(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材と充填材を結合剤によって結着させた摩擦材であって、
前記充填材として、非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩と非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属・アルカリ土類金属塩の少なくとも一つのチタン酸化合物塩と、平均粒径１．２〜４μｍのＦｅ2Ｏ3とを含んでいることを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦材であって、
Ｆｅ2Ｏ3の添加量が、摩擦材全体の６〜２２重量％であることを特徴とする摩擦材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の摩擦材であって、
チタン酸化合物塩が、板状、フレーク状または粉状であることを特徴とする摩擦材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦材であって、
チタン酸化合物塩の総添加量が、摩擦材全体の６〜３８重量％であ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、自動車のブレーキ、クラッチ等に使用される摩擦材に関し、詳しくは、耐摩耗性に優れ、相手材への攻撃性が小さく、広い温度域において高い摩擦係数を有する摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アスベスト繊維に代えてチタン酸カリウム繊維を繊維基材に有する摩擦材が知られている（特許文献１など）。チタン酸カリウム繊維を有する摩擦材は、耐摩耗性に優れており、しかも高温域（３００℃以上）において高い摩擦係数を有するという利点を有している。耐摩耗性が優れる原因は、チタン酸カリウム繊維がトランスファーフィルムを形成するからであると知られている。しかし本摩擦材は、低温域、とりわけ常温域（２０〜７０℃）での摩擦係数が低いという問題があった。
【０００３】
その対策として高硬度の摩擦調整剤（モース硬度６．５〜８）を増量させる方法が考えられる。しかし高硬度の摩擦調整剤を増量させると、相手材への攻撃性が高くなるという問題が生じる。また、一般使用温度域における摩擦係数が高くなりすぎることでブレーキ鳴きが生じたり、高い耐摩耗性が得られなくなったりするなどの問題も生じる。高い耐摩耗性が得られなくなる原因は、チタン酸カリウム繊維によるトランスファーフィルムの生成が高硬度の摩擦調整剤によって阻害されるためであると予測される。
そこで従来、特許文献２に記載の摩擦材も開発されている。該摩擦材は、繊維基材として六チタン酸カリウム結晶とチタニア結晶からなる複合多結晶繊維を含有することによって、高い耐摩耗性を維持しつつ、低温域においても高い摩擦係数を得るものである。しかし本摩擦材は、モース硬度７．５の硬いチタニア結晶が存在するために対面攻撃性が高くなることが懸念される。
【特許文献１】特開昭６１−１９１５９９号公報
【特許文献２】特許第２９９０５６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、耐摩耗性に優れ、相手材への攻撃性が小さく、広い温度域において高い摩擦係数を有する摩擦材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備える摩擦材であることを特徴とする。
すなわち請求項１に記載によると、繊維基材と充填材を結合剤によって結着させた摩擦材であって、充填材として、非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩と非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属・アルカリ土類金属塩の少なくとも一つのチタン酸化合物塩と、平均粒径１．２〜４μｍのＦｅ2Ｏ3とを含んでいる。
【０００６】
したがって本摩擦材は、チタン酸化合物塩を有しているために、チタン酸化合物塩によってトランスファーフィルムを形成することができ、トランスファーフィルムによって高い耐摩耗性を得ることができる。また本摩擦材は、Ｆｅ2Ｏ3も有しているが、Ｆｅ2Ｏ3は、モース硬度が６．０程度であって、ＺｒＯ2（モース硬度６．５）やＺｒＳｉＯ4（モース硬度７．５）などの一般的な摩擦調整剤に比べて低い。そのためＦｅ2Ｏ3を添加してもトランスファーフィルムが破壊される心配が少なく、高い耐摩耗性を維持することができる。
【０００７】
またＦｅ2Ｏ3のモース硬度が６．０程度であるために、Ｆｅ2Ｏ3を添加しても一般的な摩擦調整剤を添加した場合よりも、相手材に対する攻撃性が大きくなってしまうことがない。また一般使用温度域（１００〜２００℃）における摩擦係数が高くなりすぎることもなく、これによってブレーキ鳴きが発生することも抑制できる。
またＦｅ2Ｏ3は、平均粒径が１．２〜４μｍであるために、耐摩耗性等の特性を高い状態で維持したまま添加量を多くすることができ、Ｆｅ2Ｏ3の添加量を多くすることによって黒鉛等の潤滑性が高い常温域（２０〜７０℃）においても高い摩擦係数を得ることができる。
【０００８】
またＦｅ2Ｏ3は、同じ酸化鉄であるＦｅ3Ｏ4に比べて不定形であり、熱的に安定している。
またチタン酸化合物塩は、非ウィスカー状であるために、環境衛生上好ましくない長さ５μｍ以上、直径３μｍ以下、アスペクト比（長さ／直径）が３を超えるウィスカー状繊維を含んでいない。したがって人体に対する発ガン性の心配もない。
また本摩擦材によると、特許文献２に記載するようなモース硬度７．５の硬いチタニア結晶を含むような繊維等を必要としないために、対面攻撃性が高くなる懸念もない。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、Ｆｅ2Ｏ3の添加量が、摩擦材全体の６〜２２重量％である。
したがってＦｅ2Ｏ3の添加量が摩擦材全体の６重量％以上であるために、Ｆｅ2Ｏ3と相手材との接触面積が十分に広くなり、これによって常温域（２０〜７０℃）における摩擦係数を十分に高くなる。
またＦｅ2Ｏ3の添加量が摩擦材全体の２２重量％以下であるために、Ｆｅ2Ｏ3が多すぎることによって耐摩耗性が低減することが抑制されている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、チタン酸化合物塩が、板状、フレーク状または粉状の非ウィスカー状になっている。
請求項４に記載の発明によると、チタン酸化合物塩の添加量が、摩擦材全体の６〜３８重量％である。
したがってチタン酸化合物塩の添加量が摩擦材全体の６重量％以上であるために、耐摩耗性を十分に大きく確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる摩擦材は、繊維基材と充填材（摩擦調整剤）と結合剤を主体に有している。
充填材（摩擦調整剤）は、摩擦係数の調整、異音調整、錆防止などのために含まれるものであって、本発明に係る摩擦材は、非ウィスカー状のチタン酸化合物塩とＦｅ2Ｏ3とを含んでいる。
【００１２】
チタン酸化合物塩は、非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩と非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属・アルカリ土類金属塩の少なくとも一つ、すなわちいずれか一つまたは両方を有している。
チタン酸化合物塩の添加量は、摩擦材全体の６〜３８重量％であることが好ましく、１０重量％以上、１８重量％以上、２０重量％以上、３０重量％以下、２４重量％以下であることがより好ましい。
非ウィスカー状とは、ウィスカーを含んでいないことを意味し、板状、フレーク状（薄片状、魚鱗状）、粉状などであることを意味する。したがってチタン酸化合物塩には、環境衛生上好ましくない長さ５μｍ以上、直径３μｍ以下、アスペクト比（長さ／直径）３を超えるウィスカー（針状結晶、ひげ結晶）が含まれていない。
【００１３】
チタン酸アルカリ金属塩は、例えば、チタン酸カリウム，チタン酸リチウム，チタン酸リチウム・カリウム等であって、カリウムやリチウムに代えて他のアルカリ金属（ナトリウム等）を有するものであっても良い。
チタン酸カリウムとしては、６チタン酸カリウム，８チタン酸カリウム、例えば、板状の６チタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ6Ｏ13），フレーク状の８チタン酸カリウム（Ｋ1.88〜2.13Ｔｉ8Ｏ16.94〜17.07）などを利用することができる。
チタン酸リチウム・カリウムとしては、フレーク状のチタン酸リチウム・カリウム（Ｋ0.5〜0.7Ｌｉ0.27Ｔｉ1.6Ｏ3.85〜3.95）などを利用することができる。
【００１４】
チタン酸アルカリ金属・アルカリ土類金属塩は、例えば、チタン酸マグネシウム・カリウムなどであって、カリウムに代えて他のアルカリ金属（リチウム等）、マグネシウムに代えて他のアルカリ土類金属（ベリリウム，カルシウム等）を有するものであっても良い。
【００１５】
Ｆｅ２Ｏ３は、平均粒径が１．２〜４μｍであって、好ましくは、２μｍ以上、３μｍ以下である。
Ｆｅ２Ｏ３は、マグヘマタイト（γ型）であっても良いが、へマタイト（α型、赤鉄鋼）であることが好ましい。
Ｆｅ２Ｏ３の添加量は、摩擦材全体の６〜２２重量％であることが好ましく、１０重量％以上、２０重量％以下、１５重量％以下であることがより好ましい。
【００１６】
本摩擦材は、充填材（摩擦調整剤）として、チタン酸化合物塩とＦｅ2Ｏ3以外の無機充填材，有機充填材，潤滑剤などを適宜含んでいる。
他の無機充填材としては、硫酸バリウム，水酸化カルシウム，酸化ジルコニウム，珪酸ジルコニウム，炭酸カルシウム，雲母（マイカ），カオリン，タルク、硫化物などが必要に応じて含まれる。有機充填材としては、ゴム，カシューダストなどが含まれ、潤滑剤としては、黒鉛（グラファイト），三硫化アンチモン，二硫化モリブデン，二硫化亜鉛などが含まれる。モース硬度が６．５以上の高硬度の摩擦調整剤は、要求される摩擦係数、耐摩耗性に応じて適宜添加される。例えば１０重量％以下含まれる。
【００１７】
摩擦材は、繊維基材として無機繊維、有機繊維および粉末体を適宜選択して含んでいる。金属繊維としては、例えば銅繊維，鉄繊維を使用することができ、金属粉としては、銅粉などを使用することができる。有機繊維としては、アラミド繊維などを使用することができる。
繊維基材の添加量は、摩擦材全体の５〜４０重量％であることが好ましく、１０重量％以上、１５重量％以上、３０重量％以下、２０重量％以下であることがより好ましい。
【００１８】
結合剤は、繊維基材と充填材を結着させるものであって、結合剤として有機物である樹脂やゴムが使用される。例えばフェノール樹脂，イミド樹脂，ゴム変性フェノール樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂，ＮＢＲ，ニトリルゴム，アクリルゴムなどが使用される。結合剤は、一種を単独で使用することもできるし、二種以上を組み合せて使用することもできる。結合剤の添加量は、摩擦材全体の５〜３０重量％であることが好ましく、１５重量％以下であることがより好ましい。
【００１９】
摩擦材の製造方法は、先ず、摩擦材原料を混合機で混合して原料混合物を得る。混合機としては、アイリッヒミキサー、ユニバーサルミキサー、レーディゲミキサーなどを利用することができる。
次に、原料混合物を予備金型によって予備成形し、予備成形品を成形用金型によって加圧加熱成形する。加圧加熱成形における成形温度は、１３０〜２００℃、成形圧力は、１０〜１００ＭＰａ、成形時間は、２〜１５分である。次に、成形体を１４０〜４００℃で２〜４８時間硬化させる。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明に係る実施例２〜１５と、比較例１〜９を具体的な数字を用いて説明する。
実施例２〜１５に係る摩擦材と比較例１〜９に係る摩擦材は、図１，２に示す原料成分と配合量を有する原料混合物から得た。
実施例２〜５と比較例１〜５，９に係る摩擦材は、図１に示すように板状６チタン酸カリウムを有しており、板状６チタン酸カリウムとして、メルト法によって生成した板状の６チタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ6Ｏ13）（株式会社クボタ製のＴＸＡＸ−Ａ）を使用した。
【００２１】
実施例２〜５と比較例４，５，９は、Ｆｅ２Ｏ３を有しており、Ｆｅ２Ｏ３の平均粒径が比較例４，９、実施例２〜５、比較例５の順に大きい。なお図１，２中のＦｅ２Ｏ３欄内の数値は、平均粒径の大きさを示している。
比較例１，２は、図１に示すようにＦｅ２Ｏ３に代えて珪酸ジルコニウムを有しており、珪酸ジルコニウムの添加量が比較例１，２の順に多い。
比較例３は、Ｆｅ２Ｏ３に代えてジルコニアを有している。
【００２２】
実施例６〜９と比較例６，７に係る摩擦材は、図２に示すようにＦｅ2Ｏ3を有しており、Ｆｅ2Ｏ3の添加量が比較例６、実施例６〜９、比較例７の順に多い。
実施例１０〜１５と比較例８に係る摩擦材は、図２に示すように板状６チタン酸カリウムを有しており、その添加量が比較例８、実施例１０〜１５の順に多い。
【００２３】
実施例２〜１５と比較例１〜９に係る摩擦材の製造方法は、先ず、図１，２に示す原料をアイリッヒミキサーによって５分間乾式にて混合することで原料混合物を得た。次に、原料混合物を成形温度１６０℃、成形圧力２０ＭＰａ、成形時間１０分の条件において加圧加熱成形し、成形物を２３０℃、３時間の条件において硬化させた。
【００２４】
次に、摩擦材の特性を測定するための実験を行い、その実験結果を図３，４にまとめた。各特性は、以下のように測定した。
＜摩擦性能＞  ＪＡＳＯ  Ｃ４０６に従って摩擦性能試験を行い、一般使用温度域（１００℃）と常温域（５０℃）における平均摩擦係数を測定し、下記の基準によって判定した。
○：０．３５以上、  ×：０．３５未満
＜鳴き性能＞  ＪＡＳＯ  Ｃ４２７に従って温度別摩擦試験を行い、試験中に所定のレベル以上の高周波音（５００Ｈｚ以上の音）の発生回数を測定し、鳴き発生が多い場合に×を付し、少ない場合に○を付した。
【００２５】
＜耐摩耗性＞  Ｌ.Ａ.市街地の実車走行試験を台上試験機に落とし込んだ試験（通称ＬＡＣＴ試験、ＬＡＣＴシミュレーション試験）を行って推定寿命を測定し、下記の基準によって判定した。
○：２．１万ｋｍ以上、  ×：２．１万ｋｍ未満
＜対面攻撃性＞  ＪＩＳ  Ｄ  ４４１１に準じた試験方法により相手材（鋳鉄製のディスクロータ）に摩擦材を低面圧（Ｐ＝０．０５ＭＰａ）で押圧して摺動させ、規定時間試験後における相手材の摩耗量を測定した。
○：１０μｍ未満、  ×：１０μｍ以上
【００２６】
比較例１の実験結果から、板状６チタン酸カリウムと珪酸ジルコニウムとを含むことによって、一般使用温度域（１００℃）において高い摩擦係数を得ることがわかった。しかし常温域（５０℃）において摩擦係数が低くなることがわかった。
比較例２，３の実験結果から、珪酸ジルコニウムやジルコニアの添加量を比較例１よりも増量することによって、常温域（５０℃）における摩擦係数が高くなることがわかった。しかし耐摩耗性が低下し、対面攻撃性が高くなり、一般使用温度域（１００℃）においてブレーキ鳴きが発生することがわかった。
【００２７】
実施例２〜５の実験結果から、珪酸ジルコニウムの添加量を少ない添加量のまま（６重量％以下のまま）Ｆｅ２Ｏ３を添加することによって常温域（５０℃）における摩擦係数が高くなることがわかった。とりわけ平均粒径１．２μｍ以上のＦｅ２Ｏ３を添加することによって常温域（５０℃）における摩擦係数が高くなることがわかった。
比較例５の実験結果から、粒径の大きい（平均粒径５．０μｍ以上）Ｆｅ２Ｏ３を添加することで、摩擦材の推定寿命が短くなってしまうことがわかった。
【００２８】
実施例６〜９と比較例６の実験結果から、Ｆｅ2Ｏ3の添加量が多いほど、一般使用温度域（１００℃）と常温域（５０℃）における摩擦係数が高くなり、ロータ摩耗量が多くなることがわかった。とりわけＦｅ2Ｏ3の添加量を６重量％以上にすることによって常温域（５０℃）における摩擦係数が高くなることがわかった。
比較例７の実験結果から、Ｆｅ2Ｏ3の添加量が多すぎると（２７重量％以上にすると）摩擦材の推定寿命が短くなることがわかった。
【００２９】
実施例１０〜１５と比較例８の実験結果から、板状６チタン酸カリウムの添加量が多いほど、摩擦材の推定寿命が長くなることがわかった。
【００３０】
なお実験結果は省略しているが、板状６チタン酸カリウムに代えて、フレーク状の８チタン酸カリウム（大塚化学（株）製のＴＥＲＲＡＣＥＳＳ  ＴＦ−ＬまたはＴＥＲＲＡＣＥＳＳ  ＴＦ−Ｓ）、フレーク状のチタン酸リチウム・カリウム（大塚化学（株）製のＴＥＲＲＡＣＥＳＳ  Ｌ）、フレーク状のチタン酸マグネシウム・カリウム（大塚化学（株）製のＴＥＲＲＡＣＥＳＳ  ＰＳ）、粉末状チタン酸カリウム（ＪＦＥミネラル（株）製のＴＩＢＲＥＸ−ＡＦ）等を利用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車に使用されるブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェーシング等に利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例と比較例に係る摩擦材の原料成分と配合量の図である。
【図２】実施例と比較例に係る摩擦材の原料成分と配合量の図である。
【図３】実施例と比較例に係る摩擦材の実験結果をまとめた図である。
【図４】実施例と比較例に係る摩擦材の実験結果をまとめた図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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