板状ワークの表面処理装置 - 特開２００３－８０４５９

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【発明の名称】	板状ワークの表面処理装置
【発明者】	【氏名】松原亨【住所又は居所】新潟県長岡市石動町字金輪５２５番地マコー株式会社内
【要約】	【課題】短時間で表裏両面の表面処理を均等に行うことができる板状ワークの表面処理装置を提供する。【解決手段】複数の板状ワーク２が投入され中心軸ａ周りに回転可能なタンブラ１と、該タンブラ内の板状ワークに砥粒を投射する複数の砥粒投射手段１０５と、を有し、上記砥粒投射手段の投射方向をそれぞれ独立して変更可能とした。複数の板状ワーク２をタンブラ１に投入し、該タンブラを回転させながら複数の方向Ａ，Ｂから砥粒を投射し、そのうちの主としてＡの投射で表面処理を行い、Ｂの投射でタンブラ内の板状ワーク２を包含するワーク空間Ｖの回転方向先端近傍を投射し、それによって板状ワークの反転を促進し、表面処理時間を短縮する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の板状ワークが投入され中心軸周りに回転可能なタンブラと、該タンブラ内の板状ワークにブラスト処理用の砥粒を投射する複数の砥粒投射手段と、を有し、上記砥粒投射手段の投射方向をそれぞれ独立して変更可能としたことを特徴とする板状ワークの表面処理装置。
【請求項２】上記タンブラ内に、上記板状ワークの大部分が包含されるワーク空間が画定され、上記砥粒投射手段の少なくとも１つが、上記ワーク空間の回転方向先端近傍を投射することを特徴とする請求項１記載の板状ワークの表面処理装置。
【請求項３】上記複数の砥粒投射手段が、砥粒を含むスラリー液を噴射するプロセスガンを有することを特徴とする請求項１又は２記載の板状ワークの表面処理装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、板状をしたワークの表面処理に関するもので、特に、自動車のブレーキやクラッチなどに使用される摩擦部材のバックプレートの表面処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車のディスクブレーキパッド、ブレーキシュー、クラッチプレート等に使用される摩擦部材は、一般に、摩擦材に鉄系金属からなるバックプレートを一体に接着して形成されている。
【０００３】これらの摩擦部材は、ディスクロータや相手側のクラッチプレートとの間に押しつけられた状態で相対的な移動が加えられ、その際の摩擦力で自動車を制動したり、エンジンの駆動力を車輪に伝達したりする。そのため、摩擦材とバックプレートとの間には、大きな剪断力が加わる。したがって、摩擦材とバックプレートとの間には、この剪断力に耐えることができるような強い接着力が必要である。
【０００４】この目的に合った強い接着力を得るために、従来から、バックプレートの接着面を面粗度（中心線平均粗さ）Ｒａ＝１～７μｍ程度に粗面化して接着面積を増加し、接着力を増大させることが行われている。また、バックプレートの接着面に錆や酸化膜等があると、接着力が低下する原因となることから、錆や酸化膜等の除去と防錆の双方の対策も重要である。
【０００５】このような観点から、従来は、上記粗面化され、錆や酸化膜等が除去されたバックプレートに、３～５μｍ程度の膜厚のリン酸亜鉛カルシウムの化成被膜を形成し、その上にプライマー剤を塗布・焼き付け、厚さ１５～２５μｍ程度にプライマー層を形成していた。つまり、これら化成被膜とプライマー層とに防錆の役目を担わせていたのである。一方、摩擦材との接着は、上記プライマー層の上に新たな接着剤を塗布し、プライマー層と新たに追加された接着剤とで接着することになる。
【０００６】ところで、バックプレートの面粗度が大きすぎると、プライマー層を形成したとき、プライマー層を突き抜ける部分ができ、ここから錆が発生して内部に達してしまう。反対に、面粗度が小さすぎると、接着力の向上が期待できない。そのためプライマー層を突き破るおそれのない範囲で最大の面粗度を得たい。この範囲が上述した（中心線平均粗さ）Ｒａ＝１～７μｍ程度である。したがって、上記の各工程中、バックプレートの粗面化の工程は非常に重要である。そこで、この粗面化の従来方法を以下にさらに説明する。
【０００７】バックプレートは鋼板などからプレスの打ち抜き加工などによって成形されるが、成形加工される前の鋼板の表面には、錆や酸化膜等が形成されている。また、打ち抜き加工等の際に、多量の潤滑油や防錆油が付着する。これら油分や酸化膜の存在は、接着力低下の原因となるので取り除きたい。
【０００８】そこで、成形加工されたバックプレートは、まず、塩素系溶剤で脱脂処理され、防錆油等の油分が取り除かれる。そして、ドライグリッドブラスト法により、鋳鉄のグリッド粒子をロータ等でバックプレートにたたき付けて表面を上記のＲａ＝１～７μｍの範囲に粗面化し、それと同時に酸化膜等を除去する。その後防錆のためのリン酸亜鉛カルシウムの化成被膜を形成し、その上にプライマー剤を塗布・焼き付けした後、接着剤により摩擦材を接着していた。
【０００９】しかし、この方法は、粉塵の発生が非常に多いこと、及び、塩素系溶剤を用いているのでその廃液の処理の問題があった。そこで、ウェットブラスト法を用いる方法が採用されてきた。この方法は、ブラスト工程と脱脂工程とを一緒に行うことができる点でも有利である。すなわち、多数のワークをタンブラ内に投入し、タンブラを回転させながら、タンブラ内で回転しているワークに、砥粒を含む水（スラリー）を高圧のエアーで吹き付けてブラスト加工するものである。
【００１０】スラリーは、水にアルミナ砥粒を混入し、さらに、アルカリ脱脂剤を数％含有させたものが用いられる。ウェット法なので、粉塵は発生しない。それに、アルミナ砥粒は研削力が強く、短時間で所定の面粗度が得られ、かつ、アルカリ脱脂剤を混入しているので、脱脂もできるという優れた方法であった。
【００１１】また、このタンブリングブラスト法は、板状ワークであるバックプレートの表裏両面は勿論、全側面や取付孔があればその内面までも処理することができるという利点も有している。
【００１２】図４は、タンブラ１内における板状ワーク２の動きを説明する図で、（ａ）はタンブラ１の斜視図、（ｂ）はタンブラ１の開口端から見た図である。これらの図に示すタンブラ１は円錐台形で広い方が開口１ａで、狭い方が底部１ｂである。タンブラ１の内側には、数ｍｍ厚のポリウレタン層が形成され、投射される砥粒による摩耗を少なくするようにしている。また、タンブラ１には、図示しないが多数の孔が開けられており、タンブラ内部にスラリー液が溜まらないようになっている。
【００１３】タンブラ１の内部には、複数の板状ワーク２が投入されており、タンブラ１はその中心軸ａの周りを回転する。この回転によってタンブラ１の胴に沿って巻き上げられた板状ワーク２は、自重で落下するように転がる。理想的には、板状ワーク２が中心軸ａに垂直な面内で転がれば均一に撹拌できることになる。また、板状ワーク２が転がるためには、タンブラ１内に点線で囲った■や■の空間が必要で、タンブラ１の形状や大きさによって、処理可能な容積は決まる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図４（ａ）における線３と線４との間にブラストにより砥粒が噴射されるが、このような噴射によって、板状ワーク２はタンブラ１の胴に押さえつけられる。そのため、板状ワーク２の転がり運動は、著しく制限されることになる。特に、ウェットブラストであれば、スラリー液により板状ワーク２同士や、板状ワーク２とタンブラ１の胴とがくっつき易くなり、剥がれにくくなる。そのため、板状ワーク２の両面を均一に処理することが難しかった。
【００１５】これに対し、従来は、ブラスト処理時間を長くしたり、一回の処理量を少なくすることで対処していた。ところで、バックプレートの製造工程は、通常、流れ作業方式であり、表面処理工程が完了したら、引き続き、次の化成処理が行われる。また、化成処理の前後には水洗工程があり、各工程が同じ時間で処理されるようになっている。この時間がタクトタイムであるが、このタクトタイムを決めるのが、最も時間の掛かる工程で、その工程に要する時間が律速となる。上記の従来のブラスト処理工程は、バックプレート製造において最も時間が長いことから、律速となっており、タクトタイムを長くし、バックプレート製造工程のネックとなっていた。
【００１６】本発明は、このような事実から考えられたもので、短時間で表裏両面の表面処理を均等に行うことができる板状ワークの表面処理装置を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために本発明の板状ワークの表面処理装置は、複数の板状ワークが投入され中心軸周りに回転可能なタンブラと、該タンブラ内の板状ワークにブラスト処理用の砥粒を投射する複数の砥粒投射手段と、を有し、上記砥粒投射手段の投射方向をそれぞれ独立して変更可能としたことを特徴としている。
【００１８】上記タンブラ内に、上記板状ワークの大部分が包含されるワーク空間が画定され、上記砥粒投射手段の少なくとも１つが、上記ワーク空間の回転方向先端近傍を投射する構成としたり、上記複数の砥粒投射手段が、砥粒を含むスラリー液を噴射するプロセスガンを有する構成とすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面によって説明する。図１は、本発明における板状ワークの表面処理装置１００の全体構成を模式的に示す図である。同図に示すようにこの表面処理装置１００は、左右にほぼ対称的な形状のチャンバ１０１，１０２を有する。チャンバ１０１，１０２の下部には、ブラストタンク１０４が設けられている。ブラストタンク１０４は、チャンバ１０１，１０２の真下になる左側の部分１０４ａと、その右側の部分１０４ｂとに分かれ、両者は上部では繋がっている。チャンバ１０１，１０２の内部には、砥粒投射手段として、それぞれ４つのプロセスガン１０５があり、２つのプロセスガン１０５に対して１つのタンブラ１が合計４つ配置されている。各タンブラ１は、図示しない駆動手段によって中心軸周りに回転可能に支持されている。また、各プロセスガン１０５は、ボールジョイント等により支持されており、スラリー液の投射方向を自在に変更できる。
【００２０】タンブラ１は、タクトタイムを短縮するために４つ設けられ、２つずつ新しい板状ワークと交代するようにしている。なお、図示のタンブラ１は円錐台形であるが、タンブラ１の形状は、これに限定されるものではなく、円柱状でも、ビア樽状でもよい。
【００２１】ブラストタンク１０４内には、ブラスト処理に必要な水と砥粒の混合したスラリー液Ｓが蓄えられている。水には、所定の濃度になるようにアルカリ脱脂剤を混合している。砥粒は、一般に水より比重が大きく、ブラストタンク１０４内に沈降するので、ブラストタンク１０４の左側の部分１０４ａの底部には傾斜を付けて、砥粒が自然にブラストポンプ１０６の吸込口に到達するようにしている。
【００２２】ブラストポンプ１０６は、ブラストタンク１０４内の液体と砥粒とからなるスラリー液Ｓを管路を通して８つのプロセスガン１０５に圧送する。ブラストポンプ１０６は、スラリー液Ｓを加圧するので、砥粒との摩擦による摩耗を避けられない。そのため、摩耗に強い専用の特殊ポンプを使用している。
【００２３】ブラストポンプ１０６で加圧されたスラリー液Ｓは、管路を通って各プロセスガン１０５に達する。プロセスガン１０５には、図示しないコンプレッサから圧縮空気が供給されている。この圧縮空気によって高圧のスラリー液Ｓが各プロセスガン１０５からそれぞれに対向配置されたタンブラ１に向かって投射され、タンブラ１内部の板状ワークの表面処理をする。
【００２４】タンブラ１は、その内側に弾性体の厚い層が形成されている。弾性体の層としては、ウレタンゴムなどに、ボロンカーバイトやシリカカーバイトなどの炭化物、窒化ケイ素や窒化チタン等の窒化物を練り込んだ各種ゴム類を用いている。また、タンブラ１の内側の側面と底面には、板状ワークを反転させるための突起が、ピン状列に又は畝状に形成されている。これらの突起も上記弾性体から形成されている。さらに、タンブラ１の底面は、板状ワークが反転し易いように、回転中心が凸になった円錐状となっている。タンブラ１には、多数の孔が開いているので、タンブラ１に投射されたスラリー液Ｓは、これらの孔からチャンバ１０１，１０２内に落下し、ブラストタンク１０４の左側の部分１０４ａに集められる。
【００２５】ブラストタンク１０４の右側の部分１０４ｂには、スラリー液Ｓの砥粒の少ない低濃度の液が溜まる。この液を一次水洗ポンプ１０８でサイクロン１０９に供給する。サイクロン１０９では、砥粒と水をそれらの比重差を利用して分離し、水は一次水洗水や装置内の洗浄シャワー水として利用する。
【００２６】符号１１０は、スラッジ回収装置で、定期的にスラリー液を循環させて、摩耗したり破砕されて粒径が細かくなった砥粒を回収塔へ沈滞沈降させ、タンクに蓄積する。また、この後、スラリーを円筒形の濃度計に入れ、沈降したアルミナ砥粒を測定して体積％で表し、この数値が規定の数値より薄くなれば、升きり型の定量供給装置によりアルミナ砥粒が補給される。
【００２７】図２は、図１のタンブラ１の１つを取り出して示した図で、（ａ）はタンブラ１の斜視図、（ｂ）はタンブラ１の開口１ａ側から底面１ｂを見た図である。（ａ）のハッチングをした部分はタンブラ１に投入された複数の板状ワーク２の大部分が存在している空間で、ここではこの空間をワーク空間Ｖということにする。このワーク空間Ｖは、固定的なものではなくタンブラ１の回転により若干移動する。すなわち、タンブラ１が停止していると、このワーク空間Ｖはタンブラ１のほぼ一番低い箇所になるが、図２（ｂ）に示すように、タンブラ１が矢印方向に回転すると、ワーク空間Ｖもタンブラ１の真下から回転方向に引きずれらてやや上に移動し、傾斜した位置になる。
【００２８】タンブラ１の回転により内部の板状ワーク２が転がって均一に撹拌するには、図４で説明したように■や■の空間が必要である。言い換えれば、ワーク空間Ｖの大きさをどの程度にするかが重要である。本発明の実施例では、タンブラ１の開口１ａの径が２５０～５００ｍｍφで、開口１ａから底部１ｂまでの高さが２００～４００ｍｍのものを用い、片面の面積が５０～１００ｃｍ^２の板状ワーク２が約５リットルの容積を占める程度に投入している。
【００２９】図１で説明したように、１つのタンブラ１に対して２本のプロセスガン１０５，１０５が設けられている。タンブラ１は、その中心軸ａが水平に対してθ傾斜しており、傾斜した状態で矢印方向に、Ｎｒｐｍの速度で回転をする。中心軸ａの傾斜角θは、実施例では３０゜であった。この角θが小さくてマイナスになると板状ワーク２がタンブラ１から落下してしまうことになるので不適当である。一方、大きすぎると、板状ワーク２が重なってひっくり返らなくなる。これらを勘案しつつ実験をしてみると０～６０゜の範囲が適当であることが分かった。なお、０゜の場合は、タンブラ１の形状がたとえばビア樽形状などになっていて、板状ワーク２が落下しないようなものに限定される。
【００３０】図２（ａ）に示す符号Ａ，Ｂは、２つのプロセスガン１０５の投射方向を示す。図２（ｂ）に示す符号Ａ，Ｂは、２つのプロセスガン１０５の投射範囲を示す。これらのプロセスガン１０５は、スラリー液Ｓを同じ方向に投射するのではなく、少し、相違させている。
【００３１】Ａのプロセスガン１０５は、板状ワーク２の進行方向から板状ワーク２に砥粒が衝突するようにタンブラ１の斜め上方から図２（ｂ）のＡに示す範囲（やや胴よりのワーク空間Ｖ）にスラリー液Ｓを投射する。このＡのプロセスガン１０５からの投射が表面処理のメインとなる。
【００３２】投射方向Ｂのプロセスガン１０５は、板状ワーク２の撹拌を目的としている。投射方向はタンブラ１の中心軸ａとほぼ平行になるようにし、図２（ｂ）のＢで示すワーク空間Ｖの回転方向先端近傍を投射し、タンブラ１の胴に沿って巻き上げられ、スラリー液Ｓで胴に貼り付いた板状ワーク２を引き剥がして、空間にはじき飛ばすようにする。Ｂの部分では、板状ワーク２は非常に不安定な姿勢となるので、板状ワーク２の複雑な形状、たとえば、貫通孔の内面、側面の凹部などが容易に処理できる。
【００３３】図３は、本発明の第２実施例を示す図である。図２と同様に、図１のタンブラ１の１つを取り出して示した図で、（ａ）はタンブラ１の斜視図、（ｂ）はタンブラ１の開口１ａ側から底面１ｂを見た図である。（ａ）のハッチングをした部分はワーク空間Ｖである。タンブラ１の中心軸ａと水平との傾斜角はθで、タンブラ１は、矢印方向に、Ｎｒｐｍの速度で回転をする。この実施例では、１つのタンブラ１に４つのプロセスガン１０５を使用している。
【００３４】図３（ａ）に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、４つのプロセスガン１０５のそれぞれの投射方向を、また図３（ｂ）に示すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、各プロセスガン１０５の投射範囲を示す。
【００３５】Ａに示すプロセスガン１０５は、タンブラ１の中心軸ａとほぼ平行になるように寝かせ、図３（ｂ）のＡで示すワーク空間Ｖの回転方向先端近傍を投射し、タンブラ１の胴に沿って巻き上げられ、スラリー液Ｓで胴に貼り付いた板状ワーク２を引き剥がして、空間にはじき飛ばすようにする。
【００３６】Ｄのプロセスガン１０５は、Ａのプロセスガン１０５により飛ばされた板状ワーク２をワーク空間Ｖ内に送り込むようにする。Ｂ，Ｃのプロセスガン１０５は、ブラスト処理のメインとなる。Ｂのプロセスガン１０５はタンブラ１の胴と底の境目より、やや胴よりのワーク空間Ｖを狙って投射する。Ｃのプロセスガン１０５は、ＡとＢの中間、タンブラ１の胴と底の境目より胴側のワークの塊を狙い、板状ワーク２をＡのプロセスガン１０５が狙っている所へ送り込むようにする。ＡやＤの部分では、板状ワーク２は非常に不安定な姿勢となるので、板状ワーク２の複雑な形状、たとえば、貫通孔の内面、側面の凹部などが容易に処理できる。
【００３７】
【発明の効果】以上に説明したように本発明の板状ワークの表面処理装置によれば、複数の板状ワークが投入され中心軸周りに回転可能なタンブラと、該タンブラ内の板状ワークに砥粒を投射する複数の砥粒投射手段と、を有し、上記砥粒投射手段の投射方向をそれぞれ独立して変更可能とした構成なので、タンブラの胴やワーク同士で貼り付き易い板状ワークを、剥がしてひっくり返しながらブラスト処理できるので、短時間で表裏両面の表面処理を均等に行うことができるようになった。
【００３８】摩擦部材のバックプレートは、この後、化成処理されてリン酸化成皮膜を形成するが、その前後に水洗処理があり、これらは流れ作業として連続的に行われている。本発明では、これらの一連の流れ作業におけるタクトタイムを短縮することができるという格別の効果を奏するものである。
【００３９】また、砥粒投射手段が、流体を噴射するプロセスガンを有する構成とすれば、砥粒の投射方向の調整が容易である。液体がアルカリ脱脂剤を含むものとすれば、板状ワークの表面処理と脱脂処理とを同時に行うことができ、効率的となる。

【出願人】	【識別番号】５９１２０５７３２【氏名又は名称】マコー株式会社【住所又は居所】新潟県長岡市石動町字金輪５２５番地
【出願日】	平成１３年９月１０日（２００１．９．１０）
【代理人】	【識別番号】１０００９９８６３【弁理士】【氏名又は名称】中倉和彦
【公開番号】	特開２００３－８０４５９（Ｐ２００３－８０４５９Ａ）
【公開日】	平成１５年３月１８日（２００３．３．１８）
【出願番号】	特願２００１－２７３２２９（Ｐ２００１－２７３２２９）