JP2000096109A - 複合焼結摩擦材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価なプロセスで、薄肉の複合焼結摩擦材の
製造方法を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 相手部材と接触して摩擦摺動することに
より摩擦力を伝達する機構に用いられる摩擦材に係る。
該摩擦材は、原料金属粉末が基材と接触した状態で加熱
することにより該金属粉末同士が焼結・結合して焼結材
を創製し、かつ該焼結材と該基材が結合した複合焼結摩
擦材である。上記焼結材の厚みをＴ₁ とし、上記基材の
厚みをＴ₂ としたとき、その比Ｔ₁ ／Ｔ₂ は、不等式０
＜Ｔ₁ ／Ｔ ₂ ≦２を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般に複合焼結
摩擦部材（以下、摩擦部材を、単に、摩擦材と略する）
に関するものであり、より特定的には、自動車の自動変
速機用多板クラッチや手動変速機用同期リング等の、潤
滑油中で使用される摩擦手動部品、あるいは自動車ブレ
ーキ、自転車ブレーキ等の大気中で使用される摩擦摺動
部品において有効な、複合焼結金属摩擦材に関する。こ
の発明は、またそのような複合焼結金属摩擦材の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】変速機構やブレーキ機構において、近
年、装置の小型化・軽量化の要求があり、そのため摩擦
材に対して、薄肉化の要求がされている。摩擦材は、構
造材と摩擦材との接合材として使用される。部材の薄肉
化のためには、摩擦材の厚さは１ｍｍ以下にすることが
望まれる。通常、粉末冶金により所望の形状の部品を製
造する際は、原料粉末を金型成形することにより圧粉体
を形成し、次いで圧粉体を焼結固化する。基材と焼結材
が接合した部材を製造する際には、さらに、焼結材と基
材を接合する工程が必要となる。しかし、この製法で
は、厚さ１ｍｍ以下の薄肉の焼結材を製造するのが困難
である。なぜなら、圧粉体のハンドリングの問題、およ
び焼結時の反りの問題が生じるからである。従来法であ
る成形・焼結工程での焼結体の厚さの限界は、一般に
は、３ｍｍ程度である。そのため、所望の薄肉部材を製
造する際には、焼結材を基材と接合した後に、機械加工
により厚さを調整することが行なわれる。このため、材
料の歩留り低下や、高コスト化の問題が生じる。

【０００３】基材と焼結材が接合した部材を製造するに
対して、特開平９−１１９５２４号公報には、原料粉末
と結合剤を混入した粘液を形成し、金属板上に粘液状で
金属粉を塗布し、焼結・固化する方法が開示されてい
る。この手法では、金属板上に薄肉の焼結体を高い精度
で形成することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平９−１１９
５２４号公報に開示されている従来技術では、原料粉末
と結合剤を混合した粘液を形成する必要があり、粗大な
粉末、異形状の粉末を使用する際には、液中での粉末の
均一分散性、金属粉末を含む粘液の流動性の問題が生じ
る。このために、適用できる原料粉末が限定される。ま
た、粘液を基材に塗布する際に、スクリーン印刷やステ
ンシル吹付けを用いるために、特殊な設備が必要とな
り、ひいては工業製品を安価に大量に製造することが困
難であるという問題点があった。

【０００５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、安価なプロセスで形成すること
ができるように改良された複合焼結摩擦材を提供するこ
とにある。

【０００６】この発明の他の目的は、安価なプロセス
で、薄肉の複合焼結摩擦材を製造する方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、相手部材と
接触して摩擦摺動することにより摩擦力を伝達する機構
に用いられる摩擦材に係る。該摩擦材は、原料金属粉末
が基材と接触した状態で加熱することにより、該金属粉
末同士が焼結・結合して焼結材を創製し、かつ該焼結材
と該基材が結合した複合焼結摩擦材である。上記焼結材
の厚みをＴ₁ とし、上記基材の厚みをＴ₂ としたとき、
その比Ｔ₁ ／Ｔ₂ は、不等式０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２を満た
す。

【０００８】また、このような複合焼結摩擦材の製造方
法においては、まず基材に結合剤を塗布する。上記結合
剤を塗布した基材に原料金属粉末を接着する。上記原料
金属粉末を接着した基材を、上記結合剤の分解温度以上
に加熱することにより、原料粉末を焼結し、同時に基材
と接合し、それによって摩擦材を形成する。必要に応じ
て、密度調整のために、上記摩擦材を圧縮する。

【０００９】なお、本発明に関連して、特開平１０−２
１２５３４号公報では、裏金上に、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐから
なる合金を散布して焼結接合した後に、樹脂を被覆した
複層樹脂摺動材が開示されている。摺動材であるために
低摩擦係数化が目的であり、相手材との接触部は樹脂の
緻密体である。これに対して、本発明では、動力伝達、
制動のために高摩擦係数化を目的としている。そのた
め、潤滑油中で使用する部品に適用する際には、摩擦界
面の潤滑油を排除するため、接触部を多孔質としてい
る。また、上記特開平１０−２１２５３４号公報では、
多孔質焼結材は、樹脂層を裏金と強固に固定するために
設けられている。一方、本発明では、耐熱性、耐圧力性
向上の要求により、相手材と接触する部材が焼結材で形
成されている。この点で、本発明と、特開平１０−２１
２５３４号公報に開示の技術とは、全く異なる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、説明する。

【００１１】（１） 複合焼結摩擦材の厚さ 焼結摩擦材と基材を接合した複合摩擦材において、焼結
摩擦材の厚さＴ₁ と基材の厚さＴ₂ の比、Ｔ₁ ／Ｔ₂
は、０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２の範囲内にあるのがよい。Ｔ₁
／Ｔ₂ が２より大きな場合には、原料粉末が焼結現象に
より収縮する際の収縮力が、基板の変形に対する耐力よ
りも大きくなるために、複合焼結摩擦材の反りが発生す
る。反りが発生すると所望の部品形状が得られない。こ
の際には、形状修正の工程が必要となる。よって、Ｔ₁
／Ｔ₂ は、０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２であることが望ましい。

【００１２】摩擦材を、大気中、高圧力、高速度の過酷
な摺動条件で使用される部品に適用する際には、基材と
の接合強度、焼結体の耐摩耗性の要求が厳しくなる。こ
の方策として、本発明では金属の液相を生成させるべく
高温で加熱することにより、焼結を進行させることがで
きる。この際には、焼結材と基材との結合反応が進行す
るために接合強度が強くなり、また焼結体が緻密になる
ために耐摩耗性が向上する。このように高温で焼結した
際には、焼結時の収縮が大きくなるために大きな耐力が
要求され、Ｔ₁ ／Ｔ₂ を１以下にすることでさらに耐力
が増加するという効果が得られる。よって、Ｔ₁ ／Ｔ₂
は、０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２であることが必要であり、より
好ましくは０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦１がよい。なお、適用部品
により複合摩擦材として厚さ２ｍｍ以下が要求され、た
とえば基材の厚さ１ｍｍに対して、焼結材の厚さを１ｍ
ｍとすることができる。

【００１３】（２） 焼結摩擦材について 金属組成 金属素地は、銅を主成分とする合金からなり、合金の組
成としては、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌから選ばれる少な
くとも１種の金属元素を重量基準で５％以上４０％以下
含む。それぞれの成分の効果を、以下に示す。

【００１４】（ａ） Ｓｎ Ｓｎは合金の素地組織を決定する成分である。素地を強
化して必要な強度を確保し、さらに凝着摩耗を抑制する
作用がある。含有量が３％未満では所望の効果が得られ
ない。一方その含有量が２０％を超えると、強度に低下
傾向が現われるとともに、靱性が低下する。よって、Ｓ
ｎの含有量は３％以上２０％以下がよい。

【００１５】（ｂ） Ｚｎ Ｚｎ成分は合金素地の強度、靱性を向上させる効果があ
る。また、表面に酸化物を形成して凝着摩耗を抑制し、
焼付を防止する効果がある。本摩擦材を潤滑油中で使用
される部品に適用する際には、潤滑油中の添加成分に侵
されずに、安定であることが要求される。添加成分のう
ち、硫黄化合物の影響が大きく、硫化腐食が問題とな
る。Ｚｎ成分は銅と合金を形成することにより、硫化腐
食を抑制する効果がある。その含有量が３％未満では、
所望の効果が得られない。含有量が４０％を超えると、
強度、靱性の低下傾向が現われる。よって、その含有量
を３％以上４０％以下とする。

【００１６】（ｃ） Ａｌ Ａｌ成分は、素地の強度、硬度を増加させる効果があ
る。また、表面に酸化物を形成し、高温下での塑性流動
に起因する凝着摩耗を抑制することにより、耐摩耗性を
向上させる。含有量が５％未満では、所望の効果を確保
することができない。一方、含有量が１５％を超えた際
には、靱性が低下する。よって、Ａｌの含有量は、５％
以上１５％以下がよい。

【００１７】（ｄ） Ｎｉ Ｎｉ成分は素地中に分散して合金の強度、硬度、靱性を
向上させるとともに、ＣｕおよびＡｌと結合して、素地
中に微細な金属間化合物を形成して、耐摩耗性を向上さ
せる効果がある。さらにＮｉは銅と合金を形成すること
により、硫化腐食を抑制する効果がある。その含有量が
１％未満では、所望の効果が得られない。一方、含有量
が８％を超えると、靱性が低下するようになる。よっ
て、Ｎｉの含有量は１％以上８％以下がよい。

【００１８】合金中の銅元素の含有量が９５％を超える
場合には、上記元素の合金化の効果が十分に発現しな
い。含有量が６０％より少ない場合には、焼結体の靱性
が低下するという問題が発生する。よって、銅合金の含
有量は、６０％以上９５％以下がよい。

【００１９】 空孔 焼結摩擦材を、湿式用途すなわち潤滑油の存在下で使用
する際には、焼結体中に空孔が分散した多孔体が好まし
い。

【００２０】摩擦材を潤滑油中で使用する場合には、油
が摩擦材と相手材の接触界面に存在して、その潤滑効果
により摩擦係数が低下する。潤滑油の油膜厚さは摩擦摺
動条件により変化し、押付け圧力が低下するほど、また
摺動速度が増加するほど油膜厚さが増加し、それにより
摩擦係数が低下する。潤滑油中で摩擦摺動してトルクを
発生させる機構において、高摩擦係数を発現するために
は、相手部材と摩擦材の接触界面での潤滑油を排除する
ことが有効であり、そのために材料の空孔率と空孔径を
適正な範囲に調整することが有効である。

【００２１】空孔率が増加することにより、材料内で潤
滑油の透過する経路が多くなり、潤滑油が透過しやすく
なる。また、潤滑油が焼結体の空孔を透過する際に、潤
滑油の粘性により抵抗が生ずる。

【００２２】空孔径が大きくなるほど抵抗は小さくな
り、潤滑油が透過しやすくなる。本発明の複合摩擦材を
自動変速機用多板クラッチや手動変速機用同期リング等
の湿式用途で使用する際には、本焼結材中の空孔率は２
０％以上６０％以下がよく、より好ましくは３０％以上
４５％以下がよい。空孔径に関しては平均径で３０μｍ
以上２５０μｍ以下がよく、より好ましくは５０μｍ以
上１６０μｍ以下がよい。

【００２３】空孔率が２０％よりも低い場合には、潤滑
油の透過性能が低下し、そのため摩擦係数増加の効果が
小さい。摺動条件が低圧力、高速度の油膜の形成しやす
い条件で使用される部品に適用する際には、より高い透
過性能が要求され、空孔率を３０％以上にすることで、
摩擦係数がさらに増加するという効果が得られる。一
方、空孔率が６０％よりも大きい場合には、材料強度の
低下が大きくなり、摩擦摺動時の耐摩耗性が低下し、使
用寿命の短命化の原因となり、好ましくない。

【００２４】なお、一部の手動変速機の同期リングのよ
うに押つけ圧力が強い条件下で使用される部品に適用す
る際には、空孔率を４５％以下にすることで、さらに耐
摩耗性を向上させることができ、使用に耐え得ることを
見出した。よって、空孔率は２０％以上６０％以下が必
要であり、より好ましくは３０％以上４５％以下がよ
い。

【００２５】空孔径が３０μｍよりも小さい場合には、
潤滑油の透過性能が低下するために摩擦係数増加の効果
が小さい。油膜の形成しやすい条件で使用される部品に
適用する際には、より高い透過性能が要求され、空孔径
を５０μｍ以上にすることで、摩擦係数がさらに増加す
るという効果が得られる。一方、空孔径が２５０μｍよ
りも大きい場合には、材料強度の低下が大きくなり、摩
擦摺動時の耐摩耗性が低下する。なお、一部の手動変速
機の同期リングのように押付け圧力が強い条件下で使用
される部品に適用する際には、空孔径を１６０μｍ以下
にすることで、さらに耐摩耗性を向上させることがで
き、使用に耐え得ることを見出した。よって、空孔径は
３０μｍ以上２５０μｍ以下が必要であり、より好まし
くは５０μｍ以上１６０μｍ以下がよい。

【００２６】（３） 基材 本発明の焼結摩擦材は、相手部材と摩擦摺動して摩擦力
を伝達する機械に用いられるが、焼結材で部材をすべて
構成した際には、回転力を伝達する部分の強度の問題が
生じる。そのため、摩擦材は基材と摩擦材の接合体と
し、摩擦材に回転力を伝達する基材部分には、強度保持
のために鋼材を用いる。アルミ、銅等の金属では、薄肉
部品の構造材としての強度が不足するという問題が生じ
る。また基材には、本発明の銅系摩擦材の焼結温度で変
形等が生じない安定性が要求される。アルミ等の融点の
低い金属は、銅合金が焼結する温度域では溶融するため
に、基材として適用できない。したがって、本発明者等
は、構造材として必要な強度、製造工程、コストの観点
から、基材としては軟鋼、炭素鋼、合金鋼、機械構造用
鋼が適切であることを見出した。

【００２７】焼結摩擦材と基材との結合強度増加のため
に、基材にめっき処理を施すことにより、焼結を進行さ
せることが有効である。原料として銅系の粉末を用いる
際には、銅めっきが有効である。このめっき層の厚さ
は、１μｍ以上２０μｍ以下がよい。厚さが１μｍより
も薄い場合には、焼結材と基材の結合強度が不十分にな
り好ましくない。厚さが２０μｍよりも厚い場合には、
めっき時間が長時間化するために基材のコストが増加
し、そのため複合摩擦材の高コスト化の問題が生じる。
よって、めっき厚さとしては、１μｍ以上２０μｍ以下
がよい。

【００２８】次に、本発明における銅系焼結摩擦材の製
造方法に関する具体的な条件について、以下に詳細に説
明する。

【００２９】（１） 原料粉末 原料粉末としては、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌの単
体の粉末およびそれらの合金粉末を使用することができ
る。焼結後の合金組成として、銅元素を重量基準で６０
％以上９５％以下含有するように混合する。本製法で
は、結合剤と金属粉末の粘液を形成する必要がないた
め、液中での粉末の均一分散性、粘液の流動性の問題が
生じない。そのため、粒径の大きな粉末や、異形状の粉
末、短繊維粉末を使用することができる。

【００３０】粉末粒径としては、１０μｍ以上４００μ
ｍ以下がよい。粒径が１０μｍよりも小さい場合には、
接着工程で粉末が飛散しやすく、歩留り、安全性の問題
が生じる。粒径が４００μｍよりも大きい場合には、薄
肉焼結材の製造時に厚さ、密度のばらつきが大きくなる
という問題が生じる。よって、粉末粒径は１０μｍ以上
４００μｍ以下がよい。

【００３１】粉末の形状は、アスペクト比が２０以下の
ものがよい。粉末が繊維形状であり、アスペクト比が２
０よりも大きい場合には、原料粉末の充填密度が低下す
るために、焼結材の密度が低下する。そのため、摩擦摺
動時の耐摩耗性の低下あるいは基材と摩擦材との接合強
度低下の問題が生じる。よって、粉末形状は、アスペク
ト比が２０以下のものがよい。

【００３２】（２） 原料粉末の混合 原料金属粉末、および必要に応じて硬質粒子や潤滑材を
所定の割合で混合し、均一に混合・攪拌して得られる混
合粉末を出発原料とする。混合、攪拌には、Ｖ型キミサ
ー、ニーダー、ボールミル等の混合機を用いることがで
きる。

【００３３】（３） 結合剤の塗布 基材に粉末を接着するために、結合剤を基材に付着す
る。付着方法としては、噴霧する方法および塗布する方
法がある。すなわち、結合剤と溶剤を混合し、ガスによ
り圧力をかけて霧状にして基材に噴霧する。または、ウ
レタン等の材料に液体を含浸させて、それを基材上に接
触させて、所望の位置で移動させることにより塗布を行
なう。結合剤の材質としては、ゴム、樹脂、ワックス等
の有機物を用いることができ、たとえばアクリルゴム、
スチレンブタジエンゴム、フェノール樹脂等がある。結
合剤の構成成分としては、加熱分解時に有害ガス発生の
問題が生じるために、Ｃｌ、ＣＮ等を含むものは好まし
くない。よって、Ｃ，Ｈ，Ｏから構成されるものが好ま
しい。

【００３４】（４） 粉末の接着 結合剤を塗布した基材に原料粉末を接触させることによ
り、基材上に原料粉末を接着する。この際に、結合剤と
原料粉末を混合した粘液を形成する必要がないので、原
料粉末の形状、粒径等の粉末特性に影響されることな
く、基板と粉末の接着体を得ることができる。結合剤の
塗布工程、粉末の接着工程を繰返すことにより、粉末の
接着厚さを増加させることができる。

【００３５】（５） 焼結 原料粉末と基板の接着体を結合剤の分解温度以上で加熱
することにより、結合剤を分解し、原料粉末の焼結接合
を行なう。本発明の摩擦材は、非酸化性雰囲気中で焼結
する必要がある。焼結雰囲気が、非酸化性雰囲気でない
場合には、銅粉末の表面に酸化皮膜が形成されて、焼結
性が著しく阻害される。その結果として、焼結体の強度
や耐摩耗性の低下、および基板との接合強度の低下を招
く。非酸化性雰囲気で焼結するために、結合剤の有機物
の分解が不十分になり、残留炭素による焼結不良の問題
が生じる場合がある。上記酸化皮膜の問題を回避し、炭
素を分解する焼結雰囲気としては、水素を含有する気体
が好ましい。水素ガスや、分解性アンモニアガス、およ
び水素ガスと不活性ガスとの混合ガスを用いることがで
きる。分解性アンモニアガスは、分解後に３体積の水素
と１体積の窒素となる。これは水素と比較して、有機物
の分解性に劣るが安価であり、焼結工程の製造コストを
低減することができる。また、混合ガス中の不活性ガス
には、アルゴン、ヘリウム等の希ガスや、窒素を用いる
ことができる。混合ガス中の水素の含有量が体積基準で
３０％よりも少ない場合には、有機物の分解が不十分と
なる。よって、焼結雰囲気は、水素を体積基準で３０％
以上含有する気体がよい。

【００３６】焼結温度としては、７００℃以上１０００
℃以下が好ましい。本発明の銅系摩擦材料は、７００℃
よりも低い温度で焼結を完全に進行させるためには、焼
結時間が長くなって経済性の問題を生じる。したがっ
て、経済性を損なうことなく焼結を進行させるために
は、７００℃以上の焼結温度が望ましい。他方、焼結温
度が１０００℃を超える場合には液相が生成し、焼結体
が大きく収縮する。その結果、所望の部品形状が得られ
ないという欠点を生じる。そのため、焼結温度が１００
０℃以下であることが望ましい。

【００３７】（６） 圧縮 本発明の焼結摩擦材は、必要に応じて焼結後に圧縮工程
を設けることにより、密度調整を行なうことができる。
焼結体の密度が所望の範囲より低下した際には、耐摩耗
性の低下や、接触面積減少による摩擦係数低下の問題が
生じる。圧縮工程により密度調整を行なうことにより、
耐摩耗性の向上が可能である。

【００３８】なお、上記の複合焼結摩擦材およびその製
造方法は、摩擦材の金属素地として銅系の合金に限定さ
れるものではなく、鉄、アルミ、チタン等の他の金属系
の合金により素地を構成するものにおいても有効であ
る。

【００３９】

【実施例】実施例１ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施したＳＰＣＣ軟
鋼板を用いた。基材の厚さ、焼結材の厚さは、表１に示
した。

【００４０】

【表１】

【００４１】金属粉末には、組成比が重量比でＣｕ：Ｓ
ｎ＝９０：１０、形状が球状のアトマイズ粉末を用い
た。粉末の平均粒径は１５０μｍである。基材上にアク
リルゴム系の結合剤を噴霧した。結合剤を噴霧した基材
に、上記金属粉末を接着した。接着体を、水素雰囲気中
で１時間焼結した。焼結温度は、８５０℃、９５０℃と
した。本発明の実施例をＮｏ．１〜４に、比較例をＮ
ｏ．５に示した。

【００４２】本実施例においては、通常の焼結温度であ
る８５０℃で焼結した際には、以下のように焼結材の厚
さＴ₁ と基材の厚さＴ₂ の比率Ｔ₁ ／Ｔ₂ が適正な範囲
にあるために、反りの問題が発生せず、所望の形状の摩
擦材が得られた。しかし、高温である９５０℃で焼結し
た際に、本実施例３，４のように、１＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２
では、液相が多量に発生して、収縮が大きくなり、焼結
摩擦材において、若干の反りが発生した。これに対し
て、本発明例１，２に見られるように、Ｔ₁ ／Ｔ ₂ ＜１
にすると、反りの問題が生じないことが確認された。な
お、これらの反りは、摩擦材をプレス機により圧縮する
ことで、矯正・解消できるわずかなものであった。

【００４３】比較例では、以下の問題が発生した。Ｔ₁
／Ｔ₂ が２よりも大きいために、焼結時の収縮による応
力が大きくなり、反りが発生するという問題が生じた。
なお、この場合の反りは、摩擦材を圧縮して解消できな
いことも確認された。

【００４４】実施例２ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施したＳＰＣＣ軟
鋼板を用いた。基材の厚さは０．８ｍｍとした。基板上
にアクリルゴム系の結合剤を噴霧した。結合剤を噴霧し
た基材に、表２に示す組成の粉末を接着した。

【００４５】

【表２】

【００４６】本発明をＮｏ．１〜７に、比較例をＮｏ．
８〜９に示す。接着体を水素雰囲気中、８５０℃で、１
時間焼結した。本実施例の摩擦特性評価では、潤滑油に
ＡＴＦ、相手材にＳ３５Ｃを用い、以下の２種の条件で
評価を行なった。

【００４７】 Ａ；加圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ² 、周速度１００ｃｍ／ｓ
３０分間保持 Ｂ；加圧力３０ｋｇｆ／ｃｍ² 、周速度１００ｃｍ／ｓ
３０分間保持 なお、Ａは通常の使用条件、ＢはＡよりも高圧力であ
り、過酷な条件である。

【００４８】本実施例においては、上記条件Ａ、条件Ｂ
で評価を行なった。摩擦摺動特性の評価結果を表２に示
している。摩擦材として通常使用される条件である評価
条件Ａでは、いずれも良好な摩擦特性が得られた。過酷
な使用条件である評価条件Ｂにおいて、本実施例では、
素地の硬さ、靱性が適正な範囲にあるために、摩耗の問
題が生じず、良好な摩擦摺動特性が得られた。

【００４９】比較例については、以下の問題が生じた。
Ｎｏ．８では、固溶により素地が硬くなり、靱性が低下
する。そのため、摩耗が増加するという問題が生じた。

【００５０】Ｎｏ．９では、焼結体の硬度が低いため
に、摩擦摺動時に摩耗が増加するという問題が生じた。

【００５１】実施例３ 表３に示す金属板を基材に用いた。

【００５２】

【表３】

【００５３】基材の形状は、外径１１０ｍｍ、内径９０
ｍｍ、厚さは１ｍｍとした。表面に厚さ１０μｍの銅め
っきを施した。基材上に、スチレンブタジエンゴム系の
結合剤を噴霧した。金属粉末には、重量比でＣｕ：Ｓｎ
＝９０：１０の組成であり、平均粒径が１２０μｍの球
状のアトマイズ粉末を用いた。結合剤を噴霧した基材
に、上記金属粉末を接着した。接着体を水素雰囲気中
で、１時間焼結した。焼結温度を８５０℃とした。本発
明の実施例をＮｏ１〜３に、比較例をＮｏ．４，５に示
した。

【００５４】本実施例では、基材の強度、耐熱性が適正
であるために、良好な複合焼結摩擦材が得られた。比較
例では、以下の問題が生じた。

【００５５】Ｎｏ．４では、基材の融点が低いために、
本発明の銅系焼結摩擦材の焼結温度で溶融した。

【００５６】Ｎｏ．５では、基材の強度が低いため、薄
肉形状部品に動力を伝達して使用する際に、基材が変形
するという問題が生じた。

【００５７】実施例４ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施した炭素鋼板を
用いた。基材の厚さは０．８ｍｍとした。基材上にスチ
レンブタジエンゴム系の結合剤を噴霧した。金属粉末に
は、重量比でＣｕ：Ｓｎ＝９０：１０の組成である、球
状のアトマイズ粉末を用いた。粉末の粒径は表４に示し
た。

【００５８】

【表４】

【００５９】結合剤を噴霧した基材に、上記金属粉末を
接着した。接着体を水素雰囲気中で、１時間焼結した。
焼結温度は８５０℃とした。本発明の実施例をＮｏ．１
〜５に、比較例をＮｏ．６，７に示した。

【００６０】実施例では、原料粉末の粒径が適正な範囲
にあるために、いずれも良好な複合焼結摩擦材が得られ
た。比較例では、以下の問題が生じた。

【００６１】Ｎｏ．６では、粉末の粒径が小さいため
に、接着工程で粉末飛散の問題が生じ、高い歩留りを保
持して安定した接着が困難である。

【００６２】Ｎｏ．７では、粉末粒径が大きいため、粉
末の接着状態のばらつきにより焼結材の密度ばらつきが
大きくなり、強度の弱い部分が生じた。

【００６３】実施例５ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施した機械構造用
鋼板を用いた。基材の厚さは０．８ｍｍとした。金属原
料粉末には、組成が重量比でＣｕ：Ｓｎ＝９０：１０、
表５に示すアスペクト比の繊維形状の粉末を用いた。

【００６４】

【表５】

【００６５】基材上にスチレンブタジエンゴム系の結合
剤を噴霧した。結合剤を噴霧した基材に、上記金属粉末
を接着した。接着体を水素雰囲気中で１時間焼結した。
焼結温度は、８５０℃とした。焼結後に、摩擦材を圧力
２ｔ／ｃｍ² で圧縮した。圧縮後の摩擦材の摩擦特性評
価を行なった。評価条件は、条件Ａ、条件Ｂとした。本
発明の実施例をＮｏ．１〜３に、比較例をＮｏ．４に示
した。

【００６６】通常の使用条件である条件Ａでは、いずれ
も良好な摩擦特性が得られた。過酷な条件である条件Ｂ
において、本実施例はいずれも良好な摩擦特性が得られ
た。比較例では、以下の問題が発生した。

【００６７】Ｎｏ．４では、原料のアスペクト比が大き
く低充填密度を示すため、基材との結合部分が減少し
た。そのため、摩擦摺動時に焼結材が基材が剥離した。

【００６８】実施例６ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施した軟鋼板を用
いた。基材の厚さは１ｍｍとした。表６に示す結合剤を
基板上に噴霧した。

【００６９】

【表６】

【００７０】結合剤を噴霧した基材に、組成が重量比で
Ｃｕ：Ｓｎ＝９０：１０の粉末を接着した。焼結材の厚
さＴ₁ と基材の厚さＴ₂ の比Ｔ₁ ／Ｔ₂ は、１とした。
接着体水素雰囲気中で１時間焼結した。焼結温度は８５
０℃とした。

【００７１】本発明の実施例をＮｏ．１〜２に、比較例
をＮｏ．３に示した。本発明例では、結合剤が適正な元
素より構成される有機物であるために、有害ガス発生の
問題が生じず、良好な摩擦材が得られた。

【００７２】比較例については、以下の問題が生じた。
Ｎｏ．３では、結合剤中にＣｌを含有するため、焼結工
程において、結合剤が分解した際に有害な塩素ガス、塩
化水素ガスが発生した。

【００７３】実施例７ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、表面に厚さ１０μｍの銅めっきを施した合金鋼板を
用いた。基材の厚さは１ｍｍとした。基材上にアクリル
ゴム系の結合剤を噴霧した。結合剤を噴霧した基材に、
組成が重量比でＣｕ：Ｓｎ＝９０：１０の粉末を接着し
た。焼結材の厚さＴ₁ と基材の厚さＴ₂の比Ｔ₁ ／Ｔ₂
は、１とした。接着体を表７に示す条件で焼結した。

【００７４】

【表７】

【００７５】本発明の実施例をＮｏ．１〜４に、比較例
をＮｏ．５〜８に示した。

【００７６】本発明例では、焼結雰囲気、温度が適正な
範囲にあるために、基材と原料粉末との結合反応が進行
し、結合強度低下の問題が生じず、良好な摩擦摺動特性
が得られた。

【００７７】比較例については、以下の問題が生じた。
Ｎｏ．５では、分解性の雰囲気ではないために、結合剤
中の炭素の分解が不十分であり、そのために基材と粉末
間の接合反応の進行が不十分となり、粉末の脱落が発生
した。

【００７８】Ｎｏ．６では、分解性の雰囲気ではないた
めに、結合剤中の炭素の分解が不十分であり、そのため
に基材と粉末間の接合反応の進行が不十分となり、粉末
の脱落が発生した。

【００７９】Ｎｏ．７では、焼結温度が高いために液相
が生成し、収縮が大きくなるために、所望の形状が得ら
れなかった。

【００８０】Ｎｏ．８では、焼結温度が低いために、原
料粉末の焼結が進行せず、基材からの脱落が生じた。

【００８１】実施例８ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍ、厚
さ０．８ｍｍのＳＰＣＣ鋼板を用いた。基材に、表８に
示す厚さの銅めっきを施した。

【００８２】

【表８】

【００８３】基板上に、アクリルゴム系の結合剤を塗布
した。結合剤を塗布した基材に、組成が重量比でＣｕ：
Ｓｎ＝９０：１０の粉末を接着した。水素雰囲気中、８
５０℃で、１時間焼結を行なった。評価条件Ａ，Ｂで摩
擦特性の評価を行なった。本発明の実施例をＮｏ．１〜
３に、比較例をＮｏ．４，５に示した。

【００８４】評価条件Ａでは、いずれも接合強度の問題
が生じず、良好な摩擦特性が得られた。過酷な評価条件
Ｂにおいて、本発明例では、基材の表面改質により、原
料粉末と基材との結合反応が進行するために、結合強度
の問題が生じず、良好な摩擦摺動特性が得られた。

【００８５】比較例については、以下の問題が生じた。
Ｎｏ．４では、基材にめっきを施していないために結合
強度が弱くなり、厳しい摺動条件では焼結材が基材から
剥離した。

【００８６】Ｎｏ．５では、基材のめっき厚さが薄いた
めに結合強度が弱くなり、厳しい摺動条件では焼結材が
基材から剥離した。

【００８７】実施例９ 基材には、形状が外径１３０ｍｍ、内径１１０ｍｍであ
り、厚さは１．５ｍｍの機械構造用鋼板を用いた。金属
原料粉末には、下記の組成の鉄粉末を用いた。

【００８８】鉄粉末の組成：Ｃｒ：２％、Ｎｉ：２％、
Ｃｕ：４％、Ｃ：０．０５％、残部Ｆｅ（重量基準表
示） 基材上にスチレンブタジエンゴム系の結合剤を噴霧し
た。結合剤を噴霧した基材に、上記金属粉末を接着し
た。接着体を水素雰囲気中で１時間焼結した。焼結温度
は１１００℃とした。焼結後に、摩擦材を圧力４ｔ／ｃ
ｍ² で圧縮した。圧縮後の摩擦材の摩擦特性評価を行な
った。評価条件は、条件Ａとした、結果を表９に示す。

【００８９】

【表９】

【００９０】本発明の実施例をＮｏ．１〜３に示した。

【００９１】本発明例では、いずれも反りの問題が生じ
ずに、良好な摩擦材が得られ、良好な摩擦特性が得られ
た。

【００９２】実施例１０ 基材には、形状が外径１１０ｍｍ、内径９０ｍｍであ
り、厚さは１．５ｍｍの機械構造用鋼板を用いた。金属
原料粉末には、組成比がＡｌ：Ｓｉ＝８５：１５である
粉末を用いた。基材上にスチレンブタジエンゴム系の結
合剤を噴霧した。結合剤を噴霧した基材に、上記金属粉
末を接着した。接着体を水素雰囲気中で１時間焼結し
た。焼結温度は４９０℃とした。焼結後に、摩擦材を圧
力１ｔ／ｃｍ ² で圧縮した。圧縮後の摩擦材の摩擦特性
評価を行なった。評価条件は、条件Ａとした。結果を表
１０に示す。

【００９３】

【表１０】

【００９４】本発明の実施例をＮｏ．１〜３に示した。
本発明例では、いずれも反りの問題が生じずに、良好な
摩擦材が得られた。いずれも良好な摩擦特性が得られ
た。

【００９５】

【発明の効果】焼結摩擦材と基材とを接合した複合焼結
摩擦材を製造するに際して、結合剤により基材と原料金
属粉末を固定し、該結合剤の分解温度以上で加熱するこ
とにより、該金属粉末同士が焼結・結合して焼結材を形
成し、かつ該焼結材と基材を接合する。この際に、摩擦
材の反り抑制のために、焼結材の厚さは、基材の厚さの
２倍以下とする。これにより、材料歩留りの問題を解消
し、安価なプロセスで薄肉の複合焼結摩擦材の製造が可
能となった。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相手部材と接触して摩擦摺動することに
   より摩擦力を伝達する機構に用いられる摩擦材であっ
   て、 前記摩擦材は、原料金属粉末が基材と接触した状態で加
   熱することにより、該金属粉末同士が焼結・結合して焼
   結材を創製し、かつ該焼結材と前記基材が結合した複合
   焼結摩擦材であり、 前記焼結材の厚みをＴ₁ とし、前記基材の厚みをＴ₂ と
   したとき、その比Ｔ₁／Ｔ₂ は、下記不等式を満たす複
   合焼結摩擦材。 ０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦２
2. 【請求項２】 前記比Ｔ₁ ／Ｔ₂ は、０＜Ｔ₁ ／Ｔ₂ ≦
   １の範囲内にある請求項１に記載の複合焼結摩擦材。
3. 【請求項３】 前記焼結材は、銅を主成分として、Ｓ
   ｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｌから選ばれる少なくとも１種の金
   属元素を含む合金からなり、該合金中には、銅元素を、
   重量基準で６０％以上９５％以下含有する、請求項１に
   記載の複合焼結摩擦材。
4. 【請求項４】 前記基材は、軟鋼、炭素鋼、合金鋼、機
   械構造用鋼から選ばれるいずれか１種である、請求項１
   に記載の複合焼結摩擦材。
5. 【請求項５】 基材に結合剤を塗布する工程と、 前記結合剤を塗布した前記基材に、原料金属粉末を接着
   する工程と、 前記原料金属粉末を接着した前記基材を、前記結合剤の
   分解温度以上に加熱することにより、前記原料金属粉末
   を焼結し、同時に前記基材と接合させ、それによって摩
   擦材を形成する工程と、 必要に応じて、密度調整のために、前記摩擦材を圧縮す
   る工程と、を備えた、複合焼結摩擦材の製造方法。
6. 【請求項６】 前記原料金属粉末は、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚ
   ｎ、Ｎｉ、Ａｌ粉末、またはそれらの金属元素を含有す
   る合金粉末であり、焼結後の合金組成として、銅元素
   を、重量基準で、６０％以上９５％以下含有することを
   特徴とする、請求項５に記載の、複合焼結摩擦材の製造
   方法。
7. 【請求項７】 前記原料金属粉末の粒子径が、平均粒径
   で１０μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とす
   る、請求項５に記載の、複合焼結摩擦材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記原料金属粉末のアスペクト比は、２
   ０以下であることを特徴とする、請求項５に記載の、複
   合焼結摩擦材の製造方法。
9. 【請求項９】 前記結合剤は、Ｃ、Ｈ、Ｏから構成され
   る有機物であることを特徴とする、請求項５に記載の、
   複合焼結摩擦材の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記焼結・接合工程での加熱温度は、
    ７００℃以上１０００℃以下であることを特徴とする、
    請求項５に記載の、複合焼結摩擦材の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記焼結工程における焼結雰囲気は、
    水素を体積基準で３０％以上含有することを特徴とす
    る、請求項５に記載の、複合焼結摩擦材の製造方法。
12. 【請求項１２】 前記基材として、銅めっきを施した鋼
    材を用い、そのめっき厚みを、１μｍ以上２０μｍ以下
    とすることを特徴とする、請求項５に記載の複合焼結摩
    擦材の製造方法。