(57)【要約】【課題】ＰＲＴＲに指定されてなく、アンチモン化合物を用いた摩擦材よりも環境負荷が小さく、高温耐摩耗性が優れ、相手材攻撃性が低く、負荷の異なる条件で摩擦係数の変動の小さい、高温度域で良好な機能を発揮するブレーキ摩擦材を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂結合材、補強繊維、摩擦調整材を含む摩擦材において、摩擦調整材として複合酸化物ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを含有することを特徴とする摩擦材。ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを１〜１０ｖｏｌ％含むこと、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙの平均粒径が５〜１００μｍであること、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙのｘが０．１２〜０．１６であり、ｙが２であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂結合材、補強繊維、摩擦調整材を含む摩擦材において、摩擦調整材として複合酸化物ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを含有することを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを１〜１０ｖｏｌ％含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）Ｃｕｙの平均粒径が５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摩擦材。
【請求項４】
前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙで示される複合酸化物のｘが０．１２〜０．１６であり、ｙが１．８〜２．２であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、二輪車、鉄道車両及び産業機械などのブレーキ摩擦材に関するものであり、特にブレーキ摩擦材に対する負荷が大きいトラック、レーシングカー、高速鉄道車両、大型産業機械用のブレーキ摩擦材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デイ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、１種類ではすべての要求を満足することができないので、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。
【０００３】
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があり、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、石英等の研削材、合成ゴムやカシュー樹脂等の有機ダスト、アルミニウム粉、銅粉、亜鉛粉等の金属粉、黒鉛や二硫化モリブデン等の潤滑材が知られている。
【０００４】
また、フィラーとして、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、バーミキュライト、マイカなどが用いられる。
そして、これらの成分を配合して、相手攻撃性を抑え、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使用されてきた。
【０００５】
ところが、近年の自動車、二輪車、鉄道車両及び産業機械などは、大型化や高速化したために、そのブレーキ摩擦材への負荷が大きくなった。そのため、上記の配合の摩擦材では大きな負荷に対応できなくなり、高温での摩擦係数の安定性や摩擦材の耐摩耗性を確保するために、摩擦材に硫化アンチモンのような高温用摩擦調整材が添加されるようになった（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５８７１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１３３１２号公報
【特許文献３】特開平８−２５４２３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アンチモン化合物は環境保護の観点から制定された化学物質排出移動量届出制度（以下「ＰＲＴＲ」という）の指定物質であることから、アンチモンを含まない高温で潤滑性を維持し、摩擦特性を調整できる材料が求められるようになった。
【０００７】
本発明は、このような従来の事情よりなされたものであり、ＰＲＴＲに指定されてなく、アンチモン化合物を用いた摩擦材よりも環境負荷が小さく、高温の耐摩耗性が優れ、相手材攻撃性が低く、負荷の異なる条件で摩擦係数の変動の小さい、換言するならばブレーキに対する負荷が大きいために摩擦熱も大きくなり、その結果として生じる高温度域で良好な機能を発揮するブレーキ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】
【０００８】
ところで、石油学会誌４３，（４），ｐｐ．２４９〜２５６（２０００）には、複合酸化物Ｓｒ０．１４Ｃａ０．８６ＣｕＯ２の粉末をパラフィン系鉱油に添加すると、低粘度油でも潤滑性が改善され、耐焼付き性及び低摩擦係数が得られたことが記載されている。
【０００９】
また、Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．６（２００２）ｐｐ．２９３〜２９８には、高く不安定な摩擦係数を示すエポキシ樹脂の摩擦特性が、Ｓｒ０．１４Ｃａ０．８６ＣｕＯ２の添加による複合材化によって低く安定した摩擦係数を得られるようになり、エポキシ樹脂からなる摺動部材への応用が期待できることが記載されている。
【００１０】
更に、特開２００３−３１３５７２号公報には、各種機器の摺動部分に適用し、大気中において常温〜１０００℃程度の高温まで使用可能で、セラミックス基板の摩擦、摩耗、潤滑特性を改善するために使用するＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙ（Ｘ＝０．０〜１．０、ｙ＝１．８〜２．２）系複合酸化物からなる酸化物系固体潤滑膜及びその製造方法が開示されている。
【００１１】
しかしながら、これらの先行技術は、鉱油、樹脂、セラミックなどの潤滑性や摺動性を改善するためであって、摩擦材の分野では全く使用されていなかった。
本発明者等は、前記した大型化や高速化によりブレーキに対する負荷が大きくなったために摩擦熱も大きくなり、その結果生じる高温度域で良好な機能が発揮できない従来の摩擦材の摩擦性能を改善するために鋭意検討を行い、従来の摩擦材よりも高温での使用に適する摩擦調整材として、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙ系複合酸化物を適量配合することにより、高温度域で良好なブレーキ機能を発揮することができることに着目し、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、下記の構成により上記の目的を達成するものである。
（１）熱硬化性樹脂結合材、補強繊維、摩擦調整材を含む摩擦材において、摩擦調整材として複合酸化物ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを含有することを特徴とする摩擦材。
（２）前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙを１〜１０ｖｏｌ％含むことを特徴とする前記（１）記載の摩擦材。
（３）前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）Ｃｕｙの平均粒径が５〜１００μｍであることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の摩擦材。
（４）前記ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙで示される複合酸化物のｘが０．１２〜０．１６であり、ｙが１．８〜２．２であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の摩擦材。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、前記の摩擦調整材は摩擦材に配合させることにより、高温での使用に耐えられるものであり、ＰＲＴＲに指定されてなく、アンチモン化合物を用いてきた摩擦材よりも環境に低負荷で、大型化や高速化に耐えられる摩擦特性を有する摩擦材を作製することができる。
そして、この摩擦調整材は、その添加割合が１ｖｏｌ％以上、１０ｖｏｌ％以下において、十分な摩擦性能を有し、かつフェードやローターへの移着を少なくすることができる。また、この摩擦調整材は、粒径が５μｍより大きく１００μｍより小さいものとすると、摩擦材に摩擦調整材として添加したときに、十分な摩擦性能を有する摩擦材が得られ、かつ製造のときに偏析することがない利点がある。
さらに、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙは、それ自身が層状の酸化物なので高温で安定であり、摩擦材に摩擦調整材として添加したときに、高温の耐摩耗性が優れ、相手材攻撃性を低くでき、負荷の違う条件で摩擦係数が安定化する摩擦材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明の摩擦材を製造するには、繊維基材、熱硬化性樹脂結合材、従来の摩擦調整材からなる摩擦材用諸原料を配合し、その配合物を通常の製造に従って予備成形し、熱成形することにより製造することができる。そして、摩擦材の組成としては、種々の組成割合を採ることができる。すなわち、これらは製品に要求される摩擦特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に応じて、単独で又は２種以上組み合せて配合することができる。
【００１５】
以下に、各原料について個別に説明する。
摩擦材に使用される原料は、通常用いられるものから選択することができるが、具体的には、繊維基材としては、スチール繊維、銅繊維、真鍮繊維等の金属繊維；芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維、アラミドパルプ等：市販品では、デュポン社製、商品名ケブラー等がある）、耐炎化アクリル繊維、アクリルパルプ、セルロース繊維等の有機繊維；チタン酸カリウム繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、ロックウール、セピオライト繊維等の非石綿系無機繊維等を使用することができる。これらのうち１種又は２種以上を組み合せて使用することができる。繊維基材全体の使用量は特に限定されないが、好ましくは摩擦材全量に対し５〜５０重量％、より好ましくは１０〜４５重量％である。
【００１６】
熱硬化性樹脂結合材は、摩擦材の各配合成分を結合させる役割を有するものであり、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が使用される。このうち、好ましくはフェノール樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂結合材の使用量は特に限定されないが、好ましくは摩擦材全量に対し５〜２０重量％、より好ましくは１０〜２０重量％である。
【００１７】
摩擦調整材としては、合成ゴムやレジンダスト（例えばカシューダスト）等の有機ダスト；アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化クロム等の金属酸化物の研削材や、銅、真鍮、鉄等の金属粒子；バーミキュライト、マイカ等の鱗片状無機物や、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等のフィラー（充填材）；黒鉛、二硫化モリブデン等の固体潤滑材；等を用いることができる。このほかに、高温用の摩擦調整材として下記に説明する複合酸化物を配合する。摩擦調整材の配合量は、摩擦材全量に対し好ましくは３０〜８０％、より好ましくは４０〜８０重量％である。
【００１８】
本発明による摩擦調整材は、これらの１種として使用されるものであるが、この摩擦調整材は、複合酸化物系高温用摩擦調整材の性格を有している。本発明において、高温度域で良好な機能を発揮するための摩擦調整材は、ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙで示される層状酸素欠陥ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなるものであって、摩擦材中の摩擦調整材として、またはその一部として配合される。
摩擦材に添加されるＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙの粒径は、５μｍ〜１００μｍで、添加量は体積割合で１ｖｏｌ％〜１０ｖｏｌ％である。
ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙで示される摩擦調整材のｘは０．１２〜０．１６の範囲で、ｙは２に近いこと（１．８〜２．２）が好ましい。しかし、粒径が１００μｍより大きいと製造のときに偏析しやすく、５μｍより小さいと潤滑材としての効果が期待できない。また、添加割合は１ｖｏｌ％以下であると摩擦調整材としての効果が期待できず、１０ｖｏｌ％以上であるとフェードやローターへの移着が多くなる。
【実施例】
【００１９】
実施例
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明する。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。
【００２０】
（１）ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙの合成
ＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙとして、ｘ＝０．１４、ｙ＝２の化合物を合成した。原料にＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＣｕＯを用い、重量比でＳｒＣＯ３：ＣａＣＯ３：ＣｕＯ＝１１．１：４６．２：４２．７（モル比で０．１４：０．８６：１．００）を秤量、乳鉢で混合した後、加熱炉（大気中）に入れて９６０℃で３時間焼成し、Ｓｒ０．１４Ｃａ０．８６ＣｕＯ２（以下「本発明摩擦調整材」という）を得た。合成した本発明摩擦調整材は乳鉢で粉砕、ふるいで分級して２０μｍ  ｕｎｄｅｒと２０〜１００μｍの粒径範囲の粉末とした。なお、本発明摩擦調整材はＸ線回折測定（ＸＲＤ測定）を行い、Ｓｒ０．１４Ｃａ０．８６ＣｕＯ２であることを確認した。
【００２１】
（２）摩擦材の作製
摩擦材の原材料として第１表に示した材料を用いた。有機バインダーにノボラック型フェノール樹脂、有機ダストにゴムダスト、研削材に酸化ジルコニウム、有機繊維にアラミドパルプ、無機繊維にチタン酸カリウム、金属に銅粉、フィラーに硫酸バリウムを用いた。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
ここで、実施例及び比較例の摩擦材は以下のような構成とした。
実施例１〜３及び５：本発明摩擦調整材を含有し黒鉛などの従来の潤滑材成分を含まない摩擦材又は本発明摩擦調整材と黒鉛をともに含有する摩擦材。
ここで用いた本発明摩擦調整材は粒径２０〜１００μｍ、平均粒径４０〜５０μｍ。
実施例４：本発明摩擦調整材と黒鉛をともに含有する摩擦材。ここで用いた本発明摩擦調整材は粒径２０μｍ  ｕｎｄｅｒ、平均粒径７μｍ。
比較例１：摩擦材中に本発明摩擦調整材と黒鉛などの従来の潤滑材成分とを含まない摩擦材。
比較例２〜３：摩擦材中に本発明摩擦調整材を含まず従来の潤滑材成分として黒鉛を含有する摩擦材。
【００２４】
第１表に示した実施例１〜５及び比較例１〜３の材料を秤量後、それぞれミキサーで混合した。得られた材料混合物は室温で４０ＭＰａの圧力を加えて予備成形した。予備成形体と、予め接着剤を塗布したプレッシャープレートとを熱成形型にセットし、温度１５０℃、圧力５０ＭＰａで５分間加熱圧縮成形した。得られた熱成形体を２２０℃で３時間熱処理を行い摩擦材を得た。
【００２５】
（３）評価試験
実施例１〜５及び比較例１〜３の各摩擦材について評価試験を行った。試験はテストピースを用いた慣性型の１／１０スケールテスタを用いた。試験はすり合わせ２５回の後、制動開始温度が相手材５００℃、初速度１００ｋｍ／ｈ、減速度４．４ｍ／ｓ２の制動を１０回実施し、続いてすり合わせ１０回の後、初速度４．４ｍ／ｓ２のフェード試験を１５回行った。試験前後の摩擦材の厚みから摩擦材摩耗量を、ローターの断面曲線からローター摩耗量を測定した。
試験結果を第２表及び図１〜４に各測定項目ごとに棒グラフによって示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
図１は摩擦材の摩耗量の測定結果を示す棒グラフである。本発明摩擦調整材を添加しなかった比較例１と比べて、本発明摩擦調整材を添加した実施例１〜５の摩擦材摩耗量は小さかった。試験した実施例１〜５と比較例１〜３の中で、本発明摩擦調整材を７．０ｖｏｌ％添加した実施例２の摩擦材摩耗量が最も小さく本発明の効果が示された。黒鉛と併用せずに本発明摩擦調整材のみを少量（１．０ｖｏｌ％）添加した実施例５は、黒鉛を多量添加した比較例２及び３よりも摩擦材の摩耗量は大きかったが、黒鉛を添加しなかった比較例１に比較して摩耗量が小さく、本発明摩擦調整材の添加による高温度域での摩擦材としての良好な機能の発揮が認められた。
【００２８】
図２は、ローター摩耗量の測定結果を示す棒グラフである。本発明摩擦調整材を添加していない比較例１のローター摩耗量は大きかった。本発明摩擦調整材を３．５ｖｏｌ％添加した実施例１のローター摩耗量はほぼ０で、他の実施例２〜４と比較例２〜３はローターに移着し、摩耗は確認されなかった。なお、図１の摩擦材の摩耗量の結果と同様の結果が、実施例５と比較例１の比較において観察された。
【００２９】
図３は、制動開始温度５００℃、制動回数１０回の平均摩擦係数の測定結果を示す棒グラフである。従来の固体潤滑材としての黒鉛及び／又は本発明摩擦調整材を添加した実施例１〜３および比較例２〜３は、両者とも添加していない比較例１の平均摩擦係数よりも小さかった。比較例２〜３と比べて本発明摩擦調整材を添加した実施例１〜２の平均摩擦係数は小さく、本発明の効果が確認できた。なお、図１の結果と同様の結果が実施例５と比較例１の比較において観察され、本発明の効果がここでも確認できた。
【００３０】
図４は、フェード試験における摩擦係数最小値／フェード第１制動摩擦係数比（制動回数１５回）の結果を示す棒グラフである。フェードの指標としての摩擦係数の最小／第１制動比において、実施例１〜４と比較例２〜３の最小値／第１制動の摩擦係数比はほぼ同等で、従来の固体潤滑材を含有していない比較例１は小さかった。なお、従来の固体潤滑材としての黒鉛を含有していないもの同志の実施例５と比較例１との比較においても、図１〜３に示された測定結果と同様に、本発明の効果が確認できた。
【００３１】
以下の図５〜図８において、本発明摩擦調整材を添加した場合と代替として従来の固体潤滑材の黒鉛を同量添加した場合、すなわち実施例１と比較例２及び実施例２と比較例３の対比、及び黒鉛を添加せずに本発明摩擦調整材だけを添加または添加しなかった場合、すなわち実施例５と比較例１の対比を、それぞれ摩擦調整材の添加体積割合（ｖｏｌ％）を横軸に採って、縦軸に摩擦材の摩耗量（図５、図１に対応）、ローターの摩耗量（図６、図２に対応）、５００℃平均摩擦係数の変化（図７、図３に対応）、摩擦係数最小値／フェード第１制動摩擦係数の変化（図８、図４に対応）をそれぞれ採って図示した。
このように類似配合の実施例と比較例を対比させることにより、本発明摩擦調整材の摩擦材への添加は摩擦材摩耗とローター摩耗を小さくし、高温で潤滑性を発揮することが明確に示された。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の摩擦材は、ブレーキに対する負荷が大きいため摩擦熱も大きくなり、そのため高温になる温度領域においても摩擦材としての良好な機能を発揮するように、本発明摩擦調整材としてＳｒｘＣａ（１−ｘ）ＣｕＯｙ系複合酸化物を摩擦調整材として、またはその一部として含有するものである。従って、大型化や高速化によってブレーキに対する負荷が大きくなったトラック、レーシングカー、高速鉄道車両などに使用されるブレーキ摩擦材に特に有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】摩擦材の摩耗量の測定結果を示す棒グラフである。
【図２】ローターの摩耗量の測定結果を示す棒グラフである。
【図３】５００℃の平均摩擦係数の変化を示す棒グラフである。
【図４】フェード試験における摩擦係数最小値／フェード第１制動摩擦係数比の変化を示す棒グラフである。
【図５】摩擦調整材の添加体積割合と摩擦材の摩耗量の関係を示すグラフである。
【図６】摩擦調整材の添加体積割合とローターの摩耗量の関係を示すグラフである。
【図７】摩擦調整材の添加体積割合と５００℃平均摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図８】摩擦調整材の添加体積割合と摩擦係数最小値／フェード第１制動摩擦係数比の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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