JPH11193842A - 摩擦材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低硬度材料の特性を十分に備えた摩擦材を提
供すること。 【解決手段】 メタルにメタルより硬度が低い低硬度材
料を添加した摩擦材料を溶射により基材２に皮膜してな
る摩擦皮膜３を備える摩擦材１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両のクラッチやブ
レーキ等に用いられる摩擦材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両用のクラッチやブレーキ
に用いられる摩擦材は、大きく分けて有機系摩擦材とメ
タル系摩擦材の２つがある。有機系摩擦材は、ガラス繊
維を紐状にして、その中に放熱性を向上するための黄銅
等の金属繊維を束ね、この紐に摩擦調整剤等を添加して
成る結合樹脂、配合ゴムを含浸・付着させ、ドーナツ状
に巻き取り、熱成形、熱処理を施して作られる。しかし
ながら、有機系摩擦材は耐熱性が低く、３５０℃以上に
なると摩擦係数が低下して摩耗量も多くなる。

【０００３】これに対してメタル系摩擦材は、摩擦材料
であるメタルを焼結して摩擦部材を形成している。摩擦
材料にメタルを用いているので有機系摩擦材に比べて耐
熱性に優れており、高負荷用に採用されている。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の
メタル系摩擦材は、焼結により形成されるため焼結中に
摩擦材内の低硬度材料が熱分解してメタル系の原子と溶
融結合してしまい、低硬度材料が持っている特性（耐焼
付き性、振動抑制力）を十分に得られなかった。したが
って車両のクラッチに用いた場合には、有機系摩擦材に
比べて装置の静粛性及び耐摩擦性が劣ってしまい、メタ
ル系摩擦材は普通乗用車に採用するには適していなかっ
た。

【０００５】そこで本発明は、上記問題点を解決すべ
く、耐熱性に優れるとともに低硬度材料の特性を十分に
備えた摩擦材を提供することを技術的課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１の発明は、母材に該母材より硬度が低い低硬
度材料を添加した摩擦材料を溶射により基材に被覆して
なる摩擦皮膜を備える摩擦材としたことである。

【０００７】請求項１によると、摩擦材料は溶射により
基材に被覆されるので、摩擦材料が溶融される時間は焼
結に比べると非常に短く、摩擦材料中の低硬度材料が完
全に母材と溶融結合することがない。したがって、低硬
度材料が有する耐焼付き性、振動抑制力は損なわれず、
有機系摩擦材なみの耐焼付き性、振動抑制力を有し、且
つ耐熱性に優れた摩擦材を得ることができる。

【０００８】請求項２および請求項４に示すように、摩
擦材料の母材として、銅、銅合金、鋼、合金鋼、ニッケ
ル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、或いはこれら
の組み合せから成るものを用いると、メタル系の摩擦材
を形成でき、強度的に有利な摩擦材を構成することがで
きる。

【０００９】また、請求項３および請求項５に示すよう
に、母材として、ガラス、セラミックス、カーボン、或
いはガラス、セラミックス、カーボンを含有する合金か
ら成るものを用いると、断熱性や重量に関して有利な摩
擦材を構成することができる。

【００１０】請求項６および請求項７に示すように、低
硬度材料としては、錫、銀、亜鉛、鉛、ビスマス、カド
ミウム、インジウム等の軟質メタル或いは複数種類の軟
質メタルを混合してなるホワイトメタルを用いるのが好
ましい。

【００１１】また、請求項８乃至請求項１１に示すよう
に、低硬度材料としてグラファイト或いは二硫化モリブ
デン、二硫化タングステン、硫化鉛アンチモン等の固体
潤滑材或いはフェノール樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を用いる場合には、軟質メ
タルよりも低硬度であるので軟質メタルに比べて少量の
添加量でよい。

【００１２】更に、請求項１６乃至請求項１８に示すよ
うに摩擦皮膜から基材にかけて溝を形成すると、摩擦材
に歪みが生じた時にこの溝の底部に歪みの応力が集中す
るので、基材表面に溶射された摩擦皮膜が歪みによって
基材から剥離するのを可及的に防ぐことができる。

【００１３】また、請求項１９および請求項２０に示す
ように、基材の軸方向に関して重ならないように基材の
両面に摩擦皮膜を被覆すると、基材に伝達される摩擦熱
による影響を少なくでき、基材の冷却効率も向上する。

【００１４】請求項２１乃至請求項２３に示すように、
摩擦皮膜を複数層被覆したり、或いは基材の各箇所や基
材の面に応じて摩擦皮膜の被覆厚さを変化させることに
より、摩擦材の使用目的に応じた適切な摩擦材を提供す
ることが可能になる。

【００１５】

【実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形
態について説明する。

【００１６】図１は本発明の摩擦材の正面図であり、図
２は図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３は本実施の
形態における摩擦材の製造方法を示す図である。

【００１７】本実施の形態における摩擦材１は、原動機
（図示せず）と変速機（図示せず）の間に配設され、原
動機からの動力を摩擦係合により変速機側に伝達可能な
クラッチに用いる乾式摩擦材である。摩擦材１は中空状
の基材２と摩擦皮膜３から構成される。また、摩擦材１
の摩擦皮膜３が形成される側には放射状に溝４が設けら
れている。

【００１８】基材２は、鋼合金の圧延材から成り、板厚
は１．８ミリである。また、摩擦皮膜３は母材としての
銅合金中に銅合金より硬度の低い低硬度材料として錫を
３０体積％添加したものから構成され、その皮膜厚さは
０．７ミリである。

【００１９】次に摩擦材１の製造方法について図３を用
いて説明する。先ず、銅合金中に錫を添加して成る粉末
状の摩擦材料３ａを溶射ガン５にセットする。本実施の
形態では溶射方法として酸素−プロピレンガスを用いる
ＨＶＯＦ溶射により摩擦材料３ａを基材２表面に溶射す
る。セットされた摩擦材料３ａは、溶射ガン５の熱源５
ａで加熱されて半溶融状態で基材２に被覆される。この
ように溶射を用いることで、摩擦材料３ａが溶融するの
は熱源５ａを通過してから基材２に被覆されるまでの非
常に短い時間（０．００１〜０．０５秒）となり、摩擦
材料３ａ中の錫の殆どは銅合金と溶融結合することがな
い。したがって、低硬度材料である錫が有する耐焼付き
性、振動抑制力は損なわれることがなく、有機系摩擦材
なみの耐焼付き性、振動抑制力を有し、且つ強度、耐熱
性に優れた摩擦材１を得ることができる。

【００２０】摩擦材１の溝４は、摩擦皮膜３側から基材
２に亘って放射状に設けられており、溝４の幅は１．５
ミリ、深さは摩擦皮膜３表面から１．６ミリである。こ
の溝４により、摩擦材１が原動機からの動力を伝達する
際に摩擦材１に歪みが生じても溝４の底部４ａで応力が
集中するので、摩擦皮膜３が歪むことはない。したがっ
て、溶射により摩擦皮膜３を基材２表面に被覆しても、
クラッチの使用による歪みで摩擦皮膜３が基材２から剥
離することがなくなる。

【００２１】本実施の形態では母材を銅合金中とした
が、銅合金以外の金属、或いはガラスやセラミックス等
の非金属を用いてもよく、例えば母材としてセラミック
スを用いた場合には、基材に対する断熱作用が向上して
熱による基材への悪影響を抑えることができる。また、
本実施の形態では添加される低硬度材料として錫を用い
たが、錫以外の銀、亜鉛、鉛等の軟質メタル、或いはこ
れら軟質メタルを混ぜ合わせて成るホワイトメタルを用
いても同等の効果を得ることができる。更に、軟質メタ
ルより更に低硬度のグラファイト、二硫化モリブデン、
硫化鉛アンチモン等の固体潤滑材或いはエポキシ樹脂、
フェノール樹脂、ポリイミド樹脂或いはフッ素樹脂の樹
脂を用いることも可能であり、この場合には軟質メタル
より少量の添加量で十分な耐焼付き性、振動抑制力を得
ることができる。

【００２２】図４、図５に本発明の第２の実施形態の摩
擦材１１、第３の実施形態の摩擦材２１を示す。第２の
実施形態は摩擦材表面に設けられる溝１４が同心円状と
なっている点が上述の実施形態と異なり、それ以外は第
１の実施形態と同じである。第２の実施形態によると、
摩擦材１１の内周側と外周側で歪みが生じた時の摩擦皮
膜の剥離を防ぐのに有利である。

【００２３】また、第３の実施形態は摩擦材表面に設け
られる溝が同心円状２４ａと放射状２４ｂの２種類であ
る点が上述の実施形態と異なり、それ以外は第１の実施
形態と同じである。第３の実施形態によると、摩擦材２
１の内周側と外周側で歪みが生じた時、および周方向の
異なる部位で歪みが生じた時の摩擦皮膜の剥離を防ぐの
に有利である。

【００２４】次に、本発明の摩擦材を実際にクラッチデ
ィスクに採用したときの具体的な構成である第４の実施
の形態を図６に示す。図６は基材である板材３２に直接
溶射を行った場合の平面図を示しており、図７は図６の
Ｂ−Ｂ断面図を示している。第４の実施の形態では、ク
ラッチの係合・解放によって生じる摩耗粉を外部に排出
することが可能であるとともに、溝３４が半径方向に対
して角度を有するので第１の実施の形態に比べて溝３４
の長さが長くなり、クラッチ回転時に摩擦皮膜３３が受
ける摩擦抵抗に対して耐久性が向上する。尚、第４の実
施の形態ではクラッチディスクの内周側にダンパ機構を
備えるものを開示したが、ダンパ機構を備えないクラッ
チディスクにも勿論採用が可能である。

【００２５】図１２は第５の実施の形態を示す図であ
り、第４の実施の形態において摩擦皮膜を板材に直接溶
射するのではなく、板材３７に予め摩擦皮膜３６が被覆
されたコーン状のディスクスプリング３５を取付けた場
合を示している。第５の実施の形態では１枚のディスク
スプリング３５を用いた場合を示すが、平板状のディス
クスプリングを採用してもよい。更に、平板状のディス
クスプリングを２枚重ねてばね荷重を増大させることも
できる。

【００２６】図８は第６の実施の形態を示す図であり、
クラッチディスク内周側のダンパ機構は省略する。第６
の実施の形態では、クラッチディスクの回転方向に対し
て突出した部位がない形状に摩擦皮膜４３が溶射される
ことにより、クラッチの係合によって摩擦皮膜４３が基
材４２から剥離するのを可及的になくすことができる。

【００２７】図９は第７の実施の形態を示している。こ
の実施の形態は基材であるディスクプレート５２の一方
の面５２ａと他方の面５２ｂとに被覆される摩擦皮膜５
３ａ、５３ｂが重ならないようにそれぞれの面を被覆し
ている。このように被覆することによって、ディスクプ
レート５２に伝達される摩擦熱の影響が少なくなりディ
スクプレート５２の冷却効率が向上する。

【００２８】図１０に第８の実施の形態を示す。図１０
ではディスクスプリング６５とは別体のバックプレート
６２を基材としてそれぞれのバックプレート６２に摩擦
皮膜６３を形成し、２枚のバックプレート６２をリベッ
ト６６にてディスクスプリング６５に取付けたものであ
る。本発明における摩擦材は強度、耐熱性に優れている
ので図１０のように摩擦皮膜６３の皮膜面積を少なくす
ることができる。第７の実施の形態では、プレッシャプ
レート６８とフライホイール６９とがリベット６６と接
触しないように、プレッシャプレート６８とフライホイ
ール６９には逃がし溝６８ａ、６９ａが形成されてい
る。尚、バックプレート６２とディスクスプリング６５
との取付けはリベットでなく溶接でも可能である。

【００２９】図１１は本発明の第９の実施の形態を示す
図である。第９の実施の形態はクラッチディスクの捩じ
り特性においてヒステリシスを発生するためのスラスト
ライニング部材として本発明の摩擦材を用いた場合を示
している。第９の実施の形態によると基材であるハブ７
２に直接溶射しているので、摩擦皮膜であるスラストラ
イニング部材７３を別体で設ける必要がなくなり、部品
点数が低減するとともにクラッチディスクの軸方向寸法
を短くすることが可能になる。

【００３０】図１３および図１４は本発明の第１０の実
施の形態を示す図である。第１０の実施の形態は、摩擦
皮膜８３を被覆した２枚のバックプレート８２の間に更
にばね部材８５を配設したものであり、図１３はクラッ
チの非係合時、図１４はクラッチの係合時における断面
図を示している。第１０の実施の形態によると、ばね部
材８５によりクラッチ係合の瞬間における衝撃を和らげ
ることで摩擦皮膜８３の剥離の発生を抑えることが可能
になる。

【００３１】図１５および図１６は本発明の第１１の実
施の形態を示す図である。図１５はクラッチの非係合
時、図１６はクラッチの係合時における断面図を示して
いる。第１１の実施の形態は、リベット９６にてディス
クスプリング９５の両面に摩擦フェーシング９３を取付
けたクラッチディスクにおいて、リベット９６の頭部を
基材として摩擦皮膜９７を溶射により形成した場合を示
している。第１１の実施の形態によると、従来の摩擦フ
ェーシングに対して摩擦皮膜９７の面積分だけ耐熱性が
向上するとともに高負荷にも耐え得るクラッチディスク
を提供することができる。

【００３２】以上説明した本実施の形態では、原動機か
らの動力を摩擦係合により変速機側に伝達するクラッチ
に用いる乾式摩擦材について説明したが、本発明は乾式
摩擦材に限定されるものではなく、変速機のクラッチお
よびブレーキ等の湿式摩擦材にも採用できるものであ
る。

【００３３】また、基材に複数層の摩擦皮膜を被覆する
と、例えば基材側に被覆される摩擦皮膜の母材を金属に
しておけば高強度な摩擦皮膜が形成され、摩擦皮膜が基
材から剥離することなく有機系摩擦材なみの耐焼付き
性、振動抑制力を有する摩擦材を提供することができ
る。基材側に被覆される摩擦皮膜をセラミックスなどの
非金属にしておけば、摩擦材表面との間で断熱材として
作用するので、クラッチの係合時に摩擦材表面で発生す
る熱が基材に伝達されにくくなり、基材のスプリングと
しての効果が劣化するのを抑えることができる。

【００３４】更に、摩擦皮膜の被覆厚さを基材の各位置
（例えば基材の一方の面と他方の面、或いは基材の内周
側と外周側）とで異なるように被覆することにより、使
用環境に応じた最適な摩擦材を形成することが可能にな
る。

【００３５】

【効果】請求項１によると、摩擦材料は溶射により基材
に被覆されるので、摩擦材料が溶融される時間は焼結に
比べると非常に短く、摩擦材料中の低硬度材料が完全に
母材と溶融結合することがない。したがって、低硬度材
料が有する耐焼付き性、振動抑制力は損なわれず、有機
系摩擦材なみの耐焼付き性、振動抑制力を有し、且つ耐
熱性に優れた摩擦材を得ることができる。

【００３６】請求項２および請求項４に示すように、摩
擦材料の母材として、銅、銅合金、鋼、合金鋼、ニッケ
ル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、或いはこれら
の組み合せから成るものを用いると、メタル系の摩擦材
を形成でき、強度的に有利な摩擦材を構成することがで
きる。

【００３７】また、請求項３および請求項５に示すよう
に、母材として、ガラス、セラミックス、カーボン、或
いはガラス、セラミックス、カーボンを含有する合金か
ら成るものを用いると、断熱性や重量に関して有利な摩
擦材を構成することができる。

【００３８】請求項６および請求項７に示すように、低
硬度材料としては、錫、銀、亜鉛、鉛、ビスマス、カド
ミウム、インジウム等の軟質メタル或いは複数種類の軟
質メタルを混合してなるホワイトメタルを用いるのが好
ましい。

【００３９】また、請求項８乃至請求項１１に示すよう
に、低硬度材料としてグラファイト或いは二硫化モリブ
デン、二硫化タングステン、硫化鉛アンチモン等の固体
潤滑材或いはフェノール樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を用いる場合には、軟質メ
タルよりも低硬度であるので軟質メタルに比べて少量の
添加量でよい。

【００４０】請求項１２および請求項１３によると、基
材を銅、銅合金、鋼、合金鋼、ニッケル、ニッケル合
金、チタン、チタン合金等の金属の圧延材や溶製材で構
成することで高強度な基材が得られ、強度的に有利であ
る。

【００４１】請求項１４および請求項１５によると、基
材をガラス系、カーボン系、セラミックス系の非金属に
て形成することで金属より軽くなり重量的に有利であ
る。

【００４２】請求項１６乃至請求項１８によると、摩擦
皮膜から基材にかけて溝を形成することにより、摩擦材
に歪みが生じた時にこの溝の底部に歪みの応力が集中す
るので、基材表面に溶射された摩擦皮膜が歪みによって
基材から剥離するのを可及的に防ぐことができる。

【００４３】請求項１９および請求項２０によると、基
材の軸方向に関して重ならないように基材の両面に摩擦
皮膜を被覆することで、基材に伝達される摩擦熱による
影響を少なくでき、基材の冷却効率も向上する。

【００４４】請求項２１乃至請求項２３によると、摩擦
皮膜を複数層被覆したり、或いは基材の各箇所や基材の
面に応じて摩擦皮膜の被覆厚さを変化させることで、摩
擦材の使用目的に応じた適切な摩擦材を提供することが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の摩擦材の正面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】本実施の形態の摩擦材の製造方法を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施形態を示す図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態を示す図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。

【図８】本発明の第６の実施形態を示す図である。

【図９】本発明の第７の実施形態を示す図である。

【図１０】本発明の第８の実施形態を示す図である。

【図１１】本発明の第９の実施形態を示す図である。

【図１２】本発明の第５の実施形態を示す図である。

【図１３】本発明の第１０の実施形態を示す図である。

【図１４】図１３の別の状態を示す図である。

【図１５】本発明の第１１の実施形態を示す図である。

【図１６】図１５の別の状態を示す図である。

【符号の説明】

１、１１、２１・・・摩擦材 ２、３２、３５、４２、５２、６２、７２、８２、９６
・・・基材 ３、３３、３６、４３、５３、６３、７３、８３、９７
・・・摩擦皮膜 ４、１４、２４ａ、２４ｂ、３４・・・溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｄ (72)発明者 松 川 照 夫 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材に該母材より硬度が低い低硬度材料
   を添加した摩擦材料を溶射により基材に被覆してなる摩
   擦皮膜を備える摩擦材。
2. 【請求項２】 前記母材は、金属から成ることを特徴と
   する、請求項１の摩擦材。
3. 【請求項３】 前記母材は、非金属或いは非金属を含有
   する合金から成ることを特徴とする、請求項１の摩擦
   材。
4. 【請求項４】 前記母材は、銅、銅合金、鋼、合金鋼、
   ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金、或いは
   これらの組み合せから成ることを特徴とする、請求項２
   の摩擦材。
5. 【請求項５】 前記母材は、ガラス、セラミックス、カ
   ーボン、或いはガラス、セラミックス、カーボンを含有
   する合金から成ることを特徴とする、請求項３の摩擦
   材。
6. 【請求項６】 前記低硬度材料は、軟質メタル或いは複
   数種類の軟質メタルを混合してなるホワイトメタルから
   成ることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の摩擦
   材。
7. 【請求項７】 前記軟質メタルは、錫、銀、亜鉛、鉛、
   ビスマス、カドミウム、インジウム或いはこれらの組み
   合せから成ることを特徴とする、請求項６の摩擦材。
8. 【請求項８】 前記低硬度材料は、固体潤滑材から成る
   ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５の摩擦材。
9. 【請求項９】 前記固体潤滑材は、グラファイト、二硫
   化モリブデン、二硫化タングステン、硫化鉛アンチモン
   或いはこれらの組み合せから成ることを特徴とする、請
   求項８の摩擦材。
10. 【請求項１０】 前記摩擦材の低硬度材料は、樹脂であ
    ることを特徴とする、請求項１乃至請求項５の摩擦材。
11. 【請求項１１】 前記樹脂は、エポキシ樹脂、フェノー
    ル樹脂、ポリイミド樹脂或いはフッ素樹脂であることを
    特徴とする、請求項１０の摩擦材。
12. 【請求項１２】 前記基材は金属よりなることを特徴と
    する、請求項１乃至請求項１１の摩擦材。
13. 【請求項１３】 前記基材は、銅、銅合金、鋼、合金
    鋼、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等の
    圧延材や溶製材から成ることを特徴とする、請求項１２
    の摩擦材。
14. 【請求項１４】 前記基材は非金属或いは非金属を含有
    する合金よりなることを特徴とする、請求項１乃至請求
    項１１の摩擦材。
15. 【請求項１５】 前記基材は、ガラス系、カーボン系、
    セラミックス系等の非金属或いはこれらを含有する合金
    から成ることを特徴とする、請求項１４の摩擦材。
16. 【請求項１６】 前記摩擦材の表面には摩擦皮膜から基
    材にかけて溝が形成されることを特徴とする、請求項１
    乃至請求項１５の摩擦材。
17. 【請求項１７】 前記摩擦材の表面の溝は、放射状に形
    成されることを特徴とする、請求項１６の摩擦材。
18. 【請求項１８】 前記摩擦材の表面の溝は、同心円状に
    形成されることを特徴とする、請求項１６或いは請求項
    １７の摩擦材。
19. 【請求項１９】 前記摩擦皮膜は前記基材の両面に被覆
    されることを特徴とする、請求項１乃至請求項１８の摩
    擦材。
20. 【請求項２０】 前記基材の両面に被覆される前記摩擦
    皮膜は、軸方向に関して重ならないように被覆されるこ
    とを特徴とする、請求項１乃至請求項１９の摩擦材。
21. 【請求項２１】 前記摩擦皮膜が複数層被覆されること
    を特徴とする、請求項１乃至請求項２０の摩擦材。
22. 【請求項２２】 前記摩擦皮膜の被覆厚さが前記基材の
    各位置により異なることを特徴とする、請求項１乃至請
    求項２１の摩擦材。
23. 【請求項２３】 前記基材の一方の面と他方の面とで前
    記摩擦皮膜の被覆厚さが異なることを特徴とする、請求
    項２２の摩擦材。