JP2000230168A

JP2000230168A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2000230168A
Application number: JP11031657A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 博小川; Minoru Takenaka; 稔竹中
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2000-08-22
Anticipated expiration: 2019-02-09
Also published as: KR100401956B1; JP3027577B1; CN1155676C; AU2327900A; US6432187B1; EP1070751A4; EP1070751A1; DE60006746T2; DE60006746D1; EP1070751B1; KR20010042576A; FR1070751T; CN1294620A; WO2000047689A1

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦摩耗特性に優れ、かつ成形機等の供給路
において付着等が生じにくい、生産性に優れた摩擦材を
得る。【解決手段】摩擦調整剤として、一般式（１）Ａ_xＭ
_yＴｉ_2-yＯ₄（式中Ａはリチウムを除くアルカリ金
属、Ｍはリチウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、
銅、鉄、アルミニウム、ガリウム、マンガンより選ばれ
る１種または２種以上を、ｘは０．５〜１．０、ｙは
０．２５〜１．０の数をそれぞれ示す。）で表される層
状・板状チタン酸塩、及び一般式（２）Ｈ_x（Ｍ′_y）
_zＴｉ_2-yＯ ₄・ｎＨ₂Ｏ（但し、Ｍ′はリチウム、マ
グネシウム、亜鉛、ニッケル、銅、鉄、アルミニウム、
ガリウム、マンガンより選ばれる１種または２種以上
を、ｘは０．５〜１．０、ｙは０．２５〜１．０、ｚは
０または１を、ｎは０≦ｎ≦２の数をそれぞれ示す。）
で表される層状・板状チタン酸より選ばれる１種または
２種以上を３〜５０重量％含有することを特徴としてい
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、航空機、
鉄道車両及び産業用機器等の制動装置に用いられる制動
部材用材料、例えばクラッチフェーシング用材料及びブ
レーキ用材料等として好適な摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】制動部
材における摩擦材としては、これまでアスベストを有機
系または無機系の結合剤に分散させ結着成形してなる摩
擦材が使用されてきた。しかしながら、このものは耐熱
性等の摩擦摩耗特性が不十分であるとともに、アスベス
トは発癌性等の環境衛生上の問題を有することから代替
品の開発が強く要望されている。

【０００３】斯かる要望に対し、チタン酸カリウム繊維
を基材繊維または摩擦調整剤として用いた摩擦材が提案
されている。チタン酸カリウム繊維はアスベストのよう
な発癌性を持たず、耐熱性に優れ、フェード現象の防止
や摩擦特性の熱安定性向上に有効であるという優れた特
徴を有している。

【０００４】しかしながら、チタン酸カリウム繊維を配
合した摩擦材においても、制動装置の「鳴き」の問題の
解決には十分対応できていないのが現状である。また、
チタン酸カリウム繊維は繊維形状を有しているため嵩高
く、流動性に劣り、製造時点において供給路の壁に付着
して、これを閉塞させるといった問題点を有している。

【０００５】本発明の目的は、上記従来の問題点を解消
することにあり、摩擦摩耗特性に優れ、かつ生産性に優
れた摩擦材を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の摩擦材は、摩擦
調整剤として、一般式（１）Ａ_xＭ_yＴｉ_2-yＯ₄（式
中Ａはリチウムを除くアルカリ金属、Ｍはリチウム、マ
グネシウム、亜鉛、ニッケル、銅、鉄、アルミニウム、
ガリウム、マンガンより選ばれる１種または２種以上
を、ｘは０．５〜１．０、ｙは０．２５〜１．０の数を
それぞれ示す。）で表される層状・板状チタン酸塩、及
び一般式（２）Ｈ_x（Ｍ′_y）_zＴｉ_2-yＯ₄・ｎＨ₂
Ｏ（但し、Ｍ′はリチウム、マグネシウム、亜鉛、ニッ
ケル、銅、鉄、アルミニウム、ガリウム、マンガンより
選ばれる１種または２種以上を、ｘは０．５〜１．０、
ｙは０．２５〜１．０、ｚは０または１を、ｎは０≦ｎ
≦２の数をそれぞれ示す。）で表される層状・板状チタ
ン酸より選ばれる１種または２種以上を３〜５０重量％
含有することを特徴としている。ここでＡとして具体的
には、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウム
が挙げられる。

【０００７】本発明で摩擦調整剤として用いる前記一般
式（１）で表される層状・板状チタン酸塩及び前記一般
式（２）で表される層状・板状チタン酸は、いずれも温
度変化に安定な摩擦摩耗特性を有するものであり、摩擦
材用摩擦調整剤として好適なものである。しかも、チタ
ン酸カリウム繊維のような繊維形状を有していないた
め、製造工程において供給路を閉塞する虞が少なく、加
えて吸入性繊維による労働環境の悪化を生じることがな
い。

【０００８】

【発明の実施の形態】前記一般式（１）で表される層状
・板状チタン酸塩の具体例としては、Ｋ_0.8Ｚｎ_0.4Ｔ
ｉ_1.6Ｏ₄、Ｋ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄、及びＫ_0.8
Ｌｉ_0.27Ｔｉ _1.73Ｏ₄を例示できる。また、一般式
（２）で表される層状・板状チタン酸の具体例として
は、Ｈ_0.8Ｚｎ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄・ｎＨ₂Ｏ（ｎは０≦
ｎ≦２の数を示す。）、Ｈ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄・
ｎＨ₂Ｏ（ｎは０≦ｎ≦２の数を示す。）、Ｈ_0.8Ｌｉ
_0.27Ｔｉ_1.73Ｏ₄・ｎＨ₂Ｏ（ｎは０≦ｎ≦２の数を示
す。）を例示できる。

【０００９】一般式（２）で表される層状・板状チタン
酸は、一般式（１）で表される層状・板状チタン酸塩を
酸処理して、Ａのサイトのアルカリ金属イオンを水素イ
オンと置換することにより得ることができる。酸処理に
用いる酸としては、最も一般的には塩酸が用いられる
が、塩酸に限定されるものではなく、その他の鉱酸及び
有機酸などを用いることができる。例えば、Ｋ_0.8Ｍｇ
_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄で示される層状・板状チタン酸塩を酸
処理することにより、Ｈ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ ₄・ｎ
Ｈ₂Ｏ（ｎは０≦ｎ≦２の数を示す。）で示される層状
・板状チタン酸を得ることができる。

【００１０】本発明で用いる層状・板状チタン酸塩及び
層状・板状チタン酸の形状としては、摩擦摩耗特性向上
の観点から、長径１０〜５００μｍ、短径（厚み）５０
〜１０００ｎｍのものが特に好ましく用いられる。

【００１１】また、これらの層状・板状チタン酸塩及び
層状・板状チタン酸は、本発明の摩擦材中に３〜５０重
量％配合される。これは３重量％以上配合しないと、摩
擦摩耗特性の改善効果を発現させることができないから
であり、また５０重量％を超えて配合しても、摩擦摩耗
特性の効果改善はそれ以上期待できないため経済的に不
利となるからである。

【００１２】本発明で摩擦調整剤として用いる一般式
（１）の層状・板状チタン酸塩及び一般式（２）の層状
・板状チタン酸の合成方法としては特に制限されるもの
ではないが、例えば以下の方法により製造することがで
きる。

【００１３】例えば、Ｋ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄（Ａ
がカリウムであり、Ｍがマグネシウムであり、ｘが０．
８、ｙが０．４である一般式（１）の層状・板状チタン
酸塩）の合成を例にとると、（Ｋ₂Ｏ）_0.5（ＭｇＯ）
_0.5（ＴｉＯ₂）_1.5のモル比の割合となるように混合
した結晶原料粉末に（Ｋ₂Ｏ）_1.0（ＭｏＯ₃）_1.0の
モル比の割合となるように混合したフラックス原料粉末
を３０：７０のモル百分率の割合で混合する。この混合
物を１１００〜１２００°Ｃの温度で加熱し、その後、
徐冷して結晶を育成する。得られた生成物を水で温湿
し、フラックスを除去して本発明の層状・板状チタン酸
塩の一つであるＫ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ ₄を得ること
ができる。

【００１４】尚、当業者であれば原料及び混合モル比を
適宜調整することにより、任意のＡ、Ｍ、ｘ、ｙの値を
有する一般式（１）の層状・板状チタン酸塩を得ること
ができるのは明らかであろう。また、一般式（１）の層
状・板状チタン酸塩を酸処理してアルカリ金属を水素と
置換することにより一般式（２）の層状・板状チタン酸
を得ることができる。

【００１５】本発明の摩擦材の具体例としては、例えば
基材繊維、摩擦調整材及び結合剤からなる摩擦材を例示
できる。該摩擦材中の各成分の配合割合としては、基材
繊維１〜６０重量部、摩擦調整剤は一般式（１）で表さ
れる層状・板状チタン酸塩及び一般式（２）で表される
層状・板状チタン酸を含め２０〜８０重量部、結合剤１
０〜４０重量部、その他の成分を０〜６０重量部を例示
できる。

【００１６】基材繊維としては、例えばアラミド繊維等
の樹脂繊維、スチール繊維、黄銅繊維等の金属繊維、炭
素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、ロックウール、
木質パルプ等を挙げられる。これらの基材繊維は、分散
性及び結合剤との密着性向上のためにアミノシラン系、
エポキシシラン系またはビニルシラン系等のシラン系カ
ップリング剤、チタネート系カップリング剤あるいはリ
ン酸エステル等の表面処理を施して用いてもよい。

【００１７】本発明の摩擦材における摩擦調整材として
は、一般式（１）で表される層状・板状チタン酸塩及び
一般式（２）で表される層状・板状チタン酸のいずれか
１種以上に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、
他の摩擦調整剤を併用してもよい。例えば、加硫または
未加硫の天然、合成ゴム粉末、カシュー樹脂粉末、レジ
ンダスト、ゴムダスト等の有機物粉末、カーボンブラッ
ク、黒鉛粉末、二硫化モリブデン、硫酸バリウム、炭酸
カルシウム、クレー、マイカ、タルク、ケイソウ土、ア
ンチゴライト、セピオライト、モンモリロナイト、ゼオ
ライト、三チタン酸ナトリウム、五チタン酸ナトリウ
ム、６チタン酸カリウム、８チタン酸カリウム等の無機
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
酸化物粉末等が挙げられる。

【００１８】結合材としては、フェノール樹脂、ホルム
アルデヒド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ユリア樹脂等の熱硬
化性樹脂、天然ゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム、
スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリイソ
プレンゴム、アクリルゴム、ハイスチレンゴム、スチレ
ンプロピレンジエン共重合体等のエラストマー、ポリア
ミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエー
テル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケト
ン樹脂、熱可塑性液晶ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹
脂等の有機質結合剤及びアルミナゾル、シリカゾル、シ
リコーン樹脂等の無機質結合剤を例示できる。

【００１９】本発明の摩擦材には、前記各成分に加え
て、必要に応じて防錆剤、潤滑剤、研削剤等の成分を配
合することができる。本発明の摩擦材の製造に際して
は、特に制限はなく、従来公知の摩擦材の製造方法に準
じて適宜製造することができる。

【００２０】本発明の摩擦材の製造方法の一例を挙げれ
ば、基材繊維を結合剤中に分散させ、摩擦調整剤及び必
要に応じて配合されるその他の成分を組み合わせて配合
して摩擦材組成物を調製し、次いで金型中に該組成物を
注入し加圧加熱して結着成形する方法を例示できる。

【００２１】また、他の一例を挙げれば、結合剤を二軸
押出機にて溶融混練し、サイドホッパーから基材繊維、
摩擦調整剤及び必要に応じて配合されるその他の成分を
組み合わせて配合し、押出成形後、所望の形状に機械加
工する方法を例示できる。

【００２２】また、他の一例を挙げれば、摩擦材組成物
を水等に分散させ抄き網上に抄き上げ、脱水してシート
状に抄造した後、プレス機にて加熱加圧し結着成形し、
得られた摩擦材を適宜切削・研磨加工して所望の形状と
する方法を例示できる。

【００２３】

【実施例】以下に実施例、比較例及び試験例を挙げ、本
発明を更に詳細に説明する。実施例式Ｋ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄で表される層状・板状チ
タン酸塩（長径５０〜６０μｍ、短径（厚み）０．３μ
ｍ、アスペクト比約１８０〜２００）２０重量部、アラ
ミド繊維（商品名「ケブラーパルプ」、平均長３ｍｍ、
東レ株式会社製）１０重量部、結合剤（フェノール樹
脂）２０重量部、硫酸バリウム５０重量部を混合した原
料混合物を、加圧力３００ｋｇｆ／ｃｍ²、常温、１分
間で予備成形した後、金型による結着成形（加圧力１５
０ｋｇｆ／ｃｍ²、温度１７０℃、時間５分間）を行
い、成形後、熱処理（１８０℃で３時間保持）した。金
型から取り出した後、研磨加工を施して供試ディスクパ
ッドＡ（ＪＩＳＤ４４１１試験片）を得た。

【００２４】比較例比較例として、層状・板状チタン酸塩とアラミド繊維の
混合物３０重量部に代えて、以下の供試材Ｂ〜Ｅそれぞ
れ３０重量部を用いた以外は、上記実施例と同条件にて
供試ディスクパッドＢ〜Ｅを製造した。供試材Ｂ：六チタン酸カリウム繊維（断面径：５〜１０
μｍ、アスペクト比５）供試材Ｃ：アスベスト繊維（６クラス）供試材Ｄ：粗大サイズの六チタン酸カリウム繊維（断面
径２０〜５０μｍ、長さ１００〜３００μｍ）供試材Ｅ：微細針状八チタン酸カリウム繊維（断面径
０．２〜０．５μｍ、長さ５〜１５μｍ）

【００２５】摩擦試験各供試ディスクパッドＡ〜Ｅにつき、ＪＩＳＤ４４
１１「自動車用ブレーキライニング」の規定に準じて定
速式摩擦摩耗試験（ディスク摩擦面：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）及び摩擦係数（μ）
を測定した。図１及び図２にその測定結果を示す。

【００２６】この結果から明らかなように、本発明の摩
擦材（供試ディスクパッドＡ）は、低温から高温域にわ
たり、アスベスト繊維を利用した比較例の供試ディスク
パッドＣに比べて耐える摩耗性に優れていることがわか
る。また、摩擦係数においても、温度変化に対し比較的
よく安定していることがわかる。

【００２７】微細針状チタン酸カリウム繊維を用いた供
試ディスクパッドＥ（比較例）は高い摩擦係数を有し、
かつ温度による変化も少なく安定性に優れているが、温
度上昇に伴って摩耗抵抗性の急速な劣化を生じている。

【００２８】粗大サイズの六チタン酸カリウム繊維を使
用した供試ディスクパッドＤ（比較例）は本発明の摩擦
材と同様に安定した摩耗特性を有しているが、摩擦係数
の熱的安定性において本発明の摩擦材に劣っている。

【００２９】上記実施例で用いたＫ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ
_1.6Ｏ₄で表される層状・板状チタン酸塩を酸処理して
得られる、式Ｈ_0.8Ｍｇ_0.4Ｔｉ_1.6Ｏ₄・ｎＨ₂Ｏで
表される層状・板状チタン酸２０重量部を摩擦調整剤と
して用いる以外は、上記実施例と同様にして供試ディス
クパッドを製造し、上記試験例と同様に摩擦試験を行っ
たところ、供試ディスクパッドＡと同様に、低温から高
温域にわたり摩耗性に優れており、かつ摩擦係数の熱的
安定性において優れていることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、低温から高温域まで
の広い温度範囲にわたって、優れた安定した摩擦係数と
耐摩耗性を有している。従って、自動車、鉄道車両、航
空機、各種産業用機器類等に用いられる制動部材用材
料、例えばクラッチフェーシング用材料及びブレーキラ
イニングやディスクパッド等のブレーキ用材料等として
用いることにより、制動機能の向上、安定化、耐用寿命
の改善効果が得られる。

【００３１】本発明の摩擦材は、摩擦調整剤として層状
・板状チタン酸塩または層状・板状チタン酸を含有する
ことにより、以下のような作用効果を奏する。１）摩擦調整剤が平らな層状構造を有しているので安
定した摩擦摩耗特性が得られる。２）摩擦調整剤のアスペクト比が大きいので摩擦材自
体の強度の向上に資する。３）摩擦調整剤の流動性が高く、原料混合物の調整が
容易である。４）吸入性粉塵の発生が極めて少なく、作業環境がク
リーンに保てる。５）耐熱性が高く、低温〜高温の広い温度領域で安定
した摩擦係数が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】各供試ディスクパッドのディスクパッド温度と
摩耗率との関係を示す図。

【図２】各供試ディスクパッドのディスクパッド温度と
摩擦係数との関係を示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摩擦調整剤として、一般式（１）Ａ_xＭ
_yＴｉ_2-yＯ₄（式中Ａはリチウムを除くアルカリ金
属、Ｍはリチウム、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、
銅、鉄、アルミニウム、ガリウム、マンガンより選ばれ
る１種または２種以上を、ｘは０．５〜１．０、ｙは
０．２５〜１．０の数をそれぞれ示す。）で表される層
状・板状チタン酸塩、及び一般式（２）Ｈ_x（Ｍ′_y）
_zＴｉ_2-yＯ ₄・ｎＨ₂Ｏ（但し、Ｍ′はリチウム、マ
グネシウム、亜鉛、ニッケル、銅、鉄、アルミニウム、
ガリウム、マンガンより選ばれる１種または２種以上
を、ｘは０．５〜１．０、ｙは０．２５〜１．０、ｚは
０または１を、ｎは０≦ｎ≦２の数をそれぞれ示す。）
で表される層状・板状チタン酸より選ばれる１種または
２種以上を３〜５０重量％含有することを特徴とする摩
擦材。
【請求項２】一般式（１）におけるＡがカリウムであ
り、Ｍが亜鉛またはマグネシウムである層状・板状チタ
ン酸塩を摩擦調整剤として含有する請求項１に記載の摩
擦材。
【請求項３】一般式（２）におけるＭ′が亜鉛または
マグネシウムである層状・板状チタン酸を摩擦調整剤と
して含有する請求項１に記載の摩擦材。
【請求項４】一般式（１）におけるＡがカリウムであ
り、Ｍがリチウムである層状・板状チタン酸塩を摩擦調
整剤として含有する請求項１に記載の摩擦材。
【請求項５】層状・板状チタン酸塩または層状・板状
チタン酸が、長径１０〜５００μｍ、短径（厚み）５０
〜１０００ｎｍである請求項１〜４のいずれか１項に記
載の摩擦材。