JPH038409B2

JPH038409B2 -

Info

Publication number: JPH038409B2
Application number: JP17340486A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakazawa
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1991-02-06
Also published as: JPS6330617A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は工作機械、建設機械、自動車、二輪
車、鉄道および航空機などの各種機械の回転ある
いは移動運動を任意に制御する手段としての、い
わゆるクラツチあるいはブレーキ材料として使用
する摩擦材に関するものである。（従来の技術）従来より使用されてきたクラツチあるいはブレ
ーキ材料としては、繊維成分、充填材成分（フイ
ラー）を樹脂あるいはゴム等のバインダーで結合
させた有機質摩擦材料と、繊維成分、充填材成分
を金属、合金あるいは金属化合物等のバインダー
で結合させたメタリツク摩擦材料とがある。メタリツク摩擦材料は、Cu−Sn、Cu−Zn、あ
るいはCu−Sn−Zn焼結合金をバインダーとする
ものが主流であり、有機質摩擦材料にくらべて、
高温での摩擦係数の低下（熱フエード現象）や水
分介在による摩擦係数の低下（水フエード現象）
の傾向が小さく、摩耗が少ないという長所があ
る。（発明が解決しようとする問題点）本発明はメタリツク摩擦材料の改良であり、従
来のメタリツク材の長所をのばしかつメタリツク
材の長所をのばしかつメタリツク摩擦材料に要求
される問題点を解決しようとするものである。すなわちメタリツク摩擦材料に要求される特性
あるいは改良点としては１摩擦係数をさらに大きくする事。２材料温度がおよそ500℃にも達するような高
負荷使用条件においても摩擦係数の低下や変動
が少ない事。３耐摩耗性をさらに良くする事。４摺動中に欠けや相手材への過度な融着を生じ
ない事。５相手材を摩耗させる等の相手材を攻撃する傾
向が小さい事。等があり、そのほか異常な騒音（鳴き）やジヤダ
ー等を発しない事、錆びにくい事、あるいは二輪
車等に使用した場合の使用感のよい事等があり、
これらを満足するメタリツク摩擦材料の開発が要
望されていた。（問題点を解決するための手段）本発明の発明者は種々実験を重ねた結果、マト
リツクスを構成する成分の中にマトリツクス内の
組成でNiを10〜70％、Cuを30〜80％を含み、Ni
とCuの合計が60％以上であるである摩擦材料組
成物が、前記の目的に適合するものであることを
発見したのである。 Niは耐熱性、強度等のすぐれた金属であるか
ら、これをベースとする合金として、あるいは
Fe系合金等に添加して用いることが広く行なわ
れ、それらを摺動材、摩擦材等の用途に用いるこ
とも考えられていた。しかしNiを本発明のよう
にCuと組合せてメタリツク摩擦材料のマトリツ
クスとして用いることにより、クラツチあるいは
ブレーキ材料としてすぐれた効果を発揮すること
は、本発明をもつて最初とするものである。本発明摩擦材料組成物のマトリツクスは、その
60％以上がNiおよびCuであることが必須である
が、それ以外は通常のメタリツク摩擦材料に添加
物または不純物として存在するような金属系材料
を適宜任意に用いてよく、それで本発明の効果が
発揮される。しかし特に好適な実施態様として
は、Ni、Cu以外にFeは0.1〜35％、Zn、Sn.Ti、
Al、Cr、MoおよびSiはそれぞれ0.1〜20％、
Mn、Mg、Ｖ、Pb、Bi、Sb、In、Be、Cd、Ｗ
およびCoはそれぞれ0.05〜15％、Ｂ、Ｓ、Ｃ、
Ｎ、CeおよびＰはそれぞれ0.01〜4.5％の範囲の
いずれか１種または２種以上を含む摩擦材料組成
物である。これらは、これを添加することによつて、マト
リツクス分散強化、析出硬化したり、結晶粒の微
細化、酸化抵抗の改善および調整、焼結の促進、
炭化物、酸化物および窒化物の生成、融点の上
昇、硬度の調整その他に効果があり、これらの効
果が種々複合されて、マトリツクスの耐熱性、強
度、靭性、潤滑性および相手板との相性等が改善
され、従来のCu合金の欠点が解消されて、低温
から高温度条件まで安定して高い摩擦係数を有
し、摩耗、欠け落ち、相手板への移着、鳴き、
WET性能、錆びおよび使用感等の点に関しても
優れたメタリツク系摩擦材料が得られるのであ
る。本発明摩擦材料組成物のマトリツクスを形成す
る金属系材料は、その一部または全部をCu合金、
Ni合金およびステンレス鋼等のFe合金の粉末、
繊維およびウイスカーより選ばれた１種または２
種以上として添加することができる。これは特
に、Alのように表面に強固で高融点の酸化物を
形成して焼結が阻害されるような金属系材料を用
いる場合、単独で加えると合金化に際してふくれ
を生じる金属系材料を用いる場合、Feに代えて
ステンレスのように合金化によつて錆びが生じに
くくなる場合、強度および弾力性等に繊維がすぐ
れている場合、または摩擦特性から意図的にある
種の不均一系を作りたい場合等に有効である。こ
のような形の添加は従来の摩擦材料組成物の製造
にもあるが、本発明の場合は成分の効果との組合
せで、さらに大きい効果を発揮する。本発明摩擦材料組成物におけるマトリツクスと
フイラーの割合は、特に限定はないが、マトリツ
クスが組成物全体の45〜90％、フイラーが10〜55
％であることが好ましい。本発明摩擦材料組成物のフイラーは、硫酸バリ
ウム、タルク、珪藻土、蛇紋石、コークスあるい
はモース硬度3.5〜6.5の金属酸化物（MgO、
Fe₂O₃、TiO₂等）等の摩擦調整剤、シリカ、ムラ
イト、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素あるい
はジルコンサンド等の硬質粒子、黒鉛、MoS₂、
WS₂、BaF₂、CaF₂、フツ化黒鉛、窒化ホウ素あ
るいは雲母等の潤滑成分、パルプ繊維、レーヨン
繊維、カーボン繊維、シリカーアルミナ繊維、ウ
オラストナイト、チタン酸カリウム繊維、炭化ケ
イ素繊維、炭化ケイ素ウイスカー、ボロン繊維、
ロツクウールあるいは鉱綿等の有機・無機・金
属の繊維等から選ばれる１種以上から成る。これ
らはいずれも摩擦材または摩擦調整および補強材
として公知のものであるが、本発明摩擦材料組成
物ののマトリツクスは、このような公知のどのよ
うなフイラーに対してもすぐれたバインダーとし
て働き、フイラーの摩擦特性を充分に活用できる
ようにするものである。（実施例）本発明の実施例について代表的なものを以下10
例述べる。実施例１〜９は乾式の実施例であり、
実施例10は潤滑油中で使用される湿式の実施例で
ある。この実施例は本発明の効果を確認し適用範囲を
確認するために行なつた実施例の一部であり、特
許請求の範囲が実施例に限定されるものではな
い。第１表は、実施例１〜９のマトリツクスの組成
を、摩擦材料組成物全体に対する重量％を単位と
して示したもので、従来のCu系マトリツクスの
例として、比較例１を示した。マトリツクスの組
成の合計は、いずれも80％である。

【表】フイラーはマトリツクスどうしを比較するため
に珪藻土１％、ジルコンサンド３％、黒鉛８％、
CaF₂1％、TiO₂3％、ウオラストナイト４％合計
20％に固定した。同じフイラーを使うことによつ
て後記のように本発明の効果が明確に現われる
が、各実施例のマトリツクスによつて異なる最適
のフイラーを選べば、さらに大きな効果を発揮さ
せることも可能である。 Pb、Sb等は潤滑剤成分としてフイラーである
とも考えられるが、焼結助剤等としても効果があ
るため、本実施例ではマトリツクスの構成成分と
した。比較例、実施例の各成分を秤量、混合し、成
形、焼結を行ない製品とした。通常の粉末冶金製
造法により、成形圧力は2.0ton／cm²、焼結は温度
900℃、時間120分、圧力20Kg／cm²の条件で行なつ
た。 Fe、Al、Cr、TiおよびSiその他を、黄銅系合
金、青銅系合金、アルミニウム黄銅系合金、マン
ガン黄銅系合金、高力黄銅系合金、リン青銅系合
金、アルミニウム青銅系合金、ケイ素青銅系合
金、マンガン青銅系合金、スズ入黄銅系合金、
Cu−Al合金、Cu−Fe−Mn合金、Ni−Si合金、
Ni−Mn合金、Ni−Cu系合金、モネルメタル系
合金、洋銀系合金、Ni−Ti系合金、Ni−Cr系合
金、Ni−Al系合金、Ni−Cr−Cu−Fe系合金、
Ni−Cr−Mo−Cu−Fe系合金、ハステロイ系合
金、インコネル系合金、Cr系ステンレス、Cr−
Ni系ステンレス、およびCr、Al、Si、Ni、Mo、
MnならびにＢから選ばれた成分を含むFe系合金
など、合金の粉末、繊維あるいはウイスカーで加
えた場合には、単独で加えた場合にくらべて、焼
結は促進され、強度が大きくなり、機械的性質は
ほとんどの場合によくなつた。しかし摩擦特性は
必ずしも良くなるとは限らず、したがつた各実施
例によつて異なる最適の製法によりサンプルによ
つて、評価を行なつた。サンプルの評価は、相手板にステンレスを用
い、デイスク有効径222φとし、パツト形状はラ
イニング外径110R、巾28mm、面積20cm²のデイス
クブレーキタイプで行なつた。また慣性体は1.16
Kg・ｍ・sec²、圧力７Kg／cm²とし、初速度が各々
5.3ｍ／sec、10.5ｍ／sec、15.8ｍ／secからの制
動を計120回行なつた。測定結果のうち摩擦係数
を前記各初速度ごとにμ₁、μ₂、μ₃として第２表に
示し、全120回の摩耗（単位mm）も第２表に示し
た。面状態は比較例１では「欠け有り、溶着有
り」であり、実施例１〜９では「欠けなし、溶着
なし」であつた。鳴きは比較例、実施例ともすべ
て「なし」であつた。なお各条件の単位面積当り
の吸収エネルギーは、初速度の各々の条件につい
て26.1Kg・ｍ／cm²、104.5Kg・ｍ／cm²、237.0Kg・
ｍ／cm²であり、サイクルタイムは約40秒であつ
た。

【表】第２表に示すように、実施例は比較例に対して
摩擦係数のレベルがかなり高く、また摩耗も同レ
ベルから60％程度の結果が得られた。また面状態
も欠けや溶着などの発生が見られなかつた。さらに高温特性について調査するため、パツト
温度が400℃からの制動を行なつた。このとき摩
擦材料の摺動面から約0.5mmのパツト材内部の温
度は約550℃まで上昇した。比較例１は初期摩擦
係数0.42が10サイクル後に0.31に低下したのに対
し、実施例５は初期摩擦係数0.57が10サイクル後
にも0.58であつた。またその他の実施例は、この
条件では摩擦係数0.45〜0.63であつた。水フエード試験（WET効力試験）において、
実施例５は低面圧（３Kg／cm²）から高面圧（30
Kg／cm²）まで摩擦係数が0.4以上と高く、この面
圧域ではWET摩擦係数とDRY摩擦係数との比が
0.85〜1.10とすぐれるものであり、他の実施例の
WET摩擦係数もすべて0.35以上であつた。相手板（デイスク）が鋳鉄の場合、アメリカ合
衆国の公的機関American Association of
Motor Vehicle Adoministratos（AAMVA）の
指定試験機関で行なつたVESCV−３規格試験に
おいては、ノーマル摩擦係数0.759ホツト摩擦係
数0.709と非常に高いものであつた。なお従来の
Cu系材料では、ノーマル摩擦係数およびホツト
摩擦係数ともに0.30から高くても0.50を少し越え
た程度であつた。次に湿式に用いた場合の実施例を、実施例10と
して述べる。成分および組成は、マトリツクスとして、
Cu25％、Ni15％、Sn1％、Al1％、Mn0.5％、
P0.01％、Pb0.5％、ステンレス繊維（SUS316す
なわちCr10.88％、Ni8.24％、Mo1.30％、Si0.55
％、Mn0.06％、C0.08％以下、残Fe）７％、フイ
ラーとして黒鉛25％、ウオラストナイト20％、シ
リカ５％であり、成形、焼結後、油溝加工を行な
つてサンプルとした。サンプルの気孔率は30％、
抗折力強度は360Kg／cm²であつた。このサンプルの評価の一例をあげると、摩擦板
サイズ194φ×164φ、１枚２面、吸収エネルギー
７Kg・ｍ／cm²、慣性モーメント0.147Kg・ｍ／
sec²、面圧10Kg／cm²、クラツチ頻度15sec／サイ
クル、潤滑油がSAE規格のエンジンオイル＃30、
油量８c.c.／cm²・min、供給温度80℃でテストした
ときの、平均動摩擦係数は0.125静摩擦係数は
0.165と従来のメタリツク系湿式摩擦材料に比較
して動摩擦係数が1.2倍から２倍高いものであつ
た。なお摩耗のレベルはほぼ従来品と同程度であ
つた。（発明の効果）本発明はすぐれた摩擦材料組成物を提供するも
のであるから、本発明の工業的価値は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】１金属、合金および金属化合物の１種または２
種以上（以下金属系材料と総称する）をバインダ
ーすなわちマトリツクスとし、摩擦調整剤、潤滑
剤、硬質粒子および補強材等のフイラーを加えて
成る摩擦材料組成物において、マトリツクスを構
成する成分の中に、マトリツクス内の重量％（以
下すべて重量％とする）でNiを10〜70％、Cuを
30〜80％含み、NiとCuの合計が60％以上である
ことを特徴とする摩擦材料組成物。２マトリツクスはマトリツクス内の組成でFe
は0.1〜35％、Zn、Sn、Ti、Al、Cr、Moおよび
Siはそれぞれ0.1〜20％、Mn、Mg、Ｖ、Pb、
Bi、Sb、In、Be、Cd、ＷおよびCoはそれぞれ
0.05〜15％、Ｂ、Ｓ、Ｃ、Ｎ、CeおよびＰはそれ
ぞれ0.01〜4.5％の範囲のいずれか１種または２
種以上を含み、Ni10〜70％、Cu30〜80％および
NiとCuの合計が60％以上である特許請求の範囲
第１項の摩擦材料組成物。３マトリツクスを形成する金属系材料の一部ま
たは全部が、Cu合金、Ni合金およびステンレス
鋼等のFe合金の粉末、繊維およびウイスカーよ
り選ばれた１種または２種以上として添加されて
なる特許請求の範囲第１項の摩擦材料組成物。４摩擦材料組成物全体に占める割合で、マトリ
ツクスが45〜90％でありフイラーが10〜55％であ
る特許請求の範囲第１項の摩擦材料組成物。