JP4870872B2

JP4870872B2 - 車両用ブレーキ装置の回転ブレーキ部材およびその防錆処理方法

Info

Publication number: JP4870872B2
Application number: JP2001047835A
Authority: JP
Inventors: 浩上原; 伸明長島; 康介幢崎; 亮助川越; 元治村田
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: TW524933B; EP1363040A4; WO2002066853A1; CN1457407A; EP1363040A1; DE60230116D1; US20030089564A1; EP1363040B1; US6769518B2; CN1249363C; KR20030004365A; JP2002250377A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ブレーキ装置の制動要素として機能する回転ブレーキ部材とその防錆処理方法に関し、特にドラム式ブレーキのブレーキドラムもしくはディスクブレーキのブレーキディスクロータの摺動面に防錆性を付与するためのりん酸塩皮膜を形成した構造とその防錆処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車その他の車両が海外へ輸出されるときには船舶にて輸送されることが多く、その場合に港付近の置場での保管、船積み後の航海、相手国港付近の置場での保管等を経て初めて相手国のユーザーに引き渡されることになるため、その輸送過程において例えばディスクブレーキのブレーキディスクロータに錆が発生することがある。
【０００３】
この錆の発生は、例えばブレーキパッドで覆われた部分とそうでない部分とではその程度が異なり、そのままの状態でブレーキ操作すると制動トルクの変動が生じることになる。これはシャダー現象と呼ばれ、乗員に不快な制動感覚を与えることとなって好ましくない。
【０００４】
そこで、上記シャダー現象の原因となる錆の発生防止を目的として、ブレーキディスクロータの摺動面にダクロタイズド処理を施す方法や防錆油を塗布する方法等のほかに、例えば特公平１−５８３７２号公報に示されているようにブレーキディスクロータの摺動面にりん酸塩化成皮膜を形成する方法が試みられている。
【０００５】
なお、いずれの方法においても、単に錆の発生を防止するだけでなく、制動要素本来の機能として以下のような機能を充足する必要がある。
【０００６】
（ａ）ユーザーに引き渡されるまでの間は摺動面の十分な防錆性能があり、ユーザーに引き渡された後は制動性能に悪影響を与えないこと。
【０００７】
（ｂ）初期制動で摩擦係数の低下ができるだけ少ないこと。
【０００８】
（ｃ）ユーザーに引き渡す前のいわゆるならし運転において制動力回復回数ができるだけ少ないこと。
【０００９】
（ｄ）ロードホイール取付部分の摩擦係数が低下してホイールナット等が緩みやすくならないこと。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ブレーキディスクロータの摺動面にダクロタイズド処理を施す方法では、処理工程数が多いばかりでなく防錆処理のための総エネルギーコストが高く、コストアップが余儀なくされるほか、クロームを含有するために環境への配慮を十二分に行う必要がある。また、摺動面に防錆油を塗布する方法では、その処理が簡便である反面、防錆効果を長期にわたり維持できないという欠点がある。
【００１１】
一方、先に例示した特公平１−５８３７２号公報等のようにりん酸塩化成処理によって例えばりん酸亜鉛化成皮膜を形成する方法では、その膜厚を最低でも４μｍ以上は確保しないと必要十分な防錆性能が得られず、しかもその皮膜の厚膜化のために処理時間が長くなるとともに処理液温も高くなり、その結果、設備の大型化とエネルギー効率の低下を招くこととなって好ましくない。
【００１２】
また、処理槽内でのスラッジの堆積が不可避であるため、そのスラッジの剥離除去のために余分なメンテナンス工数を必要とするほか、スラッジは産業廃棄物として専門の業者ならびに施設をもって処理しなければならず、全体としてのコストアップが余儀なくされる。
【００１３】
本発明は以上のような課題に着目してなされたもので、薄膜のりん酸塩皮膜を形成するだけで必要十分な防錆性能が得られ、しかも先に述べたようないくつかの制動要素としての基本機能を充足することができるようにした車両用ブレーキ装置の回転ブレーキ部材すなわちブレーキドラムもしくはブレーキディスクロータとその防錆処理方法を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、鉄系材料からなるディスク状もしくはドラム状の回転ブレーキ部材のうち少なくともブレーキパッドもしくはブレーキシュー等の相手側摩擦部材との摺動面となるべき領域に、酸洗処理を施すことなしに、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有するりん酸亜鉛皮膜形成液中での陰極電解処理により、膜厚１〜１０μｍ、質量４〜３３ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のりん酸亜鉛皮膜を形成したことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の技術を方法的な面からとらえたものであって、回転ブレーキ部材の防錆処理方法として、鉄系材料からなるディスク状もしくはドラム状の回転ブレーキ部材のうち少なくとも相手側摩擦部材との摺動面となるべき領域に、酸洗処理を施すことなしに、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有するりん酸亜鉛皮膜形成液中で陰極電解処理を施して、膜厚１〜１０μｍ、質量４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のりん酸亜鉛皮膜を形成することを特徴としている。
【００１６】
上記回転ブレーキ部材とは、ドラム式ブレーキにおける例えば鋳鉄製のブレーキドラムもしくはディスクブレーキにおける同じく鋳鉄製のブレーキディスクロータをいう。
【００１７】
また、上記りん酸亜鉛皮膜形成液としては、例えば日本パーカライジング（株）社製の「ＰＢ−ＥＬ９５０Ｍ」を使用するものとし、この場合、例えばりん酸イオンは２０〜７０ｇ／リットル、亜鉛イオンは２０〜５０ｇ／リットル、硝酸イオンは３０〜８０ｇ／リットルをそれぞれ含有するものとする。
【００１８】
このりん酸亜鉛皮膜形成液を用いて電解処理を行うと、結晶粒がきわめて緻密化されたりん酸亜鉛皮膜が形成されて、従来のものに比べて防錆性能が飛躍的に向上し、過酷な条件下でもその錆の発生を著しく遅らせることができるようになる。
【００１９】
そして、上記のように緻密化されたりん酸亜鉛皮膜であるだけにその膜厚として少なくとも１μｍあれば必要十分な防錆性能が得られる。ただし、りん酸亜鉛皮膜の膜厚を厚膜化しても１０μｍ程度で防錆効果の向上が飽和してしまうことから、りん酸亜鉛皮膜の膜厚は最大でも８μｍ程度、望ましくは防錆性も併せて考慮して２〜８μｍの範囲内程度とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明を前提とした上で、上記陰極電解処理は、りん酸亜鉛皮膜形成液中に浸漬した回転ブレーキ部材を陰極とし、回転ブレーキ部材のうち摺動面となるべき領域に対し所定距離隔てて対向させた電極を陽極として処理することを特徴としている。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明における回転ブレーキ部材がディスクブレーキ装置のブレーキディスクロータであることを明確化している。この場合、請求項５に記載にように、上記ブレーキディスクロータのロードホイール取付面に陰極となる電極を接触させるとともに、アウタ側およびインナ側の摺動面となるべき領域に対し陽極として摺動面とほぼ同一大きさで中抜き円板状の電極を所定距離隔てて対向させた状態で処理することが望ましい。より望ましくは、りん酸亜鉛皮膜の生成を特定の部位に限定する上では、請求項６に記載のように、上記陽極となる電極に不溶解性のマスキング材にて部分的にマスキングを施すとともに、ロードホイール取付面に接触させた陰極としての電極と、アウタ側の摺動面となるべき領域に対向させた陽極としての一方の電極との間に、架橋的に筒状のマスキング材にてマスキングを施すこものとする。
【００２２】
上記電解処理性能は、電極形状以外にも、陽極と陰極との対面距離、電流密度、処理時間、処理液濃度および温度等のパラメータにも依存することから、りん酸亜鉛皮膜の要求膜厚等に応じて各パラメータを設定する。また、先に述べたように、りん酸亜鉛皮膜の生成を特定の部位に限定するような場合には、必要に応じて電極側もしくは回転ブレーキ部材側にマスキングを施す。さらに、回転ブレーキ部材の形状等によっては、必ずしも１回の電解処理で所定の膜厚に仕上げる必要はなく、数回に分けて電解処理を行うようにしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１〜４に記載に発明によれば、鉄系材料からなるブレーキディスクロータもしくはブレーキドラムのうち少なくとも相手側摩擦部材との摺動面となるべき領域に、酸洗処理を施すことなしに、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有するりん酸亜鉛皮膜形成液中での電解処理により、膜厚１〜１０μｍ、質量４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のりん酸亜鉛皮膜を形成したものであるから、従来のものと比べて薄膜処理でありながらも防錆性、耐食性が飛躍的に向上する効果がある。
【００２４】
また、請求項２〜４に記載の発明によれば、りん酸亜鉛皮膜の膜厚を薄膜化できるがためにその処理時間を短縮化してエネルギー効率を高めることができるほか、スラッジの発生もないためにコスト的にも環境的にも良好なものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る防錆処理方法の好ましい実施の形態としてベンチレーテッド型ブレーキディスクロータの処理手順を示し、また図２，３はブレーキディスクロータそのものの詳細を、図４は図１における電解処理工程の詳細をそれぞれ示している。
【００２６】
図２，３に示すように、例えば一般的な鋳鉄材料（例えばＦＣ２５０相当）からなるベンチレーテッドタイプのブレーキディスクロータ１は、車両取付時に外側に位置することになるアウタ側の摺動板２とその内側に所定距離隔てて位置することになるインナ側の摺動板３、およびそれら両者の間に放射状に配された複数の隔壁４とを有していて、上記双方の摺動板２，３と各隔壁４とで囲まれた空間がそれぞれに通風路として機能するようになっている。なお、５はアウタ側の摺動板２と一体に形成されたいわゆるハット型断面形状をなす筒状のボス部である。
【００２７】
そして、上記ボス部５のうち最も外側の面がロードホイールが着座することになるロードホイール取付面６として機能するようになっていて、周知のようにこのロードホイール取付面６のボルト穴７には図示しないハブボルトが圧入固定されることから、ハブボルトとこれに螺合する図示外のホイールナットとをもってロードホイールがロードホイール取付面６に締付固定されることになるとともに、アウタ側，インナ側の各摺動面には２ａ，３ａにはその防錆性能付与のために所定膜厚ｔのりん酸塩皮膜として例えばりん酸亜鉛皮膜８が形成されている。
【００２８】
上記りん酸亜鉛皮膜８は、後述するようにその膜厚ｔが１〜１０μｍ、より望ましくは２〜８μｍ、質量４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のものとする。
【００２９】
りん酸亜鉛皮膜８の形成のための電解処理に先立って、図１に示すように最初に機械加工後のブレーキディスクロータ１にアルカリ脱脂処理を施す。このアルカリ脱脂処理は、ケイ酸ソーダを主成分とするＰＨ１２以上のアルカリクリーナ（例えば、日本パーカライジング（株）社製の「ＦＣ４３６０」、濃度２０〜４０ｇ／リットル）中にブレーキディスクロータ１を浸漬させ、５０〜７０℃の温度で０．５分間以上脱脂する。
【００３０】
続いて、常温で０．５分間以上水洗いを行い、その後、コロイド状チタンを主成分とする表面調整剤（例えば、日本パーカライジング（株）社製の「ＰＬ−ＥＬ２００」、濃度２ｇ／リットル、チタン濃度５０〜１００ＰＰＭ）中にブレーキディスクロータ１を浸漬させて表面調整を行う。この処理は、次の工程である電解処理の際に結晶粒を細かくし、薄膜で且つ緻密組織の安定したりん酸亜鉛皮膜８を生成するためである。
【００３１】
電解処理は、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有したりん酸亜鉛皮膜形成液中にブレーキディスクロータを浸漬させ、例えば温度５０℃、印加電流５０〜７２Ａ、処理時間０．５〜０．８分の条件にて電解処理を施して、少なくともブレーキディスクロータ１の摺動面２ａ，３ａにりん酸亜鉛皮膜８を生成させる。
【００３２】
上記りん酸亜鉛皮膜形成液としては、例えば日本パーカライジング（株）社製の「ＰＢ−ＥＬ９５０Ｍ」を使用するものとし、皮膜形成液遊離酸（ＦＡ）濃度が１５〜２０ＰＡ、皮膜形成液全酸（ＴＡ）濃度が５５〜６５Ｐｔ、皮膜形成促進剤濃度が３〜８Ｐｔとなるようにそれぞれ調整する。また、このりん酸亜鉛皮膜形成液中には上記りん酸イオンが２０〜７０ｇ／リットル、亜鉛イオンが２０〜５０ｇ／リットル、硝酸イオンが３０〜８０ｇ／リットル程度含有されているものとする。
【００３３】
上記電解処理のための電極配置は図４に示すとおりとする。すなわち、りん酸塩皮膜形成液中に浸漬された被処理材であるブレーキディスクロータ１を陰極とするべくこれに電極板１３を接触させる一方で、りん酸亜鉛皮膜８の生成を摺動面２ａ，３ａに集中させるために、陽極として摺動面２ａ，３ａの平面形状とほぼ同一大きさであって且つ中抜き円板状の２枚の不溶解性電極板９，１０を用いる。そして、一方の電極板９をインナ側の摺動面３ａに対し平行となるように所定距離Ｗ（例えば、Ｗ＝８０ｍｍ程度）隔てて対向させるとともに、もう一方の電極板１０をアウタ側の摺動面２ａに対し平行となるように上記と同等距離隔てて対向させ、先に述べたように電解処理に伴うりん酸亜鉛皮膜８の生成を各摺動面２ａ，３ａに集中させるために各電極板９，１０に不溶解性のマスキング材１１，１２にて部分的にマスキングを施す。同時に、ロードホイール取付面６にはりん酸亜鉛皮膜８が生成されないように同様に電極板１０と電極板１３との間に架橋的に筒状のマスキング材１４にてマスキングを施す。
【００３４】
この状態で、陰極と陽極との間に通電して、各摺動面２ａ，３ａでの電解処理によるりん酸亜鉛皮膜８の生成を促進させる。すなわち、膜厚ｔが１〜１０μｍ、皮膜質量が４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下で、望ましくは膜厚ｔが２〜８μｍのりん酸亜鉛皮膜８を生成させる。これらの値は、上記処理液濃度、温度、電流値、処理時間のほか電圧や電流密度等を適宜調整することで制御する。
【００３５】
特に、りん酸亜鉛皮膜８の膜厚が１μｍ未満では所期の防錆耐食性能が得られず、また１０μｍを越えても膜厚増加に応じた防錆耐食性能の向上が緩慢となり無意味である。
【００３６】
上記の電解処理を終えたならば、図１に示すようにブレーキディスクロータ１をりん酸亜鉛皮膜形成液中から取り出し、常温で０．５分間以上水洗いを施す。
【００３７】
こうしてブレーキディスクロータ１の摺動面２ａ，３ａに形成されたりん酸亜鉛皮膜８の防錆性を評価するために塩水噴霧試験を行った。そして、その防錆性能を比較した結果を表１に示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１では、従来のりん酸塩化成皮膜を４μｍの膜厚で形成したものと、本実施の形態の電解処理にて２μｍおよび４μｍの膜厚でりん酸亜鉛皮膜８を形成したものとの比較結果を示す。同表から明らかなように、従来のりん酸塩化成皮膜処理の場合には塩水噴霧後の経過時間の増加とともに錆発生率が増加し、例えば塩水噴霧後１０時間経過時には上記ブレーキディスク１の摺動面２ａ，３ａのうちその８０％の領域に錆が発生してしまう。これに対して、本実施の形態の電解処理によるりん酸亜鉛皮膜処理の場合には、膜厚が２μｍおよび４μｍのいずれについても、塩水噴霧後１０時間経過時に摺動面の１％程度の領域に錆が発生しているにすぎず、従来のものと比べて防錆性能が大幅に向上していることがわかる。
【００４０】
また、図５は上記りん酸亜鉛皮膜８の膜厚と制動回数との関係を、図６は上記りん酸亜鉛皮膜形成処理を施したブレーキディスクロータ１の摺動面２ａ，３ａの摩擦係数と制動回数との関係をそれぞれ示している。
【００４１】
図５から明らかなように、ブレーキディスクロータ１の摺動面２ａ，３ａに形成したりん酸亜鉛皮膜８は、従来のものと同様に５０回程度の制動を行うまでの間にそのほとんどがブレーキパッドとの摩擦力のために消失してしまうことがわかる。このことは、例えば海外に輸出された車両が実際にユーザーに渡るまでの間に消失してしまうことを意味し、特に輸送過程での錆の発生防止を目的としてりん酸亜鉛皮膜形成処理を施したとしても、ディスクブレーキ本来の制動機能に何ら悪影響を及ぼさないことになる。
【００４２】
同様に、図６からは、ディスクブレーキ１の摺動面２ａ，３ａにりん酸亜鉛皮膜８が残っている限りは若干摩擦係数が低下するものの、必要最低限の値とされるμ＝０．２は十分に確保することができ、また制動回数が８０回程度を越えて上記のようにりん酸亜鉛皮膜８がほとんど消失すると、摺動面２ａ，３ａの摩擦係数もμ＝０．３〜０．４の範囲内で安定化するようになる。
【００４３】
図７，８は本発明の好ましい第２の実施の形態としてドラム式ブレーキのブレーキドラム２１に適用した場合の例を示している。
【００４４】
図７に示すように、有底円筒状のブレーキドラム２１は段付き円筒状の胴部２２と底壁部２３とを備えているとともに、底壁部２３のうちその中央部分で一段高くなった部分がロードホイール取付面２４となっていて、胴部２２内周の摺動面２５とロードホイール取付面２４および開口端面２６とが鋳造後に機械加工されるとともに、上記摺動面２５と開口端面２６とを除く部分すなわちロードホイール取付面２４を含む底壁部２３と胴部２２の円筒外周面に塗装が施される。なお、ロードホイール取付面２４にはハブボルトを取り付けるための複数のボルト穴２７が形成される。
【００４５】
そして、上記の塗装に先立って、その下地処理として摺動面２５および開口端面２６を含む全面に第１の実施の形態と同様に電解処理によるりん酸亜鉛皮膜８が形成される。
【００４６】
したがって、本実施の形態においても先の第１の実施の形態と全く同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい第１の実施の形態としてブレーキディスクロータの防錆処理手順を示す概略説明図。
【図２】回転ブレーキ部材であるブレーキディスクロータの詳細を示す図で、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のａ−ａ線に沿う断面図。
【図３】図２の（Ｂ）におけるＥ部拡大図。
【図４】りん酸亜鉛皮膜形成処理時のブレーキディスクロータに対する電極配置を示す説明図。
【図５】防錆処理した皮膜の膜厚と制動回数との関係を示すグラフ。
【図６】防錆処理した皮膜の摩擦係数と制動回数との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施の形態として回転ブレーキ部材であるブレーキドラムの詳細を示す図で、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図８】図７の（Ｂ）におけるＦ部拡大図。
【符号の説明】
１…ディスクブレーキロータ（回転ブレーキ部材）
２，３…摺動板
２ａ，３ａ…摺動面
８…りん酸亜鉛皮膜
２１…ブレーキドラム（回転ブレーキ部材）
２５…摺動面

Claims

鉄系材料からなるディスク状もしくはドラム状の回転ブレーキ部材のうち少なくとも相手側摩擦部材との摺動面となるべき領域に、酸洗処理を施すことなしに、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有するりん酸亜鉛皮膜形成液中での陰極電解処理により、膜厚１〜１０μｍ、質量４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のりん酸亜鉛皮膜を形成したことを特徴とする車両用ブレーキ装置の回転ブレーキ部材。
鉄系材料からなるディスク状もしくはドラム状の回転ブレーキ部材のうち少なくとも相手側摩擦部材との摺動面となるべき領域に、酸洗処理を施すことなしに、りん酸イオン、亜鉛イオンおよび硝酸イオンを含有するりん酸亜鉛皮膜形成液中で陰極電解処理を施して、膜厚１〜１０μｍ、質量４〜３５ｇ／ｍ²、結晶粒５０μｍ以下のりん酸亜鉛皮膜を形成することを特徴とする回転ブレーキ部材の防錆処理方法。
上記陰極電解処理は、りん酸亜鉛皮膜形成液中に浸漬した回転ブレーキ部材を陰極とし、回転ブレーキ部材のうち摺動面となるべき領域に対し所定距離隔てて対向させた電極を陽極として処理することを特徴とする請求項２に記載の回転ブレーキ部材の防錆処理方法。
上記回転ブレーキ部材がディスクブレーキ装置のブレーキディスクロータである請求項３に記載の回転ブレーキ部材の防錆処理方法。
上記ブレーキディスクロータのロードホイール取付面に陰極となる電極を接触させるとともに、アウタ側およびインナ側の摺動面となるべき領域に対し陽極として摺動面とほぼ同一大きさで中抜き円板状の電極を所定距離隔てて対向させた状態で処理することを特徴とする請求項４に記載の回転ブレーキ部材の防錆処理方法。
上記陽極となる電極に不溶解性のマスキング材にて部分的にマスキングを施すとともに、ロードホイール取付面に接触させた陰極としての電極と、アウタ側の摺動面となるべき領域に対向させた陽極としての一方の電極との間に、架橋的に筒状のマスキング材にてマスキングを施すことを特徴とする請求項５に記載の回転ブレーキ部材の防錆処理方法。