JP2822512B2 - 摩擦材組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は摩擦材組成物に関するものであり、特に、
電磁クラッチ等に用いられる摩擦材組成物に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来、電磁クラッチ等に使用される摩擦材料として
は、アスベスト繊維、有機充填材、無機充填材および摩
擦摩耗調整剤等にフェノール樹脂のような熱硬化性樹脂
結合剤を加えて、加熱プレス成形し、硬化したものが用
いられていた。アスベスト繊維が摩擦材料の補強材の役
割を果たしていた。しかし、アスベスト粉塵は発癌のお
それがあるので、補強材として金属繊維、ガラス繊維、
セラミックス繊維、合成繊維等を用いた摩擦材が開発さ
れた。

しかし金属繊維を用いた摩擦材には次のような問題が
あった。摩擦材中の金属繊維が錆びると、摩擦材の機械
的強度が低下した。また、電磁クラッチ用摩擦材は、非
磁性体でなければならないため、磁性金属繊維を用いた
摩擦材は電磁クラッチ用摩擦材として使用できなかっ
た。

ガラス繊維を用いた摩擦材、セラミックス繊維を用い
た摩擦材には次のような問題があった。ガラス、セラミ
ックスはアスベストよりも硬いので、ガラスやセラミッ
クスを用いた摩擦材をクラッチ用摩擦材として使用する
と、他方のクラッチ用摩擦材がすぐに摩耗してしまう。

合成繊維を用いた摩擦材には次のような問題があっ
た。合成繊維（たとえばアラミド繊維）は、人工的に製
造するものなので、アスベスト繊維に比べ、製造費が高
くなる。したがって、合成繊維を用いた摩擦材はアスベ
スト繊維を用いた摩擦材に比べ高価なものになった。

合成繊維を用いた摩擦材の問題点を解決するものとし
ては、特開昭63−142034号公報に開示された摩擦材があ
る。この摩擦材は、補強材として安価なセルロースパル
プを用いている。セルロースパルプの摩擦材中におけ割
合は、25〜35容量％である。

［発明が解決しようとする課題］ セルロースパルプは吸水性があるので、セルロースパ
ルプを大量に含む前記摩擦材は、水に濡れた場合または
湿潤な状況下に置かれた場合、摩擦材が膨潤してしま
う。摩擦材が膨潤すると、摩擦材は設計寸法より大きく
なる。摩擦材が設計寸法より大きくなると、自動車のク
ラッチの場合、次のようなことが起きる。すなわち、ク
ラッチを少し踏むだけで、トルクが車輪に伝達され、自
動車が急発進してしまう。

この発明はかかる従来の問題点を解決するためになさ
れたものである。この発明の目的は、錆びず、磁化され
ず、安価で、膨潤率が低い摩擦材を提供することであ
る。

［課題を解決するための手段］ この発明に従った摩擦材組成物は、補強用繊維材料、
有機充填材および摩擦摩耗調整剤を熱硬化性樹脂結合剤
で結合したものである。

補強用繊維材料は、セルロースパルプとチタン酸カリ
ウム繊維とを備えている。セルロースパルプの摩擦材組
成物中における割合は、５〜20容量％である。チタン酸
カリウム繊維の摩擦材組成物中における割合は、15〜30
容量％である。

摩擦材組成物中における有機充填材の割合は、30〜50
容量％である。

摩擦摩耗調整剤は、金属酸化物と金属とを備えてい
る。金属酸化物の摩擦材組成物中における割合は、２〜
５容量％である。金属の摩擦材組成物中における割合
は、５〜10容量％である。

摩擦材組成物は気孔を備えている。気孔率は15〜30容
量％である。

［作用］ この発明に従った摩擦材は、補強用繊維材料としてセ
ルロースパルプとチタン酸カリウム繊維とを備えてい
る。チタン酸カリウム繊維も摩擦材の機械的強度を高め
るので、摩擦材中におけるセルロースパルプの割合を減
らすことができる。摩擦材中におけるセルロースパルプ
の量が減ると、摩擦材の膨潤率を低くできる。

補強用繊維材料としてセルロースパルプを含めたの
は、補強用繊維材料がチタン酸カリウム繊維のみからな
ると、摩擦材の圧縮歪率が、摩擦材の特性として要求さ
れる圧縮歪率より低い値になってしまうからである。

セルロースパルプの割合を５〜20容量％としたのは次
の理由からである。セルロースパルプの割合が５容量％
より低いと、摩擦材の機械的強度は摩擦材の特性として
要求される機械的強度より低くなる。セルロースパルプ
の割合が20容量％より高くなると、摩擦材の膨潤率が摩
擦材の特性として要求される膨潤率より高くなってしま
う。

摩擦材組成物中におけるチタン酸カリウム繊維の割合
を15〜30容量％としたのは次の理由からである。チタン
酸カリウム繊維の割合が15容量％より低いと、摩擦材の
機械的強度が摩擦材の特性として要求される機械的強度
より低くなってしまう。チタン酸カリウム繊維の割合が
30容量％より高くなると、摩擦材の圧縮歪率が摩擦材の
特性として要求される圧縮歪率より低くなってしまう。

摩擦材組成物中における有機充填材の割合を、30〜50
容量％としたのは次の理由からである。有機充填材の割
合が30容量％より低くなると、摩擦材の圧縮歪率が摩擦
材の特性として要求される圧縮歪率より低くなってしま
う。有機充填材の割合が50容量％より高くなると、摩擦
材の耐熱性が低下する。

摩擦摩耗調整剤は、金属酸化物と非磁性金属との両方
を備えていなければならない。摩擦摩耗調整剤として金
属酸化物と非磁性金属とを用いることにより、摩擦材の
摩擦係数が摩擦材の特性として要求される摩擦係数にな
るからである。

摩擦材組成物中における金属酸化物の割合を、２〜５
容量％としたのは次の理由からである。金属酸化物の割
合が２容量％より低くなると、摩擦材の摩擦係数は摩擦
材の特性として要求される摩擦係数より小さくなる。金
属酸化物の割合が５容量％より高いと、摩擦材が硬くな
りすぎ相手摩擦材の摩耗量を大きくしてしまう。

非磁性金属の割合を５〜10容量％とした理由は、金属
酸化物の場合と同じである。

気孔率を15〜30容量％としたのは次の理由からであ
る。気孔率が15容量％より低くなると、摩擦材の圧縮歪
率が摩擦材の特性として要求される圧縮歪率より低くな
る。気孔率が30容量％より高くなると、摩擦材の機械的
強度が摩擦材の特性として要求される機械的強度より低
くなる。

［実施例］ この発明の摩擦材組成物の一実施例を以下のようにし
て作製した。材料の割合は、第１表に示すとおりであ
る。単位は容量％である。セルロースパルプとチタン酸
カリウム繊維は補強用繊維材料として用いられる。合成
ゴムとコルク粉は有機充填材として用いられる。銅粉と
酸化マグネシウムは摩擦摩耗調整剤として用いられる。
銅粉が非磁性金属であり、酸化マグネシウムが金属酸化
物である。炭酸カルシウムは無機充填材として用いられ
る。無機充填材は増量剤の役割を果たす。粉末フェノー
ル樹脂は熱硬化性樹脂結合剤として用いられる。

まず、第１表に示す材料を混合機に入れ、材料を混合
機により均一に混合した。

この混合物を圧縮成形機の型に入れ、成形した。成形
条件は、面圧100kg/cm²、型温度165℃、時間４分であ
る。

次にこの成形物を熱処理した。条件は、温度200℃、
時間５時間であった。

次に熱処理をした成形物の表面を、砥石で研摩し、摩
擦板にした。摩擦板の形状はドーナッツ型である。

比較例１〜７を、実施例と、同じようにして作製し
た。材料の割合は、第１表に示すとおりである。第１表
に示す数値のうち、アンダーラインで示した数値が、こ
の発明の数値の範囲を逸脱している数値である。

第１表に示す気孔率は、特開昭61−161438号公報に開
示された気孔率迅速測定法により測定した値である。

また、実施例、比較例１〜７におけるチタン酸カリウ
ム繊維は、水溶性フェノール樹脂で表面処理したものを
用いた。表面処理は次のようにして行なった。水に水溶
性フェノール樹脂を溶かし、この溶液にチタン酸カリウ
ム繊維を混ぜ、混ぜた溶液を乾燥させた。

チタン酸カリウム繊維とフェノール樹脂との混合物中
におけるフェノール樹脂の割合が、２〜15重量％である
ことが好ましい。フェノール樹脂の割合が２重量％より
低いと、チタン酸カリウム繊維の表面全部に皮膜を形成
することができなくなる。フェノール樹脂の割合が15重
量％より高いと、チタン酸カリウム繊維の表面における
フェノール樹脂の皮膜が厚くなりすぎ、摩擦材の摩擦係
数が低下する。

実施例、比較例１〜７を用いて、第２表に示す試験を
実施した。膨潤率の試験は、次に示す方法で行なった。
まず、乾燥室中で摩擦板を十分に乾燥した後、摩擦板の
厚み方向の寸法、摩擦板の径方向の寸法をそれぞれ測定
した。次に、寸法測定後の摩擦板を水に浸漬した。条件
は、時間は20時間、水の温度は室温である。そしてこの
摩擦板の厚み方向の寸法と径方向の寸法とを測定した。
膨潤率は次に示す式により求める。

｛（水に浸漬した後の寸法−乾燥時の寸法）／乾燥時の寸法｝×100 第２表に示す相手攻撃性は、次のようにして判定し
た。クラッチを100回制動させ、相手摩擦材の重量が、
0.1g以上減っていない場合は、“相手攻撃性なし”と
し、それ以外は、“相手攻撃性あり”とした。

第２表に示す各試験の合格値を、第２表に示す。

自動者用のクラッチの摩擦材として用いることができ
る値を合格値とした、第２表に示す数値のうち、アンダ
ーラインで示す数値が不合格を示している。

第２表に示すように、この発明の一実施例は、すべて
の試験に合格した。

この実施例においては、表面処理が施されたチタン酸
カリウム繊維を用いているが、この発明においてはこれ
に限定されるわけではなく、表面処理をしていないチタ
ン酸カリウム繊維であってもよい。しかし、チタン酸カ
リウム繊維を表面処理すると次に示すような効果があ
る。チタン酸カリウム繊維を表面処理すると、表面処理
材の接着力により、複数個のチタン酸カリウム繊維が結
合し、チタン酸カリウム繊維が粒状になる。粒状のチタ
ン酸カリウム繊維を材料として用いると、材料混合時、
粉塵発生を抑えられ、公害防止になる。

また、表面処理材と熱硬化性樹脂結合材とのなじみ
は、チタン酸カリウム繊維と熱硬化性樹脂結合剤とのな
じみに比べて良いので、圧縮成形した場合、成形性が良
くなる。

またチタン酸カリウム繊維の表面には、孔やひげ状の
突起物があるので、チタン酸カリウム繊維の表面積は、
繊維長が同じでも、チタン酸カリウム繊維ごとに違う。
したがって、表面処理が施されていないチタン酸カリウ
ム繊維を用いると、チタン酸カリウム繊維表面全部に熱
硬化性樹脂結合剤を塗れない場合が起きる。チタン酸カ
リウム繊維表面全部に熱硬化性樹脂結合剤を塗れない
と、摩擦材の機械的強度が落ちる。これに対し、チタン
酸カリウム繊維に表面処理をすると、チタン酸カリウム
繊維の表面を表面処理材が覆う。表面処理材の表面に
は、穴やひげ状の突起物がないので、表面処理材の表面
は安定している。表面処理物質の表面が安定しているの
で、表面処理物質表面に塗る熱硬化性樹脂結合剤の量が
不足するという問題は起きにくくなる。

この実施例においてはフェノール樹脂を用いて表面処
理をしているが、エポキシ樹脂を用いて表面処理をして
もよい。

この実施例においては、炭酸カルシウムを無機充填材
として用いている。しかしながら、無機充填材を添加し
なくても、摩擦材の形状を所望の形状にできるなら、無
機充填材を添加しなくてもよい。

この実施例においては、チタン酸カリウム繊維の代わ
りにセラミックファイバ、ロックファイバ、ガラスファ
イバ等を用いることも考えられるが、チタン酸カリウム
繊維のモース硬度は５以下であるので、相手攻撃性を弱
くできるからチタン酸カリウム繊維を用いるのが最も好
ましい。なお、ロックファイバとは、岩石を溶融して、
岩石をファイバ状にしたものである。

セルロースパルプの繊維長は150μｍ以下が望まし
い。繊維長が150μｍより大きくなると、セルロースパ
ルプの量を正確に計り取れなくなるからである。

この実施例においては、金属酸化物として、酸化マグ
ネシウムを用いている。しかしながらこの発明において
はこれに限定されるわけではなく、酸化アルミニウムや
酸化珪素を用いてもよい。

この実施例においては、非磁性金属として銅を用い
る。しかしながら、この発明においては、これに限定さ
れるわけではなく、アルミニウム、スズ等であってもよ
い。

［効果］ この発明に従った摩擦材組成物は、補強用繊維材料と
してセルロースパルプとチタン酸カリウム繊維とを備え
ている。チタン酸カリウム繊維も摩擦材の機械的強度を
高める働きをする。したがって、この発明に従った摩擦
材組成物によれば、セルロースパルプの量を減らすこと
ができるので、摩擦材組成物の膨潤率を小さくすること
ができる。

また、セルロースパルプやチタン酸カリウム繊維は、
合成繊維よりも安価なので、この発明に従った摩擦材組
成物は、合成繊維を用いた摩擦材組成物より安価にする
ことができる。

また、セルロースパルプやチタン酸カリウム繊維は磁
化されないので、この発明に従った摩擦材組成物は、電
磁クラッチ用の摩擦材にも用いることができる。

セルロースパルプやチタン酸カリウム繊維は錆びない
ので、この発明に従った摩擦材組成物によれば、摩擦材
が錆び、摩擦材の機械的強度が劣化するということがな
くなる。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C09K 3/14 F16D 69/02 C08J 5/14 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補強用繊維材料、有機充填材および摩擦摩
   耗調整剤を熱硬化性樹脂結合剤で結合してなる摩擦材組
   成物において、 前記補強用繊維材料は、前記摩擦材組成物中における割
   合が５〜20容量％のセルロースパルプと、15〜30容量％
   のチタン酸カリウム繊維とを備え、 前記摩擦材組成物中における前記有機充填材の割合は30
   〜50容量％であり、 前記摩擦摩耗調整剤は、前記摩擦材組成物中における割
   合が２〜５容量％の金属酸化物と、５〜10容量％の非磁
   性金属とを備え、 気孔率が15〜30容量％であることを特徴とする摩擦材組
   成物。
2. 【請求項２】前記チタン酸カリウム繊維は、フェノール
   またはエポキシ樹脂で表面処理されている、請求項１に
   記載の摩擦材組成物。