JPH0625821A

JPH0625821A - 摺動部材の耐摩耗処理方法

Info

Publication number: JPH0625821A
Application number: JP18385092A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Ozaki; 義則尾崎; Takashi Tomota; 隆司友田; Shoichi Seko; 昇一瀬古; Kenji Shimoda; 健二下田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1994-02-01
Anticipated expiration: 2014-11-22
Also published as: JP2982500B2

Abstract

(57)【要約】【目的】制動条件の変化による摩擦係数の変動量が少
なく、耐摩耗性に優れた摺動部材の耐摩耗処理方法。【構成】摺動部材の摺動表面に対し、Ｆｅ−Ｃ粉末
と、その重量の１０〜５０％のアルミニウム青銅粉末と
の混合物の溶射を施す。Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ粉末を用いずに
Ｆｅ−Ｃ粉末を用いたので、硬度が高くなく所望のレベ
ルの摩擦係数を確保することができる。さらに、アルミ
ニウム青銅粉末を混合することにより、制動条件の差に
よるロータ皮膜厚さの差が少なくなり、これに伴って摩
擦係数の変動量が少なくなり、摩擦係数を安定化させる
ことができた。また、有機成分を含んだロータ皮膜を生
成するため、溶射層の保護膜の役目を果たし、耐摩耗性
を著しく向上するので、溶射層の厚さを３００μｍ程度
に抑えることが可能であって、熱応力によるクラック、
剥がれを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摺動部材、特にアルミニ
ウム製のブレーキロータの耐摩耗処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のディスク式ブレーキは、ブレー
キドラムの代わりに鋳鉄製のブレーキロータの両面に油
圧ピストンでブレーキパッドを押し付け、ディスクとロ
ータに生ずる摩擦によって制動力を発揮する構造のもの
である。このブレーキロータの材質としては、通常鋳鉄
等が用いられてきたが、最近では自動車の高出力化と低
燃費化に伴う軽量化の要請から、アルミニウム製のブレ
ーキーロータを用いることが考えられている。

【０００３】しかし、アルミニウム製ブレーキロータ
は、鋳鉄製のものに比べ、摺動部の耐熱性、耐摩耗性に
劣ることから、ブレーキロータの摺動部をステンレス
鋼、銅、鋳鉄等の材料で溶射するか、あるいは鋳ぐるみ
により形成する技術が知られている。

【０００４】また、特公昭６１−５９３９３号公報の摺
動部材の耐摩耗処理方法の発明においては、摺動部材の
摺動表面に対し、アルミニウムブロンズ粉末と、その重
量の５〜８５％の高炭素フェロクロム粉末との混合物の
溶射を施している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ごとく摺動部を溶射で形成する場合、鋳鉄材料を用いる
と摩擦係数は良好であるが、耐摩耗性が現状使用されて
いるブレーキロータに近いため、溶射層を片側で０．７
〜１．０ｍｍ必要とし、高温時にアルミニウム材との熱
膨張差のため、溶射層が剥離するという問題点がある。

【０００６】ステンレス鋼を用いると、耐摩耗性は良好
であるが、摩擦係数が低く、特に高速時の安全性を考え
ると、充分なものではない。また、焼結パッドなどで、
摩擦係数の低さをカバーしても、鳴きのレベルが高く、
実用性に乏しい。その上、熱だまりとなりやすく、やは
り剥がれのおそれがある。

【０００７】ステンレス鋼と銅との混合溶射の場合、あ
る程度摩擦係数の改善はみられるものの、充分なものと
は言えない。また、硬質粒子などを添加した場合、摩擦
係数および耐摩耗性はかなり良くなるが、パッド材の耐
摩耗性、硬質粒子脱落による溶射層の傷つきなどがあ
り、完全なものとは言えない。

【０００８】前記特公昭６１−５９３９３号公報の発明
も、材料は非常に優れているが、Ｃｒを含有しているた
め、硬度が高くなり、摩擦係数が不安定である。すなわ
ち、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ合金になると、Ｃｒ炭化物の存在に
より、硬くなるため、ブレーキロータの耐摩耗性は向上
するが、摩擦係数が低くなり、摩擦係数と耐摩耗性を同
時に満足するのが困難となる。また、固いために、低温
での繰り返し制動を行うと、パッド材からの転移膜が厚
くなりすぎて、摩擦係数の低下を生じる。制動条件によ
り摩擦係数の変動量が大きいなどＦｅ−Ｃ合金に比べて
実用性に乏しい。

【０００９】本発明は摺動部材、特にアルミニウム製の
ブレーキロータの摺動面の耐摩耗処理方法の前記のごと
き問題点を解決するために発明されたものであって、耐
摩耗性に優れ、摩擦係数の変動量の少ない、摺動部材が
得られる耐摩耗処理方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者等は先ず従来の鋳
鉄製ブレーキロータと、アルミニウム製のブレーキロー
タの摺動面に鋳鉄、ステンレス鋼、ステンレス鋼とＣｕ
合金をそれぞれ溶射したものについて、ロータ皮膜の厚
さおよび摩擦係数の変化について検討した。

【００１１】ブレーキロータに油圧ピストンによりブレ
ーキパッドを押し付けて制動すると、主にパッド材料成
分の転移によりブレーキロータ摺動面にフィルム状のロ
ータ皮膜が付着する。このロータ皮膜の厚さは制動条件
によって大きく違ってくる。また、このロータ皮膜厚さ
により摩擦係数が変化する。

【００１２】図５は速度１３０ｋｍ／ｈ、油圧３０ｋｇ
ｆ／ｃｍ²と、速度５０ｋｍ／ｈ、油圧３０ｋｇｆ／ｃ
ｍ²のロータ皮膜厚さの差を示すものである。また、図
３は同じ制動条件で摩擦係数の変化を示すものである。

【００１３】その結果、図５に示したようにステンレス
鋼溶射のブレーキロータは、溶射層に形成されるロータ
膜厚が制動条件によって、大きく違ってくるため、図３
に示したように摩擦係数の変動量が大きくなってしま
う。この傾向はステンレス鋼の場合、Ｃｕ合金などを混
ぜれは改善されるが、摩擦係数のレベル自体が低くなっ
てしまう。また、ロータ皮膜の厚さの差および摩擦係数
の変化は、鋳鉄溶射のブレーキロータがこれに次ぎ、鋳
鉄製ブレーキロータが最も優れていた。

【００１４】そこで、発明者等はＦｅ−Ｃ系の溶射材料
が最も有利であるとの着想の元に、Ｆｅ−Ｃ系の溶射材
料について、鋭意検討を進めた。しかしながら、Ｆｅ−
Ｃ系でもＣ含有量が多いと、気孔率が大きくなり、パッ
ド材料からの転移がし易くなるため、ロータ皮膜の厚さ
が制動条件によって大きく変化し、摩擦係数の安定性が
失われる。そのため、Ｆｅ−Ｃ系の溶射材料のＣ含有量
を一定値以下に規制すべきことを知見した。

【００１５】また、Ｆｅ−Ｃ系溶射材料を単味で用いる
と、軽制動時には温度も低く、ロータ皮膜が付着しにく
いためロータ皮膜厚さが薄く、逆に高負荷時には付着し
易いためロータ皮膜が厚くなり、摩擦係数の変動量を最
適レベルにすることができないことが判明した。そこ
で、アルミニウム青銅が有機成分を付着させやすい性質
を持っていることに着目しさらに研究進めた結果、Ｆｅ
−Ｃ系溶射材料にアルミニウム青銅を混合して溶射層を
形成すると、有機成分を含んだロータ皮膜が生成すると
共に、溶射層の保護膜の役目を果たし、耐摩耗性も向上
することを見出して本発明を完成した。

【００１６】本発明の摺動部材の耐摩耗処理方法は、摺
動部材の摺動表面に対し、Ｆｅ−Ｃ粉末と、その重量の
１０〜５０％のアルミニウム青銅粉末との混合物の溶射
を施すことを要旨とする。

【００１７】Ｆｅ−Ｃ粉末に含有されるＣ含有量は２％
未満とすることが好ましい。図６および図７は、Ｃを
０．８〜３％の範囲で含有するＦｅ−Ｃ粉末に、アルミ
ニウム青銅粉末を種々の％で混合した溶射材料を用い
て、アルミニウム製ブレーキロータの摺動面に溶射層を
形成した場合のブレーキロータの摩耗量と摩擦係数を示
すものである。ブレーキロータ摩耗量については、図６
に示したようにＦｅ−Ｃ粉末のＣ含有量が多いほどブレ
ーキロータ摩耗量が多く、また図７に示したように、ア
ルミニウム青銅粉末混合量が０のときは、Ｃ含有量が高
い程摩擦係数が高く、アルミニウム青銅粉末混合量が増
加すると、Ｆｅ−Ｃ粉末のＣ含有量が多いほど摩擦係数
の低下量が大きくなるが、ブレーキロータ摩耗量と摩擦
係数の要求レベルを同時に満足するのはＣ含有量が２％
未満のときである。

【００１８】本発明に用いられるアルミニウム青銅粉末
は、５〜１５重量％のアルミニウムを含有するＣｕを主
成分とする合金である。このアルミニウム青銅は少量の
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎを含有することができる。例えば、Ｊ
ＩＳＣ６１６１、Ｃ６１９１、Ｃ６２４１等は本発明
方法に使用することができる。

【００１９】本発明方法における溶射操作は、通常の方
法に従って行うことができる。すなわち、Ｆｅ−Ｃ粉末
とアルミニウム青銅粉末との混合物をプラズマジェット
または火炎によって溶融し、これをノズルから所望の摺
動面に吹き付ける。このとき溶射層の平均厚さは３００
μｍ程度に抑える必要がある。なお、溶射層の耐剥離性
を向上させるためには、アルミニウム製のブレーキロー
タの摺動面に溶射層を形成するに先立って、Ｎｉ基ベー
ス材料からなるアンダーコートを施すことが好ましい。

【００２０】

【作用】本発明では、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ粉末を用いずにＦ
ｅ−Ｃ粉末を用いたので、硬度が高くなく所望のレベル
の摩擦係数を確保することができる。さらに、アルミニ
ウム青銅粉末を混合することにより、制動条件の差によ
るロータ皮膜厚さの差が少なく、これに伴って摩擦係数
の変動量が少なくなり、摩擦係数を安定化させることが
できた。また、有機成分を含んだロータ皮膜を生成する
ため、溶射層の保護膜の役目を果たし、耐摩耗性を著し
く向上するので、溶射層の厚さを３００μｍ程度に抑え
ることが可能であって、熱応力によるクラック、剥がれ
を防止することができる。

【００２１】既に述べたように、本発明においては、Ｆ
ｅ−Ｃ粉末のＣ含有量は２％未満にすることが好まし
い。Ｃ含有量が２％以上では、気孔率が大きくなり、パ
ッドからの転移がし易くなり、ロータ皮膜厚さが制動条
件によって大きく変化し、摩擦係数の安定性が損なわれ
るからであり、またロータ摩耗量が大きくなり、所望の
レベルの摩擦係数を確保することができないからであ
る。

【００２２】また、アルミニウム青銅粉末の混合量を１
０〜５０％としたのは、混合量が１０％未満であると、
有機成分を含んだロータ皮膜が生成せず、制動条件の差
による摩擦係数の変動量が大きくなると共にロータ摩耗
量が大きくなるからであり、混合量が５０％を越える
と、Ｆｅ−Ｃ粉末の減少により、却って耐摩耗性が劣化
するからである。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を従来例および比較例と対比
して説明し、本発明の効果を明らかにする。（実施例１）本発明の実施例として、図８の正面図およ
び図９の断面図に示すアルミニウム製ブレーキロータ１
の摺動面にＮｉ基ベース材料からなるアンダーコート３
を施し、さらにＦｅ−０．８％Ｃ粉末に３０％のアルミ
ニウム青銅粉末を混合した溶射材料を溶射して、３００
μｍの厚さの溶射層２を形成した。

【００２４】得られた本発明品のブレーキロータと、従
来の鋳鉄製ブレーキロータおよびアルミニウム製のブレ
ーキロータの摺動面に鋳鉄、ステンレス鋼、ステンレス
鋼とＣｕ合金をそれぞれ溶射したものについて、第２効
力（速度５０ｋｍ／ｈ、油圧２０ｋｇｆ／ｃｍ²）の摩
擦係数を測定し、得られた結果を図２に示した。

【００２５】図２に示したように、摩擦係数はステンレ
ス鋼＋Ｃｕ合金溶射のブレーキロータが最も低く、鋳鉄
溶射のブレーキロータがこれに次ぎ、本発明品は鋳鉄製
ブレーキロータに最も近い摩擦係数を有することが判明
した。

【００２６】続いて、これらブレーキロータのロータ皮
膜の厚さおよび摩擦係数の変動量について測定した。ロ
ータ皮膜の厚さは、制動条件を速度１３０ｋｍ／ｈ、油
圧３０ｋｇｆ／ｃｍ²と、速度５０ｋｍ／ｈ、油圧３０
ｋｇｆ／ｃｍ²に変化させ、それぞれの場合に形成され
たロータ皮膜厚さの差を測定したものである。得られた
結果は図５に示した。また、摩擦係数の変動量は、制動
条件を速度５０ｋｍ／ｈ、油圧３０ｋｇｆ／ｃｍ²から
速度１３０ｋｍ／ｈ、油圧３０ｋｇｆ／ｃｍ²に変化さ
せ、摩擦係数の変動量を測定したものである。得られた
結果は図３に示した。

【００２７】図５に示したように、ロータ皮膜の厚さの
差は、ステンレス鋼溶射のものが最も多く、鋳鉄溶射と
ステンレス鋼＋Ｃｕ合金溶射がこれに次ぎ、何れも高い
水準であった。本発明品は最も低く、制動条件の差によ
るロータ皮膜の厚さの差が非常に小さいことが確認され
た。また、図３に示したように、摩擦係数の変動量はロ
ータ皮膜厚さの差に比例して、ステンレス鋼溶射のもの
が最も多く、鋳鉄溶射とステンレス鋼＋Ｃｕ合金溶射が
これに次ぎ、本発明品は鋳鉄製ブレーキロータに次いで
摩擦係数変動量が小さく、摩擦係数の安定性の高いこと
が判明した。

【００２８】次ぎに、これらブレーキロータの耐摩耗料
を評価した。得られた結果は図４にまとめて示した。

【００２９】図４に示したように、鋳鉄溶射の摩耗量が
最も多く、１２μｍであり、ステンレス鋼溶射がこれに
次ぎ６μｍであった。鋳鉄製が５μｍであったのに対
し、本発明品は、ステンレス鋼＋Ｃｕ合金溶射の０．１
μｍに次いで０．２μｍであり、本発明品は耐摩耗性に
優れていることが確認された。

【００３０】（実施例２）Ｃ含有量０．８％のＦｅ−Ｃ
粉末に０〜７０％のアルミニウム青銅粉末を含有する溶
射材料を用いて、アルミニウム製ブレーキロータの摺動
面に溶射層を形成し、摩擦係数の変動量およびブレーキ
ロータ摩耗量を測定した。なお、摩擦係数の変動量およ
びブレーキロータ摩耗量の測定条件は実施例１と同じ条
件で行った。得られた結果は図１に示す。

【００３１】図１に示したように、摩擦係数の変動量に
ついては、アルミニウム青銅粉末混合量が１０％になる
と、急減して目標レベルを下回り、以下混合量の増加に
伴って漸次減少した。一方、ブレーキロータ摩耗量は、
アルミニウム青銅粉末の混合量が１０％になると、急減
して目標レベルを下回り、２０％で最小になった後、漸
次増加し、５０％を越えると目標レベルを越えてしまっ
た。以上の結果より、アルミニウム青銅粉末の混合量が
１０〜５０％において最良の結果が得られることが確認
された。

【００３２】（実施例３）Ｃを０．８〜３％の範囲で含
有するＦｅ−Ｃ粉末に、アルミニウム青銅粉末を０〜７
０％の割合で混合した溶射材料を用いて、アルミニウム
製ブレーキロータの摺動面に溶射層を形成した。得られ
たブレーキロータの摩耗量と摩擦係数を測定し、得られ
た結果を図６および図７にまとめて示した。なお、ブレ
ーキロータ摩耗量測定の条件および摩擦係数測定の条件
はそれぞれ実施例１および実施例２と同一条件で行っ
た。

【００３３】図６のＦｅ−Ｃ粉末のＣ含有量別のアルミ
ニウム青銅粉末含有量とブレーキロータの摩耗量との関
係図、図７のＦｅ−Ｃ粉末のＣ含有量別のアルミニウム
青銅粉末含有量と摩擦係数との関係図から明らかなよう
に、ブレーキロータの摩耗量と摩擦係数の要求レベルを
同時に満足するのは、Ｆｅ−Ｃ粉末のＣ含有量が２％未
満の場合であることが確認された。

【００３４】

【発明の効果】本発明の摺動部材の耐摩耗処理方法は以
上詳述したように、摺動部材の摺動表面に対し、Ｆｅ−
Ｃ粉末と、その重量の１０〜５０％のアルミニウム青銅
粉末との混合物の溶射を施すことを特徴とするものであ
って、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ粉末を用いずにＦｅ−Ｃ粉末を用
いたので、硬度が高くなく所望のレベルの摩擦係数を確
保することができる。さらに、アルミニウム青銅粉末を
混合することにより、制動条件の差によるロータ皮膜厚
さの差が少なくなり、これに伴って摩擦係数の変動量が
少なくなり、摩擦係数を安定化させることができた。ま
た、有機成分を含んだロータ皮膜を生成するため、溶射
層の保護膜の役目を果たし、耐摩耗性を著しく向上する
ので、溶射層の厚さを３００μｍ程度に抑えることが可
能であって、熱応力によるクラック、剥がれを防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミニウム青銅粉末混合量と形成された溶射
層の摩擦係数の変動量およびブレーキロータ摩耗量の関
係を示す線図である。

【図２】本発明例および従来例の摩擦係数を示す図であ
る。

【図３】本発明例および従来例の摩擦係数変動量を示す
図である。

【図４】本発明例および従来例のブレーキロータ摩耗量
を示す図である。

【図５】本発明例および従来例のロータ皮膜厚さの差を
示す図である。

【図６】Ｆｅ−Ｃ粉末のＣ含有量別のアルミニウム青銅
粉末含有量とブレーキロータの摩耗量との関係を示す線
図である。

【図７】Ｆｅ−Ｃ粉末のＣ含有量別のアルミニウム青銅
粉末含有量と摩擦係数との関係を示す線図である。

【図８】アルミニウム製ブレーキロータの正面図である

【図９】図８のＡ−Ａ線における断面図である。

【符号の説明】

１ブレーキロータ２溶射層３アンダーコート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下田健二愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】摺動部材の摺動表面に対し、Ｆｅ−Ｃ粉
末と、その重量の１０〜５０％のアルミニウム青銅粉末
との混合物の溶射を施すことを特徴とする摺動部材の耐
摩耗処理方法。