JPH10226834A - 銅系焼結摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】摩擦特性、耐磨耗性を改善した銅系焼結摩擦材
料を提供する。 【解決手段】フッ化セリウム（ＣｅＦ₃ ）を含有するこ
とを特徴とする銅系焼結摩擦材料。フッ化セリウムの他
に、黒鉛、硬質成分を銅合金系のマトリックスに含むこ
とができる。銅合金としては青銅を採用できる。硬質成
分としてはジルコンサンドを採用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は銅系焼結摩擦材料に
関する。本発明は例えばブレーキ摩擦材料、クラッチ摩
擦材料に利用でき、特に、高速車両のブレーキ摩擦材料
のような重負荷条件で使用する銅系焼結摩擦材料に利用
できる。

【０００２】

【従来の技術】車両用の摩擦材料を例にとって従来技術
について説明する。従来より、車両用の摩擦材料とし
て、石綿を含有するレジンモ−ルド系が使用されてい
る。しかし、近年の公害防止等の要望に対応するため、
石綿を含有しないレジンモ−ルド系の摩擦材料が広く使
用されるようになっている。

【０００３】石綿を含有しないレジンモ−ルド系の摩擦
材料では、基本構成がレジンであるため、摩耗量の増加
が認められる。特に高温高負荷時等のように使用条件が
厳しいときには、摩耗量の増加が認められる。そのた
め、焼結金属を利用した銅系焼結摩擦材料が注目されて
いる。銅系焼結摩擦材料に関する文献として、日本粉末
冶金工業会から「ＰＭ ＧＵＩＤＥ ９５ 焼結摩擦材
料紹介集」（平成７年５月）が発行されている。この紹
介集では、銅系焼結摩擦材料に関する記載部分におい
て、『銅が主成分で、錫、亜鉛、鉄、ニッケル、リンが
含まれ、摩擦調整成分としてシリカ、アルミナ、ジルコ
ニア等の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物が、さら
に潤滑成分として、黒鉛、金属硫化物、フッ化物、低融
点金属が使用される』と、開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、摩擦
材料に対して、軽量化及び摩擦特性のさらなる向上が望
まれている。殊に、車両特に自動車においては、高性能
化や低燃費向上、さらに高寿命化に対する要求が一段と
高まっており、そのため車両で用いるブレーキ摩擦材料
等の摩擦材料に対しても軽量化及び摩擦特性の一層の向
上が望まれている。

【０００５】しかしながら、上記したレジンモ−ルド系
の摩擦材料は、高温高負荷時等のように使用条件が厳し
いときには、摩擦材料の摩耗量が増加する等の欠点があ
る。一方、焼結合金系を利用した焼結摩擦材料は、レジ
ンモ−ルド系に比べて耐熱温度が高く、有利であり、近
年、着目をあびている。しかし、焼結摩擦料料に対して
も、摩耗量を一層低減することが要請されている。

【０００６】本発明に上記した実情に鑑みなされたもの
であり、フッ化セリウムを用いることにより、摩擦特性
の改善、摩耗量の低減に有利な銅系焼結摩擦材料を提供
することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る銅系焼結
摩擦材料は、フッ化セリウム（ＣｅＦ₃ ）を含有するこ
とを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施形態】 本発明に係る銅系焼結摩擦材料では、フッ化セリウム
が含まれているため、後述する試験結果から理解できる
ように、摩擦特性、耐摩耗性が向上する。フッ化セリウ
ムは、微量でも添加すれば、摩擦材料の摩耗量を低下す
る効果、摩擦特性を改善する効果を有するが、添加量が
増加すると、コスト高となり経済性にかける。そこで体
積比で１〜３０％が好ましい。 本発明に係る銅系焼結摩擦材料は、一般的には、フッ
化セリウムの他に、黒鉛、硬質成分、不可避の不純物を
含み、残部実質的に銅または銅合金で構成できる。この
場合には、一般的には、銅系または銅合金系のマトリッ
クスにフッ化セリウムが分散されている。

【０００９】本発明に係る代表的な銅合金としては、Ｃ
ｕ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｎｉ
−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ｂｅ系、Ｃｕ−Ｓｂ系
を採用できる。Ｃｕ−Ｓｎ系の場合には、Ｓｎ量は摩擦
材料の用途等に応じて適宜選択するものの、例えば、重
量比で３〜２２％程度含有できる。 上記した銅系焼結摩擦材料では、フッ化セリウム、黒
鉛、硬質成分、銅合金の割合は、銅系焼結摩擦材料の用
途等に応じて適宜選択できる。

【００１０】例えば、体積比で３〜６０％の黒鉛、体積
比で３〜２５％の硬質成分、体積比で１〜３０％のフッ
化セリウム（ＣｅＦ₃ ）、不可避の不純物、残部が実質
的に銅合金となるように規定できる。以下、この形態に
おける限定理由について、説明を加える。 （１）フッ化セリウム（ＣｅＦ₃ ）：体積比で１〜３０
％ フッ化セリウムは、前述したように、パッド等の摩擦材
料の摩耗量を低下する効果、摩擦特性を改善する効果を
有する。摩耗量を低下する詳しい作用は、今後の研究課
題であるが、フッ化セリウムを数種類顕微鏡で観察した
結果に基づけば、フッ化セリウムは微細小片が凝集した
形態を呈していることに基づくのではないかと考えられ
る。参考として、他のフッ化物（例えばＣａＦ₂ ）を同
倍率で観察しても、フッ化セリウム（ＣｅＦ₃ ）とは異
なる形態となっている。

【００１１】フッ化セリウムは微量でも添加することに
より効果を有するが、体積比で３０％を越えると、マト
リックスである銅合金の含有量が低下し、パッド等の摩
擦材料として全体強度が低下する傾向がある。また、フ
ッ化セリウムは原料粉の価格も高く、添加量を増やした
分、コスト高となり経済性にかける。そこで、上記の点
を考慮し、体積比でフッ化セリウムの下限を１％とし、
上限を３０％とした。フッ化セリウムの平均粒径として
は、摩擦材料の用途等に応じて適宜選択できるものの、
焼結前の粉末状態で、上限値は２０μｍ、１０μｍを採
用でき、下限値は５μｍ、１μｍを採用できるが、これ
に限定されるものではない。 （２）黒鉛：体積比で３〜６０％ 黒鉛は、ロータ等の相手材の摩耗量を低減する効果を有
する。これは、ロータ等の相手材の表面に黒鉛の皮膜を
形成するためであると考えられる。黒鉛の添加量は、ロ
ータ等の相手材の表面に皮膜を形成する量を考慮する
が、添加量が少ないと、良好な皮膜が形成されにくい。
一方、添加量が増えると、マトリックスとして機能する
銅合金の量が相対的に低下し、パッド等の摩擦材料の全
体強度が低下する。そこで、添加量の上限を体積比で６
０％とした。

【００１２】黒鉛の平均粒径としては、摩擦材料の用途
等に応じて適宜選択できるものの、焼結前の粉末状態
で、上限値は３００μｍ、１８０μｍを採用でき、下限
値は３μｍ、１μｍを採用できるが、これに限定される
ものではない。 （３）硬質成分：体積比で３〜２５％ 硬質成分とは、マトリックスよりも硬度が高いものを意
味する。硬質成分は、添加量に応じて摩擦係数を調整す
る効果、殊に摩擦係数を高め得る効果を有する。これ
は、ロータ等の相手材に対する食い込み性（アンカー効
果）によるものと考えられる。しかし、硬質成分の添加
量を増やすとロータ等の相手材の摩耗量が増える。一
方、硬質成分の添加量が少ないと、摩擦材料の摩耗量が
増える。そこで体積比の上限を２５％とし、下限を３％
とした。これは摩擦特性の代表例であるブレーキ特性の
実用域を考慮している。

【００１３】硬質成分としては、金属酸化物、金属炭化
物、金属窒化物、金属間化合物、硬質金属を採用でき
る。金属酸化物としては、シリカ、アルミナ、ジルコニ
ア等を採用できる。金属炭化物としては炭化けい素等を
採用できる。ＦｅＣｒ、ＦｅＭｏ、ＦｅＷ等を採用して
も良い。硬質成分の硬度としては、摩擦材料の用途など
に応じて適宜選択でき、モース硬度で例えば５．５〜
９．５を採用できる。

【００１４】摩擦材料の用途に応じて、硬質成分の形態
は粒状でも繊維状でも良い。硬質成分の平均粒径として
は、摩擦材料の用途等に応じて適宜選択できるものの、
焼結前の粉末状態で、上限値は３００μｍ、１５０μｍ
を採用でき、下限値は４５μｍ、１０μｍを採用できる
が、これに限定されるものではない。上記した体積比
は、摩擦材料を構成する混合粉末を得る場合の各原料粉
末の体積比に基づく。その混合粉末を焼結して形成した
銅系焼結摩擦材料においても、この体積比は実質的に維
持されるものと考えられる。従って、上記した体積比
は、焼結後の銅系焼結摩擦材料における体積比とみなす
ことができる。 銅系焼結摩擦材料の体積比は上記した範囲が好まし
い。但し、銅系焼結摩擦材料の用途に応じて、また、上
記した要素ごとの各事情を考慮して、変更することもで
きる。即ち、フッ化セリウムは上限値を２５％、１５％
にでき、下限値を２％、６％にできる。黒鉛は上限値を
５８％、５５％にでき、下限値を３％、６％にできる。
硬質成分は、硬質成分の材質をも考慮し、上限値を２３
％、２０％にでき、下限値を４％、６％にできる。但し
これらの範囲に限定されるものではない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
は摩擦材料、主として車両用のブレーキ摩擦材を意図し
ている。従って、特にブレーキパッド材、ブレーキライ
ニング材に有効である。原料粉末として、銅系合金とし
て機能する市販の青銅粉末（アトマイズ粉末、粒径：１
５０μｍ以下）、黒鉛粉末（平均粒径：１００〜１５０
μｍ）、硬質成分として機能するジルコンサンド粉末
（ＡＦＳ：６５〜７０）、フッ化セリウムの粉末（平均
粒径：８μｍ）を用意した。青銅粉末の基本組成は、Ｃ
ｕ−１０ｗｔ％Ｓｎである。

【００１６】これらの原料粉末を表１に示す体積比にな
るように配合し、混粉装置により混合を行ない、混合粉
末を得た。この混合粉末を用い、圧粉体の空孔率が３０
体積％となるような成形圧力で、圧粉体を成形した。圧
粉体の形状は直方体であり、圧粉体のサイズは１０×３
０×１０〔ｍｍ〕である。

【００１７】成形した圧粉体は、１１０３Ｋの還元性雰
囲気中（窒素ガス雰囲気）で１８００秒（＝３０分間）
保持し、焼結を行ない、試験片である焼結体を形成し
た。本実施例では、焼結体の体積は圧粉体の体積と基本
的に同様、あるいは、あまり変化がなかった。焼結体の
組織を顕微鏡で本発明者らが観察したところ、青銅系の
マトリックスに黒鉛、フッ化セリウムが分散しているの
が確認された。フッ化セリウム及び黒鉛は青銅系のマト
リックスに固溶しにくいと考えられる。

【００１８】上記のように形成した各試験片を以下の条
件で、台上試験機を用い、摩耗試験を実施した。表２
に、試験後の試験片の摩耗量、試験後の相手材の摩耗
量、試験中の摩擦係数を示す。表２は、比較例１を１０
０としたときの相対値を示す。 試験条件：試験温度 ４００℃ 試験速度 ５０ｋｍ／ｈｒ相当 減速度 ０．１０Ｇで一定 繰り返し １０００回 相手材 ねずみ錆鉄

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】 表１に示すように、比較例１では、青銅、黒鉛、ジルコ
ンサンドの比率を体積比で５０：４０：１０に設定して
いる。実施例１〜３では、青銅、黒鉛、ジルコンサンド
の比率を比較例１と同様に５０：４０：１０に設定し、
更にフッ化セリウムを適宜添加した材料である。

【００２１】実施例１〜３と比較例１とを比較すれば、
表２から明らかなように、フッ化セリウムを添加した実
施例に係る材料は摩擦係数がやや低下するものの、相対
表示で、比較例１における試験片の摩耗量を１００とし
たとき、実施例１では試験片の摩耗量が６２とかなり少
なく、実施例２では試験片の摩耗量が８８と少なく、実
施例３では試験片の摩耗量が７９と少なかった。

【００２２】また相対表示で、比較例１における相手材
の摩耗量を１００としたとき、実施例１では相手材の摩
耗量が６４とかなり少なく、実施例２では相手材の摩耗
量が８５と少なく、実施例３では相手材の摩耗量が２１
と著しく少なかった。このようにフッ化セリウムの添加
により、摩擦特性が改善され、試験片の摩耗量、相手材
の摩耗量の双方が少なくなる。フッ化セリウムの添加量
が多いほど、相手材の摩耗量は少ない。なお、フッ化セ
リウムが３０体積％近傍である実施例３では、摩耗量低
減効果が安定化傾向となっていることが認められた。

【００２３】実施例４〜６、比較例２〜４では、青銅、
黒鉛、ジルコンサンドの比率を比較例１の比率と変えて
いる。上記比率に基づけば、基本的には、実施例４は比
較例２と対応し、実施例５は比較例３と対応し、実施例
６は比較例４と対応する。表２から理解できるように、
相対表示では、実施例４では試験片の摩耗量が７４と少
なく、相手材の摩耗量も４２とかなり少ない。

【００２４】また、硬質成分であるジルコンサンドの割
合が少ない実施例６では、試験片の摩耗量が１０５であ
り、相手材の摩耗量も８４と少ない。実施例５と比較例
３では、硬質成分であるジルコンサンドの配合量が２０
％以上とかなり多く、他の試験片に比べて相手材の摩耗
量がかなり多くなり、試験片に対する悪影響が懸念され
たため、繰り返しを４００回と低減した。従って実施例
５と比較例３では、試験片の摩耗量、相手材の摩耗量の
測定結果のみを示す。実施例５においては、硬質成分が
多めに含まれており相手材の摩耗量が増大しているとい
えども、フッ化セリウムが含まれているため、フッ化セ
リウムが含まれていない場合よりも摩擦材料として適す
る。但し、相手材の材質をそれに見合った好適なものに
選択することが好ましい。

【００２５】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。 ○フッ化セリウムが体積比で１〜３０％含有されている
ことを特徴とする銅系焼結摩擦材料。 ○フッ化セリウム粉末、黒鉛粉末、銅合金粉末を配合し
た混合粉末を形成する工程と、混合粉末を圧縮成形した
圧粉体を形成する工程と、圧粉体を加熱して焼結し、請
求項１に係る銅系焼結摩擦材料を得る製造方法。 ○請求項１に係るブレーキ摩擦材料。

【００２６】

【発明の効果】本発明に係る銅系焼結摩擦材料によれ
ば、フッ化セリウムを用いることにより、摩擦特性の改
善、摩耗量の低減に有利である。故に、高速車両のブレ
ーキ摩擦材料等のように、高温高負荷の条件で用いる摩
擦材料として適する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｑ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フッ化セリウム（ＣｅＦ₃ ）を含有するこ
   とを特徴とする銅系焼結摩擦材料。