JP6733604B2

JP6733604B2 - 摩擦材

Info

Publication number: JP6733604B2
Application number: JP2017102809A
Authority: JP
Inventors: 村上　学; 学村上
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2020-08-05
Anticipated expiration: 2037-05-24
Also published as: CN110678529A; US20200124127A1; JP2018197315A; WO2018216754A1

Description

本発明は、車両等用のブレーキ装置等に使用される摩擦材に関する。

車両等のブレーキパッドやブレーキシュー等に使用される摩擦材には、高い効き（高摩擦係数）、及び、高寿命（耐摩耗性）等の種々の特性が求められている。

従来、摩擦係数の保持や耐摩耗性を付与することを目的として、高い熱伝導率と優れた展延性をもつ銅成分を摩擦材に含有させていた。しかしながら、世界的な規模で環境に対する関心が高まっている昨今、環境負荷の高い銅成分を削減した摩擦材（銅フリー化）の開発が急務となっている。しかしながら、銅成分の削減により、耐摩耗性の悪化や、メタルピックアップ（metal pick up：ＭＰＵ、メタルキャッチと同義）の発生等の種々の問題が顕在化している。メタルピックアップとは、摩擦材と、その相手材であるロータ等とが摺動したときに発生する摩耗粉が、摩擦材の摺動面に凝着して金属塊を形成し、更に、摺動時の圧力によりその金属塊が摩擦材の摺動面内部に押し込まれて固定される現象である。その結果、摩擦材内部の金属塊が相手材を著しく研削し、研削された相手材により摩擦材が異常摩耗する等の問題が生じる。

そこで、銅成分の削減に伴う高温耐摩耗性の悪化を招かず、かつ、メタルピックアップ発生を低減できる摩擦材の構築が試みられている。

例えば、特許文献１には、銅成分の削減により低下する高温での耐摩耗性とメタルピックアップの抑制を両立させるための非石綿系摩擦材が報告されている。具体的には、特許文献１の非石綿系摩擦材は、形状が燐片状、柱状又は板状であり、比表面積が０．５〜１０ｍ^２／ｇであるチタン酸塩を１０〜３５質量％含有する。それと共に、酸化ジルコニウムを５〜３０質量％含有し、かつ、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムの含有量が１．０質量％以下に調整されたものである。

また、特許文献２には、劈開性無機物であるマイカを１．０〜２５．０重量％含有する摩擦材が開示されているが、モース硬度が９．０である酸化アルミニウム（アルミナ）を２重量％含有する。特許文献２のように銅繊維を１０．０重量％含有している場合には、酸化アルミニウム等の攻撃性の高いアブレシブ原料を比較的多量に含有していても、銅成分の展延性により、相手材の表面に凝着被膜が形成されるため、相手材の摩耗を抑制することができる。

特開２０１２−２５５０５２号公報特開平３−２３９７８４号公報

特許文献１の非石綿系摩擦材は、銅成分の削減により低下する高温での耐摩耗性とメタルピックアップ発生を、チタン酸塩を１０〜３５質量％含有すると共に特定粒子径の酸化ジルコニウムを５〜３０質量％含有することにより補填するものである。しかしながら、酸化ジルコニウムを５〜３０質量％と多く含有するため、相手材であるロータ等への攻撃性が高くなりすぎる傾向がある。そのため、相手材の摩耗及びＤＴＶ（disk thickness variation、ディスク肉厚差）成長によるジャダー（ブレーキ振動）の悪化が容易に想定されるという問題がある。つまり、アブレシブ（研削材）原料である酸化ジルコニウムは、ブレーキ制動時に相手材を削ることにより、制動力を得るものであるため、アブレシブ原料の含有量が多くなると相手材の摩耗が極端に悪化する。また、空転時（高速道路の走行時等）においても、ブレーキパッドの引き摺り（接触）により相手材の摩耗量が増加することからＤＴＶを成長させ、ブレーキ制動時のジャダー発生要因となる。

また、特許文献２の摩擦材は、銅成分を実質的に含有しない銅フリーの摩擦材として構成すると、アブレシブ原料の攻撃性により相手材の摩耗が進行し、相手材の寿命の低下が引き起こされることを容易に理解することができる。したがって、銅フリーの摩擦材においては、劈開性無機物のみならず、モース硬度が６．５以上の無機物の含有量（重量％）の調整も重要である。

そこで、本発明は、ブレーキ制動時の十分な制動力と効きの安定性を確保しつつ優れた耐摩耗性を示すと共に、相手材への攻撃性が少なくメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を抑制できる優れた性能を有する摩擦材を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究し、無機充填材として、モース硬度が６．５以上の無機物の含有量を摩擦材全体に対して所定重量％未満に制限する一方で、所定重量％範囲内の劈開性無機物を摩擦材に含有する非石綿系摩擦材を構築した。かかる非石綿系摩擦材によれば、相手材であるロータ等への攻撃性を低減し、メタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を抑制できることを見出した。しかも、ブレーキ制動時の十分な制動力と効きの安定性を確保しつつ優れた耐摩耗性をも有することを見出した。

すなわち、本発明は、以下の〔１〕〜〔５〕を特徴構成とする摩擦材を提供する。

〔１〕繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、前記摩擦材は、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、前記無機充填材として、モース硬度が６．５以上の無機物、及び、劈開性無機物を含有し、モース硬度が６．５以上の前記無機物の含有量が摩擦材全体に対して１．０重量％未満であり、前記劈開性無機物の含有量が摩擦材全体に対して１２．０重量％以上２４．０重量％以下である、摩擦材。

上記〔１〕の構成によれば、ブレーキ制動時の十分な制動力と効きの安定性を確保しつつ優れた耐摩耗性を示すと共に、相手材であるロータ等への攻撃性が少なくメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を抑制できる優れた性能を有する摩擦材を提供することができる。本構成の摩擦材は銅フリー化の流れにも適用するものである。詳細には、相手材より硬いアブレシブ原料の含有量を可能な限り低減することにより、相手材の摩耗を効果的に抑制でき、相手材摩耗に起因するメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を効果的に抑制することができる。一方、従来から、アブレシブ原料の含有量が少ない場合にはブレーキ制動時の効き不足が発生することが知られている。これに対して、劈開性無機物を含有させることで、劈開性無機物の持つクリーニング効果により摩擦材と相手材の摺動面をクリーンな状態に維持することできる。これにより、アブレシブ原料の含有量を極少量に抑えることによっても、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができる。

〔２〕金属を含まないことを特徴とする上記〔１〕の摩擦材。

上記〔２〕の構成によれば、優れた性能を有する摩擦材を安価に実現しうる。

〔３〕モース硬度が６．５以上の前記無機物の平均粒子径は、２５μｍ以下である上記〔１〕又は〔２〕の摩擦材。

上記〔３〕の構成によれば、モース硬度が６．５以上の無機物の平均粒子径の好適化を図ることにより、摩擦材の相手材であるロータ等に対する攻撃性が必要以上に高くなることを防止することができる。これにより、相手材の摩耗をより効果的に抑制でき、メタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を効果的に抑制できる。

〔４〕前記無機充填材として、酸化鉄を含有する上記〔１〕〜〔３〕の何れかの摩擦材。

上記〔４〕の摩擦材によれば、所定重量％未満のモース硬度が６．５以上の無機物及び所定重量％範囲内の劈開性無機物に加え、酸化鉄を含有させることにより、アブレシブ原料の含有量の低減によるブレーキ制動時の効き不足を解消できる。つまり、酸化鉄を含有することで適度な研削性が得られ、劈開性無機物の持つ優れたクリーニング特性と相まって、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができるものである。

〔５〕前記酸化鉄の含有量が、摩擦材全体に対して５．０重量％以上１５．０重量％以下である上記〔４〕の摩擦材。

上記〔５〕の摩擦材によれば、摩擦材全体に対する酸化鉄の含有量の好適化を図ることにより、十分な制動力の確保と効きの安定性を効果的に向上させることができる。

本実施形態に係る摩擦材の実施例の摩擦材原料の配合組成とその性能評価を要約した図である。本実施形態に係る摩擦材の実施例及び比較例の摩擦材原料の配合組成とその性能評価を要約した図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り、以下の実施形態によって限定されるものではない。

本実施形態に係る摩擦材は、後述する繊維基材、結合材、有機充填材、及び無機充填材等を含有し、無機充填材として、モース硬度が６．５以上の無機物の含有量を摩擦材全体に対して所定重量％未満に制限する一方で、所定重量％範囲内の劈開性無機物を含有する。好ましくは、無機充填材として、酸化鉄を含有する。更に、これらの他にも摩擦材を製造する際に一般に使用される材料をも含有させることができる。ここで、本実施形態に係る摩擦材を製造する上で混合する全ての材料を摩擦材原料と称する。

本実施形態に係る摩擦材は、非石綿系摩擦材（ＮＡＯ材）である。また、本実施形態に係る摩擦材は環境負荷の高い銅成分を実質的に含有するものではない（銅フリー化）。具体的には、銅成分は含有しないか、含有する場合であっても摩擦材原料全体に対して０．５重量％以下である。

ここで、世界的な規模で環境に対する関心が高まっている昨今、環境負荷の高い銅成分を削減した摩擦材の開発が急務となっている。しかしながら、銅成分の削減により、例えば、耐摩耗性の悪化や、メタルピックアップ発生やＤＴＶ成長等の種々の問題が顕在化している。本実施形態の摩擦材は、相手材であるロータ等より硬く攻撃性の強いアブレシブ原料の含有量を可能な限り低減したものである。これにより相手材の摩耗を効果的に抑制でき、相手材の摩耗に起因するメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を効果的に抑制することができる。更に、アブレシブ原料の低減によるブレーキ制動時の効き不足を劈開性無機物により効果的に解消することができる。これより、ブレーキ制動時の十分な制動力と効きの安定性を確保しつつ優れた耐摩耗性を示すと共に、相手材への攻撃性が少なくメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を抑制できる。したがって、本実施形態に係る摩擦材は、銅フリー化の動きに十分に対応するものである。

繊維基材は、有機繊維や金属繊維、天然又は人造の無機繊維等を例示することができる。繊維基材の具体例は、有機繊維としては、芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）、アクリル繊維、セルロース繊維、及び、炭素繊維等を挙げることができる。金属繊維としては、スチール、ステンレス、アルミ、亜鉛、及び、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属による繊維を挙げることができる。無機繊維としては、ロックウール、及び、ガラス繊維等を挙げることができる。繊維基材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、繊維基材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは３．０重量％〜１５．０重量％含有することができる。

結合材は、摩擦材原料を結合させる機能を有するものである。結合材の具体例としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、及び、イミド樹脂等を挙げることができ、それぞれのエストラマー、炭化水素樹脂、及び、エポキシ等の変性した樹脂を使用することもできる。結合材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。また、結合材の含有量は特に制限されるものではないが、摩擦材原料全体に対して、好ましくは３．０重量％〜１０．０重量％含有することができる。

有機充填材は、カシューダスト、ゴム粉、タイヤ粉、及び、フッ素ポリマー等を含有させることができ、これらの１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。しかしながら、上記具体例に限定するものではなく、当該技術分野で公知の有機充填材を好ましく利用することができる。有機充填材の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。

無機充填材として、モース硬度が６．５以上の無機物の含有量を摩擦材原料全体に対して所定重量％未満に制限する一方で、所定重量％範囲内の劈開性無機物を含有する。無機充填材としては、好ましくは、酸化鉄をも含有する。

モース硬度が６．５以上の無機物の含有量は、摩擦材原料全体に対して０．１重量％以上１．０重量％未満として調整され、好ましくは０．２重量％以上１．０重量％未満として調整される。モース硬度が６．５以上の無機物は、主に、研削特性を与えるための研削材（アブレシブ）原料として摩擦材に含有させるものである。本実施形態の摩擦材は、相手材であるロータ等より硬いアブレシブ原料の含有量を可能な限り低減したものである。これにより相手材の摩耗を効果的に抑制でき、相手材の摩耗に起因するメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を効果的に抑制することができる。したがって、１．０重量％以上となると相手材の攻撃性が高くなり好ましくない。

モース硬度が６．５以上の無機物としては、例えば、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、二酸化ケイ素等のシリカ、セラミック粉、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化クロム（酸化クロム（ＩＩ）等）等を使用することができる。しかしながら、これらに限定されることなく、当該技術分野で公知のモース硬度が６．５以上の無機物を好ましく使用することができる。

モース硬度が６．５以上の無機物の形状は、上記特性を効果的に発揮でき、かつ、他の摩擦材原料と均等に混合する限り特に制限はないが、平均粒子径を２５μｍ以下とすることが好ましい。平均粒子径を２５μｍ以下とすることにより、相手材であるロータ等への攻撃性が必要以上に高くなることを防止することができ、相手材の摩耗をより効果的に抑制できる。モース硬度が６．５以上の無機物の形状は、上記特性を効果的に発揮でき、かつ、他の摩擦材原料と均等に混合する限り特に制限はなく、当該技術分野で使用される公知の形態のものを使用することができる。例えば、粉体状、粒子状、及び、繊維状等とすることができる。

劈開性無機物は、主に、優れたクリーニング特性を摩擦材に与えるために含有される。劈開性無機物を摩擦材に含有することにより、摩擦材と相手材であるロータ等の摺動面を効果的に更新する、つまり、クリーニング特性を向上させることができ、常に摩擦材と相手材の摺動面をクリーンな状態に維持することができる。一般に、アブレシブ原料の含有量が少ない場合には、ブレーキ制動時の効き不足が発生することが知られている。しかしながら、摩擦材と相手材の摺動面をクリーンな状態に維持することにより、アブレシブ原料の含有量を極少量に抑えることによっても、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができる。

ここで、劈開性無機物とは、結晶構造において、原子同士の結合力の弱い方向で剥離する性質を有する無機物である。劈開性無機物は、上記特性を有する限り、劈開の形態は特に制限はなく、板状、柱状、六面体、八面体等に劈開するものが例示される。また、劈開面の平滑さについても特に制限はなく、例えば、ほぼ完全な平面に劈開するものであっても、やや完全な平面に劈開するものであっても、凹凸が存在するが明らかに平面性が認められるものや、かろうじて平面性が認められるものでもよい。また、劈開の方向についても特に制限はなく、例えば、１、２、３、４、及び、６方向等にあるものが例示される。

劈開性無機物の具体例としては、上記特性を有する限り、雲母（マイカ）、方解石、方船鉱、輝水鉛鉱、滑石、カオリン石、蛍石、角閃石、長石、藍晶石、カンラン石、霰石等を例示することができるが、これらに限定するものではない。特に好ましくは、雲母（マイカ）であり、雲母グループには、白雲母、金雲母、鉄雲母、及び、黒雲母等があるが、何れであってもよい。これらの劈開性無機物は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。

劈開性無機物の形状や大きさは、上記特性を効果的に発揮でき、かつ、他の摩擦材原料と均等に混合する限り特に制限はなく、当該技術分野で使用される公知の形態及び寸法のものを使用することができる。例えば、粉体状、粒子状、及び、繊維状等とすることができる。

劈開性無機物の含有量は、摩擦材原料全体に対して１２．０重量％以上２４．０重量％以下とする。劈開性無機物を、２４．０重量％を超えて含有すると摩擦材の強度が低下し、耐摩耗性が悪化する傾向があり好ましくない。一方、１２．０重量％よりも少なくなると上記クリーニング特性を効果的に発揮できないことから、上記重量％範囲内で含有することが好ましい。

酸化鉄は、主に、弱研削特性を摩擦材に与えるために含有される。劈開性無機物に加え、酸化鉄を含有することにより、モース硬度が６．５以上の無機物に代表されるアブレシブ原料の含有量の低減によるブレーキ制動時の効き不足を解消できる。更に、劈開性無機物の持つ優れたクリーニング特性と相まって、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができる。

酸化鉄は、モース硬度６．０の無機物であり、酸化第二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）及び四三酸化鉄（Ｆｅ_３Ｏ_４）の別は問わず、何れをも使用することができる。

酸化鉄の性状及び大きさは、上記特性を効果的に発揮でき、他の摩擦材原料との均一に混合できる限り特に制限はなく、当該技術分野で使用される公知の形態及び寸法のものを使用することができる。例えば、粉体状、粒子状、及び、繊維状等とすることができる。

酸化鉄を含有させる場合の含有量は、摩擦材原料全体に対して５．０重量％以上１５．０重量％以下とすることが好ましい。この重量％範囲内に調整することで、十分な制動力の確保と効きの安定性を効果的に向上させることができる。

無機充填材としては、一定重量％未満のモース硬度が６．５以上の無機物、所定重量％範囲内の劈開性無機物、及び、酸化鉄以外にも、必要に応じて、種々の化合物を含有させることができる。

例えば、チタン酸塩を含有させることができる。チタン酸塩は、チタン酸アルカリ金属塩、チタン酸アルカリ金属・第二族塩等が例示でき、具体例としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸リチウム、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。チタン酸塩は、摩擦材原料全体に対して好ましくは１０．０重量％〜３０．０重量％含有する。これにより、銅成分の削減による耐摩耗性悪化を補填することができる。

更に、ｐＨ調製材として、水酸化カルシウム等を含有することができる。

また、鉄（スチール）、アルミ、亜鉛、スズ等の単独金属、並びに、それぞれの合金金属による金属粉や金属繊維等の銅以外の金属を必要に応じて含有させることができ、摩擦材の強度を向上させることができる。しかしながら、金属粉や金属繊維等の金属は、摩擦材の必須の構成成分ではなくコスト低減等の観点から必ずしも含有する必要はない。

摩擦材の摩擦特性を調整するための無機摩擦調整材を、更に含有してもよいが、モース硬度が６．５以上の無機物に代表されるアブレシブ原料の含有は上記した通り制限される。

これらの無機充填材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。無機充填材の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。

更に、本実施形態の摩擦材には潤滑材を含有させることができ、具体例としては、コークス、黒鉛（グラファイト）、カーボンブラック、及び、金属硫化物等を挙げることができる。金属硫化物は、硫化スズ、三硫化アンチモン、二硫化モリブテン、硫化タングステン等が例示できる。潤滑材は、１種類を単独で、又は、複数種類を併用することもできる。潤滑剤の含有量も特に制限はなく、当該技術分野で通常使用される含有量とすることができる。

本実施形態の摩擦材は、当該技術分野で公知の方法により製造することができ、摩擦材原料を配合し混合する混合工程と、混合された摩擦材原料を所望の形状に成形する成形工程により製造することができる。

ここで、混合工程は、摩擦材原料を粉体状で混合することが好ましく、これにより摩擦材原料を均一に混合することが容易となる。混合方法は、摩擦材原料を均一に混合できる限り特に制限はなく、当該技術分野で公知の方法で行うことができる。好ましくは、混合に際しては、フェンシェルミキサやレディーゲミキサ等の混合機を使用して混合することができ、例えば、常温で１０分程度混合する。このとき、摩擦材原料の混合物が昇温しないように公知の冷却方法によって冷却しながら混合するようにしてもよい。

成形工程は、摩擦材原料をプレス等で押し固めることにより行うことができ、当該技術分野で公知の方法に基づいて行うことができる。プレスによる成形に際しては、摩擦材原料を加熱して押し固めて成形するホットプレス工法と、摩擦材原料を加熱せずに常温で押し固めて成形する常温プレス工法の何れで行ってもよい。ホットプレス工法で成形する場合には、例えば、成形温度を１４０℃〜２００℃（好ましくは１６０℃）とし、成形圧力を１０ＭＰａ〜３０ＭＰａ（好ましくは２０ＭＰａ）とし、成形時間を３分〜１５分（好ましくは１０分）とすることができる。常温プレス工法で成形する場合には、例えば、成形圧力を５０ＭＰａ〜２００ＭＰａ（好ましくは１００ＭＰａ）とし、成形時間を５秒〜６０秒（好ましくは１５秒）とすることで成形することができる。続いて、クランプ処理（例えば、１８０℃、１ＭＰａ、１０分）を行う。その後、１５０℃〜２５０℃、５分〜１８０分の熱処理（好ましくは、２３０℃、３時間）を行うことができる。

更に、必要に応じて、摩擦材の表面を研磨し摩擦面を形成する研磨工程を設けてもよい。

本実施形態に係る摩擦材は、車両等のディスクブレーキ用パッドに適用できるが、これに限られるものではなく、ブレーキシュー等、当該技術分野において公知の摩擦材が適用できるものに適用することができる。本実施形態の摩擦材は、例えば、裏板としての金属板等の板状部材と一体化してブレーキ用パッドとして使用することができる。

本実施形態の摩擦材によれば、ブレーキ制動時の十分な制動力と効きの安定性を確保しつつ優れた耐摩耗性を示すと共に、相手材であるロータ等への攻撃性が少なくメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を抑制できる優れた性能を有する摩擦材を提供することができる。本実施形態の摩擦材は銅フリー化の流れにも適用するものである。詳細には、相手材より硬いアブレシブ原料の含有量を可能な限り低減することにより、相手材の摩耗を効果的に抑制でき、相手材摩耗に起因するメタルピックアップ発生やＤＴＶ成長を効果的に抑制することができる。一方、従来から、アブレシブ原料の含有量が少ない場合にはブレーキ制動時の効き不足が発生することが知られている。これに対して、劈開性無機物を含有させることで、劈開性無機物の持つクリーニング効果により摩擦材と相手材の摺動面をクリーンな状態に維持することできる。これにより、アブレシブ原料の含有量を極少量に抑えることによっても、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができる。

更に、本実施形態の摩擦材に、所定重量％未満のモース硬度が６．５以上の無機物及び所定重量％範囲内の劈開性無機物に加え、酸化鉄を含有させることにより、アブレシブ原料の含有量の低減によるブレーキ制動時の効き不足を解消できる。劈開性無機物の持つ優れたクリーニング特性と相まって、十分な制動力の確保と効きの安定性の向上を図ることができる。

以下に、本実施形態に係る摩擦材の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。

実施例１〜１６及び比較例１〜６として、図１〜図２に示す配合量に従って摩擦材原料を配合し作製した摩擦材をブレーキパッドに使用し、低面圧攻撃性、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、及び、一般効力について評価を行った。なお、図中の各摩擦材原料組成における配合量の単位は、摩擦材原料全体に対する重量％である。

Ａ．低面圧攻撃性試験（テストピース試験：Ｐ＝０．０５ＭＰａ）
（サンプル）
摩擦材として、２５ｍｍ×２５ｍｍのテストピースを使用した。
ロータとして、材質ＦＣ２００のロータを使用した。

（試験条件）
テストピースをロータに低面圧（０．０５ＭＰａ）で押圧した状態で、Ｖ＝１００ｋｍ／ｈで２４時間空転させた際のロータの摩耗量（μｍ）を計測した。低面圧攻撃性試験前後のロータの厚みの差を摩耗量（μｍ）とした。

（評価）
摩耗量は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：１０μｍ未満
△：１０μｍ以上、２０μｍ未満
×：２０μｍ以上

Ｂ.ＤＴＶ成長試験（空転攻撃性試験）
（サンプル）
乗用車向けブレーキアセンブリ（キャリパ、パッド（摩擦材）、ロータ）を使用した。

（試験条件）
ブレーキ評価用ダイナモメータにて、下記の試験を実施した際の全円周（円周方向１２点）に沿った各摩擦面でのロータの厚みの差（ＤＴＶ）を計測した。
１．制動：速度１００ｋｍ／ｈ、液圧６ＭＰａで、１回制動させた。
２．空転：速度１００ｋｍ／ｈで、３０分間空転させた。
上記１及び２を１サイクルとして、合計３０サイクル実施し、ＤＴＶ成長試験終了時のロータの肉厚差をＤＴＶ（μｍ）とした。

（評価）
ＤＴＶは、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：５μｍ未満
△：５μｍ以上、１０μｍ未満
×：１０μｍ以上

Ｃ.メタルピックアップ試験
（サンプル）
乗用車向けブレーキアセンブリ（キャリパ、パッド（摩擦材）、ロータ）を使用した。

（試験条件）
ブレーキ評価用ダイナモメータにて、下記の試験を実施した際の摩擦材及びロータのメタルピックアップ状態を確認した。
１．昇温制動：速度６０ｋｍ／ｈ、液圧２ＭＰａ、温度２００℃に昇温した。
２．ＭＰＵ制動：速度８０ｋｍ／ｈ、液圧１．５ＭＰａ、温度２００〜２５０℃で、３０回の制動を行った。
３．冷却：速度３０ｋｍ／ｈ、温度４０℃に冷却した。
上記１〜３を１サイクルとして、合計３０サイクル実施した。メタルキャップ試験終了時の摩擦材及びロータを観察し、摩擦材におけるメタルピックアップの発生、及び、ロータにおけるキズの発生を確認した。

（評価）
メタルピックアップ評点は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：発生なし
△：摩擦材表面にメタルピックアップ発生
×：ロータ表面にキズ発生

Ｄ．一般効力試験
乗用車向けブレーキアセンブリ（キャリパ、パッド（摩擦材）、ロータ）を使用した。

（試験条件）
ＪＡＳＯＣ４０６に準拠して、効力及びパッド摩耗量を評価した。

（評価・効力（８０℃））
一般効力試験において、８０℃での第２効力試験の速度Ｖ＝５０ｋｍ／ｈ（５０ｋｐｈ）又は速度Ｖ＝１００ｋｍ／ｈ（１００ｋｐｈ）、減速度Ｇ＝６．０ｍ／ｓ^２における平均摩擦係数（μ）を計測した。効力は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：平均摩擦係数０．３５μ以上、０．４５μ以下
△：平均摩擦係数０．３０μ以上、０．３５未満、又は、
０．４５μを超え、０．５０μ以下
×：平均摩擦係数０．３０μ未満、又は、０．５０μを超える

（評価・効力の安定性）
一般効力試験において、８０℃での第２効力試験の各速度のそれぞれの減速度Ｇ＝３．０ｍ／ｓ^２における平均摩擦係数（μ）及び減速度９．０ｍ／ｓ^２における平均摩擦係数（μ）と、Ｇ＝６．０ｍ／ｓ^２における平均摩擦係数（μ）との差分の絶対値とＧ＝６．０ｍ／ｓ^２における平均摩擦係数（μ）の割合（％）を効力差として算出した。効力の安定性は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：効力差が１５％以内
△：効力差が１５％を超える、２５％以内
×：効力差が２５％を超える

（評価・耐摩耗性）
一般効力試験前後のパッド（摩擦材）の厚みを測定し、厚みの差をパッド摩耗量（ｍｍ）とした。耐摩耗性は、下記の基準にて３段階で評価した。
〇：１．５ｍｍ未満
△：１．５ｍｍ以上、２．５ｍｍ未満
×：２．５ｍｍ以上

結果を図１〜図２に示す。実施例１〜１６では、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、効力、及び、パッド摩耗の何れにおいても、良好な結果が得られた。これにより、本実施例の摩擦材は、摩擦材の良好なブレーキ効力及び耐摩耗性を確保しつつ、ロータの摩耗を抑制し、ＤＴＶ成長及びメタルピックアップ発生を効果的に抑制できることが判明した。

なお、酸化ジルコニウムの平均粒子径が３５μｍである実施例９では、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、高速（１００ｋｐｈ）での効力、及び、効力の安定性が若干低下することが判明した。これにより、ロータ摩耗を効果的に抑制するためには、酸化ジルコニウム等のモース硬度が６．５以上の無機物の平均粒子径を制御することが好ましいことが判明した。また、酸化鉄を含有しない実施例１２では、効力の安定性が若干低下することが判明した。また、酸化鉄を２０重量％含有する実施例１５では、耐摩耗性が若干低下することが判明した。これにより、効力の安定性確保や耐摩耗性確保には酸化鉄を５重量％以上１５重量％以下含有することが好ましいことが判明した。更に、亜鉛ファイバーを含有する実施例１６では、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、効力、及び、パッド摩耗の何れにおいても、良好な結果が得られたことから、亜鉛ファイバーのような金属又は金属合金繊維を摩擦材に含有することは、特に制限されないことも判明した。しかしながら、金属又は金属合金繊維を含有しない実施例１〜１５の場合においても良好な結果が得られていることから、コスト等の観点からは含有させなくてもよい。

一方、酸化ジルコニウムを含まない比較例１では、効力の点で良好な結果を得ることができず、特に高速（１００ｋｐｈ）での効力が悪化した。酸化ジルコニウムを、少量ではあるが０．２重量％含有する実施例５では、効力が良好であったこととは対照的であったため、モース硬度６．５以上の無機充填材を０．２重量％以上含めることが好ましい。

また、平均粒子径２５μｍの酸化ジルコニウムを１．２重量％で含有する比較例４では、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、高速（１００ｋｐｈ）での効力、効力の安定性、及び、パッド摩耗の点で良好な結果を得ることができなかった。特に、著しいＤＴＶ成長が認められ、ロータへの攻撃性の点で問題があった。また、平均粒子径を１０μｍと小さくした場合においても、酸化ジルコニウムを１．２重量％及び１．５重量％含有する比較例２及び３では、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、高速での効力、効力の安定性、及びパッド摩耗の点で、良好な結果を得ることができなかった。特に、著しいロータ摩耗及びＤＴＶ成長が認められ、ロータへの攻撃性の点で問題があった。一方で、良好な結果が得られた実施例１〜１６では酸化ジルコニウムの含有量は０．２重量％以上１．０重量％未満に調整されている。この結果より、ロータへの攻撃性を効果的に抑制するためには、酸化ジルコニウム等のモース硬度が高い無機物の含有量は微量（１．０重量％未満）に調整することが必要であることが判明した。

更に、劈開性無機物であるマイカを１０．０重量％しか含有しない比較例５では、効力、特に高速（１００ｋｐｈ）での効力が悪化することが判明した。反対に、劈開性無機物を２８．０重量％も含有する比較例６ではパッド摩耗が悪化することが判明した。一方で、良好な結果が得られた実施例１〜１６ではマイカの含有量は１２．０重量％以上、２４．０重量％以下に調整されている。この結果から、効力及び耐摩耗性を効果的に向上させるためには、劈開性無機物の含有量を適切に制御することが判明した。

以上の結果より、ロータ摩耗、ＤＴＶ成長、メタルピックアップ発生、効力、及び、パッド摩耗の何れをも満足させる摩擦材の提供には、所定重量％未満にモース硬度が６．５以上の無機物を制御すると共に、所定重量％範囲内の劈開性無機物を含有することが必要であることが確認できた。

本発明の摩擦材は、車両等のディスクブレーキ用パッドやブレーキシュー等、摩擦材が要求される分野に適用することができる。

Claims

繊維基材、結合材、有機充填材、及び、無機充填材を含有する摩擦材であって、
前記摩擦材は、元素として銅の含有量が摩擦材全体に対して０．５重量％以下であり、
前記無機充填材として、モース硬度が６．５以上の無機物、及び、劈開性無機物を含有し、モース硬度が６．５以上の前記無機物の含有量が摩擦材全体に対して１．０重量％未満であり、前記劈開性無機物の含有量が摩擦材全体に対して１２．０重量％以上２４．０重量％以下である、摩擦材。
金属を含まないことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
モース硬度が６．５以上の前記無機物の平均粒子径は、２５μｍ以下である請求項１又は２に記載の摩擦材。
前記無機充填材として、酸化鉄を含有する請求項１〜３の何れか一項に記載の摩擦材。
前記酸化鉄の含有量が、摩擦材全体に対して５．０重量％以上１５．０重量％以下である請求項４に記載の摩擦材。