JPH10318308A - ローラーブレーキ用の焼結摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロ−ラ−ブレ−キの効きを高め、メンテナン
スフリ−を実現する。 【解決手段】 ドラム１及びブレ−キシュ−３の間に
は、Ｃｕ系又はＦｅ系の焼結摩擦材料が組込まれる。こ
の焼結摩擦材料は、Ｃｕ又はＦｅを主成分とし、これに
強化元素及び硬質成分が加えられる。強化元素は、Ｓ
ｎ，Ｚｎ，Ａｌなどで３％以上４０％以下、硬質成分
は、０．１％以上２０％以下のＡｌ₂Ｏ₃，ムライト，ジ
ルコンサンドなどモ−ス硬さ３以上からなる。この場
合、強化元素としてＰ，Ｂも含めることができ、また
Ｃ，ＭｏＳ₂，ＷＳ₂，Ｐｂなどの潤滑成分を重量比で
０．１％以上２０％以下を含めるようにすれば、摩擦係
数の安定、耐摩耗性の向上、耐焼き付き性の向上が得ら
れる。このような焼結摩擦材料には、適度の気孔を設け
たり、気孔内に油又はグリ−スを含浸すれば、鳴きの低
減や摩擦係数の安定化が得られるとともに、メンテナン
スフリ−が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロ−ラ−ブレ−キ
用の焼結摩擦材料に関し、特に、自転車用に好適するよ
うにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自転車用のロ−ラ−ブレ−キは、
例えば特公昭５７−４０３７９号公報に開示されている
ように、ドラム、シュ−、カムなどを主要な構成部品と
している。また、このロ−ラ−ブレ−キの内部空間に
は、焼き付き防止のためのグリ−スが充填されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、従来のロ
−ラ−ブレ−キは、ドラム及びシュ−が溶製鉄鋼材料
で、これらの間には摩擦材料が介在しないことから摩擦
係数が比較的低く、このためブレ−キの効きが低いとい
う問題点があった。また、前記グリ−スは、粘度が気温
により変化するために、摩擦係数や走行時の回転抵抗が
温度により変化するという問題点があった。そして、こ
のグリ−スは、劣化したり、減少したりするため補充を
必要とする問題点があった。

【０００４】このようなことから、本発明では、現状の
ロ−ラ−ブレ−キの効きを高め、気温による効きの変化
を小さくし、さらにメンテナンスフリ−を実現すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の点に鑑
みなされたもので、ロ−ラ−ブレ−キを構成するドラム
及びシュ−間には、特定の組成を有するＣｕ又はＦｅを
主成分とする焼結摩擦材料が組込まれるようにしたもの
である。したがって、ブレ−キ効きを高く安定化し、さ
らに耐焼き付き性、ブレ−キ鳴きに優れた機能を有する
ものである。

【０００６】すなわち、Ｃｕを主成分とする焼結摩擦材
料は、重量比において、その組成がＣｕを４０％以上９
７％未満、Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｓｉから選択された１種又は２種以上の強化元素を
３％以上４０％以下、Ａｌ₂Ｏ₃，ムライト，ジルコンサ
ンド，ＺｒＯ₂，ＷＣ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃｒ，Ｓｉ₃Ｎ₄等
のモ−ス硬さ３以上からなる硬質成分の１種又は２種以
上を０．１％以上２０％以下含むようにしたものであ
る。この結果、摩擦係数が高くなり、ブレ−キの効きを
高めることができるようになったものである。

【０００７】また、Ｆｅを主成分とする焼結摩擦材料
は、前述したＣｕを主成分とする焼結摩擦材料のＣｕを
Ｆｅに変換したものである。

【０００８】さらに、前述した焼結摩擦材料の強化元素
には、０．０１％以上５％以下のＰ，Ｂの１種又は２種
を含ませることができ、またＣ，ＭｏＳ₂，ＷＳ₂，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ａｇから選択された１種又は２種以上
の潤滑成分を０．１％以上２０％以下含ませることによ
り、摩擦係数を調整できるようにした。そして、これら
の焼結摩擦材料は、その気孔率を特定したり、或いはそ
の気孔内に有機モリブデン系の添加剤を含んだ油又はグ
リ−スを含浸するようにすれば、使用用途にあった摩擦
係数に変えることができ、しかもブレ−キの鳴きも非常
に小さくすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明ロ−ラ−ブレ−キ用
の焼結摩擦材料について、自転車用に適用した一実施例
を図に従い説明する。

【００１０】図１は、ロ−ラ−ブレ−キの要部を示す断
面図であり、特にドラム１の内面に焼結摩擦材料２がブ
レ−キシュ−３によって押し付けられている制動状態が
説示されているものである。そして、この制動動作は、
操作ワイヤ４をＰ₁方向に移動させれば、カム５がＰ₂方
向に回転することにより得られるものである。すなわ
ち、カム５がＰ₂方向に回転すれば、ロ−ラ−６がブレ
−キシュ−３を押圧することになり、ブレ−キシュ−３
はブレ−キア−ム７に設けられたシュ−ストッパ−（図
示せず）により回転が阻止される。

【００１１】したがって、ドラム１は、ブレ−キシュ−
３との間に配置された焼結摩擦材料２の摩擦力により回
転が抑制される。

【００１２】このように作用する焼結摩擦材料２は、例
えば図２〜図４に示されているようにリング状、Ｃ字状
及び３分割のリング状に構成される。要するに、焼結摩
擦材料２の形状は、薄肉のリングを基本とし、これをド
ラムに圧入したり、リングを切断して嵌め込んだり、リ
ングを分割して嵌め込んでもよい。

【００１３】この焼結摩擦材料２は、Ｃｕ系又はＦｅ系
からなり、その組成は、Ｃｕ又はＦｅを主成分とし、こ
れに強化元素及びモ−ス硬さ３以上からなる硬質成分を
それぞれ含有させたものである。

【００１４】主成分としてのＣｕ又はＦｅは、摩擦材料
自身の強度を担う成分で、必要な材料強度、耐焼き付き
性及び摩擦係数を考慮して重量比で４０％以上９７％未
満とした。これは、４０％未満であると必要な材料強度
が得られず、９７％以上であると耐焼き付き性が悪化
し、摩擦係数も低く不安定となるからである。

【００１５】また、強化元素は、主成分としてのＣｕ又
はＦｅからなるマトリックスを強化するものであって、
Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｆｅ（Ｃｕ系のみ），Ｃｕ（Ｆｅ系
のみ），Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｓｉから選択された１種又
は２種以上からなり、重量比で３％以上４０％以下とし
た。これは、３％未満であると強化効果が少なく、４０
％を越えると逆に強度が低下したり、原料価格が高くな
ったりするからである。

【００１６】さらに、モ−ス硬さ３以上の前記硬質成分
は、摩擦係数を上げたり、耐摩耗性の向上に効果がある
もので、Ａｌ₂Ｏ₃ ，ムライト（３〜２Ａｌ₂Ｏ₃・２Ｓ
ｉＯ₂），ジルコンサンド（ＺｒＯ₂・ＳｉＯ₂），Ｚｒ
Ｏ₂，ＷＣ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃｒ，Ｓｉ₃Ｎ₄等の１種又は
２種以上からなり、重量比で０．１％以上２０％以下と
した。これは、０．１％未満では、その効果が小さく、
２０％を越えると相手材の摩耗が多くなったり、ブレ−
キ鳴きが大きくなったりするからである。

【００１７】このような組成範囲にあるＣｕ系又はＦｅ
系の焼結摩擦材料２は、マトリックスの強化元素として
Ｐ，Ｂを添加、或いはＣ，ＭｏＳ₂などの潤滑成分を添
加したり、気孔率の特定、或いは油又はグリ−スの含浸
を配慮することにより、摩擦係数、ブレ−キ鳴きの大き
さを制御することが可能である。そして、前記Ｐ，Ｂ
は、０．０１％以上５％以下の１種又は２種としてマト
リックスの強化元素として添加される。これは、０．０
１％未満では強化効果が少なく、５％を越えると逆に強
度が低下するからである。

【００１８】また、前記潤滑成分は、摩擦係数の安定、
耐摩耗性の向上、耐焼き付き性の向上等に効果があるも
ので、Ｃ，ＭｏＳ₂，ＷＳ₂，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ａｇか
ら選択された１種又は２種以上からなり、重量比で０．
１％以上２０％以下が好適する。これは、０．１％未満
では、その効果が小さく、２０％を越えると逆に摩耗量
が多くなったり、強度が低下するからである。ただし、
含浸した油又はグリ−スで前記効果が達成される場合に
は含有しなくてもよい。

【００１９】さらに、焼結摩擦材料２の気孔率は、摩擦
材料の弾力性や硬さ、振動減衰率、すなわち摩擦係数、
ブレ−キ鳴きの大きさに影響を及ぼす。最適な気孔率
は、材料組成、使用用途等によって変化するが、自転車
用の用途においては、５％以上３０％以下が好適する。
これは、５％未満であると、摩擦係数が小さい、ブレ−
キ鳴きの発生等の問題があり、３０％を越えると、材料
強度が低下するという問題があるからである。

【００２０】また、焼結摩擦材料２の気孔内に油又はグ
リ−スを含浸させると、ブレ−キ鳴きの低減や摩擦係数
の安定化、耐摩耗性、耐焼き付き性の向上に有効であ
る。これは、従来のように油やグリ−スをロ−ラ−ブレ
−キの部品の隙間に充填する場合は、それらが使用中に
流れ出したりするので、補給する必要があったのに対
し、本発明では、油やグリ−スを焼結摩擦材料２中に含
浸しているので、使用中に流れ出る心配もなく、メンテ
ナンスフリ−が可能である。この場合、前記油又はグリ
−スは、その成分中に有機モリブデン系の添加剤が５重
量％以上８０％以下含有していると、ブレ−キ鳴きの低
減、耐摩耗性、耐焼き付き性の向上に一層の効果があ
る。そして、５重量％未満であるとその効果が小さく、
８０重量％を越えると焼結摩擦材料２中に含浸しにくく
なる。

【００２１】

【実施例】表１は、本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩
擦材料２の形状を示したもので、それぞれ図２〜図４に
相当するものである。

【００２２】

【表１】 表２及び表３は、試験に用いた本発明ロ−ラ−ブレ−キ
用の焼結摩擦材料２及び比較材料の組成をそれぞれＣｕ
系及びＦｅ系について示したものである。この場合、比
較材料は、材料−Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示されており、気孔
率はすべて２０％前後とし、油含浸ありの試料には、有
機モリブデン系の極圧添加剤３０％を含む油が含浸され
ている。なお、本発明の焼結摩擦材料２は、通常の粉末
冶金法により次のような工程で製造したものである。

【００２３】各成分を秤量し、Ｖミキサ−で３０分間
混合する。この場合、強化元素としてのＰ，Ｂについて
は、Ｃｕ₃Ｐ（１４．０ｗｔ％Ｐ），ＮｉＢ（１５．６
ｗｔ％Ｂ），Ｆｅ₃Ｐ（１５．６ｗｔ％Ｐ），Ｆｅ₂Ｂ
（８．８ｗｔ％Ｂ）として配合した。

【００２４】所定の金型を用いて、各試料を２Ｍｇｆ
／ｃｍ² でプレス成形する。

【００２５】Ｈ₂気流中で、表２及び表３に示された
所定の温度で１時間の焼結を行なう。

【００２６】得られた焼結体を真空容器内に入れ、排
気後含浸油を容器内に入れて含浸を行なう。

【００２７】このようにして含浸された焼結摩擦材料
をロ−ラブレ−キ内に組込む。

【００２８】

【表２】重量％

【００２９】

【表３】重量％ 表４は、一般の買物用自転車における実車試験の結果を
示したものであり、焼結摩擦材料２の形状と組成との組
合せにより本発明品及び比較品に分けたものである。こ
の場合、実車試験は、約１０度勾配の下り坂舗装路約１
０００ｍを走行中に３０回の制動を行ない、効力、鳴き
について３段階（良、普通、悪）の評価を行なった。ま
た、試験後の摩擦材料、ドラム、シュ−を取り出し、耐
焼き付き性についても３段階の評価を行なった。

【００３０】

【表４】 また、本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料２につ
いて、表２及び表３中のＡｌ₂Ｏ₃、ムライトに代えてジ
ルコンサンド，ＺｒＯ₂，ＷＣ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃｒ，Ｓ
ｉ₃Ｎ₄を適用したものを表４と同様の実車試験をした
が、いずれも良好な結果が得られた。また、潤滑成分に
ついても、Ｃ，ＭｏＳ₂に代えてＰｂ，Ｂｉ，Ａｇを適
用したものを表４と同様な実車試験をしたが、いずれも
良好な結果が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したようにロ−ラ−
ブレ−キ用のＣｕ系又はＦｅ系の焼結摩擦材料を提供し
たものであるから、ロ−ラ−ブレ−キの効力が上がり、
効きの安定性、耐焼き付き性も向上し、ブレ−キ鳴きも
低減するという利点を有する。したがって、本発明の焼
結摩擦材料は、ロ−ラ−ブレ−キ用焼結摩擦材料とし
て、工業上有用な材料である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料を組
込んだ一実施例を示すロ−ラ−ブレ−キの要部の断面図
である。

【図２】本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料の一
実施例を示す正面図である。

【図３】本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料の他
の実施例を示す正面図である。

【図４】本発明ロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料の別
の実施例を示す正面図である。

【符号の説明】

１ ドラム ２ 焼結摩擦材料 ３ ブレ−キシュ−

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系合金製のドラムとシュ−との間に組
   込まれるロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料において、 前記焼結摩擦材料は、重量比において、その組成がＣｕ
   を４０％以上９７％未満、Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｃ
   ｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｓｉから選択された１種又は２種以上
   の強化元素を３％以上４０％以下、Ａｌ₂Ｏ₃，ムライ
   ト，ジルコンサンド，ＺｒＯ₂，ＷＣ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃ
   ｒ，Ｓｉ₃Ｎ₄等のモ−ス硬さ３以上からなる硬質成分の
   １種又は２種以上を０．１％以上２０％以下含むことを
   特徴とするロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
2. 【請求項２】 請求項１記載の強化元素には、０．０１
   ％以上５％以下のＰ，Ｂの１種又は２種が含まれる請求
   項１記載のロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
3. 【請求項３】 鉄系合金製のドラムとシュ−との間に組
   込まれるロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料において、 前記焼結摩擦材料は、重量比において、その組成がＦｅ
   を４０％以上９７％未満、Ｓｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｃ
   ｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｓｉから選択された１種又は２種以上
   の強化元素を３％以上４０％以下、Ａｌ₂Ｏ₃，ムライ
   ト，ジルコンサンド，ＺｒＯ₂，ＷＣ，Ｆｅ−Ｃｒ，Ｃ
   ｒ，Ｓｉ₃Ｎ₄等のモ−ス硬さ３以上からなる硬質成分の
   １種又は２種以上を０．１％以上２０％以下含むことを
   特徴とするロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
4. 【請求項４】 請求項３記載の強化元素には、０．０１
   ％以上５％以下のＰ，Ｂの１種又は２種が含まれる請求
   項３記載のロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
5. 【請求項５】 前記焼結摩擦材料は、Ｃ，ＭｏＳ₂，Ｗ
   Ｓ₂，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ａｇから選択された１種又は
   ２種以上の潤滑成分を重量比で０．１％以上２０％以下
   含む請求項１〜請求項４記載のいずれか１項に記載のロ
   −ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
6. 【請求項６】 前記焼結摩擦材料は、その気孔率が５％
   以上３０％以下になっている請求項１〜請求項５のいず
   れか１項に記載のロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦材料。
7. 【請求項７】 前記焼結摩擦材料の気孔内には、油又は
   グリ−スが含浸されている請求項６記載のロ−ラ−ブレ
   −キ用の焼結摩擦材料。
8. 【請求項８】 前記油又はグリ−スは、その成分中に有
   機モリブデン系の添加剤が５重量％以上８０％以下含ま
   れている請求項７記載のロ−ラ−ブレ−キ用の焼結摩擦
   材料。