JPH0257672A - 溶射方式による摩擦材料および摺動材料の製造法 - 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） 本発明は工作機械、建設機械、自動車、二輪車、船舶、
航空機などの各種機械の回転あるいは移動運動を任意に
制御する手段としての、いわゆるクラッチあるいはブレ
ーキの材料として使用する摩擦材料の製造法に関するも
のであって、溶ｑ４方法によるメタリック系、セラメタ
リック系およびセラミック系摩擦材料の製造法に関する
ものであり、さらにもう一つには、各種軸受、パンタグ
ラフ、ウェアープレイドなとの摺動材料の製造方法に関
するものであって、溶射方式によるメタリック系、セラ
メタリック系およびセラミ・ンク系摺動材料の製造法に
関するものである。

本発明製造法において摩擦材料のＩ！２造法と摺動材料
の製造法とは、特許請求の範囲に示された本質的な部分
は同じであるので一つの発明として開示されるが、詳細
には目的、構成、効果、従来技術などの面で若干の差は
生ずるものであり、詳細な説明および当業者の通常の知
識によって本質的な部分を逸脱しない範囲で種々変更を
加え得ることは、もちろんである。

（従来の技術） 従来、メタリック系あるいはセラメタリック系摩擦材料
の製造法としては、粉末冶金的製造法が知られている。

これは摩擦材のライニングを構成する種々の成分を均一
に混合し、この混合粉末を金型に入れ圧縮成形し、通常
は還元雰囲気あるいは非酸化性雰囲気中で、メツキした
芯板、裏板、基部、シャンク等（以下芯板と総称する）
とともに焼結を行なうか、あるいはライニング部分のみ
焼結し、後で適当な方法で芯板に接合するものである。

摩擦材料ではセラミック系が実用されていないが、これ
は摩擦特性の問題もあるが、粉末冶金的製造法における
芯板との結合の難しさも原因になっていると思われる。

この他にも鉄道車両の制輪子のように鋳造によって製造
する方法も知られているが、この方法はブロック状の大
型品を作るもので、ある程度用途は限定されている。

摺動材料もブロック状あるいは肉厚の厚いものは別であ
るが肉厚の薄いものは鋼板台軸受の様にライニングに相
当する部分および芯板に相当する部分よりなり、摩擦材
料と同様に粉末冶金法で製造されるか、溶融鋳造法、溶
射法、粉末圧延法等によって製造される。

（本発明が解決しようとする４題） 摩擦材料の場合に、これら従来の方法はその製造法から
、円板状の摩擦板、ブレーキパッド。

セグメントディスクのように平板状の製品（鋳造法では
ブロック状の大型品）の製造法としては適しているが、
例えばドラムブレーキのような曲面を有するライニング
や、コーンクラッチ、シンクロナイザ−リングのように
円錐形のライニング、さらにはもっと複雑な形状を有す
るものの製造法としては複雑で難しく、かつ多くの加工
工程を必要とし、高価格なものとなっている。

また平板状のものにおいても、極く薄いライニングの場
合、金型への原料投入方法および焼結前の圧粉体（グリ
ーンコンパクト）のハンドリング等の問題から、かなり
厚く成形したライニングを焼結後に研削盤等で加工除去
しているのが現状で、コストアップの要因となっている
。

また−殻内にはライニングと鋼板に銅メツキした芯板と
を炉の中に入れ加熱、加圧して焼結と同時に接着を行な
っていることが多いのであるが、焼結のための温度は通
常、鋼の変態点以上であることが多く、このため芯板の
変形や、結品粒の成長から焼き入れ時の焼き割れの原因
となったりしている。さらに焼結工程では炉冷して取り
出すため、芯板は完全に焼きなまされた状態であり、焼
入れなしで使用可能な範囲はかなり制限され、焼き入れ
工程を加えればコストアップとなる。またライニングの
焼結温度以下に融点があるような。

例えばアルミニウム合金系の芯板は、この方式による生
産には使用できないのである。

また粉末冶金法による製造方法は、成形のための大きな
プレス機、焼結、接着のための高温高圧のホットプレス
装置を必要とし、装置はかなり高価なものであり、かつ
また成形、焼結工程は工数も時間もかかり、全体として
比較的高コストな方法である。

これらの点から異形品（平板状でないもの）や極薄ライ
ニング品の安易な製造方法として、あるいはその他にも
従来方法に代わる安価な製造方法として、溶射方式によ
る製造方法が提案されてきている。これら特許によれば
、スチール等の芯板をサンドブラスト、ショツトブラス
ト、研摩布、サンドベーパーあるいは機械加工等で表面
荒しを行ない、これに摩擦材料を溶射するものである。

しかし、これら製造法は特許等で提案されてはいるが、
重要保安部品であるブレーキ、クラッチ等として使用さ
れる摩擦材料に実際に使用されている例は掻くわずかで
ある。

この原因の一つは、溶射したライニング層と芯板との間
の接着の問題があるからである。充分な注意を払い表面
粗さを調整した芯板に特に接着のために調整されたボン
ディング用粉末を溶射しても１通常の引張剪断あるいは
圧縮剪断強度としては充分であっても、板が折り曲げら
れた時や弯曲した時には芯板ライニング界面から剥離を
生じてしまう、また長期に亘るエンゲージあるいはフラ
ッタリング等による衝撃によっても、界面からの剥離が
生じてしまっている。これは溶射ライニング層と芯板と
の接合が主として機械的接合すなわちアンカー効果によ
るものであり、粉末冶金法のメタリック系摩擦材料の芯
板とライニング層との接合がメツキ層である銅、ニッケ
ル等の金属の拡散を介して行なわれる金属結合であるの
とは、強度も信頼性も大巾に異なるからである。このた
め重要な用途では溶射方式摩擦材料は使用できなかった
。

また溶射方法の場合、芯板の面相さは接着強度に重要な
影響を及ぼし、通常は５０μｍ程度の表面粗さが望まし
いといわれている。摩擦材料は動力伝達のために歯車を
切っであるものが多いが、アンカー効果のためのブラス
ト処理、機械加工、研摩紙その他の方法によって南部上
に形成された鋭利な傷は、これが起点となって歯の割れ
等の原因ともなるものである。

摺動材料の場合も、摩擦材料と同様にライニング厚さが
薄いものの場合は、芯板等にライニングして使用するこ
とが多いが、形状が円筒型などのような時には、例えば
接着層を設けた鋼板の上に粉末をのせ、炉に入れて仮焼
結し、これを円筒形に徐々に加圧変形させては焼結する
ことをくり返している。この為、多くの工数を必要とし
高コストとなっている。そこで溶射によって芯板上に接
着と同時にライニングを行なう方法も現在一部に実用化
されているが：やはり摩擦材料の所で述べたと同様、サ
ンドブラスト等によって而荒しなどの表面処理を行ない
、その上にライニング材あるいはボンド材プラスライニ
ング材の溶射を行なっており、熱による膨張、収縮また
はプレートの場合などは反り等によって剥離してしまう
という不具合が生じており、溶射方法にょる摺動材料の
用途の拡大を妨げていた。

（課題を解決するための手段） 本発明の発明者は、上記溶射方式による摩擦材料および
摺動材料製造法の欠点を改良するため種々の検討を行な
った結果、摩擦材料または摺動材料を製造するに当り、
あらかじめ芯板に金属をコーティングし、このコーティ
ングした金属を溶融状態に保ち、この溶融コーティング
層中に摩擦材料または摺動材料を溶射することによって
、前記の課題を大巾に改良することが可能となることを
発見し１本発明に至った。

本発明に係る金属のコーティング方法としては、一般的
に既知のメツキ方法や溶融金属中への浸漬方法、塗料タ
イプの塗装あるいは塗布、ＣＶＤ。

ＰＶＤ、摩擦移着、溶射等いずれを用いてもよい。

コーティングされる金属は、ＳｎまたはＺｎが特に好適
であり、またＣｕ、　Ｓｎ、　Ｚｎ、＾ｇ＋　Ｃｄ、　
　Ａ℃。

Ｓｉ、　Ｐ、　Ｎｉ、　Ｐｂ、旧、　Ｉｎ、　Ｓｂから
選ばれた１種または２種以上の金属を９０重量％以上含
むものが特に好適である。

（作用） 本発明製造法の接着強度におよぼす効果を従来方法と比
較して説明するための模式図を、第１図ないし第５図に
示す。

溶射では溶射ガンの先端から３．０００〜１２．０００
℃にも達する温度に加熱された雰囲気の中を材料が飛び
出してくるのであるが、材料そのものの粒径は細かく微
粒子であり、芯板に到達するまでに冷却され、芯板面に
達すると同時に芯板に熱を奪われ急速に冷却する。芯板
温度としては、一般的には　４００〜５００℃以−ヒに
なるようなことはなく１通常は２５０℃程度で溶射され
る。

従来方法では第１図に示すように、溶射された粒子は芯
板に垂直に飛んで行き、芯板に衝突し衝撃で扁平に横に
広がる。球状となって垂直に衝撃した微小部分は垂直荷
重を受けるが、扁平に横に広がる部分では垂直分力は極
くわずかである。このため一般的には、従来方法の溶射
方式では非常にわずかの局部的溶融金属による金属結合
とファンデルワールス力および大部分のアンカー効果に
よる機械的結合が、これら材料の結合力となっているの
である。例えば原料の粒径を大きくして冷却されに＜＜
シ、さらに高温で溶射する方法もあるが、金属結合が充
分多くなるほどにまですれば、芯板への悪影響、材料の
酸化あるいは蒸発、摩擦特性または摺動特性への悪影響
が生じ、かつそれでも充分な接合強度が得られるほどの
金属拡散は得がたい状況である。

本発明の方法は、メツキ等によりコーティングしておい
た金属を溶融した状態で溶射するのであり、ちょうど水
のなかに石を投げ入れるように、溶射された材料は溶融
金属によりまわりを隙間なく囲まれた状態となる訳であ
る。

またコーティングされ溶融している金属は当然、芯板表
面を充分濡らし内部にまで拡散していくだけの時間、溶
融状態に保たれており、芯板とコーティング層は金属結
合による接合を可能とするものである。この結果、芯板
とコーティング層との界面は、大部分の金属結合とファ
ンデルワールス結合とによって結びつけられており、充
分な接合強度と耐衝撃性、耐熱性等を備えるものである
。

さらにまた本発明製造法の一例として、芯板部分が鋼で
コーティング層がＳｎメツキでＣｕ系金属摩擦材料を溶
射した場合を述べてみると、まずＳｎメツキした鋼をＳ
ｎメツキ層が溶ける　２３２℃よりやや上の温度に加熱
すると、Ｓｎが溶融し鋼板面を十分濡らし、−韻調中に
拡散し合金化するかあるいは化合物を形成する。またこ
れに摩擦材料を溶射するとコーティング層であるＳｎと
摩擦材のバインダーであるＣｕ成分とが合金を作ること
により、コーティング層は融点が上界し固体となる。そ
の後さらに溶射し、所望の厚さのライニングを得て摩擦
板とする。この例のような組合せの場合には、コーティ
ング層として用いた金属よりもさらに高い耐熱性のコー
ティング層が得られるとともに、溶射途中で溶射被膜の
ひずみと熱のために芯板界面から剥離が生ずるというこ
とがなく、連続して数ミリ以」二の厚さのライニング材
の溶射が、比較的に芯板温度を上げることなく可能とな
る。

合金を形成する例は、この例以外にも芯板にＣｕ合金を
用いる場合や、コーテイング材にをＺｎを用いるなどの
例や、芯板と合金しやすいものと溶射ライニング材と合
金化しやすいものとの複合したコーティング層を利用す
る例など、いくつかの組合せが考えられる。

コーティング金属が芯板、溶射材と合金を作らない場合
は、時として溶射被膜のひずみのために連続溶射を行な
うと途中で剥離することがあるが、この時は一旦冷却し
てコーティング金属の融点以下の温度になるのを待って
から、融点以上にならずに充分な強度を保つ温度で溶射
を行なうようにすることで、所望の厚さのライニングを
溶射できる。この場合も、コーティング金属と結合する
最初の溶射は溶融したコーティング層に対して行なわれ
るのであるから、本発明の範囲内である。そして芯板と
コーティング層との結合は、合金を作る場合よりも一般
的には弱い場合が多いが、充分なファンデルワールス力
により強固な接着力が得られ、コーティング層と溶射層
との結合も同様であるから、本発明の効果が発揮されて
いるのである。

なおコーティングされた金属は必ずしも溶射時に融点を
越える温度に保持されていなくても５本質的に溶射材と
隙間なく接合する流動性を有するような融点に近い融点
以上の温度であれば、本発明の効果が発揮され、本発明
におけるコーティング層の溶融に該当するものとする。

また本発明製造法では、金属のコーティング方法を広い
範囲から適当に選べるから、芯板がカーボン、セラミッ
クスなどのような表面にアンカー効果のための適当な凹
凸を付けにくいものであっても、利用可能である。さら
に芯板と溶射材とが、いわゆる相性が悪いような場合で
も、本発明製造法ではコーティング層が両者を遮断する
から有効であり、あるいは多層溶射の場合の下地層また
は中間層として、本発明製造法のコーティング層は有効
である。

（実施例） 本発明の好適な実施例を以下に示す。

実施例は本発明の効果を確認するためのものであり、本
発明が実施例に限定されるものではない。

第１表の実施例１から実施例１３までは、メタリック系
摩擦材料の溶射の場合の実施例であり、比較のための従
来の溶射方法によるものを比較例１に示す。メタリック
系摩擦材料としてはｒｒ！ｆｆｉ比で、Ｃｕ　８０％、
　Ｓｎ３％、黒鉛１０％、　５ｉＯａ３％。

Ｆｅ２％の成分組成のものを使用した。

表中、引張剥離強度がｌ００ｋｇ／ｃｍ”以上となって
いるのは、破壊がライニング内部からのものであり５接
着界面の強度はそれ以上であったことを示している。同
じく、曲げ剥離およびたがねによる衝撃剥離が「良好」
というのは、「ライニング内部より破壊」ということを
示し、「不良」というのは、「芯板界面より大きく剥離
Ｊということを示している。

第１表の実施例１４はセラメタリック系摩擦材料２実施
例１５はメタリック系摺動材料、実施例１６はセラミッ
ク系摺動材の実施例を、それぞれ示す。実施例１４およ
び実施例１５の引張剥離はライニング内部からの破壊で
あり、接着界面の強度はライニング材の引張破壊強度以
上あることを示しており、実施例１６の引張剥離は強度
測定のために接着した治具の接着剤部分からの破壊であ
り、接着界面は接着剤引張破壊強度以−ヒの強度がある
ことを示している。曲げ剥離およびたがねによる衝撃剥
離の「良好」も実施例１６だけは［コーティング金属層
内部の破壊」を意味している。

実施例＋４．１５．１６に対する比較例は、それぞれの
同じ芯板および同じ溶Ｑ−１材を用いて、アンカー効果
を利用した従来の溶射方法で実施した。表示は省略した
が、いずれの場合も曲げ剥離、たがねによる衝撃剥離に
おいて不満足なものであり５本発明の実施例がすぐれて
いることを示した。

以下余白 （発曜［−の効果） 本発明によって、摩擦材料および摺動材料の溶射による
製造法において従来の問題点１あった芯板と溶射材との
接着強度が、大巾に改良される。

したがって、摩擦材料では従来はとんど実用化されてい
なかった溶射による製造法が実用可能となり、溶射の利
点が充分に発達される。またこれもほとんど実用化され
ていなかったセラミック系摩擦材料の製造上の難点が解
消され、摩擦特性によってセラミックも摩擦材料として
利用可能になる。

また摺動材料では、従来から溶射によって製造されてい
たものは製品の性能が向上し、従来は他の製造法によっ
ていたものにも溶射の応用範囲が拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法による溶射の状態を示す断面図、第２
図は第１図の部分拡大図、第３図は本発明製造法の溶射
の状態を示す断面図、第４図はコーティング層が芯板お
よび溶射材と合金を作らない場合の第３図の部分拡大図
、第４図はコーティング層が芯板および溶射材と合金を
作る場合の第３図の部分拡大図である。 特許出願人　東芝タンガロイ株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタリック系、セラメタリック系およびセラミッ
   ク系のブレーキ、クラッチ等の摩擦材料および各種軸受
   、集電板、ウェアープレート、ガイド板等の摺動材料を
   溶射方法により製造するに当り、あらかじめコアープレ
   ート（芯板）、バックプレート（裏板）、基部、シャン
   ク等に金属をコーティングする工程と、コーティングし
   た金属を溶融する工程と、溶融された金属コーティング
   層に溶射材料を溶射する工程とを含むことを特徴とする
   溶射方式による摩擦材料および摺動材料の製造法。
2. （２）コーティングする金属が実質的にＳｎまたはＺｎ
   である請求項１記載の溶射方式による摩擦材料および摺
   動材料の製造法。
3. （３）コーティングする金属がＣｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ａｇ
   、Ｃｄ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｓ
   ｂから選ばれた１種または２種以上の金属を９０重量％
   以上含むものである請求項１記載の溶射方式による摩擦
   材料および摺動材料の製造法。