(57)【要約】【課題】自動車用ブレーキなどに利用する摩擦材について、環境保全の面で好ましくない鉛化合物やアンチモン化合物を使用しなくても高温域での耐摩耗性と対面攻撃性の抑制効果及びブレーキ鳴きの抑制効果を得られるようにすることを課題としている。【解決手段】繊維基材、摩擦調整材、充填材、及びバインダーとして添加されるフェノール樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなる摩擦材の原料組成物中に、好ましくは０．１〜１０．０体積％の硫化タングステンと、好ましくは５．０〜２５．０体積％のチタン酸カリウムを添加した。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維基材、摩擦調整材、充填材、及びバインダーとして添加されるフェノール樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなる摩擦材において、原料組成物中に硫化タングステンとチタン酸カリウムをそれぞれ添加したことを特徴とする摩擦材。
【請求項２】
原料組成物に対する硫化タングステンの添加量を０．１〜１０．０体積％、チタン酸カリウムの添加量を５．０〜２５．０体積％にしたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦材。
【請求項３】
前記繊維基材として有機繊維と、石綿を除く無機繊維を使用したことを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種ブレーキやクラッチフェーシングなどに利用する摩擦材、特に、環境にやさしく、性能も優れた摩擦材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ブレーキなどに採用される摩擦材（ディスクブレーキ用の摩擦パッドやドラムブレーキ用のブレーキライニングなど）には、従来、耐摩耗性を向上させるために、黒鉛や二硫化モリブデンを配合することが行われている。また、高温域で発生するメタルキャッチによる対面攻撃性の悪化を抑制するために、硫化鉛、酸化アンチモン、硫化アンチモン等の鉛化合物やアンチモン化合物が有効であることが知られている。しかしながら、この鉛化合物やアンチモン化合物は環境問題への取り組みから使用を抑制する動きが高まっている。
【０００３】
鉛化合物やアンチモン化合物の使用を抑制するためには、環境負荷の小さい代替材料が必要である。そこで、下記特許文献１は、その代替材料として、硫化チタン及び金属複合硫化物以外の金属硫化物を３種以上含有させることを提案しており、含有させる金属硫化物については、硫化亜鉛、硫化銅、硫化ビスマス、硫化錫、硫化鉄、硫化マンガンおよび硫化モリブデンを具体例として挙げている。
【０００４】
また、石綿以外の無機質繊維及び／又は無機質粒子５〜７０重量％、パラ芳香族ポリアミド系重合体のパルプ状物質５〜７０重量％、炭素繊維，カーボンブラック，黒鉛粉末，二硫化モリブデン，二硫化タングステン，窒化硼素，ヨウ化ニッケル，フッ素樹脂よりなる群から選ばれた少なくとも一種の固体潤滑剤1〜３０重量％、及び芳香族ポリアミド系繊維２〜５０重量％を主たる配合成分とする摩擦材（下記特許文献２参照）や、
金属硫化物である二硫化モリブデンや二硫化タングステンを添加し、さらに、銅、錫、亜鉛、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タングステンなどの金属を併用した摩擦材（下記特許文献３参照）も開発されている。
【特許文献１】特表２００３−５０３５５５号公報
【特許文献２】特公平１−４８３０４号公報
【特許文献３】特開平５−１７９２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、硫化チタン及び金属複合硫化物以外の金属硫化物を３種以上含有させるとしているが、金属硫化物のみをアンチモン化合物や鉛化合物の代替材として用いるその方法では、メタルキャッチの抑制、摩擦材自身の耐摩耗性、低周波ノイズ（制動時に発生する低周波の異音）の抑制に関して十分に満足できる性能を得ることが難しい。
【０００６】
特許文献２の摩擦材も、上記の固体潤滑剤の添加によって温度による摩擦係数の変化が少なく、耐摩耗性に優れ、しかも機械的強度が大きくなると述べているが、その固体潤滑剤の添加量が多すぎるため、（ディスクロータなどの摺動相手材）の表面に生成される被膜が多くなって、ブレーキノイズ（制動時の異音）が発生する。また、潤滑剤過多により、摩擦係数が大幅に低下する。
【０００７】
さらに、特許文献３の摩擦材は、耐熱フェード性および耐水フェード性に優れ、高速、高負荷、降雨等の環境下でも摩擦係数が安定するとされているが、これは焼結金属摩擦材であり、繊維基材、摩擦調整材、充填材などを樹脂の結合材で固めた摩擦材に適用されたものではない。
【０００８】
繊維基材、摩擦調整材、充填材などを樹脂の結合材で固めた摩擦材は、焼結金属摩擦材に比べるとブレーキノイズが少なく、その中でも特に、ＮＡＯ（Ｎｏｎ−ａｓｂｅｓｔｏｓ  ｏｒｇａｎｉｃ）材が日本国内では主流をなしている。
【０００９】
この発明は、自動車用ブレーキなどに利用されるＮＡＯ材に代表される摩擦材について、環境保全の面で好ましくない鉛化合物やアンチモン化合物を使用せずに高温域での耐摩耗性と対面攻撃性の抑制効果を得られるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、この発明においては、硫化タングステンとチタン酸カリウムを併用し、これを、繊維基材、摩擦調整材、充填材、及びバインダーとして添加されるフェノール樹脂を主成分とする原料組成物を成形、硬化してなる摩擦材の原料組成物中に添加した。
【００１１】
チタン酸カリウムは、板状、或いはフレーク状のものに限定されず、ウイスカータイプのものも利用できる。
【００１２】
なお、硫化タングステンはその添加量を０．１〜１０．０体積％に、また、チタン酸カリウムはその添加量を５．０〜２５．０体積％の範囲にそれぞれ収めると好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の摩擦材は、鉛化合物やアンチモン化合物の代替材として硫化タングステンとチタン酸カリウムを併用して添加しており、その２者を添加したことによって摺動面にタングステンの酸化物被膜を適量（過多とならい量）生成させることができ、環境問題に配慮しながら所望の耐摩耗性能とメタルキャッチによる対面攻撃性の抑制効果を得ることができる。
【００１４】
さらに、メタルキャッチが抑制されることで摺動面各部の不規則な肉厚成長や肉厚減少が抑えられるため、ジャダー（相手材の摺動面の不規則な面変位に起因したジャダー）の抑制も可能になる。
【００１５】
チタン酸カリウムは硬すぎず、摩擦時に粉砕されるので、低周波のブレーキノイズ（異音）を抑制することも可能である。
【００１６】
また、安定した潤滑性能を得るために従来は潤滑材を数種類組み合わせて使用せざるを得ず、その使用量も多くなりがちであったが、この発明では、低温領域から高温領域まで幅広い潤滑性能を持つ硫化タングステンを使用したので、その添加量を減らすことが可能であり、コストの削減にもつながる。
【００１７】
なお、硫化タングステンとチタン酸カリウムの添加量を、上記の好ましいとした範囲に制限した摩擦材は、後述する実施例によって証明されるように、より良い性能を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の摩擦材の実施の形態について説明する。この発明の摩擦材は、繊維基材として、アラミド繊維、銅繊維などの有機、無機の繊維を使用する。有害な石綿は用いない。また、摩擦調整材及び充填材として、黒鉛、カシューダスト、水酸化カルシウム、マイカ、酸化ジルコニウム、硫酸バリウムなどを使用する。これに加えてこの発明を特徴づけるチタン酸カリウムと硫化タングステンも添加する。
【００１９】
これらの原料を結合させるバインダー（結合材）は、熱硬化性樹脂、中でも、耐熱性、難燃性、機械的性質などに優れたフェノール樹脂を使用する。そのフェノール樹脂は粉末を添加し、これを一旦溶かして硬化させる。
【００２０】
このように、硫化タングステンとチタン酸カリウムを併用することで、鉛化合物やアンチモン化合物を用いずにメタルキャッチを減少させることができ、環境問題の解決とメタルキャッチによる対面攻撃性の抑制を同時に実現することが可能になる。
【００２１】
また、メタルキャッチが抑制されることで摺動面各部の不規則な肉厚成長や肉厚減少が抑えられるため、メタルキャッチよる摺動面の面変位によって引き起こされるジャダーも抑制されるようになる。
【００２２】
このほか、チタン酸カリウムが摩擦時に粉砕されることによって制動時の低周波ノイズ（異音）を抑制することも可能になる。
【００２３】
また、低温領域から高温領域まで幅広い潤滑性能を持つ硫化タングステンを使用したことによって潤滑材の添加量を減らすことが可能となり、コストの削減にもつながる。
【００２４】
なお、硫化タングステンの添加量が０．１体積％未満では、添加の効果が小さくてメタルキャッチの抑制が不十分になる場合があり、そのときには、相手材（例えばディスクロータ）の摩擦面の不規則な肉厚成長や不規則な削れが起こってジャダーを発生させるので、硫化タングステンの添加量は０．１体積％以上にするのがよい。また、この硫化タングステンの添加量が１０．０体積％を超えると、酸化被膜が過剰に生成されて相手材に必要以上に付着し、それが原因で低周波ノイズが発生する傾向が高まって実用に適さないものになるので、この硫化タングステンの添加量の上限は１０．０体積％にとどめるのがよい。
【００２５】
また、併用するチタン酸カリウムは、飛散防止などを考えると、ウイスカータイプのものよりは板状、或いはフレーク状のものが好ましい。
【００２６】
このチタン酸カリウムの添加量が５．０体積％未満では、生成された被膜の研削効果（研磨材としての働き）やチタン酸カリウムの自己粉砕による低周波ノイズの抑制効果が小さく、実用性が薄れる。また、そのチタン酸カリウムの添加量が２５．０体積％を超えると、被膜の研削効果が大きくなりすぎて相手材の摺動面に適量の酸化物被膜を生成することが難しくなり、所期の耐摩耗性を付与することが難しくなる。また、メタルキャッチの抑制も不十分になり、相手材の摩擦面の肉厚差が成長してジャダーの発生が考えられるようになる。
【００２７】
なお、この発明の摩擦材は、必要な原料を所定の比率で混合して得られる原料組成物を、所定の温度と圧力を加えて成形し、さらに、バインダーのフェノール樹脂を熱硬化させ、必要に応じて仕上げ研磨などを施して摩擦パッドなどの所望の製品に仕上げる。成形と硬化は、特許文献１が開示しているような方法や摩擦材製造の一般的な方法で行える。製造条件も、特別な条件は必要でなく、特許文献１が開示しているような条件で足りる。
【００２８】
−実施例−
性能評価のための摩擦材を製造した。その摩擦材の原料成分とその原料成分の含有量を表１に示す。表１の実施例１〜２３は発明品、比較例１〜５は比較品である。発明品と比較品は、繊維基材、黒鉛、カシューダスト、水酸化カルシウム、マイカ、酸化ジルコニウム及びバインダーの粉末フェノール樹脂の含有量を同じにし、他の添加成分とその添加量を異ならせた。
【００２９】
性能評価の試験結果を表２に示す。性能評価は、温度別摩耗試験を行い、その摩耗試験におけるメタルキャッチの発生状況と、低周波ノイズの発生状況、環境負荷への影響について調べた。試験の方法と評価の基準を以下にまとめる。
【００３０】
・〔摩耗試験〕
制動初速度５０ｋｍ／ｈ、制動減速度０．３Ｇ、制動回数１０００回換算、制動前温度１００℃、２００℃、３００℃、４００℃の条件での摩耗量を測定。
・〔メタルキャッチの発生〕
上記の摩耗試験において、各温度の摩耗量測定時にメタルキャッチの発生状況を観察し、下記基準で評価。
◎：メタルキャッチ無し。○：長径３ｍｍ以下の小さなメタルキャッチ数個以下。
△：小さなメタルキャッチ多数。×：長径５ｍｍ以上の大きなメタルキャッチ。
・〔平均摩擦係数〕
ＪＡＳＯ  Ｃ４０６  の第２効力時の摩擦係数の平均値
・〔低周波ノイズ〕
実車評価で時速４０ｋｍ／ｈ、制動前ブレーキ温度６０℃、９０℃、１２０℃、１５０℃、１８０℃、１５０℃、１２０℃、９０℃、６０℃、制動減速度０．２Ｇ、０．３Ｇ、０．４Ｇ、０．６Ｇ、０．８Ｇにおいて、ドライバーの官能評価で２ｋＨｚ以下の低周波ノイズの音圧が大レベル発生時×、中レベル発生時△、小レベル発生時○、発生無し◎。
・〔肉厚差成長〕
相手材であるディスクロータの摩擦面の肉厚を測定し、測定値の最大値と最小値の差を算出。
・〔環境負荷〕
原料組成物中にアンチモン化合物をごく少量でも含むものは環境負荷への影響×、全く含んでいないもののみ◎。ウイスカー状のチタン酸カリウムは、作業環境内での飛散が考えられるので△とした。
【００３１】
−評価−
表２からわかるように、発明品の中でも、硫化タングステンの添加量を０．１〜１０．０体積％、チタン酸カリウムの添加量を５．０〜２５．０体積％にした実施例４〜６，９〜１４，および１７〜１９は、全ての評価項目において×の評価が無く、総合的に判断して良好な結果が得られている。発明品の中でも特に実施例４，実施例１０〜１２および実施例１８は、すべての評価項目が○と◎になっている上に肉厚差成長も小さく、これらの成分配合率での実施が推奨される。
【００３２】
なお、この発明の摩擦材は、ディスクロータやドラムロータを相手材とするディスクブレーキ用の摩擦パッドやドラムブレーキ用のブレーキシューなどに利用するのに適しているが、クラッチフェーシングなどにも利用できる。
【００３３】
【表１】
2008189791.tif 000002
【００３４】
【表２】
2008189791.tif 000003