WO2018131287A1 - 焼結金属摩擦材 - Google Patents

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WO2018131287A1
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真 安田
琢也 紀ノ村
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東海カーボン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a sintered metal friction material, and more particularly to a sintered metal friction material used for a clutch, a brake or the like.
  • the engine-side annular clutch plate and the transmission-side annular clutch plate that constitute the clutch contact each other to transmit power between the engine and the transmission.
  • the brake facing that constitutes the brake contacts the mating plate that rotates coaxially with the wheel, thereby braking the wheel.
  • a clutch facing material, a brake lining material, a brake pad material, and the like are formed by providing an annular friction material as a lining on the surface of the clutch plate (clutch facing) and the brake facing.
  • the friction material is roughly classified into an organic friction material in which a filler component is bonded with a binder such as resin and rubber, and a metal friction material sintered with a metal or alloy as a matrix. Since it is superior in wear resistance, heat resistance and the like compared to organic friction materials, it is useful when used under severe conditions.
  • the friction materials have excellent wear resistance and heat resistance, and higher friction.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 4430468
  • a matrix metal composed of iron powder, nickel powder, stainless steel powder, zinc powder, tin powder, and copper powder, and filler.
  • Japanese Patent No. 4430468 Japanese Patent No. 4430468
  • Patent Document 1 a friction material containing 30 to 37% by mass of copper powder as a matrix metal is disclosed.
  • copper contained in wear powder as a brake pad In the US state of California, regulations that limit the copper content in brake pads to less than 5% by mass are scheduled to be introduced in 2021. .
  • the sintered metal friction material has excellent wear resistance and heat resistance even under high output, has a higher friction coefficient, and even when repeatedly used, the friction coefficient and resistance It is necessary to contain a certain amount of copper as a main component in the friction material in order to be able to suppress a decrease in wearability, and when the blending of copper is reduced, the friction coefficient is reduced and the friction material strength is reduced. As well as increased wear.
  • the present invention has excellent wear resistance and heat resistance even under high output, has a higher friction coefficient, and can suppress a decrease in friction coefficient and wear resistance even when repeatedly used. It aims at providing the sintered metal friction material which reduced content of copper powder to less than 5 mass%.
  • the present inventors further examined, instead of the matrix metal containing copper powder as a main component, instead of a specific mixing ratio that suppresses the amount of copper powder containing iron powder and nickel powder as main components. It is found that the above technical problem can be solved by a sintered metal friction material made of a sintered product of a friction material composition including a matrix metal and a friction modifier, and the present invention is completed based on this knowledge. It came.
  • the present invention (1) As a matrix metal, iron powder 20 to 40 mass%, nickel powder 20 to 40 mass%, zinc powder 0.5 to 10 mass%, tin powder 0.5 to 5 mass%, copper powder 0.5 to 4 A sintered metal friction material characterized by comprising a sintered product of a friction material composition including a friction modifier, (2) The sintered metal according to (1), wherein the total content of the matrix metal in the friction material composition is 42 to 95% by mass and the content of the friction modifier is 5 to 58% by mass.
  • Friction material (3) The sintered metal friction material according to (1) or (2), wherein the total content of iron powder and nickel powder in the friction material composition is 40 to 80% by mass, (4) The sintered metal friction material according to any one of (1) to (3), wherein the nickel powder is at least one selected from those prepared by an atomizing method and those prepared by a carbonyl nickel method. , (5) The sintering according to any one of (1) to (4), wherein the sintering aid powder is at least one selected from iron boride powder, phosphorous iron powder, phosphorous copper powder, and phosphor bronze powder.
  • the friction modifier comprises a lubricating material and a hard material
  • the lubricating material is one or more selected from graphite powder, coke powder, calcium fluoride powder, barium fluoride powder, boron nitride powder, and molybdenum disulfide powder.
  • the sintered metal friction material according to any one of the above (1) to (5), wherein the hard material is at least one selected from alumina powder, mullite powder, zircon sand powder, and quartzite powder, Is to provide.
  • a sintered material of a friction material composition including a matrix metal having a specific blending ratio mainly composed of iron powder and nickel powder, and a friction modifier, even under high output.
  • a sintered metal friction material that is excellent in wear resistance and heat resistance, has a higher friction coefficient, is less likely to decrease in friction coefficient and wear resistance, and has a copper content reduced to less than 5% by mass. can do.
  • the sintered metal friction material of the present invention contains, as a matrix metal, iron powder 20 to 40% by mass, nickel powder 20 to 40% by mass, zinc powder 0.5 to 10% by mass, tin powder 0.5 to 5% by mass, It is characterized by comprising a sintered product of a friction material composition containing 0.5 to 4% by mass of copper powder and 0.5 to 5% by mass of sintering aid powder and including a friction modifier.
  • the iron powder that is a matrix metal may include one or more selected from reduced iron powder, cast iron powder, and the like, and reduced iron powder is preferable.
  • the iron powder constituting the matrix metal is reduced iron powder
  • the reduced iron powder has a melting point of about 300 ° C higher than that of cast iron powder, making it easy to produce sintered metal friction materials with excellent friction characteristics at high temperatures. Can be provided.
  • Examples of the reduced iron powder include those obtained by heat-treating iron ore at a temperature of 600 to 1200 ° C. in a hydrogen gas or ammonia gas atmosphere.
  • the iron powder preferably has a particle size range of 10 to 500 ⁇ m, more preferably 20 to 300 ⁇ m, and even more preferably 40 to 150 ⁇ m.
  • the particle size range of the iron powder means a value measured by a sieving method.
  • the content of iron powder in the friction material composition is 20 to 40% by mass, preferably 23 to 37% by mass, and 25 to 35% by mass. Is more preferable.
  • the strength of the friction material is improved, and a desired amount of other components are contained to exhibit suitable fade resistance. be able to.
  • examples of the nickel powder that is a matrix metal include one or more selected from those prepared by the atomizing (spraying) method and those prepared by the carbonyl nickel method.
  • the nickel powder constituting the matrix metal is one or more selected from those prepared by the atomizing (spraying) method and those prepared by the carbonyl nickel method, so that the strength of the friction material can be easily improved and high It is excellent in heat resistance even under output, and can exhibit suitable fade resistance while having a higher friction coefficient.
  • the nickel powder preferably has a particle size range of 1 to 200 ⁇ m, more preferably 3 to 100 ⁇ m, and even more preferably 5 to 20 ⁇ m.
  • the particle size range of the nickel powder means a value measured by a sieving method.
  • the content of nickel powder in the friction material composition is 20 to 40% by mass, preferably 23 to 37% by mass, and 25 to 35% by mass. Is more preferable.
  • the strength of the friction material is improved and other components are added in a desired amount to provide suitable fade resistance. can do.
  • the total content of iron powder and nickel powder in the friction material composition is preferably 40 to 80% by mass, more preferably 46 to 74% by mass, More preferably, it is 50 to 70% by mass.
  • the total content ratio of iron powder and nickel powder is within the above range, the effect of improving the strength of the friction material and the fade resistance due to containing the desired amount of other components. It can be exhibited more easily.
  • the zinc powder that is a matrix metal is not particularly limited, and examples thereof include those prepared by an atomizing (spraying) method.
  • the zinc powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 35 to 65 ⁇ m.
  • the particle size range of the said zinc powder means the value measured by the sieving method.
  • the content of zinc powder in the friction material composition is 0.5 to 10% by mass, preferably 1 to 9% by mass, and 5 to 7% by mass. More preferably.
  • the strength of the friction material is improved to improve the wear resistance, and the adhesion to the counterpart material during friction is suppressed. And a desired coefficient of friction is easily exhibited.
  • the tin powder that is a matrix metal is not particularly limited.
  • the tin powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 20 to 50 ⁇ m.
  • the particle size range of the said tin powder means the value measured by the sieving method.
  • the content of tin powder in the friction material composition is 0.5 to 5% by mass, preferably 1 to 4% by mass, and 1 to 3% by mass. More preferably.
  • the strength of the friction material is improved and the wear resistance is improved, and adhesion to the counterpart material during friction is suppressed. And a desired coefficient of friction is easily exhibited.
  • the sintered metal friction material of the present invention is not particularly limited as a copper powder that is a matrix metal, and examples thereof include electrolytic copper powder.
  • the copper powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 15 to 40 ⁇ m.
  • the particle size range of the copper powder means a value measured by a sieving method.
  • the content of the copper powder in the friction material composition is 0.5 to 4% by mass, preferably 1 to 4% by mass, and 3 to 4% by mass. More preferably.
  • the sintered metal friction material of the present invention while limiting the content of copper powder within the above range, it has excellent wear resistance and heat resistance under high output, exhibits a higher friction coefficient, and is used repeatedly. However, it is possible to suppress a decrease in friction coefficient and wear resistance.
  • the content of the copper powder when the content of the copper powder is within the above range, it is possible to firmly adhere to the copper-plated steel sheet while sufficiently reducing the influence on the environment.
  • the sintering aid powder that is a matrix metal is not particularly limited.
  • iron boride powder, phosphorous iron powder, phosphorous copper powder, phosphor bronze powder, yttrium oxide, oxidation One or more selected from magnesium, aluminum oxide, hafnium oxide, and the like are preferable, and one or more selected from iron boride powder, phosphorous iron powder, phosphorous copper powder, and phosphor bronze powder are more preferable.
  • the iron boride powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 20 to 50 ⁇ m.
  • the phosphorous iron powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 10 to 30 ⁇ m.
  • the phosphor copper powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 10 to 30 ⁇ m.
  • the phosphor bronze powder preferably has a particle size range of 5 to 200 ⁇ m, more preferably 10 to 100 ⁇ m, and even more preferably 10 to 30 ⁇ m.
  • the particle size range of each said sintering aid powder means the value measured by the sieving method.
  • the content of the sintering aid powder in the friction material composition is 0.5 to 5% by mass, preferably 0.5 to 4% by mass, More preferably, the content is 5 to 3% by mass.
  • the sintered metal friction material of the present invention when the content of the sintering aid powder in the friction material composition is within the above range, the sinterability of the iron powder and nickel powder is increased, and the strength of the friction material is increased.
  • the torque waveform at the time of friction can be easily flattened (the occurrence of squeal can be easily suppressed), adhesion to the counterpart material at the time of friction can be easily suppressed, and a desired coefficient of friction can be easily exhibited.
  • the total content of the matrix metal in the friction material composition is preferably 42 to 95% by mass, more preferably 49.5 to 90% by mass, 59 More preferably, it is -84 mass%.
  • the total content of the matrix metal in the friction material composition is within the above range, thereby improving the strength of the friction material and exhibiting suitable fade resistance. it can.
  • the friction modifier is not particularly limited, and examples thereof include one or more selected from a lubricating material and a hard material.
  • lubricating material one or more selected from graphite powder, coke powder, calcium fluoride powder, barium fluoride powder, boron nitride powder, and molybdenum disulfide powder can be cited.
  • the hard material may include one or more selected from alumina powder, mullite powder, zircon sand powder, and quartzite powder.
  • friction modifier examples include one or more selected from manganese powder, iron oxide powder, Fe—Mo alloy powder, Fe—Si alloy powder, Fe—W alloy powder, mica powder, and zeolite powder.
  • the content of the friction modifier in the friction material composition is preferably 5 to 58% by mass, more preferably 10 to 50.5% by mass, More preferably, it is 41 mass%.
  • the content of the friction modifier in the friction material composition is within the above range, it has excellent wear resistance and heat resistance even under high output, and has a higher friction coefficient. In addition, even when repeatedly used, it is possible to suppress a decrease in friction coefficient and wear resistance.
  • the friction material composition includes, as necessary, a matrix metal and a friction modifier, and carbon fibers, silicon carbide fibers, boron fibers, silica / alumina fibers, glass fibers as reinforcing fibers.
  • a matrix metal and a friction modifier carbon fibers, silicon carbide fibers, boron fibers, silica / alumina fibers, glass fibers as reinforcing fibers.
  • carbon fibers silicon carbide fibers, boron fibers, silica / alumina fibers, glass fibers as reinforcing fibers.
  • aramid fibers aramid fibers
  • steel fibers and other inorganic fibers and metal fibers excluding copper and copper alloy systems
  • the sintered metal friction material of the present invention can be produced by using a friction material composition and appropriately forming it by a conventionally known method, followed by sintering treatment.
  • a friction material composition for example, after preparing a friction material composition by mixing each component, it can be manufactured by pressure molding to obtain a molded body and pressure-sintering the molded body.
  • Conventionally known conditions can be adopted for the processing conditions at the time of molding and pressure sintering.
  • the sintered metal friction material of the present invention can be suitably used as a clutch material or a brake material, specifically, a clutch facing material, a brake lining material, a brake pad material, or the like.
  • a sintered material of a friction material composition including a matrix metal having a specific blending ratio mainly composed of iron powder and nickel powder, and a friction modifier, even under high output.
  • a sintered metal friction material that is excellent in wear resistance and heat resistance, has a higher friction coefficient, is less likely to decrease in friction coefficient and wear resistance, and has a copper content reduced to less than 5% by mass. can do.
  • Example 1 Matrix metal iron powder (reduced iron powder manufactured by Höganäs (heat treated in hydrogen gas at 900 ° C.), particle size range 40-150 ⁇ m), nickel powder (obtained by carbonyl nickel method, particle size range) 5-20 ⁇ m), zinc powder (stamp powder, particle size range 35-65 ⁇ m), tin powder (stamp powder, particle size range 20-50 ⁇ m) and copper powder (electrolytic copper powder, particle size range 15-40 ⁇ m)
  • iron phosphate powder particle size range 10-30 ⁇ m
  • iron boride powder particles size range 20-50 ⁇ m
  • sintering aids graphite powder and calcium fluoride powder as lubricating materials
  • Sand powder and quartzite powder were mixed so as to have a mass ratio shown in Table 1 to prepare a friction material composition.
  • the obtained friction material composition is pressure-molded into a predetermined shape, and the obtained molded body is placed on a copper-plated steel plate and sintered at a temperature of 850 ° C. in a reducing atmosphere to achieve the desired sintering.
  • a metal friction material was obtained.
  • Shear strength The shear strength was measured according to JIS D4422 using the obtained sintered metal friction material. The results are shown in Table 2.
  • Example 2 Example 6
  • each sintered metal friction material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio (mass ratio) of each component was changed as shown in Table 1, and each sintered material obtained was obtained.
  • a friction test and a shear strength test were performed in the same manner as in Example 1 using a metal friction material. The results are shown in Table 2.
  • Example 1 each sintered metal friction material was produced in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio (mass ratio) of each component was changed as shown in Table 3, and each sintered material obtained was obtained.
  • a friction test and a shear strength test were performed in the same manner as in Example 1 using a metal friction material. The results are shown in Table 4.
  • the sintered metal friction material obtained in Examples 1 to 6 is formed by sintering a friction material composition having a specific composition, the content of copper powder Is reduced to less than 5% by mass, exhibits excellent strength, has high performance as a friction material such as wear resistance and friction coefficient even under high output, and exhibits a flat torque curve. It can be seen that the coefficient and wear resistance can be suitably maintained, and excellent characteristics can be exhibited when braking a high-speed vehicle at a high deceleration.
  • the sintered metal friction material obtained in Comparative Example 1 has a high copper powder content of 44% by mass, indicating that the object of the present invention cannot be achieved.
  • the sintered metal friction material obtained in Comparative Example 2 does not have a sintering aid, and the sintered metal friction material obtained in Comparative Example 3 has a high iron powder content. Since the strength is low and the flat torque curve is not exhibited, it is understood that the friction coefficient and the wear resistance cannot be suitably maintained.
  • the sintered metal friction material obtained in Comparative Example 4 has a high content of nickel powder, it does not show a flat torque curve and cannot suitably maintain the friction coefficient and wear resistance. I understand.
  • a sintered material of a friction material composition including a matrix metal having a specific blending ratio mainly composed of iron powder and nickel powder, and a friction modifier, even under high output.
  • a sintered metal friction material that is excellent in wear resistance and heat resistance, has a higher friction coefficient, is less likely to decrease in friction coefficient and wear resistance, and has a copper content reduced to less than 5% by mass. can do.

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Abstract

高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、摩擦係数や耐摩耗性が低下し難く、銅の含有量を５質量％未満に低減してなる焼結金属摩擦材を提供する。　マトリックス金属として、鉄粉２０～４０質量％、ニッケル粉２０～４０質量％、亜鉛粉０．５～１０質量％、錫粉０．５～５質量％、銅粉０．５～４質量％、焼結助剤粉０．５～５質量％含むとともに、摩擦調整材を含む摩擦材組成物の焼結物からなることを特徴とする焼結金属摩擦材である。

Description

焼結金属摩擦材
　本発明は、焼結金属摩擦材に関するものであり、特に、クラッチやブレーキ等に用いられる焼結金属摩擦材に関するものである。
　二輪車、自動車、鉄道車両、航空機等や産業機械等においては、クラッチを構成するエンジン側環状クラッチ板と変速機側環状クラッチ板が互いに接触することにより、エンジンと変速機間の動力伝達を行っており、また、ブレーキを構成するブレーキフェーシングが、車輪と一体となって同軸に回転する相手板に接触することにより、車輪の制動を行っている。そして、このようなクラッチ板の表面（クラッチフェーシング）上やブレーキフェーシング上に、ライニングとして環状の摩擦材を設けることにより、クラッチフェーシング材、ブレーキライニング材、ブレーキパッド材等を成している。
　上記摩擦材には、大別して、フィラー成分を樹脂、ゴムなどのバインダーにより結合した有機系摩擦材と、金属や合金をマトリックスとして焼結した金属系摩擦材が存在し、金属系摩擦材は、有機系摩擦材に比べて耐摩耗性、耐熱性等に優れるため、過酷な条件下で使用する場合に有用されている。
　また、近年における車両の高速化や大型化により高出力化が進み、ブレーキを始め各種摩擦材にかかる負荷もより過酷になり、摩擦材には、耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有するとともに、繰り返し使用しても摩擦係数や耐摩耗性が低下し難いものが求められるようになっている。
　このような摩擦材として、出願人は、先に特許文献１（特許第４４３０４６８号公報）において、鉄粉、ニッケル粉、ステンレス鋼粉、亜鉛粉、錫粉および銅粉からなるマトリックス金属と、フィラー成分との焼結体からなる銅系焼結摩擦材を提案している。
特許第４４３０４６８号公報
　特許文献１の実施例には、マトリックス金属として銅粉を３０～３７質量％含む摩擦材が開示されているが、近年においては、環境保護の観点から、ブレーキパッドとして、摩耗粉に含まれる銅成分が少ないものが求められるようになっており、米国カリフォルニア州では、２０２１年よりブレーキパッドに含有される銅成分の含有量を５質量％未満に制限する規制が導入される予定になっている。
　このような背景の下、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、摩擦係数や耐摩耗性が低下し難く、銅の含有量が５質量％未満に低減された摩擦材が望まれるようになっている。
　一方で、本発明者等が検討したところ、焼結金属摩擦材が、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有するとともに、繰り返し使用した場合でも摩擦係数や耐摩耗性の低下を抑制し得るためには、摩擦材中に一定量の銅を主成分として含有する必要があり、銅の配合を低減した場合には、摩擦係数の低下及び摩擦材の強度低下を招くとともに、摩耗の増大を招くことが判明した。
　このような状況下、本発明は、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有するとともに、繰り返し使用した場合でも摩擦係数や耐摩耗性の低下を抑制し得るとともに、銅粉の含有量を５質量％未満に低減した焼結金属摩擦材を提供することを目的とするものである。
　上記知見の下、本発明者等がさらに検討したところ、銅粉を主成分とするマトリックス金属に代えて、鉄粉およびニッケル粉を主成分とし銅粉の配合量を抑制した特定の配合割合からなるマトリックス金属と、摩擦調整材とを含む摩擦材組成物の焼結物からなる焼結金属摩擦材により、上記技術課題を解決し得ることを見出し、本知見に基づいて本発明を完成するに至った。
　すなわち、本発明は、
（１）マトリックス金属として、鉄粉２０～４０質量％、ニッケル粉２０～４０質量％、亜鉛粉０．５～１０質量％、錫粉０．５～５質量％、銅粉０．５～４質量％、焼結助剤粉０．５～５質量％含むとともに、摩擦調整材を含む摩擦材組成物の焼結物からなることを特徴とする焼結金属摩擦材、
（２）前記摩擦材組成物中における、マトリックス金属の合計含有割合が４２～９５質量％であり、摩擦調整材の含有割合が５～５８質量％である上記（１）に記載の焼結金属摩擦材、
（３）前記摩擦材組成物中における、鉄粉およびニッケル粉の合計含有割合が４０～８０質量％である上記（１）または（２）に記載の焼結金属摩擦材、
（４）前記ニッケル粉が、アトマイズ法により調製されたものおよびカルボニルニッケル法により調製されたものから選ばれる一種以上である上記（１）～（３）のいずれかに記載の焼結金属摩擦材、
（５）前記焼結助剤粉が、ホウ化鉄粉、リン鉄粉、リン銅粉およびリン青銅粉から選ばれる一種以上である上記（１）～（４）のいずれかに記載の焼結金属摩擦材、
（６）前記摩擦調整材が潤滑材料および硬質材料からなり、前記潤滑材料が、黒鉛粉、コークス粉、フッ化カルシウム粉、フッ化バリウム粉、窒化ホウ素粉および二硫化モリブデン粉から選ばれる一種以上であり、前記硬質材料がアルミナ粉、ムライト粉、ジルコンサンド粉および珪石粉から選ばれる一種以上である上記（１）～（５）のいずれかに記載の焼結金属摩擦材、
を提供するものである。
　本発明によれば、鉄粉およびニッケル粉を主成分とする特定の配合割合からなるマトリックス金属と、摩擦調整材とを含む摩擦材組成物の焼結物からなることにより、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、摩擦係数や耐摩耗性が低下し難く、銅の含有量を５質量％未満に低減してなる焼結金属摩擦材を提供することができる。
フラットなトルクカーブを説明する図である。 フラットでないトルクカーブを説明する図である。
　本発明の焼結金属摩擦材は、マトリックス金属として、鉄粉２０～４０質量％、ニッケル粉２０～４０質量％、亜鉛粉０．５～１０質量％、錫粉０．５～５質量％、銅粉０．５～４質量％、焼結助剤粉０．５～５質量％含むとともに、摩擦調整材を含む摩擦材組成物の焼結物からなることを特徴とするものである。
　本発明の焼結金属摩擦材において、マトリックス金属である鉄粉としては、還元鉄粉、鋳鉄粉等から選ばれる一種以上を挙げることができ、還元鉄粉が好ましい。
　マトリックス金属を構成する鉄粉が還元鉄粉である場合、還元鉄粉は鋳鉄粉に比較して融点が３００℃程度高いことから、高温下での摩擦特性に優れた焼結金属摩擦材を容易に提供することができる。
　還元鉄粉としては、例えば、鉄鉱石を水素ガスあるいはアンモニアガス雰囲気中で６００～１２００℃の温度で熱処理してなるものを挙げることができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、鉄粉としては、粒径範囲が１０～５００μｍであるものが好ましく、２０～３００μｍであるものがより好ましく、４０～１５０μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記鉄粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における鉄粉の含有量は、２０～４０質量％であり、２３～３７質量％であることが好ましく、２５～３５質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、鉄粉の含有量が上記範囲内にあることにより、摩擦材の強度を向上させるとともに、他の成分を所望量含有させて好適な耐フェード性を発揮することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、マトリックス金属であるニッケル粉としては、アトマイズ（噴霧）法により調製されたものおよびカルボニルニッケル法により調製されたものから選ばれる一種以上を挙げることができる。
　マトリックス金属を構成するニッケル粉がアトマイズ（噴霧）法により調製されたものおよびカルボニルニッケル法により調製されたものから選ばれる一種以上であることにより、摩擦材の強度を容易に向上させ得るとともに、高出力下においても耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、好適な耐フェード性を発揮することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、ニッケル粉としては、粒径範囲が１～２００μｍであるものが好ましく、３～１００μｍであるものがより好ましく、５～２０μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記ニッケル粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中におけるニッケル粉の含有量は、２０～４０質量％であり、２３～３７質量％であることが好ましく、２５～３５質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、ニッケル粉の含有量が上記範囲内にあることによっても、摩擦材の強度を向上させるとともに、他の成分を所望量含有させて好適な耐フェード性を発揮することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における鉄粉およびニッケル粉の合計含有割合は、４０～８０質量％であることが好ましく、４６～７４質量％であることがより好ましく、５０～７０質量％であることがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、鉄粉およびニッケル粉の合計含有割合が上記範囲内にあることにより、摩擦材強度の向上効果と、他の成分を所望量含有することによる耐フェード性をより容易に発揮することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、マトリックス金属である亜鉛粉としては、特に制限されず、例えばアトマイズ（噴霧）法により調製されたものを挙げることができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、亜鉛粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、３５～６５μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記亜鉛粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における亜鉛粉の含有量は、０．５～１０質量％であり、１～９質量％であることが好ましく、５～７質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、亜鉛粉の含有量が上記範囲内にあることにより、摩擦材の強度を向上させて耐摩耗性を向上させ、摩擦時における相手材への凝着を抑制し易くなるとともに、所望の摩擦係数を呈し易くなる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、マトリックス金属である錫粉としても、特に制限されない。
　本発明の焼結金属摩擦材において、錫粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、２０～５０μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記錫粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における錫粉の含有量は、０．５～５質量％であり、１～４質量％であることが好ましく、１～３質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、錫粉の含有量が上記範囲内にあることにより、摩擦材の強度を向上させて耐摩耗性を向上させ、摩擦時における相手材への凝着を抑制し易くなるとともに、所望の摩擦係数を呈し易くなる。
　本発明の焼結金属摩擦材は、マトリックス金属である銅粉としては、特に制限されないが、例えば電解銅粉を挙げることができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、銅粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、１５～４０μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記銅粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における銅粉の含有量は、０．５～４質量％であり、１～４質量％であることが好ましく、３～４質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、銅粉の含有量を上記範囲内に制限しつつも、高出力下において耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を呈するとともに、繰り返し使用した場合でも摩擦係数や耐摩耗性の低下を抑制することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、銅粉の含有量が上記範囲内にあることにより、環境への影響を十分に低減しつつ、銅メッキした鋼板と強固に密着させることができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、マトリックス金属である焼結助剤粉としては、特に制限されず、例えば、ホウ化鉄粉、リン鉄粉、リン銅粉、リン青銅粉、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム等から選ばれる一種以上が好ましく、ホウ化鉄粉、リン鉄粉、リン銅粉およびリン青銅粉から選ばれる一種以上がより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、ホウ化鉄粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、２０～５０μｍであるものがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、リン鉄粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、１０～３０μｍであるものがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、リン銅粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、１０～３０μｍであるものがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、リン青銅粉としては、粒径範囲が５～２００μｍであるものが好ましく、１０～１００μｍであるものがより好ましく、１０～３０μｍであるものがさらに好ましい。
　なお、上記各焼結助剤粉の粒径範囲は、篩分け法により測定される値を意味する。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における焼結助剤粉の含有量は、０．５～５質量％であり、０．５～４質量％であることが好ましく、０．５～３質量％であることがより好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における焼結助剤粉の含有量が上記範囲内にあることにより、鉄粉やニッケル粉の焼結性を高めて摩擦材の強度を向上させ、摩擦時のトルク波形をフラット化し易くなり（鳴きの発生を抑制し易くなり）、摩擦時における相手材への凝着を抑制し易くなるとともに、所望の摩擦係数を呈し易くなる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中のマトリックス金属の合計含有割合は、４２～９５質量％であることが好ましく、４９．５～９０質量％であることがより好ましく、５９～８４質量％であることがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中のマトリックス金属の合計含有割合が上記範囲内にあることにより、摩擦材の強度を向上させるとともに、好適な耐フェード性を発揮することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦調整材としては、特に制限されず、例えば、潤滑材料および硬質材料から選ばれる一種以上を挙げることができる。
　上記潤滑材料としては、黒鉛粉、コークス粉、フッ化カルシウム粉、フッ化バリウム粉、窒化ホウ素粉および二硫化モリブデン粉から選ばれる一種以上を挙げることができる。
　上記硬質材料としては、アルミナ粉、ムライト粉、ジルコンサンド粉および珪石粉から選ばれる一種以上を挙げることができる。
　その他、摩擦調整材としては、マンガン粉、酸化鉄粉、Ｆｅ-Ｍｏ合金粉、Ｆｅ-Ｓｉ合金粉、Ｆｅ-Ｗ合金粉、雲母粉およびゼオライト粉から選ばれる一種以上を挙げることができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における摩擦調整材の含有量は、５～５８質量％であることが好ましく、１０～５０．５質量％であることがより好ましく、１６～４１質量％であることがさらに好ましい。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物中における摩擦調整材の含有量が上記範囲内にあることにより、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有するとともに、繰り返し使用した場合でも摩擦係数や耐摩耗性の低下を抑制することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材において、摩擦材組成物は、必要に応じてマトリックス金属および摩擦調整材とともに、さらに補強繊維として、炭素繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、シリカ・アルミナ繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、スチール繊維およびその他の無機繊維や金属繊維（銅および銅合金系は除く）から選ばれる一種以上を含んでもよい。
　本発明の焼結金属摩擦材は、摩擦材組成物を用い、従来公知の方法で適宜成形した後、焼結処理することにより製造することができる。
例えば、各成分を混合して摩擦材組成物を調製した後、加圧成形して成形体を得、当該成形体を加圧焼結することにより製造することができる。
　上記成形時および加圧焼結処理時における処理条件については、従来公知の条件を採用することができる。
　本発明の焼結金属摩擦材は、クラッチ材やブレーキ材、具体的には、クラッチフェーシング材、ブレーキライニング材、ブレーキパッド材等として好適に使用することができる。
　本発明によれば、鉄粉およびニッケル粉を主成分とする特定の配合割合からなるマトリックス金属と、摩擦調整材とを含む摩擦材組成物の焼結物からなることにより、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、摩擦係数や耐摩耗性が低下し難く、銅の含有量を５質量％未満に低減してなる焼結金属摩擦材を提供することができる。
　次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
（実施例１）
　マトリックス金属として、鉄粉（ヘガネス社製還元鉄粉（水素ガス中で温度９００℃で熱処理したもの）、粒径範囲４０～１５０μｍ）、ニッケル粉（カルボニルニッケル法により得られたもの、粒径範囲５～２０μｍ）、亜鉛粉（スタンプ粉、粒径範囲３５～６５μｍ）、錫粉（スタンプ粉、粒径範囲２０～５０μｍ）および銅粉（電解銅粉、粒径範囲１５～４０μｍ）の各粉末に、焼結助剤としてリン鉄粉（粒径範囲１０～３０μｍ）およびホウ化鉄粉（粒径範囲２０～５０μｍ）、潤滑材料として黒鉛粉およびフッ化カルシウム粉、硬質材料としてムライト粉、ジルコンサンド粉および珪石粉を表１に記載する質量比になるように混合して、摩擦材組成物を調製した。
　得られた摩擦材組成物を所定形状に加圧成形し、得られた成形体を銅メッキした鋼板に載置し、還元雰囲気中で温度８５０℃で焼結することにより、目的とする焼結金属摩擦材を得た。
（摩擦試験）
　得られた焼結金属摩擦材を用い、ステンレス鋼製のディスクを相手材として乾式でダイナモ試験を行った。
　試験条件はＪＡＳＯ Ｔ２０４に準拠した条件とし、十分に摺り合わせた後、イナーシャ１２．５ｋｇ・ｍ２とし、初速度と減速度を変えて摩擦材特性（摩擦係数、摩耗量（ｍｍ）およびトルクカーブ）を測定した。
　トルクカーブは、図１に示すように、一定液圧で制動したときにトルク曲線が時間軸に対し水平になる（フラットになる）場合を「○」、図２の左図または右図に示すように、一定液圧で制動したときにトルク曲線が時間軸に対し水平にならず右下がりまたは右上がりになる（フラットにならない）場合を「×」として評価した。
　結果を表２に示す。
（せん断強度）
　得られた焼結金属摩擦材を用い、ＪＩＳ　Ｄ４４２２に従って、せん断強度を測定した。
　結果を表２に示す。
（実施例２～実施例６）
　実施例１において、各成分の配合割合（質量比）を表１に示すとおり各々変更した以外は、実施例１と同様の方法で各々焼結金属摩擦材を作製し、得られた各焼結金属摩擦材を用い、実施例１と同様にして摩擦試験およびせん断強度試験を行った。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（比較例１～比較例４）
　実施例１において、各成分の配合割合（質量比）を表３に示すとおり各々変更した以外は、実施例１と同様の方法で各々焼結金属摩擦材を作製し、得られた各焼結金属摩擦材を用い、実施例１と同様にして摩擦試験およびせん断強度試験を行った。結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表１および表２より、実施例１～実施例６で得られた焼結金属摩擦材は、特定組成からなる摩擦材組成物を焼結してなるものであることから、銅粉の含有量を５質量％未満に低減してなるとともに、優れた強度を示し、高出力下においても耐摩耗性、摩擦係数等の摩擦材としての性能も高位にあり、フラットなトルクカーブを示すことから摩擦係数や耐摩耗性を好適に維持することができ、高速車両を高い減速度で制動する場合等に優れた特性を発揮し得るものであることが分かる。
　これに対して、比較例１で得られた焼結金属摩擦材は、銅粉の含有割合が４４質量％と高いことから、本発明の目的を達し得ないものであることが分かる。
　また、比較例２で得られた焼結金属摩擦材は焼結助剤を有さず、比較例３で得られた焼結金属摩擦材は鉄粉の含有量が多いことから、何れもせん断強度が低く、フラットなトルクカーブを示さないことから摩擦係数や耐摩耗性を好適に維持し得ないものであることが分かる。
　さらに、比較例４で得られた焼結金属摩擦材は、ニッケル粉の含有量が多いことから、フラットなトルクカーブを示さず摩擦係数や耐摩耗性を好適に維持し得ないものであることが分かる。
　本発明によれば、鉄粉およびニッケル粉を主成分とする特定の配合割合からなるマトリックス金属と、摩擦調整材とを含む摩擦材組成物の焼結物からなることにより、高出力下においても耐摩耗性、耐熱性に優れ、より高い摩擦係数を有しつつ、摩擦係数や耐摩耗性が低下し難く、銅の含有量を５質量％未満に低減してなる焼結金属摩擦材を提供することができる。

Claims (6)

  1. 　マトリックス金属として、鉄粉２０～４０質量％、ニッケル粉２０～４０質量％、亜鉛粉０．５～１０質量％、錫粉０．５～５質量％、銅粉０．５～４質量％、焼結助剤粉０．５～５質量％含むとともに、摩擦調整材を含む摩擦材組成物の焼結物からなることを特徴とする焼結金属摩擦材。
  2. 　前記摩擦材組成物中における、マトリックス金属の合計含有割合が４２～９５質量％であり、摩擦調整材の含有割合が５～５８質量％である請求項１に記載の焼結金属摩擦材。
  3. 　前記摩擦材組成物中における、鉄粉およびニッケル粉の合計含有割合が４０～８０質量％である請求項１に記載の焼結金属摩擦材。
  4. 　前記ニッケル粉が、アトマイズ法により調製されたものおよびカルボニルニッケル法により調製されたものから選ばれる一種以上である請求項１に記載の焼結金属摩擦材。
  5. 　前記焼結助剤粉が、ホウ化鉄粉、リン鉄粉、リン銅粉およびリン青銅粉から選ばれる一種以上である請求項１に記載の焼結金属摩擦材。
  6. 　前記摩擦調整材が潤滑材料および硬質材料からなり、
    　前記潤滑材料が、黒鉛粉、コークス粉、フッ化カルシウム粉、フッ化バリウム粉、窒化ホウ素粉および二硫化モリブデン粉から選ばれる一種以上であり、
    　前記硬質材料がアルミナ粉、ムライト粉、ジルコンサンド粉および珪石粉から選ばれる一種以上である
    請求項１に記載の焼結金属摩擦材。
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