(57)【要約】【課題】耐久性を向上できる人力駆動車の摺動部材およびディスクブレーキロータを提供する。【解決手段】摺動部材は、摺動面を有する摺動部を備える。前記摺動面から厚み方向において窒素を含む。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動面を有する摺動部を備え、
前記摺動面から厚み方向において窒素を含む、
人力駆動車の摺動部材。
【請求項２】
前記摺動面のビッカース硬度は、４５０Ｈｖ以上である
請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記摺動面から前記厚み方向の深さ０．１ｍｍにおける窒素含有量は、０．０１質量％以上である
請求項１または２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記摺動部は、ステンレス合金を含む、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記摺動部は、前記ステンレス合金のみによって形成される
請求項４に記載の摺動部材。
【請求項６】
前記摺動部は、前記ステンレス合金によって形成される第１層、前記ステンレス合金によって形成される第２層、および、前記第１層と前記第２層との間に配置される第３層を含む、請求項４に記載の摺動部材。
【請求項７】
前記第３層は、アルミニウム合金を含む、
請求項６に記載の摺動部材。
【請求項８】
前記第１層および前記第２層は、前記第３層に拡散接合される、請求項６または７に記載の摺動部材。
【請求項９】
前記摺動部は、軸心回りに回転可能な環状形状を有し、
前記摺動面は、前記軸心に平行な第１方向に面する第１摺動面を含み、
前記厚み方向において前記第１摺動面から少なくとも第１距離の領域において窒素を含む、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項１０】
前記第１距離は、０．０５ｍｍ以上である、請求項９に記載の摺動部材。
【請求項１１】
前記摺動面は、前記第１方向とは反対の第２方向に面する第２摺動面を含み、
前記厚み方向において前記第２摺動面から少なくとも第２距離の領域において窒素を含む、
請求項９または１０に記載の摺動部材。
【請求項１２】
前記第２距離は、０．０５ｍｍ以上である、請求項１１に記載の摺動部材。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか一項に記載の摺動部材と、
人力駆動車のホィールに連結されるように前記摺動部よりも摺動部材の径方向の内側に配置される連結部と、を備える、
ディスクブレーキロータ。
【請求項１４】
前記摺動部に対して、前記径方向の外側、および、前記径方向の内側の少なくともいずれか一方に設けられる放熱部をさらに備える、
請求項１３に記載のディスクブレーキロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人力駆動車の摺動部材およびディスクブレーキロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、車両用のディスクブレーキロータが開示される。同文献には、鋳鉄製の母材の表面に形成された表面層であって、Ｆｅ−Ｃ−Ｎ系化合物を主材として鋳鉄よりも硬質の硬質材料を分散して含有する表面層が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−５３９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、耐久性を向上できる人力駆動車の摺動部材およびディスクブレーキロータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１側面に従う人力駆動車の摺動部材は、摺動面を有する摺動部を備え、前記摺動面から厚み方向において窒素を含む。
前記第１側面の摺動部材によれば、好適な硬度を実現でき、耐久性を向上できる。
【０００６】
前記第１側面に従う第２側面の摺動部材において、前記摺動面のビッカース硬度は、４５０Ｈｖ以上である。
前記第２側面の摺動部材によれば、耐久性を向上できる。
【０００７】
前記第１または第２側面に従う第３側面の摺動部材において、前記摺動面から前記厚み方向の深さ０．１ｍｍにおける窒素含有量は、０．０１質量％以上である。
前記第３側面の摺動部材によれば、好適な硬度を実現でき、耐久性を向上できる。
【０００８】
前記第１〜第３側面のいずれか１つに従う第４側面の摺動部材において、前記摺動部は、ステンレス合金を含む。
前記第４側面の摺動部材によれば、剛性を向上できる。
【０００９】
前記第４側面に従う第５側面の摺動部材において、前記摺動部は、前記ステンレス合金のみによって形成される。
前記第５側面の摺動部材によれば、製造性を向上できる。
【００１０】
前記第４側面に従う第６側面の摺動部材において、前記摺動部は、前記ステンレス合金によって形成される第１層、前記ステンレス合金によって形成される第２層、および、前記第１層と前記第２層との間に配置される第３層を含む。
前記第６側面の摺動部材によれば、好適な剛性および重量を実現できる。
【００１１】
前記第６側面に従う第７側面の摺動部材において、前記第３層は、アルミニウム合金を含む。
前記第７側面の摺動部材によれば、軽量に構成できる。
【００１２】
前記第６または第７側面に従う第８側面の摺動部材において、前記第１層および前記第２層は、前記第３層に拡散接合される。
前記第８側面の摺動部材によれば、各層を強固に接合できる。
【００１３】
前記第１〜第８側面のいずれか１つに従う第９側面の摺動部材において、前記摺動部は、軸心回りに回転可能な環状形状を有し、前記摺動面は、前記軸心に平行な第１方向に面する第１摺動面を含み、前記厚み方向において前記第１摺動面から少なくとも第１距離の領域において窒素を含む。
前記第９側面の摺動部材によれば、回転体として利用しやすい環状形状において耐久性を向上できる。
【００１４】
前記第９側面に従う第１０側面の摺動部材において、前記第１距離は、０．０５ｍｍ以上である。
前記第１０側面の摺動部材によれば、耐久性をさらに向上できる。
【００１５】
前記第９または第１０側面に従う第１１側面の摺動部材において、前記摺動面は、前記第１方向とは反対の第２方向に面する第２摺動面を含み、前記厚み方向において前記第２摺動面から少なくとも第２距離の領域において窒素を含む。
前記第１１側面の摺動部材によれば、挟持される回転体として使用される場合であっても耐久性を向上できる。
【００１６】
前記第１１側面に従う第１２側面の摺動部材において、前記第２距離は、０．０５ｍｍ以上である。
前記第１２側面の摺動部材によれば、耐久性をさらに向上できる。
【００１７】
第１３側面に従うディスクブレーキロータは、前記第９〜第１２側面のいずれか１つに従う第１３側面の摺動部材と、人力駆動車のホィールに連結されるように前記摺動部よりも摺動部材の径方向の内側に配置される連結部と、を備える。
前記第１３側面のディスクブレーキロータによれば、好適な硬度を実現でき、耐久性および制動性を向上できる。
【００１８】
前記第１３側面に従う第１４側面のディスクブレーキロータにおいて、前記摺動部に対して、前記径方向の外側、および、前記径方向の内側の少なくともいずれか一方に設けられる放熱部をさらに備える。
前記第１４側面のディスクブレーキロータによれば、放熱性を向上できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の摺動部材およびディスクブレーキロータによれば、耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】摺動部材の模式図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う摺動部材の断面図。
【図３】他の摺動部材の断面図。
【図４】摺動部材の側面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う摺動部材の断面図。
【図６】ディスクブレーキロータの側面図。
【図７】窒化処理の温度チャート。
【図８】摺動部材について、深さに対する窒素含有量を示すチャート。
【図９】摺動部材について、各深さにおけるビッカース硬度を示すチャート。
【図１０】実施例１および比較例１について、３９．２Ｎの力の入力時の制動の傾きを示すグラフ。
【図１１】実施例３および比較例２について、３９．２Ｎの力の入力時の制動の傾きを示すグラフ。
【図１２】実施例３および比較例２について、５８．８Ｎの力の入力時の制動の傾きを示すグラフ。
【図１３】実施例１および比較例１について、摩耗量の変化を示すチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１を参照して、摺動部材について説明する。
下記に示される本実施形態に係る摺動部材の構造は、人力駆動車のあらゆる摺動部品に適用できる。ここで、人力駆動車は、走行のための原動力に関して、少なくとも部分的に人力を用いる車両を意味し、電動で人力を補助する車両を含む。人力以外の原動力のみを用いる車両は、人力駆動車には含まれない。特に、内燃機関のみを原動力に用いる車両は、人力駆動車には含まれない。通常、人力駆動車には、小型軽車両が想定され、公道での運転に免許を要しない車両が想定される。図示される人力駆動車は、自転車を含む。一例として、人力駆動車は、シティサイクルである。人力駆動車に用いられる摺動部品の例として、たとえば、ディスクブレーキロータ、チェーンのリンクプレート、チェーンのローラ、チェーンのピン、各種ギア、および、ホィールのリムが挙げられる。本実施形態では、摺動部材１０の例として、ディスクブレーキロータを挙げる。
【００２２】
摺動部材１０は、他の部材Ｘに接触するように配置され、他の部材Ｘに対して所定方向ＤＸに摺動する。摺動部材１０は、摺動面１２を有する摺動部１４を備える。摺動部材１０は、摺動面１２から厚み方向ＤＴにおいて窒素を含む。摺動面１２は所定平面上に配置される平らな面を意味する。厚み方向ＤＴは、摺動面１２に垂直な方向を意味する。後述の窒化処理により窒素を摺動部材の摺動面１２に浸み込ませることにより、窒素を含有する摺動面１２が形成される。窒化処理により摺動面１２のビッカース硬度が高くなる。
摺動部材１０において、摺動面１２のビッカース硬度は、４５０Ｈｖ以上であることが好ましい。摺動面１２から厚み方向ＤＴの深さ０．１ｍｍにおける窒素含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましい。
【００２３】
図２および図３を参照して、摺動部材１０の材料および断面構造について説明する。
第１の例では、摺動部１４は、ステンレス合金を含む。そして、摺動部１４は、ステンレス合金のみによって形成される。このような摺動部１４において摺動面１２は窒素を含む。図２に示される例では、摺動部材１０がステンレス合金のみによって構成される。
【００２４】
第２の例では、摺動部１４は、ステンレス合金を含む。そして、摺動部１４において、摺動面１２を含む部分は、ステンレス合金を含む。たとえば、図３に示されるように、摺動部１４が、複数の部材の積層体として構成され、摺動面１２を含む部材がステンレス合金を含む。たとえば、摺動部１４は、ステンレス合金によって形成される第１層１４Ａ、ステンレス合金によって形成される第２層１４Ｂ、および、第１層１４Ａと第２層１４Ｂとの間に配置される第３層１４Ｃを含む。第１層１４Ａの摺動面１２および第２層１４Ｂの摺動面１２の少なくとも一方は、窒素を含む。第３層１４Ｃは、ステンレス合金よりも軽量金属により形成される。たとえば、第３層１４Ｃは、アルミニウム合金を含む。この例において、第１層１４Ａおよび第２層１４Ｂは、第３層１４Ｃに拡散接合される。
【００２５】
図４および図５を参照して、ディスクブレーキロータ用の摺動部材２０の例について説明する。摺動部２２は、軸心Ｃ回りに回転可能な環状形状を有する。摺動面２４は、軸心Ｃに平行な第１方向ＤＡに面する第１摺動面２４Ａを含む。厚み方向ＤＴにおいて第１摺動面２４Ａから少なくとも第１距離Ｌ１の領域において窒素を含む。第１距離Ｌ１は、０．０５ｍｍ以上である。
【００２６】
摺動面２４は、第１方向ＤＡとは反対の第２方向ＤＢに面する第２摺動面２４Ｂを含む。厚み方向ＤＴにおいて第２摺動面２４Ｂから少なくとも第２距離Ｌ２の領域において窒素を含む。第２距離Ｌ２は、０．０５ｍｍ以上である。
【００２７】
図６を参照して、ディスクブレーキロータ３０について説明する。ディスクブレーキロータ３０は、摺動部材３２と、人力駆動車のホィールに連結されるように摺動部材３２の摺動部３４よりも摺動部材３２の径方向の内側に配置される連結部４０と、を備える。摺動部材３２は、図４に記載の摺動部材２０の構造を有する。摺動部３４は摺動面３６を有する。さらに、摺動部材３２は、摺動部材３２の摺動部３４に対して、径方向の外側、および、径方向の内側の少なくともいずれか一方に設けられる放熱部３８をさらに備えてもよい。本実施形態では、放熱部３８は、摺動部３４に対して径方向の内側に設けられる。放熱部３８は、摺動部３４の周方向において隣り合う２つのタブ３２Ａの間に設けられる。好ましくは、放熱部３８は、それぞれ複数の凹部を有する。タブ３２Ａは、摺動部３４の周方向において内方に突出する。図３に示される摺動部１４と同様に、摺動部３４が複数の部材の積層体として構成される場合、放熱部３８は、第三層（中間層）から延ばされるように設けられてもよい。また、摺動部３４の構成に関わらず、放熱部３８は、摺動部３４とは別部材として形成され、化学的あるいは機械的に摺動部３４に連結されてもよい。
【００２８】
連結部４０は、内周部４２と、内周部４２から摺動部３４の径方向の外方に延びる複数のアーム４４とを備える。内周部４２は、人力駆動車のホィールに連結可能に設けられる。内周部４２は、円環形状を有する。内周部４２の内周面には、スプライン４２Ａが形成される。内周部４２のスプライン４２Ａは、ハブに形成されるスプラインと係合可能である。ハブのスプラインと内周部４２のスプライン４２Ａを係合した状態でロックリング（図示略）を中心軸線まわりにハブに取り付けることによって内周部４２がホィールに連結される。複数のアーム４４は、ボルトまたはリベットによって摺動部材３２のタブ３２Ａに結合される。
【００２９】
＜実施例＞
図７を参照して、摺動部材を得るための窒化処理について説明する。
ここでの窒化処理は、所定の温度で、窒素雰囲気で熱処理する浸窒焼入れである。例えば、図７の温度チャートに示されるように、窒化処理で、次の第１工程〜第５工程を含む。第１工程〜第５工程は、この順に実行される。第１工程の前には真空ポンプなどを用いて摺動部材が配置される炉内が真空状態にされる。
第１工程では、後述の第１温度Ｔａ１よりも高い第２温度Ｔａ２で、第１所定時間Ｔｍ１にわたって加熱する。好ましくは、第２温度Ｔａ２は、５００℃よりも高い。
第２工程では、第２温度Ｔａ２よりも高い第３温度Ｔａ３で、第２所定時間Ｔｍ２にわたって加熱する。好ましくは、第３温度Ｔａ３は、８００℃よりも高い。
第３工程では、第２温度Ｔａ２よりも高い第４温度Ｔａ４で、第３所定時間Ｔｍ３にわたって加熱し、炉内に窒素ガスを流入させることによって摺動部材を浸窒焼入れする。好ましくは、第４温度Ｔａ４は、８００℃よりも高い。第４温度Ｔａ４は、第３温度Ｔａ３と等しくてもよい。
窒素ガスを流入する期間は、例えば、第３工程の開始時点から第４工程の開始時点（開始直前）までの間である。具体的には、第４温度Ｔａ４での第３所定時間Ｔｍ３にわたる加熱期間と、温度を第４温度Ｔａ４から室温ＲＴまで下げる降温期間とにおいて、窒素を炉内に流入させる。窒素ガスは、摺動部材に浸窒が可能な圧力（たとえば９８ｋＰａ程度）で、循環するように炉に供給される。
第４工程では、摺動部材を冷却する。例えば、摺動部材を室温ＲＴまたは室温ＲＴに近い温度まで冷却し、室温ＲＴまたは室温ＲＴに近い温度で第４所定時間Ｔｍ４にわたって放置する。
第５工程では、摺動部材を真空で、再度加熱し、第１温度Ｔａ１で、第５所定時間Ｔｍ５にわたって加熱する。好ましくは、第１温度Ｔａ１は、５００℃よりも低い。
【００３０】
図８は、摺動部材について、摺動面からの深さにおける、摺動部材の窒素含有量を示す。摺動部材は、０．７１ｍｍ厚のＳＵＳ４０３で形成されたものである。「ＳＵＳ４０３」は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）で定義されたクロム系のステンレスを示す。摺動部材は、図７で示した温度条件で窒化処理される。窒素含有量の値は、摺動部材の断面において、第１摺動面から第２摺動面までの間の断面領域を、電子線マイクロアナライザ（Electron Probe Micro Analyzer）により走査することによって検出された窒素の量である。図８の横軸は、第１の摺動面からの深さ位置を示す。横軸の０．７１ｍｍ付近は、第１の摺動面と反対側の第２の摺動面を示す。縦軸は、窒素の質量％を示す。
【００３１】
図８の実線は、上記の窒化処理を行った摺動部材（以下、実施例１）の窒素含有量を示す。図８の破線は、上記の窒化処理を行い、さらに、５００℃以上の加熱処理した摺動部材（以下、実施例２）の窒素含有量を示す。実施例２は、窒化処理を行った摺動部材に熱が加わったときの、窒素含有量の変化を知るためのサンプルである。図８の２点鎖線は、窒化処理を行っていない摺動部材（以下、比較例１）を示す。
【００３２】
図８に示されるように、実施例１および実施例２の摺動部材は、厚み方向ＤＴにおいて第１摺動面から少なくとも第１距離Ｌ１（この例では、０．１５ｍｍ）の領域において窒素を含む。
図８に示されるように、実施例１および実施例２の摺動部材は、厚み方向ＤＴにおいて第２摺動面から少なくとも第２距離Ｌ２（この例では、０．１５ｍｍ）の領域において窒素を含む。
図８の実施例１と実施例２との比較から分かるように、窒化処理を行った摺動部材に熱が加わったとしても、実質的に、窒素含有量が変わらない。
【００３３】
図９は、摺動面からの深さにおけるビッカース硬度について、実施例１および実施例２を比較したグラフである。図９の実線は、実施例１のビッカース硬度を示す。図９の破線は、実施例２のビッカース硬度を示す。
ビッカース硬度は、第１摺動面に垂直な面で切断した摺動部材の断面に対して、剛体を押し込んで得た圧痕に基づいて算出された値である。図９に示される横軸の値は、第１摺動面に垂直な方向において、第１摺動面からの距離を示す。
図８および図９を比較して分かるように、ビッカース硬度は、窒素含有量に概ね相関関係がある。窒素含有量が大きいほど、ビッカース硬度が大きい。図９に示されるように、摺動面において最もビッカース硬度が大きい。
【００３４】
図１０は、制動力の大きさを示す「傾き」について、比較例１および実施例１を比較したグラフである。上述のように実施例１は、図７で示された条件で窒化処理（浸窒焼入れ）された摺動部材であり、１層構造を有する。比較例１は、実施例１と同様に１層構造の摺動部材であるが、上述のように窒化処理されていない。
「傾き」は、摺動部材を所定の速度で回転させた状態で、キャリパに所定の力（図１０では、３９．２Ｎ）を入力したとき、摺動部材の制動に伴ってキャリパに加わる力の単位時間あたりの変化を示す。「傾き」が大きいほど、キャリパに力を入力した時点での、摺動部材に対する制動力が大きいことを示す。「傾き」の定義は、図１１、および図１２において同じである。
【００３５】
図１０において、白抜きのバーは比較例１を示し、グレーのバーは実施例１を示す。図１０に示されるように、実施例１は、速度１２．５ｋｍ／ｈ〜速度３７．５ｋｍ／ｈの範囲で、比較例１よりも制動力が高い。
【００３６】
図１１および図１２は、制動力の大きさを示す「傾き」について、比較例２および実施例３を比較したグラフである。比較例２および実施例３は、３層構造を有し、第１層と第２層とは、ＳＵＳ４０３で形成され、第１層と第２層との間の第３層は、アルミニウム合金で形成される。第１層および第２層は第３層に拡散接合される（図３参照）。実施例３は、図７で示された温度条件で窒化処理された摺動部材である。比較例２は、実施例３と同様に３層構造の摺動部材であるが、窒化処理されていない。
【００３７】
図１１は、キャリパに３９．２Ｎの力を入力して得られた「傾き」のグラフである。図１２は、キャリパに５８．８Ｎの力を入力して得られた「傾き」のグラフである。図１１および図１２において、白抜きのバーは比較例２を示し、グレーのバーは実施例３を示す。
【００３８】
図１１に示されるように、キャリパに入力する力が小さいとき、比較例２と実施例３とに制動力に差が殆どない。図１２に示されるように、キャリパに入力する力が大きいとき（例えば、図１２では、５８.８Ｎの入力のとき）、実施例３は、いずれの速度においても、比較例２よりも制動力が高い。
【００３９】
図１３は、摩耗量について、実施例１および比較例１を比較したグラフである。摩耗量は、次の条件の制動を行ったときに、キャリパに取り付けられているパッドの厚さの変化を示す。１サイクルの制動では、摺動部材を所定の速度（図１３では、５０ｋｍ／ｈ）で回転させた状態で、キャリパに所定の力（図１３では、３９．２Ｎ）を１２秒間にわたって入力し続ける。図１３のチャートは、制動を５００サイクルまで繰り返して行ったときの、摩耗量が示されている。図１３に示されるように、実施例１の摩耗量は、比較例１の摩耗量に比べて、少ない。
【００４０】
（変形例）
上記実施形態に関する説明は、本発明に従う摺動部材およびディスクブレーキロータが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う摺動部材およびディスクブレーキロータは、例えば以下に示される上記実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、実施形態の形態と共通する部分については、実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
・窒化処理は上記例（浸窒焼入れ）に限定されない。例えば、プラズマによって窒化処理を行ってもよい。真空中で、グロー放電によって窒化処理を行ってもよい。
・摺動部材の摺動面において部分的に窒化処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
Ｃ…軸心、Ｌ１…第１距離、Ｌ２…第２距離、０…深さ、１０…摺動部材、１２…摺動面、１４…摺動部、１４Ａ…第１層、１４Ｂ…第２層、１４Ｃ…第３層、２０…摺動部材、２２…摺動部、２２…摺動部、２２Ａ…、２２Ｂ…、２４…摺動面、２４Ａ…第１摺動面、２４Ｂ…第２摺動面、３０…ディスクブレーキロータ、３２…摺動部材、３２…摺動部材、３４…摺動部、３６…摺動面、３８…放熱部、４０…連結部。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図１３】
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