JP5571024B2 - 摩擦部材及び摩擦部材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキやクラッチに用いられる摩擦部材及びその製造方法に関するものであり、特に、金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材及びその製造方法に関するものである。

自動車、二輪車、産業用機械・車両等において、制動力を発生させ、或いは、駆動力の伝達及び制御のために使用される摩擦部材として、従前より、金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材が使用されている。このように、摩擦材がセラミックスを含有していることにより、金属合金系の焼結体で形成された摩擦材に比べて、耐摩耗性や耐熱性が高いという利点がある。

上記構成の摩擦部材は、一般的に、金属粉末とセラミックス粉末とを均一に混合した混合粉末を、金型を用いて圧縮成形した後、金属製のバックプレートに成形体を当接させた状態で、加圧下で焼成することにより製造されている。或いは、金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末を成形し焼成して摩擦材の焼結体を得た後、焼結体と金属製のバックプレートとが適宜の接着剤により接合される場合もある。

ところが、金属材料とセラミックス材料とは接着性が悪いため、摩擦材と金属製のバックプレートとの接合強度が不十分であるという問題があった。

一方、本出願人は、金属及びセラミックスを含む摩擦材ではないが、銅系の金属粉末を無機繊維、有機繊維等の繊維材料と混合し、フェノール樹脂等の樹脂で固めることにより形成される摩擦材について、鉄系のバックプレートとの接着強度を強化する接着方法を提案している（特許文献１参照）。これは、摩擦材とバックプレートとの間に中間層を設け、中間層における銅系金属の含有率を、摩擦材における銅系金属の含有率より高めるというものであり、望ましくは、中間層における銅系金属の体積含有率を、摩擦材における銅系金属の体積含有率の２倍以上とするものである。

しかしながら、特許文献１で提案した方法を応用し、金属粉末とセラミックス粉末との混合粉末から得られる摩擦材と金属製のバックプレートとの間に中間層を設け、中間層における金属の含有率を摩擦材における金属の含有率より高めても、摩擦材と金属製のバックプレートとの接合強度は依然として十分とは言えず、改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材であって、摩擦材とバックプレートとが強固に接合された摩擦部材、及び、該摩擦部材の製造方法の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかる摩擦部材は、「金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材であって、前記摩擦材と前記バックプレートとは焼結により接合されており、前記摩擦材において前記バックプレート側の端部近傍部では、金属の濃度が前記バックプレートに向かって徐々に増加している」ものである。

「摩擦材」に含まれる金属としては、銅、鉄、亜鉛、スズ、鉛、ニッケル、クロム等を例示することができ、これらの合金を使用することもできる。また、「バックプレート」を構成する金属としては、鉄や、クロム鋼、マンガン鋼、ニッケル鋼、ステンレス鋼などの鉄系の合金を使用することができる。

「摩擦材」に含まれるセラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ムライト、炭化珪素、ジルコニアを例示することができる。

上述のように、金属とセラミックスとは接着性が悪いため、摩擦材においては、金属製のバックプレートとの焼結による接合に寄与するのは、主に摩擦材に含まれる金属である。上記構成の摩擦部材は、金属濃度がバックプレートに向かって徐々に増加する端部近傍部を摩擦材が備えているため、摩擦材においてバックプレートと当接する部分の金属の割合を、摩擦材としての機能を発揮する端部側より、かなり大きくすることが可能である。これにより、摩擦材中の金属と、金属製のバックプレートとの接触点が増加するため、溶融・軟化した金属同士の固着による摩擦材とバックプレートとの接合が、強固なものとなる。

加えて、摩擦材の端部近傍部では、金属濃度が徐々に増加するため、組成の相違に起因して摩擦材中で層状に剥離が生じるおそれを、低減することができる。

本発明にかかる摩擦部材は、上記構成において、「前記摩擦材において前記バックプレート側の端部では、金属の濃度が１００％である」ものとすることができる。

上記構成によれば、摩擦材中の金属と、金属製のバックプレートとが面的に接触するため、摩擦材とバックプレートとの接合がより強固なものとなる。

本発明にかかる摩擦部材は、上記構成に加えて、「前記バックプレートは、第一の金属または第一の金属を含む合金からなると共に、前記バックプレートは一端面に第二の金属の金属箔の焼結により積層された第二金属部を備え、前記摩擦材と前記バックプレートとは前記第二金属部を介して焼結により接合されており、前記摩擦材における金属は、前記第二の金属と同一の金属である」ものである。

バックプレートを構成する金属と、摩擦材に含まれる金属とを別の金属とすることにより、バックプレートを機械的強度に優れた金属で構成させ、摩擦材には摩擦特性に優れた金属を含有させることができる。上記構成によれば、バックプレートを構成する金属と、摩擦材に含まれる金属とが相違していても、バックプレートは摩擦材に含まれる金属と同一の金属による第二金属部を備えているため、摩擦材とバックプレートとの接合が、異なる金属同士が接着される場合より良好である。

次に、本発明にかかる摩擦部材の製造方法は、「金属粉末とセラミックス粉末とを所定の第一割合で混合した混合粉末、及び、前記金属粉末と前記セラミックス粉末との割合が前記第一割合とは異なる複数種類の混合粉末を、前記金属粉末の割合が漸次変化するように積層し、粉末積層体を得る積層工程と、前記粉末積層体において前記金属粉末の割合が最も高い層を前記バックプレートと当接させた状態で、前記粉末積層体と前記バックプレートとを加圧しながら焼結させて接合する焼成工程とを具備する」ものである。

かかる製造方法により、上記の「金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材であって、前記摩擦材と前記バックプレートとは焼結により接合されており、前記摩擦材において前記バックプレート側の端部近傍部では、金属の濃度が前記バックプレートに向かって徐々に増加している」構成の摩擦部材を製造することができる。

本発明にかかる摩擦部材の製造方法は、上記構成に加え、「前記粉末積層体において前記バックプレートと当接させる層を、前記金属粉末１００％の層とする」ものとすることができる。

かかる製造方法により、上述の構成に加えて、「前記摩擦材において前記バックプレート側の端部では、金属の濃度が１００％である」構成の摩擦部材を製造することができる。

本発明にかかる摩擦部材の製造方法は、上記構成に加え、「前記バックプレートは第一の金属または第一の金属を含む合金からなり、前記焼成工程は、前記粉末積層体と前記バックプレートとの間に第二の金属の箔を挟み、前記粉末積層体と前記バックプレートとを前記第二の金属を介した焼結により接合する工程であり、前記金属粉末は、前記第二の金属と同一の金属の粉末である」ものである。

金属の「箔」としては、厚さ５０μｍ〜２００μｍのものを使用することができる。

かかる製造方法により、上述の構成に加えて、「前記バックプレートは、第一の金属または第一の金属を含む合金からなると共に、前記バックプレートは一端面に第二の金属が積層された第二金属部を備え、前記摩擦材と前記バックプレートとは前記第二金属部を介して焼結により接合されており、前記摩擦材における金属は、前記第二の金属と同一の金属である」構成の摩擦部材を製造することができる。すなわち、焼成工程において、第二の金属の箔の片面がバックプレートと接合し、もう片面が摩擦材と接合すると共に、第二金属部が形成される。

以上のように、本発明の効果として、金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材であって、摩擦材とバックプレートとが強固に接合された摩擦部材、及び、該摩擦部材の製造方法を、提供することができる。

本発明の第一参考例の摩擦部材の（ａ）側面図、（ｂ）製造工程において粉末積層体をバックプレートと当接させた状態の断面図、（ｃ）図１（ｂ）のＡ範囲の拡大図である。 本発明の第二参考例の摩擦部材の（ａ）製造工程において粉末積層体をバックプレートと当接させた状態の断面図、（ｂ）図２（ａ）のＢ範囲の拡大図である。 本発明の一実施形態の摩擦部材３の（ａ）側面図、（ｂ）製造工程において粉末積層体をバックプレートと当接させた状態の断面図、（ｃ）図３（ｂ）のＣ範囲の拡大図である。 本発明の一実施形態である摩擦部材３の変形例について（ａ）製造工程において粉末積層体をバックプレートと当接させた状態の断面図、（ｂ）図４（ａ）のＤ範囲の拡大図である。

以下、本発明の第一実施形態の摩擦部材１、及び、その製造方法について、図１を用いて説明する。摩擦部材１は、図１（ａ）に示すように、金属及びセラミックスを含む摩擦材１０が金属製のバックプレート２０に接合された摩擦部材であって、摩擦材１０とバックプレート２０とは焼結により接合されており、摩擦材１０においてバックプレート２０側の端部近傍部１１では、金属の濃度がバックプレート２０に向かって徐々に増加しているものである。

摩擦部材１の摩擦材１０においては、バックプレート２０に接続されている側とは反対側の端部側が、ブレーキロータやブレーキシュー等の相手部材と当接・摺動して、摩擦材としての機能を発揮する部分である。

上記構成の摩擦部材１は、次の製造方法によって製造することができる。すなわち、摩擦部材１の製造方法は、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、金属粉末とセラミックス粉末とを所定の第一割合で混合した混合粉末、及び、金属粉末とセラミックス粉末との割合が第一割合とは異なる複数種類の混合粉末を、金属粉末の割合が漸次変化するように積層し、粉末積層体３０を得る積層工程と、粉末積層体３０において金属粉末の割合が最も高い層をバックプレート２０と当接させた状態で、粉末積層体３０とバックプレート２０とを加圧しながら焼結させて接合する焼成工程とを具備している。

具体的には、本実施形態では、金属粉末とセラミックス粉末との割合が第一割合とは異なる、第二割合〜第五割合の混合粉末を使用する場合を例示する。これらの混合粉末における金属粉末の割合は、第一割合、第二割合、第三割合、第四割合、第五割合の順に大きくなるように設定される。

積層工程では、成形型に第一割合の混合粉末を充填して第一層３０１を形成した後、その上に第二割合の混合粉末を充填して第二層３０２を形成し、更に第三割合、第四割合、第五割合の混合粉末を順次積層して、それぞれ第三層３０３、第四層３０４、第五層３０５を形成する。これにより、第一層３０１の上に、金属の割合が漸次増加する層が積層された粉末積層体３０が得られる。なお、図１（ｂ），（ｃ）では、構成を明確に示すために第二層３０２〜第五層３０５の厚さを誇張して図示しており、以下の図でも同様である。また、成形型の図示は省略している。

焼成工程では、粉末積層体３０をバックプレート２０と当接させ、その状態で加圧しながら焼成する。この焼成により、粉末積層体３０において金属粉末及びセラミックス粉末が焼結して摩擦材１０となると共に、摩擦材１０とバックプレート２０とが接合され、上記構成の摩擦部材１が製造される。なお、粉末積層体３０では、第一層３０１から第五層３０５まで、金属粉末の割合は段階的に増加しているが、第二層３０２〜第五層３０５の各層を薄い層とすることにより、また、焼結の際の物質移動により、金属割合が徐々に増加する層となる。

なお、粉末積層体３０は、バックプレート２０と焼結させる前に、加圧成形により圧縮成形体としておいても良い。

上記の製造方法により製造される上記構成の摩擦部材１によれば、摩擦材１０においてバックプレート２０と当接する部分の金属の割合を、摩擦材としての機能を発揮する端部側より、かなり大きくすることが可能である。これにより、摩擦材１０中の金属と、金属製のバックプレート２０との接触点が増加するため、溶融・軟化した金属同士の固着による摩擦材１０とバックプレート２０との接合が、強固なものとなる。

加えて、摩擦材１０の端部近傍部１１では、金属濃度が徐々に増加するため、組成の相違に起因して摩擦材１０中で層状に剥離が生じるおそれを、低減することができる。

次に、第二実施形態の摩擦部材について説明する。第二実施形態の摩擦部材の基本的な構成は第一実施形態の摩擦部材１と同一であるが、摩擦材１０においてバックプレート側の端部では、金属の濃度が１００％であることを特徴としている。

第二実施形態の摩擦部材の製造方法が、第一実施形態の摩擦部材１の製造方法と相違する点は、粉末積層体３０において金属粉末の割合が最も高い層を、金属１００％の粉末で形成する点である。すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示すように、粉末積層体３０において、バックプレート２０に当接させる最外層である第五層３０５ｂは、金属粉末１００％の層である。

上記の製造方法により製造される上記構成の摩擦部材によれば、摩擦材１０中の金属と、金属製のバックプレート２０とが面的に接触する。これにより、溶融・軟化した金属同士の固着による摩擦材１０とバックプレート２０との接合が、より強固なものとなる。

次に、第三実施形態の摩擦部材３について、図３を用いて説明する。摩擦部材３の構成が第一実施形態の摩擦部材１及び第二実施形態の摩擦部材と相違する点は、図３（ａ）に示すように、第二の金属が積層された第二金属部２２をバックプレート２０が一端面に備えており、摩擦材１０とバックプレート２０とは第二金属部２２を介して焼結により接合されている点である。加えて、バックプレート２０は、第一の金属または第一の金属を含む合金からなり、摩擦材１０における金属は、第二の金属と同一の金属である。

上記構成の摩擦部材３の製造方法が、第一実施形態の摩擦部材１及び第二実施形態の摩擦部材の製造方法と相違する点は、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、バックプレート２０の一端面に第二金属部２２となる層２１を形成する点である。第二金属部２２となる層２１を形成する方法としては、以下の二つの方法を挙げることができる。一つの方法は、焼成工程において、粉末積層体３０とバックプレート２０との間に第二の金属の箔を挟み、粉末積層体３０とバックプレート２０とを、第二の金属の箔を介した焼結により接合する方法である。

この方法によれば、焼成工程において、第二の金属の箔は溶融・軟化し、一端側で摩擦材１０と焼結すると共に、他端側でバックプレート２０と焼結し、第二金属部２２が形成される。

第二金属部２２となる層２１を形成するもう一つの方法は、焼成工程に先立ち、バックプレート２０の一端面に第二の金属をメッキする第二金属メッキ工程を行う方法である。

そして、バックプレート２０において第二の金属がメッキされた面を粉末積層体３０と当接させた状態で焼成工程を行うことにより、メッキされた第二の金属の層が摩擦材１０と焼結し、第二金属部２２が形成される。

従って、上記の製造方法により製造される摩擦部材３によれば、摩擦材１０の金属は第二金属部２２と同一の金属であるため、異なる金属同士を接着する場合に比べて接着性が良好である。これにより、摩擦材１０に含まれる金属とバックプレート２０を構成する金属とが相違していても、摩擦材１０とバックプレート２０との接合が強固なものとなる。

なお、摩擦部材３の製造方法においては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、粉末積層体３０においてバックプレート２０に当接させる最外層を、金属粉末１００％の第五層３０５ｂとすることもできる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記では、粉末積層体３０を形成する際、第一層３０１の上に、第二層３０２、第三層３０３、第四層３０４、第五層３０５を順次積層し、その上にバックプレート２０を当接させて焼成する場合を例示したが、これに限定されず、逆に、バックプレートの上に、第五層、第四層、第三層、第二層、第一層の順に積層しても、同一構成の摩擦部材を製造することができる。

また、上記では、第一層３０１の上に、金属粉末の割合の異なる四種類の混合粉末を積層する場合を例示したが、積層する層の数はこれに限定されない。層の数を多くすると共に各層の厚さを薄くすることにより、摩擦材の端部近傍部において、金属濃度をよりなだらかに増加させることができる。

１，３ 摩擦部材
１０ 摩擦材
１１ 端部近傍部
２０ バックプレート
２２ 第二金属部
３０ 粉末積層体
３１ 第一層

特開平９−２６３８０５号公報

Claims (4)

1. 金属及びセラミックスを含む摩擦材が金属製のバックプレートに接合された摩擦部材であって、
   前記摩擦材と前記バックプレートとは焼結により接合されており、
   前記摩擦材において前記バックプレート側の端部近傍部では、金属の濃度が前記バックプレートに向かって徐々に増加しており、
   前記バックプレートは、第一の金属または第一の金属を含む合金からなると共に、前記バックプレートは一端面に第二の金属の金属箔の焼結により積層された第二金属部を備え、
   前記摩擦材と前記バックプレートとは前記第二金属部を介して焼結により接合されており、
   前記摩擦材における金属は、前記第二の金属と同一の金属である
   ことを特徴とする摩擦部材。
2. 前記摩擦材において前記バックプレート側の端部では、金属の濃度が１００％である
   ことを特徴とする請求項１に記載の摩擦部材。
3. 金属粉末とセラミックス粉末とを所定の第一割合で混合した混合粉末、及び、前記金属粉末と前記セラミックス粉末との割合が前記第一割合とは異なる複数種類の混合粉末を、前記金属粉末の割合が漸次変化するように積層し、粉末積層体を得る積層工程と、
   前記粉末積層体において前記金属粉末の割合が最も高い層を金属製のバックプレートと当接させた状態で、前記粉末積層体と前記バックプレートとを加圧しながら焼結させて接合する焼成工程とを具備し、
   前記バックプレートは第一の金属または第一の金属を含む合金からなり、
   前記焼成工程は、前記粉末積層体と前記バックプレートとの間に第二の金属の金属箔を挟み、前記粉末積層体と前記バックプレートとを前記第二の金属を介した焼結により接合する工程であり、
   前記金属粉末は、前記第二の金属と同一の金属の粉末である
   ことを特徴とする摩擦部材の製造方法。
4. 前記粉末積層体において前記バックプレートと当接させる層を、前記金属粉末１００％の層とする
   ことを特徴とする請求項３に記載の摩擦部材の製造方法。
   

Images