(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置であって、
前記自転車の車輪に回転不能に装着されるディスクロータと、
前記自転車のフレームに固定されるキャリパに装着され前記ディスクロータに圧接するブレーキパッドと、
前記ディスクロータの摩擦面に形成されたニッケルタングステン合金めっき層とを備え、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項２】
摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置であって、
前記自転車の車輪に回転不能に装着されるディスクロータと、
前記自転車のフレームに固定されるキャリパに装着され前記ディスクロータに圧接するブレーキパッドと、
前記ディスクロータの摩擦面に形成されたニッケル系めっき層と、
前記ニッケル系めっき層の表面に形成されたニッケルタングステン合金めっき層とを備え、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項３】
摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置であって、
前記自転車の車輪に回転不能に装着されるディスクロータと、
前記自転車のフレームに固定されるキャリパに装着され前記ディスクロータに圧接するブレーキパッドと、
前記ディスクロータの摩擦面に形成された銅系めっき層と、
前記銅系めっき層の表面に形成されたニッケルタングステン合金めっき層とを備え、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項４】
摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置であって、
前記自転車の車輪に回転不能に装着されるディスクロータと、
前記自転車のフレームに固定されるキャリパに装着され前記ディスクロータに圧接するブレーキパッドと、
前記ディスクロータの摩擦面に形成された銅系めっき層と、
前記銅系めっき層の表面に形成されたニッケル系めっき層と、
前記ニッケル系めっき層の表面に形成されたニッケルタングステン合金めっき層とを備え、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項５】
前記ニッケルタングステン合金めっき層の表面に形成された合金系めっき層をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項６】
前記ニッケルタングステン合金めっき層の厚みは、０．５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項７】
前記ディスクロータはステンレス合金、鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のいずれかを含む金属製である、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項８】
摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法であって、
前記車輪と連動する前記ディスクロータの母材を用意する準備工程と、
前記用意された母材の摩擦面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程とを含み、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、制動装置の製造方法。
を含む自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【請求項９】
摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法であって、
前記車輪と連動する前記ディスクロータの母材を用意する準備工程と、
前記用意された母材の摩擦面にニッケル系めっき層を形成するニッケル系めっき工程と、
前記ニッケル系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程と含み、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【請求項１０】
摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法であって、
前記車輪と連動する前記ディスクロータの母材を用意する準備工程と、
前記用意された母材の摩擦面に銅系めっき層を形成する銅系めっき工程と、
前記銅系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程と含み、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【請求項１１】
摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法であって、
前記車輪と連動する前記ディスクロータの母材を用意する準備工程と、
前記用意された母材の摩擦面に銅系めっき層を形成する銅系めっき工程と、
前記銅系めっき層の表面にニッケル系めっき層を形成するニッケル系めっき工程と、
前記ニッケル系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程と含み、
前記ニッケルタングステン合金めっき層において、前記ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である、自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【請求項１２】
前記ニッケルタングステン合金めっき層の表面に合金系めっき層を形成する合金系めっき工程をさらに含む、請求項８から１１のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【請求項１３】
前記ニッケルタングステン合金めっき層に、４００℃以上７００℃以下で熱処理を施す熱処理工程をさらに含む、請求項８から１２のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置及びそのディスクロータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両などの運動する物体を摩擦力により制動する制動装置は、一般に、物体と連動して運動する運動部材と、運動部材に圧接して制動する摩擦部材とを備えている。たとえば車両用のディスクブレーキ装置では、車輪と一体で回転する金属製のディスクロータと、ディスクロータに圧接可能なブレーキパッドとを備えている。また車両用のドラムブレーキ装置では、車輪と一体で回転する金属製のブレーキドラムと、ブレーキドラムに圧接可能なブレーキシューとを備えている。
【０００３】
一般に、摩擦力を利用した制動装置では、摩擦発熱によって制動力が低下する、いわゆるフェード現象を抑えることが重要である。そこで、フェード現象をおさえるために、従来、ブレーキパッドやブレーキシュー等の摩擦部材のライニング材の材質や形状を改良して放熱特性をあげたり、ディスクロータをカーボン製やベンチレートタイプにして放熱特性を上げたりして、フェード現象が生じる温度まで金属製の運動部材の温度が上昇しないようにする対策がとられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自転車のダウンヒルレースのような過酷な条件では、前記従来の放熱特性をあげてフェード現象を抑えようとする対策では運動部材の温度上昇を防ぐことができない。このため、上記のような温度上昇が生じる過酷な条件では十分にフェード現象を抑えることができない。
【０００５】
また、前記従来の制動装置では、ディスクロータやブレーキドラムの水濡れにより制動力が低下するという問題がある。水濡れが生じそれが摩擦部材や運動部材に付着したままになると、摩擦力が低下して制動力の低下を招く。
【０００６】
本発明の課題は、摩擦力を利用した制動装置及びその製造方法において、一般にフェード現象が発生するような高温下の過酷な条件での制動力の低下を抑えることにある。
【０００７】
本発明の別の課題は、摩擦力を利用した制動装置及びその製造方法において、水濡れによる制動力の低下を抑えることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明１に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する装置であって、ディスクロータと、ブレーキパッドと、ニッケルタングステン合金めっき層とを備えている。ディスクロータは、自転車の車輪に回転不能に装着されるものである。ブレーキパッドは、自転車のフレームに固定されるキャリパに装着されディスクロータに圧接するものである。ニッケルタングステン合金めっき層は、ディスクロータの摩擦面に形成されためっき層である。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【０００９】
この自転車用ディスクブレーキ装置では、ディスクロータの摩擦面にニッケルタングステン合金めっき層を形成したので、４００℃から７００℃の通常ではフェード現象が生じるような、過酷な条件下であっても制動力が低下しにくく優れた制動力を示すことができる。
【００１０】
制動力が低下しにくい理由はまだ明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。一般に制動力を支配する物性値として、摩擦係数μが挙げられる。この摩擦係数μはせん断強度に比例し、硬度に反比例すると言われている。ここで、硬度は母材の硬度を意味し、剪断強度は界面を与る表層のせん断強度を意味する。一般に、金属などの固体物質では、温度が高くなるにつれて硬度又はせん断強度は低下する傾向にあり、摩擦係数μは一定又は低下する傾向にあることが多い。本発明で開示したニッケルタングステン合金めっき層では、高温において、母材の硬度の低下とせん断強度の増大又は維持とによる相乗効果により、摩擦係数μが上昇するのではないかと推察される。
【００１１】
一般に、ニッケルタングステン合金めっきの性質として、温度が上昇すると硬度が上昇することがよく知られている。しかし、本発明で着目しているのは硬度よりむしろニッケルタングステン合金めっき自身のせん断強度、及び／又はその高温摩擦摩耗時の酸化反応で生成される生成物のせん断強度である。ニッケルタングステン合金めっき層が高温時又は高温にひとたび曝されることで、さらにせん断強度が高くなる何らかの機構があるのではないかと推察している。
【００１２】
ここで、ニッケルタングステン合金めっきの組成は、特に限定しないが、めっき中におけるタングステンの比率が２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下であるとさらなる効果が期待できるので好ましい。
【００１３】
発明２に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する装置であって、ディスクロータと、ブレーキパッドと、ニッケル系めっき層と、ニッケルタングステン合金めっき層とを備えている。ディスクロータは、自転車の車輪に回転不能に装着されるものである。ブレーキパッドは、自転車のフレームに固定されるキャリパに装着されディスクロータに圧接するものである。ニッケル系めっき層は、ディスクロータの摩擦面に形成されためっき層である。ニッケルタングステン合金めっき層は、ニッケル系めっき層の表面に形成されためっき層である。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００１４】
この自転車用ディスクブレーキ装置では、発明１の作用効果加えて、ディスクロータなどの母材として軟質の金属を使用する場合、比較的軟質のニッケル系めっき層を母材とニッケルタングステン合金めっき層との間に挿入することにより、硬度が徐々に高くなる傾斜効果を得ることができる。このため、ニッケルタングステン合金めっき自身が持つ応力を分散させて剥離耐久性を向上させることができる。
【００１５】
ここで、ニッケル系めっきの種類については、Ｎｉ単体でもよく、たとえばＰ，Ｓｎなどとの合金などでもよいが、ここでは限定しない。
【００１６】
発明３に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する装置であって、ディスクロータと、ブレーキパッドと、銅系めっき層と、ニッケルタングステン合金めっき層とを備えている。ディスクロータは、自転車の車輪に回転不能に装着されるものである。ブレーキパッドは、自転車のフレームに固定されるキャリパに装着されディスクロータに圧接するものである。銅系めっき層は、ディスクロータの摩擦面に形成されためっき層である。ニッケルタングステン合金めっき層は、銅系めっき層の表面に形成されためっき層である。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００１７】
この自転車用ディスクブレーキ装置では、発明１の作用効果に加えて軟質の銅系めっき層を母材と硬質のニッケルタングステン合金めっき層との間に挿入したので、制動装置において優れたコントロール性が得られる。ここで、コントロール性とは、減速・停止時における制動装置のコントロールのしやすさを意味し、とくに、制動装置を人間が操る場合の制御のしやすさを意味する。
【００１８】
この理由としては、本発明者らは、柔らかい銅系めっきを下地として母材とニッケルタングステン合金めっき層との間に挿入することで、クッション性が生じ、制動面（摩擦面）からの僅かな振動などの微小な伝達情報が増幅され、人間の感覚に対して、より強くフィードバックされやすいと思わせる効果があるではないかと推定している。
【００１９】
ここで、銅系めっきとしては、Ｃｕ単体のめっきでもよく、ＣｕとＺｎ，Ｓｎ，Ｎｉの内のいずれか１種又は２種以上の合金から構成される合金めっきであってもよいが、ここでは限定しない。
【００２０】
発明４に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、摩擦力を利用して回転している自転車の車輪を制動する装置であって、ディスクロータと、ブレーキパッドと、銅系めっき層と、ニッケル系めっき層と、ニッケルタングステン合金めっき層とを備えている。ディスクロータは、自転車の車輪に回転不能に装着されるものである。ブレーキパッドは、自転車のフレームに固定されるキャリパに装着されディスクロータに圧接するものである。銅系めっき層は、ディスクロータの摩擦面に形成されためっき層である。ニッケル系めっき層は、銅系めっき層の表面に形成されためっき層である。ニッケルタングステン合金めっき層は、ニッケル系めっき層の表面に形成されためっき層である。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００２１】
この自転車用ディスクブレーキ装置では、発明１及び発明３の作用効果が得られるとともに、徐々にめっき層が硬質になるので、傾斜効果がさらに得られさらに剥離耐久性が高くなる。
【００２２】
発明５に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、ニッケルタングステン合金めっき層の表面に形成された合金系めっき層をさらに備える。この場合には、ニッケルタングステン合金めっき層の表面に合金系めっき層を形成しているので、水濡れ時においても優れた制動力を示し制動力の低下を抑えることができる。
【００２３】
ここで、合金系めっきとは、Ｓｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｐ，Ｍｎ，Ｂｉ，Ｃｒの１種又は２種以上の合金から構成される合金めっきを意味するが、合金めっきの選択は摩擦の相手材によって異なるため、ここでは特に限定しない。また、摩擦摩耗特性を向上させるためには、この合金めっき中に、炭化物、酸化物、窒化物などの微粒子を介在させてもよい。
【００２４】
たとえば、Ｓｎ系混合物が添加された摩擦ライニング材として金属板を使用し、摩擦力を得るために、ニッケルタングステン合金めっきが施され、かつその上にＳｎ系の合金めっきを施した金属板を使用することで、高温時における制動特性と水濡れ時の制動力が向上することがわかった。
【００２５】
この理由については定かではないが、本発明者は以下のように推察している。
【００２６】
ニッケルタングステン合金めっきは、引張応力が強いめっきであるため、表層部のめっき表面には、母材との応力差のために無数のクラックが入っている。この上からカバーリング効果が高い合金系めっきを被覆することにより、このクラックが修復されて微視的なレベルにおける水切り性、水はけ性をよくする効果があるのではないか。
【００２７】
または、ニッケルタングステン合金めっきには、何らかの親水効果があって水膜を形成する機構が働いて水膜で滑走して制動力が弱まるおそれがあるが、合金系めっきによって水膜形成機構を阻害することができたのではないか。
【００２８】
または、合金系めっきを界面に使用することで、相手材との摩擦促進効果があり、水濡れ時に相手材との摩擦現象に速く馴染む効果が生まれるのではないか。
【００２９】
または、水濡れ時における摩擦により、水と反応して生成された腐食摩耗生成物が制動力向上によい作用を与えのではないか。
等の理由が考えられる。
【００３０】
また、ニッケルタングステン合金めっき単体では屋外や海岸沿いなどの腐食雰囲気に放置して使用すると、変色や腐食しやすいが、その上を合金系めっきで被覆すると、変色や腐食の進行を抑制できるようになる。
【００３１】
発明６に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、発明１から５のいずれかに記載の装置において、ニッケルタングステン合金めっき層の厚みは、０．５μｍ以上１００μｍ以下である。ニッケルタングステン合金めっき層の厚みが．０５μｍ未満であると、制動時の摩耗により削れやすくなり、１００μｍを超えると、めっきコストが上昇し、経済的に採算が合いにくくなる。
【００３２】
発明７に係る自転車用ディスクブレーキ装置は、発明１から６のいずれかに係る装置において、ディスクロータは、ステンレス合金、鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のいずれかを含む金属製である。この場合には、鉄の場合には、比較的安価なディスクロータを提供できる。チタン合金やステンレス合金の場合には、耐食性を向上させることができる。アルミニウム合金やマグネシウム合金やチタン合金の場合、軽量化を図ることができる。しかも、マグネシウム合金は腐食されやすいがめっき層を形成することで腐食しにくくなる。
【００３３】
発明８に係る自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータの製造方法は、摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータを製造する方法であって、車輪と連動するディスクロータの母材を用意する準備工程と、用意された母材の摩擦面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程とを含んでいる。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００３４】
この製造方法では、用意されたディスクロータの母材の摩擦面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するので、４００℃から７００℃の通常ではフェード現象が生じるような、過酷な条件下であっても制動力が低下しにくく優れた制動力を示すことができる。
【００３５】
発明９に係る自転車用ディスクブレーキのディスクロータの製造方法は、摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータを製造する方法であって、車輪と連動するディスクロータの母材を用意する準備工程と、用意された母材の摩擦面にニッケル系めっき層を形成するニッケル系めっき工程と、ニッケル系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程とを含んでいる。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００３６】
この製造方法では、発明８の作用効果加えて、母材として軟質の金属を使用する場合、比較的軟質のニッケル系めっき層を母材とニッケルタングステン合金めっき層との間に挿入することにより、硬度が徐々に高くなる傾斜効果を得ることができる。このため、ニッケルタングステン合金めっき自身が持つ応力を分散させて剥離耐久性を向上させることができる。
【００３７】
発明１０に係る自転車用ディスクブレーキのディスクロータの製造方法は、摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータを製造する方法であって、車輪と連動するディスクロータの母材を用意する準備工程と、用意された母材の摩擦面に銅系めっき層を形成する銅系めっき工程と、銅系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程とを含んでいる。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００３８】
この製造方法では、発明８の作用効果に加えて軟質の銅系めっき層を母材とニッケルタングステン合金めっき層との間に挿入したので、制動装置において優れたコントロール性が得られる。
【００３９】
発明１１に係る自転車用ディスクブレーキのディスクロータの製造方法は、摩擦力を利用して自転車の車輪を制動する自転車用ディスクブレーキ装置のディスクロータを製造する方法であって、車輪と連動するディスクロータの母材を用意する準備工程と、用意された母材の摩擦面に銅系めっき層を形成する銅系めっき工程と、銅系めっき層の表面にニッケル系めっき層を形成するニッケル系めっき工程と、ニッケル系めっき層の表面にニッケルタングステン合金めっき層を形成するニッケルタングステン合金めっき工程とを含んでいる。このニッケルタングステン合金めっき層において、ニッケルタングステン合金めっき層全体に対するタングステンの比率は、２０重量パーセント以上８０重量パーセント以下である。
【００４０】
この製造方法では、発明９及び発明１０の作用効果が得られるとともに、徐々にめっき層が硬質になるので、傾斜効果がさらに得られさらに剥離耐久性が高くなる。
【００４１】
発明１２に係る自転車用ディスクブレーキのディスクロータの製造方法は、発明８から１１のいずれかに記載の方法において、ニッケルタングステン合金めっき層の表面に合金系めっき層を形成する合金系めっき工程をさらに含む。この場合には、ニッケルタングステン合金めっき層の表面に合金系めっき層を形成しているので、水濡れ時においても優れた制動力を示し制動力の低下を抑えることができる。
【００４２】
発明１３に係る自転車用ディスクブレーキのディスクロータの製造方法は、発明８から１２のいずれかに記載の方法において、ニッケルタングステン合金めっき層に、４００℃以上７００℃以下で熱処理を施す熱処理工程をさらに含む。この場合には、過酷な制動条件下と同じ条件の熱処理を予め施しておくことにより、高温時において摩擦力を向上させる効果がさらに発揮される。この理由は、ニッケルタングステン合金めっきの持つ高温での摩擦力の増大効果がさらに促進されるためではないかと推察される。望ましくは４５０℃以上６５０℃以下、さらに望ましくは５００℃以上６００度以下の温度域で熱処理することで、高温時における制動力に対してさらなる優れた効果を示すことができる。
【００４３】
熱処理工程は、制動装置の圧接面（摩擦面）にニッケルタングステン合金めっき層の形成時でも形成後でもよい。熱処理方法は、真空炉、大気炉、ガス炉、塩浴炉、高周波加熱装置で加熱する方法のいずれでもその組み合わせでもよく、加熱速度、均一温度保持時間、冷却速度についてもここでは限定しない。
【００４４】
【発明の実施の形態】
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１によるディスクブレーキ装置１２を搭載した自転車１０のフロント部分を示している。このような自転者１０は、当該技術ではと公知であり、自転車の構成部品についての詳細な説明は省略する。
【００４５】
自転車１０は、従来知られたものであり、ハンドルバー１５を有する自転車フレーム１４と、フロント及びリアフォーク１６（フロントフォークのみ図示）と、前後輪１７（前輪のみ図示）と、スプロケットやチェーンを含む駆動装置とを含んでいる。
【００４６】
ディスクブレーキ装置１２は、ダブルクラウン型のサスペンション付きのフロントフォーク１６に装着されたブレーキキャリパ２１と、ディスクロータ２２と、ブレーキ作動機構２３とを備えている。
【００４７】
ブレーキキャリパ２１は、ディスクロータ２２に近接した位置で自転車１０のフロントフォーク１６に取り付けられており、ディスクロータ２２にその回転を停止させる締め付け力を加えることができる。図２及び図３に示すように、ブレーキキャリパ２１は、ハウジング５０と、ピストンユニット５１とを備えている。ハウジング５０は、たとえばアルミニウム合金などの熱伝導性材料で構成されており、ボルトで結合された第１ハウジング部材５２ａと、第２ハウジング部材５２ｂとを有している。両ハウジング部材５２ａ，５２ｂは実質的に同じ形状であり、第２ハウジング部材５２ｂには、ブレーキ作動機構２３の油圧配管８６が連結され、両ハウジング部材５２ａ，５２ｂにブレーキオイルが供給されるようになっている。
【００４８】
また、第２ハウジング部材５２ｂは、ブレーキキャリパ２１をフロントフォーク１６にボルト止めするための取付部材５４を形成する外向きに延出したフランジを有している。両ハウジング部材５２ａ，５２ｂをボルト締めすると、ブレーキスロットがその間に形成され、その間にディスクロータ２２を収納することができる。また両ハウジング部材５２ａ，５２ｂには、図３及び図５に示すように、それぞれ２つのピストン７４が収納される円形のシリンダ部５７ａ，５７ｂと、それぞれのシリンダ部５７ａ，５７ｂにブレーキオイルを供給するための油路５８ａ，５８ｂが形成されている。これにより、ブレーキ作動機構２３から供給されたブレーキオイルは、第２ハウジング部材５２ｂに流入して油路５８ａ，５８ｂに流入することによってピストンユニット５１を作動させる。
【００４９】
図３に示すように、ピストンユニット５１は、４つのピストン７４と、１対のブレーキパッド７６とを有している。ピストン７４は、１対のシリンダ部５７ａ，５７ｂに摺動自在にはめ込まれており、制動解除位置と制動位置との間で移動する。ブレーキパッド７６は、ピストン７４の先端に配置され一体で移動する。したがって、ピストン７４が制動解除位置から制動位置に移動するとブレーキパッド７６も制動解除位置から制動位置に移動する。制動位置にあるとき、ブレーキパッド７６はディスクロータ２２を挟持して摩擦係合し、ディスクロータ２２を介して前輪１７を制動する。制動解除位置にあるとき、ブレーキパッド７６はディスクロータ２２から離れてディスクロータ２２は自由回転可能になる。
【００５０】
ディスクロータ２２は、前輪１７のハブに固定されており、前輪１７に連動して回転する。ディスクロータ２２は、図２に示すように、たとえばステンレス合金製の円板部材であり、中心に位置するハブ取付部２２ａと外周側の摩擦面となるリング状のロータ部２２ｂとを一体形成したものである。ディスクロータ２２のステンレス製の母材９０の表面には、図６に示すように、ニッケルタングステン合金めっき層９１が形成されている。このニッケルタングステン合金めっき層９１の厚みは０．５μｍから１００μｍの範囲が好ましい。このような範囲にあると、めっきコストの極端な上昇を抑えることができるとともに、使用しても摩擦によりめっき層９１が削れ落ちることがなくなる。ニッケルタングステン合金めっきの組成は、特に限定しないが、めっき中におけるタングステンの比率が２０重量％以上８０重量％以下であることでさらなる効果が期待できるので好ましい。
【００５１】
最表面のニッケルタングステン合金めっき層９１には、４００℃以上７００℃以下で熱処理が施されている。この場合には、過酷な制動条件下と同じ条件の熱処理を予め施しておくことにより、高温時において摩擦力を向上させる効果がさらに発揮される。この理由は、ニッケルタングステン合金めっきの持つ高温での摩擦力の増大効果がさらに促進されるためではないかと推察される。望ましくは４５０℃以上６５０℃以下、さらに望ましくは５００℃以上６００度以下の温度域で熱処理することで、高温時における制動力に対してさらなる優れた効果を示すことができる。
【００５２】
ブレーキ作動機構２３は、図４及び図５に示すように、ブレーキキャリパ２１を作動させてディスクロータ２２を強力に挟持することにより前輪１７に制動をかけるための機構である。ブレーキ作動機構２３は、ハンドルバー１５の右端部に一体で取り付けられている。ブレーキ作動機構２３は、ブレーキレバー８０と、マスターシリンダ８１と、マスターピストン８２と、オイルタンク８３とを有している。
【００５３】
ブレーキレバー８０は、図４及び図５に示すように、ハンドルバー１５に装着されたブラケット８４と、ブラケット８４に制動位置と制動解除位置とに揺動自在に装着されたレバー部８５とを有している。ブラケット８４は、マスターシリンダ８１と一体形成されており、マスターピストン８２及びオイルタンク８３はブラケット８４に支持されている。マスターピストン８２は、マスターシリンダ８１内に移動可能に取り付けられている。さらに具体的に言うと、オイルタンク８３はマスターシリンダ８１に取り付けられており、マスターシリンダ８１の内孔と連通してそれに作動流体を供給する。マスターピストン８２は一端部でレバー部８５に連結されているため、マスターピストン８２をマスターシリンダ８１内で軸方向に移動させることができる。従って、レバー部８５を作動させると、マスターピストン８２はマスターシリンダ８１内を軸方向に移動する。このようにマスターピストン８２がマスターシリンダ８１内を移動することによって、圧油がブレーキキャリパ２１に連結された油圧配管８６へ送られる。このため、圧油がピストン７４およびブレーキパッド７６を移動させてディスクロータ２２を挟持し、前輪１７を制動する。
【００５４】
このディスクブレーキ装置１２では、ブレーキ作動機構２３の作動によって、ブレーキキャリパ２１は、ディスクロータ２２が回転可能な制動解除位置とディスクロータ２２に制動力を作用させる制動位置との間で動作する。
【００５５】
ここでは、ディスクロータ２２の表面にニッケルタングステン合金めっき層９１を形成しているので、４００℃から７００℃の通常ではフェード現象が生じるような、過酷な条件下であっても制動力が低下しにくく優れた制動力を示すことができる。また、ブレーキパッド７６側での摩耗も従来より減少し、ブレーキパッド７６の寿命も長くなる。
【００５６】
このような構成のディスクブレーキ装置１２のディスクロータ２２は、図７に示すように、以下のような工程で製作される。
【００５７】
予め、ステンレス合金製の板材をたとえば打ち抜き加工によりディスクロータ２２の形状に形成された母材９０を用意する（ステップＳ１）。次に用意された母材９０にニッケルタングステン合金めっきを施し、ニッケルタングステン合金めっき層９１を形成する（ステップＳ２）。そして、適宜の加熱装置によりニッケルタングステン合金めっき層９１の表面に４００℃以上７００℃以下で熱処理を施す（ステップＳ３）。
【００５８】
〔実施形態２〕
前記実施形態１では、ディスクロータ２２の母材９０の表面にニッケルタングステン合金めっき層９１のみを形成したが、図８に示すように、母材９０の表面にニッケル系めっき層９２を形成し、さらにその上にニッケルタングステン合金めっき層９１を形成してもよい。この場合、比較的軟質のニッケル系めっき層９２を母材９０とニッケルタングステン合金めっき層９１との間に挿入することにより、硬度が徐々に高くなる傾斜効果を得ることができる。このため、ニッケルタングステン合金めっき自身が持つ応力を分散させて剥離耐久性を向上させることができる。ここで、ニッケル系めっきの種類については、Ｎｉ単体でもよく、たとえばＰ，Ｓｎなどとの合金などでもよい。この場合の製造工程は図９に示すようになる。ここでは、図７に示した実施形態１の製造工程に対してステップＳ１の準備工程の後にステップＳ１２でニッケル系めっき処理を付け加えている。
【００５９】
〔実施形態３〕
図１０に示すように、母材９０の表面に銅系めっき層９３を形成し、さらにその上にニッケルタングステン合金めっき層９１を形成してもよい。この場合、軟質の銅系めっき層９３を母材９０とニッケルタングステン合金めっき層９１との間に挿入したので、制動装置において優れたコントロール性が得られる。ここで、コントロール性とは、減速・停止時における制動装置のコントロールのしやすさを意味し、とくに、ディスクブレーキ装置１２を人間が操る場合の制御のしやすさを意味する。
【００６０】
この理由としては、柔らかい銅系めっきを下地として母材９０とニッケルタングステン合金めっき層９１との間に挿入することで、クッション性が生じ、制動面（摩擦面）からの僅かな振動などの微小な伝達情報が増幅され、人間の感覚に対して、より強くフィードバックされやすいと思わせる効果があるではないかと推定できる。この場合の製造工程を図１１に示す。ここでは、図７に示した実施形態１の製造工程に対してステップＳ１の準備工程の後にステップＳ２２で銅系めっき処理を付け加えている。
【００６１】
ここで、銅系めっきとしては、Ｃｕ単体のめっきでもよく、ＣｕとＺｎ，Ｓｎ，Ｎｉの内のいずれか１種又は２種以上の合金から構成される合金めっきであってもよい。なお、図１２に示すように、銅系めっき層９３の表面にニッケル系めっき層９２を形成し、さらにニッケルタングステン合金めっき層９１を形成してもよい。この場合の製造工程を図１３に示す。この場合には、図１１で示した製造工程のステップＳ２２の銅系めっき処理工程の後にステップＳ３２でニッケル系めっき処理を付け加えている。
【００６２】
〔実施形態５〕
図１４に示すように、ニッケルタングステン合金めっき層９１の表面に合金めっき層９４を形成してもよい。この場合には、ニッケルタングステン合金めっき層９１の表面に合金系めっき層９４を形成しているので、水濡れ時においても優れた制動力を示し制動力の低下を抑えることができる。
【００６３】
ここで、合金系めっきとは、Ｓｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｐ，Ｍｎ，Ｂｉ，Ｃｒの１種又は２種以上の合金から構成される合金めっきを意味するが、合金めっきの選択は摩擦の相手材によって異なるため、ここでは特に限定しない。
【００６４】
また、摩擦摩耗特性を向上させるためには、最表面となるニッケルタングステン合金めっき及び／又は合金めっき中に、炭化物、酸化物、窒化物などの微粒子を介在させてもよい。この場合の製造工程を図１５に示す。ここでは、図７に示した製造工程に対してステップＳ３の熱処理工程の後にステップＳ４２の合金めっき処理を付け加えている。
【００６５】
なお、この実施形態５において、実施形態２〜４のステップＳ３の熱処理工程の後に合金めっき処理を付け加えてもよい。
【００６６】
【実施例】
本発明の作用効果を実証するために、本発明者らは以下に示す種々の試験番号のディスクロータを製作し、それを用いて、急坂制動試験、水濡れ試験、耐食性試験、及びコントロール性試験の４種の試験を行った。試験には市販のディスクブレーキ装置を装着した自転車を用いた。ディスクロータには、直径２００ｍｍ×板厚２ｍｍで材質ＳＵＳ４１０のステンレス合金製の円板形状のものを用意した。そして、ニッケルタングステン合金めっき層を含むめっき層を形成した本発明の実施例である試験番号１〜１４のものと、めっき層なし又はニッケルタングステン合金めっき層を含まない比較例である試験番号１５〜１９のものとを下記に示す各試験毎の評価により比較した。また、ブレーキパッドには市販の銅系焼結体製のものを使用した。さらに、熱処理は、ニッケルタングステン合金めっき層を形成後、Ｓｎ−Ｎｉ合金めっき層を形成前に、真空炉を用いて５００℃で３０分間行った。
【００６７】
ここで、図１６に示す表において、第１層とは母材直上のめっき層を意味し、第２層、第３層、第４層の順に表面（摩擦面）に近くなることを意味する。実施例である試験番号１から１４のディスクロータには、いずれも重量％でＮｉが約４５％、Ｗが約５５％であり、厚みが１０μｍのＮｉ−Ｗ（ニッケルタングステン）めっき層を第１層から第３層のいずれかの層に形成した。また、ニッケル系めっき層であるＮｉめっき層は、電気メッキ法で厚み１０μｍに形成した。さらに、合金系めっき層であるＳｎ−Ｎｉめっき層は、ピロリン酸塩浴法で厚み１μｍに形成した。また、銅系めっき層であるＣｕめっき装置は、硫酸浴法で厚み約５μｍに形成した。
【００６８】
急坂制動試験では、試験走路の走行方向の勾配を約１０％に設定した。乾燥した試験走路について、手動ブレーキによって制動させながら１０００ｍの距離を下った。また、その直後にＪＩＳ  Ｄ  ９２０１に記載の乾燥時の試験方法で制動距離を計測した。
【００６９】
急制動試験の評価については以下の通りである。
【００７０】
ＡＡ：急制動中の全試験走路で制動可能であり、直後の乾燥時の制動力が４ｍ未満のもの、
Ａ：急制動中の全試験走路で制動可能であり、直後の乾燥時の制動力が４ｍ以上６ｍ未満のもの、
Ｂ：急制動中の試験走路後半で制動しづらくなり、直後の乾燥時の制動力が６ｍ未満のもの、
Ｃ：急制動中の試験走路後半で制動しづらくなり、直後の乾燥時の制動力が６ｍ以上のもの、
水濡れ試験では、ＪＩＳ  Ｄ  ９２０１に記載の方法で制動距離を計測した。
【００７１】
水濡れ試験の評価については以下の通りである。
【００７２】
Ａ：水濡れ時の制動距離が６ｍ未満のもの、
Ｂ：水濡れ時の制動距離が６ｍ以上８ｍ未満のもの、
Ｃ：水濡れ時の制動距離が８ｍ以上のもの、
耐食性試験では、ＪＩＳ  Ｈ  ８５０２（めっき耐食性試験方法）に記載のキャス試験方法で試験時間は２４時間で実施し、腐食発生状態を目視で評価した。
【００７３】
耐食性試験の評価については以下の通りである
Ａ：腐食・変色部なし、
Ｂ：腐食・変色部がほとんどない、
Ｃ：腐食・変色部が見受けられる、
Ｄ：腐食・変色部が全面に見受けられる、
ブレーキにおけるコントロール性の評価試験は、無作為に抽出された自転車試乗員１２０人による官能評価試験を実施し、従来技術であるめっき無しのディスクロータを装着した試験番号１５を基準値とする自転車実便覧（第４版）１０４４頁に記載の４段階評価を行った。また、他の試験においても、従来技術である試験番号１５の比較例を基準値として採用した。
【００７４】
コントロール試験の評価は以下の通りである。
【００７５】
ＡＡ：非常に優れている（試乗員の８０％以上が優れていると評価）
Ａ：優れている（試乗員の６０％以上８０％未満が優れていると評価）
Ｂ：普通（試乗員の４０％以上６０％未満が優れていると評価）
Ｃ：悪い（試乗員の４０％未満が優れていると評価）
図１６から明らかなように、熱処理を行っていない本発明の実施例である試験番号１〜７のものでは、急坂制動試験において、急制動中の全試験走路において優れた制動力を維持することがわかった。その直後の制動試験においても、制動距離が６ｍ未満であることからフェード現象は認められず、制動面も制動による変色も見られないことから外観上も好ましく、優れた制動特性を示すことがわかった。
【００７６】
熱処理を行った実施例である試験番号８〜１４のものでは、急坂制動試験において、急制動中の全試験走路において優れた制動力を維持し、その直後の制動試験においても、制動距離が４ｍ未満であることからフェード現象は認められず、制動面も制動による変色も見られないことから外観上も好ましく、さらに優れた制動特性を示すことがわかった。
【００７７】
これに対して、比較例である試験番号１５，１６のものでは、急坂制動試験において、急坂制動中の試験走路後半において、制動しづらくなることがあった。また、その直後の制動試験においては制動距離が６ｍ未満であることから顕著なフェード現象はみられないが、制動面は制動により酸化されたような茶褐色の変色が認められ、外観面で劣ることがわかった。比較例である試験番号１７〜１９のものでは、急坂制動試験において、急坂制動中の試験走路後半において、制動しづらくなることがあった。また、その直後の制動試験においては制動距離が６ｍ以上であることからフェード現象がみられ、制動面は制動により酸化されたような茶褐色の変色が認められ、外観面で劣ることがわかった。
【００７８】
これらのことから、ニッケルタングステン合金めっき層を形成することにより、通常ではフェード現象が生じるような、過酷な条件下であっても制動力が低下しにくく優れた制動力を示すことができることがわかった。また、とくに熱処理を施したものでは、制動距離がさらに短くなり、その効果がさらに顕著になることがわかった。
【００７９】
水濡れ試験では、合金系めっき層を形成していない実施例である試験番号１，３，５，８，１０，１２のものでは、制動距離が６ｍ以上８ｍ未満であり、基準値である試験番号１５の比較例とほぼ同じレベルであることがわかった。それに対して、合金系めっき層を表面に形成した実施例である試験番号２，４，６，７，９，１１，１３，１４のものでは、制動距離が６ｍ未満であり、基準値である試験番号１５の比較例のものを超えた優れた水濡れ制動性能が得られることがわかった。なお、比較例である試験番号１７、１８のものでは、制動距離が８ｍ以上であり本実施例より大きく劣ることがわかった。また、試験番号１６，１９のものでは制動距離が６ｍ以上８ｍ未満であり、合金系めっき層を形成した実施例に比べて劣ることがわかった。
【００８０】
耐食性試験では、合金系めっき層を形成した実施例である試験番号２，４，６，７，９，１１，１３，１４のものでは、腐食・変色部が認められず、優れた耐食性を示し、外観上も好ましいことがわかった。合金系めっき層を形成していない実施例である試験番号１，３，５，８，１０，１２のものでも、基準値である試験番号１５とほぼ同じレベルであり、腐食・変色部の面積率は、０．０２％以下（ＪＩＳ  Ｈ８５０２に記載されているレイティングナンバで９．８）であり、腐食・変色部はほとんど認められないことがわかった。
【００８１】
これらのデータから耐食性及び水濡れ制動性を向上させるには合金系めっき層を表面に形成するとよいことがわかった。
【００８２】
コントロール性評価試験では、銅系めっき層を形成した実施例である試験番号５〜７及び１２〜１４のものでは、コントロール性能が優れていると評価した試乗員は、全回答数の８０％以上であることから、非常に優れたコントロール性能を有することがわかった。また、銅系めっき層を形成していない実施例である試験番号１〜４及び８〜１１のものでも、コントロール性能が優れていると評価した試乗員が、全回答数の６０％以上８０％未満であることから、優れたコントロール性能を有することがわかった。全体として実施例では、優れたコントロール性能が得られることがわかった。
【００８３】
一方、比較例では、試験番号１６のものは、優れていると評価した試乗員は４０％以上６０％未満だったことから、基準値である試験番号１５と同等レベルであることから普通のレベルのコントロール性を有することがわかった。比較例である試験番号１７〜１９のものは、優れていると評価した試乗員は４０％未満であったこと、また、タッチ感がない、応答性がよくない等のコメントも多かったことから、コントロール性が悪いと判断した。
【００８４】
これらのことから、銅系めっき層を母材表面に形成することによりコントロール性が向上することがわかった。
【００８５】
また、母材表面に直接ニッケルタングステン合金めっき層を形成した試験番号１のものと、母材表面にニッケル系めっき層を形成した後ニッケルタングステン合金めっき層を形成した試験番号３のものと、従来例としての試験番号１５のものとを装着し、それぞれ２００ｋｍの走行距離で制動実験を行い、そのめっき層の剥離強度についてデータをとった。その結果、試験番号３のものでは表面のあらさがほとんど変化していなかった。一方、試験番号１のものでは表面のあらさが僅かに変化し、一部にめっきの剥離と思われる僅かな凹みが確認された。さらに試験番号１５のものでは、表面に円周状の摩耗傷が確認された。これらのことから、ニッケル系めっき層を形成することにより耐久性が向上するという効果が確認された。また、このときのブレーキパッドの摩耗量は、実施例である試験番号１及び３を装着したものが、試験番号１５を装着したものに比べて少なかった。
【００８６】
〔他の実施形態〕
前記実施形態では、ディスクロータの材質をステンレス合金製にしたが、ディスクロータの材質は、ステンレス合金、鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のいずれかを含む金属製であってもよく、また、カーボングラファイトなどの耐熱性を有し硬質な非金属製でもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明によれば、ディスクロータにニッケルタングステン合金めっき層を形成したので、４００℃から７００℃の通常ではフェード現象が生じるような、過酷な条件下であっても制動力が低下しにくく優れた制動力を示すことができる。
【００８８】
別の発明によれば、ニッケルタングステン合金めっき層の表面に合金系めっき層を形成しているので、水濡れ時においても優れた制動力を示し制動力の低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１を採用した自転車の前部側面図。
【図２】  そのディスクロータ部分の側面図。
【図３】ブレーキキャリパの分解模式図。
【図４】  ブレーキ作動機構の上面図。
【図５】  ディスクブレーキ装置の概略構成図。
【図６】  実施形態１のディスクロータの断面模式図。
【図７】  実施形態１の製造工程を示すフローチャート。
【図８】  実施形態２の図６に相当する図。
【図９】  実施形態２の図７に相当する図。
【図１０】  実施形態３の図６に相当する図。
【図１１】  実施形態３の図７に相当する図。
【図１２】  実施形態４の図６に相当する図。
【図１３】  実施形態４の図７に相当する図。
【図１４】  実施形態５の図６に相当する図。
【図１５】  実施形態５の図７に相当する図。
【図１６】  各種の試験結果を示す表
【符号の説明】
１０  自転車
１２  ディスクブレーキ装置
２１  ブレーキキャリパ
２２  ディスクロータ
７４  ブレーキパッド
９０  母材
９１  ニッケルタングステン合金めっき層
９２  ニッケル系めっき層
９３  銅系めっき層
９４  合金系めっき層
【図１】
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【図２】
0003654854.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003654854.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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