JPH0861406A

JPH0861406A - 湿式焼結摩擦材及びその製造方法並びに湿式摩擦係合板

Info

Publication number: JPH0861406A
Application number: JP6219544A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kondo; 勝義近藤; Yoshie Kouno; 由重高ノ
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-08-22
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1996-03-08

Abstract

(57)【要約】【目的】湿式摩擦摺動で十分高い摩擦係数を実現で
き、しかも強度や硬度等の機械的特性に優れた湿式摩擦
材を提供し、この湿式摩擦材を用いることにより、金属
基板に固着せずに摩擦材単体で構成した湿式摩擦係合板
を提供する。【構成】３〜２０重量％の錫と、１０〜３０重量％の
鉄系金属間化合物と、残部の銅とからなり、鉄系金属間
化合物が硬質粒子として合金素地中に均一に分散し、且
つ４００ＭＰａ以上の引張強度を有する湿式焼結摩擦材
であり、この湿式焼結摩擦材は単体でドリブンプレート
３のような湿式摩擦係合板全体を構成することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、潤滑油中で高い摩擦係
数を有し且つ機械的特性に優れた湿式焼結摩擦材、及び
その製造方法、並びにこの湿式焼結摩擦材からなる自動
変速機用の湿式焼結摩擦係合板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動変速機用の摩擦係合板は、一
般に鋼材からなる金属基板の表面に摩擦材を張り付けて
構成されている。又、摩擦材としては、多孔質の紙製摩
擦材あるいは炭素焼結摩擦材が主に用いられている。

【０００３】例えば、紙製摩擦材としては、特開平６−
２５６５３号公報に記載されているような、フェノール
樹脂等の熱硬化性樹脂と黒鉛、有機ダスト等の摩擦調整
剤を主成分とし、有機繊維や炭素繊維等を補強材とする
もの等がある。又、炭素焼結摩擦材に関しては、例えば
特開平４−７６０８６号公報に、未炭化炭素質繊維と炭
素質粉末からなる複合体を焼結して得られる炭素繊維強
化炭素焼結体等が提案されている。

【０００４】これらの摩擦材は、共に弾性変形が可能で
あるため、偏った係合力を吸収できるといった特徴を有
する。その反面、これらの摩擦材の潤滑油中での摩擦係
数は一般に０.０５〜０.１と小さいため、クラッチにお
いて十分な伝達トルクを得るには摩擦材の大径化ないし
大面積化が必要となり、現状の小型軽量化の要望には答
えられないという欠点があった。又、紙製摩擦材に関し
ては、耐熱性に欠けることから、高温下での摩擦摺動に
おいて摩耗損傷したり、あるいは特性が劣化することで
摩擦係数が低下するといった問題があった。

【０００５】これらの問題に対して、特公平１−２３４
６２９号公報では、ガラス繊維やゴムバインダからなる
摩擦材の摺動面に２種類の金属からなる疑似合金溶射皮
膜を形成することにより、０.２５を越える高い摩擦係
数を確保できる摩擦材を提案している。しかしながら、
この方法によると、基板上に固着した摩擦材に更に溶射
皮膜処理が必要となるため、経済性の低下並びに工程の
複雑化といった新たな問題が生じ、更には溶射処理のた
め優れた生産性は期待できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の紙
製摩擦材及び炭素焼結摩擦材等は、自動変速機内の湿式
摩擦係合板に適用する場合には、湿式摩擦摺動下におけ
る摩擦係数が０.１以下と小さいためトルクの伝達に十
分ではなく、小型軽量化の要望に適応できなかった。加
えて、強度や硬度等の機械的特性が十分でないために、
鋼材などからなる金属基板の表面に固着して用いる必要
があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、自動
変速機内の湿式摩擦係合板に適用できるように、湿式摩
擦摺動下において十分高い摩擦係数を実現でき、しかも
強度や硬度等の機械的特性に優れた湿式摩擦材を提供す
ること、並びにこの湿式摩擦材を用いることによって、
金属基板に固着することなく、摩擦材単体からなる湿式
摩擦係合板を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する湿式摩擦材は、３〜２０重量％の
錫と、１０〜３０重量％の鉄系金属間化合物と、残部の
銅とからなり、前記鉄系金属間化合物が硬質粒子として
合金素地を構成する旧粉末粒内部に均一に分散し、且つ
４００ＭＰａ以上の引張強度を有する湿式焼結摩擦材で
ある。

【０００９】この本発明の湿式焼結摩擦材は、３〜２０
重量％の錫粉末と残部の鉄粉末又は３〜２０重量％の錫
を含むＣｕ−Ｓｎ合金粉末に、１０〜３０重量％の鉄系
金属間化合物を添加し、機械的に粉砕混合処理すること
により鉄系金属間化合物の硬質粒子をＣｕ−Ｓｎ合金粉
末素地中に均一に分散させ、その後このＣｕ−Ｓｎ合金
粉末を成形し、焼結する方法により製造される。

【００１０】又、本発明が提供する湿式摩擦係合板は、
全体が前記湿式焼結摩擦材、即ち３〜２０重量％の錫
と、１０〜３０重量％の鉄系金属間化合物と、残部の銅
とからなり、前記鉄系金属間化合物が硬質粒子として合
金素地中に均一に分散し、且つ４００ＭＰａ以上の引張
強度を有する湿式焼結摩擦材からなることを特徴とする
ものである。

【００１１】

【作用】本発明の湿式焼結摩擦材は、耐摩耗性及び耐焼
付性に優れたＣｕ−Ｓｎ合金の素地中に、鉄系金属間化
合物の硬質粒子を微細且つ均一に分散させ、しかも分散
した硬質粒子が摺動中に脱落することを抑制することに
よって、潤滑油中での摩擦摺動において摩耗損傷を生ず
ることがなく、且つ１.０以上の高い摩擦係数を安定し
て得ると共に、優れた機械的特性、特に４００ＭＰａ以
上の引張強度を有し、自動変速機用の湿式摩擦材として
十分使用できるものである。

【００１２】本発明の湿式焼結摩擦材は、その材質とし
てＣｕ−Ｓｎ合金を使用する。この合金組成の構成成分
である錫（Ｓｎ）は、Ｃｕと共に合金素地を形成し、合
金の高温強度及び靭性を向上させる作用があり、又高温
での相手材との耐焼付性を向上させる作用がある。しか
し、Ｓｎの含有量が３重量％未満ではこれらの効果が得
られず、２０重量％を越えると硬くて脆い相が析出して
強度や靭性を低下させるので、Ｓｎの含有量は３〜２０
重量％の範囲とする。尚、合金中には不可避的不純物が
含まれる。

【００１３】硬質粒子である鉄系金属間化合物はＣｕ−
Ｓｎ合金素地の旧粉末粒内部に微細且つ均一に分散し、
湿式（潤滑油中）での摩擦摺動条件下において、相手材
との凝着を抑制し、耐焼付性及び耐摩耗性を向上させる
と共に、相手材の素地表面と直接接触して摩擦係数を大
きくする作用がある。鉄系金属間化合物としては、Ｆｅ
Ｍｏ、ＦｅＣｒ、ＦｅＴｉ、ＦｅＷ及びＦｅＢのうちの
少なくとも１種が好ましい。尚、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、
ＺｒＯ₂等の金属酸化物や、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ
等のセラミックスも摩擦係数を向上させる効果がある
が、これらの粒子は鉄系金属間化合物に比べて被削性に
劣るため、経済性の面で問題がある。

【００１４】鉄系金属間化合物の含有量が合計で１０重
量％未満では、後述するように焼結体中の空孔部が油溜
まりとなって油膜を形成するため、摩擦係数が０.０５
〜０.１程度に小さくなる。又、その含有量が３０重量
％を越えると、相手材を激しく摩耗させるほか、金属間
化合物が亀裂発生の起点となるため強度及び靭性が低下
し、自動変速機用の湿式摩擦材として使用に耐えること
ができなくなる。

【００１５】又、この硬質粒子の粒径は、最大粒径が２
０μｍ以下及び平均粒径が１０μｍ以下であることが好
ましい。最大粒径が２０μｍを越えるか又は平均粒径が
１０μｍを越えた場合、相手材を激しく摩耗させる危険
がるほか、大きな金属間化合物の粒子が亀裂発生の起点
となりやすいため強度及び靭性が低下し、自動変速機用
の湿式摩擦材としての使用に耐え得ない場合があるから
である。

【００１６】しかしながら、硬質粒子である鉄系金属間
化合物が摺動時に合金素地から脱落すると、その脱落部
を起点として相手材と移着や凝着を起こして焼付が発生
したり、脱落した硬質粒子が相手材に噛む込むことで相
手材を摩耗又は損傷させる。従って、硬質粒子の脱落を
抑えて安定した摩擦摺動を確保するためには、微細な硬
質粒子をＣｕ−Ｓｎ合金素地中に均一に分散させ、且つ
その脱落を防止する必要がある。

【００１７】そのため本発明においては、原料粉末であ
るＣｕ−Ｓｎ合金粉末中に鉄系金属間化合物を予め分散
させておき、その粉末を成形し焼結することにより、鉄
系金属間化合物の硬質粒子を合金素地中に微細且つ均一
に分散させ、しかもその脱落を防止することが可能とな
ったものである。

【００１８】具体的には、本発明の湿式焼結摩擦材の製
造は、３〜２０重量％のＳｎ粉末と残部のＣｕ粉末又は
３〜２０重量％のＳｎを含むＣｕ−Ｓｎ合金粉末に、１
０〜３０重量％の鉄系金属間化合物を添加し、機械的に
粉砕混合処理することにより鉄系金属間化合物の硬質粒
子をＣｕ−Ｓｎ合金粉末素地中に均一に分散させ、その
後このＣｕ−Ｓｎ合金粉末を成形し、焼結する方法によ
る。

【００１９】即ち、機械的な粉砕混合処理により、素地
粉末を合金化すると同時に、鉄系金属間化合物の硬質粒
子をＣｕ−Ｓｎ合金素地中に均一に分散させ、得られた
粉末を成形して焼結することで素地のＣｕ−Ｓｎ合金と
金属間化合物の界面に反応層を形成させ、硬質粒子を素
地中に強固に固定することができる。特に、この機械的
な粉砕混合処理により、鉄系金属間化合物の硬質粒子を
最大粒径２０μｍ以下及び平均粒径１０μｍ以下の微細
な粒子として、Ｃｕ−Ｓｎ合金素地中に均一に分散させ
ることが好ましい。

【００２０】機械的な粉砕混合処理は、機械的合金化法
（メカニカルアロイング法）、機械的混合法（メカニカ
ルグラインディング法）、又は造粒法のいずれかを用い
ることが好ましい。尚、この機械的な粉砕混合処理は、
従来のボールミル粉砕や混合のような湿式法ではなく、
乾式法で行うことが好ましい。又、過度の凝集や付着を
防ぐために、ＰＣＡ（Process Control Agent）として
ステアリン酸やアルコール等を少量添加することもでき
る。具体的な処理装置としては、アトライターやボール
ミルが適当である。前者は粉砕効率に優れていることか
ら高速処理に適しており、後者は雰囲気制御が容易であ
り、投入エネルギーの設計さえ適切に行えば比較的経済
性に優れている。

【００２１】機械的な粉砕混合処理に代わる他の方法と
して、所定量の銅と錫を溶解した溶湯から噴霧法により
Ｃｕ−Ｓｎアトマイズ合金粉末を製造する方法を用い、
前記溶湯に鉄系金属間化合物を添加しておくことによ
り、金属間化合物の硬質粒子が分散したＣｕ−Ｓｎ合金
粉末が得られる可能性がある。しかし、本発明では金属
間化合物を好ましくは平均粒径１０μｍ以下という微細
な粒子として分散させる必要があるので、溶湯内で均一
に撹拌されずに凝集する可能性があるうえ、噴霧法では
歩留りが悪く経済的に望ましくない。

【００２２】又、通常の粉末冶金法により、Ｃｕ粉末と
Ｓｎ粉末に鉄系金属間化合物の硬質粒子を混合し、混合
粉末を成形及び焼結した場合には、分散する硬質粒子が
合金素地の旧粉末粒界（粉末の三重点）に存在するため
摩擦摺動時に合金素地から脱落しやすく、かえって相手
材を攻撃したり、更には焼付や摩耗が生じるといった問
題がある。

【００２３】本発明の湿式焼結摩擦材は、硬質粒子の分
散したＣｕ−Ｓｎ合金の焼結体からなるので、通常はそ
の内部に空孔が存在する。一般の含油軸受け用Ｃｕ−Ｓ
ｎ系合金では内部に多くの空孔を有するので、例えば２
０ｍ／秒を越えるような高滑り速度領域では潤滑油が内
部から流出し、且つ摺動面の空孔に油溜まりを生じるの
で、相手材との間に厚い油膜が形成される結果、摩擦係
数が０.０１〜０.０２程度にまで低下する。

【００２４】これに対して本発明では、空孔の大きさや
量等を制御することで、自動変速機用の湿式摩擦材とし
て十分な機械的特性、特に４００ＭＰａ以上の引張強度
を有するようにし、且つ潤滑油中で１.０以上の高い摩
擦係数を安定して得ることが可能となった。又、空孔の
分布が不均一であると、摩擦摺動時における相手材との
なじみ性が局所的に低下するため安定した摩擦係数が得
られず、更には相手材との焼付を生じやすいので、湿式
焼結摩擦材中に均一に空孔を分散させることが望まし
い。尚、空孔の大きさや量等は、原料粉末を成形する際
の圧力により制御することが可能である。

【００２５】好ましい態様としては、空孔が湿式焼結摩
擦材中に均一に分散し、空孔の平均径が３０μｍ以下で
且つ空孔の存在量が１０容量％以下とする。空孔の平均
径が３０μｍを越えると空孔が亀裂の起点となるため強
度及び靭性が低下し、あるいは空孔の存在量が１０容量
％を越えても強度及び靭性が低下するからである。逆
に、平均径３０μｍ以下の空孔が１０容量％以下の存在
量で均一に分散している場合には、引張強度が４００Ｍ
Ｐａに到達し、且つ他の機械的特性を低下させることが
ない。

【００２６】又、潤滑油中での摩擦摺動特性の観点から
見ると、空孔は油溜まりとして作用し、摺動面に油膜を
形成して相手材との摺動特性ないしは耐焼付性を改善す
る効果がある。しかし湿式摩擦摺動においては、厚く且
つ強固な油膜を形成させると摩擦係数が０.０５〜０.１
程度にまで低下してしまう。一方、空孔の存在量が１５
容量％以下になると、摺動面に形成される油膜が局所的
に不連続状態になり、若しくは界面潤滑状態になるた
め、相手材との焼付や摩擦係数の変動という問題が生じ
る。

【００２７】これらの問題に対して、空孔の存在量が１
０容量％以下の湿式焼結摩擦材においては、摺動面の少
なくとも１カ所に軸中心から半径方向に摺動面を貫通す
る油溝を放射状に形成することにより、適切な油膜の形
成を助長して、好ましい摺動特性ないし耐焼付性を達成
することができる。油溝の幅及び深さは、湿式焼結摩擦
材の使用条件に応じて適正な形状を選択すれば良いが、
深さに関しては少なくとも０.１ｍｍより小さくなけれ
ば有効である。

【００２８】湿式摩擦摺動条件下においては、滑り速度
が大きくなると摺動面に存在する空孔の楔効果により、
潤滑油が空孔内に取り込まれ、摩擦材と相手材の摺動面
間に潤滑膜が形成される。特に２０ｍ／秒を越えるよう
な高滑り速度で使用する場合には、摩擦係数の低下が生
じる。例えば、滑り速度５ｍｍ／秒の条件で摩擦係数が
０.３である場合、滑り速度が２０ｍ／秒になると摩擦
係数は０.１〜０.２程度まで低下することが知られてい
る。

【００２９】かかる問題に対して、本発明の湿式焼結摩
擦材に固体潤滑剤を含有させることにより、自己潤滑作
用によって摺動面に形成される油膜の影響を低減させ、
滑り速度による摩擦係数の安定性を改善できることが分
かった。しかし、固体潤滑剤の添加量が合計で３重量％
を越えると、湿式焼結摩擦材の強度及び靭性が低下する
ので好ましくない。

【００３０】かかる固体潤滑剤としては、黒鉛、ＭｏＳ
₂、ＣａＦ₂及びＢＮのうちの少なくとも１種を使用する
ことが好ましい。他の潤滑剤として、例えばＰｂが軸受
け用Ｃｕ−Ｓｎ系合金に使用されているが、Ｐｂは合金
素地と化合物を生成せず微粒子としてα相のデンドライ
ト間に存在するため、摺動部材に適用すると摺動時に脱
落する可能性が高く不適当である。

【００３１】以上述べたように、本発明の湿式焼結摩擦
材は、自動変速機用の湿式摩擦材としての使用に適した
機械的特性と摩擦摺動特性の両方を兼ね備えたものであ
る。特に、４００ＭＰａ以上の引張強度を有することに
よって、本発明の湿式焼結摩擦材単体で自動変速機用湿
式摩擦係合板全体を構成することが可能である。尚、こ
の湿式摩擦係合板は、駆動側又は被駆動側回転体と嵌合
させるため、その内周又は外周にスプライン形状の歯形
部を有することが好ましい。

【００３２】

【実施例】実施例１下記表１に示す合金組成となるように、Ｓｎ粉末とＣｕ
粉末又はＣｕ−Ｓｎ合金粉末にＦｅ系金属間化合物を添
加し、機械的合金化法により機械的に粉砕混合処理して
Ｆｅ系金属間化合物の硬質粒子をＣｕ−Ｓｎ合金素地中
に分散させた後、得られたＣｕ−Ｓｎ合金粉末をそのま
ま又は更に固体潤滑剤を添加混合して成形し、窒素雰囲
気中で焼結することにより焼結摩擦材を製造した。各焼
結摩擦材の具体的な製造は次の(ａ)■(ｄ)の工程のいず
れかに従って行った。

【００３３】(ａ)Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末＋硬質粒子→機械
的粉砕混合処理→成形→焼結 (ｂ)Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末＋硬質粒子→機械的粉砕混合処
理→固体潤滑剤の添加→成形→焼結 (ｃ)Ｃｕ粉末＋Ｓｎ粉末＋硬質粒子→機械的粉砕混合処
理→成形→焼結 (ｄ)Ｃｕ粉末＋Ｓｎ粉末＋硬質粒子→機械的粉砕混合処
理→固体潤滑剤の添加→成形→焼結

【００３４】尚、成形条件は面圧４〜６ｔ／ｃｍ²の範
囲で空孔の量と平均径を制御して行い、外径６５ｍｍ×
内径４０ｍｍ×高さ７ｍｍの成形体とした。成形体の焼
結条件は窒素雰囲気中において８００℃で１時間とし、
炉内冷却した後、得られた焼結摩擦材を取り出した。合
金組成のうち、表１に示したＳｎとＦｅ系金属間化合物
の硬質粒子及び固体潤滑剤以外は、残部のＣｕと通常含
有される不可避的不純物である。又、表１に記号で示し
た固体潤滑剤は、Ａが黒鉛、ＢがＭｏＳ₂、ＣがＣａ
Ｆ₂、及びＤがＢＮである。

【００３５】

【表１】試料Ｓｎ硬質粒子 (wt%) 粒径(μm) 固体潤滑剤(wt%) No. 工程 (wt%) FeMo FeCr FeW FeTi FeB 合計最大平均ＡＢＣＤ合計 1 ａ 10 15 0 0 0 0 15 12 5 0 0 0 0 0 2 ａ 10 25 0 0 0 0 25 15 6 0 0 0 0 0 3 ｂ 9 10 10 0 0 0 20 13 5 1 0 0 0 1 4 ｂ 9 10 0 0 0 10 20 14 5 0 1 0 0 1 5 ｃ 4 0 0 0 20 0 20 15 6 0 0 0 0 0 6 ｃ 15 15 0 0 0 0 15 14 5 0 0 0 0 0 7 ｄ 12 15 0 0 0 0 15 11 4 2 0 0 0 2 8 ｄ 9 20 0 0 0 0 20 14 6 3 0 0 0 3 9 ｄ 9 15 0 0 0 0 15 12 5 0 1 0 0 1 10＊ａ 2 20 0 0 0 0 20 17 6 0 0 0 0 0 11＊ａ 35 20 0 0 0 0 20 18 7 0 0 0 0 0 12＊ａ 10 5 0 0 0 0 5 18 8 0 0 0 0 0 13＊ａ 10 20 0 15 0 0 35 16 6 0 0 0 0 0 14＊ａ 10 20 0 0 0 0 20 17 7 0 0 0 0 0 15＊ａ 10 20 0 0 0 0 20 16 7 0 0 0 0 0 16＊ａ 10 20 0 0 0 0 20 14 6 0 0 0 0 0 17＊ｂ 10 20 0 0 0 0 20 15 6 4 0 0 0 4 18＊ａ 10 20 0 0 0 0 20 17 7 0 0 0 0 0 19＊ − 10 20 0 0 0 0 20 35 10 1 0 0 0 1 20＊ − 10 20 0 0 0 0 20 20 17 1 0 0 0 1 （注）表中の＊を付した試料は比較例である（以下同
じ）。又、試料No.19と20の製造は、各粉末の機械的な
粉砕混合処理を施さず、従来の混合処理のみを行った
後、他と同様の条件で成形及び焼結する工程により実施
した。

【００３６】次に、上記の各焼結摩擦材について、空孔
の量と平均径を求めると共に、引張強度（ＵＴＳ）と伸
びを測定し、これらの結果を下記表２に示した。更に、
摩擦摺動特性を測定するため、各焼結摩擦材を外径６０
ｍｍ×内径４５ｍｍ×高さ５ｍｍのリング状の試験片に
加工し、No.18を除いて、摺動面の軸中心から半径方向
に端から端まで貫通した幅２ｍｍで深さ０.２ｍｍのス
リット（油溝）を表２に示す本数だけ形成した。

【００３７】

【表２】試料空孔量空孔径引張強度伸びスリットNo. (vol%) (μm) (MPa) (％) 本数 1 8 7 440 7.5 2 2 6 6 430 7.8 2 3 5 5 457 7.7 2 4 6 6 450 7.5 2 5 3 3 470 7.6 3 6 0 0 475 7.0 4 7 0 0 450 8.1 4 8 5 5 415 7.5 1 9 7 6 435 7.5 2 10＊ 7 8 275 9.9 2 11＊ 8 7 305 2.0 2 12＊ 9 8 420 9.6 2 13＊ 7 6 335 2.2 2 14＊ 20 15 235 1.9 2 15＊ 28 25 205 1.5 2 16＊ 35 37 185 1.0 2 17＊ 8 8 360 2.0 2 18＊ 0 0 445 7.5 0 19＊ 8 7 205 0.8 2 20＊ 7 6 215 1.1 2

【００３８】上記各試験片を用いて図１に示す湿式摩擦
試験方法により摩擦試験を行った。即ち、試験片である
焼結摩擦材１をＳ３５Ｃ材からなる相手材（直径７０ｍ
ｍ×高さ５ｍｍ）２の上に載せ、固定側の焼結摩擦材１
に１２５ｋｇｆの荷重を負荷しながら、油温８０℃の潤
滑油（ＡＴＦ）中で相手材２を回転させ、摩擦時間１時
間の連続摩擦試験を実施した。尚、滑り速度は１０ｍ／
秒一定とした。

【００３９】この連続摩擦試験により、焼結摩擦材１と
相手材２の摺動面における摩擦係数μの平均値及び変動
量（△μ＝最大μ値−最小μ値）、並びに焼結摩擦材１
と相手材２の摩耗量を求め、それぞれ下記表３に示し
た。又、焼結摩擦材１と相手材２の損傷状況を観察し、
その結果を表３に併せて示した。

【００４０】

【表３】試料摩擦係数μ 摩耗量 (mg) No. 平均値 △μ 焼結摩擦材相手材損傷状況 1 0.36 0.09 4 4 異状なし 2 0.40 0.09 5 4 異状なし 3 0.38 0.06 4 3 異状なし 4 0.37 0.06 5 4 異状なし 5 0.37 0.03 3 2 異状なし 6 0.39 0.09 6 5 異状なし 7 0.36 0.02 3 2 異状なし 8 0.33 0.03 3 2 異状なし 9 0.35 0.07 5 4 異状なし 10＊ 0.66 0.44 1×10² 10 摩擦材が摩耗 11＊ 0.62 0.45 12 53 相手材を攻撃 12＊ 0.09 0.04 8 5 異状なし 13＊ 0.65 0.41 20 66 相手材を攻撃 14＊ 0.55 0.36 5×10² 22 摩擦材が摩耗 15＊ 0.56 0.35 8×10² 20 摩擦材が摩耗 16＊ 0.60 0.40 6×10² 15 摩擦材が摩耗 17＊ 0.27 0.07 2×10² 8 摩擦材が摩耗 18＊ 0.68 0.39 42 80 焼付発生 19＊ 0.65 0.40 2×10² 15 相手材を攻撃 20＊ 0.63 0.43 3×10² −3×10² 相手材を攻撃（注）摩耗量の表示のマイナス（−）は付着による増加を表す。

【００４１】上記の結果から、本発明の焼結摩擦材は機
械的特性及び摩擦摺動特性が共に良好であることが分か
る。一方、比較例の焼結摩擦材においては、No.10はＳ
ｎ量が少ないため引張強度が４００ＭＰａに達せず、摩
擦試験では摩耗が生じて摩擦係数が増加している。No.1
1はＳｎ量が多すぎるため合金素地が硬化し、引張強度
も小さく、摩擦試験では相手材を攻撃して摩擦係数が増
加している。No.12は硬質粒子が少ないため０.１を越え
る摩擦係数が得られず、No.13は逆に硬質粒子が多すぎ
るため引張強度が小さく、摩擦試験では相手材を攻撃す
る。

【００４２】No.14は空孔量が多いため引張強度が小さ
く、摩擦試験では摩耗が著しい。No.15とNo.16は空孔量
が多く且つ空孔径が大きいため引張強度が小さく、摩擦
試験ではやはり摩耗が著しい。No.17は固体潤滑剤の添
加量が多すぎるため引張強度が小さくなり、摩擦試験で
は摩耗が生じる。No.18は空孔量がゼロであるにも拘ら
ず摺動面にスリットが形成されていないので、なじみ性
や耐焼付性が低下して相手材と焼付を生じている。No.1
9とNo.20は機械的な粉砕混合処理を行っていないので共
に粗大な硬質粒子が存在し、このため強度及び靭性が低
下し特に引張強度は４００ＭＰａに達せず、更に硬質粒
子が摺動時に脱落して相手材を攻撃し、焼付を生じる。

【００４３】実施例２上記実施例１で製造した本発明例及び比較例の湿式摩擦
材の内の幾つかの試料を用い、図１に示す摩擦試験方法
により滑り速度を変化させた以外は実施例１と同様にし
て摩擦試験を行い、実施例１と同様に摩擦摺動特性を評
価した。その結果を、滑り速度と共に表４に示した。

【００４４】

【表４】実験試料滑り速度摩擦係数μ 摩耗量 (mg) No. No. (ｍ/秒) 平均値 △μ 焼結摩擦材相手材損傷状況 1 1 0.2 0.36 0.08 4 4 異状なし 2 1 2 0.36 0.09 4 5 異状なし 3 1 8 0.37 0.07 5 5 異状なし 4 1 25 0.35 0.07 5 4 異状なし 5 3 15 0.38 0.06 4 4 異状なし 6 3 30 0.34 0.05 4 3 異状なし 7 6 4 0.40 0.09 6 6 異状なし 8 6 15 0.39 0.08 6 5 異状なし 9 7 12 0.35 0.03 4 3 異状なし 10 7 40 0.34 0.02 3 3 異状なし 11＊ 10 5 0.65 0.54 4×10² −5×10² 摩耗・焼付発生 12＊ 11 12 0.66 0.51 40 6×10² 相手材攻撃・焼付発生 13＊ 12 20 0.09 0.04 25 10 異状なし 14＊ 14 6 0.67 0.45 20 3×10² 相手材攻撃 15＊ 16 35 − − − − 摩擦材欠損・試験中止 16＊ 17 20 0.25 0.08 7×10² 15 摩耗 17＊ 19 15 0.62 0.39 5×10² −3×10² 摩耗・焼付発生 18＊ 20 15 0.60 0.40 7×10² −5×10² 摩耗・焼付発生（注）△μは摩擦係数μの変動量（最大μ値−最小μ値）であり、摩耗量の表示のマイナス（−）は付着による増加を表す。

【００４５】上記の結果から分かるように、本発明の焼
結摩擦材は、滑り速度の変動に対して摩擦係数が安定し
ており、摩耗損傷を生じることもなく良好な摩擦摺動特
性を示している。これに対して、比較例の焼結摩擦材に
おいては、実験No.11はＳｎ量が少ないため引張強度が
不足し、摩擦材の摩耗及び焼付が生じている。同No.12
はＳｎ量が多すぎるため合金素地が硬化し、相手材を攻
撃して焼付が発生し、その結果摩擦係数が増加してい
る。同No.13は硬質粒子が少ないため０.１を越える摩擦
係数が得られない。

【００４６】同No.14は空孔量が多いため強度が低下
し、摩擦材が摩耗する。同No.15は空孔量が多く且つ空
孔径が大きいため強度が低下し、摩擦試験中に摩擦材が
破損したため試験を中止した。No.16は固体潤滑剤の添
加量が多すぎるため強度及び靭性が低下し、摩擦材の摩
耗が生じる。No.17とNo.18は機械的な粉砕混合処理を行
っていないので共に粗大な硬質粒子が存在し、このため
強度及び靭性が低下し、更に硬質粒子が摺動時に脱落し
て相手材と焼付を生じる。

【００４７】実施例３前記実施例１の表１及び表２に示した試料No.1〜20の各
湿式焼結摩擦材を用いて、図２に示すように外周にスプ
ライン形状の歯形部４を備えたドリブンプレート３（湿
式摩擦係合板）を作製した。ただし、図２ではドリブン
プレート３の摺動面に軸中心から半径方向に放射状に４
本のスリット５を設けた場合を図示したが、スリット５
の本数は各試料ごとに前記表２の通りとし、その幅は２
ｍｍ及び深さは０.２ｍｍとした。これらのドリブンプ
レート３を、図３に示す湿式多板クラッチに挿入した。

【００４８】即ち、ドリブンプレート３の外周を被駆動
側回転体７の内周にスプライン嵌合し、被駆動側回転体
７と同心的に配置された駆動側回転体８の外周には相手
材であるＳ３５Ｃ鋼材からなる環状のドライブプレート
６の内周をスプライン嵌合させることで、４枚のドリブ
ンプレート３の間に３枚のドライブプレート６を挿入さ
せた。これらの軸方向端部には、ドリブンプレート３と
ドライブプレート６を軸方向に移動させて係合させるこ
とで、駆動側回転体８から被駆動側回転体７へのトルク
伝達を可能な状態とするための押圧手段９が設けてあ
る。

【００４９】この押圧手段９の押圧力を制御することで
ドリブンプレート３とドライブプレート６を滑り状態
（半クラッチ状態）にして、トルクの伝達率を制御する
ことができる。尚、その際に発生する摩擦熱を冷却する
ために、駆動側回転体８と被駆動側回転体７の間に冷却
油が満たされている。

【００５０】この実施例では、約２秒間の半クラッチ状
態での係合を１サイクルとし、これを１０万サイクル実
施した場合におけるトルク伝達状況と、ドリブンプレー
ト３及びドライブプレート６の摺動状況、並びにドリブ
ンプレート３のスプライン形状の歯形部４の損傷状況を
評価した。

【００５１】その結果、本発明の焼結摩擦材であるNo.1
〜10においては、ドライブプレート６とドリブンプレー
ト３の間の摩擦係数に換算して０.３〜０.４という高い
摩擦係数が得られ、十分なトルク伝達が可能であり、起
動時及び停止時の振動、びびり、異常音等の問題も発生
しなかった。又、ドリブンプレート３である焼結摩擦材
は相手材のＳ３５Ｃ鋼材製ドライブプレート６と焼付や
凝着を生じることがなく、更には被駆動側回転体７と接
触する歯形部４の摩耗損傷も認められず、自動変速機用
の湿式摩擦材として適用可能であることが確認できた。

【００５２】一方、比較例の試料に関しては、以下のよ
うな問題が生じたため、自動変速機用湿式摩擦材として
使用に耐え得る材料でないことが判明した。即ち、No.1
0では摩擦材であるドリブンプレート３が摩耗損傷を生
じ、最終的にドライブプレート６の摺動面に付着した。
No.11はドライブプレート６を攻撃し、著しいトルクの
変動を生じた。No.12は摩擦係数が小さく、十分なトル
クの伝達ができなかった。No.13はドライブプレート６
を攻撃し、著しいトルクの変動を生じた。

【００５３】No.14〜No16は摩擦材の強度が低いため、
ドリブンプレート３の歯形部４が摩耗損傷すると共に、
著しいトルクの変動を生じた。No.17はドリブンプレー
ト３が摩耗損傷し、最終的にドライブプレート６の摺動
面に付着した。No.18は摺動面に油膜が形成されないた
め、ドライブプレート６と焼付を生じた。No.19とNo.20
は摺動時に硬質粒子が脱落し、これがドライブプレート
６の摺動面を攻撃するため、著しいトルクの変動を生
じ、最終的には焼付が発生した。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、湿式摩擦摺動下におけ
る摺動特性及び強度や硬度等の機械的特性に優れた湿式
焼結摩擦材を提供することができ、この湿式焼結摩擦材
を用いることによって、湿式摩擦摺動環境下において滑
り速度、加圧力、潤滑油の粘性等の摺動条件の影響を受
けることなく、相手材として通常用いられる鋼材との間
に０.１を越える高い摩擦係数を安定して保持でき、し
かも相手材を攻撃することがなく、更に相手材と焼付を
生じることもない。

【００５５】従って、本発明の湿式焼結摩擦材は自動変
速機用の湿式摩擦材として好適であり、更には優れた機
械的特性を有するので従来の湿式摩擦材のように金属基
板に固着する必要がなく、本発明の湿式焼結摩擦材単体
で湿式摩擦係合板として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた湿式摩擦試験方法を示す概略の
一部切欠側面図である。

【図２】本発明の湿式摩擦係合板の１具体例であるドリ
ブンプレートを示す概略の平面図である。

【図３】実施例で用いた自動変速機用湿式多板クラッチ
を示す概略の側面図である。

【符号の説明】

１焼結摩擦材２相手材３ドリブンプレート４歯形部５スリット６ドライブプレート７被駆動側回転体８駆動側回転体９押圧手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３〜２０重量％の錫と、１０〜３０重量
％の鉄系金属間化合物と、残部の銅とからなり、前記鉄
系金属間化合物が硬質粒子として合金素地を構成する旧
粉末粒内部に均一に分散しており、４００ＭＰａ以上の
引張強度を有することを特徴とする湿式焼結摩擦材。
【請求項２】鉄系金属間化合物からなる硬質粒子は、
最大粒径が２０μｍ以下及び平均粒径が１０μｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１に記載の湿式焼結摩擦
材。
【請求項３】鉄系金属間化合物が、ＦｅＭｏ、ＦｅＣ
ｒ、ＦｅＴｉ、ＦｅＷ及びＦｅＢのうちの少なくとも１
種であることを特徴とする、請求項２に記載の湿式焼結
摩擦材。
【請求項４】均一に分散した平均径３０μｍ以下の空
孔が１０容量％以下存在し、且つ摺動面の少なくとも１
カ所に軸中心から半径方向に摺動面を貫通する油溝を備
えたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載
の湿式焼結摩擦材。
【請求項５】３重量％以下の固体潤滑剤を更に含有す
ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の
湿式焼結摩擦材。
【請求項６】固体潤滑剤が、黒鉛、ＭｏＳ₂、ＣａＦ₂
及びＢＮのうちの少なくとも１種であることを特徴とす
る、請求項１〜５のいずれかに記載の湿式焼結摩擦材。
【請求項７】３〜２０重量％の錫粉末と残部の銅粉末
又は３〜２０重量％の錫を含む銅−錫合金粉末に、１０
〜３０重量％の鉄系金属間化合物を添加し、機械的に粉
砕混合処理することにより鉄系金属間化合物の硬質粒子
をＣｕ−Ｓｎ合金粉末素地中に均一に分散させ、その後
このＣｕ−Ｓｎ合金粉末を成形し、焼結することを特徴
とする湿式焼結摩擦材の製造方法。
【請求項８】機械的合金化法、機械的混合法、又は造
粒法のいずれかにより、鉄系金属間化合物の硬質粒子を
最大粒径２０μｍ以下及び平均粒径１０μｍ以下とし
て、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末素地中に均一に分散させること
を特徴とする、請求項７に記載の湿式焼結摩擦材の製造
方法。
【請求項９】全体が請求項１〜６のいずれかに記載の
湿式焼結摩擦材からなることを特徴とする自動変速機用
湿式摩擦係合板。