| 【発明の名称】 |
ディスクブレーキ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】栗田 洋敬
【氏名】山縣 裕
【氏名】小池 俊勝
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| 【要約】 |
【課題】アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に耐摩耗性が高い金属を設ける構造を採りながら、ブレーキディスクに熱応力が発生することがなく、しかも製造コストが低いディスクブレーキ装置を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金製ブレーキディスク本体１１の摩擦面に、耐摩耗性が高い金属からなるめっき層１３を形成する。このめっき層１３の全域に微細な網目状のクラック１５を形成する。ブレーキパッドを前記めっき層１３の金属材料より硬度が低い材料によって形成した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ブレーキディスクをブレーキパッドで挟圧するディスクブレーキ装置において、前記ブレーキディスクの本体をアルミニウム合金によって形成し、このブレーキディスク本体の摩擦面に、耐摩耗性が高い金属からなるめっき層を形成し、このめっき層の全域に微細な網目状のクラックを形成したことを特徴とするディスクブレーキ装置。
【請求項２】 請求項１記載のディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドをめっき層の金属材料より硬度が低い材料によって形成するとともに、交換可能としたことを特徴とするディスクブレーキ装置。
【請求項３】 請求項２記載のディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドを合成樹脂系材料によって形成したことを特徴とするディスクブレーキ装置。
【請求項４】 請求項２記載のディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドを、Ｃｕを含有する焼結材によって形成したことを特徴とするディスクブレーキ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や自動二輪車などの車両に用いるディスクブレーキ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車や自動二輪車などの車両に装備するディスクブレーキ装置は、円環板状に形成したブレーキディスクをブレーキパッドで挟圧する構造のものがある。この種のディスクブレーキ装置は、走行性能および燃費を向上させるためにブレーキディスクを可及的軽量に形成することが要請されている。ブレーキディスクの軽量化を図るためには、ハブに固定する板状の部分（以下、この板状部をブレーキディスク本体という。）をアルミニウム合金によって形成することが考えられる。
【０００３】ブレーキディスク本体をアルミニウム合金によって形成する場合には、耐摩耗性を向上させるためにブレーキディスク本体の表面に鉄系金属製のドーナツ状円板を接合し、これによって摩擦面を形成している。この種のブレーキディスクとしては、例えば特開平５−２６２６８号公報に開示されたものがある。
【０００４】この公報に示されたブレーキディスクは、ブレーキディスク本体をアルミニウム合金によって形成するとともに、このブレーキディスク本体の表面におけるブレーキパッドが摺接する位置に鋳鉄製のドーナツ状円板を摩擦圧接やアルフィン接合によって接合している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、アルミニウム合金は鋳鉄などの鉄系金属に較べて熱膨張率が大きいから、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に鋳鉄製円板を接合する構造では、制動時の温度上昇に伴って発生する熱応力によってブレーキディスクに曲がりや撓みが生じる。曲がりや撓みがあると回転方向に対して摩擦面および接合面が例えばθの傾斜をもつことになり、摩擦力に加え回転力にｃｏｓθを乗じた回転力の接合面方向成分の剪断力が接合面に作用するので、剥離し易くなる。このため、鋳鉄部分がブレーキディスク本体から剥離してしまうことがあった。また、摩擦面への法線方向の荷重には押圧力に加え回転力にｓｉｎθを乗じた回転力の法線方向成分が作用するので、ブレーキパッドあるいはブレーキディスク本体の摩耗を大きくしてしまうことがあった。この結果、ディスクブレーキ装置の耐久性を低下せしめる問題があった。
【０００６】また、摩擦圧接法やアルフィン接合法によって鋳鉄製円板をブレーキディスク本体に接合するためには、特殊な接合装置が必要で、ブレーキディスク本体さらにはディスクブレーキ装置の製造コストが高くなってしまうという問題もあった。
【０００７】本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に耐摩耗性が高い金属層を設ける構造を採りながら、金属層の剥離は摩耗につながる曲がりや撓みを生じ難くしてブレーキ機能の信頼性を高め、しかも製造コストが低くてよいディスクブレーキ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、本発明に係るディスクブレーキ装置は、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体の摩擦面に、耐摩耗性が高い金属からなるめっき層を形成し、このめっき層の全域に微細な網目状のクラックを形成したものである。
【０００９】本発明によれば、ブレーキディスク本体の摩擦面のめっき層がクラックによって互いに分離された無数の微細な金属片状とされる。前記金属片は、ブレーキディスク本体が熱膨張してもこれに追従することができる。このため、ブレーキディスク本体に曲がりや撓みを生じ難く、制動時にブレーキパッドが前記めっき層を押圧しつつ摺接しても、めっき層には押圧力が、めっき層とブレーキディスク本体との接合面には押圧力に摩擦係数を乗じた摩擦力による剪断力と、押圧力による圧縮力とが作用するのみであり、大きな剪断力やめっき層への大きな法線力とはならない。
【００１０】また、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に耐摩耗性が高い金属からなる金属層をめっきによって形成しているから、耐摩耗性が高い金属をブレーキディスク本体に設けるための特別な接合装置が不要になる。すなわち、ディスクブレーキ装置を構成するブレーキディスクを安価に製造可能になる。
【００１１】請求項２に記載した発明に係るディスクブレーキ装置は、請求項１に記載した発明に係るディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドをめっき層の金属材料より硬度が低い材料によって形成するとともに、交換可能としたので、ブレーキディスクより大きさが小さく安価となるブレーキパッドを先に摩耗するようにしており、ブレーキパッドの交換により安価にディスクブレーキ装置の保守を可能とする。
【００１２】請求項３に記載した発明に係るディスクブレーキ装置は、上述した発明に係るディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドを合成樹脂系材料によって形成したものであり、請求項４に記載した発明に係るディスクブレーキ装置は、上述した発明に係るディスクブレーキ装置において、ブレーキパッドを、Ｃｕを含有する焼結材によって形成したものである。
【００１３】請求項３または請求項４記載の発明によれば、既存のブレーキパッドを使用することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】第１の実施の形態以下、本発明に係るディスクブレーキ装置の一実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。図１は本発明に係るディスクブレーキ装置を示す断面図、図２はブレーキキャリパーの断面図、図３はブレーキディスクの要部を拡大して示す断面図、図４はめっき層のクラックを模式的に示す図である。図５はブレーキディスクの製造方法を説明するための工程図、図６はめっきの前処理を説明するための工程図である。
【００１５】これらの図において、符号１で示すものはこの実施の形態によるディスクブレーキ装置である。このディスクブレーキ装置１は、自動二輪車の前輪用のもので、前輪用ハブ２に固定したブレーキディスク３と、フロントフォーク４に固定したブレーキキャリパー５とを備えている。図１において符号６は前輪の車軸を示し、符号７はスポーク、８はリムを示す。
【００１６】前記ブレーキディスク３は、ブレーキディスク本体１１をアルミニウム合金によって円環板状に形成し、このブレーキディスク本体１１における前記ブレーキキャリパー５のブレーキパッド１２（図２参照）が摺接する摩擦面（ブレーキディスク本体１１の外周部分の表裏両面）に図３に示すようにめっき層１３を形成しており、径方向の内側の部位を前記ハブ２に固定用ボルト１４（図１参照）によって固定している。
【００１７】前記めっき層１３は、Ｆｅ，Ｆｅ−Ｃｒ合金，Ｃｒ，Ｎｉなどの耐摩耗性が高い金属からなり、ブレーキディスク本体１１に電解めっきを施すことによって形成している。このめっき層１３には、図３および図４に示すように、微細な網目状のクラック１５をめっき形成範囲の全域に形成している。このようにクラック１５を形成することにより、ブレーキディスク本体１１の摩擦面に、クラック１５によって互いに分離された微細な金属片１３ａが多数形成される。
【００１８】前記ブレーキキャリパー５は、図２に示すように、前記ブレーキディスク３の両側方にブレーキパッド１２をマウントした支持プレート１２ａが、ボルト１２ｂにより着脱可能に取付けられた油圧ピストン１６をそれぞれ設けた従来周知の構造を採っている。制動時には、一対のブレーキパッド１２が油圧ピストン１６によってブレーキディスク３の両面に押付けられ、二つのブレーキパッド１２でブレーキディスク３を挟圧する。
【００１９】ブレーキパッド１２は、前記ブレーキディスク１のめっき層３を形成する金属材料より硬度が低い材料によって形成している。ブレーキパッド１２の材料としては、例えば合成樹脂系のものや、Ｃｕを含有する焼結材などの従来周知のものが挙げられる。このようにブレーキパッド１２の硬度を相対的に低く設定することによって、制動時の摩擦で前記めっき層が摩耗してしまうのを阻止することができる。
【００２０】次に、上述したように構成したブレーキディスク３を製造する方法を図５および図６によって詳細に説明する。
【００２１】ブレーキディスク３は、ブレーキディスク本体１１を所定の形状に成形し、このブレーキディスク本体１１に電解めっきを施すことによって形成する。
【００２２】すなわち、先ず、図５中にステップＳ１で示すように、溶解したアルミニウム合金をノズル（図示せず）から所定半径の標的に向けて噴霧状に噴射させ、生成されるアルミニウム合金の噴霧滴を冷気あるいは常温空気中を通過させることにより途中で冷却させて半凝固状態とし、この半凝固状態のアルミニウム合金の噴霧滴を所定半径の略円柱状に積み上げさせるスプレーフォーミングにより、例えば所定半径が３５０mmのアルミニウム合金粒が固まった状態の円柱を形成する。
【００２３】ステップＳ２において、このアルミニウム合金粒円柱を切断し、厚さ例えば５０mmの円盤を作製する。ステップＳ３におけるプリ鍛造により、厚さ例えば５０mmの円盤を３０mm程度に圧縮するとともに中心に穴を形成して密度を上げたドーナツ状の円盤を作製する。このドーナツ状の円盤がビュレットである。
【００２４】このビュレットをステップＳ４で示す鍛造工程で表面硬度がＨRE＝５５〜８８で厚さが１５mmのドーナツ状円盤とする。このドーナツ状円盤をステップＳ５のＴ６処理、すなわち溶体化温度の５００℃に４時間保持した後に水冷する溶体化処理と、続いて２００〜３００℃に４時間保持した後に空冷する時硬化処理を行い、表面および内部硬度がＨRE＝９０〜１００程度とする。
【００２５】ステップＳ６の粗加工により、内外形加工、取付け穴加工、そして円盤面の加工を行う。円盤面のうち摩擦面は研磨前の表面粗さとしてＲａ２５μｍ程度に下加工を施しておく。ステップＳ７の仕上げ加工において摩擦面を表面粗さがＲａ１〜３．５μｍ程度となるまで研磨する。仕上げ加工が終了した後、ステップＳ８で示すようにめっき工程に移行する。
【００２６】めっき工程Ｓ８では、先ず、図６に示すようにブレーキディスク本体１１にめっき前処理を施し、その後、電解めっきを実施する。
【００２７】めっき前処理は、一般的に実施されている電解めっき時の前処理と同等の処理内容で、図６中にステップＰ１で示す脱脂工程と、ステップＰ２で示す酸洗い工程と、ステップＰ３で示すアルカリエッチング工程と、ステップＰ４で示す酸活性工程と、ステップＰ５で示す亜鉛置換工程と、ステップＰ６で示す硫酸浸漬工程と、ステップＰ７で示す亜鉛置換工程と、これらの各工程間およびステップＰ７の亜鉛置換工程の後に実施する水洗工程とによって実施する。
【００２８】なお、ステップＰ１〜Ｐ７の各工程においては、表５に示す通り、所定の組成を含有する処理液（ベースは水）を収容し所定の浴温に保持される各浴槽に、ブレーキディスク本体１１を所定の処理時間浸漬して行う。これらの前処理を施すことにより、次工程のめっき処理におけるめっき層と母材であるアルミニウム合金層との密着性を向上させている。
【００２９】このめっき前処理を実施した後、ステップＰ８でブレーキディスク本体１１に電解めっきを施す。めっきは、めっき液の静止浴中にブレーキディスク本体１１を陰極として陽極とともに浸漬させ、これらを直流電源に接続することによって実施する。また、このめっきは、ブレーキディスク本体１１に生成されるめっき層１３の厚みが概略２０μｍあるいはそれ以上となるまで実施する。
【００３０】なお、このステップＰ８のめっき処理において、例えばＦｅめっき、あるいはＦｅ−Ｃｒ合金めっきを施す場合には、表６に示すめっき処理条件により行う。すなわち、表示するめっき液組成、液温に保持しためっき液を満たした静止浴を使い、表６に示す電流密度、めっき時間でめっきすると、概略表６に示すめっき膜厚、硬さのめっき層が得られる。めっき膜厚を２０μｍ以上とするためには、電流密度を表中の値より大きくするか、あいるいは及びめっき時間を表中のものより長くする。
【００３１】ブレーキディスク本体１１は、めっき液に浸漬させる以前に、ブレーキディスク本体１１の摩擦面のみにめっき層１３が形成されるように他の部位にマスク（図示せず）を設けておく。なお、このようなマスクを使用することなく、ブレーキディスク３の外表面の全域にめっき層１３を形成してもよい。
【００３２】なお、厚みが少なくとも１０μｍより厚くなるようにめっき層１３を形成することによって、特別な処理を施すことなく、めっき層１３に図３および図４に示すようにクラック１５が発生する。めっき層の膜厚が１０μｍ程度であると、図４に示すクラック１５内側のめっき層金属片に内接する円の直径ｄが大きなものでも約１．５mm程度となる。これはめっき層に縮まろうとする内部応力が発生しているからであり、膜厚が増加するとこの内部応力によりめっき面に網目状のクラックが発生するからである。
【００３３】めっき工程が終了したブレーキディスク本体１１は、特別な後加工を施すことなく前記ハブ２に取付ける。しかる後、自動二輪車を走行させて前輪ブレーキを使用する。このとき、ブレーキパッド１２と前記めっき層１３の外表面との摩擦により生じる摩擦熱でめっき層１３の温度が高くなると、めっき層に較べてアルミニウム合金製のブレーキディスク本体１１の方が熱膨張係数が大きく、ブレーキディスク本体１１の方が伸びようとするが、めっき層はクラックの幅が拡がってブレーキディスク本体１１の伸びを阻害せず、摩擦面が歪むことがない。すなわち、ブレーキ操作中にブレーキパッド１２により局部的に大きな摩擦力が作用する結果となる曲がりや撓み等の歪みが生じることがなく、ブレーキパッド１２を大きく摩耗させたり、ブレーキディスク本体１１に部分的な偏摩耗を生じさせることがなく、さらに耐摩耗性を向上させるために設けためっき層がブレーキディスク本体１１から剥がれることはない。
【００３４】したがって、上述したように構成したブレーキディスク３は、ブレーキディスク本体１１をアルミニウム合金によって形成して軽量化を図ることができるとともに、摩擦面にめっきによって形成した金属で耐摩耗性を向上させることができ、軽量化と耐摩耗性の向上の両方を実現することができる。
【００３５】また、耐摩耗性を高めるための金属を温度変化のないめっきによって形成しており、この製造方法を実施するためのめっき装置は汎用の静止浴タイプのもの、あるいはめっき液を循環させる高速めっきタイプのものを使用することができるから、耐摩耗性が高い金属をブレーキディスク本体１１に設けるため熱溶融を伴なう接合装置に較べ摩擦面の歪みを小さくできるので、歪取りや再研磨が必ず必要になることはない。
【００３６】なお、クラック１５内側のめっき層金属片に内接する直径ｄが大きなものでも約１．５mm程度の場合、仮にクラック１５内側のめっき層金属片がそれと接合するブレーキディスク本体１１の伸びを阻害するとしても、めっき層金属片の大きさは小さく、めっき層金属片の部位に生じる反り、曲がり等は小さく、ブレーキパッド１２により局部的に大きな摩擦力が作用し、めっき層とブレーキディスク本体１１との接合面に大きな剪断応力が作用することにはならず、このクラック１５内側のめっき層金属片が剥がれることにはならない。また、めっき膜厚が大きくなるにしたがい、めっき時めっき面にクラック１５が入っても内部応力が残留し易く、ブレーキ操作による摩擦熱によりこのクラック１５内側のめっき層金属片がブレーキディスク本体１１により拡げられようとし、めっき層金属片にさらに微細なクラックが発生する。
【００３７】めっき層の膜厚が２０μｍ程度以上あると、このめっき層金属片へのさらなる微細なクラックの発生が確実に起きるようになる。この微細なクラックによりブレーキ操作中、より確実にめっき層がブレーキディスク本体１１の伸びを阻害することがなくなり、反り、曲がり等の歪みに起因するめっき層の剥がれを無くすことができる。
【００３８】すなわち、この実施の形態によるブレーキディスク３の製造方法は、めっき工程で金属層にクラックを形成し、かつめっき層厚さを２０μｍ程度以上とすることで、ブレーキディスク３を実際に使用することによってめっきによるクラックをさらに微細なクラックに移行させる方法を採っているので、めっきによって形成された金属層に専らクラックを形成するための装置や特別な処理も不要である。
【００３９】これによりブレーキディスク３を安価に製造することができ、その分ディスクブレーキ装置１を安価にすることができる。また、ブレーキディスク３はブレーキパッド１２より大きくなるのでコストが高くなり易く、ブレーキディスク３のめっき層１３の硬度よりブレーキパッド１２の硬度を下げることにより使用時間における交換限界（耐久時間）をブレーキディスク３よりブレーキパッド１２の方を短くすることで、ディスクブレーキ装置１の保守経費を少なくすることができる。
【００４０】第２の実施の形態めっき層１３のクラック１５は、めっき後にめっき層１３を加熱することによって、制動時の摩擦熱を用いなくても微細な網目状に形成することができる。この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を図７および図８によって詳細に説明する。
【００４１】図７は加熱によりクラックを形成するブレーキディスクの製造方法を説明するための工程図、図８はこの実施の形態による製造方法によって形成されたブレーキディスクの要部を拡大して示す断面図である。これらの図において、前記図１ないし図６によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００４２】この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を実施するためには、先ず、図７中にステップＳ１〜ステップＳ６で示す工程を経てブレーキディスク本体１１を所定形状に形成し、次いで、ステップＳ７でめっきを施す。ここでは、耐摩耗性が高いめっき層金属としてＦｅ−Ｃｒ合金を採用する例を示す。このときの表面金属めっき処理条件は表６による。なお、このめっき層金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなども使用することができる。
【００４３】この実施の形態を採る場合には、めっきは、めっき層１３の厚みが１０〜１００μｍ程度の範囲内に入るように行う。めっき方法は第１の実施の形態を採るときと同様である。第１の実施の形態を採る場合にはめっき層１３を厚みが２０μｍより厚くなるように形成しなければならないが、この実施の形態を採る場合には、第１の実施の形態を採るときよりめっき層１３の厚みを薄くしても確実にさらなる微細な網目状のクラックが形成される。
【００４４】めっき工程が終了した後、図７中にステップＳ８で示すように約５００℃で５時間加熱する。この加熱は、ブレーキディスク本体１１を加熱炉（図示せず）などに挿入して行う。この加熱工程でめっき層１３が加熱されることによって、めっき層１３に微細な網目状のクラック１５が形成され、図８に示すように、ブレーキディスク本体１１の摩擦面に微細なＦｅ−Ｃｒ合金からなる金属片１３ａがクラック１５によって互いに分離された状態で多数形成される。
【００４５】この方法によれば、ブレーキディスク本体１１の全体を加熱するため、全体が均一に熱膨張し、めっき時の内部応力によるクラックに加え、より微細かつ均一にクラックを発生させることができ、部分的に大きなめっき層金属片となることがない。めっき層金属片の内接円の大きさが大きくばらつくことはない。
【００４６】より微細な網目状のクラック１５を形成するためには、母材（アルミニウム合金）とめっき層の熱膨張率の差から加熱温度を約４００℃以上に設定すればよい。この実施の形態で示したように加熱温度を５００℃に設定すると、めっき層１３を形成するＦｅまたはＣｒの原子がブレーキディスク本体１１へ、ブレーキディスク本体１１を形成するアルミニウム合金の原子がクラック１５を有するめっき層１３へ拡散し合い、これら両者の間に図８中に符号１７で示す拡散層が形成される。拡散層１７は、加熱温度が約５００℃であれば処理時間５時間程度で形成することができる。
【００４７】なお、拡散速度は処理温度に指数関数的に比例して増加するので、５００℃より下げて４００℃以下とすると、逆に拡散速度は低下し拡散層形成に非常な長時間を要する。一方、処理温度を６００℃以上とするとアルミニウム合金製のブレーキディスク本体１１が部分的に溶解するようになり、ブレーキディスク本体１１が変形する不都合が生じてしまう。また、クラック１５のうちめっき時のものは拡散層１７に残留し、加熱による新たなクラックは主にめっき層に形成される。
【００４８】上述したようにめっき後にめっき層１３を４００℃以上に加熱するによってめっき層１３に微細な網目状のクラック１５を形成しても、第１の実施の形態を採るときと同等の効果を奏する。
【００４９】この実施の形態で示したように、めっき層１３とブレーキディスク本体１１との間に拡散層１７が形成されるように加熱を行うことにより、めっき層１３の密着強度を増大させることができる。これにより、ブレーキディスク３の耐久時間を長くし、ディスクブレーキ装置１の保守経費を少なくすることができる。
【００５０】第３の実施の形態めっき層１３のクラック１５は、めっき層１３を形成する金属に浸硫窒化処理を施すことによっても微細な網目状に形成することができる。この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を図９によって詳細に説明する。
【００５１】図９は浸硫窒化処理によってクラックを形成するブレーキディスクの製造方法を説明するための工程図である。同図において、前記図１ないし図８によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００５２】この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を実施するためには、先ず、図９中にステップＳ１〜ステップＳ７で示す工程を経てブレーキディスク本体１１を所定形状に形成し、次いで、ステップＳ８でめっきを施す。ここでは、耐摩耗性が高い金属としてＦｅ−Ｃｒ合金を採用する例を示す。なお、この金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉなども使用することができる。めっきは、めっき層１３の厚みが１０〜１００μｍ程度の範囲内に入るように行う。めっき方法は第１の実施の形態を採るときと同様である。第１の実施の形態を採る場合にはめっき層１３を厚みが２０μｍより厚くなるように形成しなければならないが、この実施の形態を採る場合には、第１の実施の形態を採るときよりめっき層１３の厚みを薄くしてもよい。
【００５３】めっき工程が終了した後、ステップＳ１０で示すようにガス浸硫窒化処理を実施する。このガス浸硫窒化処理は、表７に示すガス浸硫窒化処理条件で行う。すなわち、Ｎ2，Ｈ2Ｓ，ＮＨ3 混合ガスの雰囲気の炉中でめっき後のブレーキディスク本体１１を加熱することによって行う。加熱温度は５００℃±５０℃、加熱時間は約５時間である。
【００５４】このようにガス浸硫窒化処理を実施することによって、めっき層１３の金属の硬度を増大させることができるとともに、ガス浸硫窒化処理時にめっき層１３が加熱されることによって、めっき層１３に微細な網目状のクラック１５が形成される。すなわち、第２の実施の形態を採る場合に較べて硬度が高い微細なＦｅ−Ｃｒ合金製金属片１３ａがクラック１５によって互いに分離された状態でブレーキディスク本体１１に多数形成される。
【００５５】上述したようにめっき後にガス浸硫窒化処理を実施し、めっき層１３に微細な網目状のクラック１５を形成しても、第１の実施の形態を採るときと同様に耐摩耗性が高いとともにめっき層が剥がれ難いという効果を奏する。
【００５６】また、ガス浸硫窒化処理を実施するときの温度が第２の実施の形態を採る場合と同様に高温であるため、めっき層１３を形成するＦｅまたはＣｒの原子とブレーキディスク本体１１を形成するアルミニウム合金の原子とが互いに拡散し合い、これら両者の間に拡散層１７（図８参照）が形成される。このため、めっき層１３の密着強度を増大させることができる。
【００５７】さらにまた、めっき層１３の硬度を上げることができるので、摩耗しにくく耐久時間を延ばすことができ、ディスクブレーキ装置の保守はブレーキディスクより安価なブレーキパッド１２を交換するのみで可能となる。
【００５８】第４の実施の形態めっき層１３のクラック１５は、めっき層１３にバニッシングのような機械的な加工を施すことによっても微細な網目状に形成することができる。この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を図１０によって詳細に説明する。
【００５９】図１０はバニッシングによってクラックを形成するブレーキディスクの製造方法を説明するための工程図である。同図において、前記図１ないし図９によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００６０】この実施の形態によるブレーキディスクの製造方法を実施するためには、先ず、図１０中にステップＳ１〜ステップＳ６で示す工程を経てブレーキディスク本体１１を所定形状に形成し、次いで、ステップＳ７でめっきを施す。ここでは、耐摩耗性が高い金属としてＦｅ−Ｃｒ合金を採用する例を示す。なお、この金属としては、Ｆｅ−Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒなども使用することができる。
【００６１】めっきは、めっき層１３の厚みが１０〜１００μｍ程度の範囲内に入るように行う。めっき方法は第１の実施の形態を採るときと同様である。第１の実施の形態を採る場合にはめっき層１３を厚みが２０μｍより厚くなるように形成しなければならないが、この実施の形態を採る場合には、第１の実施の形態を採るときよりめっき層１３の厚みを薄くしてもよい。
【００６２】めっき工程が終了した後、ステップＳ１１で示すようにバニッシングを実施する。このバニッシングは、めっき層１３にローラ（図示せず）を押付けて転動させることによって行う。
【００６３】このようにバニッシングを実施することによって、めっき層１３に微細な網目状のクラック１５が形成される。
【００６４】バニッシングが終了した後、Ｆｅ−Ｃｒ合金からなるめっき層１３の硬度を増大させるために、図１０中にステップＳ１０で示すようにめっき層１３にガス浸硫窒化処理を施す。ガス浸硫窒化処理を施すことによって、めっき層１３の硬度が増大するばかりか、前記第３の実施の形態を採るときと同様にクラック１５の微細化を図ることができるとともに、めっき層１３とブレーキディスク本体１１との間に拡散層１７（図８参照）が形成されてめっき層１３の密着強度が増大する。ガス浸硫窒化処理の処理条件は第３の実施の形態を採るときと同様である。
【００６５】なお、バニッシング後は、ガス浸硫窒化処理の代わりに第２の実施の形態を採るときと同様に加熱処理を実施することもできる。加熱温度を４００℃以上に設定することによってクラック１５の更なる微細化を図ることができる。加熱温度が約５００℃であれば、めっき層１３とブレーキディスク本体１１との間に拡散層１７が約５時間程度で効率的に形成されてめっき層１３の密着強度を増大させることができる。
【００６６】上述したようにバニッシングによってめっき層１３に微細な網目状のクラック１５を形成しても、第１の実施の形態を採るときと同等の効果を奏する。
【００６７】第５の実施の形態めっき層１３とブレーキディスク本体１１との間には、別の金属めっき層を形成することができる。この実施の形態によるブレーキディスクおよびその製造方法を図１１および図１２によって詳細に説明する。
【００６８】図１１はめっき層とブレーキディスク本体との間に中間めっき層を形成した他の実施の形態を示す断面図、図１２はめっき工程を説明するための工程図である。これらの図において、前記図１ないし図１０によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明は省略する。
【００６９】図１１において、符号１８で示すものは中間めっき層である。この中間めっき層１８は、この実施の形態ではブレーキディスク本体１１にめっきによって形成している。中間めっき層１８を形成する金属材料は、耐腐食性が高い金属、例えばＮｉである。この中間めっき層１８とブレーキディスク本体１１との間と、中間めっき層１８と外側のめっき層１３との間には拡散層１７が形成されている。
【００７０】このブレーキディスク３を製造するためには、第１の実施の形態を採るときと同様にブレーキディスク本体１１を所定の形状に形成し、図１２中にステップＰ１〜ステップＰ７で示すめっき前処理とその後の水洗を実施した後に、ステップＰ９で示すようにＮｉめっきを実施する。
【００７１】このＮｉめっきは、ブレーキディスク本体１１の外表面にめっき層１３を形成するために用いるめっき装置を使用して実施する。めっき条件は、ブレーキディスク本体１１の外表面にめっき層１３を形成するときと同様である。
【００７２】Ｎｉめっき工程が終了した後、水洗を行い、Ｎｉめっき層（中間めっき層１８）とブレーキディスク本体１１との間に前記拡散層１７を形成するために加熱処理を実施する（ステップＰ１０）。このときの加熱温度も５００℃以上に設定する。拡散層１７が形成されることによってＮｉめっき層の密着強度が増大する。
【００７３】中間層としてのめっき膜厚は０．１〜５μｍ程度あれば耐食性上十分で厚くする必要はない。薄くすることで、めっき時の内部応力によるクラック発生もなくまたブレーキング時の発熱による熱膨張に追従することが可能となり、このＮｉめっき層にクラックが発生してしまうのを阻止することができる。また、Ｎｉは熱膨張係数がアルミニウム合金に近いため、発生する熱応力も小さく、クラックはより生じ難い。
【００７４】加熱後、ステップＰ８で示すようにめっきを実施し、前記Ｎｉめっき層の外面に耐摩耗性が高い金属からなる例えば例えばＦｅ，Ｆｅ−ＣｒあるいはＣｒ等のめっき層１３を形成する。めっき条件は第１の実施の形態を採るときと同様である。
【００７５】このめっき工程が終了した後、前記第２〜第４の実施の形態を採るときと同様の手順で前記めっき層１３に微細な網目状のクラック１５を形成するとともに、このめっき層１３と前記Ｎｉめっき層１３との間に拡散層１７を形成する。
【００７６】この実施の形態で示したように中間めっき層１８を内部に形成することにより、外表面のめっき層１３のクラック１５から浸入した水がアルミニウム合金製のブレーキディスク本体１１に接触するのを耐腐食性が高い金属（Ｎｉ）からなる中間めっき層１８によって阻止することができる。
【００７７】このため、この実施の形態によるブレーキディスク３は、雨水などがかかってもブレーキディスク本体１１が腐食されることはなく、腐食が原因で外表面のめっき層１３が剥離するのを阻止することができる。しかも、外表面のめっき層１３と中間めっき層１８の両方をめっきによって形成しているから、２種類の金属層を一つのめっき装置によって形成することができ、製造コストを低く抑えることができる。
【００７８】中間めっき層１８を形成するＮｉは、アルミニウム合金より熱膨張率が高いものの、鋳鉄などの鉄系金属に較べて熱膨張率がアルミニウム合金に近いため、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体１１が熱膨張するときに発生する熱応力は相対的に小さい。このため、中間金属層１８を形成したことが原因でブレーキディスク３に曲がりや撓みが生じたり、外表面のめっき層１３がブレーキディスク本体１１から剥離してしまうことはない。
【００７９】なお、ブレーキディスク３の摩擦面のめっき層１３に微細な網目状のクラック１５を形成する方法は、上述した各実施の形態で示した方法に限定されることはなく、適宜変更することができる。また、本発明に係るディスクブレーキ装置１は、自動二輪車の他に、自動車や自動三輪車、雪上車などの他の車両にも適用することができる。
【００８０】
【実施例】ブレーキディスク本体１１を形成するアルミニウム合金としては、例えば、下記の表１中に合金１〜合金３として示したものを使用することができる。
【００８１】
【表１】
【００８２】表１に示す合金１を使用することによりブレーキディスク３の強度が高くなり、合金２，３を使用することによって耐熱性が高くなる。すなわち、一般的なアルミニウム合金では、制動時の温度上昇により強度低下し容易に変形が生じる。このため、Ｆｅ，Ｚｒを添加し、強度、耐熱性を向上させた。ディスク材の製造は、スプレーフォーミングによるビュレット作製による。これは、金属組成中の結晶粒径を微細化（１μｍ以下）とし、強度向上を図っている。これら合金は、鋳造による成形はできない。溶かすと粗大なＡｌ−Ｆｅの金属間化合物が晶出するため脆くなってしなう。そこで、鍛造により成形を行う。
【００８３】ブレーキパッド１２の材料としては、下記の表２〜表４に示したものを使用することができる。表２および表３は合成樹脂材製パッドの材料例を示し、表４は焼結材製パッドの材料例を示す。
【００８４】
【表２】
【００８５】
【表３】
【００８６】
【表４】
【００８７】表２および表３中、補強部材や研磨粒子としてめっき層金属より硬い成分を含むものもあるが、母材を含めた全体硬度はめっき層より低くすることで、めっき層と同等の交換限度とするかめっき層より早く交換限度に達するようにする。表４中に示した材料で形成した焼結材製パッドは、硬度がＨＶ相当で５０以下になる。なお、表４中にその他として示した材料は、組成比が１０％以下になるものである。
【００８８】各実施の形態を採るときに実施するめっき前処理は、下記の表５に示した条件で実施した。
【００８９】
【表５】
【００９０】ブレーキディスクの外表面にＦｅめっきまたはＦｅ−Ｃｒ合金めっきを施す場合のめっき条件を下記の表６に示す。
【００９１】
【表６】
【００９２】表６中に示す各項目には、Ｆｅめっき、Ｆｅ−Ｃｒめっきとも膜厚が２０μｍになり、Ｆｅめっきの硬度がＨＶで３００〜４００、Ｆｅ−Ｃｒめっきの硬度がＨＶで６００〜７００になるようにめっきを実施する場合の値を記載している。
【００９３】めっき層１３に形成される微細な網目状のクラック１５は、幅が１〜１０μｍになり、クラック密度が１０〜３０ｍｍ／ｍｍ2 である。このとき、クラック１５による網目形状の内接円の直径ｄはほとんどのものが１．５mm以下となる。クラック密度とは、めっき表面１ｍｍ2 当たりのクラック１５の長さ（ｍｍ）を合計したもののことである。クラック密度とは、めっき表面１ｍｍ2 当たりのクラック１５の長さ（ｍｍ）のことである。拡散層１７は、厚みが１〜５０μｍ程度である。中間金属層１８は、材料金属がＮｉの場合には厚みが０．１〜５μｍ程度である。
【００９４】ガス浸硫窒化処理は、下記の表７に示す条件で実施した。
【００９５】
【表７】
【００９６】表７で示す条件によってガス浸硫窒化処理を実施すると、Ｆｅめっきの場合には硬度がＨＶで７５０程度（７００〜８００）になり、Ｆｅ−Ｃｒ合金めっきの場合には硬度がＨＶで１２５０程度（１１００〜１３５０）になる。
【００９７】なお、上述した各実施の形態では、ハブ２へのブレーキパッド１２による摩擦熱を逃がすことができる効果を狙って熱伝導性のよいアルミニウム合金製ブレーキディスク本体１１の内周部をハブ２に直接固定する例を示したが、ブレーキディスク本体１１の表面積が大きいなどブレーキパッド１２が当接する部位以外の放熱性が充分である場合には、ブレーキディスク本体１１としては、内周部に円環状の鉄系合金製取付板を取付け、この取付板を介してハブ２に取付ける構造を採ることができる。また、ブレーキディスク本体１１は、外周部に円環状の鉄系合金製取付板を取付け、この取付板を介してハブ２に取付けることもできる。この構造を採る場合には、ブレーキディスク本体１１の内周側にブレーキパッドを摺接させる。
【００９８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ブレーキディスク本体の摩擦面に、クラックによって互いに分離された微細な金属片が多数形成される。この金属片は、ブレーキディスク本体が熱膨張してもこれに追従することができる。このため、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に耐摩耗性が高い金属を設ける構造を採りながら、制動熱が原因でブレーキディスクに曲がりや撓みが発生したり、めっき層がブレーキディスク本体から剥離するのを阻止することができる。
【００９９】さらに、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体に耐摩耗性が高い金属からなる金属層をめっきによって形成しているから、耐摩耗性が高い金属をブレーキディスク本体に設けるための特別な接合装置が不要になる。
【０１００】したがって、ブレーキディスクが軽量で、しかも耐久性が高いディスクブレーキ装置を低いコストで提供することができる。
【０１０１】請求項２記載の発明によれば、制動時にブレーキパッドが前記めっき層に摺接すると、相対的に硬度が低いブレーキパッドが摩耗するから、ブレーキディスクが摩耗することを阻止することができ、ブレーキパッドを交換することにより安価にディスクブレーキ装置の保守が可能になる。
【０１０２】請求項３または請求項４記載の発明によれば、既存のブレーキパッドを使用することができるから、製造コストがより一層低いディスクブレーキ装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月３日（１９９８．１２．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４６２１
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１７０８０４（Ｐ２０００−１７０８０４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年６月２３日（２０００．６．２３） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３４４７４５ |
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