(57)【要約】【課題】  摩擦係数が高くかつ耐摩耗性に優れる摩擦材と相手材との組み合わせを提供する。【解決手段】  摩擦材２と相手材３とを有し、これら摩擦材２と相手材３との間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦材セットであって、摩擦材２は、繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤とを有しており、摩擦調整剤としてＳｉＣ繊維２ａを含んでいる。そしてＳｉＣ繊維２ａは、そのうちの８０体積％以上が相手材３に対して４０°〜１４０°の角度にて配向されている。また相手材３は、表面にサーメット層３ａを有している。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦材（２）と相手材（３）とを有し、これら摩擦材（２）と相手材（３）との間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦材セット（１）であって、
前記摩擦材（２）は、繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤とを有しており、前記摩擦調整剤としてＳｉＣ繊維（２ａ）を含み、かつ前記ＳｉＣ繊維（２ａ）は、そのうちの８０体積％以上が前記相手材（３）に対して４０°〜１４０°の角度にて配向されており、
前記相手材（３）は、表面にサーメット層（３ａ）を有していることを特徴とする摩擦材セット（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦材セット（１）であって、
ＳｉＣ繊維（２ａ）のうちの８０体積％以上は、相手材（３）に対して９０°±５°に配向されていることを特徴とする摩擦材セット（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の摩擦材セット（１）であって、
ＳｉＣ繊維（２ａ）の繊維長さが、０．５ｍｍ〜２０ｍｍであることを特徴とする摩擦材セット（１）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦材セット（１）であって、
摩擦材（２）は、ＳｉＣ繊維（２ａ）を５〜５０体積％有していることを特徴とする摩擦材セット（１）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦材セット（１）であって、
相手材（３）のサーメット層（３ａ）は、タングステンカーバイトを含んでいることを特徴とする摩擦材セット（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材と相手材とを有し、これら摩擦材と相手材との間に生じる摩擦力によって制動力を発生する摩擦材セットに関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦材セットは、従前から基本特性である摩擦係数の向上と、耐摩耗性の向上が図られている。そして両特性の向上によって摩擦材セットの小型化と軽量化が試みられている。
しかし摩擦係数の向上と耐摩耗性の向上は、互いに相補的な関係にある。例えば摩擦材の研削力を上げて摩擦係数を高くした場合には、相手材の摩耗量が大きくなるという問題が生じる。そして摩擦材に金属原料を多量に添加して凝着力を上げることで摩擦係数を高くした場合には、摩擦係数の温度依存性が大きく、かつ焼き付きも生じやすくなるという問題が生じる。
【０００３】
これらを解決するために、従来、様々な摩擦材と相手材が開発されている。
例えば、特許文献１に係る摩擦材は、摩擦係数を高める炭化ケイ素と、潤滑性を向上させる無機物を有している。そして適度な摩擦係数と適度な耐磨耗性を得るために炭化ケイ素の配合量を１０〜３０重量％にしている。しかし本摩擦材では、十分に高い摩擦係数を得ることができなかった。
特許文献２には、ロータ（相手材）が開示されている。本ロータは、表面に硬質のサーメット層を有しており、これによって耐磨耗性の向上が図られている。しかしロータの表面が硬質であるために、ロータに摺接される摩擦材を選択しなければ十分に高い摩擦係数を得ることができないという問題がある。それにも関わらず、特許文献２には、本ロータに対する好適な摩擦材が開示されていない。
【０００４】
特許文献３には、摩擦材と相手材との組み合わせが開示されている。すなわち一方が炭素―炭素複合材料であり、他方が炭化ケイ素を繊維状補強材によって補強した複合材料からなる組み合わせが開示されている。そして本組み合わせにすることによって、炭素―炭素複合材料同士の組み合わせに比べて摩擦係数が高くなり、しかも安価に構成され得ることが開示されている。しかし本組み合わせの摩擦材セットは、炭素―炭素複合材料側の摩耗量が非常に多くなってしまうという問題がある。しかも特許文献３に記載された摩擦材と相手材は、レース用または航空機などのために開発されたものであって、炭素あるいは炭化ケイ素をベースとするものであった。したがって本発明のように繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤とを有する摩擦材を備える本発明に係る摩擦材セットとは、材料において大きく異なるものであった。
【０００５】
特許文献４には、摩擦材が開示されている。本摩擦材は、セラミックマトリックス複合材料を原料とするものであって、炭化ホウ素を非酸化物セラミック繊維によって強化した材料などを原料としている。これにより摩擦材の耐磨耗性の向上が図られている。しかし特許文献４に記載された摩擦材は、レース用または航空機などに使用されるものであって、セラミックをベースとするものであった。したがって特許文献４に係る摩擦材は、本発明と材料において大きく異なるものであった。
【特許文献１】特開２００４−３５８７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７５７３号公報
【特許文献３】特公平７−６８９９１号公報
【特許文献４】特表２００４−５１０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、摩擦材と相手材を有し、摩擦材が繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤を有する摩擦材セットにおいて、摩擦係数が高くかつ耐摩耗性が高い摩擦材セットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦材セットであることを特徴とする。
すなわち請求項１に記載の発明によると、摩擦材は、繊維基材と摩擦調整剤と有機物の結合剤とを有しており、摩擦調整剤としてＳｉＣ繊維を含んでいる。そしてＳｉＣ繊維は、そのうちの８０体積％以上が相手材に対して４０°〜１４０°の角度にて配向されている。相手材は、表面にサーメット層を有している。
【０００８】
したがって摩擦材に非常に硬いＳｉＣ繊維が含まれているために、摩擦材と相手材の間には、高い摩擦係数が生じる。しかもＳｉＣ繊維は、繊維状であるために粒状の場合に比べてマトリックスに接する表面積が広い。そのためＳｉＣ繊維は、マトリックスによって強く保持され、マトリックスから離脱しにくい（抜けにくい）。とりわけ高温時（高負荷時）あるいは高温履歴後においては、マトリックスが有機物の結合剤を含んでいるためにぼろぼろになるが、その状況下においてもＳｉＣ繊維は、マトリックスから離脱しにくい。したがって摩擦材は、ＳｉＣ繊維によって耐摩耗性が高くなり、とりわけ高温時での耐磨耗性が高くなる。
【０００９】
しかもＳｉＣ繊維は、相手材に対して４０°〜１４０°の角度にて配向されている。そしてＳｉＣ繊維の配向角度を４０°〜１４０°にすることで、摩擦係数が十分に高くなることが実験結果からわかった。
一方、相手材は、サーメット層を有している。そして実験結果からサーメット層を有している相手材は、ＳｉＣ繊維を含む摩擦材に対しても削れにくく、しかも摩擦係数を十分に得ることが実験結果からわかった。
したがって本発明によると、摩擦係数の向上と耐摩耗性の向上とを図ることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、ＳｉＣ繊維のうちの８０体積％以上は、相手材に対して９０°±５°に配向されている。
これによって摩擦係数をより高くし得ることが実験結果からわかった。
【００１１】
請求項３に記載の発明によると、ＳｉＣ繊維は、繊維長さが０．５ｍｍ〜２０ｍｍである。
したがってＳｉＣ繊維は、繊維長さが０．５ｍｍ以上であるためにマトリックスに対して十分に抜けにくくなる。そのため摩擦材の耐摩耗性がＳｉＣ繊維によって十分に高くなる。またＳｉＣ繊維は、繊維長さが２０ｍｍ以下であるために製造過程の一つである原料混合工程において混合機に絡みつくことが抑制され得る。そのため本発明によると、摩擦材の成形の容易化と、摩擦材の耐摩耗性の向上とを図ることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によると、摩擦材は、ＳｉＣ繊維を５〜５０体積％有している。
したがって本配合量によって摩擦係数を十分に高くすることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によると、相手材のサーメット層は、タングステンカーバイトを含んでいる。
実験結果からサーメット層にタングステンカーバイトを含んでいると、相手材と本発明に係る摩擦材（請求項１〜４参照）との間には、高い摩擦係数が発生し、しかも両部材の耐磨耗性が高くなることがわかった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかる摩擦材セット１は、図１に示すように摩擦材２と相手材３を有しており、これらを摺接させた際に生じる摩擦力によって制動力を発生する。
摩擦材２は、繊維基材と摩擦調整剤（充填剤）と結合剤を主成分に有しており、摩擦調整剤は、ＳｉＣ繊維を含んでいる。そして図２，３に示すようにＳｉＣ繊維２ａは、配向された状態にて摩擦材２に含まれている。
一方、相手材３には、サーメット層３ａが形成されている。以下、摩擦材２と相手材３の成分および製造方法等について詳述する。
【００１５】
摩擦材２の繊維基材は、無機繊維および有機繊維を適宜選択して使用することができる。無機繊維としては、鉄繊維、スチール繊維，銅繊維，ガラス繊維，セラミックス繊維（アルミナ−シリカ系セラミックス繊維など），チタン酸カリウム繊維などを使用することができる。有機繊維としては、アラミド繊維などを使用することができる。そしてこれら繊維基材を個別に用いることもできるが、数種を混合して用いることもできる。
また繊維基材は、短繊維状、粉末状（例えば銅紛）が用いられており、繊維基材の添加量は、摩擦材全体の１０〜５０重量％であることが好ましい。
【００１６】
摩擦調整剤（充填剤）は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、無機充填材，有機充填材，潤滑剤などが適宜使用される。
無機充填剤としては、研削材であるＳｉＣ繊維が含まれ、ＳｉＣ繊維の他にも適宜、アブレーシブ，硫酸バリウム，炭酸カルシウム，水酸化カルシウム，雲母（マイカ），カオリン，タルクなどが含まれる。有機充填剤としては、カシューダストやラバーダストなどが適宜含まれる。潤滑剤としては、黒鉛（グラファイト），三硫化アンチモン，二硫化モリブデン，二硫化亜鉛などが含まれる。
【００１７】
ＳｉＣ繊維は、直径が５〜１５μｍ、長さが０．５〜２０ｍｍであって、好ましくは長さが１〜１０ｍｍのものが使用される。
ＳｉＣ繊維の添加量は、摩擦材全体の５〜３５体積％であることが好ましい。
図２，３に示すようにＳｉＣ繊維２ａは、摩擦材２に配向された状態で含まれており、相手材３に対して角度（配向角度）αを有している。
【００１８】
配向角度αは、ＳｉＣ繊維２ａと摺動方向Ａとの成す角度でもある。詳しくは、摺動方向Ａに並行でかつ摩擦材２と相手材３の摺動面に垂直な面（図２，３に示す面）におけるＳｉＣ繊維２ａと摺動方向Ａとの成す角度でもある。
配向角度αは、４０°〜１４０°、好ましくは４５°〜１３５°、６０°〜１２０°より好ましくは９０°±５°である。そしてＳｉＣ繊維２ａのうちの８０体積％以上、好ましくは９０体積％以上が配向角度αを有している。大雑把に言うと摩擦材２に含まれるＳｉＣ繊維２ａの１０本中のうち８本、好ましくは９本以上の平均配向角度が上記の配向角度αを有している。
あるいはＳｉＣ繊維２ａ全体の平均配向角度が４０°〜１４０°、好ましくは４５°〜１３５°、６０°〜１２０°、より好ましくは９０°±５°になっている。
【００１９】
結合剤としては、有機物である樹脂が使用されている。例えばフェノール樹脂，イミド樹脂，ゴム変性フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂，ＮＢＲ，ニトリルゴム，アクリルゴムなどが使用されている。そして結合剤は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組み合せて使用することもできる。
結合剤の添加量は、摩擦材全体の５〜３０体積％であることが好ましい。
【００２０】
次に、摩擦材２の製造方法について説明する。
先ず、摩擦材原料を乾式にて均一に混合し、原料混合物を得る。混合機としては、アイリッヒミキサー、ユニバーサルミキサー、レーディゲミキサーなどを利用することができる。
次に、原料混合物を予備金型にて予備成形して、予備成形体４を得る。
そして図４に示すように予備成形体４を成形用金型にて加圧加熱成形する。加圧加熱成形の成形温度は、１３０〜２００℃であり、成形圧力は、１００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２であり、成形時間は、２〜１５分である。
次に、成形体を１４０〜４００℃、２〜４８時間にて熱硬化させる。
【００２１】
上記製造課程においてＳｉＣ繊維２ａは、配向性を得ることができる。すなわち図４に示すようにＳｉＣ繊維２ａは、加圧加熱成形前の予備成形体４内にて指向性を有していないが、図５に示すように他の原料とともに加圧加熱成形されることで加圧方向（図５下方向）に対してほぼ直交（図５水平方向）する。そのためＳｉＣ繊維２ａは、成形体５内にて指向性を得ることができる。
そして成形体５を所定角度にて切断して摩擦材２を得ることで、所定の配向角度を有するＳｉＣ繊維２ａを備える摩擦材２を得ることができる。
なお成形体５を切断する時期は、成形体５を熱硬化させる前でも後でも良い。
そして最後に、摩擦材２の裏面に図示省略の裏板を接着する。
【００２２】
相手材３は、図２，３に示すように金属の表面に形成されたサーメット層３ａを有している。
例えば相手材３が、図１に示すように鋳鉄製のディスクブレーキ用のロータであって、図２，３に示すようにロータ表面にサーメット原料粉を溶射し、表面を研磨仕上げすることで形成されたサーメット層３ａを有している。
サーメット原料粉は、Ｃｏなどの金属粉末と、炭化系または酸化系のセラミック粉末を有しており、溶射されることでサーメット層３ａになる。サーメット層３ａとしては、タングステンカーバイト（ＷＣ−１２Ｃｏ）を含んでいるものが好ましく、厚さとしては、５０〜１０００μｍであることが好ましい。
【実施例】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施例１〜３と比較例１〜５を具体的な数字を用いて説明する。
実施例１，２に係る摩擦材と、比較例１〜３に係る摩擦材は、表１に示す原料成分と配合量にて配合された原料混合物から形成されている。
【００２４】
【表１】
2007039556.tif 000003
【００２５】
実施例１，２に係る摩擦材と比較例２，３に係る摩擦材は、研削材としてＳｉＣ繊維を含んでいる。一方、比較例１に係る摩擦材は、研削材として粒状（パーティクル）のＳｉＣ粒子を有している。
実施例１，２と比較例２，３に含まれるＳｉＣ繊維は、平均径が１４μｍ、長さ４ｍｍであるものを使用した。比較例１に含まれるＳｉＣ粒子は、平均粒径が１５μｍのものを使用した。
【００２６】
実施例１，２に係る摩擦材と比較例２，３に係る摩擦材は、ＳｉＣ繊維の相手材に対する配向角度（α）が異なっている。比較例２は、α＝０±５°、比較例３は、α＝３０±５°（換言すると１５０±５°）、実施例１は、図２に示すようにα＝４５±５°（換言すると１３５±５°）、実施例２は、図３に示すようにα＝９０±５°になっている。したがってＳｉＣ繊維は、実施例２において最も相手材に対して起立しており、実施例１、比較例３、比較例２の順に相手材に対して倒れている。
【００２７】
実施例１，２と比較例１〜３に係る摩擦材の製造方法は、同じであって、表１に示す原料をアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合して原料混合物を得た。そして原料混合物を成形温度１６０℃、成形圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ２、成形時間１０分にて加圧加熱成形し、成形体を得た。その後、成形体を２３０℃、３時間の条件にて熱硬化させた。
そしてＳｉＣ繊維の配向角度が所望角度となるように成形体を所望角度にて切断し、摩擦材を得た。そして摩擦材に裏板を接着させた。
相手材の製造方法は、先ず、鋳鉄製のディスクブレーキ用のロータを準備した。そしてロータ表面にＷＣ−Ｃｏ粉を溶射し、溶射後に表面を研磨し、約３００μｍの層厚さを有するサーメット層を形成した。
【００２８】
次に、上記した摩擦材と相手材を有する摩擦材セットの各特性を測定した。そしてその測定結果を表２にまとめた。
各特性は、以下のように測定した。
＜試験後摩耗量＞  ＪＡＳＯ  Ｃ−４０６−８７に従って第一効力、第一フェード、第二効力、第二フェード、第三効力、第三フェードの摩擦係数の測定試験を行い、これら試験終了時の相手材（ロータ）と摩擦材の摩耗量を測定した。
＜第二効力、第三効力の摩擦係数＞  ＪＡＳＯ Ｃ―４０６−８７に従って制動前速度５０ｋｍ／ｈにおける平均摩擦係数とばらつきを測定した。
＜第二フェードの摩擦係数＞  ＪＡＳＯ Ｃ―４０６−８７に従って制動前速度５０ｋｍ／ｈにおけるフェード時の瞬間最低摩擦係数とその時の温度を測定した。
＜判定＞  下記の表３の判定基準によって各測定結果を判定した。
○：判定基準を全て満たすもの
×：一つ以上において判定基準を満たさないもの
【００２９】
【表２】
2007039556.tif 000004
【００３０】
【表３】
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【００３１】
表２の測定結果から以下のことがわかった。
比較例１〜３は、第二効力の摩擦係数と第三効力の摩擦係数が小さく、表３に示す判定基準を満たさないことがわかった。
実施例１，２と比較例２，３は、比較例１に比べて、摩擦材の摩耗量が少ないことがわかった。
したがってＳｉＣ繊維を含む摩擦材は、ＳｉＣ粒子を含む摩擦材よりも摩耗量が少ないことがわかった。
【００３２】
実施例１，２は、比較例１〜３に比べて第二効力の摩擦係数と第三効力の摩擦係数が高いことがわかった。また摩擦係数（第二効力の摩擦係数と三効力の摩擦係数）は、実施例２が最も高く、実施例１、比較例１、比較例２の順に低くなることがわかった。
したがって摩擦係数（第二効力の摩擦係数と三効力の摩擦係数）は、ＳｉＣ繊維が相手材に対して起立した状態に近いほど、すなわち配向角度αが９０°に近いほど高くなることがわかった。そして配向角度αが実施例１，２の状態、すなわちα＝４５±５°，９０±５°の状態において所望の摩擦係数（０．６５）を越えることがわかった。
【００３３】
また相手材の摩耗量は、実施例１，２と比較例１〜３のいずれにおいても十分に少ないことがわかった。
したがって摩擦材に硬度の高いＳｉＣ繊維等を使用し、かつＳｉＣ繊維を所望の角度に配向させた場合であっても、相手材は、サーメット層を有することで摩耗量が十分に少なくなることがわかった。
【００３４】
以上のようにして、摩擦材セット１が形成されている。
すなわち摩擦材セット１の摩擦材２は、摩擦調整剤としてＳｉＣ繊維２ａを含んでいる。そしてＳｉＣ繊維２ａは、その８０体積％以上が相手材３に対して４０°〜１４０°の角度に配向されている（図２，３参照）。そして摩擦材セット１の相手材３は、表面にサーメット層３ａを有している。
【００３５】
したがって摩擦材２に非常に硬いＳｉＣ繊維が含まれているために、摩擦材２と相手材３の間には、高い摩擦係数が生じる（表２参照）。しかもＳｉＣ繊維２ａは、繊維状であるために粒状の場合に比べてマトリックスに接する表面積が広い。そのためＳｉＣ繊維２ａは、マトリックによって強く保持され、マトリックスから離脱しにくい（抜けにくい）。とりわけ高温時（高負荷時）あるいは高温履歴後においては、マトリックスが有機物の結合剤を含んでいるためにぼろぼろになるが、その状況下においてもＳｉＣ繊維２ａは、マトリックスから離脱しにくい。したがって摩擦材２は、ＳｉＣ繊維２ａによって耐摩耗性が高くなり、とりわけ高温時での耐磨耗性が高くなる。
【００３６】
しかもＳｉＣ繊維２ａは、相手材３に対して４０°〜１４０°の角度にて配向されている。そしてＳｉＣ繊維２ａの配向角度を４０°〜１４０°にすることで、摩擦係数が十分に高くなることが実験結果からわかった（表２参照）。
一方、相手材３は、サーメット層３ａを有している。そして実験結果からサーメット層３ａを有している相手材３は、ＳｉＣ繊維２ａを含む摩擦材２に対しても削れにくく、しかも摩擦係数を十分に得ることが実験結果からわかった。
したがって本摩擦材セット１によると、摩擦係数の向上と耐摩耗性の向上とを図ることができる。
【００３７】
またＳｉＣ繊維は、８０体積％以上が相手材に対して９０°±５°に配向されている形態であることが好ましい。
これによって摩擦係数をより高くし得ることが実験結果からわかった（表２参照）。
【００３８】
またＳｉＣ繊維２ａは、繊維長さが０．５ｍｍ〜２０ｍｍである。
したがってＳｉＣ繊維２ａは、繊維長さが０．５ｍｍ以上であるためにマトリックスに対して十分に抜けにくくなる。そのため摩擦材の耐摩耗性がＳｉＣ繊維２ａによって十分に高くなる。またＳｉＣ繊維２ａは、繊維長さが２０ｍｍ以下であるために製造過程の一つである原料混合工程において混合機に絡みつくことが抑制され得る。そのため本形態によると、摩擦材２の成形の容易化と、摩擦材２の耐摩耗性の向上を図ることができる。
【００３９】
また摩擦材は、ＳｉＣ繊維を５〜５０体積％有している。
したがって本配合量によって摩擦係数を十分に高くすることができる。
また相手材３のサーメット層３ａは、タングステンカーバイトを含んでいる。
実験結果からサーメット層３ａにタングステンカーバイトが含まれていると、相手材３と摩擦材２との間には、高い摩擦係数が発生し、しかも両部材の耐磨耗性が高くなることがわかった（表２参照）。
【００４０】
なお本発明は、ディスクブレーキ用のパッドとロータに利用される摩擦材セットに限らず、他のブレーキ装置に利用される摩擦材セットであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】摩擦材セットの正面図である。
【図２】図１のII―II線における摩擦材セットの模式図である。
【図３】図１のII―II線における摩擦材セットの模式図である。
【図４】予備成形体を加圧加熱成形する様子を示した図である。
【図５】成形体を切断して摩擦材を得る様子を示した図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…摩擦材セット
２…摩擦材
２ａ…ＳｉＣ繊維
３ａ…サーメット層
３…相手材
４…予備成形体
５…成形体
α…配向角度
【図１】
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【図２】
2007039556.tif 000007
【図３】
2007039556.tif 000008
【図４】
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【図５】
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