JPH11322958A

JPH11322958A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH11322958A
Application number: JP15397398A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Muto; 保武藤
Original assignee: Nisshinbo Industries Inc; Nisshin Spinning Co Ltd
Current assignee: Nisshinbo Holdings Inc
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高面圧下においても0.1〜0.2の範囲の摩擦係
数を持つとともに、長期間にわたって安定した摩擦係数
と、機械的強度を有し耐久性のある、アクチュエータ等
の摺動材に適した摩擦材を提供する。【解決手段】ポリテトラフルオロエチレンの含有量が
20〜40体積％であり、その他に（ア）繊維成分と（イ）
充填剤成分と（ウ）結合材成分とを含有し、(1)面圧が5
0kgf/cm²で、0.12〜0.18、(2)面圧が225kgf/cm²で、0.
10〜0.15の摩擦係数を有する摩擦材を得る。

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、産業機
械、事務機器等に多数使用されているアクチュエータに
装着され、安定したトルク伝達のために用いられるブレ
ーキライニング、クラッチフェーシング、フリクション
プレートと呼ばれる摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータの回転をギア、シャフト等を介し
て他の装置に伝達するアクチュエータは多数の機械器具
において使用されている。そのアクチュエータにおい
て、モータの動力が直接伝達した場合、起動時に瞬間的
に過負荷となり、装置の起動不能や構成部品の損傷とい
った問題が起こる場合があった。

【０００３】その不具合を未然に防止するために、ブレ
ーキライニング、クラッチフェーシング、フリクション
プレートと呼ばれる摩擦材を配置し、モータ起動時に瞬
間的にこれら摩擦材を滑らせることにより、徐々に１次
側−２次側の回転速度を同調させ、ついには同じ回転速
度にするという保護機能は一般的によく使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の摩擦材の摩擦係数が高すぎる場合、モータが起動する
ときの瞬間的な滑りが無くなり、装置の起動不能や構成
部品の損傷につながる。また、摩擦係数が低すぎる場
合、１次側−２次側の回転速度を同調させるのに長い時
間が必要となる。

【０００５】アクチュエータにおいては摩擦材の摩擦係
数が0.1〜0.2であるとちょうど良い滑りを得ることがで
きる場合が多い。しかしながら、現在ある摩擦材として
は、ブレーキライニング、ディスクパッド、クラッチフ
ェーシングと呼ばれる自動車用部材が大半を占め、これ
ら自動車用摩擦材の摩擦係数は0.3〜0.5のものがほとん
どで、0.25〜0.3、0.5〜0.55の範囲の材料がまれにみら
れる程度である。他に摩擦現象を制御して使用されるも
のとしては、自動車用ゴムタイヤと、主に軸受けに用い
られる摺動材が挙げられる。しかしながら、タイヤ用ゴ
ムは、乾燥したアスファルト路面では摩擦係数が0.8程
度であり、又摺動材は、その使用される状況により摩擦
係数は低ければ低いほど良いものであるため、乾式固体
潤滑の状態では、0.05〜0.1の範囲である。

【０００６】また、アクチュエータに装着される摩擦材
には200〜500kgf/cm²という高い面圧が常にかかる場合
が多く、自動車、産業機械、事務機器等は短くて数年、
長いものは数十年という長い年月にわたって使い続けら
れるので、摩擦材にも同等の寿命が要求される。よっ
て、この高い常用面圧下での摩擦に対する耐久性も必要
となる。

【０００７】オイルを含浸したり、グリースを塗布した
りする工夫によって、0.1〜0.2の範囲の摩擦係数になる
場合があるが、高い面圧下で使用されると、機械本体の
数年〜数十年という寿命に比べればきわめて短い時間
で、オイル又はグリースは枯渇し摩擦係数が上昇するの
で、実用には適さなかった。

【０００８】また、ポリテトラフルオロエチレンを用い
た摺動材も使用されているが、これらは主に面圧が20kg
f/cm²以下という低い値で用いるものがほとんどであっ
た。それは、200kgf/cm²以上という高い面圧になれば摩
擦係数が0.1以下と低くなりすぎたり、あるいは初期に
得られていた摩擦係数が徐々に高くなる等安定した摩擦
係数が得られないためである。またこのような高面圧下
では耐久性に問題のあるものがほとんどであった。

【０００９】本発明では、200〜500kgf/cm²という高い
面圧下での使用において摩擦係数が0.1〜0.2であり、数
年〜数十年という寿命をもつ摩擦材を得ることを目標と
する。

【００１０】

【問題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の摩擦材は、ポリテトラフルオロエチレン
（以下ＰＴＦＥと略す）の含有量が20〜40体積％であ
り、その他に（ア）繊維成分と（イ）充填剤成分と
（ウ）結合材成分とを含有し、(1)面圧が50kgf/cm
²で、0.12〜0.18、(2)面圧が225kgf/cm²で、0.10〜0.1
5の摩擦係数を有することを特徴とする。

【００１１】また、（ア）繊維成分と（イ）充填剤成分
と（ウ）結合材成分がそれぞれ（ア）石綿繊維、芳香族
アラミド繊維、（イ）硫酸バリウム、炭酸カルシウム、
チタン酸カリウム、（ウ）フェノール樹脂、ポリイミド
樹脂、から選ばれる１種以上から成ることを特徴とす
る。

【００１２】また、上記摩擦材が加圧加熱成形により成
形されることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】ＰＴＦＥは、粉末状、水懸濁液、
ブロック体、テープ状等いろいろな形態のものがあり、
これらを適宜使用することができるが、粉末状のものを
使用することが好ましい。ＰＴＦＥは、摩擦係数の低い
物質でＰＴＦＥ同士の摩擦係数は0.1又は0.1よりやや低
い値である。そして、ＰＴＦＥに物理的な力が加わる
と、フィブリルと呼ばれるひげ状の繊維が伸びる性質が
ある。この性質により、摩擦されると摩擦材と対面の両
方にフィブリルの薄膜が形成されＰＴＦＥ同士の摩擦状
態ができ、その結果低い摩擦係数が長時間維持されると
考えられる。このことより、ＰＴＦＥの薄膜の形成を阻
害する成分、及び薄膜を破壊する成分を入れることは好
ましくない。

【００１４】ＰＴＦＥの含有量は摩擦材全量に対して20
〜40体積％であることが必要である。含有量が20体積％
未満だと摩擦係数が不安定になり、工業製品として供給
するには信頼性に欠ける。40体積％より多いと材料強度
が低下するので、常用面圧が高い場合は使用することが
できない。また、ＰＴＦＥは高価な材料であるので、価
格等を考慮しても40体積％以下である方がよい。

【００１５】（ア）繊維成分は高い常用面圧下での摩擦
に対する耐久性を増すため添加するもので、石綿繊維と
芳香族アラミド繊維の中から１種以上を使用することが
好ましい。ＰＴＦＥの薄膜を破壊しないからである。ガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維はＰＴＦＥの薄膜を破壊
するので好ましくない。

【００１６】（イ）充填剤は増量目的や潤滑特性を付与
して安定した摩擦を得られるように添加するもので、硫
酸バリウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウムの中か
ら１種以上を使用することが好ましい。ＰＴＦＥ薄膜を
破壊しないからである。グラファイト、二硫化モリブデ
ンはＰＴＦＥ薄膜の形成を阻害するため好ましくない。
又、カシューダスト、石英、アルミナは硬いためＰＴＦ
Ｅ薄膜を破壊するので好ましくない。

【００１７】（ウ）結合材は繊維材や充填剤を結びつけ
るもので、フェノール樹脂やポリイミド樹脂の中から１
種以上を使用することが好ましい。ＰＴＦＥ薄膜を破壊
しないからである。メラミン樹脂は硬いためＰＴＦＥ薄
膜を破壊するので好ましくない。

【００１８】摩擦係数は面圧により変化することが一般
的であるが、本発明の摩擦材も同様に変化する。本発明
の摩擦材はＰＴＦＥを含むので、その値は面圧が50kgf/
cm²の場合0.12〜0.18、面圧が225kgf/cm²の領域で0.10
〜0.15の範囲である。摩擦係数が上記のような場合面圧
が200〜500kgf/cm²のときに摩擦係数が0.10〜0.20とい
う従来無かった摩擦係数範囲の摩擦材を供給することが
できる。

【００１９】本発明の摩擦材の製造方法は、現在摩擦材
の製造方法として一般的な加圧加熱成型法を用いること
ができる。最初に上記繊維成分、充填剤成分、結合材成
分、ＰＴＦＥの所定量を混合機で混合する。次に必要に
応じて金型温度常温〜100℃、圧力5〜200kgf/cm²で予備
成形を行う。その後金型温度120〜200℃、圧力100〜400
kgf/cm²で加圧加熱処理を行う。温度、圧力、成型時間
は摩擦材の基材の種類、摩擦材の形状、用途により決定
する。

【００２０】加圧加熱成型後、樹脂の硬化不足を防止す
るために、雰囲気温度150〜300℃で熱処理を行う。しか
し、この熱処理は、加圧加熱成形条件、熱硬化性樹脂の
種類、摩擦材の大きさ、形状等によっては省略すること
ができる。最後に摩擦面に研磨等の仕上げを施して仕上
げる。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。ＰＴ
ＦＥ粉末として旭硝子（株）製フルオンＬ１６９Ｊを用
い、その他（ア）繊維成分、（イ）充填剤成分、（ウ）
結合材成分を表１、２に示す割合で混合機に投入し均一
になるまで混合して、摩擦材原料混合品を得た。次に、
この摩擦材原料混合品を金型温度常温、圧力100kgf/cm²
で30秒予備成形し、続いて金型温度温度145℃、圧力200
kgf/cm²で8分間加熱成形し、その後雰囲気温度180℃で6
時間熱処理して、実施例１〜７、比較例１〜８の摩擦材
を作成した。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】このようにして得られた摩擦材を、テスト
ピース形状：内径＝22.6mm、外形＝25.4mm、摩擦面積＝
1cm²、押付力＝50kgf/cm²（面圧＝50kgf/cm²）、滑り
速度＝10cm/sec、摩擦対面＝鋳鉄の条件で、摩擦性能試
験を実施した。その結果を表３に示す。

【００２５】

【表３】

【００２６】これらの結果より、実施例の摩擦係数は0.
13〜0.17の範囲で分布している。また、チタン酸カリウ
ムの含有量を、0〜15体積％の範囲で変化させると、そ
れに伴って、摩擦係数が0.13〜0.17の範囲で変化するこ
とが実施例１、５、６、７によって分かる。これは、微
少な摩擦係数の調整が可能なことを示しているので、よ
り好適な性質である。

【００２７】さらに、実施例１、７のテストピースに中
心角120°の切り欠き部を２つ作り、摩擦面積＝0.33cm
²、押付力＝75kgf/cm²（面圧＝225kgf/cm²）にて、上
記と同様の摩擦性能試験を行った。その結果は、実施例
１では摩擦係数＝0.11、実施例７では摩擦係数＝0.14で
あった。又、実施例、比較例のその他の物性については
表４に示す。

【００２８】

【表４】

【００２９】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、ＰＴＦＥを20〜40体
積％含有することによって、従来得難かった200〜500kg
f/cm²という高い面圧下での使用において0.1〜0.2の範
囲の摩擦係数の摩擦材を得られるようになった。その結
果、装置の構成部品の保護ができ、且つ滑りすぎない摩
擦材を得ることができた。また長期間にわたって摩擦係
数の保持力と機械的強度を有しているので、高面圧下で
長期の使用が可能となった。以上の物性は、自動車、産
業機械、事務機器等に多数使用されているアクチュエー
タに装着され安定したトルク伝達のために用いられるブ
レーキライニング、クラッチフェーシング、フリクショ
ンプレートと呼ばれる摩擦材として好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリテトラフルオロエチレンの含有量が20
〜40体積％であり、その他に（ア）繊維成分と（イ）充
填剤成分と（ウ）結合材成分とを含有し、 (1)面圧が50kgf/cm²で、0.12〜0.18、 (2)面圧が225kgf/cm²で、0.10〜0.15 の摩擦係数を有することを特徴とする摩擦材。
【請求項２】（ア）、（イ）、（ウ）がそれぞれ（ア）石綿繊維、芳香族アラミド繊維、（イ）硫酸バリウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウ
ム、（ウ）フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、から選ばれる１種以上から成ることを特徴とする請求項
１記載の摩擦材。
【請求項３】加圧加熱成形により成形することを特徴と
する請求項１又は２記載の摩擦材。