JP2010223426A - ディスクブレーキおよび摺動部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造コストの増大が抑制されるディスクブレーキおよび摺動部材を提供する。
【解決手段】アルミニウム合金製のピストン基体の表面にりん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層を形成し、さらに、該陽極酸化皮膜層上にクロムめっき層を形成した後、外周を研削および研磨により仕上げて、外周を形成するクロムめっき層の残留応力が−500MPa以下、且つ表面粗さが0.07〜0.30μmRaのピストンを得た。これにより、ディスクブレーキに使用されるに向けて耐熱衝撃性・耐食性が良好なピストンを提供することができる。また、亜鉛置換処理の工程が不要であり、工程の煩雑化および製造コストの増大を抑制することができる。
【選択図】図２０
【解決手段】アルミニウム合金製のピストン基体の表面にりん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層を形成し、さらに、該陽極酸化皮膜層上にクロムめっき層を形成した後、外周を研削および研磨により仕上げて、外周を形成するクロムめっき層の残留応力が−500MPa以下、且つ表面粗さが0.07〜0.30μmRaのピストンを得た。これにより、ディスクブレーキに使用されるに向けて耐熱衝撃性・耐食性が良好なピストンを提供することができる。また、亜鉛置換処理の工程が不要であり、工程の煩雑化および製造コストの増大を抑制することができる。
【選択図】図２０
Description
本発明は、ディスクブレーキおよび摺動部材に関する。
シリンダ内を摺動する摺動部材の一例であるディスクブレーキ用ピストンにおいては、その摺動面にクロムめっき層を形成してピストンとピストンシールとの摺動抵抗を小さくすることで、ブレーキフィーリングを向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来、この種のピストンにおいては、ピストン基体をアルミニウム合金とした場合、耐熱衝撃および耐食性を確保してディスクブレーキ用ピストンとして成立させるため、クロムめっき層の下地として鉄めっき層を形成する必要があった。アルミニウム合金により構成されるピストン基体に鉄めっき層を形成する場合、前処理として亜鉛置換処理を２回繰り返して当該ピストン基体表面の酸化皮膜を完全に除去する必要がある。その結果、表面処理工程が煩雑化している。
このように、上記従来技術においては、ディスクブレーキおよび摺動部材における製造が煩雑となっていた。本発明の目的は、その製造が容易となるディスクブレーキおよび摺動部材を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のディスクブレーキは、ピストンは、アルミニウム合金により構成されるピストン基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の摺動部材は、アルミニウム合金により構成される基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されることを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の摺動部材は、アルミニウム合金により構成される基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されることを特徴とする。
ディスクブレーキおよび摺動部材の製造を容易にすることができる。
図１に、本発明を適用した場合に好適なディスクブレーキで、キャリパ浮動型と呼ばれるディスクブレーキの全体構造を示す。この図に示されるように、ディスクブレーキは、シリンダ１（キャリパ）、ディスクロータ２、該ディスクロータ２の両側に配置された一対のブレーキパッド３，４を有する。シリンダ１およびブレーキパッド３，４は、車両の非回転部に固定されたキャリア（図示省略）により、ディスクロータ２の軸方向（図１における左右方向）へ移動可能に支持される。シリンダ１は、シリンダ本体５と、該シリンダ本体５の基端部に設けられた有底のボア６にピストンシール７を介して摺動可能に設けられたカップ形状のピストン８（摺動部材）とを有する。該ピストン８は、図１に示されるシリンダ１がキャリアに支持された状態で、開口側端部を車両内側のブレーキパッド３に向けて配置される。
シリンダ本体５の先端部には爪部９が設けられ、該爪部９は、シリンダ１がキャリアに支持された状態で、車両外側のブレーキパッド４に対向して配置される。なお、各ブレーキパッド３，４は、裏板３ａ，４ａと、各裏板３ａ，４ａに接合されたライニング材３ｂ，４ｂとにより構成される。なお、シリンダ本体５のボア６の底面とピストン８の非開口側端面との間には、液圧室１０が形成される。そして、ブレーキペダルの操作に応じて該液圧室１０にブレーキ液が供給されると、ピストン８が推進して車両内側のブレーキパッド３がディスクロータ２の一方の面に押し付けられ、この時の反力により、シリンダ本体５が車両内側へ移動する。その結果、爪部９により車両外側のブレーキパッド４がディスクロータ２の他方の面に押し付けられ、ディスクロータ２が一対のブレーキパッド３，４により挟圧されることで制動力が発生する。
図２に、ピストン８の断面図を示す。この図に示されるように、ピストン８は、アルミニウム合金により構成されるピストン基体１１の表面に皮膜１２を形成することにより構成される。皮膜１２は、ピストン基体１１の全表面に形成される陽極酸化皮膜層１３と該陽極酸化皮膜層１３上に積層されるクロムめっき層１４とにより構成される。クロムめっき層１４は、陽極酸化皮膜層１３上の全面に形成されるのではなく、ピストン基体１１の外側表面、すなわち、ピストンシール７に接触する外周面と液圧室１０内のブレーキ液が接触する面とに形成される。
また、上記ピストン８は、図３，４に示されるような、いわゆる対向型キャリパのディスクブレーキにも適用することができる。この対向型キャリパのディスクブレーキは、キャリパ１’、ディスクロータ２’、該ディスクロータ２’の両側に配置された一対のブレーキパッド３’，４’を有する。キャリパ１’は、キャリパ本体５’に形成された一対の取付孔５ａ’に図示せぬ取付ボルトが挿通され、この取付ボルトが車両の非回転部に締結されることで、車両の非回転部に固定されるようになっている。
一対のブレーキパッド３’，４’は、キャリパ本体５’にディスクロータ２’の回転方向に沿って形成された空間５ｂ’内に、パッドピン２１，２１に吊り下げられて配置されている。また、ブレーキパッド３’，４’は、キャリパ本体５’に固定されるパッドスプリング２２によってディスクロータ２’の径方向内方へ付勢されるようになっている。
シリンダ本体５’には、ディスクロータ２’を挟んで設けられた少なくとも一対の有底のボア６’，６’が形成されている。シリンダ１’は、シリンダ本体５’と、有底のボア６’，６’にピストンシール７’，７’を介して摺動可能に設けられたカップ形状のピストン８’、８’（摺動部材）とを有する。なお、図３，４に示すキャリパ１’においては、ボア６’及びピストン８’が計４個設けられている対向４ポッド形式となっている。
上記ピストンシール７’，７’は、ゴム硬度７０〜８５ＩＲＨＤのエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）製の環状体であり、断面が長方形となっている。また、ボア６’のピストンシール７’よりも開口側には、ゴム製のダストシール２３，２３が設けられている。
ピストン８’、８’は、開口側端部をそれぞれブレーキパッド３’，４’に向けて配置されている。シリンダ本体５’のボア６’、６’の底面とピストン８’、８’の非開口側端面との間でピストンシール７’，７’により密封される空間には、液圧室１０’，１０’が形成されている。そして、ブレーキペダルの操作に応じて該液圧室１０’，１０’にブレーキ液が供給されると、ピストン８’、８’が推進してブレーキパッド３’，４’がディスクロータ２の両面に押し付けられ、ディスクロータ２が一対のブレーキパッド３，４により挟圧されることで車両への制動力が発生する。
ここで、ディスクブレーキのピストンは、ゴム製のピストンシールの弾性によりブレーキ操作の解除後に一定量後退する、いわゆるロールバックするようになっている一方、ブレーキパッドの摩耗に応じてピストンシールによって締め付けられる部位が移動するようになっている。このため、ピストンの外周側表面は、ピストンシールに対して、ある程度密着し、ある程度すべるような特性が必要となっており、この特性を満足させるためにピストンの外表面にクロムめっきを施すようになっている。
しかし、ディスクブレーキのピストンにアルミニウム合金基体を用いる場合、アルミニウム合金基体に対して直接クロムめっきを施そうとしても、アルミニウム合金基体が空気中の酸素と反応することで表面にできる薄い酸化皮膜により、クロムめっきがアルミニウム合金基体に密着しにくいため、クロムめっき処理前に何らかの表面処理が必要となっていた。そこで、本願出願人は、先行特許文献に示すように、クロムとの密着性がよい鉄めっきをアルミニウム合金基体に施した後にクロムめっきを行なうようにしていた。しかし、鉄めっきを行なうためには、アルミニウム合金基体を脱脂した後に、エッチング処理、デスマット処理、及び亜鉛置換めっき処理の前処理と、鉄めっき後の防錆処理が必要となっており、製造が煩雑となっていた。
そこで、本願出願人は、製造工程を簡素にし、かつ、耐熱衝撃および耐食性を確保して、ディスクブレーキ用ピストン８（摺動部材）として成立させるために鋭意研究を重ねた結果、陽極酸化処理によりアルミニウム合金製のピストン基体１１の全表面に1.0〜10.0μｍの膜厚の陽極酸化皮膜層１３を形成した後、該ピストン基体１１の外側表面全体、若しくは、少なくともピストンシール７を摺動する部位に約40μｍ程度の膜厚のクロムめっき層１４を積層し、さらに、ピストン８の外周面に形成されたクロムめっき層１４を仕上げ加工し、仕上げ後の外周面全体、若しくは、少なくともピストンシール７を摺動する部位のクロムめっき層１４の膜厚を15〜35μｍ、残留応力を−500 MPa以下、且つ表面粗さを0.07〜0.30μmRaとすることにより、耐熱衝撃および耐食性に優れた高品質のディスクブレーキ用ピストン８が得られるという結論に至った。以下、本発明を発明する上で本願出願人が実施したいくつかの試験の内容およびその結果を説明する。
（試験１）
試験１では、良好な密着性を得るための陽極酸化処理条件を選定するための試験を行う。試験１においてピストン基体１１として使用されたのは、二輪車のディスクブレーキ用のピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。また、選定対象に選ばれた処理液は、硫酸溶液、りん酸溶液、クロム酸溶液およびシュウ酸溶液の４種であり、各処理液の陽極酸化処理条件およびクロムめっき条件は、図５に示される図表中のとおりである。ここで、各処理液の評価には、目視による外観評価およびロックウェル硬さ測定器による密着性評価を採用した。なお、密着性評価とは、ピストン８の外周面にロックウェル硬さ測定器のＨＲＢスケールにて圧痕を形成し、該圧痕上にセロファンテープを圧着して剥離試験を実施し、圧痕周辺のめっきの剥離の程度により密着性を評価するものである。
試験１では、良好な密着性を得るための陽極酸化処理条件を選定するための試験を行う。試験１においてピストン基体１１として使用されたのは、二輪車のディスクブレーキ用のピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。また、選定対象に選ばれた処理液は、硫酸溶液、りん酸溶液、クロム酸溶液およびシュウ酸溶液の４種であり、各処理液の陽極酸化処理条件およびクロムめっき条件は、図５に示される図表中のとおりである。ここで、各処理液の評価には、目視による外観評価およびロックウェル硬さ測定器による密着性評価を採用した。なお、密着性評価とは、ピストン８の外周面にロックウェル硬さ測定器のＨＲＢスケールにて圧痕を形成し、該圧痕上にセロファンテープを圧着して剥離試験を実施し、圧痕周辺のめっきの剥離の程度により密着性を評価するものである。
試験１における評価の結果、図５に示される図表のりん酸溶液を使用して陽極酸化処理を行った場合に、良好な密着性が得られることが判明した。なお、硫酸溶液による陽極酸化処理の場合、ピストン８の外周面は、外観評価において、りん酸溶液による陽極酸化処理の場合と比較して外観に艶がなく、両端部に剥離が見られた。また、剥離試験の結果、圧痕周辺のめっきが環形状に剥離した。他方、クロム酸溶液およびシュウ酸溶液による陽極酸化処理の場合については、外観評価の結果、いずれの場合も剥離が認められた。
（試験２）
上記試験１の試験結果から、クロムめっきの密着性は、陽極酸化処理に使用される処理溶液によって異なる陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）の性状に起因する影響を受けることが判明した。そこで、試験２では、硫酸溶液、りん酸溶液およびクロム酸溶液の各処理溶液により試料の表面を陽極酸化処理し、各試料の陽極酸化処理後の表面を光学顕微鏡で観察することにより、陽極酸化皮膜層１３の性状とクロムめっきの密着性との因果関係を考察する。なお、試験２において試料として使用されたのは、アルミニウム合金により構成される板厚5mmのプレートである（材質：Ａ６０６１）。また、各処理溶液による陽極酸化処理条件は、図６に示される図表中のとおりである。
上記試験１の試験結果から、クロムめっきの密着性は、陽極酸化処理に使用される処理溶液によって異なる陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）の性状に起因する影響を受けることが判明した。そこで、試験２では、硫酸溶液、りん酸溶液およびクロム酸溶液の各処理溶液により試料の表面を陽極酸化処理し、各試料の陽極酸化処理後の表面を光学顕微鏡で観察することにより、陽極酸化皮膜層１３の性状とクロムめっきの密着性との因果関係を考察する。なお、試験２において試料として使用されたのは、アルミニウム合金により構成される板厚5mmのプレートである（材質：Ａ６０６１）。また、各処理溶液による陽極酸化処理条件は、図６に示される図表中のとおりである。
図６の試験２における試験結果を図７〜図９を参照して考察する。図８に示すように、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３には、その表面に、図７、図９に示す他の処理溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３と比較して、顕著に大きい孔径（直径）を有する細孔（空孔）が形成されていることがわかる。なお、図７に示す硫酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３の表面に形成された細孔の孔径は10nm程度、図９に示すクロム酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３の表面に形成された細孔の孔径は20nm程度であるのに対し、図８に示すりん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３の表面に形成された細孔の孔径は40〜60nmであった。したがって、試験１においてりん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３を下地とする場合、クロムめっきの密着性が確保されたのは、細孔の孔径に起因すると推測することができる。
（試験３）
試験３では、図１０に示された図表中の条件で、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）上にクロムめっきを積層した試料（ピストン８）を使用し、陽極酸化処理時間を５分間、１０分間および２０分間と３段階に変化させた場合の基礎データを取得すると共に耐熱衝撃性・耐食性の評価試験を行い、ディスクブレーキ用ピストン８としての成立性を評価する。試験３においてピストン基体１１として使用されたのは、外径が30mmのピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。なお、上記試験における評価は、外観目視の他、外径変化量、断面膜厚および耐熱衝撃性・耐食性の３項目について行われる。
試験３では、図１０に示された図表中の条件で、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）上にクロムめっきを積層した試料（ピストン８）を使用し、陽極酸化処理時間を５分間、１０分間および２０分間と３段階に変化させた場合の基礎データを取得すると共に耐熱衝撃性・耐食性の評価試験を行い、ディスクブレーキ用ピストン８としての成立性を評価する。試験３においてピストン基体１１として使用されたのは、外径が30mmのピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。なお、上記試験における評価は、外観目視の他、外径変化量、断面膜厚および耐熱衝撃性・耐食性の３項目について行われる。
外径変化量は、クロムめっき前後における外径（クロムめっき前の外径は素材の外径）の変化量を、図１１におけるＸ−Ｘ´およびＹ−Ｙ´の２方向について２回づつ測定することで取得する。断面膜厚は、図１１におけるＲ部、中央部および端部の３位置の膜厚を、Ｘ、Ｘ´、ＹおよびＹ´の４箇所について測定することで取得する。耐熱衝撃性・耐食性の評価試験は、300℃を３０分間保持した後に急水冷する熱衝撃試験を５サイクル実施した後、JASO M610による複合サイクル試験を５０サイクル実施した時の、外観の腐食や膨れの有無に基づき評価する。なお、試験３では、クロムめっきされた試料表面に研磨による仕上げ加工が施されており、研磨条件は、バフホイール粒度♯240、回転速度1300 rpm、押付圧力0.5 MPa、研磨時間５秒×５回である。
上記試験後の目視による外観評価では、いずれの試料（ピストン８）についても、外周面に深刻な腐食は見られず、ディスクブレーキ用ピストン８としての性能が確保されていた。また、図１２に示されるピストン８の外径変化量の測定結果および図１３に示される断面膜厚の測定結果により、陽極酸化処理時間が長い試料ほど、クロムめっき後の外径が小さく且つ断面膜厚が大きくなることが判明した。いずれの条件においても、図１０に示される図表にあるように、クロムめっきの処理時間が３０分間で同一であることから、外径変化量および断面膜厚の相違は、陽極酸化処理時間に起因するものと推定することができる。
（試験４）
試験４では、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状とクロムめっきの密着性との因果関係を考察する。なお、陽極酸化処理条件およびクロムめっき処理条件は、図１４に示される図中のとおりである。また、試験４では、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状として、細孔直径（nm）、細孔壁厚（nm）および細孔密度（個/μm2）を観察する（図１５参照）。なお、試験４において試料として使用されたのは、アルミニウム合金により構成される板厚5mmのプレートである（材質：Ａ６０６１）。
試験４では、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状とクロムめっきの密着性との因果関係を考察する。なお、陽極酸化処理条件およびクロムめっき処理条件は、図１４に示される図中のとおりである。また、試験４では、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状として、細孔直径（nm）、細孔壁厚（nm）および細孔密度（個/μm2）を観察する（図１５参照）。なお、試験４において試料として使用されたのは、アルミニウム合金により構成される板厚5mmのプレートである（材質：Ａ６０６１）。
図１６を参照すると、クロムめっきの良好な密着性が得られる浴温２０〜５０℃で処理された陽極酸化皮膜層１３の物理的性状は、膜厚（層の厚さ）が1.0〜10.0μmで、表面に、直径が40nm以上の細孔が30〜100個/μm2の密度で分布している状態を含むことがわかる。なお、りん酸溶液を使用した陽極酸化処理により得られる陽極酸化皮膜層１３の膜厚は、概ね1.0〜10.0μmとなっている。また、クロムめっきの良好な密着性が得られる陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状は、表面の細孔の直径が240nm以下であることを含むことがわかる。さらに、図１６から、クロムめっきの良好な密着性が得られる陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状は、細孔壁厚（細孔間の壁の厚さ）が10〜110nmであることがわかる。ここで、細孔の直径とは、必ずしも細孔が円形状とはならないため、細孔の開口部分の最大長さ寸法について、直径と称している。また、細孔壁厚の寸法については、全体の８０％ぐらいの範囲で10〜110nmであることが望ましくなっている。
（試験５）
試験４の考察から、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層（多孔質層）１３上にクロムめっきを積層する場合、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状とクロムめっきの密着性との間に上述した因果関係があることがわかった。そこで、本願出願人は、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状、すなわち、細孔直径、細孔壁厚、細孔密度ならびに皮膜厚さに応じて、当該陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが変化することから、アドミッタンスが陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状を総合的に捉える指標になるのではないかと考えた。
試験４の考察から、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層（多孔質層）１３上にクロムめっきを積層する場合、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状とクロムめっきの密着性との間に上述した因果関係があることがわかった。そこで、本願出願人は、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状、すなわち、細孔直径、細孔壁厚、細孔密度ならびに皮膜厚さに応じて、当該陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが変化することから、アドミッタンスが陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状を総合的に捉える指標になるのではないかと考えた。
試験５では、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっきを積層した試料（ピストン８）を使用した場合の、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスとクロムめっきの密着性との因果関係を考察する。なお、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスの測定は、JIS H8683-3:1999に準じて実施した。また、試験５では、図１７に示されるように、試料（ピストン８）の非開口部側端面１５にリング状のセル１６をセットするとともに該セル１６の中空部１６ａを電解液（硫酸カリウム水溶液）で満たし、さらに、試料（ピストン８）の開口部側端面１７を研磨により母材（ピストン素材）を露出させておき、図１７におけるＰＱ間のアドミッタンスを周波数１kHzで測定した。ここで、試験５において試料として使用されたのは、外径が30mmのピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。。さらに、陽極酸化処理条件は、図１８に示される図中のとおりである。
図１９は、りん酸濃度と浴温とが異なる場合のアドミッタンスの測定結果を示す表であり、この表を参照し、上記試験４の結果を考慮して検討すると、りん酸溶液による陽極酸化処理によりアルミニウム合金製のピストン基体１１の表面に陽極酸化皮膜層１３を形成し、該陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっき層１４を形成する場合、クロムめっきの良好な密着性が得られる望ましい陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスは、0.89〜2.00mSであることがわかる。本願出願人は、試験５の結果に基づき、りん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層１３を形成する場合のクロムめっきの良好な密着性を得るための望ましい陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを0.9〜2.0mSとした。なお、上記試験５においては、陽極酸化皮膜層１３のみを形成した状態でアドミッタンスを測定したが、陽極酸化皮膜層１３の表面にクロムめっき層１４を積層した状態においては、クロムめっき層１４はピストン８の内周面側には殆ど積層されないため、非開口部側端面１５に代えてピストン８の内周面側でアドミッタンスの測定を行なうようにしても良い。
（試験６）
試験６では、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）上にクロムめっきを積層した試料（ピストン８）の表面を仕上げ加工し、仕上げ面の物理的性状による耐熱衝撃性・耐食性を評価した。試験６において試料のピストン基体１１として使用されたのは、外径が30mmのピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。なお、陽極酸化処理条件およびクロムめっき条件は、図２０に示される図表のとおりである。また、試料（ピストン８）の表面（クロムめっき層１４）の仕上げ条件は、図２１に示される図表中のとおりであり、センタレス式研削機により試料（ピストン８）の外径寸法を調整した後、研磨（バフ仕上げ）により表面を仕上げた。
試験６では、りん酸溶液による陽極酸化処理により得られた陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）上にクロムめっきを積層した試料（ピストン８）の表面を仕上げ加工し、仕上げ面の物理的性状による耐熱衝撃性・耐食性を評価した。試験６において試料のピストン基体１１として使用されたのは、外径が30mmのピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。なお、陽極酸化処理条件およびクロムめっき条件は、図２０に示される図表のとおりである。また、試料（ピストン８）の表面（クロムめっき層１４）の仕上げ条件は、図２１に示される図表中のとおりであり、センタレス式研削機により試料（ピストン８）の外径寸法を調整した後、研磨（バフ仕上げ）により表面を仕上げた。
図２１を参照すると、試験６の試料は、外観および表面粗さから、仕上げ後の表面は、仕上げ前の表面に対して平滑であることがわかる。また、仕上げ後の表面の残留応力は、Ｘ線応力測定法で測定した結果、仕上げ前の表面の残留応力127MPa（引張り応力）から−689MPaの圧縮応力へ変化している。その結果、表面のクロムめっき層１４を上記条件により仕上げ加工した試験６の試料においては、300℃を３０分間保持した後に急水冷する熱衝撃試験を５サイクル実施した場合であっても、外観上に膨れや剥離が認められず、密着性が良好であった。さらに、JASO M610による複合サイクル試験を５０サイクル実施して耐食性を評価した結果、１０サイクル後の腐食面積率がレイティングNo.9以上であり、耐食性も良好であった。なお、ここで示される残留応力の測定は、日本非破壊検査協会編「非破壊検査」第３７巻第８号６３６〜６４２頁に記載される「Ｘ線応力測定法」に基づき実施している。この他に残留応力は、歪ゲージ法、Ｘ線回折法あるいはバルクハウゼン法等により測定することもできる。
（試験７）
試験７では、試験６の比較例として、試料（ピストン８）の表面（クロムめっき層１４）の仕上げ条件が異なる場合について耐熱衝撃性・耐食性を評価する。具体的には、試験６においては、センタレス式研削機により試料（ピストン８）の外径を調整した後、研磨（バフ仕上げ）により表面を仕上げたが、試験７では、センタレス式研削機による外径調整を行わず、研磨のみを実施して表面を仕上げたものを評価した。なお、試料表面の仕上げ条件は、図２２に示される図表中のとおりであり、他の諸条件（陽極酸化処理条件、クロムめっき条件等）は、比較のために上記試験６と同一であり、図２０に示される図表のとおりである。
試験７では、試験６の比較例として、試料（ピストン８）の表面（クロムめっき層１４）の仕上げ条件が異なる場合について耐熱衝撃性・耐食性を評価する。具体的には、試験６においては、センタレス式研削機により試料（ピストン８）の外径を調整した後、研磨（バフ仕上げ）により表面を仕上げたが、試験７では、センタレス式研削機による外径調整を行わず、研磨のみを実施して表面を仕上げたものを評価した。なお、試料表面の仕上げ条件は、図２２に示される図表中のとおりであり、他の諸条件（陽極酸化処理条件、クロムめっき条件等）は、比較のために上記試験６と同一であり、図２０に示される図表のとおりである。
図２２を参照すると、研削機による研削を実施していない場合、すなわち、外径の調整を行っていない場合、試験７の比較試料は、外観および表面粗さから、表面の凹凸が十分に平滑になっておらず、試験６の試料の表面粗さと比較して粗くなっていることがわかる。また、仕上げ後の表面（クロムめっき層１４）の残留応力は、−361MPaであり、試験６における試料表面の残留応力が−689MPaであるのに対して圧縮応力が減少する結果となった。そこで、熱衝撃試験（300℃を３０分間保持した後に急水冷するを５サイクル）を実施した後、JASO M610による複合サイクル試験を５０サイクル実施した結果、１０サイクル後の腐食面積率がレイティングNo.8以下であり、耐食性に問題有りの結果となった。これは、試験７の比較試料は、表面の凹凸が十分に平滑になっていないため、クロムめっき後の表面の凹部に存在するチャンネルクラックを介して、下地のアルミニウム合金が腐食するためと推測することができる。
本願出願人は、試験６および７の試験結果に基づいて、アルミニウム合金製のピストン基体１１の表面にりん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層１３（多孔質層）を形成し、該陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっき層１４を形成する場合における、耐熱衝撃性・耐食性を確保するための条件を、仕上げ加工（研削または研磨）後の表面の残留応力が−500MPa以下（より圧縮応力が大きくなる方向）が望ましいものとした。これに加え、表面粗さをＪＩＳ Ｂ ０６５１−２００１に示される触針式表面粗さ測定器で測定して、0.06〜0.34μmRa、望ましくは、0.07〜0.30μmRaとした。ここで、ピストン８外周面の表面粗さが、0.05μmRa以下である場合には、ブレーキ解除時にピストンシール７対するピストン８のすべりが生じて、ディスクロータ２からブレーキパッド３，４が離間しきらずに、いわゆるブレーキパッドの引き摺りが過大となってしまい、車両の燃費に悪影響を与えてしまうことになる。また、ピストン１１外周面の表面粗さが、0.35μmRa以上である場合には、ブレーキ解除時のピストンシール７によるピストン８のロールバック量が過大になることから、次回のブレーキ作動時の液量が大きくなってしまい、ブレーキ操作フィーリングに悪影響を与えてしまうことになる。なお、上記残留応力は、必ずしも−500MPa以下となるようにしなくてもよく、ディスクブレーキのピストンとしての耐熱衝撃および耐食性を許容できる範囲となれば、クロムめっき層に少なくとも圧縮応力が作用している状態となっていればよい。
図２３に基づいて、カップ形状のピストン基体１１を表面処理する手順を説明する。なお、ピストン基体１１として使用されたのは、ピストン素材（材質：Ａ６０６１）である。まず、脱脂処理工程においてピストン基体１１の表面を脱脂処理する。次に、水洗・乾燥工程において、脱脂処理が完了したピストン基体１１を、水洗する。次に、陽極酸化処理工程では、りん酸溶液による陽極酸化処理によりピストン基体１１の表面全体に陽極酸化皮膜層１３を形成する。当該陽極酸化処理工程における陽極酸化処理条件は、図２０に示される図表のとおりである。
この条件で陽極酸化処理することで、陽極酸化皮膜層１３は、膜厚（層の厚さ）が1.0〜10.0μm、細孔直径が40〜240nm、細孔壁厚（細孔間の壁の厚さ）が10〜110nm、細孔密度が30〜100個/μm2、アドミッタンスが0.9〜2.0mSの物理的性状を得ることができる。このような物理的性状を有する陽極酸化皮膜層１３が表面に形成されたピストン基体１１は、後述するクロムめっき処理工程において、クロムめっきの良好な密着性を得ることができる。なお、陽極酸化処理が完了したピストン基体１１は、水洗工程において水洗する。
次に、クロムめっき処理工程では、陽極酸化皮膜層１３が形成されたピストン基体１１の表面にクロムめっき層１４が積層される。なお、当該クロムめっき処理工程におけるクロムめっき処理条件は、図２０に示される図表のとおりである。また、図２に示されるように、クロムめっき層１４は、ピストン８の外観部分のみに形成される。クロムめっき処理が完了したピストン基体１１は、水洗・乾燥工程において、水洗した後、乾燥される。陽極酸化皮膜層１３にクロムめっき層１４が積層されたピストン８は、仕上げ工程において、外周部分（ピストンシール７と摺動する部分）が仕上げ加工される。
仕上げ工程では、まず、センタレス式研削機によりピストン８の外径を調整した後、研磨（バフ仕上げ）により表面が仕上げられる。なお、ピストン８の表面の仕上げ条件は、図２１に示される図表中のとおりである。上記仕上げ工程により、ピストン８の外周を形成するクロムめっき層１４は、チャンネルクラックが閉塞されると共に表面の微細な凹凸が除去される。また、このような工程を経ることで、外周を形成するクロムめっき層１４の残留応力が−500MPa以下、且つ表面粗さが0.07〜0.30μmRaのピストン８を得ることができ、このようなピストン８は、ディスクブレーキ用ピストン８として耐熱衝撃性・耐食性を確保することができる。
この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、アルミニウム合金製のピストン基体１１の表面にりん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層１３を形成し、さらに、該陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっき層１４を形成するに際して、陽極酸化処理により得られる陽極酸化皮膜層１３の物理的性状を、膜厚（層の厚さ）が1.0〜10.0μm、細孔直径が40〜240nm、細孔壁厚（細孔間の壁の厚さ）が10〜110nm、細孔密度が30〜100個/μm2、アドミッタンスが0.9〜2.0mSとなるように陽極酸化処理条件を設定することにより、クロムめっき処理工程において、クロムめっきの良好な密着性を得ることができる。
本実施形態によれば、アルミニウム合金製のピストン基体１１の表面にりん酸溶液による陽極酸化処理により陽極酸化皮膜層１３を形成し、さらに、該陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっき層１４を形成するに際して、陽極酸化処理により得られる陽極酸化皮膜層１３の物理的性状を、膜厚（層の厚さ）が1.0〜10.0μm、細孔直径が40〜240nm、細孔壁厚（細孔間の壁の厚さ）が10〜110nm、細孔密度が30〜100個/μm2、アドミッタンスが0.9〜2.0mSとなるように陽極酸化処理条件を設定することにより、クロムめっき処理工程において、クロムめっきの良好な密着性を得ることができる。
また、本実施形態によれば、クロムめっき処理により陽極酸化皮膜層１３上にクロムめっき層１４を形成した後、外周を形成するクロムめっき層１４の残留応力が−500MPa以下、且つ表面粗さが0.07〜0.30μmRaとなるようにピストン８の外周を研削および研磨により仕上げたことにより、クロムめっき層１４の密着性が確保され、ディスクブレーキに使用するに向けて耐熱衝撃性・耐食性が良好なピストン８を提供することができる。また、従来、クロムめっき層の密着性を確保するため、クロムめっき層の下地として鉄めっき層が必要であったことから、亜鉛置換処理の工程が必須であり、これにより工程が煩雑化すると共にピストン８の製造コストが増大されていたが、本実施形態では、当該亜鉛置換処理の工程が不要であり、工程の煩雑化および製造コストの増大を抑制することができる。
なお、上記実施形態においては、摺動部材の一例としてディスクブレーキのピストンを挙げて説明をしたが、シリンダ内を摺動するアルミニウム合金基体の摺動部材であれば、例えば、マスタシリンダのピストン、油圧緩衝器のピストンロッド、あるいはブレーキシステム内の制御弁機構の弁体等、種々な摺動部材に適用することができる。
上記実施形態によれば、ブレーキパッドをディスクロータに押し付けるピストンと、該ピストンがピストンシールを介して摺動可能に設けられて液圧により前記ピストンを推進するキャリパと、を有するディスクブレーキであって、前記ピストンは、アルミニウム合金により構成されるピストン基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されるようになっている。このように構成することで、ディスクブレーキの製造工程の増大を抑制することができる。また、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、膜厚が1.0〜10.0μmであり、陽極酸化処理により生成される直径が40nm以上の細孔が30〜100個/μm2の密度で表面に分布するようになっている。このように構成することで、ピストン基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、前記細孔の直径が240nm以下となるようにしている。このように構成することで、ピストン基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、前記細孔間の間隔が10〜110μmとなるようにしている。このように構成することで、ピストン基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、アドミッタンス値が0.9〜2.0mSとなるようにしている。このように構成することで、ピストン基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。また、製造時の陽極酸化皮膜層のアドミッタンス値を計測することで、容易な検査でピストンの品質を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記ピストンは、外周面を構成する前記クロムめっき層が研磨され、該クロムめっき層の研磨後の前記残留応力が−500MPa以下となるようにしている。このように構成することで、ディスクブレーキのピストンの耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。なお、上記残留応力は、必ずしも−500MPa以下となるようにしなくてもよく、ディスクブレーキのピストンとしての耐熱衝撃および耐食性を許容できる範囲となれば、クロムめっき層に少なくとも圧縮応力が作用している状態となっていればよい。
上記実施形態によれば、前記ピストンは、外周面を構成する前記クロムめっき層が研磨され、該クロムめっき層の研磨後の表面粗さが0.07〜0.30μmRaとなるようにしている。このように構成することで、車両の燃費やブレーキ操作フィーリングに悪影響を及ぼすことを抑制できる。
上記実施形態によれば、シリンダ内を摺動する摺動部材であって、アルミニウム合金により構成される基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成される。このように構成することで、摺動部材の製造工程の増大を抑制することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、膜厚が1.0〜10.0μmであり、陽極酸化処理により生成される直径が40nm以上の細孔が30〜100個/μm2の密度で表面に分布するようになっている。このように構成することで、摺動部材基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、摺動部材の耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。
上記実施形態によれば、前記陽極酸化皮膜層は、アドミッタンス値が0.9〜2.0mSとなるようにしている。このように構成することで、摺動部材基体に対するクロムめっき層の密着性を良好なものとし、摺動部材の耐熱衝撃および耐食性を確保することができる。また、製造時の陽極酸化皮膜層のアドミッタンス値を計測することで、容易な検査で摺動部材の品質を確保することができる。
１ シリンダ（キャリパ）、２ ディスクロータ、３，４ ブレーキパッド、７ ピストンシール、８ ピストン（摺動部材）
Claims (10)
- ブレーキパッドをディスクロータに押し付けるピストンと、該ピストンがピストンシールを介して摺動可能に設けられて液圧により前記ピストンを推進するキャリパと、を有するディスクブレーキであって、
前記ピストンは、アルミニウム合金により構成されるピストン基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されることを特徴とするディスクブレーキ。 - 前記陽極酸化皮膜層は、膜厚が1.0〜10.0μmであり、陽極酸化処理により生成される直径が40nm以上の細孔が30〜100個/μm2の密度で表面に分布することを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ。
- 前記陽極酸化皮膜層は、前記細孔の直径が240nm以下であることを特徴とする請求項２に記載のディスクブレーキ。
- 前記陽極酸化皮膜層は、前記細孔間の間隔が10〜110μmであることを特徴とする請求項２または３に記載のディスクブレーキ。
- 前記陽極酸化皮膜層は、アドミッタンス値が0.9〜2.0mSであることを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ。
- 前記ピストンは、外周面を構成する前記クロムめっき層が研磨され、該クロムめっき層の研磨後の前記残留応力が−500MPa以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディスクブレーキ。
- 前記ピストンは、外周面を構成する前記クロムめっき層が研磨され、該クロムめっき層の研磨後の表面粗さが0.07〜0.30μmRaであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のディスクブレーキ。
- シリンダ内を摺動する摺動部材であって、アルミニウム合金により構成される基体の表面に、陽極酸化処理により形成された陽極酸化皮膜層と、該陽極酸化皮膜層の表面に直接形成されたクロムめっき層と、を積層して構成されることを特徴とする摺動部材。
- 前記陽極酸化皮膜層は、膜厚が1.0〜10.0μmであり、陽極酸化処理により生成される直径が40nm以上の細孔が30〜100個/μm2の密度で表面に分布することを特徴とする請求項８に記載の摺動部材。
- 前記陽極酸化皮膜層は、アドミッタンス値が0.9〜2.0mSであることを特徴とする請求項８に記載の摺動部材。
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