JP2003080459A - 板状ワークの表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【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。

Description

【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１
ａ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１０
４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１０４
ｂ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２５０〜５
００ｍｍφで、開口１ａから底部１ｂまでの高さが２０
０〜４００ｍｍのものを用い、片面の面積が５０〜１０
０ｃｍ^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１０
５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１０
５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１０
５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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における板状ワークの表面処理装置の全
体構成を模式的に示す図である。

【図２】図１のタンブラの１つを取り出して示した図
で、（ａ）はタンブラの斜視図、（ｂ）はタンブラの開
口側から底面を見た図である。

【図３】本発明の第２実施例の図で、（ａ）はタンブラ
の斜視図、（ｂ）はタンブラの開口側から底面を見た図
である。

【図４】タンブラ内における板状ワークの動きを説明す
る図で、（ａ）はタンブラの斜視図、（ｂ）はタンブラ
の開口端から見た図である。

【符号の説明】

１ タンブラ ２ 板状ワーク Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 投射方向 Ｓ スラリー液 Ｖ ワーク空間 １００ 板状ワークの表面処理装置 １０５ プロセスガン（砥粒投射手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。