JPH093564A - 銅系焼結摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐摩耗性に優れ、且つフェード現象を容易に
制御し得る銅系焼結摩擦材を提供する。 【構成】 銅を主成分とする結合材と無機系充填材とを
主原料とし、Ｎｉ−Ｃｒ合金（Ｎｉ：Ｃｒ＝８０：２０
〜４０：６０重量比）を１０〜２５重量％含む配合組成
物を成形、焼結して、銅系焼結摩擦材とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銅系焼結摩擦材に関す
る。詳しくは、本発明は産業機械、鉄道車両、商用車、
乗用車などに使用される摩擦材（ブレーキパッド、ブレ
ーキライニング、クラッチフェーシング等）、特にブレ
ーキのスペースや重量から負荷の高いブレーキ設計が要
求されるトラック、バス等の商用車、新幹線等の鉄道車
両用ブレーキに好適に利用される摩擦材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブレーキやクラッチ用の摩擦材
（ブレーキパッド、ブレーキライニング、クラッチフェ
ーシング等）は、結合材としてフェノール樹脂等の熱硬
化性樹脂を用い、補強材として有機繊維等の有機成分を
含む有機系の摩擦材が一般的であった。

【０００３】しかし、このような一般の有機系の摩擦材
は、使用時に摩擦面が高温になるにつれて摩擦係数が次
第に低下するというフェード現象を起こす。これは、摩
擦材の表面温度が上昇して結合材等の有機成分の分解温
度以上になると、有機成分の分解によりガスが発生し、
このガスが潤滑作用を有するため起こるものと考えられ
ている。

【０００４】そこで、結合材として銅等の金属を用い、
充填材にも有機成分を含まない焼結摩擦材が高負荷摩擦
材として用いられている。しかし、このような有機成分
を含まない焼結摩擦材であっても、摩擦係数の調整と高
負荷領域の摩耗低減を目的に添加されているＰｂ、Ｂｉ
等の金属系潤滑材は３００℃前後という低融点のため、
それらの融点以上の摩擦温度では、摩擦係数はやはり低
下する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐摩
耗性に優れ、且つフェード現象を容易に制御し得る銅系
焼結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】本発明者は、鋭意検討し
た結果、銅系焼結摩擦材に特定量のＮｉとＣｒの合金を
含有させることにより上記目的を達成することができる
ことを見出し、本発明に到達した。

【０００７】すなわち、本発明は、銅を主成分とする結
合材と無機系充填材とを主原料とする銅系焼結摩擦材に
おいて、前記摩擦材全量に対して、ＮｉとＣｒの合金を
１０〜２５重量％含むことを特徴とする、銅系焼結摩擦
材に関する。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。尚、以下
において特に断わらない限り、各配合成分の含有割合
（重量％）は、摩擦材全量に対する値を表わす。本発明
の銅系焼結摩擦材とは、マトリックスとなる結合材の主
成分に銅を用いた金属系摩擦材をいい、この結合材に無
機系充填材（潤滑材、研削材、および摩擦調整材）を配
合し、その配合組成物を常法に従って所望の形状に圧縮
成形し、焼結することにより得られる。

【０００９】結合材は、摩擦材の各配合成分を結合させ
て固める役割を有するものであるが、本発明の銅系焼結
摩擦材においては、銅を主成分とし、その他に、錫、リ
ン、亜鉛等が配合されていてもよい。結合材の使用量
は、摩擦材全体に対して通常４０〜６０重量％であり、
そのうち銅３５〜５５重量％、錫３〜１５重量％、およ
びリン０．４〜０．６重量％を含むリン青銅系とするの
が好ましい。

【００１０】本発明では、充填材として摩擦調整材、潤
滑材、および研削材を配合するが、有機成分を含まない
無機系充填材を使用することが必要である。これら無機
系充填材は通常、合計で摩擦材全量に対して１５〜４５
重量％使用される。

【００１１】摩擦調整材としては、マイカ、硫酸バリウ
ム、炭酸カルシウム、バーミキュライト、コークス等の
無機粒子が配合される。そのうち、特にマイカを用いる
のが好ましい。かかる摩擦調整材は、通常３〜１５重量
％使用される。特にマイカを用いる場合は、マイカ１〜
４重量％、およびその他の摩擦調整材を５〜１４重量％
とするのが好ましい。

【００１２】潤滑材としては、黒鉛、二硫化モリブデ
ン、窒化硼素、フッ化カルシウム等の固体潤滑材を挙げ
ることができる。固体潤滑材の使用量は、通常１０〜２
５重量％である。特に、黒鉛を１０〜２０重量％、およ
び二硫化モリブデンを１〜５重量％使用するのが好まし
い。更に、より熱負荷が要求される場合は、窒化硼素を
２〜５重量％添加するのが好ましい。

【００１３】研削材としては、通常モース硬度６〜９程
度の硬質の金属酸化物粒子を用いる。具体的には、ジル
コニア（ＺｒＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、ムライト
（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、およびシリカ（ＳｉＯ₂）
等が挙げられる。これら研削材は、低温から高温までの
研削性能を確保するために、硬度の異なる２種類以上を
併用するのが好ましい。そして、その使用量は、通常４
〜１５重量％である。具体的には、ジルコニア２〜８重
量％およびマグネシア２〜８重量％を使用するのが好ま
しい。

【００１４】ここで、本発明においては、ＮｉとＣｒの
合金（以下、「Ｎｉ−Ｃｒ合金」とする。）を摩擦材全
量に対して１０〜２５重量％含有させる。Ｎｉ−Ｃｒ合
金をこの範囲で配合することにより、高融点で且つ相手
材と高温で凝着しやすく、耐摩耗性にも優れた摩擦材を
得ることができる。この配合量が少なすぎると、フェー
ド現象を起こしやすくなり、また相手材への移着が著し
く耐摩耗性も低くなるので好ましくない。一方多すぎる
と、急速に摩擦係数（μ値）が高くなり、効力が不安定
で相手材攻撃性が増加する傾向があり、好ましくない。

【００１５】Ｎｉ−Ｃｒ合金の組成は、Ｎｉ：Ｃｒ＝８
０：２２〜４０：６０（重量比）の範囲が好ましい。そ
して、より好ましい範囲は、Ｎｉ：Ｃｒ＝７５：２５〜
４５：５５（重量比）である。この範囲内の組成であれ
ば、得られる摩擦材は優れた摩擦性能を示す。

【００１６】本発明のＮｉ−Ｃｒ合金には、前記合金全
量に対してケイ素（Ｓｉ）を０．２〜０．６重量％配合
することが好ましい。ケイ素は高温で溶融してガラス化
し、皮膜を形成するため、摩擦材の酸化を防ぐことがで
きるからである。

【００１７】以上の配合成分を、撹拌機等で均一に混合
・撹拌し、所望の金型で圧力３〜５ｔｏｎ／ｃｍ²にて
圧縮成形して圧粉体を作り、これを補強鋼板と重ねて水
素等の還元雰囲気中で圧力４〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²、温
度８００〜９５０℃にて３０〜１００分間焼結する。

【００１８】その後、こうして得られた摩擦材に形状加
工を施すことにより、所定のブレーキパッド等を得るこ
とができる。得られる摩擦材は、ＨＲＲ（鋼球１／２イ
ンチ、荷重６０ｋｇ）で測定した硬度（以下、「硬度
（ＨＲＲ）」とする。）が５０〜６０、曲げ強度が４〜
５ｋｇｆ／ｍｍ²、気孔率が２０〜２３ｖｏｌ％であ
る。これは、一般の摩擦材に比較して非常に軟質で気孔
率が高いものである。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって説明する。 ＜実施例１〜４＞Ｎｉ−Ｃｒ合金の成分割合と摩擦性能
との関係を調べるため、Ｎｉ−Ｃｒ合金の成分比率を変
えて以下の実験を行った：表１に示す種類および量の配
合成分を十分に撹拌、混合し、得られた配合組成物を圧
力４ｔｏｎ／ｃｍ²で成形して圧粉体を得た。この圧粉
体を水素ガスの還元雰囲気中で圧力７ｋｇｆ／ｃｍ²、
温度８８０℃で６０分間焼結してブレーキパッドを作成
し、これを試験片として用いた。

【００２０】この試験片の曲げ強度は４．５ｋｇｆ／ｍ
ｍ²（測定方法：３点曲げ試験）、気孔率は２３ｖｏｌ
％（測定方法：水銀圧入法）であった。また、この試験
片の厚さは４ｍｍ、摩擦面のパッド面積は１００ｃｍ²
であった。

【００２１】尚、Ｎｉ−Ｃｒ合金の組成は４０：６０〜
８０：２０の範囲で表２に示すように変化させ（実施例
１〜４）、比較例１ではＮｉ−Ｃｒ合金は使用しなかっ
た。また、ここで用いたＮｉ−Ｃｒ合金中のＳｉ含有量
は、合金全体に対し０．４重量％であった。

【００２２】上述した各ブレーキパッドについて、硬度
（ＨＲＲ）［測定方法：ＨＲＲ（ＪＩＳ規定：鋼球１／
２インチ、荷重６０ｋｇ）で測定。］、フェードｍｉｎ
μ（測定方法：ＪＡＳＯに基づく）、および摩耗量（単
位：ｍｍ、測定方法：試験前後の厚み差をマイクロメー
タで測定）を求めた。結果を表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例１では、Ｎｉ−Ｃｒ合金の組成が４
０：６０であり、Ｃｒ成分の割合が高いため融点（一部
液相が発生する温度）が高く、合金粉末の製造に困難を
伴う弊害はあるが、得られる摩擦材の性能は許容できる
レベルである。実施例２のＮｉ−Ｃｒ合金組成（５０：
５０）では、摩擦性能は極めて良好であった。

【００２６】実施例３も良好な摩擦性能を示した。実施
例４は、通常のニクロム線と同じ組成の合金を用いた例
であり、成形が容易であり且つ低コストである。また、
性能も許容できるレベルであった。Ｎｉ−Ｃｒ合金を配
合しなかった比較例１では、摩耗が激しく、ロータへの
移着が多いことがわかった。

【００２７】＜実施例５〜７、比較例２〜４＞Ｎｉ−Ｃ
ｒ合金の含有量と摩擦性能との関係を調べるため、Ｎｉ
−Ｃｒ合金の添加量を変えて以下の実験を行った：表３
に示す種類および量の配合成分を実施例１〜４と同様に
して成形、焼結して同じサイズの試験片を作成した。
尚、Ｎｉ−Ｃｒ合金の組成は５０：５０であり、Ｓｉの
含有量は実施例１〜４で用いたものと同じであった。

【００２８】

【表３】

【００２９】得られた試験片について、実施例１〜４と
同様にして硬度（ＨＲＲ）、フェードｍｉｎμ、および
摩耗量（ｍｍ）を測定した。また、すり合せ安定μ値
（測定方法：ＪＡＳＯに基づく）およびロータの摩耗量
（測定方法：断面粗さ測定法）を測定した。結果を表４
に示す。

【００３０】

【表４】

【００３１】Ｎｉ−Ｃｒ合金を配合しない比較例２で
は、通常の焼結摩擦材の物性に近く、ロータ温度が７０
０℃以上になると徐々にフェードが始まり、フェードｍ
ｉｎμも実用限界を超え、運転にも支障を来した。ま
た、摩耗も異常に多く、且つ耐熱不足のためロータへの
移着が著しく多く、ロータに熱亀裂が発生した。

【００３２】比較例３では、かなりフェードし、高速で
効力不足となった。実施例５では、若干フェードし、高
速でもμ値は立ち上がりつつあるが許容範囲であった。
実施例６および実施例７では、フェードは少なく高速で
も効力は十分であった。比較例４では、ロータへの移着
が多く、振動が発生した。

【００３３】このように、Ｎｉ−Ｃｒ合金の配合量の増
加に伴って摩擦材の耐熱性が向上し、耐フェード性、摩
耗も改良され、相手材攻撃性も軽減される傾向にある
が、Ｎｉ−Ｃｒ合金の配合量が３０重量％以上になる
と、急速にμ値が高くなり、不安定で相手材攻撃性が増
加する傾向にあることがわかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、有機成分を含まない焼
結摩擦材に特定量のＮｉ−Ｃｒ合金を用いることによ
り、耐熱性、耐フェード性、耐摩耗性に優れた焼結摩擦
材を得ることができる。また、フェードをかなり自由に
コントロールすることが可能となり、安全運転に寄与す
ることができる。耐摩耗性が改善されれば、パッド等の
摩擦材の寿命を延ばし、経済性を向上させることができ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】銅を主成分とする結合材と無機系充填材と
   を主原料とする銅系焼結摩擦材において、前記摩擦材全
   量に対して、ＮｉとＣｒの合金を１０〜２５重量％含む
   ことを特徴とする、銅系焼結摩擦材。
2. 【請求項２】ＮｉとＣｒの合金の組成がＮｉ：Ｃｒ＝８
   ０：２０〜４０：６０（重量比）である、請求項１記載
   の銅系焼結摩擦材。
3. 【請求項３】ＮｉとＣｒの合金の組成がＮｉ：Ｃｒ＝７
   ５：２５〜４５：５５（重量比）である、請求項１記載
   の銅系焼結摩擦材。
4. 【請求項４】ＮｉとＣｒの合金が、前記合金全量に対し
   て、ケイ素を０．２〜０．６重量％含むものである、請
   求項１記載の銅系焼結摩擦材。
5. 【請求項５】銅を主成分とする結合材と無機系充填材と
   を主原料とする銅系焼結摩擦材において、前記摩擦材全
   量に対し、結合材４５〜７０重量％、無機系充填材１５
   〜４５重量％、およびＮｉとＣｒの合金１０〜２５重量
   ％を含むことを特徴とする、銅系焼結摩擦材。