JP2000264692A

JP2000264692A - 摩擦材

Info

Publication number: JP2000264692A
Application number: JP7110699A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 博小川
Original assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Current assignee: Otsuka Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2000-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】高温時においても摩擦摩耗特性に優れ、且つ
強度に優れた摩擦材を提供することを課題とする。【解決手段】摩擦調整剤として、平均粒子径３〜１０
０μｍの粒状チタン酸アルカリ金属塩及び平均繊維径
０．１〜１μｍ、アスペクト比６以上の繊維状チタン酸
アルカリ金属塩が配合されていることを特徴とする摩擦
材に係る。

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】従来、
制動部材における摩擦材としては、アスベストを有機系
又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、この種の摩擦材は、
耐熱性等の摩擦摩耗特性が不十分であるとともに、アス
ベストが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は繊
維形状を有しているため嵩高く、摩擦材に配合した場合
に、構造的に疎となり、このことが高温履歴後に強度が
低下する一因となっている。

【０００５】かかる課題を解決するため、特開平４−３
１８０９３号では、チタン酸カリウムのアスペクト比を
８以下とすることを提案している。しかしながら、この
方法によっても十分に構造を密にすることはできない。
また、アスペクト比の小さなチタン酸カリウムのみを用
いた場合、十分強度の大きな摩擦材を得ることができ
ず、用途が制約されるという欠点を有している。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たもので、高温時においても摩擦摩耗特性に優れ、且つ
強度に優れた摩擦材を提供することを課題とするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、摩擦調整剤と
して、平均粒子径３〜１００μｍの粒状チタン酸アルカ
リ金属塩及び平均繊維径０．１〜１μｍ、アスペクト比
６以上の繊維状チタン酸アルカリ金属塩が配合されてい
ることを特徴とする摩擦材に係る（請求項１）。また、
本発明は、前記粒状チタン酸アルカリ金属塩及び繊維状
チタン酸アルカリ金属塩が共に８チタン酸カリウムであ
る摩擦材に係る（請求項２）。また、本発明は、前記粒
状チタン酸アルカリ金属塩と繊維状チタン酸アルカリ金
属塩の配合割合が重量比で１：１〜１０：１の範囲であ
る前記いずれかの摩擦材に係る（請求項３）。また、本
発明は、前記粒状チタン酸アルカリ金属塩と繊維状チタ
ン酸アルカリ金属塩が合計量で３〜５０重量％配合され
ている前記いずれかの摩擦材に係る（請求項４）。

【０００８】本発明で用いる粒状チタン酸アルカリ金属
塩は、一般式Ｍ₂Ｏ・ｎＴｉＯ₂（Ｍはカリウム、ナトリ
ウム、リチウム等のアルカリ金属、ｎ＝２〜１２）で表
わされるチタン酸カリウムの略球状、略立方体状または
不定形状の粒子である。かかる粒状チタン酸アルカリ金
属塩の粒子径としては、平均粒子径３〜１００μｍ、好
ましくは５〜８０μｍのものを例示できる。これらの粒
状チタン酸アルカリ金属塩には、各種の金属酸化物等が
添加（本明細書において添加というときは、被覆、担
持、層間導入若くは固溶されたものを含む）されたもの
であってもよい。

【０００９】かかる粒状チタン酸アルカリ金属塩の好ま
しい具体例としては、粒状チタン酸カリウム及び粒状チ
タン酸ナトリウムが挙げられる。粒状チタン酸カリウム
としては、ｎ＝２の粒状２チタン酸カリウム、ｎ＝４の
粒状４チタン酸カリウム、ｎ＝６の粒状６チタン酸カリ
ウム、ｎ＝８の粒状８チタン酸カリウム等が挙げられ
る。粒状チタン酸ナトリウムとしては、ｎ＝３の粒状３
チタン酸ナトリウム、ｎ＝５の粒状チタン酸ナトリウム
を挙げられる。

【００１０】これらの粒状チタン酸アルカリ金属塩のう
ち、粒状４チタン酸カリウム、粒状６チタン酸カリウム
及び粒状８チタン酸カリウムは、例えば以下のような製
造方法により製造することができる。

【００１１】第一の製造方法は、チタン含有化合物とカ
リウム含有化合物に、当該チタン含有化合物の酸化物換
算１００重量部に対し、酸化物換算で５重量部以上のホ
ウ素含有化合物を配合する方法である。ここでチタン含
有化合物としては、酸化チタン又は加熱によって酸化チ
タンを生成するものより適宜選択することができ、例え
ばルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、ブル
ッカイト型酸化チタン、単斜晶系酸化チタン等の酸化チ
タン、オルトチタン酸、メタチタン酸・オルトチタン酸
塩（Ｍ₂ＴｉＯ₃、Ｍ₄ＴｉＯ₂、Ｍはナトリウム、カリウ
ム、リチウム等のアルカリ金属）、ＴｉＯＳＯ₄、Ｔｉ
Ｃｌ₂、ＴｉＣｌ₃、ＴｉＣｌ₄、Ｔｉ（ＳＯ₄）₂、Ｔｉ
Ｓ₂（ＳＯ₄）₃、Ｔｉ₂Ｏ₃、Ｈ₄ＴｉＯ₄、Ｈ₂ＴｉＯ₃、
Ｔｉ（ＯＨ）₄等が例示できる。これらは単独で、もし
くは２種以上を併用して用いることができる。カリウム
含有化合物としては、酸化カリウム又は加熱により酸化
カリウムを生成する化合物より適宜選択することがで
き、例えば酸化カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウ
ム、シュウ酸カリウム等が例示できる。これらは単独
で、もしくは２種以上を併用して用いることができる。

【００１２】ホウ素含有化合物としては、酸化ホウ素及
び加熱により酸化ホウ素を生成し得る化合物より適宜選
択することができ、酸化ホウ素、ホウ素、ホウ酸及びそ
の塩類（ナトリウム塩、カリウム塩のアルカリ金属塩、
カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩等のアルカ
リ土類金属塩、アンモニウム塩等）、メタホウ酸及びそ
の塩類（ナトリウム塩、カリウム塩のアルカリ金属塩、
カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩等のアルカ
リ土類金属塩、アンモニウム塩等）等を例示できる。こ
れらの中でも酸化ホウ素、ホウ酸が好ましい。これらは
単独で、もしくは２種以上を併用して用いることができ
る。

【００１３】チタン含有化合物とカリウム含有化合物の
配合割合は、目的とするチタン酸カリウムの種類により
適宜選択できるが、例えば粒状６チタン酸カリウムを製
造する場合、カリウム含有化合物とチタン含有化合物を
酸化カリウム：酸化チタンの換算比で１：２〜６程度、
好ましくは１：３〜５程度とするのがよい。また、ホウ
素含有化合物の配合量は、酸化ホウ素換算量で、チタン
含有化合物の酸化チタン換算量１００重量部に対して通
常５重量部以上、好ましくは５〜１００重量部、より好
ましくは１０〜４０重量部とするのがよい。ホウ素含有
化合物の配合量が５重量部を下回ると、繊維状のチタン
酸カリウムの生成が多くなり好ましくない。一方、１０
０重量部を超えて配合しても、その効果は変わらないの
で不経済である。

【００１４】第一の製造方法においては、チタン含有化
合物、カリウム含有化合物及びホウ素含有化合物を混合
し焼成することにより、目的物である粒状のチタン酸カ
リウムを製造できる。混合は、任意の手段により任意の
順序で行うことができる。焼成は、大気中又は酸化性雰
囲気下、通常、６５０〜１２００℃程度、好ましくは７
５０〜１１００℃で、通常０．５〜２０時間、好ましく
は２〜１０時間行えばよい。焼成に際しては、塩化カリ
ウム、硫酸カリウム、モリブデン酸カリウム等のフラッ
クスを用いてもよい。焼成後、冷却し、必要に応じて得
られた焼成物を解粒、粉砕、分級して本発明の摩擦調整
剤として用いる粒状チタン酸カリウムを得る。

【００１５】第一の製造方法は、粒状６チタン酸カリウ
ムの製造に特に適した方法である。粒状チタン酸カリウ
ムの第二の製造方法は、粒状２チタン酸カリウムを水洗
しカリウムイオンの一部を抜いた後焼成することにより
粒状４チタン酸カリウムを得る方法である。これまで、
粒状４チタン酸カリウムを効率よく製造する方法は知ら
れていなかったが、この方法によれば効率よく大量に４
チタン酸カリウムを製造することができる。ここで粒状
２チタン酸カリウムは、酸化チタンと炭酸カリウムを塩
化カリウムの存在下９００°Ｃで１〜５時間焼成し、解
砕、分級処理することにより製造できる。また、粒状２
チタン酸カリウムの水洗は、粒状２チタン酸カリウムを
水中に投入してスラリーとし、１〜５時間撹拌すること
により行うことができる。焼成は、７５０〜１０００°
Ｃ、好ましくは９００°Ｃ前後で１〜３時間程度行うの
が好ましい。

【００１６】粒状チタン酸カリウムの第三の製造方法
は、第二の製造方法で得られた粒状４チタン酸カリウム
を酸処理もしくは中和処理することにより更にカリウム
イオンを抜いて適当なチタン／カリウム比に調整した
後、焼成処理することにより粒状６チタン酸カリウム、
粒状８チタン酸カリウムを得る方法である。ここで、酸
処理もしくは中和処理する際に用いる酸としては、硫
酸、硝酸、塩酸、ホウ酸及び炭酸等が例示できる。粒状
８チタン酸カリウムの製造は、例えば粒状４チタン酸カ
リウムを水中に投入してスラリーとし、撹拌しながら酸
を添加してｐＨ７．５程度に保ち１〜１０時間処理した
後、９００°Ｃで０．５〜１０時間焼成することにより
行うことができる。

【００１７】粒状チタン酸ナトリウムは、例えば以下の
ような製造方法により製造することができる。即ち、酸
化チタン源と酸化ナトリウム源をモル比（ＴｉＯ₂／Ｎ
ａ₂Ｏ）で１：１〜１：６、好ましくは２：１〜４：１
の割合で混合し、８００〜１３５０℃、好ましくは９０
０〜１０５０℃の温度範囲で３〜１５時間、好ましくは
３〜８時間焼成することにより製造できる。その際、原
料モル比及び焼成条件により、粒状３チタン酸ナトリウ
ム及び粒状５チタン酸ナトリウムはいずれか単独で、も
しくはその混合物として得られるが、本発明においては
そのいずれであっても好適に用いることができる。

【００１８】酸化チタン源としては、高純度精製酸化チ
タン（ルチル、アナターゼ又は単斜晶系）、水酸化チタ
ン、メタチタン酸、ルチルサンド、アナターゼサンド、
チタンスラグ等が例示できる。酸化ナトリウム源として
は、炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、硝酸ナトリウ
ム等を例示できる。

【００１９】各原料の混合は粉体混合等任意の手段によ
ることができる。焼成工程に先立って原料混合物を加圧
成形したブロックとしてもよく、水を加えてペースト状
とした原料混合物を押出後ペレット化してもよく、ある
いは水を加えてスラリー状とした原料混合物を噴霧乾燥
により造粒してもよい。焼成は、ロータリーキルン、電
気炉、流動焼成炉、トンネルキルン等任意の手段で行う
ことができる。

【００２０】３チタン酸ナトリウム又は５チタン酸ナト
リウム又はこれらの混合物は、そのままで本発明の摩擦
材の摩擦調整剤として使用できるが、必要に応じて、水
洗、酸洗、乾燥、分級等の処理を行って用いてもよい。

【００２１】本発明の摩擦材において、粒状チタン酸ア
ルカリ金属塩と共に用いられる繊維状チタン酸アルカリ
金属塩としては、平均繊維径０．１〜１μｍ、平均アス
ペクト比６以上のチタン酸カリウム繊維及びチタン酸ナ
トリウム繊維が挙げられ、中でも２チタン酸カリウム繊
維、６チタン酸カリウム繊維、８チタン酸カリウム繊
維、３チタン酸カリウム繊維、５チタン酸カリウム繊維
が好ましく用いられる。中でも、８チタン酸カリウム繊
維が好ましい。繊維状８チタン酸カリウムは、商品名
「ティスモＤ」として大塚化学株式会社より販売されて
いるものを商業的に入手できる。

【００２２】本発明の摩擦材において、粒状チタン酸ア
ルカリ金属塩及び繊維状チタン酸アルカリ金属塩の組み
合わせとしては、特に制限はないが、粒状８チタン酸カ
リウムと繊維状８チタン酸カリウムの組み合わせが特に
好ましい。本発明の摩擦材において、粒状チタン酸アル
カリ金属塩と繊維状チタン酸アルカリ金属塩の配合割合
としては、摩擦材の構造を緻密にし、強度を確保する観
点から重量比で粒状チタン酸アルカリ金属塩：繊維状チ
タン酸アルカリ金属塩＝１：１〜１０：１の範囲とする
のが好ましい。

【００２３】本発明の摩擦材において、粒状チタン酸ア
ルカリ金属塩と繊維状チタン酸アルカリ金属塩の配合量
は、合計量で摩擦材中に３〜５０重量％となるように配
合するのが好ましい。配合量を３重量％以上とすること
で摩擦特性の改善効果を十分に発現させることができ
る。また、５０重量％を越えて配合する利益はない。本
発明の摩擦材としては、基材繊維、摩擦調整剤及び結合
剤からなる摩擦材を例示でき、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
は粒状チタン酸アルカリ金属塩及び繊維状チタン酸アル
カリ金属塩を含め２０〜８０重量部、結合剤１０〜４０
重量部、その他の成分０〜６０重量部を例示できる。

【００２４】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ることができる。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、エポキシシラン系又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。摩擦調整剤としては、粒状チタン酸アルカリ金属塩
と繊維状チタン酸アルカリ金属塩に加えて、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。

【００２５】例えば、加硫又は未加硫の天然、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
末等を挙げることができる。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。

【００２６】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
合することもできる。本発明の摩擦材の製造方法は、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。一例としては、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、摩擦材組成物
を調整し、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挙げることができる。

【００２７】また、他の一例としては、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
する方法を挙げることができる。さらに、他の一例とし
ては、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挙げることができる。

【００２８】本発明の摩擦材には、粒状と繊維状のチタ
ン酸アルカリ金属塩を併用したので、緻密な構造の摩擦
材とすることができ、耐フェード性や鳴き性能の悪化を
招くことなく高温履歴後の強度低下を防止することがで
きる。

【００２９】

【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。参考例１アナターゼ型酸化チタンと炭酸カリウムと塩化カリウム
を重量比で５：４．５：１の割合で混合し、９００℃で
２時間焼成した後、得られた焼結体を解砕処理して平均
粒子径５０μｍの粒状２チタン酸カリウムを得た。次い
でこのものを水中に投入してスラリーとし、２時間撹拌
した後、濾別、乾燥させ、９００°Ｃで２時間焼成した
後、得られた焼結体を解砕処理して平均粒子径５０μメ
ートルの粒状４チタン酸カリウムを得た。得られた粒状
４チタン酸カリウムを水中に投入してスラリーとし、ホ
ウ酸を加えてスラリーのｐＨを７．５に維持しながら２
時間中和処理を行い、濾別、乾燥させた後、９００℃で
２時間処理し、得られた焼結体を解砕、分級して平均粒
子径５０μｍの粒状８チタン酸カリウムを得た。

【００３０】参考例２アナターゼ型酸化チタン、炭酸カリウム、塩化カリウ
ム、酸化ホウ酸を重量比５：２．５：１：１の割合で混
合し、１０５５℃まで５時間かけて昇温し、５時間保持
した後、１時間かけて６００℃まで冷却し、次いで室温
まで冷却した。得られた焼結体を解砕、分級して平均粒
子径１０μｍの粒状６チタン酸カリウムを得た。

【００３１】参考例３酸化チタンと炭酸ナトリウムをモル比で３：１の割合で
混合したものをルツボに入れ電気炉にて９５０℃で８時
間加熱した後、生成物を粉砕し、水洗、乾燥して平均粒
子径１３μｍの粒状３チタン酸ナトリウムを得た。

【００３２】実施例１参考例１で得られた粒状８チタン酸カリウム１５重量
部、８チタン酸カリウム繊維（大塚化学株式会社製、商
品名「ティスモＤ」、平均繊維径０．５μｍ、平均繊維
長１３μｍ、平均アスペクト比２６）１５重量部、アラ
ミド繊維（商品名「ケブラーパルプ」長さ３ｍｍ、東レ
株式会社製）３重量部、結合剤（フェノール樹脂）１０
重量部、有機添加剤（カシューダスト等）９重量部、そ
の他（黒鉛等潤滑剤、金属粉末、酸化物粉末）４８重量
部を十分に混合して金型に充填し、結着成形（加圧力：
１５０ｋｇｆ／ｃｍ²、温度１７０℃、５分間）を行
い、成形後、離型して熱処理（１８０℃で３時間保持）
を施した。しかる後、研磨加工を加えて本発明の摩擦材
を得た。尚、有機添加剤、潤滑剤、金属粉末、酸化物粉
末については、通常、摩擦剤に添加されるもの使用し
た。

【００３３】実施例２参考例２で得られた粒状６チタン酸カリウム１５重量
部、８チタン酸カリウム繊維（大塚化学株式会社製、商
品名「ティスモＤ」、平均繊維径０．５μｍ、平均繊維
長１３μｍ、平均アスペクト比２６）１５重量部、アラ
ミド繊維（商品名「ケブラーパルプ」長さ３ｍｍ、東レ
株式会社製）３重量部、結合剤（フェノール樹脂）１０
重量部、有機添加剤（カシューダスト等）９重量部、そ
の他（黒鉛等潤滑剤、金属粉末、酸化物粉末）４８重量
部を十分に混合して金型に充填し、実施例１と同様にし
て本発明の摩擦材を得た。

【００３４】実施例３参考例３で得られた粒状３チタン酸ナトリウム１５重量
部、８チタン酸カリウム繊維（大塚化学株式会社製、商
品名「ティスモＤ」、平均繊維径０．５μｍ、平均繊維
長１３μｍ、平均アスペクト比２６）１５重量部、アラ
ミド繊維（商品名「ケブラーパルプ」長さ３ｍｍ、東レ
株式会社製）３重量部、結合剤（フェノール樹脂）１０
重量部、有機添加剤（カシューダスト等）９重量部、そ
の他（黒鉛等潤滑剤、金属粉末、酸化物粉末）４８重量
部を十分に混合して金型に充填し、実施例１と同様にし
て本発明の摩擦材を得た。実施例１〜３で得られた摩擦
材は、いずれも高温履歴後も強度の低下が少なく、高温
時の摩耗量が抑制された摩擦材であった。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明にかかる摩擦材
は、摩擦摩耗特性の熱安定性が向上して、高温時におい
ても摩擦摩耗特性に優れ、しかも、高温履歴後も強度の
低下が少なく、強度に優れるという利点を有する。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摩擦調整剤として、平均粒子径３〜１０
０μｍの粒状チタン酸アルカリ金属塩及び平均繊維径
０．１〜１μｍ、平均アスペクト比６以上の繊維状チタ
ン酸アルカリ金属塩が配合されていることを特徴とする
摩擦材。
【請求項２】前記粒状チタン酸アルカリ金属塩及び繊
維状チタン酸アルカリ金属塩が共に８チタン酸カリウム
である請求項１の摩擦材。
【請求項３】前記粒状チタン酸アルカリ金属塩と繊維
状チタン酸アルカリ金属塩の配合割合が重量比で１：１
〜１０：１の範囲である請求項１又は２記載の摩擦材。
【請求項４】前記粒状チタン酸アルカリ金属塩と繊維
状チタン酸アルカリ金属塩が合計量で３〜５０重量％配
合されている請求項１乃至３の何れかに記載の摩擦材。