JP2000205314A - ブレ―キディスク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量化を図り充分な熱伝達性および耐摩耗性
が得られるとともに、冷却効果を高めパッドの摩耗粉を
効果的に摺動面から排出することができるブレーキディ
スクを提供する。 【解決手段】 ブレーキパッドが圧接する摺動面２０
に、面取りが施された複数の孔２１，２２を有するアル
ミニウム合金からなるブレーキディスクであって、前記
面取り部を含む摺動面２０にアルミニウム合金より硬度
の高い金属メッキを施した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動二輪車や自動
車等の車両用ディスクブレーキ装置のブレーキディスク
及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ブレーキディスクは通常ステンレス鋼材
等の耐摩耗性に優れた鉄系材料により構成されている。
このブレーキディスクの軽量化のため及び熱伝導性向上
のためにブレーキディスク本体をステンレス鋼材に代え
てアルミニウム合金で形成し、このアルミニウム合金の
耐摩耗性を高めるためにブレーキパッドとの摺動面に鋳
鉄を摩擦圧接やアルフィン接合により接合したブレーキ
ディスクが提案されている（特開平５−１０６６７号公
報、特開平５−２６２６８号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金と鋳鉄等の鉄系材料の熱膨張係数は大きく異
なり、アルミニウム合金は熱膨張係数が大きく、鋳鉄等
の鉄系材料は小さい。このため、上記アルミニウム合金
に鋳鉄を接合したブレーキディスクでは、ブレーキ使用
時の温度上昇に伴うアルミニウム合金の熱膨張に鋳鉄が
追従できず、大きな熱応力が作用してディスクに曲りや
撓みが生じてアルミニウム合金と鋳鉄が剥離する原因と
なる。

【０００４】一方、ブレーキディスク材の摩耗寿命を延
ばすために、ブレーキディスクを挟持して圧接するキャ
リパ側のブレーキパッドはブレーキディスクより硬度が
低い材料で形成されている。このため、ブレーキ使用時
の摩擦によりブレーキパッド材の摩耗粉が多量に発生す
る。この摩耗粉は摩擦摺動面に滞留し、摩擦特性の悪化
やブレーキディスク材の異常摩耗の原因となる。

【０００５】これに対処するため、従来のステンレス鋼
材のブレーキディスクにおいては、パッドとの摺動面に
溝や孔が形成されている。この溝や孔により軽量化や冷
却作用が得られるとともに、ブレーキ使用時にディスク
がブレーキパッドを通過するときにブレーキパッド側か
ら発生する摩耗粉をこの溝や孔内に導入し、溝や孔がブ
レーキパッドから外れるときに、この摩耗粉を遠心力で
外部に放出している。しかしながら、このような溝や孔
を前述のアルミニウム合金に鋳鉄を接合したブレーキデ
ィスクに形成すると、下地のアルミニウム合金と鋳鉄と
の界面が露出し、ブレーキの摩擦摺動に伴う熱と剪断力
の繰り返しやブレーキパッドが溝や孔の縁部に衝撃的に
当接するため表面の鋳鉄が剥離する原因となる。

【０００６】本発明は上記の点を考慮したものであっ
て、軽量化を図り充分な熱伝達性および耐摩耗性が得ら
れるとともに、冷却効果を高めパッドの摩耗粉を効果的
に摺動面から排出することができるブレーキディスクの
提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、ブレーキパッドが圧接する摺動面に、
面取りが施された複数の孔を有するアルミニウム合金か
らなるブレーキディスクであって、前記面取り部を含む
摺動面にアルミニウム合金より硬度の高い金属メッキが
施されたことを特徴とするブレーキディスクを提供す
る。

【０００８】この構成によれば、アルミニウム合金を用
いることにより軽量化が図られ充分な熱伝達性が得られ
るとともに、摩擦摺動面に複数の孔が形成され、各孔に
は面取りが施され、この面取り部を含む摺動面にアルミ
ニウム合金より硬度の高い金属メッキが施されるため、
充分な耐摩耗性が得られ、また複数の孔により、摺動面
のプレーキパッドの摩耗粉がキャリパを通過した後に外
部に効果的に排出される。このとき、複数の各孔には面
取りが形成されており、面取り部にもメッキが施されて
いるため母材とメッキ層との界面が摺動面に露出しな
い。そのためブレーキパッドが摺動面の各孔を通過する
ときに孔の縁部に対するパッドの衝撃作用が弱まりメッ
キの剥離が防止されるとともにパッドの摩耗が抑制され
る。また、この孔によりブレーキディスクの表面積が増
加して放熱作用が得られ、摩擦熱を逃して耐久性を高め
ることができる。

【０００９】好ましい構成例では、前記孔は、放射状に
設けた半径方向に長いスロットを含むことを特徴として
いる。

【００１０】この構成によれば、ディスク半径方向に長
いスロットが放射状に形成されるため、スロット内での
遠心力による空気流が発生して冷却作用および摩耗粉排
出作用が高められる。

【００１１】さらに好ましい構成例では、前記金属メッ
キに網目状のクラックが形成されたことを特徴としてい
る。

【００１２】この構成によれば、金属メッキに網目状の
クラックが形成されているため、金属メッキとアルミニ
ウム合金の熱膨張率の差によりブレーキ摩擦熱による熱
膨張の差が生じた場合に、その伸び量の差をクラックが
広がることにより吸収して金属メッキとアルミニウム合
金との間に応力が作用することを防止し金属メッキの剥
がれを防止することができる。

【００１３】さらに、上記本発明のブレーキディスクを
製造するため、本発明では、アルミニウム合金のディス
ク母材に、鍛造により面取りとともに前記孔を形成し、
その後前記金属メッキを施すことを特徴とするブレーキ
ディスクの製造方法を提供する。

【００１４】この構成によれば、アルミニウム合金の鍛
造により孔及び面取りが形成され、この面取り部を含む
ディスク摺動面にメッキが施されるため、面取り部を含
む孔およびディスク面全体がメッキで覆われ、孔の縁部
でメッキと母材の界面が露出することはない。したがっ
て、前述のように、ブレーキパッドが摺動面の各孔を通
過するときに孔の縁部でのメッキの剥離が防止されると
ともにパッドの摩耗が抑制される。

【００１５】さらに本発明では、アルミニウム合金のデ
ィスク母材にプレス加工により前記孔を形成した後、バ
フ研磨またはブラスト処理により該孔に面取り加工を施
し、その後前記金属メッキを施すことを特徴とするブレ
ーキディスクの製造方法を提供する。

【００１６】この構成によれば、プレス加工により孔が
形成された後、プレスにより生じるバリがバフ研磨また
はブラスト処理により除去されて面取りが形成され、そ
の後この面取り部を含むディスク摺動面にメッキが施さ
れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図１は本発明に係るブレーキ
ディスクを装着したディスクブレーキ装置を示す断面
図、図２はそのブレーキキャリパの断面図、図３はブレ
ーキディスク表面部分の拡大断面図、図４は図３のブレ
ーキディスク表面部分の平面図、図５はブレーキディス
ク全体の平面図である。

【００１８】図１に示すディスクブレーキ装置１は、自
動二輪車の前輪用のもので、前輪用ハブ２に固定したブ
レーキディスク３と、フロントフォーク４に固定したブ
レーキキャリパ５とを備えている。図１において、符号
６は前輪の車輪を示し、符号７はスポーク、８はリムを
示す。

【００１９】前記ブレーキディスク３は、アルミニウム
合金によって円環板状に形成したブレーキディスク本体
１１と、このブレーキディスク本体１１における前記ブ
レーキキャリパ５のブレーキパッド１２が押圧されて摺
接する両側の摩擦面（摺動面（ブレーキディスク本体１
１の外周部分の表裏両面））に形成したメッキ層１３
（図３参照）とにより構成し、ブレーキディスク本体１
１の径方向の内側の周縁部を前記ハブ２にボルト１４
（図１）で固定している。

【００２０】前記メッキ層１３は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｒ合
金、Ｃｒ、Ｎｉなどの耐摩耗性が高い金属からなり、ブ
レーキディスク本体に電解メッキを施すことにより形成
している。このメッキ層１３には、図３および図４に示
すように、微細な網目状のクラック１５をメッキ形成範
囲の全域に形成している。このようにクラック１５を形
成することにより、ブレーキディスク本体１１の両側の
摩擦摺動面に、クラック１５によって互いに分離された
微細な金属片１３ａが多数形成される。

【００２１】前記ブレーキキャリパ５は、図２に示すよ
うに、前記ブレーキディスク３の両側方に、プレーキパ
ッド１２をマウントした支持プレート１２ａがボルト１
２ｂにより着脱可能に取付けられた油圧ピストン１６を
それぞれ設けた従来周知の構造をとっている。制動時に
は、一対のブレーキパッド１２が油圧ピストン１６によ
ってブレーキディスク３の両面に押し付けられ、２個の
ブレーキパッド１２でブレーキディスク３を挟持して圧
接する。

【００２２】ブレーキパッド１２は、前記ブレーキディ
スク３のメッキ層１３を形成する金属材料より硬度が低
い材料によって形成している。このブレーキパッド１２
の材料としては、例えば合成樹脂系のものや、Ｃｕを含
有する焼結材などがあげられる。このようにブレーキパ
ッド１２の硬度を相対的に低く設定することによって、
制動時の摩擦で前記メッキ層が摩耗することを阻止する
ことができる。

【００２３】図５に示すように、本発明に係るブレーキ
ディスク３は、前述のブレーキパッド１２（図２）が圧
接する摺動面２０に複数の孔２１が形成されるとともに
半径方向に長いスロット２２が放射状に形成される。こ
の円環状ブレーキディスク３は、その内径部の取付け孔
２３を通して、前述の図１に示したように、ボルト１４
によりハブ２に固定される。これらの孔２１およびスロ
ット２２を設けることにより、ブレーキディスク３の軽
量化および表面積の増加による放熱作用の向上が図られ
る。特に放射状のスロット２２は、スロット内での遠心
力の作用で空気流が起こり冷却効果が高められる。

【００２４】これらの孔２１およびスロット２２はさら
に、ブレーキパッド１２の摩耗粉を排出する作用を有す
る。すなわち、前述のように、ブレーキパッド１２の硬
度はブレーキディスクのメッキ層１３の硬度よりも低
い。したがって、ブレーキの摩擦圧接作用によりパッド
が摩耗して摩耗粉が発生する。この摩耗粉はパッドが圧
接中にディスク面の孔２１やスロット２２内に導入さ
れ、パッドが通過すると外部に放出される。この場合に
も、スロット２２は、開口面積が大きくまた遠心力によ
る空気流の作用を伴うため摩耗粉の排出効果が大きい。
このように摩耗粉を効果的に排出することにより、ディ
スク面への摩耗粉の付着滞留を防止してブレーキ摩擦特
性の劣化やブレーキディスクの異常摩耗が防止され長期
にわたって信頼性の高い制動動作が得られる。

【００２５】本発明では、このような孔２１およびスロ
ット２２の縁部には面取り加工後、メッキが施される。
この面取り部を含む摺動面にメッキが施されることによ
って、表面のメッキの剥がれを防止するとともに孔の縁
部への衝撃によるパッドの摩耗を抑制している。

【００２６】図６はこのような孔（およびスロット）の
形成プロセスの各段階の断面図である。まず、（Ａ）に
示すように、アルミニウム合金からなるディスク母材２
４に対し上下金型（図示しない）を用いた鍛造により孔
２５とともにその縁部に面取り２５ａを形成する。この
とき上下金型間に薄板部２６が形成される。次に、
（Ｂ）に示すように、面取り２５ａ部分を残してこの孔
２５内に形成された薄板部２６をプレス穴明け加工によ
り削除する。その後、（Ｃ）に示すように、面取り２５
ａを含む孔２５の内面およびディスク両面にメッキ加工
を施してメッキ層２７を形成する。このメッキ層２７に
は、その後前述の図３、図４で示したようにクラック１
５が後述のように各種の方法で形成される。

【００２７】図７は、上記実施形態に係るブレーキディ
スク製造方法のフローチャートである。まず、ステップ
Ｓ１で示すように、溶解したアルミニウム合金をノズル
から所定半径の標的に向けて噴霧状に噴射し、生成され
るアルミニウム合金の噴霧滴を冷気あるいは常温空気中
を通過させることにより途中で冷却させて半凝固状態と
し、この半凝固状態のアルミニウム合金の噴霧滴を所定
半径の略円柱状に積み上げさせるスプレーフォーミング
により、例えば所定半径が３５０ｍｍのアルミニウム合
金粒が固まった状態の円柱を形成する。

【００２８】ステップＳ２において、このアルミニウム
合金粒の円柱を切断し、厚さ例えば５０ｍｍの円盤を作
製する。次に、ステップＳ３におけるプリ鍛造により、
厚さ例えば５０ｍｍの円盤を３０ｍｍ程度に圧縮すると
ともに中心に穴を形成して密度を上げたドーナツ状の円
盤を作製する。このドーナツ状の円盤がビレットであ
る。

【００２９】このビレットをステップＳ４の鍛造工程で
表面硬度がＨ_RE＝５５〜８８で厚さが約１５ｍｍのドー
ナツ状円盤とする。このドーナツ状円盤をステップＳ５
のＴ６処理、すなわち溶体化温度の５００℃に４時間保
持した後に水冷する溶体化処理と、続いて２００〜３０
０℃に４時間保持した後に空冷する時硬化処理を行い、
表面および内部硬度をＨ_RE＝９０〜１００とする。

【００３０】次に、ステップＳ６の粗加工により、内外
形加工、取付け穴加工、および前述の摺動面の孔２１と
スロット２２の鍛造加工そして円盤面の加工を行う。円
盤面のうち摩擦面は研磨前の表面粗さとしてＲａ５μｍ
程度に下加工を施しておく。次に、ステップＳ７の仕上
げ加工において、摩擦面を表面粗さがＲａ１〜３．５μ
ｍ程度となるまで研磨する。仕上げ加工が終了した後、
ステップＳ８で示すようにメッキ工程に移行する。

【００３１】図８は上記図７のフローにおけるステップ
Ｓ８のメッキ工程の前処理の詳細フローチャートであ
る。この前処理の後電解メッキが施される。メッキ前処
理は、一般的に実施されている電解メッキ時の前処理と
同様の処理内容であり、図８のステップＰ１で示す脱脂
工程と、ステップＰ２で示す酸洗い工程と、ステップＰ
３で示すアルカリエッチング工程と、ステップＰ４で示
す酸活性工程と、ステップＰ５で示す亜鉛置換工程と、
ステップＰ６で示す硝酸浸漬工程と、ステップＰ７で示
す亜鉛置換工程と、これらの各工程間およびステップＰ
７の亜鉛置換工程の後に実施する水洗工程とによって実
施する。

【００３２】なお、ステップＰ１〜Ｐ７の各工程におい
ては、後述の表５に示す通り、所定の組成を有する水溶
液を収容し所定の浴温に保持された各浴槽に、ブレーキ
ディスク本体１１を所定の処理時間浸漬して行う。これ
らの前処理を施すことにより、次工程のメッキ処理にお
けるメッキ層と母材であるアルミニウム合金層との密着
性を向上させている。

【００３３】このメッキ前処理を実施した後、ステップ
Ｐ８でブレーキディスク本体１１に電解メッキを施す。
この電解メッキ処理は、メッキ液の静止浴中にブレーキ
ディスク本体１１を陰極として陽極とともに浸漬させ、
これらを直流電源に接続することによって実施する。ま
た、このメッキ処理は、ブレーキディスク本体１１に生
成されるメッキ層１３の厚さが約２０μｍあるいはそれ
以上となるまで行う。

【００３４】なお、このステップＰ８のメッキ処理にお
いて、例えばＦｅメッキあるいはＦｅ−Ｃｒ合金メッキ
を施す場合には、表６に示すメッキ処理条件により行
う。すなわち、表示するメッキ液組成および浴温に保持
したメッキ液を満たした静止浴を使い、表６に示す電流
密度、メッキ時間でメッキすると、概略表６に示すメッ
キ膜厚、硬さのメッキ層が得られる。メッキ膜厚を２０
μｍ以上とするためには、電流密度を表中の値より大き
くするか、あるいは／およびメッキ時間を表中の時間よ
り長くする。

【００３５】ブレーキディスク本体１１は、メッキ液に
浸漬させる以前に、ブレーキディスク本体１１の摩擦面
のみにメッキ層１３が形成されるように他の部位にマス
ク（図示せず）を設けておく。なお、このようなマスク
を使用することなく、ブレーキディスク３の外表面の全
域にメッキ層１３を形成してもよい。

【００３６】なお、厚みが少なくとも１０μｍより厚く
なるようにメッキ層１３を形成することによって、特別
な処理を施すことなく、メッキ層１３に図３および図４
に示したようにクラック１５が発生する。メッキ層１３
の膜厚が１０μｍ程度であると、図４に示すクラック１
５の内側のメッキ層金属片に内接する円の直径ｄが大き
なものでも約１．５ｍｍ程度となる。これはメッキ層に
縮まろうとする内部応力が発生しているからであり、膜
厚が増加するとこの内部応力によりメッキ面に網目状の
クラックが発生するからである。

【００３７】メッキ工程が終了したブレーキディスク本
体１１は、特別な後加工を施すことなく前記ハブ２に取
付ける。その後、自動二輪車を走行させて前輪ブレーキ
を使用する。このとき、ブレーキパッド１２と前記メッ
キ層１３の外表面との摩擦により生じる摩擦熱でメッキ
層１３の温度が高くなると、メッキ層に比べてアルミニ
ウム合金のブレーキディスク本体１１の方が熱膨張係数
が大きいため、このブレーキディスク本体１１の方が大
きく伸びようとするが、メッキ層はクラックの幅が広が
ってブレーキディスク本体１１の伸びを阻害せず、摩擦
面が歪むことはない。すなわち、ブレーキ操作中にブレ
ーキパッド１２により局部的に大きな摩擦力が作用する
結果となる曲りや撓み等の歪みが生じることがなく、耐
摩耗性を向上させるために設けたメッキ層がブレーキデ
ィスク本体から剥がれることはない。

【００３８】したがって、上述したように構成したブレ
ーキディスク３は、ブレーキディスク本体１１をアルミ
ニウム合金によって形成して軽量化を図ることができる
とともに、摩擦面にメッキによって形成した金属で耐摩
耗性を向上させることができ、軽量化と耐摩耗性の向上
の両方を実現することができる。

【００３９】また、耐摩耗性を高めるための金属を温度
変化の少ないメッキによって形成しており、この製造方
法を実施するためのメッキ装置は、汎用の静止浴タイプ
のもの、あるいはメッキ液を循環させる高速メッキタイ
プのものを使用することができるから、耐摩耗性が高い
金属をブレーキディスク本体１１に設けるため熱溶融を
伴う接合装置に比べ摩擦面の歪みを小さくできるので、
歪み取りや再研磨が必ず必要になることはない。

【００４０】なお、クラック１５内側のメッキ層金属片
に内接する直径ｄが小さいほうが望ましいが例え大きな
ものでも約１．５ｍｍ以下の場合、仮にクラック１５内
側のメッキ層金属片がそれと接合するブレーキディスク
本体１１の伸びを阻害するとしても、メッキ層金属片の
大きさは小さく、メッキ層金属片の部位に生じる反り、
曲り等は小さく、このクラック１５内側のメッキ層金属
片が剥がれることにはならない。また、メッキ膜厚が大
きくなるにしたがい、メッキ時メッキ面にクラック１５
が入っても、内部応力が残留しやすく、ブレーキ操作に
よる摩擦熱によりこのクラック１５内側のメッキ層金属
片がブレーキディスク本体１１により広げられようと
し、メッキ層金属片にさらに微細なクラックが発生す
る。

【００４１】メッキ層の膜厚が２０μｍ程度以上ある
と、このメッキ層金属片へのさらなる微細なクラックの
発生が確実に起こるようになる。この微細なクラックに
より、ブレーキ操作中、より確実にメッキ層がブレーキ
ディスク本体１１の伸びを阻害することがなくなり、反
り、曲り等の歪みに起因するメッキ層の剥がれをなくす
ことができる。

【００４２】すなわち、この実施の形態によるブレーキ
ディスク３の製造方法は、メッキ層厚さを２０μｍ程度
以上とすることで、メッキ工程で金属層にクラックを形
成し、かつブレーキディスク３を実際に使用することに
よってメッキによるクラックをさらに微細なクラックに
移行させる方法をとっているので、メッキによって形成
された金属層に専らクラックを形成するための装置や特
別の処理も不要である。

【００４３】図９は加熱によりクラックを形成するブレ
ーキディスクの別の製造方法を説明するためのフローチ
ャートであり、図１０はこの実施の形態による製造方法
によって形成されたブレーキディスクの表面部を拡大し
て示す断面図である。

【００４４】この実施形態のブレーキディスクの製造方
法を実施するためには、まず図９のステップＳ１〜Ｓ７
（前述の図７のフローのステップＳ１〜Ｓ７と同じ）で
示す工程を経てブレーキディスク本体１１を所定形状に
形成し、次いで、ステップＳ８でメッキを施す。ここで
は、耐摩耗性が高いメッキ層金属として、Ｆｅ−Ｃｒ合
金を用いる例を示す。このときの表面金属メッキ処理条
件は表６による。

【００４５】なお、このメッキ層金属としては、Ｆｅ−
Ｃｒ合金の他に、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉなども使用すること
ができる。

【００４６】この実施形態をとる場合には、メッキは、
メッキ層１３の厚みが１０〜１００μｍ程度の範囲内に
入るように行う。メッキ方法は、前述の図１〜図８の第
１の実施形態をとるときと同様である。第１の実施形態
をとる場合には、メッキ層１３の厚みが２０μｍより厚
くなるように形成しなければならないが、この実施形態
をとる場合には、第１の実施形態をとるときよりメッキ
層１３の厚みを薄くしても確実にさらなる微細な網目状
のクラックが形成される。

【００４７】メッキ工程が終了した後、図９のステップ
Ｓ９で示すように、約５００℃で５時間加熱する。この
加熱は、ブレーキディスク本体１１を加熱炉などに挿入
して行う。この加熱工程でメッキ層１３が加熱されるこ
とによって、メッキ層１３に微細な網目状のクラック１
５が形成され、図１０に示すように、ブレーキディスク
本体１１の摩擦面に微細なＦｅ−Ｃｒ合金からなる金属
片１３ａがクラック１５によって互いに分離された状態
で多数形成される。

【００４８】この方法によれば、ブレーキディスク本体
１１の全体を加熱するため、全体が均一に熱膨張し、メ
ッキ時の内部応力によるクラックに加え、より微細且つ
均一にクラックを発生させることができる。したがっ
て、部分的に大きなメッキ層金属片となることがなく、
メッキ層金属片の内接円の大きさが大きくばらつくこと
はない。

【００４９】より微細な網目状のクラック１５を形成す
るためには、母材（アルミニウム合金）とメッキ層の熱
膨張率の差から加熱温度を約４００℃以上に設定すれば
よい。この実施形態で示したように、加熱温度を５００
℃に設定すると、メッキ層１３を形成するＦｅまたはＣ
ｒの原子が母材へ、ブレーキディスク本体を形成するア
ルミニウム合金の原子がクラック１５を有するメッキ層
へ互いに拡散し合い、これら両者の間に図１０の符号１
７で示す拡散層が形成される。この拡散層１７は、加熱
温度が約５００℃であれば処理時間５時間程度で形成す
ることができる。

【００５０】なお、拡散速度は処理時間に指数関数的に
比例して増加するので、５００℃より下げて４００℃以
下とすると、逆に拡散速度は低下し拡散層形成に非常な
長時間を要する。一方、処理温度を６００℃以上にする
と、アルミニウム合金製のブレーキディスク本体１１が
部分的に溶解するようになり、ブレーキディスク本体１
１が変形する不都合が生じてしまう。また、クラック１
５のうち、メッキ時のものは拡散層１７に残留し、加熱
による新たなクラックは主にメッキ層に形成される。

【００５１】上述したようにメッキ後にメッキ層１３を
４００℃以上に加熱することによってメッキ層１３に微
細な網目状のクラック１５を形成しても、第１の実施形
態ととるときと同様の効果が得られる。

【００５２】この実施形態で示したように、メッキ層１
３とブレーキディスク本体１１との間に拡散層１７が形
成されるように加熱を行うことにより、メッキ層１３の
密着強度を増大させることができる。

【００５３】図１１は本発明の別の実施の形態のフロー
チャートである。この実施形態は、ディスク面の孔の形
成方法を前記図６で示した実施形態の鍛造からプレス加
工に代えてショットブラストにより面取りを施したもの
である。またメッキ層１３のクラック１５を浸硫窒化処
理によって形成したものである。

【００５４】まず、前述の図７のフローのステップＳ１
〜Ｓ６と同様に、アルミニウム合金のスプレーフォーミ
ングによりビレットを作製し（ステップＱ１）、孔明け
前の所定の円盤形状のディスク母材を作製する（ステッ
プＱ２）。次にこのディスク母材にプレス加工により前
述の図５に示した孔２１およびスロット２２を形成する
（ステップＱ３）。これにより、図１２（Ａ）に示すよ
うに、ディスク母材２４に孔（または溝）２５が形成さ
れる。このとき、プレス加工の孔２５の上面側にはダレ
３０が形成され、下面側にはバリ３１が形成される。

【００５５】次に、ステップＱ４に示すように、鋼製小
粒子を吹き付けるショットブラストあるいはショットピ
ーニングによるバリ取りを行う。この場合、孔の下面側
のバリ３１を除去するだけでなく、孔の上面側のダレ３
０部にもブラスト処理を施して面取り仕上げを行っても
よい。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、孔２５
の縁部に面取り２５ａが施される。

【００５６】なお、鋼製ショット粒を用いたブラスト処
理に代えて砂粒を用いたサンドブラスト処理を行っても
よい。また、このように圧縮空気を用いて小粒子を吹き
付けるブラスト処理に代えて、液体ホーニング処理を行
ってもよい。また、バフ研磨によりバリ取りおよび面取
り仕上げを行ってもよい。

【００５７】このようなバリ取り及び面取り加工の後、
ディスク表面を仕上げ加工し（ステップＱ５）、その
後、メッキ処理を施す（ステップＱ６）。

【００５８】このメッキ処理においては、例えば耐摩耗
性が高い金属としてＦｅ−Ｃｒ合金を用いることができ
る。またこのようなＦｅ−Ｃｒ合金の他にＦｅ、Ｃｒ、
Ｎｉなども使用することができる。

【００５９】メッキは、メッキ層１３の厚みが１０〜１
００μｍ程度の範囲内に入るように行う。メッキ方法は
前述の第１の実施形態と同様である。第１の実施形態の
場合にはメッキ層１３の厚みが２０μｍより厚くなるよ
うに形成しなければならないが、この実施形態の場合に
は、第１の実施形態の場合よりメッキ層の厚みを薄くし
てもよい。

【００６０】メッキ工程が終了した後、ステップＱ７で
示すように、ガス浸硫窒化処理を実施する。このガス浸
硫窒化処理は、表７に示すガス浸硫窒化処理条件で行
う。すなわち、Ｎ₂、Ｈ₂Ｓ、ＮＨ₃混合ガスの雰囲気の
炉中でメッキ後のブレーキディスク本体１１を加熱する
ことによって行う。加熱温度は５００℃±５０℃、加熱
時間は約５時間である。

【００６１】このようにガス浸硫窒化処理を実施するこ
とによって、メッキ層１３の金属の硬度を増大させるこ
とができるとともに、ガス浸硫窒化処理時にメッキ層１
３が加熱されることによって、メッキ層１３に微細な網
目状のクラック１５が形成される。すなわち、第２の実
施形態（図９、図１０）をとる場合に比べて硬度が高い
微細なＦｅ−Ｃｒ合金製金属片１３ａがクラック１５に
よって互いに分離された状態でブレーキディスク本体１
１に多数形成される。

【００６２】上述したように、メッキ後にガス浸硫窒化
処理を実施し、メッキ層１３に微細な網目状のクラック
１５を形成しても、第１の実施形態と同様に耐摩耗性が
高いとともにメッキ層が剥がれ難いという効果を奏す
る。

【００６３】また、ガス浸硫窒化処理を実施するときの
温度が第２の実施形態と同様に高温であるため、メッキ
層１３を形成するＦｅまたはＣｒ原子とブレーキディス
ク本体１１を形成するアルミニウム合金の原子とが互い
に拡散しあい、これら両者の間に拡散層１７（図１０参
照）が形成される。このため、メッキ層１３の密着硬度
を増大させることができる。

【００６４】さらにまた、メッキ層１３の硬度を上げる
ことができるので、摩耗しにくく耐久時間を延ばすこと
ができ、ディスクブレーキ装置の保守はブレーキディス
クより安価なブレーキパッド１２を交換するのみで可能
となる。

【００６５】メッキ層１３のクラック１５は、メッキ層
１３にバニッシングのような機械的な加工を施すことに
よっても微細な網目状に形成することができる。また、
バニッシングが終了した後、メッキ層１３の硬度を増大
させるために、図１１のステップＱ７で示したようにメ
ッキ層１３にガス浸硫窒化処理を施してもよい。

【００６６】また、バニッシング後は、ガス浸硫窒化処
理の代りに第２の実施形態と同様に加熱処理を実施する
こともできる。加熱温度を４００℃以上に設定すること
によってクラック１５のさらなる微細化を図ることがで
きる。加熱温度が５００℃であれば、メッキ層１３とブ
レーキディスク本体１１との間に拡散層１７が約５時間
程度で効率的に形成されてメッキ層１３の密着強度を増
大させることができる。

【００６７】図１３は、メッキ層とブレーキディスク本
体との間に中間メッキ層を形成した実施形態を示す断面
図、図１４はそのメッキ工程のフローチャートである。
図１３において、符号１８は中間メッキ層である。この
中間メッキ層１８は、この実施形態ではブレーキディス
ク本体１１にメッキによって形成している。中間メッキ
層１８を形成する金属材料は、耐腐食性が高い金属、例
えばＮｉである。この中間メッキ層１８とブレーキディ
スク本体１１との間には、ブレーキディスク本体１１に
中間メッキ層１８の原子が拡散した第１拡散層１７ａが
形成される。また中間メッキ層１８と外側のメッキ層１
３との間には中間メッキ層１８に外側のメッキ層１３の
原子が拡散した第２拡散層１７ｂが形成されている。

【００６８】このブレーキディスク３を製造するために
は、第１の実施形態と同様に、ブレーキディスク本体１
１を所定の形状に形成し、図１４のステップＰ１〜Ｐ７
で示すメッキ前処理とその後の水洗を実施した後に、ス
テップＰ９で示すようにＮｉメッキを実施する。

【００６９】このＮｉメッキは、ブレーキディスク本体
１１の外表面にメッキ層１３を形成するために用いるメ
ッキ装置を使用して実施する。メッキ条件は、ブレーキ
ディスク本体１１の外表面にメッキ層１３を形成すると
きと同様である。

【００７０】Ｎｉメッキ工程が終了した後、水洗を行
い、Ｎｉメッキ層（中間メッキ層１８）とブレーキディ
スク本体１１との間に前記第１拡散層１７ａを形成する
ために加熱処理を施す（ステップＰ１０）。このときの
加熱温度も５００℃以上に設定する。この第１拡散層１
７ａが形成されることによって、Ｎｉメッキ層の密着強
度が増大する。

【００７１】中間層としてのメッキ膜厚は０．１〜５μ
ｍ程度あれば耐食性上充分で厚くする必要はない。薄く
することで、メッキ時の内部応力によるクラック発生も
なく、またブレーキング時の発熱による熱膨張に追従す
ることが可能になり、このＮｉメッキ層にクラックが発
生してしまうのを阻止することができる。また、Ｎｉは
熱膨張係数がアルミニウム合金に近いため、発生する熱
応力も小さく、クラックはより生じにくい。

【００７２】加熱後、ステップＰ８で示すように、メッ
キを実施し、前記Ｎｉメッキ層の外面に耐摩耗性の高い
金属からなる例えばＦｅ、Ｆｅ−Ｃｒ，あるいはＣｒ等
のメッキ層１３を形成する。メッキ条件は第１の実施形
態の場合と同様である。

【００７３】このメッキ工程が終了した後、前記各実施
形態と同様の手順で前記メッキ層１３に微細な網目状の
クラックを形成するとともに、このメッキ層１３と前記
Ｎｉメッキ層１８との間に第２拡散層１７ｂを形成す
る。

【００７４】この実施形態で示したように、中間メッキ
層１８を内部に形成することにより、外表面のメッキ層
１３のクラック１５から進入した水がアルミニウム合金
製のブレーキディスク本体１１に接触するのを耐腐食製
が高い金属（Ｎｉ）からなる中間メッキ層１８によって
阻止することができる。

【００７５】このため、この実施形態によるブレーキデ
ィスク３は、雨水などがかかってもブレーキディスク本
体１１が腐食されることはなく、腐食が原因で外表面の
メッキ層１３が剥離するのを阻止することができる。し
かも、外表面のメッキ層１３と中間メッキ層１８の両方
をメッキによって形成しているから、２種類の金属層を
１つのメッキ装置によって形成することができ、製造コ
ストを低く抑えることができる。

【００７６】中間メッキ層１８を形成するＮｉは、アル
ミニウム合金より熱膨張率が高いものの、鋳鉄などの鉄
系金属に比べて熱膨張率がアルミニウム合金に近いた
め、アルミニウム合金製ブレーキディスク本体１１が熱
膨張するときに発生する熱応力は相対的に小さい。この
ため、中間メッキ層１８を形成したことが原因でブレー
キディスク３に曲りや撓みが生じたり、外表面のメッキ
層１３がブレーキディスク本体１１から剥離することは
ない。

【００７７】

【実施例】ブレーキディスク本体１１を形成するアルミ
ニウム合金としては、例えば、下記の表１中に合金１〜
合金３として示したものを使用することができる。

【００７８】

【表１】

【００７９】表１に示す合金１を使用することによりブ
レーキディスク３の強度が高くなり、合金２，３を使用
することによって耐熱性が高くなる。すなわち、一般的
なアルミニウム合金では、制動時の温度上昇により強度
低下し容易に変形が生じる。このため、Ｆｅ，Ｚｒを添
加し、強度、耐熱性を向上させた。ディスク材の製造
は、スプレイフォーミングによるビレット作製による。
これは、金属組成中の結晶粒径を微細化（１μｍ以下）
とし、強度向上を図っている。これら合金は、鋳造によ
る成形はできない。溶かすと粗大なＡｌ−Ｆｅの金属間
化合物が晶出するため脆くなってしまう。そこで、鍛造
により成形を行う。

【００８０】ブレーキパッド１２の材料としては、下記
の表２〜表４に示したものを使用することができる。表
２および表３は合成樹脂材製パッドの材料例を示し、表
４は焼結材製パッドの材料例を示す。ブレーキパッド１
２は、ブレーキディスク本体１１の耐摩耗性向上のため
のメッキ層１３より硬度を下げている。このため、ブレ
ーキディスク３より小さくなるのでコストが安くなりや
すいブレーキパッドの使用限度（交換を要するまでの耐
久時間）を、ブレーキディスクより短くすることで、デ
ィスクブレーキ装置１の保守経費を少なくすることがで
きる。

【００８１】

【表２】

【００８２】

【表３】

【００８３】

【表４】

【００８４】表２および表３中、補強部材や研磨粒子と
してメッキ層金属より硬い成分を含むものもあるが、母
材を含めた全体硬度をメッキ層より低くすることで、メ
ッキ層と同等の使用限度とするかメッキ層より早く使用
限度に達するようにする。

【００８５】表４中に示した材料で形成した焼結材製パ
ッドは、硬度がＨＶ相当で５０以下になる。なお、表４
中にその他として示した材料は、組成比が１０％以下に
なるものである。

【００８６】各実施の形態をとるときに実施するメッキ
前処理は、下記の表５に示した条件で実施した。

【００８７】

【表５】

【００８８】ブレーキディスクの外表面にＦｅメッキま
たはＦｅ−Ｃｒ合金メッキを施す場合のメッキ条件を下
記の表６に示す。

【００８９】

【表６】

【００９０】表６中に示す各項目には、Ｆｅメッキ、Ｆ
ｅ−Ｃｒメッキとも膜厚が２０μｍになり、Ｆｅメッキ
の硬度がＨＶで３００〜４００、Ｆｅ−Ｃｒメッキの硬
度がＨＶで６００〜７００になるようにメッキを実施す
る場合の値を記載している。メッキ層１３に形成される
微細な網目状のクラック１５は、幅が１〜１０μｍにな
り、クラック密度が１０〜３０ｍｍ／ｍｍ² である。こ
のとき、クラック１５による網目形状の内接円の直径ｄ
はほとんどのものが１．５ｍｍ以下となる。なお、クラ
ック密度とは、メッキ表面１ｍｍ² 当りのクラック１５
の長さ（ｍｍ）を合計したもののことである。

【００９１】拡散層１７，１７ａ，１７ｂは、厚みが１
〜５０μｍ程度である。中間メッキ層１８は、材料金属
がＮｉの場合には厚みが０．１〜５μｍ程度である。

【００９２】ガス浸硫窒化処理は、下記の表７に示す条
件で実施した。

【００９３】

【表７】

【００９４】表７で示す条件によってガス浸硫窒化処理
を実施すると、Ｆｅメッキの場合には硬度がＨＶで７５
０程度（７００〜８００）になり、Ｆｅ−Ｃｒ合金メッ
キの場合には硬度がＨＶで１２５０程度（１１００〜１
３５０）になる。

【００９５】なお、上述した各実施の形態では、ハブ２
へのブレーキパッド１２による摩擦熱を逃すことができ
る効果を狙って熱伝導性のよいアルミニウム合金製ブレ
ーキディスク本体１１の内周部をハブ２に直接固定する
例を示したが、ブレーキディスク本体１１の表面積が大
きいなどブレーキパッド１２が当接する部位以外の放熱
性が充分である場合には、ブレーキディスク本体１１と
しては、内周部に円環状の鉄系合金製取付板を取付け、
この取付板を介してハブ２に取付ける構造をとることが
できる。また、ブレーキディスク本体１１は、外周部に
円環状の鉄系合金取付板を取付け、この取付板を介して
ハブ２に取付けることもできる。この構造をとる場合に
は、ブレーキディスク本体１１の内周側にブレーキパッ
ドを摺接させる。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ディ
スク本体材料にアルミニウム合金を用いることにより軽
量化が図られ充分な熱伝達性が得られるとともに、摺動
面に複数の孔が形成され、各孔には面取りが施され、こ
の面取り部を含む摺動面にアルミニウム合金より硬度の
高い金属メッキが施されるため、充分な耐摩耗性が得ら
れ、また複数の孔により、摺動面のプレーキパッドの摩
耗粉がキャリパを通過した後に外部に効果的に排出され
る。このとき、複数の各孔には面取りが形成されている
ため、ブレーキパッドが摺動面の各孔を通過するときに
孔の縁部に対するパッドの衝撃作用が弱まりメッキの剥
離が防止されるとともにパッドの摩耗が抑制される。ま
た、この孔によりブレーキディスクの表面積が増加して
放熱作用が得られ、摩擦熱を逃して耐久性を高めること
ができる。

【００９７】また、金属メッキ層にクラックを形成する
ことにより、金属メッキとアルミニウム合金の熱膨張率
の差によりブレーキ摩擦熱による熱膨張の差が生じた場
合に、その伸び量の差をクラックが広がることにより吸
収して金属メッキとアルミニウム合金との間に熱応力が
作用することを防止し金属メッキの剥がれを防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用されるディスクブレーキ装置の
断面図。

【図２】 ブレーキキャリパの断面図。

【図３】 本発明のブレーキディスク表面部の拡大断面
図。

【図４】 本発明のブレーキディスク表面部の拡大平面
図。

【図５】 本発明のブレーキディスク全体の平面図。

【図６】 本発明のブレーキディスクの摺動面に形成す
る孔の製造プロセスの説明図。

【図７】 本発明のブレーキディスクの製造方法のフロ
ーチャート。

【図８】 図７の製造方法におけるメッキ工程のフロー
チャート。

【図９】 本発明のブレーキディスクの別の製造方法の
フローチャート。

【図１０】 図９の方法で形成したブレーキディスク表
面部の拡大断面図。

【図１１】 本発明のさらに別の製造方法のフローチャ
ート。

【図１２】 図１１の製造方法における孔形成プロセス
の説明図。

【図１３】 本発明の別の実施形態のブレーキディスク
表面部の拡大断面図。

【図１４】 図１３の実施形態のメッキ工程のフローチ
ャート。

【符号の説明】

１：ディスクブレーキ装置、２：ハブ、３：ブレーキデ
ィスク、４：フロントフォーク、５：キャリパ、６：車
軸、７：スポーク、８：リム、１１：ブレーキディスク
本体、１２：ブレーキパッド、１２ａ：支持プレート、
１２ｂ：ボルト、１３：メッキ層、１３ａ：金属片、１
４：ボルト、１５：クラック、１６：油圧ピストン、１
７，１７ａ，１７ｂ：拡散層、１８：中間メッキ層、２
０：摺動面、２１：孔、２２：スロット、２３：取付け
孔、２４：ディスク母材、２５：孔（または溝）、２５
ａ：面取り、２６：薄板部、２７：メッキ層、３０：ダ
レ、３１：バリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ２５Ｄ 7/00 Ｃ Ｆ１６Ｄ 55/228 Ｆ１６Ｄ 55/228 (72)発明者 山縣 裕 静岡県磐田市新貝2500番地 ヤマハ発動機 株式会社内 Ｆターム(参考） 3J058 AA41 BA37 BA41 BA44 BA47 BA68 CB27 CB28 CB29 EA08 EA31 EA34 FA01 4K024 AA02 AA03 AA04 AA14 AB01 AB02 AB19 BA06 BB04 DA03 DA04 DA05 DA06 DA07 DA08 DB01 DB07 DB10 GA01 GA03 GA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブレーキパッドが圧接する摺動面に、面取
   りが施された複数の孔を有するアルミニウム合金からな
   るブレーキディスクであって、 前記面取り部を含む摺動面にアルミニウム合金より硬度
   の高い金属メッキが施されたことを特徴とするブレーキ
   ディスク。
2. 【請求項２】前記孔は、放射状に設けた半径方向に長い
   スロットを含むことを特徴とする請求項１に記載のブレ
   ーキディスク。
3. 【請求項３】前記金属メッキに網目状のクラックが形成
   されたことを特徴とする請求項１または２に記載のブレ
   ーキディスク。
4. 【請求項４】アルミニウム合金のディスク母材に、鍛造
   により面取りとともに前記孔を形成し、その後前記金属
   メッキを施すことを特徴とする請求項１のブレーキディ
   スクの製造方法。
5. 【請求項５】アルミニウム合金のディスク母材に、プレ
   ス加工により前記孔を形成した後、バフ研磨またはブラ
   スト処理により該孔に面取り加工を施し、その後前記金
   属メッキを施すことを特徴とする請求項１のブレーキデ
   ィスクの製造方法。