(57)【要約】【課題】自動車、トラック、鉄道車輌、各種産業機械等のブレーキ、クラッチに使用され、高温でのμが高く安定していて、フェード現象を抑制でき、ロータ攻撃性を低減させた摩擦材を提供する。【解決手段】繊維基材、結合材及び摩擦調整材を含む摩擦材において、少なくともＭｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末を含有し、該複合粉末中の該Ｍｇ２Ｓｉの含有量が２０〜８０体積％であり、前記複合粉末の常温でのビッカース硬度（Ｈｖ）が４５０〜１０００であり、常温と６００℃の硬度差が３００以上であることを特徴とする摩擦材であり、前記Ｍｇ２Ｓｉを含む複合粉末の平均粒径が１〜３００μｍで、摩擦材全量に対する含有率が０．１〜２０体積％であることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材、結合材及び摩擦調整材を含む摩擦材において、少なくともＭｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末を含有し、該複合粉末中の該Ｍｇ２Ｓｉの含有量が２０〜８０体積％であり、該複合粉末の常温でのビッカース硬度（Ｈｖ）が４５０〜１０００であり、常温と６００℃の硬度差が３００以上であることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の平均粒径が１〜３００μｍである、
請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の摩擦材全体に対する含有率が０．１〜２０体積％である、請求項１または２に記載の摩擦材。
【請求項４】
前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の混合体積比（Ｍｇ２Ｓｉ／（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２））が１／３〜３．３／１である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車や産業機械のブレーキに用いられるブレーキ用摩擦材に関して、さらに詳しくは高温での摩擦特性に優れ、ロータ攻撃性を低減させたブレーキ摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング、制輪子等に用いられる摩擦材は、通常、耐熱性有機繊維、無機繊維、金属繊維等の繊維成分、無機あるいは有機充填材等を含む摩擦調整材、熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料を混合した混合物を出発原料として、該出発原料を計量して成形型に投入し、常温で所定圧力で予備成形し、次いで所定温度、圧力にて熱成形し、熱処理（アフタキュア）及び仕上げ処理して製造されている。
【０００３】
自動車、トラック、鉄道車輌などのブレーキに使用されている摩擦材は、高負荷時や高速からのブレーキ時などに、摩擦係数（μ）が低下したり、フェード現象が生じたり、ロータ攻撃性が増し摩耗が増加したりする。一般に摩擦材には結合材としてフェノール樹脂等の熱硬化樹脂が使用されており、２５０℃以上の高温になるとこれらの樹脂が熱分解して炭化したり、液状分解物が生成することが主因である。このため、高温時の摩擦係数μ低下の抑制、耐フェード性の確保やロータ攻撃性の低減は、摩擦材の配合、製造時の大きな課題となっており、高温特性を改善するため、これまでいろいろな対策が取られている。
【０００４】
例えば、特許文献１〜２に示すように、高温でも特性が安定な高硬度セラミック粉を配合することが行われ、特許文献２では酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が摩擦材に配合されている。しかし、４００℃以上の高温になると軟化した鋳鉄ロータ材との硬度差が大きくなりロータ攻撃性が増大するため、ロータ表面の凹凸が激しくなり、摩耗が増加したり、摩擦係数μが不安定になったりするほか、振動やノイズ発生の原因になる可能性も大きい。
【０００５】
また、摩擦材の耐熱性を向上させるため金属繊維や金属粉が配合される。しかし、従来摩擦材に配合されている金属繊維（Ｃｕ系、Ｆｅ系など）や金属粉はいずれも融点が１０００℃以上で高温であり、溶融金属のロータ凝着による高温時の摩擦係数μ向上が期待できる温度範囲は限られている。さらに、高温の耐摩耗性を向上させるため高温潤滑材として硫化物やグラファイトが使用されることがあるが、有効温度範囲、コストおよび環境の面から問題になるものが多く、不十分である。
【０００６】
最近では、例えば、特許文献３に記載されているように、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ２Ｓｉ）を含有するマグネシウム基複合材料は、軽量化に加えて、高強度・高耐摩耗性・高耐食性を有することから、それらの特性が同時に望まれる自動車用部品の構造用部品材料として注目されているが、ブレーキ用摩擦材に適用された例はない。
【特許文献１】特開平５−２４７４４２号公報
【特許文献２】特開平９−２２１６５８号公報
【特許文献３】特開２００５−３２５４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の状況を改善するためになされたもので、高速・高負荷時での摩擦係数μが高く安定していて、フェード現象が抑制され、ロータ攻撃性が低減された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】
【０００８】
本発明者は上記目的を達成するため、金属とセラミックスの中間的な特性を持つ金属間化合物に注目し、各種金属間化合物の特性を検討した。その結果、Ｍｇ２Ｓｉを含む複合粉が有する高温での硬度低下特性及び比較的低温からのロータ表面への凝着特性を活用することにより、摩擦材の高温での摩擦係数μが向上・安定化し、かつロータ攻撃性の抑制が達成できることを発見したものである。さらに、高温でのロータ材との硬度差による摩擦特性の劣化を抑制するためには、複合粉のＭｇ２Ｓｉ含有量が２０〜８０体積％であり、常温のビッカース硬度（Ｈｖ）が４５０〜１０００で、常温と６００℃の硬度差が３００以上である場合が好適であることを見出し本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は下記（１）〜（４）により達成された。
（１）繊維基材、結合材及び摩擦調整材を含む摩擦材において、少なくともＭｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末を含有し、該複合粉末中の該Ｍｇ２Ｓｉの含有量が２０〜８０体積％であり、該複合粉末の常温でのビッカース硬度（Ｈｖ）が４５０〜１０００であり、常温と６００℃の硬度差が３００以上であることを特徴とする摩擦材。
（２）前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の平均粒径が１〜３００μｍである、上記（１）に記載の摩擦材。
（３）前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の摩擦材全体に対する含有率が０．１〜２０体積％である、上記（１）または（２）に記載の摩擦材。
（４）前記Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末の混合体積比（Ｍｇ２Ｓｉ／（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２））が１／３〜３．３／１である、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の摩擦材。
【発明の効果】
【００１０】
（１）の発明は、複合粉の高温での硬度低下量を３００以上にすることで、ロータとの硬度差を減少させてロータ摩耗量を抑制し、さらにＭｇ２Ｓｉ及びＭｇＯの金属成分（Ｍｇ）のロータ表面への凝着効果で高温での摩擦係数μを向上させることが出来るものである。
（２）および（３）の発明は、複合粉の粒径及び含有量を制限することで、高温の摩耗特性の向上効果とロータ攻撃性の低減効果をさらに高めたものである。
（４）の発明は、複合粉中のＭｇ２Ｓｉ混合比を制御することで、高温の硬度低下量やロータ表面へのＭｇ凝着量を調節し、高温での摩擦係数μの向上及びロータ摩耗量の抑制をさらに確実にしたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の摩擦材は、繊維成分、結合材成分及び摩擦調整材成分を含む摩擦材であって、摩擦調整材成分としてＭｇ２Ｓｉを含む複合粉を含有することを特徴とする。その好ましい態様としては次のものが包含される。
【００１２】
Ｍｇ２Ｓｉを含む複合粉のＭｇ２Ｓｉ含有量は２０〜８０体積％、好ましくは３０〜７０体積％であるが、含有量が２０％未満では金属凝着による摩擦係数μの向上が期待できず、８０％を超えると、耐熱性が低下し、凝着が不均一になり高温での摩擦係数μが向上しない。
【００１３】
また、複合粉の常温の硬度は４５０〜１０００、好ましくは６００〜８５０であるが、４５０未満では摩擦係数の向上が期待できず、１０００を超えると高温でのロータとの硬度差が大きくなりロータ攻撃性が増加する。硬度は荷重１ｋｇｆのもとでマイクロビッカース硬度計により室温で硬さ測定を行う。また、常温と６００℃での硬度差が３００未満では、高温での鋳鉄ロータとの硬度差が大きくなり、ロータ攻撃性が増大し、摩耗量が増加する。
【００１４】
また、複合粉の粒径は、好ましくは０．１〜３００μｍ、より好ましくは１〜２５０μｍとする。０．１μｍ未満では摩擦材への均一分散混合が困難となり、３００μｍを超えると研削能が著しく低下し、摩擦係数μの向上が期待出来ない。
【００１５】
さらに、複合粉の摩擦材全体に対する含有量は、好ましくは０．１〜２０体積％、より好ましくは０．５〜２０体積％とする。含有率が０．１体積％未満では摩擦材配合の効果が認められず、２０体積％を超えると相手材への攻撃性が大となる恐れがある。
【００１６】
複合粉末におけるＭｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２及びＭｇＯの組成比は質量単位でＭｇ２Ｓｉが２０〜８０％、ＳｉＯ２が０〜６０％、ＭｇＯが２０〜７０％の範囲にあることが摩擦係数の向上と相手攻撃性の抑制のため好ましい。また、複合粉末の混合体積比（Ｍｇ２Ｓｉ／（ＭｇＯ＋ＳｉＯ２））は好ましくは１／３〜３．３／１、より好ましくは１／２〜３／１の範囲内とする。
【００１７】
Ｍｇ２Ｓｉ複合粉の製造方法には、粉末焼結法、溶解法などがあり特に限定されないが、固相反応焼結法が好ましい。また、反応焼結体を粉砕し、ふるい分けし、平均粒径が０．１〜３００μｍとなるように調整されたものを用いることが好ましい。
【００１８】
本発明の複合粉末中のＭｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２及びＭｇＯの組成比を変える方法としては、予め、Ｍｇ２Ｓｉ単体を準備して所定の比率でＳｉＯ２及びＭｇＯを添加、圧粉成形体とし焼結した後、粉砕して複合粉末とすることができる。
【００１９】
また、別の方法としては、金属Ｍｇ、ＳｉＳｉＯ２及びＭｇＯを所定の比率で混合、圧粉成形体とし焼結した後、粉砕して複合粉末とすることもできる。その際、Ｍｇが合金である場合、Ｍｇ以外に含まれるものとして、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｅ又はＬｉ等を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００２０】
本発明の摩擦材を製造するには、補強繊維、摩擦調整材、結合材とを含む摩擦材において、前記原料又は原料類を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形することにより製造することができる。
【００２１】
摩擦材の組成としては、種々の組成割合を採ることができる。すなわち、これらは、製品に要求される特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に応じて、単独でまたは２種以上を組み合わせて配合すればよい。
【００２２】
摩擦材に配合する補強用の繊維基材としては、摩擦材全体の５〜４０体積％、摩擦調整材が１０〜５５体積％、充填材が５〜３５体積％、結合材が５〜１５体積％とするのが好ましい。
【００２３】
本発明の摩擦材に用いることが出来る繊維基材としては、無機繊維、有機繊維、金属繊維があげられる。例えば、アラミド繊維、アクリル繊維、ポリイミド繊維、フェノール繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、天然鉱物繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、銅（及び銅合金）繊維、スチール繊維、ステンレス繊維などがあり、これら１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２４】
また、結合材成分として使用されている熱硬化性樹脂としては、一般に用いられているフェノール樹脂や尿素樹脂、メラミン樹脂またはそれらの変性樹脂が挙げられる。そしてこれらは適宜組み合わせて使用することができる。
【００２５】
更に、摩擦調整材としては有機系、無機系、金属系いずれでも良く、例えば黒鉛（天然および人造）、カシューダスト、ゴムダスト、硫化アンチモン、硫酸バリウム、二硫化モリブデン、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、マイカ等、また銅、黄銅、青銅、スズ、亜鉛、鉄等の金属粉が挙げられるが、これらは耐熱性向上、潤滑効果、摩擦係数μの調整、ブレーキノイズ対策などのため適量使用することができる。
【００２６】
本発明の摩擦材は通常の方法により製造可能であり、上述の摩擦材原料をブレンダ等で混合し、得られた粉末状混合物を予備成形金型に入れ予備成形し、その後当該予備成形物を加圧加熱成形し、さらに熱処理を行うことにより本発明のブレーキ用摩擦材を得ることができる。
【００２７】
なお、摩擦材組成物の予備成形、加圧加熱成形、熱処理の条件については特に制限はないが、熱成形時の温度は１２０〜２５０℃、最終の熱加圧は２０〜８０ＭＰａ、加圧時間を１００〜１２００ｓｅｃで成形することが望ましい。加熱処理温度は１００〜３００℃が望ましい。なお必要に応じ加熱処理後さらに４００〜８００゜Ｃの高温で成形体の表面を焼き付けてもよい。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２９】
Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉末は、純Ｍｇ粒子（またはＭｇ合金粉末）とＳｉＯ２粒子とを所定の比率で配合した後、ボールミルを用いて３０分間混合処理した。得られた混合粉末をカーボン製型（内径１０５ｍｍφ）に充填した状態で放電プラズマ焼結装置にセットして、真空中で圧力２０ＭＰａ、試料温度６００℃となるように調整して合成焼結処理を１５分間実施し、Ｍｇ２Ｓｉ粒子とＭｇＯ粒子およびＳｉＯ２粒子が複合化した多孔質焼結体を得た。そして、この焼結体をロッキングミル粉砕装置を用いて微細粉砕し、その後篩粉処理を行い所定の平均粒径を有する試料を得た。
【００３０】
なお、Ｍｇ２Ｓｉ粉の割合が高い複合粉の場合は、最初にＭｇ２Ｓｉ粉を作成した後、上記の複合粉末と所定の比率で混合させ、その後適宜、焼結、粉砕処理を実施し所定の混合比のＭｇ２Ｓｉ系複合粉を作成した。
【００３１】
摩擦材の配合は、繊維基材としてスチール繊維、その他の繊維成分としてケブラー繊維（商品名、デュポン社製）、Ｃｕ繊維、チタン酸カリウム繊維、結合材としてフェノール樹脂、摩擦調整材及び充填材料として、黒鉛、硫酸バリウム、消石灰、ゴムダスト、カシューダスト、珪酸ジルコニア、などを適宜用いた。表１にそれらの配合比率を示す。
【００３２】
【表１】
2009073909.tif 000002
【００３３】
表１のａ〜ｌは本発明の摩擦調整材であるＭｇ２Ｓｉ複合粉を含んでいる。１〜５は比較例であり、１はＭｇ２Ｓｉ系複合粉を含んでいない。２〜５は本発明の摩擦調整材であるＭｇ２Ｓｉ系複合粉を含むが、硬度特性や複合粉末中のＭｇ２Ｓｉ含有量が本発明の摩擦材の範囲をはずれている。
【００３４】
実施例の摩擦材の作製は、まず摩擦原料をブレンダで十分均一に混合した後粉末状混合物を予備成形金型に投入し、常温下、圧力約７．２ＭＰａで約５秒間加圧し、予備成形物を形成した。次いで予め表面にフェノール樹脂系接着剤を塗布したプレッシャプレートとともに熱成形金型にセットし、加圧圧力５０ＭＰａ、温度１６０℃で５分間熱成形した。これをさらに２００℃で５時間熱処理しブレーキ用摩擦材を得た。
【００３５】
次に作製した摩擦材と実ロータを用いて、ブレーキダイナモメータ試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０６−００、ＪＡＳＯ４２７−８８）を実施し、高温における摩擦特性及び相手材への攻撃性を評価した。ロータ材は鋳鉄材（ＦＣ２００）を使用した。摩擦材の評価方法と判定基準は表２に示した。判定は◎、○、△及び×の４段階とした。
【００３６】
【表２】
2009073909.tif 000003
【００３７】
表２に示すように、高温における摩擦特性はダイナモメータ試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０６）の第２効力試験の高速・高Ｇ側（初速度：１３０ｋｍ／ｈ、減速度：０．５Ｇ以上）の平均摩擦係数μと第１フェード試験での最少摩擦係数μで評価した。また、相手材への攻撃性はダイナモメータ試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４２７）での３００℃、４００℃におけるロータ摩耗量（μｍ）で評価した。
【００３８】
試験結果を表１にまとめて示す。Ｍｇ２Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＭｇＯを含む複合粉を含む本発明の摩擦材は、いずれも比較例に比べて高温での摩擦係数μ、耐フェード性において優れた結果を示した。また、高温（３００℃、４００℃）でのロータ摩耗量（μｍ）も比較材と比べ少なく、耐ロータ攻撃性にも優れていることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の摩擦材は高温での摩擦特性や摩擦相手材との相性もよいので自動車用として好適であるが、大型トラック、鉄道車輌、各種産業機械等の制動用ブレーキにも用いることが出来る。