JPH0525605A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブレーキロータ等の摺動部材において、初期に
摩擦係数回復効果を発現して所要の摩擦係数を初期から
得ること。 【構成】アルミ−シリコン系の母材と、母材表面に積層
された所要の摩擦特性をもつ下地摺動層３と、下地摺動
層３に積層されジルコニア等の硬質粒子４ｃをもつアブ
レージブ層４とで構成する。下地摺動層３とアブレージ
ブ層４とのせん断密着強度は０．５〜２．０ｋｇｆ／ｍ
ｍ2 程度で、アブレージブ層４は下地摺動層３から脱離
可能である。走行距離が短い摺動の初期において硬質粒
子４ｃが相手材であるパッドを削ることにより、摩擦係
数を早期に増加させることができる。その後、アブレー
ジブ層４が下地摺動層３から脱離する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摺動面を溶射材で構成す
る摺動部材に関する。この摺動部材は例えばブレーキパ
ッドと摺動するブレーキロータに適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、摺動部材として、重量低減の
目的でアルミ系合金やマグネシウム系合金で母材を形成
し、その摺動面の耐摩耗性確保のために鉄系金属や銅系
金属を溶射等の手段により被覆層を形成したものが知ら
れている。（特開昭６２ー７０５３４号公報、特開昭６
０ー８９５５８号公報、実公昭５３ー３０８６５号公
報、実公昭５３ー３０８６６号公報、実開昭５５ー１５
８３３７号公報、特開昭４９ー６１５６４号公報、特開
昭４９ー９０６４１号公報、特開昭５９ー５６４３８号
公報等）。

【０００３】また、特開昭６１ー２１８８４１号公報に
は、０．１μｍ以上のファインセラミック粒子を分散し
たニッケルメッキ層で被覆されたディスク式のブレーキ
ロータが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開昭６１ー
２１８８４１号公報にかかるブレーキロータでは、ファ
インセラミック粒子が分散している為、相手材との初期
なじみ性は向上するが、相手材であるセミメタリックパ
ッドの表面を削る。ファインセラミック粒子により削ら
れる作用は、使用初期ばかりか、使用期間が長くなって
も継続し、そのため摺動性はむしろ悪くなるという問題
があった。

【０００５】ところでブレーキロータでは、一般的に、
車両走行距離が所定距離を越えると、パッドの摩耗（あ
らさ低減）とともに当たりがついて本来の摩擦係数とな
り、摩擦係数は安定する。しかし、初期（ロータの新品
時）においては、つまり車両走行距離が所定距離例えば
約１０００ｋｍを越えない場合においては、相手材であ
るブレーキパッドの初期における表面あらさが１００μ
ＲＺ〜５００μＲＺと粗く、そのため、パッドとロータ
との接触面積が小さく、従ってブレーキパッドとディス
クロータとが摺動する初期における摩擦係数は、両者間
の本来の摩擦係数に比べ０．１ぐらい小さい不具合があ
る。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、所要の摩擦係数を初期から得るこ
とができる摺動部材を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は摺動部材につ
いて鋭意研究を重ね、摺動部材の母材の表面に所要の摩
擦特性をもつ下地摺動層を積層するとともに、硬質粒子
を分散しかつ下地摺動層に対して脱離可能な溶射層を下
地摺動層に積層すれば、初期において硬質粒子が相手材
を削ることにより、摩擦係数を早期に増加させて所要の
摩擦係数を初期から得ることができ、しかもその後、溶
射層が下地摺動層から脱離することにより、所要の摩擦
特性をもつ下地摺動層と相手材とが摺動する様にすれ
ば、初期から安定した摩擦係数が得られることを知見し
た。本発明はこの知見に基づきなされたものである。な
お、特開昭６１ー２１８８４１号公報にかかるメッキ層
は母材への密着強度が大きく、仲々母材から脱離するも
のではない。

【０００８】本発明の摺動部材は、母材と、母材表面に
積層された所要の摩擦特性をもつ下地摺動層と、下地摺
動層に溶射処理で積層された溶射材と溶射材に分散され
た硬質粒子とをもち下地摺動層から脱離可能な溶射層と
で構成されていることを特徴とするものである。摺動部
材の母材は適宜選択でき、鉄系、鋼系、ステンレス鋼
系、マグネシウム合金系、チタン合金系、アルミ合金系
等を採用できる。アルミ合金系は例えばアルミ−シリコ
ン系を採用できる。下地摺動層は母材表面に積層された
所要の摩擦特性をもつものである。下地摺動層の厚みは
摺動部材の種類によっても異なるが、例えば１００〜５
００μｍとすることができる。下地摺動層を構成する材
質は、例えば、鉄−クロム−炭素系、鉄−クロム−炭素
−銅系、タングステン系、モリブデン系、ニッケル系、
ニッケル−クロム系、ニッケル−クロム−アルミ系等を
採用できる。下地摺動層は溶射層、メッキ層、浸透メッ
キ層等で形成できる。溶射に際しては、母材表面に脱脂
処理、ブラスチング処理等の前処理を行うことが望まし
く、また砥石研削、ホーニング加工等の後処理を行うこ
ともできる。

【０００９】下地摺動層に溶射処理で積層された溶射層
は、初期において相手材と摺動するものである。溶射層
の厚みは摺動部材の種類にもよるが、例えば２〜１０μ
ｍとすることができる。溶射層は、マトリックスを構成
する溶射材と、溶射材に分散された硬質粒子とで形成さ
れている。溶射層は、硬質粒子を分散させた溶射用粉末
を溶射ガンで溶射することにより形成できる。この場
合、溶射熱により硬質粒子自体が部分的にまたは全体的
に溶けるか軟化する場合には、溶射の際に粒子が下地摺
動層に衝突するなどのため、衝突時の衝撃により硬質粒
子の形状が変形する作用もある。溶射材は、例えば、鉄
−クロム−炭素系、鉄−クロム−炭素−銅系、タングス
テン系、モリブデン系、ニッケル系、ニッケル−クロム
系、ニッケル−クロム−アルミ系等を採用できる。摺動
部材の種類にもよるが、下地摺動層に溶射処理された溶
射層の気孔率は例えば１０〜３０％程度とすることがで
きる。硬質粒子はジルコニア粒子（ＺｒＯ₂ ）、アルミ
ナ粒子、マグネシア粒子、初晶シリコン粒子、Ｆｅ₂ Ｏ
₃ 粒子等を採用できる。硬質粒子の平均粒径は摺動部材
の種類、溶射層の厚み、必要とするアブレージブ作用等
にもよるが、例えば３〜４０μｍ特に５〜３０μｍとす
ることができる。

【００１０】溶射層は、相手材とある程度摺動したら下
地摺動層から脱離する。溶射層と下地摺動層とのせん断
密着強度は摺動部材の種類によっても異なるが、例えば
０．３〜８ｋｇｆ／ｍｍ² 特に０．５〜２ｋｇｆ／ｍｍ
² とすることができる。せん断密着強度の調整は、電流
値、電圧値、ガス流量、溶射距離などの溶射条件の変
更、溶射粉末の種類の変更、溶射層の厚みの変更、溶射
層の気孔率の変更、硬質粒子の形状の変更、あるいは、
溶射層と下地摺動層と間に脱離促進層を介在させること
により、行い得る。なお脱離促進層は固体潤滑材等で形
成できる。

【００１１】本発明の摺動部材では、母材と下地摺動層
との間の密着強度を確保するために、母材と下地摺動層
との間に中間層を介在させることもできる。中間層は例
えばニッケル系合金、なかでも重量％でニッケル−クロ
ム合金９４％、アルミニウム６％の溶射粉末を溶射して
形成できる。あるいは、ニッケル９５．５％、アルミニ
ウム４．５％の溶射粉末を溶射して形成できる。なお中
間層の厚みは例えば５０〜１００μｍ程度にできる。

【００１２】相手材としては、例えば有機系摩擦材料の
ものを採用できる。有機系摩擦材料は、フェノール樹脂
などの結合剤、金属、アラミド、無機繊維などの基材、
カシュダスト、ゴム、炭酸カルシウムなどの摩擦調整剤
を含む構成とすることができる。

【００１３】

【作用】本発明の摺動部材では、初期においては溶射層
が相手材と摺動する。このとき硬質粒子が相手材を削る
ので、所要の摩擦係数が確保される。そして、ある程度
摺動したら、つまり初期以降においては、溶射層は特に
溶射層の硬質粒子は脱離する。よって下地摺動層と相手
材とが摺動する。

【００１４】

【実施例】まず、実施例１を説明する。即ち、Ａｌ−１
２％Ｓｉ合金を成形型のキャビティに鋳造し、図２に示
すリング状の摺動面２をもつディスクロータ１を作製し
た。ディスクロータ１は直径３００ｍｍ、ディスク厚２
０ｍｍである。そして、重量％でＦｅ−Ｃｒ−Ｃ合金粉
末５０％とＣｕ粉末５０％とを混合した第１混合粉末を
用い、溶射ガンをディスクロータ１の摺動面２に対面さ
せ、プラズマ溶射法によりディスクロータ１の摺動面２
に下地摺動層３を形成した。この場合、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ
合金粉末は、その組成がＣｒ５５〜６５ｗｔ％、Ｃ３〜
４ｗｔ％、残部実質的にＦｅであり、粒度が１０〜７４
μｍのものを用いた。またＣｕ粉末は純度９５％、粒度
１０〜７４μｍのものを用いた。この場合、溶射装置は
ＭＥＴＣＯ７ＭＢ型を用い、電流４５０Ａ、電圧６５
Ｖ、ガス量はＡｒガス４０リットル／ｍｉｎ、Ｈ₂ ガス
７．５リットル／ｍｉｎ、溶射距離１３０ｍｍの条件
で、厚さ３００μｍになるまで積層した。

【００１５】その後、重量％でＺｒＯ₂ 粉末５０％と前
述の第１混合粉末５０％とを混合した第２混合粉末を用
い、同じ溶射装置を用い、電流３８０Ａ、電圧６０Ｖ、
ガス量Ａｒガス４０リットル／ｍｉｎ、Ｈ₂ ガス５リッ
トル／ｍｉｎ、溶射距離１３０ｍｍの条件で、厚さ２０
μｍになるまで溶射層としてのアブレージブ層４を積層
し、これにより摺動層５を形成した。図１に摺動層５の
断面を模式的に示す。図３に示す様に、下地摺動層３の
上には、ＺｒＯ₂ 粒子４ｃと気孔４ｄとが混在するアブ
レージブ層４が積層されている。ＺｒＯ₂ 粉末は粒度１
５〜２５μｍ程度のものを用いた。また、アブレージブ
層４を溶射する際の溶射条件を低電流、低Ｈ₂ ガス量側
に設定したのは、アブレージブ層４をよりポーラス質に
するとともに、ＺｒＯ₂ 粒子４ｃの未溶融部分を確保す
るためである。なお、溶射したアブレージブ層４の厚み
は膜厚計により測定した。

【００１６】その後、砥石（ダイヤモンド）を用い、ア
ブレージブ層４の表面を砥石研削により削り、これによ
り下地摺動層３とアブレージブ層４との合計厚みが３０
５μｍになるようにした。この時のアブレージブ層４の
厚さは約５μｍである。更に比較例１のロータも形成し
た。即ち、実施例１と同種のＡｌ−Ｓｉ系のロータと、
実施例１と同様なＦｅ−Ｃｒ−Ｃ合金粉末とＣｕ粉末と
を混合した第１混合粉末とを用い、第１混合粉末を実施
例１と同様な条件でロータに溶射し、厚さ３２０μｍの
摺動層を形成し、その後、摺動層の表面を研削により削
り、厚みを３０５μｍにした。比較例１にはＺｒＯ₂ 粒
子を分散したアブレージブ層４は形成されていない。

【００１７】実施例１のロータと比較例１のロータとを
用い、同車種の車両のフロント両サイドに組みつけた。
摺動の相手材であるパッドはスチールを含まないもので
あり、その材料組成は（体積比で、アラミド繊維１０
％、ガラス繊維５％、ケイ酸カルシウム１０％、フェノ
ール樹脂１５％、カシューダスト２０％、黒鉛５％、硫
酸バリウム２０％、その他充填材１５％）である。また
パッド面の初期の面粗さは３００μｍＲＺである。そし
て、テストコースで車両速度５０ｋｍの一定速度で車両
を走行し、２００ｋｍ毎に制動（０．３Ｇの制動減速
度）をかけて車両を停止させ、これを繰り返して走行距
離１６００ｋｍまで走った。この試験では、走行距離２
００ｋｍ毎にロータとパッドを取り外し、ＪＡＳＯ Ｃ
４０６ー８２（乗用車ブレーキ装置ダイナモメータ試
験方法）にしたがい、初期すり合わせチェック時（制動
初速度５０ｋｍ／ｈｒ、制動減速度０．３Ｇ、制動間隔
１２０秒、制動回数１０回）の平均摩擦係数を測定し
た。この結果を図４の特性線に示す。図４に示す試験結
果により、比較例１では１０００ｋｍ以上走行しない
と、摩擦係数μが本来の値（μ＝０．４程度）に回復し
ない。一方、実施例１では走行距離２００ｋｍに至るま
で摩擦係数が急激に増加し、走行距離４００ｋｍにおい
て摩擦係数μが０．４付近となり回復する。またこの試
験では、走行距離２００ｋｍ毎にパッド面の状態を観察
した。その結果、比較例１では、初期の面粗さが３００
μｍＲＺであったパッド面は、走行距離１０００ｋｍ以
上で、やっと５μｍＲＺ〜１０μｍＲＺになるのに対
し、実施例１では走行距離２００ｋｍ、４００ｋｍでそ
の程度の面粗さになる。これは、ＺｒＯ₂ 粒子４ｃを分
散したアブレージブ層４がロータ１の表面に存在するた
め、ＺｒＯ₂ 粒子４ｃによりパッド面が平滑化した効果
であると推察される。

【００１８】実施例２において、ＺｒＯ₂ 粒子に代え
て、アルミナ粒子（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、マグネシア粒子（Ｍ
ｇＯ）、Ｆｅ₂ Ｏ₃ 粒子を分散したアブレージブ層４を
下地摺動層３に積層したロータを形成した。そして、実
施例１の場合と同様に、同車種の車両のフロント両サイ
ドに組みつけ、テストコースで車両速度５０ｋｍの一定
速度で車両を走行し、２００ｋｍ毎に制動をかけて車両
を停止させ、ロータとパッドを取り外し、ＪＡＳＯ Ｃ
４０６ー８２にしたがい平均摩擦係数を測定した。実
施例２においても、実施例１の場合と同様に摩擦係数μ
を早期に回復させる効果が発現された。

【００１９】実施例３において、実施例１以外の組成を
もつＦｅ−Ｃｒ−Ｃ−Ｃｕ系合金の粉末とＺｒＯ₂ 粉末
とを用い、ＺｒＯ₂ 粒子をもつアブレージブ層４を下地
摺動層３に積層したロータを形成した。そして、実施例
１の場合と同様に車両に組み込み試験したところ、実施
例１の場合と同様に摩擦係数μを早期に回復させる効果
が発現された。さらに、Ｃｕ粉末とＺｒＯ₂ 粉末とを混
合した混合粉末を用い、アブレージブ層４を下地摺動層
３に積層したロータを形成した。そして、実施例１の場
合と同様に試験したところ、実施例１の場合と同様に摩
擦係数μを早期に回復させる効果が発現された。

【００２０】＜試験例１＞ＺｒＯ₂ 粉末の割合を表１に
示す様にさせた以外は実施例１の場合と同様な方法でロ
ータＡ〜Ｉを形成した。そして、実施例１の場合と同様
に車両のフロント両サイドに組みつけ、テストコースで
車両を走行させ、２００ｋｍ毎にＪＡＳＯＣ ４０６ー
８２にしたがい、平均摩擦係数を測定した。この結果、
ＺｒＯ₂ 粒子の少ないロータＡ、Ｂでは摩擦係数μが回
復する効果は、走行距離１０００ｋｍ付近でも全く得ら
れなかった。これに対し、ＺｒＯ₂ 粒子が多く分散した
ロータＣ〜Ｈでは実施例１と同様な特性線が得られ、早
期に摩擦係数μが回復する効果が得られた。なおロータ
Ｉはアブレージブ層４の密着性が悪く、評価に値しない
ため中止した。この結果よりアブレージブ層４において
ＺｒＯ₂ 粉末の混合割合３０〜８０ｖｏｌ％が最適であ
ることがわかった。

【００２１】

【表１】 ＜試験例２＞実施例１においてＺｒＯ₂ 粉末の粒度分布
の中心値（正規分布の中央値が５０％以上占める値）を
表２のように変化させた以外は、実施例１の場合と同様
な方法でロータＪ〜Ｏを形成した。そして、同様な試験
を行った。

【００２２】この結果、粒度中心値３μｍのロータＪで
は、ＺｒＯ₂ 粒子が小さくてアブレージブ作用がほとん
どないため、摩擦係数μが回復する効果は走行距離１０
００ｋｍ付近においてもほとんど得られなかった。また
粒度中心値４０μｍのロータＯでは初期つまり走行距離
２００ｋｍ程度において摩擦係数μが０．３５近くまで
増加した。しかし、その後０．３付近まで低下した。こ
れはパッド面の観察の結果、２００ｋｍではパッド面の
面粗さが減って平滑化し、一時的に接触面積が増すが、
その後、粒径が大きいＺｒＯ₂ 粒子によりパッドおよび
ロータの摺動傷が増し、かえってパッドとロータとの接
触面積が低下したものと考えられる。これに対し粒度中
心値５〜３０μｍのロータＫ〜Ｎでは、実施例１の場合
と同様に、初期における良好な摩擦係数回復効果が発現
された。この結果、ＺｒＯ₂ 粉末の粒度分布の中心値は
５〜３０μｍが良いことがわかった。

【００２３】

【表２】 ＜試験例３＞実施例１においてＺｒＯ₂ 粒子を分散させ
たアブレージブ層４の厚さのみを砥石研削で表３のよう
に変化させた以外は、実施例１の場合と同様な方法でロ
ータＰ〜Ｕを形成した。そして、同様な試験を行った。
この結果、厚みが１μｍのロータＰでは、図４の特性線
で示す様に、２００ｋｍでの摩擦係数が回復する効果は
あるが、アブレージブ層４が薄いため、アブレージブ層
４が早期に消失し、その後の摩擦係数回復効果は緩やか
であった。これは、アブレージブ層４が薄いためアブレ
ージブ機能が不十分なためであると推察される。

【００２４】一方、厚みが１５μｍのロータＵでは、１
０００ｋｍまでは実施例１と同様な効果を示すが、その
後摩擦係数μがやや低下していく傾向がみられた。この
場合、面観察及び面粗さ測定の結果、１０００ｋｍでは
パッド粗さは一時的に５〜１０μｍＲＺになるが、それ
以上走行距離が増すとパッド粗さが２０μｍＲＺ以上に
増すため、摩擦係数μが若干低下する。これはアブレー
ジブ層４により良好な摩擦係数回復を示すが、その後、
残存アブレージブ層４とパッドとの更なる摩耗により、
パッドの面粗さが増加するであると推察される。一方、
厚みが２〜１０μｍロータＱ〜Ｔでは、実施例１の場合
の様な良好な摩擦係数回復効果が得られた。しかも摩擦
係数μが回復した１０００ｋｍ付近でほぼアブレージブ
層４は脱離し消失していることがわかった。これより、
アブレージブ層４は厚すぎても逆効果になり、アブレー
ジブ層の厚みは２〜１０μｍ程度が良いことがわかっ
た。

【００２５】

【表３】 ＜試験例４＞実施例１の場合と同様な方法で下地摺動層
３を積層した後、表４に示す様に溶射条件を変更して溶
射を行ない、アブレージブ層４と下地摺動層３とのせん
断密着強度を変化をさせたロータＶ〜Ｚ、ロータ＆を形
成した。そして、実施例１の場合と同様な試験を行っ
た。この結果を図５の特性線に示す。ここで、せん断密
着強度が０．５〜２．０ｋｇｆ／ｍｍ² のロータＷ〜Ｚ
においては、図５に示す様に、実施例１と全く同様な摩
擦係数の傾向を示し、初期における摩擦係数回復効果が
得られた。これに対し、せん断密着強度が小さいロータ
Ｖでは、初期のうちにアブレージブ層４が脱離し、摩擦
係数回復効果がなく、図４に示す比較例１とほぼ同様な
傾向を示した。

【００２６】また、せん断密着強度が２．５ｋｇｆ／ｍ
ｍ² のロータ＆では、走行距離１００ｋｍまでの初期で
は、摩擦係数μは一時的に増すものの、その後、走行距
離が増しても摩擦係数の回復効果がなく、むしろ比較例
１よりも低い摩擦係数を示した。これは、面観察の結
果、アブレージブ層４の密着強さが大きすぎ、アブレー
ジブ層４が脱落せず、そのため、むしろ相手材であるパ
ッド側を削って表面粗さを大きくしたり、パッド材の摩
耗粉をとり入れたりして、摩擦係数μが上がらないもの
と推察される。以上のことよりＺｒＯ₂ 粒子４ｃを分散
したアブレージブ層４では、アブレージブ層４のせん断
密着強度は０．５〜２．０ｋｇｆ／ｍｍ² が良いことが
わかる。

【００２７】

【表４】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の摺動部材によ
れば、初期においては、アブレージブ作用をもつ硬質粒
子が分散された溶射層が相手材と摺動するので、硬質粒
子が相手材を削り、そのため摩擦係数が増して回復す
る。また本発明の摺動部材によれば、ある程度摺動した
ら、溶射層は特に溶射層の硬質粒子は脱離し、所要の摩
擦特性をもつ下地摺動層と相手材とが摺動するので、本
来の所要の摩擦係数を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】模式的に示した要部の断面図である。

【図２】ブレーキロータの正面図である。

【図３】ブレーキロータの断面図である。

【図４】摩擦係数と走行距離との関係を示すグラフであ
る。

【図５】摩擦係数と走行距離との関係を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

図中、１はロータ、２は摺動面、３は下地摺動層、４は
アブレージブ層、４ｃはＺｒＯ₂ 粒子、４ｄは気孔を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】母材と、該母材表面に積層された所要の摩
   擦特性をもつ下地摺動層と、該下地摺動層に溶射処理で
   積層された溶射材と該溶射材に分散された硬質粒子とを
   もち該下地摺動層から脱離可能な溶射層とで構成されて
   いることを特徴とする摺動部材。