(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（Ａ：アルカリ金属、ｎ＝５〜７）で表されるチタン酸アルカリ金属化合物であって、
Ｘ線回折チャート（Ｘ線源ＣｕＫα）において、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲および２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲にそれぞれ少なくとも１つの回折角を有し、
２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩα、２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩβとしたとき、Ｉα＜Ｉβが成り立つことを特徴とするチタン酸アルカリ金属化合物。
【請求項２】
前記Ａはカリウムおよび／またはナトリウムであることを特徴とする請求項１に記載のチタン酸アルカリ金属化合物。
【請求項３】
請求項１または２に記載のチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いることを特徴とする摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン酸アルカリ金属化合物、およびこれを含む摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（Ａはアルカリ金属）で表されるチタン酸アルカリ金属化合物は、二チタン酸カリウム（ＡがＫで、ｎが２）、三チタン酸ナトリウム（ＡがＮａで、ｎが３）、四チタン酸カリウム（ＡがＫで、ｎが４）、六チタン酸カリウム（ＡがＫで、ｎが６）、六チタン酸ナトリウム（ＡがＮａで、ｎが６）、八チタン酸カリウム（ＡがＫで、ｎが８）などが知られている。
【０００３】
これらのうち、二チタン酸カリウム、三チタン酸ナトリウム、および四チタン酸カリウムは、層状の結晶構造を有し、層間化合物として機能性用途などの研究が進められている。しかし、二チタン酸カリウム、三チタン酸ナトリウム、または四チタン酸カリウムを、樹脂をマトリックスとする摩擦材の摩擦調整剤として用いると、層間に存在するアルカリ金属イオンが動きやすく、過剰な溶出を起こしやすい。このため、摩擦材の使用時に樹脂の劣化を招くなどの不利な面を有している。
【０００４】
一方、六チタン酸カリウム、六チタン酸ナトリウム、および八チタン酸カリウムは、トンネル構造を有しており、化学的安定性、耐熱性、断熱性を有している。このため、これらの化合物を、樹脂をマトリックスとする摩擦材の摩擦調整剤として用いるのに適している。
【０００５】
チタン酸アルカリ金属化合物は、加熱により二酸化チタン（ＴｉＯ２）を生成するチタン化合物と、加熱により酸化アルカリ金属化合物を生成するアルカリ金属化合物とを配合した粉末混合物を原料として製造され、その工業的製造法として、溶融法、焼成法、フラックス法などが知られている。
【０００６】
例えば、溶融法による六チタン酸カリウムの製造方法は、チタン化合物とカリウム化合物とを溶解させ、急冷固化することによって二チタン酸カリウムを調製する工程、二チタン酸カリウムを水に浸し、硫酸を加えてカリウムイオンを析出させる工程、脱水工程、および熱処理工程を備える。上記方法によって、トンネル構造を有する六チタン酸カリウムが得られる。
【０００７】
また、特許文献１には、焼成法によって製造されたチタン酸カリウムが開示されている。特許文献１に開示されているチタン酸カリウムの製造方法は、チタン化合物とカリウム化合物とをメカノケミカルに粉砕しながら混合する工程、得られた粉砕混合物を焼成して二チタン酸カリウムを調製する工程、およびこの二チタン酸カリウムを酸処理してカリウム分を溶出させた後、焼成する工程を備えている。上記の製造方法によって得られたチタン酸カリウムは、Ｘ線回折における最も強度の高いピーク（２θ）が１１．０〜１３．５°の範囲にあり、その半価幅が０．５°以上であるという特徴を有している。特許文献１に開示されているチタン酸カリウムを、摩擦材における摩擦調整剤として用いることにより、摩擦材に優れた耐摩耗性を付与するものとなっている。
【０００８】
また、特許文献２には、焼成法による六チタン酸カリウム単結晶繊維の製造方法が開示されている。特許文献２に開示されている六チタン酸カリウムの製造方法は、二酸化チタンと酸化カリウムとの粉末混合物を焼成処理して二チタン酸カリウムを得る工程と、この二チタン酸カリウムに酸化チタン粉末を添加して焼成処理する工程とを備えている。上記の製造方法によって、比較的大きい繊維径と小さいアスペクト比とを有する、単結晶繊維の六チタン酸カリウムを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００８／１２３０４６号（２００８年１０月１６日公開）
【特許文献２】特開平１１−２２８３００号公報（１９９９年８月２４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
摩擦材の摩擦調整剤としてチタン酸アルカリ金属化合物を用いる場合、摩擦材と摩擦材が作用する相手材との界面に生成される流動層へ、アルカリ金属イオンが適度に供給されることが好ましい。そして、チタン酸アルカリ金属化合物からアルカリ金属を供給するためには、チタン酸アルカリ金属化合物の結晶を破壊することが必要となる。
【００１１】
しかしながら、トンネル構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物、溶融法によって得られる六チタン酸アルカリ金属化合物、および特許文献２に開示されているチタン酸アルカリ金属化合物は化学的に安定であるため、結晶が破壊されにくい。そのため、アルカリ金属の供給が不安定となる場合があり、条件によっては摩擦特性（例えば、摩擦係数の安定性、耐摩耗性、対面損傷性）が安定しないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献１に開示されているチタン酸アルカリ金属は、焼成温度が低いため、結晶性が低い。そのため、特許文献１に開示されているチタン酸アルカリ金属は、化学的に不安定であるという問題を有している。
【００１３】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩擦材の摩擦調整剤として用いた場合、摩擦材が様々な条件における摩擦特性の安定性を有する、チタン酸アルカリ金属化合物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るチタン酸アルカリ金属化合物は、Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（Ａ：アルカリ金属、ｎ＝５〜７）で表されるチタン酸アルカリ金属化合物であって、Ｘ線回折チャート（Ｘ線源ＣｕＫα）において、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲および２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲にそれぞれ少なくとも１つの回折角を有し、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩα、２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩβとしたとき、Ｉα＜Ｉβが成り立つことを特徴とする。
【００１５】
この特徴によれば、チタン酸アルカリ金属化合物を摩擦材の摩擦調整剤として用いた場合、摩擦材が様々な条件における摩擦特性の安定性を有することができる。
【００１６】
また、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、前記Ａはカリウムおよび／またはナトリウムであり、ｎ＝５．８〜６．２であることが好ましい。
【００１７】
本発明の摩擦材は、上記の何れかのチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、摩擦材の摩擦調整剤として用いた場合、摩擦材が様々な条件における摩擦特性の安定性を有する、チタン酸アルカリ金属化合物を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例であるチタン酸カリウムのＳＥＭ画像である。
【図２】本発明の実施例であるチタン酸カリウム、および比較例である六チタン酸カリウムのＸＲＤ回折の対比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、本明細書中では、Ｘ線回折は、Ｘ線源としてＣｕＫα（λ＝０．１５４１８ｎｍ）を用いるものとして説明する。
【００２１】
発明者らは、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物とを均一に粉砕混合した後、熱処理することにより、以下の特徴を有するチタン酸アルカリ金属化合物を製造できることを発見した。
【００２２】
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（Ａ：アルカリ金属、ｎ＝５〜７）で表されるチタン酸アルカリ金属化合物であって、Ｘ線回折チャートにおいて、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲および２θ＝１３．４〜１４．４°（好ましくは１３．６〜１４．３°）の範囲にそれぞれ少なくとも１つの回折角を有し、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩα、２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩβとしたとき、Ｉα＜Ｉβが成り立つことを特徴としている。また、上記ピーク強度Ｉα、Ｉβは、Ｉβ／Ｉα＜４を満たす。ここで、上記ｎは、アルカリ金属酸化物に対する酸化チタンのモル比である。また、上記アルカリ金属は、ナトリウムおよび／またはカリウムであり、好ましくは、カリウムである。
【００２３】
上記の特徴を有するチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いた摩擦材は、従来のチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いた摩擦材に比べて、摩擦特性（例えば、摩擦係数の安定性、耐摩耗性、対面損傷性）が向上する。
【００２４】
また、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、好ましくは、Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（Ａ：アルカリ金属）で表され、ｎ＝５．８〜６．２である。
【００２５】
本発明の摩擦材は、上記チタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いている。これにより、本発明の摩擦材は、従来のチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦調整剤として用いた摩擦材に比べて、摩擦特性（例えば、摩擦係数の安定性、耐摩耗性、対面損傷性）が向上する。
【００２６】
また、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、好ましくは、粒子の短手方向の平均の長さが３μm以上であり、さらに好ましくは、短手方向の長さに対する長手方向の長さの比が３以下の粒子の比率が重量比で９９％以上である。
【００２７】
この特徴によれば、アスベスト繊維に代表される発ガン性を示すリスクが少なく、安全なチタン酸アルカリ金属化合物とすることができる。
【００２８】
（本発明のチタン酸アルカリ金属化合物、およびこれを含む摩擦材の特徴）
以下に、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物、およびこれを含む摩擦材の特徴について詳細に説明する。
【００２９】
まず、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の特徴について、詳細に説明する。なお、本明細書においてミラー指数は、指数が負である場合には当該指数の前にマイナス記号をつけて表記している。
【００３０】
ここでは、チタン酸アルカリ金属化合物の一つである六チタン酸カリウムについて説明する。六チタン酸カリウムは、トンネル構造を有している。ここで、表１に一般的な六チタン酸カリウムのＸ線回折チャートにおける２θ＝１０．０〜１５．０°の範囲の回折角度および全範囲の中で最も強度の高いピークのピーク強度（Ｉ１）を１００とした場合の、各ピークのピーク強度（Ｉ）の相対値（Ｉ／Ｉ１）を示す（参考文献：E.Andersen et al.,Solid State Ionics 27 181(1988)）。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
六チタン酸カリウムは、一般的には、表１に示されるように、ＸＲＤ回折チャートにおいて、２θ＝１０．０〜１５．０°の範囲に、高強度を示すピークとして、低角度側ピーク（２θ＝１１．５°）と高角度側ピーク（２θ＝１３．８°）の２つの回折角を有する。２θ＝１０．０〜１５．０°の範囲に存在する低角度側ピークと高角度側ピークのうち、低角度側ピークは結晶における（２  ０  ０）面における回折ピークであり、高角度側ピークは結晶における（２  ０  −１）面における回折ピークである。また、表１に示すように、一般的な六チタン酸カリウムは、低角度側ピークのピーク強度は、高角度側ピークのピーク強度比に比べて大きい。
【００３３】
これに対し、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、Ｘ線回折チャートにおいて、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲および２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲にそれぞれ少なくとも１つの回折角を有し、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩα、２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩβとしたとき、Ｉα＜Ｉβが成り立つという特徴を有している。換言すれば、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、一般的な六チタン酸カリウムとは異なり、上記高角度側ピークのピーク強度が、上記低角度側ピークのピーク強度比に比べて大きいという特徴を有している。
【００３４】
ここで、ディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの摺動面を構成する摩擦材では、摩擦材と、摩擦材が作用する相手の物質との界面に生成される流動層への影響が重要となる。摩擦調整剤としてチタン酸アルカリ金属化合物を含む摩擦材では、上記界面にアルカリ金属を供給することにより、上記流動層の性質を好適なものにすることができる。チタン酸アルカリ金属化合物を含む摩擦材では、チタン酸アルカリ金属化合物の結晶が破壊されることにより、結晶からアルカリ金属が供給される。
【００３５】
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物では、上述したように、従来の六チタン酸カリウムと比べると、（２  ０  −１）面方向の結晶性が高くなっている。すなわち、アルカリ金属がカリウムの場合の本発明のチタン酸カリウムは、従来の六チタン酸カリウムと比較して結晶構造であるトンネル構造が歪んでいる状態になっていると推察される。これにより、本発明のチタン酸カリウムを摩擦材の摩擦調整剤として用いた場合、摩擦時に結晶構造内のカリウムが適度に外部へと供給されやすくなっていると考えられる。その結果、カリウムがより安定的に流動層へと供給されることで、摩擦材の摩擦界面に生成される流動層の性質に好適な影響を及ぼし、摩擦特性（例えば、摩擦係数の安定性、耐摩耗性、対面損傷性）が向上すると考えられる。
【００３６】
（製造方法）
次に、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の製造方法について、以下に説明する。
【００３７】
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、第１粉砕混合工程、第１熱処理工程、第２粉砕混合工程、および、第２熱処理工程を含む方法により製造される。
【００３８】
第１粉砕混合工程および第１熱処理工程は、チタン化合物およびアルカリ金属化合物から、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物を製造するための工程である。第２粉砕混合工程および第２熱処理工程は、得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物およびチタン化合物から、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を製造するための工程である。
【００３９】
第１粉砕混合工程では、チタン化合物およびアルカリ金属化合物を、均一に粉砕混合する。第１熱処理工程では、第１粉砕混合工程で得られた混合物を熱処理して、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物を製造する。第２粉砕混合工程では、第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物、およびチタン化合物を、均一に粉砕混合する。第２熱処理工程では、第２粉砕混合工程で得られた混合物を熱処理して、チタン酸アルカリ金属化合物を製造する。
【００４０】
これらの各工程の詳細について以下に説明する。
【００４１】
１．層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物の製造
まず、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を製造する途中過程で得られる、Ａ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（ｎ＝１．５〜３．５）で示される、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物の製造方法について説明する。層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物の製造方法は、第１粉砕混合工程と第１熱処理工程とを含む。
【００４２】
１−１．原料
層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物は、加熱により酸化チタンを生成するチタン化合物と、加熱によりアルカリ金属を生成するアルカリ金属化合物とを原料として製造する。上記チタン化合物は、粉末であり、代表的には精製アナターゼ、精製ルチルなどである。この他、チタンのハロゲン化物、水和物、硝酸塩、硫酸塩などを使用することもできる。上記アルカリ金属化合物は、粉末であり、代表的には、アルカリ金属炭酸塩である。この他、アルカリ金属の水酸化物、ハロゲン化物、硝酸塩などを使用することができる。
【００４３】
１−２．第１粉砕混合工程
層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物の製造では、まず、粉砕混合装置を用いて、上記チタン化合物と上記アルカリ金属化合物とを均一に粉砕混合する。本明細書では、本工程を第１粉砕混合工程と呼ぶ。粉砕混合装置は、例えば、振動ミル装置、ビーズミル装置などである。これらの装置を用いることにより、原料に高い粉砕エネルギーを与えながら均一な混合を行うことができる。
【００４４】
第１粉砕混合工程では、まず、後述する第１熱処理工程後の化合物におけるアルカリ金属酸化物に対する酸化チタンのモル比が１．５〜３．５、好ましくは２となるように、チタン化合物とアルカリ金属化合物とを計量し、粉砕混合装置に投入する。また、粉砕混合装置の内壁などに原料が固着するのを防ぐために、添加剤としてエタノール、木屑などを用いることが好ましい。
【００４５】
次に、チタン化合物とアルカリ金属化合物とを十分に粉砕混合するまで粉砕混合装置を作動させる。この操作により、チタン化合物とアルカリ金属化合物とが均一に粉砕混合した混合物が得られる。なお、添加剤としてエタノールや木屑などを投入した場合、これらの添加剤は、後述する第１熱処理工程において燃焼するため、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物に混入することはない。
【００４６】
１−３．第１熱処理工程
第１粉砕混合工程で得られた、チタン化合物とアルカリ金属化合物との混合物を熱処理することにより、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物が得られる。
【００４７】
第１熱処理工程における熱処理条件は以下のとおりである。
熱処理温度：５００〜９５０℃、
熱処理時間：０．５〜１０時間。
【００４８】
層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物が得られたどうかは、Ｘ線回折分析によって確かめることができる。
【００４９】
２．本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の製造
次に、第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物から本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を製造する方法について説明する。第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物から本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を製造する方法は、第２粉砕混合工程と第２熱処理工程とを含む。
【００５０】
２−１．原料
第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、加熱により酸化チタンを生成するチタン化合物とを原料として製造する。上記チタン化合物は、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物を製造する際に使用したチタン化合物と同じチタン化合物であってもよいし、異なるチタン化合物であってもよい。
【００５１】
２−２．第２粉砕混合工程
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の製造では、まず、粉砕混合装置を用いて第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物とを均一に粉砕混合する。粉砕混合装置は、例えば、振動ミル装置、ビーズミル装置などである。これらの装置を用いることにより、原料に高い粉砕エネルギーを与えながら均一な混合を行うことができる。
【００５２】
第２粉砕混合工程では、まず、後述する第２熱処理工程後のチタン酸アルカリ金属化合物におけるアルカリ金属酸化物に対する酸化チタンのモル比が５〜７、好ましくは５．８〜６．２、より好ましくは６となるように、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物とを計量し、粉砕混合装置に投入する。また、粉砕混合装置の内壁などに原料が固着するのを防ぐために、添加剤としてエタノール、木屑などを用いることが好ましい。
【００５３】
次に、第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物とを十分に粉砕混合するまで粉砕混合装置を作動させる。この操作により、第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物とが均一に粉砕混合した混合物が得られる。なお、添加剤としてエタノールや木屑などを投入した場合、これらの添加剤は、後述する第２熱処理工程において燃焼するため、得られるチタン酸アルカリ金属化合物に混入することはない。
【００５４】
２−３．第２熱処理工程
第２粉砕混合工程で得られた、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物との混合物を熱処理することにより、チタン酸アルカリ金属化合物が得られる。
【００５５】
第２熱処理工程における熱処理条件は以下のとおりである。
熱処理温度：８００〜１３５０℃、
熱処理時間：０．５〜１０時間。
【００５６】
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物が得られたどうかは、Ｘ線回折分析によって確かめることができる。
【００５７】
第２熱処理工程によって得られた本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、粒子が凝集しているため、分散したチタン酸アルカリ金属化合物を得る必要がある場合は、凝集した粒子を粉砕する必要がある。具体的には、ハンマーミル、ボールミルなどを用いて軽度の機械衝撃を付与することにより行われる。その結果、粒子状となった本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を得ることができる。
【００５８】
また、顆粒状のチタン酸アルカリ金属化合物を得る必要がある場合は、第２粉砕混合工程で得られた、層状の結晶構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と、チタン化合物との混合物に造粒処理を施し、必要に応じ軽度の解砕処理、分級処理により整粒した後、第２熱処理工程を行うことで得られる。
【００５９】
顆粒状のチタン酸アルカリ金属化合物を摩擦材の摩擦調整剤として用いる場合は、顆粒内部に空孔が存在する為、摩擦材の気孔形成により好適である。
【００６０】
本発明者は、上記の第１粉砕混合工程および第２粉砕混合工程における粉砕混合条件を調整することにより、チタン酸アルカリ金属化合物のＸ線回折チャートにおいて、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲および２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲にそれぞれ少なくとも１つの回折角を有し、２θ＝１１．２〜１２．２°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩα、２θ＝１３．４〜１４．４°の範囲の最も高い強度を示すピークのピーク強度をＩβとしたとき、Ｉα＜Ｉβが成り立つことを初めて見出した。換言すれば、チタン酸アルカリ金属化合物のＸ線回折チャートにおける、２θ＝１０．０〜１５．０°の範囲の低角度側ピークと高角度側ピークとの強度比が変化することを初めて見出した。具体的には、第１粉砕混合工程および第２粉砕混合工程において原料に高い粉砕エネルギーを与えながら均一な混合を行うことで、低角度側ピークのピーク強度が高角度側ピークのピーク強度よりも低い、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物を得ることができる。
【００６１】
また、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の製造方法（すなわち、第１粉砕混合工程、第１熱処理工程、第２粉砕混合工程、および、第２熱処理工程を含む製造方法）を用いてチタン酸アルカリ金属化合物を製造することにより、従来の溶融法によってチタン酸アルカリ金属化合物を製造する場合に比べて、チタン酸アルカリ金属化合物の理論収率を向上させることができる。
【００６２】
具体的には、六チタン酸カリウムを製造する溶融法では、二チタン酸カリウムからカリウムを溶脱させて六チタン酸カリウムを製造するため、原料に二酸化チタンと炭酸カリウムを使用した場合、理論収率は６４．２％である。
【００６３】
これに対して、本発明のチタン酸カリウムの製造方法では、第１熱処理工程で得られた層状の結晶構造を有するチタン酸カリウムに酸化チタンを加えて、ｎ＝５〜７のチタン酸カリウムを製造している。これにより、カリウムを溶脱させることがないようにできるため、同じく原料に二酸化チタンと炭酸カリウムを使用した場合で比較すると、理論収率を９１．８〜９３．７％まで向上させることができる。
【００６４】
つまり、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物の製造において、アルカリ金属に対する酸化チタンのモル比が所定の比率となるようにする際、水中でアルカリ成分を溶脱させずに、酸化チタンを粉体で加える第２の粉砕混合工程を設けることも特徴である。
【実施例】
【００６５】
以下に、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物、および摩擦材の実施例について説明する。
【００６６】
（実施例１）
＜第１粉砕混合工程＞
第１粉砕混合工程では、原料として、アナターゼ型の酸化チタン（堺化学社製Ａ−１１０）２６８．１ｇ、および炭酸カリウム（日本曹達社製）２３１．９ｇを計量し、振動ミル装置（中央化工機社製、品番：ＭＢ−１、アルミナポットおよびアルミナボールを使用）に投入した。また、添加剤として原料総重量に対して１重量％のエタノール、および５重量％の木屑を、振動ミル装置に投入した。
【００６７】
次に、１回あたり１０分で６回、すなわち６０分、大気中で振動ミルを行った。１回１０分の振動ミルを行う度に、振動ミル装置の内壁などに付着している原料を剥離させた。これにより、均一に粉砕混合した、酸化チタンと炭酸カリウムとの混合物を得た。
【００６８】
＜第１熱処理工程＞
第１粉砕混合工程で得られた酸化チタンと炭酸カリウムとの混合物を、８２０℃で４時間熱処理した。これにより、層状の結晶構造を有する二チタン酸カリウムを得た。
【００６９】
＜第２粉砕混合工程＞
第２粉砕混合工程では、第１熱処理工程で得られた二チタン酸カリウム２２１．４ｇ、およびアナターゼ型の酸化チタン（堺化学社製Ａ−１１０）２７８．６ｇを計量し、振動ミル装置（中央化工機社製、品番：ＭＢ−１、アルミナポットおよびアルミナボールを使用）に投入した。また、添加剤として原料総重量に対して１重量％のエタノール、および５重量％の木屑を、振動ミル装置に投入した。
【００７０】
次に、１回あたり１０分で６回、すなわち６０分、大気中で振動ミルを行った。１回１０分の振動ミルを行う度に、振動ミル装置の内壁などに付着している試料を剥離させた。これにより、均一に粉砕混合した、酸化チタンと二チタン酸カリウムとの混合物を得た。
【００７１】
＜第２熱処理工程＞
第２粉砕混合工程で得られた酸化チタンと二チタン酸カリウムとの混合物を、転動造粒機にて造粒し、解砕、分級処理により整粒した後、約１０００℃で１時間熱処理した。これにより、Ｋ２ＴｉｎＯ２ｎ＋１（ｎ＝５〜７）で表される顆粒状のチタン酸カリウムを得た。
【００７２】
得られたチタン酸カリウムの拡大ＳＥＭ画像を図１に示す。図１に示すように、チタン酸カリウムは、粒子状の形状を有していた。
【００７３】
得られた顆粒状チタン酸カリウムをハンマーミルによる軽度の粉砕処理を施し、粒子状のチタン酸カリウムとした後、顕鏡法を用いてランダムに３００個の粒子の大きさを測定した。測定の結果、短手方向の平均の長さが約５μｍであり、長手方向の平均の長さが約８μｍであった。また、短手方向の長さに対する長手方向の長さの比が３以下の粒子の比率は、９９．３重量％であった。
【００７４】
（比較例１）
比較例１としての六チタン酸カリウムは、溶融法によって製造した。以下に詳細に記す。
【００７５】
＜層状の結晶構造を有するチタン酸カリウム化合物の作製工程＞
原料として、アナターゼ型の酸化チタン（堺化学社製ＴＣＡ−１２３Ｅ）２６１．７ｇ、および炭酸カリウム（日本曹達社製）２３８．３ｇを計量し、１１００℃で、１時間熱処理した。これにより、酸化チタンおよび炭酸カリウムを溶融させた。これを急冷固化することにより、層状の結晶構造を有する二チタン酸カリウムを得た。
【００７６】
＜六チタン酸カリウム製造工程＞
得られた二チタン酸カリウムを水に浸し、水洗いを行った。次に、硫酸を加え、酸処理を行い、カリウムを溶脱させた。次に、固体と液体とを分離させ、得られた固体を１０００℃で、１時間熱処理した。これにより、六チタン酸カリウムを得た。
【００７７】
得られた六チタン酸カリウムを振動フルイによる軽度の解砕処理を施し、六チタン酸カリウムを得た。
【００７８】
（比較例２）
比較例２としての六チタン酸カリウムは、従来の焼成法によって製造した。以下に詳細に記す。
【００７９】
＜層状の結晶構造を有するチタン酸カリウム化合物の作製工程＞
原料として、アナターゼ型の酸化チタン（堺化学社製Ａ−１１０）２６８．１ｇ、および炭酸カリウム（日本曹達社製）２３１．９ｇを計量した。次に、酸化チタンおよび炭酸カリウムを、ボールミル（アルミナポッドおよびアルミナボールを使用）を用いて１時間混合した。次に、混合した酸化チタンおよび炭酸カリウムを８００℃で、３時間焼成処理した。上記の焼成反応生成物をボールミルによる軽度の粉砕処理を施した。これにより、層状の結晶構造を有する二チタン酸カリウムを得た。
【００８０】
＜六チタン酸カリウム製造工程＞
得られた二チタン酸カリウム２２１．４ｇ、およびアナターゼ型の酸化チタン２７８．６ｇを、ボールミル（アルミナポッドおよびアルミナボールを使用）を用いて１時間混合した。次に、混合した酸化チタンおよび二チタン酸カリウムを１１５０℃で２時間焼成処理した。上記の焼成反応生成物をボールミルによる軽度の粉砕処理を施した。これにより、六チタン酸カリウムを得た。
【００８１】
（Ｘ線回折チャート）
実施例１、比較例１、および比較例２のチタン酸カリウムのＸ線回折チャートを図２に示す。図２に示すように、実施例１、比較例１、および比較例２のチタン酸カリウムは、１０．０〜１５．０°の範囲に、低角度側ピーク（２θ＝１１．５°）と高角度側ピーク（２θ＝１３．８°）の２つの回折角を有していた。また、比較例１、および比較例２の六チタン酸カリウムは、上記低角度側ピークのピーク強度が高角度側ピークのピーク強度よりも大きいのに対し、実施例１のチタン酸カリウムは、上記高角度側ピークのピーク強度が低角度側ピークのピーク強度よりも大きかった。
【００８２】
六チタン酸カリウムは、比較例１および比較例２のＸ線回折チャートに示される結晶構造が最も一般的である。しかしながら、実施例１に示した本発明のチタン酸カリウムは、一般的な結晶構造ではなく、結晶構造が少し歪んだ構造になっていると推察できる。つまり、推測の域を出ないが、本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、結晶構造がわずかに歪んだ構造を有するチタン酸アルカリ金属化合物と考えられる。なお、実施例ではチタン酸カリウムのみで評価したが、層状の結晶構造を有するチタン酸ナトリウムを経た場合も、本発明のチタン酸カリウムと同様の特徴を有するチタン酸ナトリウムを得ることができる。
【００８３】
（摩擦材）
実施例１、比較例１および比較例２のチタン酸カリウムそれぞれを摩擦調整剤として用いて、摩擦材実施例１、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２をそれぞれ作製した。具体的な製造方法について、以下に示す。
【００８４】
＜原料の調整＞
摩擦材実施例１、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２に関して、以下の表２に示す配合組成で、各材料を配合した。なお、摩擦材実施例１で使用したチタン酸カリウムは、実施例１の顆粒状チタン酸カリウムであり、摩擦材比較例１で使用した六チタン酸カリウムは、比較例１の六チタン酸カリウムであり、摩擦材比較例２で使用した六チタン酸カリウムは、比較例２の六チタン酸カリウムである。
【００８５】
【表２】
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【００８６】
＜摩擦材の成形＞
上記の各材料をアイリッヒミキサーで３分間混合した。その後、加圧力１６ＭＰａ，常温で、２分間、混合物を予備形成した。次に、加圧力３１Ｍｐａ、１７０℃で、１０分間熱間成形を行った。熱間成形中には、２回の除圧によるガス抜きを行った。熱間成形後、２００℃で、５時間、熱処理を行った。その後、所定の寸法に切断し、研磨加工を施すことにより、それぞれ摩擦材実施例１、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２を得た。
【００８７】
＜摩擦試験＞
摩擦材実施例１、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２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」及びＪＡＳＯ  Ｃ  ４２７「ブレーキライニング、パッド摩耗ダイナモメータ試験方法」に準拠した摩耗試験を行った。摩擦試験の結果を表３に示す。なお、ＪＡＳＯ  Ｃ  ４０６第二効力試験における摩擦係数は、５０、１００、および１３０ｋｍ／ｈの各速度における平均摩擦係数である。また、ＪＡＳＯ  Ｃ  ４２７摩耗量試験における摩耗量は、制動１０００回当りの摩耗量である。
【００８８】
【表３】
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【００８９】
表３に示すように、本発明の摩擦材実施例１は、５０、１００、および１３０ｋｍ／ｈの各速度における摩擦係数がほぼ同じであり、良好な摩擦係数の安定性を有していた。また、１００〜４００℃の各温度における摩擦材実施例１の摩耗量は、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２に比べて小さく、優れた耐摩耗性を有していた。さらに、１００〜４００℃の各温度における摩擦材実施例１に関するディスク摩耗量は、摩擦材比較例１および摩擦材比較例２に関するディスク摩耗量に比べて小さく、優れた対面損傷性を有していた。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のチタン酸アルカリ金属化合物は、自動車、鉄道用車両、航空機、産業機械類などの制御装置におけるディスクパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシングなどの摺動面を構成する摩擦材に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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