(57)【要約】【課題】高い耐食性能が得られるディスクロータの製造方法を提供する。【解決手段】この製造方法は、ディスクロータの素材に脱黒鉛処理を施して同素材の表層の黒鉛を除去する工程（Ｓ１）と、素材にガス軟窒化処理を施して同素材の表面に化合物層および酸窒化層を形成する工程（Ｓ２）とを含む。さらに、この製造方法は、化合物層および酸窒化層が形成された素材に、摂氏３００度〜５００度に加温した硝酸塩を含む酸化浴に１０分間〜６０分間にわたり同素材を浸漬する酸化浴処理を施す工程（Ｓ４）を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクロータの素材に溶融塩浸漬による化学洗浄法に従って脱黒鉛処理を施して、同素材の表層の黒鉛を除去する工程と、
前記素材に軟窒化処理を施して、同素材の表面に化合物層および酸窒化層を順に積層して形成する工程と、
前記化合物層および前記酸窒化層が形成された前記素材に、摂氏３００度〜５００度に加温した硝酸塩を含む酸化浴に１０分間〜６０分間にわたり前記素材を浸漬する酸化浴処理を施す工程と、を含むディスクロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ディスクブレーキに使用するディスクロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に搭載されるブレーキ装置としては、ディスクロータを備えたディスクブレーキが多用されている。ディスクロータ（詳しくは、その鋳物素材）は鋳造法により形成されており、同ディスクロータを構成する鋳鉄は黒鉛を含有している。そして、ディスクロータの使用に際して、その表面付近の黒鉛に水分が浸透することが、錆の発生原因になることが知られている。
【０００３】
従来、ディスクロータの耐食性能を高くするために、ディスクロータの表層付近の黒鉛を除去したうえで、表面を覆う保護層を形成することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の製造方法では、先ず、ディスクロータの素材に、溶融塩浸漬による化学的洗浄法に従って脱黒鉛処理が施される。この脱黒鉛処理を通じて、素材表面の黒鉛が除去される。次に、ディスクロータの素材に、公知のガス軟窒化法に従ってガス軟窒化処理が施される。このガス軟窒化処理によって、素材表面に窒化物の層（化合物層）と酸窒化物の層（酸窒化層）とが順に形成され、それら化合物層および酸窒化層によって上記素材の表面や表層に残った黒鉛が被覆される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の製造方法によってディスクロータを製造することにより、ある程度の防錆効果が得られるようになり、ディスクロータの耐食性能が向上するようになる。ただし、ガス軟窒化処理によって形成される酸窒化層は多孔質状であるため、同酸窒化層の表面の孔や内部の孔を介してディスクロータの内部に水分が侵入する可能性は残る。そして、そのようにして内部に侵入した水分がディスクロータ内の黒鉛に到達して浸透するようなことがあると、これが錆の発生原因になるおそれがある。この点において、特許文献１に記載の製造方法は、改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い耐食性能が得られるディスクロータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するためのディスクロータの製造方法は、ディスクロータの素材に溶融塩浸漬による化学洗浄法に従って脱黒鉛処理を施して、同素材の表層の黒鉛を除去する工程と、前記素材に軟窒化処理を施して、同素材の表面に化合物層および酸窒化層を順に積層して形成する工程と、前記化合物層および前記酸窒化層が形成された前記素材に、摂氏３００度〜５００度に加温した硝酸塩を含む酸化浴に１０分間〜６０分間にわたり前記素材を浸漬する酸化浴処理を施す工程と、を含んでいる。
【０００９】
上記製造方法では、脱黒鉛処理を通じて素材表層の黒鉛が除去された後に、軟窒化処理を通じて素材表面が化合物層と酸窒化層とによって覆われる。そのため、ディスクロータ内部の黒鉛に水分が浸透することが抑えられ、防錆効果が得られる。しかも、上記製造方法によれば、軟窒化処理によって形成された酸窒化層の表面に、酸化浴処理を通じて緻密な酸化物層を形成することができる。そのため、この緻密な酸化物層によって、酸窒化層の表面の孔や内部の孔を塞ぐことが可能になり、ディスクロータ内部への水分の侵入が好適に抑えられるようになる。したがって上記製造方法によれば、高い耐食性能のディスクロータを製造することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の製造方法が適用されるディスクロータの斜視図。
【図２】同実施形態の製造方法の実行手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態のディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）。
【図４】同実施形態のディスクロータの断面組織写真（倍率３０００倍）。
【図５】第１比較例のディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）。
【図６】第１比較例のディスクロータの断面組織写真（倍率３０００倍）。
【図７】第１比較例のディスクロータの表面組織写真（倍率３０００倍）。
【図８】同実施形態のディスクロータの酸化物層の形成態様を模式的に示す模式図。
【図９】一実施形態のディスクロータの表面組織写真（倍率３０００倍）。
【図１０】脱黒鉛処理の実行の有無とガス軟窒化処理の処理時間と化合物層の厚さとの関係を示すグラフ。
【図１１】第２比較例のディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）。
【図１２】第２比較例のディスクロータの断面組織写真（倍率３０００倍）。
【図１３】第２比較例のディスクロータの表面組織写真（倍率３０００倍）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、ディスクロータの製造方法の一実施形態について説明する。
ここでは先ず、本実施形態の製造方法が適用されるディスクロータの構造について説明する。
【００１２】
図１に示すように、ディスクロータ２０は車両に固定される部分である軸受部２１と２枚の摺動プレート２２，２３とを備えており、それら軸受部２１および摺動プレート２２，２３が一体に形成されている。軸受部２１は、円筒形状の周壁部２１Ａと、同円筒形状の一方の開口を覆う円環形状の蓋部２１Ｂとを有している。各摺動プレート２２，２３は、上記周壁部２１Ａと同一の中心軸Ｌで伸びる円環形状であり、間隔をおいて配置されている。それら摺動プレート２２，２３の間には、中心軸Ｌを中心とする放射状に延びる形状のリブ２４が複数設けられている。なお、本実施形態の製造方法は、上述したベンチレーテッド型のディスクロータ２０に限らず、ソリッド型のディスクロータや、２ピース型のディスクロータ、ドラムインハット型のディスクロータなどにも適用可能である。
【００１３】
次に、ディスクロータ２０の製造方法について、図２を参照しつつ説明する。
図２に示すように、ディスクロータ２０の製造に際しては先ず、ディスクロータ２０の素材Ｍ０が形成される（前工程Ｓ０）。この素材Ｍ０は、鋳造法によってディスクロータ２０の鋳物素材を成型するとともに、この鋳物素材を機械加工によって所定の形状に加工するといった手順で形成される。
【００１４】
次に、素材Ｍ０に、溶融塩浸漬による化学洗浄法に従って脱黒鉛処理が施される（第１工程Ｓ１）。この脱黒鉛処理としては、塩浴（溶融塩が収容された槽）の中に素材Ｍ０を浸漬し、電気分解によって酸化反応を行わせて、素材Ｍ０からの黒鉛（詳しくは、炭素）の除去を行う処理（いわゆるコリーン処理）が実行される。脱黒鉛処理では、塩浴の温度が摂氏４００度〜５００度（本実施形態では、摂氏４５０度）に設定され、処理時間が６０分〜１２０分（本実施形態では、６０分）に設定される。また、上記溶融塩としては、例えば米国コリーン（ＫＯＬＥＮＥ）社のアルカリ系ソルトが用いられる。こうした脱黒鉛処理を通じて、表層の黒鉛が除去された状態の素材Ｍ１が得られる。
【００１５】
その後、素材Ｍ１に、ガス軟窒化処理が施される（第２工程Ｓ２）。このガス軟窒化処理では、反応ガスとして、窒素をベースとしたものにアンモニアや二酸化炭素を混合したものが使用され、反応ガスの温度が摂氏５５０度〜６５０度（本実施形態では、摂氏５８０度）に設定され、処理時間が３０分〜２４０分（本実施形態では、１２０分）に設定される。このガス軟窒化処理を通じて、素材Ｍ１の表面には厚さが５μｍ〜５０μｍの窒化物の層（化合物層）が形成され、さらには同化合物層の表面には厚さが１μｍ〜１０μｍの酸窒化物の層（酸窒化層）が形成される。これにより、素材Ｍ１の表面に化合物層と酸窒化層とが形成された状態の素材Ｍ２が得られる。
【００１６】
次に、素材Ｍ２の表面（詳しくは、表層を構成する酸窒化層の表面）に、ビーズ状ガラスの粒（ガラスビーズ）を高速で吹き付けることによって表面を滑らかにする方法（いわゆるビーズショット法）に従って面粗度調整処理が施される（第３工程Ｓ３）。この面粗度調整処理では、ガラスビーズの平均粒径が５０μｍ〜４００μｍ（本実施形態では７５μｍ）に設定され、噴射圧力が１ｋｇ圧〜４ｋｇ圧（本実施形態では２ｋｇ圧）に設定され、噴射時間が１８０秒以下（本実施形態では９０秒）に設定される。こうした面粗度調整処理を通じて、酸窒化層の表面粗さが適度に細かくなった状態の素材Ｍ３が得られる。
【００１７】
その後、素材Ｍ３に酸化浴処理が施される（第４工程Ｓ４）。酸化浴処理は、硝酸塩を含む酸化浴に素材Ｍ３を所定時間にわたって浸漬した後に、水冷するといったように実行される。この酸化浴処理では、酸化浴の温度が摂氏３００度〜５００度（本実施形態では、摂氏４７０度）に設定され、処理時間が１０分〜６０分（本実施形態では２０分）に設定される。こうした酸化浴処理を通じて、素材Ｍ３の表面に厚さが数μｍの緻密な酸化物（酸化鉄を主成分とする）の層（酸化物層）が形成される。これにより、前記素材Ｍ０の表面に、下層側から順に、化合物層、酸窒化層、および酸化物層が形成された状態のディスクロータ２０が得られる。
【００１８】
以下、このようにしてディスクロータ２０を製造することによる作用について説明する。
図３および図４に、ディスクロータ２０の断面組織を撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す。なお、図４に示す断面組織写真は、図３に示す断面組織写真よりも高倍率の写真を示している。
【００１９】
図３および図４に示すように、本実施形態では、第１工程における脱黒鉛処理を通じて、ディスクロータ２０の素材Ｍ１の表層から、錆発生の原因になる黒鉛が除去される。しかも、そのようにして表層から黒鉛が除去された素材Ｍ１の表面が、第２工程におけるガス軟窒化処理を通じて、化合物層２５と酸窒化層２６とによって覆われるようになる。そのため、ディスクロータ２０の使用に際して同ディスクロータ２０の内部の黒鉛に水分が浸透することが抑えられて、防錆効果が得られるようになる。
【００２０】
図５、図６および図７に、本実施形態の第４工程（酸化浴処理）を省略して製造した第１比較例のディスクロータを撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す。なお、図５および図６はディスクロータの断面組織を撮影した画像であり、図７はディスクロータの表面を撮影した画像である。また、図６に示す断面組織写真は、図５に示す断面組織写真よりも高倍率の写真を示している。
【００２１】
図５および図６に示すように、第１比較例のディスクロータ３０では、素材Ｍ１の表面に化合物層３５と酸窒化層３６とが形成されるものの、酸化物層（図４の酸化物層２７を参照）が形成されないため、同ディスクロータ３０の表面が酸窒化層３６によって構成されている。この酸窒化層３６は、図６および図７から明らかなように、多孔質状である。そのため、第１比較例のディスクロータ３０では、酸窒化層３６の孔を介して同ディスクロータ３０の外部から内部に水分が侵入する可能性が残る。そして、この水分が、酸窒化層３６や化合物層３５、並びに素材Ｍ１の表層内部に残った黒鉛に到達して浸透するようなことがあると、これが錆発生の原因になるおそれがある。
【００２２】
本実施形態では、図３および図４に示すように、素材Ｍ１の表面に化合物層２５と酸窒化層２６とが形成された後に、第３工程における面粗度調整処理を通じて同酸窒化層２６の表面粗さが調節され、さらには、この酸窒化層２６の表面に、第４工程における酸化浴処理を通じて酸化物層２７が形成される。この酸化物層２７は、酸窒化層２６と比較して、薄いとはいえ緻密な層である。
【００２３】
図８に酸窒化層２６の表面における酸化物層２７の形成態様を模式的に示し、図９にディスクロータ２０の表面を撮影した表面組織写真を示す。
図８および図９に示すように、ディスクロータ２０の表面に形成された酸化物層２７によって、同酸窒化層２６の表面（詳しくは、酸化物層２７側の面）の孔や内部の孔が狭められたり塞がれたりするようになる。したがって、こうした酸化物層２７により、酸窒化層２６内部への水分の侵入、ひいてはディスクロータ２０内部への水分の侵入が好適に抑えられるようになり、同ディスクロータ２０の耐食性能が高くなる。
【００２４】
通常、ディスクロータ２０では、２枚の摺動プレート２２，２３の対向面や外周面、リブ２４等が錆びて欠けることがあるため、強度確保のために各部の肉厚が厚く設定されている。本実施形態のディスクロータ２０によれば、酸化浴処理を通じて形成される酸化物層２７によって錆の発生が抑えられるため、錆発生による各部の欠けを見込む必要が無くなって、各部の肉厚を薄く形成することが可能になり、その分だけ軽量化を図ることができる。
【００２５】
図１０に、脱黒鉛処理の実行の有無とガス軟窒化処理の処理時間と化合物層の厚さとの関係を発明者らが測定した結果を示す。
図１０から明らかなように、ガス軟窒化処理を実施する前に脱黒鉛処理を実施する本実施形態の製造方法（図中に実線で示す）によれば、脱黒鉛処理を実施しない比較例の製造方法と比較して（図中に一点鎖線で示す）、ガス軟窒化処理において、素材Ｍ１の表面に厚い化合物層２５を形成することができる。したがって本実施形態の製造方法によれば、比較例の製造方法と比べて、素材Ｍ１の表面を覆う層を厚くすることができ、ディスクロータ２０の耐食性能の向上を図ることができる。
【００２６】
また、これも図１０から明らかなように、実線で示す本実施形態の製造方法では、一点鎖線で示す比較例の製造方法と比較して、ガス軟窒化処理において、短い処理時間で素材Ｍ１の表面に厚い化合物層２５を形成することができる。したがって本実施形態の製造方法によれば、比較例の製造方法と比べて、ガス軟窒化処理の処理時間を短縮することができる。
【００２７】
なお、化合物層２５を短い処理時間で厚く形成することが可能になるのは、脱黒鉛処理の実施によって素材Ｍ１の表面が活性化して、その後におけるガス軟窒化処理の実施に際して素材Ｍ１の表面に窒化物が付着し易くなるためであると考えられる。
【００２８】
図１１、図１２および図１３に、本実施形態の第４工程（酸化浴処理）に代えて、黒染め処理を実施して製造した第２比較例のディスクロータを撮影した走査型電子顕微鏡写真を示す。なお、図１１および図１２はディスクロータの断面組織を撮影した画像であり、図１３はディスクロータの表面を撮影した画像である。また、図１２に示す断面組織写真は、図１１に示す断面組織写真よりも高倍率の写真を示している。
【００２９】
黒染め処理は、ディスクロータの素材を、苛性ソーダを含むアルカリ浴に所定時間にわたって浸漬するといったように実施される。この黒染め処理では、アルカリ浴の温度が摂氏１２５度〜１４０度に設定され、処理時間が１０分〜２０分に設定される。
【００３０】
図１１および図１２に示すように、第２比較例のディスクロータ４０では、黒染め処理を通じて、その表面に厚さが数μｍの酸化鉄を主成分とする酸化物の層（酸化物層４７）が形成される。これにより、前記素材Ｍ１の表面に、下層側から順に、化合物層４５、酸窒化層４６、および酸化物層４７が形成された状態のディスクロータ４０が得られる。
【００３１】
図１２および図１３から明らかなように、第２比較例のディスクロータ４０の酸化物層４７は、本実施形態のディスクロータ２０の酸化物層２７（図４参照）と比較して木目が粗い上に、その表面において部分的に酸化物の結晶が突出したり、ひび割れが存在したりしている。そのため、第２比較例のディスクロータ４０は、酸化物層４７の内部に空隙（酸化物の間隙）が形成され易い構造であると云える。しかも、第２比較例のディスクロータ４０の酸窒化層４６は多孔質状であるため、酸化物層４７の空隙や、酸窒化層４６の表面の孔、内部の孔を介して、ディスクロータ４０の内部に水分が侵入し易い構造である。
【００３２】
この点、図４および図９に示すように、本実施形態のディスクロータ２０によれば、表面に緻密な酸化物層２７が形成されて同酸窒化層２６の表面の孔や内部の孔が塞がれるため、ディスクロータ２０内部への水分の侵入が好適に抑えられるようになり、同ディスクロータ２０の耐食性能が高くなる。
【００３３】
また、図４から明らかなように、本実施形態のディスクロータ２０では、第１比較例のディスクロータ３０（図６参照）や第２比較例のディスクロータ４０（図１２参照）と比較して、酸窒化層２６が、内部の孔の小さい緻密な構造になっている。酸窒化層２６が緻密になる理由としては以下のようなことが考えられる。
【００３４】
本実施形態の製造方法では、酸化浴処理が実施されるが、この酸化浴処理はディスクロータ２０内において酸素が拡散し易い温度域（摂氏４００度以上）で実施される。そのため、酸化浴処理の実施中において、同処理において形成される酸化物層２７内の酸素の一部が、その下層を構成する酸窒化層２６に拡散して浸透するようになる。そして、これにより酸窒化層２６内の孔が狭められて、同酸窒化層２６が緻密な構造になる。
【００３５】
なお、第２比較例のディスクロータ４０では、酸窒化層４６の形成後において酸化浴処理は実施されないものの黒染め処理が実施されるために、酸窒化層４６を有するディスクロータ４０が加温されるようになる。ただし、黒染め処理は、酸化浴処理と比較して、実施温度域が低く、ディスクロータ４０内における酸素の拡散浸透が生じ難い。そのため、黒染め処理の実施中に、酸窒化層４６を有するディスクロータ４０が加温されるようになるとはいえ、酸窒化層４６が緻密な構造に変化するといった効果は殆ど得られない。また、第１比較例のディスクロータ３０では、酸窒化層３６の形成後に、酸化浴処理や黒染め処理が実施されないため、ガス軟窒化処理を通じて形成された酸窒化層３６が緻密な構造に変化するといった効果は得られない。
【００３６】
そして、本実施形態のディスクロータ２０のように、酸窒化層２６の表面の孔や内部の孔が小さくなって同酸窒化層２６が緻密な構造に変化することにより、酸窒化層２６に水分が侵入し難くなり、防錆効果が向上するようになる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）脱黒鉛処理、ガス軟窒化処理、および酸化浴処理を通じてディスクロータ２０を製造するようにした。この酸化浴処理を通じて形成される酸化物層２７により、酸窒化層２６内部への水分の侵入、ひいてはディスクロータ２０内部への水分の侵入が好適に抑えられるようになるため、高い耐食性能のディスクロータ２０を製造することができる。
【００３８】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・ディスクロータ２０の素材は、鋳造法によって形成することに限らず、任意の形成方法で形成することができる。要は、黒鉛を含有する鉄系金属材料からなる素材を適切に形成することのできる形成方法であればよい。
【００３９】
・面粗度調整処理は、酸窒化層２６を不要に削ってしまわない研磨処理であれば、ビーズショット法に従う処理に限らず、任意の処理を採用することができる。
・ガス軟窒化処理を通じて形成される酸窒化層２６の表面粗さが適度に細かいのであれば、面粗度調整処理を省略してもよい。
【００４０】
・第２工程において、ガス軟窒化処理を実施することに代えて、塩浴軟窒化処理を実施するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
２０，３０，４０…ディスクロータ、２１…軸受部、２１Ａ…周壁部、２１Ｂ…蓋部、２２，２３…摺動プレート、２４…リブ、２５，３５，４５…化合物層、２６，３６，４６…酸窒化層、２７，４７…酸化物層。
【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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