特許 6490941 摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6490941

(24)【登録日】2019年3月8日

(45)【発行日】2019年3月27日

(54)【発明の名称】摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材

(51)【国際特許分類】

   C09K 3/14 20060101AFI20190318BHJP

   F16D 69/02 20060101ALI20190318BHJP

【ＦＩ】

   C09K3/14 520G

   C09K3/14 520K

   F16D69/02 CZAB

【請求項の数】10

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-210025(P2014-210025)

(22)【出願日】2014年10月14日

(65)【公開番号】特開2016-79250(P2016-79250A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】391033078

【氏名又は名称】日本ブレーキ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119666

【弁理士】

【氏名又は名称】平澤 賢一

(74)【代理人】

【識別番号】100118072

【弁理士】

【氏名又は名称】醍醐 美知子

(72)【発明者】

【氏名】海野 光朗

(72)【発明者】

【氏名】光本 真理

(72)【発明者】

【氏名】松葉 和昭

【審査官】 小久保 敦規

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０１９２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５５０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００８８６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８４５９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ ３／１４

Ｆ１６Ｄ ４９／００ − ７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

結合剤を含む摩擦材組成物であって、
該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、
硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデンから選ばれる１種若しくは２種以上の金属硫化物を８〜３０質量％含有し、かつ粒状または板状のチタン酸塩を含有することを特徴とする摩擦材組成物。

【請求項2】

前記硫化錫が硫化錫（II）であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材組成物。

【請求項3】

前記硫化錫が硫化錫（IV）であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材組成物。

【請求項4】

前記硫化錫が硫化錫（II）と硫化錫（IV）の混合物であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦材組成物。

【請求項5】

有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦材組成物。

【請求項6】

鉱物繊維を含有する、請求項１〜５のいずれかに記載の摩擦材組成物。

【請求項7】

前記金属硫化物の含有量が１０〜３０質量％である、請求項１〜６のいずれかに記載の摩擦材組成物。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれかに記載の摩擦材組成物からなる、摩擦面の温度が５００℃以上となる高温制動用摩擦材組成物。

【請求項9】

請求項１〜７のいずれかに記載の摩擦材組成物または請求項８に記載の高温制動用摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。

【請求項10】

請求項９に記載の摩擦材と裏金を用いて形成される摩擦部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッド等の摩擦材に適した摩擦材組成物に関し、特にアスベストを含まないノンアスベスト摩擦材組成物に関する。また、該摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等には、その制動のためにディスクブレーキパッド、ブレーキライニング等の摩擦材が使用されている。摩擦材は、ディスクローター、ブレーキドラム等の対面材と摩擦することにより、制動の役割を果たしている。そのため、摩擦材には、良好な摩擦係数、耐摩耗性（摩擦材の寿命が長いこと）、強度、音振性（ブレーキ鳴きや異音が発生しにくいこと）等が要求される。摩擦係数は車速、減速度やブレーキ温度によらず安定であることが要求される。また、近年では、連続した高速（車速２００ｋｍ／ｈ以上）・高減速度（０．８Ｇ以上）の制動でブレーキ温度が異常に高くなるような過酷な制動条件においても、摩擦係数の低下が少ないこと（高速フェード特性）が摩擦材に要求される。

【0003】

また近年では、摩擦材中に使用される銅が、ブレーキの摩耗粉として飛散し、河川、湖や海洋汚染等の原因となっており、使用を制限する動きが高まっている。銅は、繊維や粉末の形態で摩擦材に配合され、高温での制動条件下での摩擦係数の保持（耐フェード性）や高温での耐摩耗性改善に有効な成分である。そのため銅を含有しない組成においては、前述の高速フェード特性が極端に悪化するという問題があった。

【0004】

このような銅の使用を制限する動きの中、銅を含有しない組成において、高温での摩擦特性を向上する方策として、複数の凸部形状を有するチタン酸化合物の少なくとも１種と、生体溶解性無機繊維とを含有する摩擦材（特許文献１）や特定量の結合材、有機繊維、金属硫化物系潤滑材、炭素質系潤滑材、チタン酸塩、マイルド／ハードアブレシブ、有機摩擦調整剤、ｐＨ調整剤を含有する摩擦材（特許文献２）が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−０７６０５８号公報

【特許文献2】特開２０１４−１５６５８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２はいずれも銅を含有しない組成において、高温での摩擦特性の向上を図ったものであるが、これらで提案の摩擦材は、車速２００ｋｍ／ｈ以上の高速フェード特性の改善効果は未だ充分とはいえない。

【0007】

本発明は、上記事情を鑑みなされたもので、高速フェード特性が悪化する銅を含有しない、または銅の含有量が０．５質量％以下の摩擦材において、高い高速フェード特性を示す摩擦材組成物を得ることを課題とし、具体的に、高速２００ｋｍ／ｈから減速度０．８Ｇの急制動を繰り返し、異常なブレーキ温度の上昇が伴う高速フェード条件においても、十分な摩擦係数を保持することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明者らは、摩擦面の温度が５００℃以上となる高温制動時において、結合材の急激な分解が生じ、還元雰囲気の分解ガスが発生する。このとき、ある種の金属硫化物は、還元雰囲気の分解ガスにより分解されて金属触媒として作用し、結合剤の低分子化を促進して、還元雰囲気下でアモルファス炭素の強固な層の形成を促すとともに、この強固なアモルファス炭素の層が高速高温制動時に摩擦係数の保持に有効であり、銅を含有しない組成においても、高速フェード条件における摩擦係数の保持に有効であることを見出した。

【0009】

本発明はこの知見に基づくものであり、具体的に、本発明の摩擦材組成物は、結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素としての銅を含まない、または銅の含有量が０．５質量％以下であり、硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデンから選ばれる１種若しくは２種以上の組合せで金属硫化物を８〜３０質量％含有することを特徴とする。

【0010】

本発明の摩擦材組成物においては、前記硫化錫が硫化錫（II）であること、前記硫化錫が硫化錫（IV）であることが好ましく、前記硫化錫が硫化錫（II）と硫化錫（IV）の混合物としてもよい。

【0011】

また、本発明の摩擦材は、上記の本発明の摩擦材組成物を成形してなるものであることを特徴とし、本発明の摩擦部材は、上記の本発明の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金を用いて形成されるものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、自動車用ディスクブレーキパッド等の摩擦材に用いた際に、環境負荷の高い銅を用いることなく、高速フェード条件での摩擦係数が高い摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材を提供することができる。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材について詳述する。なお、本発明の摩擦材組成物は、アスベストを含まない、いわゆるノンアスベスト摩擦材組成物である。

【0014】

［摩擦材組成物］
本実施形態の摩擦材組成物は、銅を含有しない、もしくは、銅を含有する場合であっても銅の含有量が０．５質量％以下であることを第１の骨子とする。上記のように、銅は、高温での制動条件下での摩擦係数の保持（耐フェード性）や高温での耐摩耗性改善に有効な成分であり、銅を含有しない、あるいは銅量が過小の組成においては、前述の高速フェード特性が極端に悪化することとなる。本発明の摩擦材組成物においては特定の硫化物を用いることで、高温での摩擦係数の保持（耐フェード性）や高温での耐摩耗性改善を図ったことを第２の骨子とする。

【0015】

（硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデン）
本発明の摩擦材組成物は、硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデンから選ばれる１種若しくは２種以上の組合せで金属硫化物を含有する。これらの金属硫化物は、モース硬度が１〜２と低く、固体潤滑剤として優れるとともに、還元雰囲気下で分解されて金属触媒として作用し、摩擦材中の結合剤の低分子化を促進して、アモルファス炭素の強固な層の形成を促進して、高温での摩擦係数を保持する作用を有し、高速フェード特性の向上に寄与する。

【0016】

硫化錫は２価（硫化錫（II）；ＳｎＳ），４価（硫化錫（IV）；ＳｎＳ_２）の片方一種、または両方を混合して用いても良いが、２価（硫化錫（II）；ＳｎＳ）のほうが耐熱性が高く、高速フェード特性の観点で好ましい。硫化錫、二硫化モリブデン、硫化ビスマスから選ばれる金属硫化物の総含有量は、高速フェード条件での摩擦係数保持と耐摩耗性の観点で８〜３０質量％が好ましく、８〜２０質量％がより好ましい。８質量％を下回ると高速フェード条件での摩擦係数が急激に低くなり、３０重量％を上回ると、金属硫化物による潤滑作用が大きく、アブレシブ摩耗主体の摩擦形態となる低面圧摩擦条件下のローター摩耗量が増大する。

【0017】

（結合材）
結合剤は、摩擦材用組成物に含まれる有機充填材、無機充填材及び繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材用組成物に含まれる結合材としては、特に制限は無く、通常、摩擦材の結合材として用いられる熱硬化性樹脂を用いることができる。

【0018】

上記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂；アクリルエラストマー分散フェノール樹脂及びシリコーンエラストマー分散フェノール樹脂などの各種エラストマー分散フェノール樹脂；アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂及びアルキルベンゼン変性フェノール樹脂などの各種変性フェノール樹脂などが挙げられ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。特に、良好な耐熱性、成形性及び摩擦係数を与えることから、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコーン変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。

【0019】

本発明の摩擦材組成物中における、結合材の含有量は、５〜２０質量％であることが好ましく、５〜１０質量％であることがより好ましい。結合材の含有量を５〜２０質量％の範囲とすることで、摩擦材の強度低下をより抑制でき、また、摩擦材の気孔率が減少し、弾性率が高くなることによる鳴きなどの音振性能悪化をより抑制できる。

【0020】

(有機充填剤)
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性などを向上させるための摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材組成物に含まれる有機充填材としては、上記性能を発揮できるものであれば特に制限はなく、通常、有機充填材として用いられる、カシューダストやゴム成分などを用いることができる。

【0021】

上記カシューダストは、カシューナッツシェルオイルを硬化させたものを粉砕して得られる、通常、摩擦材に用いられるものであればよい。

【0022】

上記ゴム成分としては、例えば、タイヤゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、塩素化ブチルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、などが挙げられ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。

【0023】

本発明の摩擦材組成物中における、有機充填材の含有量は、１〜２０質量％であることが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましく、３〜８質量％であることが特に好ましい。有機充填材の含有量を１〜２０質量％の範囲とすることで、摩擦材の弾性率が高くなること、鳴きなどの音振性能の悪化を避けることができ、また耐熱性の悪化、熱履歴による強度低下を避けることができる。

【0024】

（無機充填材）
無機充填材は、摩擦材の耐熱性の悪化を避けるためや、耐摩耗性を向上させるため、摩擦係数を向上する目的で添加される摩擦調整剤として含まれるものである。本発明の摩擦材用組成物は、通常、摩擦材に用いられる無機充填剤であれば特に制限はない。

【0025】

上記無機充填材としては、例えば、硫化錫、二硫化モリブデン、硫化ビスマス以外の金属硫化物として硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化亜鉛を用いることができる。また、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸バリウム、コークス、黒鉛、マイカ、バーミキュライト、硫酸カルシウム、タルク、クレー、ゼオライト、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、ドロマイト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、粒状または板状のチタン酸塩、珪酸ジルコニウム、γアルミナ、二酸化マンガン、酸化亜鉛、四三酸化鉄、酸化セリウム、ジルコニアなどを用いることができ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。粒状または板状のチタン酸塩としては、６チタン酸カリウム、８チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸ナトリウムなどを用いることができる。

【0026】

本発明の摩擦材組成物中における、無機充填材の含有量は、３０〜８０質量％であることが好ましく、４０〜７０質量％であることがより好ましく、５０〜６０質量％であることが特に好ましい。無機充填材の含有量を３０〜８０質量％の範囲とすることで、耐熱性の悪化を避けることができ、摩擦材のその他成分の含有量バランスの点でも好ましい。

【0027】

（繊維基材）
繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。

【0028】

本発明の摩擦材組成物は、通常、繊維基材として用いられる、無機繊維、金属繊維、有機繊維、炭素系繊維などを用いることができ、これらを単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。

【0029】

上記無機繊維としては、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、シリケート繊維などを用いることができ、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これら、無機繊維の中では、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏなどを任意の組み合わせで含有した生分解性鉱物繊維が好ましく、市販品としてはLAPINUS FIBERS B.V製のRoxulシリーズなどが挙げられる。

【0030】

上記金属繊維としては、通常、摩擦材に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、アルミ、鉄、鋳鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン、銅、黄銅などの金属または合金を主成分とする繊維を用いることができる。また、これらの金属若しくは合金は、繊維形状以外に、粉末の形状で含有しても良い。しかし、銅および銅を含有する合金は、環境有害性の観点で、銅の含有量として０．５質量％以下とする。

【0031】

上記有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維などを用いることができ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

【0032】

上記炭素系繊維としては、耐炎化繊維、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、活性炭繊維などを用いることができ、これらを単独で又は２種類以上を組み合わせて使用することができる。

【0033】

本発明の摩擦材組成物における、繊維基材の含有量は、摩擦材組成物において５〜４０質量％であることが好ましく、５〜２０質量％であることがより好ましく、５〜１５質量％であることが特に好ましい。繊維基材の含有量を５〜４０質量％の範囲とすることで、摩擦材としての最適な気孔率が得られ、鳴き防止ができ、適正な材料強度が得られ、耐摩耗性を発現し、成形性をよくすることができる。

【0034】

［摩擦材］
本実施形態の摩擦材は、本発明の摩擦材組成物を一般に使用されている方法で成形して製造することができ、好ましくは加熱加圧成形して製造される。詳細には、例えば、本発明の摩擦材組成物をレーディゲミキサー（「レーディゲ」は登録商標）、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー（「アイリッヒ」は登録商標）等の混合機を用いて均一に混合し、この混合物を成形金型にて予備成形し、得られた予備成形物を成形温度１３０〜１６０℃、成形圧力２０〜５０ＭＰａ、成形時間２〜１０分間の条件で成形し、得られた成形物を１５０〜２５０℃で２〜１０時間熱処理することで製造される。また更に、必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行うことで製造される。

【0035】

［摩擦部材］
本実施形態の摩擦部材は、上記の本実施形態の摩擦材を摩擦面となる摩擦材として用いてなる。上記摩擦部材としては、例えば、下記の構成が挙げられる。
（１）摩擦材のみの構成
（２）裏金と、該裏金の上に摩擦面となる本発明の摩擦材組成物からなる摩擦材とを有する構成
（３）上記（２）の構成において、裏金と摩擦材との間に、裏金の接着効果を高めるための表面改質を目的としたプライマー層、及び、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層を更に介在させた構成

【0036】

上記裏金は、摩擦部材の機械的強度の向上のために、通常、摩擦部材として用いるものであり、材質としては、金属又は繊維強化プラスチック等、具体的には、鉄、ステンレス、無機繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック等が挙げられる。プライマー層及び接着層は、通常、ブレーキシュー等の摩擦部材に用いられるものであればよい。

【0037】

本実施形態の摩擦材組成物は、高速フェード特性等に優れるため、自動車等のディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の上張り材として特に有用であるが、摩擦部材の下張り材として成形して用いることもできる。なお、「上張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材であり、「下張り材」とは、摩擦部材の摩擦面となる摩擦材と裏金との間に介在する、摩擦材と裏金との接着部付近のせん断強度、耐クラック性向上等を目的とした層のことである。

【実施例】

【0038】

以下、本発明の摩擦材組成物、摩擦材及び摩擦部材について、実施例及び比較例を用いて更に詳細に説明するが、本発明は何らこれらに制限されるものではない。

【0039】

［実施例１〜１５及び比較例１〜９］
（ディスクブレーキパッドの作製）
表１および表２に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例１〜１５及び比較例１〜９の摩擦材組成物を得た。実施例および比較例にて用いた硫化錫は、Tribotecc GmbH社製「Frenostannid」(ＳｎＳ), Tribotecc GmbH社製「Stannolube」(ＳｎＳ、ＳｎＳ_２の混合物)を用いた。硫化ビスマスは、Tribotecc GmbH社製「BIS 83」(Ｂｉ_２Ｓ_３)を用いた。二硫化モリブデンは、Climax Molybdenum Company社製「スーパーファイン」を用いた。この摩擦材組成物をレーディゲミキサー（株式会社マツボー製、商品名：レーディゲミキサーＭ２０）で混合し、得られた混合物を成形プレス（王子機械工業株式会社製）で予備成形した。得られた予備成形物を成形温度１４０〜１６０℃、成形圧力３０ＭＰａ、成形時間５分間の条件で、成形プレス（三起精工株式会社製）を用いて鉄製の裏金（日立オートモティブシステムズ株式会社製）と共に加熱加圧成形した。得られた成形品を２００℃で４．５時間熱処理し、ロータリー研磨機を用いて研磨し、５００℃のスコーチ処理を行って、実施例１〜１５及び比較例１〜９のディスクブレーキパッドを得た。なお、実施例及び比較例では、裏金の厚さ６ｍｍ、摩擦材の厚さ１１ｍｍ、摩擦材投影面積５２ｃｍ^２のディスクブレーキパッドを作製した。なお、訪中の配合比率は質量％である。

【0040】

【表1】

【0041】

【表2】

【0042】

（高速フェード特性の評価）
前記の方法で作成した実施例１〜１５及び比較例１〜９のディスクブレーキパッドを、ブレーキダイナモ試験機を用いて高速フェード特性の評価を行った。実験には、一般的なピンスライド式のコレット型キャリパー及び株式会社キリウ製ベンチレーテッドディスクローター（ＦＣ１９０）を用い、日産自動車株式会社製スカイラインＶ３５の慣性モーメントにて評価を行った。

【0043】

ＪＡＳＯ Ｃ４２７に準拠したすり合わせ（初速度５０ｋｍ／ｈ、終速度０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇ、制動前ブレーキ温度１００℃、制動回数２００回）を行ったあと、高速フェード試験（初速度２００ｋｍ／ｈ、終速度８０ｋｍ／ｈ、減速度０．８Ｇ、１回目制動前ブレーキ温度１００℃で６０秒のインターバルで１０回の制動を実施）を行い、高速フェード試験における摩擦係数の最小値（一制動中の摩擦係数の平均値の最小値）を測定した。

【0044】

(ローター摩耗の評価)
実施例１〜１５及び比較例１〜９の摩擦材組成物で製作したディスクブレーキパッドの摩擦材表面から２５ｍｍ×２５ｍｍ×８ｍｍのテストピースを切り出し、これを１３０ｋｍ・ｈ相当の周速で回転するディスｙクローターに７３．５ｋＰａの圧力で押付、２２時間引き摺らせた後のロータ―摩耗量を測定した。ディスクローターには、株式会社キリウ製ベンチレーテッドディスクローター（ＦＣ１９０）を用いた。

【0045】

硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデンから選ばれる金属硫化物の総量が８質量％以上では、銅を含有しない組成においても、銅を含有する比較例２と同等以上の高速フェード特性を示し、銅を含有せず、かつ金属硫化物の総量が８質量％以下の比較例１および３〜５に対し良好な高速フェード特性を示した。一方、金属硫化物の総量が３０質量％を超える比較例６〜９はローター摩耗量が非常に多い。以上より、金属硫化物の総量が８〜３０質量％である実施例１〜１５が銅を含有しなくても高速フェード特性とローター摩耗に優れた摩擦材組成物であることは明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明の摩擦材組成物は、従来品と比較して、環境負荷の高い銅を含有せずに、高速フェード条件での摩擦係数が高いため、該摩擦材組成物は乗用車用ブレーキパッド等の摩擦材及び摩擦部材に好適である。