ノンアスベスト摩擦材組成物
【課題】銅の含有量が少なくても、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチの生成が少ない摩擦材を与えることができるノンアスベスト摩擦材組成物、さらに該ノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。
【解決手段】
結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材である。
【解決手段】
結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノンアスベスト摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材に関する。詳しくは、自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材に適しており、銅の含有量が少ないため環境に優しく、高温における耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチの生成が少ないノンアスベスト摩擦材組成物、さらに該ノンアスベスト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や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、ディスクローターや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、高い摩擦係数と摩擦係数の安定性が求められるだけでなく、低温から高温にかかる広いブレーキ使用温度域において、パッド寿命が長いこと（耐摩耗性）が要求される。
【０００３】
また、高温のブレーキ使用温度域では、摩擦材表面にメタルキャッチと呼ばれる金属摩耗粉の塊が生成し、ディスクローター及び摩擦材の摩耗量の増大、並びにブレーキの鳴きが発生することがある。そこで、高温での耐摩耗性向上及びメタルキャッチの抑制のために、金属硫化物を配合することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、摩擦材には、結合材、繊維基材、無機充填材及び有機充填材等が含まれ、前記特性を発現させるために、一般的に、それぞれ１種もしくは２種以上を組み合わせたものが含まれる。繊維基材としては、有機繊維、金属繊維、無機繊維等が用いられ、耐摩耗性を向上させるために、金属繊維として銅及び銅合金の繊維が用いられている。また、摩擦材として、ノンアスベスト摩擦材が主流となっており、このノンアスベスト摩擦材には銅や銅合金等が多量に使用されている。
【０００５】
しかし、銅や銅合金を含有する摩擦材は、制動時に生成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。そこで、銅や銅合金等の金属を含有せず、酸化マグネシウムと黒鉛を摩擦材中に４５〜８０体積％含有し、酸化マグネシウムと黒鉛の比を１／１〜４／１とする方法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１３３１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これまで開発されてきた銅及び銅合金の含有量が少ない摩擦材では、高温での耐摩耗性及びメタルキャッチの抑制を両立させることは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、銅及び銅合金の含有量が少なくても、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチの生成が少ない摩擦材を与えることができるノンアスベスト摩擦材組成物、さらに該ノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部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】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ノンアスベスト摩擦材組成物において、元素としての銅の含有量を一定以下とし、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量を一定以下とし、チタン酸塩を特定量含有し、さらに特定粒子径の酸化ジルコニウムを含有することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
【００１０】
１．結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物。
２．前記チタン酸塩が、燐片状、板状又は柱状である上記１に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
３．前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム又はチタン酸マグネシウムカリウムである上記２に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
４．前記酸化ジルコニウムの含有量が、１〜４０質量％である上記１〜３のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
５．上記１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
６．上記１〜５のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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等の摩擦材に用いた際に、制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチを抑制することができる。また、本発明のノンアスベスト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及び摩擦部材を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材について詳述する。
［ノンアスベスト摩擦材組成物］
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことを特徴とする。
上記構成により、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチを抑制できるという効果を発現することができる。
【００１３】
（結合材）
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材及び繊維基材等を一体化し、強度を与えるものである。本発明のノンアスベスト摩擦材組成物に含まれる結合材としては特に制限はなく、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。
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等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等の各種変性フェノール樹脂等が挙げられ、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。
【００１４】
本発明のノンアスベスト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等の音振性能悪化を抑制できる。
【００１５】
（有機充填材）
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性等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。本発明のノンアスベスト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等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、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、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）等が挙げられ、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。
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が、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。
【００１６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物における、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、鳴き等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は、質量比で２：１〜１０：１の割合であることが好ましく、３：１〜９：１であることがより好ましく、３：１〜８：１であることがさらに好ましい。
【００１７】
（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の摩擦調整剤として含まれるものであり、本発明において無機充填剤としてチタン酸塩及び酸化ジルコニウムを必須とする。
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、Ｋ2Ｏ・６ＴｉＯ2、Ｋ2Ｏ・８ＴｉＯ2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Ｋ0.3-0.7Ｌｉ0.27Ｔｉ1.73Ｏ3.8-3.95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Ｋ0.2-0.7Ｍｇ0.4Ｔｉ1.6Ｏ3.7-3.95で表される組成のものなどが挙げられる。
これらを単独で又は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。
【００１８】
チタン酸塩の形状としては、繊維状、柱状、板状、粒子状又は鱗片状のもの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。
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。
ここで、チタン酸塩の形状についての定義の一例を記載する。チタン酸塩に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体（外接直方体）の最も長い辺を長径Ｌ、次に長い辺を短径Ｂ、最も短い辺を厚さＴとして（Ｂ＞Ｔとする）、チタン酸塩の形状をアスペクト比（Ｌ／Ｔ、Ｌ／Ｂ）で定義する。
繊維状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも大きく、Ｌ／Ｂが１０よりも大きいチタン酸塩である。例えば、ティスモＤ、ティスモＮ（いずれも、大塚化学株式会社製）等が挙げられる。
柱状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔ＝２〜１０、Ｌ／Ｂ＝２〜１０であるチタン酸塩である。ＴＯＦＩＸ−Ｓ（東邦マテリアル株式会社製）などが挙げられる。
板状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも大きく、Ｌ／Ｂが１０よりも小さいチタン酸塩である。例えば、ＴＸＡＸ−Ａ、ＴＸＡＸ−ＭＡ、ＴＸＡＸ−ＫＡ、ＴＸＡＸ−ＣＴ（いずれも、株式会社クボタ製）等が挙げられる。
【００１９】
粒子状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも小さく、Ｌ／Ｂが２よりも小さいチタン酸塩である。例えば、ＴＯＦＩＸ−ＳＧＬ（東邦マテリアル株式会社製）、ＧＴＸ−Ｃ（株式会社クボタ製）等が挙げられる。
また、粒子状のチタン酸塩のうち、鱗のような薄板状の形状のものを鱗片状のチタン酸塩といい、例えば、テラセスＰＳ、テラセスＰＭ、テラセスＬ、テラセスＴＦ−Ｓ（いずれも、大塚化学株式会社製）等が挙げられる。
上記形状の中でも、高温の耐摩耗性をより向上させるために、燐片状、柱状又は板状のものを用いることが好ましい。
また、平均粒子径が１〜５０μｍ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／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。
【００２０】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物におけるチタン酸塩の含有量は、高温での耐摩耗性の向上、及びメタルキャッチの抑制の観点から、１０〜３５質量％であり、１３〜２４質量％であることが好ましく、１４〜２０質量％であることがより好ましい。チタン酸塩の含有量が１０質量％未満の場合、耐摩耗性が悪化し、メタルキャッチが生成しやすい傾向がある。また、含有量が３５質量％を超える場合、耐摩耗性の悪化及び摩擦係数の低下、さらにメタルキャッチが生成しやすい傾向がある。
【００２１】
本発明のノンアスベスト摩擦材用組成物は、無機充填剤として粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウム（以下、単に酸化ジルコニウムと称すことがある。）を必須成分とし、かつ、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しない。好ましくは酸化ジルコニウムの粒子径が２８μｍ以下で、かつ粒子径が２８μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことであり、より好ましくは酸化ジルコニウムの粒子径が２５μｍ以下で、かつ粒子径が２５μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことである。
粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを用いることで、良好な高温の耐摩耗性が発現し、メタルキャッチを抑制することができる。また、粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムの最小粒子径は特に制限はないが、粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
ここで、「実質的に含有しない」とは、例えば、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しない場合、本発明の摩擦材組成物に含有される酸化ジルコニウムのうち、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムの割合が１．０質量％以下であることをいい、０．５質量％以下であることがより好ましく、３０μｍを超える酸化ジルコニウム粒子を含有しないこと（０質量％）がさらに好ましい。
【００２３】
酸化ジルコニウムの含有量は、２〜４１質量％であることが好ましく、１〜４０質量％であることがより好ましい。酸化ジルコニウムの含有量を２〜４１質量％、好ましくは１〜４０質量％とすることで優れた耐摩耗性を示し、メタルキャッチを抑制することができる。また、これらの効果をより発現させるために、５〜３０質量％であることがさらに好ましく、５〜２０質量％であることが特に好ましい。
【００２４】
酸化ジルコニウムの平均粒子径は、１〜７μｍであることが好ましく、１〜６．５μｍであることがより好ましく、１〜６μｍであることがさら好ましい。酸化ジルコニウムの平均粒子径を１μｍ以上とすることで良好な摩擦係数、耐摩耗性が発現し、７μｍ以下とすることで、耐摩耗性の悪化を避けることができる。
なお、酸化ジルコニウムの粒子径及び平均粒子径は、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 ＬＡ・９２０（堀場製作所製）で測定することができる。平均粒子径は、粒度分布の体積分布から求めた５０％径をいう。
【００２５】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、上記チタン酸塩及び酸化ジルコニウム以外の無機充填材をさらに含有することができる。含有することができる無機充填剤としては、通常摩擦材に用いられるものであれば特に制限はない。
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、硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化亜鉛、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、黒鉛、マイカ、酸化鉄、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、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、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、酸化鉄、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。これらの中でも、対面材への攻撃性低下の観点から、黒鉛、硫酸バリウムを含有することが好ましく、摩擦係数向上の観点から、三硫化アンチモンを含有することが好ましい。
【００２６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物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、４０〜８０質量％であることがより好ましく、６０〜８０質量％であることがさらに好ましい。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る。なお、上記無機充填材の含有量には、前記チタン酸塩及び特定粒径の酸化ジルコニウムの含有量が含まれる。
【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。
本発明のノンアスベスト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、これらを単独で又は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。
【００２８】
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種又は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、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ等が含まれるもの、又はこれら化合物が１種又は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数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。
【００２９】
本発明で用いられる鉱物繊維は、人体有害性の観点で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日以内又は腹膜内試験で過度の発癌性の証拠がないか又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、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＦｅＯ−Ｎａ2Ｏ系繊維等が挙げられ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ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、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ等が含まれる。
【００３０】
上記金属繊維としては、耐クラック性や耐摩耗性の向上のため、銅又は銅合金の繊維を用いることができる。ただし、銅又は銅合金の繊維を含有させる場合、環境への優しさを考慮すると、該摩擦材組成物中における銅全体の含有量は、銅元素として５質量％以下の範囲であることを要する。
銅又は銅合金の繊維としては、銅繊維、黄銅繊維、青銅繊維等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。
【００３１】
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及び銅合金以外の金属繊維を用いてもよいが、耐摩耗性の向上及びメタルキャッチ抑制の観点から含有量が０．５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及びメタルキャッチの発生がしやすいため、銅及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。
銅及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又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（架橋構造を有する）等を用いることができ、これらを単独で又は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】
本発明のノンアスベスト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。なお、上記繊維基材の含有量には、銅又は銅合金の金属繊維の含有量が含まれる。
【００３４】
（その他の材料）
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物中における、銅全体の含有量が、銅元素として５質量％以下となる範囲で、銅粉、黄銅粉、青銅粉等の金属粉末等を配合することができる。また、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。
【００３５】
［摩擦材及び摩擦部材］
また、本発明は、上述のノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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温での耐摩耗性及びメタルキャッチ制御に優れるため、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。
【００３６】
（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。プライマー層及び接着層としては、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。
【００３７】
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、本発明のノンアスベスト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、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物を、レディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー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。
【００３８】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、高温での耐摩耗性やメタルキャッチ抑制などに優れるため、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。
【実施例】
【００３９】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明によって何ら制限を受けるものではない。
なお、実施例及び比較例に示す評価は次のように行った。
【００４０】
（１）高温での耐摩耗性の評価
耐摩耗性は、制動前ブレーキ温度５００℃、制動前速度６０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇで１０００回制動を行い、試験前後の摩擦材厚みから、摩擦材の摩耗量を算出した。
（２）メタルキャッチ生成の評価
メタルキャッチ生成の評価では、制動前速度６０ｋｍ／ｈ、制動条件１．９６ｍ／Ｓ2、２．９４ｍ／ｓ2、３．９２ｍ／ｓ2でそれぞれ２回ずつ、制動前温度を５０℃から３００℃まで５０℃間隔で昇温する計３６回の制動を行った後、２５０℃から５０℃まで５０℃間隔で降温し、かつ上記同様の制動条件による計３０回の制動を行った。試験完了後、摩擦材摺動面に生成したメタルキャッチの大きさと数を、以下の基準で評価した。
Ａ：メタルキャッチの生成無し
Ｂ：長径２ｍｍ未満のメタルキャッチが１個〜２個生成
Ｃ：長径２ｍｍ未満のメタルキャッチが３個以上生成
Ｄ：長径２ｍｍ以上のメタルキャッチが１個以上生成
（３）摩擦係数の評価
摩擦係数は、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ４０６に基づき測定し、第２効力試験における摩擦係数の平均値を算出した。
【００４１】
なお、上記耐摩耗性の評価、メタルキャッチ生成及び摩擦係数の評価は、ダイナモメータを用い、イナーシャ７ｋｇｆ・ｍ・ｓ2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。
【００４２】
［実施例１〜１３及び比較例１〜５］
ディスクブレーキパッドの作製
表１に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例及び比較例の摩擦材組成物を得た。なお、表１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ディーゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レディーゲミキサー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１４５℃、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）を用いて日立オートモティブシステムズ株式会社製の裏金と共に加熱加圧成形し、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５２ｃｍ2）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１に示す。
【００４３】
なお、実施例及び比較例において使用した各種材料は次のとおりである。
（結合材）
・フェノール樹脂：日立化成工業株式会社製（商品名：ＨＰ４９１ＵＰ）
（有機充填剤）
・カシューダスト：東北化工株式会社製（商品名：ＦＦ−１０５６）
（無機充填剤）
・チタン酸塩１：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：０．６ｍ2／ｇ
・チタン酸塩２：大塚化学株式会社製 （商品名：テラセスＰＳ）
成分：チタン酸マグネシウムカリウム、形状：燐片状
メジアン径：４μｍ、比表面積：２．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩３：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：３．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩４：株式会社クボタ製 （商品名：ＴＸＡＸ−ＭＡ）
成分：チタン酸カリウム、形状：板状
比表面積：１．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩５：東邦マテリアル株式会社製 （商品名：ＴＯＦＩＸ−Ｓ）
成分：チタン酸カリウム、形状：柱状
メジアン径：６μｍ、比表面積：０．９ｍ2／ｇ
・チタン酸塩６：大塚化学株式会社製 （商品名：ティスモＤ）
成分：チタン酸カリウム、形状：繊維状
比表面積：７．０ｍ2／ｇ
・酸化ジルコニウム１：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１５μｍ）
・酸化ジルコニウム２：第一稀元素化学工業株式会社製
（商品名：ＢＲ−ＱＺ、平均粒子径６．５μｍ、最大粒子径２６μｍ）
・酸化ジルコニウム３：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４５μｍ）
・黒鉛：ＴＩＭＣＡＬ社製（商品名：ＫＳ７５）
（繊維基材）
・アラミド繊維（有機繊維）：東レ・デュポン株式会社製（商品名：１Ｆ５３８）
・鉄繊維（金属繊維）：ＧＭＴ社製（商品名：＃０）
・銅繊維（金属繊維）：Ｓｕｎｎｙ Ｍｅｔａｌ社製（商品名：ＳＣＡ−１０７０）
・鉱物繊維（無機繊維）：ＬＡＰＩＮＵＳ ＦＩＢＥＲＳ Ｂ．Ｖ製（商品名：ＲＢ２４０ Ｒｏｘｕｌ １０００、平均繊維長３００μｍ）
【００４４】
【表１】
【００４５】
実施例１〜１３は５００℃での摩擦材摩耗量が少なく、優れた耐摩耗性を示し、メタルキャッチを抑制することができ、かつ高い摩擦係数を発現した。酸化ジルコニウムを含有しない比較例２、最大粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを含有する比較例１、チタン酸塩の含有量が１０質量％より少ない比較例３、チタン酸塩の含有量が３５質量％より多い比較例４、並びに鉄繊維を１質量％含有する比較例５では、十分な耐摩耗性が得られず、またメタルキャッチの抑制をすることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつ、メタルキャッチ生成を抑制できるため、自動車の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及び摩擦部材に有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノンアスベスト摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材に関する。詳しくは、自動車等の制動に用いられるディスクブレーキパッドやブレーキライニング等の摩擦材に適しており、銅の含有量が少ないため環境に優しく、高温における耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチの生成が少ないノンアスベスト摩擦材組成物、さらに該ノンアスベスト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や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、ディスクローターや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、高い摩擦係数と摩擦係数の安定性が求められるだけでなく、低温から高温にかかる広いブレーキ使用温度域において、パッド寿命が長いこと（耐摩耗性）が要求される。
【０００３】
また、高温のブレーキ使用温度域では、摩擦材表面にメタルキャッチと呼ばれる金属摩耗粉の塊が生成し、ディスクローター及び摩擦材の摩耗量の増大、並びにブレーキの鳴きが発生することがある。そこで、高温での耐摩耗性向上及びメタルキャッチの抑制のために、金属硫化物を配合することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、摩擦材には、結合材、繊維基材、無機充填材及び有機充填材等が含まれ、前記特性を発現させるために、一般的に、それぞれ１種もしくは２種以上を組み合わせたものが含まれる。繊維基材としては、有機繊維、金属繊維、無機繊維等が用いられ、耐摩耗性を向上させるために、金属繊維として銅及び銅合金の繊維が用いられている。また、摩擦材として、ノンアスベスト摩擦材が主流となっており、このノンアスベスト摩擦材には銅や銅合金等が多量に使用されている。
【０００５】
しかし、銅や銅合金を含有する摩擦材は、制動時に生成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。そこで、銅や銅合金等の金属を含有せず、酸化マグネシウムと黒鉛を摩擦材中に４５〜８０体積％含有し、酸化マグネシウムと黒鉛の比を１／１〜４／１とする方法が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１３３１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これまで開発されてきた銅及び銅合金の含有量が少ない摩擦材では、高温での耐摩耗性及びメタルキャッチの抑制を両立させることは困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、銅及び銅合金の含有量が少なくても、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチの生成が少ない摩擦材を与えることができるノンアスベスト摩擦材組成物、さらに該ノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部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】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ノンアスベスト摩擦材組成物において、元素としての銅の含有量を一定以下とし、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量を一定以下とし、チタン酸塩を特定量含有し、さらに特定粒子径の酸化ジルコニウムを含有することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、下記のとおりである。
【００１０】
１．結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物。
２．前記チタン酸塩が、燐片状、板状又は柱状である上記１に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
３．前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム又はチタン酸マグネシウムカリウムである上記２に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
４．前記酸化ジルコニウムの含有量が、１〜４０質量％である上記１〜３のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
５．上記１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
６．上記１〜５のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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等の摩擦材に用いた際に、制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチを抑制することができる。また、本発明のノンアスベスト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及び摩擦部材を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物、これを用いた摩擦材及び摩擦部材について詳述する。
［ノンアスベスト摩擦材組成物］
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことを特徴とする。
上記構成により、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつメタルキャッチを抑制できるという効果を発現することができる。
【００１３】
（結合材）
結合材は、摩擦材組成物に含まれる有機充填材、無機充填材及び繊維基材等を一体化し、強度を与えるものである。本発明のノンアスベスト摩擦材組成物に含まれる結合材としては特に制限はなく、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。
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等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等の各種変性フェノール樹脂等が挙げられ、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。
【００１４】
本発明のノンアスベスト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等の音振性能悪化を抑制できる。
【００１５】
（有機充填材）
有機充填材は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性等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。本発明のノンアスベスト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等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、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、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）等が挙げられ、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。
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が、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。
【００１６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物における、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、鳴き等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は、質量比で２：１〜１０：１の割合であることが好ましく、３：１〜９：１であることがより好ましく、３：１〜８：１であることがさらに好ましい。
【００１７】
（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の摩擦調整剤として含まれるものであり、本発明において無機充填剤としてチタン酸塩及び酸化ジルコニウムを必須とする。
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、Ｋ2Ｏ・６ＴｉＯ2、Ｋ2Ｏ・８ＴｉＯ2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Ｋ0.3-0.7Ｌｉ0.27Ｔｉ1.73Ｏ3.8-3.95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Ｋ0.2-0.7Ｍｇ0.4Ｔｉ1.6Ｏ3.7-3.95で表される組成のものなどが挙げられる。
これらを単独で又は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。
【００１８】
チタン酸塩の形状としては、繊維状、柱状、板状、粒子状又は鱗片状のもの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。
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。
ここで、チタン酸塩の形状についての定義の一例を記載する。チタン酸塩に外接する直方体のうち最小の体積をもつ直方体（外接直方体）の最も長い辺を長径Ｌ、次に長い辺を短径Ｂ、最も短い辺を厚さＴとして（Ｂ＞Ｔとする）、チタン酸塩の形状をアスペクト比（Ｌ／Ｔ、Ｌ／Ｂ）で定義する。
繊維状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも大きく、Ｌ／Ｂが１０よりも大きいチタン酸塩である。例えば、ティスモＤ、ティスモＮ（いずれも、大塚化学株式会社製）等が挙げられる。
柱状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔ＝２〜１０、Ｌ／Ｂ＝２〜１０であるチタン酸塩である。ＴＯＦＩＸ−Ｓ（東邦マテリアル株式会社製）などが挙げられる。
板状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも大きく、Ｌ／Ｂが１０よりも小さいチタン酸塩である。例えば、ＴＸＡＸ−Ａ、ＴＸＡＸ−ＭＡ、ＴＸＡＸ−ＫＡ、ＴＸＡＸ−ＣＴ（いずれも、株式会社クボタ製）等が挙げられる。
【００１９】
粒子状のチタン酸塩とは、Ｌ／Ｔが１０よりも小さく、Ｌ／Ｂが２よりも小さいチタン酸塩である。例えば、ＴＯＦＩＸ−ＳＧＬ（東邦マテリアル株式会社製）、ＧＴＸ−Ｃ（株式会社クボタ製）等が挙げられる。
また、粒子状のチタン酸塩のうち、鱗のような薄板状の形状のものを鱗片状のチタン酸塩といい、例えば、テラセスＰＳ、テラセスＰＭ、テラセスＬ、テラセスＴＦ−Ｓ（いずれも、大塚化学株式会社製）等が挙げられる。
上記形状の中でも、高温の耐摩耗性をより向上させるために、燐片状、柱状又は板状のものを用いることが好ましい。
また、平均粒子径が１〜５０μｍ、比表面積が０．５〜１０ｍ2／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。
【００２０】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物におけるチタン酸塩の含有量は、高温での耐摩耗性の向上、及びメタルキャッチの抑制の観点から、１０〜３５質量％であり、１３〜２４質量％であることが好ましく、１４〜２０質量％であることがより好ましい。チタン酸塩の含有量が１０質量％未満の場合、耐摩耗性が悪化し、メタルキャッチが生成しやすい傾向がある。また、含有量が３５質量％を超える場合、耐摩耗性の悪化及び摩擦係数の低下、さらにメタルキャッチが生成しやすい傾向がある。
【００２１】
本発明のノンアスベスト摩擦材用組成物は、無機充填剤として粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウム（以下、単に酸化ジルコニウムと称すことがある。）を必須成分とし、かつ、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しない。好ましくは酸化ジルコニウムの粒子径が２８μｍ以下で、かつ粒子径が２８μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことであり、より好ましくは酸化ジルコニウムの粒子径が２５μｍ以下で、かつ粒子径が２５μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないことである。
粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを用いることで、良好な高温の耐摩耗性が発現し、メタルキャッチを抑制することができる。また、粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムの最小粒子径は特に制限はないが、粒子径は０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００２２】
ここで、「実質的に含有しない」とは、例えば、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しない場合、本発明の摩擦材組成物に含有される酸化ジルコニウムのうち、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムの割合が１．０質量％以下であることをいい、０．５質量％以下であることがより好ましく、３０μｍを超える酸化ジルコニウム粒子を含有しないこと（０質量％）がさらに好ましい。
【００２３】
酸化ジルコニウムの含有量は、２〜４１質量％であることが好ましく、１〜４０質量％であることがより好ましい。酸化ジルコニウムの含有量を２〜４１質量％、好ましくは１〜４０質量％とすることで優れた耐摩耗性を示し、メタルキャッチを抑制することができる。また、これらの効果をより発現させるために、５〜３０質量％であることがさらに好ましく、５〜２０質量％であることが特に好ましい。
【００２４】
酸化ジルコニウムの平均粒子径は、１〜７μｍであることが好ましく、１〜６．５μｍであることがより好ましく、１〜６μｍであることがさら好ましい。酸化ジルコニウムの平均粒子径を１μｍ以上とすることで良好な摩擦係数、耐摩耗性が発現し、７μｍ以下とすることで、耐摩耗性の悪化を避けることができる。
なお、酸化ジルコニウムの粒子径及び平均粒子径は、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 ＬＡ・９２０（堀場製作所製）で測定することができる。平均粒子径は、粒度分布の体積分布から求めた５０％径をいう。
【００２５】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、上記チタン酸塩及び酸化ジルコニウム以外の無機充填材をさらに含有することができる。含有することができる無機充填剤としては、通常摩擦材に用いられるものであれば特に制限はない。
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、硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化ビスマス、硫化亜鉛、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、黒鉛、マイカ、酸化鉄、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、ケイ酸ジルコニウム、酸化ジルコニウム、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、酸化鉄、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。これらの中でも、対面材への攻撃性低下の観点から、黒鉛、硫酸バリウムを含有することが好ましく、摩擦係数向上の観点から、三硫化アンチモンを含有することが好ましい。
【００２６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物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、４０〜８０質量％であることがより好ましく、６０〜８０質量％であることがさらに好ましい。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る。なお、上記無機充填材の含有量には、前記チタン酸塩及び特定粒径の酸化ジルコニウムの含有量が含まれる。
【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。
本発明のノンアスベスト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、これらを単独で又は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。
【００２８】
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種又は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、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ等が含まれるもの、又はこれら化合物が１種又は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数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。
【００２９】
本発明で用いられる鉱物繊維は、人体有害性の観点で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日以内又は腹膜内試験で過度の発癌性の証拠がないか又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、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ−ＭｇＯ−ＦｅＯ−Ｎａ2Ｏ系繊維等が挙げられ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ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、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＦｅＯ、Ｎａ2Ｏ等が含まれる。
【００３０】
上記金属繊維としては、耐クラック性や耐摩耗性の向上のため、銅又は銅合金の繊維を用いることができる。ただし、銅又は銅合金の繊維を含有させる場合、環境への優しさを考慮すると、該摩擦材組成物中における銅全体の含有量は、銅元素として５質量％以下の範囲であることを要する。
銅又は銅合金の繊維としては、銅繊維、黄銅繊維、青銅繊維等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。
【００３１】
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及び銅合金以外の金属繊維を用いてもよいが、耐摩耗性の向上及びメタルキャッチ抑制の観点から含有量が０．５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及びメタルキャッチの発生がしやすいため、銅及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。
銅及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又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（架橋構造を有する）等を用いることができ、これらを単独で又は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】
本発明のノンアスベスト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。なお、上記繊維基材の含有量には、銅又は銅合金の金属繊維の含有量が含まれる。
【００３４】
（その他の材料）
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物中における、銅全体の含有量が、銅元素として５質量％以下となる範囲で、銅粉、黄銅粉、青銅粉等の金属粉末等を配合することができる。また、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。
【００３５】
［摩擦材及び摩擦部材］
また、本発明は、上述のノンアスベスト摩擦材組成物を用いた摩擦材及び摩擦部材を提供する。
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、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温での耐摩耗性及びメタルキャッチ制御に優れるため、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。
【００３６】
（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。プライマー層及び接着層としては、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。
【００３７】
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、本発明のノンアスベスト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、本発明のノンアスベスト摩擦材組成物を、レディーゲミキサー、加圧ニーダー、アイリッヒミキサー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。
【００３８】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、高温での耐摩耗性やメタルキャッチ抑制などに優れるため、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。
【実施例】
【００３９】
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明によって何ら制限を受けるものではない。
なお、実施例及び比較例に示す評価は次のように行った。
【００４０】
（１）高温での耐摩耗性の評価
耐摩耗性は、制動前ブレーキ温度５００℃、制動前速度６０ｋｍ／ｈ、減速度０．３Ｇで１０００回制動を行い、試験前後の摩擦材厚みから、摩擦材の摩耗量を算出した。
（２）メタルキャッチ生成の評価
メタルキャッチ生成の評価では、制動前速度６０ｋｍ／ｈ、制動条件１．９６ｍ／Ｓ2、２．９４ｍ／ｓ2、３．９２ｍ／ｓ2でそれぞれ２回ずつ、制動前温度を５０℃から３００℃まで５０℃間隔で昇温する計３６回の制動を行った後、２５０℃から５０℃まで５０℃間隔で降温し、かつ上記同様の制動条件による計３０回の制動を行った。試験完了後、摩擦材摺動面に生成したメタルキャッチの大きさと数を、以下の基準で評価した。
Ａ：メタルキャッチの生成無し
Ｂ：長径２ｍｍ未満のメタルキャッチが１個〜２個生成
Ｃ：長径２ｍｍ未満のメタルキャッチが３個以上生成
Ｄ：長径２ｍｍ以上のメタルキャッチが１個以上生成
（３）摩擦係数の評価
摩擦係数は、自動車技術会規格ＪＡＳＯ Ｃ４０６に基づき測定し、第２効力試験における摩擦係数の平均値を算出した。
【００４１】
なお、上記耐摩耗性の評価、メタルキャッチ生成及び摩擦係数の評価は、ダイナモメータを用い、イナーシャ７ｋｇｆ・ｍ・ｓ2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。
【００４２】
［実施例１〜１３及び比較例１〜５］
ディスクブレーキパッドの作製
表１に示す配合比率に従って材料を配合し、実施例及び比較例の摩擦材組成物を得た。なお、表１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ディーゲミキサー（株式会社マツボー社製、商品名：レディーゲミキサー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１４５℃、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）を用いて日立オートモティブシステムズ株式会社製の裏金と共に加熱加圧成形し、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５２ｃｍ2）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１に示す。
【００４３】
なお、実施例及び比較例において使用した各種材料は次のとおりである。
（結合材）
・フェノール樹脂：日立化成工業株式会社製（商品名：ＨＰ４９１ＵＰ）
（有機充填剤）
・カシューダスト：東北化工株式会社製（商品名：ＦＦ−１０５６）
（無機充填剤）
・チタン酸塩１：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：０．６ｍ2／ｇ
・チタン酸塩２：大塚化学株式会社製 （商品名：テラセスＰＳ）
成分：チタン酸マグネシウムカリウム、形状：燐片状
メジアン径：４μｍ、比表面積：２．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩３：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：３．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩４：株式会社クボタ製 （商品名：ＴＸＡＸ−ＭＡ）
成分：チタン酸カリウム、形状：板状
比表面積：１．５ｍ2／ｇ
・チタン酸塩５：東邦マテリアル株式会社製 （商品名：ＴＯＦＩＸ−Ｓ）
成分：チタン酸カリウム、形状：柱状
メジアン径：６μｍ、比表面積：０．９ｍ2／ｇ
・チタン酸塩６：大塚化学株式会社製 （商品名：ティスモＤ）
成分：チタン酸カリウム、形状：繊維状
比表面積：７．０ｍ2／ｇ
・酸化ジルコニウム１：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１５μｍ）
・酸化ジルコニウム２：第一稀元素化学工業株式会社製
（商品名：ＢＲ−ＱＺ、平均粒子径６．５μｍ、最大粒子径２６μｍ）
・酸化ジルコニウム３：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４５μｍ）
・黒鉛：ＴＩＭＣＡＬ社製（商品名：ＫＳ７５）
（繊維基材）
・アラミド繊維（有機繊維）：東レ・デュポン株式会社製（商品名：１Ｆ５３８）
・鉄繊維（金属繊維）：ＧＭＴ社製（商品名：＃０）
・銅繊維（金属繊維）：Ｓｕｎｎｙ Ｍｅｔａｌ社製（商品名：ＳＣＡ−１０７０）
・鉱物繊維（無機繊維）：ＬＡＰＩＮＵＳ ＦＩＢＥＲＳ Ｂ．Ｖ製（商品名：ＲＢ２４０ Ｒｏｘｕｌ １０００、平均繊維長３００μｍ）
【００４４】
【表１】
【００４５】
実施例１〜１３は５００℃での摩擦材摩耗量が少なく、優れた耐摩耗性を示し、メタルキャッチを抑制することができ、かつ高い摩擦係数を発現した。酸化ジルコニウムを含有しない比較例２、最大粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを含有する比較例１、チタン酸塩の含有量が１０質量％より少ない比較例３、チタン酸塩の含有量が３５質量％より多い比較例４、並びに鉄繊維を１質量％含有する比較例５では、十分な耐摩耗性が得られず、またメタルキャッチの抑制をすることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のノンアスベスト摩擦材組成物は、従来品と比較して制動時に生成する摩耗粉中の銅が少ないことから環境に優しく、高温での耐摩耗性に優れ、かつ、メタルキャッチ生成を抑制できるため、自動車の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及び摩擦部材に有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項２】
前記チタン酸塩が、燐片状、板状又は柱状である請求項１に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項３】
前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム又はチタン酸マグネシウムカリウムである請求項１又は２に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項４】
前記粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムの含有量が、１〜４０質量％である請求項１〜３のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
【請求項１】
結合材、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中の銅の含有量が銅元素として５質量％以下であり、銅及び銅合金以外の金属繊維の含有量が０．５質量％以下であり、チタン酸塩及び粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムを含有し、かつ、該チタン酸塩の含有量が１０〜３５質量％であり、粒子径が３０μｍを超える酸化ジルコニウムを実質的に含有しないノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項２】
前記チタン酸塩が、燐片状、板状又は柱状である請求項１に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項３】
前記チタン酸塩が、チタン酸リチウムカリウム又はチタン酸マグネシウムカリウムである請求項１又は２に記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項４】
前記粒子径が３０μｍ以下の酸化ジルコニウムの含有量が、１〜４０質量％である請求項１〜３のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載のノンアスベスト摩擦材組成物を成形してなる摩擦材と裏金とを用いて形成される摩擦部材。
【公開番号】特開２０１２−２５５０５２（Ｐ２０１２−２５５０５２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７５７２（Ｐ２０１１−１２７５７２）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
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