JP2013204778A

JP2013204778A - ディスクブレーキの製造方法

Info

Publication number: JP2013204778A
Application number: JP2012077067A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Komata; 靖久小俣; Takahiro Tokunaga; 隆裕徳永
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】ディスクブレーキの軽量化が可能なその製造方法の提供。
【解決手段】ボアの底部となる部位に開口部が形成されるようにキャリパボディ本体を鋳造する工程Ｓ１と、鋳造したキャリパボディ本体を溶体化処理する工程Ｓ２と、溶体化処理後のキャリパボディ本体を時効処理する工程Ｓ２と、時効処理したキャリパボディ本体のボア内部を切削加工する工程Ｓ３と、切削加工後のキャリパボディ本体の開口部に蓋部材を嵌合し、蓋部材とキャリパボディ本体とを摩擦攪拌接合により一体に接合することでボアの底部を形成する工程Ｓ４と、蓋部材が接合されたキャリパボディ本体を時効処理する工程Ｓ５とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディスクブレーキの製造方法に関する。

蓋部材を摩擦攪拌接合により接合してキャリパのボアの底部を形成するディスクブレーキがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８１４２９号公報

上記のように蓋部材を摩擦攪拌接合により接合してキャリパのボアの底部を形成する場合、この底部の強度を確保するためには蓋部材を含めた底部の厚みを厚くする必要があり、キャリパの重量が増加してしまう。

したがって、本発明は、ディスクブレーキの軽量化が可能となるディスクブレーキの製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ボアの底部となる部位に開口部が形成されるようにキャリパボディ本体を鋳造する工程と、該鋳造したキャリパボディ本体を溶体化処理する工程と、該溶体化処理後のキャリパボディ本体を時効処理する工程と、該時効処理したキャリパボディ本体のボア内部を切削加工する工程と、該切削加工後のキャリパボディ本体の開口部に蓋部材を嵌合し、該蓋部材と前記キャリパボディ本体とを摩擦攪拌接合により一体に接合することでボアの底部を形成する工程と、前記蓋部材が接合された前記キャリパボディ本体を時効処理する工程と、を有する。

本発明によれば、ディスクブレーキの軽量化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る製造方法で製造されるディスクブレーキを示す断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法の製造途中でのキャリパボディ本体を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法の製造途中での蓋部材を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る製造方法を示す工程図である。本発明の一実施形態に係る製造方法で用いられる接合工具を示す側面図である。

本発明の一実施形態に係るディスクブレーキの製造方法を図面を参照して以下に説明する。

まず、図１を参照して本実施形態に係る製造方法で製造されるディスクブレーキ１０を説明する。このディスクブレーキ１０は、四輪自動車の制動用のディスクブレーキであって、図示略のキャリアと、一対のブレーキパッド１２，１２と、キャリパ１３とを備えている。図示略のキャリアは、制動対象となる図示略の車輪とともに回転するディスク１５の外径側を跨ぐように配置されて車両の非回転部に固定される。一対のブレーキパッド１２，１２は、ディスク１５の両面に対向配置された状態でディスク１５の軸線方向に移動可能となるようにキャリアに支持される。キャリパ１３は、ディスク１５の外径側を跨いだ状態でディスク１５の軸線方向に移動可能となるようにキャリアに支持されてブレーキパッド１２，１２をディスク１５に押圧することによりディスク１５に摩擦抵抗を付与する。なお、以下においては、ディスク１５の軸線方向をディスク軸線方向と称し、ディスク１５の半径方向をディスク半径方向と称する。

キャリパ１３は、ディスク１５を跨いだ状態でキャリアにディスク軸線方向に移動可能に支持されるキャリパボディ１９と、キャリパボディ１９に摺動可能に保持されてディスク１５の一面側に対向するように配置されるピストン２０とを有している。

キャリパボディ１９は、シリンダ部２５と、ブリッジ部２６と、爪部２７とを有して一体的に構成されている。シリンダ部２５は、ディスク１５の一方の面側に対向配置されている。ブリッジ部２６は、ディスク１５を跨ぐためにシリンダ部２５のディスク半径方向外方からディスク軸線方向へ延びて形成されている。爪部２７は、ブリッジ部２６の先端側からディスク半径方向内方に延出してディスク１５の他方の面側に対向するように形成されている。つまり、キャリパ１３は、そのキャリパボディ１９が、ディスク１５の一方の面側にシリンダ部２５が設けられ、ディスク１５の他方の面側に爪部２７が設けられ、爪部２７とシリンダ部２５とを接続するブリッジ部２６がディスク１５を跨いで設けられるフィスト型となっている。

シリンダ部２５は、ディスク１５側に開口するようにディスク軸線方向に沿うボア３０が内部に形成された有底筒状をなしており、ピストン２０が、シリンダ部２５の開口側の開口端面３１からその一部が突出するようにボア３０内に配置されている。そして、キャリパ１３は、図示せぬマスタシリンダまたは液圧制御ユニットからボア３０内に導入されるブレーキ液によりピストン２０をディスク１５側に前進させ、ブレーキ液の液圧が付加されたピストン２０で一方側のブレーキパッド１２を押圧してディスク１５に接触させる。つまり、キャリパボディ１９にはピストン２０が開口から進退するボア３０が内部に形成されている。そして、上記ピストン２０の押圧反力で、キャリパ１３は、図示略のキャリアに対して摺動してシリンダ部２５をディスク１５から離す方向に移動して、爪部２７のシリンダ部２５に対向する内側面３２で他方側のブレーキパッド１２を押圧してディスク１５に接触させる。このようにして、ピストン２０と爪部２７とで両側のブレーキパッド１２，１２を挟持してディスク１５に押圧して摩擦抵抗を発生させ、制動力を発生させる。

シリンダ部２５のボア３０の底部３３には、ボア３０内に突出する凸部３４が形成されている。この凸部３４の周囲は、ボア３０の中で最も深さが深い円環状の底面３５となっており、この底面３５は、ボア３０の中心線に対して直交する平面からなっている。

ボア３０は、ピストン２０を摺動可能に嵌合させる一定径の嵌合内径部３８と、嵌合内径部３８よりも底部３３側であってボア３０の最も底部３３側にある、嵌合内径部３８よりも大径の大径内径部３９とを有している。また、嵌合内径部３８の軸線方向における中間位置には、嵌合内径部３８よりも大径で図示略のピストンシールを保持するための円環状のシール周溝４１が形成されている。さらに、嵌合内径部３８の軸線方向における最も底部３３とは反対側には、ピストン２０との間に介装される図示略のブーツの一端側を嵌合保持するための円環状のブーツ周溝４２およびこのブーツを収容するための収容段差部４３が形成されている。

ピストン２０は、略円筒状の円筒状部４６と、円筒状部４６の軸線方向の中間位置に円筒状部４６の内側を閉塞するように形成された略円板状の円板状部４７とを有するカップ状に形成されている。ピストン２０は、円筒状部４６の外周面においてボア３０の嵌合内径部３８に摺動可能に嵌合する。ピストン２０の円筒状部４６には、上記した図示略のブーツの他端側を嵌合保持するブーツ周溝４８が形成されている。

上記したキャリパボディ１９は、図２に示す爪部２７とブリッジ部２６とシリンダ部２５の底部３３の一部をディスク軸線方向に貫通する開口部５０としたシリンダ構成部５１とからなるキャリパボディ本体５２と、シリンダ部２５の底部３３を主に形成する図３に示す蓋部材５３とを摩擦攪拌接合することにより形成される。これらキャリパボディ本体５２は、アルミニウム合金を鋳造で、蓋部材５３は、アルミニウム合金を鍛造または切削でそれぞれ一体成形されることになる。キャリパボディ本体５２には底面３５の外径側の一部を構成する外側底面５４が形成され、蓋部材５３には底面３５の内径側の一部を構成する内側底面５５が形成されている。

キャリパボディ本体５２には、爪部２７の内側面３２と、シリンダ部２５の開口端面３１と、いずれもボア３０の内部である、嵌合内径部３８、大径内径部３９、シール周溝４１、ブーツ周溝４２、収容段差部４３および外側底面５４と、開口部５０とが機械加工である切削加工により形成されることになる。よって、鋳造後、切削加工前の状態では、加工代分の厚さだけ内側面３２よりもシリンダ部２５側に位置する内側面３２Ａと、加工代分の厚さだけ開口端面３１よりも爪部２７側に位置する開口端面３１Ａと、加工代分の厚さだけボア３０よりも内側に位置するボア内面３０Ａと、加工代分の厚さだけ開口部５０よりも内側に位置する開口部５０Ａとを有している。

そして、上記したキャリパボディ１９が、図４に示す工程からなる本実施形態の製造方法によって製造される。

まず、図２に示すように、ボア３０の底部３３となる部位に開口部５０Ａが形成されるようにキャリパボディ本体５２を鋳造する鋳造工程を行う（ステップＳ１）。この鋳造工程で成形されたキャリパボディ本体５２は、上記したようにアルミニウム合金鋳物であり、爪部２７の内側面３２Ａ、シリンダ部２５の開口端面３１Ａ、ボア内面３０Ａおよび開口部５０Ａを有している。

次に、上記の鋳造工程で鋳造したキャリパボディ本体５２を溶体化処理する溶体化処理工程を行う（ステップＳ２）。ここで、この溶体化処理は、アルミニウム合金等の非鉄金属についての固溶化処理であり、キャリパボディ本体５２を所定の温度に加熱することで合金元素を固溶つまり溶け込ませた後、急冷することで、合金元素の固溶化つまり溶体化を図る焼き入れ処理である。具体的には、鋳造後のキャリパボディ本体５２を、溶体化処理炉に入れ、所定の数時間（例えば、３〜４時間程度）、所定の溶体化温度（例えば５３５℃程度）に加熱して保持する。その後、このキャリパボディ本体５２を、冷却水等を貯留する焼き入れ用水槽に浸けて急冷する。

次に、上記の溶体化処理後のキャリパボディ本体５２を時効処理する時効処理工程を行う（ステップＳ２）。ここで、時効処理工程は、溶体化処理後の金属を溶体化温度に対して比較的低い温度の状態に保持することで、固溶した合金元素を析出させて硬化させる処理である。具体的には、溶体化処理後のキャリパボディ本体５２を、時効処理炉に入れ、所定の数時間（例えば、６時間程度）、所定の時効処理温度（例えば１６０℃程度）に加熱して保持する。この表面処理である切削前の時効処理により、溶体化処理によって固溶した合金元素が析出し、キャリパボディ本体５２の表面部が硬化する。

以上の溶体化処理工程および時効処理工程によってキャリパボディ本体５２は、疲労強度の向上および硬度の向上等が図られる。

次に、上記の時効処理を施したキャリパボディ本体５２を切削加工する切削加工工程を行う（ステップＳ３）。つまり、所定の加工機を用いて、切削加工工具をキャリパボディ本体５２の開口部５０Ａから挿入して、ボア３０の内部である、嵌合内径部３８、大径内径部３９、シール周溝４１、ブーツ周溝４２、収容段差部４３および外側底面５４と、開口部５０とを切削加工により形成する。また、切削加工工具を爪部２７とシリンダ部２５との間に挿入して、爪部２７の内側面３２Ａと、シリンダ部２５の開口端面３１Ａとを切削加工により形成する。

他方で、蓋部材５３については、その形状を鍛造工程または切削工程により形成し、これらの工程で成形した蓋部材５３を溶体化処理する溶体化処理工程を行い、この溶体化処理後の蓋部材５３を時効処理する時効処理工程を行う。

そして、上記した切削加工後のキャリパボディ本体５２の開口部５０に、上記した時効処理後の蓋部材５３を嵌合し、蓋部材５３とキャリパボディ本体５２とを摩擦攪拌接合により一体に接合することでボア３０の底部３３を形成する摩擦攪拌接合工程を行う（ステップＳ４）。つまり、キャリパボディ本体５２のボア３０内に図示略の中子治具を挿入し、この状態で、キャリパボディ本体５２を爪部２７を下側にして摩擦攪拌接合装置にセットする。続いて、蓋部材５３を凸部３４を下側にして、キャリパボディ本体５２の開口部５０に嵌合させる。このとき、図示略の中子治具の同じ基準面にキャリパボディ本体５２の外側底面５４と蓋部材５３の内側底面５５とが当接することになり、キャリパボディ本体５２に対して蓋部材５３が位置決めされる。この状態で、キャリパボディ本体５２の開口部５０と蓋部材５３とを、摩擦攪拌接合により一体的に接合して、ボア３０の底部３３を形成する。

ここで、上記の摩擦攪拌接合工程で使用される接合工具６０は、図５に示すように、円柱状の大径軸部６１と、この大径軸部６１よりも小径でこの大径軸部６１と同軸の先端軸部６２とを有しており、先細の切頭円錐状をなすこの先端軸部６２が高速回転しつつ、シリンダ構成部５１の開口部５０および蓋部材５３の外周縁部との境界位置を連続的に移動することになり、これにより、これらの境界部分を摩擦により溶融させて攪拌し接合する。摩擦攪拌接合工程により一旦軟化・攪拌状態となって一体化された後に固化する接合部６５は、図１に示すように、ボア３０の中心軸線を中心とした略円環状をなし、ボア３０の中心軸線を含む断面の形状が、ボア３０側ほど幅が狭くなる形状をなすことになる。

次に、上記した摩擦攪拌接合工程で蓋部材５３が接合されたキャリパボディ本体５２、つまり摩擦攪拌接合工程でキャリパボディ本体５２に蓋部材５３が接合されてなるキャリパボディ１９を時効処理する時効処理工程を行う（ステップＳ５）。ここで、この時効処理工程も、切削加工前の時効処理工程と同様、キャリパボディ１９を溶体化温度に対して比較的低い温度の状態に保持することで、固溶した合金元素を析出させて硬化させる処理である。具体的には、摩擦攪拌接合工程後のキャリパボディ１９を、時効処理炉に入れ、所定の数時間（例えば、６時間程度）、所定の時効処理温度（例えば１６０℃程度）に加熱して保持する。この表面処理である時効処理により、摩擦攪拌接合工程によって改質層が形成され材料強度である硬度が低下したキャリパボディ１９の底部３３の表面部が硬化して、硬度が回復する。

次に、摩擦攪拌接合工程後の時効処理を施したキャリパボディ１９を切削加工する仕上げ加工工程を行う（ステップＳ６）。つまり、所定の加工機を用いて、キャリパボディ１９の底部３３の摩擦攪拌接合工程により毛羽だった外側部分を除去する仕上げ加工する。

以上に述べた本実施形態の表面処理を含む製造方法によれば、摩擦攪拌接合工程で低下したキャリパボディ１９の底部３３の硬度が回復するため、底部３３の厚さを薄くしても耐圧性能を確保できることになり、キャリパボディ１９ひいてはディスクブレーキ１０の軽量化を図ることができる。

また、摩擦攪拌接合工程後の熱処理において溶体化処理を省くことになるため、キャリパボディ１９の製造に要する時間を短縮できる。

また、鋳造工程の後であって、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程の前に、熱処理である溶体化処理および時効処理を行うため、切削加工および摩擦攪拌接合の際に良好な機械加工性を得ることができる。

また、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程の後には、熱処理として時効処理のみが行われることから、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程の後に生じる寸法変化を抑制することができる。

以上により、材料強度の向上等の熱処理による効果を損なうことなく、また処理時間の長大化を招くことなく、さらに熱影響による寸法変化を招くことなく、摩擦攪拌接合処理による鋳造欠陥の除去を行うことができる。

例えば、上記において、摩擦攪拌接合工程の後に、熱処理として溶体化処理および時効処理を行うと、摩擦攪拌接合処理の後に高温処理である溶体化処理を行うことになるため、再結晶による結晶粒の粗大化にともない疲労強度の確保が困難になる。これに対し、本実施形態によれば、摩擦攪拌接合工程の後に、熱処理として溶体化処理に比べて低温の時効処理のみを行うため、再結晶による結晶粒の粗大化が抑制されることになり、キャリパボディ１９の疲労強度を確保することができる。また、摩擦攪拌接合工程の後に、熱処理として時効処理のみを行うため、キャリパボディ１９の製造に要する時間の短縮が図れる。また、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程の後には、熱処理として時効処理のみが行われることから、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程の後に生じる寸法変化を抑制することができる。

また、上記において、鋳造工程の後に溶体化処理工程のみを行い、その後、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程を行ったり、鋳造工程後、熱処理を行うことなく、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程を行ったりすると、硬度および材料強度が低いまま、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程を行うことになり、機械加工性が低下してしまう。これに対し、本実施形態によれば、鋳造工程の後に溶体化処理工程および時効処理工程を行い、その後、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程を行うため、機械加工性を落とすことなく、切削加工工程および摩擦攪拌接合工程を行うことができる。

なお、以上の実施形態では、ディスク１５の両面に配置された一対のブレーキパッド１２，１２のうちの一方側のブレーキパッド１２を液圧により押圧するピストン２０が開口から進退するボア３０が内部に形成されるキャリパボディ１９を備えたディスクブレーキ１０を例に説明したが、ディスクの両面に配置された一対のブレーキパッドをそれぞれ個別に液圧により押圧するピストンが開口から進退するボアが内部に形成されるキャリパボディを備えた対向ピストン型のディスクブレーキにも適用可能である。

以上に述べた本実施形態は、ディスクの両面に配置された一対のブレーキパッドのうち、少なくとも一方側のブレーキパッドを液圧により押圧するピストンが開口から進退するボアが内部に形成されるキャリパボディを備えたディスクブレーキの製造方法であって、前記ボアの底部となる部位に開口部が形成されるようにキャリパボディ本体を鋳造する工程と、該鋳造したキャリパボディ本体を溶体化処理する工程と、該溶体化処理後のキャリパボディ本体を時効処理する工程と、該時効処理したキャリパボディ本体のボア内部を切削加工する工程と、該切削加工後のキャリパボディ本体の開口部に蓋部材を嵌合し、該蓋部材と前記キャリパボディ本体とを摩擦攪拌接合により一体に接合することでボアの底部を形成する工程と、前記蓋部材が接合された前記キャリパボディ本体を時効処理する工程と、を有する。摩擦攪拌接合後の時効処理により、摩擦攪拌接合で低下したキャリパボディの底部の硬度が回復するため、底部の厚さを薄くしても耐圧性能を確保することができることになり、キャリパボディひいてはディスクブレーキの軽量化を図ることができる。

１０ディスクブレーキ
１２ブレーキパッド
１５ディスク
１９キャリパボディ
２０ピストン
３０ボア
３３底部
５０開口部
５２キャリパボディ本体
５３蓋部材

Claims

ディスクの両面に配置された一対のブレーキパッドのうち、少なくとも一方側のブレーキパッドを液圧により押圧するピストンが開口から進退するボアが内部に形成されるキャリパボディを備えたディスクブレーキの製造方法であって、
前記ボアの底部となる部位に開口部が形成されるようにキャリパボディ本体を鋳造する工程と、
該鋳造したキャリパボディ本体を溶体化処理する工程と、
該溶体化処理後のキャリパボディ本体を時効処理する工程と、
該時効処理したキャリパボディ本体のボア内部を切削加工する工程と、
該切削加工後のキャリパボディ本体の開口部に蓋部材を嵌合し、該蓋部材と前記キャリパボディ本体とを摩擦攪拌接合により一体に接合することでボアの底部を形成する工程と、
前記蓋部材が接合された前記キャリパボディ本体を時効処理する工程と、
を有することを特徴とするディスクブレーキの製造方法。