JP5645067B2

JP5645067B2 - ディスクブレーキおよび摺動部材

Info

Publication number: JP5645067B2
Application number: JP2010222246A
Authority: JP
Inventors: 信太郎辻見
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012077815A

Description

本発明は、ディスクブレーキおよび摺動部材に関する。

例えば、自動車の車輪に設けられるディスクブレーキのキャリパのピストン（摺動部材）においては、キャリパに形成されたシリンダに対するピストン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）。また、特許文献２には、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、を積層することで、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（摺動部材）が得られることが記載されている。

特開２００６−２９２１１９号公報欧州特許公開２２２４１４８号公報

また、特許文献２には、陽極酸化皮膜層のアドミッタンスを0.9〜2.0mS（以下、規定範囲という）と規定することで、摺動部材基体に対するクロムめっき層の良好な密着性が得られることが開示されている。すなわち、製造時の陽極酸化皮膜層のアドミッタンスを測定するだけの簡単な検査で、ピストン（摺動部材）の摺動面のクロムめっきの密着性を評価することができる。しかしながら、出願人において随時検証を進めた結果、陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが規定範囲内であっても、クロムめっきの密着性が劣る場合がある。その反対に、陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが規定範囲外であっても、クロムめっきの密着性が良好である場合があることが判明した。
本発明の目的は、ピストン基体および基体に対するクロムめっき層の良好な密着性が得られ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、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、前記陽極酸化処理前の前記ピストンの表面粗さが3.0μmRa以下であり、前記陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが0.6〜1.6mSであ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、前記陽極酸化処理前の前記基体の表面粗さが3.0μmRa以下であり、前記陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが0.6〜1.6mSであることを特徴とする。

ピストン基体および基体に対するクロムめっき層の良好な密着性が得られるディスクブレーキおよび摺動部材を提供することができる。

本実施形態のディスクブレーキの構造を示す断面図である。本実施形態のディスクブレーキ用ピストンの構造を示す断面図である。陽極酸化皮膜層の表面の物理的性状とクロムめっきの密着性との関係を示す図である。図３に結果が示された試験における陽極酸化処理条件およびクロムめっき処理条件を示す図である。陽極酸化皮膜層のアドミッタンスの測定方法の一態様を説明するための図である。陽極酸化皮膜層のアドミッタンスとピストン基体の表面粗さとの関係を示す図である。陽極酸化皮膜層の断面を模式的に示した図であり、（ａ）はピストン基体（基体）の表面が円滑である場合を示す図で、（ｂ）はピストン基体の表面が粗い場合を示す図である。

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、各裏板３ａ，４ａと、各裏板３ａ，４ａに接合された各ライニング材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が推進され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（図１における右側面）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（図１における右側）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。

図３に、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関係を示す。この図３から理解できるように、クロムめっきの密着性と陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状とは密接な関係を持つ。なお、図３に示される試験結果において、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。また、この時の陽極酸化処理条件およびクロムめっき処理条件は、図４に示される図中のとおりである。この場合、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、表面の細孔壁厚（細孔間の壁の厚さ）が10〜110nmおよび表面の細孔密度が30〜100個/μm²である。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となる。

ところで、アルミニウム合金製のピストン基体１１（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が形成されるピストン８（摺動部材）において、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを管理することは、量産に向けて極めて有効である。図３から理解できるように、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスは、測定面の表面積が一定である場合、陽極酸化皮膜層１３の表面の細孔直径、細孔壁厚、細孔密度ならびに皮膜厚さに応じて変化する。すなわち、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを測定することで、陽極酸化皮膜層１３の表面の物理的性状（クロムめっきの密着性）を電気的に評価することができる。

なお、図３に示される試験結果において、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、試験は、図５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５におけるＰＱ間のアドミッタンスを周波数１kHzで測定した。

しかしながら、上述したように、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが規定範囲内であっても、クロムめっきの密着性が劣る場合があり、その反対に、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが規定範囲外であっても、クロムめっきの密着性が良好である場合がある。そこで、本願出願人は、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスは、測定面の表面粗さの影響を受けるのではないかと考え、以下のような試験を行った。なお、試験は、本出願人によって規定されたクロムめっきの良好な密着性を得るための陽極酸化処理の上限条件および下限条件で、表面粗さを0.01〜4.0μmRaの間で変えたアルミニウム合金製（Ａ６０６１）のピストン基体１１（ピストン素材）を陽極酸化処理した後、得られた陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを測定したものである。ここで、陽極酸化処理の上限条件および下限条件は、図６中に示すとおりである。

図６から、ピストン基体１１（ピストン素材）の表面が粗くなると、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが大きくなり、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスとピストン基体１１の表面粗さとの間には、相関があることがわかる。また、図６から、ピストン基体１１の表面が3.0μmRaよりも粗くなると、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスの測定値のばらつきが大きくなることがわかる。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（クロムめっきの密着性）を評価する上で、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを測定するに際して、信頼性が高い測定値を得るためのピストン基体１１の表面粗さを3.0μmRa以下と規定した。また、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスの測定結果が、規定範囲、本実施形態では0.6〜1.6mSの範囲、より望ましくは0.9〜1.3ｍSの範囲内であれば、クロムめっきの良好な密着性を得られるものとすることができる。なお、上記アドミッタンスの規定範囲は、ピストン基体１１の表面粗さによってその範囲が異なってくるため、ピストン基体１１の表面粗さを詳細に管理して製造する場合には、0.9〜1.3ｍSの範囲内で、図６に基づく任意の規定範囲を取り得るものである。

ここで、図６の試験結果を考察する。図７は、陽極酸化皮膜層１３の断面を模式的に示した図であり、（ａ）はピストン基体１１（ピストン素材）の表面が円滑である場合を示す図で、（ｂ）はピストン基体１１の表面が粗い場合を示す図である。この図に示されるように、表面が粗いピストン基体１１は、表面が円滑なピストン基体１１と比較して、陽極酸化皮膜層１３の細孔数が多くなる。これにより、表面が粗いピストン基体１１に形成された陽極酸化皮膜層１３は、円滑な表面を持つピストン基体１１に形成された陽極酸化皮膜層１３に対して電気抵抗（R）が小さくなり、その結果、アドミッタンス（1/R）が大きくなるのである。

この実施形態では以下の効果を奏する。
アルミニウム合金製のピストン基体１１（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が形成されるピストン８（摺動部材）において、製造時の陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンス、すなわち、クロムめっき処理前の陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスを測定することにより、容易な検査で、ピストン８（摺動部材）の品質を確保することができる。
そして、上記実施形態では、ピストン基体１１（基体）の表面粗さを3.0μmRa以下と規定することで、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスの測定値の信頼性、延いては、クロムめっきの良好な密着性を確保することができる。
また、上記実施形態においては、陽極酸化皮膜層１３のアドミッタンスが規定範囲、本実施形態では0.6〜1.6mSの範囲、より望ましくは0.9〜1.3ｍSの範囲内であるピストン基体１１（基体）においては、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られるものとすることができ、量産に向けた品質維持に極めて有効である。

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。

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）、１１ピストン基体（基体）、１３陽極酸化皮膜層、１４クロムめっき層

Claims

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、前記陽極酸化処理前の前記ピストンの表面粗さが3.0μmRa以下であり、前記陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが0.6〜1.6mSであることを特徴とするディスクブレーキ。
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、前記陽極酸化処理前の前記基体の表面粗さが3.0μmRa以下であり、前記陽極酸化皮膜層のアドミッタンスが0.6〜1.6mSであることを特徴とする摺動部材。