(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦作用を受ける金属摺動部材に対し、該金属摺動部材の一部であって摩擦作用を受けない部分に光触媒の層を形成し、摩擦作用を受ける摺動部と前記摩擦作用を受けない光触媒とを直接導通状態とし、光触媒による還元作用で金属摺動部材の錆の発生を防止することを特徴とする防錆方法。
【請求項２】
摩擦作用を受ける金属摺動部材に対し、摩擦作用を受ける金属摺動部材と光触媒とを分離し、該金属摺動部材と光触媒とを導電性物質を介して導通状態とし、光触媒による還元作用で金属摺動部材の錆の発生を防止することを特徴とする防錆方法。
【請求項３】
摩擦作用を受ける金属摺動部材と光触媒とを分離し、より多くの光照射を受け得る部位に光触媒を形成し、該金属摺動部材と光触媒とを導電性物質を介して導通状態とした請求項２記載の防錆方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートバイ、自動車のブレーキディスク等の金属部材が摺動する箇所における錆の防止方法に関し、更に詳細には、当該摺動箇所で起こり易い錆を光触媒の酸化還元作用を活用して防止する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オートバイ、自動車等のブレーキディスク部は錆の発生し易い箇所として注意の必要な部位であり、その理由は、以下の如くである。
（１）（酸化作用）
ブレーキディスク等では、ブレーキの作動と共にディスクの表面がブレーキ部材によって擦られている状態で、ディスク表面を形成する金属部材が摺動によって少しずつ摩耗される状態にある。
金属は酸化膜を形成して一旦安定化するが、上記摩耗によって酸化膜が削られると、新しい界面が露出される。
新しい界面は、空中の酸素との結合力が強く、容易に酸化金属即ち錆を発生させる原因となる。
（２）（熱作用）
同時に、摺動に伴う運動で摩擦熱が発生し、金属表面は４００℃程度にまで昇温し、すると、上記金属と空中酸素との反応性はアレニウスの式に従って幾何級数的に高まり、錆の発生の速度を著しく速める。
（３）（ポテンシャルエネルギー）
通常は、反応系は当初高いポテンシャルエネルギーを保持していても、経時と共に安定化の為に、ポテンシャルエネルギーを低める方向に系が進むが、摺動部にあって金属表面が削られると、一旦低下したポテンシャルエネルギーが再び高い位置に戻り、反応性の高い状態となる。
【０００３】
従って、各種ブレーキディスク等では、この錆を防止すべく表面に各種めっきを施す等の手段が講じられているが、摺動による摩耗が絶えず繰り返される状況にあってはめっきの作用にも限界があり、錆の発生は避けられない現状にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実状に鑑みてなされたもので、摺動と共に繰り返される酸化作用に対し、光の照射によって惹起される光触媒の還元作用を促す方途に着目し、鋭意研究を進めた結果、ここに錆発生の防止に著効あることを見いだし、本発明を完成させたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の防錆方法は、摩擦作用を受ける金属摺動部材に対し、光触媒を電気的に導通状態において、光触媒による還元作用で摺動部材の錆の発生を防止することを特徴として構成される。
請求項２に記載の防錆方法は、摺動部材の一部または全部に直接光触媒の層を形成して両者を直接導通状態として構成される。
請求項３に記載の防錆方法は、摺動部材と光触媒とを分離し、対象部材と連動する部材で光照射に好条件を備えた部位に光触媒を形成し、両者を導電性物質で導通状態に接続して構成される。
請求項４に記載の防錆方法は、摺動部材と光触媒とが分離され、且つ、作動する対象部材に対しブラシ等の電気的接続部材を介して光触媒を導通状態にして構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の対象とする防錆部材は、金属部材であって、その部位に摺動によって摩擦が働く箇所をいい、典型例は、オートバイ、乗用車、貨物自動車、電車等のブレーキディスクを指すが、その他、軸と軸受等の機械部品の金属部材の摺動部をも広く含むものである。
【０００７】
一方、本発明で利用する光触媒とは、バンドキャップ以上のエネルギーを有する光が照射された場合、価電子帯から伝導帯へ電子が励起されて、伝導帯に電子が、価電子帯に正孔を生じる物質をいう。
例えば、二酸化チタン、酸化亜鉛等を挙げることができ、二酸化チタンには、結晶構造の違いによってルチル型とアナターゼ型とが存し、低温安定相であるアナターゼ型の方が活性である。酸化亜鉛は、熱的に比較的安定である。
【０００８】
そして、本発明にあっては、上記対象部材に対して、光触媒を電気的に導通状態に配設して構成される。
該導通状態には、下記の如き態様が挙げられる。
（ａ）例えば、ブレーキディスクにあっては、図１に示す如く、摺動部の存するディスク外周部に対して、ディスクの摺動部以外の部分（例えば中心部）に光触媒１を形成し、金属素材であるディスク（アルミニウム素地２、鉄クロム合金めっき部３）を介して対象部材と光触媒とを導通状態に置く態様とする。
即ち、対象部材の一部に直接光触媒の層を形成して両者を直接導通状態に配設する態様とする。
（ｂ）上記と同様のブレーキディスクにあって、対象部材と光触媒とを分離し、例えば摺動部の存するブレーキディスクに対し、これに同期して回転し、且つ、光照射の効率の良いホイールキャップの表面に光触媒を形成し、両者を導電性物質で導通状態に接続する。
即ち、対象部材と光触媒とを分離し、対象部材と連動する部材で、光照射に好条件を備えた部位に光触媒を形成し、両者を導電性物質で導通状態に接続する。
（ｃ）対象部材と光触媒とが分離され、且つ、作動する対象部材に対しブラシ等の電気的接続部材を介して光触媒を導通状態にする。
【０００９】
上記構成の本発明防錆方法の効果を確認する為、下記の如き、防錆試験を行った。
先ず、防錆の対象物として金基板を選び、その表面に鉄ークロムの合金めっきを施して水晶振動子マイクロバランス（ＱＣＭ）電極とした。基板を金としたのは、化学的に安定で、鉄ークロム合金めっきは防錆に用いられるめっきを代表させる為である。
一方、光触媒として二酸化チタンを選択し、板上に形成し、これにキセノンランプ等の光源を照射可能に配設した。
該対象物と光触媒のコーティングされた板体とを１％ＮａＣｌ水溶液に浸漬し、両者を導線で結合し、ＮａＣｌ水溶液による侵食で錆の発生する状態をＱＣＭ方式のプレーティングモニターにより、その重量変化を観察する装置を設定した（図２参照）。
【００１０】
即ち、鉄ークロムの合金めっきを施しＱＣＭ金電極４に交流電圧を印加すると、
（Ｓａｕｅｒｂｒｅｙの式）
ｍ／Ａ＝−Ｎｑ・ρ・（ｆｏ −ｆ）×１０６ ／ｆｏ２
ｍ／Ａ：単位面積あたりの質量変化
Ｎｑ  ：定数１．６６８×１０５（ｃｍ・Ｈｚ）
ρ：水晶の密度２．６４８（ｇ・ｃｍ−３）
ｆｏ：マイグレーション測定直前の水晶振動子電極の共振周波数（Ｈｚ）
ｆ：測定時の共振周波数（Ｈｚ）
により、質量の変化をナノグラム単位で測定でき、その質量変化から錆の発生状況を経時的に追跡したものである。
【００１１】
その結果を示すと図３の如くである。
光照射の無い（イ）は、開始と同時に重量減少が始まり、これは鉄クロムがＮａＣｌ溶液中に溶出していることを示し、その後、１５０００ｓｅｃ経過後付近から重量増加に転じて２００００ｓｅｃ付近まで増加が進むが、これは表面に酸化物が固定化し、不働態化が進んでいることを示している。さらに２２０００ｓｅｃ以降から再び重量減少が見られる。これは、溶液中に存在する塩化物イオンにより準安定の不働態の状態が破壊されて腐食反応が繰り返される為と推定される。
これに対し、光触媒にキセノンランプを照射した（ロ）では、若干の重量増加が見られるものの、増減のない極めて安定な状態を示し、錆の発生が可及的に抑制されてることが裏付けられた。
【００１２】
又、上記鉄ークロムの合金めっきを施したＱＣＭ金電極４の表面状態を映した写真を示すと図４〜図６の如くである。
防錆試験前の状態が図４の如くで、これを食塩水中に光照射の無い「暗状態下」で浸したものの写真が図５で、裏側の基板の金が露出し、腐食が強く進んでいることが判る。これに対し、光触媒にキセノンランプを照射した「光照射下」で浸した写真が図６で、裏側の金がまったく露出することなく、腐食が殆ど進んでいないことが確認された。
【００１３】
更に、上記ＱＣＭ金電極４の表面状態を走査電子顕微鏡写真（ＳＥＭ像）として撮影し、それを図７〜図９に示した。
防錆試験前のＳＥＭ像が図７の如くで、これを食塩水中に光照射の無い「暗状態下」で浸したもののＳＥＭ像が図８で、腐食試験前には細かく均一であった組織が変化し、腐食試験後には粗い粒子が多数存在することが判る。これに対し、光触媒にキセノンランプを照射した「光照射下」で浸したＳＥＭ像が図９で、「光照射下」では、ごく一部に若干の粒状物が観察されるが、それ以外は殆ど変化がなく、ここでも腐食が殆ど進んでいないことが確認された。
【００１４】
さらに、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）による表面元素分析を行い、それを下表１に示した。
【表１】
0004109825.tif 000002
腐食試験前には、酸素原子数濃度（％）は、「０．００」であったものが、「暗条件下」における腐食試験後では、「５２．６２」と著しい増加を示しており、これは酸素化合物（＝錆）の多さを証明している。これに対し、「光照射下」では、腐食試験後にあっても「０．００」で、酸素原子の変化はまったく無く、原子数濃度から見ても錆の発生が抑制されていることを示している。
【００１５】
さて、上記各試験によって確認された本発明の防錆方法の作用は、以下の如く推察される。
例えば、ブレーキディスク等の表面を形成する金属部材が摺動によって少しずつ摩耗されると、酸素との結合力の強い新しい界面が表れると同時に、摺動に伴う高い摩擦熱が発生し、更にポテンショルエネルギーも高い位置に維持されるので、表面が化学的に活性な状態となり、容易に酸化され得る状態となる。
一方、半導体としての光触媒に光が照射されると、禁制帯に電荷分離が起こり、一方の伝導帯に電子が励起され、他方の価電子帯に正孔が生成され、強い酸化還元力を持つに至る。
従って、上記摩耗が部材の摺動に従って、絶えず、継続的に金属の酸化が進行するのに対し、一方の光触媒からは、光の照射に伴って、絶えず励起電子が誘起される状態となり、それが電気的導通状態に置かれると、電位差を埋めるべく酸化部位に対し継続的に電子供給が促されることとなる。
この結果、酸化が常態的に進行する摺動部材に、光エネルギーによる還元作用が継続的に働き、錆の発生を効率的に防止するものと推察される。
【００１６】
【実施例】
オートバイのブレーキディスクに軽量化を狙いとしてアルミニウムを素材として用い、その表面に防錆のために鉄ークロムめっきを施したものを採用した。
そのブレーキディスクの中心部に、光触媒として二酸化チタンを直接形成した。
これをオートバイに装着して、経時に表面の変化を目視によって観察し、その結果を下表２に示した。
【表２】
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この結果、３ヶ月経過後程度にブレーキディスクの一部に錆が認められるものの、無処理のものと比較すると、錆発生状況は著しく遅延され、顕著な効果が確認された。
【００１７】
【発明の効果】
以上の構成及び作用によって本発明は以下の如き優れた効果を奏する。
（ａ）極めて錆の発生し易いブレーキディスク等の摺動部材に対し、光エネルギーによる還元作用を継続的に働かせ、錆の発生を極めて効率的に防止することができる。
（ｂ）その際、光という自然エネルギーを利用するので、特別な電力供給等を必要とせず、防錆効果を半永久的に持続させることができる。
（ｃ）光照射の可能な部位に光触媒の層を形成し、それと摺動部位とを電気的に導通状態に置けばよいので、装置として極めて軽量で且つ簡潔であり、動作の激しいディスクブレーキその他の装置に対しても、その機能を損じることが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ブレーキディスクの一部に光触媒を形成した態様の側面図。
【図２】  防錆の試験装置を示す斜視図。
【図３】防錆試験結果を示すグラフ。
【図４】防錆試験前のＱＣＭ金電極板の状態を示す写真。
【図５】  食塩水中に「暗状態下」で浸した後のＱＣＭ金電極板の状態を示す写真。
【図６】食塩水中に「光照射下」で浸した後のＱＣＭ金電極板の状態を示す写真。
【図７】防錆試験前のＱＣＭ金電極板の状態を示すＳＥＭ写真。
【図８】  食塩水中に「暗状態下」で浸した後の金基板上の鉄クロム合金めっきの板の状態を示すＳＥＭ写真。
【図９】食塩水中に「光照射下」で浸した後のＱＣＭ金電極板の状態を示すＳＥＭ写真。
【符号の説明】
１  光触媒
２  アルミニウム素地
３  鉄クロムめっき部
４  ＱＣＭ金電極
【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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