WO2017183155A1

WO2017183155A1 - 摩擦材組成物、およびこれを用いた摩擦材および摩擦部材

Info

Publication number: WO2017183155A1
Application number: PCT/JP2016/062647
Authority: WO
Inventors: 和昭松葉
Original assignee: 日立化成株式会社
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR20170140152A; JPWO2017183155A1; JP6281755B1; EP3321338A1; EP3321338B1; EP3321338A4; US20180106321A1; EP3321338B8; MX2017016591A; KR20190017068A; US11137043B2; KR20200030643A

Abstract

　河川、湖、および海洋などの汚染の原因となる可能性のある銅を含有しない、または含有する場合でも０．５質量％以下の場合であっても、高速・高負荷制動時の摩擦係数、耐摩耗性および相手材攻撃性に優れ、かつ鳴きを抑制した摩擦材を与えることができる摩擦材組成物、さらに該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材を提供する。　摩擦材組成物を結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有する摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として０．５質量％以下または含有せず、前記結合材としてシリコーンゴム分散フェノール樹脂を５～１０質量％、前記無機充填材として酸化ジルコニウムを２０～３３質量％を含有するものとする。

Description

摩擦材組成物、およびこれを用いた摩擦材および摩擦部材

　本発明は、アスベストを含有しない摩擦材組成物、いわゆるノンアスベスト摩擦材組成物に関するものであり、さらに、これを用いた摩擦材および摩擦部材に関する。詳しくは、自動車などの制動に用いられるディスクブレーキパッドやブレーキライニングなどの摩擦材、特に制動時の負荷が大きいディスクブレーキパッドの摩擦材に適しており、銅の含有量が少ないため環境への負荷が少なく、かつ摩擦係数および耐摩耗性に優れた摩擦材組成物、さらに該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材に関する。

　従来、自動車の制動装置として、ディスクブレーキ、ドラムブレーキが使用されており、その摩擦部材として、鋼鉄等の金属製のベース部材に摩擦材が貼り付けられたディスクブレーキパッド、ブレーキシューが使用されている。

　摩擦材は、繊維基材としてスチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０質量％以上６０質量％未満含有するセミメタリック摩擦材、繊維基材の一部にスチール繊維を含み、かつ、スチール繊維を摩擦材組成物全量に対し３０質量％未満含有するロースチール摩擦材と、繊維基材としてスチール繊維およびステンレス繊維等のスチール系繊維をほとんど含まないＮＡＯ（Non-Asbestos-Organic）材に分類されている。

　ブレーキノイズの発生が少ない摩擦材が求められている近年においては、スチール繊維とスチール系繊維を含まず、かつ非鉄金属繊維、有機繊維、無機繊維などの繊維基材、熱硬化性樹脂等の結合材、有機充填材、無機充填材、無機研削材、潤滑剤および金属粒子などの摩擦調整材からなる、ＮＡＯ材の摩擦材を使用した摩擦部材が広く使用されるようになってきている。（特許文献１）

　ところで、摩擦材には、結合材、繊維基材、無機充填材および有機充填材等を含む摩擦材組成物が用いられ、前記特性を発現させるために、一般的に、各成分を１種または２種以上を組み合わせた摩擦材組成物が用いられる。中でも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、摩擦材の強度向上に有効な成分である。しかし、銅を含有する摩擦材は、制動時に発生する摩耗粉に銅を含み、河川、湖や海洋汚染等の原因となる可能性が示唆されているため、使用を制限する動きが高まっている。

　このような環境への配慮から、重金属である銅を含有しない摩擦材が望まれるようになってきており、金属銅、銅合金、銅化合物等の銅成分を含まないＮＡＯ材の摩擦材が開発され始めている（特許文献２等）。

特開２００４－０１０７９０特開２０１２－１９７３５２

　ＮＡＯ材の摩擦材において、銅成分、特に銅の繊維や粒子は、要求性能を満たすための必須成分として多量に添加されているが、ＮＡＯ材の摩擦材から銅の繊維や粒子を除くことにより、これまでになかった様々な問題が顕在化してきている。

　その問題の一つとして、高速・高負荷制動時における耐摩耗性の悪化と摩擦係数の低下という問題がある。銅はその熱伝導率の高さから摩擦材の放熱性の向上に寄与している。しかし、摩擦材に銅を添加しないと、高負荷時に摩擦材が蓄熱しやすくなり、結合材であるフェノール樹脂や繊維基材である有機繊維の熱分解が促進される。フェノール樹脂や有機繊維などの分解により、摩擦材の骨格強度の低下が起こり、急激な摩耗および摩擦係数の低下が起こる。

　そこで、本発明者らが検討したところ、銅を含まない、あるいは銅を含む場合であっても０．５質量％以下と極少量の摩擦材組成物において、融点が高く、かつ硬さの範囲が特定の無機充填材を特定量用いることで、高速・高負荷制動時における耐摩耗性を良好にするとともに、摩擦係数を安定化できることを見出した。

　ところで、摩擦材は、ディスクロータやブレーキドラムなどの対面材と摩擦することにより、その運動エネルギーを熱エネルギーに変換することで制動の役割を果たすが、一部が振動エネルギーへと変換された場合に、振動エネルギーにより鳴きが発生することが問題となっている。上記の施策は、高速・高負荷制動時における耐摩耗性の向上および摩擦係数の安定化に対しては有効であるが、このような鳴きの問題に対して、改良の余地があった。

　以上より、本発明は、河川、湖、および海洋などの汚染の原因となる可能性のある銅を含有しない、または含有する場合でも０．５質量％以下の場合であっても、高速・高負荷制動時の摩擦係数、耐摩耗性および相手材攻撃性に優れ、かつ鳴きを抑制した摩擦材を与えることができる摩擦材組成物、さらに該摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材を提供することを目的とする。

　本発明者らは、上記の融点が高く、かつ硬さの範囲が特定の無機充填材を特定量用いた摩擦材組成物を改良するにあたり、結合材に着目して検討を行ったところ、結合材としてシリコーンゴム分散フェノール樹脂を用いることで、高速・高負荷制動時の耐摩耗性および摩擦係数の安定性を維持したまま、鳴きを抑制することができることを見出した。

　本発明の摩擦材組成物は、この知見によるものであり、具体的には、結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有する摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が、銅元素として０．５質量％以下または含有せず、前記結合材として、シリコーンゴム分散フェノール樹脂を５～１０質量％含有し、前記無機充填材として、酸化ジルコニウムを２０～３３質量％含有する。

　本発明の摩擦材組成物は、前記無機充填材として、チタン酸塩を１０～３０質量％含有すること、前記無機充填材として、酸化マグネシウムを３～１０質量％含有すること、前記無機充填材として、金属硫化物を３～８質量％含有することが好ましい。

　本発明の摩擦材は、上記の摩擦材組成物を成形してなるものである。また、本発明の摩擦部材は、上記摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて成形されるものである。

　本発明の摩擦材組成物は、自動車用ディスクブレーキパッドやブレーキライニングなどの摩擦材に用いた際に、制動時に発生する摩耗粉中に銅を含まないあるいは摩耗粉中に含まれる銅が極めて微量であることから環境への負荷が少なく、かつ高速・高負荷制動時に優れた摩擦係数および耐摩耗性を発現することができ、さらに鳴きの発生を抑制することができる。また、本発明の摩擦材組成物を用いることにより、上記特性を有する摩擦材および摩擦部材を提供することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係るブレーキパッド（摩擦部材）の一例を示す平面図であり、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ－Ａ断面であって（ｂ）は所定厚さの接着層なしの場合、（ｃ）は所定厚さの接着層ありの場合を示している。

　１…ブレーキパッド（摩擦部材）
　２…摩擦材
２２…スリット
２３…チャンファー
　３…裏金
　４…接着層

　以下、本発明の摩擦材組成物、これを用いた摩擦材および摩擦部材について詳述する。

［摩擦材組成物］
　本発明の摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有するとともに、アスベストを実質的に含まない摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として０．５質量％以下または含有しないことを第１の特徴とする。すなわち、銅を含有しない、あるいは銅を含有する場合であっても０．５質量％以下と極微量であるため、制動時に発生する摩耗粉によって、河川、湖、および海洋などが汚染されるおそれがないものである。

　しかしながら、従来の摩擦材組成物から単に銅を除いただけでは、上記のように、高負荷時に摩擦材が蓄熱することで、結合材であるフェノール樹脂や繊維基材である有機繊維の熱分解が促進され、フェノール樹脂や有機繊維などが分解することにより、摩擦材の骨格強度が低下するとともに、急激な摩耗および摩擦係数の低下が起こることとなる。

　このため、本発明の摩擦材組成物においては、融点が高く、かつ硬さの範囲が特定の無機充填材を特定量用いることで、高速・高負荷制動時における耐摩耗性を良好にするとともに、摩擦係数を安定にする。

（無機充填材）
　本発明の摩擦材組成物は、上記の無機充填材として酸化ジルコニウムを用いる。また、無機充填材としてはチタン酸塩、酸化マグネシウム、金属硫化物を含有することが好ましい。

（酸化ジルコニウム）
　酸化ジルコニウムは、硬く、かつ耐熱性が高いため、摩擦材の骨格として好適なものである。酸化ジルコニウムは含有量を適正なものとすることで、摩擦係数の安定化に寄与するとともに、良好な耐クラック性、および耐摩耗性が発現する。その一方で、過大な酸化ジルコニウムの添加は、対面材（ディスクロータ）の攻撃性が増加することとなり、耐摩耗性が悪化することとなる。この点、酸化ジルコニウムの添加量を２０～３３質量％とすると、高速・高負荷制動時における耐摩耗性を良好にするとともに、摩擦係数が安定したものとなる。酸化ジルコニウムの含有量は、２３～３３質量％であることが好ましく、２５～３０質量％であることがさらに好ましい。

　また、酸化ジルコニウムの粒子径を３０μｍ以下とすると、摩擦材中により均一に分散させることができ、耐摩耗性の悪化を避けることができる。酸化ジルコニウムの平均粒子径は、２０μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以下であることがより好ましい。なお、酸化ジルコニウムの粒子径および平均粒子径は、レーザー回折粒度分布測定などの方法を用いて測定することができる。例えば、レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（例えばＬＡ・９２０（堀場製作所製）等）により測定することができる。

（チタン酸塩）
　本発明の摩擦材組成物においては、他の無機充填材としてチタン酸塩を含有することが好ましい。チタン酸塩は、酸化ジルコニウムとともに骨格を形成し、酸化ジルコニウムを補強して摩擦材の強化に寄与するとともに、対面材への攻撃性を低下させて、摩擦係数を安定化することに寄与する。その一方で過大なチタン酸塩の含有は、高温での耐摩耗性の低下が生じるとともに、対面材攻撃性が増加して耐摩耗性が低下することとなる。また、メタルキャッチも生じやすくなる。この点で、チタン酸塩の含有量を１０～３０質量％とすると、これらの不具合を回避して上記効果を得ることができるので好ましい。なお、チタン酸塩の含有量は、１０～２５質量％であることが好ましく、１５～２５質量％であることがより好ましい。

　チタン酸塩としては、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用いることができる。チタン酸カリウムとしては、例えば、Ｋ_２Ｏ・６ＴｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ・８ＴｉＯ_２等が挙げられる。チタン酸リチウムカリウムとしては、例えば、チタン源とリチウム源とカリウム源とを混合して製造したＫ_{０．３－０．７}Ｌｉ_０．２７Ｔｉ_１．７３Ｏ_{３．８－３．９５}で表される組成のものなどが挙げられる。チタン酸マグネシウムカリウムとしては、例えば、チタン源とマグネシウム源とカリウム源とを混合して製造したＫ_{０．２－０．７}Ｍｇ_０．４Ｔｉ_１．６Ｏ_{３．７－３．９５}で表される組成のものなどが挙げられる。これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができる。中でも、高温での耐摩耗性をより向上させることから、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が好ましい。

　チタン酸塩の形状としては、繊維状、柱状、板状、粒子状、鱗片状、アメーバ状または多孔質状のものを用いることができ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができる。前記形状の中でも、高温の耐摩耗性をより向上させるために、燐片状、柱状または板状のものを用いることが好ましい。チタン酸塩の形状は、例えば走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）観察から解析することができる。

　また、平均粒子径が１～５０μｍ、比表面積が０．５～１０ｍ^２／ｇのものが好ましい。なお、平均粒子径はメジアン径で表され、メジアン径とは、レーザー回折法の体積分布から求めた５０％径を示す。また、比表面積は吸着ガスとして窒素ガスを用いたＢＥＴ法等により求めることができる。

（酸化マグネシウム）
　また、本発明の摩擦材組成物においては、他の無機充填材として酸化マグネシウムを含有することが好ましい。酸化マグネシウムも硬く、かつ耐熱性が高いため、酸化ジルコニウムとともに骨格を形成し、酸化ジルコニウムを補強して耐クラック性および耐摩耗性の向上に寄与する。その一方で、過大な酸化マグネシウムの添加は、対面材（ディスクロータ）の攻撃性が増加することとなり、耐摩耗性が悪化することとなる。この点、酸化マグネシウムの添加量を３～１０質量％とすると、上記の酸化ジルコニウム補強の効果を良好に得ることができる。なお酸化マグネシウムの含有量は、３～８質量％であることが好ましく、４～７質量％であることがさらに好ましい。

（金属硫化物）
　さらに、本発明の摩擦材組成物においては、無機充填材の成分として金属硫化物を含有することが好ましい。金属硫化物は、高速・高負荷制動時における摩擦係数の安定化に寄与するが、添加量が過大となると摩擦係数の低下が生じる。この点、金属硫化物の添加量を３～８質量％とすると、高速・高負荷制動時における摩擦係数が安定するとともに摩擦材の摩耗が良好なものとなる。本発明に用いられる金属硫化物としては、三硫化アンチモン、硫化錫、二硫化錫、二硫化モリブデン、硫化鉄、二硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、二硫化タングステン等が挙げられ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて用いることができる。金属硫化物の含有量は３～７質量％であることがより好ましく、３～６質量％であることがさらに好ましい。

（その他の無機充填材）
　本発明の摩擦材組成物には、上記の酸化ジルコニウム、チタン酸塩、酸化マグネシウムおよび金属硫化物以外の無機充填材を組み合わせて用いることができる。該無機充填材としては、通常、摩擦材に用いられる無機充填材であれば特に制限はない。例えば、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、ドロマイト、コークス、酸化鉄、バーミキュライト、硫酸カルシウム、黒鉛、マイカ、タルク、クレー、ゼオライト、ケイ酸ジルコニウム、ムライト、クロマイト、酸化チタン、シリカ、α－アルミナ、γ－アルミナ等の活性アルミナ等を用いることができ、これらは単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。

（結合材）
　結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材および繊維基材などを一体化し、強度を与えるものである。本発明の摩擦材組成物は、上記の無機充填材とすることで高速・高負荷制動時における耐摩耗性を良好にするとともに、摩擦係数を安定にし、かつ対面材攻撃性を低下させることができるが、結合材としてシリコーンゴム分散フェノール樹脂を用いることで、上記の効果に加えて制動時の鳴きの発生を抑制する。

（シリコーンゴム分散フェノール樹脂）
　シリコーンゴム分散フェノール樹脂は、弾性が高く、かつ耐熱性も高いため、高速・高負荷制動時における制動時に容易に分解せず、かつ熱エネルギーの一部が変換される振動エネルギーを効果的に吸収して制動時の鳴きの発生を抑制する。ただしシリコーンゴム分散フェノール樹脂の添加量が過大となると上記の無機充填材や、有機充填材および繊維基材の含有量がその分減少することとなる。この点、結合材として用いるシリコーンゴム分散フェノール樹脂の添加量を５～１０質量％とすると効果的に鳴きの発生を抑制することができる。シリコーンゴム分散フェノール樹脂の含有量は５～９質量％であることが好ましく、６～９質量％とすることがより好ましい。

　なお、シリコーンゴム分散フェノール樹脂におけるシリコーンゴムの量は３～１０質量％の範囲とすることが好ましい。また、フェノール樹脂中に分散するシリコーンゴム粒子の大きさは５０μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。

（有機充填材）
　有機充填材は、摩擦材の音振性能（制動時に鳴きや振動が発生し難いという性能）や耐摩耗性などを向上させるための摩擦調整材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、上記性能を発揮することが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。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ものであって、通常、摩擦材に用いられるものであればよい。上記ゴム成分としては、例えば、天然ゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリル－ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等が挙げられ、これらを単独で、または２種以上を組み合わせて用いることができる。また、カシューダストとゴム成分とを併用してもよく、カシューダストをゴム成分で被覆したものを用いてもよい。有機充填材としては、音振性能の観点から、カシューダストとゴム成分とを併用することが好ましい。

　本発明の摩擦材組成物中の上記有機充填材の含有量は、１～２０質量％であることが好ましく、１～１５質量％であることがより好ましく、５～１５質量％であることがさらに好ましい。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による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。また、カシューダストとゴム成分とを併用する場合、カシューダストとゴム成分との質量比（カシューダスト／ゴム成分）は、０．２～１０の範囲であることが好ましく、０．３～５の範囲であることがより好ましい。

（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。

　本発明の摩擦材組成物に含まれる繊維基材としては、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、炭素系繊維等を用いることができ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができる。なお、ここでいう繊維基材には上述したチタン酸塩の繊維状のものは含まれない。

　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、シリケート繊維等を用いることができ、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

　なお、ここでいう鉱物繊維とは、スラグウール等の高炉スラグ、バサルトファイバー等の玄武岩、その他の天然岩石等を主成分として溶融紡糸した人造無機繊維であり、Ａｌ元素を含む天然鉱物であることがより好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ等が含まれるもの、またはこれら化合物が１種または２種以上含有されるものを用いることができ、より好ましくはこれらのうちＡｌ元素を含むものが、鉱物繊維として用いることができる。摩擦材組成物中に含まれる鉱物繊維全体の平均繊維長が大きくなるほど摩擦組成物中の各成分との接着強度が低下する傾向があるため、鉱物繊維全体の平均繊維長は５００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１００～４００μｍである。ここで、平均繊維長とは、該当する全ての繊維の長さの平均値を示した平均繊維長のことをいう。例えば２００μｍの平均繊維長とは、摩擦材組成物原料として用いる鉱物繊維を無作為に５０個選択し、光学顕微鏡で繊維長を測定し、その平均値が２００μｍであることを示す。

　本発明で用いられる鉱物繊維は、生体溶解性であることが好ましい。ここでいう生体溶解性の鉱物繊維とは、人体内に取り込まれた場合でも短時間で一部が分解され体外に排出される特徴を有する鉱物繊維である。具体的には、化学組成がアルカリ酸化物、アルカリ土類酸化物総量（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、かつ呼吸による短期バイオ永続試験で、２０μｍ以上の繊維の質量半減期が４０日以内または腹膜内試験で過度の発癌性の証拠がないか、または長期呼吸試験で関連の病原性や腫瘍発生がないことを満たす繊維を示す（ＥＵ指令９７／６９／ＥＣのＮｏｔａ　Ｑ（発癌性適用除外））。このような生体分解性鉱物繊維としては、ＳｉＯ_２－Ａｌ_２Ｏ_３－ＣａＯ－ＭｇＯ－ＦｅＯ－Ｎａ_２Ｏ系繊維等が挙げられ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ等を任意の組み合わせで含有した繊維が挙げられる。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。「Ｒｏｘｕｌ」は、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２Ｏ等が含まれる。

　また、上記金属繊維として、摩擦係数向上、耐クラック性の観点から銅および銅合金以外の金属繊維を用いてもよいが、耐摩耗性の向上およびメタルキャッチ抑制の観点から含有量が５質量％以下であることを要する。好ましくは、摩擦係数の向上の割には耐摩耗性の悪化およびメタルキャッチの発生がしやすいため、銅および銅合金以外の金属繊維を含有しないこと（含有量０質量％）である。

　銅および銅合金以外の金属繊維としては、例えば、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン等の金属単体または合金形態の繊維や、鋳鉄繊維等の金属を主成分とする繊維が挙げられ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができる。

　上記有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、ＰＢＯ繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維（架橋構造を有する）等を用いることができ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができ、耐摩耗性の観点からアラミド繊維を用いることが好ましい。

　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、活性炭繊維等を用いることができ、これらを単独で、または２種類以上を組み合わせて使用することができる。

　本発明の摩擦材組成物における繊維基材の含有量は、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、５～１８質量％であることがさらに好ましい。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。

　しかしながら、鉄系繊維は、多量に添加することで対面材への攻撃性が増加することから、本発明の摩擦材組成物においては、鉄系繊維の含有量が５質量％以下、または鉄系繊維を含有しないことが好ましい。

（その他の材料）
　本発明の摩擦材組成物は、前記の結合材、有機充填材、無機充填材、繊維基材以外に、必要に応じてその他の材料を配合することができる。例えば、耐摩耗性の観点から、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系ポリマー等の有機添加剤等を配合することができる。

［摩擦材および摩擦部材］
　本発明は、上述の摩擦材組成物を用いた摩擦材および摩擦部材を提供する。

　本発明の摩擦材組成物は、これを成形することにより、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摩擦材として使用することができる。本発明の摩擦材は高速・高負荷での摩擦係数維持・耐摩耗性に優れるため、制動時に負荷の大きいディスクブレーキパッドの摩擦材に好適である。

　さらに、上記摩擦材を用いることにより、該摩擦材を摩擦面となるように形成した摩擦部材を得ることができる。摩擦材を用いて形成することができる摩擦部材としては、例えば、下記の構成等が挙げられる。
（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、および、裏金と摩擦材との接着を目的とした接着層をさらに介在させた構成。

　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、金属または繊維強化プラスチック等を用いることができ、例えば、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。プライマー層および接着層としては、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。

　本発明の摩擦材は、一般に使用されている方法を用いて製造することができ、本発明の摩擦材組成物を成形して、好ましくは加熱加圧成形して製造される。具体的には、本発明の摩擦材組成物を、レーディゲミキサー、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の条件で２～１０分間で成形し、得られた成形物を１５０～２５０℃で２～１０時間熱処理する。必要に応じて塗装、スコーチ処理、研磨処理を行うことによって摩擦材を製造することができる。

　本発明の摩擦材組成物は、高速・高負荷での摩擦係数維持・耐摩耗性などに優れるため、ディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦部材の「上張り材」として有用であり、さらに摩擦部材の「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剪断強度、耐クラック性向上を目的とした層のことである。

　図１は、本発明の一実施形態に係る摩擦部材である自動車用ディスクブレーキのブレーキパッド１を示している。このブレーキパッド１は、板状に成形された摩擦材２が鋳鉄からなる板状の裏金３の片面に接着されて構成されたものであり、摩擦材２の表面２１が対面材であるディスクロータ（図示せず）に圧接させられる摩擦面を構成する。ブレーキパッド１は全体がディスクロータの周方向に沿った弧状に形成されており、摩擦材２の表面２１側の周方向中央部には、径方向に延びるスリット２２が形成され、周方向両端部にはチャンファー２３が形成されている。

　摩擦材２は上記した摩擦材組成物を成形してなるものであり、ブレーキパッド１は、例えば上記した摩擦部材における（２）または（３）の構成を有するものである。図１（ｂ）は（２）の構成を示す断面図である。図１（ｃ）は（３）の構成を示す断面図であって、符合４は摩擦材２と裏金３との間に所定厚さに設けられた接着層である。

　ブレーキパッド１は、上記各種材料を調製・混合して得た摩擦材組成物を原料として摩擦材２を予備成形し、その予備成形物を裏金３に接着させた状態で裏金３とともに加熱加圧成形し、この後、必要な処理（熱処理、塗装、スコーチ処理、研磨処理等）を行うとともに、スリット２２およびチャンファー２３を形成する加工を摩擦材２に施して製造される。

　以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例によって何ら制限されるものではない。

　本実施例における評価は表１に示す方法で行い、記載の評価基準に従って結果を評価した。ただし、鳴き性能の評価についてはＳＡＥ　J２５２１に基づき測定を行い、７０ｄＢ以上、１０００～１５０００Ｈｚの鳴きの発生率で評価した。

　なお、上記試験は、ダイナモメータを用い、イナーシャ７ｋｇｆ・ｍ・ｓ^２で評価を行った。また、ベンチレーテッドディスクロータ（株式会社キリウ製、材質ＦＣ１９０）、一般的なピンスライド式のコレットタイプのキャリパを用いて実施した。

［実施例１～１１および比較例１～５］
　表２に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例および比較例の摩擦材組成物を得た。なお、表２の各成分の配合量の単位は、摩擦材組成物中の質量％である。この摩擦材組成物をレーディゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レーディゲミキサーＭ２０）で混合し、この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、得られた予備成形物を成形温度１５０℃、成形圧力３０ＭＰａの条件で５分間成形プレス（三起精工株式会社製）を用いて鋼製の裏金とともに加熱加圧成形した。次いで、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、ディスクブレーキパッド（摩擦材の厚さ１１ｍｍ、摩擦材投影面積５２ｃｍ^２）を得た。作製したディスクブレーキパッドについて、前記の評価を行った結果を表２および表３に示す。

　なお、実施例および比較例において使用した各種材料は次の通りである。
・チタン酸塩１：大塚化学株式会社製（商品名：テラセスＴＦ－Ｓ）
　　成分：チタン酸カリウム、形状：燐片状
　　メジアン径：７μｍ、比表面積：３．５ｍ^２／ｇ
・チタン酸塩２：大塚化学株式会社製（商品名：テラセスＬ）
　　成分：チタン酸リチウムカリウム、形状：燐片状
　　メジアン径：２５μｍ、比表面積：０．６ｍ^２／ｇ
・酸化ジルコニウムＡ：第一稀元素化学工業株式会社製（商品名：ＢＲ－１２ＱＺ）
　　平均粒子径８．５μｍ、最大粒子径１５μｍ
・酸化ジルコニウムＢ：第一稀元素化学工業株式会社製（商品名：ＢＲ－３ＱＺ）
　　平均粒子径２．０μｍ、最大粒子径４５μｍ

　表２および表３より、シリコーンゴム分散フェノール樹脂を５～１０質量％、酸化ジルコニウムを２０～３３質量％含有する実施例１～１１は、フェードμを維持しながらパッドおよびロータ摩耗が目標レベル以上（Ｃ以上）であり、鳴きの発生もみられない。これに対し比較例１～５では、酸化ジルコニウム量、シリコーンゴム分散フェノール樹脂の量が請求の範囲から外れることで、μレベル低下やパッド、ロータ摩耗、鳴きの悪化により、特性の両立ができなくなることが分かる。

　本発明の摩擦材組成物は、制動時に発生する摩耗粉中に銅を含まない、あるいは摩耗粉中の銅の含有量が極めて少ないことから環境汚染が少なく、かつ高速・高負荷制動時の摩擦係数、耐摩耗性および相手材攻撃性に優れ、かつ鳴きを抑制した摩擦材とすることができるため、自動車のブレーキパッドやブレーキライニングなどの摩擦材および摩擦部材に有用である。

Claims

　結合材、有機充填材、無機充填材、および繊維基材を含有する摩擦材組成物であって、
　該摩擦材組成物中の銅の含有量が、銅元素として０．５質量％以下または含有せず、
　前記結合材として、シリコーンゴム分散フェノール樹脂を５～１０質量％含有し、
　前記無機充填材として、酸化ジルコニウムを２０～３３質量％含有する摩擦材組成物。
　前記無機充填材として、チタン酸塩を１０～３０質量％含有する請求項１に記載の摩擦材組成物。
　前記無機充填材として、酸化マグネシウムを３～１０質量％含有する請求項１または２に記載の摩擦材組成物。
　前記無機充填材として、金属硫化物を３～８質量％含有する請求項１～３のいずれかに記載の摩擦材組成物。
　請求項１～４に記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
　請求項１～４に記載の摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて成形される摩擦部材。