(57)【要約】【課題】  繊維基材や充填材の表面をゴムで被覆したゴム複合化物を用いる際に、これらを摩擦材組成物中に均一に分散混合することができ、その結果これらの摩擦材成分の能力を最大限まで発揮することができる、優れた摩擦性能を有する摩擦材を提供する。【解決手段】  繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材を含む摩擦材に配合するためのものであって、繊維基材、摩擦調整材、無機充填材の少なくとも１種が、ゴムで被覆された後、その被覆表面にゴムのブロッキング防止材を付着させたものであることを特徴とする摩擦材用原料。前記ブロッキング防止材が、モース硬度４以下の粉体であること、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ステアリン酸亜鉛から選ばれた１種であることが好ましい。この摩擦材用原料を用いて得られる摩擦材。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材を含む摩擦材に配合するためのものであって、繊維基材、摩擦調整材、無機充填材の少なくとも１種が、ゴムで被覆された後、その被覆表面にゴムのブロッキング防止材を付着させたものであることを特徴とする摩擦材用原料。
【請求項２】
前記ブロッキング防止材が、モース硬度４以下の粉体であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材用原料。
【請求項３】
前記ブロッキング防止材が、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ステアリン酸亜鉛から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１記載の摩擦材用原料。
【請求項４】
繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材を含む摩擦材において、繊維基材、摩擦調整材、無機充填材の少なくとも１種に、ゴムを被覆した後、その被覆表面にゴムのブロッキング防止材を付着させた摩擦材用原料を配合したものであることを特徴とする摩擦材。
【請求項５】
生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、繊維状物が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする請求項１記載の摩擦材用原料。
【請求項６】
生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、粉末が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする請求項１記載の摩擦材用原料。
【請求項７】
生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、繊維状物及び粉末が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする請求項１記載の摩擦材用原料。
【請求項８】
加硫剤及び加硫促進剤が同時に混練されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の摩擦材用原料。
【請求項９】
混練後の組成物が５．６ｍｍメッシュを通過できる大きさであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の摩擦材用組成物。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれかに記載の摩擦材用原料を含むことを特徴とする摩擦材。
【請求項１１】
摩擦材中において３ｍｍ以下の大きさに均一分散する請求項５〜９のいずれかに記載の摩擦材用原料を含むことを特徴とする請求項１０記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに使用される、優れた摩擦性能を有する摩擦材に関するものであり、より具体的には前記の用途に使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、乗用車、大型トラック、鉄道車両及び各種産業機械には、その制動のために摩擦材が使用されている。この摩擦材には、耐摩耗性に優れていること、摩擦係数が高くかつ安定していること、耐フェード性に優れていること、制動時の鳴き等の異音が発生しないこと、相手材攻撃性が小さいことなどの諸性能が要求されている。
【０００３】
この場合、一般に摩擦材は、繊維基材と、摩擦調整材と、結合材と、充填材等の摩擦材用原料を混合し、成形後、必要に応じてアフターキュア（熱処理）、塗装、焼付、研磨を行って完成品を作製しており、原料の混合方法としては、乾式混合、溶剤や水を使用した湿式混合などが行われている。
しかしながら、原料の混合に際して、繊維状物は塊状物（原料の塊）になりやすく均一に分散し難いという問題がある。また、硬い粒子や硬い繊維状物は研削性が高いため、混合が不十分であると摩擦材中で材料の分布に偏りが生じて鳴き性能、耐フェード性、耐摩耗性、相手材攻撃性、高速制動振動性などの摩擦性能に変化が生じてしまうという問題があった。
【０００４】
さらに、従来のブレーキパッドなどの摩擦材を構成する材料を乾式で混合する場合、混合中の混合物からの材料の脱落、特に金属繊維の脱落が発生する問題があった。金属繊維は、摩擦材に使用する他の材料に比較して比重と繊維径が大きいため、脱落を起こし易く不均一分散となる。金属繊維が脱落すると、摩擦材の摩擦性能、摩耗性能及び物性が不均一になる場合がある。さらに金属繊維を多く含有する摩擦材は、金属繊維の酸化により摩擦性能が変化し、鳴き、異音等の音振性能が変化してしまう場合があった。
【０００５】
上記の問題点の対応策として、摩擦材に配合される材料の一部をゴムや樹脂で複合化することにより分布を均一にできる摩擦材用原料を作製し、それを摩擦材に配合して、繊維基材と結合材と充填材とを含む摩擦材組成物を調製することにより、材料の均一分散性の確保、脱落しやすい材料の保持等により、物性制御、摩擦特性の向上が可能なことが報告されている。
【０００６】
これらの摩擦材の原材料の脱落を防止する方法の代表例として下記の特許文献が例示される。
（１）繊維とゴム又は繊維と硬い粒子（モース硬度４以上）とゴムの複合化（特許文献１）：材料の分散性向上
（２）金属繊維とゴム（特許文献２）：材料の分散性向上、材料の保持、金属繊維の防錆
（３）有機ダストとゴム又は液状樹脂（特許文献３）：材料の分散性と保持能力向上
上記の記述は、ゴム等により被覆される材料と、被覆による効果の要点を簡潔に要領良く説明することを意図するものである。
【０００７】
上記に列記した特許文献に開示された方法により、摩擦材組成物の原材料の一応の分散、保持効果が得られる。
しかし、液状樹脂は乾燥による粘着性の低下から使用まで数日しか保管できない欠点がある。一方、液状ゴムや固形状のゴムとともに混練することにより得られる組成物は、常温保管した場合、時間とともにゴムが流動し、ゴム同士が粘着し、ブロッキングを起こしてしまう欠点がある。なお、ブロッキングとは、塊が容易にくずし難い程の粘着状態になることを意味する。
【０００８】
ところで、摩擦材中に材料の大きな塊があると、製品となった摩擦材の端部で摩擦材が欠けたり、表面では外観上の問題により著しく商品性が低下するため、通常長径３〜６ｍｍを越える塊が入らないように品質管理を行っている。そして、ブロッキングを起こした組成物を摩擦材中に適切な大きさの状態で均一に分布させるには、あらかじめブロッキングを起こした組成物をミキサーで粉砕したり、摩擦材製造時の撹拌工程において、他の原材料とともに通常より長い時間撹拌する必要があるという問題が生じる。
【０００９】
その結果、ゴムによる複合化技術は比較的古い技術であったが、これらの欠点から、なかなか実用化に踏み切れなかった。
また、他のゴムと摩擦材原料との複合化に関して、ノイズ改善としてゴムと黒鉛の複合化による黒鉛の酸化消失抑制（特許文献４）や、アラミド繊維補強ゴムダスト（特許文献５：加硫済みゴムダスト中にアラミドが入っている形態）の例があるが、ゴム複合化物同士の粘着による分散性悪化対策や、粒度分布制御に着目した例はない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１０７０２５号公報
【特許文献２】特開２００２−３０９２３４号公報
【特許文献３】特開平１１−１０６７４２号公報
【特許文献４】特開昭６１−１６８６８４号公報
【特許文献５】特開２０００−１２９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、繊維基材、摩擦調整材又は充填材の少なくとも一部の表面をゴムで被覆したゴム複合化物を用いる際に、ゴム複合化物同士の粘着を防止して、これらを摩擦材組成物中に均一に分散混合することができ、その結果これらの摩擦材成分の能力を最大限まで発揮することができる、優れた摩擦性能を有する摩擦材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ね、摩擦材組成物中に配合される繊維基材、固体潤滑材や無機充填材の表面をゴムで被覆したゴム複合化物の表面に、さらにブロッキング防止材を付着させることにより、摩擦材組成物中に繊維基材、固体潤滑材や無機充填材を均一に分散した状態で混合させることができ、その結果として優れた摩擦性能を発揮できる摩擦材が得られることを知見し、かかる知見に基づいて本発明を達成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明は、下記の手段により前記の課題を解決することができた。
（１）繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材を含む摩擦材に配合するためのものであって、繊維基材、摩擦調整材、無機充填材の少なくとも１種が、ゴムで被覆された後、その被覆表面にゴムのブロッキング防止材を付着させたものであることを特徴とする摩擦材用原料。
（２）前記ブロッキング防止材が、モース硬度４以下の粉体であることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材用原料。
（３）前記ブロッキング防止材が、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ステアリン酸亜鉛から選ばれた１種であることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材用原料。
（４）繊維基材、摩擦調整材、結合材及び無機充填材を含む摩擦材において、繊維基材、摩擦調整材、無機充填材の少なくとも１種に、ゴムを被覆した後、その被覆表面にゴムのブロッキング防止材を付着させた摩擦材用原料を配合したものであることを特徴とする摩擦材。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様としては、以下のものがある。
（５）生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、繊維状物が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材用組成物。
（６）生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、摩擦調整材や無機充填材などの粉末が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材用原料。
（７）生ゴムが０．５〜２０ｗｔ％、ブロッキング防止材が０．１〜２０ｗｔ％、繊維状物及び摩擦調整材や無機充填材などの粉末が６０〜９９．４ｗｔ％含まれることを特徴とする前記（１）記載の摩擦材用原料。
（８）加硫剤及び加硫促進剤が同時に混練されたことを特徴とする前記（５）〜（７）記載の摩擦材用組成物。
（９）混練後の組成物が５．６ｍｍメッシュを通過できる大きさであることを特徴とする前記（５）〜（８）記載の摩擦材用原料。
（１０）前記（５）〜（９）のいずれかの摩擦材用原料１種以上を含むことを特徴とする摩擦材。
（１１）摩擦材中において３ｍｍ以下の大きさに均一分散する前記（５）〜（９）の摩擦材用原料を含むことを特徴とする前記（１０）記載の摩擦材。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ゴムを用いる摩擦材用原料のブロッキングを防止できるとともに、混練時の粒度分布を長期間維持でき、分散性の均一な摩擦材組成物が得られる。その結果、この摩擦材組成物を用いて得られる摩擦材は、重い金属繊維や硬い研削材粒子などが摩擦材中に偏析することなく均一に分散混合できるので、各成分の能力を十分に発揮することができ、優れた摩擦性能を有する高品質のものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、或いはクラッチなどに使用される摩擦材は、摩擦作用を与え、かつその摩擦性能を調整する摩擦調整材、補強作用をする繊維基材、これらの成分を一体化する結合材などの材料からなっている。そのうちの繊維基材には、金属繊維、無機繊維、有機繊維などの種類があり、それぞれの特徴があり、通常２種類以上のものが組み合わされて使用されている。
【００１７】
一方、摩擦材の摩擦特性を調整する材料としては摩擦調整材及び固体潤滑材があるが、これらにも無機系と有機系とがあり、それぞれの特性があり、通常２種類以上のものが組み合わせて使用されている。そして、摩擦調整材としては、例えばアルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、石英等のモース硬度４以上で、相手材である鋳鉄より硬い無機摩擦調整材、合成ゴムやカシューナッツシェルオイル樹脂等のモース硬度４以下の有機摩擦調整材を、固体潤滑材としては、例えば黒鉛や二硫化モリブデン等を挙げることができる。
また、充填材として、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、金属粉、バーミキュライト、マイカなどが用いられている。
そして、これらの成分を配合してなる摩擦材の相手材攻撃性を抑え、耐フェード性、耐摩耗性を改善した非石綿系摩擦材として種々の配合の摩擦材が提案されている。
【００１８】
ところで、本発明は、摩擦材組成物中に配合される重い繊維基材や無機充填材などの少なくとも一部の成分をゴムで被覆してゴム複合化物を作り、さらにその表面にゴムのブロッキング防止材を付着させた摩擦材用原料を用いることを特徴とするものである。なお、本発明では、摩擦材組成物中に配合される繊維基材や無機充填材の全部を前記したゴム複合化物とし、さらにその表面にゴムのブロッキング防止材を付着させたもの（摩擦材用原料）とする必要はなく、その一部として使用することができるので、本発明の摩擦材用原料を残りの繊維基材や無機充填材と他の配合成分とを配合して摩擦材組成物を形成し、摩擦材の製造工程によって摩擦材を製造することができる。
【００１９】
ここで、本発明のゴム複合化物に用いることができるゴムとしては、特に制限はなく、例えばアクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロブチルゴム（ＣＢＲ）、シリコーンゴム、クロロプレンゴム（ＣＲ）、フッ素ゴム（ＦＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、アクリルゴム（ＡＲ）、ウレタンゴム（ＵＲ）、多硫化ゴム、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）等が挙げられ、これらの１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でもブチルゴム（ＩＩＲ）が好ましい。また、いわゆる生ゴムと呼ばれている未加硫のゴムを用いることが好ましい。
【００２０】
上記のゴムは、摩擦材原料の混練時未架橋（未加硫）乃至半架橋（半加硫）状態のもの（一部架橋（一部加硫）を含む）を使用することが、繊維状物や粉末成分などと良く混合するためには好ましい。上記混練時に加硫剤を添加することにより、摩擦材の熱成形、アフターキュアにおいて、加硫反応を起こすこともできる。
【００２１】
本発明においてブロッキング防止材として使用できる粉末は、摩擦特性に大きな影響を与えない、モース硬度４以下の材料である。材料の混練後に組成物の表面に少量、一様に付着させる。炭酸カルシウムや硫酸バリウム等の無機粉末、ステアリン酸亜鉛などの脂肪酸塩系粉末のほか金属粉、金属酸化物、鉱物の微粉末が使用でき、ブロッキングの発生による材料品質、摩擦材品質の低下が防げる。ブロッキング防止材は組成物の配合材の一部としても使用できる。粉末の粒径は、平均粒径が０．１〜５０μｍの範囲のものが好ましい。
これらの粉末のうち、炭酸カルシウムにはモース硬度３のカルサイト結晶、モース硬度３．５〜４のアルゴナイト結晶など多形が存在し、また硫酸バリウムはモース硬度が３〜３．５であることが知られている。
【００２２】
ブロッキング防止材を付着させる前のゴムの被覆量は、ゴム、ブロッキング防止材、繊維状物及び粉末を含む摩擦材組成物の全重量に対して０．５〜２０重量％であることが好ましい。０．５重量％未満であると分散性が低下しブレーキ鳴きが生じる傾向があり、一方２０重量％を超えると耐フェード性が悪化する傾向が生じる。
【００２３】
ゴムで表面を被覆されたゴム複合化物の表面に付着させるブロッキング防止材の前記摩擦材組成物の全重量に対する割合は、０．１〜２０重量％であることが好ましい。０．１重量％未満では十分なブロッキング防止効果が得られず、一方２０重量％を超えるとブロッキング防止効果は得られるものの、摩擦材組成物の混練工程でゴム中に混入してゴムの本来有する特性を損ねる。
なお、繊維基材や無機充填材にゴムを被覆し、次いでブロッキング防止材を付着させる工程は、均一に被覆、付着させるためには、加圧ニーダーで繊維基材や無機充填材にゴムを加圧混練し、良く混練した後、ブロッキング防止材を添加して加圧せずに均一にまぶす方法で実施できるが、混練にはロールやバンバリーミキサーなど一般的なゴム混練装置も利用できる。ブロッキング防止処理は混練機を利用するほか、ミキサー中で破砕処理しながらまぶす方法も可能で、特に限定されるものではない。
【００２４】
摩擦材の製造においては、周知の製造工程により行うことができ、例えば、予備成形、熱成形、加熱、研磨等の工程を経て摩擦材を作製することができる。ディスクブレーキ用ブレーキパッドの製造工程の場合においては、板金プレスにより所定の形状に成形され、脱脂処理及びプライマー処理が施され、そして接着剤が塗布されたプレッシャープレートと、耐熱性有機繊維や無機繊維、金属繊維等の繊維基材と、無機・有機充填材、摩擦調整材及び熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料とからなる摩擦材原料と、ゴムで被覆しブロッキング防止材を表面に付着させたゴム複合化物を含む摩擦材組成物とを配合し、撹拌により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で成形（予備成形）して作製した予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着し、アフターキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施す工程が行われており、このような工程により製造することができるが、この方法に限定されるものではない。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２６】
実施例１〜８及び比較例１〜３
１）摩擦材組成物の配合
第１表に示す各組成物を加圧ニーダーで混練した。まず、ブロッキング防止材、加硫剤、加硫促進剤を除く全ての材料を良く混練し、次いで組成物１〜６について必要に応じて加硫剤、加硫促進剤を添加し、良く混練した後、ブロッキング防止材を添加し、加圧せずにニーダーを動作させ、ブロッキング防止材を良くまぶした。
別の方法例として、加硫促進剤を混練するまで加圧ニーダー内で実施し、その後アイリッヒミキサーなどのミキサー内でブロッキング防止材をまぶす方法もある。
このようにして得られた組成物には、表面にブロッキング防止材が一様に付着されている。図１は、組成物１の部分顕微鏡写真であり、ゴム被覆スチール繊維１の表面にブロッキング防止材である炭酸カルシウム２が一様に付着している。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
ロータップふるいを用い、作製後１週間室温放置した材料の粒度を調べたところ、ブロッキング防止材あり（組成物１〜６）では、全ての組成物が２．８ｍｍメッシュを通過したが、ブロッキング防止材無し（組成物７〜９）では第１表に示すようにかなりの量がメッシュ上に残った。
さらに、ブロッキング防止処理し、室温に６ヶ月保存した組成物１〜６においても、ロータップふるいによる評価では５．６ｍｍ、２．８ｍｍメッシュを全て通過した。
【００２９】
２）摩擦材の作製
従来技術の摩擦材の製法（配合・乾式撹拌・予備成形・熱成形・アフターキュア・研磨・塗装）によりブレーキパッドを作製した。
摩擦材の配合例を第２表に示す。
【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
（摩擦材の評価）
１）分散性の確認
完成品ブレーキパッド（母材部分の厚み１０ｍｍ）の表面及び表面から５ｍｍ研磨した内部を電子線プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で材料の分散状態を確認した。第２表に示す対象元素のマッピング結果より（複数元素測定しているものはマッピング結果を重ね書きした）、組成物粒子の大きさを測定し、３ｍｍ以上、６ｍｍ以上の塊が１つでもある場合の発生率をそれぞれ計算した。発生率も第２表に示す。
ブロッキング防止処理を施した組成物を含む摩擦材には３ｍｍ以上の粒子が見られなかったが、処理しなかった比較例では６ｍｍ以上の塊が３〜９％、３ｍｍ以上の塊が５〜１６％発見された。
【００３３】
２）摩擦特性の確認
ブロッキング防止材として炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ステアリン酸亜鉛の何れかが含まれる摩擦材組成物を配合した実施例１，４，５及び含まれない比較例１，２，３について、ＪＡＳＯ一般性能試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０２）に基づき摩擦係数を測定したところ、同等の摩擦性能が得られることが確認できた。また、パッドおよびロータ摩耗にも影響がなかった。
【００３４】
上記の摩擦材評価の試験結果から、下記の利点が明らかになった。
ゴムと摩擦材の配合材料の複合化による摩擦材用原料の表面にブロッキング防止材の粉末を付着させることにより、品質上問題となる粒度の大きな組成物粒子が摩擦材中にそのまま入ってしまうことを防げるため、従来適用できなかった複合化材料が適用可能になる。
ブロッキング防止材には相手材（鋳鉄：モース硬度４〜５）に対して研削性がなく、摩擦特性に大きな影響を及ぼさない柔らかい粒子を用いることが効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明による摩擦材用原料及びそれから得られる摩擦材は、重い金属繊維や硬い研削材粒子などの繊維基材や充填材が大きな塊となって摩擦材中に偏在することなく均一に分散混合できるので、各成分の能力を十分に発揮させることができ、優れた摩擦性能を有する高品質のものとなるから、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などのブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に特に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の摩擦材用原料である組成物１の部分の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ゴム被覆スチール繊維
２  炭酸カルシウム
【図１】
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