(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カシューナッツシェルリキッドを主成分とする硬化物からなり、鉄化合物を含む摩擦材用充填材であって、前記鉄化合物は、ゲータイト（α−ＦｅＯＯＨ）、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）から選ばれる少なくとも１種であり、前記鉄化合物の含有量が０．１重量％〜３０重量％であることを特徴とする摩擦材用充填材。
【請求項２】
繊維状基材と、結合材と、充填材を含む摩擦材において、充填材として請求項１記載の摩擦材用充填材を含むことを特徴とする摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの車両、産業用の各種機械などの制動装置に用いられる、ブレーキライニング、ブレーキパッドなどを構成する摩擦材に関し、特に耐フェード性に優れた摩擦材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの制動装置のブレーキパッドに用いられている摩擦材は、各種の繊維状基材、摩擦調整剤などの充填材、及びそれらを結合するための各種熱硬化性高分子を主成分とする結合材などからなる。摩擦材は、これらの各成分の混和物を、型に充填した後、加圧、加熱して結合材を硬化することにより製造される。
【０００３】
そして前記の繊維状基材には、ポリアミド繊維、アラミド繊維などの有機繊維、セラミック繊維、ガラス繊維、ロックウール、チタン酸カリウムなどの合成無機化合物繊維が用いられ、充填材には、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの各種無機化合物粉末や、金属粉末などが用いられる。また、摩擦調整を目的として、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤や、カシューダストなどが添加される。
【０００４】
摩擦材に要求される特性としては、制動力が大きいこと、耐磨耗性を有すること、温度、圧力などの変化による制動力の変化が小さくて安定していること、耐水性や耐油性を有すること、機械的強度が大きいことなどがある。そして、摩擦材が組み込まれる装置によって、どの特性を重要視するか異なり、それによって、前記各原材料の配合処方も異なる。
【０００５】
前記の制動力の変化には、フェードという現象が含まれ、特に車両においては、これが原因となった暴走事故が発生した例がある。この現象は、摩擦材の高温化によって、摩擦材中の有機化合物成分が熱分解してガスや液体となり、ディスクブレーキなどのブレーキの摩擦面と摩擦材との間に介在して、摩擦を極端に低減し、車両の制動距離を著しく伸長するものである。
【０００６】
具体的には、長距離の下り勾配での車両の走行などにおいては、ブレーキを作動させたまま走行することがあり、摩擦材及びブレーキの摩擦面の温度が上昇して、前記のような現象が発生する。
【０００７】
前記のようにフェード現象の主な原因は、摩擦材中の有機物成分の熱分解であることから、摩擦材に含まれる有機物成分に着目すると、熱分解を起こす成分の一つとして、カシューダストが挙げられる。カシューダストは、熱帯地方に産するカシューナッツの、種子を覆う殻に含まれる反応性に富んだオイル（カシューナッツシェルリキッド、以下ＣＮＳＬと称する）を、重合反応などで樹脂状物質とした後、粉砕して得られる。
【０００８】
そして、カシューダストの摩擦材における機能は、熱分解で生成するタール状の成分が、摩擦材表面を被覆することで適度の潤滑性を付与し、摩擦材の耐磨耗性を向上したり、制動時に発生する不快な音、即ち「鳴き」を防止したりすることである。
【０００９】
このため、カシューダストは、摩擦材には必須の成分であるが、高温における熱分解で揮発分、タール分、粉末を生成し、前記のフェード現象を助長する可能性がある。特にタール分は、潤滑作用が著しく、生成量を一定以下に抑制する必要がある。
【００１０】
これを目的として、フェノール樹脂やキシレン樹脂などの、耐熱性樹脂を与える成分を混合して硬化したり、これらの成分とＣＮＳＬの混合物を硬化したりすることで、樹脂粉末を得る方法が行なわれている。しかし、これらの樹脂は従来のカシューダストに比較して耐熱性に優れるものの、カシューダストの重要な特長である柔軟性を損なう結果となる。
【００１１】
また、カシューダストの中に酸化物などの無機化合物の粉末を多量に充填することも行なわれていて、これにより高温での揮発分やタール分の生成量が減少できるが、この場合も、カシューダストの柔軟性を損なうことが避けられない。つまり、従来の方法では、カシューダストの柔軟性を維持したまま、高温における揮発分、タール分の生成量を抑制することは不可能であった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、カシューダストの特性を維持したまま、高温における揮発分やタール分の生成量を抑制し、これによってカシューダストを含む摩擦材の耐フェード性を向上することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記の課題の解決策として、高温におけるタール分の生成を抑えるよりも、生成したタール分を速やかに摩擦材表面から除去できれば、カシューダスト本来の特性を損なわず、耐フェード性を向上し得ると考え、具体的な方法を検討した結果、本発明をなすに至ったものである。
【００１４】
即ち、本発明は、ＣＮＳＬを主成分とする硬化物からなり、鉄化合物を含むことを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１５】
また、本発明は、前記の摩擦材用充填材において、前記鉄化合物は、ゲータイト（α−ＦｅＯＯＨ）、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１６】
また、本発明は、前記の摩擦材用充填材において、前記鉄化合物の含有量は、０．１重量％〜３０重量％であることを特徴とする摩擦材用充填材である。
【００１７】
また、本発明は、繊維状基材と、結合材と、充填材を含む摩擦材において、充填材として前記の摩擦材用充填材を含むことを特徴とする摩擦材である。
【００１８】
【作用】
一般に遷移金属の１種である鉄の酸化物は、酸化状態の変化に起因する触媒作用を発現し、工業的に利用されている。特に燃焼反応における触媒能については、酸化鉄が高い酸化状態であるＦｅ（ＩＩＩ）と、低い酸化状態であるＦｅ（ＩＩ）との間で酸化還元を繰り返すことによると推定されている。
【００１９】
従って、酸化鉄をカシューダストに添加することにより、フェードが生じる高温において、カシューダストやその他の有機物に起因するタール分を、速やかに熱分解もしくは燃焼してガス化し、摩擦材表面から除去することができる。
【００２０】
本発明に用いられる鉄化合物は、基本的に鉄イオンを含むか、鉄イオンを生成するものであれば、特に制限されるものでなく、例えば鉄の粉末であってもよい。しかし、取り扱いの容易性や、コストを考慮すると、前記のゲータイト（α−ＦｅＯＯＨ）、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）が望ましい。
【００２１】
また、摩擦材に混合するという使用方法や、触媒活性という観点からは、粉末状で、かつなるべく比表面積が大きいことが望ましい。従って、粉末の粒子形状は、球状であるよりも、平板状もしくは針状である方が望ましく、前記の鉄化合物の中ではゲータイトなどがそれに該当する。
【００２２】
また、カシューダストの鉄化合物の含有量を、０．１重量％〜３０重量％に限定したのは、この範囲以下では、鉄化合物の触媒としての効果が不十分であり、この範囲以上では、鉄化合物の効果が、その含有量を３０重量％近傍とした場合と差がなく、しかもカシューダストの柔軟性を損なうからである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態につき、具合的な例を挙げ詳しく説明する。ここでは、原料に鉄化合物を添加したものと、添加しないものを準備し、その他は通常と同じ方法でカシューダストを製造して、それぞれについて特性を評価した。
【００２４】
まず、ＣＮＳＬに酸を加えて重合反応して得られるポリマー（以下、カシューポリマーと称する）と、ヘキサメチレンテトラミンと、ゲータイト粉末を表１に示した３種類の組成となるように秤量した。これを均一となるまで攪拌した後、ステンレスの容器に注入し、温度を２００℃とした恒温槽で２４時間保持し硬化した。これを粉砕機で所定の粒度に粉砕し、３種類のカシューダストを得た。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
次に、これらの３種類のカシューダストを用いて、表２に示す配合で各成分を秤量し、Ｖブレンダーで十分に混合した。そして、これらの混合物を予備成形金型に充填し、常温下で２０ＭＰａの圧力で１分間加圧し、その後この成形体を加熱成形金型に入れて１６０℃で４０ＭＰａの圧力で１０分間加圧し、更に１８０℃で３時間保持して摩擦材の試料を得た。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
次にこれらの試料について、ＪＩＳ−Ｄ−４４１１に準拠した摩擦試験を行なった。表３は、それらの結果を示したものである。表３から明らかなように、ゲータイトをそれぞれ１重量部、５重量部、添加したカシューダストを用いた摩擦材である、試料２及び試料３では、ゲータイトをまったく添加していないカシューダストを用いた摩擦材である、試料１に比較して、高温における摩擦係数の変動が殆ど認められない。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
また、前記３種類のカシューダストについて、アセトン抽出率、即ちカシューダストのアセトンへの可溶成分の重量分率、４００℃揮発損失率、即ちカシューダストを４００℃で２時間熱処理した場合の重量減少率、４００℃アセトン抽出率、即ち４００℃揮発損失率を測定した試料についてのアセトン抽出率をそれぞれ測定した。その結果を表４に示した。
【００３１】
【表４】
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【００３２】
表４に示した結果によると、アセトン抽出率、４００℃揮発損失率については、３種類のカシューダストの間に大きな差異が認められないが、４００℃アセトン抽出率については、ゲータイトを添加したカシューダストの方が少ない結果となっている。
【００３３】
通常、カシューダストを高温で処理すると、熱分解により、比較的低分子量のタール分が生成する。タール分は、アセトンに可溶であるため、熱処理前に比べアセトン抽出率が増加する。表４に示した結果から、前記のようにゲータイトの添加により、高温処理した場合のタール分の生成量が抑えられ、それに伴ってアセトン抽出率の増加が抑えられていることがわかる。
【００３４】
以上は、鉄化合物としてゲータイトを用いた例について記したが、次に鉄化合物として、アカゲナイト（β−ＦｅＯＯＨ）、レピクロサイト（γ−ＦｅＯＯＨ）、ヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）、マグヘマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、マグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を用いた例について述べる。
【００３５】
ここでは、カシューポリマー１００重量部に対し、前記５種類の鉄化合物を１重量部、ヘキサメチレンテトラミンを８重量部、それぞれ秤量し、ゲータイトを用いた場合とまったく同じ条件で、５種類のカシューダストを作製した。得られた５種類のカシューダストを用いて、表２に示した組成で各成分を秤量し、やはりゲータイトを用いた場合とまったく同じ条件で、５種類の摩擦材の試料を作製した。
【００３６】
これらの試料についても、ＪＩＳ−Ｄ−４４１１に準拠した摩擦試験を行なった。表５には、これらの結果をまとめて示した。表５から、これらの試料も、カシューポリマーにゲータイトを添加した場合と同様に、高温における摩擦係数の変動が殆ど認められないことがわかる。
【００３７】
【表５】
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【００３８】
また、これら５種類のカシューダストについても、アセトン抽出率、４００℃揮発損失率、４００℃アセトン抽出率を測定した。これらの結果を表６にまとめて示したが、やはりゲータイトを用いた場合同様に、タール分の生成が抑えられていることがわかる。
【００３９】
【表６】
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【００４０】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明によれば、フェードを防止し得るカシューダストと、それを用いた摩擦材を、容易にかつ低コストで得ることができる。これによって、フェード現象による車両の暴走事故を未然に防止することが可能となり、安全に資するところは非常に大きいと言える。
【００４１】
なお、ここでは、鉄化合物をそれぞれ単独でカシューポリマーに添加した例のみを挙げたが、前述の結果から、複数の鉄化合物を用いた場合でも、その効果を発現し、フェード現象を防止し得ることは明らかである。