JPH09328561A

JPH09328561A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH09328561A
Application number: JP15067596A
Authority: JP
Inventors: Kenji Azuma; 健司東; Masafumi Yasuda; 雅文安田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 1997-12-22
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: JP3292973B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車のブレーキ装置構成部材等として使用さ
れる摩擦材の摩擦摩耗特性の改良。【解決手段】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、チタン酸アルカリ
金属結晶粒と、モース硬度６〜８の無機酸化物粒子とが
結合した複合粒子からなる複合化合物粉末を適量（約３
〜５０重量％）配合する。チタン酸アルカリ金属は六チ
タン酸カリウムが好適であり、無機酸化物は、酸化マグ
ネシウム，酸化鉄，酸化ジクコニウム，酸化珪素，ジル
コン等である。無機酸化物粒の含有量は１〜３０重量
％、複合粒子の粒径は１０〜１００μｍ（平均）、無機
酸化物粒の粒径は１〜１０μｍ（平均）が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。従来よりアスベスト繊維を基材
成分とする摩擦材が使用されてきたが、摩擦面の高温化
に伴う摩耗損傷が著しく、摩擦係数の急激な低下・フェ
ード現象を生じ易い。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、六チタン酸カリウム（Ｋ₂Ｔｉ₆Ｏ
₁₃）に代表されるチタン酸アルカリ金属繊維の実用化が
試みられている。チタン酸アルカリ金属粉末は主とし
て、ウィスカないし多結晶繊維状粒子からなる粉末とし
て製造されているが、樹脂中の均一分散性、摩擦材の変
形（反り・歪み）の低減・寸法精度改善等の観点から、
繊維形状のものに代え、球状粒子からなる粉末を使用す
ることも提案されている（特開平７−５３２１４号公
報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】自動車用ブレーキ装置
の小型化、軽量化等の要請に対処するには、高い摩擦係
数をもち、低速度から高速度域に亘つて高摩擦係数を安
定に維持し得る摩擦材が要求される。上記六チタン酸カ
リウム等のチタン酸アルカリ金属粉末は、強度，耐熱
性，耐摩耗性，補強性等にすぐれ、かつ摩擦材として適
度の硬度を有する材料であり、アスベスト繊維を基材成
分とする従来の摩擦材を凌ぐ改良された摩擦摩耗特性を
得ることを可能とする。本発明は、チタン酸アルカリ金
属の特性を活かしながら、更に改良された摩擦摩耗特性
を有する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
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、チタン酸アルカリ金属結晶粒と、モ
ース硬度６〜８の無機酸化物粒とが結合した複合粒子か
らなるチタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末が配合さ
れていることを特徴としている。

【０００５】

【発明の実施の形態】基材成分として樹脂中に配合され
る上記チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末は、チタ
ン酸アルカリ金属結晶を基本構成相とし、これにモース
硬度６〜８の無機酸化物粒が結合した複合粒子構造を有
している効果として、チタン酸アルカリ金属の単相粉
末、またはチタン酸アルカリ金属粉末と上記無機酸化物
粒との単なる混合粉末では得られない摩擦特性を摩擦材
に付与し、相手材を攻撃することなく、低速度域から高
速度域にわたって高摩擦係数を安定に維持することを可
能にする。

【０００６】上記複合化合物粉末の複合粒子の基本構成
相であるチタン酸アルカリ金属は、下記一般式〔１〕Ａ₂Ｔｉ_nＯ_2n+1 … 〔１〕〔式中，Ａは，Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｒｂ等のアルカリ金
属，ｎは３〜８である〕で表される。その具体例とし
て、三チタン酸ナトリウム（Ｎａ₂Ｔｉ₃Ｏ₇）、四チ
タン酸カリウム（Ｋ₂Ｔｉ₄Ｏ₉）、六チタン酸カリウ
ム（Ｋ₂Ｔｉ₆Ｏ₁₃）等が挙げられる。殊に、六チタン
酸カリウムは、熱的安定性，耐摩耗性，強度等の点から
基本構成相として最も好適である。

【０００７】チタン酸アルカリ金属結晶粒と結合して複
合粒子を形成するモース硬度６〜８の無機酸化物粒は、
例えば、ＭｇＯ（モース硬度: ６），Ｆｅ₃Ｏ₄（同:
６），ＺｒＯ₂（同: ７．５），ＳｉＯ₂（同: ７），
ＳｉＺｒＯ₄（ジルコン）（同: ７．５），Ｃｒ₂Ｏ₃
（同: ６．５）等が挙げられる。酸化物系セラミックス
は摩擦材の基材成分として必要な耐熱性，化学的安定等
を備えている。無機酸化物粒の材種を、モース硬度６〜
８のものに限定したのは、それより低い硬度では、チタ
ン酸アルカリ金属結晶（例えば、六チタン酸カリウムの
モース硬度は約３〜４）との複合効果がなく、またそれ
より高い硬度の粒子では、摩擦材の対面損傷性を悪くす
るからである。

【０００８】複合化合物粉末に含有される上記無機酸化
物粒の材種は必ずしも１種に限定されず、２種以上の無
機酸化物粒がチタン酸アルカリ金属結晶粒と結合した粒
子構造を有するものであってもよい。複合化合物粉末中
の上記無機酸化物粒の含有量（２種以上の無機酸化物粒
が混在する場合はその合計量）は、１〜３０重量％の範
囲であるのが好ましい。含有量がこれに満たないと、無
機酸化物粒の複合効果が十分に発現されず、他方これを
超えて多量に配合すると、基本構成相であるチタン酸ア
ルカリ金属結晶の特性が弱められるからである。

【０００９】複合化合物粉末の粒径は、樹脂中への混合
操作性および分散効果の点から、平均粒径約１０〜１０
０μｍの範囲が程度が適当である。無機酸化物粒の粒径
は、約１〜１０μｍであるのが好ましい。粒径が１μｍ
に満たない微細径では、安定した高摩擦係数を保持する
ことが困難となり、１０μｍを超える粗大粒子では、対
面損傷性が悪化する。また、樹脂に対する複合化合物粉
末の配合割合は、約３〜５０重量％の範囲が適当であ
る。約３重量％より少ないと、その配合効果が少なく、
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。

【００１０】上記複合化合物粉末は、ＴｉＯ₂（または
加熱によりＴｉＯ₂を生成するチタン化合物）粉末と、
Ａ₂Ｏ（または加熱によりＡ₂Ｏを生成するアルカリ金
属化合物）粉末と、モース硬度６〜８の無機酸化物粉末
の１種もしくは２種以上を混合し、これを造粒処理によ
り適当な粒径の造粒粉として焼成処理することにより製
造される。粉末の粒径は、造粒粉の粒度により制御する
ことができる。すなわち、造粒粉を焼成処理した後、焼
成物に振動ふるい等の簡単な解砕処理を施すことによ
り、造粒粉とほぼ同一の真球に近い球形状と粒径を有す
る複合粒子からなる粉末を収得することができる（後記
参考例参照）。

【００１１】本発明の摩擦材は、基材成分として、上記
複合化合物粉末と共に、公知の他材種を複合的に配合す
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、複合化合物粉末との合計量で約１
０〜６５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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】本発明の摩擦材を製造するための原料組成
物の調製は、基材成分として上記複合化合物粉末が使用
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。

【００１５】

【実施例】

（１）原料組成物の調製表２参照。基材成分欄の複合化合物粉末Ｐ₁〜Ｐ₅は次
のとおりである（粉末Ｐ₁〜Ｐ₅の製造は後記参考例参
照）。比較例( No.11 〜No.13 ）におけ基材成分として
配合している六チタン酸カリウム結晶粉末および無機酸
化物粉末の平均粒径は、それぞれ４０μｍ、および５μ
ｍである。

【表１】無機酸化物粒複合粒子粉末複合粒子の相構成含有量平均粒径平均粒径Ｐ₁ K ₂Ti₆O ₁₃−MgO ８ wt % ５ μｍ４０μｍＰ₂ K ₂Ti₆O ₁₃−Fe₃O ₄ １０ wt % １ μｍ４０μｍＰ₃ K ₂Ti₆O ₁₃−ZrO ₂ ５ wt % １ μｍ４０μｍＰ₄ K ₂Ti₆O ₁₃−SiZrO ₄ ２０ wt % １ μｍ４０μｍＰ₅ K ₂Ti₆O ₁₃−SiO ₂ １５ wt % ３ μｍ４０μｍＰ₆ K ₂Ti₆O ₁₃−Cr₂O ₃ １０ wt % ３ μｍ４０μｍ

【００１６】（２）摩擦材の成形原料組成物を予備成形（加圧力: １５ＭＰａ，温度: 常
温，時間: １分間）の後、金型による結着成形（加圧
力: １５ＭＰａ，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。

【００１７】（３）摩擦試験各供試摩擦材について、JASO C 406「乗用車ブレーキ装
置ダイナモメータ試験方法」による第２効力試験を行
い、表２の下欄に示す結果を得た。「対面損傷性」は、
試験後の相手材（材種: FC 250）の摩擦面の肉眼観察に
よる摩耗状況を対比したものである（◎: 摩耗損傷極め
て軽微、○: 軽微、△: やや多い）。（試験条件）制動初速度: ５０Km / h_,１００Km / h。減速度 : ０．３Ｇ

【００１８】

【表２】

【００１９】複合化合物粉末を基材成分とする発明例の
摩擦材（No.1〜６）は、比較例の摩擦材No.11 （基材成
分: 六チタン酸カリウム粉末）や、No.12 （基材成分:
無機酸化物粉末）、No.13 （基材成分: 六チタン酸カリ
ウム粉末と無機酸化物粉末の混合粉末）に比し、高い摩
擦係数μを安定に維持している。また、相手材攻撃性
も、摩擦材No.12 （基材成分: 無機酸化物粉末）やNo.1
3 （基材成分: 六チタン酸カリウム粉末と無機酸化物粉
末の混合粉末）のものに比し優れており、摩擦材No.11
（基材成分: 六チタン酸カリウム粉末）に準じた良好な
対面損傷性を有している。

【００２０】

【参考例】

（チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末の製造）酸化
チタン（精製アナターゼ）粉末とアルカリ金属化合物の
粉末、およびモース硬度６〜８の無機酸化物粉末を配合
する。これに適量の水を加えてスラリーを調製し、湿式
噴霧乾燥機（スプレードライヤー）で処理し、乾燥物と
して造粒粉（平均粒径約４０μｍ）を得る。乾燥物をア
ルミナるつぼに入れ、電気炉で焼成処理（処理時間：２
Ｈｒ）する。焼成処理の後、焼成反応生成物を振動篩に
かけて複合化合物粉末を得る。表３に、原料粉末混合物
の配合組成、焼成処理温度、および得られた複合化合物
粉末の粒子構成を示す。複合化合物粉末は、六チタン酸
カリウム結晶と無機酸化物粒からなる混相構造を有して
いる。粒子の形状（球形状）および粒径は造粒粉のそれ
と実質的に同じである。

【００２１】

【表３】

【００２２】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、チタン酸アルカリ金
属系複合化合物粉末の配合効果として、改良された摩擦
摩耗特性を有し、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、耐久性の改善等に寄与するものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【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、チタン酸アルカ
リ金属結晶粒と、モース硬度６〜８の無機酸化物粒とが
結合した複合粒子からなるチタン酸アルカリ金属系複合
化合物粉末が配合されていることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】複合粒子の平均粒径: １０〜１００μ
ｍ、無機酸化物粒の平均粒径: １〜１０μｍ、無機酸化
物粒の含有量: １〜３０重量％であることを特徴とする
請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】チタン酸アルカリ金属結晶が、六チタン
酸カリウム結晶であることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の摩擦材。