(57)【要約】【課題】良好な融点を有するブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を提供すること。【解決手段】本発明に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、Ｓｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子の粉体であって、粉体中には、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれ、粉体には、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子の粉体であって、
前記粉体中には、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれ、
前記粉体には、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれる、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤。
【請求項２】
請求項１において、
６００℃以下の融点を有する、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤、特に錫ビスマス硫化物固体潤滑剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、例えば、自動車のディスクブレーキ、ドラムブレーキ、クラッチフェーシング等の分野で需要がある。このような潤滑剤としては、良好な潤滑特性を有することから、金属硫化物は注目されており、市場から安定、安価な供給が求められている。
【０００３】
ブレーキ用摩擦ライニングには様々な金属硫化物が固形潤滑剤として配合されており、ＭｏＳ２のようにその層状結晶間で滑る、いわゆる自己潤滑性を持ったものや、硫化アンチモンのように好適な温度において溶融し潤滑効果を発現させるものがある。また金属硫化物はこの摩擦時にはローターなどの摩擦ライニング相手材である鉄と反応し、ローター表面に硫化鉄を形成することにより、摩擦係数を安定化させる機能を持つと言われている。これらのことから硫化アンチモンはブレーキ用摩擦ライニングに配合され広く用いられている。
【０００４】
硫化アンチモンは他の単一金属硫化物には稀な５５６℃という低温の融点を持っており、その特性を生かし摩擦ライニングに用いられているという一面があるが、近年発がん性物質の疑いがもたれその代替物質の提案が多くなされている。
【０００５】
特許文献１には、多様な三元又は四元の金属硫化物を含む固形潤滑剤が開示され、良好な摩擦係数、摩耗特性を有する旨の記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表平１０−５１１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示された固形潤滑剤は、多元系であり非常に多種類の混合物や配合物が考えられるが、そのうちのごくわずかな例が実施例として例示されているにすぎない。またこれらの多元系混合物・配合物の必ずしも全てが性能が良好とは言えないし、同文献では、どのような組合せがより好ましい等の説明も為されていない。
【０００８】
また一般に、固体潤滑剤に求められる性能の一つとしてその融点があり、ブレーキ等の用途では十分に低い融点が求められる場合がある。固体潤滑剤の融点は、含有される元素、組成により広範かつ複雑に変化するので融点を調節する指標は見出しにくく、融点を制御するためには十分な実験が必要となる。
【０００９】
したがって、本発明の幾つかの態様に係る目的の一つは、良好な融点を有するブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するために為されたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。
【００１１】
本発明に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の一態様は、
Ｓｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子の粉体であって、
前記粉体中には、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれ、
前記粉体には、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれる。
【００１２】
このようなブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、十分に低い融点を有するので、ブレーキ摩擦材として好適である。また、例えば、硫化アンチモンの融点５５６℃に近い融点を有するので、硫化アンチモンの代替材料として用いることができる。そのため、本発明のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、環境負荷の低減も実現することができる。
【００１３】
本発明に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤において、
６００℃以下の融点を有してもよい。
【００１４】
このようなブレーキ摩擦材用固体潤滑剤によれば、自動車のディスクブレーキ、ドラムブレーキ、クラッチフェーシング等に非常に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実験例に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤のＳＥＭ観察結果。
【図２】実験例に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の融点の組成に対するプロット。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明のいくつかの実施形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の一例を説明するものである。本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形形態も含む。なお以下で説明される構成の全てが本発明の必須の構成であるとは限らない。
【００１７】
１．ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤
本実施形態に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、Ｓｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子の粉体である。本実施形態に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、粉体であり、粉体を構成する粒子が、一個又は複数個の複合硫化物粒子から成っている。そして本実施形態に係るブレーキ摩擦材用固体潤滑剤には、互いに異なる組成のＳｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子が２種以上含まれる。
【００１８】
２．複合硫化物
複合硫化物は、Ｓｎ（錫）及びＢｉ（ビスマス）及びＳ（硫黄）を含む。本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤において、複合硫化物粒子は、特定組成の複合硫化物粒子単独で、あるいは２種以上の異なる組成の複合硫化物粒子が塊状となっている。すなわち、複合硫化物粒子は、複合硫化物粒子１個全体が特定の組成の複合硫化物であってもよいし、塊状の粒子１個の中に２種以上の異なる組成の複合硫化物からなる粒子（鉱物粒子）が集合した塊状であってもよい。なお、本明細書では、特定の組成比のＳｎ、Ｂｉ、Ｓのみで構成される複合硫化物粒子のことを「鉱物粒子」あるいは「単位粒子」ということがある。
【００１９】
複合硫化物粒子（単位粒子）における元素の組成は、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって、Ｓが残分を占める。また複合硫化物粒子（単位粒子）における元素の組成において、好ましくはＳｎが１．２質量％以上６９．８質量％以下、かつ、Ｂｉが１０．６質量％以上８２．７質量％以下であり、より好ましくはＳｎが２質量％以上６９質量％以下、かつ、Ｂｉが１１質量％以上８２質量
％以下である。
【００２０】
本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の粉体中には、複合硫化物粒子が含まれるが、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が、２種類以上含まれる。２種以上の複合硫化物粒子のそれぞれの組成は、いずれもＳｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であるが、互いに異なる組成であることが本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の特徴の一つである。
【００２１】
発明者の検討によれば、かかる特徴が本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の全体としての融点を十分に低下させる一因となっていることが分かってきた。本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の融点は、６５０℃以下、好ましくは６３０℃以下、より好ましくは６００℃以下、さらに好ましくは５８０℃以下、ことさら好ましくは５６０℃以下である。ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の融点が上記範囲であれば、十分に低い融点となるので、ブレーキ摩擦材として好適である。また、例えば、硫化アンチモンの融点５５６℃に近い融点を有するので、硫化アンチモンの代替材料として用いることができ、環境負荷の低減も実現することができる。
【００２２】
本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の全体では、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれ、Ｓが残分を占める。すなわち、本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、上記のＳｎ及びＢｉを含む複合硫化物粒子の粉体であって、その粉体の全体で、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれ、Ｓが残分を占める。ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の全体における組成は、好ましくはＳｎが９質量％以上３６質量％以下、かつ、Ｂｉが４４質量％以上７２質量％以下であり、より好ましくはＳｎが１０質量％以上３５質量％以下、かつ、Ｂｉが４５質量％以上７１質量％以下である。
【００２３】
ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の全体でこのような組成範囲となるようにすれば、上述したようなＳｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が、容易に２種類以上含まれるブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を容易に製造することができる。
【００２４】
本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤における、複合硫化物の純度は、高いほど好ましいが、例えば、原料に含まれる不純物、製造のための装置、大気等から意図せずにあるいは意図的に取り込まれ得る他の金属元素、酸化物、窒化物等の不純物を、一定量以下であれば含んでもよい。また不純物には、例えば、原料のうちの未反応物が含まれてもよいし、上記範囲外の組成の複合硫化物粒子が含まれてもよい。かかる不純物の量としては、全体で、好ましくは２質量％以下、より好ましくは１質量％以下、さらに好ましくは０．５質量％以下、ことさら好ましくは０．１質量％以下、特に好ましくは０．０１質量％以下であり、実質的に含まれないことが好ましい。また、本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、結晶性の複合硫化物粒子を含む他に、アモルファス形態で粒子化している複合硫化物（複合硫化物粒子の一種）を含んでもよい。
【００２５】
また、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤に含まれる複合硫化物粒子の平均粒子径は特に限定されないが、平均粒子径（直径）として、１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以上４００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上３００μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。平均粒子径がこのような範囲であれば、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤として十分に機能することができる。
【００２６】
２．ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の製造
本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、例えば、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｓの粉末を混合して不活性雰囲気下で加熱する方法、ＳｎＳ粉末及びＢｉ２Ｓ３粉末を予め製造し、この二つの金属硫化物粉末を混合・加熱し熔融させる方法によって得ることができる。また加熱、混合等の操作は、るつぼを用いて電気炉等により行ってもよい。
【００２７】
このようにして得られるＳｎ−Ｂｉ−Ｓ化合物（複合硫化物）は、複雑な組成を呈し、幾つかの組成の粒子が、広範な混合比で混合された混合物となる。得られる粒子は、個々に結晶相が異なることが多く、個々の粒子毎に、異なる組成を有する。そしてその組成についても、Ｓｎ：Ｂｉ：Ｓで表記する場合に、単純な整数比で表れることは少なく、通常は複雑で多様な組成の複合硫化物粒子の混合物となる。
【００２８】
しかし、上記のようにブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の全体で、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれ、Ｓが残分を占めるように仕込むことにより、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が、２種類以上含まれるようにブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を製造することができる。なお、ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤の平均粒子径は、機械的な粉砕（ミル等）や分級などの定法に従って調節することができる。
【００２９】
本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を製造する際の温度の条件については、特に限定されず、焼成する場合には例えば５００℃以上１０００℃以下である。また、本実施形態のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤を製造する際、不活性ガスを製造に用いる容器に導入してもよい。これにより、例えば、酸素による原料や製品の酸化を、より少なくすることができ、製品の純度をさらに高めることができる場合がある。不活性ガスとしては、窒素、アルゴンなどの金属及び硫黄と反応しにくいガスであるが、コストの点から窒素ガスが好適である。
【００３０】
３．実験例
以下、本発明を実験例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３１】
３．１．実験内容
ＳｎＳ粉末及びＢｉ２Ｓ３粉末を表１（１）〜表１（６）に示す比率で混合した後、石英管内に真空封入し、電気炉内で９００℃にて熔融させた。その後、この石英管を電気炉から取り出して冷却し、合成された物質を粉砕し粉末とした。
【００３２】
得られた粉末をＳＥＭ−ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡−エネルギー分散Ｘ線スペクトル）で分析した。ＳＥＭ観察では、観察面を平面とするために、粉体をポリエステル樹脂で包埋し、研磨して粒子の断面を形成して観察した。ＳＥＭ−ＥＤＳ分析によりＳｎ−Ｂｉ−Ｓ物質（複合硫化物粒子）が存在すること、及び、この複合硫化物粒子が、粒子毎に異なる幾つかの相からなることを確認した。また、ＥＤＳ分析の結果、準安定相と考えられる組成の相となっている鉱物粒子も含まれており、簡単な整数比では表せないような化学組成の相となっている鉱物粒子も確認された。また、各試料のＳＥＭ観察面において面積が５％以下となった無視しうるＢｉ相やＳｎＳ相は表（１）〜表（６）に記載しなかった。
【００３３】
図１に下記の実験１０（Ｂｉ２Ｓ３３０モル％）に係る複合硫化物粒子のＳＥＭ観察結果を示す。ＳＥＭ観察では、二次電子放出効率のわずかな違いでコントラストが異なるので、組成の異なる粒子や結晶の配向の異なる粒子を区別して観察することができる。図１では、１つの塊状の粒子の中に２種のコントラストの異なる領域が観察されている。各コントラストの部分に示した００１、００２と符号を付した位置に電子ビームを照射してＥ
ＤＳ分析を行っている。また実験１０では２種類の組成の異なる領域が観察されたことから、表１（１）にも組成の異なる２つの相（Ｓｎ−Ｂｉ−Ｓ相（１）及びＳｎ−Ｂｉ−Ｓ相（３））の欄にＥＤＳ分析結果を記載している。
【００３４】
表１（１）〜表１（６）の配合によって合成され、得られた試料のそれぞれの実験番号（実験Ｎｏ．）の粉末を、示差熱天秤（ＴＧ−ＤＴＡ）を用いて各物質の融点を測定した。その測定結果を表（１）〜表（６）併記した。
【００３５】
そして各試料の融点を原料の仕込組成に対してプロットした結果を図２に示す。なお融点は、実験によっては複数観測される場合があったが、表１（１）〜表１（６）、図２には、各実験で得たＴＧ−ＤＴＡ曲線における主たる吸熱ピークを基にした融点を用いた。また、融点はＴＧ−ＤＴＡ曲線の吸熱ピークの頂点ではなく、昇温過程においてベースラインから逸脱する位置付近とした。より厳密には融点は、ベースラインと、吸熱ピークの低温側の曲線の変曲点における接線と、の交点の位置とした。
【００３６】
原料として用いたＳｎＳ、Ｂｉ２Ｓ３は、それぞれ８８０℃、７８０℃という融点であるが、原料の配合比（モル）ＳｎＳ：８５質量％、Ｂｉ２Ｓ３：１５質量％からＳｎＳ：２０質量％、Ｂｉ２Ｓ３：８０質量％という範囲において生成したＳｎ−Ｂｉ−Ｓ物質（複合硫化物粒子）の混合物は、５６０℃付近の融点を示すことが判明した。このような融点は、硫化アンチモンの融点５５６℃に非常に近いことが分かった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
【表２】
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【００３９】
【表３】
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【００４０】
【表４】
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【００４１】
【表５】
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【００４２】
【表６】
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【００４３】
３．２．実験結果
表１（１）〜表１（６）をみると、原料の仕込比で、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれるほとんどの場合に、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれる結果が得られることが判明した。
【００４４】
そしてこの範囲のブレーキ摩擦材用固体潤滑剤であれば、６００℃以下の融点を有することが判明した。また、原料の仕込比で、Ｓｎが８．８質量％以上２７質量％以下、かつ、Ｂｉが５３．４質量％以上７２．２質量％以下含まれる場合（実験番号１６〜５０）において、ほとんどの実験で融点が５６２℃以下となることが判明した。この場合の生成物
における複合硫化物粒子の組成は、Ｓｎがおよそ１３質量％以上およそ７０質量％以下、かつ、Ｂｉがおよそ１１質量％以上およそ７０質量％以下であった。
【００４５】
なお、実験番号３−１３、３７、４１では、主な生成物としてＳｎの含有量の大きい鉱物（相）が確認され、実験番号３８、４７、５０、５２では、主な生成物として一種類の鉱物（相）しか確認できなかった。組成変化の傾向からして、実験番号３７、３８、４１、４７、５０、５２は、観察又は測定の誤差を含むのかも知れない。これら実験番号３７、３８、４１、４７、５０、５２を除いた場合であっても、Ｓｎが８質量％以上３７質量％以下、かつ、Ｂｉが４３質量％以上７３質量％以下含まれる場合に、Ｓｎが１質量％以上７０質量％以下、かつ、Ｂｉが１０質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれる結果が得られることが分かった。
【００４６】
さらに、実験番号３−１３を除き、表１中のＳｎ−Ｂｉ−Ｓ相（１）の存在を無視した場合には、原料の仕込比で、Ｓｎが８質量％以上２９質量％以下、かつ、Ｂｉが５２質量％以上７３質量％以下含まれる場合に、Ｓｎが１質量％以上２８．４質量％以下、かつ、Ｂｉが５５．１質量％以上８３質量％以下であって互いに異なる組成の複合硫化物粒子が２種類以上含まれる結果が得られることが分かった。
【００４７】
以上の通り、特定の元素の組合せで、２種以上の組成の複合硫化物粒子を含み、特定の組成割合で含まれると、良好な融点を有するブレーキ摩擦材用固体潤滑剤が得られることが判明した。
【００４８】
本発明によるブレーキ摩擦材用固体潤滑剤は、環境負荷物質を含まず、従来ブレーキ摩擦材用固体潤滑剤として用いられている硫化アンチモンの溶融による潤滑を再現することができるものであることが実証された。
【００４９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【図１】
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【図２】
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