(57)【要約】      （修正有）【課題】オートマチック車のクリープ現象によって進行方向にトルクが発生し、ブレーキパッドとロータ間の相対速度変化に伴って発生する振動が車体に伝わり発生する、いわゆるクリープグローンが発生しないディスクブレーキ用ロータを提供する。【解決手段】摩擦面を燐酸塩皮膜で被覆したロータを強アルカリで表面処理して、亜鉛化合物が摩擦面に適度に分散した状態で存在させることによりクリープグローンを抑制できるディスクブレーキ用ロータとすることが出来る。摩擦面に亜鉛化合物が分散していることを特徴とするディスクブレーキ用ロータ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相手側摩擦部材との摩擦面を有するディスクブレーキ用ロータであって、前記摩擦面に亜鉛化合物が分散していることを特徴とするディスクブレーキ用ロータ。
【請求項２】
前記亜鉛化合物の摩擦面における面積率が０．５〜５０％であることを特徴とする請求項１記載のディスクブレーキ用ロータ。
【請求項３】
前記亜鉛化合物の円相当半径が５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のディスクブレーキ用ロータ。
【請求項４】
前記亜鉛化合物が、燐酸亜鉛と強アルカリ溶液との反応により生成したものであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のディスクブレーキ用ロータ。
【請求項５】
摩擦面に燐酸亜鉛皮膜が施されたディスクブレーキ用ロータを強アルカリ溶液に浸漬することにより前記燐酸亜鉛皮膜に化学的処理を施すことを特徴とするディスクブレーキ用ロータの製造方法。
【請求項６】
前記強アルカリ溶液が苛性ソーダ溶液であることを特徴とする請求項５に記載のディスクブレーキ用ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの制動に用いられるディスクブレーキ用ロータに関し、より具体的には主にオートマチック車の制動時に発生する「異音」と呼ばれる不快音を減少させることのできる改良された表面性状のディスクブレーキ用ロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オートマチック（ＡＴ）車の運転中、サービスブレーキで停止中に、ブレーキペダルを少し緩めてブレーキを完全に解放する過程において、クリープ現象によって進行方向にトルクが発生して、ブレーキパッドとロータ間の相対速度の変化に伴って発生する振動が足回り、車体に伝わり、放射することで発生する不快な異音、所謂、クリープグローンが以前より問題になっている。このクリープグローンは、マニュアル（ＭＴ）車においても、下り坂でサービスブレーキで停車中にブレーキを緩めた際に発生する。
クリープグローンの発生中、パッドとロータの間ではスティックスリップ現象が起きている。このスティックスリップの発生エネルギーを小さくすることが、クリープグローンを抑制する主要な対策である。経験的に、パッドの静摩擦係数μと動摩擦係数μの差を小さくすることなどが一つの対策例である。また雨上がりや夜間放置後、絶対湿度の高い雰囲気下で発生しやすいなど、水分の影響が考えられるが、根本的なメカニズムは分かっていないのが現状である。
【０００３】
従来、クリープグローンを解決する為、例えば、特許文献１にはパッドに吸水材と撥水材（ゼオライト、酸化アンチモン及びフッ素系ポリマー）をバランス配合することで摩擦界面に存在する水分の量を制御してクリープグローンを抑制する方法が記載されているが、この方法では高温での効きが低くなる、主な撥水材であるフッ素系材料が高価であるなど、デメリットも多い。
また特許文献２にはロータ表面をレーザビームによって変態硬化及びコーティングすることで不均一な摩耗を少なくして、鳴き、振動、異音を抑えるという技術が記載されているが、この方法はレザー加工およびコーティングに多くの時間とコストがかかり、非現実的である。
【特許文献１】特開２００１−１８１６０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したように、主にオートマチック車の発進時に発生するクリープグローンは、１００〜４００ヘルツ程度の低周波異音であり、極低速におけるロータと摩擦材の摩擦係数の瞬間的な変動で発生する。このクリープグローンは、一般市場においてユーザーに不快感を与えるため、対策が求められている。
従来、自動車のディスクブレーキ用ロータには、耐熱性や耐摩耗性のほか、価格、製造プロセスの容易さ、材料特性などの点から鋳鉄製のものが使用され、通常は防錆のため燐酸塩で被膜処理される。
従って、本発明の課題は燐酸塩皮膜が施されたディスクブレーキ用ロータとブレーキパッドとを組合わせた、オートマチック車の発進時に発生するクリープグローンを効果的に低減することの出来るディスクブレーキ用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】
本発明者は、ロータとブレーキパッドの組み合わせに関し、クリープグローンの抑制の効果、ブレーキ装置の加工適性及びコスト等を総合的に検討した結果、摩擦面を燐酸塩皮膜で被覆したロータを強アルカリで表面処理して、亜鉛化合物が摩擦面に適度に分散した状態で存在させることによりクリープグローンを抑制できるディスクブレーキ用ロータを実現できることを見出し、発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の課題は下記（１）〜（６）により達成された。
（１）  相手側摩擦部材との摩擦面を有するディスクブレーキ用ロータであって、前記摩擦面に亜鉛化合物が分散していることを特徴とするディスクブレーキ用ロータ。
（２）  前記亜鉛化合物の前記摩擦面における面積率が０．５〜５０％であることを特徴とする上記（１）記載のディスクブレーキ用ロータ。
（３）  前記亜鉛化合物の円相当半径が５〜１００μｍであることを特徴とする上記（１）又は上記（２）記載のディスクブレーキ用ロータ。
（４）  前記亜鉛化合物が、燐酸亜鉛と強アルカリ溶液との反応により生成したものであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載のディスクブレーキ用ロータ。
（５）  摩擦面に燐酸亜鉛皮膜が施されたディスクブレーキ用ロータを強アルカリ溶液に浸漬することにより前記燐酸亜鉛皮膜に化学的処理を施すことを特徴とするディスクブレーキ用ロータの製造方法。
（６）  前記強アルカリ溶液が苛性ソーダ溶液であることを特徴とする上記（５）記載のディスクブレーキ用ロータの製造方法。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の摩擦面に亜鉛化合物が分散したディスクブレーキ用ロータは、価格の高い摩擦材やロータを使用することなく、摩擦面に燐酸塩皮膜が施された通常の鋳鉄製量産型ロータの摩擦面を化学的処理するだけで、ユーザーに不快感を与えるクリープグローンを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の摩擦面に亜鉛化合物が分散しているディスクブレーキ用ロータは、防錆のために燐酸亜鉛で表面処理され、皮膜が形成された鋳鉄製の量産型ロータを使用する。鋳鉄製ロータは周知の如く、鋳鉄によって鋳造成形した後に必要個所に機械的加工を施して作成される。鉄系材料からなるブレーキ用ロータに燐酸亜鉛の皮膜を形成させるには、特公平１−５８３７２号公報に示される周知の方法により実施できるが、燐酸塩化成処理あるいは電解処理による燐酸塩皮膜形成方法等の定法により実施してもよい。
【０００８】
ロータ表面にディッピングにより燐酸塩皮膜を形成させる方法としては、例えば、特公平１−５８３７２号公報に記載の下記のような具体的方法を例示することが出来る。
最初に、前処理工程として、加工後の鋳鉄製ディスクブレーキ用ロータにアルカリ脱脂処理を施す。このアルカリ脱脂処理は、ケイ酸ソーダを主成分とするｐＨ１２以上のアルカリクリーナ中にディスクブレーキ用ロータを浸漬させ、５０〜７０℃の温度で十分脱脂する。次に、常温で水洗し、次に濃度１０〜２０％のＨＣｌ溶液中に室温で０．５分間処理し、酸洗を行う。これらの脱脂、酸洗は、ディスクブレーキ用ロータ表面の活性化と、表面に形成する燐酸亜鉛皮膜層の厚膜化を図るために行う。その後、コロイド状チタンを主成分とする表面調整剤中にディスクブレーキ用ロータを浸漬させて表面調整を行う。この表面調整は、後に形成される燐酸亜鉛皮膜の結晶粗度を細かくしてその薄膜化、緻密化、安定化を図るために行う。
【０００９】
続いて、亜鉛、燐酸を主成分とした化成処理液中に、上記表面調整後のディスクブレーキ用ロータを９５〜９９℃の温度で５分間浸漬する。化成処理液としては、例えば日本パーカライジング社製の「パーカ２１０番」などを用いることができる。このようにして、ディスクブレーキ用ロータの摩擦面（摺動面）に燐酸塩皮膜（燐酸亜鉛皮膜）を生成させる。その後、ディスクブレーキ用ロータを室温で０．５分間水洗した後、さらに８０℃の温度で０．５分間湯洗を行う。
本発明においては、燐酸亜鉛皮膜の膜厚が５〜２０μｍ、皮膜質量が６〜２０ｇ／ｍ２になることが好ましい。膜厚および皮膜質量の調整は、化成処理液の濃度や浸漬時間等を調節することにより行うことができる。
【００１０】
次に、上記燐酸亜鉛処理された量産ロータを強アルカリ溶液に浸漬することにより化学的処理を行う。燐酸亜鉛と強アルカリとの反応により、ロータ摩擦面にもとの燐酸亜鉛とは異なった亜鉛化合物を生成させ、ロータ摩擦面（摺動面）に分散させる。また、ロータ摩擦面の燐酸亜鉛皮膜の一部は除去される。
【００１１】
強アルカリ溶液としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）等の、４０〜６０質量％、好ましくは５０質量％の水溶液であることが好ましい。また、温度は室温〜５０℃に保ち、反応時間は３０分〜２時間とすることが好ましい。
【００１２】
なお、表面処理を施された燐酸亜鉛は、元の燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物に変化すると考えられる。下記に、強アルカリ溶液として水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）溶液を用いた場合の反応式を例示する。この場合の元の燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物はＮａ２〔Ｚｎ（ＯＨ）４〕とＺｎ（ＯＨ）２である。
２Ｚｎ３（ＰＯ４）・４Ｈ２Ｏ＋１４ＮａＯＨ  →
４Ｎａ２〔Ｚｎ（ＯＨ）４〕＋２Ｚｎ（ＯＨ）２＋２Ｎａ２ＰＯ４＋２Ｈ２Ｏ＋３Ｈ２↑
又、上記の燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物の厚みは２μｍ以上に設定することがロータの経時安定性の点から好ましい。
【００１３】
本発明のディスクブレーキ用ロータは、上記元の燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物のロータ摩擦面上で占める割合が、面積率で０．５〜５０％、好ましくは１０〜４０％であり、その一つ一つが円相当径φ５〜１００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍの大きさで適度に分散している。本発明のディスクブレーキ用ロータは、このような特殊なロータ摩擦面状態を作ることでクリープグローンを効率的に抑制することができる。これは、この適度に分散した亜鉛化合物がロータ素地の鉄よりも電気陰性度が高いので、パッドとロータの界面に存在する水分を優先的に吸収して、酸化鉄の生成を抑制するためと考えられる。
なお、上記面積率は電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）等によって亜鉛化合物を元素マッピングして二値化することにより得られる値である。
【００１４】
元の燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物が摩擦表面に分散したロータ表面状態では、硬くて楔効果を強く、静摩擦係数μを大きくする効果のある酸化鉄が通常より少なく、且つ、動摩擦係数μを下げる作用のある燐酸亜鉛が存在しないので、結果として静摩擦係数μと動摩擦係数μの差が小さくなり、クリープグローンの音圧を小さくすることが出来る。なおこの亜鉛化合物は、ロータ面仕上げの為の機械加工にて形成された溝や黒鉛の抜けたこと等でできた凹部に入り込んでいるため、脱落しにくくなっている。そのため長期にわたりクリープグローンを抑制する効果を継続することができる。
【００１５】
表面未処理ロータ（鋳鉄製ロータ）では燐酸亜鉛皮膜除去ロータに比べて、酸化鉄が多く生成するので、その結果、静摩擦係数μが高くなってしまい、静摩擦係数μと動摩擦係数μの差も大きくなってしまう。一方、燐酸亜鉛で処理された量産ロータ（表面処理ロータ）は、摺り合わせにより大部分の燐酸亜鉛皮膜が除去されていくが、ブレーキ使用初期の段階では一部が燐酸亜鉛のままロータ表面に残っている。この燐酸亜鉛は動摩擦係数μを下げる効果があるため、結果として静摩擦係数μと動摩擦係数μの差も大きくなってしまう。また燐酸亜鉛が無くなると、表面未処理ロータ（鋳鉄製ロータ）と同じように酸化鉄が多く生成してしまうため、静摩擦係数μと動摩擦係数μの差も大きくなってしまうと考えられる。
従って、燐酸亜鉛と異なる亜鉛化合物がディスクブレーキ用ロータの摩擦表面に適度に分散した状態で存在することでクリープグローンを抑制できる効果が生ずると思われる。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
＜ディスクロータの準備＞
実車試験に使用するためのディスクブレーキ用ロータとして次の三種類のディスクロータを準備した。
【００１８】
実施例１
燐酸亜鉛処理によりＺｎ３（ＰＯ４）・４Ｈ２Ｏ（ホパイト）とＺｎ２Ｆｅ（ＰＯ４）・４Ｈ２Ｏ（フォスフォフィライト）の皮膜が表面に形成されたディスクブレーキ用ロータを用い、苛性ソーダ溶液、具体的には５０％水酸化ナトリウム水溶液に、ロータのインナー、アウターの摺動面を室温にて１時間浸すことで実施例１のロータを作成した。
電子顕微鏡付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（日本電子製ＪＳＭ−５８００ＬＶ、ＪＥＤ−２１１０）により表面を測定した結果、亜鉛化合物としてロータ表面にＮａ２Ｚｎ（ＯＨ）４  とＺｎ（ＯＨ）２が存在したことを確認した。
また、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）によって亜鉛化合物を元素マッピングして二値化することにより、ロータ摩擦面における亜鉛化合物の面積率が３５％であることを算出した。
【００１９】
比較例１
燐酸亜鉛処理によりＺｎ３（ＰＯ４）・４Ｈ２Ｏ（ホパイト）とＺｎ２Ｆｅ（ＰＯ４）・４Ｈ２Ｏ（フォスフォフィライト）の皮膜が表面に形成されたディスクブレーキ用ロータを比較例１のロータとした。
【００２０】
比較例２
鋳鉄製であり、表面が未処理の鋳鉄素地からなるディスクブレーキ用ロータを比較例２のロータとした。
【００２１】
＜表面観察＞
ＳＥＭ（日本電子株式会社製、型番：ＪＳＭ−５８００ＬＶ）で観察した摩擦試験を行う前のロータ表面を図１〜３に示した。図１〜３中、上段の図（ａ）で黒の実線は２００μｍの距離に相当し、下段の図（ｂ）で黒の実線は２０μｍの距離に相当することを表している。
【００２２】
＜ＥＤＳ測定＞
実施例及び比較例１のロータ表面をエネルギー分散型X線分光法（ＥＤＳ、日本電子株式会社社製、型番：ＪＥＤ−２１１０、Ｎ３測定の平均値、分析視野φ５０μｍ）で測定し、元素の組成を比較した結果を表１に示した。表１から、本発明のロータ表面の燐は出発材料である表面を燐酸亜鉛で被覆した比較例１のロータに比べ、約１／７に減少していることが分かる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
＜実車試験＞
次に、実車試験で使用した車両、ディスクロータ、パッドの種類及び寸法等を表２に示す。
【００２５】
【表２】
2009168162.tif 000004
【００２６】
≪夜間一晩放置試験≫
ＪＡＳＯ  Ｃ  ４０６−２０００の摺り合わせに準じる当たり付けを実施してから一晩放置して、クリープグローンの音圧レベルの比較試験を行った。なお、クリープグローンの評価は、パッド面圧１．０ＭＰａにて車両停止中の状態でブレーキペダルを徐々に緩め、車両が動き出した際のブレーキペダルの踏み下げ力を維持し、その際に発生するクリープグローンを騒音計で測定することにより行った。この手順を１０回繰り返した。
なお騒音レベルはピーク値、Ａ特性により測定した。その結果、表３から分かるように、実施例のディスクロータは最大６８ｄＢに対して比較例１及び比較例２のディスクロータはそれぞれ最大７０ｄＢ、７１ｄＢと高い値であり、本発明のロータのクリープグローン改善効果は明らかである。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
≪水掛け試験≫
上記の放置試験終了後に引き続き、ホースで水を３０秒間キャリパー背中部に流した直後、１、３及び５分後の計４回クリープグローンの音圧を騒音計で測定した。その結果、表４から分かるように、いずれの試験でも本発明実施例のロータは最も発生音圧が低い結果となった。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
≪Ｐ量及びＺｎ量の測定≫
更に、夜間一晩放置試験前後でのロータ摩擦面のＰ量及びＺｎ量を測定、比較した。測定はＸＲＦＳにより、Ｎ３の平均値とし、分析視野φ３０ｍｍで行った。その結果を表５に示す。
【００３１】
【表５】
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【００３２】
表５に示された測定結果から、比較例１の表面を燐酸亜鉛で被覆したロータではＰ及びＺｎ共に著しく減少している。一方、本発明の燐酸亜鉛とは異なる亜鉛化合物が表面に生成したロータでは、Ｚｎ量がそれほど減少していないことが分かる。それ故、燐酸亜鉛を強アルカリで化学処理して生成した亜鉛化合物は、ロータ表面から剥離しにくいことが数値から裏付けられる。そして、その亜鉛化合物（Ｎａ２Ｚｎ（ＯＨ）４  とＺｎ（ＯＨ）２）がクリープグローンの改善に寄与していると思われる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のディスクブレーキ用ロータは、摩擦特性、耐熱性、耐食性において、従来の鋳鉄系のディスクブレーキ用ロータと少なくとも同等の性能を示し、しかも、クリープグローンを著しく低減できるので、自動車、二輪車、鉄道車両、産業機械などのディスクブレーキ用ロータに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】電子顕微鏡付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察した、摩擦試験を行う前の実施例１のディスクブレーキ用ロータ表面である。
【図２】電子顕微鏡付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察した、摩擦試験を行う前の比較例１のディスクブレーキ用ロータ表面である。
【図３】電子顕微鏡付属のエネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察した、摩擦試験を行う前の比較例２のディスクブレーキ用ロータ表面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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