JPS6330617A

JPS6330617A - 摩擦材料組成物

Info

Publication number: JPS6330617A
Application number: JP17340486A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakazawa; 中沢　士郎
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1986-07-23
Filing date: 1986-07-23
Publication date: 1988-02-09
Also published as: JPH038409B2

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】（産業上の利用分野）本発明は工作機械、建設機械、自動車、二輪車、鉄道お
よび航空機などの各種機械の回転あるいは移ＯＸ動を任
意に制御する手段としての、いわゆるクラッチあるいは
ブレーキ材料として使用する摩擦材に関するものである
。

（従来の技術）従来より使用されてきたクラッチあるいはブレーキ材料
としては、繊維成分、充填材成分（フィラー）を樹脂あ
るいはゴム等のバインダー−ｃ結合させた有機質摩擦材
料と、ｔａ雑成分、充填材成分を金属１合金あるいは金
属化合物等のバインダーで結合させたメタリック摩擦材
料とがある。

メタリック摩擦材料は、Ｃｕ−３ｎ、Ｃｕ−Ｚｎ、ある
いはＣｕ−５ｎ−Ｚｎ焼結合金をバインダーとするもの
が主流であり、有機質摩擦材料にくらべて、高温での摩
擦係数の低下（熱フエード現象）や水分介在による摩擦
係数の低下（水フェード現象）の傾向が小さく、摩耗が
少ないという長所がある。

（発明が解決しようとする問題点）本発明はメタリック摩擦材料の改良であり、従来のメタ
リック材の長所をのばしかつメタリック摩擦材料に要求
される問題点を解決しようとするものである。

すなわちメタリック摩擦材料に要求される特性あるいは
改良点としては ■、　摩擦係数をさらに大きくする事。

２、　材料温度がおよそ５００℃にも達するような高負
荷使用条件においても摩擦係数の低Ｆや変動が少ない事
。

３、　　＃Ｐｌ耗性をさらに良くする事。

４、　摺動中に欠けや相手材への過度な融着を生じない
事。

５、　相手材を摩耗させる等の相手材を攻撃する傾向が
小さい事。

等があり、そのほか異常な騒音（鳴き）やシャダー等を
発しない事、錆びにくい車、あるいは二輪車等に使用し
た場合の使用感のよい事等があり、これらを満足するメ
タリック摩擦材料の開発が要望されていた。

（問題点を解決するための手段）本発明の発明者は種々実験を重ねた結果、マトリックス
を構成する成分の中にマトリックス内の組成でＮｉをｌ
　Ｏ〜７０９に　、　Ｃｕを３０〜８０％含み、Ｎｉと
Ｃｕの合計が６０％以上であるである摩擦材料組成物が
、前記の目的に適合するものであることを発見したので
ある。

Ｎｉは耐熱性１強度等のすぐれた金属であるから、これ
をヘースとする合金として、あるいはＦｅ系合金等に添
加して用いることが広く行なわれ、それらを層動材、摩
擦材等の用途に用いることも考えられていた。しかしＮ
【を本発明のように（”　ｕ、　、！ｌ：組合せてメタ
リック摩擦材料のマトリックスとして用いることにより
、クラッチあるいはブレーキ材料としてすぐれた効果を
発揮することは１本発明をもって最初とするものである
。

本発明摩擦材料Ｍ１＋＆物のマトリックスは、その６０
％以上がＮｉおよびＣｕであることが必須であるが、そ
れ以外は通常のメタリック摩擦材料に添加物または不純
物として存在するような金属系材料を適宜任意に用いて
よく、それで本発明の効果が発揮される。しかし特に好
適な実施態様としては、Ｎｉ　、Ｃｕ以外にＦｅは０．
１〜３５％。

Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ　、Ａｌｌ、Ｃｒ、ＭｏおよびＳｉは
それぞれ０．１〜２０％、　Ｍ　ｎ　、　Ｍ　ｇ　、　
Ｖ　。

Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＷおよびＣｏは
それぞれ０．０５〜１５％、Ｂ、Ｓ、Ｃ。

Ｎ、ＣｅおよびＰはそれぞれ０．０１〜４．５％の範囲
のいずれか１種または２種以上を含む摩擦材料組成物で
ある。

これらは、これを添加することによって、マトリックス
分散強化、析出硬化したり、結晶粒の微細化、醸化抵抗
の改善および調整、焼結の促進。

炭化物、酸化物および窒化物の生成、融点の上昇、硬度
の２ｊＪ整その他に効果があり、これらの効果が種々複
合されて、マトリックスの耐熱性７強度、靭性、潤滑性
および相手板との相性等が改害され、従来のＣｕ合金の
欠点が解消されて、低温から高温度条件まで安定して高
い摩擦係数を有し、ａ！耗、欠は落ち、相手板への移着
、鳴き。

ＷＥＴ性能、錆びおよび使用感等の点に関しても優れた
メタリック系摩擦材料がス１）られるのである。

本発明摩擦材料組成物のマトリックスを形成する金属系
材料は、その一部または全部をＣｕ合金、Ｎｉ合金およ
びステンレス鋼等のＦｅ合金の粉末、ｍｉおよびウィス
カーより選ばれた１！！または２種以上として添加する
ことができる。これは特に、Ａｌのように表面に強固で
高融点の酸化物を形成して焼結が阻害されるような金属
系材料を用いる場合、単独で加えると合金化に際してふ
くれを生じる金属系材料を用いる場合、Ｆｅに代えてス
テンレスのように合金化によって錆びが生じにくくなる
場合１強度および弾力性等に繊維がすぐれている場合、
または摩擦特性から意図的にある種の不均一系を作りた
い堝４等に有効である。このような形の添加は従来の摩
擦材料組成物の製造にもあるが、本発明の場合は成分の
効果との組合せで、さらに大きい効果を発揮する。

本発明摩擦材料組成物におけるマトリックスとフィラー
の割合は、特に限定はないが、マトリックスが組成物全
体の４５〜９０％、フィラーが１０〜５５％であること
が好ましい。

本発明ｙ１４！！！材料組成物のフィラーは、硫酸バリ
ウム、タルク、珪藻上、蛇紋石、コークスあるいはモー
ス硬度３．５〜６．５の金属耐化物（ＭＨＯ，Ｆｅ２０
３．ＴｉＯ２等）等のＰ１擦調整剤、シリカ、ムライト
、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素あるいはジルコン
サンド等の硬質粒子、黒鉛、　Ｍ　ｏ　Ｓ　２　　、　
Ｗ　Ｓ　２　　、　Ｂ　ａ　Ｆ　２　　。

Ｃａ　Ｆ　ｚ　　＋７−７化黒鉛、窒化ホウ素あるいは
雲母等の潤滑成分、パルプ繊維、レーヨンＭＡｍ、カー
ボンｍ雑、シリカ−アルミナ繊維、ウオラストナイト、
チタン醜カリウム繊維、炭化ケイ素ｊａｍ。

炭化ケイ素ウィスカー、ポロン譲維、ロックウールある
いは鉱　綿等の有機・無機・金属のＭ＆誰等から選ばれ
る１種以上から成る。これらはいずれも摩擦材または摩
擦ｖ！Ｊ整および補強材として公知のものであるが、本
発明摩擦材料組成物ののマトリックスは、このような公
知のどのようなフィラーに対してもすぐれたバインダー
として働き、フィラーの摩擦特性を充分に活用できるよ
うにするものである。

（実施例）本発明の実施例について代表的なものを以下１０例述べ
る。実施例１〜９は乾式の実施例であり、実施例１０は
潤滑油中で使用される湿式の実施例である。

この実施例は本発明の効果を確認し適用範囲を確認する
ために行なった実施例の一部であり、特許請求の範囲が
実施例に限定されるものではない。

第１表は、実施例１〜９のマトリ−２クスの組成を、摩
擦材料組成物全体に対する重量％を単位として示したも
ので、従来のＣｕ系マトリックスの例として、比較例１
を示した。マトリックスの組成の合計は、いずれも８０
％である。

以下余白フィラーはマトリックスどうしを比較するために、珪藻
±１％、ジルコンサンド３％、黒鉛８％、ＣａＦ２１％
、Ｔｉ０２３％、ウオラストナイト４％合計２０％に固
定した。同じフィラーを使うことによって後記のように
本発明の効果が明確に現われるが、各実施例のマトリッ
クスによって異なる最適のフィラーを選べば、さらに大
きな効果を発揮させることもｂｆ能である。

Ｐｂ、Ｓｂ等は潤滑剤成分としてフィラーであるとも考
えられるが、焼結助剤等としても効果があるため、本実
施例ではマトリックスの構成成分とした。

比較例、実施例の各成分を材量、混合し、成形、焼結を
行ない製品とした０通常の粉末冶金製造法により、成形
圧力は２　、　Ｏｔｏｎ　／ｃｍ２　、焼結は温度９０
０℃１時間１２０分、圧力２０　ｋｇ／ｃ腸２の条件で
行なった。

Ｆｅ、Ａｆｌ、Ｃｒ、ＴｉおよびＳｔその他を、黄銅系
合金、青銅系合１金、アルミニウム黄銅系合金、マンガ
ン黄銅系合金、υ１力黄銅系合金、リン青銅系合金、ア
ルミニウム青銅系合金、ケイ素青銅系合金、マンガン青
銅系合金、スズ人黄銅系合金、Ｃｕ−Ａ１合金、Ｃｕ−
Ｆｅ−Ｍｎ合金。

Ｎｉ−Ｓｉ合金、Ｎｉ−Ｍｎ合金、Ｎｌ−Ｃｕ系合金、
モネルメタル系合金、洋銀系合金、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、
Ｎｉ−Ｃｒ系合金、ＮＬ−Ａｎ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃ
ｕ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｆｅ系合金
、ハステロイ系合金。

インコネル系合金、Ｃｒ系ステンレス、Ｃｒ−Ｎｉ系ス
テ７レス、　８よびＣｒ、ＡＭ、Ｓｉ。

Ｎ　ｉ　、　Ｍ　ｏ　、　Ｍ　ｎならびにＢから選ばれ
た成分を含むＦｅ系合金など、合金の粉末、繊維あるい
はウィスカーで加えた場合には、単独で加えた場合にく
らべて、焼結は促進され、強瓜が大きくなり、ａ械的性
質はほとんどの場合によくなった。

しかし摩擦特性は必ずしも良くなるとは限らず、したが
った各実施例によって異なる最適の製法によるサンプル
によって、評価を行なった。

サンプルの評価は、相手板にステンレスを用い、ディス
ク有効径２２２φとし、バット形状はライニング外径１
１０Ｒ，巾２８■１面積２０Ｃ１１２のディスクブレー
キタイプで行なった。また慣性体は１　、１６　ｋｇ＊
　ｍ−ｇｅｃ２　、圧カフ　ｋｇ／ｃｍ２とし、初速度
が各々５　、３　ｔｍ／ｓｅａ　、　１０　、５ｍ　１
ｓｅｃ、　１５　、８＋ｓ　／ｓｅｅからの制動を計１
２０回行なった。測定結果のうち摩擦係数を前記各初速
度ごとにル１．＄Ｌ２．Ｊｉ３　として第２表に示し、
全１２０回の彦耗（単位ｌ）も第２表に示した。

面状態は比較例１では「欠は有り、溶若有り」でとり、
実施例１〜９では「欠けなし、溶着なし」であった、鳴
きは比較例、実施例ともすべて「なし」であった、なお
各条件の単位面積当りの吸収エネルギーは、初速度の各
々の条件について２　６　　、　１ｋｇ　−ｍ／ｃｍ２
　　　、　１　０　４　　、　５ｋｇ　−ｍ／ｃｍ２　
　　。

２３７．０ｋｇ・層／Ｃ１２であり、サイクルタイムは
約４０秒であった− 以下余白第２表に示すように、実施例は比較例に対して摩擦係数
のレベルがかなり高く、また摩耗も同レベルから６０９
６程度の結果が得られた。また面状１ムも欠けや溶若な
どの発生が見られなかった。

さらに高温特性について調査するため、バット温度が４
００℃からの制動を行なった。このとき摩擦材料の摺動
面から約０．５ｍｓのバット材内部の温度は約５５０℃
まで上昇した。比較例１は初期摩擦係数０．４２が１０
サイクル後に０．３１に低下したのに対し、実施例５は
初期摩擦係数０．５７がｌＯサイクル後にも０．５８で
あった。またその他の実施例は、この条件では摩擦係数
０．４５〜０．６３であった。

木フェード試験（ＷＥＴ効力試験）において、実施例５
は低面圧（３ｋｇ／ｃ■２）から高面圧（３０ｋｇ／ｃ
ｍ２）まで摩擦係数が０．４以上と高く、この面圧域で
はＷＥＴ摩擦係数とＤＲＹ摩擦係数との比が０．８５〜
１．１０とすぐれるものであり。

他の実施例のＷＥＴ摩擦係数もすべて０．３５以上であ
った・相手板（ディスク）が鋳鉄の場合、アメリカ合衆国の公
的機関Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ　ｏ
ｆ　ＭｏｔｏｒＶｓｈｉｃｌｅ　Ａｄａｍｉｎｉｓｔｒ
ａｔａｓ　（Ａ　Ａ　Ｍ　Ｖ　Ａ　）の指定試験機関で
行なったＶＥＳＣＶ−３規格試験においては、ノーマル
摩擦係数０．７５９ホット摩擦係数０．７０９と非常に
高いものであった。なお従来のＣｕ系材料では、ノーマ
ル摩擦係数およびホット摩擦係数ともに０．３０から高
くても０．５０を少し越えた程度であった。

次に湿式に用いた場合の実施例を、実施例１０として述
べる。

成分および組成は、マトリックスとして、Ｃｕ２５％、
Ｎｉ１５％、Ｓｎ１％、Ａｌ１％、　Ｍ　ｎｏ、５％、
Ｐｏ、０１％、Ｐｂ０．５％、ステンレスｍ！ＩＩ（Ｓ
ＵＳ３１６すなわちＣｒ１０．８８％、Ｎｉ８．２４％
、　Ｍ　ｏ　１　、３０％、５ｉＯ０５５％、　Ｍ　ｎ
　０　、０６％、ｃｏ、ｏａ％以下、残Ｆｅ）７％、フ
ィラーとして黒鉛２５％。

ウオラストナイト２０％、シリカ５％であり、成形、焼
結後、油溝加工を行なってサンプルとした。サンプルの
気孔率は３０％、抗折力強度は３６０　ｋｇ／ｃｍ２Ｔ
あった。

このサンプルの評価の一例をあげると、摩擦板サイズ１
９４φ×１６４φ、１枚２面、吸収エネルギー７　ｋｇ
　”　ｍ１ｃｍ２．慣性モーメント０．１４７ｋｇｍ　
ｍ１ｓｅｃ２．面圧１０　ｋｇ／ｃｍ２　、クラッチ頻
度１５ｓｅｃ／サイクル、潤滑油がＳＡＥ規格のエンジ
ンオイル＃３０．油量８　ｃｃ／ｃ＋＋＋２１ｉｎ　、
供給温度８０℃でテストしたときの、モ均動摩擦係数は
０．１２５静彦擦係数は０．１６５と従来のメタリック
系湿式ｙｉ擦材料に比較して動摩擦係数が１．２倍から
２倍高いものであった。なお摩耗のレベルはほぼ従来品
と同程度であった。

（発明の効果）本発明はすぐれた摩擦材料組成物を提供するものである
から１本発明の工業的価値は大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属、合金および金属化合物の１種または２種以
上（以下金属系材料と総称する）をバインダーすなわち
マトリックスとし、摩擦調整剤、潤滑剤、硬質粒子およ
び補強材等のフィラーを加えて成る摩擦材料組成物にお
いて、マトリックスを構成する成分の中に、マトリック
ス内の重量％（以下すべて重量％とする）でＮｉを１０
〜７０％、Ｃｕを３０〜８０％含み、ＮｉとＣｕの合計
が６０％以上であることを特徴とする摩擦材料組成物。
（２）マトリックスはマトリックス内の組成でＦｅは０
．１〜３５％、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｏお
よびＳｉはそれぞれ０．１〜２０％、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｖ、
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＷおよびＣｏは
それぞれ０．０５〜１５％、Ｂ、Ｓ、Ｃ、Ｎ、Ｃｅおよ
びＰはそれぞれ０．０１〜４．５％の範囲のいずれか１
種または２種以上を含み、Ｎｉ１０〜７０％、Ｃｕ３０
〜８０％およびＮｉとＣｕの合計が６０％以上である特
許請求の範囲第１項の摩擦材料組成物。
（３）マトリックスを形成する金属系材料の一部または
全部が、Ｃｕ合金、Ｎｉ合金およびステンレス鋼等のＦ
ｅ合金の粉末、繊維およびウィスカーより選ばれた１種
または２種以上として添加されてなる特許請求の範囲第
１項の摩擦材料組成物。
（４）摩擦材料組成物全体に占める割合で、マトリック
スが４５〜９０％でありフィラーが１０〜５５％である
特許請求の範囲第１項の摩擦材料組成物。