JP4811858B2 - 青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結方法によって製造されるクラッド材の製造方法に関する。

従来、自動車の自動変速機のクラッチ等に使用される部材（ワンウェイクラッチのエンドプレート）として、耐衝撃性の高い青銅合金（例えば、高錫青銅やリン青銅）と延性の高い低炭素鋼板とのクラッド材を使用したものが知られている（特開平６−３３７０２６号公報の段落００１１）。そして、クラッド材の製造方法として、例えば、特開２００３−２６９４５６号公報の段落００１８に記載されるように、青銅粉末を鋼板の上に散布して焼結・乾式圧延を繰り返し、その際に、焼結温度による鋼板の鋼結晶粒の成長に注意しながら且つ青銅合金の緻密化に注意をはらいながら焼結温度、圧延率を選定して製造されていた。鋼結晶粒が粗大化したり、青銅合金層の空孔率が高いと深絞り加工等の加工時に、鋼結晶粒界や空孔部に加工での応力が集中し、割れの起点となりやすいからである。また、圧延は乾式圧延にて製造されるが、これは、圧延ロール表面に圧延油を供給しながら湿式圧延を行うと、毛細現象による青銅焼結層の奥深くの空孔内へ圧延油が浸み込んで、次工程の熱処理（焼結）中に浸み込んだ圧延油が焼結層内で気化して新たな空隙が形成されるという問題があるからである。
特開平６−３３７０２６号公報（段落００１１） 特開２００３−２６９４５６号公報（段落００１８）

しかし、上記のような耐衝撃性の高い青銅合金と延性の高い低炭素鋼板とのクラッド材においては、圧延中に青銅合金と低炭素鋼との硬さが逆転するため、強度が高い青銅合金を用いたり、逆に強度が低い鋼を用いた場合には、総圧延量における低炭素鋼の圧延量の比率が多くなり、青銅合金が圧下され難い。また、乾式圧延では、過度に圧延率を高めると、圧延ロール表面とクラッド材表面間で焼付が起こるという問題がある。このため、青銅合金の緻密化を充分に達成するためには、乾式圧延を何段階に分けて行い、乾式圧延と焼結とを繰り返して行うことにより、青銅合金を高密度化させているため、生産効率が劣るという欠点があった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、生産効率を犠牲にすることなく、高密度化が可能な青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、鋼裏金上に青銅合金を散布し焼結して得られた多孔質青銅合金層の空孔率を乾式圧延工程と焼結工程とを施して空孔率３％以下の青銅合金と鋼との複層材を得た後、該複層材に対し圧延ロール表面にパラフィン系潤滑油からなる圧延油を供給して行う湿式圧延工程を施し、該湿式圧延工程を施した後、アニール熱処理工程を施すことを特徴とする。

請求項２に係る発明においては、請求項１記載の青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法において、前記青銅合金は、その組成がＣｕ−Ｓｎ系又はＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系であることを特徴とする。

請求項３に係る発明においては、請求項１又は請求項２記載の青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法において、前記鋼裏金は、低炭素鋼であることを特徴とする。

請求項１に係る発明において、青銅合金層の空孔率３％以下とした鋼と青銅合金層からなる複層材に対し、パラフィン系潤滑油からなる圧延油で湿式圧延を行うことにより、従来の湿式圧延で見られる毛細管現象による焼結層の奥深くの空孔内へ圧延油が浸み込んで、次工程の熱処理（焼結）中に浸み込んだ圧延油が焼結層内で気化して新たな空隙が形成されるという不具合はなく、次工程のアニール熱処理を行うことができる。このため、少ない圧延回数で青銅合金層の高密度化が可能となり、生産効率を高めることができる。また、圧延油としてパラフィン系潤滑油を使用した場合には、温度による粘度変化が小さく湿式圧延が行い易い。

なお、乾式圧延で青銅合金層の空孔率を３％より多くした複層材に対し、パラフィン系潤滑油からなる圧延油で湿式圧延を行うと、上記した不具合が発生する場合があるので、青銅合金層の空孔率を３％以下と限定した。また、青銅合金層の空孔率３％以下を達成するために、通常１回の乾式圧延を行えばよいが、青銅合金層の組成や最終的なクラッド材の厚さ寸法精度等を考慮して乾式圧延を複数回に分けて行ったり、乾式圧延間に焼結やアニールを行って青銅合金層の空孔率３％以下を達成しても良い。

また、請求項２に係る発明においては、耐衝撃性の高いクラッド材を製造することができる。

また、請求項３に係る発明においては、絞り加工のし易いクラッド材を製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係る製造方法で製造したクラッド材を自動車の自動変速機のクラッチに使用されるエンドプレートに適用した場合のエンドプレート１の正面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）である。エンドプレート１は、オートマチックトランスミッション等の一方向クラッチの内輪と外輪との間のスペースを保持するために使用され、その形状は、断面コ字状の環状部材として構成されるものである。また、エンドプレート１は、低炭素鋼２（例えば、自動車用冷延鋼材であるＳＰＣＣ、絞り加工用の鋼材であるＳＰＣＤ、深絞り加工用の鋼材であるＳＰＣＥ）の表面に青銅合金層３（Ｃｕ−Ｓｎ系又はＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系）を積層したクラッド材で構成され、該クラッド材を鋼材側が内面となるようにコ字状に絞り加工することにより製造する。

そして、上記したクラッド材は、本発明の製造方法により製造されるものである。即ち、鋼裏金上に青銅合金を散布し焼結して得られた多孔質青銅合金層の空孔率を乾式圧延工程と焼結工程とを施して空孔率３％以下の青銅合金と鋼との複層材を得た後、該複層材に対し圧延ロール表面に圧延油を供給して行う湿式圧延工程を施すことにより、従来の湿式圧延で見られる毛細管現象による焼結層の奥深くの空孔内へ圧延油が浸み込んで、次工程の熱処理（焼結）中に浸み込んだ圧延油が焼結層内で気化して新たな空隙が形成されるという不具合はなく、次工程の熱処理を行うことができる。このため、少ない圧延回数で青銅合金層の高密度化が可能となり、生産効率を高めることができる。

そこで、以下、本発明の方法と従来の方法とで作製したクラッド材の性能について表１を参照して説明する。表１のうち、それぞれの対象製品は、以下のように製造した。

〔実施例１〕
１．５ｍｍの低炭素鋼（ＳＰＣＥ）上に、Ｃｕ−６質量％Ｓｎ−０．１質量％Ｐの青銅合金粉末（-６０メッシュ）を散布後、還元性を有する焼結炉にて９５０℃で１５分焼結し、冷却後、圧延ロールにて乾式圧延を施し、再度同条件で焼結し空孔率３％、厚さ０．３５ｍｍの青銅合金層と厚さ１．３５ｍｍの低炭素鋼との複層材を得、その後、その複層材を圧延ロールにてロール表面に圧延油（パラフィン系原油から生成された鉱物油）を供給しながら湿式圧延を行った。この際の圧延率はロール表面と複層材表面との微視的焼付が起こらない限界の圧延率（表１に示す。）とした。その後、絞り加工を行うために、還元性を有する焼結炉にて８１０℃で１５分アニールして実施例１を得た。

〔比較例１〕
複層材を得るまでの工程は、実施例１と同じであるが、その後の複層材の圧延工程が乾式圧延で行ったものである。この際の圧延率はロール表面と複層材表面との微視的焼付が起こらない限界の圧延率（表１に示す。）とした。その後、絞り加工を行うために、還元性を有する焼結炉にて８１０℃で１５分アニールして比較例１を得た。

〔比較例２〕
複層材を得るまでの工程は、実施例１と同じであるが、その後の複層材の圧延工程が乾式圧延で２回行ったものである。この際の圧延率はロール表面と複層材表面との微視的焼付が起こらない限界の圧延率（表１に示す。）とした。ただし、２回の乾式圧延の間に還元性を有する焼結炉にて８１０℃１５分のアニールを行っている。その後、絞り加工を行うために、還元性を有する焼結炉にて８１０℃で１５分アニールして比較例２を得た。

〔比較例３〕
複層材を得るまでの工程において、青銅合金層の空孔率が４％である点を除いて実施例１と同じであるが、その後の実施例１と同じように、複層材を圧延ロールにてロール表面に圧延油（パラフィン系原油から生成された鉱物油）を供給しながら湿式圧延を行った。この際の圧延率はロール表面と複層材表面との微視的焼付が起こらない限界の圧延率（表１に示す。）とした。その後、絞り加工を行うために、還元性を有する焼結炉にて８１０℃で１５分アニールして比較例３を得た。

表１において、圧延前合金空孔率は、乾式圧延による複層材を得た段階での青銅合金層の空孔率であり、圧延後合金空孔率は、表１の１回目若しくは２回目の限界圧延率を施した後の青銅合金層の空孔率であり、合金割れの有無は、図１に示すエンドプレート形状（外径９０ｍｍ、内径７８ｍｍ）に絞り加工したときに、コ字状のＲ状屈曲部の青銅合金層の割れの有無を示すものである。

しかして、本発明の製造方法で製造した実施例１においては、限界圧延率が高く圧延後合金空孔率も低く且つ合金層の割れも発生しておらず、耐衝撃性の高いクラッド材を提供することができる。これに対し、比較例１においては、限界圧延率が低く圧延後合金空孔率も高く且つ合金層の割れも発生しているので、耐衝撃性が低いクラッド材となっている。また、比較例２においては、限界圧延率での乾式圧延を２回行い且つその２回の乾式圧延の間に焼結を行っているので、比較例１に比較して圧延後合金空孔率も低く且つ合金層の割れも発生していないが、２回の乾式圧延工程及びその間のアニール工程が必要であり、きわめて生産性が悪い。更に、比較例３においては、実施例１と同じ条件の湿式圧延を施しているが、圧延前の合金層の空孔率が高いため、空孔に浸み込んだ圧延油が焼結工程で気化し、新たに空孔が形成されるため、圧延後合金空孔率も高く且つ合金層の割れも発生している。このため、耐衝撃性が低いクラッド材となっている。

表１の実施例１と比較例１とを対比した場合に、その限界圧延速度は、表２のようになっている。限界圧延速度は、ロール表面と複層材表面との微視的焼付が起こらない限界の速度であり、表２からも明らかなように、実施例１は比較例１に対し圧延率が高いにもかかわらず限界圧延速度が速いので、生産効率にも優れていることが理解できる。

なお、湿式圧延後の絞り加工するために必要なアニールは、連続炉通板方式加熱、コイル巻取り状態でのバッチ炉加熱のどちらを使用して行なっても良い。

本発明に係る製造方法で製造したクラッド材を自動車の自動変速機のクラッチに使用されるエンドプレートに適用した場合のエンドプレートの正面図（Ａ）、Ａ−Ａ線断面図（Ｂ）である。

符号の説明

１ エンドプレート
２ 低炭素鋼
３ 青銅合金層

Claims (3)

1. 鋼裏金上に青銅合金を散布し焼結して得られた多孔質青銅合金層の空孔率を乾式圧延工程と焼結工程とを施して空孔率３％以下の青銅合金と鋼との複層材を得た後、該複層材に対し圧延ロール表面にパラフィン系潤滑油からなる圧延油を供給して行う湿式圧延工程を施し、該湿式圧延工程を施した後、アニール熱処理工程を施すことを特徴とする青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法。
2. 前記青銅合金は、その組成がＣｕ−Ｓｎ系又はＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系であることを特徴とする請求項１記載の青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法。
3. 前記鋼裏金は、低炭素鋼であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の青銅合金と鋼のクラッド材の製造方法。
   

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