JP5981839B2

JP5981839B2 - 摩擦材

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Publication number: JP5981839B2
Application number: JP2012280239A
Authority: JP
Inventors: 幸廉須貝; 克司関
Original assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Current assignee: Akebono Brake Industry Co Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-12-21
Also published as: WO2014098213A1; CN104854213B; EP2937398B1; US20150287753A1; JP2014122314A; CN104854213A; US10461104B2; EP2937398A1; EP2937398A4

Description

本発明は、摩擦材に関し、特に自動車、鉄道車両、産業機械等のブレーキパッドまたはブレーキライニング、クラッチ等に用いられる摩擦材に関する。

ディスクブレーキやドラムブレーキなどのブレーキ、或いはクラッチなどに使用される摩擦材は、補強作用をする繊維基材、摩擦作用を与え且つその摩擦性能を調整する摩擦調整材、及び、これらの成分を一体化する結合材などの原材料からなっている。
昨今の車両の高性能化、高速化に伴い、ブレーキの役割は益々過酷なものとなってきており、十分に高い摩擦係数（効き）を有することが必要である。さらに高速からの制動時には高温となることから、低温低速での制動時とは摩擦状態が異なり、温度変化による摩擦係数の変化が少ない、安定した摩擦特性が求められている。

現在、一般的な摩擦材に金属繊維を適量含有することは、摩擦材の強度補強や摩擦係数の安定化、さらには高温における摩擦係数の維持や放熱効率の向上、耐摩耗性向上等に有効であることが知られている。この金属繊維の特性に着目し、スチール繊維を５〜１０質量％、平均繊維長が２〜３ｍｍの銅繊維を５〜１０質量％、および粒径が５〜７５μｍの亜鉛粉を２〜５質量％、含有した摩擦材が特許文献１に開示されている。

特許文献１によれば、摩擦材は銅繊維を所定量の範囲で含有すると、低温での摩擦係数の向上を図ることができ、高温高速時の摩擦係数の低下を抑制することができる。このメカニズムは摩擦材と相手材（ディスクロータ）との摩擦時に、摩擦材に含有された金属の展延性によって相手材表面に凝着被膜が生成し、この被膜が保護膜として作用することで低温での摩擦係数を安定化し、高温での高い摩擦係数を維持することに大きく寄与すると考えられる。

一方で、ディスクロータの摩耗粉やブレーキパッドの摩擦材に含まれる金属成分が摩擦材に食い込み、そこで凝集して大きな金属塊となってブレーキパッドとディスクロータの間に留まってしまう場合がある。このように凝集した金属塊は、ディスクロータを異常摩耗させることがある（特許文献２）。
現在、摩擦材に含まれる金属成分は主にスチール繊維や銅繊維といった金属繊維が多く、これらの繊維を多量に含有した場合、上述のディスクロータの異常摩耗を引き起こすおそれがある。

また、摩擦材中に含まれる銅成分は、ブレーキ制動により摩耗粉として放出されることから、自然環境への影響が指摘されている。そこで特許文献３では、摩擦材中の銅成分の溶出を抑制する方法が開示されている。

特開２０１０−７７３４１号公報特開２００７−２１８３９５号公報特開２０１０−２８５５５８号公報

上述のように、相手材（ディスクロータ）の異常摩耗量の低減および環境低負荷を目的として、銅繊維および金属成分を含まない摩擦材や金属成分の溶出を抑制した摩擦材等が種々検討されている。しかしながら、銅繊維や金属成分を含まない摩擦材では、従来の銅成分を含む摩擦材と比べて同等の摩擦特性や耐摩耗性を得ることが難しく、摩擦材の性能について改善の余地があった。
したがって、本発明は銅成分および金属繊維を含まない摩擦材であって、安定した摩擦特性を持ち、耐摩耗性に優れ、かつ相手材攻撃性が小さい摩擦材を提供することを目的とする。

本発明者らは、モース硬度７以上の研削材、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウム、およびエラストマー変性フェノール樹脂を所定量組み合わせて用いることで、摩擦材に金属繊維および銅成分を含有しない場合に生じる、高速・高負荷での摩擦係数の低下、相手材攻撃性の増大、および低温での摩擦係数の安定化という課題をバランスよく解決することを見出し、本発明を完成するに至った。なお本願明細書で、「銅成分を含まない」とは、銅繊維、銅粉、並びに銅を含んだ合金（真鍮又は青銅等）及び化合物のいずれも、摩擦材の原材料として配合していないことを言う。

すなわち本発明は、上記課題を解決するものであり、下記の構成からなるものである。
（１）金属繊維および銅成分を含有しない摩擦材であって、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを１０〜３５体積％、モース硬度７以上の研削材を３〜１０体積％、およびエラストマー変性フェノール樹脂を１０〜３０体積％含有する摩擦材。
（２）前記モース硬度７以上の研削材が、安定化ジルコニア、珪酸ジルコニウムおよびアルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種である、前記（１）に記載の摩擦材。
（３）前記エラストマー変性フェノール樹脂がアクリルゴム変性フェノール樹脂およびシリコーンゴム変性フェノール樹脂の少なくともいずれか一方である、前記（１）または（２）に記載の摩擦材。

したがって、本発明によれば、特定形状のチタン酸カリウムとエラストマー変性樹脂および一定値以上のモース硬度を有する研削材を用いることにより、金属繊維や銅成分を含んでいなくても、安定した摩擦特性を持ち、耐摩耗性に優れ、かつ、相手材攻撃性が小さい摩擦材を得ることができる。

本願発明に係る摩擦材は、金属繊維および銅成分を含有しない摩擦材であって、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを１０〜３５体積％、モース硬度７以上の研削材を３〜１０体積％、およびエラストマー変性フェノール樹脂を１０〜３０体積％含むことを特徴とする。
また、本発明の摩擦材は、通常用いられる有機繊維や無機繊維などの繊維基材、および有機充填材や無機充填材などの充填材を含有することが好ましい。該充填材は研削材と共に、摩擦調整材として用いられる。また、必要に応じてこれらの成分を一体化する熱硬化性樹脂などの結合材を含有することが好ましい。以下、本願発明に係る摩擦材について詳述する。

［摩擦調整材］
本発明に係る摩擦材には、摩擦調整材として充填材及び研削材を含む。充填材としては、無機充填材である複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを摩擦材中１０〜３５体積％含み、その他の無機充填材や有機充填材を含んでもよい。研削材としては、モース硬度７以上の研削材を３〜１０体積％含み、その他の研削材を含んでもよい。
これらについて、以下に詳細を説明する。

（複数の凸部形状を有するチタン酸カリウム）
本発明は、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを含む。本発明におけるチタン酸カリウムは、粒子の３次元形状が複数の凸部を有することを意味する。
複数の凸部形状を有するとは、チタン酸カリウム粒子の平面への投影形状が少なくとも通常の多角形、円、楕円等とは異なり２方向以上に凸部を有する形状を取りうるものであることを意味する。具体的にはこの凸部とは、電子顕微鏡による写真（投影図）に多角形、円、楕円等（基本図形）を当てはめ、それに対して突出した部分に対応する部分を言う。本発明のチタン酸化合物の具体的３次元形状としては、ブーメラン状、十字架状、アメーバ状、種々の動植物の部分（例えば、手、角、葉等）もしくはその全体形状又はそれらの類似形状、金平糖状、等が挙げられる。ここでアメーバ状とは、不規則方向に複数の突起が伸びた形状を表す。

特に本発明に用いるチタン酸カリウムの複数の凸部形状によって、結合材である樹脂が本発明のチタン酸カリウムと機械的に接合し、結果として、本発明のチタン酸カリウムは繊維基材や摩擦調整材の粉粒体マトリクス内に構造的に保持されやすい。そのため、金属繊維および銅成分を含まずとも、本発明のチタン酸カリウムをモース硬度７以上の研削材およびエラストマー変性フェノール樹脂と併用することで高速・高負荷での高い摩擦係数を維持し、耐摩耗性を示すと考えられる。

本発明のチタン酸カリウムを摩擦材の配合材料として使用する場合、摩擦材のマトリックスを構成する樹脂（結合材）の劣化を誘因するアルカリ金属イオンの溶出が少ないことから、六チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｏ・６ＴｉＯ_２）、八チタン酸カリウム（Ｋ_２Ｏ・８ＴｉＯ_２）が好ましい。
本発明における複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムの平均粒径は、１〜５０μｍが好ましく、５〜２０μｍが更に好ましい。ここで平均粒径とは、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置により測定することができる。

本発明の複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムは、公知の無機摩擦調整材であり、例えば、国際公開第２００８／１２３０４６号に記載の方法により得ることができる。例えば、通常形状のチタン酸カリウムを構成する原子の酸化物、塩等をヘンシェルミキサーで混合し、次いで振動ミルによりメカノケミカルに粉砕しながら混合することで、反応活性の高い混合物とし、これを焼成することで、本発明の特定形状のチタン酸カリウムを製造することができる。
本発明の複数の凸部を有するチタン酸カリウムは、摩擦材全体中に１０〜３５体積％含有することが好ましく、１０〜２０体積％含有することが更に好ましい。下限を１０体積％以上とすることにより、本発明の効果を十分に得ることができる。また上限を、３５体積％以下とすることにより、ブレーキパッドの必要なマトリクス強度を発現すると共に、十分な圧縮変形量が得られ、良好な振動特性を得ることができる。

（モース硬度７以上の研削材）
本発明に係る摩擦材では、モース硬度７以上の研削材を用いる。研削材のモース硬度が７以上であることで、高速・高負荷での制動で要求される高い摩擦係数を得られる点から好ましい。
モース硬度が７以上である研削材は例えば、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイド、ムライト、安定化ジルコニア、珪酸ジルコニウム等が挙げられ、相手材を研削し摩擦係数を向上させる役割がある。
この中でも、安定化ジルコニア、珪酸ジルコニウムおよびアルミナからなる群より選ばれる少なくとも１つを研削材として用いることが高速・高負荷での制動で要求される高い摩擦係数を得られる点から好ましく、安定化ジルコニアおよび珪酸ジルコニウムの少なくともいずれか一方を用いることがより好ましい。これら研削材は単独でまたは２種以上組み合わせて用いることができる。

特に、高速・高負荷での制動で要求される高い摩擦係数を得るために、熱的に安定な立方晶系の安定化ジルコニアを含有することが好ましい。
本発明に用いる安定化ジルコニアの調製は、例えば天然ジルコニアであるバッデライトをカルシア（ＣａＯ）、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、またはマグネシア（ＭｇＯ）などの安定化剤を数％添加して電融・安定化処理することにより調製される。この処理により、単斜晶系のジルコニアは立方晶系となって相転移を起こさなくなり、熱的に安定化される。

その安定化率、即ち、ジルコニア結晶中の立方晶系の割合は、初期の摩擦係数の安定化に影響しないので任意でよいが、安定化率５０％未満の部分安定化ジルコニアの場合は、相手材であるディスクロータの摩耗量が著しく増加することが知られており、相手材の硬度によっては相手材の摩耗量が大きくなることから、安定化率は５０％以上のものが望ましい。しかし、相手材の摩耗量があまり大きくならない場合は、安定化率５０％未満でも差し支えない。

なお、安定化剤が固溶した立方晶系のみで構成される１００％安定化ジルコニアを得るために必要な安定化剤の添加量は、例えば、次のとおりである。ここでの添加量は天然ジルコニアに対する量である。
カルシア（ＣａＯ）：４〜８質量％
イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）：６〜１０質量％
マグネシア（ＭｇＯ）：４〜８質量％

本発明ではモース硬度７以上の研削材を、摩擦材に対して３〜１０体積％含有することが好ましく、３〜６体積％が更に好ましい。この範囲であれば高速・高負荷の制動時での摩擦係数を向上させ相手材攻撃性を小さくすることができる。
本発明ではモース硬度７以上の研削材は平均粒径が３〜２０μｍが好ましい。この範囲であれば高速・高負荷の制動時での摩擦係数を向上させ相手材攻撃性を小さくすることができる。なお、本発明において平均粒径はレーザー回折粒度分布法により測定した５０％粒径の値を用いた。

（その他の摩擦調整材）
本発明に用いられるその他の摩擦調整材として、通常用いられる有機充填材と無機充填材を利用できる。また、モース硬度７未満の研削材も併用することができる。
有機充填材としては、例えば、アクリルニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）等からなる各種ゴムやゴムダスト、カシューダストなどの有機物ダスト、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。
無機充填材としては、例えば、アルミニウム、錫、亜鉛等の金属粉、バーミキュライト、マイカ、水酸化カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、天然黒鉛、鱗片状黒鉛、弾性黒鉛、膨張黒鉛、硫化スズ、板状、鱗片状または粉状のチタン酸カリウム、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等を挙げることができる。ただし、該チタン酸カリウムには、本発明に係る複数の凸部を有するチタン酸カリウムは含まれない。
モース硬度７未満の研削材としては、マグネシア、酸化鉄、クロマイト等を挙げることができる。

上記その他の摩擦調整材は、単独または２種以上組み合わせて用いることができ、粉粒体で用いられ、粒径等は使用される状況に合わせて適宜選定される。
本発明において、摩擦調整材は本発明の複数の凸部を有するチタン酸カリウムおよびモース硬度７以上の研削材も含めて、摩擦材全体中、通常、３０〜８０体積％、好ましくは、６０〜８０体積％用いられる。

［繊維基材］
本発明で用いることができる繊維基材としては、有機系でも無機系でもよいが、自然環境への配慮と相手材攻撃性の観点から、銅繊維等の金属繊維や銅成分を含まないことが好ましい。
有機繊維としては、芳香族ポリアミド（アラミド）繊維、セルロース繊維、ポリアクリル系繊維、等が挙げられる。
無機繊維としては、チタン酸カリウム繊維、生体溶解性無機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ロックウール等が挙げられる。
上記繊維基材は、各々単独または２種以上組み合わせて用いられる。

また、本発明では、繊維基材として、無機繊維の中でも生体溶解性無機繊維を用いることが好ましい。本発明における生体溶解性無機繊維は、人体内に取り込まれた場合でも短時間で分解され体外に排出される特徴を有する無機繊維である。生体溶解性無機繊維の化学組成はアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の総量（ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、バリウムの酸化物の総量）が１８質量％以上であり、かつ、呼吸による短期バイオ永続性試験において２０μｍ以下の繊維の質量半減期が１０日以内である若しくは気管内注入時の短期バイオ永続性試験において２０μｍ以上の繊維の質量半減期が４０日以内である、又は腹膜内試験において過度の発癌性の証拠が無い、又は長期呼吸試験において関連の病原性や腫瘍発生が無い、ことを満たす無機繊維を意味する（ＥＵ指令９７／６９／ＥＣのＮｏｔｅＱ（発癌性適用除外））。

このような生体溶解性無機繊維は、化学組成として、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ及びＳｒＯからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むものが好ましく、具体的にはＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ系繊維やＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系繊維、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＳｒＯ系繊維等の生体溶解性セラミック繊維や生体溶解性ロックウール等が挙げられる。
本発明においては、アルミナシリカ繊維と同等の優れた耐熱性を有し、さらに優れた生体溶解性及び耐水性を有する点で、生体溶解性セラミック繊維であるＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＳｒＯ系繊維が好ましい。また、これらの生体溶解性無機繊維は、無機繊維の原料を一般に使用される溶融紡糸法等により繊維化して製造される。

ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ系繊維、ＳｉＯ_２−ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系繊維、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＳｒＯ系繊維等の生体溶解性ロックウールや生体溶解性セラミック繊維としては、市販のロックウールＲＢ２２０−Ｒｏｘｕｌ１０００（ラピナス社製）、ファインフレックス−ＥバルクファイバーＴ（ニチアス社製）、ＢＩＯＳＴＡＲバルクファイバー（ＩＴＭ社製）等が使用可能である。

生体溶解性無機繊維は、繊維径０．１〜１０μｍ、繊維長１〜１０００μｍであることが好ましく、繊維径０．２〜６μｍ、繊維長１０〜８５０μｍであることが更に好ましい。
この範囲であれば、本発明の効果を有効に発揮することができる。
また、本発明で用いることのできる生体溶解性無機繊維は一般に、製造過程で繊維にならなかったショット（粒状物）を発生し、これらのショットが繊維中に含まれている。これらのショット含有量は繊維基材中０．１〜７０質量％であることが好ましい。ショット含有量が上記範囲よりも多いと、ディスクロータへの攻撃性が増大する。一方ショット含有量が上記範囲よりも少ないとディスクロータのクリーニング効果が期待できなくなる。なお、生体溶解性無機繊維とショットを製造過程で分離し、任意の比率で配合して使用することも可能である。
生体溶解性無機繊維としては、上記定義内であれば特に制限されない。また、生体溶解性無機繊維は、その表面にシランカップリング剤等により表面処理が施されていてもよい。

本発明において、繊維基材は、摩擦材全体中、通常、２〜３５体積％、好ましくは、５〜２８体積％用いられる。

［結合材］
（エラストマー変性フェノール樹脂）
本発明に係る摩擦材には、エラストマー変性フェノール樹脂を含む。フェノール樹脂を変性させるエラストマーはフェノール樹脂に可塑性を与えるものであればよく、架橋した天然ゴムや合成ゴムが例示される。
フェノール樹脂を変性させるエラストマーとしては、アクリルゴム、シリコーンゴム等が好ましく用いられる。エラストマー変性フェノール樹脂は単独で、または２種以上組み合わせて用いることができる。
本発明のエラストマー変性フェノール樹脂は摩擦材全体中に１０〜３０体積％含有することが好ましく、１０〜２０体積％含有することが更に好ましい。この範囲であれば、金属成分由来の凝着被膜が無くても、低温での摩擦係数の安定化を図ることができる。

本発明に用いられる結合材としては、前記エラストマー変性フェノール樹脂の他にフェノール樹脂（ストレートフェノール樹脂、各種変性フェノール樹脂を含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。各種変性フェノール樹脂には炭化水素樹脂変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂等が挙げられる。
なお、本発明において、前記エラストマー変性フェノール樹脂も含めた結合材は、摩擦材全体中、通常は１０〜３０体積％、好ましくは１４〜２０体積％用いられる。

［摩擦材の製造］
本発明の摩擦材を製造するには、上記各成分を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形、加熱、研摩等の処理を施すことにより製造することができる。
上記摩擦材を備えたブレーキパッドは、以下の工程（１）〜（４）により製造することができる。
（１）鋼板（プレッシャプレート）を板金プレスにより所定の形状に成形する工程。
（２）所定の形状に成形された鋼板に脱脂処理、化成処理、及びプライマー処理を施し、接着剤を塗布する工程。
（３）上記（１）および（２）の工程を経たプレッシャプレートと、上記摩擦材の予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着する工程。
（４）その後アフタキュアを行い、最終的に研摩や表面焼き、塗装等の仕上げ処理を施す工程。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
＜実施例１〜１１および比較例１〜６＞
摩擦材の配合材料を表１に示す配合組成（体積％）に従って混合機にて均一に混合し、摩擦材混合物を得た。続いて摩擦材混合物を室温、圧力６ＭＰａで予備成形した後、温度１４０〜１７０℃、成形面圧３０〜８０ＭＰａで５分間加熱加圧成形し、次いで温度１５０〜３００℃、締め付け９８０〜７８４０Ｎで１〜４時間熱処理し、摩擦材Ａ〜Ｑを得た。

充填材として用いたチタン酸カリウムは複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムであり、平均粒径が１０μｍである（大塚化学株式会社製、ＴＥＲＲＡＣＥＳＳＪＰ）。
有機繊維としてはアラミド繊維を用い、無機繊維としては、ショット含有量３０質量％のＳｉＯ_２−ＭｇＯ−ＳｒＯ系の生体溶解性セラミック繊維（株式会社ＩＴＭ製、Ｂｉｏｓｔａｒ６００／７０）を用いた。
なお、本発明で用いた研削材のモース硬度は、安定化ジルコニアおよびケイ酸ジルニウムが７であり、アルミナが９であり、比較例６（摩擦材Ｑ）で用いた酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）は６である。

得られた摩擦材Ａ〜Ｑの評価方法を以下に示す。
（１）摩擦特性
ＪＡＳＯＣ４０６（一般性能試験）に準拠した摩擦特性評価を実施した。低温での摩擦特性の評価として低温効力試験（試験条件：制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度２．９４ｍ／ｓ^２、制動前ブレーキ温度５０℃）を実施し、摩擦係数μを求めた。また、高速・高負荷での摩擦特性の評価として、第二効力試験（試験条件：制動初速度１３０ｋｍ／ｈ、制動減速度７．３５ｍ／ｓ^２）を実施し、摩擦係数μを求めた。
一般に摩擦係数μは、より高い方が好まれる傾向が認められるが、低温効力試験における摩擦係数μは高すぎると「鳴き」が発生しやすくなることから、０．３０±１０％以内、すなわち、０．２７〜０．３３が好ましい値である。また、第二効力試験においては、摩擦係数μが高いほど好ましいが、相手材攻撃性とのバランスを考慮し、適宜、所望の摩擦係数となるように調整する。
（２）耐摩耗性
ＪＡＳＯＣ４２７（温度別摩耗試験）に準拠した評価を実施し、ブレーキ温度３００℃の制動１０００回相当のブレーキパッド（摩擦材）の摩耗量を評価した。
耐摩耗性を表すパッド摩耗量の値は小さいほど好ましい。
（３）相手材攻撃性
ＪＡＳＯＣ４０６：２０００（ダイナモメータ試験法）に準拠した摩擦特性評価を実施した後の、ディスクロータ（相手材）の摩耗量を評価した。なお、ディスクロータにはＦＣ２００相当を用いた。

上記（１）〜（３）の評価結果を摩擦材の配合組成とともに表１に示す。

比較例２の摩擦材Ｍは、銅繊維とストレートフェノール樹脂を含有しており、配合組成はＮＡＯ（Ｎｏｎ−ＡｓｂｅｓｔｏｓＯｒｇａｎｉｃ）材の摩擦材として従来一般的に用いられる配合組成に相当するものである。本発明に係る摩擦材Ａ〜Ｋ（実施例１〜１１）は、摩擦特性、耐摩耗性および相手材攻撃性のいずれにおいても、摩擦材Ｍと同等の高い性能を示した。
基準となる摩擦材Ｍに対して、金属繊維の含有量を増やすとパッド摩耗量が多くなることから耐摩耗性は低く、相手材攻撃性も高い値となった。また、低温効力試験における摩擦係数も高くなり、鳴きが生じる可能性がある（比較例１：摩擦材Ｌ）。

一方、摩擦材Ｍに対して、金属繊維を含まない摩擦材Ｎ（比較例３）は、低温効力試験における摩擦係数が、金属繊維を含む摩擦材ＬおよびＭよりも大きな値となった。また、相手攻撃性を示すロータ摩耗量も依然として高い。摩擦材Ｎに対して研削材の量を減らすと、耐摩耗性は改善されるものの、高負荷時の効力が低い（比較例４：摩擦材Ｏ）。また、摩擦材Ｏの低温効力試験における摩擦係数は依然として高く、鳴きが発生するおそれがある。
これに対し、結合材をストレートフェノール樹脂からアクリルゴム変性フェノール樹脂にすることによって、銅成分や金属繊維を含まなくても、低温効力試験における摩擦係数は大きくなりすぎず、安定した摩擦特性を示す摩擦材Ａが得られた（実施例１）。

銅成分および金属繊維を含まない摩擦材として、結合材をストレートフェノール樹脂ではなくアクリルゴム変性フェノール樹脂やシリコーンゴム変性フェノール樹脂などのエラストマー変性フェノール樹脂を用いることによって、基準となる従来の摩擦材Ｍと同等の性能を有する摩擦材を得られることが分かった。しかしながら、結合材を変化させただけでは、安定した摩擦特性や、優れた耐摩耗性や相手材攻撃性は得られない（比較例５：摩擦材Ｐおよび比較例６：摩擦材Ｑ）。
そこで実施例１の摩擦材Ａと比較例５の摩擦材Ｐを比較すると、充填材中に含まれるチタン酸カリウムを板状ではなく、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを用いることで、摩擦特性や耐摩耗性、相手材攻撃性に優れた摩擦材が得られるようになる。

また、実施例１の摩擦材Ａと比較例６の摩擦材Ｑを比較すると、モース硬度が７未満の研削材（酸化鉄：Ｆｅ_３Ｏ_４）を単体で用いると、安定した摩擦特性が得られず、耐摩耗性や相手材攻撃性も芳しくないものとなることが分かる。研削材に用いる材料は安定化ジルコニア、ケイ酸ジルコニウム、アルミナなどの、モース硬度が７以上の材料を含むことが必要であることが分かった。

したがって、本発明の、金属繊維および銅成分を含有しない摩擦材であって、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを１０〜３５体積％、モース硬度７以上の研削材を３〜１０体積％、およびエラストマー変性フェノール樹脂を１０〜３０体積％含有する摩擦材であれば、安定した摩擦特性を持ち、相手材攻撃性が小さい摩擦材を得ることができる。

本発明に係る摩擦材は、銅成分や金属繊維を含まないことから環境低負荷な摩擦材である。また、銅成分や金属繊維を含まないにも関わらず、特定形状のチタン酸カリウム、研削材、およびエラストマー変性フェノール樹脂をそれぞれ特定量含有することにより、従来と同等かそれ以上の安定した摩擦特性、優れた耐摩耗性、および低い相手材攻撃性を有する摩擦材となる。したがって、本発明に係る摩擦材は、自動車、鉄道車両、産業機械等に使用されるブレーキパッドやブレーキライニング、クラッチ等へ適用することは特に有用であり、その技術的意義は極めて大きなものである。

Claims

金属繊維および銅成分を含有しない摩擦材であって、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムを１０〜３５体積％、モース硬度７以上の研削材を３〜１０体積％、およびエラストマー変性フェノール樹脂を１０〜３０体積％含有する摩擦材。
前記モース硬度７以上の研削材が、安定化ジルコニア、珪酸ジルコニウム、およびアルミナからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の摩擦材。
前記エラストマー変性フェノール樹脂がアクリルゴム変性フェノール樹脂およびシリコーンゴム変性フェノール樹脂の少なくともいずれか一方である、請求項１または２に記載の摩擦材。