JPH0853553A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車のブレーキ装置等を構成する摩擦材の
摩擦摩耗特性の改良。 【構成】 樹脂に基材を配合した混合物を結着成形して
なる摩擦材において、基材として、チタン酸カルシウム
（ＣａＴｉＯ₃ ）の粉末または板状多結晶繊維を配合す
る。配合量は３〜５０重量％である。公知の他種基材
（ポリアミド繊維，スチール繊維，炭素繊維等）や摩擦
調整剤（硫酸バリウム等）、その他の添加剤（潤滑剤，
防錆剤等）が必要に応じ適量配合される。

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，鉄道車両，航
空機，産業機械類等の制動装置におけるブレーキライニ
ング，ディスクパッド，クラッチフェーシング等の摺動
面を構成する摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記制動装置の摩擦材は、樹脂（フェノ
ール樹脂，エポキシ樹脂等）を結合剤としてこれに基材
を分散し、必要に応じて摩擦・摩耗調整剤（硫酸バリウ
ム等）を添加した混合物を加熱・加圧下に結着成形する
ことにより製造される。従来より基材としてアスベスト
繊維が使用されてきたが、アスベスト繊維を基材とする
摩擦材は、摩擦面の高温化に伴つて摩耗損傷が著しく増
大すると共に、摩擦係数が急激に低下するフェード現象
を生じる欠点があり、またアスベスト繊維には発がん性
の問題も指摘されている。このため、アスベスト代替品
の開発が進められ、アルミナ・シリカ繊維、チタン酸カ
リウム繊維（代表的には六チタン酸カリウム繊維（Ｋ₂
Ｔｉ₆ Ｏ₁₃））等を基材とする摩擦材の実用化が試みら
れている（例えば、特開昭６１−１９１５９９号公報，
特開平１−２９４５５３号公報等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】チタン酸カリウムは高
融点で、硬度もアスベスト繊維に近く（モース硬度約３
〜４）、相手材攻撃性が小さい等の好ましい性質を有す
る合成無機化合物であり、これを基材とする摩擦材は、
アスベスト繊維を使用した従来の摩擦材を凌ぐ摩擦摩耗
特性を示す。しかし、高温域（約３００℃以上）におけ
る耐フェード特性、摩擦係数は未だ十分なものとはいえ
ない。耐フェード特性等を更に高める目的で、チタン酸
カリウム繊維とアルミナ・シリカ繊維を複合配合するこ
とも提案されているが、アルミナ・シリカ繊維はモース
硬度約７と硬質であるため、複合配合に伴つて相手材攻
撃性が強くなってしまう。また、チタン酸カリウムは、
結晶中のＫイオンが溶出することによるアルカリ・アタ
ック（結着剤である樹脂と反応し、樹脂を分解変質させ
る現象）の問題がある。そこで、本発明は、従来の摩擦
材に付随する問題を解消し、高温域における摩擦摩耗特
性を安定に維持し得る、耐フェード特性に優れた摩擦材
を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦材は、樹脂
中に基材を配合した混合物を結着成形してなる摩擦材に
おいて、基材として、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ
₃ ）の粉末または板状多結晶繊維が３〜５０重量％配合
されていることを特徴としている。

【０００５】

【作用】チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ₃ ）は、ペロ
ブスカイトと称される高融点（約１９７０℃以上）およ
び高硬度（モース硬度約５．５）を有する結晶であり、
その粉末または板状多結晶繊維を基材とする本発明の摩
擦材は、高温域において高い摩擦係数と耐摩耗性を有す
る。その摩擦係数は高温になる程高くなる傾向を示す。
また、基材にアルミナ・シリカ繊維等を使用した場合の
ような相手材攻撃性はなく、かつ基材はＫイオンを含ま
ないので、チタン酸カリウム繊維の場合のようなアルカ
リ・アタックの懸念もない。本発明の摩擦材の摩擦係数
が、高温になる程高くなる原因は未だ明らかではない
が、チタン酸カルシウム特有の性質によるものと考えら
れる。また、基材であるチタン酸カルシウムとして、粉
末（粒状物）を使用した摩擦材と、板状多結晶繊維を使
用した摩擦材の摩擦摩耗特性を対比すると、前者は高摩
擦係数を有する点で後者を凌ぎ、後者は耐摩耗性の点に
おいて前者にまさる特性を示す。

【０００６】本発明における基材であるチタン酸カルシ
ウムの配合割合を３〜５０重量％に限定したのは、３重
量％より少ないと、その配合効果が不足し、他方５０重
量％をを越えると、摩擦・摩耗特性の改善効果は飽和
し、それ以上に増量する利益がないからである。チタン
酸カルシウムは粉末または板状多結晶繊維として配合さ
れる。粉末を使用する場合、粉末粒径が微細に過ぎる
と、樹脂中への均一分散混合が困難となり好ましくな
い。分散混合の均一性を確保すると共に、補強効果とし
て摩擦摩耗特性の改善効果を十分に発現させるために、
粒径約１〜２０μｍの範囲のものが適当である。他方、
板状多結晶繊維を使用する場合においても、繊維サイズ
が微細に過ぎると、補強効果が十分に発現されず、逆に
粗大に過ぎると、原料調製における混合過程で繊維の破
損を生じ、板状多結晶繊維形態の特質が損なわれる。か
かる観点から、多結晶板状繊維は、長さ約５０〜２００
μｍ、幅約１０〜５０μｍ，厚さ約５〜１０μｍ，アス
ペクト比（長さ／幅）約３〜７のものが好適に使用され
る。

【０００７】本発明の摩擦材は、基材として、上記チタ
ン酸カルシウムと共に、公知の他材種のものを複合的に
配合することもできる。例えばポリアミド（ナイロン）
繊維，アラミド繊維，スチール繊維，ステンレス繊維，
銅繊維，黄銅繊維，炭素繊維，ガラス繊維，アルミナ・
シリカ繊維，ロックウール，木質パルプ等が挙げられ
る。これらはその１種〜２種以上が任意に選択され、配
合量は特に限定されないが、チタン酸カルシウムとの合
計量で約１０〜６５重量％となる範囲で配合してよい。
基材は必要に応じ、分散性、結合剤樹脂との結着性の向
上等を目的として、シラン系カップリング剤（アミノシ
ラン，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）、またはチタネート系
カップリング剤（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ェート）エチレ
ンチタネート等）による表面処理（カップリング処理）
が常法に従って施されて使用される。

【０００８】本発明の摩擦材は、所望により、公知の摩
擦摩耗調整剤、例えば、加硫もしくは未加硫の天然・合
成ゴム粉末，カシュー樹脂粉粒体，レジンダスト，ゴム
ダスト等の有機物粉末、天然・人造黒鉛，二硫化モリブ
デン，三硫化アンチモン，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，酸化銅，三酸
化アンチモン，酸化チタン，酸化鉄等の酸化物粉末等か
ら選ばれる１種ないし２種以上の成分が、摩擦摩耗特性
（摩擦係数，摩耗抵抗性，振動特性，ナキ等）の改善を
目的として適量（例えば２０〜７０重量％）配合され
る。また、各種添加剤、例えば防錆剤、潤滑剤、研削剤
等が、その用途・使用態様等に応じて適量配合（例えば
５０重量％以下）されることも通常の摩擦材と異ならな
い。

【０００９】結合剤である樹脂成分は、通常使用される
材種、例えばフェノール樹脂，ホルムアルデヒド樹脂，
エポキシ樹脂，シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂、また
はこれらの変性（カシュー油変性，乾性変性等）熱硬化
性樹脂、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム，ニトリル
ゴム等のゴム系樹脂等が挙げられる。

【００１０】本発明の摩擦材を製造するための原料混合
物の調製は、基材としてチタン酸カルシウムの粉末また
は板状多結晶繊維が使用される点を除いて、従来一般の
摩擦材と異ならず、またその製造工程にも特別の条件な
いし制限は課せられない。すなわち、基材を結合剤樹脂
中に分散し、必要に応じて配合される摩擦摩耗調整剤、
および防錆剤，潤滑剤，研削剤等を添加し、均一に混合
して原料組成物を調製し、予備成形についで金型成形等
により、加熱・加圧下（加圧力約１０〜４０ＭＰａ，温
度約１５０〜２００℃）に結着成形を行い、型から取り
出した後、所望により加熱炉内で熱処理（温度約１５０
〜２００℃，保持時間約１〜１２Ｈｒ）を施し、しかる
後その成形体に機械加工、研磨加工を加えて所定の形状
を有する摩擦材に仕上げる。別法として、原料組成物
を、水等に分散懸濁させ、抄き網で抄きあげ、搾水して
シートを抄造し、その適当枚数を重ね、加熱・加圧下に
結着成形する工程を経由し、その成形体を機械加工，研
磨加工して所定の摩擦材を得ることもできる。

【００１１】

【実施例】

〔実施例１〕 （原料組成物の調製） 基材：チタン酸カルシウム板状多結晶繊維（後記参考例
１による） 長さ200 μｍ，幅50μｍ，厚さ10μｍ，アスペクト比4,
（平均） 配合割合： 基 材 …３０重量％
． 結合剤樹脂（フェノール樹脂） …２０重量％ 摩擦調整剤（硫酸バリウム） …５０重量％ （摩擦材の成形）上記原料組成物を予備成形（加圧力：
14.7ＭＰａ＝150Kg /cm ² ，温度：常温，時間：1 分
間）の後、金型による結着成形（加圧力：14.7ＭＰａ＝
150Kg/cm ²，温度：170 ℃, 加圧保持時間：5 分間）を
行い、成形後、離型して乾燥炉で熱処理（180 ℃に3 時
間保持) を施す。その後、所定寸法に切断し、研磨加工
を加えて供試摩擦材( ディスクパッド) を得る。この摩
擦材をＡ１とする。

【００１２】〔実施例２〕 基材：チタン酸カルシウム粉末（後記参考例２による） 粒径約１０μｍ（平均） 上記基材を使用した点を除いて前記実施例１と同一の製
造条件により供試摩擦材を得る。この摩擦材をＡ２とす
る。

【００１３】〔比較例１〕 基材：アスベスト繊維（６クラス） 上記基材を使用した点を除いて前記実施例１と同一の製
造条件により供試摩擦材を得る。この摩擦材をＢとす
る。

【００１４】〔比較例２〕 基材：六チタン酸カリウム（Ｋ₂ Ｔｉ₆ Ｏ₁₃）多結晶繊
維 長さ１５０μｍ，幅３０μｍ，アスペクト比５ ,（平
均） 上記基材を使用した点を除いて前記実施例１と同一の製
造条件による供試摩擦材を得る。この摩擦材をＣとす
る。

【００１５】〔摩擦摩耗試験〕上記発明例の摩擦材Ａ１
（実施例１），Ａ２（実施例２），摩擦材Ｂ（比較例
１）、および摩擦材Ｃ（比較例２）のそれぞれについ
て、JIS D4411 「自動車用ブレーキライニング」に規定
の定速度摩擦摩耗試験により、摩擦係数および摩耗率
（ｃｍ³ ／Ｎ・ｍ）を測定し、図１および図２に示す結
果を得た〔図１：摩擦係数，図２：摩耗率〕。 ディスク摩擦面：ＦＣ25ねずみ鋳鉄、 面圧：10Kg/cm ² 、 摩擦速度：7m/s。

【００１６】図１（摩擦係数）および図２（比摩耗率）
に示したように、摩擦材Ｂ（基材繊維：アスベスト繊
維）は、低温域および高温域での摩擦係数が低く、特に
３００℃を越える高温域での低下が顕著であり、耐摩耗
性も、高温化に伴なって急激に低下している。摩擦材Ｃ
（基材繊維：六チタン酸カリウム多結晶繊維）は、上記
摩擦材Ｂに比べ、高温度域における摩耗損傷は軽微で、
高温化に伴う摩擦係数の低下も少ないが、高温域におけ
る耐フェード特性，耐摩耗性は十分でない。これに対
し、発明例の摩擦材Ａ１（実施例１）およびＡ２（実施
例２）は、高温域においても、高摩擦係数を失わず、む
しろその摩擦係数は高温になるにつれ高くなり、また耐
摩耗性も、低温域はむろん、３００℃を越える高温域で
も極めて軽微であり、その摩擦・摩耗特性の改善効果は
歴然である。

【００１７】〔参考例１〕（チタン酸カルシウム多結晶
板状繊維の製造） (1)原料調製：精製アナターゼ粉末（ＴｉＯ₂ ）と工業
用炭酸カリウム粉末（Ｋ₂ ＣＯ）を、ＴｉＯ₂ / Ｋ₂ Ｏ
のモル比が約２となる割合に混合。 (2)加熱溶融および溶融生成物の冷却凝固：上記原料を
白金るつぼに入れ、温度1100℃で40分間加熱溶融。溶融
生成物を冷却して塊状物（繊維状二チタン酸カリウム結
晶〔Ｋ₂ Ｔｉ₂ Ｏ₅ 〕を含む）を得る。 (3)脱カリウム・解繊処理：塊状物を50倍（重量比) の
水に一夜浸漬した後、工業用硫酸(62.5 ％) を、塊状物
と同量添加し、プロベラ攪拌下、Ｋの全量を溶出すると
共に繊維を分離（解繊）し、水和チタン酸の多結晶繊維
を得る。 (4)カルシウム化合物との反応：上記水和チタン酸の多
結晶繊維の粉末に、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃ ）、お
よびフラックスとして塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と塩
化カリウム（ＫＣｌ）を配合し、水中に分散して攪拌混
合の後、脱水乾燥する。 水和チタン酸粉末 …７０ｇ 炭酸カルシウム …１３１．５５ｇ フラックス（塩化ナトリウム） …２０．２３ｇ （塩化カリウム） …５１．６２ｇ (5)焼成処理：上記混合物を温度を800 ℃で、１時間加
熱保持。 (6)焼成物の洗浄処理：焼成物の50倍（重量比）の水に
塩酸を添加した酸性水溶液〔pH 3，液温 60 ℃〕に焼成
物を投入して攪拌し、未反応の炭酸カルシウム、および
フラックス成分を除去。繊維を液中から回収し、脱水乾
燥して下記の繊維を得る。 繊維組成：ＣａＴｉＯ₃ （ペロブスカイト）〔Ｘ線回
折〕 繊維サイズ（平均）：長さ200 μｍ、幅50μｍ、厚さ10
μｍ、アスペクト比（長さ／幅）４〔走査型電子顕微
鏡〕。

【００１８】〔参考例２〕（チタン酸カルシウム粉末の
製造） (1)原料調製 精製アナターゼ粉末と炭酸カルシウム粉末とを、ＴｉＯ
₂ ／ＣａＯのモル比が1.0 となる割合に配合し、ミキサ
ーで乾式混合した後、プレス成形（加圧力5.1ＭＰａ）
する。 (2)焼成処理 前記焼成体を、温度１４５０℃で３Hrを要して焼成処理
する。 (3)焼成物の粉砕処理 焼成物をハンマで粉砕後、水を加え家庭用ミキサで湿式
粉砕処理を行い、脱水乾燥して下記の粉末を得る。 粉末組成：ＣａＴｉＯ₃ （ペロブスカイト）〔Ｘ線回
折〕 粉末粒径（平均）：１０μｍ〔走査型電子顕微鏡〕。

【００１９】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、改良された摩擦係数
と耐摩耗性とを有し、高温域においても優れた耐フェー
ド特性，耐摩耗性を示す。従って、自動車，車両，航空
機，各種産業機械類の制動装置を構成するブレーキライ
ニング，ディスクパッド，クラッチフェーシング等とし
て有用であり、制動装置の小型化・軽量化等への対応を
可能とし、制動機能の向上・安定化、耐久性の改善等の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】摩擦摩耗試験による摩擦係数の測定結果を示す
グラフである。

【図２】摩擦摩耗試験による摩耗率の測定結果を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

Ａ１：発明例（基材：チタン酸カルシウム板状多結晶繊
維）、 Ａ２：発明例（基材：チタン酸カルシウム粉末）、 Ｂ ：比較例（基材：アスベスト繊維，６クラス）。 Ｃ ：比較例（基材：六チタン酸カリウム多結晶繊
維）、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂に基材を配合した混合物を結着成形
   してなる摩擦材において、基材として、チタン酸カルシ
   ウム（ＣａＴｉＯ₃ ）の粉末または板状多結晶繊維が３
   〜５０重量％配合されていることを特徴とする摩擦材。