JPH09278906A

JPH09278906A - 摩擦材

Info

Publication number: JPH09278906A
Application number: JP8682096A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Yasuda; 雅文安田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車用ブレーキ等の制動装置に使用される
摩擦材の摩擦摩耗特性を改良する。【解決手段】樹脂に基材が配合され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、六チタン酸カリ
ウム結晶とチタニア結晶とからなる高緻密質複合多結晶
繊維を配合する。複合多結晶繊維のチタニア結晶／六チ
タン酸カリウム結晶の混相比率（モル比）は好ましくは
１／１０〜２０／１である。繊維サイズは、繊維径２０
〜５０μｍ，繊維長さ１００〜４００μｍが適当であ
る。樹脂中の配合割合は、例えば３〜５０重量％であ
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，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】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。その基材として従来よりアスベス
ト繊維が使用されてきたが、近時アスベスト繊維は発が
ん性の問題が指摘されている。また、アスベスト繊維を
基材とする摩擦材は、比較的低温域において安定な摩擦
係数を示すものの、摩擦面の高温化に伴い摩耗損傷が著
しく増大すると共に、摩擦係数の急激な低下・フェード
現象を生じ易い。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、広い
温度域で高摩擦係数を安定に維持し得る摩擦材が要求さ
れる。その摩擦材として、アスベツト繊維に代え、チタ
ン酸カリウム繊維を基材とする摩擦材が提案されてい
る。チタン酸カリウム繊維は、一般式: Ｋ₂Ｔｉ_nＯ_2n
₊₁〔式中，ｎ＝２〜８〕で示される合成無機化合物繊維
であり、なかでもトンネル型結晶構造を有する六チタン
酸カリウム繊維〔Ｋ₂Ｔｉ₆Ｏ₁₃〕は、基材として必要
な耐摩耗性，耐熱性，補強性等に優れている。チタン酸
カリウム繊維の工業的製造法には、焼成法，フラックス
法，溶融法等が知られているが、溶融法により製造され
る多結晶形態を有する六チタン酸カリウム繊維は、ウィ
スカ等の極微細単結晶繊維に比し、摩擦材の摩擦摩耗特
性の改善効果に優れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】六チタン酸カリウム多
結晶繊維を基材繊維とすることにより、広い温度域に亘
つて、アスベスト繊維では得られない改良された摩擦摩
耗特性を得ることが可能となる。本発明者は、その基材
繊維について、溶融法による従来の六チタン酸カリウム
多結晶繊維は結晶粒界に多数の亀裂を包含するものであ
り、これに代え粒界亀裂の少ない高緻密質の多結晶繊維
を使用することにより、基材としての補強作用を強化す
ることができ、更に六チタン酸カリウム単相の多結晶構
造に代え、六チタン酸カリウム結晶とチタニア結晶との
混相多結晶構造とすることにより、摩擦材の耐フェード
特性、摩擦係数等を一層向上させ得ることを見出した。
本発明はこの知見に基づいてなされたものである。

【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、六チタン酸カリウム結晶とチタニア
結晶とからなる高緻密質複合多結晶繊維が配合されてい
ることを特徴としている。

【０００５】

【発明の実施の形態】基材繊維である上記高緻密質複合
多結晶繊維は、後記の改良された溶融法により製造され
る。このものは、従来の溶融法による多結晶繊維と異な
って粒界の亀裂の発生が抑制防止された高緻密質の繊維
形態を有し、剪断強度が高く補強性にすぐれている。ま
た、六チタン酸カリウム結晶（モース硬度: 約5.5 ）
に、チタニア結晶（モース硬度: ルチル相約 7〜7.5,ア
ナターゼ相約 5.5〜6 ）が混在した複合多結晶構造であ
ることにより、六チタン酸カリウム単相多結晶繊維に比
し硬質である。この高緻密質および混相結晶構造の効果
として、低速度域から高速度域に亘つて摩擦材の高摩擦
係数および耐摩耗性を安定に維持することができ、また
その対面損傷性も良好である。

【０００６】上記複合多結晶繊維の基材としての特性
は、その構成相である六チタン酸カリウム結晶とチタニ
ア結晶の量比により任意に調節することができるが、チ
タニア結晶の混在比率が少ないと、混相効果としての摩
擦摩耗特性の改善効果が不足し、他方その量比が大きく
なると、摺動面の相手攻撃性が顕著となる。これらの点
から、チタニア結晶／六チタン酸カリウム結晶の比率
は、１／１０〜２０／１（モル比）の範囲が適当であ
る。また、複合多結晶繊維の繊維サイズは、樹脂中への
均一分散性、補強性、基材繊維としての安定性等の点か
ら、繊維径は約２０〜５０μｍ，繊維長は約１００〜４
００μｍの範囲のものが好適である。複合多結晶繊維の
樹脂中の配合割合は任意であるが、通常約３〜５０重量
％の範囲とするのが適当である。約３重量％に満たない
と、その配合効果が少なく、他方５０重量％を超える
と、摩擦摩耗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。

【０００７】本発明の摩擦材は、基材として上記複合多
結晶繊維と共に、公知の他材種のものを混合使用するこ
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種ないし２種以上が任意に選択される。配合量
は特に限定されないが、複合多結晶繊維との合計量で約
１０〜６５重量％となる範囲で配合してよい。基材成分
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】本発明の摩擦材の原料混合物の調製は、基
材として上記複合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１０〜４０
ＭＰａ，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。

【００１１】なお、基材である上記複合多結晶繊維は、
改良された溶融法、すなわち、ＴｉＯ₂（または加熱に
よりＴｉＯ₂を生成するチタン化合物））とＫ₂Ｏ（ま
たは加熱によりＭ₂Ｏを生成するカリウム化合物）を、
ＴｉＯ₂／Ｋ₂Ｏ（モル比）が、１．５〜２．５となる
割合に配合した粉末混合物を加熱溶融し、ついでその溶
融物を冷却して二チタン酸カリウム繊維（初生相繊維）
からなる繊維塊を得る工程、その繊維塊を液中に浸漬し
て繊維のカリウムを溶出すると共に解繊し、カリウム含
有量１５〜２０重量％の水和チタン酸カリウム繊維を得
る一次脱カリウム処理工程、得られた水和チタン酸カリ
ウム繊維を、１００〜４００℃で加熱乾燥する予備乾燥
処理工程、予備乾燥した水和チタン酸カリウム繊維を液
中に浸漬してカリウムを溶出し、カリウム含有量１３．
６重量％未満である水和チタン酸カリウム繊維を得る二
次脱カリウム処理工程、およびその水和チタン酸カリウ
ム繊維を、９００〜１３００℃に加熱して結晶構造を変
換する焼成処理工程、を経ることにより製造される。

【００１２】上記製造工程における特徴的な処理工程
は、初生相繊維塊の脱カリウム処理を、一次処理と二次
処理の２段階処理として行うと共に、その中間に予備乾
燥処理を実施している点にある。この処理工程を経由す
ることにより、粒界亀裂が少なく高緻密質を備えた複合
多結晶繊維を収得することができる。また、二次脱カリ
ウム処理後の水和チタン酸カリウム繊維のカリウム含有
量を１３．６重量％に調節した場合における最終製品繊
維は六チタン酸カリウム単相結晶繊維であるが、それよ
り少ないカリウム含有量（１３．６％未満）に調整され
ていることにより、チタニア結晶との混相多結晶繊維が
得られる。その複合多結晶繊維のチタニア結晶／六チタ
ン酸カリウム結晶の量比は、二次脱カリウム処理におけ
る脱カリウム量により高低任意に制御することができ
る。また、チタニア結晶は、二次脱カリウム処理後の熱
処理を比較的高温域（約９７０℃以上）で行う場合はル
チル相として析出し、それより低温度域ではアナターゼ
相として析出し、その中間温度域では両者の混相として
析出させることができる。

【００１３】

【実施例】

（１）原料組成物の調製表１参照。使用した基材Ａ₁〜Ａ₃、Ｂ，およびＣは表
２に示すとおりである（各基材の製造は後記参考例１〜
参考例３による）。繊維サイズはいずれも、繊維径（平
均）30μｍ，繊維長（平均）150 μｍである。表２中、
「粒界亀裂」欄の「○」は、亀裂の発生が少なく、
「×」は亀裂発生が多いことを示している。図１は、基
材Ａ₁（参考例１による複合多結晶繊維）の繊維形態を
示し、図２は基材Ｂ（後記参考例２による複合多結晶繊
維）の繊維形態を示している（いずれも、倍率×２００
０）。基材Ｂ（図２）は、結晶粒界に粗大な亀裂ｄが多
数発生している。基材Ｃ（後記参考例３による六チタン
酸カリウム単相多結晶繊維）もこれと同様の微細な亀裂
が結晶粒界に多数存在する繊維形態を有する。これに対
し、基材Ａ₁（図１）は、結晶粒界の亀裂ｄが少なく、
かつ極微細である。基材Ａ₂およびＡ₃（基材Ａ₁と同
じ参考例１による複合多結晶繊維）も、基材Ａ₁と同じ
く粒界亀裂の少ない高緻密質の繊維形態を備えている。

【００１４】（２）摩擦材の製作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/cm²，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。

【００１５】（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」に準拠した第２効力試験を
行うと共に、摩擦試験の後の相手材表面の摩耗損傷状況
（表面粗さ測定）により対面損傷性を評価する。（試験条件）制動初速度: ５０km / h ,１００km / h。減速度 : ０．１Ｇ，０．３Ｇ，０．６Ｇ相手材材種：FC 250鋳鉄材試験結果を表３に示す。表中、「対面損傷欄」の記号は
次のとおりである。 ◎…損傷皆無 ○…損傷殆ど無し ×…損傷発生。

【００１６】比較例 No.11（基材繊維Ｂ使用）は、高い
摩擦係数を有しているが、対面損傷性に劣り、比較例 N
o.12（基材繊維Ｃ使用）は、対面損傷性は良好であるも
のの、摩擦係数が低い。これに対し、発明例（No.1〜3
）の摩擦材は、高い摩擦係数と良好な対面損傷性とを
併せ有している。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】

【表３】

【００２０】

【参考例】

〔参考例１〕 −高緻密質複合多結晶繊維（基材Ａ_1,Ａ_2,Ａ₃）の製造
── （ａ）出発原料の調製精製アナターゼ粉末（純度99.8％）と、炭酸カリウム粉
末（99.5％）とを、ＴｉＯ₂/ Ｋ₂Ｏ（モル比）が１．
８となる割合に配合し、均一に混合。（ｂ）加熱溶融および冷却凝固出発原料を白金るつぼに入れ、加熱炉内で１０５０℃に
40分間加熱保持。溶融物を銅皿に流し込み、冷却凝固さ
せて、二チタン酸カリウム結晶繊維からなる繊維塊を得
る。

【００２１】（ｃ）一次脱カリウム処理繊維塊を、水（繊維塊重量の５０倍量）に浸漬し、プロ
ペラ攪拌下にカリウムを溶出すると共に解繊し、カリウ
ム含有量１７．５重量％の水和チタン酸カリウムを得
る。（ｄ）予備乾燥処理上記水和チタン酸カリウム繊維を、脱水して加熱炉内に
装入し、２５０℃で１４Ｈｒを要して乾燥。

【００２２】（ｄ）二次脱カリウム処理予備乾燥した水和チタン酸カリウム繊維を、水（繊維重
量の１００倍量）に投入し、硫酸を添加したうえ、プロ
ペラ攪拌下に所定のカリウム含量となるまでカリウムを
溶出。この二次脱カリウム処理により、水和チタン酸カ
リウム繊維Ａ₁（カリウム含量 7.0重量％）、Ａ₂（同
9.0重量％）、及びＡ₃（同 11.0 重量％）を得た。

【００２３】（ｅ）焼成処理上記水和チタン酸カリウム繊維Ａ_1,Ａ_2,Ａ₃のそれぞれ
を脱水後、加熱炉内で、結晶構造変換のための熱処理
（１１５０℃×２Ｈｒ）に付して、高緻密質複合多結晶
繊維Ａ₁, Ａ₂, 及びＡ₃を得た（各繊維の組成・結晶
構成等は表２参照）。繊維サイズは、いずれも、繊維径
（平均）30μｍ，繊維長（平均）150 ｍである。

【００２４】〔参考例２〕 −複合多結晶繊維（基材Ｂ）の製造− （ａ）出発原料の調製参考例１と同じ。（ｂ）加熱溶融および冷却凝固参考例１と同じ。（ｃ）脱カリウム処理初生相繊維塊を、水（繊維重量の１００倍量）に投入
し、硫酸を添加後、プロペラ攪拌下にカリウムを溶出す
ると共に解繊し、水和チタン酸カリウム（カリウム含有
量 7.0重量％）を得た。（ｄ）焼成処理上記水和チタン酸カリウム繊維を参考例１の焼成処理と
同じ条件の処理に付して、複合多結晶繊維Ｂを得た（繊
維の組成・結晶構成等は表２参照）。繊維サイズは、繊
維径（平均）30μｍ，繊維長（平均）200 μｍである。

【００２５】〔参考例３〕 −六チタン酸カリウム単相多結晶繊維（基材Ｃ）の製造
− （ａ）出発原料の調製参考例１と同じ。（ｂ）加熱溶融および冷却凝固参考例１と同じ。（ｃ）脱カリウム処理初生相繊維塊を、水（繊維重量の１００倍量）に投入
し、硫酸を添加後、プロペラ攪拌下にカリウムを溶出す
ると共に解繊し、水和チタン酸カリウム（カリウム含有
量 13.6 重量％）を得る。（ｄ）焼成処理上記水和チタン酸カリウム繊維を参考例１の焼成処理と
同じ条件の処理に付して、複合多結晶繊維Ｃを得た（各
繊維の結晶構成等は表２参照）。繊維サイズは、繊維径
（平均）30μｍ，繊維長（平均）200 μｍである。

【００２６】

【発明の効果】本発明の摩擦材は、高緻密質の六チタン
酸カリウム−チタニア複合多結晶繊維の配合効果とし
て、改良された摩擦特性を有し、低速度域から高速度域
に亘つて高摩擦係数を安定に維持することができ、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】本発明の摩擦材の基材として使用される高緻密
質の六チタン酸カリウム−チタニア複合多結晶繊維を示
す図面代用顕微鏡写真（×２０００）である。

【図２】従来の摩擦材の基材として使用されている六チ
タン酸カリウム−チタニア複合多結晶繊維を示す図面代
用顕微鏡写真（×２０００）である。

【符号の説明】

ｄ: 粒界亀裂

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｋ // Ｃ３０Ｂ 29/32 Ｃ３０Ｂ 29/32 ＢＤ０１Ｆ 9/08 Ｄ０１Ｆ 9/08 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂に基材が配合され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、六チタン酸カリ
ウム結晶とチタニア結晶とからなる高緻密質複合多結晶
繊維が配合されていることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】複合多結晶繊維のチタニア結晶／六チタン
酸カリウム結晶の混相比率（モル比）が、１／１０〜２
０／１であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦
材。