(57)【要約】【課題】摩擦摺動時に面圧が変化しても鳴きの発生が抑えられた摩擦材を提供すること。【解決手段】本発明の摩擦材は、基材成分と、結合成分と、摩擦材摩耗調整成分と、を含有する摩擦材において、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０〜３５％であることを特徴とする。本発明の摩擦材は、面圧が変化してもヤング率が変化しなくなっているため、摩擦摺動時にヤング率の変化による摩擦材の固有振動数の変化が抑えられ、鳴きの発生を抑えることができる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材成分と、結合成分と、摩擦材摩耗調整成分と、を含有する摩擦材において、
気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０〜３５％であることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
全体を１００ｗｔ％としたときに、前記基材成分が、スチール繊維およびステンレス繊維より選ばれる少なくとも一種の金属繊維を１０〜３０ｗｔ％有する請求項１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、ブレーキパッドに用いられる摩擦材に関し、詳しくは、摺動時に鳴きの発生が抑えられた摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両のブレーキには、摩擦材が用いられている。ブレーキにおいては、摩擦材（ブレーキパッド）が回転体（ロータ）と摩擦接合することで、回転体の回転を減速し、さらには停止させる。このとき、ブレーキは、回転体の回転エネルギーを熱エネルギーに変換している。
【０００３】
そして、摩擦材には、適度な摩擦係数、強度（耐熱性・耐摩耗性が高い）、熱伝導が低い（耐フェード性）、温度・湿度・速度等による摩擦係数の変化が少ない（効きの安定性）、ノイズが出にくい（耐鳴き性）、環境負荷が低い（有害物質を使用しない）、寿命が長い（耐メンテナンス性・経済性）等の性能が求められている。
【０００４】
摩擦材は、その構成材料により、有機系と無機系とに分けられる。一般的に、車両のブレーキには、有機系の摩擦材が用いられている。有機系の摩擦材は、基材成分と、結合成分と、摩擦材摩耗調整成分と、を含有している。有機系の摩擦材においても、基材成分により、さらに、セミメタリック系とロースチール系に分類できる。（非特許文献１参照）。
【０００５】
ロースチール系の摩擦材は、摩擦係数が高いことことから、効きを重視する車両に適用されている。（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
摩擦材においては、摩擦係数が大きくなると、制動（摩擦摺動）時に鳴きが発生しやすくなることが知られている。摩擦材において、鳴きの発生を抑えるため方法の１つとして、摩擦材とロータのそれぞれの固有振動数をずらす方法が知られている。このことは、摩擦材とロータの固有振動数が一致すると両者が共振を生じ、この共振が鳴きとなっているためである。すなわち、摩擦材の固有振動数を変化させることで、ロータと摩擦材の固有振動数が一致しなくなり、両者の固有振動数の一致による共振を生じなくなる。そして、制動時の鳴きの発生が抑えられる。
【０００７】
しかしながら、車両を制動するために摩擦材がロータに摺動したときには、摩擦材には面圧が変化したことによる固有振動数の変化が生じていた。詳しくは、摩擦材がロータに圧接されると、摩擦材が圧縮されて固くなる。摩擦材が固くなると、摩擦材の固有振動数が変化する。そして、摩擦材の固有振動数がロータの固有振動数と一致するようになり、制動時に鳴きが発生するようになる。
【０００８】
すなわち、ロータと共振を生じないように摩擦材の固有振動数を設定しておいても、面圧が変化して摩擦材の固有振動数が変化することで、摩擦材とロータの固有振動数が一致して、鳴きが生じるという問題があった。
【０００９】
【非特許文献１】
社団法人自動車技術会編，「新編自動車工学便覧」，第３版，社団法人自動車技術会発行，第５編第二章３２−３５
【特許文献１】
特開平６−１２９４５４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、摩擦摺動時に面圧が変化しても鳴きの発生が抑えられた摩擦材を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
摩擦材においては、面圧が高くなるとヤング率も高くなることが広く知られている。そして、ヤング率が変化すると、摩擦材の固有振動数も変化する。面圧の変化によるヤング率の変化が抑えられることで、面圧が変化したときに摩擦材の固有振動数の変化を抑えることができる。
【００１２】
すなわち、面圧の変化により生じるヤング率の変化の抑えられた摩擦材について検討を重ねた結果、摩擦材の気孔を制御することで上記課題を解決できることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の摩擦材は、基材成分と、結合成分と、摩擦材摩耗調整成分と、を含有する摩擦材において、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０〜３５％であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の摩擦材は、１０μｍ以上の気孔径を有する気孔の気孔率が２０〜３５％となることで、面圧が変化してもヤング率が変化しなくなっている。このため、本発明の摩擦材は、摩擦摺動時にヤング率の変化による摩擦材の固有振動数の変化が抑えられ、鳴きの発生を抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の摩擦材は、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０〜３５％である。
【００１６】
本発明において、摩擦材の気孔径および気孔率は、水銀ポロシメータを用いて測定される。水銀ポロシメータは、固体表面に開口した細孔の大きさやその容積を測定する。水銀ポロシメータにおいては、大抵の物質と反応せずかつ漏れもない水銀を、圧力を加えて個体の細孔中に圧入し、そのときに加えた圧力と押し込まれた（侵入した）水銀容積の関係を測定し、Ｗａｓｈｂｕｒｎの式から細孔径とその容積分布を求めるものであります。
【００１７】
本発明の摩擦材は、１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０〜３５％であることで、面圧が変化を生じたときのヤング率の変化が抑えられる。１０μｍ以上の気孔の気孔率が２０％未満となると、摩擦材に面圧の変化によるヤング率の変化が生じるようになる。また、１０μｍ以上の気孔の気孔率が３５％を超えると、摩擦材が摩耗しやすくなる。
【００１８】
本発明の摩擦材は、気孔が存在することにより、摩擦材に面圧が付与されたときに、気孔を区画する壁部に変形が生じ、面圧を吸収する。このため、気孔率が高くなる（気孔が多量になる）と、壁部により変形が生じやすくなり、ヤング率の変化を抑えることができる。一方、気孔量が過剰となると、壁部による摩擦材の強度の確保が不十分となり、耐摩耗性が低下する（摩擦摺動による摩耗が生じやすくなる）。そして、気孔率が低くなる（気孔量が少量になる）と、変形が生じにくくなり、ヤング率が変化するようになる。
【００１９】
本発明の摩擦材は、基材成分と、結合成分と、摩擦材摩耗調整成分と、を含有する。
【００２０】
基材成分は、摩擦材の強度の確保および摩擦材の摩擦係数を高くするために用いられる。基材成分は特に限定されるものではなく、従来公知の材質を用いることができる。
【００２１】
基材成分としては、有機繊維、セラミック繊維および金属製繊維の少なくとも一種であることが好ましい。たとえば、ロックウール、ガラスス繊維、シリケート繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維などの無機繊維、銅繊維、スチール繊維、ステンレススチール繊維、チタン繊維などの金属製繊維、麻、木綿、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維を用いることができる。
【００２２】
また、本発明の摩擦材において、基材成分を構成する繊維の太さや長さ等の形状も特に限定されるものではない。
【００２３】
全体を１００ｗｔ％としたときに、基材成分が、スチール繊維およびステンレス繊維より選ばれる少なくとも一種の金属繊維を１０〜３０ｗｔ％有することが好ましい。基材成分がこれらの繊維から選ばれる金属繊維を有することで、耐鳴き性と耐摩耗性に優れた摩擦材となる。すなわち、これらの繊維から選ばれる金属繊維は、摩擦材の摩擦係数を高くするとともに高温時の耐摩擦性、補強性にすぐれている。すなわち、摩擦材の強度を向上させることができる。これらの繊維の含有量が１０ｗｔ％未満では摩擦材の耐摩耗性が低下し、３０ｗｔ％を超えると摩擦材の摺動時に鳴きが発生するようになる。
【００２４】
本発明の摩擦材においては、基材成分がスチール繊維およびステンレス繊維より選ばれる少なくとも一種の金属繊維を有することが好ましいが、基材成分がこの金属繊維以外の成分を有することを排除するものではない。
【００２５】
結合成分は、摩擦材の繊維成分などを固定するとともに、摩擦材を成形し、形状を保持するために用いられる。結合成分としては、たとえば、フェノール樹脂等の樹脂をあげることができる。
【００２６】
摩擦材摩耗調整成分は、摩擦材の摩擦係数を調整する。摩擦係数を調整することで摩擦材の摩耗を調整できる。摩擦材調整成分としては、たとえば、ゴム、カシューダスト等の有機質系摩擦摩耗調整材、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の無機質系摩擦摩耗調整材、黒鉛、二硫化モリブデン、三硫化アンチモン等の無機質系摩擦摩耗調整材、鉄、銅、黄銅、亜鉛等の無機質系摩擦摩耗調整材、アルミナ、シリカ等の無機質系摩擦摩耗調整材をあげることができる。
【００２７】
また、本発明の摩擦材は、上述した成分以外にも、公知の添加剤を含有させることができる。たとえば、錆防止剤をあげることができる。
【００２８】
本発明の摩擦材は、車両用のブレーキのライニングとして用いることが好ましい。
【００２９】
本発明の摩擦材は、原料の調整、調整された原料の混合、予備成形、熱成形、熱処理の工程を施すことで製造することができる。そして、熱成形工程において成形体に加えられる面圧を調節することで、所望の気孔の気孔率を得ることができる。熱成形工程において付与される面圧が低くなれば気孔径が大きくなり、面圧が高くなれば気孔径および気孔率が低下する。
【００３０】
本発明の摩擦材は、面圧の変化により生じるヤング率の変化の抑えられた摩擦材であることから、摩擦摺動時にヤング率の変化による摩擦材の固有振動数の変化が抑えられ、鳴きの発生を抑えることができる。
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明を説明する。
【００３２】
本発明の摩擦材の実施例として、ブレーキパットを製造した。
【００３３】
（実施例１）
まず、アラミド繊維（デュポン製、商品名：ケブラー）、チタン酸カリウム繊維（大塚化学製、商品名：ティスモ）、フェノール樹脂（住友デュレズ製、商品名：スミライトレジン）、銅繊維（ボンスター製、商品名：銅カットウール）、カシューダスト（東北化工製）、グラファイト（日本黒鉛製、商品名：ＡＣＰ−１０００）、酸化マグネシウム粉末（協和化学製、商品名：キョーワマグ）、硫酸バリウム粉末（堺化学製、商品名：沈降性硫酸バリウム）を表１に示された割合で調整し、混合した。
【００３４】
【表１】
2004131634.tif 000002
【００３５】
つづいて、ブレーキパッドの形状を形成するための予備成形を行った。この予備成形は、所定のキャビティ形状を有する型に原料の混合物を配し、１２７４０ｋＰａ（１３０ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で予備成形を行った。
【００３６】
その後、熱成形を行った。熱成形は、１６０℃の加熱温度下で押圧することで行われた。
【００３７】
その後、２２０℃の加熱温度下で３時間保持する熱処理が施された。
【００３８】
以上の手段により実施例１のブレーキパッドが製造された。
【００３９】
なお、実施例１においては、熱成形時の加圧力が異なる６種類の摩擦材が製造された。それぞれの摩擦材に付与される加圧力は、４９０００，３９２００，２９４００，１９６００，１４７００，９８００ｋＰａ（５００，４００，３００，２００，１５０，１００ｋｇｆ／ｃｍ２）であった。
【００４０】
製造された摩擦材の気孔径および気孔率を水銀ポロシメータ（カンタクロム製、商品名：ポロマスター３３Ｐ）を用いて測定したところ、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が５，１０，２０，３０，３５，４０％であった。この気孔率は、熱成形時に付与された加圧力に比例していた。
【００４１】
（評価）
実施例１のブレーキパッドの評価として、１０ｋＮおよび４ｋＮにおけるヤング率を測定し、ヤング率の変化率を求めた。得られたヤング率の変化率を図１に示した。
【００４２】
ヤング率の測定は、オートグラフを用いてブレーキパッドを圧縮し、加重と圧縮歪み量との関係から以下の数１に示された式により得られた。
【００４３】
【数１】
2004131634.tif 000003
（Ｈ：パッド厚さ、Ａ：パッド面積、Ｗ：荷重、ε：歪み量）
【００４４】
ヤング率の変化率は、以下の数２に示された式により得られた。
【００４５】
【数２】
2004131634.tif 000004
【００４６】
図１より、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が１０％以上のブレーキパッドは、ヤング率の変化率が小さくなっていることがわかる。すなわち、気孔率が１０％以上の摩擦材においては、面圧が変化してもヤング率の変化率が小さくなっている。
【００４７】
つづいて、実施例１のブレーキパッドをフルサイズダイナモメーターに装着し、鳴き発生率を測定した。
【００４８】
鳴き発生率は、フルサイズダイナモメーターによる制動時に鳴きの発生を検知する鳴き試験を繰り返して行い、全制動回数に占める鳴きが発生した回数を求めた。
【００４９】
具体的には、実施例１において製造されたブレーキパッドを装着し、フルサイズダイナモメーターを稼働してローターを２０ｋｍ／ｈ相当の速度で回転させた。そして、ブレーキによる制動を行い、ローターの回転を約１０秒で静止させた。制動時のブレーキパッドのローターへの圧接圧力は、４９０ｋＰａ（５ｋｇｆ／ｃｍ２）であった。そして、制動時の鳴きの発生の確認は、マイクロホンにより録音して行われた。
【００５０】
以上の手段による鳴き試験を５００回繰り返し、鳴き発生率を求めた。得られた鳴き発生率を図２に示した。
【００５１】
さらに、鳴き試験の前後におけるブレーキパッドの摩耗量を測定し、図２にあわせて示した。
【００５２】
図２より、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が１０％以上のブレーキパッドは、鳴き発生率が低下していることがわかる。一方、気孔率が１０％未満のブレーキパッドは、鳴き発生率が３０％以上とかなり高くなっている。
【００５３】
そして、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が３５％以下のブレーキパッドは、パッド摩耗量が小さくなっている。そして、気孔率が３５％を超えると、パッド摩耗量が急激に上昇している。
【００５４】
すなわち、実施例１において、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率が１０〜３５％のブレーキパッドは、耐鳴き性および耐摩耗性に優れたブレーキパッドである。
【００５５】
（実施例２）
まず、アラミド繊維、スチール繊維（ボンスター製、商品名：スチールウール）、チタン酸カリウム繊維、フェノール樹脂、銅繊維、カシューダスト、グラファイト、酸化マグネシウム粉末、硫酸バリウム粉末を表１に示された割合で調整し、混合した。なお、本実施例において用いられた原料は、実施例１において用いられた原料と同じものが用いられた。
【００５６】
その後、予備成形、熱成形、熱処理の各工程が実施例１と同様にして施されて、実施例２のブレーキパッドが製造された。なお、実施例２においては、熱成形時の加圧力は１９６００ｋＰａ（２００ｋｇｆ／ｃｍ２）であった。
【００５７】
すなわち、実施例２のブレーキパッドは、スチール繊維を加えるとともに加えられたスチール繊維量に相当する量の硫酸バリウム量が減少した以外は実施例１と同様なブレーキパッドである。実施例２のブレーキパッドにおいて、気孔径が１０μｍ以上の気孔の気孔率は、３０％であった。
【００５８】
実施例２においては、スチール繊維量が異なる６種類のブレーキパッドが製造された。具体的には、スチール繊維量が０，５，１０，２０，３０，４０ｖｏｌ％の６種類である。
【００５９】
（評価）
実施例２の評価として、実施例１の評価と同様にして、鳴き発生率およびパッド摩耗量を測定し、測定結果を図３に示した。
【００６０】
図３より、スチール繊維量が３０ｖｏｌ％を超えると鳴き発生率がとかなり高くなっている。すなわち、スチール繊維量が３０ｖｏｌ％以下のブレーキパッドにおいては鳴き発生率は低く抑えられている。
【００６１】
また、スチール繊維量が１０ｖｏｌ％未満ではパッド摩耗量が大きくなっている。すなわち、スチール繊維量が１０ｖｏｌ％以上のブレーキパッドは、パッド摩耗量が低く抑えられている。
【００６２】
すなわち、実施例２において、スチール繊維の含有量が１０〜３０％のブレーキパッドは、耐鳴き性および耐摩耗性に優れたブレーキパッドとなっている。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の摩擦材は、面圧の変化により生じるヤング率の変化の抑えられた摩擦材であることから、摩擦摺動時にヤング率の変化による摩擦材の固有振動数の変化が抑えられ、鳴きの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のブレーキパッドの気孔率とヤング率の変化率の関係を示した図である。
【図２】実施例１のブレーキパッドの気孔率と鳴き発生率およびパッド摩耗量との関係を示した図である。
【図３】実施例２のブレーキパッドの気孔率と鳴き発生率およびパッド摩耗量との関係を示した図である。
【図１】
2004131634.tif 000005
【図２】
2004131634.tif 000006
【図３】
2004131634.tif 000007