JP2011214632A - ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】鉄やアルミニウムからなる基体の表面に施したクロムめっきの耐食性を確保するための製造効率を向上させる。
【解決手段】アルミニウム合金製のピストン基体の表面に陽極酸化皮膜層を形成し、該陽極酸化皮膜層上にクロムめっき層を形成した後、硝酸溶液に浸漬する、不動態化処理によりピストンの開口側端面のクロムめっき層の表面およびマイクロクラックの内部に不動態皮膜を形成する。これにより、研磨によりマイクロクラックを閉塞させることが困難であったピストンの開口側端面におけるクロムめっき層の耐食性を確保した上で、製造効率を向上させることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、車両の制動を行なうディスクブレーキに関する。

ディスクブレーキに用いられるピストンは基体として鉄やアルミニウムが用いられており、この基体の表面に摺動性を向上させるためにクロムめっきを施すものがある。この表面に施されるクロムめっきは、めっきを行っただけでは、マイクロクラックと呼ばれる微細なひび割れが生じており、表面に水分が付着した場合には、マイクロクラックからピストン基体に水分が達してしまいピストン基材に錆が生じてしまうことがあり、クロムめっきの耐食性を向上させる処理が必要となっている。

クロムめっきの耐食性を向上させる処理の一例として、クロムめっき層のマイクロクラック内に樹脂を含浸させる手法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−７０７８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたクロムめっき層のマイクロクラック内部に樹脂を充填させる手法は、表面の後処理工程が多段にわたるため、製造工程が煩雑化してしまう。本発明の目的は、鉄やアルミニウムからなる基体の表面に施したクロムめっきの耐食性を確保するための製造効率を向上させることにある。

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、ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンと、該ピストンがピストンシールを介して摺動可能に内装され、外部から供給される液圧により前記ピストンを推進するシリンダと、を有するディスクブレーキにおいて、前記ピストンは、鉄またはアルミニウム合金製のピストン基体からなり、少なくとも前記ブレーキパッドとの当接面にクロムめっき層を被覆し、前記クロムめっき層を被覆後、クロムを溶解しない酸化剤に浸漬させて、前記クロムめっき層表面および前記クロムめっき層に生成されたマイクロクラック内部に不動態皮膜を形成することを特徴とする。

本発明によれば、鉄やアルミニウムからなる基体の表面に施したクロムめっきの耐食性を確保するための製造効率を向上させることができる。

本実施形態のディスクブレーキの外観を示す外観図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 耐食性試験方法を説明するための概略図である。 本実施形態の説明図であって、（Ａ）は未処理の試料１０の表面、（Ｂ）は濃硝酸溶液により不動態化処理を施した試料９の表面、（Ｃ）は熱的負荷を与えた試料１〜８の表面をそれぞれ模式的に示した図である。 各試料１〜１０の後処理後の耐食性評価結果を示す図表である。 各試料１〜１０の開口側端面のクロムめっき層表面の光学顕微鏡の画像である。 実施例１における表面処理工程の説明図である。

図１および図２は、本発明を適用した場合に好適なディスクブレーキで、対向型キャリパのディスクブレーキの全体構造を示す。こ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の軸方向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に図示しない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により、車両の非回転部に固定されるように構成されている。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１１，１１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１２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構成されている。

キャリパ本体５には、ディスクロータ２を挟んで一対のシリンダ部５ｃ，５ｄが設けられている。このシリンダ部５ｃ，５ｄにはそれぞれディスクロータ２の周方向に沿って並んで設けられる有底のボア６，６が形成されている。キャリパ１は、キャリパ本体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とを有する。このピストン８，８は、アルミニウム合金製または鉄製のピストン基体９を有している。なお、図１および図２に示すキャリパ１は、ボア６およびピストン８を合計４個有する対向４ポッド形式である。ちなみに、以下に示すピストン８は、この対向型のディスクブレーキ以外にもフローティング式のディスクブレーキにも適用することができる。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、断面が長方形をなしている。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１３，１３が設けられている。

ピストン８，８は、環形状の開口側端面８ａ，８ａ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。キャリパ本体５のボア６，６の底面とピストン８，８の非開口側端面８ｂ，８ｂ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シリンダ部５ｃ，５ｄの外部である図示せぬマスタシリンダから液圧室１０，１０にブレーキ液圧が供給されると、ピストン８，８が推進されてブレーキパッド３，４がディスクロータ２の両面に押し付けられる。これにより、ディスクロータ２が一対のブレーキパッド３，４により挟圧されて車両に制動力が発生する構造になっている。

ここで、ディスクブレーキのピストン８は、ゴム製のピストンシール７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とともに、ブレーキパッド３，４の摩耗に応じてピストンシール７によって締め付けられる部位が移動するように構成されている。このため、ピストン８の外周側表面は、ピストンシール７に対して、適度に密着し、かつ適度に滑る特性が要求され、この特性を満足させるため、ピストン８の外表面にはクロムめっきが施されるようになっている。

しかしながら、ピストン基体９の外表面をクロムめっき層１４（図４参照）で被覆した場合、該クロムめっき層１４の表面にはマイクロクラック１５（図４参照）が存在し、該マイクロクラック１５がピストン８の腐食の起点になり、クロムめっき全体が剥離するおそれがある。したがって、ディスクブレーキ用ピストン８としての性能を満足させるためには、マイクロクラック１５を閉塞し、ピストン基体９を大気に対して隔離させる必要がある。そこで、本願出願人は、仕上工程において、ピストンシール７が接触するピストン８の外周面についてはバフ研磨を行なうことで、マイクロクラック１５をにより閉塞させている。

ここで、ピストン８の開口側端面８ａは、ブレーキパッド３，４の裏板３ａ，４ａ（図２参照）との接触面となっている。ブレーキパッド３，４には、裏板３ａ，４ａに形成した銅めっき層をろう材として裏板３ａ，４ａとライニング３ｂ，４ｂ（焼結パッド）とを熱接合させて製造されるものが実用化されている。このようなディスクブレーキでは、裏板３ａ，４ａの背面、すなわちピストン８の開口側端面８ａとの接触面も、銅めっき層により被覆されている。また、上記ディスクブレーキでは、ピストン８の開口側端面８ａのクロムめっき層１４と裏板３ａ，４ａの銅めっき層とが接触することから、クロムめっき層１４と銅めっき層との間の電位差に起因して、クロムめっき層１４が異種金属接触腐食を起こすおそれがある。

このような異種金属接触腐食の懸念があるピストン８の開口側端面８ａは、研磨が困難であることから、従来、クロムめっき層１４の厚さを他の部分よりも厚くしてピストン８の開口側端面８ａのクロムめっき層１４の耐食性を確保していたが、クロムめっき層１４の生成に要する時間が増大し、生産性の確保が困難であった。さらに、ピストン８の開口側端面８ａの角部でクロムめっき層１４の厚さが極度に厚くなるため、制動時に当該角部に応力が集中し、クロムめっき層１４が欠けてしまうこともある。

そこで、本願出願人は、製造工程を簡素にし、かつ、ピストン８の開口側端面８ａの耐食性を確保して、ディスクブレーキ用ピストンとして要求される性能を満足させるべく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９（図４参照）の全表面に陽極酸化皮膜層を形成した後、該ピストン基体９の少なくとも開口側端面（ピストン８の開口側端面８ａ）にクロムめっき層１４を積層し、さらに、ピストン８を濃硝酸溶液に浸漬して、クロムめっき層１４の表面および該表面に開口するマイクロクラック１４の内部まで不動態皮膜１６（図４参照）を形成することにより、耐食性を確保したディスクブレーキ用ピストンが得られるという結論に至った。以下、本願出願人が実施した試験の内容およびその結果を説明する。

ここで、試料として使用されたピストン基体９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。使用される各試料１〜１０には、〔表１〕の処理条件で陽極酸化処理およびクロムめっき処理が施される。また、クロムめっき処理後の各試料１〜１０は、〔表２〕の条件で後処理が施される。〔表２〕の処理を簡単に説明すると、比較例としての試料１〜５は、指定された温度まで昇温させた後、指定された時間だけ放置したものである（熱処理）。また、比較例としての試料６〜８は、指定された条件で熱処理後に急水冷するサイクルを５サイクル繰り返したものである（熱衝撃処理）。さらに、実施例としての試料９は、濃硝酸溶液に常温で所定時間（本実施例においては２４時間）、浸漬したものである（不動態化処理）。なお、比較例としての試料１０は、クロムめっき処理後の後処理を実施していないものである。

図３に、各試料１〜１０について実施される耐食性試験の概略図を示す。この図に示されるように、耐食性試験は、試料１〜１０（ピストン８）の開口側端面８ａをブレーキパッド３，４の裏板３ａ，４ａに見立てた銅板１７に接触させた状態で静置し、複合サイクル試験（ＪＡＳＯ Ｍ６０９）を１０サイクル実施することで行った。なお、耐食性の評価は、後処理を実施していない試料１０（以下、未処理の試料１０という）の開口側端面８ａの腐食の程度を基準とし、後処理を実施した各試料１〜９の開口側端面８ａと比較することにより行った。

図５の図表中の耐食性評価（外観評価）の結果を参照すると、試料９のみが、試料１０と比較して、開口側端面８ａの腐食の程度が低く、耐食性が向上したことが理解できる。これに対して、比較例である試料１〜８については、いずれの場合も試料１０と比較して開口側端面８ａの腐食の程度が高く、ディスクブレーキ用ピストン８として要求される性能（耐食性）を満足していない。

さらに、図６の図表中に示されるのは、各試料１〜１０の開口側端面８ａにおけるクロムめっき層１４の表面の光学顕微鏡の画像である。この図を参照すると、熱的負荷を与えた試料１〜８においては、熱的処理を施していない試料９ならびに試料１０と比較して、クロムめっき層１４の表面のクラック１５が顕著であることがわかる。これは、熱的負荷を与えた試料１〜８は、熱的負荷によるクロムめっき層１４の収縮やピストン素材であるアルミニウム合金の熱膨張にクロムめっき層１４が追従することができないことに起因して、クロムめっき層１４に多くのマイクロクラック１５が発生し、母材であるピストン基体９にまで達したマイクロクラック１５を介して、アルミニウムと銅板１７との間で異種金属接触腐食が進行したものと推測することができる。

図４は、（Ａ）未処理の試料１０の表面、（Ｂ）濃硝酸溶液により不動態化処理を施した試料９の表面、（Ｃ）熱的負荷を与えた試料１〜８の表面をそれぞれ模式的に示したものである。なお、図４においては陽極酸化皮膜層の図示を省略する。試料１０においては、クロムめっき層１４の表面にのみ極薄の不動態皮膜１６が形成されている。試料１０におけるクロムめっき層１４のマイクロクラック１５の内部に不動態皮膜１６が形成されていないのは、マイクロクラック１５の内部が酸化力を有する環境にないため、マイクロクラック１５の内部にまで不動態皮膜１６を生成することができないためであると考えられる。したがって、試料１０の場合、まず、マイクロクラック１５の内部の腐食（孔食）が始まり、母材（ピストン基体９）のアルミニウムにまで進行した後、より電気化学的に卑なアルミニウムの腐食が始まるものと推測される。

一方、実施例である試料９においては、酸化剤（硝酸）の作用により不動態皮膜１６の厚さが増すのに加え、マイクロクラック１５の内部にも不動態皮膜１６が形成されている。これは、酸化剤がマイクロクラック１５の内部にまで入り込み、マイクロクラック１５の内部が酸化力を有する環境になったことにより、マイクロクラック１５の内部にも不動態皮膜１６が生成されるためであると考えられる。したがって、試料９の場合、クロムめっき層１４の表面とマイクロクラック１５の内部との間の電位差が非常に小さくなり、腐食の進行が抑制されたものと推測される。

また、比較例である試料１〜８においては、熱履歴によりクロムめっき層１４のマイクロクラック１５の内部に不動態皮膜１６を生成することができるが、他方で、母材（アルミニウム基体１１）にまで達するマイクロクラック１５が発生し、前述したように、マイクロクラック１５を介して、アルミニウムと銅板１７との間で異種金属接触腐食が進行したものと推測することができる。なお、不動態皮膜１６は、熱履歴により生成が促進される反面、温度上昇、ハロゲンイオンの存在あるいはphの低下等により破壊され易くなる性状を持つ。

本願出願人は、上記試験結果に基づき、アルミニウム合金製のピストン基体９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、該陽極酸化皮膜層上にクロムめっき層１４を積層する場合において、ピストン８の開口側端面８ａのクロムめっき層１４の耐食性を向上させるための条件を、クロムめっき処理後、濃硝酸溶液に浸漬することにより、クロムめっき層１４の表面およびマイクロクラック１５の内部に不動態皮膜１６を形成することとした。

図７に基づいて、カップ形状のピストン基体９（図４参照）を表面処理する手順を説明する。なお、ピストン基体９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９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９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９の表面全体に陽極酸化皮膜層（図示省略）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、電解液が濃度５０〜２００ｇ／ｌのりん酸溶液、電流密度が３Ａ／ｄｍ²、電解時間が５分間、浴温が１０〜６０℃である。この条件で陽極酸化処理することで、後述するクロムめっき処理工程で、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９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、陽極酸化皮膜層が形成されたピストン基体９の表面にクロムめっき層１４（図４参照）を積層する。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、めっき液が有機スルフォン酸浴、浴温が６０℃、電流密度が４０Ａ／ｄｍ²、処理時間が６０分間である。また、クロムめっき層１４は、ピストン８の外観部分（開口側端面８ａを含む）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９（以下、ピストン８という）は、水洗工程において水洗されると、次に、不動態化処理工程で、濃硝酸溶液（酸化剤）に浸漬されることにより、開口側端面８ａに不動態化処理が施される。不動態化処理が完了したピストン８（図３参照）は、水洗・乾燥工程において、水洗して乾燥された後、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の外周面を研削してピストン８の外径寸法を調整した後、さらにピストン８の外周面を研磨（バフ仕上げ）することにより表面が仕上げられる。この仕上げ工程により、ピストン８の外周を形成するクロムめっき層１４は、マイクロクラック１５が閉塞されると共に表面の微細な凹凸が除去される。

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９の表面に陽極酸化皮膜層を形成し、該陽極酸化皮膜層上にクロムめっき層１４を形成した後、濃硝酸溶液による不動態化処理によりピストン８の開口側端面８ａのクロムめっき層１４の表面およびマイクロクラック１５の内部に不動態皮膜１６を形成したので、研磨によりマイクロクラック１５を閉塞させることが困難であったピストン８の開口側端面８ａにおけるクロムめっき層１４の耐食性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、不動態化処理の酸化剤として硝酸溶液を採用したので、酸化剤がクロムめっき層１４のクロムならびに母材であるアルミニウム合金を溶解してしまうことがない。
さらに、本実施形態は、クロムめっき処理工程の後に不動態化処理工程を追加するだけで実施することができるので、マイクロクラック１５の内部に樹脂を充填させる、工程が多段にわたる従来技術と比較して、工程の増加が最小限で済むことから、工程の煩雑化および製造コストの増大を抑制し、生産性を向上させることができる。

２ ディスクロータ、３，４ ブレーキパッド、５ キャリパ本体、５ｃ，５ｄ シリンダ部（シリンダ）７ ピストンシール、９ ピストン基体、１４ クロムめっき層、１５ マイクロクラック、１６ 不動態皮膜

Claims (2)

1. ブレーキパッドをディスクロータに押圧するピストンと、該ピストンがピストンシールを介して摺動可能に内装され、外部から供給される液圧により前記ピストンを推進するシリンダと、を有するディスクブレーキにおいて、
   前記ピストンは、鉄またはアルミニウム合金製のピストン基体からなり、少なくとも前記ブレーキパッドとの当接面にクロムめっき層を被覆し、前記クロムめっき層を被覆後、クロムを溶解しない酸化剤に浸漬させて、前記クロムめっき層表面および前記クロムめっき層に生成されたマイクロクラック内部に不動態皮膜を形成することを特徴とするディスクブレーキ。
2. 前記酸化剤は、硝酸溶液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。