JPH0783257A - 複合摩擦材料 - Google Patents

複合摩擦材料

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JPH0783257A
JPH0783257A JP5251093A JP25109393A JPH0783257A JP H0783257 A JPH0783257 A JP H0783257A JP 5251093 A JP5251093 A JP 5251093A JP 25109393 A JP25109393 A JP 25109393A JP H0783257 A JPH0783257 A JP H0783257A
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JP
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friction material
friction
carbon
carbon fiber
metallic
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JP5251093A
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English (en)
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Akito Jibiki
明人 地曵
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/002Combination of different friction materials

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  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の炭素ー炭素繊維系摩擦材料および摩擦
作用面がセミメタリック系摩擦材料と炭素ー炭素繊維系
摩擦材料でなる複合摩擦材料における問題点を解決し、
低温領域から高温領域における強度,耐摩耗性,摩擦特
性に優れると共に、水介在下における摩擦特性も優れる
複合摩擦材料を提供する。 【構成】 裏板上に摩擦材料が配設された複合摩擦材料
であって、該摩擦材料の摩擦作用面がメタリック系摩擦
材料でなる第1表面と炭素ー炭素繊維系摩擦材料でなる
第2表面とで構成されていることを特徴とする。 【効果】 従来の炭素ー炭素繊維系摩擦材料およびメタ
リック系摩擦材料に比べて、乾式摩擦試験における温度
に対する摩擦特性の変動が小さく非常に安定しているこ
と、従来の炭素ー炭素繊維系摩擦材料に比べて、水介在
下での湿式摩擦試験における摩擦係数および耐摩耗性の
低下が生じないこと、また従来のセミメタリック系摩擦
材料と炭素ー炭素繊維系摩擦材料とでなる複合摩擦材料
に比べて、耐摩耗性および水介在下での摩擦特性に優れ
ているという顕著な効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、裏板上に異なった2種
類の摩擦材料が配設された複合摩擦材料に関し、具体的
には、例えば工作機械,建設機械,自動車,鉄道車輛お
よび航空機のクラッチやブレーキ材料として最適な摩擦
材料に関する。
【0002】
【従来の技術】脱アスベスト摩擦材料がほぼ完了した最
近の摩擦材料としては、材質的な方向から大別すると、
樹脂などの有機物の含有した有機系摩擦材料と、主成分
にFeやCuの金属を含有したメタリック系摩擦材料
と、炭素繊維を主として炭素で固めた炭素ー炭素繊維系
摩擦材料が実用上の主流となりつつある。
【0003】これらのうち、有機系摩擦材料は、樹脂な
どの有機物を含有しているため、耐熱性に問題があり、
摩擦作用面温度が300℃以上の高温となる条件で使用
した場合、樹脂の分解によりフェード現象を起こし、摩
擦係数の低下、摩耗の増大などの問題がある。
【0004】また、炭素ー炭素繊維系摩擦材料は、軽量
で、熱容量が大きく、高温でも機械的特性が低下せず、
高温で摩擦係数の低下するフェード現象も起こさないと
いう、高温高負荷条件における優れた特性および化学的
安定性を有しているが、逆に摩擦作用面温度が200℃
以下の条件で使用した場合、摩擦係数および耐摩耗性が
不安定であるという問題がある。
【0005】これらの問題点を解決するための提案が多
数行われており、その代表的なものに、特開昭63−1
25836号公報および特開昭63−13926号公報
がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】特開昭63−1258
36号公報には、有機系摩擦材料の1種であるセミメタ
リック摩擦材料と炭素ー炭素繊維系摩擦材料とを裏板上
に衝き合わせ配置した摩擦材料について記載されてい
る。同公報に記載の摩擦材料は、セミメタリック系摩擦
材料または炭素ー炭素繊維系摩擦材料のそれぞれの単品
に比較して耐フェード特性が優れているというものであ
るが、高温高負荷時における熱フェード特性、水フェー
ド特性および耐摩耗性を満足するに至ってないという問
題がある。
【0007】また、特開昭63−13926号公報に
は、炭素繊維を炭素マトリックスで結合した複合材料に
セラミックス,金属を含有させた炭素ー炭素繊維系摩擦
材料について記載されている。同公報に記載の摩擦材料
は、金属やセラミックスの材質,含有量でもって、低温
領域から高温領域までの摩擦特性および耐摩耗性を保持
する必要があるが、炭素ー炭素繊維の特性を高めると、
強度および耐摩耗性の低下が著しく、逆に金属やセラミ
ックスの特性を高めると、高負荷条件における摩擦特性
の低下が著しくなるという二律背反的傾向にあるという
問題がある。
【0008】本発明は、上述のような問題点を解決した
ものであり、具体的には、低温領域から高温領域および
水介在下における強度、耐摩耗性,摩擦特性を優れるよ
うにした複合摩擦材料の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高負荷条
件においても低温領域から高温領域までの摩擦特性が安
定し、かつ強度および耐摩耗性に優れるような摩擦材料
の検討を行っていた所、同一摩擦作用面上にメタリック
系摩擦材料で構成される面と炭素ー炭素繊維系摩擦材料
で構成される面を介在しておくと、摩擦特性が安定し、
特に、メタリック系摩擦材料の金属の種類や含有量、炭
素ー炭素繊維系摩擦材料の炭素繊維含有量、およびメタ
リック系摩擦材料で構成される面積と炭素ー炭素繊維系
摩擦材料で構成される面積との比率を一定に保持するこ
とにより、低温領域から高温領域までの摩擦特性の安定
性、耐摩耗性および強度に優れるという知見を得て、本
発明を完成するに至ったものである。
【0010】すなわち、本発明の複合摩擦材料は、裏板
上に摩擦材料が配設された複合摩擦材料であって、該摩
擦材料の摩擦作用面がメタリック系摩擦材料でなる第1
表面と炭素ー炭素繊維系摩擦材料でなる第2表面とで構
成されていることを特徴とする。
【0011】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面
とは、速度制御または速度停止時に他の物質と接触して
摩擦作用が生じる摩擦材料面のことである。
【0012】この摩擦作用面がメタリック系摩擦材料で
なる第1表面と炭素ー炭素繊維系摩擦材料でなる第2表
面とで構成されていることが本発明の複合摩擦材料とし
ての大きな特徴であり、摩擦作用面における第1表面対
第2表面の面積比が1:9〜4:1で構成されているこ
とが摩擦特性の安定性から好ましく、特に、低温領域の
摩擦特性または水分介在下の摩擦特性を重視する使用条
件の場合は、第1表面の面積をできるだけ大きくするこ
とが好ましく、具体的には、第1表面対第2表面の面積
比が4:1〜1:1であり、逆に高温領域の摩擦特性を
重視する使用条件の場合には、第2表面の面積をできる
だけ大きくすることが好ましく、具体的には、第1表面
対第2表面の面積比が1:9〜1:1でなることが好ま
しい。
【0013】本発明の複合摩擦材料における裏板上の第
1表面と第2表面の配置または面積の形状などの構造に
ついては特に限定されるものでなく、例えば、図1の例
示のように裏板上の右半分を第1表面とし、左半分を第
2表面とすること、図2の例示のように裏板上の中心部
を第1表面とし、両側または外周面を第2表面とするこ
と、図6,14,15の例示のようにこれら第2表面と
第1表面が逆になった構造、図3,7,10,11,1
2,13の例示のように第1表面と第2表面が交互に配
置された構造、もしくは図4,8の例示のように、メタ
リック系摩擦材料を予め粉砕し塊状体とし、この塊状体
を炭素ー炭素繊維系摩擦材料中に分散させた構造、ある
いは図5,9の例示のように、この逆の構成である場合
などを挙げることができる。
【0014】特に、炭素ー炭素繊維系摩擦材料中にメタ
リック系摩擦材料の塊状体を分散させた構造とする場合
には、メタリック系摩擦材料が多くなる方が強度および
耐摩耗性から好ましい。
【0015】本発明の複合摩擦材料におけるメタリック
系摩擦材料は、具体的には、例えば従来から一般によく
実用されている主としてCuをマトリックスとするCu
系摩擦材料,主としてFeをマトリックスとするFe系
摩擦材料を使用することができるがCu−Sn,Cu−
Zn,Cu−Sn−Zn,Cu−Ni,Cu−Ni−F
eなどの金属または合金をマトリックスとし、他に黒
鉛,二硫化モリブデン,二硫化タングステン,Pb,フ
ッ化バリウム,フッ化カルシュウム,フッ化黒鉛,窒化
ホウ素,雲母などの中の1種以上の潤滑成分、アルミ
ナ,シリカ,ムライト,ジルコン,炭化ケイ素,窒化ケ
イ素,硫酸バリウム,炭酸カルシュウムなどの中の1種
以上のセラミックスを含有したメタリック系摩擦材料が
好ましく、特に、金属または合金として、30〜80重
量%Cuおよび/または5〜70重量%Niを含むメタ
リック系摩擦材料からなることが好ましい。
【0016】また、本発明の複合摩擦材料における炭素
ー炭素繊維系摩擦材料は、具体的には、例えば炭素と炭
素繊維を主成分とし、他に半金属,金属,合金またはセ
ラミックスの中の1種以上の添加物の含有した摩擦材料
であり、炭素繊維が5〜70重量%含有した炭素ー炭素
繊維系摩擦材料が好ましく、特に10〜60重量%の炭
素繊維の含有した炭素ー炭素繊維系摩擦材料が好まし
い。
【0017】本発明の複合摩擦材料は、従来から行われ
ている粉末冶金法による作製方法を応用して、メタリッ
ク系摩擦材料と炭素ー炭素繊維系摩擦材料のそれぞれを
裏板に固定すること、または前述したように一方を塊状
体もしくは造粒状物体とした後、他方に分散させて焼成
した摩擦材料を裏板に固定することにより作製すること
ができる。このときの裏板は、従来から用いられている
例えばステンレス鋼,普通鋼,特殊鋼,工具鋼などの
鋼、鋳物,焼結合金またはセラミックス焼結合金からな
り、この裏板に摩擦材料を固定する場合には、金属また
は合金などの接着剤を介在して固着する方法,リベット
やボルトで接合する方法,図6に例示したように、裏板
の固定面に凹みを形成し、凹み内に摩擦材料を嵌合する
方法、もしくはこれらの2つ以上の方法を組合わせて固
定することが好ましい。
【0018】
【作用】本発明の複合摩擦材料は、裏板が主として全体
の強度を高める作用をし、メタリック系摩擦材料が低温
領域における摩擦特性の安定化作用と、水分介在下にお
ける摩擦特性の安定化作用と、耐摩耗性を高める作用
と、摩擦作用面における強度を高める作用をし、炭素ー
炭素繊維系摩擦材料が高温領域における摩擦特性の安定
化作用をしているものである。
【0019】
【実施例1】市販の炭素繊維,炭化ケイ素,炭化ホウ
素,黒鉛およびメソカーボンビーズを用いて、混合,加
圧成形および窒素雰囲気中、1000℃で焼成して表1
に示した炭素ー炭素繊維系摩擦材料C1〜C7を得た。
これらのC1〜C7を銅メッキした鋼製の裏板にリベッ
ト止めで接合した。
【0020】次に、市販の各種金属粉末,セラミックス
粉末,黒鉛を用いて、混合して得た混合粉末を、上述の
C1〜C7がリベット止めされた同一裏板面の銅メッキ
面上に配設し、水素雰囲気中、800℃、10kg/c
2で加圧焼結して、本発明の複合摩擦材料を得た。こ
のとき焼結されたメタリック系摩擦材料は、表2に示し
たM1〜M6の組成成分である。
【0021】以上のようにして得た本発明の複合摩擦材
料におけるC1〜C7とM1〜M6の組合わせは表3に
示した本発明品1〜15からなるもので、裏板の同一面
上の摩擦材料の摩擦作用面におけるメタリック系摩擦材
料の面積(Mと表示)と炭素ー炭素繊維系摩擦材料の面
積(Cと表示)との面積比を表3に併記した。
【0022】比較として、裏板上に表1のC3をリベッ
ト止めした炭素ー炭素繊維系摩擦材料を比較品1とし
た。また、裏板上に表2のM1を焼結と同時固着したメ
タリック系摩擦材料を比較品2とした。さらに、裏板の
同一面上に表1のC3と、セミメタリック系摩擦材料
(六チタン酸カリウム繊維と黄銅繊維の合計50重量
%,硫酸バリウム20重量%,黒鉛10重量%,フェノ
ール樹脂20重量%組成)とを摩擦作用面における面積
比1:1に配設した複合摩擦材料を比較品3とした。
【0023】こうして得た本発明品1〜15と比較品1
〜3を用いて、慣性モーメント3kgms2,摩擦作用
面積18cm2,相手材料FC材,車速100km/
h,制動減速度0.3G,制動回数50回ずつと一定に
し、制動前温度100,200,300,400℃と変
化する条件でもって慣性式摩擦試験を行い、そのときの
摩耗量および摩擦特性を求めて、その結果を表3に併記
した。
【0024】また、本発明品1〜15と比較品1〜3を
用いて、慣性モーメント3kgms2,摩擦作用面積1
8cm2,相手材料FC材,車速50km/h,制動減
速度0.3G,制動回数50回ずつと一定にし、水介在
下による湿式摩擦試験を行い、そのときの摩耗量および
摩擦特性を求めて、その結果を表4に示した。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】
【表4】
【0029】
【発明の効果】本発明の複合摩擦材料は、従来の炭素ー
炭素繊維系摩擦材料およびメタリック系摩擦材料に比べ
て、乾式摩擦試験における温度に対する摩擦特性の変動
が小さく非常に安定していること、従来の炭素ー炭素繊
維系摩擦材料に比べて、水介在下での湿式摩擦試験にお
ける摩擦係数および耐摩耗性の低下が生じないこと、ま
た従来のセミメタリック系摩擦材料と炭素ー炭素繊維系
摩擦材料とでなる複合摩擦材料に比べて、乾式摩擦試験
における温度に対する耐摩耗性の変動がなく優れている
こと、水介在下での湿式摩擦試験における摩擦係数およ
び耐摩耗性の低下が生じないという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図2】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図3】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図4】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図5】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図6】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面に対
する垂直断面の概略図である。
【図7】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面から
の概略図である。
【図8】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面から
の概略図である。
【図9】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面から
の概略図である。
【図10】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【図11】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【図12】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【図13】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【図14】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【図15】本発明の複合摩擦材料における摩擦作用面か
らの概略図である。
【符号の説明】
1 炭素−炭素繊維系摩擦材料 2 メタリック系摩擦材料 3 裏板 4 摩擦作用面

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 裏板上に摩擦材料が配設された複合摩擦
    材料において、該摩擦材料の摩擦作用面は、メタリック
    系摩擦材料でなる第1表面と炭素ー炭素繊維系摩擦材料
    でなる第2表面とで構成されていることを特徴とする複
    合摩擦材料。
  2. 【請求項2】 上記メタリック系摩擦材料は、30〜8
    0重量%Cuおよび/または5〜70重量%Niを含む
    メタリック系摩擦材料でなることを特徴とする請求項1
    記載の複合摩擦材料。
  3. 【請求項3】 上記炭素ー炭素繊維系摩擦材料は、10
    〜60重量%の炭素繊維を含有していることを特徴とす
    る請求項1または2記載の複合摩擦材料。
  4. 【請求項4】 上記摩擦作用面における上記第1表面対
    上記第2表面の面積比は、1:9〜4:1でなることを
    特徴とする請求項1,2または3記載の複合摩擦材料。
JP5251093A 1993-09-13 1993-09-13 複合摩擦材料 Withdrawn JPH0783257A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08283701A (ja) * 1995-04-07 1996-10-29 Toshiba Tungaloy Co Ltd メタリック系摩擦材料
JPH1178882A (ja) * 1997-04-28 1999-03-23 Alliedsignal Bremsbelag Gmbh 磁気レールブレーキ用焼結材料

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08283701A (ja) * 1995-04-07 1996-10-29 Toshiba Tungaloy Co Ltd メタリック系摩擦材料
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