(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキアセンブリ用の摩擦パッドであって、ブレーキの被摩擦部材と接触する表面を備えた摩擦材を有しており、その表面にモース硬さが５．５ないし７．５である研磨粒子とモース硬さが８．０ないし９．５である研磨粒子とを含む被膜が設けられている摩擦パッド。
【請求項２】
前記被膜は、モース硬さが６．０ないし７．０である研磨粒子と、モース硬さが８．５ないし９．０である研磨粒子とを含む請求の範囲第１項に記載の摩擦パッド。
【請求項３】
前記研磨粒子は、２μｍないし７５μｍの平均直径を有している請求の範囲第２項に記載の摩擦パッド。
【請求項４】
前記被膜は、ポリマー粘結剤内に研磨粒子を有している請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載の摩擦パッド。
【請求項５】
前記粘結剤がフェノール樹脂である請求の範囲第４項に記載の摩擦パッド。
【請求項６】
前記被摩擦部材は、ディスクブレーキロータである請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に記載の摩擦パッド。
【請求項７】
請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の摩擦パッドと、その摩擦パッドと接触する表面を備えた被摩擦部材とを有しており、その被摩擦部材表面に前記被摩擦部材の腐食を防止することができる被膜が設けられているブレーキアセンブリ。
【請求項８】
前記防食被膜は、無機被膜である請求の範囲第７項に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項９】
前記無機被膜は、ケイ酸亜鉛被膜である請求の範囲第８項に記載のブレーキアセンブリ。
【請求項１０】
前記被摩擦部材は、ディスクブレーキロータである請求の範囲第７項から第９項までのいずれか１項に記載のブレーキアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、摩擦材全般に、特にブレーキアセンブリ用の被覆摩擦パッドに関する。
発明の背景
自動車または他の原動機付き車両のブレーキは一般的に、摩擦材と、ロータまたはドラムなどの被摩擦材とを有している。ロータまたはドラムは一般的に、摩擦材と接触する表面を有する鋼または他の金属材である。ブレーキパッドは通常は摩擦材を付けた鋼または他の基材であり、摩擦材の表面がロータまたはドラムの摩擦表面と接触する。
金属製ロータ及びドラムに伴う１つの問題に、それらが酸化または腐食しやすいことがある。ブレーキを頻繁に使用する場合、ロータまたはドラムとブレーキパッドとの間の摩擦が一般的に酸化または腐食薄膜を除去することができるので、この問題はあまり深刻ではない。しかし、例えば販売店に保管されている新車などでブレーキが相当な期間にわたって使用されない場合、ロータまたはドラムの摩擦表面に生じる酸化または腐食の蓄積がブレーキの性能に悪影響を与える可能性がある。腐食が非常に激しくなると、ロータまたはドラム表面に細かい穴が生じたりまたは傷を生じたりする。これによってロータが所望のブレーキ性能を達成できなくなることがある。場合によっては、腐食のためにロータまたはドラムが摩擦パッドに付着することがあり、それによって摩擦パッドの粘着故障を生じるか、パッドがその基材から分離することがある。
この問題の１つの解決策は、塗装または他の表面処理を施してロータの腐食を防止したロータを使用することである。そのような処理として、油またはグリースなど、イソシアネート架橋剤で硬化可能なアミン塩エポキシ樹脂の陰極電着などの電着塗装、メラミン硬化ＯＨ官能アクリル被膜などの他の硬化性被膜、高分子量アクリルまたはポリウレタンラテックスまたは油性アルキド被膜などの熱可塑性被膜、穴ができずに薄い酸化膜を形成することができる酸化金属被膜、及び、例えばケイ酸カリウム溶液に亜鉛粒子を分散させた無機被膜がある。
処理ロータには別の問題がある。それらは耐食性はあるが、特にロータを製造する下地の金属と共に使用するように設計されているブレーキパッド上の摩擦材と組み合わせた時、処理表面で十分なブレーキ性能が得られないことが多いことである。
ブレーキの初期の慣らし期間中（例えば、最初の２００回のブレーキ動作中）にロータ上の保護塗膜を除去する効果を有する研磨被膜をブレーキパッドに設けることが提案されている。例えば、この目的からブレーキパッドに研磨性カーボランダム粒子の被膜を用いることが提案されている。しかし、そのような被膜はブレーキの未熟、すなわち「未完成」摩擦を不都合に増加させる結果、予想できない、騒音を伴う、または「付着性」ブレーキ動作が発生する。また、そのような被膜は攻撃性の研磨粒子を高レベルに含むため、パッドの表面に多量の粒子がはまり込み、望ましくない性能特徴を長引かせる可能性がある。
このため、本発明の目的は、ブレーキの初期の慣らし期間中にロータから防食被膜を除去することができるブレーキパッドを提供することである。本発明のさらなる目的は、慣らし期間中及びその後の両方で良好なブレーキ性能を維持するブレーキパッドを提供することである。
発明の要旨
本発明は、ブレーキアセンブリ用の摩擦パッドを提供する。パッドは、ブレーキロータまたはドラムと接触する表面を備えた摩擦材を有している。その表面に、モース硬さが５．５ないし７．５である研磨粒子と、モース硬さが８．０ないし９．５である研磨粒子とを含む被膜が設けられている。
このため、本発明は、慣らし期間中及びその後の両方で良好なブレーキ性能を維持しながら、ブレーキの初期の慣らし期間中にロータまたはドラムから防食被膜を除去できるブレーキパッドを提供している。
好適な実施形態の説明
本発明の摩擦パッドは、ブレーキロータまたはドラムと接触する表面及びその表面上の研磨被膜を備えた摩擦材を有している。摩擦材は実質的に、ブレーキシステムで有用ないずれの材料でも、例えばセミメタリック摩擦材、ローメタリック摩擦材、アスベスト有機物、セラメット及び当該技術で周知の他のものでもよい。
本発明の実施に有用な摩擦材は一般的に、１つまたは複数の熱硬化樹脂粘結剤（例えばフェノールフォルムアルデヒド樹脂などのフェノール樹脂、エポキシ樹脂）、補強繊維（例えば、アラミド、鋼、アクリル、あまり使用されなくなったがアスベスト）、金属粉末（例えば、鉄、銅、黄銅、亜鉛、アルミニウム、アンチモンなど）、固形潤滑剤（例えば、二硫化モリブデン、グラファイト、コークス、硫化スズ、三硫化アンチモン）、研磨剤（例えば、酸化スズ、マグネシウム、ケイ石粉、酸化鉄、アルミナ、ルチルなど）、有機充てん材（例えば、ゴム粒子、カッシュナッツ殻粒子、ニトリルゴム粒子）、及び無機充てん材（例えば、バライト、石膏、雲母、チタン酸塩等）を含む。当該分野では周知のように、他の材料及び添加剤も加えることができる。
被膜は、モース硬さが５．５ないし７．５、好ましくは６．０ないし７．０の研磨粒子と、モース硬さが８．０ないし９．５、好ましくは８．５ないし９．０の研磨粒子とを含有している。モース硬さが５．５から７．５の有用な粒子の例として、ルチル、破砕軽石、酸化スズ、酸化マグネシウム、ケイ石粉及び酸化鉄がある。モース硬さが８．０ないし９．５の有用な粒子の例として、炭化ケイ素、アルミナ、水晶、カーボランダム、コランダム、ジルコニウム砂などがある。これらの粒子の相加平均直径（粒子の平均直径は、その粒子と同じ質量を有する球形粒子の直径と定義され、相加平均直径は、粒子集合の平均直径の統計的平均である）は２μｍないし３００μｍ、好ましくは２μｍないし７５μｍである。
本発明の好適な実施形態では、粒子はポリマーまたは樹脂粘結剤と共に被膜組成物に混合され、それを摩擦材の表面に塗布することができる。そのような被膜組成物は、被膜の乾燥重量に基づいてモース硬さが５．５ないし７．５の研磨粒子を５ないし７５重量％、好ましくは５ないし６０重量％、最も好ましくは５ないし５０重量％、モース硬さが８．０ないし９．５の研磨粒子を５ないし８５重量％、好ましくは５ないし５０重量％、最も好ましくは１０ないし５０重量％含むことができる。
本発明に従った研磨被膜組成物に様々な粘結剤を用いることができる。好ましくは、粘結剤は３５０℃までの温度で安定しているが、３５０℃を超える温度で劣化及び炭化の両方またはいずれか一方がゆっくり進行する。このことは、ブレーキの所望の慣らし期間中に研磨層を消耗させるのに役立つ。粘結剤は摩擦材に付着できなければならないが、被膜組成物が他の粘着添加物を含有しているか、研磨被膜組成物を塗布する前に接着プライマを摩擦材に塗布する場合、その必要はない。有用な粘結剤として、エポキシ樹脂（例えば、ノボラック、エポン（Epon）（登録商標）樹脂（シェルケミカル社(Shell Chemical Co.)）、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ニトリル／フェノール樹脂などの変性フェノール樹脂、シリコーン、アルキド樹脂、及び被膜組成物に有用であることが周知の他の樹脂がある。当該技術では周知のように、他の周知の被膜添加物、例えば界面活性剤、染料または顔料、粘度または流動度調節剤、流量制御剤、安定剤も被膜組成物に含むことができる。
被膜組成物を塗布して、厚さが０．０２５ｍｍないし１．３ｍｍ、好ましくは０．０２５ｍｍないし０．１３ｍｍの乾燥または硬化層を得ることができる。様々な周知の技術のいずれによっても被膜組成物を摩擦材に塗布することができる。そのような技術には、シルクスクリーニング、ローラ塗装、ブラシ塗装、浸漬塗装、及びスプレー塗装（研磨粒子径がスプレー装置に適合する場合）が含まれる。
他の変更形塗布方法も存在する。例えば、摩擦材の表面に塗布する被膜組成物に研磨粒子を混合する代わりに、摩擦材に接着剤の薄い層を塗布した後、湿っている、すなわち未硬化状態の接着剤に研磨粒子を振りかけることができる。
本発明の１つの好適な実施形態では、被覆摩擦パッドがこの摩擦パッドと接触する表面を有するブレーキロータまたはドラムなどの被摩擦部材と組み合わせてブレーキアセンブリで使用され、被摩擦部材の表面にロータまたはドラムの酸化または腐食を防止することができる保護被膜が設けられている。ディスクブレーキロータは他のブレーキドラムより腐食を比較的受けやすいので、本発明の好適な実施形態では、被摩擦部材はディスクブレーキロータである。
被摩擦部材の本体に有用な材料は当該技術では周知であり、鋳鉄、ステンレス鋼などや、複合材料（例えば、アルミニウム金属マトリックス材料）がある。ロータ及びドラム用の保護被膜は当該技術では周知であり、油またはグリースなど、イソシアネート架橋剤で硬化可能なアミン塩エポキシ樹脂の陰極電着などの電着塗装、メラミン硬化ＯＨ官能ポリエステル、ポリウレタンまたはアクリル被膜などの他の硬化性被膜、高分子量アクリルまたはポリウレタンラテックスまたは油性アルキド被膜などの熱可塑性被膜、穴があかずにロータまたはドラムの表面に薄い酸化膜を形成することができる酸化金属被膜、及び、例えばケイ酸カリウム溶液などのケイ酸溶液に亜鉛、マグネシウム及びアルミニウム粒子またはそのいずれかを分散させた無機被膜がある。
本発明を以下の例でさらに説明する。
調製１
以下の成分で被膜組成物を調製した。
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表１に従って乾燥成分を５ガロン混合ドラムに加えて、感度限界が１グラムのスケールで重量を量った。別の適当な容器を使用して液体成分の重量を量り、固体及び液体成分の合計質量が４．０ｋｇになるようにした。撹拌傾斜ミキサを使用して、１０分間の混合サイクルで乾燥成分を入れた混合ドラムに液体成分を加えた。目標値を１．５５ｇ／ｃｍ3にして被膜組成物の比重を記録した。混合物の粘度も測定して、それが以下の例１及び２に記載されているシルクスクリーン塗布処理の場合に５，０００〜９，０００ｃｐｓの許容範囲に入るようにした。転写ロール塗布を使用した以下の例３及び４の場合の所望粘度は約６，０００ｃｐｓであることに注意されたい。
例１
シルクスクリーン印刷処理を使用して調製１に記載されている塗料を摩擦パッドの表面に均一層として塗布し、その層がパッドの表面だけを被覆し、スロット内または縁部上への液垂れや滴りが生じないようにした。次に、摩擦パッドを１０分間にわたって蒸発分離させた後、標準的な工業用対流炉で硬化サイクルを実施して、摩擦パッドの中央にその表面と面一に配置された熱電対によって測定した時にパッドの表面が６０ないし７０秒間にわたって２３５ないし２５０℃になるようにした。硬化後の被覆パッドの表面の条斑またはブレークなどの最小限の不連続は許容した。
例２
例１と同様にして調製１に記載されている塗料を塗布し、炉による硬化サイクルの代わりに、同じ表面温度プロフィルを生じる赤外炉を使用した。
例３
転写ロール装置を用いて調製１に記載されている塗料を塗布し、ロールとパッド表面との間の間隙を
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に設定した。最良の全体的被膜外観及び重量が得られるようにこの間隙を調節した。この方法を使用した場合、蒸発分離は必要なく、赤外炉を使用して例１に記載されているように部品を硬化させた。
例４
例３の場合と同様に転写ロール装置を用いて調製１に記載されている塗料を塗布し、例２に示されているように硬化させた。
調製２
以下の成分で被膜組成物を調製した。
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表２に従って乾燥成分を５ガロン混合ドラムに加えて、感度限界が１グラムのスケールで重量を量った。別の適当な容器を使用して液体成分の重量を量り、固体及び液体成分の合計質量が４．０ｋｇになるようにした。撹拌傾斜ミキサを使用して、１０分間の混合サイクルで乾燥成分を入れた混合ドラムに液体成分を加えた。目標値を１．５５ｇ／ｃｍ3にして被膜組成物の比重を記録した。混合物の粘度も測定して、それが以下の例５及び６に記載されているシルクスクリーン塗布処理の場合に５，０００〜９，０００ｃｐｓの許容範囲に入るようにした。転写ロール塗布を使用した以下の例７及び８の場合の所望粘度は約６，０００ｃｐｓであることに注意されたい。
例５
シルクスクリーン印刷処理を使用して調製２に記載されている塗料を摩擦パッドの表面に均一層として塗布し、その層がパッドの表面だけを被覆し、スロット内または縁部上への液垂れや滴りが生じないようにした。次に、摩擦パッドを１０分間にわたって蒸発分離させた後、標準的な工業用対流炉で硬化サイクルを実施して、摩擦パッドの中央にその表面と面一に配置された熱電対によって測定した時にパッドの表面が６０ないし７０秒間にわたって２３５ないし２５０℃になるようにした。硬化後の被覆パッドの表面の条斑またはブレークなどの最小限の不連続は許容した。
例６
例５と同様にして調製２に記載されている塗料を塗布し、炉による硬化サイクルの代わりに、同じ表面温度プロフィルを生じる赤外炉を使用した。
例７
転写ロール装置を用いて調製２に記載されている塗料を塗布し、ロールとパッド表面との間の間隙を
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に設定した。最良の全体的被膜外観及び重量が得られるようにこの間隙を調節した。この方法を使用した場合、蒸発分離は必要なく、赤外炉を使用して例５に記載されているように部品を硬化させた。
例８
例７の場合と同様に転写ロール装置を用いて調製１に記載されている塗料を塗布し、例６に示されているように硬化させた。
比較調製Ａ
上記の本発明の性能を実証するために、以下の成分で被膜組成物を調製した。
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比較被膜組成物は、本発明に従って調製された被膜と異なって、モース硬さが５．５ないし７．５の研磨粒子を含有していなかった。
上記表に従って乾燥成分を５ガロン混合ドラムに加えて、感度限界が１グラムのスケールで重量を量った。別の適当な容器を使用して液体成分の重量を量り、固体及び液体成分の合計質量が４．０ｋｇになるようにした。撹拌傾斜ミキサを使用して、１０分間の混合サイクルで乾燥成分を入れた混合ドラムに液体成分を加えた。目標値を１．５５ｇ／ｃｍ3にして被膜組成物の比重を記録した。混合物の粘度も測定して、それが以下の例１及び２に記載されているシルクスクリーン塗布処理の場合に５，０００〜９，０００ｃｐｓの許容範囲に入るようにした。転写ロール塗布を使用した以下の例２及び４の場合の所望粘度は約６，０００ｃｐｓであることに注意されたい。
比較例Ａ
シルクスクリーン印刷処理を使用して調製Ａに記載されている塗料を摩擦パッドの表面に均一層として塗布し、その層がパッドの表面だけを被覆し、スロット内または縁部上への液垂れや滴りが生じないようにした。次に、摩擦パッドを１０分間にわたって蒸発分離させた後、標準的な工業用対流炉で硬化サイクルを実施して、摩擦パッドの中央にその表面と面一に配置された熱電対によって測定した時にパッドの表面が６０ないし７０秒間にわたって２３５ないし２５０℃になるようにした。硬化後の被覆パッドの表面の条斑またはブレークなどの最小限の不連続は許容した。
比較例Ｂ
例Ａと同様にして調製Ａに記載されている塗料を塗布し、炉による硬化サイクルの代わりに、同じ表面温度プロフィルを生じる赤外炉を使用した。
比較例Ｃ
転写ロール装置を用いて調製Ａに記載されている塗料を塗布し、ロールとパッド表面との間の間隙を
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に設定した。最良の全体的被膜外観及び重量が得られるようにこの間隙を調節した。この方法を使用した場合、蒸発分離は必要なく、赤外炉を使用して例Ａに記載されているように部品を硬化させた。
比較例Ｄ
例Ｃの場合と同様に転写ロール装置を用いて調製１に記載されている塗料を塗布し、例Ｂに示されているように硬化させた。
比較試験
本発明に従った被膜を有する例１のパッドと、比較例Ａのパッドと、被膜をまったく設けていない対照パッド。これらのパッドをケイ酸亜鉛被覆鋼ロータと組み合わせ、摩擦材及び鋼の目標摩擦係数（μ）を０．３ないし０．４として、パッド／ロータアセンブリに対して動力計で繰り返し停止試験を実施した。この試験結果が表４に示されており、これは停止回数１、１０、２０、４０、１００及び２００での平均摩擦係数を示しており、停止回数は各欄の見出しに「μ」の後に括弧に入れて表示されている。
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表４に示されているデータからわかるように、対照では未被覆摩擦パッドに対するロータのケイ酸亜鉛被膜の影響のために最初の２０回の停止では摩擦係数が不都合に低かった。しかし、例１のブレーキパッドは試験全体で望ましい範囲に入った安定した摩擦性能を示した。他方、比較例Ａは摩擦性能が激しく上昇する結果、２００回の停止試験を完了する間、最初の１０回の停止後の摩擦係数が許容できない程度まで上昇した。また、表４の平均摩擦値に示されていないが、各停止で見られた摩擦係数の範囲が、例１より比較例Ａで不都合に広かった。
以上に特定の実施形態を参照しながら本発明を詳細に説明してきたが、発明の精神の範囲内でこれらの実施形態の変更及び修正を加えることができることを理解されたい。