(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属リングの内周面と、その金属リングと線膨脹係数が異なる摩擦材との接着構造において、炭素短繊維等からなる不織布に熱硬化性の接着剤を含浸させた接着クッション層を加熱して予備硬化させて形成し、その予備硬化させた接着クッション層を上記金属リングの内周面と摩擦材の接着面間に介在させ、上記金属リングと各摩擦材を押圧することで上記接着クッション層を圧着させて加熱硬化させると共に、上記接着クッション層は、その圧着されて加熱硬化された状態において、上記金属リングの内周面と摩擦材の接着面間のクリアランスを充填し、且つ、伸縮可能な層厚を有することを特徴とする金属リングと摩擦材の接着構造。
【請求項２】
上記接着剤がフェノール樹脂系接着剤である請求項１記載の金属リングと摩擦材の接着構造。
【請求項３】
上記金属リングが鋳鉄、上記摩擦材が炭素繊維強化炭素複合材で構成された請求項１又は請求項２に記載の金属リングと摩擦材の接着構造。
【請求項４】
金属リングの内周面と、その金属リングと線膨脹係数が異なる摩擦材との接着構造において、炭素短繊維等からなる不織布に熱硬化性の接着剤を含浸させた接着クッション層を加熱して予備硬化させて形成し、上記金属リングの内周面及び上記摩擦材の接着面に、フェノール樹脂系接着剤からなる接着層を形成し、その接着層を形成した上記金属リング及び上記摩擦材間に、上記予備硬化させた接着クッション層を介在させ、上記金属リングと各摩擦材を押圧すると共に接着クッション層を圧着させて加熱硬化させたことを特徴とする金属リングと摩擦材の接着構造。
【請求項５】
上記金属リングが、変速装置のシンクロナイザ・リングである請求項１から請求項４いずれかに記載の金属リングと摩擦材の接着構造。
【請求項６】
上記摩擦材が、上記金属リングの内周面の周方向に亘って設けられた多数の炭素繊維強化炭素複合シート片で構成される請求項５記載の金属リングと摩擦材の接着構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属リングと、その内周面に接着する摩擦材の接着構造に係り、特に、金属リングと、その金属リングと線膨脹係数又は表面粗度が異なる摩擦材の接着構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
使用環境が厳しく、高強度・高耐久性を要求される自動車用の駆動系部品（例えば、トランスミッション部品等）においては、主として金属、特に鋳鉄材料が多用されているが、各部品毎に、要求される摺動性、摩擦性等の各種特性が異なるため、材料改質又は特性の異なる数種の材料を接合することによって、要求される各種特性を確保している。
【０００３】
トランスミッション部品の一つであるシンクロナイザ・リングは、図３に示すように、金属製（鋳鉄製）のリング部３１とコーン部３２とを備えており、このコーン部３２の内周面３３が、トランスミッションのメインギヤ（図示せず）のコーン部外周面と摩擦係合することによって、回転速度の異なる二つのギヤ（図示せず）が同期する。
【０００４】
ここで、シンクロナイザ・リング３０のコーン部３２の摩擦係合面（内周面３３）は、トランスミッションのメインギヤの摩擦係合面（コーン部外周面）と摩擦係合されるため、十分な摩擦係数と耐摩耗性を有している必要がある。このため、通常、コーン部３２の摩擦係合面に摩擦材（図示せず）を設けている。従来の摩擦材としては、コーン部の摩擦係合面に設けられるＣｕ−Ｚｎ製ライナやＭｏの溶射被膜等が挙げられる。
【０００５】
近年、コーン部３２の摩擦係合面に金属製摩擦材を接合させたシンクロナイザ・リングの他に、金属では出せない特性を付与すべく、コーン部３２の摩擦係合面に樹脂製（フェノール樹脂製）摩擦材を接合（接着）し、より高強度接着性、熱膨張吸収性、耐高温性、耐油性などの高性能な表面特性を確保したシンクロナイザ・リングが提案されている。しかし、シンクロナイザ・リングを含むトランスミッション部品は、トランスミッションオイル中に浸漬されていると共に、このトランスミッションオイルは、車両の走行中、最高約１４０℃にも達する。また、エンジン始動直後や、潤滑油が十分に回らないような時には、摩擦材が破損する等の問題が発生する。そこで、樹脂製摩擦材の代わりに、耐熱・耐摩耗性に優れた炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ−Ｃコンポジットと示す）からなる摩擦材をコーン部３２の摩擦係合面に接合（接着）することが検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の金属製摩擦材を接合したシンクロナイザ・リングにおいては、金属リングと金属製摩擦材（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ材又はＭｏ材等）の金属同士（同種材料間）の接合であるため、両材料の熱的特性差および表面粗度差が問題になることは殆どなかった。
【０００７】
これに対して、Ｃ−Ｃコンポジット製の摩擦材を用いたシンクロナイザ・リングにおいては、金属リングと摩擦材の接着が異種材料間であるため、両材料の熱的特性差および表面粗度差に起因する不具合が生じることが有る。
【０００８】
すなわち、金属リングとＣ−Ｃコンポジット製の摩擦材とでは、線膨張係数が大きく異なることから、両材料の接着部が高温に晒されると、接着界面に剪断応力が働く。その結果、接着部が剪断破壊され、両材料が剥離してしまうという現象を引き起こす。
【０００９】
また、金属リングとＣ−Ｃコンポジット製摩擦材とでは、表面処理加工の加工精度が異なることから、両材料の表面粗度が異なっている。このため、ミクロ的には接着面間のクリアランスが不均一となることから、両材料の接着面において接着不良などの問題が生じるおそれがあり、両材料を強固に接着することは非常に困難である。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、金属リングと、その金属リングと線膨脹係数又は表面粗度が異なる摩擦材とを、剥離のおそれなく強固に接着することができる接着構造及びその接着方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造は、金属リングの内周面と、その金属リングと線膨脹係数が異なる摩擦材との接着構造において、炭素短繊維等からなる不織布に熱硬化性の接着剤を含浸させた接着クッション層を加熱して予備硬化させて形成し、その予備硬化させた接着クッション層を上記金属リングの内周面と摩擦材の接着面間に介在させ、上記金属リングと各摩擦材を押圧することで上記接着クッション層を圧着させて加熱硬化させると共に、上記接着クッション層は、その圧着されて加熱硬化された状態において、上記金属リングの内周面と摩擦材の接着面間のクリアランスを充填し、且つ、伸縮可能な層厚を有するものである。
【００１２】
また、接着剤がフェノール樹脂系接着剤であってもよい。
【００１３】
さらに、金属リングが鋳鉄、上記摩擦材が炭素繊維強化炭素複合材で構成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造は、金属リングの内周面と、その金属リングと線膨脹係数が異なる摩擦材との接着構造において、炭素短繊維等からなる不織布に熱硬化性の接着剤を含浸させた接着クッション層を加熱して予備硬化させて形成し、上記金属リングの内周面及び上記摩擦材の接着面に、フェノール樹脂系接着剤からなる接着層を形成し、その接着層を形成した上記金属リング及び上記摩擦材間に、上記予備硬化させた接着クッション層を介在させ、上記金属リングと各摩擦材を押圧すると共に接着クッション層を圧着させて加熱硬化させたものである。
【００１５】
さらに、上記金属リングが変速装置のシンクロナイザ・リングであってもよい。
【００１６】
また、上記摩擦材が、上記金属リングの内周面の周方向に亘って設けられた多数の炭素繊維強化炭素複合シート片で構成されていてもよい。
【００１７】
以上の接着構造によれば、金属リング内周面と摩擦材の接着面間に設けた接着クッション層が、両材料の線膨脹係数の違いに起因する伸び率の相違を緩衝、又は両材料の表面粗度の違いに起因する接着面間の不均一なクリアランスを吸収するため、両材料の線膨脹係数又は表面粗度が異なっていても、両材料を剥離のおそれなく強固に接着することができる。
【００１８】
また、シンクロナイザ・リングの摩擦材を、耐熱性及び耐摩耗性に優れたＣ−Ｃコンポジットで形成することで、シンクロナイザ・リングの耐久性・信頼性がより向上する。また、金属リングと摩擦材（Ｃ−Ｃコンポジット）とは、線膨脹係数及び表面粗度が異なっているものの、金属リングと摩擦材との間に介在させた接着クッション層が、両材料の線膨脹係数の違いに起因する伸び率の相違を緩衝し、両材料の表面粗度の違いに起因する接着面間の不均一なクリアランスを吸収する。このため、金属リングから摩擦材が剥離するおそれがないと共に、金属リングと摩擦材とを強固に接着することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２０】
一般に、異種材料間の接着（即ち、金属リングと、その金属リング材と線膨脹係数又は表面粗度が大きく異なる摩擦材との接着）を行う場合、ゴム状弾性を有する接着剤を用いたり、接着層の層厚を厚くすることにより、前述した接着界面における剪断応力を緩和し、線膨張係数の違いに起因する材料の剥離を防ぐことができる。
【００２１】
しかしながら、例えば、シンクロナイザ・リングの摩擦係合面等のように、大きな応力が負荷される部位においては、接着部が十分な接着強度を有していることも重要となってくる。このため、ゴム状弾性を有する接着剤による接着では十分な接着強度を得ることができず（一般的に、ゴム状弾性を有する接着剤の接着強度は低い）、接着部が剪断破壊される又は接着層自体が壊れるおそれがある。また、低ゴム状弾性タイプの硬い接着剤を用いて接着層を厚く形成した場合においても、接着剤自体が脆いことから、結果として両材料の剥離を招くおそれがある。
【００２２】
このため、異種材料間の接着部を有するシンクロナイザ・リングの摩擦係合面において、十分な接着強度を確保するには、低ゴム状弾性タイプの硬い接着剤を用いると共に接着層を薄く形成する必要があるが、前述した異種材料間の接着条件と矛盾してしまう。
【００２３】
また、シンクロナイザ・リングの摩擦係合面に、金属リングと線膨脹係数又は表面粗度が大きく異なる摩擦材（例えば、Ｃ−Ｃコンポジット製摩擦材）を接着するための接着剤には、高強度接着性、熱膨張吸収性、クリアランス吸収性、耐高温性、耐油性等の特性が要求される。現在、高強度接着性及び耐高温性が要求される条件下で使用されている接着剤として、耐熱性、耐油性に優れるフェノール樹脂系接着剤があり、このフェノール樹脂系接着剤を、シンクロナイザ・リングの摩擦係合面における金属材とＣ−Ｃコンポジット製摩擦材との接着に適用することが検討されている。フェノール樹脂系接着剤は加熱硬化時にガス（気泡）が発生するが、このガスを接着層から放出させないと、ガスによる接着層の破壊が生じ、接着強度の低下を招く。このため、通常、加熱硬化の際に５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2程度で加圧し、ガス抜きが行われる。
【００２４】
ここで、両材料の接着面間には、前述したように、表面粗度の違いに起因する不均一なクリアランスが存在していることから、両材料の接着に用いる接着剤には、この不均一なクリアランスを充填（吸収）する役割も期待される。しかし、フェノール樹脂系接着剤において、クリアランス吸収のために加熱硬化の際の圧力を減じると、接着強度が十分に発現しなくなることから、クリアランス吸収と高接着強度の両方の達成は困難である。よって、シンクロナイザ・リングの摩擦係合面に、フェノール樹脂系接着剤をそのまま適用することは困難であった。
【００２５】
本発明者らは、金属リングと摩擦材の接着のための接着剤として耐熱性及び耐油性に優れるフェノール樹脂系接着剤を用いると共に、接着層の層厚はできるだけ薄くし、また、その接着層に、金属リングと摩擦材の線膨脹係数の違いに起因する伸び率の相違を緩衝、又は両材料の表面粗度の違いに起因する接着面間の不均一なクリアランスを吸収する緩衝・吸収機能を持たせるべく、鋭意研究を行った。
【００２６】
本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造の断面模式図を図１に示す。ここで、図１（ｂ）は、図１（ａ）の要部Ａの拡大図である。
本発明に係る金属リング内周面と摩擦材の接着構造は、図１に示すように、炭素短繊維（又はガラス短繊維）３からなる不織布４にフェノール樹脂系接着剤（又はアクリル樹脂系接着剤）５を含浸させた接着クッション層６を、金属リング１と摩擦材２との接着面１ａ，２ａ間に介在させると共に圧着させて加熱硬化（又は硬化）させたものである。
【００２７】
また、金属リング１及び摩擦材２の各接着面１ａ，２ａに、フェノール樹脂系接着剤（又はアクリル樹脂系接着剤）からなる接着層（図示せず）を予め形成して接着クッション層６を介在させてもよい。
【００２８】
ここで、金属リング１としては特に限定するものではなく、例えば、Ｆｅ合金、Ａｌ又はＡｌ合金、Ｔｉ又はＴｉ合金などが挙げられるが、特に鋳鉄が好ましい。
【００２９】
摩擦材２としては、金属リング１と線膨脹係数が異なる材料であれば、金属材又は非金属材のどちらであってもよいが、耐熱性及び耐摩耗性に優れたＣ−Ｃコンポジットが特に好ましい。
【００３０】
摩擦材２としてＣ−Ｃコンポジットを用いる場合、Ｃ−Ｃコンポジットを構成する炭素繊維（炭素長繊維）としては、繊維長は特に指定しないが、繊維径Ｄが０．００２〜０．０１０ｍｍ、好ましくは０．００５〜０．００７ｍｍのものが挙げられる。また、Ｃ−Ｃコンポジットにおける炭素繊維の配向性は、所望の摩擦係数に応じて適宜設定されるものであって、特に限定するものではなく、この配向性を調節することによってＣ−Ｃコンポジットの摩擦係数を任意に調節することが可能となる。
【００３１】
炭素短繊維（又はガラス短繊維）３としては、不織布を形成可能な繊維であれば特に限定するものではないが、クリアランス吸収性を考慮すると、繊維長Ｌが１０〜２０ｍｍ、好ましくは１４〜１６ｍｍ、繊維径Ｄが０．５〜１．０μｍ、好ましくは０．６〜０．８μｍのものが挙げられる。
【００３２】
不織布４の布厚は、あまり薄いとフェノール樹脂系接着剤（又はアクリル樹脂系接着剤）５の含浸が不可能であり、逆に、あまり厚いと接着クッション層６の層厚が厚くなるため、１．５〜２．５ｍｍが好ましく、２ｍｍ前後が特に好ましい。また、不織布４の密度は、あまり低いとフェノール樹脂系接着剤５の含浸が不可能であり、逆に、あまり高いとフェノール樹脂系接着剤５が含浸しにくくなるため、目付量２．５〜３．５ｍｇ／ｃｍ2が好ましい。
【００３３】
不織布４に含浸させる接着剤５としてはフェノール樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリエステル樹脂系、又はアクリル樹脂系などの接着剤であっても良いが、高温での接着強度が要求される場合はフェノール樹脂系接着剤の方が好ましい。
【００３４】
次に、本発明に係る金属リングと摩擦材の接着方法を図１を用いて説明する。
【００３５】
図１（ｂ）に示す炭素短繊維３の不織布４にフェノール樹脂系接着剤５を含浸させ、予め接着クッション材（図示せず）を形成しておく。この接着クッション材を、６０〜１００℃×１０〜６０ｍｉｎ、好ましくは７０〜９０℃×２０〜４０ｍｉｎの温度条件で加熱して予備硬化を行い、フェノール樹脂系接着剤５中の溶剤を揮発させる。
【００３６】
この予備硬化後の接着クッション材を、金属リング１と、その金属リング１と線膨脹係数又は表面粗度が大きく異なる摩擦材２の接着面１ａ，２ａ間に介在させる。この介在に先立って、金属リング１及び摩擦材２の各接着面１ａ，２ａにもフェノール樹脂系接着剤を予め塗布しておくと共に、予備硬化を行っておくとよい。両材料１，２の各接着面１ａ，２ａに塗布するフェノール樹脂系接着剤としては、接着クッション材に含浸させるフェノール樹脂系接着剤５よりも粘度の高いものが好ましい。
【００３７】
その後、金属リング１と摩擦材２を、約０．５〜１．５ＭＰａ（５〜１５ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で押圧し、接着クッション材を圧縮しながらフェノール樹脂系接着剤５を１３０〜２３０℃×３０〜９０ｍｉｎ、好ましくは１６０〜２００℃×４０〜８０ｍｉｎの温度条件で加熱硬化させる。これによって、図１（ａ）に示すように、金属リング１と摩擦材２とが、接着クッション層６を介して接着される。
【００３８】
ここで、接着クッション層６をミクロ的に見ると、図１（ｂ）に示す炭素短繊維３ａ，３ｂ，３ｃで囲まれた領域Ｂは非常に微小であり、この微小領域Ｂが、硬い接着剤であるフェノール樹脂系接着剤５で充填されていると共に、接着クッション層６の水平方向及び層厚方向にランダムに配置されている。別の見方をすれば、微小領域Ｂは、硬い接着剤による微小な接着領域と見なすことができることから、接着クッション層６における炭素短繊維３群はフェノール樹脂系接着剤５で互いに強固に接着（固着）され、結果的に、両材料１，２が強固に接着される。一方、接着クッション層６をマクロ的に見ると、フェノール樹脂系接着剤５の接着層が炭素短繊維３群で繊維補強されていることから、接着クッション層６は、全方向に対して僅かながら動き（伸縮）に余裕があり、硬く、かつ、“しなやか”な（靱性の高い）層となる。
【００３９】
通常、フェノール樹脂系接着剤５の接着層は硬く、非常に脆いことから、フェノール樹脂系接着剤５のみで形成した層厚の厚い接着層を、シンクロナイザ・リングの摩擦係合面等のように大きな応力が負荷される部位に適用することは困難であった。これに対して、接着クッション層６は、炭素短繊維３群を含んでいる分、層厚が厚くなっているものの、前述のように硬く、かつ、靱性の高い層であることから、大きな応力が負荷されても壊れるおそれがない。また、層厚が厚いことにより、両材料１，２の線膨張係数の違いに起因する剪断応力を、接着クッション層６全体に分散することができ、異材接合時に懸念される剥離現象を防止することが可能となる。
【００４０】
また、両材料１，２の接着面１ａ，２ａを、接着クッション材を介在させて接着する際に、十分な圧力で圧着しながら加熱硬化させているため、十分な接着強度を得ることができる。
【００４１】
さらに、接着クッション材は、面圧を加えることにより所定の範囲内で面形状の変形が自在であることから、前述のように十分な圧力で圧着を行っても、接着クッション材が、両材料１，２の接着面１ａ，２ａ間の不均一なクリアランスを充填（吸収）するように変形し、かつ、炭素短繊維３自身の圧縮剛性により接着クッション材が所定の範囲を超えて圧縮変形することはない。このため、両材料１，２の接着面１ａ，２ａ間に、両材料１，２の表面粗度の違いに起因する不均一なクリアランスが存在しても、金属リング１と接着クッション層６との間及び摩擦材２と接着クッション層６との間に接着不良などの問題が生じるおそれはない。
【００４２】
また更に、金属リング１と摩擦材２の組合わせとしては、両者とも表面の粗い金属材からなる金属リング１と摩擦材２、表面の粗い金属材からなる金属リング１とＣ−Ｃコンポジットからなる摩擦材２であってもよく、この場合、金属リング１又は摩擦材２の表面処理が不要となることから、製造工程が簡易となると共に製造コストの削減を図ることができる。
【００４３】
以上のことから、かかる金属リングと摩擦材の接着構造及びその接着方法によれば、金属リングと摩擦材とを、損壊・剥離のおそれなく強固に接着することができる。
【００４４】
尚、本実施の形態においては、フェノール樹脂系接着剤を用いた場合について説明を行ったが、アクリル樹脂系接着剤を用いても略同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４５】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００４６】
本発明に係るシンクロナイザ・リングの好適一実施の形態の斜視図を図２に示す。
【００４７】
図２に示すように、本発明に係るシンクロナイザ・リング２０は、金属製（鋳鉄製）のリング部２１とコーン部２２とを備えたリング本体（金属リング）２９の、コーン部２２の内周面に、図１に示したフェノール樹脂系接着剤５を含浸させた炭素短繊維（又はガラス短繊維）３の不織布４からなる接着クッション層６を介して、炭素繊維強化炭素複合シート（以下、Ｃ−Ｃシートと示す）材からなる摩擦材２４を貼り付け、その摩擦材２４をコーン部２２側に押圧させて接着クッション層６を圧縮させながら加熱硬化させたものである。
【００４８】
摩擦材２４は、コーン部２２の内周面の周方向に亘って設けられた多数のＣ−Ｃシート片２５で構成されており、各Ｃ−Ｃシート片２５は、隣接するＣ−Ｃシート片２５と所定の間隔を有して設けられている。また、摩擦材２４は、必要に応じて軸方向（図２中では上下方向）に多段に設けても良い（図２中では２段）。ここで、各Ｃ−Ｃシート片２５の非貼付面（摩擦係合面）には、コーン部２２の内周面の周方向に沿って油切り溝（図示せず）が形成されている。
【００４９】
次に、本発明に係るシンクロナイザ・リング２０の製造方法を図２を用いて説明する。
【００５０】
先ず、既知の方法等を用いて製作したＣ−Ｃコンポジットのブロック体から、ダイヤモンドカッタ等を用いて多数のＣ−Ｃシート片２５を切出す。また、図１（ｂ）に示す炭素短繊維３の不織布４にフェノール樹脂系接着剤５を含浸させ、接着クッション材（図示せず）を形成する。
【００５１】
次に、各Ｃ−Ｃシート片２５の貼付面およびリング本体２９のコーン部２２の内周面２３に、粘度が比較的高いフェノール樹脂系接着剤を塗布した後、接着クッション材、各Ｃ−Ｃシート片２５、及びリング本体２９をそれぞれ炉内に入れて所定の温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤の予備硬化を行い、フェノール樹脂系接着剤中の溶剤を揮発させる。
【００５２】
予備硬化後、接着クッション材を、Ｃ−Ｃシート片２５と同一形状に切断する。その後、コーン部２２の内周面２３の周方向に亘って、接着クッション材を介して各Ｃ−Ｃシート片２５を貼付ける。
【００５３】
その後、コーン部２２の内周面２３内に型ピン（図示せず）を嵌め合わせ、型ピンによって各Ｃ−Ｃシート片２５をコーン部２２の内周面２３に所定の圧力で押し付ける。この状態でリング本体２９を炉内に入れて所定の温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤を加熱硬化させる。この時、接着クッション材が、コーン部２２の内周面２３とＣ−Ｃシート片２５の接着面間のクリアランスを充填（吸収）するように変形し、かつ、炭素短繊維３自身の圧縮剛性により接着クッション材が所定の範囲を超えて圧縮変形することはない。このため、コーン部２２の内周面２３とＣ−Ｃシート片２５の接着面間の不均一なクリアランスを、接着クッション材で完全に充填することができる。
【００５４】
コーン部２２の内周面２３に接着クッション材を介して各Ｃ−Ｃシート片２５を接着することで、コーン部２２の内周面２３に摩擦材２４を有したシンクロナイザ・リング２０が得られる。
【００５５】
本実施の形態に係るシンクロナイザ・リングによれば、シンクロナイザ・リング２０の摩擦材２４を、耐熱性及び耐摩耗性に優れたＣ−Ｃコンポジットで形成することで、長期使用後の高温油中においても安定して優れた耐摩耗性を発揮し、従来のシンクロナイザ・リングと比較して耐久性・信頼性に優れる。
【００５６】
また、リング本体２９と摩擦材２４との間に接着クッション材を介在させ、この接着クッション材を所定の圧力で圧着すると共に、所定の温度条件で加熱硬化させることで、リング本体２９と摩擦材２４とを接着クッション層６を介して十分な接着強度で接着することができる。また、この接着クッション層６は、前述したように、炭素短繊維３群で繊維強化されたフェノール樹脂系接着剤５の接着層であり、硬く、かつ、靱性の高い層である。このため、この接着クッション層６に、摩擦係合による多大な応力が負荷されても、層が損壊するおそれはない。
【００５７】
さらに、鋳鉄からなるリング本体２９とＣ−Ｃコンポジットからなる摩擦材２４とは、異種材料であり、線膨脹係数及び表面粗度が大きく異なっているものの、接着クッション材を介して接着することで、リング本体２９と摩擦材２４の線膨脹係数の違いに起因する伸び率の相違を緩衝し、リング本体２９と摩擦材２４の表面粗度の違いに起因する接着面間の不均一なクリアランスを吸収することができる。このため、リング本体２９と摩擦材２４との接着面に、線膨脹係数の違いに起因する剪断応力が負荷されてもリング本体２９から摩擦材２４が剥離するおそれがない。また、リング本体２９と摩擦材２４との接着面間の不均一なクリアランスは接着クッション材で完全に充填されるため、リング本体２９と接着クッション層６との間及び摩擦材２４と接着クッション層６との間において接着不良が生じるおそれはない。
【００５８】
【実施例】
鋳鉄からなる金属リングとしての金属材とＣ−Ｃコンポジットからなる摩擦材との接着強度、および鋳鉄からなる金属材同士の接着強度を確認すべく、引張り試験機を用いて剪断強度を測定する。ここで、金属材と摩擦材とを接着したものについて剪断強度を測定する際、摩擦材を引張り試験機で引張ると、Ｃ−Ｃコンポジットが非常に脆い材料であることから摩擦材が損壊してしまい、金属材と摩擦材とを接着したものについては、引張り試験を行うことができない。よって、この場合、摩擦材を金属材で挟んで接着したものを引張り試験に供し、金属材同士を引張ることにした。
【００５９】
＜試験１＞
幅２５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳鉄材（SPCC−SD（ＪＩＳ規格））を２枚作製した後、各鋳鉄材の接着部表面に浸炭処理を施し、その後、ショットブラストにより接着部の表面調整を行い、表面粗度を５０μＲｚとする。この鋳鉄材の内、片方の鋳鉄材の接着部を幅方向にＶ字状に折曲げ、図４に示すように、折曲がった第１部材４１と、真直な第２部材４２を作製する。ここで、第１部材４１の谷側の面４１ａの最大深さは０．５ｍｍとして不均一なクリアランスとした。
【００６０】
また、繊維径Ｄが０．００６ｍｍ（６μｍ）の炭素繊維を用いてＣ−Ｃコンポジットを形成し、このＣ−Ｃコンポジットをスライスして、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの摩擦材４３（図５，図６参照）を作製する。摩擦材については、表面研磨を行うことができないことから、表面粗度は可成りと粗くなっている（表面粗度は測定不可であり、ばらつきが大きい）。
【００６１】
さらに、繊維長Ｌが１５ｍｍ、繊維径Ｄが０．８μｍの炭素短繊維を用いて、厚さ２ｍｍ、目付量３．０×１０-3ｇ／ｃｍ2の不織布を作製する。この不織布にフェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＡ−３４４−Ｂ（横浜ゴム（株）製））を含浸させ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの接着クッション材４４（図５参照）を作製する。
【００６２】
（実施例１）
図５に示すように、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面、および摩擦４３材の両面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材４１、第２部材４２、摩擦材４３、および接着クッション材４４を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を予備硬化させる。
【００６３】
次に、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に、摩擦材４３を接着クッション材４４，４４で挟んだものを介在させる。
【００６４】
その後、第１部材４１及び第２部材４２を０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で圧着させると共に１８０℃×６０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を加熱硬化させて試料１を作製する。
【００６５】
（比較例１）
図６に示すように、第１部材４１、第２部材４２、及び摩擦材４３の各接着部表面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材４１、第２部材４２、及び摩擦材４３を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を予備硬化させる。
【００６６】
次に、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に摩擦材４３を介在させる。その後、第１部材４１及び第２部材４２を０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で圧着させると共に１８０℃×６０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を加熱硬化させて試料２を作製する。
【００６７】
＜試験２＞
試験１と同様にして、第１部材４１及び第２部材４２を作製する。また、試験１と同様にして作製した不織布に、アクリル樹脂系接着剤（ハードロックＧ５５（電気化学（株）製））を含浸させ、縦２５ｍｍ、横２５ｍｍ、厚さ２．０ｍｍの接着クッション材７４（図７参照）を作製する。
【００６８】
（実施例２）
図７に示すように、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に、接着クッション材７４を介在させる。
【００６９】
その後、第１部材４１及び第２部材４２をクリップで固定すると共に室温で２４時間放置し、接着クッション材７４に含浸させたアクリル樹脂系接着剤を硬化させて試料３を作製する。
【００７０】
（比較例２）
図８に示すように、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面に、アクリル樹脂系接着剤（ハードロックＧ５５（電気化学（株）製））８１を塗布した後、第１部材４１及び第２部材４２の各接着部表面を対向させて重ねる。その後、第１部材４１及び第２部材４２をクリップで固定すると共に室温で２４時間放置し、アクリル樹脂系接着剤８１を硬化させて試料４を作製する。
【００７１】
ここで、見方を変えると、試料３，４は、金属材と、その金属材と線膨脹係数は同じであるが表面粗度が異なる摩擦材との接着構造と見ることができる。
【００７２】
＜試験３＞
幅２５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳鉄材（SPCC−SD（ＪＩＳ規格））を２枚作製した後、各鋳鉄材の接着部表面に浸炭処理を施し、その後、ショットブラストにより接着部の表面調整を行い、表面粗度を５０μＲｚとする。この鋳鉄材の内、片方の鋳鉄材の接着部を幅方向にアーチ状に曲げ、図９に示すように、折曲がった第１部材９１と、真直な第２部材９２を作製する。ここで、第１部材９１の凹側の面９１ａの最大深さは０．５ｍｍである。
【００７３】
その他は、試験１と同様にして摩擦材４３（図１０，図１１参照）及び接着クッション材４４（図１０参照）を作製する。
【００７４】
（実施例３）
図１０に示すように、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面、および摩擦４３材の両面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材９１、第２部材９２、摩擦材４３、および接着クッション材４４を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を予備硬化させる。
【００７５】
次に、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に、摩擦材４３を接着クッション材４４，４４で挟んだものを介在させる。
【００７６】
その後、第１部材９１及び第２部材９２を０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で圧着させると共に１８０℃×６０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を加熱硬化させて試料５を作製する。
【００７７】
（比較例３）
図１１に示すように、第１部材９１、第２部材９２、及び摩擦材４３の各接着部表面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材９１、第２部材９２、及び摩擦材４３を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を予備硬化させる。
【００７８】
次に、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に摩擦材４３を介在させる。その後、第１部材９１及び第２部材９２を０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で圧着させると共に１８０℃×６０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を加熱硬化させて試料６を作製する。
【００７９】
＜試験４＞
試験３と同様にして、第１部材９１及び第２部材９２（図１２，図１３参照）、および接着クッション材４４（図１２参照）を作製する。
【００８０】
（実施例４）
図１２に示すように、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材９１、第２部材９２、および接着クッション材４４を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を予備硬化させる。
【００８１】
次に、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面を対向させて重ねる際、各接着部表面間に、接着クッション材４４を介在させる。その後は実施例３と同様にして、フェノール樹脂系接着剤４５及び接着クッション材４４に含浸させたフェノール樹脂系接着剤を加熱硬化させて試料７を作製する。
【００８２】
（比較例４）
図１３に示すように、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面に、フェノール樹脂系接着剤（ハマタイトＹ−３６００（横浜ゴム（株）製））４５を塗布した後、第１部材９１、第２部材９２を８０℃×３０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を予備硬化させる。
【００８３】
次に、第１部材９１及び第２部材９２の各接着部表面を対向させて重ねた後、第１部材９１及び第２部材９２を０．９８ＭＰａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ2）の圧力で圧着させると共に１８０℃×６０ｍｉｎの温度条件で加熱し、フェノール樹脂系接着剤４５を加熱硬化させて試料８を作製する。
【００８４】
ここで、見方を変えると、試料３，４は、金属材と、その金属材と線膨脹係数は同じであるが表面粗度が異なる摩擦材との接着構造と見ることができる。
【００８５】
実施例１〜４及び比較例１〜４で得られた試料１〜８について、第１部材４１，９１及び第２部材４２，９２を、インストロン型引張り試験機を用いて、図４、図９に示す矢印方向に引張り、室温大気中における剪断強度を測定した。
【００８６】
従来の金属リングと摩擦材の接着構造を有する比較例１，３の試料２，６では、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間に介在するのが、フェノール樹脂系接着剤４５の接着層である。この接着層は、硬く、脆い層であるため、引張りに伴って接着層が変形する際の許容範囲が狭い（小さい）。また、この接着層は接着強度を発現させるために加圧が必要であるが、接着の際に加圧を行うと、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間の不均一なクリアランスを吸収できなくなってしまう。このため、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間に接着不良が生じてしまう。これらの理由によって、試料２，６の剪断強度（接着強度）は５ＭＰａと低い値となってしまう。
【００８７】
これに対して、本発明の金属リングとしての金属材と摩擦材の接着構造を有する実施例１，３の試料１，５では、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間に介在するのが、接着クッション層である。この接着クッション層は、硬く、かつ、靱性の高い層であるため、引張りに伴って接着クッション層が変形する際の許容範囲が広い（大きい）。また、フェノール樹脂系接着剤の接着強度を発現させるために加圧を行っても、この接着クッション層は、ある一定の範囲を超えて圧縮されることがないため、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間の不均一なクリアランスを略完全に吸収することができる。このため、第１部材４１，９１と摩擦材４３との間および第２部材４２，９２と摩擦材４３との間に接着不良が生じるおそれはない。これらの理由によって、試料１，３の剪断強度（接着強度）は、試料２，６の３倍以上の１７ＭＰａと非常に高い値となる。
【００８８】
また、実施例２，４の試料３，７および比較例２，４の試料４，８は、同種材料間の接着であるため、第１部材４１，９１と第２部材４２，９２との間に歪みが生じることはなく、接着後の第１部材４１，９１と第２部材４２，９２とは略一体のものと見なすことができる。
【００８９】
このため、従来の金属リングと摩擦材の接着構造を有する比較例２，４の試料４，８では、試料２，６と比較すると、第１部材４１，９１と第２部材４２，９２との間に歪みがない分、剪断強度（接着強度）は若干高いが、試料２，６と同様の理由で、剪断強度（接着強度）が７ＭＰａと依然として低い。
【００９０】
これに対して、本発明の金属リングと摩擦材の接着構造を有する実施例２，４の試料３，７では、試料１，３と同様の理由で、剪断強度（接着強度）が試料４，８の３倍の２１ＭＰａと非常に高い値となる。
【００９１】
即ち、本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造を有するものは、従来の金属材と摩擦材の接着構造を有するものと比較して、接着強度が大幅に向上することが確認できた。
【００９２】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００９３】
尚、本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造は、上述したようにシンクロナイザ・リングのみにその用途が限定されるものではなく、その他の多大な応力が負荷される摩擦部に適用することができることは言うまでもなく、例えば、シリンダライナ等が想定される。
【００９４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、金属リング内周面と、その金属リングと線膨脹係数又は表面粗度が大きく異なる摩擦材との接着面間に、炭素短繊維等からなる不織布にフェノール樹脂系接着剤又はアクリル樹脂系接着材を含浸させ、かつ予備硬化させた接着クッション層を、金属リング内周面と摩擦材との接着面間に介在させると共にその接着クッション層が、金属リングと摩擦材の間のクリアランスを充填（吸収）する層厚を有し、これを圧着させて硬化させたことで、金属材と摩擦材とを強固に接着することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る金属リングと摩擦材の接着構造の断面模式図である。
【図２】  本発明に係るシンクロナイザ・リングの好適一実施の形態を示す斜視図である。
【図３】  従来のシンクロナイザ・リングの一形態を示す斜視図である。
【図４】  試験１，２に用いた第一部材及び第二部材の斜視図である。
【図５】  実施例１における試料１の接着部断面図である。
【図６】  比較例１における試料２の接着部断面図である。
【図７】  実施例２における試料３の接着部断面図である。
【図８】  比較例２における試料４の接着部断面図である。
【図９】  試験３，４に用いた第一部材及び第二部材の斜視図である。
【図１０】  実施例３における試料５の接着部断面図である。
【図１１】  比較例３における試料６の接着部断面図である。
【図１２】  実施例４における試料７の接着部断面図である。
【図１３】  比較例４における試料８の接着部断面図である。
【符号の説明】
１  金属リング
２  摩擦材
３  炭素短繊維（又はガラス短繊維）
４  不織布
５  フェノール樹脂系接着剤（又はアクリル樹脂系接着剤）
６  接着クッション層
２０  シンクロナイザ・リング
２１  リング部（金属リング）
２２  コーン部（金属リング）
２３  コーン部の内周面（金属リングの内周面）
２４  摩擦材
２５  Ｃ−Ｃシート片（炭素繊維強化炭素複合シート片）
２９  リング本体（金属リング）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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