JPS63145831A - 焼結摩擦材 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、焼結摩擦材に関する。

本発明の焼結摩擦材は、自動車等をはじめとしたブレー
キ、クラッチの摩擦材として利用されるものである。

（従来の技術〕 従来の乾式クラッチもしくはブレーキ用摩擦材等におい
ては、アスベスト系の基材を合成樹脂等の接着剤で固化
させたものが広く使用されている。

しかし、この種の摩擦材は、温度の上昇につれて摩擦係
数が低下するものが多い。このため、高負荷条件下で使
用される摩擦材は、Ｃｕ粉、Ｃｕ合金粉、Ｆｅ粉、Ｆｅ
合金粉、もしくは、これらの金属粉末をベースとしたも
のが開発されている。

上述の金属粉末をベースとしたものは、このベース金属
に対し、Ｓｎ、Ｐｂ、黒鉛、５ｉＯｚ、Ａ１１ｚ　Ｏｓ
　、ＺｒＯ□等の各成分の粉末を添加し、成形、焼結し
た焼結合金が使用されている。

具体的には、次のようなものが工夫されている。

耐摩耗層としてＦｅ、Ｃｕ系のベースにＳ　ｎ　％Ｓｉ
Ｏ□、黒鉛、ｐｂを添加したものが特開昭６１−９６２
２６号に開示されている。

また、ＳｉＯ□、Ａ７！２０３、ＺｒＯ□とこれらの複
合酸化物を添加したものが、特開昭５８−２０３２３８
号に開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、これらの摩擦材も、更に厳しい条件下で使用
した場合には、摩擦熱によって基材であるＦ　ｅ　％　
Ｃｕ等のベース部分が酸化し、それに伴う強度の低下に
より摩擦材料の外周部に割れ、欠け、脱落が発生すると
いう問題が生じた。

これに対し、外周部を金属枠で被うことにより、強度低
下を防ぐ方法も考えられるが、摩擦特性、摩耗特性が低
下してしまうので、採用できなかった。また、本出願人
は、外周部の密度を内部より高くすることにより外周部
の剛性を高め、割れ、欠けの発生を防止することを既に
提案済（特願昭６１−２３８５６４号；未公知）である
。これによっても、従来に比べて相当の効果が得られる
が、さらに一層の性能向上が望まれた。

したがって、本発明の目的は、摩擦特性、摩耗特性を低
下させることなく、高負荷使用時でも耐′え得る強度を
備えた摩擦材を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者は、更なる性能向上を図るために、種々の解析
、検討を進めた結果、摩擦材の割れ、欠けの原因は、基
材の酸化による強度低下以外にも摩擦材の体積膨張があ
ることを突き止めた。そして、この摩擦材の体積膨張は
、低融点金属の流出によって起きることを知見するに到
った。すなわち、低融点金属は、制動時の摩擦熱によっ
て溶けた状態となり、流動して摺動面に膜を作り、また
、Ｐｂ等は、容易に酸化してｐｂｏとなり、金属凝着を
防ぐ働きをするため、安定した制動特性を得るために必
要な元素である。しかし、低融点金属は、溶融時に体積
膨張を生じ、摩擦材の割れ、欠けの原因となることから
、摩擦材の強度低下を防ぐためには、その量を低く抑え
る必要がある。

そこで、本発明にかかる焼結摩擦材は、摺動面において
その外周部と内部で焼結材料の密度を変え、外周部の密
度を高くするとともに、外周部には低融点金属を含まな
いことを特徴とする。

本発明にかかる焼結摩擦材は、具体的には次の構成をと
る。

銅系もしくは鉄系の焼結摩擦材であって、摺動面におい
て外周部の密度を５．５ないし６．０ｇ／ｃＡとし、内
周部の密度を４．２ないし５．２ｇ／ｃｍ３とするとと
もに、外周部には低融点金属を含まないものである。

〔作用〕

上述したように本発明にかかる焼結摩擦材は、摺動面に
おいてその外周部と内部で焼結材料の密度を変え、外周
部の密度を高くしたので、外周部の剛性が高くなり、高
負荷使用時でも亀裂の発生点となり難くい。また、外周
部には、低融点金属を含まないので、体積膨張が生じな
い。内部において溶融した低融点金属も、外周部の密度
が相対的に高いため、外周部に流入することがなく、外
周部において亀裂が生じ難い。

外周部の密度が５．５ｇ／ｃＪ未滴のときは、剛性が低
くなり、また、内周部の密度との関係で内部との密度差
が小さ≦なるため、高負荷時に外周部に亀裂が発生し易
くなる。また、内部において溶けた低融点金属が外周部
に流入し、体積膨張を生じて強度が低下する。また、外
周部の密度が６．０ｇ／ｃｆｆｌを越えると、製造が困
難になるばかりでなく、相手材との溶着を生じ易く、摩
擦特性および摩耗特性が低下し、相手材の摩耗量も増加
するので、外周部の密度は、５．５ないし６．０ｇ／−
とした。　そして、内部の密度が４．２ｇ／ｃ＋Ｊ未滴
のときは、その摩擦特性および摩耗特性が低下するとと
もに、剛性が低くなるため、外周部の強度が高くても内
部の強度が低下する。また、内部の密度が５．２８／ｃ
＋ａを越えると、外周部の密度との関係で外周部との密
度差が小さくなるため、高負荷時に亀裂が発生し易くな
る。また、相手材との溶着を生じ易くなる。したがって
、内部の密度は、４゜２ないし５．２８／ｃｄとした。

〔実施例〕

次に、第１図ないし第２図に基づき、本発明にかかる焼
結摩擦材の実施例を説明する。

なお、本実施例は、本発明にかかる焼結摩擦材をディス
クブレーキのパッド材へ適用した例である。

第１図（ａ）は、ディスクブレーキパッドの平面図、第
１図（ｂ）は、第１図（ａ）における■ｂ−ｒｂ線矢視
断面図である。

第１図において、ディスクブレーキパッド１０は、図示
したａ、、ｂ、、Ｃがそれぞれ８０ｔｍ、５０鶴、１０
ｆｉとなるように、薄板状に後述する焼結材料で作られ
、外周部１２と内部１４で構成される。外周部の幅ｄは
、種々変えて作られた。

外周部１２と内部１４は、次に述べる成分の焼結材料で
製作された。

次の３つの混合粉末２６ａ、ｂ、ｃを用意した。

混合粉末２６ａは、重量比で（以下すべて重量比で表す
）７．０％のＳｎ、６．０％のＺｒ０ｚ、８゜０％のｐ
ｂ、８．０％の黒鉛、残余のＣｕからなる各粉末を混合
した。

混合粉末２６ｂは、７．０％のＳｎ、６．０％のＺｒｏ
２．３．ｏ％のＰｂ、８．０％の黒鉛、残余のＣＵから
なる各粉末を混合した。

混合粉末２６Ｃは、７．５％のＳｎ、６．０％のＺｒＯ
□、９．０％の黒鉛、残余のＣｕからなる各粉末を混合
した。

実施例１〜４と比較例３〜６は、外周部１２に混合粉末
２６Ｃを、内部１４に混合粉末２６ａを用いた。比較例
１は、外周部１２および内周部１４ともに混合粉末２６
ａを用いた。比較例２は、外周部１２に混合粉末２６ｂ
を、内部１４に混合粉末２６ａを用いた。

そして、次の手順により外周部１２および内部１４の密
度を変化させて作られた。なお、次の説明では、符号２
６で各混合粉末を代表する。

まず、第２図（ａ）に示すように、成形機」６のダイス
１８とその中央に配設されるコア２０と下パンチ２２か
ら構成されるキャビティ２４に上述した混合粉末２６を
充填する。次に、上パンチ２日を下降させ、混合粉末２
６を圧縮して予備成形体３０を得る（第２図（ｂ）に示
す）。下バンチ２２をダイス１８の上面まで上昇させ、
予備成形体３０を取り出した（第２図（ｃ）に示す）。

次に、取り出した予備成形体３０を、第２図（ｄ）に示
す別の成形１１１３２に取り付ける。この成形機３２は
、薄板状のディスクブレーキパッドを成形するため、ダ
イス３４と一体型の下パンチ３６と先端部が平坦な上パ
ンチ３８を備えている。

予備成形体３０を成形ｍ、３２のキャビティ４０に嵌合
した後、予備成形体３０の内周面で形成される空間４２
内へ、上述した同じ混合粉末２６を充填した。この充填
時における混合粉末２６の見掛は密度は、予備成形体３
０より小さくなる。充填後、第２図（ｅ）に示すように
、上パンチ３８を下降させ、予備成形体３０とともにそ
の内部へ充填した混合粉末２６を同時に圧縮成形する。

そして、下パンチ３６をダイス３４の上面まで上昇させ
て、成形体４２を取り出した。上述のように、密度が高
い外周部と密度が低い内部を同時に一軸方向に圧縮した
ので、得られた成形体４２の外周、部の密度は内部より
高くなる。

その後、成形体４２を窒素雰囲気中で、焼結を行い、第
１図に示す焼結摩擦材としてのディスクブレーキパッド
１０を製造した。

焼結温度は７５０°Ｃで、６０分間にわたり焼結した結
果、外周部１２の密度が内部１４より高い焼結摩擦材が
得られた。

上述のようにしてディスクブレーキパッドを作製し、外
周部および内部の密度、外周部の厚さを変えて実験を行
った。その際、表１のように、外周部の密度が５．５な
いし６．０ｇ／ｃＪ、また、内部の密度が４．２ないし
５．２ｇ／−の範囲をはずれるものを比較例として実験
を行った。それらの試験結果を表２および表３に示す。

表１ なお、摩擦摩耗試験は、次の試験条件で実施された。

相手ディスク材・−−−−−−Ｆ　Ｃ２５（Ｊ　Ｔ　Ｓ
規格）材ディスクの周速−・−−−−−４０ｍ／　ｓ　
ｅ　ｃパッド荷重−−−−−−−２０ｋｇ　／　ａＪパ
ッド荷重周期・−・−４０秒 パッド荷重回数−・−５００回 表２ 表３ 表１〜３より明らかなように、実施例１〜４においては
、摩擦係数は安定しており、摩耗量も少ない。また、試
験終了後において、外周部１２に割れや、欠けは認めら
れなかった。

一方、比較例１〜５においては、摩擦係数の安定性、摩
耗量は問題がないが、試験後に外周部１２に割れが発生
していた。

比較例２〜５において、摩擦係数が不安定で摩耗量が多
い上、試験終了後において外周部１２に割れや、欠けが
発生していた。

比較例６は、割れ、欠けは見られないものの、摩擦係数
が不安定で、摩耗が多かった。

したがって、比較例のものは、高負荷用の摩擦材として
は不適であるが、本実施例のものは、好適に使用可能で
あることが分かった。

なお、外周部１２の幅は、４〜１２鶴のものが、良好な
結果が得られた。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではなく、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のである。

たとえば、上述の実施例においては、焼結摩擦材の外周
部を所定の厚さで内周部より密度を高くするとともに、
低融点金属を含まないようにしたが″、外周部の全てで
はなく、部分的に高密度にし、また、低融点金属を含ま
ないようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

以上より、本発明にかかる焼結摩擦材によれば、摺動面
は従来と同様の表面状態を保つことができる上、外周部
の剛性が高いことにより、高負荷使用時でも亀裂の発生
点となり難くく、また、摩擦熱を受けても低融点金属が
内部より外周部へ流入しないので、体積膨張が生ぜず、
したがって、摩擦特性、摩耗特性を低下させることなく
、高負荷使用時でも耐え得る強度を備えた摩擦材が得ら
れる。

また、焼結材料の密度を変えるとともに、外周部に低融
点金属を含めないようにするだけで良いため、割れや欠
けを防止するための補強材等を別に用意する必要がない
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は、本発明にかかる焼結摩擦材の実
施例を説明するための図面である。 第１図（ａ）は、ディスクブレーキパッドの平面図であ
る。 第１図（ｂ）は、第１図＜ａ＞におけるＩｂ−Ｉｂ線矢
視断面図である。 第２図（ａ）は、粉末成形機の模式的断面図であり、外
周部へ粉末を充填した状態を示す図である。 第２図（ｂ）は、外周部の粉末を圧縮した状態・を示す
同断面図である。 第２図（Ｃ）は、圧縮した予備成形体を取り出した状態
を示す同断面図である。 第２図（ｄ）は、別の粉末成形機の模式的断面図であり
、予備成形体の内部へ内周部の粉末を充填した状態を示
す図である。 第２図（ｅ）は、内部に粉末を充填した予備成形体を圧
縮した状態を示す同断面図である。 第２図（ｆ）は、圧縮した成形体を取り出した状態を示
す同断面図である。 １０−−−−−−一摩擦材（ディスクブレーキパッド）
１２−−−−−−一外周部 １　ら １４・・・−内部 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図（ａ） 第１図（ｂ） １０−−−−一摩擦材（ディスクプレーキノぐ・ンド゛
）１２−−−−一外周部 １４−−−−一内　郁 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　銅系もしくは鉄系の焼結摩擦材であって、 摺動面において外周部の密度を５．５ないし６．０ｇ／
   ｃｍ＾３とし、内部の密度を４．２ないし５．２ｇ／ｃ
   ｍ＾３とするとともに、前記外周部には低融点金属を含
   まないことを特徴とする焼結摩擦材。