(57)【要約】【課題】制動時における鳴きの発生を抑えることができる摩擦材を提供する。【解決手段】摩擦基材に、当該摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体４を含有させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦基材に、当該摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体を含有させてある摩擦材。
【請求項２】
前記粒体が中空状鉄球である請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記摩擦基材は、裏板に接着させて用いられるものであって、当該裏板に接着される裏板側層と当該裏板側層に積層される摩擦面側層とで構成してあり、前記粒体を前記裏板側層のみに含有させてある請求項１または２に記載の摩擦材。
【請求項４】
前記粒体の粒径が１〜５ｍｍの範囲にある請求項１〜３のいずれか一項に記載の摩擦材。
【請求項５】
前記粒体を前記摩擦基材に５〜１５体積％の割合で含有させてある請求項１〜４のいずれか一項に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等のブレーキ等に使用される摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等のブレーキパッドやブレーキシュー等に使用される摩擦材は、車両等の制動時における鳴きの発生が問題となっており、この鳴きに対しては様々な対策が検討されている。
【０００３】
その対策の一つとしては、裏金の表面に添着する摩擦材を、裏金の表面に直接接着する下層と、この下層の表面に積層される表面層との２層構造とし、下層の気孔率を１２〜２０％とすると共に、表面層の気孔率よりも大きくすることで、気孔率増加による摩耗量の増加を防ぎつつ、鳴きを抑えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、この種の摩擦材では、表面層の気孔率の増加を抑えることで摩耗量の増加は防ぐことができるものの、下層の気孔率は従来の摩擦材に比べて大きくなるため、摩擦材としての強度が低下する恐れがあった。すなわち、摩擦材の強度と気孔率とはトレードオフの関係にあり、気孔の割合、大きさ等の制御のみでは、摩擦材の強度を維持しつつ鳴きを抑えることは困難であった。
【０００５】
このような問題に対しては、微細化されたセラミックス繊維及び充填材が結合剤を用いて形成されてなる平均粒径０．１〜５ｍｍ、嵩密度０．２〜２．０ｇ／ｃｍ3の多孔質粒状成形物を、その多孔性を維持したまま摩擦材中に分散させることにより、従来の強度や耐摩耗性を維持したまま、鳴きを防止することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、同様に、棒状・柱状等の形状を有するチタン酸アルカリ粒子と、モース硬度６〜９の無機酸化物粒子が結合した中空体形状の殻からなる中空体粉末を摩擦材に含有させることで、耐摩耗性を向上させつつ、気孔率を上げて、鳴きを抑えることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
一方、摩擦材自体の特性を変えるものとしては、摩擦材を、摩擦面側摩擦材層と裏板側摩擦材層とで構成し、カシューダストを含む摩擦面側摩擦材層に対し、裏板側摩擦材層を摩擦面側摩擦材層におけるカシューダストの少なくとも一部をゴム粉末に置き換えたものとすることにより、ゴム粉末の振動減衰作用により鳴きの発生を防止することが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６４−４９７２５号公報
【特許文献２】特開平８−１２００９５号公報
【特許文献３】特開２００９−１１４０５１号公報
【特許文献４】特開平７−２９２３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
鳴きは、摩擦材が制動時に、押圧された状態でバウンスモードとピッチングモードとの連成により発生することが知られている。このため、ブレーキパッド等の設計時においては、それぞれの固有値がずれるように材質等を選択している。
【００１０】
しかし、一般に、摩擦材は、制動時のロータ等への押圧・接触により、面圧が変化し、この面圧の変化に伴ってバウンスモードの固有値が変動するため、ロータ等の他の部材の固有値と一致すると、制動時において鳴きが発生するようになる。
【００１１】
このため、前記特許文献２に記載された、微細化されたセラミックス繊維及び充填剤が結合剤を用いて形成されてなる多孔質粒状成形物を摩擦材中に分散させたものでは、面圧の変化に伴う固有値の変動を抑えることはできないため、従来と同様に鳴きが発生する恐れがある。また、セラミックスは硬く、摩擦材の成型時にも変形し難いため、他の構成材料との密着性が悪くなり、混合する多孔質粒状成形物の割合や大きさによっては摩擦材の強度が低下する場合もある。
【００１２】
前記特許文献３に記載された、チタン酸アルカリ粒子と無機酸化物粒子が結合した中空体粉末を摩擦材に含有させたものでも、面圧の変化に伴う固有値の変動を抑えることはできない。このため、従来と同様に鳴きが発生する恐れがある。また、異なる材料からなる凝集体であるため、粒径、剛性等の特性が均一なものを安定して供給することが困難であり、摩擦材の特性に悪影響を及ぼすことも懸念される。
【００１３】
前記特許文献４に記載された、摩擦材にゴム粉末を含有させたものにおいては、摩擦材がロータ等に押圧・接触することによって発生する熱で、ゴムは変質し、性能が劣化する。このため、ゴムの振動減衰作用効果も低下する恐れがあり、摩擦材の特性に悪影響を及ぼす恐れもある。また、ゴム粉末を混入させたとしても、摩擦材の面圧変化に伴う固有値の変動は抑えることはできないため、鳴きが発生する恐れがある。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、制動時における鳴きの発生を抑えることができ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】
【００１５】
本発明者らは、摩擦材の面圧変化による固有値の変動が、摩擦材の剛性変化に伴うものであることに着目し、鋭意検討した結果、荷重に対して略一定の剛性を有する粒体を含有させ、その粒体に摩擦材が受ける面圧を担わせるようにすることで、摩擦材の面圧変化に伴う剛性の変化を小さくできることを見出し、本発明に到達した。
【００１６】
すなわち、本発明に係る摩擦材の第１特徴構成は、摩擦基材に、当該摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体を含有させた点にある。
【００１７】
本構成のように、摩擦基材に含有させる粒体の剛性を、摩擦基材の剛性よりも小さくすることにより、制動時に摩擦材が受ける荷重を、その粒体に集中させることができる。そして、その粒体が荷重に対して略一定の剛性を有するものであれば、摩擦材にかかる荷重をその粒体で受けることができるため、摩擦材の面圧変化に対する剛性変化を小さくすることができる。
したがって、摩擦材の面圧変化による固有値の変動を極力抑えることができるため、摩擦材の固有値を予め鳴きが発生しないように設定しておくことで、制動時における鳴きの発生を防止することができる。
【００１８】
また、摩擦材の面圧変化に対する剛性変化が小さくなることで、フィーリング設計を容易にすることができる。
【００１９】
本発明に係る摩擦材の第２特徴構成は、前記粒体が中空状鉄球である点にある。
【００２０】
中空状鉄球は、荷重に対する変位のグラフが、実質的に線形状（直線性）を示すものであり、荷重に対して略一定の剛性を有する。
このため、摩擦基材の剛性より小さい剛性の中空状鉄球を選択することにより、本構成のように、摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体として、中空状鉄球を採用することができる。そして、中空状鉄球は安価であり、従来の摩擦材の製造工程の中で含有させることができるため、中空状鉄球を用いることにより、本発明に係る摩擦材を、簡便で、安価に製造することができる。
また、中空状鉄球は、その中空部分において、従来の気孔と同様に断熱効果を有するため、摩擦材としての要求される断熱性能を満たすことができる。
【００２１】
本発明に係る摩擦材の第３特徴構成は、前記摩擦基材が、裏板に接着させて用いられるものであって、当該裏板に接着される裏板側層と当該裏板側層に積層される摩擦面側層とで構成してあり、前記粒体を前記裏板側層のみに含有させた点にある。
【００２２】
本構成のように、前記粒体を裏板側層のみに含有させることにより、摩擦面側層の構成材料としては任意のものを選択することができる。このため、前記粒体による摩擦特性への影響を考慮する必要はなく、摩擦材として要求される摩擦特性を適宜設定可能になる。
【００２３】
本発明に係る摩擦材の第４特徴構成は、前記粒体の粒径が１〜５ｍｍの範囲にある点にある。
【００２４】
本構成のように、前記粒体の粒径を１〜５ｍｍの範囲のものを採用することにより、前記粒体の摩擦材の特性への悪影響を小さくしつつ、確実に鳴きの発生を防止することができる。
【００２５】
本発明に係る摩擦材の第５特徴構成は、前記粒体を前記摩擦基材に５〜１５体積％の割合で含有させた点にある。
【００２６】
本構成によれば、前記粒体を前記摩擦基材に５〜１５体積％の割合で含有させることにより、確実に鳴きの発生を防止できる最小限の量の前記粒体を含有させることができるため、前記粒体の摩擦材の他の特性への影響を極力小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態に係るディスクブレーキ用パッドの概略図である。
【図２】摩擦材に求められる剛性を示すグラフである。
【図３】中空状鉄球の荷重に対する変位を示すグラフである。
【図４】本実施形態に係るディスクブレーキ用パッドの製造工程を示す概略図である。
【図５】中空状鉄球を含有させた場合と、含有させない場合におけるディスクブレーキ用パッドの面圧に対する剛性変化を示すグラフである。
【図６】中空状鉄球を含有させた場合と、含有させない場合におけるディスクブレーキ用パッドの面圧を１ＭＰａから３ＭＰａに変化させた時の剛性の変化量を示すグラフである。
【図７】中空状鉄球を含有させた場合と、含有させない場合におけるディスクブレーキ用パッドの摩擦面側層を２００℃に保持した時の裏板表面温度を示すグラフである。
【図８】中空状鉄球を含有させた場合と、含有させない場合におけるディスクブレーキ用パッドのせん断強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る摩擦材は、図２に示すように、面圧の変化に対する剛性の変化を小さくするため、摩擦基材に、当該摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体を含有させたものである。これにより、摩擦材の面圧変化に対して固有値を安定化することができるため、摩擦材の固有値を予め鳴きが発生しないように設定しておけば、制動時における鳴きの発生を抑えることができる。
【００２９】
以下、本発明に係る摩擦材の一実施形態について図面を参照して説明する。ここでは、本発明を車両等のディスクブレーキ用パッドに適用した場合について例示するが、本発明はこれに限られるものではない。その他、例えば、ブレーキシュー等、従来公知の摩擦材が適用できるものには、同様に本発明に係る摩擦材を適用することができる。
【００３０】
本実施形態に係るディスクブレーキ用パッドは、図１に示すように、鋼板等の金属製プレート等からなる裏板１の一方の面に、従来公知の接着剤２を介して摩擦材６を接着させたものである。
【００３１】
摩擦材６は、本実施形態においては、裏板１と接着剤２を介して接着される裏板側層３と、この裏板側層３に積層され、車両等の制動時にディスクロータと接する摩擦面側層５との２層で構成されている。裏板側層３及び摩擦面側層５は、それぞれ摩擦基材で形成してあり、裏板側層３にのみ、摩擦基材に、「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」としての中空状鉄球４を含有させてある。
【００３２】
摩擦材６の厚みとしては、従来と同様に設定可能であり、特に制限はされない。本実施形態では、摩擦材６の厚みを１２ｍｍとし、裏板側層３の厚みを２〜３ｍｍとしてあるが、裏板側層３と摩擦面側層５との厚みの比率は特に限定はされず、任意に設定可能である。尚、裏板側層３の厚みは薄い方が摩擦材６の強度等の特性への影響を小さくできる反面、摩擦材６への面圧を受けることができるだけの厚みは必要となる。このため、裏板側層３の厚みとしては、２〜５ｍｍ程度が好ましく、２〜３ｍｍ程度がより好ましい。但し、裏板側層３の厚みは、必ずしも中空状鉄球４の粒径よりも大きくする必要はなく、中空状鉄球４の一部が接着剤２側や摩擦面側層５側のはみ出してもよい。すなわち、中空状鉄球４は裏板側層３の付近に留めさせられたらよい。また、摩擦面側層５の厚みとしては、摩擦面側層５の摩耗量が摩擦材６の寿命に影響を及ぼすため厚い方が好ましいが、摩擦材６及び裏板側層３として必要な厚みを設定することで、摩擦面側層５の厚みは必然的に決まる。
【００３３】
摩擦基材としては、特に限定されないが、例えば、金属系繊維、無機系繊維、樹脂系繊維等の繊維基材や金属チップ等の基材に、摩擦調整材、充填材、バインダー等を混合したもの等、一般に使用されるものが適用できる。尚、本実施形態においては、摩擦材６を表１及び２に示す配合（体積比）で構成している。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
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【００３６】
中空状鉄球４は、本発明における「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」の一例である。中空状鉄球４の荷重１００Ｎの時の単位面積当りの剛性値は、粒径が４ｍｍのもので、約４．４×１０9Ｎ／ｍ／ｍ2、粒径が３ｍｍのもので、約８．７×１０9Ｎ／ｍ／ｍ2、粒径が２．３ｍｍのもので、約１．４×１０10Ｎ／ｍ／ｍ2であるのに対して、本実施形態における摩擦基材の荷重１００Ｎの時の単位面積当りの剛性値は、約７．７×１０10Ｎ／ｍ／ｍ2であり、いずれの粒径においても中空状鉄球４の剛性が摩擦基材の剛性より小さくなっている。また、中空状鉄球４は、図３に示すように、荷重に対する変位のグラフが、実質的に線形状（直線性）を示すものであり、荷重に対して略一定の剛性を有する。したがって、これらの中空状鉄球４は、本発明における「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」として好ましく適用することができる。すなわち、中空状鉄球４は、荷重に対して略一定の剛性を有するため、摩擦基材の剛性に応じて、その剛性より小さい剛性のものを適宜選択することにより、本実施形態における摩擦基材以外にも適用可能である。
尚、本発明における粒体の荷重に対する剛性が「略一定」とは、荷重に対する剛性が厳密な意味で一定である必要がないことを示す意図であり、本発明の作用効果を奏する範囲での剛性の変化は許容される。
【００３７】
中空状鉄球４を、本発明における「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」として適用する場合、その粒径は、特に限定されないが、粒径が小さくなると中空状鉄球４の剛性が高くなる傾向にあるため、粒径が小さくなり過ぎると中空状鉄球４の剛性が摩擦基材に剛性より高くなる恐れがある。また、粒径が大きくなり過ぎると摩擦材６の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。このため、中空状鉄球４としては、粒径が１〜５ｍｍの範囲ものを適用することが好ましく、２．３〜４ｍｍの範囲のものを適用することがより好ましい。また、中空状鉄球４は、粒径が異なる複数種類のものを混合して含有させることができ、特に制限はないが、粒径のばらつきが少ない方が中空状鉄球４の剛性のばらつきも少なくなるため、粒径差を小さくして含有させることがより好ましい。具体的には、例えば、中空状鉄球４の粒径差を±０．５ｍｍ程度のものを含有させることが好ましい。尚、本実施形態においては、中空状鉄球４として、粒径が２．３ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍのものを用い、それぞれを摩擦基材に含有させてある。
【００３８】
また、中空状鉄球４は、本発明における「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」であれば、特に限定されないが、中空状鉄球４として、その他の特性の好ましい一例を示すと、層厚（殻厚）７０〜１００μｍ、見掛け密度０．８〜０．９ｇ／ｃｍ3、圧縮強度１５０〜２５０Ｎである。これらの特性は、粒径が１〜５ｍｍ程度の中空状鉄球４を作製すれば、一般的にはこの範囲のものが得られる。
【００３９】
中空状鉄球４は、本実施形態においては、裏板側層３に対し、１０体積％の割合で含有させてある。中空状鉄球４の体積割合は、特に限定されるものではないが、例えば、５〜１５体積％の範囲で含有させることが好ましい。すなわち、中空状鉄球４の含有割合が小さくなり過ぎると、中空状鉄球４の効果が小さくなり、摩擦材６の面圧変化による剛性変化が大きくなる恐れがある。また、中空状鉄球４の含有割合が大きくなり過ぎると、摩擦基材との馴染みが悪くなり、摩擦材６としての強度等の特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【００４０】
中空状鉄球４は、実質的に鉄からなるもののみに限らず、その合金であってもよい。さらに、中空状鉄球４としては、表面に、他の金属や樹脂等によって被覆（めっき）してあるものも含む。
【００４１】
このようなディスクブレーキ用パッドは、例えば、図４に示す方法によって製造することができる。すなわち、まず、表１，２に示した、摩擦面側層５及び裏板側層３の原材料を、それぞれアイリッヒミキサー等の混合装置にて、乾式で５分間程度混合する。そして、裏板１に成型用金型を配置し、裏板１に接着剤２を塗布した後、成型用金型に、混合した裏板側層３の原材料、摩擦面側層５の原材料を順に投入し、成型温度１３０〜２００℃、成型圧力１０〜１００ＭＰａ、成型時間２〜１５分間で、成型を行う。その後、１４０〜４００℃で２〜４８時間の硬化処理を行うことで、ディスクブレーキ用パッドを製造することができる。本実施形態においては、成型条件を、成型温度１６０℃、成型圧力２０ＭＰａ、成型時間１０分間とし、硬化処理条件を２３０℃で３時間として作製している。尚、中空状鉄球４は公知のものであり、市販されているため、市販品から粒径等の条件が合致したものを適宜選択し、使用すればよい。
【実施例】
【００４２】
以下に、本実施形態に係るブレーキ用パッドを用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４３】
（剛性の面圧依存性試験）
本実施形態に係るブレーキ用パッドにおいて、表３に示す条件のみを変えたものを作製し、それぞれの摩擦材６に対し、面圧を変化させたときの剛性の変化を調べ、図５に示した。また、面圧を１ＭＰａから３ＭＰａに変化させたときの剛性の変化量を算出し、図６に示した。
その結果、図５に示すように、中空状鉄球４を含有しないもの（Ａ）では、面圧が大きくなるとそれに応じて剛性も増加しているのに対し、中空状鉄球４を含有させたもの（Ｂ〜Ｄ）では、粒径の大きさに関わらず、低面圧で一旦剛性が増加するものの、その後は剛性があまり変化しないことが分かった。特に面圧が１〜３ＭＰａの範囲においては、図６に示すように、Ａに比べてＢ〜Ｄでは、剛性の変化量が明らかに小さくなっていることが確認できた。
【００４４】
【表３】
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【００４５】
（断熱性試験）
上記の剛性の面圧依存性試験で用いたブレーキ用パッドと同様の条件のものを用い、それぞれの摩擦材６の断熱性を調べた。断熱性の試験は摩擦面側層５を２００℃に保持し、裏板１の表面温度を測定することで行った。その結果、図７に示すように、従来の摩擦材６と同様の断熱性を有する中空状鉄球４を含有しないもの（Ａ）と比べ、中空状鉄球４を含有させたもの（Ｂ〜Ｄ）では、いずれも断熱性が向上しており、断熱性能は摩擦材としての要求特性を十分に満たしていることが確認できた。これは、中空状鉄球４における中空部分が、従来の気孔と同様に断熱効果を発揮していることによるものであると考えられる。
【００４６】
（せん断強度試験）
上記の剛性の面圧依存性試験で用いたブレーキ用パッドと同様の条件のものを用い、それぞれの摩擦材６のせん断強度を調べた。その結果、図８に示すように、せん断強度は、中空状鉄球４の有無に関わらず、Ａ〜Ｄでほとんど変わらないことが分かった。これにより、中空状鉄球４を含有させることによるせん断強度の低下はなく、中空状鉄球４を含有させたもの（Ｂ〜Ｄ）でも、せん断強度における摩擦材としての要求特性を十分に満たしていることが確認できた。
【００４７】
以上により、本実施形態に係るディスクブレーキ用パッドでは、摩擦基材に中空状鉄球４を含有させることにより、従来の摩擦材としての特性を損なうことなく、面圧変化に対する剛性の変化を小さくできることが確認できた。
【００４８】
〔別実施形態〕
上記の実施形態においては、摩擦材６を、裏板側層３と摩擦面側層５との２層構造とした場合を例として説明したが、これに限定されない。摩擦材６を１層構造として中空状鉄球４を全体に含有させてもよく、また、摩擦材６を３層以上の多層構造として、そのうちの１層または複数層に中空状鉄球４を含有させることもできる。
【００４９】
上記の実施形態においては、「摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体」の一例として、摩擦基材に中空状鉄球４を含有させた場合を例として説明したが、これに限定されない。例えば、鉄以外の金属単体、合金等からなる中空状の金属球を用いることもできる。すなわち、摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有するものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係る摩擦材は、例えば、車両用等のブレーキパッド、ブレーキシュー等に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１    裏板
２    接着剤
３    裏板側層
４    中空状鉄球（摩擦基材の剛性より小さく、かつ荷重に対して略一定の剛性を有する粒体）
５    摩擦面側層
６    摩擦材
【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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