JPH0925477A

JPH0925477A - 焼結摩擦材料

Info

Publication number: JPH0925477A
Application number: JP7350483A
Authority: JP
Inventors: Akito Jibiki; 明人地曳
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の焼結摩擦材料が有している、高負荷条
件における振動の大きさ、制動中における鳴きの発生し
やすさ、耐フェ−ド性，耐摩耗性，摩擦係数の劣化性、
相手材料の摩耗量の促進性という課題を解決する。【解決手段】金属および／または合金でなるマトリッ
クスと、残りが摩擦調整材，固体潤滑材，セラミック
ス，金属間化合物，補強材の中の少なくとも１種のフィ
ラ−とからなる摩擦材料において、該フィラ−は、層方
向の厚さ（ｔ）に対する長さ方向の長さ（ｈ）の比が１
０以上（ｈ／ｔ≧１０）でなる層状物質を含有し、かつ
該層状物質が摩擦材料全体に対して１０〜６０体積％含
有していることを特徴とする焼結摩擦材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属および／また
は合金でなるマトリックスと層状物質を含む各種の無機
物質でなるフィラ−とからなる焼結摩擦材料に関し、具
体的には、工作機械，建設機械，自動車，二輪車，自転
車（電動自転車を含む），鉄道および航空機に代表され
る各種機械の回転または移動運動を任意に制御する手段
としての、いわゆるクラッチもしくはブレ−キ材料とし
て使用される焼結摩擦材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からクラッチまたはブレ−キ材料と
して用いられてきた摩擦材料は、フィラ−を樹脂または
ゴムなどの有機物質のマトリックスで結合させた有機質
摩擦材料と、フィラ−を金属，合金または金属間化合物
のマトリックスで結合させた焼結摩擦材料とに大別され
る。

【０００３】これらの従来の摩擦材料の内、焼結摩擦材
料は、フィラ−をＣｕ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｚｎ，またはＣｕ
−Ｓｎ−Ｚｎのマトリックスで結合させたものが主流で
あり、有機質摩擦材料に比べて、高温での摩擦係数の低
下（熱フェ−ド現象）および水分介在による摩擦係数の
低下（水フェ−ド現象）の傾向が小さく、摩耗が少ない
という長所がある。

【０００４】しかしながら、この従来の焼結摩擦材料
は、高負荷条件における摩擦特性に優れるものの、振動
が大きく、制動中に鳴きを発生しやすく、かつ耐フェ−
ド性，耐摩耗性，摩擦係数に満足できず、相手材料の摩
耗量を高める傾向にあることから、マトリックスの組成
成分を検討し、提案している代表的なものとして、特開
平４−１５２８５号公報があり、その他有機系摩擦材料
として、特開平３−１８１６２８号公報および特開平４
−１１４０８４号公報がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】摩擦材料に関する先行
技術のうち、特開平３−１８１６２８号公報および特開
平４−１１４０８４号公報には、マイカ，タルク，バ−
ミキュライト，水酸化アルミニウム，水酸化鉄，モンモ
リロナイトの板状結晶構造を有する無機物を添加した有
機系摩擦材料について開示されており、特開平４−１５
２８５号公報には、マイカを添加した焼結摩擦材料につ
いて開示されている。

【０００６】これらの摩擦材料の内、前者の有機系摩擦
材料は、高負荷条件で使用された場合には、マトリック
スである樹脂の熱分解が生じ、フェ−ド現象，摩擦係数
の低下および耐摩耗性の劣化が生じるという問題があ
り、後者の焼結摩擦材料は、板状結晶構造のマイカを調
整しておらず，かつ混合時に粉砕されるために微細にな
り、振動および鳴きが大きいという問題がある。

【０００７】本発明は、上述の問題点を解決したもの
で、具体的には、焼結摩擦材料中に層方向の厚さ（ｔ）
に対する長さ方向の長さ（ｈ）の比が１０以上（ｈ／ｔ
≧１０）の層状物質を含有させることにより、低負荷条
件から高負荷条件まで優れた摩擦特性を発揮し、かつ振
動減衰性および鳴きの低減を高めることができた焼結摩
擦材料の提供を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、焼結摩擦材
料の改良として、摩擦係数をさらに大きくすること、
材料温度が約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下や変動が少ないこと、耐
摩耗性をより高めること、摩擦作動時の鳴きをより小
さくすること、という要件について長年に亘り検討し、
この内、特に摩擦振動について着目し、焼結摩擦材料中
に所定以上の表面積でなる表面積の大きい層状物質を所
定量含有させることにより、振動減衰性および鳴きの低
減を高めることができ、かつ摩擦材料として安定な摩擦
特性（特に高温での摩擦特性）を保持できるという知見
を得て、本発明を完成させるに至ったものである。

【０００９】すなわち、本発明の焼結摩擦材料は、金属
および／または合金でなるマトリックスと、残りが摩擦
調整材，固体潤滑材，セラミックス，金属間化合物，補
強材の中の少なくとも１種のフィラ−とからなる摩擦材
料であって、該フィラ−は、層方向の厚さ（ｔ）に対す
る長さ方向の長さ（ｈ）の比が１０以上（ｈ／ｔ≧１
０）でなる層状物質を含有し、かつ該層状物質が摩擦材
料全体に対して１０〜６０体積％含有していることを特
徴とするものである。

【００１０】

【発明の実施の態様】本発明の摩擦材料におけるマトリ
ックスは、具体的には、例えばＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｗ，Ｍｏ，Ｚｎ，
Ａｌ，Ａｇおよびこれらの相互合金の中の１種以上から
なり、特にＣｕを必須成分とて含有するマトリックスで
なる場合にはその効果が高いことから好ましく、さらに
Ｃｕ元素と，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏの中の１種以上の鉄族元
素とを含有していることが好ましい。このマトリックス
中にＣｕ元素と鉄族元素とを含有している場合には、Ｃ
ｕ元素と鉄族元素との比が５：９５〜９５：５でなるこ
とが好ましく、特に好ましくはＣｕ元素と鉄族元素との
比が２０：８０〜８０：２０でなるものである。

【００１１】本発明の摩擦材料を構成しているフィラ−
は、層方向の厚さ（ｔ）に対する長さ方向の長さ（ｈ）
の比が１０以上（ｈ／ｔ≧１０）でなる層状物質を必須
成分として含有しているものである。この層状物質につ
いて、さらに詳細に説明すると個々の物質が板面と板厚
とを有する板状体物質でなり、摩擦材料の中に存在して
いるときには、摩擦材料の断面で観察される形状が棒状
または針状でなるものである。別の表現をすると、ウイ
スカ−の長さと直径との関係を表示するのに用いられて
いるアスペクト比に相当し、１０以上のアスペクト比で
なるものである。この層状物質のアスペクト比が１０未
満になると、その含有量にも関係するが、振動減衰能の
低下が顕著となり、制動時に鳴きが大きくなる。特に、
層状物質の層方向の厚さが３０μｍ〜２ｍｍでなること
が好ましい。

【００１２】この層状物質は、摩擦材料全体に対して１
０〜６０体積％含有しており、その含有量が１０体積％
未満になると、内部摩擦の効果が小さく、振動減衰能の
低下が顕著になり、逆に６０体積％を越えて多くなる
と、焼結性の低下および強度低下が顕著となる。特に、
層状物質の含有量は、摩擦材料全体に対して１５〜５０
体積％でなることが好ましい。

【００１３】この層状物質の材質は、本発明の摩擦材料
を成形および焼成するときに形状が損なわれない材質な
らば特に制限を受けるものはなく、具体的には、例えば
黒鉛，金属硫化物，窒化硼素，マイカ，バーミキュライ
ト，タルク，カオリン，各種の鉱質物質を挙げることが
できる。この層状物質の材質は、黒鉛を第１層状物質と
し、その他金属硫化物，窒化硼素，マイカ，バーミキュ
ライト，タルク，カオリンの１種以上を第２層状物質と
したときに、第１層状物質：第２層状物質の比が９５：
５〜５０〜５０でなる場合には、特に振動減衰比を高め
ること、および鳴きの発生率を低下させる効果が高いこ
とから好ましい。

【００１４】この層状物質の他にフィラ−を構成する成
分としては、具体的には、例えば硫酸バリウム，タル
ク，珪藻土，蛇紋石，コ−クス，ＭｇＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｔ
ｉＯ₂に代表される摩擦調整材、ＳｉＯ₂，ＡｌＮ，Ａｌ
₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄，ＳｉＣ，Ｂ₄Ｃ，ムライト，周期律表
の４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，酸化物，
珪化物およびこれらの相互固溶体に代表されるセラミッ
クス、ＮｉＳｉ₂，ＴｉＳｉ₂，ＴｉＡｌ₃，ＮｉＡｌ₃，
ＣｕＡｌ₂，Ｎｉ₃Ａｌ，Ｃｏ₃Ａｌ，Ｚｒ₃Ａｌ，Ｆｅ₃
Ａｌ，ＦｅＡｌ₃に代表される金属間化合物、黒鉛，Ｍ
ｏＳ₂，ＷＳ₂，ＢａＦ₂，ＣａＦ₂，ｈＢＮ，ＰｂＯ，フ
ッ化黒鉛，に代表される固体潤滑材、パルプ繊維，レ−
ヨン繊維，カ−ボン繊維，シリカ−アルミナ繊維，チタ
ン酸カリウム繊維，炭化珪素繊維，ボロン繊維，に例示
される各種の繊維または各種のウイスカ−に代表される
補強材の中から選ばれた少なくとも１種からなるもので
ある。これらのうち、フィラーとしては、層状物質と、
例えばＭｇＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，シリカ，アルミ
ナ，ジルコン，ムライトの１種以上の金属酸化物を少な
くとも含有していることが好ましい。

【００１５】摩擦材料中におけるこれらのマトリックス
とフィラ−との割合は、特に制限はないが、マトリック
スが摩擦材料全体の２０〜９０重量％、残りフィラ−か
らなることが好ましいことであり、特に摩擦材料の特性
上からマトリックスの含有量が摩擦材料全体に対して２
５〜６０体積％含有していることが好ましいことであ
る。

【００１６】

【作用】本発明の焼結摩擦材料は、分散された層状物質
が主として振動減衰能を高める作用および鳴きを低下す
る作用をし、必要に応じて添加される層状物質以外のフ
ィラ−が摩擦係数の調整，耐摩耗性の向上作用に寄与
し、その中でも摩擦調整材と固体潤滑材の材質および含
有量が摩擦係数の調整作用に寄与し、セラミックスが耐
摩耗性を高める作用に寄与し、補強材が強度を高める作
用に寄与しており、主としてマトリックスが強度を高め
る作用に寄与し、その中でもＣｕ，Ｎｉ，Ｆｅの中の１
種以上をベ−スにする場合には強度および緻密化を高め
る作用に寄与し、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｓｎおよびこれら
の相互合金の中の少なくとも１種が焼結性を高める作用
に寄与しており、これら全体でもって摩擦材料としての
主な特性である摩擦係数，耐摩耗性を高める作用，鳴き
を防止する作用となっているものである。

【００１７】

【実施例】市販されている各種の出発物質［層状物質と
して、ｈ／ｔが１５以上のマイカ，１０以上のバ−ミキ
ュライト（表中、Ｖ−Ｑ−Ｒと略す），２０以上の鱗片
状黒鉛（表中、Ｃ２と略す），１０以上のＭｏＳ₂を含
めて、その他の粒状黒鉛（表中、Ｃ１と略す），ｈ／ｔ
が８以下の鱗片状黒鉛（表中、Ｃ３と略す），カシュ−
ダスト（表中、Ｋ−Ｄと略す），銅繊維（表中、Ｃｕ−
Ｆと略す），アラミド繊維（表中、ＡＲ−Ｆと略す），
フェノ−ル樹脂（表中、ＰＨ−Ｒと略す）］を用いて、
表１および表２の配合組成にそれぞれ秤量し、混合して
得た混合物を２ｔｏｎ／ｃｍ²の圧力で成形した後、成
形物をＣｕメッキした鋼板上に載置し、１０ｋｇ／ｃｍ
²の荷重をかけてＨ₂雰囲気中、８５０℃で６０分間焼成
して本発明品１〜１７および比較品１〜１０を得た。こ
うして得た本発明品１〜１７および比較品１〜１０に
おける摩擦材料全体に対するマトリックス含有量、Ｃ
ｕ，Ｎｉ，Ｆｅの合計含有量、ｈ／ｔが１０以上の層状
物質の含有量を求めて表３に示した。

【００１８】次に、本発明品１〜１７および比較品１〜
１０をパッド材として、慣性モ−メント：６．７５ｋｇ
・ｍ・ｓｅｃ²、パッド面積：５２ｃｍ²、相手板：ＦＣ
２５でもって、速度：１００ｋｍ／ｈ、制動減速度：
０．３Ｇ、制動回数：２００回とも一定にし、制動前温
度：１００℃，２００℃，３００℃，４００℃と変化す
る条件で慣性式摩擦試験を行い、その時の摩耗量および
摩擦係数を求めて、その結果を表４に示した。また、本
発明品１〜１７および比較品１〜１０を、ＦＦＴアナラ
イザ−を用いインパルスレスポンスにより振動減衰比を
求め、その結果を表４に併記した。さらに、本発明品１
〜１７および比較品１〜１０を、慣性モ−メント：６．
７５ｋｇ・ｍ・ｓｅｃ²、パッド面積：５２ｃｍ²、相手
板：ＦＣ２５、速度：５０ｋｍ／ｈ、制動減速度：０．
３Ｇ、制動回数：１００回、制動前温度：１００℃，の
条件で慣性式摩擦試験を行い、そのときの鳴き音を騒音
計で測定し、ある一定以上の音量になったところで鳴き
が発生したと判断し鳴き発生率を求め、その結果を表４
に併記した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】

【発明の効果】本発明の摩擦材料は、従来の有機系摩擦
材料に比べて、低負荷から高負荷に至るまで摩擦係数お
よび耐摩耗性が顕著に優れており、摩擦時の相手材料を
摩耗損傷させることも少なく、かつ温度に対しても安定
した強度を有しており、耐酸化性，耐熱性に優れている
という効果があり、また、従来の焼結摩擦材料に比べ
て、各種の摩擦材料特性がバランスよく優れており、特
に振動減衰比が顕著に高く、制動時の鳴きの発生率が顕
著に低いという効果がある。したがって、本発明の摩擦
材料は、各種の機械，装置の回転または移動運動を任意
に制御するための各種の用途に実用できる可能性が高
く、工業上有用な材料である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属および／または合金でなるマトリッ
クスと、残りが摩擦調整材，固体潤滑材，セラミック
ス，金属間化合物，補強材の中の少なくとも１種のフィ
ラ−とからなる摩擦材料において、該フィラ−は、層方
向の厚さ（ｔ）に対する長さ方向の長さ（ｈ）の比が１
０以上（ｈ／ｔ≧１０）でなる層状物質を含有し、かつ
該層状物質が摩擦材料全体に対して１０〜６０体積％含
有していることを特徴とする焼結摩擦材料。
【請求項２】上記マトリックスは、摩擦材料全体に対
して２５〜６０体積％含有しており、かつ少なくともＣ
ｕを含有していることを特徴とする請求項１記載の焼結
摩擦材料。
【請求項３】上記マトリックスは、Ｃｕ元素と、Ｆ
ｅ，Ｎｉ，Ｃｏの中の１種以上の鉄族元素とを含有して
おり、かつ該Ｃｕ元素と該鉄族元素との比が５：９５〜
９５：５でなることを特徴とする請求項１記載の焼結摩
擦材料。
【請求項４】上記フイラーは、上記層状物質と、他に
金属酸化物を含有していることを特徴とする請求項１，
２または３記載の焼結摩擦材料。
【請求項５】上記層状物質は、黒鉛，金属硫化物，窒
化硼素，マイカ，バ−ミキュライト，タルク，カオリン
の中の１種以上でなることを特徴とする請求項１，２，
３または４記載の焼結摩擦材料。
【請求項６】上記層状物質は、黒鉛の第１層状物質
と、その他に金属硫化物，窒化硼素，マイカ，バ−ミキ
ュライト，タルク，カオリンの中の１種以上の第２層状
物質とを含有し、かつ該第１層状物質と該第２層状物質
との比が９５：５〜５０：５０でなることを特徴とする
請求項１，２，３，４または５記載の焼結摩擦材料。