(57)【要約】【課題】繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、潤滑剤の構成を変更することなく、摩擦係数の確保と耐摩耗性の確保の両立を適切に図る。【解決手段】繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、原料のうち酸化ジルコニウムや酸化アルミニウムや酸化シリコン等の無機粉末３０は、当該無機粉末３０よりも高い熱伝導性を有する銅や鉄やアルミニウム等の金属４０にて被覆された状態で含有されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、
前記原料のうち無機粉末（３０）は、前記無機粉末よりも高い熱伝導性を有する金属（４０）にて被覆された状態で含有されていることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記金属（４０）は、銅、鉄、アルミニウムから選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記無機粉末（３０）の表面に前記金属（４０）がメッキされることで、前記無機粉末の前記金属による被覆が行われていることを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のブレーキパッドやブレーキライニングなどに使用される摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に摩擦材は、無機繊維、有機繊維、金属繊維等から選択される繊維材と、フェノール樹脂等からなる樹脂製の結合材と、摩擦調整剤や潤滑剤等の機能を有する粉末原料からなる充填材とを原料として各原料を混合し、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】
このような摩擦材では、耐摩耗性が低くなるのを抑制するため、潤滑剤として黒鉛粒子を含有させている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。しかし、黒鉛粒子の増加に伴い、効き低下が起こるという問題がある。
【０００４】
これに対し、潤滑剤として粒径の異なる少なくとも２種類の黒鉛粒子を含有させることで、黒鉛の含有量を抑えつつ摩耗性の向上を狙ったもの（特許文献３参照）が提案されているが、やはり効き低下の問題は避けられない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−２７２６８４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平５−２０２３５１号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−１０９３６９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、潤滑剤の構成を変更することなく、摩擦係数の確保と耐摩耗性の確保の両立を適切に図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、検討したところ、摩擦材が相手材と摩擦する際に、摩擦材原料の中で硬い無機粉末が脱落して摩耗が大きくなることが効き低下の原因であることに着目した。そして、この無機粉末の脱落を防ぐことを目的として鋭意検討を行った。
【００１０】
無機粉末の脱落を防止するためには、樹脂製の結合材による粉末の保持が十分になされることが必要と考えられる。しかし、樹脂はブレーキパッドの熱成形の際の熱によって原料中の熱伝導性の高いものの方へ流れやすい。例えば、銅や鉄等の金属繊維の方へ樹脂が流れやすい。
【００１１】
すると、できあがった摩擦材中において、熱伝導性の高い材料の周囲には樹脂が多く、熱伝導性の低い材料の周囲には樹脂が少ないという偏った配置となる。つまり、従来では、熱伝導性の比較的低い無機粉末の回りには樹脂が少なく、当該無機粉末の樹脂による保持が不十分であり、それが結果として、上記した無機粉末の脱落につながっていると推測される。
【００１２】
本発明は、樹脂結合材による無機粉末の保持性を高めることに着目して、検討を重ねた結果、実験的に創出されるに至ったものである。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明では、繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、前記原料のうち無機粉末（３０）は、前記無機粉末よりも高い熱伝導性を有する金属（４０）にて被覆された状態で含有されていることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、無機粉末（３０）が当該無機粉末よりも高い熱伝導性を有する金属（４０）にて被覆された状態で用いられるので、摩擦材の熱成形時に無機粉末の周囲に樹脂製の結合材が集まりやすくなると考えられる。その結果、できあがった摩擦材において樹脂製の結合材による無機粉末の保持が、従来よりも強固なものになると考えられる。
【００１５】
実際に、本発明者が実験したところ、本発明の摩擦材によれば、従来よりも無機粉末の脱落を極力防止することができ、良好な摩擦係数および耐摩耗性の実現が確認された。
【００１６】
このように、本発明によれば、繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、潤滑剤の構成を変更することなく、摩擦係数の確保と耐摩耗性の確保の両立を適切に図ることができる。
【００１７】
ここで、請求項２の発明に記載されているように、前記金属（４０）としては、銅、鉄、アルミニウム等から選択されたものを採用することができる。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明のように、前記無機粉末（３０）の前記金属（４０）による被覆は、前記無機粉末（３０）の表面に前記金属（４０）がメッキされることで行われているものにできる。
【００１９】
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。
【００２０】
【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。本発明の摩擦材は、ブレーキパッドやブレーキライニング等種々の摩擦材として適用可能である。限定するものではないが、本実施形態では、本発明の摩擦材をブレーキパッドに適用したものとして説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るブレーキパッド１０の概略構成図であり、当該ブレーキパッド１０と回転するロータ２０との位置関係を模式的に示している。図１において、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ概略断面図である。
【００２２】
図１（ａ）中の矢印Ｙ１に示すように、ロータ２０が回転している際に、ブレーキパッド１０は、ロータ２０に対して図１（ｂ）中の矢印Ｙ２方向すなわち圧縮方向へ押しつけられる。この状態でロータ２０が摺動し、それによってブレーキ作用が発現される。
【００２３】
この摩擦材としてのブレーキパッド１０は、繊維材と結合材と充填材とが混合された摩擦材用組成物を原料として用い、この原料を成型するとともに、熱処理することにより製造されたものである。
【００２４】
ここで、繊維材としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維から選択された繊維材が用いられる。具体的な無機繊維としては、ガラス繊維、ロックウール、セラミック繊維等が挙げられ、有機繊維としては、アラミド繊維等が挙げられ、金属繊維としては、鉄繊維、銅繊維、アルミニウム繊維、青銅繊維等が挙げられる。
【００２５】
結合材としては、フェノール樹脂や尿素樹脂等のバインダーレジン等が用いられる。また、充填材としては、通常用いられる黒鉛、硫化アンチモン、カシューダスト、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、マイカ、硫酸バリウム等の粉末原料などが用いられる。
【００２６】
ここにおいて、本実施形態のブレーキパッド１０では、上記原料のうち無機粉末は、当該無機粉末よりも高い熱伝導性を有する金属（以下、高熱伝導性金属という）にて被覆された状態で含有されている。そのような無機粉末は、例えば、水酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、マイカ、硫酸バリウム等であり、高熱伝導性金属は、例えば、銅、鉄、アルミニウム等から選択されたものである。
【００２７】
図２は、このようなブレーキパッド１０中における無機粉末の様子を、顕微鏡等により観察した結果に基づいて模式的に示した図である。図２に示すように、無機粉末３０の表面が高熱伝導性金属４０により被覆されている。なお高熱伝導性金属４０は無機粉末３０の全表面を被覆するものでなくても良く、一部を被覆するものであっても良い。
【００２８】
このような無機粉末としては、通常用いられる種類や大きさのものを採用し、これに対して高熱伝導性金属を被覆するのであるが、例えば、酸化ジルコニウム粉末の場合、粒径は数十μｍ〜百μｍ程度であり、それを被覆する高熱伝導性金属４０の厚さは数μｍ程度である。
【００２９】
また、ブレーキパッド１０の原料中のすべての種類の無機粉末が高熱伝導性金属にて被覆されていてもよいが、一部の種類の無機粉末のみが高熱伝導性金属で被覆されており、その他のものは被覆されていなくてもよい。
【００３０】
高熱伝導性金属で被覆された方が好ましい無機粉末としては、摩擦材の相手材よりも硬いもの、ここではロータ２０よりも硬いものが挙げられる。例えば、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化シリコン（シリカ）、炭化珪素（ＳｉＣ）等が挙げられる。ロータ２０よりも硬いこれらのものは、ブレーキパッド１０の摺動時においてブレーキパッド１０から脱落しやすいものである。
【００３１】
この高熱伝導性金属４０で被覆された無機粉末３０は、メッキもしくは機械的コーティング等により作製可能である。メッキの場合、無機粉末原料に、電気メッキや無電解メッキによりメッキを行うことにより、高熱伝導性金属４０で被覆された無機粉末３０を作製できる。
【００３２】
機械的コーティングの場合、無機粉末と高熱伝導性金属粉末とを混合容器に入れて長時間混合する等の手法を採用することができる。それにより、無機粉末と高熱伝導性金属粉末とがこすれあって無機粉末の表面に高熱伝導性金属が付着する。
【００３３】
本実施形態のブレーキパッド１０は、上記したような手法にて作製された、高熱伝導性金属４０にて被覆された無機粉末３０を原料として用い、図３に示すような通常の製造工程により製造することができる。
【００３４】
まず、繊維材と、結合材と、高熱伝導性金属４０で被覆された無機粉末３０を含む充填材とを所定の組成割合で計量し（計量工程）、計量された各成分を混合機に投入して乾式混合する（混合工程）。
【００３５】
次に、この混合された原料（混合材）を混合機から取り出し、秤量して所定量取り分け（秤量工程）、続いて、取り分けられた所定量の混合材を金型に投入して熱成形を行う。ここで、上記取り分けられた混合材をブロック体とするために、本成型を行う前に、別の型を用いて予備成型すなわち素押成型を行うこともある。
【００３６】
そして、本成型工程では、例えば１６０℃程度に加熱された金型中に、上記取り分けられた混合材または素押成型に供された混合材を投入して加圧し、成形体を作製する。その後、作製された成形体を例えば２００℃以上で熱処理して硬化させる（熱処理工程）。こうして、ブレーキパッド１０ができあがる。
【００３７】
ところで、本実施形態では、ブレーキパッド１０の原料のうち無機粉末３０が、無機粉末３０よりも高い熱伝導性を有する高熱伝導性金属４０にて被覆された状態で含有されていることを主たる特徴としている。
【００３８】
上述したように、本発明者の検討によれば、摩擦材が相手材と摩擦する際に、摩擦材原料の中で硬い無機粉末が脱落して摩耗が大きくなることが効き低下の原因である。そして、無機粉末の脱落を防止するためには、樹脂製の結合材による粉末の保持が十分になされることが必要と考えられる。
【００３９】
しかし、ブレーキパッドの熱成形の際、樹脂結合材は、熱によって原料中の熱伝導性の低い無機粉末よりも熱伝導性の高い金属材料等の方へ流れやすく、できあがったブレーキパッド中において、熱伝導性の高い材料の周囲には樹脂が多く、熱伝導性の低い材料の周囲には樹脂が少ないという偏った配置となる。
【００４０】
つまり、従来では、熱伝導性の比較的低い無機粉末の回りには樹脂が少なく、当該無機粉末の樹脂による保持が不十分であり、それが結果として、上記した無機粉末の脱落につながっていると推測される。
【００４１】
その点、本実施形態のブレーキパッド１０によれば、無機粉末３０が当該無機粉末３０よりも高い熱伝導性を有する金属４０にて被覆された状態で用いられるので、ブレーキパッド１０の熱成形時に無機粉末３０の周囲に樹脂製の結合材が集まりやすくなると考えられる。
【００４２】
その結果、できあがったブレーキパッド１０において樹脂製の結合材による無機粉末３０の保持が、従来よりも強固なものになると考えられる。
【００４３】
実際に、本発明者が実験したところ、本実施形態のブレーキパッド１０によれば、従来よりも無機粉末３０の脱落を極力防止することができ、良好な摩擦係数および耐摩耗性の実現が確認された。
【００４４】
限定するものではないが、このような本実施形態のブレーキパッド１０の効果等について、本発明者の行った検討結果を参照して、具体的に述べる。
【００４５】
［検討例］
図４は、本実施形態の例に相当する実施例１、２および従来品に相当する比較例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。
【００４６】
図４に示す各例では、繊維材として、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、セラミック繊維、銅繊維を用いている。なお、ここで、セラミック繊維は、アルミナとシリカの２成分系の繊維である。
【００４７】
また、各例では、充填材として、各々粉末原料であるカシューダスト、黒鉛、水酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウムを用いており、結合材としてフェノール樹脂を用いている。なお、これらのうち黒鉛は潤滑剤として機能する。
【００４８】
ここで、実施例では、充填材における無機粉末のうち最も硬い酸化ジルコニウムを、上記図２に示したような銅で被覆された粉末としており、比較例では、銅で被覆しない通常の粉末としている。図４では、実施例の方を銅コート有、比較例の方を銅コート無として示してある。
【００４９】
この実施例１、２における銅コート有の酸化ジルコニウム粉末は、粒径２０μｍ程度の酸化ジルコニウム粉末を用い、この酸化ジルコニウム粉末を１００重量％としたときに銅が３０重量％となるような比率にて、銅メッキを施したものである。
【００５０】
また、図４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。
【００５１】
この図４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４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。
【００５２】
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４に示す組成と実質同様である。
【００５３】
そして、図４の各例について、摩擦係数、およびパッド摩耗量を調べた。その結果も図４中に示されている。摩擦係数は、実車相当の試験、すなわちダイナモ試験によって測定したものであり、その試験条件は、車速：５０ｋｍ／ｈにおいて、面圧：２、３、４、５、６、７、８ＭＰａの平均値を採ったものである。
【００５４】
また、パッド摩耗量は、ブレーキパッド１０の耐摩耗性の指標となるものであり、上記ダイナモ試験の前と比べたときの試験後におけるブレーキパッド１０の摩耗量を単位：ｍｍにて示したものである。
【００５５】
図４に示される、実施例１と比較例３との比較、実施例２と比較例４との比較から、銅コート有である本実施形態のブレーキパッドと銅コート無である従来のブレーキパッドとを比べた場合、ブレーキパッド中に占める酸化ジルコニウム粉末の添加量を同程度としたならば、摩擦係数およびパッド摩耗量（耐摩耗性）ともに本実施形態の方が優れたものとなっている。
【００５６】
また、比較例１、２、３の結果に示されるように、銅コート有の酸化ジルコニウム粉末の添加量は変えずに、潤滑剤である黒鉛の添加量を増加させることによっても耐摩耗性の向上は図ることができる。しかし、黒鉛の添加量の増加に伴い、大幅に摩擦係数が低下する。それに比べて、本実施形態のように、銅コート有の酸化ジルコニウム粉末を用いれば、摩擦係数の低下を極力抑制しつつ耐摩耗性の向上が図ることができる。
【００５７】
以上述べてきたように、本実施形態のブレーキパッドによれば、繊維材、樹脂製の結合材、および充填材からなる原料を熱成形してなる摩擦材において、潤滑剤の構成を変更することなく、摩擦係数の確保と耐摩耗性の確保の両立を適切に図ることができる。
【００５８】
なお、本発明の摩擦材は上記ブレーキパッドに限定されるものではなく、ブレーキライニング等に適用しても良いことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブレーキパッドと回転するロータとの位置関係を模式的に示す図である。
【図２】高熱伝導性金属で被覆された無機粉末を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るブレーキパッドの製造方法を示す工程図である。
【図４】ブレーキパッドにおいて原料中の各成分の量や種類を変えた種々の例を示す図表である。
【符号の説明】
３０…無機粉末、４０…無機粉末よりも高い熱伝導性を有する金属。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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