JP2006242272A - ディスクブレーキ用キャリパ - Google Patents

Abstract

【課題】 制動時のロータ及びパッドの摩擦による発熱に対し、キャリパ５ａ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する。
【解決手段】 アルミニウム合金製のキャリパ５ａのロータ側の面１０とロータとは反対側の面１１とに化学ニッケルメッキを施した後、これら両側面１０、１１にニッケルタングステン合金メッキを施し、次いで、ロータ側となる面１０のみに、金メッキを施す。そしてこの構成により、このロータ側の面１０の入射光に対する反射率を、上記ロータとは反対側の面１１の入射光に対する反射率よりも高くする。
【選択図】 図５

Description

この発明は、自動車等の車両の制動に使用するディスクブレーキに組み込んで使用するディスクブレーキ用キャリパの改良に関する。

自動車の制動を行なう為に、ディスクブレーキが広く使用されている。ディスクブレーキによる制動時には、車輪と共に回転するロータの軸方向両側に配置された一対のパッドを、ピストンによりこのロータの両側面に押し付ける。この様なディスクブレーキとして従来から各種構造のものが知られているが、ロータの両側にピストンを、互いに対向する状態で設けた、対向ピストン型ディスクブレーキは、安定した制動力を得られる事から、近年使用例が増えている。

図１０は、この様な対向ピストン型ディスクブレーキのうち、特許文献１に記載されたものを示している。対向ピストン型のディスクブレーキ１は、ロータ２を挟む位置にアウタボディ部３及びインナボディ部４から成るキャリパ５を設け、これら各ボディ部３、４内にアウタシリンダ及びインナシリンダを、それぞれの開口部を上記ロータ２を介して互いに対向させた状態で設けている。そして、これらアウタシリンダ及びインナシリンダ内にアウタピストン及びインナピストンを、液密に、且つ上記ロータ２の軸方向に関する変位自在に嵌装している。又、上記アウタボディ部３にはアウタパッドを、上記インナボディ部４にはインナパッドを、それぞれ上記ロータ２の軸方向に変位自在に支持している。制動時には、上記アウタシリンダ及びインナシリンダ内に圧油を送り込み、上記アウタピストン及びインナピストンにより、上記アウタパッド及びインナパッドを、上記ロータ２の両側面に押し付ける。尚、上記特許文献１に記載された構造の場合には、互いに別個に形成した上記アウタボディ部３とインナボディ部４とを、複数本の結合ボルトにより結合して、上記キャリパ５としている。

又、特許文献２、３には、キャリパを構成するアウタボディ部とインナボディ部とを一体構造とした、対向ピストン型ディスクブレーキも記載されている。このうちの特許文献２に記載された構造の場合、上記キャリパを、アルミニウム合金等の軽合金、或は鉄系合金の鋳造により一体成形している。対向ピストン型ディスクブレーキの組立作業性を考慮した場合、この様にキャリパを一体成形する構造は、上述の図１０に示した従来構造の場合よりも、アウタ、インナ両ボディ部同士を結合固定する手間が不要である。

又、ディスクブレーキのキャリパは、懸架装置を構成するばねよりも車輪側に設けられるもので、所謂ばね下荷重になる為、少しの重量増大も、走行安定性や燃費を中心とする走行性能に大きな影響を及ぼす。従って、走行性能を向上させる面からは、上記キャリパを、軽量なアルミニウム合金製とする事が好ましい。ところが、キャリパは、制動時に温度が上昇し易い。即ち、制動時には、パッドとロータとの間で発生する摩擦により、動エネルギが熱エネルギに変換される。そして、この熱エネルギが、例えば、次の形態により、キャリパ及びブレーキ液に伝達される。
（１） 伝導−−−パッドから、このパッドと接触しているキャリパへ、又は、ピストンを介してキャリパ、ブレーキ液へと伝熱される。
（２） 放射−−−ロータ及びパッドの表面から電磁波（放射熱）としてキャリパへ伝熱され、このキャリパの温度を上昇させ、ブレーキ液に伝熱される。
この様な形態によりキャリパ及びブレーキ液に熱エネルギが伝達される結果、これらキャリパ及びブレーキ液の温度が上昇する。特に、キャリパをアルミニウム合金製とした場合には、この温度上昇が著しくなる。例えば、キャリパの温度は、制動時には２００℃を越える場合も多い。このキャリパの温度上昇が著しくなると、上記ブレーキ液の温度上昇も著しくなり、時には、良好な制動性能を確保する事に対する妨げとなる。又、上記キャリパの温度が著しい温度上昇と低下とを繰り返す事は、このキャリパの強度が早期に低下する原因となる。
尚、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１〜３の他に、特許文献４がある。

実開平５−２７３６４号公報 特開２００１−１０７９９４号公報 特開平１−２１０６２８号公報 特開２００３−２８２１９号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、前記（１）（２）のうち、（２）の形態による熱の伝達に着目し、制動時のロータ及びパッドの摩擦による発熱に対し、キャリパ及びブレーキ液の温度上昇を低減すべく発明したものである。

本発明のディスクブレーキ用キャリパは、前述した従来構造のディスクブレーキ用キャリパと同様に、ロータの両側面に一対のパッドを押し付ける事により制動するディスクブレーキを構成し、上記ロータを跨いだ状態で使用する。

特に、本発明のディスクブレーキ用キャリパに於いては、このキャリパのロータ側の面の入射光に対する反射率を、このロータとは反対側の面の入射光に対する反射率よりも高くしている。
尚、本明細書及び特許請求の範囲で「キャリパのロータ側の面」とは、具体的には、キャリパのうち、使用時に於けるロータ側、即ちピストンを配置する側の面、及びこの面から連続する、ロータの径方向内側に向いた面を言う。又、「（キャリパの）ロータとは反対側の面」とは、キャリパのうち、上記「キャリパのロータ側の面」以外の、使用時に於けるロータとは反対側の面を言う。

上述の様に構成する本発明のディスクブレーキ用キャリパの場合、ロータ側の面の入射光に対する反射率を高くできると共に、ロータとは反対側の面の入射光に対する反射率を低くできる為、キャリパ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する事ができる。即ち、キャリパのロータ側の面は、使用時にロータと対向するので、制動時にこのロータ及びパッドの摩擦により生じる熱が、放射熱として伝わり易い。これに対して、本発明の場合には、このロータ側の面の入射光に対する反射率を高くできる為、キャリパの温度上昇を低減する事ができる。即ち、図１に示す様に、物体に光が入射される事を考えた場合で、入射光に対する反射率をＡ％とし、同じく透過率をＢ％とし、同じく吸収率をＣ％とした場合に、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１００（％）の関係が成立する。この為、キャリパに放射熱として熱が伝達される場合を考えると、このキャリパのロータ側の面の反射率Ａを高くできる本発明の場合には、吸収率Ｂ及び透過率Ｃを低く抑える事ができ、上記ロータ側の面からの放射熱の吸収に起因するキャリパの温度上昇を低減する事ができる。

一方、キャリパのロータとは反対側の面は、使用時でもロータと対向しない為、制動時の上記放射熱が伝達されにくい。この為、上記ロータとは反対側の面は、上記ロータ側の面の様に反射率を高くする必要がないだけでなく、このロータ側の面の反射率をロータとは反対側の面の反射率と同じとしてしまうと、上記キャリパの温度上昇を有効に抑える事ができない。即ち、上記ロータとは反対側の面での入射光に対する反射率をＡ´％とし、同じく透過率をＢ´％とし、同じく吸収率をＣ´％とした場合にも、図１に示した場合と同様に、Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´＝１００（％）の関係が成立するので、上記ロータとは反対側の面の反射率Ａ´を、上記ロータ側の面の反射率Ａと同じく高くしてしまうと、上記透過率Ｂ´及び吸収率Ｃ´が低くなってしまう。このうちの吸収率Ｃ´の度合いは、物体が所定温度に達した場合にこれから出る放熱度合いである、放射率Ｄ´と同じ値になる事が分かっており、上記吸収率Ｃ´が低くなる事により、放射率Ｄ´も低くなってしまい、上記キャリパの温度上昇を有効に抑える事ができない。上記ロータ側の面の場合も、吸収率Ｃと放射率Ｄとは同じになるが、ロータ側である事から、この放射率Ｄを高くする事よりも上記吸収率Ｃを低くする事が、上記キャリパの温度上昇を抑える為には効果がある。上述の様に、本発明の場合には、キャリパのロータとは反対側の面に於いて反射率を低くする事で、その放射率を高くでき、このキャリパに伝わった熱がこのロータとは反対側の面から外部に放射熱として伝達される度合いを高くできる。従って、本発明によれば、キャリパのロータと対向する面からこのキャリパに吸収される放射熱の度合いを低くできると共に、このキャリパのロータとは反対側の面から外部に放射熱として伝達される度合いを高くでき、全体としてキャリパの温度上昇、及び、このキャリパの温度変化に対応するブレーキ液の温度上昇を、十分に低減する事ができる。この結果、キャリパの熱劣化を抑える事ができると共に、制動性能を良好に維持できる。

本発明のディスクブレーキ用キャリパを実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、キャリパをアルミニウム合金製とする。
この好ましい構成によれば、キャリパの軽量化を図れる。しかも、伝熱性が高いアルミニウム合金製とするのにも拘らず、キャリパ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する事ができる。即ち、この好ましい構成によれば、キャリパの裏側面の入射光に対する反射率を表側面の入射光に対する反射率よりも高くする事により得られる、キャリパ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する事ができると言った、本発明の効果がより顕著になる。

又、より好ましくは、請求項３に記載した様に、上記キャリパの少なくとも上記ロータ側の面に化学ニッケルメッキを施した後、この面のみに金、銀、銅のうち、何れか一種の貴金属のメッキを施した構成とする。

又、より好ましくは、請求項４に記載した様に、上記キャリパのロータ側の面に化学ニッケルメッキを施した後、金、銀、銅のうち、何れか一種の貴金属のメッキを施す前に、少なくとも上記ロータ側の面にニッケルタングステン合金メッキを施した構成とする。
このより好ましい構成によれば、化学ニッケルメッキを施した後上記貴金属のメッキを施す前に電気ニッケルメッキを施す場合と異なり、メッキ形成に要する時間を短くできる。更に、上記キャリパのロータ側の面に施した貴金属のメッキ層を長期間に亙り安定して良好に維持できる。
即ち、ニッケルタングステン合金メッキを施した部材は、表面の光沢があり、化学的に安定で、表面が劣化しにくい（耐薬品性及び耐熱性に優れる）。又、ニッケルタングステン合金メッキはその無電解液に物体を浸漬する事によりこの物体の表面に形成できる為、メッキ層の厚さ（膜厚）を比較的容易に均一にできる。又、上記ニッケルタングステン合金のメッキ層は、上記貴金属のメッキ層と結合し易い。この為、上記裏側面に施した貴金属のメッキ層を長期間に亙り安定して良好に維持できる。
これに対して、従来は、アルミニウム合金製の部材に金メッキを施す場合、化学ニッケルメッキを施した後、電気ニッケルメッキを施し、次いで、金メッキを施す事が考えられていた。但し、電気ニッケルメッキを、形状が複雑な本発明の対象となるキャリパに施す場合には、メッキ層の膜厚を均一にする事が難しく（例えば、外側の角部分の膜厚が他の部分よりも先に厚くなってしまい）、不均一であるばかりか、薄い部分を厚くする為にメッキ形成に要する時間が長くなる。これに対して、請求項４に記載した構成によれば、ニッケルタングステン合金メッキを施す為にその無電解液にキャリパを浸漬するだけで良く、メッキ形成に要する時間を短くできる。又、この構成によれば、メッキ層全体の膜厚をほぼ均一にできる。しかも、キャリパに電気ニッケルメッキを施す場合に比べて表面硬度を高くでき、しかも、優れた防錆性及び耐劣化性を得られる。又、ニッケルタングステン合金のメッキ層は金メッキ等の貴金属のメッキ層と結合し易く、密着性が良い為、良好な貴金属のメッキ層を長期間に亙り安定して維持できる。
尚、上記キャリパのロータ側の面のみならず、キャリパのロータとは反対側の面にもニッケルタングステン合金メッキを施せば、この反対側の面の表面硬度を高くでき、優れた防錆性及び耐劣化性を得られる。

更により好ましくは、請求項５に記載した様に、上記キャリパのロータ側の面に施す貴金属のメッキを金メッキとする。
この好ましい構成によれば、酸化による変色が少なく、又、視覚的に高級感を持たせる事ができる。

図２〜８は、本発明の実施例を示している。本実施例のディスクブレーキ用キャリパ５ａは、車輪と共に回転するロータ２（図１０参照）の外周を跨ぐ状態で配置した状態で使用する。このキャリパ５ａは、Ａ６０６１材等のアルミニウム合金製の素材により一体に造ったもので、上記ロータ２の軸方向（図２、４の上下方向、図３の表裏方向、図５の斜め上下方向、図６の斜め左右方向）両側に配置されるアウタボディ部３ａ及びインナボディ部４ａと、これら両ボディ部３ａ、４ａの周方向（図２〜４の左右方向、図５の斜め左右方向、図６の斜め上下方向）両端部同士を連結する一対の連結部６、６とを備える。又、上記両ボディ部３ａ、４ａの周方向中間部の外周縁部（図２の表側縁部、図３の上縁部、図４〜６の裏側縁部）同士を補強部７により連結している。

又、上記両ボディ部３ａ、４ａにそれぞれ３個ずつ、合計６個のアウタ、インナ各シリンダ８、８（９、９）を設け、これら各シリンダ８、８（９、９）にアウタ、インナ各ピストン（図示せず）を嵌装可能としている。この様なキャリパ５ａの基本構造自体は、従来から周知の一体成形したアルミニウム合金製キャリパと同様である為、基本構造に関するこれ以上の詳しい説明は省略する。

特に、本実施例の場合には、上記ロータ２と対向する側である、キャリパ５ａのロータ側の面（図７の下側面）１０にニッケルメッキを無電解メッキ法により施した（化学ニッケルメッキを施した）後、このロータ側の面１０にニッケルタングステン合金メッキを、無電解メッキ法により施し（ニッケルタングステン合金メッキを施し）ている。次いで、上記ロータ側の面１０に貴金属である金メッキを、電気メッキ法により施している。この結果、上記ロータ側の面１０には、図７に示す様に、母材１２の側から順に、ニッケルメッキ層１３ａと、ニッケルタングステン合金メッキ層１４ａと、金メッキ層１５とが形成される。

これに対して、上記キャリパ５ａのロータとは反対側の面１１には、やはり図７に示す様に、上記化学ニッケルメッキ及びニッケルタングステン合金メッキにより、ニッケルメッキ層１３ｂと、ニッケルタングステン合金メッキ層１４ｂとを、上記母材１２の側から順に形成するが、このニッケルタングステン合金層１４ｂの外側には金メッキ層を形成しない。そして、この構成により、上記キャリパ５ａのロータ側の面１０の入射光に対する反射率を、上記ロータとは反対側の面１１の入射光に対する反射率よりも高くしている。尚、図４〜６では、斜線部分が金メッキ層１５を形成した部分を表している。

この様な本実施例のキャリパ５ａは、図８に示す様にして製造する。先ず、キャリパ５ａを構成するＡ６０６１材等のアルミニウム合金製の素材を準備し、この素材の各部に機械加工を施して、キャリパ５ａの各部を所定の形状に成形する。次に、このキャリパ５ａのロータ側の面１０に開口した各シリンダ８、８（９、９）にアルマイト処理を施す。そして、これら各シリンダ８、８（９、９）内をマスキングした状態で、化学ニッケルメッキをキャリパ５ａの表面全体（ロータ側の面１０及びロータとは反対側の面１１）に施す。次いで、上記各シリンダ８、８（９、９）内をマスキングした状態で、ニッケルタングステン合金メッキを、上記キャリパ５ａの表面全体（ロータ側の面１０及びロータとは反対側の面１１）に施す。この際、ニッケルタングステン合金の組成は、特に限定しないが、例えば、９０重量％以上のニッケルと、１０重量％以下のタングステンとを含み、その他の成分を５重量％以下としたものとする。又、ニッケルタングステン合金メッキ層１４ａ、１４ｂの膜厚は、１０〜３０μｍ程度とする。そして、上記キャリパ５ａに適宜の熱処理を施した後、このキャリパ５ａのロータとは反対側の面１１と各シリンダ８、８（９、９）内とをマスキングした状態で、このキャリパ５ａのロータ側の面１０に金メッキを施す。この金メッキに用いる金は、特に限定しないが、例えば、純度が９９％以上のものを使用し、金メッキ層１５の膜厚は、０．２〜１．０μｍ程度とする。尚、マスキングには、ＰＴＦＥ又はシリコン系のテープ等を使用する。又、上記熱処理の方法としては、真空炉、大気炉、ガス炉、高周波加熱装置で加熱する方法等を採用でき、その種類を特に限定するものではない。又、加熱速度、温度を一定に保持する時間、冷却速度等、加熱状態も特に限定するものではない。

上述の様に構成する本実施例のディスクブレーキ用キャリパの場合、キャリパ５ａのロータ側の面１０の入射光に対する反射率を、このロータとは反対側の面１１の入射光に対する反射率よりも高くしている。この為、前述の［発明の効果］の欄で説明した様に、キャリパ５ａ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する事ができる。この結果、キャリパ５ａの熱劣化を抑える事ができると共に、制動性能を良好に維持できる。又、本実施例の場合には、キャリパ５ａをアルミニウム合金製としている為、キャリパ５ａの軽量化を図れると共に、上記ロータ側の面１０の反射率を上記ロータとは反対側の面１１の反射率よりも高くする事により得られる、キャリパ５ａ及びブレーキ液の温度上昇を十分に低減する事ができると言った効果がより顕著になる。

又、本実施例の場合には、キャリパ５ａのロータ側の面１０を含む表面部分に化学ニッケルメッキを施した後、このロータ側の面１０を含む表面部分にニッケルタングステン合金メッキを施し、次いで、このロータ側の面１０に金メッキを施している。又、上記ロータとは反対側の面１１にはこの金メッキを施さない。この為、本実施例によれば、やはり前述の［発明の効果］の欄で説明した様に、化学ニッケルメッキを施した後に金メッキを施す前に電気ニッケルメッキを施す場合と異なり、メッキ形成に要する時間を短くできると共に、上記ロータ側の面１０に施した金メッキ層１５（図７）を長期間に亙り安定して良好に維持できる。更に、メッキ層全体の膜厚をほぼ均一にできる。又、キャリパ５ａに電気ニッケルメッキを施す場合に比べて表面硬度を高くでき、しかも、優れた防錆性及び耐劣化性を得られる。又、キャリパ５ａのロータ側の面１０に金メッキを施す為、酸化による変色が少なく、又、視覚的に高級感を持たせる事もできる。尚、キャリパに化学ニッケルメッキ後、電気ニッケルメッキを施した場合には、表面の硬度がＨv ４００〜５００となり、ＪＩＳ Ｚ４３７１による塩水噴霧試験で２００時間以下に発錆したのに対し、化学ニッケルメッキ後、ニッケルタングステン合金メッキを施した本発明の場合には、表面の硬度をＨv ６５０〜７５０と高くでき、上記塩水噴霧試験では１０００時間経過後でも発錆しない事が分かっている。

尚、本実施例の場合には、キャリパ５ａのロータ側の面１０に金メッキを施しているが、本発明はこの様な構造に限定するものではなく、例えば、この金メッキの代わりに、貴金属の一種である、銀又は銅のメッキを施す事もできる。即ち、各種の金属の可視光〜赤外線領域での或る波長（４００〜１０００ｎｍ）での反射率は、次の表１の様になる事が分かっている。

この表１から明らかな様に、アルミニウム、鉄鋼、鋳鉄、タングステンに比べて、上記金、銀、銅は、上記反射率を高くできる。この為、上記キャリパ５ａのうち、ロータ側の面１０のみにこの反射率の高い、金と銀と銅とのうち、何れか一種のメッキを施せば、上記ロータ側の面１０の反射率をロータとは反対側の面１１の反射率よりも高くでき、上記キャリパ５ａ及びブレーキ液温の温度上昇を十分に低減する事ができる。

又、本実施例の場合には、キャリパ５ａのロータとは反対側の面１１にもロータ側の面１０の場合と同様に、ニッケルメッキ層１３ｂとニッケルタングステン合金メッキ層１４ｂとを形成したが、上記ロータ側の面１０の反射率をロータとは反対側の面１１の反射率よりも高くできるのであれば、これら両メッキ層１３ｂ、１４ｂ、又は上記ニッケルタングステン合金メッキ層１４ｂを省略する事もできる。

次に、本実施例の効果を確認すべく行なった実験結果に就いて説明する。実験には、本実施例の構造を有するアルミニウム合金製キャリパ５ａ（本発明品）と、従来から知られている、表面全体にアルマイト処理（硬質陽極酸化皮膜処理）を施した、本発明の技術的範囲から外れるアルミニウム合金製キャリパ（従来品）とを使用した。そして、上記本発明品と従来品とを使用して、ダイナモメータに於いて降坂シミュレーション試験を行ない、ブレーキ液温及びキャリパ温度に関して、従来品と本発明品とを比較した。図９にこの様にして行なった実験結果を示している。尚、「降坂シミュレーション」とは、車両で坂を下りながら制動する場合を想定して行なった、ダイナモメータによる試験である。
この様な実験の結果を示した図９から明らかな様に、本発明品の場合には、従来品に比べて、長時間経過後に、ブレーキ液温を約１５℃低下させる事ができた（矢印イ参照）。又、本発明品の場合には、従来品に比べて、長時間経過後に、キャリパ温度を約１８℃低下させる事ができた（矢印ロ参照）。この様な実験結果により、本実施例の効果を確認できた。

本発明の効果を、物体に対する光の反射率、透過率、吸収率の関係を用いて説明する為の図。 本発明の実施例のキャリパを示す、使用時に於けるロータの径方向外側から見た図。 図２の下方から見た図。 図２を裏から見た図。 実施例のキャリパの、使用時に於けるロータの径方向内側から見た斜視図。 図５とは別方向から見た斜視図。 実施例のキャリパの一部の断面を示す模式図。 実施例の製造順番を示すフローチャート。 本発明の効果を確認すべく行なった実験結果を、ブレーキ液温及びキャリパ温度の比較に関して示す線図。 従来から知られているディスクブレーキの１例を示す斜視図。

符号の説明

１ ディスクブレーキ
２ ロータ
３、３ａ アウタボディ部
４、４ａ インナボディ部
５、５ａ キャリパ
６ 連結部
７ 補強部
８ アウタシリンダ
９ インナシリンダ
１０ ロータ側の面
１１ ロータとは反対側の面
１２ 母材
１３ａ、１３ｂ ニッケルメッキ層
１４ａ、１４ｂ ニッケルタングステン合金メッキ層
１５ 金メッキ層

Claims (5)

1. ロータの両側面に一対のパッドを押し付ける事により制動するディスクブレーキを構成し、上記ロータを跨いだ状態で使用するディスクブレーキ用キャリパに於いて、
   このキャリパのロータ側の面の入射光に対する反射率を、このロータとは反対側の面の入射光に対する反射率よりも高くした事を特徴とするディスクブレーキ用キャリパ。
2. 上記キャリパがアルミニウム合金製である、請求項１に記載したディスクブレーキ用キャリパ。
3. 上記キャリパの少なくともロータ側の面に化学ニッケルメッキを施した後、この面のみに金、銀、銅のうち、何れか一種の貴金属のメッキを施した、請求項１又は請求項２に記載したディスクブレーキ用キャリパ。
4. 上記キャリパのロータ側の面に化学ニッケルメッキを施した後、金、銀、銅のうち、何れか一種の貴金属のメッキを施す前に、少なくとも上記ロータ側の面にニッケルタングステン合金メッキを施した、請求項３に記載したディスクブレーキ用キャリパ。
5. 上記キャリパのロータ側の面に施す貴金属のメッキが金メッキである、請求項３又は請求項４に記載したディスクブレーキ用キャリパ。

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