JPH11286735A

JPH11286735A - 摩擦部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH11286735A
Application number: JP10539098A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kondo; 勝義近藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】高い摩擦摺動特性を有し、薄肉化が可能な摩
擦部材とその製造方法とを提供する。【解決手段】リンを含む鉄合金粉末と、硬質粒子と、
錫、亜鉛およびニッケルからなる群から選ばれる少なく
とも１つの金属とを含む原料混合粉末を金属製裏金上に
充填して焼結することにより、所定の空孔率を有する銅
系焼結合金を作製すると同時に、その銅系焼結合金と金
属製裏金とを固相拡散接合させて両者を一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は摩擦部材およびその
製造方法に関し、特に、クラッチやブレーキのような相
手材と摺動してトルクを伝達する際に用いるリング形状
の摩擦部材であって、摩擦摺動特性を発現する銅系焼結
合金の部分を薄肉化することが可能な摩擦部材およびそ
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】大気
中で使用される電磁クラッチや潤滑油中で使用される自
動変速機用湿式多板クラッチなどでは、従来、フェノー
ル系熱硬化樹脂やパルプ繊維に樹脂を含浸させた材料が
摩擦材として使用されてきた。しかし、高速および高荷
重といった過酷な使用条件のもとでは、これらの材料で
は耐熱性に欠けるために、使用過程で劣化して十分な耐
久性を得ることができなかった。そこで、これまでに本
発明者は、たとえば、「焼結摺動部材」（特開平７−１
０２３３５号公報）において、耐熱性、耐摩耗性および
耐焼付性に優れた銅系焼結摩擦部材を提案し、クラッチ
材として過酷な条件下で適用しても十分な耐久性を有し
ていることを確認した。

【０００３】一般に、クラッチ材はリング形状であり、
その厚さは０．５〜５ｍｍ程度である。そして、その外
径は小さいものでは２０ｍｍφ程度である。しかし、外
径が６０ｍｍφを超えるような比較的大きいクラッチも
多い。また、クラッチ材においては、相手材と摺動する
表層部分以外は摩擦摺動特性が要求されないため、可能
なかぎりクラッチ材を薄くすることにより経済的効果、
小型化および軽量化の効果が期待される。

【０００４】しかしながら、従来の粉末冶金法により、
このような寸法および形状を有する銅系焼結摩擦材を作
製する場合には、比較的薄い圧粉成型体では強度が十分
ではないために搬送過程で割れが発生したり、また、銅
系焼結合金の強度が十分でないためにクラッチとして基
材（本体）に組み込む際に銅系焼結合金が破損するとい
った問題が発生した。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、薄肉化が可能で、しかも摩擦摺動特性
に優れた銅系焼結合金を有する摩擦部材とその製造方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは種々の実験
および検討を行なった結果、耐摩耗性および耐焼付性に
優れ、しかも高い摩擦係数を安定して有する比較的薄い
銅系焼結合金を有する摩擦部材とその製造方法を発明し
た。

【０００７】本発明が対象とするトルク伝達用の摩擦部
材の平面構造を図１（ａ）に示す。また、リング状の金
属製裏金の一方の面に銅系焼結合金が接合された２層構
造の摩擦部材の断面構造を図１（ｂ）に示す。さらに、
リング状の金属製裏金の両方の面に銅系焼結合金が焼結
された３層構造の摩擦部材の断面構造図１（ｃ）に示
す。なお、図１（ｂ）および（ｃ）は、いずれも図１
（ａ）に示すＡ−Ａにおける断面構造を示している。

【０００８】本発明に係る摩擦部材の銅系焼結合金は、
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、リング形状を有した
トルク伝達用の薄い摩擦材料を対象としている。そし
て、薄い銅系焼結合金を作製することに伴う圧粉成型体
や銅系焼結合金の強度低下の問題は、銅系焼結合金と金
属製裏金との一体化により解決することができる。ま
た、摩擦摺動特性については、その薄い銅系焼結合金の
部分においてその機能を発現することができる。しか
も、可能なかぎり銅系焼結合金を薄くすることにより、
経済性効果、小型化および軽量化の効果を実現すること
ができる。

【０００９】本発明に係る摩擦部材およびその製造方法
の構成を以下に示す。本発明の１つの局面における摩擦
部材は、金属板と、その金属板の少なくとも一方の表面
上に拡散接合された銅系焼結合金とを備えている。銅系
焼結合金は、リンを含む鉄合金粉末と、硬質粒子と、
錫、亜鉛およびニッケルからなる群から選ばれる少なく
とも１つの金属とを含んで形成されている。金属板と銅
系焼結合金との接合界面には、リンを含む金属間化合物
が形成されている。

【００１０】好ましくは、鉄合金粉末に対するリンの含
有量は５重量％以上３０重量％以下である。

【００１１】好ましくは、銅系焼結合金に対する鉄合金
粉末の含有量は１重量％以上１０重量％以下である。

【００１２】好ましくは、硬質粒子はマイクロビッカー
ス硬度４００以上であり、銅系焼結合金に対するその硬
質粒子の含有量は５容積％以上３０容積％以下である。

【００１３】好ましくは、銅系焼結合金に対する錫の含
有量は３重量％以上２０重量％以下であり、亜鉛の含有
量は５重量％以上４０重量％以下であり、ニッケルの含
有量は５重量％以上４０重量％以下である。

【００１４】好ましくは、銅系焼結合金には空孔率２０
容積％以下の空孔が形成されている。

【００１５】好ましくは、銅系焼結合金には空孔率２０
容積％以上６０容積％以下の空孔が形成されている。

【００１６】好ましくは、銅系焼結合金には、５０μｍ
以上３００μｍ以下の空孔径を有する空孔が１５容積％
以上６０容積％以下形成されている。

【００１７】また好ましくは、銅系焼結合金には、その
空孔が３５容積％以上５０容積％以下形成されている。

【００１８】好ましくは、銅系焼結合金は、黒鉛、二硫
化モリブデン、二硫化タングステンおよび窒化ホウ素か
らなる群から選ばれる少なくとも１つの潤滑成分を含
み、銅系焼結合金に対するその潤滑成分の含有量は１０
重量％以下である。

【００１９】好ましくは、硬質粒子は、鉄系金属間化合
物、酸化物系セラミックスおよび窒化物系セラミックス
からなる群から選ばれた少なくとも１つからなる。

【００２０】金属板は、鉄、銅、チタンおよびそれらの
合金からなる群から選ばれた１つの金属からなる。

【００２１】好ましくは、銅系焼結合金と接する金属板
の表面には、ニッケル、錫、銅、亜鉛、コバルトおよび
銀からなる群から選ばれるいずれかのめっき層が形成さ
れている。

【００２２】好ましくは、金属板は所定の外径と内径と
を有するリング形状であり、その外径をＤ、その内径を
ｄとしたときに、Ｄ≧２０ｍｍおよびｄ≧Ｄ／４を満た
している。

【００２３】本発明の他の局面における摩擦部材の製造
方法は以下の工程を備えている。所定寸法の金属板およ
びその金属板を挿入するための凹部が設けられた型を準
備する。リンを含有する鉄合金粉末と、硬質粒子と、
錫、亜鉛およびニッケルからなる群から選ばれる少なく
とも１つの金属を含む銅合金粉末とを準備する。鉄合金
粉末と硬質粒子と銅合金粉末とを混合して銅系混合粉末
を準備する。金属板を前記型内の凹部に挿入する。金属
板上の型内に、銅系混合粉末を充填する。銅系混合粉末
が充填された型を焼結することにより、銅系焼結合金を
生成するとともに、銅系焼結合金と金属板とを拡散接合
する。

【００２４】好ましくは、銅系混合粉末は、黒鉛、二硫
化モリブデン、二硫化タングステン、および窒化ホウ素
からなる群から選ばれる少なくとも１つの潤滑成分を１
０重量％以下含んでいる。

【００２５】好ましくは、金属板を型内の凹部に挿入す
る前に、銅系混合粉末を型内の凹部に充填する工程を含
んでいる。

【００２６】好ましくは、鉄合金粉末に対するリンの含
有量は５重量％以上３０重量％以下である。銅系混合粉
末に対する鉄合金粉末の含有量は１重量％以上１０重量
％以下である。硬質粒子はマイクロビッカース硬度４０
０以上であり、銅系混合粉末に対する硬質粒子の含有量
は５容積％以上３０容積％以下である。銅系混合粉末に
対する錫の含有量は３重量％以上２０重量％以下であ
り、亜鉛の含有量は５重量％以上４０重量％以下であ
り、ニッケルの含有量は５重量％以上４０重量％以下で
ある。

【００２７】好ましくは、銅系混合粉末を充填する工程
と焼結工程との間に、金属板上に充填された状態にある
銅系混合粉末を加圧する工程を含んでいる。

【００２８】好ましくは、焼結工程は、温度７００℃以
上１０５０℃以下のもとで、不活性ガスもしくは還元性
ガスの雰囲気または真空中にて行なわれる。

【００２９】好ましくは、焼結工程の後に、銅系焼結合
金を加圧する工程を含んでいる。また好ましくは、銅系
焼結合金を加圧した後に、銅系焼結合金を、温度７００
℃以上のもとで、不活性ガスもしくは還元性ガスの雰囲
気または真空中にて再焼結する工程を含んでいる。

【００３０】好ましくは、金属板の表面に、予めニッケ
ル、錫、銅、亜鉛、コバルトおよび銀からなる群から選
ばれるいずれかのめっき層を形成する工程を含んでい
る。

【００３１】次に、本発明に係る摩擦部材およびその製
造方法の特徴、作用および効果について詳細に説明す
る。

【００３２】トルク伝達用の摩擦部材について本発明に係るトルク伝達用の摩擦部材には、大気中など
の乾式条件下、または、潤滑油やグリース等の液体・半
固体潤滑成分が存在する湿式条件下における優れた摩擦
摺動特性が要求される。そしてさらに、薄肉化に伴う高
い生産性、経済性および軽量化を実現するための優れた
機械的特性（強度）が要求される。

【００３３】具体的には、摩擦摺動特性に関しては、相
手材と摩擦摺動した際に、銅系焼結合金が摩耗損傷しな
いこと、銅系焼結合金が相手材を攻撃しないこと、およ
び焼付現象、凝着現象、鳴き、びびり、振動等の不快現
象を発生させないことが要求される。

【００３４】一方、軽量化および経済性の観点から可能
なかぎり銅系焼結合金の肉厚は薄いことが望ましいが、
上述したように、銅系焼結合金の薄肉化を進めると製造
工程における圧粉成型体のハンドリングの問題や、銅系
焼結合金を基材（本体）に組み込む際に銅系焼結合金が
破損するといった問題が生じる。したがって、機械的特
性（強度）に関しては、これを防止し得る強度を有する
摩擦部材が要求される。

【００３５】そして、本発明者はこれらの２つの特性を
同時に満足するために、摩擦摺動特性は銅系焼結合金に
より、機械的特性は基材となる金属製裏金により、それ
ぞれ役割を分担させるような材料設計を提案した。すな
わち、本発明者は薄い金属製裏金上に比較的薄い銅系焼
結合金が接合された２層または３層構造の摩擦部材が有
効であることを見いだした。

【００３６】次に、金属製裏金と銅系焼結合金の特性、
両者の一体化接合法を含めた製造工程について、以下に
詳細に説明する。

【００３７】多層構造の摩擦部材の寸法および形状につ
いて上述したように、電磁クラッチや自動変速機用クラッチ
などに用いられる摩擦部材の厚さは０．５〜５ｍｍ程度
であり、通常１〜２ｍｍ程度が主流である。しかも、そ
のほとんどはその外径が６０ｍｍφを超えるリング形状
である。このため、製造過程における圧粉成型体の強度
低下に伴うハンドリング性の低下や、銅系焼結合金の強
度低下に伴う組立時の割れ、破損等の問題が発生する。
逆に、銅系焼結合金の厚さが５ｍｍを超えるようなリン
グ形状であれば、従来の粉末冶金法により銅系焼結合金
のみの単層構造の摩擦部材を作製しても上記問題は発生
しない。

【００３８】したがって、厚さが５ｍｍ以下のような比
較的薄い銅系焼結合金を創製する場合には、後述するよ
うな金属製裏金に銅系焼結合金を接合させた多層構造を
採用することにより上記の問題を解決することができ
る。

【００３９】また、摩擦部材の寸法に関して、外径Ｄが
２０ｍｍφより大きく、しかも、内径ｄがＤ／４より大
きい場合では、後述するような空孔率を有する銅系焼結
合金では十分な強度を得ることが困難である。したがっ
て、Ｄ≧２０ｍｍ、ｄ≧Ｄ／４を満足するようなリング
形状の摩擦部材を創製する場合には、本発明による多層
構造の摩擦部材を適用することが有効である。

【００４０】ただし、経済性の観点からは、摩擦部材に
おける銅系焼結合金の比率をできるかぎり小さくするこ
とが望ましい。たとえば、摩擦部材の厚さが５ｍｍを超
えるようなものであっても、金属製裏金の厚さを厚くす
ることにより銅系焼結合金の厚さを薄く設定することが
でき、より安価に摩擦部材を製造することができる。し
たがって、本発明の摩擦部材では、その厚さが５ｍｍを
超えるようなものであってもトルク伝達用の摩擦部材と
して適用でき、優れた経済性を得ることができる。

【００４１】金属製裏金について後述するように、金属製裏金を含む多層構造の摩擦部材
を作製する際は、銅合金粉末を金属製裏金上に充填した
状態で７００℃以上の炉内で加熱することから、金属製
裏金には、７００℃以上の加熱によって特性劣化がない
ことが望まれる。このような観点から、本発明では、
鉄、銅、チタンおよびそれらの合金からなる群から選ば
れた１つの金属を用いる。特に、経済性の観点からＳＰ
ＣＣ鋼板のような打ち抜き鋼板を用いることが好まし
い。

【００４２】銅系焼結合金について銅系焼結合金では、金属製裏金との高い結合性、優れた
摩擦摺動特性（耐摩耗性および高い摩擦係数）が要求さ
れる。

【００４３】（ａ）金属製裏金との結合性銅系焼結合金には、相手材と摺動する際に、金属製裏金
から剥離しないことが要求される。そこで、本発明者
は、銅系焼結合金を作製する焼結過程において、銅系焼
結合金と金属製裏金とを拡散接合法により同時に一体化
させることを提案した。そしてさらに、本発明者はこれ
を促進させるために銅系合金粉末中にＰを含む鉄合金
（以下「Ｆｅ−Ｐ系合金」と記す。）粉末を添加するこ
とが有効であることを見いだした。

【００４４】Ｆｅ−Ｐ系合金粉末に含まれるＰにより、
銅系焼結合金中のＣｕ成分との間でＣｕ−Ｐ系金属間化
合物が生成され、金属製裏金に含まれるＦｅ、Ｃｕまた
はＴｉのそれぞれの成分との間で（Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ）
−Ｐ系金属間化合物や、（Ｆｅ、Ｔｉ）−Ｃｕ−Ｐ系化
合物が生成される。これにより、銅系焼結合金と金属製
裏金との接合界面における濡れ性が改善され、相互固相
拡散による両者の一体化接合が促進される。

【００４５】このとき、特に、銅系焼結合金に対するＦ
ｅ−Ｐ系合金粉末の含有量が１重量％よりも小さい場合
には、十分に固相拡散接合を促進させることができな
い。一方、１０重量％を超えてＦｅ−Ｐ系合金粉末を混
合しても、固相拡散接合はあまり促進されず、高価なＦ
ｅ−Ｐ系合金粉末を添加するために、かえって経済性の
問題が生じる。したがって、銅系焼結合金中のＦｅ−Ｐ
系合金粉末の含有量は１重量％以上１０重量％以下であ
ることが望ましい。

【００４６】また、そのＦｅ−Ｐ系合金粉末では、Ｆｅ
−Ｐ系合金粉末に対するＰの含有量が５重量％以上３０
重量％以下である場合に、上述した固相拡散接合の促進
効果がある。Ｐの含有量が５重量％未満の場合では、銅
系焼結合金中に含有させるＦｅ−Ｐ系合金粉末の比率を
１０重量％を超えて増加させる必要がある。しかしなが
ら、この場合には、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末は他の原料粉末
に比べて効果であるために、経済性の問題が生じる。一
方、Ｐの含有量が３０重量％を超える場合では、そのＦ
ｅ−Ｐ系合金粉末を製造する過程においてＰの蒸発が顕
著になるために、その蒸発分を考慮して予め多量のＰを
添加する必要が生じ、経済性の問題が生じる。したがっ
て、本発明では、Ｆｅ−Ｐ系合金中のＰの含有量は５重
量％以上３０重量％以下であることが望ましい。

【００４７】ただし、銅系焼結合金の原料粉末全体に対
しては、Ｐの含有量が０．３重量％以上である必要があ
る。上述したように、相互拡散現象はＦｅ−Ｐ系合金粉
末中のＰ成分により進行する。このため、Ｐの成分の含
有量が０．３重量％未満の場合には、銅系焼結合金と金
属製裏金との接合界面を十分に濡らすができない。この
ため、相互拡散が確実に進行しないために十分な接合強
度が得られないといった問題が生じる。したがって、銅
系焼結合金の原料粉末におけるＰの含有量は、全体の
０．３重量％以上であることが好ましい。

【００４８】（ｂ）銅系焼結合金の摩擦摺動特性（ｂ−１）合金組成相手部材と摺動する銅系焼結合金の耐摩耗性、耐焼き付
性および相手攻撃性を改善するためには、銅系焼結合金
はマイクロビッカース硬度４００以上の硬さを有する硬
質粒子を体積基準で５容積％以上３０容積％以下含有し
ていることが望ましい。また、銅系焼結合金の素地を構
成する銅合金は、錫、亜鉛およびニッケルからなる群か
ら選ばれる少なくとも１つの金属を含有していることが
望ましく、銅系焼結合金に対するスズの含有量は３重量
％以上２０重量％以下であり、亜鉛の含有量は５重量％
以上４０重量％以下であり、ニッケルの含有量は５重量
％以上４０重量％以下であることがより好ましい。

【００４９】銅系焼結合金に含まれる硬質粒子の硬さが
マイクロビッカース硬度４００未満である場合や、その
含有量が５容積％より少ない場合では、銅系焼結合金の
十分な耐摩耗性を得ることが困難である。一方、硬質粒
子の含有量が３０容積％を超えて添加されても、耐摩耗
性は顕著に向上することはなく、かえって研削性等の機
械加工性が低下するといった問題が生じる。このような
硬質粒子としては、ＦｅＣｒ、ＦｅＭｏ、ＦｅＡｌ、Ｆ
ｅＳｉ、ＦｅＴｉ、ＦｅＷなどの鉄系金属間化合物が有
効である。また、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｃ
ｒ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂などの酸化物系セラミッ
クスやＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄などの窒化物系セラミックス
が有効である。なお、ＳｉＣなどの炭化物系セラミック
ス粒子は著しく硬いために相手材を攻撃したり、機械加
工性が低下するといった問題が生じるために、本発明に
係る摩擦部材の銅系焼結合金ではその使用を避けた。

【００５０】さらに、硬質粒子が摺動時に銅系焼結合金
中から脱落することを抑制するために、たとえば、以下
のような処理を施すことが有効である。すなわち、セラ
ミックス粒子の表面に銅めっき被膜処理を施すととも
に、そのようなセラミックス粒子を含む銅系合金粉末を
焼結することにより、セラミックス粒子表面の銅めっき
層が銅系焼結合金の素地と反応して、セラミックス粒子
を銅系焼結合金中に強固に保持することができる。ま
た、鉄系金属間化合物やセラミックス粒子などの硬質粒
子と銅系焼結合金の素地を形成する銅系粉末とを混合
し、これをボールミルやアトライターなどの高エネルギ
粉砕装置によりメカニカルアロイング処理を施すことに
より、１０μｍ以下の微細に粉砕された硬質粒子が銅系
合金粉末中の素地に分散した硬質粒子分散型複合金属粉
末が得られる。そしてこれを成形および焼結することに
より、硬質粒子を銅系焼結合金の素地中に強固に保持す
ることができる。

【００５１】銅系焼結合金の素地を構成する銅合金に含
有される成分において、錫は高温における相手材との耐
焼き付性を向上させる効果がある。亜鉛とニッケルは銅
合金の耐熱性と耐腐食性を向上させる効果がある。それ
ぞれの元素は上記の範囲内で添加されることが好まし
く、それぞれの範囲の下限値より少ない場合には、上述
した効果が十分に得られない。また、規定範囲の上限値
を超えて添加しても上記の効果は顕著には向上せず、か
えって銅合金素地の硬化や靱性低下といった問題が生じ
る。

【００５２】また、本発明に係る摩擦部材を高速および
高荷重条件のもとで使用する場合には、鳴き、びびり、
振動等の不快現象を抑制する必要がある。このような問
題を解消するためには、銅系焼結合金は、黒鉛、二硫化
モリブデン（ＭｏＳ₂）、二硫化タングステン（Ｗ
Ｓ₂）および窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群から選ばれ
る少なくとも１つの潤滑成分を含有していることが有効
である。これらの潤滑成分の添加量を増やすことにより
上述した不快現象を抑制することが可能である。しかし
ながら、過剰の潤滑成分の添加は、銅系焼結合金におい
て銅系混合粉末同士の結合性（焼結性）を阻害するた
め、得られた銅系焼結合金の強度または耐摩耗性の低下
が発生する。このため、本発明では、これらの潤滑成分
の含有量の上限値を銅系焼結合金に対して１０重量％と
設定した。

【００５３】（ｂ−２）空孔率本発明者は、摩擦部材の使用される環境および条件によ
り、その銅系焼結合金の空孔率を適正な値に管理するこ
とが有効であることを見いだした。

【００５４】すなわち、相手材との摺動界面に液体また
は半固体状の潤滑成分が存在しない場合（乾式条件下）
では、銅系焼結合金中の空孔率は２０容積％以下である
ことが望ましい。また、相手材との摺動界面に液体また
は半固体状の潤滑成分が存在する場合（湿式条件・潤滑
条件）では、銅系焼結合金中の空孔率は２０容積％以上
６０容積％以下であることが望ましい。さらに、銅系焼
結合金には、空孔径５０μｍ以上３００μｍ以下の空孔
が１５容積％以上６０容積％以下形成されていることが
望ましく、３５容積％以上５０容積％以下形成されてい
ることがより望ましい。

【００５５】まず、乾式条件下で使用する際の銅系焼結
合金中の空孔率の設定理由について説明する。銅系焼結
合金が空孔を有することにより、銅系焼結合金の防振効
果（周波数減衰特性）が向上し、鳴き、びびり、振動等
の不快現象の抑制効果が得られる。しかし、空孔が増加
するに従い、銅系焼結合金の素地を構成する銅系粉末同
士の結合性（焼結性）が低下し、銅系焼結合金の耐摩耗
性や機械的特性が低下する。したがって、両者を満足す
るためには、銅系焼結合金の空孔率は２０容積％以下で
あることが望ましい。なお、銅系焼結合金中に空孔が存
在する場合には、フェノール系樹脂またはエポキシ系樹
脂等の樹脂成分を含浸することにより、銅系焼結合金の
防振効果をさらに向上させることができる。その結果、
本発明者は摺動時に発生する振動が減衰および吸収でき
ることを見いだした。その空孔率は、原料粉末の充填
率、見掛け密度、焼結温度または銅系焼結合金を再圧縮
する際の圧力などによって制御および管理することがで
きる。

【００５６】次に、湿式条件・潤滑条件のもとで使用す
る際の銅系焼結合金中の空孔率の設定理由について説明
する。潤滑油中で使用する場合には、相手材との摺動界
面に油膜が形成されるために、摩擦係数μは、通常、
０．０４〜０．０８となる。しかしながら、本発明者
は、銅系焼結合金中に分散する空孔の量および大きさを
適正化することにより、摺動界面における潤滑油を空孔
を介して摺動界面から除去し、油膜の形成を阻止して摩
擦係数を向上できることを見いだした。すなわち、銅系
焼結合金中に適正な量および大きさの空孔を保有および
分散させることにより、摺動界面に存在する潤滑油が銅
系焼結合金中を透過する現象を利用して摺動界面におけ
る油膜の形成を阻止して、摩擦係数の向上とともに摺動
条件（速度・荷重）に対して安定した摩擦係数を発現で
きることを見いだした。しかしながら、銅系焼結合金が
比較的大きな空孔を多数含有すれば、潤滑油の透過性能
は向上するが、逆に、銅系焼結合金の強度および耐摩耗
性が低下したり、また、相手材の表面と実際に接続する
領域（実接触面積）が減少するために、摩擦係数が低下
するといった問題が生じる。そこで、本発明者は、潤滑
油の透過性能、銅系焼結合金の耐摩耗性、強度および摩
擦係数の低下の抑制をすべて満足させるための空孔率の
適正化を行なった。その結果、本発明者は、銅系焼結合
金中の空孔率は２０容積％以上６０容積％以下であるこ
とが望ましいことが判った。また、発明者は、空孔径が
５０μｍ以上３００μｍ以下の空孔の空孔率は１５容積
％以上６０容積％以下であることが望ましく、より望ま
しくは３５容積％以上５０容積％以下であることが判っ
た。空孔率が２０容積％未満の場合、または、空孔径が
５０μｍ以上３００μｍ以下の空孔の空孔率が１５容積
％未満の場合には、潤滑油の透過性が十分ではないため
に、高い摩擦係数が安定して得られない。一方、空孔率
が６０容積％を越える場合、または、空孔径が５０μｍ
以上３００μｍ以下の空孔の空孔率が６０容積％を越え
る場合には、耐摩耗性や銅系焼結合金の強度の低下を招
く。

【００５７】なお、この場合も空孔率は原料粉末の充填
率、見掛け密度、焼結温度または銅系焼結合金を再圧縮
する際の圧力などにより制御および管理することが可能
である。また、空孔径は原料粉末の大きさおよび形状に
より上記の適正範囲内に管理することが可能である。

【００５８】金属製裏金と銅系焼結合金とを備えた多層
構造の摩擦部材の製造方法について本発明に係る多層構
造の摩擦部材の製造方法について図２を用いて説明す
る。図２を参照して、まず、所定の形状および寸法のリ
ング状の裏金用の金属板を準備する。この金属板を挿入
することができる大きさの凹部を１つ以上有する型を準
備する。その型の凹部の底に裏金用金属板を１枚ずつ挿
入する。凹部に挿入した裏金用金属板の上に、所定の組
成を有する銅系焼結合金用の原料混合粉末を給粉および
充填する。なお、裏金用金属板の両面に銅系焼結合金が
接合された３層構造の摩擦部材を得る場合には、型の凹
部に予め原料混合粉末を所定の量だけ給粉した後に、裏
金を挿入し、その裏金の上に再度原料混合粉末を給粉お
よび充填する。ここで、用いる型の凹部の深さと裏金用
金属板の厚さが一定であれば、裏金用金属板を挿入した
状態における型の凹部の深さは一定となるので、その凹
部に充填される原料混合粉末の重量は常に一定となる。
その結果、得られる銅系焼結合金の厚さも一定に管理で
きる効果が得られる。またこのとき、型内に充填する原
料混合粉末の見かけ密度（ＡＤ値）を制御することによ
り、加熱焼結後の銅系焼結合金中の空孔率を２０容積％
以上６０容積％以下の範囲で管理することができる。な
お、見かけ密度を調整する以外に、銅系焼結合金中の空
孔率を制御する手法として、たとえば、原料混合粉末を
型内に充填した状態でプレスなどにより加圧および圧縮
することが有効である。この場合には、１０容積％以上
６０容積％以下の範囲で空孔率を調整することができ
る。さらに、焼結後の再圧縮工程における加圧力を制御
することにより、焼結後に１０容積％以下の空孔率を有
する緻密な銅系焼結合金を作製することができる。

【００５９】次に、型内に裏金用金属板と原料混合粉末
を充填した状態で、型全体を７００℃以上１０５０℃以
下に加熱された焼結炉に搬入して加熱および保持するこ
とにより、銅系合金粉末同士を焼結するとともに、銅系
焼結合金と裏金用金属板とを拡散接合により一体化させ
る。このとき、銅系焼結合金と裏金用金属板との拡散接
合は、前述したＦｅ−Ｐ系合金粉末中のＰ成分によって
促進される。また、銅系焼結合金と金属板との結合強度
をより向上させるためには、銅系焼結合金と接する側の
裏金用金属板の表面に、ニッケル、錫、銅、亜鉛、コバ
ルトおよび銀からなる群から選ばれるいずれかのめっき
層を事前に形成することも有効である。

【００６０】焼結条件に関して詳細に説明する。焼結炉
内は不活性ガスもしくは還元性ガスの雰囲気または真空
に制御することが望ましく、このような雰囲気の中で７
００℃以上１０５０℃以下の温度にて加熱および保持す
ることにより銅系焼結合金が創製されると同時に、その
銅系焼結合金と裏金用金属板との一体化接合も可能とな
る。焼結温度が７００℃未満では、原料混合粉末同士が
十分に焼結および結合しないために必要とする耐摩耗性
を有する銅系焼結合金が得られない。一方、焼結温度が
１０５０℃を超えると、原料混合粉末同士の焼結および
結合が顕著に進行して銅系焼結合金が著しく収縮するた
めに、得られた多層構造の摩擦部材において、反りや変
形などの問題が生じる。また、焼結雰囲気について、上
記以外の、たとえば大気中などで焼結を行なった場合に
は、原料混合粉末において酸化現象が生じて、十分に焼
結および結合が進行しない。このため、必要とする耐摩
耗性を有する銅系焼結合金が得られない。

【００６１】さらに、焼結過程において、原料混合粉末
および裏金用金属板と型との間に金属結合、すなわち、
拡散および焼結現象が生じてはいけない。このような現
象を防止するために、型の材質として、カーボン、ＷＣ
系の超硬合金、ＳｉＣ、Ｓｉ₄Ｎ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｚｒ
Ｏ₂などのセラミックスを用いることが有効である。

【００６２】また、上記の焼結過程の後に、加圧および
圧延等によって銅系焼結合金中の空孔率を１０容積％以
下に調整することが可能である。たとえば、得られた多
層構造の摩擦部材をプレス加圧成型またはロール圧延等
を施すことにより、銅系焼結合金中の空孔率を１０容積
％以下にまで低減することができ、より緻密な銅系焼結
合金を創製することができる。

【００６３】さらに、その加圧および圧延等の処理の後
に、再度、７００℃以上に保持された不活性ガスもしく
は還元性ガスの雰囲気または真空中にて多層構造の摩擦
部材を加熱および保持することにより、銅系焼結合金の
強度および耐摩耗性をさらに向上することができる。こ
の場合、７００℃未満では十分な焼結現象が進行しない
ために銅系焼結合金の強度または耐摩耗性の改善効果が
十分ではない。また、不活性ガス雰囲気もしくは還元性
ガスの雰囲気または真空中以外のもとで焼結を行なった
場合には、銅系焼結合金中の旧粉末粒界において酸化現
象が進行するために、銅系焼結合金の強度および耐摩耗
性の改善効果が十分ではない。

【００６４】

【実施例】実施例１型としてカーボン製の型を準備した。金属製裏金として
リング状の鋼板（めっき層を有さないＳＰＣＣ材／板厚
０．３ｍｍ、外径Ｄ＝８０ｍｍφ、内径ｄ＝７０ｍｍ
φ）を準備した。その鋼板をカーボン製の型内に挿入し
た。そして、下の表１に示された合金組成を有する銅系
焼結合金の原料混合粉末をリング状の鋼板上に給粉およ
び充填した。これを窒素雰囲気中で温度９００℃、時間
１時間の焼結を行なうことにより、リング状の鋼板と銅
系焼結合金とを拡散接合させた２層構造の摩擦部材を作
製した。また、再圧縮および再焼結を行なうことによ
り、銅系焼結合金の空孔率を５容積％以上６容積％以下
に調整した。得られた２層構造の摩擦部材からチップ形
状の試験片を採取し、図３に示すチップオンディスク式
摩擦試験機を用いて、乾式条件のもとで摩擦摺動特性を
評価した。チップ形状の試験片では、相手材と摺動する
側に銅系焼結合金を配置させ、相手のディスク材として
ＳＣＭ４２０浸炭材を使用した。また、摩擦試験の条件
を、加圧力１ＭＰａ、滑り速度３ｍ／ｓ、時間３０分と
した。試験後の摩耗損傷量（銅系焼結合金と相手材）を
表１に示す。なお、表１では、合金組成は体積基準で表
わされた硬質粒子を除き、他は重量基準で表示されてい
る。

【００６５】

【表１】

【００６６】本発明例（Ｎｏ．１〜１０）および比較例
（Ｎｏ．１１〜１５）では、銅系焼結合金が含有する硬
質粒子の硬さは５８０〜８２０ＭＨｖ（マイクロビッカ
ース硬度）であり、本発明の規定する適正範囲を満足し
ている。比較例（Ｎｏ．１７）の銅系焼結合金が含有す
る硬質粒子のみが３３０ＭＨｖであり、適正範囲を下回
る値を有している。

【００６７】表１に示されているように、適正範囲の合
金組成を有する銅系焼結合金と裏金としての鋼板とを拡
散接合させた２層構造の摩擦部材である本発明例（Ｎ
ｏ．１〜１０）では、その摩擦摺動性能を評価したとこ
ろ、安定した摩擦係数を発現し、銅系焼結合金および相
手材の両者において、顕著な摩耗損傷や凝着現象が生じ
ることがなく良好な特性が得られることが確認された。

【００６８】一方、比較例（Ｎｏ．１１〜１６）では、
次のような問題が確認された。比較例（Ｎｏ．１１）で
は、銅系焼結合金中の硬質粒子が３．０容積％であり、
このために、摺動時に凝着摩耗現象が発生した。比較例
（Ｎｏ．１２）では、銅系焼結合金の硬質粒子の含有量
が２．０容積％であり、このために、摺動時に凝着摩耗
現象が生じた。比較例（Ｎｏ．１３）では、銅系焼結合
金が硬質粒子を含有しないために、摺動時に凝着摩耗現
象が生じた。比較例（Ｎｏ．１４）では、銅系焼結合金
の素地が純銅であるために、摺動時に凝着摩耗現象が生
じた。比較例（Ｎｏ．１５）では、銅系焼結合金がＦｅ
−Ｐ系合金粉末を含有しないために、裏金と銅系焼結合
金との接合強度が十分に得られなかった。その結果、チ
ップ摩耗試験片を作製する過程で裏金と銅系焼結合金と
の接合界面で剥離が生じ、試験片を作製することができ
なかった。比較例（Ｎｏ．１６）では、銅系焼結合金が
固体の潤滑成分を含有しないために、本発明例（Ｎｏ．
１〜１０）に比べて耐摩耗性が劣っていることが確認さ
れた。比較例（Ｎｏ．１７）では、銅系焼結合金の硬質
粒子の硬さが３３０ＭＨｖであり、このために、摺動時
に凝着摩耗現象が生じた。

【００６９】実施例２実施例１の表１に示された本発明例（Ｎｏ．３）の組成
と同じ組成を有する銅系焼結合金を、焼結後に再圧縮お
よび再焼結（８００℃×３０分／窒素雰囲気）を施すこ
とにより、表２に示す空孔率を有する銅系焼結合金を作
製した。この銅系焼結合金からチップ形状の試験片を採
取するとともに、相手材であるＳ１０Ｃ鋼材からディス
ク試験片を採取し、これらの摩擦試験片を用いて加圧力
１ＭＰａ、滑り速度２．０ｍ／ｓの条件のもとで大気中
にて３０分のチップオンディスク摩擦試験を行なった。
なお、本発明例（Ｎｏ．６）では、その銅系焼結合金の
空孔中にエポキシ系樹脂を含浸させたものを作製した。

【００７０】試験後の摩耗損傷量（銅系焼結合金および
相手材）、試験過程における摩擦係数の平均値、摩擦係
数の最大値と最小値との差（Δμ）を表２に示す。な
お、Δμとは摩擦係数の安定性を意味しており、この値
が小さいほど安定した摩擦係数を有しているといえる。
また、ここで用いた硬質粒子の硬さは６９５ＭＨｖ（マ
イクロビッカース硬度）であり、本発明が規定する適正
範囲を満足している。

【００７１】

【表２】

【００７２】表２に示されているように、所定の空孔率
を有する銅系焼結合金を備えた本発明例（Ｎｏ．１〜
６）では、相手材との間で凝着摩耗が発生することな
く、安定した高い摩擦係数を有していることが確認され
た。特に、本発明例（Ｎｏ．６）の場合のように、樹脂
を含有することにより摩擦係数の安定性を向上（Δμ値
を低減）できることが確認された。

【００７３】一方、比較例（Ｎｏ．７、８）では次のよ
うな問題が確認された。比較例（Ｎｏ．７）では、空孔
率が２３容積％であり、このために銅系焼結合金に亀裂
が発生し、その結果、摺動面の一部で凝着摩耗が発生し
た。比較例（Ｎｏ．８）では、空孔率が２７容積％であ
り、このために銅系焼結合金に亀裂が発生し、その結
果、摺動面の一部で凝着摩耗が発生した。

【００７４】実施例３型としてセラミックス製の型を準備した。金属製裏金と
してリング状の鋼板（めっき層を有さないＳＰＣＣ材／
板厚０．５ｍｍ、外径Ｄ＝１０５ｍｍφ、内径ｄ＝９０
ｍｍφ）を準備した。そのセラミックス製の型内にリン
グ状の鋼板を挿入した後に、表３に示された合金組成を
有する銅系焼結合金の原料混合粉末を充填した。これを
窒素雰囲気中で温度８５０℃、時間１時間の焼結を施す
とともに、再圧縮および再焼結（７５０℃×１時間／窒
素雰囲気中）を施すことにより、リング状の鋼板と銅系
焼結合金（外径１０５ｍｍφ、内径９０ｍｍφ、厚さ１
ｍｍ）とを拡散接合させた２層構造のリング状の摩擦部
材を作製した。用いたＦｅ−Ｐ系合金粉末（平均粒径３
０〜６５μｍ）の合金組成および原料混合粉末に対する
リンの含有量をそれぞれ重量基準で表３に示した。表３
に示された青銅系複合粉末とは、振動型ボールミルを用
いてメカニカルアロイング処理を施して得られた粉末で
あり、平均粒径７μｍ、最大粒径２２μｍの硬質粒子Ｆ
ｅＭｏ（硬度８６０〜１１２０マイクロビッカース硬
度）が青銅系粉末の素地中に均一に分散した硬質粒子分
散型複合粉末である。なお、ＦｅＭｏの含有量は体積基
準で示されている。以上のようにして得られた銅系焼結
合金の空孔率は５容積％以上７容積％以下であった。そ
して、銅系焼結合金と裏金との接合界面における剪断力
を測定した。その結果を表３に示す。

【００７５】

【表３】

【００７６】所定の組成を有する原料混合粉末を適正な
条件のもとで固化し得た２層構造の摩擦部材である本発
明例（Ｎｏ．１〜５）では、特に所定の組成を有するＦ
ｅ−Ｐ系合金粉末を含有することによって、裏金である
鋼板と銅系焼結合金との接合界面において十分な接合強
度を有していることが確認された。

【００７７】一方、比較例（Ｎｏ．６〜９）では、次の
ような問題が確認された。比較例（Ｎｏ．６）では、銅
系焼結合金の原料混合粉末が含有するリンの量が適正値
よりも少ないために、鋼板と銅系焼結合金との接合界面
において十分な剪断剥離力が得られなかった。比較例
（Ｎｏ．７）では、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末を適正範囲の上
限値１０重量％を超えて添加したが、接合界面における
接合強度は大きく増加せず、高価なＦｅ−Ｐ系合金粉末
を多く添加することによって経済性の問題が生じた。比
較例（Ｎｏ．８）では、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末中のリンの
含有量を適正範囲の上限値３０重量％を超えて添加した
が、接合界面における接合強度は大きく増加せず、リン
を多量に含有する高価なＦｅ−Ｐ系合金粉末を使用する
ことによる経済性の問題が生じた。比較例（Ｎｏ．９）
では、銅系焼結合金の原料混合粉末がＦｅ−Ｐ系合金粉
末を含有しないために、鋼板と銅系焼結合金との接合界
面において十分な剪断剥離力が得られなかった。

【００７８】実施例４実施例１の表１に示された本発明例（Ｎｏ．９）の組成
と同じ組成を有する銅系焼結合金を、焼結後に再圧縮お
よび再焼結（８００℃×１時間／窒素雰囲気）を施すこ
とにより、表４に示すような空孔率および平均空孔径を
有する銅系焼結合金を作製した。このとき、空孔率は再
圧縮時の加圧力により調整した。空孔径は原料混合粉末
中の銅系粉末の粒径（粒度分布）および再圧縮時の加圧
力により調整した。それぞれの銅系焼結合金からチップ
形状の試験片を採取し、ＳＣＭ４１５浸炭鋼材からディ
スク試験片を採取し、チップオンディスク式摩擦試験機
を用いて、加圧力を４５ＭＰａ（一定）として、滑り速
度２．０ｍ／ｓ〜０．２ｍ／ｓの範囲内において高速度
域から低速度域に変化させた場合の潤滑油（ＡＴＦ）中
における摩擦係数μの速度依存性を評価した。また、試
験後の摩耗損傷量（銅系焼結合金および相手材）、各速
度における摩擦係数の推移および摩擦係数の最大値と最
小値との差（Δμ）を評価した。これらの結果を表４に
示す。Δμは摩擦係数の速度依存性を意味しており、そ
の値が小さいほど速度変化に対して安定した摩擦係数を
有しており、湿式多板クラッチとして優れた性能を有し
ているといえる。なお、ここで用いた硬質粒子の硬さは
１０１５ＭＨｖ（マイクロビッカース硬度）であり、本
発明が規定する適正範囲を満足している。

【００７９】

【表４】

【００８０】表４に示されているように、所定の空孔率
および平均空孔径を有する銅系焼結合金を備えた本発明
例（Ｎｏ．１〜８）では、摩耗損傷することなく、また
相手材との凝着摩耗を伴うことなく、潤滑油中において
高い摩擦係数を有していることが判明した。特に、本発
明が規定する適正範囲内において空孔率または空孔径が
大きくなるに従って、摩擦係数μは増加し、一方Δμの
値は減少し、これにより速度依存性が少なく安定した摩
擦係数を発現できることが確認された。

【００８１】一方、比較例（Ｎｏ．９〜１２）では次の
ような問題が確認された。比較例（Ｎｏ．９）では、空
孔率が４容積％であり、このために、摺動界面において
潤滑油を十分に透過することができず、その結果、摩擦
係数の低下およびΔμの値の増加が認められた。比較例
（Ｎｏ．１０）では、空孔率が８容積％であり、このた
めに、摺動界面において潤滑油を十分に透過することが
できず、その結果、摩擦係数の低下およびΔμの値の増
加が認められた。比較例（Ｎｏ．１１）では、空孔径５
０μｍ以上３００μｍ以下の空孔の空孔率が５容積％で
あり、このために、摺動界面において潤滑油を十分に透
過させることができず、その結果、摩擦係数の低下およ
びΔμの値の増加が認められた。比較例（Ｎｏ．１２）
では、空孔径５０μｍ以上３００μｍ以下の空孔の空孔
率が９容積％であり、このために、摺動界面において潤
滑油を十分に透過させることができず、その結果、摩擦
係数の低下およびΔμの値の増加が認められた。

【００８２】実施例５型としてカーボン製の型を準備した。金属製裏金として
リング形状の鋼板（めっき層を有さないＳＰＣＣ材／板
厚０．５ｍｍ、外径Ｄ＝１０５ｍｍφ、内径ｄ＝９０ｍ
ｍφ）を準備した。このリング形状の鋼板カーボン製の
型内に挿入した。その後、表１の本発明例（Ｎｏ．４）
に示された組成と同じ組成を有する銅系焼結合金の原料
混合粉末を充填した。そして、図４に示された各製造工
程に基づいて、鋼板と銅系焼結合金とを拡散接合させた
２層構造の摩擦部材を作製した。銅系焼結合金からチッ
プ形状の試験片を採取するとともに、Ｓ３５Ｃ鋼材から
ディスク形状試験片を採取し、これらの摩擦試験片を用
いて加圧力１ＭＰａ、滑り速度１．５ｍ／ｓの条件のも
とで大気中にて３０分間のチップオンディスク摩擦試験
を行なった。各工程における製造条件および得られた銅
系焼結合金の空孔率、摩擦試験後のチップ側（銅系焼結
合金）の摩耗量（摩耗厚み）の測定結果を表５に示す。

【００８３】

【表５】

【００８４】表５に示されているように、適正な条件下
で作製した本発明例（Ｎｏ．１〜８）では、銅系焼結合
金の摩耗量が小さく、十分な耐摩耗性を有していること
が確認された。また、原料混合粉末を型内に充填した後
に焼結する工程（工程Ａ）によって得られた銅系焼結合
金に比べて、原料混合粉末の充填後に加圧成型する工程
（工程Ｂ）、焼結後に再圧縮する工程（工程Ｃ）、再圧
縮後さらに再焼結する工程（工程Ｄ）、工程Ｂと工程Ｄ
とを組合せた工程Ｅによって得られた銅系焼結合金で
は、空孔率が低減していることが判明した。また、再焼
結により強度がさらに向上したために、銅系焼結合金の
摩耗損傷量がさらに低減することが判明した。

【００８５】一方、比較例（Ｎｏ．９〜１３）では次の
ような問題が確認された。比較例（Ｎｏ．９）では、焼
結温度が６７０℃であり、このために十分に焼結が進行
せず、顕著な摩耗が生じた。また、鋼板と銅系焼結合金
との拡散接合が十分に進行せず、部分的に剥離している
のが確認された。比較例（Ｎｏ．１０）では、焼結温度
が６７０℃であり、このために十分に焼結が進行せず、
たとえ、予め原料混合粉末を加圧成型しても、得られた
銅系焼結合金では顕著な摩耗損傷が生じた。比較例（Ｎ
ｏ．１１）では、焼結温度が６５０℃であり、このため
に十分に焼結が進行せず、たとえ、焼結後に再加圧して
も得られた銅系焼結合金では顕著な摩耗損傷が生じた。
比較例（Ｎｏ．１２）では、銅系焼結合金を再圧縮した
後に再加熱する際に、大気中で行なったために銅系焼結
合金内で酸化現象が進行し、このために銅系焼結合金に
顕著な摩耗損傷が生じた。比較例（Ｎｏ．１３）では、
焼結温度が１１００℃であり、このために液相が流出
し、銅系焼結合金が変形するとともに、２層構造の摩擦
部材に反りが生じた。なお、比較例（Ｎｏ．１４）で
は、窒素雰囲気中、温度６５０℃、時間１時間の条件に
て再焼結を行なったが、焼結温度が適正値よりも低いた
めに銅系焼結合金の強度はさらに向上することはなく、
たとえば、本発明例（Ｎｏ．２）と比較しても、摩耗損
傷量に大きな差異は認められなかった。

【００８６】実施例６型としてカーボン製の型を準備した。金属製裏金として
リング形状の鋼板（めっき層を有さないＳＰＣＣ材／板
厚０．５ｍｍ、外径Ｄ＝１０７ｍｍφ、内径ｄ＝９３ｍ
ｍφ）を準備した。このリング形状の鋼板を型内に挿入
した。その後、表１の本発明例（Ｎｏ．４）に示された
組成と同じ組成を有する原料混合粉末を充填した。その
後、図４に示された製造工程（工程Ｄ）に基づいて、鋼
板と銅系焼結合金とを拡散接合させたリング状の２層構
造の摩擦部材（全厚みｈ＝１．２ｍｍ）を作製した。得
られた摩擦部材の接合界面近傍の走査型電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）による２次電子像写真を図５（ａ）に示す。この
写真に示されているように、厚さ０．５ｍｍのＳＰＣＣ
鋼板上に厚さ約０．７ｍｍの銅系焼結合金が拡散接合し
ている。そして、図５（ｂ）に示された図５（ａ）の接
合界面近傍の拡大写真からもわかるように、その接合界
面では隙間はなく、拡散接合により良好な接合面が形成
されていることがわかる。

【００８７】今回開示された実施例はすべての点の例示
であって制限的なものではないと考えられるべきであ
る。本発明の範囲は上記で説明した範囲ではなく、特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図さ
れる。

【００８８】

【発明の効果】本発明による摩擦部材およびその製造方
法では、相手材と摺動する銅系焼結合金が金属製裏金の
表面に拡散接合されている。これにより、銅系焼結合金
を容易に薄肉化することができ、その結果、摩擦部材の
軽量化および低コスト化を実現することができる。ま
た、リンを含む鉄合金粉末を含有することにより、接合
界面における接合強度が高められる。また、銅系焼結合
金が所定の空孔率を有することにより、高い摩擦係数を
発現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る多層構造の摩擦部材の構
造を示し、（ａ）はその平面構造を示し、（ｂ）は２層
構造の場合の断面構造を示し、（ｃ）は３層構造の場合
の断面構造を示す図である。

【図２】本発明の実施例に係る２層構造の摩擦部材の製
造工程を示す図である。

【図３】本発明の実施例におけるチップオンディスク式
摩擦試験方法を示す図である。

【図４】本発明の実施例に係る摩擦部材の製造方法の５
つの例を示す図である。

【図５】本発明の実施例に係る摩擦部材の接合界面にお
ける断面構造を示し、（ａ）はその接合界面の断面ＳＥ
Ｍ写真であり、（ｂ）はその部分拡大写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 9/06 Ｃ２２Ｃ 9/06 Ｆ１６Ｄ 69/00 Ｆ１６Ｄ 69/00 Ｂ 69/02 69/02 Ｆ 69/04 69/04 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板と、前記金属板の少なくとも一方の表面上に拡散接合された
銅系焼結合金とを備え、前記銅系焼結合金は、リンを含む鉄合金粉末と、硬質粒子と、錫、亜鉛およびニッケルからなる群から選ばれる少なく
とも１つの金属とを含んで形成され、前記金属板と前記銅系焼結合金との接合界面には、リン
を含む金属間化合物が形成された、摩擦部材。
【請求項２】前記鉄合金粉末に対する前記リンの含有
量は５重量％以上３０重量％以下である、請求項１記載
の摩擦部材。
【請求項３】前記銅系焼結合金に対する前記鉄合金粉
末の含有量は１重量％以上１０重量％以下である、請求
項１または２に記載の摩擦部材。
【請求項４】前記硬質粒子はマイクロビッカース硬度
４００以上であり、前記銅系焼結合金に対する前記硬質
粒子の含有量は５容積％以上３０容積％以下である、請
求項１〜３のいずれかに記載の摩擦部材。
【請求項５】前記銅系焼結合金に対する前記錫の含有
量は３重量％以上２０重量％以下であり、前記亜鉛の含
有量は５重量％以上４０重量％以下であり、前記ニッケ
ルの含有量は５重量％以上４０重量％以下である、請求
項１〜４のいずれかに記載の摩擦部材。
【請求項６】前記銅系焼結合金には空孔率２０容積％
以下の空孔が形成されている、請求項１〜５のいずれか
に記載の摩擦部材。
【請求項７】前記銅系焼結合金には空孔率２０容積％
以上６０容積％以下の空孔が形成されている、請求項１
〜５のいずれかに記載の摩擦部材。
【請求項８】前記銅系焼結合金には、５０μｍ以上３
００μｍ以下の空孔径を有する空孔が１５容積％以上６
０容積％以下形成されている、請求項１〜５のいずれか
に記載の摩擦部材。
【請求項９】前記銅系焼結合金には、前記空孔が３５
容積％以上５０容積％以下形成されている、請求項８記
載の摩擦部材。
【請求項１０】前記銅系焼結合金は、黒鉛、二硫化モ
リブデン、二硫化タングステン、および窒化ホウ素から
なる群から選ばれる少なくとも１つの潤滑成分を含み、前記銅系焼結合金に対する前記潤滑成分の含有量は１０
重量％以下である、請求項１〜９のいずれかに記載の摩
擦部材。
【請求項１１】前記硬質粒子は、鉄系金属間化合物、
酸化物系セラミックスおよび窒化物系セラミックスから
なる群から選ばれた少なくとも１つからなる、請求項１
〜１０のいずれかに記載の摩擦部材。
【請求項１２】前記金属板は、鉄、銅、チタンおよび
それらの合金からなる群から選ばれた１つの金属からな
る、請求項１〜１１のいずれかに記載の摩擦部材。
【請求項１３】前記銅系焼結合金と接する前記金属板
の表面には、ニッケル、錫、銅、亜鉛、コバルトおよび
銀からなる群から選ばれるいずれかのめっき層が形成さ
れている、請求項１〜１２のいずれかに記載の摩擦部
材。
【請求項１４】前記金属板は所定の外径と内径とを有
するリング形状であり、前記外径をＤ、前記内径をｄとしたときに、Ｄ≧２０ｍｍおよびｄ≧Ｄ／４を満たす、請求項１〜１３のいずれかに記載の摩擦部
材。
【請求項１５】所定寸法の金属板および前記金属板を
挿入するための凹部が設けられた型を準備する工程と、リンを含有する鉄合金粉末と、硬質粒子と、錫、亜鉛お
よびニッケルからなる群から選ばれる少なくとも１つの
金属を含む銅合金粉末とを準備する工程と、前記鉄合金粉末と前記硬質粒子と前記銅合金粉末とを混
合して銅系混合粉末を準備する工程と、前記金属板を前記型内の凹部に挿入する工程と、前記金属板上の前記型内に、前記銅系混合粉末を充填す
る工程と、前記銅系混合粉末が充填された前記型を焼結することに
より、銅系焼結合金を生成するとともに、前記銅系焼結
合金と前記金属板とを拡散接合する焼結工程とを備えた
摩擦部材の製造方法。
【請求項１６】前記銅系混合粉末は、黒鉛、二硫化モ
リブデン、二硫化タングステン、および窒化ホウ素から
なる群から選ばれる少なくとも１つの潤滑成分を１０重
量％以下含む、請求項１５記載の摩擦部材の製造方法。
【請求項１７】前記金属板を前記型内の凹部に挿入す
る前に、前記銅系混合粉末を前記型内の凹部に充填する
工程を含む、請求項１５または１６に記載の摩擦部材の
製造方法。
【請求項１８】前記鉄合金粉末に対する前記リンの含
有量は５重量％以上３０重量％以下であり、前記銅系混合粉末に対する前記鉄合金粉末の含有量は１
重量％以上１０重量％以下であり、前記硬質粒子はマイクロビッカース硬度４００以上であ
り、前記銅系混合粉末に対する前記硬質粒子の含有量は
５容積％以上３０容積％以下であり、前記銅系混合粉末に対する前記錫の含有量は３重量％以
上２０重量％以下であり、前記亜鉛の含有量は５重量％
以上４０重量％以下であり、前記ニッケルの含有量は５
重量％以上４０重量％以下である、請求項１４〜１７の
いずれかに記載の摩擦部材の製造方法。
【請求項１９】前記銅系混合粉末を充填する工程と前
記焼結工程との間に、前記金属板上に充填された状態に
ある前記銅系混合粉末を加圧する工程を含む、請求項１
５〜１８のいずれかに記載の摩擦部材の製造方法。
【請求項２０】前記焼結工程は、温度７００℃以上１
０５０℃以下のもとで、不活性ガスもしくは還元性ガス
の雰囲気または真空中にて行なわれる、請求項１５〜１
９のいずれかに記載の摩擦部材の製造方法。
【請求項２１】前記焼結工程の後に、前記銅系焼結合
金を加圧する工程を含む、請求項１５〜２０のいずれか
に記載の摩擦部材の製造方法。
【請求項２２】前記銅系焼結合金を加圧する工程の後
に、前記銅系焼結合金を、温度７００℃以上のもとで、
不活性ガスもしくは還元性ガスの雰囲気または真空中に
て再焼結する工程を含む、請求項２１記載の摩擦部材の
製造方法。
【請求項２３】前記金属板の表面に、予めニッケル、
錫、銅、亜鉛、コバルトおよび銀からなる群から選ばれ
るいずれかのめっき層を形成する工程を含む、請求項１
５〜２２のいずれかに記載の摩擦部材の製造方法。