JP2000345141A - 焼結金属系摩擦材 - Google Patents

焼結金属系摩擦材

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sintered metal
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Hidekazu Nishii
英一 西井
Azuma Iketani
東 池谷
Hidehiko Shirouchi
秀彦 城内
Takashi Kato
孝志 加藤
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高摩擦係数を有し且つ耐摩耗性にも優れ、ブ
レーキ材、クラッチ材、とくにブレーキ材として好適に
使用できる焼結金属系摩擦材を提供する。 【解決手段】 焼結金属材料をマトリックスとし、潤滑
材、研削材を含む摩擦材であって、潤滑材中に、摩擦材
全体に対して10〜20重量%の黒鉛と摩擦材全体に対
して0.5〜8重量%の低温処理炭素材とを共存させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結金属系摩擦
材、詳しくは高摩擦係数を有し且つ耐摩耗性に優れ、ブ
レーキ材やクラッチ材、とくにブレーキ材として好適に
使用される焼結金属系摩擦材に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車、二輪車、鉄道車両、航空機、各
種産業機械などにおいては、クラッチフェーシング材な
どのクラッチ材料やブレーキライニング材、ブレーキパ
ッド材などのブレーキ材料として焼結金属材料をマトリ
ックスとする焼結金属系摩擦材が多く使用されている。
【0003】焼結金属系摩擦材は、高速、高温、高圧力
の使用条件下においても高い摩擦係数が得られるという
特性を有するが、通常、摩擦係数と耐摩耗性とは相反す
る特性であり、摩擦係数が高いものは摩耗が多く、摩耗
が少ないものは摩擦係数が低くなる傾向がある。
【0004】近年、輸送機器などの高性能化などに伴
い、そのブレーキ材やクラッチ材として、摩擦係数が高
く且つ耐摩耗性にも優れた焼結金属系摩擦材が要求され
るようになっており、さらに、ブレーキ材、クラッチ材
として使用した場合に、相手材(ステンレス鋼、鋳鉄)
を傷付けることにより摩耗量を増大させ、制動の安定性
を損ない、また相手材の温度が上昇して摩擦係数の低下
を招くという焼結金属系摩擦材の難点を改善することも
要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の要求
を満足する焼結金属系摩擦材を得るために、焼結金属系
摩擦材の含有成分、とくに潤滑材の成分と摩擦係数、摩
耗特性との関連について多角的に実験、検討を行った結
果としてなされたものであり、その目的は、摩擦係数が
高く且つ耐摩耗性にも優れ、相手材に対する攻撃性(傷
付け易さ)を改善した焼結金属系摩擦材を提供すること
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
めの本発明の請求項1による焼結金属系摩擦材は、焼結
金属材料をマトリックスとし、潤滑材、研削材を含む摩
擦材であって、潤滑材中に、摩擦材全体に対して10〜
20重量%の黒鉛と摩擦材全体に対して0.5〜8重量
%の低温処理炭素材とを共存させることを特徴とする。
【0007】請求項2による焼結金属系摩擦材は、請求
項1において、マトリックスがCuを主成分とする焼結
金属材料であることを特徴とする。
【0008】また、請求項3による焼結金属系摩擦材
は、請求項1〜2において、低温処理炭素材が仮焼コー
クス、ガラス状カーボン、メソフェーズピッチを熱処理
した炭素材の1種または2種以上からなることを特徴と
する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の焼結金属系摩擦材は、前
記のように、潤滑材中に、黒鉛と低温処理炭素材とを特
定量共存させることを特徴とする。低温処理炭素材とし
ては、オイルコークス、ニードルコークス、ピッチコー
クス、フルードコークスなどの仮焼コークス、熱硬化性
樹脂を熱処理したガラス状カーボン、メソフェースピッ
チを熱処理した炭素材の1種または2種以上からなるも
のが好適に使用される。
【0010】焼結粉末金属結合剤で成形した摩擦材にお
いて、石油コークスを含有させたもの(特公昭47−4
8081号公報)があるが耐摩耗性が十分でなく、焼結
金属系摩擦材中に、潤滑材として10重量%未満の黒鉛
とコークスとを共存させるものもある(特許第2759
906号公報)が、このものにおいても高摩擦係数と十
分な耐摩耗性との組合わせを必ずしも安定して得ること
ができない。
【0011】低温処理炭素材は、黒鉛と比較して熱処理
温度が低いため、黒鉛結晶の発達がわるく、潤滑作用が
低くなるが、その分摩擦係数が高くなる。さらに、結晶
性のわるい低温処理炭素材は、黒鉛と比べて硬度が高
く、耐摩耗性に優れている。
【0012】本発明においては、焼結金属系摩擦材の潤
滑材中に、摩擦材全体に対して上記の低温処理炭素材
0.5〜8重量%、摩擦材全体に対して黒鉛を10〜2
0重量%共存させることにより、高い摩擦係数と改善さ
れた耐摩耗性の組合わせを達成することができる。
【0013】低温処理炭素材が0.5重量%未満ではそ
の効果が十分でなく、8重量%を越えて含有すると、相
手材への攻撃性(傷付け)が大きくなり望ましくない。
黒鉛の含有量が上記の範囲を外れた場合には、低温処理
炭素材との共存効果が小さくなる。さらに好ましい黒鉛
および低温処理炭素材の含有量は、黒鉛が12〜18重
量%、低温処理炭素材が2〜6重量%の範囲である。
【0014】低温処理炭素材としては、熱処理温度が7
00〜2000℃のものを使用するのが好ましく、熱処
理温度が700℃未満では、炭素化の進行が少なく、十
分な摩擦係数が得難い。2000℃を越えると低温処理
炭素材としての効果が低下し、高い摩擦係数が得難い。
【0015】マトリックスを構成する金属系材料として
は、Cuを主要成分とし、Zn、Sn、Ni、Fe、T
i、Al、Cr、Mo、Si、Mn、Mg、V、Pb、
Bi、Sb、In、Be、Cd、W、Co、B、S、
C、Ce、Pなどの1種または2種以上を含有するCu
合金、Niを主要成分とし、Cu、Fe、その他の元素
を含有するNi合金、Fe合金などが使用される。これ
らの合金のうち、相手材への攻撃性が低い点で、Cu合
金を適用するのが好ましい。マトリックス成分は、摩擦
材全体に対して60〜75重量%含有するのが好まし
い。
【0016】研削材としては、シリカ、ムライト、アル
ミナ、窒化珪素、炭化珪素、ジルコンサンドなどの硬質
粒子の1種または2種以上が使用される。潤滑剤とし
て、本発明の必須成分の黒鉛、低温処理炭素材の他に、
MoS2 、CaF2 、BaF2、WS2 、フッ化黒鉛、
窒化ホウ素、雲母などが含まれてもよく、摩擦調整剤と
して、金属酸化物や硫酸バリウム、珪藻土などを含有さ
せることもできる。
【0017】本発明の摩擦材には、さらに、必要に応じ
て、窒化ケイ素、炭化ケイ素などの硬質粒子、炭化ケイ
素繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素ウイスカー、ボロン
繊維、シリカーアルミナ繊維、ガラス繊維、アラミド繊
維、その他の無機、有機の繊維状補強材を含有させるこ
ともできる。
【0018】本発明の焼結金属系摩擦材は、上記マトリ
ック成分の粉末を調製し、潤滑剤、研削材、その他の粉
末と混合、成形した後、成形物を非酸化性雰囲気におい
て、高温、高圧下で焼結することにより作製される。
【0019】この場合、低温処理炭素材としては、平均
粒径が1〜1500μmのものを使用するのが好まし
い。平均粒径が1μm未満では、均一混合が困難とな
り、成形焼結された摩擦材の摩擦係数が不安定となり易
い。平均粒径が1500μmを越える場合には、摩擦係
数、耐摩耗性の改善は得られるが、相手材への攻撃性が
大きくなるため、使用上好ましくない。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明すると共に、それに基づいてその効果を実証する。な
お、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様を
説明するためのものであって、これにより本発明が制限
されるものではない。
【0021】実施例1 表1に示す成分(重量%)の原料粉体を秤量機で秤量
後、V型混合機に投入して混合し、30分間混合する。
混合粉を、乾式プレスと使用し、4.0ton/cm2
の圧力で金型内で所定形状に成形した後、成形体をCu
メッキした鋼板の上に載せ、(H2 +N2)ガスからなる
不活性雰囲気中で圧力5kg/cm2 、温度900℃の
条件下で120分間加圧焼結し、焼結金属系摩擦材を得
た。
【0022】得られた焼結金属系摩擦材を十分に冷却し
た後、厚み調整のため、焼結した摩擦材の表面を機械研
磨し、試験材とした。
【0023】試験材をブレーキパッドとし、ステンレス
鋼を相手材としてブレーキ初速度200km/hからの
制動試験を行い、摩擦係数および試験後の摩耗量を測定
した。試験条件は、ディスク有効径を320mmとし、
パッド形状はライニング外径140mmR、幅29m
m、面積23.5cm2 のディスクブレーキタイプで行
った。慣性1.25kg・m・sec2 、圧力15kg
/cm2 、制動回数50回とした。
【0024】測定結果を表2に示す。表2にみられるよ
うに、本発明に従う摩擦材によれば、摩擦係数はいずれ
も0.55を上回り、摩耗量も0.1mm未満と優れた
耐摩耗性を示した。
【0025】
【表1】 《表注》低温処理炭素材:コークス(平均粒径300〜800μm) ガラス状カーボン:平均粒径1〜50μm
【0026】
【表2】
【0027】比較例1 金属マトリックスとして、Cu:39%(重量%、以下
同じ)、Sn:2%、Zn:4%、Ni:8%、W:1
0%、Fe:5%、研削材として、ムライト4%、ジル
コンサンド6%、潤滑材として、CaF2 :2%、黒
鉛:20%の原料粉体を秤量機で秤量後、V型混合機に
投入して混合し、30分間混合する。混合粉を、実施例
1と同様に成形、加圧焼結して、焼結金属系摩擦材を得
た。
【0028】得られた焼結金属系摩擦材を十分に冷却し
た後、厚み調整のため、焼結した摩擦材の表面を機械研
磨して試験材とし、試験材をブレーキパッドとし、ステ
ンレス鋼を相手材として実施例1と同一の条件下で制動
試験を行い、摩擦係数および試験後の摩耗量を測定し
た。
【0029】潤滑材に低温処理炭素材を含有しない試験
材は、摩擦係数は0.575と高かったが、摩耗量は
0.141mmであり、耐摩耗性に劣っていた。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、高摩擦係数を有し且つ
耐摩耗性にも優れ、ブレーキ材、クラッチ材、とくにブ
レーキ材として好適に使用できる焼結金属系摩擦材が提
供される。当該摩擦材は、高負荷条件下での使用に耐え
る特性をそなえており、工業的価値がきわめて大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B22F 5/00 C22C 1/05 A C22C 1/05 9/00 9/00 9/02 9/02 9/04 9/04 F16D 69/02 G F16D 69/02 B22F 5/00 G (72)発明者 城内 秀彦 東京都港区北青山1丁目2番3号 東海カ ーボン株式会社内 (72)発明者 加藤 孝志 東京都港区北青山1丁目2番3号 東海カ ーボン株式会社内 Fターム(参考) 3J058 BA41 BA76 FA01 FA02 FA11 FA21 FA24 GA27 GA28 GA29 GA30 GA45 GA92 GA93 4K018 AA03 AA19 AB01 AB07 AC01 BA02 BA04 BA09 BA10 BA11 BA13 BA20 BC12 CA12 DA31 EA02 FA06 KA05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結金属材料をマトリックスとし、潤滑
    材、研削材を含む摩擦材であって、潤滑材中に、摩擦材
    全体に対して10〜20重量%の黒鉛と摩擦材全体に対
    して0.5〜8重量%の低温処理炭素材とを共存させる
    ことを特徴とする焼結金属系摩擦材。
  2. 【請求項2】 マトリックスがCuを主成分とする焼結
    金属材料であることを特徴とする請求項1記載の焼結金
    属系摩擦材。
  3. 【請求項3】 低温処理炭素材が仮焼コークス、ガラス
    状カーボン、メソフェーズピッチを熱処理した炭素材の
    1種または2種以上からなることを特徴とする請求項1
    または2記載の焼結金属系摩擦材。
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