JPS5941380A - キヤスタブルメタルの複合摩擦材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属複合摩擦材料、特に摩擦材料として好適な
、不連続的非金属粒状成分を分散含有している金属の連
続相又は１３．ｉ：　、ｌツ、およびその製造方法に関
するものである。この組成物はダイキャストによってブ
レーキパッド等の摩擦要素を形成するかあるいはクラッ
チ機構の駆動部材上に鋳込んでその中に摩擦要素を形成
させることが出来る。

技術の背景 石綿は苛酷な運転温度や圧力が発生するクラッチやブレ
ーキの組立品中で使用される摩擦要素の主要成分として
永く使用されて来た。然し石綿が人間に対して発癌性が
ある証拠が多く蓄積せられたので、その摩擦に関する性
質および極めて高い温度に対する抵抗性において石綿に
依存しないでも良い代替摩擦材料の開発に努力が集中さ
れて来た。石綿を主材料とする組成物の代替品として開
発された最近の摩擦材料は種々のガラス繊維および不融
性の有機繊維を熱硬化性の有機バインダー中に埋蔵した
ものを使用している。これらの材料はその機械的強度お
よび遠心力による破砕に対する抵抗性（破裂強度）を増
加するために連続的なガラス繊維および／又は不融性有
機繊維を含有している。これらの材料の製造特にクラッ
チフェーシングの製造に使用される材料の製造は例えば
米国特許第４，２４４，９９４号明細書に示されている
ように先ず連続したテープ又はストランド（繊維の集束
物）を造り、テープを巻いて円板状のプリフォームを造
り、次にプリフォームを加熱加圧下で成形、硬化してク
ラッチフェーシングとするのである。適当な石綿を使用
しない摩擦要素はこのような方法で製造されるけれども
、その複雑さと価格的な因子のためにいくらが制約があ
る。更に有機バインダーを使用しているため極めて高温
度に処理されるという極めて苛酷な条件の下ではこれら
の拐料の便用は不可能である。苛酷な環境中、および／
又は不適当な使用のための有機バインダーの熱による劣
化のため摩擦特性に悪影響が及ぼされ屡々、摩耗が増大
することもある。

苛酷な条件下での使用のための摩擦材料として種々の焼
結金属やセラミック組成物が開発されている。一般に、
これらの金属は摩擦強化剤と固体潤滑剤を有する焼結し
た鉛ブロンズ又は鉄粉である。粉末状金属と共に使用さ
れる添加物は通常グラファイト、石英、コラ／ダム、酸
化アルミニウム、シリカ、ムライト等である。焼結組成
物又は複合物は一般に粉末金属を、粉末状又は粒状の非
金属成分と混合し、次に粉末を型中で１０，０００ない
し１００，０００ポンド／平方インチ［７００〜７００
０ｋｇ／（７）２　〕の圧力で加圧して圧縮したウェー
ファーを造って形成される。次にウェーファーを更に長
時間高温加圧下で焼結して金属成分を熔融し非金属成分
を採る。圧縮したウェーファーは焼結する以前は脆くて
、製造中に取扱いを誤ると破壊する。また、一般に焼結
した複合摩擦要素は多孔質であってその機械的強度はや
や小さい。

そのためこれらの本来の欠点を改善するため補足的な強
化手段が必要とされていた。例えば、摩擦要素に、その
圧縮ウェーファーの脆さを改善し、焼結した摩擦要素に
強度を与えるためにこれを焼結する前に通常ろう付けに
よって、鋼を裏張りする。コールタールピッチ等積々の
有機バインダーを、ウェーファー自身の強度を増加して
、その焼結中の破壊を避けるために加えることもある。

また、適当な摩擦性と耐摩耗性を有する第一の摩擦層と
適当な機械的強度を有する裏張りをこれに結合した第二
の層より成る層状の一体化した摩擦要素を二つの粉末の
層から同時に成形して送ることが出来る。

このように焼結法は非常に多くの摩擦材料の用途に対し
て使用される多種類の金属複合物の製造に役立っている
。然し焼結金属摩擦材料はガラス繊維と樹脂とから造っ
たものに比べて重いためと、その製造コストが高いため
とで、その用途が制約され乗用車等大量の用途への使用
に広く採用されるに至っていない。

以上の次第であるのでもつと軽量の金属複合摩擦材料が
もつと簡単に低コストで製造されるならば石綿を含有し
ない摩擦要素の開発が進展するであろう。

本発明は金属母材と、個々の非金属成分とより成る金属
性の複合摩擦材料およびその製造方法である。本発明の
摩擦材料は焼結複合体と異り、連続的な金属母材より成
るものであって、これがこれから得られる摩擦要素の機
械的強度を著しく改善し補足的な強化手段を必要としな
いのである。

本発明の金属複合摩擦材料は種々の金属又は金属合金を
使用することが出来るが、低密度の金属又は合金を使用
すれば公知の焼結複合体よりも著しく重量が小さいもの
を得ることが出来るであろう。

本発明の方法で製造される金属複合摩擦材料は、母材中
に均一に分布している固体粒子を含んでいる金属又は金
属合金から成立っている。

この金属母材は液体の状態においてかく拌を行なわずに
凍結した時に樹枝状の溝端を形成する性質がある種々の
金属又は合金から形成することが出来る。適当な合金と
して代表的なものはアルミニウム合金、亜鉛合金、マグ
ネ／ラム合金、銅合金、鉄合金等である。密度が小さく
てそのために軽量化を行なうことが出来る好ましい合金
はアルミニウムを含有する合金であって、例えばアルミ
ニウムー亜鉛合金、アルミニウムーけい素合金、および
アルミニウムーけい素−亜鉛合金等である。

金属複合体の固体粒子成分は一つ又は一つ以上の物理的
性質を変える目的を以て通常焼結摩擦材料に添加される
固体組成物、特に摩擦的性質、耐摩耗性等の表面特性を
修正する作用をするものである。この固体粒子組成物は
液状の金属母材によって濡らされない表面組成を持って
いる。此処に述べる母材によって濡らされない組成物と
は金属母材が液状である温度又はそれより少し高い温度
において金属又は合金に添加および混合した時に、混合
が終って混合物が静かな液体状体に戻った時に液体中に
測定可能な濃度で均一に保持されないような組成物をい
う。本発明の目的に対して適している代表的な粒子はグ
ラファイト、炭化タングステンのような金属炭化物、砂
、ガラス、セラミック、アルミナのような金属酸化物等
である。

この組成物は更に固体潤滑剤、ニッケルで被覆したグラ
ファイト等の溶融母材金属で濡らされる、表面を被覆さ
れた粒子から成り立っていることがある。

以上の如く本発明の金属複合摩擦材料は金属母材、好ま
しくはアルミニウムを含有する合金と、液状である時の
金属母材によって濡らされない表面組成を有する少なく
とも一種の固体粒子成分とより成り、該固体粒子成分は
金属母材中に均一に分散している。この組成物は金属母
材９９ないし約８５重量％と、これに対応して約１ない
し１５重量係の該固体粒子成分とから成立っている。

最近、母材金属と濡れ性のない粒子成分とを結合する方
法が開発されている。公知のごとく、溶融した金属成分
と溶融した金属で適度に濡らされない一種又は２種以上
の固体粒子成分とより成る組成物は溶酸１！物中で直ち
に分離する。然し、Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｔｒ
ａｕｓａｃｔｉｏｎｓ　５．１８９９−１９０５　（１
９７４）および米国特許第８．９５１，６５１号明細書
に開示されているように、金属成分に対する粒状物の非
濡れ性は部分的に凝固している合金をはげしくか（拌し
たスラリーにこの粒状成分を添加することによって解消
される。

混合物のスラリー的性質のために粒子成分は金属母材中
に均一に分散保持されこの組成物を注型して粒状成分の
均一な分散物を有する金属母材より成る固体の金属複合
物を形成することが出来る。

金属母材複合物を製造する方法は米国特許第８．９５１
，６５１号明細書に開示され詳細に記載されておりその
開示は本明細書中に引用されている。

一般的に述べると本方法は（α）金属合金を加熱して液
状混合物とする段階と、（ｂ＋該液体−固体混合物を烈
しくかく拌して固体を該金属合金から、加熱した金属合
金約１５重量％川内、残部の金属合金が液状である別の
変質した樹枝状結晶に変える段階と、（ｃｌ該合金とは
異るａ４成を有し、溶融金属合金１．でよって濡らされ
ない表面組成を有する固体粒子を該加熱１−だ金属合金
に添加する段階と、（ｃ／ｌ該固体粒子を該加熱した金
属合金中（〆こ均一に分散する段階とより成る。その他
の添加物や濡れ性を有する表面を持つ粒状物を段階（ｃ
ｌの固体粒状物の添加と同時に又はこれに後続する段階
Ｖこおいてかく拌しながら組成物中に添７１１１１〜で
も良い。

次に得られた組成物を適当な型に恒久的注型を行なうか
、又はダイキャスト法で摩擦要素とすることが出来る。

また、組成物を貯蔵用インゴット（・で腕形しても良い
。インゴットはこれを再びカロ熱して液−固状態とし、
分散物の均一性を著しくそこなわないでダイキャストす
ることが出来る。

本発明の実施については後記の実施例について考察する
ことによって更に良く理解することが出来るであろう。

実施例１ 金属母材としてのアルミニウムーけい素−亜鉛合金より
成り、粉末軟質ガラス、粉末アルミナおよびニッケルめ
っきしたグラファイト粉末を含有している組成物を、先
ず加熱したグラファイト坩堝中でアルミニウムーけい素
−亜鉛合金（Ａｅ：Ｓｉ：Ｚｎ＝８１　ニア　：５６）
の溶融塊を造り、固体−液体スラリーが生成するまで手
持式のステンレス鋼の翼を有する混合器でかく拌しなが
ら合金を徐々に冷却し、次に烈しくかく拌を続けながら
３０分間等温条件を保って２．５重量係の粉末状軟質ガ
ラス、１重量チの粉末アルミナおよび２．５重量係のニ
ッケルで被覆したグラファイト粉末（Ｎｉ　：　Ｃ−１
：１）を添加する。この組成物を直径ＩＫ“（３，８ｍ
）の元型の空所を有する炭素製の型に注入し冷却して試
験用のビレットを形成する。ビレットを試験用に１“×
１“ＸＸ”（２，５Ｘ　２．５　Ｘｏ、６８ｃｔｎ）角
に切断した。

実施例２〜４ 一連の８個の追加的なアルミニウム合金母材複合物を実
施例１の方法とほとんど同じ方法で製造し試験片を製作
した。摩擦および摩耗試験はチェース（ｃｈａｓｅ）の
機械で行なった。試験片を取付具に取り付けて、５０ポ
ンド／平方インチ＜８．５に９７．２　）の荷重の下で
約２０分間回転している鉄鋳物製ブレーキドラムに対し
て、試料がブレーキドラムの表面と一致するまで摩耗し
た。この摩耗サイクルの終了後、試験片をに時間で５７
５°Ｆ（３００℃）まで加熱しながら５ポンド／平方イ
ンチ（０，８５ｋｇ　／　ｃｒｎ２）の一定の摩擦力下
で９４０ｒｙｎで回転しているドラムに対してライニン
グを接触させ、５７５°Ｆ（８００°Ｃ）においてに時
間運転し、次に室温まで冷却し再び３０分間運転した。

摩擦力を一定の５ポンド／平方インチ（α３５に９　／
　ｃｍ　”　）に保持するのに要した調節用の荷重を試
験の全期間にわたって記録し、次に９０分の試験の終り
に試験片の摩耗を測定した。

実施例１−４の組成物およびその摩擦特性ならびに摩耗
特性は第１表に示す通りであった。また比較の目的を以
て同じ条件で測定した対照例Ａの性質も併せて示されて
いる。対照例ＡはＩ？ａｙｂｅｓ−ｙｏｓ社製の°”Ｖ
ｅｅｌｏｃｋ　　９６９Ｙ（商品名）″で造った市販の
石綿を充填した有機樹脂製の摩擦材料である。

これらのデータから、合金金属母材と、少なくとも一種
の固体粒状物をその中に均一に分散したものより成り、
金属母材によって濡らされなし・表面組成を有する金属
複合物の摩擦利料は有用な摩擦および摩耗特性を有する
ことが明らかに認めら□　　　　れるであろう。粉末状
ガラス、アルミナおよびニッケルで被覆したグラファイ
トをアルミナ−げ℃）素−亜鉛合金中に分散している実
施例１の組成物は良好な摩擦特性と樹脂を主とする組成
物■よりも良好な摩耗特性を示す。アルミニウムーけ（
・素合金を主体とする組成物、実施例２および８は試験
を７０分で終らねばならぬ程のびびり、摩損、および摩
耗を示したがこれらの組成物は実施例４に示されている
アルミニウムの含有量の多いアル第　　１ １．２５アルミナ ２．５　　アルミナ ５　　アルミナ （２）試験期間中の平向摩擦係数。詳細はテキス０．０
０４７　　　　試験中火花発生 グラファイト、１：１重量比 ・参照。

ミニラム−けい素合金組成物よりも著しく良好な使用性
能を示した。

実施例１〜４の摩擦および摩耗性能の考察から注目され
るようにアルミニウムの含有量が大きいと摩耗が増大し
摩擦係数が使用し得る値である０、２以下にまで低下す
る。このような材料は荷重が小さいような用途には若干
の使用可能性はあるけれどもアルミニウムの含有率が全
組成物に対して約８０’＄Ｊ％以下、好ましくは約７５
重量係以下の組成９＠だけが実用性があるであろう。

以上のごとく本発明は金属母材と金属母材が液状である
場合にこれによって濡らされない表面組成を有し金属母
相中に均一に分散している少なくとも一種の固体粒状成
分とより成る金属複合物および金属捏合物摩擦材料の製
浩方法である。

特許出願人　　ボーク・ワーナー・コーボレーショ／（
外８名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属母材と、液状においてこの金属母材によって濡
   らされない少なくとも一種の固体の粒状成分とより成り
   、該固体の粒状成分が金属母材中に均一に分散されてい
   ることより成る金属複合摩擦材料。 ２、該金属母材が全組成物中の９９ないし８５重媚チで
   あり、該粒状成分が全組成物中の約１ないし約１５重量
   ％である前記特許請求の範囲第１項に記載する金属複合
   摩擦材料。 ３、該金属、母体がアルミニウムーけい素合金、アルミ
   ニウムーけい素−亜鉛合金およびアルミニウムー亜鉛合
   金より成る群から選ばれた合金で形成されている前記特
   許請求の範囲第１項に記載するルミナ、炭化タングステ
   ン、シリカおよびセラミックより成る群から選ばれたも
   のである前記特許請求の範囲第１項に記載する金属複合
   摩擦材料。 ５、該金属母材がアルミニウムーけい素−亜鉛合金で形
   成されている前記特許請求の範囲第１項に記載する金属
   複合摩擦材料。 ６、該金属母材がアルミニウムーけい素合金、アルミニ
   ウムーけい素−亜鉛合金、およびアルミニウムー亜鉛合
   金より選ばれた合金で形成せられ、該全金属複合摩擦材
   料中にアルミニウムを８０重ｔ％以下含むことより成る
   前記特許請求の範囲第１項に記載する金属複合摩擦材料
   。