JP2001065611A

JP2001065611A - ディスクブレーキロータおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2001065611A
Application number: JP24199699A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Usui; 弘樹臼井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦初期の臭いの発生を抑制でき、かつ鳴き
発生を抑制でき、必要な耐食性も維持できるディスクブ
レーキロータとその製造方法の提供。【解決手段】ディスクブレーキロータ１の表面の少な
くとも摩擦面６に樹脂の層４が形成されており、樹脂の
層４の少なくとも外表面部４ａが熱分解されているディ
スクブレーキロータ１。ディスクブレーキロータ１の表
面の少なくとも摩擦面６に樹脂の層４を形成し、樹脂の
層４の少なくとも外表面部４ａを熱分解するディスクブ
レーキロータ１の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦初期での臭い
の発生を防止または軽減できるディスクブレーキロータ
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のディスクブレーキロータは、特公
昭５５−３８０３１号公報などに示されており、通常、
耐蝕性を確保するために、ディスクブレーキロータまた
はパッドの摩擦面に焼付型亜鉛クロム酸複合皮膜（ダク
ロタイズド皮膜とも呼ばれている）が形成されている。
焼付型亜鉛クロム酸複合皮膜がディスクロータ表面に形
成される場合、焼付型亜鉛クロム酸複合皮膜は、ディス
クブレーキロータの鉄素地と強固に結合している亜鉛粒
子を結合しているクロム酸化物の層からなり、亜鉛の犠
牲保護作用とクロム酸による鉄素地面の不働態化などに
より優れた防錆作用を果たしている。しかし、ロータま
たはパッド表面に焼付型亜鉛クロム酸複合皮膜を有する
ディスクブレーキでは、ブレーキ時、焼付型亜鉛クロム
酸複合皮膜の擦れ取れた粉末が対向面に移行する。そし
て、皮膜のクロム酸粉末、亜鉛粉末がロータおよびパッ
ドの表面に残っている状態で、ロータがパッドで押圧さ
れて摺動回転すると、ロータ側のクロム酸粉末、亜鉛粉
末とパッド側のクロム酸粉末、亜鉛粉末とが強い凝着力
を示して、動摩擦係数μが高くなり、鳴きと呼ばれる異
音が発生する。鳴きを抑制するために、焼付型亜鉛クロ
ム酸複合皮膜から亜鉛粒子を除去すると、亜鉛の犠牲保
護作用（鉄素地より亜鉛が先に腐食して鉄素地の腐食を
抑える作用）が得られず、耐蝕性が悪化する。したがっ
て、焼付型亜鉛クロム酸複合皮膜を有するディスクブレ
ーキロータでは、鳴き抑制と耐蝕性維持の両立は困難で
あった。この問題を解決するために、本特許出願人によ
り、表面に樹脂の層を形成したディスクブレーキロータ
が提案された（特願平１０−２７３８０８号）。樹脂の
層は、亜鉛粉末などの凝着力を増す粒子を含んでいない
ので、表面の動摩擦係数を下げて鳴きを抑制でき、かつ
ロータの鉄素地面を水、汚泥から遮断するので防錆効果
を発揮し耐蝕性を維持することができた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表面に樹脂の
層を有するディスクブレーキロータは、摩擦初期に高負
荷の制動を行った場合、樹脂が一部不完全燃焼し、樹脂
の炭化水素の未燃分による臭いが発生するという問題が
あった。本発明の目的は、摩擦初期での臭いの発生を防
止または軽減するとともに、上記提案の鳴きの抑制、必
要な耐蝕性を維持できる、ディスクブレーキロータおよ
びその製造方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明はつぎの通りである。（１）回転可能であり、ブレーキパッドが押し付けら
れる摩擦面を有するディスクブレーキロータであって、
ディスクブレーキロータの表面の少なくとも前記摩擦面
に樹脂の層が形成されており、該樹脂の層の少なくとも
外表面部が熱分解されている、ディスクブレーキロー
タ。（２）ディスクブレーキロータの表面の少なくとも摩
擦面に樹脂の層を形成し、前記樹脂の層の少なくとも外
表面部を、非酸化性雰囲気中で、２００〜５００℃の範
囲で、熱分解する、ディスクブレーキロータの製造方
法。（３）ディスクブレーキロータの表面の少なくとも摩
擦面に樹脂の層を形成し、前記樹脂の層の少なくとも外
表面部を、大気中で、バーナの火で焼くことにより、熱
分解する、ディスクブレーキロータの製造方法。

【０００５】上記（１）のディスクブレーキロータおよ
び上記（２）、（３）の製造方法で製造されたディスク
ブレーキロータでは、樹脂の層の少なくとも外表面部を
熱分解して（炭化して）おくので、摩擦初期に高負荷の
制動を行って表面部が燃えても、炭素が一部燃焼して二
酸化炭素になるだけで、炭化水素の未燃分は生成されな
いかまたはほとんど生成されないので、臭いの発生がな
いかまたは軽減される。また、樹脂の層がロータの鉄素
地面を水、汚泥から遮断するので防錆作用を発揮する。
この樹脂の層には亜鉛粉末など凝着力を増すものを含ん
でいないので、動摩擦係数が低くなり、鳴き発生を抑制
できる。したがって、良好な防錆効果、鳴き発生抑制効
果が維持される。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明実施例のディスクブ
レーキロータを示し、図２は本発明実施例のディスクブ
レーキロータの製造方法を示し、図３はもう一つの本発
明実施例のディスクブレーキロータの製造方法を示し、
図４〜図６は本発明実施例のディスクブレーキロータま
たは本発明実施例のディスクブレーキロータの製造方法
により製造されたディスクブレーキロータの各種特性を
示す。図中、本発明の全実施例にわたって共通な構成部
分には全実施例にわたって同じ符合を付してある。

【０００７】まず、本発明実施例のディスクブレーキロ
ータを図１を参照して説明する。図１において、ディス
クブレーキは、回転するディスクブレーキロータ（以
下、単に、ロータという）１と、非回転のブレーキパッ
ド（以下、単に、パッドという）２を、備えている。ブ
レーキ時には、パッド２は、回転するロータ１に押し付
けられる。従来と同様に、ロータ１の素地は鉄であり、
パッド２は焼結体または摩擦材を樹脂などで結合した成
形体からなる。

【０００８】ロータ１は、パッド２が押し付けられる摩
擦面３を有する。ロータ１の表面の少なくとも摩擦面３
（全表面でもよい）には、少なくとも１層の樹脂の層４
が形成されている。層４を形成する樹脂としては、たと
えばフェノール樹脂（フェノール−ホルムアルデヒド樹
脂）、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などの熱
硬化性樹脂、もしくは、たとえばポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミドイミ
ド樹脂などの熱可塑性樹脂が使用される。しかし、層４
を形成する樹脂はこれらの樹脂に限るものではなく、熱
硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂であれば、使用可能で
ある。

【０００９】樹脂の層４は、１層塗りでもよいし、複数
層塗りでもよい。樹脂は、１回よりも２回または２回以
上塗装することが望ましいが、その理由は、１回の塗装
において欠陥があっても、２回以上塗り重ねることによ
り、欠陥の位置が互いにずれるので、鉄素地面が外界に
露出するおそれがそれだけ少なくなって、耐腐食性が向
上するからである。

【００１０】樹脂の層４には、潤滑剤の微粒子が混在さ
れていてもよい。潤滑剤は、たとえば、グラファイトで
ある。また、グラファイトのほかに、硫化物（Ｍｏ
Ｓ₂、硫化アンチモンなど）、テフロンなどを使用する
ことができる。潤滑剤が混在される場合、潤滑剤は５〜
５０Vol ％、さらに望ましくは１０〜３０Vol ％混在さ
れる。潤滑剤の粒径は３μｍ程度であることが望まし
い。グラファイトが混在されたフェノール樹脂（熱硬化
性樹脂）の層の場合は、配合量は熱処理後の状態で、フ
ェノール樹脂９０Vol ％、グラファイト１０Vol ％が望
ましい。

【００１１】樹脂の層４は、さらに硬質粒子を含んでい
てもよく、硬質粒子を潤滑剤と共に含んでいてもよい。
硬質粒子はたとえばＺｒＳｉＯ₄である。硬質粒子に
は、ＺｒＳｉＯ₄のほかに、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＺｒＯ₂、ＭｇＯなどを使用することができ
る。樹脂に硬質粒子が混在される場合、硬質粒子は２〜
２０Vol ％、さらに望ましくは５〜１０Vol ％混在され
る。硬質粒子の粒径は５〜１０μｍであることが望まし
い。一例として、樹脂の層４は、硬質粒子としてＺｒＳ
ｉＯ₄と潤滑剤であるグラファイトが混在されたフェノ
ール樹脂（熱硬化性樹脂）の層からなる。配合量は熱処
理後の状態で、フェノール樹脂が７０Vol ％、ＺｒＳｉ
Ｏ₄が１０Vol ％、グラファイトが２０Vol ％が望まし
い。

【００１２】樹脂の層４の膜厚はブレーキの設計制動回
数と防錆上必要な適宜厚みから決定され、たとえば１０
μｍ以上であり、望ましくは、２０〜４０μｍである。
１層の厚みが２０μｍ相当の層を２回塗装すると、層４
の厚みは４０μｍとなる。

【００１３】樹脂の層４の少なくとも外表面部４ａ（樹
脂の層４の全厚である場合を含む）は、熱分解されてい
る（炭化されている）。熱分解は、非酸化性雰囲気中
（たとえば、窒素雰囲気中、炭酸ガス中、あるいは不活
性ガス雰囲気中）で、２００〜５００℃で、比較的時間
をかけて（１〜６０分程度）、行われるか、または大気
中で樹脂表面を短時間（１〜１０秒）バーナの火であぶ
る（焼く）等により行われる。熱分解が非酸化性雰囲気
中で行われる場合は、熱分解層の厚さは厚く（全厚でも
よい）、大気中の火あぶりで行われる場合は、熱分解層
の厚さは薄い（たとえば、樹脂の層の１／３程度）。

【００１４】つぎに、本発明実施例のディスクブレーキ
ロータの製造方法（第１の方法）を、図２を参照して、
説明する。図２の、ディスクブレーキロータの製造方法
は、ディスクブレーキロータ１の表面の少なくとも摩擦
面３に樹脂の層４を形成する工程と、ついで樹脂の層４
の少なくとも外表面部４ａを、非酸化性雰囲気中で、た
とえば窒素雰囲気中で、２００〜５００℃の範囲で、１
〜６０分、熱分解する工程と、からなる。

【００１５】ここで、非酸化性雰囲気中としたのは、空
気中だと分解が進み過ぎて、塗装層がポーラスとなり、
防錆性が低下するからである。短時間での熱処理が可能
な場合は空気中での熱処理も可能であるが、難しいのが
実状である。炉５内で窒素雰囲気中で樹脂の層４を熱処
理する場合、例えばフェノール樹脂の場合、残炭率が高
くＣ（炭素）として残る（水素はとぶ）。そのため、分
解によりポーラスになる程度も小さく、その結果、防錆
力の低下は小さい。また、残ったＣは摩擦係数を下げる
方向に働き、ブレーキ鳴きの発生を抑える方向に働く。
また、熱処理温度を２００〜５００℃としたのは、２０
０℃以下では熱分解が進まず、５００℃以上だと少量の
空気が混入した場合に燃焼してしまうおそれがあるから
である。熱処理時間を１分以上としたのは、１分より少
ないと炭化が進まず、熱処理の効果が小さく、臭いの問
題が十分に解決されないからである。また、６０分以下
としたのは、６０分より大だと、分解が進み過ぎ、ポー
ラスになって防錆力が低下するからである。

【００１６】つぎに、本発明のもう一つの実施例のディ
スクブレーキロータの製造方法（第２の方法）を、図３
を参照して、説明する。図３の、ディスクブレーキロー
タの製造方法は、ディスクブレーキロータ１の表面の少
なくとも摩擦面３に樹脂の層４を形成する工程と、つい
で樹脂の層４の少なくとも外表面部４ａを、大気中で、
バーナ６の火炎により、１〜１０秒間、軽く焼いて熱分
解する工程と、からなる。

【００１７】大気中としたのは、炉内での特定ガス雰囲
気での熱処理に比べて安価に熱処理を行うことができる
からである。また、バーナ６の火炎としたのは、火炎、
温度、時間のコントロールが容易であるからである。ま
た、時間を１〜１０秒としたのは、１秒より短いと、熱
処理層の厚みが小さ過ぎて効果が小さく、臭いの問題が
解決されないからであり、１０秒より長いと、樹脂が燃
焼してしまい、かつポーラスになり過ぎて、防錆力が低
下するからである。

【００１８】

【実施例】本発明実施例のディスクブレーキロータの製
造方法（第１の方法）で本発明実施例のディスクブレー
キロータを製造した。さらに詳しくは、ロータ全表面に
熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を１回塗装当たり厚
さ２０μｍを塗装した。ついで、乾燥し（２００℃×１
０分）、この塗装、乾燥による層の形成を２回行い、つ
いで熱硬化処理（２００℃×２時間）を行った。１層の
厚みが２０μｍ相当の層を２回塗装したので、層４の厚
みは４０μｍであった。ついで、炉内で窒素雰囲気中
で、３００℃×３０分の熱処理を行い、樹脂の層を熱分
解した。これによって得られた供試品を、本発明品１と
した。また、本発明実施例のディスクブレーキロータの
製造方法（第２の方法）で本発明実施例のディスクブレ
ーキロータを製造した。さらに詳しくは、ロータ全表面
に熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂を１回塗装当たり
厚さ２０μｍを塗装した。ついで、乾燥し（２００℃×
１０分）、この塗装、乾燥による層の形成を２回行い、
ついで熱硬化処理（２００℃×２時間）を行った。１層
の厚みが２０μｍ相当の層を２回塗装したので、層４の
厚みは４０μｍであった。ついで、大気中、バーナの火
炎で３秒間、樹脂の層の表面部を熱分解した。これによ
って得られた供試品を、本発明品２とした。また、本発
明品１、２の製造で、樹脂の層４の形成だけで止めて、
その後の熱処理をしなかったものを、比較材１とした。

【００１９】以上の供試品と比較材を用いて、摩擦初期
での臭い発生の状況を、ＪＡＳＯＣ４０６のすり合わ
せ条件でチェックした。試験の結果では、比較材１では
臭いが発生したが、本発明品１、２では実用上問題とな
る程度の臭いは発生しなかった。

【００２０】また、以上の供試品と比較材を用いて、防
錆力評価のための、複合腐食試験を実施した。複合腐食
試験では、塩水噴霧（５０℃）を１７時間行い、ついで
強制乾燥（７０℃）を３時間行い、ついで塩水浸漬（５
０℃）を２時間行い、ついで自然乾燥（２０〜３０℃）
を２時間行う、というサイクルを１サイクルとして、何
サイクルで錆が発生するかを目視で調べた。結果を図４
に示す。なお、図４には、参考のために、従来の焼付型
亜鉛クロム酸複合皮膜がディスクロータ表面に形成され
る場合の結果を、本出願人が先に提案した特願平１０−
２７３８０８号から抽出して比較材２として示してあ
る。図４からわかるように、本発明品１は３５サイクル
であり、本発明品は３０サイクルであり、比較材１の４
０サイクルに比べて若干防錆力は低下する。しかし、本
発明品１、２でも実用上十分防錆力を維持しており、使
用し得るものである。

【００２１】また、以上の供試品と比較材を用いて、動
摩擦係数および鳴き発生抑制の評価のための試験を実施
した。動摩擦係数μ試験では、制動回数に対するμの値
とその変化を調べた。鳴き試験では、決められた制動条
件において、（鳴きが発生した制動回数／全制動回数）
×１００（％）で鳴き性能を調べた。結果を図５、図６
に示す。なお、図４には、参考のために、従来の焼付型
亜鉛クロム酸複合皮膜がディスクロータ表面に形成され
る場合の結果を、本出願人が先に提案した特願平１０−
２７３８０８号から抽出して比較材２として示してあ
る。図５、図６からわかるように、本発明品１、２は、
動摩擦係数が比較材１に比べて低減し、鳴き発生が比較
材１の場合よりも抑制された。また、本発明品１の方が
本発明品２よりも動摩擦係数が低く、鳴き発生が抑制さ
れた。これは、熱分解で生じたＣが潤滑性を増すからで
あると考えられる。この結果より、本発明品１、２は、
鳴き発生抑制において、比較材１以上の特性をもつもの
であり、使用し得るものであることがわかる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１のディスクブレーキロータおよ
び請求項２、３のディスクブレーキロータの製造方法に
よれば、樹脂の層の少なくとも外表面部を熱分解する
（炭化する）ので、摩擦初期に高負荷の制動を行って、
炭化水素の未燃分は生成されないかまたはほとんど生成
されないので、臭いの発生がないかまたは軽減される。
また、樹脂の層および／または樹脂が熱分解された層が
ロータの鉄素地面を水、汚泥から遮断するので防錆作用
を発揮する。この樹脂の層には亜鉛粉末など凝着力を増
すものを含んでいないので、焼付型亜鉛クロム酸複合皮
膜が表面に形成されたディスクロータの場合に比べて動
摩擦係数が低くなり鳴き発生を抑制でき、また樹脂の層
が形成され熱分解がされていない場合に比べてさらに動
摩擦係数が低くなり鳴き発生を抑制できる。したがっ
て、良好な防錆効果、鳴き発生抑制効果が維持される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のディスクブレーキロータの一部
の断面図である。

【図２】本発明実施例のディスクブレーキロータの製造
方法を工程順に示したディスクブレーキロータの一部の
断面図である。

【図３】本発明のもう一つの実施例のディスクブレーキ
ロータの製造方法を工程順に示したディスクブレーキロ
ータの一部の断面図である。

【図４】本発明品１、２と比較材の複合腐食試験結果図
である。

【図５】本発明品１、２と比較材の鳴き発生試験結果図
である。

【図６】本発明品１、２と比較材の動摩擦試験結果図で
ある。

【符号の説明】

１ロータ（ディスクブレーキロータ）２パッド（ブレーキパッド）３摩擦面４樹脂の層４ａ樹脂の層の外表面部の熱分解した部分５炉６バーナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能であり、ブレーキパッドが押し
付けられる摩擦面を有するディスクブレーキロータであ
って、ディスクブレーキロータの表面の少なくとも前記摩擦面
に樹脂の層が形成されており、該樹脂の層の少なくとも外表面部が熱分解されている、
ディスクブレーキロータ。
【請求項２】ディスクブレーキロータの表面の少なく
とも摩擦面に樹脂の層を形成し、前記樹脂の層の少なくとも外表面部を、非酸化性雰囲気
中で、２００〜５００℃の範囲で、熱分解する、ディス
クブレーキロータの製造方法。
【請求項３】ディスクブレーキロータの表面の少なく
とも摩擦面に樹脂の層を形成し、前記樹脂の層の少なくとも外表面部を、大気中で、バー
ナの火で焼くことにより、熱分解する、ディスクブレー
キロータの製造方法。