５０】
それに対して比較例１では、アラミドパルプの含有量を従来の上限値程度である１５ｖｏｌ％としており、凝集体の状態は良好であるが、具体例１〜３に比べてアラミドパルプの含有量が少ないために摩耗性が悪い。
【００５１】
また、比較例２では、凝集体の状態において「凝集体できず」と記してあるが、これはアラミドパルプに対するカーボンファイバーの含有量が不足しているため、上記凝集体が均一に形成されず、アラミドパルプの均一な分散がなされていないことである。そのため、比較例２では、摩耗量が比較的悪化したものとなっている。
【００５２】
また、比較例３では、凝集体の状態において「不良」と記してあるが、これは、アラミドパルプに対するカーボンファイバーの含有量が多すぎるため、上記凝集体以外にも、余ったカーボンファイバーの分散が見られるものである。そのため、比較例３では、潤滑剤としてのカーボンファイバーの作用が大きくなりすぎ、摩擦係数の悪化が見られた。
【００５３】
また、比較例４では、凝集体の状態において「解繊できず」と記してあるが、これは、アラミドパルプが多すぎてカーボンファイバーを添加してもアラミドパルプの解繊が不十分となり、アラミドパルプの均一な分散がなされていないことである。そのため、比較例４では、摩耗量が比較的悪化したものとなっている。
【００５４】
この図３に示したような検討結果から、アラミドパルプの含有量を２０ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下にすれば、アラミドパルプの解繊・凝集を均一に実現しつつ、ブレーキパッドの摩耗性や補強効果を向上させることができる。
【００５５】
また、アラミドパルプに対するカーボンファイバーの含有量を２０ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下とすれば、アラミドパルプの解繊・凝集を均一に実現しつつ、カーボンファイバーによる潤滑効果の効きすぎを防止することができる。
【００５６】
また、上述したように、本実施形態のブレーキパッドでは、摩擦調整剤や充填剤といった粉末原料が、上記凝集体の中に取り込まれた構造となっているため、ブレーキパッドにおける微細な摩耗粉が減少することで、上記図３に示したような耐摩耗性の向上に寄与している。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、アラミドパルプがブレーキパッド全体に対する割合として２０ｖｏｌ％〜３０ｖｏｌ％で含有されるとともに、カーボンファイバーがアラミドパルプに対する割合として２０ｖｏｌ％〜１００ｖｏｌ％含有されたブレーキパッドとすることにより、より多くのアラミドパルプを適切に含有させることができ、ブレーキパッドの耐摩耗性の適切な向上を図ることができる。
【００５８】
なお、上記図３に用いたように、カーボンファイバーとしては、その平均繊維径が１μｍ以上５０μｍ以下であり、その平均繊維長が１０μｍ以上５００μｍ以下のものを採用することが好ましいが、これ以外のサイズのカーボンファイバーを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態において、ブレーキパッド原料の混合により作製された原料混合物におけるアラミドパルプおよびカーボンファイバーの状態を模式的に示す図である。
【図２】上記実施形態において、熱成形によりできあがったブレーキパッドにおけるアラミドパルプおよびカーボンファイバーの状態を模式的に示す図である。
【図３】上記実施形態に係る具体例および比較例におけるブレーキパッドの原料組成を示す図表である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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