JPH10226842A - メタリック摩擦材およびその製造方法 - Google Patents

メタリック摩擦材およびその製造方法

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JPH10226842A
JPH10226842A JP4846897A JP4846897A JPH10226842A JP H10226842 A JPH10226842 A JP H10226842A JP 4846897 A JP4846897 A JP 4846897A JP 4846897 A JP4846897 A JP 4846897A JP H10226842 A JPH10226842 A JP H10226842A
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英一 西井
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昭彦 葛西
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 強度、耐摩耗性が優れているとともに、ブレ
ーキ材として適用した場合、制動、係合時に発生する異
音(鳴き)が大幅に低減するメタリック摩擦材を提供す
る。 【解決手段】 金属材料をマトリックスとし、少なくと
も摩擦調整材、固体潤滑材を加えて固相焼結してある焼
結摩擦材であって、マトリックスを形成する金属材料が
主要成分としてCuとNiを含む合金であり、摩擦調整
材および固体潤滑材は粒径が10〜300μmの粉粒体
であり、摩擦材全体に対し合計量で15〜50重量%含
有している。摩擦材の圧縮弾性率を20〜65kgf/
mm2 に調整するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、メタリック摩擦材、詳
しくは金属材料をマトリックスとし、少なくとも摩擦調
整材、固体潤滑材を加えて固相焼結してなり、車両用ブ
レーキ材などとして使用されるメタリック摩擦材および
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車、二輪車、産業用車両、鉄道車
両、航空機などのブレーキ材、クラッチ材などとして使
用される摩擦材、とくに自動車、二輪車の摩擦材として
は、従来、摩擦調整材、固体潤滑材などの充填材料を樹
脂で結合させたレジン摩擦材が用いられていたが、近
年、低公害や省資源など、環境問題に対応するため車両
の軽量化の要請が強く、そのために車両部品であるブレ
ーキ材などに対しても軽量化が要求されている。
【0003】ブレーキ材の軽量化を達成するためには、
その小型化が有効であり、摩擦材に要求される高摩擦
係数、耐摩耗性、耐熱フェード性について、一層の
性能向上が求められているが、従来のレジン摩擦材では
性能向上に限界がある。一方、充填材料を金属材料マト
リックスで結合したメタリック摩擦材は、耐熱フェード
性に優れ、より良好な耐摩耗性をそなえていることか
ら、軽量化の先行している二輪車ではすでに主流となっ
ており、自動車分野においても、レジン摩擦材に代わり
その使用が期待されている。
【0004】しかしながら、メタリック摩擦材は、レジ
ン摩擦材に比較して、ブレーキ制動時に異音(ブレーキ
鳴き)が発生し易いという難点がある。レジン摩擦材に
ついては、ブレーキ鳴き頻度は、その弾性率に比例する
ことが知られているが、メタリック摩擦材のうち、とく
に液相焼結材は強度が得られ易い代わりに弾性率が高
く、ブレーキ鳴きが生じ易い。ブレーキ鳴きに対して
は、レジン摩擦材を対象として種々の防止対策が提案さ
れているが(特開平4-39376 号公報、特開平4-114085号
公報、特開平4-283287号公報、特開平5-17739 号公報)
、いずれもメタリック摩擦材には適用し難く、適用し
たとしても、摩擦材の特性が損われるおそれがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、メタリック
摩擦材における従来の上記問題点を解消するために、マ
トリックスとなる金属材料の組成、充填材料とその原料
粒径および含有割合、焼結形成された摩擦材の圧縮弾性
率などとブレーキ鳴き発生との関連について多角的に実
験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その
目的は、摩擦材として必要な特性および強度を確保しな
がら、弾性率が低く、ブレーキ材として使用した場合、
制動、係合時に発生するブレーキ鳴きを大幅に低減させ
ることができるメタリック摩擦材を提供することにあ
る。
【0006】さらに、メタリック摩擦材は、ブレーキ材
などへの適用に関連して、通常、鋼板を裏金とした芯材
と一体に接合して製品化されるので、摩擦材と芯材を位
置ずれなしに強固に接合する技術が製造上の重要な工程
となる。本発明で特定されたメタリック摩擦材と芯材と
を高い接合強度で一体としたメタリック摩擦材を得るた
めのメタリック摩擦材の製造方法を提供することも本発
明の目的である。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるメタリック摩擦材は、金属材料をマト
リックスとし、少なくとも摩擦調整材、固体潤滑材を加
えて固相焼結してなる焼結摩擦材であって、マトリック
スを形成する金属材料が主要成分としてCuとNiを含
み、摩擦調整材および固体潤滑材は粒径が10〜300
μmの粉粒体であり、摩擦材全体に対し合計量で15〜
50%含有していることを構成上の第1の特徴とする。
【0008】また、マトリックスを形成する金属材料
が、CuとNiとの重量比(Ni/Cu)で0.1〜
0.5であって、摩擦材全体に対し、CuとNiの合計
重量で50〜85%含有すること、マトリックスを形成
する金属材料が、Cuよりも溶融点の高い金属および合
金(但し、Niを除く)のうちの1種または2種以上
を、摩擦材全体に対し、合計量で15%以下(但し、C
uとNiの合計含有量は85%を越えないものとする)
の範囲で含有すること、およびマトリックスを形成する
金属材料が、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo
およびWのうちの1種または2種以上を、摩擦材全体に
対し、合計量で15%以下(但し、CuとNiの合計含
有量は85%を越えないものとする)の範囲で含有する
ことを第2、第3および第4の特徴とする。
【0009】さらに、本発明の第5および第6の特徴
は、圧縮弾性率が20〜65kgf/mm2 に調整され
ていること、および気孔率が35〜55%、曲げ強度が
400kgf/cm2 以上の範囲に調整されていること
に存する。
【0010】本発明によるメタリック摩擦材の製造方法
は、上記のメタリック摩擦材と鉄系材料からなる芯材
を、ろう材を介して接合すること、および芯材の接合面
にCuメッキを施し、摩擦材との間に、ろう材として銀
ろうまたはCu系急冷凝固ろう材を介挿して、加熱ろう
付け接合することを特徴とする。
【0011】本発明において、マトリックスを形成する
金属材料は、主要成分としてCuとNiを含有する。C
uとNiは固相焼結によりCu同士またはCuとNi同
士の固相拡散により部分的に接合または合金化してマト
リックスの強度を高め、耐摩耗性を向上させる。上記の
マトリックス特性を得るために、CuとNiとの重量比
(Ni/Cu)が0.1〜0.5であって、Cuおよび
Niが、摩擦材全体に対し、合計重量で50〜85%含
有するマトリックスを形成することが好ましい。
【0012】充填材としては、少なくとも摩擦調整材お
よび固体潤滑材を加える。摩擦調整材としては、SiO
2 、Al2 3 、Zr2 3 などの金属酸化物、ムライ
ト、コークスなどが用いられ、固体潤滑材としては、黒
鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素、CaF2 などが適用
される。本発明においては、これらの摩擦調整材および
固体潤滑材は、粒径10〜300μmの粉粒体からな
り、摩擦材全体に対し、合計含有量を15〜50%とす
るのが好ましい。摩擦調整材および固体潤滑材の粒径が
下限未満ではこれらの添加効果が小さく、摩擦材の曲げ
強度などの強度特性が劣る。上限を越えると、粒子の脱
落、相手板への攻撃性が高くなるなどの不具合が生じ
る。合計含有量が15%未満では摩擦係数が低下し易く
摩擦係数の安定性に劣り、50%を越える場合は強度特
性が劣る。なお、摩擦調整材および固体充填材の他に、
窒化ケイ素、炭化ケイ素などの硬質粒子、カーボン繊
維、炭化ケイ素繊維、炭化ケイ珪素ウイスカーなどの繊
維質補強材を添加することもできる。
【0013】マトリックスを構成する金属材料中に、C
uよりも溶融点の高い金属および合金(但し、Niを除
く)のうちの1種または2種以上を、摩擦材全体に対
し、合計量で15%以下の範囲で含有させることによ
り、摩擦特性の改善を図ることができる。但し、この場
合、CuとNiの合計含有量が85%を越えないものと
する。上記の金属としては、とくにTi、V、Cr、M
n、Fe、Co、Mo、Wが好ましく、合金としては、
Ni−Cu系、Ni−Cr系などのNi合金、Cr、N
i、Moなどの成分を含むFe系合金などが好ましい。
これらの金属、合金は粉粒体、繊維、ウイスカーなどの
形態で使用できる。マトリックスを構成する金属材料中
に、Cuと相溶してCuの融点を下げる金属として、C
uより溶融点の低いSn、Pb、Znなどの金属、合金
を添加することがあるが、この場合は焼結が促進され摩
擦材が緻密化してブレーキ鳴きが生じ易くなるので、上
記低融点金属、合金の含有量は0.5%未満に制限する
のが好ましい。
【0014】本発明のメタリック摩擦材においても、摩
擦材をブレーキ材として使用した場合、ブレーキ鳴き頻
度は圧縮弾性率と相関することが認められ、ブレーキ鳴
きを十分に低減するためには、摩擦材の圧縮弾性率を1
0〜65kgf/mm2 に調整することが好ましい。よ
り好ましくは55kgf/mm2 以下に調整する。ま
た、曲げ強度は圧縮弾性率と相関するので、曲げ強度を
400kgf/cm2 以上とするには圧縮弾性率を20
kgf/mm2 以上に調整することが望ましい。このブ
レーキ鳴き一圧縮弾性率と曲げ強度一圧縮弾性率の関係
から、ブレーキ摩擦材としては圧縮弾性率を15〜65
kgf/mm2 の範囲より好ましくは20〜55kgf
/mm2 の範囲に調整することで良好な特性が得られ
る。摩擦材の気孔率は、曲げ強度、すなわち圧縮弾性率
に影響するが、気孔率は35〜55%に制御するのが好
ましく、35%未満の気孔率では、圧縮弾性率が大きく
なってブレーキ鳴きが生じ易くなる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明のメタリック摩擦材を得る
には、図1に示すように、マトリックスを構成するCu
とNiを、例えばCu粉(電解粉)、Ni粉(カルボニ
ル粉)および/またはCu−Ni合金粉をNi/Cu
比:0.1〜0.5として供給し、Cuよりも溶融点の
高いCr、Feなどの金属の粉体、粒径が10〜300
μmのSiO2 粉末などの摩擦調整材、粒径が10〜3
00μmの黒鉛粉末などの固体潤滑材を準備し、これら
の粉末を摩擦調整材および固体潤滑材の含有量が15〜
50%となるよう配合して乾式混合し、例えば、2〜6
t/cm2 の加圧力を加えて所定の形状に成型する。
【0016】成型後、還元性雰囲気中あるいは真空下に
おいて、750〜1050℃の温度域で固相焼結を行
う。焼結温度が1050℃を越えると、マトリックスの
Cuが溶融して、液相焼結となり、きわめて高い強度が
得られる反面、圧縮弾性率も高くなるため、ブレーキ鳴
きが発生し易いという問題が生じる。固相焼結後、常温
で再圧縮することもでき、再圧縮することにより、気孔
率が調整でき曲げ強度、圧縮弾性率の調整を行うことが
容易となる。なお、再圧縮力は、0.05〜1t/cm
2 の範囲が好ましい。
【0017】得られたメタリック摩擦材を芯材と接合す
るには、S45C、SPCCなどの鋼板製芯板を用意
し、好ましくは芯板の接合面にCuメッキを施し、ろう
材を塗布、接着、溶射などの手段で被覆したのち、摩擦
材と芯板とを重ね、真空雰囲気または水素ガス雰囲気な
どの還元性雰囲気中において、例えば600〜900℃
の温度に加熱し、ろう材を介して両者を接合する。
【0018】ろう材としては、銀ろう、またはCu系の
急冷凝固ろう材が好ましい。Cu系の急冷凝固ろう材
は、例えばCu80Sn20の組成からなり、微細結晶構造
を有し、流動性に優れたものであり、箔として提供さ
れ、とくにCu/Feのろう付けに適したものである。
【0019】
【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。 実施例1 Cu粉(電解粉)、Ni粉(カルボニル粉)、高融点金
属(Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Mo、W)の
粉末(〜200メッシュ)、摩擦調整材としてムライト
の粉末、固体潤滑材として黒鉛の粉末を準備し、これら
を表1に示す配合割合(重量%)で混合し、成型したの
ち、H2 +N2 ガス雰囲気中で固相焼結し、再圧縮する
ことによりメタリック摩擦材を作製した。金属マトリッ
クスの構成を表2に、成型圧力、焼結温度および時間、
再圧縮圧力を表3に示す。また、作製されたメタリック
摩擦材の特性を、併せて表3に示す。表3にみられるよ
うに、本発明に従って作製された摩擦材はいずれも、優
れた曲げ強度をそなえ、55kgf/mm2 以下の圧縮
弾性率を有している。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】
【表3】
【0023】比較例1 実施例1と同じ金属粉末、摩擦調整材および固体潤滑材
として、実施例1と同様、ムライトおよび黒鉛の粉末を
準備し、これらを混合、成型し、H2 +N2 ガス雰囲気
中において焼結したのち、再圧縮してメタリック摩擦材
を作製した。なお、金属材料として、Zn、Snおよび
Pbの粉末も用意した。各粉末の配合割合(重量%)を
表4に示す。また、マトリックス(母材)の構成、およ
び製造条件と得られた摩擦材の特性を、それぞれ表5、
表6および表7に示す。
【0024】
【表4】
【0025】
【表5】
【0026】
【表6】
【0027】
【表7】
【0028】表6に示すように、試験材No.6はマトリッ
クス中にSnを含有し、試験材No.9は、Zn、Snおよ
びPbを含有しているため、気孔率が小さく、圧縮弾性
率が65kgf/mm2 を大きく越えている。試験材No.7は、摩
擦調整材のムライトおよび固体潤滑材の黒鉛の粒径が小
さいため、また試験材No.8は、ムライトおよび黒鉛の粒
径が大き過ぎるため、いずれも曲げ強度が低い。試験材
No.10 は、焼結温度が1100℃と高いため、マトリックス
中のCu分が溶融して液相焼結となったため、気孔率が
低く、曲げ強度および圧縮弾性率が高くなっている。
【0029】また、表7にみられるように、試験材No.1
1 はマトリックス金属の量が少ないため、また試験材N
o.13 はマトリックス金属中のNiの含有比率が高いた
め、いずれも曲げ強度が十分でなく、試験材No.12 はマ
トリックス金属の量が多いため、また試験材No.14 はマ
トリックス金属中のCuの含有比率が高いため、いずれ
も圧縮弾性率が大きくなっている。
【0030】実施例2 実施例1のメタリック摩擦材(試験材No.1〜5)を、外径
117mm 、幅33mmの形状に成形して面積35cm2 のブレーキ
パッドを作製し、有効径207mm のFC25製ベンチレー
テッドディスクを相手材として、シリンダ面積17.3cm2
のフローティング型ブレーキキャリバで、慣性質量を5k
gf・m ・s2として、ブレーキ鳴き試験を行った。試験パ
ターンを表8に示す。
【0031】
【表8】
【0032】鳴き試験は、表8に示すように、各制動前
初速度について減速度を0.2 、0.4および0.6Gと変えて
各5回づつ、合計105回の制動を行い、この鳴き試験
を5回繰り返して、平均摩擦係数、摩擦材(ライニン
グ)の摩耗量、ディスクの摩耗量を測定し、鳴き係数を
求めた。鳴き係数は、鳴き試験中に発生する鳴きの回数
を制動回数で除して100倍した値である。実車評価と
の関係においては、鳴き係数30以下が好ましい。鳴き
試験の結果を表9に示す。表9にみられるように、発明
に従う試験材No.1〜5 は、摩耗量が小さく、いずれも鳴
き係数が30以下であり、ブレーキ鳴き発生は少なく、
且つ摩擦係数も高く、ブレーキライニングおよびブレー
キディスクの摩耗量も少なかった。
【0033】
【表9】
【0034】試験材No.1、No.2およびNo.5について、圧
縮弾性率を変えたものを作製し、それぞれについて実施
例2に従って鳴き係数を求め、圧縮弾性率と鳴き係数の
関係をプロットした。その結果を図2に示す。図2によ
れば、圧縮弾性率が55〜60kgf/mm2 以下の範
囲で鳴き係数が30以下となることがわかる。また、試
験材No.1、No.2およびNo.5について、圧縮弾性率と曲げ
強度の関係をプロットした結果を図3に示す。図3に示
すように、両者には相関関係が認められる。
【0035】比較例2 比較例1のメタリック摩擦材(試験材No.6〜14)につい
て、実施例2と同じ条件で鳴き試験を行った。結果を表
10および表11に示す。表10および表11に示すよ
うに、試験材No.6、9 、10、12および14は、圧縮弾性率
が大きいため、鳴き係数が高い。試験材No.7、8 、11お
よび13は、強度が十分でないためライニングの摩耗量が
大きい。試験材No.10 および12は強度が高過ぎることに
起因してディスクの摩耗も激しい。
【0036】
【表10】
【0037】
【表11】
【0038】実施例3 試験材No.1、No.2およびNo.5をライニング材とし、芯板
としてS45Cの板材にCuメッキしたものを使用し、
メッキ面を接合面として、H2 +N2 ガス雰囲気中で82
0 ℃の温度に加熱し、ライニング材と芯板とをろう付け
接合した。使用したろう材およびその形態、接合強度、
付着面積を表11に示す。接合強度は、ろう付け接合し
たライニング材と芯板について、芯板を固定し、ライニ
ング材に対し接合面と平行に荷重を負荷し、接合面が剪
断破壊したときの強度を求め、接合強度とした。表12
に示すように、本発明に従う試験材はいずれも、芯板と
ろう付け接合した場合、ろう付け後、付着面積は100
%であり十分な接合強度を有していた。
【0039】
【表12】 《表注》銀ろう:JIS 規格銀ろう(JIS BAg-8) MBF2004B:日本非晶質金属(株)製 アモルファスCu/Sn ろう材
【0040】
【発明の効果】以上のとおり、強度、耐摩耗性に優れて
いるとともに、ブレーキ材などとして適用した場合、制
動、係合時に発生する異音(鳴き)が大幅に低減するこ
とを可能とするメタリック摩擦材が提供される。当該摩
擦材は、芯板と接合する場合、ろう付け接合により優れ
た接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のメタリック摩擦材を製造するための工
程を示す概略図である。
【図2】本発明のメタリック摩擦材における圧縮弾性率
と鳴き係数との関係を示すグラフである。
【図3】本発明のメタリック摩擦材における圧縮弾性率
と曲げ強度との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 1/10 1/10 E

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属材料をマトリックスとし、少なくと
    も摩擦調整材、固体潤滑材を加えて固相焼結してなる焼
    結摩擦材であって、マトリックスを形成する金属材料が
    主要成分としてCuとNiを含み、摩擦調整材および固
    体潤滑材は粒径が10〜300μmの粉粒体であり、摩
    擦材全体に対し合計量で15〜50%(重量%、以下同
    じ)含有していることを特徴とするメタリック摩擦材。
  2. 【請求項2】 マトリックスを形成する金属材料が、C
    uとNiとの重量比(Ni/Cu)で0.1〜0.5で
    あって、摩擦材全体に対し、CuとNiの合計重量で5
    0〜85%含有することを特徴とする請求項1記載のメ
    タリック摩擦材。
  3. 【請求項3】 マトリックスを形成する金属材料が、C
    uよりも溶融点の高い金属および合金(但し、Niを除
    く)のうちの1種または2種以上を、摩擦材全体に対
    し、合計量で15%以下(但し、CuとNiの合計含有
    量が85%を越えないものとする)の範囲で含有するこ
    とを特徴とする請求項1または2記載のメタリック摩擦
    材。
  4. 【請求項4】 マトリックスを形成する金属材料が、T
    i、V、Cr、Mn、Fe、Co、MoおよびWのうち
    の1種または2種以上を、摩擦材全体に対し、合計量で
    15%以下(但し、CuとNiの合計含有量が85%を
    越えないものとする)の範囲で含有することを特徴とす
    る請求項1または2記載のメタリック摩擦材。
  5. 【請求項5】 圧縮弾性率が20〜65kgf/mm2
    であることを特徴とする請求項1〜4記載のメタリック
    摩擦材。
  6. 【請求項6】 気孔率が35〜55%、曲げ強度が40
    0kgf/cm2 以上であることを特徴とする請求項1
    〜4記載のメタリック摩擦材。
  7. 【請求項7】 請求項1〜5記載のメタリック系の焼結
    摩擦材と鉄系材料からなる芯材を、ろう材を介して接合
    することを特徴とするメタリック摩擦材の製造方法。
  8. 【請求項8】 芯材の接合面にCuメッキを施し、摩擦
    材との間に、ろう材として銀ろうまたはCu系急冷凝固
    ろう材を介挿して、加熱ろう付け接合することを特徴と
    する請求項7記載のメタリック摩擦材の製造方法。
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