JPS6319431A

JPS6319431A - 摺動部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6319431A
Application number: JP15876486A
Authority: JP
Inventors: Kimihiko Ando; 公彦安藤; Takeshi Nakakohara; 中小原　武; Hiroyuki Murase; 博之村瀬; Hitoshi Ishii; 仁士石井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1986-07-08
Publication date: 1988-01-27

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〉開示技術は自動車のブレーキ等の摺動部材の摩擦面の耐
摩耗性を向上させるようにした技術分野に属する。

而して、この出願の発明は自動車のデスクブレーキやク
ラッチ等の摩擦材とこれに対向して設けられている被摩
擦材の一方、或は、双方の摺動部材の犀凍面を有する基
体がＦｅ１２の所謂ねずみ片状黒鉛鋳鉄から成る１習勅
部材、及び、その製造方法に関する発明であり、特に、
該基体の摩擦面に対してニオブ、チタン、バナジウム、
タングステン、クロム、或は、その化合物等の金属の粉
末を局所加熱により再溶融硬化処理し、該金属の炭化物
をパーライト基地の基体の摩擦面に散在した耐摩耗性ラ
イニング層を一体形成した摺動部材、及び、その製造方
法に係る発明である。

〈従来技術〉周知の如く、多くの機械装置には複数の機構部がキ且み
合されて設（ブられており、それらのうちに摩擦材とこ
れに対向する被摩擦材か摺動部材を成しているような、
例えば、自動車の安全装置としてのデスクブレーキやク
ラッチ等が多く用いられている。

而して、これらの摺動部材は経時的に頻繁に摩擦面に対
する摺動が行われるために、摩耗に対する耐久性の点で
強い耐摩耗性が必要とされており、特に、自動車のデス
クブレーキ等のデスクロータやパッドに於ては一方側の
摩擦材、例えば、パッドは組付けやコストの点から交換
可能でおるのに対し、被摩擦材のデスクロータは耐久部
材でおるためにより耐摩耗性に優れ、しかも、偏摩耗が
生じないことが要求される。

そして、摺動部材は環境温度ヤ摺動摩擦により頻繁な高
温低温の反復される激しい温度履歴や熱履歴の基で使用
されるために、耐熱性に優れると共に耐摩耗性に優れる
ものが必要とされ、例えば、社団法人日本企画機械学会
昭和５１年５月１０日発行の「機械因果　ブレーキ」に
示されている如く第２図に示す様な自動車のデスクブレ
ーキ１のデスクロータ２に対しては鋳鉄が広く用いられ
ていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉而して、該種自勅車のデスクブレーキ１に用いられてい
るデスクロータ２はその製造時における高温加熱処理や
焼入れの際の急冷による急激な、又、大きな温度差の履
歴を有するのみならず、使用中におけるパッド３との高
摩擦により数１００度から瞬間高温ｉ　ｏｏｏ度にも達
する熱履歴を有することは財団法人総合鋳物センター発
行の「鋳造品のエンジニアリングデータブック　ＥＶ　
　鋳物の滑り摩耗」に示されているような激しい温度履
歴を有しており、又、寒冷地に於ける極低温下での使用
等もあり、このような複雑な温度履歴を受けると、片状
黒鉛鋳鉄の温度特性としてパーライト基地の組織が大き
な変化を受けることにより耐摩耗性も異なるという不具
合があった。

特に、製造時の冷却速度のバラつきや使用時の温度履歴
の大きな差による組織変化を介しての耐摩耗性が悪化す
る不都合さがあった。

これに対処するに、片状黒鉛鋳鉄の耐摩耗性向上技術と
して製造時の焼入れ時の急冷による白鋳鉄化もあるが、
硬さが大きくなり過ぎて、もろく割れ易くなって製造時
の加工性に劣るという欠点がめった。

そして、これらの問題はデスクブレーキのみならず、ク
ラッチにおいても同様であり、又、自動車以外の各種装
置の稼動部に摩擦材とこれに対接される被摩擦材を有す
る１言動部材の殆ど全てに共通する問題でもあった。

この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく片状黒鉛
鋳鉄の単一の基体による摺動部材の耐摩耗性の問題点を
解決すべき技術的課題とし、摺動部材基体の摩擦面に対
してこれまで確立された量産性に基づいて形成すること
が容易である片状黒鉛鋳鉄製の基体の表面に耐摩耗性耐
熱性に秀でた加工技術を施すことにより製造が容易でお
り、再現性が良く、そのうえ、耐摩耗性が増強されるよ
うにして各種機械製造産業における摩凍技術利用分野に
益する優れた摺動部材、及び、その製造方法を提供せん
とするものである。

く問題点を解決するための手段・作用〉上述目的に沿い
先述特許請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成
は前述問題点を解決するために、自動車のデスクブレー
キ等の摩擦材とこれに対接される被摩擦材のいづれか一
方の摺動部材の基体を在来態様同様に片状黒鉛鋳鉄製と
し、該摺動部材の基体の摩擦面に対してニオブ、チタン
、バナジウム、タングステン、クロム、或は、それらの
合金等の金属の粉末を所定のパターン等で供給してレー
ザー光線やティグ処理等の局所加熱を付与して再溶融硬
化処理を行い、ニオブ、チタン、バナジウム、タングス
テン、クロムの炭化物がパーライト基地に散在するよう
にして白鋳鉄化し、更に、オーバー硬化を阻止するため
に炉内に於いて再加熱することにより硬さの主因となる
セメンタイトを分解した後徐冷し、基体の摩擦面のパー
ライト基地にニオブ、チタン、バナジウム、タングステ
ン、クロムの炭化物が散在された耐ｊ♀耗性ライニング
層が形成されるような組織にした技）ホｉ的手段を講じ
たものである。

〈実施例〉次に、この出願の発明の実施例を図面を参照して説明す
れば以下の通りである。

図示実施例は自動車の安全装置としてのデスクブレーキ
の態様であり、第２図に示すデスクブレーキ１のデスク
ロータ２を被摩擦材のｌ８動部材とするものであって、
キャリパ４に設けられた対向する摩擦材のパッド３．３
にその両側面の摩擦面５．５が摺動されて摩擦制動する
ものであり、その基体６は実質的にはデスクロータ２の
厚みを成しており、その両側の表面には耐摩耗性ライニ
ング層７．７が第３図に示す様に、スパイラル状に一体
的に形成されている。

したがって、該耐摩耗性ライニング層７はデスクロータ
２の摩擦＠５のパッド３．３の周回ゾーンに形成される
だけで充分である。

そして、摺動部材の基体６は在米態様の自動車のデスク
ブレーキのデスクロータと実質的には同一の片状黒鉛鋳
鉄ＦＣ２００所謂ねずみ鋳鉄の片状黒鉛鋳鉄であって、
パーライト基地に片状黒鉛か散在されているものでおる
。

而して、該基体６の両側面に耐摩耗性ライニング層７．
７を形成する製造は次の如くに為されるものである。

即ち、重量％において炭素２．０〜４゜５％、ケイ素０
．５〜３．０％、マンガン１％以下、リン０．２％以下
、硫黄０．５％以下、その他在来態様の片状黒鉛鋳鉄同
様に重量の元素を含み、残りは鉄から成る組成のもので
あり、在来態様同様の所定サイズのデスク状にされ、該
基体６のみで在来態様同様にデスクロータ２とするには
充分な耐摩耗性が得られないものである。

そこで、この出願の発明においては耐摩耗性ライニング
層７の素材金、硯をニオブ、チタン、バナジウム、タン
グステン、クロム、或は、ニオブ、チタン、バナジウム
、タングステン、クロムの合金の金、属とするものでお
るが、当該実施例においてはニオブ、チタン、バナジウ
ム、タングステン、クロムの粉末を用いる。

而して、耐摩耗性ライニング層の素材をニオブ、チタン
、バナジウム、タングステン、クロム、或は、ニオブ、
チタン、バナジウム、タングステン、クロムの合金の金
属を用いる理由はこれらの金属元素が炭素と結合して炭
化物を生成し易く、生成した炭化物はセメントタイトが
分解する高温でも安定で分解しないからでおる。

而して、該ニオブ、チタン、バナジウム、タングステン
、クロムを第３図に示す様に、基体６のパッド３．３の
摺動ゾーンの始端部より中心側所定位置から径方向に所
定速度で外方に移動するフィーダ８から自然落下等によ
り供給すると共に、基体６を設定速度で矢印方向に回転
させ、該フィーダ８のニオブ、チタン、バナジウム、タ
ングステン、クロムの粉末落下部分に対して所定の高エ
ネルギーのレーザー光線９を照射することにより、供給
されるニオブ、チタン、バナジウム、タングステン、ク
ロム粉末に高熱を付与して加熱し、基体６のパーライト
基地と共に一種の再溶融硬化処理を行ってニオブ、チタ
ン、バナジウム、タングステン、クロムの炭化物を形成
させ、パーライト基地に散在させ白鋳鉄化する。

而して、このようにレーザー光線９により１５００°程
度の高温加熱による硬度アップに対処して、硬化の要因
となるセンメンタイトの分解のために約８５０°〜９５
０°の温度を維持する所定の加熱炉内にて設計に従い再
り口前処理を２０分〜５０時間行ってセメンタイト分解
を行い、その後加熱を停止し６８０°まで徐冷してニオ
ブ、チタン、バナジウム、タングステン、クロムの炭化
物をパーライト基地に散在した鋳鉄組織を形成させて常
温状態に戻し、耐摩耗性ライニング層を形成させ最終工
程で所定の機械研削等を行う。

そして、基体６の表面の摩擦面に形成された耐摩耗性ラ
イニング層はニオブ、チタン、バナジウム、タングステ
ン、クロムの炭化物により耐摩耗性は著しく向上し、又
、製造中の再加熱や徐冷等の熱履歴や実重装備により高
頻度に反復されるブレーキングや寒冷地に於けるコール
ドソーク等の厳しい熱履歴によっても、ニオブ、チタン
、バナジウム、タングステン、クロムの炭化物の耐摩耗
性と耐熱性は何ら変化することはなく、デスクブレーキ
のデスクロータ２として極めて耐久性が高いものとする
ことが出来る。

而して、このようにして得られたデスクブレーキのデス
クロータ２は基体６のパーライト基地の鋳鉄組成の多少
の変化によらず、耐摩耗性に優れ、又、一般の白鋳鉄組
成の基体に比して加工の大部分は片状黒鉛鋳鉄の基体で
おるために、加工性が良い。

そして、上述実施例に基づく実験によればニオブ、チタ
ン、バナジウム、タングステン、クロムの炭化物は硬さ
がＨｖが１５００〜３０００と極めて硬く熱的に安定し
たことが分った。

又、在来態様のＦｅ１２の片状黒鉛鋳鉄製の所謂ねずみ
鋳鉄のデスクロータと、この出願の発明のデスクロータ
とを用いて実車時速ｉｏｏ障相当の回転数で１７０時間
テストしたデスクロータの平均摩耗深さの摩耗量μにつ
いては、この出願の発明の耐摩耗性は約１０！８に等し
い程良好であることが第４図に示すグラフの通りに分っ
た。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に限るもの
でないことは勿論であり、例えば、ニオブ、チタン、バ
ナジウム、タングステン、クロムに変えてニオブ、チタ
ン、バナジウム、タングステン、クロムの化合物を用い
ても良く、又、ニオブ、チタン、バナジウム、タングス
テン、クロム金属の局所加熱についてはレーザー光線に
変えて電子ビームや超音波ビーム等の高エネルギーの放
射ビームを用いても良く、片状黒鉛鋳鉄製の基体に対す
るニオブ、チタン、バナジウム、タングステン、クロム
金属の供給はスパイラルを複数本にしたり、スパイラル
に変えて同心状の複数リング状にしたり、パッドの摺動
面の全面にしたりすることが可能であり、又、適用対象
は自動車に於いてはデスクブレーキのデスクロータのみ
ならず、クラッチ等にも適用出来、又、他の機械装置の
クラッチやあらゆる摺動面に対して適用出来、適用部分
は被摩擦材のみならず、摩擦材を摺動部材にすることが
出来る等種々の態様が採用可能である。

〈発明の効果〉以上、この出願の発明によれば、基本的に自動車のデス
クブレーキのデスクロータの如き摩擦材に対する被摩擦
材の摺動部材の基体の摩擦面に対してニオブ、チタン、
バナジウム、タングステン、クロム、或は、ニオブ、チ
タン、バナジウム、タングステン、クロム化合物の金属
の粉末炭化物を散在させた組成の耐摩耗性ライニング層
を一体形成させたことにより、温度変化の激しい熱履歴
を有する使用状態、或は、製造時の熱履歴によっても硬
度の高い粉末炭化物により耐摩耗性が向上し、特に、摩
擦材に対し経時的に交換等のし難い機械部品の被摩擦材
のｔｇ動部材の寿命が向上するという優れた効果が秦さ
れる。

又、偏摩耗が生じないために、相手側の１Ｙ家材の摩耗
も少くて済むという優れた効果が奏される。

そして、基体は在来態様同様の片状黒鉛鋳鉄で良いため
に、摺動部材の最終加工を行うに際しての機械研削等に
おいても基体の加工と同様に加工がし易いという優れた
効果が奏される。

又、形状は実質的には基体そのものによる在来態様の摺
動部材と同様の形状で済むために、他の機械装置との部
品との取合いにも支障がないという機械装置上の利点が
ある効果もある。

更に、耐摩耗性ライニング層の一体形成により、特には
重量等も増加せず、運転動力比やランニングコスト等も
高くならないという利点もある。

又、基体のパーライト基地の組成にバラつきがあっても
、耐ＩＹ耗性向上には支障がなく、安定した耐摩耗性を
維持することが出来るという効果もある。

そして、その製造に際しては耐摩耗性に優れるニオブ、
チタン、バナジウム、タングステン、クロムの再溶融硬
化の局所加熱の際にも、ニオブ、チタン、バナジウム、
タングステン、クロム金属の炭化物のパーライト基地に
於ける散在か支障なく行われるという効果があり、而し
て、再’＋’ｆｌ融硬化処理による白鋳鉄化が行われて
も、再加熱によリセメンタイトを分解してオーバー硬度
を低下ざせて加工性を向上させることが出来、しかも、
その場合であっても、ニオブ、チタン、バナジウム、タ
ングステン、クロムの耐摩耗性向上は何ら阻害させるこ
とがないという優れた効果が突される。

そのうえ、自動車のデスクブレーキ等に用いた場合には
デスクロータの耐久性が向上するために、安全性の信頼
度が高まるという効果も秦される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の詳細な説明図で必り、第１図は
摺動部材のデスクロータの部分断面拡大図、第２図はデ
スクブレーキの断面概略図、第３図はデスクロータの耐
摩耗性ライニング層形成斜視図、第４図はこの出願の発
明品と在米態様量との耐摩耗性対比のグラフ図でおる。３・・・摩家材、　　２・・・被摩擦材、　　３・・・
摺動部材、６・・・基体、　　５・・・摩擦面、７・・・耐摩耗性ライニング層

Claims

【特許請求の範囲】

（１）摩擦材とこれに対接される被摩擦材のいづれか一
方の摺動部材の基体が片状黒鉛鋳鉄から成るものにおい
て、該基体の摩擦面に基体金属に対してニオブ、チタン
、バナジウム、タングステン、クロム金属の炭化物が散
在された組織の耐摩耗性ライニング層が一体形成されて
いることを特徴とする摺動部材。
（２）片状黒鉛鋳鉄の基体に耐摩耗性ライニング層を一
体形成した摺動部材の製造方法において、該基体の摩擦
面に対しニオブ、チタン、バナジウム、タングステン、
クロム金属の粉末を所定に供給しながら局所加熱し再溶
融硬化させてこれらの金属の炭化物の散在した白鋳鉄化
し、次いで再加熱してセメンタイトを分解した後徐冷し
てパーライト基地に上記金属粉末の炭化物が散在する耐
摩耗性ライニング層を有するようにしたことを特徴とす
る摺動部材の製造方法。