JP3485270B2

JP3485270B2 - 湿式摩擦材料

Info

Publication number: JP3485270B2
Application number: JP22073293A
Authority: JP
Inventors: 稔深沢; 英一西井
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 1993-08-12
Filing date: 1993-08-12
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2019-01-13
Also published as: JPH0753947A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブレーキパッドあるい
はクラッチフェーシングとして好適な優れたエネルギー
吸収能と高摩擦性能を備える焼結金属系の湿式摩擦材料
に関する。

【０００２】

【従来の技術】相対する摩擦面間に潤滑油などの液体が
介在する状態で使用される湿式摩擦材料は、ブレーキパ
ッドやクラッチフェーシングとして有用されている。こ
の湿式摩擦材料には、ペーパー系、ゴム系などのものも
あるが、現状では主に耐熱性および機械的強度に優れる
焼結金属系が用いられている。

【０００３】焼結金属系の湿式摩擦材料としては、従来
からＣｕを主成分としＳｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ａｌ₂Ｏ₃、
ＳｉＯ₂、ＭｏＳ₂等を添加した組成成分を焼結した銅
合金系材質のものが主流となっているが、これら金属お
よびセラミック粉末に加えて黒鉛その他の炭素質粉末を
有効成分として添加する試みがなされている。すなわ
ち、黒鉛は本来的に優れた潤滑性と熱的・化学的安定性
を備えているため従来から摩擦材料のフィラーとして用
いられてきた（例えば特開昭61−67736 号公報）が、炭
素質物の添加による一層の材質改善を図ったものとし
て、摩擦調整材の一部もしくは全部を結晶格子定数Ｃ₀
が６．７５〜６．８５のセミ黒鉛で構成することにより
潤滑性の温度影響を除いた摩擦材（特開昭64−49726 号
公報）、フィラーとして膨張黒鉛を含有する高弾性の摩
擦材料（特開平３−282028号公報）、黒鉛粉末を１０〜
３０wt％、気孔率が１０〜２０％のコークス粉末を３〜
１５wt％含有し、残部が銅を主体とした金属成分粉末の
焼結体からなる安定した高摩擦係数を有する湿式摩擦材
料（特開平５−32955 号公報）などが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、青銅系
焼結材からなる摩擦材料において特に摩擦時のエネルギ
ー吸収能と添加黒鉛粉末との関係に着目して鋭意研究を
重ねた結果、フィラー成分の組成比を特定範囲に設定
し、かつ特定性状の黒鉛粉末を添加すると優れたエネル
ギー吸収能を発揮する摩擦材料が得られることを確認し
た。

【０００５】本発明は前記に知見に基づいて開発された
もので、その目的は、優れたエネルギー吸収能を発揮
し、常に安定した高摩擦性能を保有する金属焼結系の湿
式摩擦材料を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による湿式摩擦材料は、Ｃ：２０〜３０重量
％、Ｓｎ：２〜８重量％、ＳｉＯ₂：４〜１０重量％、
残部がＣｕからなり、前記Ｃが平均粒子径２０〜６０μ
m で粒子径５〜１００μm の粒分が９０％以上の粒子性
状を有し、かつ黒鉛結晶面間Ｃ₀の層間距離が０．６７
２nm以下の黒鉛粉末である組成の青銅系成分を焼結して
なることを構成上の特徴とする。

【０００７】本発明の湿式摩擦材料は、Ｃｕを主体と
し、これに特定範囲のＣ、ＳｎおよびＳｉＯ₂を添加配
合したフィラー組成からなる。添加成分のうち、Ｓｎは
焼結時にＣｕに固溶して焼結を促進し、７５０〜８５０
℃範囲での焼結化を可能にすると共に焼結体の開気孔率
を増大させる成分となる。その配合量は２〜８重量％と
する必要があり、２重量％未満ではＣｕの焼結が困難と
なり、８重量％を越えるとＳｎ成分の凝固偏析を生じて
摩擦性能を劣化させる原因となる。ＳｉＯ₂は、耐摩耗
性を付与し、同時に相手部材を適度に削磨して新たな摩
擦面を露出させることにより摩擦性能を安定させる成分
となるもので、４〜１０重量％の範囲で添加する。この
添加量が４重量％未満であると耐摩耗性および摩擦係数
が低下し、１０重量％を越えると相手部材に対する削磨
性が増大し過ぎるうえ焼結体の強度低下を招く。

【０００８】上記の青銅系成分には、必要に応じてＺｎ
を８重量％以下の量比で添加することができる。Ｚｎは
Ｓｎと同様に焼結助剤および開気孔率形成剤として機能
する成分となる。このため、Ｓｎ量を多くした際には無
添加でもよいが、高価なＳｎの添加量を少なくしてＺｎ
を添加することが良好な配合手段となる。しかし、Ｚｎ
の添加量が８重量％を上廻ると凝固偏析を生じて摩擦性
能の低下原因となる。

【０００９】Ｃ成分としては、平均粒子径が２０〜６０
μm の範囲にあり、粒子径５〜１００μm の粒分含有率
が９０％以上の粒子性状を有し、かつ黒鉛結晶を構成す
るＣ₀面間の層間距離が０．６７２nm以下の黒鉛化が進
んだ黒鉛粉末を選択使用し、２０〜３５重量％の量比で
添加する。粒子性状を前記の範囲に限定する理由は、平
均粒子径２０〜６０μm で粒子径５〜１００μm の粒分
が９０％以上の条件を満たす場合に優れたエネルギー吸
収能が付与され、安定した摩擦性能と高い材質強度の保
持が可能となるためである。例えば、５μm 未満の微細
黒鉛粉末が多くなるとＣｕ合金マトリックスの結合を分
断して焼結体の強度低下を招き、逆に１００μm を上廻
る粒分が多くなると摩擦係数が減退する。黒鉛結晶面間
Ｃ₀の層間距離が０．６７２nm以下の黒鉛粉末を用いる
のは、この高黒鉛性が摩擦特性を安定化させるために不
可欠な要素となるからである。また、該黒鉛粉末の添加
量を２０〜３５重量％の範囲に設定するのは、２０重量
％を下廻ると上記の諸効果が発揮されず、また３５重量
％を越えると焼結体の強度ならびに摩擦係数の低下が生
じるためである。

【００１０】上記のフィラー要件に加えて、焼結体とし
ての開気孔率が１５〜２０容量％であり、抗折力が２０
ＭＰａ以上の特性を保持することが好ましい。開気孔率
は介在する油を含浸担持するために有効な特性であり、
これが１５容量％未満では油の含浸担持能力が不足し、
２０容量％を越えると強度低下を生じる。また、抗折力
は実用性のある材質強度を保持する要件で、２０ＭＰａ
以上、実用上は２０〜６０ＭＰａの範囲に調整する。こ
れら開気孔率および抗折力の特性は、焼結体を得る際の
成形圧力、焼成温度等の条件制御によって付与すること
ができる。

【００１１】本発明の湿式摩擦材料は、上記した青銅系
フィラー成分を焼結して構成されるが、この焼結体は次
のようにして製造することができる。まず、好ましくは
電解銅粉のようなＣｕ粉末に、フィラー全量に対する配
合割合として２〜３５重量％の黒鉛粉末、２〜８重量％
のＳｎ粉末、４〜１０重量％のＳｉＯ₂粉末および必要
に応じて８重量％以下のＺｎ粉末を添加する。黒鉛粉末
は、黒鉛結晶面間Ｃ₀の層間距離が０．６７２nm以下に
なるまで黒鉛化した黒鉛材を、平均粒子径が２０〜６０
μm で含有する粒子径５〜１００μm の粒分が９０％以
上になるように粉砕・分級したものを使用する。Ｓｎ粉
末およびＺｎ粉末としては、粒度２００メッシュ以下の
アトマイズド粉またはスタンプ粉を用いることが好まし
く、ＳｉＯ₂粉末としては５〜５０μm の微粉末を適用
することが望ましい。

【００１２】上記の組成を有するフィラー成分は均一に
機械混合し、圧粉成形したのち加圧下に焼結処理する。
圧粉成形はフィラー成分を金型に充填し、１００〜１０
００ＭＰａの範囲内で得られる焼結体の開気孔率を考慮
した加圧力を適用しておこなう。焼結処理は、１〜１０
ＭＰａの圧力を付与した状態で還元性もしくは不活性雰
囲気下７５０〜８５０℃の温度域で実施する。この際の
適用圧力および焼結温度範囲は、得られる焼結体に開気
孔率および材質強度のバランズを考慮して条件設定され
る。得られた焼結体は、最終的に摩擦材形状に沿う加工
を施して製品とする。

【００１３】

【作用】本発明に係る湿式摩擦材料によれば、Ｃ：２０
〜３５重量％、Ｓｎ：２〜８重量％、残部がＣｕからな
るか、これに必要に応じてＺｎ：８重量％以下を配合し
た青銅系成分のフィラー組成が、焼結体に適度の気孔率
と実用範囲の材質強度を与え、同時に優れた耐摩耗性と
安定した摩擦性能ならびに相手材に対する適度の削磨性
を付与するために機能する。特にＣ成分として平均粒子
径２０〜６０μmで粒子径５〜１００μm の粒分含有率
が９０％以上の粒子性状を有し、かつ黒鉛結晶面間Ｃ₀
の層間距離が０．６７２nm以下の黒鉛粉末を選択的に配
合することにより、摩擦時のエネルギー吸収能が増大
し、一層安定した高水準の摩擦特性を保持させることが
可能となる。

【００１４】また、焼結体組織の開気孔率が１５〜２０
容量％で、抗折力が２０ＭＰａの特性は、介在する潤滑
油等の液体を気孔内部に含浸担持して摩擦時のエネルギ
ー吸収能を高める作用をなし、同時に実用的な材質強度
を保持して安定した摩擦性能が付与される。

【００１５】このような作用が相俟って、ブレーキパッ
ドあるいはクラッチフェーシングとした場合に常に安定
した高摩擦性能が発揮される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して具
体的に説明する。

【００１７】実施例１〜１１、比較例１〜１２Ｃｕ粉末（電解銅粉）に対しＳｎ粉末（スタンプ粉、20
0#以下) 、Ｚｎ粉末（スタンプ粉、200#以下) 、ＳｉＯ
₂粉末（珪石粉、平均粒径17μm ）および特定性状を有
する黒鉛粉末からなるＣ粉末を、表１に示す割合で配合
し、Ｖ型混合機により２０分間乾式混合して均質な混合
粉末を調製した。これら青銅系フィラーの混合粉末を外
径３３５mm、内径２８０mmのリング状金型に充填したの
ち、所定の圧力を適用して圧粉成形し、厚さ１．５mmの
円板成形体を得た。ついで、各成形体を鉄芯板の両面に
配置して所定の加圧力を付与しながら還元性雰囲気下で
所定温度に加熱焼結して摩擦材料を作製した。該摩擦材
料平面研削加工し、更に油溝として螺旋溝および放射溝
（中心から外側に両面で38本) を加工して摩擦板を得
た。

【００１８】得られた各摩擦材料（焼結体）の開気孔率
および抗折力を測定し、成形および焼結条件と併せて表
２に示した。なお、開気孔率の測定は真空中で焼結体に
水を含浸させ、その含浸量から算出した。また、抗折力
の測定は焼結体から幅１５mm、長さ３５mmの試片を切り
出し、２５mmのスパンによる３点曲げ法（試験速度２mm
/minによる破壊荷重測定）によった。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】次に、上記の各摩擦板につき、下記の条件
で慣性型試験機により摩擦試験をおこない、限界状況と
なった時点の周速、停止時間、限界数値、摩擦係数およ
び異常発生状況（焼付以外）を表３に示した。摩擦試験
条件；摩擦板（摩擦面積292.2cm²、有効半径0.1550m)を
各３枚用い、相手材としてＳ４５Ｃを４枚使って交互に
組み合わせて摩擦面数６面とした。慣性モーメントを１
０．５kgfms²、係合い面圧を２０kgf/cm²にそれぞれ設
定し、周速を６．５m/s から０．８m/s づつ上昇してト
ルク波形の異常などの限界状況が発生するまで摩擦試験
をおこなった。潤滑油にはエンジン油〔三菱石油（株）
製、SAE#30〕を用い、油温７０℃、供給油量２０ml/c
m².minとした。なお、周速は焼付きが発生した時点の周
速で、数値が大きいほど高負荷条件で使用できることを
示す。限界数値はエネルギー吸収量を見掛け上の摩擦面
積当たりの慣性体の回転運動エネルギーで示し、エネル
ギー吸収量を停止時間で除したエネルギー吸収工率の値
で示した場合に〔エネルギー吸収量(kgfm/cm²)×エネル
ギー吸収工率(kgfm/cm²/s)〕で算出した値であり、焼付
き発生時の負荷に相当する。したがって、数値が大きい
ほど焼付きなしに高負荷条件で使用し得ることを示す。
また、摩擦係数は周速１０m/s 時のトルクから〔μ＝Ｔ
／Ｐ×Ｚ×Ｒ〕式（但し、Ｔはトルク、Ｐは総押付け
力、Ｚは摩擦面数、Ｒは有効半径）で算出した値で、大
きいほど摩擦性能が高いことを示すものである。

【００２２】

【表３】

【００２３】表１〜表３を考察して明らかなとおり、実
施例による摩擦材料はいずれも吸収エネルギー限界数値
が高く、かつ比較的優れた摩擦係数を示している。しか
し、実施例１０および１１は焼結体の開気孔率が１５容
量％を下廻っているため、摩擦特性が低下傾向を示し
た。これに対し、本発明の条件を外れる比較例では、限
界数値および摩擦係数が相対的に低く、焼付き現象以外
の異常発生も多く認められた。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば特定配合
比率によりＣ、Ｓｎ、ＳｉＯ₂（Ｚｎ）を配合したＣｕ
を主体とする組成の青銅系成分をフィラーとし、このう
ちＣ成分を特定の粒子性状と黒鉛化度を有する黒鉛粉末
とした焼結体からなり、優れたエネルギー吸収能ならび
に高摩擦性能を備えた湿式摩擦材料を提供することがで
きる。したがって、高性能が要求されるブレーキバッド
あるいはクラッチフェーシングとして極めて有用であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 3/14 F16D 69/00 - 69/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：２０〜３５重量％、Ｓｎ：２〜８重
量％、ＳｉＯ₂：４〜１０重量％、残部がＣｕからな
り、前記Ｃが平均粒子径２０〜６０μm で粒子径５〜１
００μm の粒分が９０％以上の粒子性状を有し、かつ黒
鉛結晶面間Ｃ₀の層間距離が０．６７２nm以下の黒鉛粉
末である組成の青銅系成分を焼結してなることを特徴と
する湿式摩擦材料。
【請求項２】青銅系成分としてＺｎ：８重量％以下を
添加した請求項１記載の湿式摩擦材料。
【請求項３】開気孔率が１５〜２０容量％、抗折力が
２０ＭＰａ以上である請求項１又は２記載の湿式摩擦材
料。