JP2015067887A - アルミニウム部品の表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度を向上させることできるアルミニウム部品の表面処理方法の提供。
【解決手段】摩擦攪拌接合（Ｓ４）を行った後に陽極酸化処理（Ｓ７）を行い、陽極酸化処理（Ｓ７）の後に染色を施す（Ｓ８）アルミニウム部品の表面処理方法であって、摩擦攪拌接合（Ｓ４）の後に、当該摩擦攪拌接合の施工部位にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜を形成し（Ｓ６）、その後、陽極酸化処理（Ｓ７）を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、アルミニウム部品の表面処理方法に関する。

アルミニウム部品の一例としてディスクブレーキ用のキャリパボディがある（例えば、特許文献１参照）。このキャリパボディにおいては、摩擦攪拌接合によりシリンダの底部を形成した後に、切削加工および陽極酸化処理を行うようになっている。

特開２０１０−１２７４４０号公報

アルミニウム部品には染色を施すことがある。この場合に、摩擦攪拌接合の施工部位に色ムラを生じてしまうことがある。このため、色ムラが生じる可能性がある摩擦攪拌接合の施工部位を目立たない位置に配置する必要がある等、設計上の制約を生じてしまう。

したがって、本発明は、設計の自由度を向上させることできるアルミニウム部品の表面処理方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアルミニウム部品の表面処理方法は、摩擦攪拌接合を行った後に陽極酸化処理を行い、該陽極酸化処理後に染色を施すアルミニウム部品の表面処理方法であって、前記摩擦攪拌接合後に、当該摩擦攪拌接合の施工部位にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜を形成した後に、前記陽極酸化処理を行う。

本発明のアルミニウム部品の表面処理方法によれば、設計の自由度を向上させることできる。

本発明の一実施形態に係るアルミニウム部品の表面処理方法が適用されたキャリパボディを含む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アルミニウム部品の表面処理方法が適用されるキャリパボディの分解断面図である。 本発明の一実施形態に係るアルミニウム部品の表面処理方法の工程図である。 本発明の一実施形態に係るアルミニウム部品の表面処理方法が適用されるキャリパボディを示す断面図であって、（ａ）は摩擦攪拌接合後の状態を、（ｂ）は第２機械加工工程後の状態を、（ｃ）は皮膜形成工程後の状態を、それぞれ示すものである。 本発明の一実施形態に係るアルミニウム部品の表面処理方法の一部であるコールドスプレー法を施工するコールドスプレー装置を示す構成図である。

本発明の一実施形態に係るアルミニウム部品の表面処理方法を含むアルミニウム部品の製造方法を図面を参照して以下に説明する。

図１は、本実施形態に係る製造方法で製造されるアルミニウム部品の一例であるキャリパボディ１０を含むディスクブレーキ１１を示す断面図である。このディスクブレーキ１１は、自動二輪車の制動用のもので、制動対象となる車輪と一体回転するディスク１２と、車両の非回転部分に固定されてディスク１２に摩擦抵抗を付与するキャリパ１３とを備えている。

キャリパ１３は、ディスク１２を跨いだ状態で車両の非回転部に取り付けられるキャリパボディ１０と、ディスク１２を挟んで互いに対向するようにキャリパボディ１０に摺動可能に設けられるピストン１４，１４と、ピストン１４，１４とディスク１２との間に配置される摩擦パッド１５，１５とを有する対向ピストン型のものである。

キャリパボディ１０は、ディスク１２の軸方向一側に配置されるシリンダ部２０と、ディスク１２の軸方向他側に配置されるシリンダ部２１と、これらシリンダ部２０とシリンダ部２１とをディスク１２の半径方向外側で結ぶブリッジ部２２とを有している。

シリンダ部２０にはピストン１４が摺動可能に嵌挿されるボア２５が形成されており、シリンダ部２１にも、同様のボア２５が形成されていて、これらボア２５，２５が互いにディスク軸線方向において対向している。ボア２５，２５には、それぞれ、嵌合内径部２６とシール溝２７とシール溝２８とが形成されている。嵌合内径部２６はピストン１４が嵌合されることになり、ピストン１４を摺動可能に収容する。シール溝２７には、ピストン１４との隙間をシールするシール部材３０が配置され、シール溝２８にもピストン１４との隙間をシールするシール部材３１が配置されている。嵌合内径部２６、シール溝２７およびシール溝２８は、切削加工により形成されている。

キャリパボディ１０は、図２に示すように、底部３７（Ａ）に開口部３８（Ａ）が形成されたシリンダ部２０（Ａ）と、シリンダ部２１と、ブリッジ部２２とを一体に有するキャリパボディ本体３５（Ａ）と、円板状の蓋部材３６（Ａ）との二部品からなっており、これらに接合を含む所定の処理が施されて形成される。キャリパボディ本体３５（Ａ）および蓋部材３６（Ａ）は、いずれもアルミニウム合金製となっている。

キャリパボディ本体３５（Ａ）は、図３に示すように、鋳造によりその素材を一体成形する鋳造工程（ステップＳ１）と、この素材をＴ６熱処理する熱処理工程（ステップＳ２）と、熱処理工程後に、素材に機械加工を施工する第１機械加工工程（ステップＳ３）とを経て形成される。

鋳造工程では、鋳造装置により、アルミニウム合金を材料として、シリンダ部２０（Ａ）とシリンダ部２１とブリッジ部２２とになる部分が一体成形された素材が形成される。熱処理工程では、この素材を、溶体化処理炉に入れて所定の時間加熱した後、焼き入れ用水槽に浸けて急冷する溶体化処理が行われる。次に、溶体化処理後の素材を時効処理炉に入れて所定の時間低温で加熱する時効処理が行われる。鋳造工程において素材には開口部３８（Ａ）の位置に下穴が形成される。機械加工工程では、この下穴を介して素材内に機械加工装置の切削工具が挿入されることになり、この切削工具による切削加工で、シリンダ部２１の嵌合内径部２６、シール溝２７およびシール溝２８と、シリンダ部２０（Ａ）の嵌合内径部２６、シール溝２７およびシール溝２８と、開口部３８（Ａ）とが形成される。

蓋部材３６（Ａ）は、熱処理済みの丸棒素材を所定厚み寸法で円盤状部材に切り出す切り出し工程と、円盤上部材の両平面の形状を成形する鍛造工程とにより形成される。上記工程では、丸棒素材の外周面が所定の外径となっているので、特に外周面を加工することなく、蓋部材３６（Ａ）は、キャリパボディ本体３５（Ａ）の開口部３８（Ａ）に嵌合可能な外径に形成される。

そして、キャリパボディ本体３５（Ａ）の開口部３８（Ａ）に蓋部材３６（Ａ）を嵌合させた状態で、摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）により、キャリパボディ本体３５（Ａ）と蓋部材３６（Ａ）とを接合する摩擦攪拌接合工程（ステップＳ４）を行う。この摩擦攪拌接合工程では、摩擦攪拌接合の工具が、シリンダ部２０（Ａ）のシリンダ部２１とは反対側に配置されて、自転しながら開口部３８（Ａ）と蓋部材３６（Ａ）との境界部分に沿って連続的に移動することになる。これにより、キャリパボディ本体３５（Ａ）と蓋部材３６（Ａ）とが互いの境界部分が溶融されて一体化されることになり、接合される。

開口部３８（Ａ）が蓋部材３６（Ａ）で閉塞されて図４（ａ）に示す底部３７（Ｂ）が形成されたシリンダ部２０（Ｂ）を有するキャリパボディ１０（Ｂ）が得られる。このときの底部３７（Ｂ）には、表面４２（Ｂ）に露出する円形の摩擦攪拌接合部４１（Ｂ）が形成されることになる。この摩擦攪拌接合部４１（Ｂ）を含む底部３７（Ｂ）の表面４２（Ｂ）は、特に摩擦攪拌接合部４１（Ｂ）が凹凸状になっており、平坦にはなっていない。

次に、摩擦攪拌接合後のキャリパボディ１０（Ｂ）に機械加工を施工する第２機械加工工程（ステップＳ５）を行う。この第２機械加工工程では、キャリパボディ１０（Ｂ）の摩擦攪拌接合部４１（Ｂ）を含む底部３７（Ｂ）の表面４２（Ｂ）側を、フライス加工により切削して平坦にする。その結果、図４（ｂ）に示すように、表面４２（Ｃ）が平坦面とされた摩擦攪拌接合部４１（Ｃ）を含む底部３７（Ｃ）が形成されることになり、このような底部３７（Ｃ）を含むシリンダ部２０（Ｃ）を有するキャリパボディ１０（Ｃ）が得られる。

次に、第２機械加工工程後のキャリパボディ１０（Ｃ）の切削加工の施工部位である図４（ｂ）に示す底部３７（Ｃ）の表面４２（Ｃ）に、図４（ｃ）に示すように、アルミニウム皮膜４５（Ｄ）を形成する皮膜形成工程（ステップＳ６）を行う。この皮膜形成工程では、表面４２（Ｃ）にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜４５（Ｄ）を形成し、このようなアルミニウム皮膜４５（Ｄ）が形成された底部３７（Ｄ）を有するシリンダ部２０（Ｄ）を含むキャリパボディ１０（Ｄ）を得る。このとき用いられるアルミニウム粉末は合金成分が少ない純アルミニウム粉末となっている。

ここで、コールドスプレー法を施工するコールドスプレー装置について説明する。図５に示すように、コールドスプレー装置１０１は、圧縮ガスボンベ１０２、作動ガスライン１０３および搬送ガスライン１０４を有している。作動ガスライン１０３には、圧力調整器１０５ａ、流量調節弁１０６ａ、流量計１０７ａおよび圧力ゲージ１０８ａが設けられている。これらにより、作動ガスライン１０３では、圧縮ガスボンベ１０２から導入されて流れる作動ガスの圧力および流量が調整される。また、搬送ガスライン１０４には、圧力調整器１０５ｂ、流量調節弁１０６ｂ、流量計１０７ｂおよび圧力ゲージ１０８ｂが設けられている。これらにより、搬送ガスライン１０４では、圧縮ガスボンベ１０２から導入されて流れる搬送ガスの圧力および流量が調整される。

作動ガスライン１０３には、電力源１０９により加熱されるヒータ１１０が配置されており、作動ガスは、このヒータ１１０により原料粉末の融点または軟化点より低い温度に加熱された後、コールドスプレーガン１１１中のチャンバー１１２内に導入される。チャンバー１１２は、圧力計１１３と温度計１１４が設置され、圧力および温度が制御される。

コールドスプレー装置１０１は、原料粉末供給装置１１５、これに付設される計量器１１６および原料粉末供給ライン１１７を有している。圧縮ガスボンベ１０２からの搬送ガスは、搬送ガスライン１０４を通り、原料粉末供給装置１１５に導入され、計量器１１６により計量された所定量のアルミニウム粉末を原料粉末供給ライン１１７を経て、チャンバー１１２内に搬送する。搬送ガスによりチャンバー１１２内に搬送された原料粉末は、上記作動ガスを用いて超音速流としてノズル１１８の先端より噴出され、固相状態（一定の液層は含む場合がある。従って、セミソリッドの状態を含む。）のままで、キャリパボディ１０（Ｃ）の底部３７（Ｃ）の表面４２（Ｃ）に衝突して、図４（ｃ）に示すように、この表面４２（Ｃ）に一定厚さのアルミニウム皮膜４５（Ｄ）を形成する。

皮膜形成工程後のキャリパボディ１０（Ｄ）に、耐食性を付与するための陽極酸化処理工程（ステップＳ７）と、染料内に漬けることにより染色する染色工程（ステップＳ８）と、約８０〜９５℃程度の高温水にキャリパボディ１０（Ｄ）を浸漬することで、アルミニウム皮膜４５（Ｄ）の表面の微細な孔を閉じる封孔処理工程（ステップＳ９）とを行って、図１に示すように、アルミニウム皮膜４５が形成された底部３７を含むシリンダ部２０を有するキャリパボディ１０を得る。

以上に述べた本実施形態によれば、ステップＳ５の第２機械加工工程での切削加工後に、この切削加工の施工部位である摩擦攪拌接合部４１（Ｃ）を含む底部３７（Ｃ）の表面４２（Ｃ）にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜４５（Ｄ）を形成した後に、陽極酸化処理を行い、その後に染色を施す。よって、底部３７は、染色時に色ムラが生じやすい摩擦攪拌接合部４１（Ｃ）ではなく、アルミニウム皮膜４５が染色されることになるため、色ムラの発生を抑制することができる。したがって、色ムラが生じる可能性がある摩擦攪拌接合部位を含む切削加工の施工部位を、外観上目立つ位置に配置することが可能になるため、設計の自由度を向上させることできる。

また、色ムラの発生を抑制することができることから、外観色を色ムラが目立たない黒色等の色調の暗い色にする必要性がなくなり、色調の明るい色を選択する等、色調選択の自由度も向上させることができる。したがって、意匠性に優れることになる。

また、色ムラの発生を抑制することができることから、色ムラを目立たなくするために塗装などにより外観を着色する必要性がなくなり、染色で着色することも可能となる。したがって、着色方法の自由度も向上させることができる。したがって、製造コストの低減を図ったり、意匠性を向上させること等が可能になる。

以上の実施形態は、摩擦攪拌接合を行った後に陽極酸化処理を行い、該陽極酸化処理後に染色を施すアルミニウム部品の表面処理方法であって、前記摩擦攪拌接合後に、当該摩擦攪拌接合の施工部位にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜を形成した後に、前記陽極酸化処理を行う。よって、摩擦攪拌接合の施工部位に染色時に色ムラが生じやすい部分があったとしても、この部分ではなく、アルミニウム皮膜が染色されることになるため、色ムラの発生を抑制することができる。したがって、色ムラが生じる可能性がある摩擦攪拌接合の施工部位を外観上目立つ位置に配置することが可能になるため、設計の自由度を向上させることできる。

１０ キャリパボディ（アルミニウム部品）
４２（Ｃ） 表面（切削加工の施工部位）
４５（Ｄ） アルミニウム皮膜

Claims (1)

1. 摩擦攪拌接合を行った後に陽極酸化処理を行い、該陽極酸化処理後に染色を施すアルミニウム部品の表面処理方法であって、
   前記摩擦攪拌接合後に、当該摩擦攪拌接合の施工部位にアルミニウム粉末をコールドスプレー法により付着させることによりアルミニウム皮膜を形成した後に、前記陽極酸化処理を行うことを特徴とするアルミニウム部品の表面処理方法。

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