JPH069948A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車用クラツチフエーシング等の摺動部材
として使用される摩擦材の摩擦特性の改良。 【構成】 基材成分を樹脂結合剤で結着成型した摩擦材
において、基材成分として、平均大きさ（最長さしわた
し径と最短さしわたし径の和を２で除した値）が１〜１
００μｍで、厚さが０．０１〜２μｍの薄片形状を有す
るチタン酸カリウム多結晶粒子が３〜５０重量％配合さ
れている。所望により、摩擦材の基材成分として常用さ
れる各種の無機または有機繊維、摩擦調整剤等が複合配
合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、鉄道車輪、航
空機、産業機械類等における制動装置を構成するクラッ
チフエーシング、ブレーキライニング、デイスクパツド
等の摺動部材として有用な摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記制動装置における代表的な摺動部材
として、従来よりアスベスト繊維を基材成分とし、これ
を有機系または無機系結合剤に分散させて結着成型した
摩擦材が使用されてきたが、耐熱性等の摩耗特性の向上
に関する自動車業界等の要請、更にはアスベスト繊維に
指摘されている発ガン問題などの環境衛生上の見地か
ら、代替品の開発が強く要請されている。

【０００３】その要請に対し、アスベスト繊維に代えて
チタン酸カリウム繊維を基材成分とする摩擦材が提案さ
れている（特開昭６１−１９１５９９号公報、特開平１
−２９４５５３号公報等）。チタン酸カリウムは、一般
式Ｋ₂ Ｏ・ｎＴｉＯ₂ （ｎは正の実数）で表される合成
無機化合物である。六チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₆Ｏ
₁₃）はその代表例であり、耐熱性にすぐれ、フエード現
象の防止に有効であり、またその硬さがモース硬度４付
近で、相手材攻撃性が小さいこと、吸湿性がなく水と反
応しないので、ブレーキの異常効き等の防止に有効であ
る等の好ましい性質を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】チタン酸カリウムの一
般的形状は微細針状繊維（断面径：約０．１〜１μｍ、
長さ：約５〜１５μｍ）であるが、前記特開平１−２９
４５５３号公報では、比較的粗大な板状多結晶繊維の使
用により、摩耗抵抗性や摩擦係数等の改善効果が得られ
る旨開示されている。本発明はチタン酸カリウムを基材
成分とする摩擦材の摩擦特性、特に摩擦係数の安定性
（温度依存性）を更に改善することを目的としてなされ
たものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段および作用】本発明は、基
材成分を樹脂結合剤で結着してなる摩擦材において、基
材成分として、平均大きさ１〜１００μｍ，厚さ０．０
１〜２μｍの薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子を３〜
５０重量％含有することを特徴としている。

【０００６】

【作用】薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子を基材成分
として含有する本発明の摩擦材は、摩擦係数の温度依存
性が小さく、低温域から高温域に亘って、安定した摩擦
係数を維持する。この改良された摩擦特性は、薄片状チ
タン酸カリウム多結晶粒子の有する耐熱性と適度の硬
さ、および薄片形状であることの形状効果等の相乗作用
によると考えられる。その摩擦係数は適度に低く、従っ
てクラツチフエージング等に特に好適である。

【０００７】本発明の摩擦材の基材成分として使用され
る薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子の粒サイズについ
て、平均大きさが１〜１００μｍで、厚さが０．０１〜
２μｍである範囲に規定したのは、その大きさがそれよ
り粗大であると、分散性が悪くなり、逆にそれより微細
な粒子では薄片としての形態的特徴が弱まり、またその
厚さが厚過ぎると、摩擦摺動面の平滑性が悪く、薄過ぎ
ると、機械強度の不足をきたし、いずれの場合も、基材
成分としての適性が損なわれ、摩擦特性改善効果を十分
に発現させることができなくなるからである。なお、そ
の薄片形状の平均大きさとは、最長さしわたし径と最短
さしわたし径の和を２で除した値である。長さ約５〜１
００μｍ、幅約１〜３０μｍの大きさを有し、アスペク
ト比が約３以上のものは特に好適である。

【０００８】基材成分として配合される上記薄片状チタ
ン酸カリウム多結晶粒子は、六チタン酸カリウムに限定
されず、四チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₄ Ｏ₉ ）や、八
チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₈ Ｏ₁₇）等も、その良好な
耐熱性と適度の硬さ（モース硬度約２〜４）等により好
適に使用される。これらは、その１種の単独配合として
よく、また２種以上を複合して配合してもよい。薄片状
チタン酸カリウム多結晶粒子の配合割合を３重量％以上
としたのは、それより少ないと、その配合効果を十分に
発揮できないからであり、５０重量％を上限としたの
は、それを越えると摩擦特性の改善効果はほぼ飽和し、
それ以上に増量する利益はないからである。

【０００９】本発明の摩擦材は、基材成分として上記薄
片状チタン酸カリウム多結晶粒子の他に、所望により、
摩擦材の基材成分として知られている各種繊維質充填
剤、例えば樹脂繊維（アラミド繊維等）、金属繊維（ス
チール繊維、銅繊維、真ちゆう繊維等）、炭素繊維、ガ
ラス繊維、セラミックス繊維、ロツクウール、木質パル
プ等の１種ないし２種以上が、摩擦材の補強等を目的と
して薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子と複合して適量
（例えば１〜６０重量％）配合される。これらの繊維質
充填剤は必要に応じ、分散性および結合剤との接着性の
向上等を目的として、シラン系カツプリング剤（ビニル
シラン、エポキシシラン、メタアクリロキシラン、メル
カプトキシラン等）、あるいはチタネート系カツプリン
グ剤（イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、
ジ（ジオクチルパイロホスフエート）エチレンチタネー
ト等）による表面処理が施されて使用される。

【００１０】また、本発明の摩擦材は、摩擦調整剤とし
て常用されている各種添加剤、例えば加硫または末加硫
の天然・合成ゴム粉末、カシユー樹脂粉粒体、レジンダ
スト、ゴムダスト等の有機物粉末、または天然・人造黒
鉛、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム
等の無機質粉末、銅、アルミニウム、亜鉛、鉄等の金属
粉末、アルミナ、シリカ、酸化クロム、酸化チタン、酸
化鉄等の酸化物粉末等が製品に要求される摩擦特性、例
えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、ナキ等に応じて
単独または２種以上の組合せとして適量（例えば２０〜
８０重量％）配合され、その他防錆剤、研削剤の補助剤
の適量（例えば６０重量％以下）が必要に応じて配合さ
れた組成に調製されることも、従来の摩擦剤のそれと異
ならない。

【００１１】結合剤である樹脂は、例えばエポキシ樹
脂、フエノール樹脂、ホルムアルデヒド樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリアミド樹脂、アルキド樹脂、シリコーン
樹脂等の熱硬化性樹脂、またはそれらの変性樹脂、ある
いは天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム
等、この種の摩擦材に使用されている各種結合剤を適宜
使用すればよい。

【００１２】本発明の摩擦材の成分構成は、薄片状チタ
ン酸カリウム多結晶粒子の所定量を基材成分として含有
する点を除いて、従来の摩擦材と異なる点はなく、また
その製造に特別の条件や制限は付加されず、常法に従っ
て、まず基材成分を結合剤である樹脂中に分散し、所望
により配合される摩擦調整剤、その他の添加剤を加えて
原料組成物を調合し、ついで金型成型等により加熱加圧
下に結着成型を行い、あるいは別法として原料組成物
を、水等に分散懸濁させ、抄き網上に抄き上げ、搾水し
て紙状体ないしシート状体に抄造したのち、加熱加圧下
に結着成型し、しかるのち、結着成型物に適宜機械加
工、研磨加工を加えて目的とする摩擦剤を得る。

【００１３】

【実施例】 （１）供試摩擦材（デイスクパツド）の製造原料組成物の配合 基材成分 …２０重量％ 結合剤（フエノール樹脂）〔日立化成（株）製「ＨＰ３０９ＮＳ」〕 …２０重量％ 摩擦調整材（硫酸バリウム）〔堺化学工業（株）製「ＢＡ」〕 …５０重量％ 上記組成物を、予備成型（加圧力：３００ｋｇｆ／ｃｍ
² ，温度：常温，時間：１分間）の後、金型による結着
形成（加圧力：１５０ｋｇｆ／ｃｍ² ，温度：１７０
℃，時間：５分間）を行い、成型後、熱処理（１８０℃
で３時間保持）を施す。金型から取り出したのち、研磨
加工を施して下記の供試摩擦材（デイスクパツド）Ａ〜
Ｄを得た。

【００１４】供試摩擦材Ａは発明例、摩擦材Ｂ〜Ｄは比
較例であり、それぞれに使用した基材成分は次のとおり
である。摩擦材Ａ（発明例） 薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子（平均大きさ：２５
μｍ（長さ４０μｍ，幅１０μｍ），厚さ：約０．３μ
ｍ，アスペクト比：約４）〔後記参考例参照〕摩擦材Ｂ アスベスト繊維（６クラス）摩擦材Ｃ 粗大板状チタン酸カリウム（断面径：２０〜５０μｍ，
長さ：１００〜３００μｍ）摩擦材Ｄ 微細針状チタン酸カリウム繊維（断面径：０．２〜０．
５μｍ，長さ：５〜１０μｍ）

【００１５】（２）摩擦試験 各供試摩擦材Ａ〜Ｄについて、ＪＩＳ Ｄ４４１１「自
動車用ブレーキライニイグ」の規定に準拠した定速式摩
擦摩耗試験（デイスク摩擦面：ＦＣ２５ねずみ鋳鉄，面
圧：１０ｋｇｆ／ｃｍ² ，摩擦速度：７ｍ／秒）を行っ
て摩耗率（ｃｍ³ ／ｋｇｍ）および摩擦係数（μ）を測
定した。図１および図２にその測定結果を示す（図１：
摩耗率，図２：摩擦係数）。

【００１６】図１，図２に示したように、摩擦材Ａ（発
明例）は、摩擦係数の温度依存性が小さく、低温域から
高温域に亘って、適度に低い摩擦係数を安定に維持して
おり、また耐摩耗性も相対的に良好である。これに対
し、粗大板状チタン酸カリウムを使用した摩擦材Ｃは良
好な耐摩耗性を有しているが、温度による摩擦係数の変
化が大きく、他方微細な針状チタン酸カリウム繊維を使
用した摩擦材Ｄは、摩擦係数の温度依存性は比較的小さ
いものの、耐摩耗性に乏しく、温度上昇と共に摩耗量は
急激に増大している。また、アスベスト繊維を使用した
代表的な従来材である摩擦材Ｂは、摩擦材Ｄとはほぼ同
様の傾向を示し、摩擦係数の温度依存性は比較的小さい
が、温度の上昇に伴う耐摩耗性の低下が大きい。

【００１７】 参考例−薄片状チタン酸カリウム多結晶粒子の製造− （１）出発原料 精製酸化チタン粉末（純度９９％）と工業用炭酸カリウ
ム粉末（純度９９％）を、ＴｉＯ₂ ／Ｋ₂ Ｏ（モル比）
が約２となる割合で混合。 （２）加熱溶融および冷却凝固処理 出発原料を白金るつぼに入れて加熱溶融（１１００℃×
４０分）。溶融物を金属製冷却皿に流し込み、冷却皿の
底面から上方に向かう指向性凝固を行わせ、繊維状二チ
タン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₂ Ｏ₅ ）の固化物を得る。 （３）脱カリウム処理および湿式粉砕処理 固化物を２００倍量（重量）の水（常温）に浸漬し、プ
ロペラ攪拌下に、５時間を要して脱カリウム処理し、六
チタン酸カリウム相当の化学組成に変換。ついで、家庭
用ミキサにより、１０分間を要して湿式粉砕処理。 （４）焼成処理 液中から回収した粉砕物を脱水・乾燥（風乾）し、つい
でアルミナるつぼに入れ、９００℃の炉中で３時間焼成
処理して薄片形状の六チタン酸カリウム多結晶粒子を得
る。 平均大きさ：２５μｍ（長さ４０μｍ，幅１０μ
ｍ）、厚さ：約０．３μｍ，アスペクト比：約４。

【００１８】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、低温から高温の広い
温度域に亘って、すぐれて安定した摩擦効果と耐摩耗性
を有している。従って、自動車、車輌、航空機、各種産
業機械類の制動装置におけるクラツチフエーシング、ブ
レーキライニング、デイスクパツド等として使用するこ
とにより、制動機能の向上・安定化、耐用寿命の改善効
果等が得られる。高摩擦係数を必要としないクラツチフ
エーシングには最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】定速摩擦摩耗試験による摩耗率測定結果を示す
グラフである。

【図２】定速摩擦摩耗試験による摩擦係数測定結果を示
すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材成分を樹脂結合剤で結着してなる摩
   擦材において、基材成分として、平均大きさ１〜１００
   μｍ，厚さ０．０１〜２μｍの薄片状チタン酸カリウム
   多結晶粒子を３〜５０重量％含有することを特徴とする
   摩擦材。