(57)【要約】【課題】摩耗量が少なく、ブレーキローターに損傷を与えることのないブレーキパッド用摩擦材を提供すること。【解決手段】繊維基材、 熱硬化性樹脂結合材及び摩擦摩耗調整剤を主成分とするブレーキパッド用摩擦材において、前記繊維基材を、０．１〜８質量％のＡｌを含有し、残部はＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ−Ａｌ系合金、あるいは、さらに０．１〜５質量％のＳｉを含有するＮｉ−Ａｌ系合金、あるいは、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種を合計で０．１〜１質量％さらに含有するＮｉ−Ａｌ系合金、あるいは、Ｎｉの一部を６０質量％以下のＦｅで置換したＮｉ−Ａｌ系合金で構成する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材、熱硬化性樹脂結合材及び摩擦摩耗調整剤を主成分とするブレーキパッド用摩擦材において、前記繊維基材は、質量％で０．１〜８％のＡｌを含有し、残部はＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ−Ａｌ系合金で構成されていることを特徴とするブレーキパッド用摩擦材。
【請求項２】
前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、合金成分として、０．１〜５質量％のＳｉをさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のブレーキパッド用摩擦材。
【請求項３】
前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、合金成分として、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種を合計で０．１〜１質量％さらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキパッド用摩擦材。
【請求項４】
前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｉの一部が６０質量％以下のＦｅで置換されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブレーキパッド用摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、鉄道、産業機械等のブレーキパッドとして使用される摩擦材であって、特に、耐摩耗性にすぐれるとともに、相手材であるブレーキローターに損傷を与えることのないブレーキパッド用摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブレーキパッド用摩擦材としては、アスベストを繊維基材とし、これに、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂結合材、銅、真鍮、金属粉等の無機充填材及び黒鉛、カシューダスト等の摩擦調整剤を主成分としたものが使用されていたが、人体への安全性の見地から、今日ではアスベストを使用しないノンアスベスト摩擦材が主流となっており、現在、ノンアスベスト摩擦材の金属繊維基材としては、スチールウール、真鍮繊維、銅繊維等が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示すように、繊維基材としてアラミド繊維等の有機繊維やロックウ−ル等の無機繊維、銅繊維等の金属繊維を用い、フェノ−ル樹脂等の結合材及びダイアスポア粉末を含む黒鉛、硫酸バリウム等の充填材成分によって構成された摩擦材を用いることによって、対面攻撃性を損なうことなく摩擦係数を高く安定させ、鳴き発生を抑制したブレ−キパッド用摩擦材が知られている。
また、特許文献２に示すように、繊維基材としてスチール繊維、アルミ繊維、銅繊維、黄銅繊維、亜鉛繊維、ニッケル繊維、クロム繊維等の無機繊維、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維を用い、ｐー置換フェノール類とフェノール類とナフトール類とを共重合した変性フェノール耐熱性樹脂を結合剤とし、さらに、黒鉛、金属粉、無機充填剤等を混合した耐フェード性、耐摩耗性、耐熱性を改善したブレーキパッド用摩擦材が知られている。
特許文献３に示すように、繊維基材としては銅、ステンレス、真ちゅう、アラミド、カーボン、ガラス、チタン酸カリ、ロックウール、セラミック等の無機又は有機繊維を用い、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を結合剤とし、摩擦調整剤として補強発泡バーミキュライトとともに、カシューダスト、黒鉛、セラミック、二硫化モリブデン、銅粉、真ちゅう粉、亜鉛粉、アルミニウム粉等を含有する高温での摩擦係数、耐摩擦性等の摩擦性能の向上を図ったブレーキパッド用摩擦材が知られている。
さらに、特許文献４に示すように、繊維基材として、鋳鉄繊維とアラミド繊維，ポリエステル繊維，カオウール繊維等の合成樹脂繊維やパルプ等の天然繊維からなる有機繊維とを併用し、結合剤として、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，エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含有し、さらに、充填材としては、カシューダスト，レジンダスト，ラバーダスト等の有機ダスト、珪酸カルシウム，ドロマイト，硫酸カルシウム，炭酸カルシウム，水酸化カルシウム等のＣａＯ化合物、酸化鉄、青銅，黄銅，銅などの金属粉末を含有し、潤滑材として、黒鉛等を含有するブレーキパッド用摩擦材が知られており、この摩擦材によれば、高温摺動時の摩擦材と相手材との溶着によるメタルキャッチを抑制するとともに、低周波鳴きを抑制できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−７０７６７号公報
【特許文献２】特開平５−１１７６３０号公報
【特許文献３】特開平６−１０８０４１号公報
【特許文献４】特開２００９−１３２８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のブレーキパッド用摩擦材においては、金属繊維基材としては、スチールウール、銅繊維、銅合金繊維、アルミ繊維等が用いられているが、例えば、スチールウールに代表される鉄系繊維は、強度が高いが、ローターと同じ系統の材料であるため、ローターとの焼付きを生じやすく、結果として、ローターに損傷を与えやすいという問題点があった。
また、アルミ繊維は、その融点が低いため、摩擦熱で溶融し、フェード現象発生の要因となりやすいという問題点があり、ニッケル繊維は、鉄系繊維の場合と同様、ローター材である鉄との親和性が高いため、使用時の摩擦熱及び圧縮応力によってローター材に著しい焼付きが生じ、結果として、摩擦材の耐摩耗性が低下するばかりか、ローターに損傷を与えるという問題点があった。
現在、ブレーキパッド用摩擦材として比較的良好な特性を示すことから、金属繊維基材として銅繊維、銅合金繊維が多用されているが、環境問題の観点から、今後はその使用が規制されることになるため、ブレーキパッド用摩擦材として、銅繊維、銅合金繊維の代替材料の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ブレーキパッド用摩擦材の金属繊維基材としてのニッケル繊維に着目し、耐摩耗性にすぐれるばかりか、相手材であるブレーキローターに損傷を与えることのないブレーキパッド用摩擦材について鋭意研究を行なったところ、以下の知見を得たのである。
【０００７】
即ち、ブレーキパッド用摩擦材の金属繊維基材であるニッケル繊維として、ニッケル中に微量（０．１〜８質量％）のアルミニウムを含有させたニッケル−アルミニウム系合金（以下、Ｎｉ−Ａｌ系合金で示す）繊維を用いた場合には、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維表面に酸化膜が形成され、この酸化膜がローター材との親和性を低減させることができることから、ローターに損傷を与えることなく、同時に、摩擦材の耐摩耗性向上を図り得ることを見出したのである。
なお、酸化膜は、一般的に脆い特性を示すものであるが、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維表面に形成された上記酸化膜は、表面部分のみに形成されていることから、繊維基材、摩擦材の強度特性を損なうことはなく、また、ブレーキパッドの長期間にわたる断続的使用においても、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維表面に自己修復型の酸化膜が形成されるため、ローター材との親和性が高くなることに起因するローター材との焼付きあるいはローター材の損傷が生じる恐れはない。
【０００８】
この発明のＮｉ−Ａｌ系合金繊維を含有する摩擦材は、すぐれた耐摩耗性を備えるものであるが、Ｎｉ−Ａｌ系合金の合金成分として、さらに、Ｓｉを０．１〜５質量％含有させること、あるいは、さらに、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種を合計で０．１〜１質量％さらに含有させることにより、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維の硬さを高めることができ、その結果、摩擦材の耐摩耗性をより一段と向上させることができる。
【０００９】
また、この発明の金属繊維基材を構成する上記Ｎｉ−Ａｌ系合金のＮｉの一部（Ｎｉ含有量の６０質量％以下）をＦｅで置換することにより、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維の硬さを調整することができ、相手材であるローター材の材質等に応じた所望の耐摩耗性を得ることができる。
Ｎｉ−Ａｌ系合金に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅを含有させた場合でも、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維表面には自己修復型の酸化膜が形成されるため、ローター材への焼付きあるいはローター材の損傷発生を抑制することができる。
【００１０】
すなわち、この発明によれば、金属繊維基材として、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維を用いることにより、耐摩耗性にすぐれるばかりか、相手材であるブレーキローターに損傷を与えることのないブレーキパッド用摩擦材を得られることを見出したのである。      
【００１１】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  繊維基材、熱硬化性樹脂結合材及び摩擦摩耗調整剤を主成分とするブレーキパッド用摩擦材において、前記繊維基材は、質量％で０．１〜８％のＡｌを含有し、残部はＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ−Ａｌ系合金で構成されていることを特徴とするブレーキパッド用摩擦材。
（２）  前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、合金成分として、０．１〜５質量％のＳｉをさらに含有することを特徴とする前記（１）に記載のブレーキパッド用摩擦材。
（３）  前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、合金成分として、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種を合計で０．１〜１質量％さらに含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載のブレーキパッド用摩擦材。
（４）  前記Ｎｉ−Ａｌ系合金は、Ｎｉの一部が６０質量％以下のＦｅで置換されていることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載のブレーキパッド用摩擦材。」
に特徴を有するものである。
【００１２】
以下に、本発明について、より具体的かつ詳細に説明する。
【００１３】
繊維基材：
繊維基材としては、前述のとおり、質量％で０．１〜８％のＡｌを含有し、残部はＮｉおよび不可避不純物からなるＮｉ−Ａｌ系合金、０．１〜５質量％のＳｉをさらに含有するＮｉ−Ａｌ系合金、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種を０．１〜１質量％（但し、合計量）さらに含有するＮｉ−Ａｌ系合金、あるいは、Ｎｉ含有量の６０質量％までをＦｅで置換したＮｉ−Ａｌ系合金を用いる。
上記Ｎｉ−Ａｌ系合金中のＡｌ含有量が０．１％未満では、繊維基材表面上に自己修復型の安定した酸化膜を形成することができないため、焼付きを十分に防止することができず、一方、Ａｌ含有量が８％を超えると、繊維基材中に部分的に硬質金属間化合物Ｎｉ３Ａｌが生成し、相手材であるローターを傷つけやすくなることから、Ａｌ含有量は０．１〜８質量％と定めた。より好ましいＡｌ含有量は、１〜５質量％である。
また、Ｎｉ−Ａｌ系合金中へ含有させるＳｉ、ＴｉおよびＣｒは、いずれもＮｉ−Ａｌ系合金の硬さを高め、摩擦材の耐摩耗性向上に寄与するが、Ｓｉ含有量が０．１質量％未満、あるいは、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種の合計含有量が０．１質量％未満では、硬さ向上効果が少なく、一方、Ｓｉ含有量が５％を超える場合、あるいは、ＴｉおよびＣｒの合計含有量が１質量％を超えると、ローターを傷つけやすくなることから、Ｓｉ含有量は０．１〜５質量％、また、ＴｉおよびＣｒのうちの１種または２種の合計含有量は０．１〜１質量％と定めた。
さらに、Ｎｉ−Ａｌ系合金において、Ｎｉの一部をＦｅで置換することができ、Ｆｅの置換量を増加する（但し、Ｎｉ含有量の６０質量％まで）と、Ｎｉ−Ａｌ系合金の硬さが徐々に変化する（硬くなる）ことから、例えば、ローター材の材質、ローター材の許容摩耗量に応じて、Ｆｅ置換量を調整することによって、所望の摩耗特性を備えた摩擦材を得ることができる。
【００１４】
この発明では、繊維基材として上記Ｎｉ−Ａｌ系合金ばかりでなく、既に知られている他の繊維基材を、上記Ｎｉ−Ａｌ系合金と併用することも勿論可能である。
上記Ｎｉ−Ａｌ系合金と併用する繊維基材としては、例えば、アラミド繊維，ポリエステル繊維，カオウール繊維等の合成樹脂繊維やパルプ等の天然繊維などの有機繊維が挙げられる。これら有機繊維は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。有機繊維は、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維よりも可撓性に優れるため、このような有機繊維を摩擦材中に配合することで有機繊維同士が複雑に絡み合い、この複雑に絡み合った有機繊維にＮｉ−Ａｌ系合金繊維が捕捉される。これにより、摩擦材製造のため各種原料を混合するときに、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維が摩擦材中で均一に分散するようになり、摩擦材の均質性が担保される。
【００１５】
摩擦材全体における繊維基材の配合量は、２０〜６０体積％であることが望ましい。これは、繊維基材が２０体積％未満であると、摩擦材の機械的強度が低下し、一方、繊維基材が６０体積％を超えると、他の充填材等の配合割合が減少して摩擦係数等の各種性能が悪化するという理由による。
【００１６】
結合剤：
結合剤は、繊維基材と充填材等を結着させるものであって、従来からノンアスベスト摩擦材の結合剤として使用されている各種熱硬化性の合成樹脂やゴムが使用できる。熱硬化性樹脂としては、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，エポキシ樹脂などが挙げられる。ゴムとしては、ＮＢＲ，ニトリルゴム，アクリルゴムなどを挙げられるが、耐熱性が良好であるという観点からフェノール樹脂が好適である。
これらの結合剤は、１種を単独で使用することもできるし、２種以上を組み合せて使用することもできる。結合剤の配合量は、摩擦材全体に対して１０〜４０体積％程度とすればよい。結合剤の配合量が１０体積％未満であると、摩擦材の強度が低下する。一方、結合剤の配合量が４０体積％を超えると、繊維基材や充填材の配合量が低いので摩擦係数等が低下する。好ましくは２０〜３５体積％、より好ましくは２５〜３０体積％である。
【００１７】
摩擦摩耗調整剤：
摩擦摩耗調整剤としては、例えば、黒鉛、カシューダスト，レジンダスト，ラバーダスト等の有機ダスト、珪酸カルシウム，ドロマイト，硫酸カルシウム，炭酸カルシウム，水酸化カルシウム等のＣａＯ化合物、銅，銅合金などの金属粉末、雲母（マイカ）、カオリン、タルク、ゾノトライト、バーミキュライト、アルミナ、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウム、酸化マグネシウム、硫酸バリウムなどを挙げられる。
黒鉛、カシューダスト等は、摩耗性能、摩擦係数の安定性を向上させ、銅，銅合金などの金属粉末は、熱伝導効果で局部的な過熱を防止し、アルミナ、酸化ジルコニウム、珪酸ジルコニウム、酸化マグネシウムなどは、研削材として機能する。これら摩擦摩耗調整剤は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。一般的には２種以上が混合配合される。摩擦摩耗調整剤は、主に摩擦材の各種性能を効果的に発揮できるよう調整するために配合されるものであり、上記繊維基材や結合剤の配合量に応じて全体で１００体積％となる範囲で適量配合される。
【００１８】
上記繊維基材、熱硬化性樹脂結合材及び摩擦摩耗調整剤を主成分とするブレーキパッド用摩擦材は、例えば、周知のモールド法によって製造することができる。
具体的には、繊維基材、結合剤、摩擦摩耗調整剤をミキサー等で十分に混合し、加圧型中に入れて常温で予備成形する。次いで、予備成形体をホットプレスし、その後熱処理することで得られる。予備成形やホットプレス時の圧力は１０〜１００ＭＰａ程度とすればよい。ホットプレス温度は１３０〜２００℃程度である。また、熱処理は、１５０〜４００℃程度で２〜４８時間程度である。ミキサーとしては、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。
なお、予備成形体を作製せず、各種原料の混合物を直接ホットプレスすることも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のブレーキパッド用摩擦材によれば、金属繊維基材として、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維を用いることによって、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維表面に酸化膜が形成され、その結果、摩擦材とローター間での親和性が低下し、焼付きが抑制されることから、摩擦材の耐摩耗性がすぐれるばかりか、相手材であるブレーキローターに損傷を与えることがなく、長期の使用にわたって、すぐれた性能を発揮するブレーキパッド用摩擦材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明について、実施例を用いて説明する
【実施例】
【００２１】
表１に示す合金成分組成からなるＮｉ−Ａｌ系合金繊維を繊維基材として作製し、
次いで、表２に示す配合割合となるように繊維基材（但し、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維（５０ｖｏｌ％），アラミド繊維（５０ｖｏｌ％））、結合材（但し、フェノール樹脂（１００ｖｏｌ％））、摩擦摩耗調整剤（但し、カシューダスト（１０ｖｏｌ％），黒鉛（２０ｖｏｌ％），硫酸バリウム（７０ｖｏｌ％））を混合し、これをアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合することにより原料混合物を作製し、
次いで、この原料混合物を、成形圧力１０ＭＰａ、成形時間１０分の条件において加圧して予備成形体を作製し、
次いで、この予備成形体を成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分の条件においてホットプレスして成形体を作製し、
次いで、この成形体を、２３０℃で３時間熱処理して硬化させることにより、
摩擦材の厚さ１０ｍｍ，摩擦面の面積４５ｃｍ２のサイズの本発明摩擦材１〜１０を作製した。
【００２２】
【表１】
2012111891.tif 000002
【００２３】
【表２】
2012111891.tif 000003
【００２４】
比較のため、表３に示す合金成分組成からなるＮｉ繊維，Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維，Ａｌ繊維を繊維基材として作製し、
次いで、表４に示す配合割合となるように繊維基材（但し、Ｎｉ−Ａｌ系合金繊維（５０ｖｏｌ％），アラミド繊維（５０ｖｏｌ％））、結合材（但し、フェノール樹脂（１００ｖｏｌ％））、摩擦摩耗調整剤（但し、カシューダスト（１０ｖｏｌ％），黒鉛（２０ｖｏｌ％），硫酸バリウム（７０ｖｏｌ％））を混合し、これをアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合することにより原料混合物を作製し、
次いで、この原料混合物を、成形圧力１０ＭＰａ、成形時間１０分の条件において加圧して予備成形体を作製し、
次いで、この予備成形体を成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分の条件においてホットプレスして成形体を作製し、
次いで、この成形体を、２３０℃で３時間熱処理して硬化させることにより、
摩擦材の厚さ１０ｍｍ，摩擦面の面積４５ｃｍ２のサイズの比較例摩擦材１〜１０を作製した。
【００２５】
【表３】
2012111891.tif 000004
【００２６】
【表４】
2012111891.tif 000005
【００２７】
次に、上記で作製した摩耗材を用いてブレーキパッドを作製し、摩耗試験を行うことにより、本発明摩耗材１〜１０、比較例摩耗材１〜１０の摩耗量を測定した。
摩耗試験は、ＪＡＳＯ Ｃ４２７にならって、
制動減速度：２．９（ｍ／ｓ２）
制動初速度：５０（ｋｍ／ｈ）
制動回数：１０００（回）
制動前ブレーキ（ディスク）温度（℃）：１００（℃）
（但し、ディスク材質はパーライト鋳鉄）
という試験を行い、ブレーキパッドの摩耗量を測定した。
なお、摩耗量は、マイクロメーターで任意の６ヶ所の厚みを測定して厚みの減少量の平均値から求めた。
表５に、その測定結果を示す。
【００２８】
また、摩擦材、特に、繊維基材の種類（合金成分組成）によるローター表面の損傷発生の影響を調査するために、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ３５０相当）をローター材と想定し、上記摩耗試験と同様な試験を行うことにより、ローター表面の最大傷深さを測定した。
なお、ローター表面の最大傷深さは、ＪＩＳＢ０６３３を参考に、表面粗さ計によって測定した粗さ曲線の最大谷深さを測定し、ローター表面の任意の６ヶ所の最大値として求めた。なお、表面粗さ計の測定方向は、ローター径方向とした。
表６に、その測定結果を示す。
【００２９】
【表５】
2012111891.tif 000006
【００３０】
【表６】
2012111891.tif 000007
【００３１】
表５、表６の摩耗試験の結果から、本発明摩擦材と比較例摩耗材の耐摩耗性はほぼ同程度であるが、本発明摩擦材を用いた場合には、ローターの損傷発生最大傷深さは極めて小さいのに対して、比較例摩耗材では、ローター表面の最大傷深さが大きく、ローター表面の損傷が発生していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のとおり、本発明のブレーキパッド用摩擦材によれば、摩擦材自身の摩耗量が少ないばかりか、相手材であるブレーキローター表面に損傷が発生することもないから、従来のブレーキパッド用摩擦材の代替材料として大きな期待が持てるとともに、工業的な価値は極めて大きい。