(57)【要約】【課題】  非ウィスカー状チタン酸カリウムを摩擦材に配合した場合に生じる気孔率の低下を防止し、フェード特性の悪化や高速効力の低下を生じない摩擦材、及びチタン酸カリウムウィスカー及び非ウィスカー状チタン酸カリウムを使用した場合と同等の摩擦性能を与えると共に、高負荷制動時における異音や異常摩耗を抑制することができる摩擦材を提供する。【解決手段】  平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の板状、柱状又は鱗片状の非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩又は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と無機多孔質充填材とを配合した摩擦材、及び平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムを配合した摩擦材。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩と、無機多孔質充填材とを配合したことを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
前記無機多孔質充填材を前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩との体積比で５〜３０％配合したことを特徴とする請求項１記載の摩擦材。
【請求項３】
前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩はシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の摩擦材。
【請求項４】
補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の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と、無機多孔質充填材とを配合したことを特徴とする摩擦材。
【請求項５】
前記無機多孔質充填材を前記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との体積比で５〜３０％配合したことを特徴とする請求項４記載の摩擦材。
【請求項６】
前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩・アルカリ土類金属はシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の摩擦材。
【請求項７】
補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、ウィスカー状チタン酸カリウムを含まず、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムを配合したことを特徴とする摩擦材。
【請求項８】
前記非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムはシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする請求項７記載の摩擦材。
【請求項９】
非ウィスカー状チタン酸カリウムを前記非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムとの重量比で等量以下配合したことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦材に関するものであり、特に産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに用いられる摩擦材に関するものであり、より具体的には前記の用途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関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主としてブレーキなどに用いる摩擦材は、その強度を高めるために補強繊維が使用され、補強繊維としてはアスベスト代替繊維としてガラス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維などが使用され、これらはそれぞれの特性があるため、数種混合して使用されている。
これらの繊維の中でもチタン酸カリウム繊維は、研削性硬質無機繊維として、摩擦材全体の強度、耐熱性を高め、耐摩耗性を向上させるだけでなく、その研削性により摩擦材の摩擦係数を高め、特に高速制動等の高負荷時の高い摩擦係数を確保できるものとして高く評価されている。
【０００３】
耐フェード性、耐鳴き性共に優れた摩擦材を提供することを目的として、特許文献１には、耐熱性と適度の硬さを有するチタン酸カリウムウィスカーを配合したブレーキ摩擦材が開示されている。
しかしながら、上記ウィスカーは直径が０．５〜１μｍ、長さが１０〜２０μｍの高アスペクト比の針状単結晶からなるものであり、作業環境衛生上、使用することは好ましくない。
【０００４】
この対策として、作業環境衛生上好ましくないウィスカー状チタン酸カリウムを使用することなく、それでいて同等の摩擦作用と強度を与えると共に製造コストの上昇を抑制できる摩擦材を得ることを目的として、特許文献２には、アスペクト比３以下の粉末状又は鱗片状のチタン酸カリウムを配合した摩擦材が、特許文献３には、チタン酸カリウム粉末を配合した摩擦材が、そして特許文献４には、アスペクト比が３を越えない鱗片状や板状のチタン酸カリウムを配合した摩擦材が開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献２〜特許文献４のように、チタン酸カリウムウィスカーの代わりに、柱状、板状、鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムを摩擦材に配合すると、気孔率の低下を招き、フェード特性の悪化や高速効力の低下を引き起こすという問題点があった。例えば、特許文献４の表１中の実施例１、３、６及び１０のフェード特性の試験結果に、ｍｉｎμ＞０．２０という不満足な結果を示す△が付されている。
【０００６】
また、上記の目的に加えて、使用時の相手材との摩擦により生じる粉塵中に、微細な繊維片が混在することのない摩擦材を得ることを目的として、特許文献５には、フレーク状チタン化合物多結晶繊維を配合した摩擦材が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２７２９７８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７２６１２号公報
【特許文献３】特開２００１−２０９８６号公報
【特許文献４】特開２００３−８２３３１号公報
【特許文献５】特公平８−３２６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１のチタン酸カリウムウィスカー及び、特許文献２〜特許文献５の柱状、板状、鱗片状、フレーク状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムは、どれもその融点が相手材である普通鋳鉄の融点よりも高いため、特に高負荷制動時のような摩擦面温度が上昇する場合、相手材に移着し、異音や摩擦材の摩耗の原因となるという問題点があった。
【０００９】
本発明は、このような実情よりなされたものであり、柱状、板状、鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムを摩擦材に配合した場合に生じる気孔率の低下を防止し、フェード特性の悪化や高速効力の低下を生じない摩擦材を提供することを第１の目的とする。
本発明はまた、従来のチタン酸カリウムウィスカー及び柱状、板状、鱗片状、フレーク状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムを使用した場合と同等の摩擦性能を与えると共に、高負荷制動時における異音や異常摩耗を抑制することができる摩擦材を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、前記の第１の目的を達成するために鋭意研究を行い、作業環境衛生上好ましくないウィスカー状チタン酸カリウム系を使用することなく、それでいて柱状、板状、鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムを摩擦材に配合した場合に生じる気孔率の低下を生じない摩擦材を得るためには、ゼオライト、けいそう土、活性炭などの無機多孔質充填材を併用すると、フェード特性や高速効力の悪化を防止できることに着目して、本発明に到達した。
【００１１】
また、本発明者等は、前記の第２の目的を達成するために鋭意検討を重ね、従来のウィスカー状及び非ウィスカー状チタン酸カリウムを使用した場合と同等の摩擦性能を持ちながら、それでいて相手材を傷つけることなく、高負荷制動時における異音や異常摩耗を抑制できる摩擦材を得るためには、相手材である普通鋳鉄の融点よりも低い融点を有する非ウィスカー状のチタン酸塩を摩擦材成分に用いると、所期の目的を達成できることに着目して、本発明に到達した。
【００１２】
すなわち、本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩と、無機多孔質充填材とを配合したことを特徴とする摩擦材。
（２）前記無機多孔質充填材を前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩との体積比で５〜３０％配合したことを特徴とする前記（１）記載の摩擦材。
（３）前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩はシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の摩擦材。
【００１３】
（４）補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の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と、無機多孔質充填材とを配合したことを特徴とする摩擦材。
（５）前記無機多孔質充填材を前記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との体積比で５〜３０％配合したことを特徴とする前記（４）記載の摩擦材。
（６）前記非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩・アルカリ土類金属はシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする前記（４）又は（５）記載の摩擦材。
【００１４】
（７）補強繊維、摩擦調整材及び結合材とを含む非石綿系摩擦材において、ウィスカー状チタン酸カリウムを含まず、平均粒径０．１〜１００μｍ、アスペクト比３以下の非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムを配合したことを特徴とする摩擦材。
（８）前記非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムはシランカップリング剤で表面処理されていることを特徴とする前記（７）記載の摩擦材。
（９）非ウィスカー状チタン酸カリウムを前記非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムとの重量比で等量以下配合したことを特徴とする前記（７）又は（８）記載の摩擦材。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、柱状・板状・鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩又は非ウィスカー状アルカリ金属・アルカリ土類金属塩を非石綿系摩擦材に適用した場合の気孔率低下を、ゼオライト、けいそう土、活性炭等の無機多孔質充填材を併用することで抑えることができ、その結果として耐フェードや高速効力の悪化を改善することができる。
また、本発明によれば、適度な耐熱性と硬さを有し、相手材である普通鋳鉄よりも低い融点を持つチタン酸リチウムカリウムを、摩擦材に配合することにより、従来のチタン酸カリウムウィスカー及び柱状・板状・鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムを配合した摩擦材と同等の摩擦性能を持ちながら、高負荷制動時における異音や異常摩耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
摩擦材は、補強繊維、摩擦調整材及び結合材などから構成されるが、本発明では、補強繊維として石綿繊維（アスベスト）は勿論のこと、作業環境衛生上好ましくないウィスカー状チタン酸カリウムを使用することはせずに、その代わりに前記ウィスカー状チタン酸カリウムと同一の又は類似の材質を持つ非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩又は非ウィスカー状アルカリ金属・アルカリ土類金属塩を使用するものである。
【００１７】
チタン酸アルカリ金属塩としては、チタン酸カリウム、チタン酸ナトリウム及びチタン酸リチウムカリウムが例示される。そして、チタン酸カリウムの化学的組成として八チタン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・８ＴｉＯ２）、六チタン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・６ＴｉＯ２）、四チタン酸カリウム（Ｋ２Ｏ・４ＴｉＯ２）等が挙げられるが、前二者が好ましく、八チタン酸カリウムが特に好ましい。
また、チタン酸アルカリ金属・アルカリ土類金属塩としては、チタン酸マグネシウムカリウムが例示される。以後、チタン酸アルカリ金属塩及びアルカリ金属・土類金属塩を統合的にチタン酸塩と略称する。
【００１８】
非ウィスカー状チタン酸塩は、平均粒径が０．１〜１００μｍで、アスペクト比が３以下であることが必要である。粒径が０．１μｍよりも小さいと成形性が悪化し、一方１００μｍよりも大きいと分散性が悪化すると共に、相手材を傷つけすぎるため、それよりも小さいことが必要である。また、アスペクト比が３を超えると、柱状，板状又は鱗片状などの非ウィスカー状というよりも繊維に近い性質を持つようになり、発癌性の問題が懸念されるようになるため、その使用を避けるべきである。
【００１９】
非ウィスカー状チタン酸塩の摩擦材中の使用量は、摩擦材全体の１〜３０体積％であることが好ましい。１体積％未満では混合撹拌時に均一に分散させることが困難で、所望の摩擦摩耗特性向上効果が得られなく、一方３０体積％よりも多いと成形性など他の性能が悪化する。
また、この非ウィスカー状チタン酸塩は、シランカップリング剤により表面処理したものを用いることが好ましく、この表面処理したものは摩擦材の製造において他の材料との混合が容易で、熱成形による製品の強度が大きくなる利点がある。シランカップリング剤の使用量は、非ウィスカー状チタン酸塩の０．３〜５重量％とすることが好ましい。
【００２０】
気孔率増加のために非ウィスカー状チタン酸塩と併用する無機多孔質充填材としては、ゼオライト、けいそう土、活性炭、バーミキュライトが例示される。配合量は上記非ウィスカー状チタン酸塩との体積比で５〜３０％であることが好ましい。少なすぎると気孔率の増加が小さくなり、一方多すぎてもフェード特性や高速効力の向上割合が小さく非効率的になる。粒度は０．１〜５００μｍであることが好ましい。粒度が０．１μｍ未満では成形性が悪化し、一方５００μｍよりも大きいと分散性が悪化する。
【００２１】
相手材を傷つけない非ウィスカー状チタン酸塩としては、チタン酸リチウムカリウムが挙げられる。チタン酸リチウムカリウムは、相手材である普通鋳鉄よりも融点が低いため、特に高負荷制動時のような摩擦面温度が上昇する場合に、相手材を傷つけたり相手材に移着することがなく、異音や摩擦材の異常な摩耗の発生を抑制することができる。
なお、非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムは、重量比で等量以下の非ウィスカー状チタン酸カリウムを併用してもよく、非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウム単独使用の場合と類似の高負荷制動時における性能を得ることができる。
従来のチタン酸カリウム繊維、本発明に係る非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウム、非ウィスカー状チタン酸カリウム、及び相手材である普通鋳鉄の物理的特性を第１表に示す。
【００２２】
【表１】
2005036157.tif 000002
【００２３】
本発明の摩擦材を製造するには、補強繊維、摩擦調整材、結合材とを含む摩擦材において、前記原料又は原料類を配合し、その配合物を通常の製法に従って予備成形し、熱成形することにより製造することができる。
【００２４】
本発明の摩擦材において、補強繊維としては、例えば芳香族ポリアミド繊維、耐炎性アクリル繊維等の有機繊維や銅繊維、スチール繊維等の金属繊維が挙げられる。
無機充填材としては、例えば銅やアルミニウム、亜鉛等の金属粒子、硫酸バリウムや炭酸カルシウム等が挙げられる。
結合材としては、例えばフェノール樹脂（ストレートフェノール樹脂、ゴム等による各種変性フェノール樹脂を含む）、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。
また、摩擦調整材としては、例えばアルミナやシリカ、マグネシア、ジルコニア、酸化クロム、石英等の金属酸化物、合成ゴムやカシュー樹脂等の有機摩擦調整材を、固体潤滑材としては、例えば黒鉛や二硫化モリブデン等を挙げることができる。
摩擦材の組成としては、種々の組成割合を採ることができる。
すなわち、これらは、製品に要求される特性、例えば、摩擦係数、耐摩耗性、振動特性、鳴き特性等に応じて、単独でまたは２種以上を組み合わせて配合すればよい。
【００２５】
ディスクブレーキ用摩擦パッドの製造工程は、板金プレスにより所定の形状に成形され、脱脂処理及びプライマー処理が施され、そして、接着剤が塗布されたプレッシャープレートと、耐熱性有機繊維や金属繊維等の補強繊維と、無機・有機充填材、摩擦調整材及び熱硬化性樹脂結合材等の粉末原料とを配合し、撹拌により十分に均質化した原材料を常温にて所定の圧力で成形（予備成形）して作成した予備成形体とを、熱成形工程において所定の温度及び圧力で熱成形して両部材を一体に固着し、アフタキュアを行い、最終的に仕上げ処理を施すことからなるが、それまでの工程は従来法と同一である。
【実施例】
【００２６】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００２７】
実施例１〜８及び比較例１〜３
先ず気孔率の低下を防止し、フェード特性や高速効力の悪化を防止できる摩擦材の作製について説明する。
（摩擦材試料の材料）
摩擦材の試料を製造する際の摩擦材の材料として次のものを用い、試料として作成する際にはそれらの材料から選択して、試料の配合を変えるようにした。
結合材                ・・フェノール樹脂
有機摩擦調整材        ・・フリクションダスト
充填材                ・・硫酸バリウム
研削材                ・・ジルコニア
固体潤滑材            ・・黒鉛
補強繊維              ・・銅繊維／アラミドパルプ
研削材                ・・板状八チタン酸カリウム  表面処理有、無
柱状六チタン酸カリウム  表面処理無
無機多孔質充填材      ・・ゼオライト／けいそう土
【００２８】
（摩擦材試料の組成）
摩擦材の試料を製造する際の摩擦材の組成として、配合割合を以下の第２表に示すとおりのものとして、実施例１〜８を作製した。
なお、比較のために、無機多孔質充填材を併用せずに、上記の非ウィスカー状チタン酸カリウムを使用したもの（比較例１〜３）も作製した。
すなわち、比較例１〜３は、チタン酸カリウム（板状及び柱状でシランカップリング剤の表面処理無し、並びに板状でシランカップリング剤の表面処理有り）のみを用い、気孔率増加のための無機多孔質充填材を併用しなかった摩擦材である。
【００２９】
実施例１〜４は、比較例１〜３のチタン酸カリウムに対して体積比で２０％の割合の無機多孔質充填材を併用し、その分だけ充填材として硫酸バリウムの量を減少させたものである。
実施例５及び６は、実施例２のチタン酸カリウムに対する無機多孔質充填材の割合を５及び３０％に変化させたものである。
実施例７及び８は、実施例２のチタン酸カリウムに対する無機多孔質充填材の割合を２０％に維持しつつ、チタン酸カリウムの体積分率を５及び３０％に、そして硫酸バリウムの体積分率を４０及び１０％に変化させたものである。
（摩擦材の試料作製）
上記した組成の試料のパッドを従来の製法により作成した。
【００３０】
【表２】
2005036157.tif 000003
【００３１】
（摩擦材の評価）
ロータを用いるディスクブレーキを用いて次の試験を行った。
（１）気孔率
ＪＩＳ  Ｄ４４１８に準拠してオイル含浸気孔率を測定した。
（２）高速効力及びフェード最低μ
ＪＡＳＯ  Ｃ４０２に準拠してＪＡＳＯ性能試験を行った。
（試験結果）
試験結果を第３表に示す。
【００３２】
【表３】
2005036157.tif 000004
【００３３】
第３表に示す結果から下記の効果が得られたことがわかる。
（１）柱状・板状・鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸アルカリ金属塩又はアルカリ金属塩・アルカリ土類金属塩と無機多孔質充填材を併用することにより、比較例に対し気孔率が増加し、高速効力及びフェード最低μが向上した。
（２）チタン酸塩に表面処理が施されていてもいなくても効果があった。
（３）無機多孔質充填材の量はチタン酸塩に対する体積比５〜３０％で効果が得られた。
（４）チタン酸塩の摩擦材への配合量は５〜３０体積％で効果が得られた。
【００３４】
実施例９〜１５及び比較例４〜５
次に、高負荷制動時における異音や異常摩耗の発生を抑制することができる摩擦材の作製について説明する。
（摩擦材試料の材料）
先に説明した気孔率の低下を改善するために無機多孔質充填材を併用した摩擦材試料の材料中の無機多孔質充填材を除き、研削材としてのチタン酸塩としてチタン酸リチウムカリウム（シランカップリング剤による表面処理の有り及び無し）を加えたこと以外は同一材料を採用した。
【００３５】
（摩擦材試料の組成）
摩擦材の試料を製造する際の摩擦材の組成として、配合割合を以下の第４表に示すとおりのものとして、実施例９〜１５を作製した。
なお、比較のために、板状八チタン酸カリウムを使用したもの（比較例４）及び柱状六チタン酸カリウムを使用したもの（比較例５）も作製した。
すなわち、比較例４及び５は、非ウィスカー状チタン酸カリウムを用いた従来の摩擦材である（特許文献３の実施例２に準拠したもの）。
実施例９は、比較例４の組成中の従来の板状八チタン酸カリウムをチタン酸リチウムカリウムに置き換えた摩擦材である。
実施例１０は、実施例９のチタン酸リチウムカリウムについて１重量％シランカップリング剤の表面処理を実施した摩擦材である。
実施例１１〜１３は、実施例９のチタン酸リチウムカリウムの配合量が１５重量％であったのに対して、その配合量を１〜３０重量％の範囲で変化させた摩擦材である。
実施例１４及び１５は、チタン酸リチウムカリウムの配合量の５０％を非ウィスカー状チタン酸カリウムに置き換えた摩擦材である。
（摩擦材の試料作製）
上記した組成の試料のパッドを従来の製法により作成した。
【００３６】
【表４】
2005036157.tif 000005
【００３７】
（摩擦材の評価）
ロータを用いるディスクブレーキを用いて次の試験を行った。
（評価項目）
１）ＪＡＳＯ性能試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０２）による効きの評価
２）フェード後の相手材への移着の有無
○：移着無し    ×：移着あり（目視確認）
３）フェード後のパッド摩耗量
試験後摩耗量をｍｍ単位で比較
４）ノイズ試験による異音の有無評価
○：異音なし    ×：異音あり
【００３８】
（試験方法）
・効き評価：ＪＡＳＯ一般性能試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０２）に準拠して摩擦係数を測定した。
・フェード試験：ＪＡＳＯ性能試験（ＪＡＳＯ  Ｃ４０２）の第一フェード・リカバリ、第二フェード・リカバリを２サイクル実施し、相手材への移着有無確認と、パッド摩擦量を測定した。
・異音の有無：実車による鳴き試験
（試験結果）
試験結果を第５表に示す。
【００３９】
【表５】
2005036157.tif 000006
【００４０】
第５表に示す結果から下記の結果が得られたことがわかる。
（１）従来のチタン酸カリウムウィスカー、柱状・板状・鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムの代わりに、非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウム（表面処理無し及び有り）を用いることにより、摩擦性能を犠牲にすることなく高負荷制動時の相手材への移着、異音や摩擦材の摩耗が防げた。
（２）非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムの配合効果は１〜３０重量％で得られた。
（３）非ウィスカー状チタン酸リチウムカリウムを用いれば、柱状・板状・鱗片状などの非ウィスカー状チタン酸カリウムと併用しても同様の効果が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、産業機械、鉄道車両、荷物車両、乗用車などに用いられる摩擦材に使用され、より具体的には前記の用途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使用される。