(57)【要約】【課題】  高熱伝導率に起因するブレーキキャリパ側の温度上昇を抑え、ブレーキ液温の上昇によるベーパーロックやブーツ、ピストンシール等のゴム部品の熱劣化を防止することができる銅系摩擦部材を提供する。【解決手段】  銅粉を主成分とする銅系焼結摩擦材とプレッシャプレートを備えた銅系摩擦部材において、銅系焼結摩擦材と表面にプレッシャプレートとの間に、化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層を形成したことを特徴とする銅系摩擦部材。前記ジルコニア粉末層と前記銅系焼結摩擦材との間に銅とニッケルの合金粉末層を形成したこと、及び／又は前記ジルコニア粉末層と前記プレッシャプレートとの間に銅とニッケルの合金粉末層を形成したことが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅粉を主成分とする銅系焼結摩擦材とプレシャプレートを備えた銅系摩擦部材において、銅系焼結摩擦材とプレッシャプレートとの間に、化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層を形成したことを特徴とする銅系摩擦部材。
【請求項２】
前記ジルコニア粉末層と前記銅系焼結摩擦材との間に、銅とニッケルの合金粉末層を形成したことを特徴とする請求項１記載の銅系摩擦部材。
【請求項３】
前記ジルコニア粉末層と前記プレッシャプレートとの間に、銅とニッケルの合金粉末層を形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の銅系摩擦部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は銅系摩擦部材に関し、詳細には、ブレーキキャリパ側の温度上昇を抑えた、熱害が防止できるブレーキ用の銅系摩擦部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ブレーキ用摩擦材としては有機系材料が主として用いられているが、新幹線のように制動負荷が大きいブレーキの摩擦材には銅系焼結摩擦材が使用されている。そして、自動車や鉄道車両等の高速化に伴い、銅系焼結摩擦材の使用は今後更に増加することが予想される。
【０００３】
ところで、摩擦部材の内、ディスクブレーキのパッドを例にその製造工程を説明すると、パッドの製造は、銅粉を主成分として、これに金属や非金属の各種粉末を加えて撹拌機で均質に混合した後、得られた粉粒状の摩擦材母材を予備成形金型内に投入し、所定の寸法・形状に近づけるため常温で圧縮成形する予備成形を行う。次いで、この予備成形工程により得られた予備成形品に対してプレッシャプレート（以下「Ｐ／Ｐ」と略記する）が適用される。即ち、摩擦材は当然のことながら摩擦特性を重視した配合からなるが、一般に機械的強度は低いため、銅系焼結摩擦材においても強度補強のために、鉄系材料からなるＰ／Ｐが接合される。このため、摩擦材とは別工程で製造するＰ／Ｐは、例えば鋼板を所定形状に打ち抜き加工し、得られた加工品の金属表面から油脂質を除去して脱脂した後、メッキ処理を施して製造される。一方、予備成形品は、上記のように製造されたＰ／Ｐを付加して組み立てた後、次に、焼結を行うと同時に、Ｐ／Ｐを一体化して本成形品とするため所定の圧力・温度で熱成形処理する焼結工程が行われる。その後、表面研磨処理や塗装処理等の仕上げ工程を行ってパッドが製造される。
【０００４】
上記したように、銅系焼結摩擦材は、摩擦材の形成とは別にＰ／Ｐを製造しなければならないこと、加えてＰ／Ｐに例えば銅メッキ処理のような前処理を施さないとＰ／Ｐと摩擦材との充分な接合強度が確保できないこと、焼結・接合の工程に先立って摩擦材とＰ／Ｐとの位置決め等の工程が必要なことなどの理由から製造工程数が多く、生産性に問題があった。又、上記工程により製造しても、摩擦材とＰ／Ｐとは接合不良を生じる可能性があること、銅系材料の摩擦材と鉄系材料のＰ／Ｐとは熱膨張差があるため、制動時の摩擦熱によって熱変形や熱亀裂を生じることなどの心配があった。更に、銅系材料の摩擦材は熱伝導が良いため、摩擦熱がＰ／Ｐを介して容易にキャリパ側へ伝達し、ブレーキ液やゴム部品の温度が上昇して熱害を生じさせることなどの不都合を伴った。
【０００５】
このような問題点が幾つも有るにもかかわらず、銅を基材とした銅系焼結摩擦材は、レジン系摩擦材に比較して耐熱性に優れているため、過酷な制動条件によって摩擦材が高温になっても高い摩擦係数を保持できるので、現在広く使用されている。
【０００６】
また、銅粉を主成分として焼結により形成される銅系焼結摩擦材において、例えば主材の銅粉末に黒鉛、セラミックス、マイカ等の摩擦特性に必要な材料を混合したような、摩擦特性に優れた材料を重点分散配合して形成した第１の層と、前記第１の層に積層し、例えば主材の銅粉末に後の工程である焼結工程で焼結を促進し、焼結後の強度向上に寄与する燐銅粉末を混合・攪拌した、強度特性に優れた材料粉末を重点分散配合して形成した第２の層とからなり、さらに前記第２の層の表層に、例えば主材のジルコニア粉末に、ジルコニア粒子間に介在して焼結工程でのバインダーの働きをする燐銅粉末を混合・攪拌した、低熱伝導性を有し、かつ硬質な材料粉末を主成分とする第３の層を形成することにより、Ｐ／Ｐを使用しないブレーキ用摩擦部材が提案されている（特許文献１）。しかし、この技術は、Ｐ／Ｐを使用しないようにするためのものであるので、Ｐ／Ｐを使用することを前提とする従来の銅系焼結摩擦材には適用できないものである。
【特許文献１】特開平１０−１７８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記で説明したように、銅を基材としていることから熱伝導率が良いため、ブレーキ制動時に発生した摩擦熱がＰ／Ｐ、ピストンを介してブレーキキャリパ側に伝わり易く、急制動を連続して繰り返すような過酷な使用条件の場合、ブレーキ液温の上昇によるベーパーロックやブーツ、ピストンシール等のゴム部品の熱劣化等の熱害が懸念される。
【０００８】
そこで、摩擦熱がブレーキキャリパ側に伝わるのを抑制する方法として、Ｐ／Ｐ表面に熱伝導率の悪い材料を溶射したり、Ｐ／Ｐとピストンの間に断熱シムを挿入したり、Ｐ／Ｐの材料（一般使用材料は低炭素鋼で表面に銅メッキ処理を施したものである）として熱伝導率の悪い材料、例えばＦＲＰ（繊維強化樹脂）やセラミックスを使用することが検討されている。
【０００９】
しかし、溶射の場合は、工程増によるコストアップや、Ｐ／Ｐとの密着性が良くないことに起因する熱伝導抑制効果の持続性等に問題がある。また、断熱シムの挿入は、断熱シムの製造及び組み付け工程増によるコストアップの問題がある。Ｐ／Ｐ代替材料の場合、ＦＲＰでは強度、耐熱性低下、材料費・加工費増によるコストアップが問題になり、セラミックスでは焼結摩擦材との接着の信頼性や材料費・加工費増による大幅なコストアップが問題になる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、銅（熱伝導率：約３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）を基材とした銅系焼結摩擦材の高熱伝導率に起因するブレーキキャリパ側の温度上昇を抑え、ブレーキ液温の上昇によるベーパーロックやブーツ、ピストンシール等のゴム部品の熱劣化を防止することのできる銅系摩擦部材、特にブレーキ用の銅系摩擦部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意研究を行い、銅粉を主成分とする摩擦特性に優れた成形体層（銅系焼結摩擦材）とＰ／Ｐとの間に、銅よりも熱伝導率の小さい化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層を介在させて焼結すれば、ゴム部品やブレーキ液の温度上昇による熱害が生じないことを見出し、かかる知見に基づいて本発明を達成するに至った。
【００１２】
すなわち、上記の目的を達成するために、本発明は下記の構成からなる。
（１）銅粉を主成分とする銅系焼結摩擦材とプレシャプレートを備えた銅系摩擦部材において、銅系焼結摩擦材とプレッシャプレートとの間に、化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層を形成したことを特徴とする銅系摩擦部材。
（２）前記ジルコニア粉末層と前記銅系焼結摩擦材との間に、銅とニッケルの合金粉末層を形成したことを特徴とする前記（１）記載の銅系摩擦部材。
（３）前記ジルコニア粉末層と前記プレッシャプレートとの間に、銅とニッケルの合金粉末層を形成したことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の銅系摩擦部材。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の銅系摩擦部材は、銅系焼結摩擦材のＰ／Ｐ側に化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層を有し、さらに好ましくはジルコニア粉末層の上下に銅とニッケルの合金粉末層を有することを特徴とした銅系摩擦部材であって、特にブレーキ用の摩擦部材として好適に用いられるが、ブレーキ用以外の用途にも用いることができる。
そして、ジルコニアは非常に熱伝導率が小さい（約２Ｗ／ｍ・Ｋ）ため、ブレーキ制動時に発生した摩擦熱がＰ／Ｐ側に伝わるのを抑制し熱害が防止できる。
しかも、ジルコニア粉末に銅と全率固溶体を作り、しかも銅より熱伝導率が小さいニッケル（熱伝導率：約９０Ｗ／ｍ・Ｋ）を主成分とする化学ニッケルメッキが施してあり、ジルコニア粉末層の上下に銅とニッケルの合金粉末層を有するため、表面に銅メッキを施したＰ／Ｐ及び銅系焼結摩擦材との接着性が低下しないという優れた効果を有する。なお、銅とニッケルは、どの組成比でも固溶する全率固溶体となることが知られている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る銅系摩擦部材をブレーキ用の摩擦部材に用いた場合の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、本発明はこれらの実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
本発明の実施の形態においては、例えば後記する実施例に示すように、銅粉末を含む配合材料Ａを予備成形金型に投入し、層を形成し、その上に例えば３０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末Ｂと、平均粒径約３５０μｍのジルコニア粉末に約１０μｍの厚さの化学ニッケルメッキを施した粉末Ｃと、３０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末Ｂを順次投入して予備成形を行って予備成形体を得た後、予備成形体の配合材料Ａと反対側の面に、表面に銅メッキを施したＰ／Ｐを重ね合わせて焼結炉に設置し、焼結を行うことにより、Ｐ／Ｐの銅メッキ層の上にＣｕ−Ｎｉ合金粉末Ｂ層、前記粉末Ｃ層、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末Ｂ層、その上にさらに配合材料Ａ層（銅系焼結摩擦材）が積層し、配合材料Ａ層が摩擦面となる構成を有する摩擦材を作ることが好ましい態様として挙げられる。前記粉末Ｃ層である配合材料Ｃ層は熱伝導性が低いので、摩擦によって生じた熱がＰ／Ｐに伝わる程度が低く抑えることができる。
【００１６】
このような構成のブレーキ用の摩擦部材において、各層の構成を定めた理由、及び中間層を介在させた理由を説明すると、化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末にて配合材料Ｃ層を構成するのは、ジルコニア粉末のみでは配合材料Ｃ層の強度を確保できないためである。施した化学ニッケルメッキは、配合材料Ｃ層の結合強度を確保すると共に、銅系焼結摩擦材（配合材料Ａ層）及び表面に銅メッキを施したＰ／Ｐとの結合強度を確保するものである。
【００１７】
化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層（配合材料Ｃ層）と銅系焼結摩擦材（配合材料Ａ層）との間に、銅とニッケルの合金粉末層（配合材料Ｂ層）を設けるのは、化学ニッケルメッキを介した結合をより確実にするためである。
化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層（配合材料Ｃ層）と表面に銅メッキを施したＰ／Ｐとの間に、銅とニッケルの合金粉末層（配合材料Ｂ層）を設けるのは、化学ニッケルメッキを介した結合をより確実にするためである。
【００１８】
上記の実施の形態においては、図１に示すように銅系焼結摩擦材（配合材料Ａ層）とＰ／Ｐとの間に、両面に配合材料Ｂ層を形成させた配合材料Ｃ層を介在させたブレーキ用の銅系摩擦部材１について説明したが、図２に示すように配合材料Ａ層（銅系焼結摩擦材）と配合材料Ｃ層との間にのみ配合材料Ｂ層を介在させた場合、及び図３に示す配合材料Ａ層（銅系焼結摩擦材）とＰ／Ｐの間に、配合材料Ｃ層だけを介在させた場合の両方とも、図１に示すブレーキ用の銅系摩擦部材と同様の優れた熱害防止性と接着性を有することがわかった。
【００１９】
すなわち、ジルコニアは熱伝導率が非常に小さいため、ブレーキ制動時に発生した摩擦熱がＰ／Ｐ側に伝わるのを抑制する熱害が防止でき、しかもジルコニア粉末に銅と全率固溶体を作る化学ニッケルメッキが施してあり、かつジルコニア粉末層の上下に銅とニッケルの合金粉末層を有するため、Ｐ／Ｐ及び銅系焼結摩擦材との接着性は低下しないのである。
【実施例】
【００２０】
実施例１
（Ａ）ブレーキ用の摩擦部材の製造
１）原料
第１表に示す配合材料Ａと、３０ｗｔ％Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末Ｂと、平均粒径約３５０μｍのジルコニア粉末に約１０μｍの厚さの化学ニッケルメッキを施した粉末Ｃを用意した。
２）予備成形体の製造
配合材料Ａを混合後、予備成形金型に投入し、均し・仮押しを行った。次にその上に粉末Ｂを均一に振り掛けるように投入した後に粉末Ｃを投入し、再び均し・仮押しを行った。続いて配合材料Ｂを再び均一に振り掛けるようにして投入した後、成形圧力４００ＭＰａで予備成形を行い予備成形体を得た。なお、粉末Ｂ及び粉末Ｃの使用量は、重量比で配合材料Ａの１／２０、１／１０であった。
【００２１】
３）焼結工程
上記予備成形体の配合材料Ａと反対側の面と、表面に銅メッキを施したＰ／Ｐを重ね合わせて焼結炉に設置し、圧力約１ＭＰａ、温度８００℃、保持時間２時間で焼結を行った。
４）製品
焼結工程により得られたブレーキ用の摩擦部材は、研磨などにより製品とするが、得られたものは図１に示すように、表面に銅メッキを施したＰ／Ｐ：２の銅メッキ側に、配合材料Ｂの層５、ジルコニア粉末に化学ニッケルメッキを施したものからなる配合材料Ｃの層６があり、さらに配合材料Ｂの層５があり、その隣に配合材料Ａからなる銅系焼結摩擦材の層４がある構造となっている。
【００２２】
【表１】
2006016670.tif 000003
【００２３】
（Ｂ）製品の摩擦試験
上記手順で得られた本発明品と配合材料Ａだけで粉末Ｂ及びＣを含まないで製造した比較品を用いて摩擦試験を行い、図１に示す摩擦材の厚さ１０ｍｍの中央の位置ＸとＰ／Ｐの厚さ６ｍｍの中央の位置Ｙの温度を測定し、その結果を第２表に示す。
本発明品の位置Ｙの温度は、比較品の位置Ｙの温度に比べ、最大で８０℃も低く、熱害防止に効果があることが確認された。本発明品の位置Ｘの温度は、比較品の位置Ｘの温度とほとんど変わらないが、本発明品においては粉末Ｂ及びＣの存在により、位置Ｙの温度が比較品に比して低くなっていることが確認される。なお、前記摩擦試験は、慣性型ダイナモ試験機を用いた温度別摩耗試験による試験法によった。
【００２４】
【表２】
2006016670.tif 000004
【００２５】
なお、第２表に示す各位置の温度測定における条件は下記のとおりである。
条件１：摩擦材制動初期温度１２０℃
条件２：摩擦材制動初期温度２００℃
条件３：摩擦材制動初期温度２５０℃
条件４：摩擦材制動初期温度３００℃
条件５：摩擦材制動初期温度３５０℃
【００２６】
（Ｃ）接着強度試験
また、本発明品と比較品について、摩擦材とＰ／Ｐとの接着強度を測定したところ、４５〜４８ＭＰａで大きな差はなかった。なお、接着強度試験は、ＪＩＳ  Ｄ４４２２試験法に従って行った。
【００２７】
実施例２
これは、Ｐ／Ｐのメッキした側に第１層として配合材料Ｃの層があり、第２層として配合材料Ｂの層があり、第３層として配合材料Ａの層（銅系焼結摩擦材）を設けたもので、その構造を図２に示す。Ｐ／Ｐのメッキした側に第１層として配合材料Ｂの層がない点が実施例１のブレーキ用の摩擦部材と相違している。
実施例３
これは、Ｐ／Ｐのメッキした側に第１層として配合材料Ｃの層があり、第２層として配合材料Ａの層（銅系焼結摩擦材）を設けたもので、その構造を図３に示す。Ｐ／Ｐのメッキした側に第１層として配合材料Ｂの層、第３層として配合材料Ｂの層がない点が実施例１のブレーキ用の摩擦部材と相違している。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の銅系摩擦部材は、摩擦熱による熱害の低減、Ｐ／Ｐと銅系焼結摩擦材との良好な接着性、及び向上した耐摩耗性を有するので、高速走行する自動車や鉄道車両のブレーキ用摩擦部材として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るブレーキ用の銅系摩擦部材の一実施形態の概略構成及び温度測定位置を示す図である。
【図２】本発明に係るブレーキ用の銅系摩擦部材の別の実施形態の概略構成図である。
【図３】本発明に係るブレーキ用の銅系摩擦部材のさらに別の実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ブレーキ用の銅系摩擦部材
２  Ｐ／Ｐ
３  銅メッキ層
４  配合材料Ａ層（銅系焼結摩擦材）
５  配合材料Ｂ層（銅とニッケルの合金粉末層）
６  配合材料Ｃ層（化学ニッケルメッキを施したジルコニア粉末層）
【図１】
2006016670.tif 000005
【図２】
2006016670.tif 000006
【図３】
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