ブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置
【課題】耐熱性と強度に優れ表面改質が容易で安価であり再使用することができるブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置を提供する。
【解決手段】粗面化処理層６ｃは、ディスク本体６の表層を粗面化処理して形成された処理層であり、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に形成されている。金属結合層７は、ディスク表面６ａを金属によって被覆した被覆層であり、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを結合させる。金属結合層７は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを被覆している。セラミックス被覆層８は、金属結合層７の表面をセラミックスによって被覆した被覆層であり、ジルコニアなどのセラミックスを金属結合層７の表面に溶射して形成されている。
【解決手段】粗面化処理層６ｃは、ディスク本体６の表層を粗面化処理して形成された処理層であり、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に形成されている。金属結合層７は、ディスク表面６ａを金属によって被覆した被覆層であり、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを結合させる。金属結合層７は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを被覆している。セラミックス被覆層８は、金属結合層７の表面をセラミックスによって被覆した被覆層であり、ジルコニアなどのセラミックスを金属結合層７の表面に溶射して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線などの鉄道車両には、ブレーキディスクに制輪子を圧着させてブレーキ力を得るディスクブレーキ装置が搭載されており、このようなブレーキディスクには優れた熱伝導性、耐摩耗性及び耐熱性が要求されている。このため、従来のブレーキディスクは、例えば、ディスク本体の裏面の放熱用フィンの形状や数を変更したり、ディスク形状を二分割構造から一体構造に変化させたり、ディスク素材自体を鋳鉄から鋳鉄と鍛鋼とのクラッド構造や鍛造品に変更したりして、熱伝導性、耐摩耗性及び耐熱性を向上させている。
【０００３】
従来のブレーキディスク（従来技術１）は、ディスク本体の裏面に多数の放熱用フィンを形成している（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、摩擦面の過大な発熱による熱膨張をディスク本体の厚さ方向に逃がし、ディスク本体の周方向の熱応力を緩和してクラックや変形の発生を防止している。また、従来のブレーキディスク（従来技術２）は、周方向にディスク本体を二分割して分割面で突き合わせ、半径方向に移動可能なように固定している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、ディスク本体が摩擦熱によって膨張しても、分割されたディスク本体が径方向に移動可能であるため、ディスク本体との結合部分に無理な力が加わるのを防止している。また、従来のブレーキディスク（従来技術３）は、アルミニウム合金を鍛造又は鋳造して成形したディスク本体を鋳型内に設置して予熱し、アルミニウム又はアルミニウム合金にセラミックス粒子又はセラミックス繊維を分散させた複合材料の溶湯をこのディスク本体の摩擦面に流し込み一体化鍛造して製造されている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、アルミニウム合金によってディスク本体を成形することによって軽量化を図るとともに、複合材料によって耐摩耗性を向上させている。さらに、従来のブレーキディスク（従来技術４）は、アルミニウム合金からなるディスク本体の表面にめっき又は溶射によって摩擦面となる硬化層が形成されている（例えば、特許文献４参照）。この従来技術４では、ディスク本体の表面をショットピーニング処理した後に溶射又はめっきにより硬化層を形成して耐摩耗性を高めている。この従来技術４では、ショットピーニング処理することによってディスク本体の表面に凹凸面を形成し、この凹凸面と硬化層との固着面積を増加させこれらの結合度を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】特開2000-170805号公報
【０００５】
【特許文献２】特開2003-130102号公報
【０００６】
【特許文献３】特開平10-89389号公報
【０００７】
【特許文献４】特開2002-61685号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
新幹線電車用のブレーキディスクには、強度、耐摩耗性の他に、耐熱疲労性及ぶ耐熱衝撃性が重要であり、今後の高速ブレーキディスク用の素材開発には、強度及び破壊靭性を確保しながら、耐熱疲労性や耐熱衝撃性のバランスの取れた設計が必要になる。しかし、従来技術１では、ディスク本体の裏面に多数の放熱用フィンを形成する必要があるため、特別の金型を製作する必要がありコストが高くなる問題点があった。また、従来技術２では、径方向に移動可能なようにディスク本体を分割構造にする必要があり、製造や組立に手間がかかる問題点があった。また、従来技術３では、ディスク本体と複合材料とを熱間鍛造などによって一体化する必要があり、製造工程が複雑になり製造に手間がかかる問題点があった。さらに、従来技術４では、ディスク本体の表面に鉄などを溶射又はめっきして硬化層を形成しているため、高速で走行する新幹線などの鉄道車両に使用した場合には硬化層とディスク本体との結合状態を長時間維持できない問題点があった。
【０００９】
この発明の課題は、耐熱性と強度に優れ表面改質が容易で安価であり再使用することができるブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１０及び図１３に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）が改質されたブレーキディスクであって、前記ディスク本体の表面を被覆するセラミックス被覆層（８）を備えることを特徴とするブレーキディスク（５）である。
【００１１】
請求項２の発明は、図４及び図７に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）が改質されたブレーキディスクであって、前記ディスク本体の表面を被覆する金属結合層（７）と、前記金属結合層の表面を被覆するセラミックス被覆層（８）とを備え、前記金属結合層は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを結合させることを特徴とするブレーキディスク（５）である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、前記ディスク本体の表面に金属を溶射して形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して形成されていることを特徴としているブレーキディスクである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、図４及び図１０に示すように、前記ディスク本体の表層に粗面化処理された粗面化処理層（６ｃ）が形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８に記載のブレーキディスクにおいて、前記粗面化処理層は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層に形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１９】
請求項１０の発明は、図１１、図１２及び図１４に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質方法であって、前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆するセラミックス被覆工程（＃１３０）を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法（＃１００）である。
【００２０】
請求項１１の発明は、図５、図６、図８及び図９に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質方法であって、前記ディスク本体の表面を金属結合層（７）によって被覆する金属被覆工程（＃１２０）と、前記金属結合層の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆するセラミックス被覆工程（＃１３０）とを含み、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを前記金属結合層によって結合させる工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法（＃１００）である。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２３】
請求項１４の発明は、請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体の表面を金属の溶射によって被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２４】
請求項１５の発明は、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２５】
請求項１６の発明は、請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２６】
請求項１７の発明は、請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、図５、図６、図１１及び図１２に示すように、前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理工程（＃１１０）を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２７】
請求項１８の発明は、請求項１７に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記粗面化処理工程は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２８】
請求項１９の発明は、図１５及び図１６に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質装置であって、前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆する被覆装置（１３）と、前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置（１６）と、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置（１７）とを備えるブレーキディスクの表面改質装置（１１）である。
【００２９】
請求項２０の発明は、図１５及び図１６に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質装置であって、前記ディスク本体の表面を金属結合層（７）によって被覆するとともに、この金属結合層の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆する被覆装置（１３）と、前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置（１６）と、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置（１７）とを備えるブレーキディスクの表面改質装置（１１）である。
【００３０】
請求項２１の発明は、請求項２０に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３１】
請求項２２の発明は、請求項２０又は請求項２１に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３２】
請求項２３の発明は、請求項２０から請求項２２までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面に前記金属を溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３３】
請求項２４の発明は、請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にセラミックスを溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３４】
請求項２５の発明は、請求項１９から請求項２４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にジルコニアを溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３５】
請求項２６の発明は、請求項１９から請求項２５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理装置（１２）を備え、前記設定装置は、前記粗面化処理装置の動作条件を設定し、前記制御装置は、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３６】
請求項２７の発明は、請求項２６に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記粗面化処理装置は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によると、耐熱性と強度に優れ表面改質が容易で安価であり再使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクを備える車輪の縦断面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図４は、図３のIV部分を拡大して示す断面図である。以下では、新幹線などの鉄道車両のディスクブレーキ装置を例に挙げて説明する。
【００３９】
図１に示す車輪１は、鉄道用レールと回転接触する鉄道用車輪であり、リム部１ａと、ボス部１ｂと、板部１ｃとを備えている。リム部１ａは、車輪１の外周部であり、レール頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面１ｄと、脱輪を防止するために車輪１の外周に連続して形成されたフランジ１ｅとを備えている。ボス部１ｂは、車輪１の中心部であり、車軸が圧入される貫通孔１ｆと、締結ボルト４ａが挿入される貫通孔１ｇとを備えている。板部１ｃは、リム部１ａとボス部１ｂとの間の中間部である。図１に示す車輪１は、高炭素鋼を圧延してタイヤと輪心とが一体に製造される一体圧延車輪であり、ブレーキディスク５を板部１ｃの両側面に取り付けたディスク付き車輪である。
【００４０】
ディスクブレーキ装置２は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａに発生する摩擦力によって制動させる装置であり、ブレーキシリンダが発生する駆動力をブレーキてこ機構によって制輪子３に伝達して摩擦面５ａに制輪子３を圧着させブレーキ力を発生させる。図１に示すディスクブレーキ装置２は、板部１ｃの両側面にブレーキディスク５が取り付けられた車輪付きディスクブレーキ装置である。ディスクブレーキ装置２は、図１に示すように、制輪子３と、固定部材４と、ブレーキディスク５などを備えている。
【００４１】
制輪子３は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａに押し付けられてブレーキ力を発生する摩擦材であり、ブレーキ機構部によって駆動されて摩擦面５ａと接触及び離間する。制輪子３は、例えば、耐熱性が高く湿潤条件下で適度な増粘着効果がある焼結合金制輪子であり、ブレーキディスク５の摩擦面５ａと接触する側の表面にブレーキライニングが装着されている。
【００４２】
固定部材４は、ブレーキディスク５を車輪１に固定する部材であり、車輪１及びブレーキディスク５の周方向に所定の間隔をあけて配置されている。固定部材４は、図１に示すように、貫通孔１ｇ及び貫通孔６ｅに挿入される締結ボルト４ａと、この締結ボルト４ａと噛み合う締結ナット４ｂなどを備えている。
【００４３】
ブレーキディスク５は、ディスク表面６ａが改質された部材であり、制動時（ブレーキ時）に制輪子３が摩擦面５ａに押し付けられる円板状の摩擦材である。図１〜図３に示すブレーキディスク５は、車輪１の板部１ｃの両側面に取り付けられる車輪側ディスクである。ブレーキディスク５は、例えば、車輪径が910mmの新幹線用車輪側ディスクの場合には外径が725mm程度であり、内径が295mm程度であり、板厚が18mm程度である。ブレーキディスク５は、図４に示すように、ディスク本体６と、金属結合層７と、セラミックス被覆層８などを備えている。
【００４４】
図４に示すディスク本体６は、ブレーキディスク５の本体部分を構成する部材（基材）である。ディスク本体６の材質としては、例えば、熱伝導性及び耐摩耗性からパーライト鋳鉄が好ましく、新幹線用ではNi-Cr-Mo鋼のような耐熱性の低合金鋳鉄材が使用され、高速新幹線用では一体形低合金鍛鋼材が使用される。ディスク本体６は、図４に示すディスク表面６ａと、図３及び図４に示すディスク裏面６ｂと、図４に示す粗面化処理層６ｃと、図１及び図３に示すフィン部６ｄと、図２及び図３に示す貫通孔６ｅなどを備えている。図４に示すディスク表面６ａは、制輪子３と対向する側に形成された面であり、図３及び図４に示すディスク裏面６ｂは車輪１の板部１ｃと対向する側の面である。
【００４５】
図４に示す粗面化処理層６ｃは、ディスク本体６の表層を粗面化処理して形成された処理層であり、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に形成されている。粗面化処理層６ｃは、例えば、現場での取扱が容易で安価なアルミナ、シリカ又はこれらの混合物などの無機質素材粒子からなるブラスト粒子をディスク表面６ａに所定の圧力で噴射して形成されており、粗面化処理層６ｃには圧縮残留応力が付与されている。粗面化処理層６ｃは、ディスク表面６ａの酸化物や汚れを除去するとともに、ディスク表面６ａに対する金属結合層７の密着性を向上させるためにディスク表面６ａに形成される。
【００４６】
図１及び図３に示すフィン部６ｄは、制動時に発生する熱を放熱させるための冷却用の放熱部である。フィン部６ｄは、図３に示すディスク裏面６ｂの放熱面積が大きくなるように、このディスク裏面６ｂに鍛造などによって放射状に多数形成されている。フィン部６ｄの先端部は、図１に示すように、板部１ｃに接触しており、制輪子３が摩擦面５ａに押し付けられたときに、ブレーキディスク５が板部１ｃ側に移動して制輪子３と摩擦面５ａとの間の摩擦力が低下するのを防いでいる。図２及び図３に示す貫通孔６ｅは、締結ボルト４ａが挿入される孔であり、図２に示すようにブレーキディスク５の周方向に所定の間隔をあけて形成されている。
【００４７】
図４に示す金属結合層７は、ディスク表面６ａを金属によって被覆した被覆層であり、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを結合させるために、ディスク表面６ａとセラミックス被覆層８との間に形成されている。金属結合層７は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを被覆しており、例えばNi-Co-Cr-Al-Y合金などのニッケル系金属によってディスク表面６ａを被覆している。金属結合層７は、ディスク表面６ａに金属を溶射して形成されており、ニッケル系金属などの溶射材料を溶融させてディスク表面６ａ（粗面化処理層６ｃの表面）に吹き付けて付着させた皮膜である。
【００４８】
セラミックス被覆層８は、金属結合層７の表面をセラミックスによって被覆した被覆層である。セラミックス被覆層８は、例えば、耐熱性及び靭性に優れたジルコニアなどのセラミックスを金属結合層７の表面に溶射して形成されている。セラミックス被覆層８は、ジルコニアなどの溶射材料を溶融させて金属結合層７の表面に吹き付けて付着させた皮膜である。セラミックス被覆層８は、制動時に発生する熱がディスク本体６側に伝わるのを抑制することによって、このディスク本体６に熱による微小亀裂が発生するのを抑制し、耐熱亀裂特性を向上させている。セラミックス被覆層８の表面は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａであり、制輪子３と接触することによって摩擦力が作用するしゅう動面（ブレーキ面）である。
【００４９】
次に、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法について説明する。
図５は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図６は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図６（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、図６（Ｂ）は金属被覆工程の模式図であり、図６（Ｃ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【００５０】
図５に示す表面改質方法＃１００は、ディスク表面６ａを改質する方法であり、粗面化処理工程＃１１０と、金属被覆工程＃１２０と、セラミックス被覆工程＃１３０とを含む。粗面化処理工程＃１１０は、ディスク本体６の表層を粗面化処理する工程であり、図６（Ａ）に示すようにブラスト処理によってディスク本体６の表層を粗面化処理する。図６（Ａ）に示すブラスト装置９は、ブラスト粒子９ａを圧縮気体によってディスク表面６ａに吹き付けてこのディスク表面６ａを粗面化する装置である。この粗面化処理工程＃１１０では、アルミナなどの無機質素材粒子をディスク表面６ａにブラスト装置９によって吹き付けてディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。
【００５１】
図５に示す金属被覆工程＃１２０は、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆する工程であり、図６（Ｃ）に示すようにディスク本体６とセラミックス層８とを金属結合層７によって結合させる。図６（Ｂ）（Ｃ）に示す溶射装置１０は、溶射材料１０ａ，１０ｂを溶融させてディスク表面６ａに吹き付けて付着させる装置である。この金属被覆工程＃１２０では、図６（Ｂ）に示すように、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属（例えばニッケル系金属）からなる溶射材料１０ａをディスク表面６ａに溶射装置１０によって吹き付けてディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆する。
【００５２】
図５に示すセラミックス被覆工程＃１３０は、金属結合層７の表面をセラミックス被膜層８によって被覆する工程である。このセラミックス被覆工程＃１３０では、図６（Ｃ）に示すように、ジルコニアなどの溶射材料１０ｂを金属結合層７の表面に溶射装置１０によって吹き付けて金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆する。
【００５３】
この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクとその表面改質方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、ディスク表面６ａを金属結合層７が被覆し、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８が被覆し、ディスク本体６とセラミックス層８とを金属結合層７が結合させている。その結果、耐熱性を有し遮熱作用が高いセラミックス層８が摩擦を受けるため、制動時に摩擦面５ａに発生する熱がディスク本体６側に伝わるのを抑えることができる。また、金属結合層７が中間層となるため熱膨張を緩和し熱疲労を低減することができる。このため、ディスク本体６には殆ど熱影響がなく、ディスク本体６に亀裂が発生するのを抑え、厳しい熱環境化であっても強度を維持することができる。
【００５４】
(2) この第１実施形態では、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを金属結合層７が被覆する。このため、セラミックス被覆層８とディスク表面６ａとの密着性を向上させることができる。
【００５５】
(3) この第１実施形態では、ニッケル系金属によってディスク表面６ａを金属結合層７が被覆する。このため、例えば、ディスク本体６がニッケル系金属である場合には、ディスク本体６と金属結合層７との密着性が向上し、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを金属結合層７を介して強固に結合することができる。
【００５６】
(4) この第１実施形態では、ディスク表面６ａに金属を溶射して金属結合層７が形成されている。また、この第１実施形態では、金属結合層７の表面にセラミックスを溶射してセラミックス被覆層８が形成されている。このため、安価で簡単な構造のスプレー方式の溶射装置１０などを利用して、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を簡単に形成することができ、ブレーキディスク５を現場で容易に表面改質することができる。また、市販の溶射装置１０からなる現状の表面改質設備を利用可能であるため、特別な溶射装置などの新規設備を開発する必要がなくなり、ブレーキディスク５を低コストで表面改質することができる。さらに、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を溶射によって形成するため、金属結合層７及びセラミックス被覆層８が剥離したときには短時間で簡単に補修可能であり、何度も保守を繰り返すことによって、ブレーキディスク５を長期間わたり再使用することができる。
【００５７】
(5) この第１実施形態では、金属結合層７の表面にジルコニアを溶射してセラミックス被覆層８が形成されている。その結果、セラミックス被覆層８の耐熱性を向上させることができるため、制動時に発生する熱がディスク本体６に伝わるのを抑えることができる。
【００５８】
(6) この第１実施形態では、ディスク本体６の表層に粗面化処理された粗面化処理層６ｃが形成されている。このため、ディスク表面６ａから酸化物や汚れが除去されて、ディスク表面６ａに金属を溶射しやすい状態にすることができるとともに、ディスク表面６ａと金属結合層７との密着性を向上させることができる。
【００５９】
(7) この第１実施形態では、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成されている。このため、既存の安価なブラスト装置９を利用して、ディスク本体６の表層を簡単に粗面化処理することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図７は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図８は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図９は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図９（Ａ）は金属被覆工程の模式図であり、図９（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。以下では、図４及び図６に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略し、図５に示す工程と同一の工程については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
図７に示すブレーキディスク５は、図４に示す粗面化処理層６ｃを備えておらず、ディスク表面６ａを被覆する金属結合層７と、この金属結合層７の表面を被覆するセラミックス被覆層８とを備えている。図８に示す表面改質方法＃１００は、図５に示す粗面化処理工程＃１１０を省略しており、図９（Ａ）に示すようにディスク本体６の表面を金属結合層７によって被覆する金属被覆工程＃１２０と、図９（Ｂ）に示すように金属結合層７の表面をセラミックス被膜層８によって被覆するセラミックス被覆工程＃１３０とを含む。この第２実施形態では、粗面化処理層６ｃが省略されているため、第１実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１０は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図１１は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図１２は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図１２（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、図１２（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【００６３】
図１０に示すブレーキディスク５は、図４及び図７に示す金属結合層７を備えておらず、ディスク表面６ａを被覆するセラミックス被覆層８を備えている。図１１に示す表面改質方法＃１００は、図５及び図８に示す金属被覆工程＃１２０を省略しており、図１２（Ａ）に示すようにディスク本体６の表層を粗面化処理する粗面化処理工程＃１１０と、図１２（Ｂ）に示すようにディスク表面６ａをセラミックス被膜層８によって被覆するセラミックス被覆工程＃１３０とを含む。この第３実施形態では、金属被覆工程＃１２０が省略されているため、第１実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６４】
（第４実施形態）
図１３は、この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図１４は、この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図である。
図１３に示すブレーキディスク５は、図４及び図１０に示す粗面化処理層６ｃと、図４及び図７に示す金属結合層７とを備えておらず、図１４に示すようにディスク表面６ａを被覆するセラミックス被覆層８を備えている。セラミックス被覆層８は、図１４に示すように、ディスク表面６ａにジルコニアなどのセラミックスを溶射して形成されている。この第４実施形態では、図５及び図１１に示す粗面化処理工程＃１１０と、図５及び図８に示す金属被覆工程＃１２０とが省略されているため、第１実施形態〜第３実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６５】
（第５実施形態）
図１５は、この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図である。
図１５に示す表面改質装置１１は、ディスク表面６ａを改質する装置であり、粗面化処理装置１２と、被覆装置１３と、駆動装置１４，１５と、設定装置１６と、制御装置１７などを備えている。粗面化処理装置１２は、ディスク本体６の表層を粗面化処理する装置であり、ブラスト粒子９ａをディスク表面６ａに噴射するブラスト処理によってディスク本体６の表層を粗面化処理し、図６（Ａ）及び図１２（Ａ）に示すようにディスク表面６ａの表層に粗面化処理層６ｃを形成する。
【００６６】
被覆装置１３は、図４及び図７に示すように、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆するとともに、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆する装置である。被覆装置１３は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属（例えばニッケル系金属）によってディスク表面６ａを被覆するとともに、金属結合層７の表面をセラミックス（例えばジルコニア）によって被覆する。また、被覆装置１３は、図１０及び図１３に示すように、ディスク表面６ａをセラミックス被覆層８によって被覆する。被覆装置１３は、図４及び図７に示すようにディスク表面６ａに溶射材料１０ａを溶射して金属結合層７を形成するとともにこの金属結合層７の表面に溶射材料１０ｂを溶射してセラミックス被覆層８を形成したり、図１０及び図１３に示すようにディスク表面６ａに溶射材料１０ｂを溶射してセラミックス被覆層８を形成したりする。
【００６７】
駆動装置１４は、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動する装置であり、ディスク表面６ａに沿ってディスク本体６の径方向に粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動するモータなどを備えている。駆動装置１５は、ディスク本体６を駆動する装置であり、ディスク本体６の中心を回転中心としてこのディスク本体６を回転するモータなどを備えている。設定装置１６は、粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５の動作条件を設定する装置である。設定装置１６は、粗面化処理装置１２がブラスト粒子９ａを噴射するときの噴射圧力及び噴射時間などの動作条件を設定したり、被覆装置１３が溶射材料１０ａ，１０ｂを噴射するときの溶射距離及び膜厚などの動作条件を設定したり、駆動装置１４が粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動するときの駆動速度などの動作条件を設定したり、駆動装置１５がディスク本体６を回転駆動するときの駆動速度などの動作条件を設定したりするための入力装置などを備えている。制御装置１７は、表面改質装置１１の種々の動作を制御する装置であり、設定装置１６によって設定された動作条件に基づいて、粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５の動作を制御する。
【００６８】
次に、この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置の動作を説明する。以下では、図４に示すように、粗面化処理層６ｃ、金属結合層７及びセラミックス被覆層８をディスク本体６に形成する場合を例に挙げて説明する。
図１５に示す設定装置１６によって動作条件が設定されると、この動作条件に従って粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５を制御装置１７が動作させる。その結果、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させ、粗面化処理装置１２を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ａ）に示すように粗面化処理装置１２がディスク表面６ａにブラスト粒子９ａを噴射し、ディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。次に、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させながら、被覆装置１３を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ｂ）に示すように被覆装置１３がディスク表面６ａに溶射材料１０ａを噴射し、ディスク表面６ａに金属結合層７が形成される。最後に、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させながら、被覆装置１３を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ｃ）に示すように被覆装置１３がディスク表面６ａに溶射材料１０ａを噴射し、金属結合層７の表面にセラミックス被覆層８が形成される。
【００６９】
この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第５実施形態では、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆するとともに、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆装置１３が被覆し、この被覆装置１３の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に従って被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。また、この第５実施形態では、ディスク表面６ａをセラミックス被覆層８によって被覆装置１３が被覆し、この被覆装置１３の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に従って被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。このため、最適な膜厚の金属結合層７やセラミックス被覆層８を自動的に形成して、ブレーキディスク５の耐熱性を向上させることができる。
【００７０】
(2) この第５実施形態では、粗面化処理装置１２の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に基づいて被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。このため、金属結合層７又はセラミックス被覆層８とディスク本体６とが密着するように、最適な粗さのディスク表面６ａを自動的に形成することができる。
【００７１】
（第６実施形態）
図１６は、この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図であり、図１６（Ａ）は正面図であり、図１６（Ｂ）は側面図である。以下では、図１５に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１６に示す表面改質装置１１は、粗面化処理装置１２と、被覆装置１３と、駆動装置１４と、設定装置１６と、制御装置１７と、駆動装置１８などを備えている。表面改質装置１１は、左右の車輪１のそれぞれに対応して配置されており、以下では一方の側の表面改質装置１１について説明し、他方の側の表面改質装置１１については説明を省略する。粗面化処理装置１２及び被覆装置１３は、図１６（Ｂ）に示すように、車輪１の両側に装着された左右のブレーキディスク５に対応してそれぞれ配置されている。駆動装置１８は、車輪１を駆動させる装置であり、回転体１８ａ，１８ｂと、回転駆動部１８ｃと、昇降駆動部１８ｄとを備えている。回転体１８ａ，１８ｂは、車輪１と回転接触するローラであり、車輪１が転がり接触するレール１９のレール端部１９ａとレール端部１９ｂとの間のレール分断部１９ｃに配置されている。回転駆動部１８ｃは、回転体１８ａ，１８ｂの外周面を車輪１の踏面１ｄに接触させた状態でこれらの回転体１８ａ，１８ｂを回転駆動させる装置である。昇降駆動部１８ｄは、回転体１８ａ，１８ｂを昇降駆動させる装置であり、車輪１を表面改質するときには回転体１８ａ，１８ｂを上昇させて踏面１ｄに接触させ、車輪１の表面改質を終了したときには回転体１８ａ，１８ｂを下降させて踏面１ｄから離間させる。
【００７２】
次に、この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置の動作を説明する。以下では、図４に示すように、粗面化処理層６ｃ、金属結合層７及びセラミックス被覆層８をディスク本体６に形成する場合を例に挙げて説明する。
図１６に示すように、ディスク本体６を表面改質する場合には、レール１９に沿って車輪１が転がりながら移動してレール分断部１９ｃに位置したときに、駆動装置１８を動作させる。その結果、昇降駆動部１８ｄが回転体１８ａ，１８ｂを上昇させて車輪１と接触させるとともに、この状態で回転駆動部１８ｃが回転体１８ａ，１８ｂを回転させて車輪１をＡ方向に回転させる。次に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図６（Ａ）に示すように粗面化処理装置１２がブラスト粒子９ａをディスク表面６ａに投射し、ディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。次に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図４（Ｂ）に示すように被覆装置１３が溶射材料１０ａをディスク表面６ａに噴射し、ディスク表面６ａに金属結合層７が形成される。最後に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図４（Ｃ）に示すように被覆装置１３が溶射材料１０ｂを金属結合層７の表面に噴射し、この金属結合層７の表面にセラミックス被覆層８が形成される。ブレーキディスク５の表面改質を終了する場合には、図１６に示す回転駆動部１８ｃが回転体１８ａ，１８ｂの回転を停止させて昇降駆動部１８ｄが回転体１８ａ，１８ｂを下降させると、車輪１が回転体１８ａ，１８ｂから離間する。表面改質後の車輪１がレール１９に沿って転がりながら移動してレール分断部１９ｃから離れると、次の車輪１がレール分断部１９ｃに位置し同様の表面改質処理が繰り返される。
【００７３】
この発明の第６実施形態には、第５実施形態の効果に加えて、ブレーキディスク５を車輪１から取り外す作業が不要になり、ディスク本体６を車輪１とともに回転させながらこのディスク表面６ａを改質することができる。その結果、一編成当たりに膨大な数になるブレーキディスク５を車両基地などで自動的に表面改質することができ、作業時間が短縮化されるとともに作業負担を軽減することができる。
【実施例】
【００７４】
次に、この発明の実施例について説明する。
セラミックスによる最適な被覆手法を検討するために、二種類の被覆材に繰り返し熱衝撃試験及び熱疲労試験を行って特性を比較した。試験に用いた溶射試験材を以下の表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１に示す単層被覆材は、基盤表面にセラミック層を被覆したセラミック層単体被覆による溶射試験材である。二層被覆材は、基盤表面を結合層によって被覆しこの結合層の表面をセラミック層によって被覆した二層被覆（熱遮蔽セラミックコーティング(TBC)）による溶射試験材である。基盤は、新幹線電車用の現行品として使用されているNi-Cr-Mo鋼製のブレーキディスクであり、このブレーキディスクを鋸引き及び精密切断機で切出し仕上げ加工を行って、基盤の厚み方向がディスクの断面方向と一致するように作製した。結合層は、表１に示すNi-Co-Cr-Al-Yの溶射材料を基盤表面にプラズマ溶射によって厚さ50μm形成し、セラミック層はZrO2-8mass%Y2O3の溶射材料を結合層の表面にプラズマ溶射によって厚さ300mm形成した。
【００７７】
図１７は、この発明の実施例に係る二層被覆材の断面の画像である。
図１７に示す画像は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope(SEM))による拡大写真であり、セラミック層（Ceramic Layer）が溶射材独特の多孔質組織であり、界面の凹凸の大きな構造であることがこの画像から確認された。また、溶射の利点である結合層（Bond Layer）と基盤（Substrate）との密着性が良いことが確認された。
【００７８】
図１８は、この発明の実施例に係る二層被覆材及び単層被覆材の最大加熱温度と損傷発生までの繰り返し数との関係を示すグラフであり、図１８（Ａ）は二層被覆材の試験結果であり、図１８（Ｂ）は単層被覆材の試験結果である。
図１８に示す縦軸は、損傷発生までの繰り返し数(回)であり、横軸は最大加熱温度(K)である。繰り返し熱衝撃試験は、最大加熱温度まで加熱し、600sec保持後に水中に急冷する過程を１サイクルとして繰り返し与えた。繰り返し熱疲労試験は、加熱保持後に空冷及び炉冷で冷却する過程を１サイクルとして与えた。特性は、損傷発生までの繰り返し数で評価し、損傷発生までの繰り返し数はセラミック層の表面に目視寸法の割れ発生が認められるまでの回数とした。
【００７９】
図１８に示すように、損傷発生までの繰り返し数は、結合層の有無で比較すると約２〜５倍異なることが確認された。例えば、ブレーキディスクの負荷時における最大瞬間温度である1023Kで比較すると、二層被覆材は単層被覆材に比べて５倍程度改善することが確認された。また、セラミック層及び結合層を剥離した後の基盤に亀裂の発生は認められなかった。以上より、ブレーキディスクへの適用に対してはセラミック被覆が有効であり、二層被覆を適用することによって熱サイクル性が向上し、さらなる耐熱衝撃性及び耐熱疲労性が向上することが確認された。
【００８０】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両のブレーキディスク５を例に挙げて説明したが、自動車、自動二輪車又は自転車などのブレーキディスクについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、粗面化処理としてブラスト処理を例に挙げて説明したが、ショットピーニング処理などについてもこの発明を適用することができる。
【００８１】
(2) この実施形態では、金属結合層７をニッケル系金属によって形成する場合を例に挙げて説明したが、クロム系金属によって金属結合層７を形成することもできる。また、この実施形態では、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を溶射によって形成する場合を例に挙げて説明したが、溶射以外の被覆方法によってこれらを形成することもできる。
【００８２】
(3) この第５実施形態では、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動装置１４によって駆動し、ディスク本体６を駆動装置１５によって駆動する場合を例に挙げて説明したが、このような駆動方法に限定するものではない。例えば、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３のみを駆動装置１４によってディスク本体６の周方向及び径方向に駆動させたり、ディスク本体６のみを駆動装置１４によって周方向及び径方向に駆動させたりすることもできる。また、この第５実施形態及び第６実施形態では、表面改質装置１１が粗面化処理装置１２を備える場合を例に挙げて説明したが、粗面化処理装置１２を省略することもできる。さらに、この第５実施形態及び第６実施形態では、１つの被覆装置１３によって金属結合層７及びセラミックス被覆層８を形成しているが、金属被覆用の被覆装置とセラミックス被覆用の被覆装置とをそれぞれ設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクを備える車輪の縦断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図４】図３のIV部分を拡大して示す断面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、（Ｂ）は金属被覆工程の模式図であり、（Ｃ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図８】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図９】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は金属被覆工程の模式図であり、（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図１１】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図１２】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図１３】この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図１４】この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図である。
【図１５】この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図である。
【図１６】この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図１７】この発明の実施例に係る二層被覆材の断面の画像である。
【図１８】この発明の実施例に係る二層被覆材及び単層被覆材の最大加熱温度と損傷発生までの繰り返し数との関係を示すグラフであり、（Ａ）は二層被覆材の試験結果であり、（Ｂ）は単層被覆材の試験結果である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 車輪
２ ディスクブレーキ装置
５ ブレーキディスク
６ ディスク本体
６ａ ディスク表面
６ｂ ディスク裏面
６ｃ 粗面化処理層
７ 金属結合層
８ セラミックス被覆層
９ ブラスト装置
９ａ ブラスト粒子
１０ 溶射装置
１０ａ，１０ｂ 溶射材料
１１ 表面改質装置
１２ 粗面化処理装置
１３ 被覆装置
１４，１５ 駆動装置
１６ 設定装置
１７ 制御装置
１８ 駆動装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
新幹線などの鉄道車両には、ブレーキディスクに制輪子を圧着させてブレーキ力を得るディスクブレーキ装置が搭載されており、このようなブレーキディスクには優れた熱伝導性、耐摩耗性及び耐熱性が要求されている。このため、従来のブレーキディスクは、例えば、ディスク本体の裏面の放熱用フィンの形状や数を変更したり、ディスク形状を二分割構造から一体構造に変化させたり、ディスク素材自体を鋳鉄から鋳鉄と鍛鋼とのクラッド構造や鍛造品に変更したりして、熱伝導性、耐摩耗性及び耐熱性を向上させている。
【０００３】
従来のブレーキディスク（従来技術１）は、ディスク本体の裏面に多数の放熱用フィンを形成している（例えば、特許文献１参照）。この従来技術１では、摩擦面の過大な発熱による熱膨張をディスク本体の厚さ方向に逃がし、ディスク本体の周方向の熱応力を緩和してクラックや変形の発生を防止している。また、従来のブレーキディスク（従来技術２）は、周方向にディスク本体を二分割して分割面で突き合わせ、半径方向に移動可能なように固定している（例えば、特許文献２参照）。この従来技術２では、ディスク本体が摩擦熱によって膨張しても、分割されたディスク本体が径方向に移動可能であるため、ディスク本体との結合部分に無理な力が加わるのを防止している。また、従来のブレーキディスク（従来技術３）は、アルミニウム合金を鍛造又は鋳造して成形したディスク本体を鋳型内に設置して予熱し、アルミニウム又はアルミニウム合金にセラミックス粒子又はセラミックス繊維を分散させた複合材料の溶湯をこのディスク本体の摩擦面に流し込み一体化鍛造して製造されている（例えば、特許文献３参照）。この従来技術３では、アルミニウム合金によってディスク本体を成形することによって軽量化を図るとともに、複合材料によって耐摩耗性を向上させている。さらに、従来のブレーキディスク（従来技術４）は、アルミニウム合金からなるディスク本体の表面にめっき又は溶射によって摩擦面となる硬化層が形成されている（例えば、特許文献４参照）。この従来技術４では、ディスク本体の表面をショットピーニング処理した後に溶射又はめっきにより硬化層を形成して耐摩耗性を高めている。この従来技術４では、ショットピーニング処理することによってディスク本体の表面に凹凸面を形成し、この凹凸面と硬化層との固着面積を増加させこれらの結合度を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】特開2000-170805号公報
【０００５】
【特許文献２】特開2003-130102号公報
【０００６】
【特許文献３】特開平10-89389号公報
【０００７】
【特許文献４】特開2002-61685号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
新幹線電車用のブレーキディスクには、強度、耐摩耗性の他に、耐熱疲労性及ぶ耐熱衝撃性が重要であり、今後の高速ブレーキディスク用の素材開発には、強度及び破壊靭性を確保しながら、耐熱疲労性や耐熱衝撃性のバランスの取れた設計が必要になる。しかし、従来技術１では、ディスク本体の裏面に多数の放熱用フィンを形成する必要があるため、特別の金型を製作する必要がありコストが高くなる問題点があった。また、従来技術２では、径方向に移動可能なようにディスク本体を分割構造にする必要があり、製造や組立に手間がかかる問題点があった。また、従来技術３では、ディスク本体と複合材料とを熱間鍛造などによって一体化する必要があり、製造工程が複雑になり製造に手間がかかる問題点があった。さらに、従来技術４では、ディスク本体の表面に鉄などを溶射又はめっきして硬化層を形成しているため、高速で走行する新幹線などの鉄道車両に使用した場合には硬化層とディスク本体との結合状態を長時間維持できない問題点があった。
【０００９】
この発明の課題は、耐熱性と強度に優れ表面改質が容易で安価であり再使用することができるブレーキディスクとその表面改質方法及びブレーキディスクの表面改質装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１０及び図１３に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）が改質されたブレーキディスクであって、前記ディスク本体の表面を被覆するセラミックス被覆層（８）を備えることを特徴とするブレーキディスク（５）である。
【００１１】
請求項２の発明は、図４及び図７に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）が改質されたブレーキディスクであって、前記ディスク本体の表面を被覆する金属結合層（７）と、前記金属結合層の表面を被覆するセラミックス被覆層（８）とを備え、前記金属結合層は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを結合させることを特徴とするブレーキディスク（５）である。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記金属結合層は、前記ディスク本体の表面に金属を溶射して形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１５】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して形成されていることを特徴としているブレーキディスクである。
【００１６】
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、図４及び図１０に示すように、前記ディスク本体の表層に粗面化処理された粗面化処理層（６ｃ）が形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８に記載のブレーキディスクにおいて、前記粗面化処理層は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層に形成されていることを特徴とするブレーキディスクである。
【００１９】
請求項１０の発明は、図１１、図１２及び図１４に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質方法であって、前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆するセラミックス被覆工程（＃１３０）を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法（＃１００）である。
【００２０】
請求項１１の発明は、図５、図６、図８及び図９に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質方法であって、前記ディスク本体の表面を金属結合層（７）によって被覆する金属被覆工程（＃１２０）と、前記金属結合層の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆するセラミックス被覆工程（＃１３０）とを含み、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを前記金属結合層によって結合させる工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法（＃１００）である。
【００２１】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２２】
請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２３】
請求項１４の発明は、請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記金属被覆工程は、前記ディスク本体の表面を金属の溶射によって被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２４】
請求項１５の発明は、請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２５】
請求項１６の発明は、請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して被覆する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２６】
請求項１７の発明は、請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、図５、図６、図１１及び図１２に示すように、前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理工程（＃１１０）を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２７】
請求項１８の発明は、請求項１７に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、前記粗面化処理工程は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理する工程を含むことを特徴とするブレーキディスクの表面改質方法である。
【００２８】
請求項１９の発明は、図１５及び図１６に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質装置であって、前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆する被覆装置（１３）と、前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置（１６）と、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置（１７）とを備えるブレーキディスクの表面改質装置（１１）である。
【００２９】
請求項２０の発明は、図１５及び図１６に示すように、ディスク本体（６）の表面（６ａ）を改質するブレーキディスク（５）の表面改質装置であって、前記ディスク本体の表面を金属結合層（７）によって被覆するとともに、この金属結合層の表面をセラミックス被覆層（８）によって被覆する被覆装置（１３）と、前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置（１６）と、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置（１７）とを備えるブレーキディスクの表面改質装置（１１）である。
【００３０】
請求項２１の発明は、請求項２０に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３１】
請求項２２の発明は、請求項２０又は請求項２１に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３２】
請求項２３の発明は、請求項２０から請求項２２までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面に前記金属を溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３３】
請求項２４の発明は、請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にセラミックスを溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３４】
請求項２５の発明は、請求項１９から請求項２４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にジルコニアを溶射することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３５】
請求項２６の発明は、請求項１９から請求項２５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理装置（１２）を備え、前記設定装置は、前記粗面化処理装置の動作条件を設定し、前記制御装置は、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【００３６】
請求項２７の発明は、請求項２６に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、前記粗面化処理装置は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理することを特徴とするブレーキディスクの表面改質装置である。
【発明の効果】
【００３７】
この発明によると、耐熱性と強度に優れ表面改質が容易で安価であり再使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクを備える車輪の縦断面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図４は、図３のIV部分を拡大して示す断面図である。以下では、新幹線などの鉄道車両のディスクブレーキ装置を例に挙げて説明する。
【００３９】
図１に示す車輪１は、鉄道用レールと回転接触する鉄道用車輪であり、リム部１ａと、ボス部１ｂと、板部１ｃとを備えている。リム部１ａは、車輪１の外周部であり、レール頭頂面と接触して摩擦抵抗を受ける踏面１ｄと、脱輪を防止するために車輪１の外周に連続して形成されたフランジ１ｅとを備えている。ボス部１ｂは、車輪１の中心部であり、車軸が圧入される貫通孔１ｆと、締結ボルト４ａが挿入される貫通孔１ｇとを備えている。板部１ｃは、リム部１ａとボス部１ｂとの間の中間部である。図１に示す車輪１は、高炭素鋼を圧延してタイヤと輪心とが一体に製造される一体圧延車輪であり、ブレーキディスク５を板部１ｃの両側面に取り付けたディスク付き車輪である。
【００４０】
ディスクブレーキ装置２は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａに発生する摩擦力によって制動させる装置であり、ブレーキシリンダが発生する駆動力をブレーキてこ機構によって制輪子３に伝達して摩擦面５ａに制輪子３を圧着させブレーキ力を発生させる。図１に示すディスクブレーキ装置２は、板部１ｃの両側面にブレーキディスク５が取り付けられた車輪付きディスクブレーキ装置である。ディスクブレーキ装置２は、図１に示すように、制輪子３と、固定部材４と、ブレーキディスク５などを備えている。
【００４１】
制輪子３は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａに押し付けられてブレーキ力を発生する摩擦材であり、ブレーキ機構部によって駆動されて摩擦面５ａと接触及び離間する。制輪子３は、例えば、耐熱性が高く湿潤条件下で適度な増粘着効果がある焼結合金制輪子であり、ブレーキディスク５の摩擦面５ａと接触する側の表面にブレーキライニングが装着されている。
【００４２】
固定部材４は、ブレーキディスク５を車輪１に固定する部材であり、車輪１及びブレーキディスク５の周方向に所定の間隔をあけて配置されている。固定部材４は、図１に示すように、貫通孔１ｇ及び貫通孔６ｅに挿入される締結ボルト４ａと、この締結ボルト４ａと噛み合う締結ナット４ｂなどを備えている。
【００４３】
ブレーキディスク５は、ディスク表面６ａが改質された部材であり、制動時（ブレーキ時）に制輪子３が摩擦面５ａに押し付けられる円板状の摩擦材である。図１〜図３に示すブレーキディスク５は、車輪１の板部１ｃの両側面に取り付けられる車輪側ディスクである。ブレーキディスク５は、例えば、車輪径が910mmの新幹線用車輪側ディスクの場合には外径が725mm程度であり、内径が295mm程度であり、板厚が18mm程度である。ブレーキディスク５は、図４に示すように、ディスク本体６と、金属結合層７と、セラミックス被覆層８などを備えている。
【００４４】
図４に示すディスク本体６は、ブレーキディスク５の本体部分を構成する部材（基材）である。ディスク本体６の材質としては、例えば、熱伝導性及び耐摩耗性からパーライト鋳鉄が好ましく、新幹線用ではNi-Cr-Mo鋼のような耐熱性の低合金鋳鉄材が使用され、高速新幹線用では一体形低合金鍛鋼材が使用される。ディスク本体６は、図４に示すディスク表面６ａと、図３及び図４に示すディスク裏面６ｂと、図４に示す粗面化処理層６ｃと、図１及び図３に示すフィン部６ｄと、図２及び図３に示す貫通孔６ｅなどを備えている。図４に示すディスク表面６ａは、制輪子３と対向する側に形成された面であり、図３及び図４に示すディスク裏面６ｂは車輪１の板部１ｃと対向する側の面である。
【００４５】
図４に示す粗面化処理層６ｃは、ディスク本体６の表層を粗面化処理して形成された処理層であり、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に形成されている。粗面化処理層６ｃは、例えば、現場での取扱が容易で安価なアルミナ、シリカ又はこれらの混合物などの無機質素材粒子からなるブラスト粒子をディスク表面６ａに所定の圧力で噴射して形成されており、粗面化処理層６ｃには圧縮残留応力が付与されている。粗面化処理層６ｃは、ディスク表面６ａの酸化物や汚れを除去するとともに、ディスク表面６ａに対する金属結合層７の密着性を向上させるためにディスク表面６ａに形成される。
【００４６】
図１及び図３に示すフィン部６ｄは、制動時に発生する熱を放熱させるための冷却用の放熱部である。フィン部６ｄは、図３に示すディスク裏面６ｂの放熱面積が大きくなるように、このディスク裏面６ｂに鍛造などによって放射状に多数形成されている。フィン部６ｄの先端部は、図１に示すように、板部１ｃに接触しており、制輪子３が摩擦面５ａに押し付けられたときに、ブレーキディスク５が板部１ｃ側に移動して制輪子３と摩擦面５ａとの間の摩擦力が低下するのを防いでいる。図２及び図３に示す貫通孔６ｅは、締結ボルト４ａが挿入される孔であり、図２に示すようにブレーキディスク５の周方向に所定の間隔をあけて形成されている。
【００４７】
図４に示す金属結合層７は、ディスク表面６ａを金属によって被覆した被覆層であり、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを結合させるために、ディスク表面６ａとセラミックス被覆層８との間に形成されている。金属結合層７は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを被覆しており、例えばNi-Co-Cr-Al-Y合金などのニッケル系金属によってディスク表面６ａを被覆している。金属結合層７は、ディスク表面６ａに金属を溶射して形成されており、ニッケル系金属などの溶射材料を溶融させてディスク表面６ａ（粗面化処理層６ｃの表面）に吹き付けて付着させた皮膜である。
【００４８】
セラミックス被覆層８は、金属結合層７の表面をセラミックスによって被覆した被覆層である。セラミックス被覆層８は、例えば、耐熱性及び靭性に優れたジルコニアなどのセラミックスを金属結合層７の表面に溶射して形成されている。セラミックス被覆層８は、ジルコニアなどの溶射材料を溶融させて金属結合層７の表面に吹き付けて付着させた皮膜である。セラミックス被覆層８は、制動時に発生する熱がディスク本体６側に伝わるのを抑制することによって、このディスク本体６に熱による微小亀裂が発生するのを抑制し、耐熱亀裂特性を向上させている。セラミックス被覆層８の表面は、ブレーキディスク５の摩擦面５ａであり、制輪子３と接触することによって摩擦力が作用するしゅう動面（ブレーキ面）である。
【００４９】
次に、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法について説明する。
図５は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図６は、この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図６（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、図６（Ｂ）は金属被覆工程の模式図であり、図６（Ｃ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【００５０】
図５に示す表面改質方法＃１００は、ディスク表面６ａを改質する方法であり、粗面化処理工程＃１１０と、金属被覆工程＃１２０と、セラミックス被覆工程＃１３０とを含む。粗面化処理工程＃１１０は、ディスク本体６の表層を粗面化処理する工程であり、図６（Ａ）に示すようにブラスト処理によってディスク本体６の表層を粗面化処理する。図６（Ａ）に示すブラスト装置９は、ブラスト粒子９ａを圧縮気体によってディスク表面６ａに吹き付けてこのディスク表面６ａを粗面化する装置である。この粗面化処理工程＃１１０では、アルミナなどの無機質素材粒子をディスク表面６ａにブラスト装置９によって吹き付けてディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。
【００５１】
図５に示す金属被覆工程＃１２０は、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆する工程であり、図６（Ｃ）に示すようにディスク本体６とセラミックス層８とを金属結合層７によって結合させる。図６（Ｂ）（Ｃ）に示す溶射装置１０は、溶射材料１０ａ，１０ｂを溶融させてディスク表面６ａに吹き付けて付着させる装置である。この金属被覆工程＃１２０では、図６（Ｂ）に示すように、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属（例えばニッケル系金属）からなる溶射材料１０ａをディスク表面６ａに溶射装置１０によって吹き付けてディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆する。
【００５２】
図５に示すセラミックス被覆工程＃１３０は、金属結合層７の表面をセラミックス被膜層８によって被覆する工程である。このセラミックス被覆工程＃１３０では、図６（Ｃ）に示すように、ジルコニアなどの溶射材料１０ｂを金属結合層７の表面に溶射装置１０によって吹き付けて金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆する。
【００５３】
この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクとその表面改質方法には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、ディスク表面６ａを金属結合層７が被覆し、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８が被覆し、ディスク本体６とセラミックス層８とを金属結合層７が結合させている。その結果、耐熱性を有し遮熱作用が高いセラミックス層８が摩擦を受けるため、制動時に摩擦面５ａに発生する熱がディスク本体６側に伝わるのを抑えることができる。また、金属結合層７が中間層となるため熱膨張を緩和し熱疲労を低減することができる。このため、ディスク本体６には殆ど熱影響がなく、ディスク本体６に亀裂が発生するのを抑え、厳しい熱環境化であっても強度を維持することができる。
【００５４】
(2) この第１実施形態では、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属によってディスク表面６ａを金属結合層７が被覆する。このため、セラミックス被覆層８とディスク表面６ａとの密着性を向上させることができる。
【００５５】
(3) この第１実施形態では、ニッケル系金属によってディスク表面６ａを金属結合層７が被覆する。このため、例えば、ディスク本体６がニッケル系金属である場合には、ディスク本体６と金属結合層７との密着性が向上し、ディスク本体６とセラミックス被覆層８とを金属結合層７を介して強固に結合することができる。
【００５６】
(4) この第１実施形態では、ディスク表面６ａに金属を溶射して金属結合層７が形成されている。また、この第１実施形態では、金属結合層７の表面にセラミックスを溶射してセラミックス被覆層８が形成されている。このため、安価で簡単な構造のスプレー方式の溶射装置１０などを利用して、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を簡単に形成することができ、ブレーキディスク５を現場で容易に表面改質することができる。また、市販の溶射装置１０からなる現状の表面改質設備を利用可能であるため、特別な溶射装置などの新規設備を開発する必要がなくなり、ブレーキディスク５を低コストで表面改質することができる。さらに、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を溶射によって形成するため、金属結合層７及びセラミックス被覆層８が剥離したときには短時間で簡単に補修可能であり、何度も保守を繰り返すことによって、ブレーキディスク５を長期間わたり再使用することができる。
【００５７】
(5) この第１実施形態では、金属結合層７の表面にジルコニアを溶射してセラミックス被覆層８が形成されている。その結果、セラミックス被覆層８の耐熱性を向上させることができるため、制動時に発生する熱がディスク本体６に伝わるのを抑えることができる。
【００５８】
(6) この第１実施形態では、ディスク本体６の表層に粗面化処理された粗面化処理層６ｃが形成されている。このため、ディスク表面６ａから酸化物や汚れが除去されて、ディスク表面６ａに金属を溶射しやすい状態にすることができるとともに、ディスク表面６ａと金属結合層７との密着性を向上させることができる。
【００５９】
(7) この第１実施形態では、ブラスト処理によってディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成されている。このため、既存の安価なブラスト装置９を利用して、ディスク本体６の表層を簡単に粗面化処理することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図７は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図８は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図９は、この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図９（Ａ）は金属被覆工程の模式図であり、図９（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。以下では、図４及び図６に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略し、図５に示す工程と同一の工程については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００６１】
図７に示すブレーキディスク５は、図４に示す粗面化処理層６ｃを備えておらず、ディスク表面６ａを被覆する金属結合層７と、この金属結合層７の表面を被覆するセラミックス被覆層８とを備えている。図８に示す表面改質方法＃１００は、図５に示す粗面化処理工程＃１１０を省略しており、図９（Ａ）に示すようにディスク本体６の表面を金属結合層７によって被覆する金属被覆工程＃１２０と、図９（Ｂ）に示すように金属結合層７の表面をセラミックス被膜層８によって被覆するセラミックス被覆工程＃１３０とを含む。この第２実施形態では、粗面化処理層６ｃが省略されているため、第１実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１０は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図１１は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。図１２は、この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、図１２（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、図１２（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【００６３】
図１０に示すブレーキディスク５は、図４及び図７に示す金属結合層７を備えておらず、ディスク表面６ａを被覆するセラミックス被覆層８を備えている。図１１に示す表面改質方法＃１００は、図５及び図８に示す金属被覆工程＃１２０を省略しており、図１２（Ａ）に示すようにディスク本体６の表層を粗面化処理する粗面化処理工程＃１１０と、図１２（Ｂ）に示すようにディスク表面６ａをセラミックス被膜層８によって被覆するセラミックス被覆工程＃１３０とを含む。この第３実施形態では、金属被覆工程＃１２０が省略されているため、第１実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６４】
（第４実施形態）
図１３は、この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。図１４は、この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図である。
図１３に示すブレーキディスク５は、図４及び図１０に示す粗面化処理層６ｃと、図４及び図７に示す金属結合層７とを備えておらず、図１４に示すようにディスク表面６ａを被覆するセラミックス被覆層８を備えている。セラミックス被覆層８は、図１４に示すように、ディスク表面６ａにジルコニアなどのセラミックスを溶射して形成されている。この第４実施形態では、図５及び図１１に示す粗面化処理工程＃１１０と、図５及び図８に示す金属被覆工程＃１２０とが省略されているため、第１実施形態〜第３実施形態に比べてより一層短時間にブレーキディスク５を表面改質することができる。
【００６５】
（第５実施形態）
図１５は、この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図である。
図１５に示す表面改質装置１１は、ディスク表面６ａを改質する装置であり、粗面化処理装置１２と、被覆装置１３と、駆動装置１４，１５と、設定装置１６と、制御装置１７などを備えている。粗面化処理装置１２は、ディスク本体６の表層を粗面化処理する装置であり、ブラスト粒子９ａをディスク表面６ａに噴射するブラスト処理によってディスク本体６の表層を粗面化処理し、図６（Ａ）及び図１２（Ａ）に示すようにディスク表面６ａの表層に粗面化処理層６ｃを形成する。
【００６６】
被覆装置１３は、図４及び図７に示すように、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆するとともに、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆する装置である。被覆装置１３は、ディスク本体６側の金属と化学成分が類似する特性の金属（例えばニッケル系金属）によってディスク表面６ａを被覆するとともに、金属結合層７の表面をセラミックス（例えばジルコニア）によって被覆する。また、被覆装置１３は、図１０及び図１３に示すように、ディスク表面６ａをセラミックス被覆層８によって被覆する。被覆装置１３は、図４及び図７に示すようにディスク表面６ａに溶射材料１０ａを溶射して金属結合層７を形成するとともにこの金属結合層７の表面に溶射材料１０ｂを溶射してセラミックス被覆層８を形成したり、図１０及び図１３に示すようにディスク表面６ａに溶射材料１０ｂを溶射してセラミックス被覆層８を形成したりする。
【００６７】
駆動装置１４は、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動する装置であり、ディスク表面６ａに沿ってディスク本体６の径方向に粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動するモータなどを備えている。駆動装置１５は、ディスク本体６を駆動する装置であり、ディスク本体６の中心を回転中心としてこのディスク本体６を回転するモータなどを備えている。設定装置１６は、粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５の動作条件を設定する装置である。設定装置１６は、粗面化処理装置１２がブラスト粒子９ａを噴射するときの噴射圧力及び噴射時間などの動作条件を設定したり、被覆装置１３が溶射材料１０ａ，１０ｂを噴射するときの溶射距離及び膜厚などの動作条件を設定したり、駆動装置１４が粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動するときの駆動速度などの動作条件を設定したり、駆動装置１５がディスク本体６を回転駆動するときの駆動速度などの動作条件を設定したりするための入力装置などを備えている。制御装置１７は、表面改質装置１１の種々の動作を制御する装置であり、設定装置１６によって設定された動作条件に基づいて、粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５の動作を制御する。
【００６８】
次に、この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置の動作を説明する。以下では、図４に示すように、粗面化処理層６ｃ、金属結合層７及びセラミックス被覆層８をディスク本体６に形成する場合を例に挙げて説明する。
図１５に示す設定装置１６によって動作条件が設定されると、この動作条件に従って粗面化処理装置１２、被覆装置１３及び駆動装置１４，１５を制御装置１７が動作させる。その結果、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させ、粗面化処理装置１２を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ａ）に示すように粗面化処理装置１２がディスク表面６ａにブラスト粒子９ａを噴射し、ディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。次に、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させながら、被覆装置１３を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ｂ）に示すように被覆装置１３がディスク表面６ａに溶射材料１０ａを噴射し、ディスク表面６ａに金属結合層７が形成される。最後に、ディスク本体６を駆動装置１５が周方向に回転させながら、被覆装置１３を駆動装置１４がディスク表面６ａに沿って移動させると、図６（Ｃ）に示すように被覆装置１３がディスク表面６ａに溶射材料１０ａを噴射し、金属結合層７の表面にセラミックス被覆層８が形成される。
【００６９】
この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第５実施形態では、ディスク表面６ａを金属結合層７によって被覆するとともに、この金属結合層７の表面をセラミックス被覆層８によって被覆装置１３が被覆し、この被覆装置１３の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に従って被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。また、この第５実施形態では、ディスク表面６ａをセラミックス被覆層８によって被覆装置１３が被覆し、この被覆装置１３の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に従って被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。このため、最適な膜厚の金属結合層７やセラミックス被覆層８を自動的に形成して、ブレーキディスク５の耐熱性を向上させることができる。
【００７０】
(2) この第５実施形態では、粗面化処理装置１２の動作条件を設定装置１６が設定し、この動作条件に基づいて被覆装置１３の動作を制御装置１７が制御する。このため、金属結合層７又はセラミックス被覆層８とディスク本体６とが密着するように、最適な粗さのディスク表面６ａを自動的に形成することができる。
【００７１】
（第６実施形態）
図１６は、この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図であり、図１６（Ａ）は正面図であり、図１６（Ｂ）は側面図である。以下では、図１５に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図１６に示す表面改質装置１１は、粗面化処理装置１２と、被覆装置１３と、駆動装置１４と、設定装置１６と、制御装置１７と、駆動装置１８などを備えている。表面改質装置１１は、左右の車輪１のそれぞれに対応して配置されており、以下では一方の側の表面改質装置１１について説明し、他方の側の表面改質装置１１については説明を省略する。粗面化処理装置１２及び被覆装置１３は、図１６（Ｂ）に示すように、車輪１の両側に装着された左右のブレーキディスク５に対応してそれぞれ配置されている。駆動装置１８は、車輪１を駆動させる装置であり、回転体１８ａ，１８ｂと、回転駆動部１８ｃと、昇降駆動部１８ｄとを備えている。回転体１８ａ，１８ｂは、車輪１と回転接触するローラであり、車輪１が転がり接触するレール１９のレール端部１９ａとレール端部１９ｂとの間のレール分断部１９ｃに配置されている。回転駆動部１８ｃは、回転体１８ａ，１８ｂの外周面を車輪１の踏面１ｄに接触させた状態でこれらの回転体１８ａ，１８ｂを回転駆動させる装置である。昇降駆動部１８ｄは、回転体１８ａ，１８ｂを昇降駆動させる装置であり、車輪１を表面改質するときには回転体１８ａ，１８ｂを上昇させて踏面１ｄに接触させ、車輪１の表面改質を終了したときには回転体１８ａ，１８ｂを下降させて踏面１ｄから離間させる。
【００７２】
次に、この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置の動作を説明する。以下では、図４に示すように、粗面化処理層６ｃ、金属結合層７及びセラミックス被覆層８をディスク本体６に形成する場合を例に挙げて説明する。
図１６に示すように、ディスク本体６を表面改質する場合には、レール１９に沿って車輪１が転がりながら移動してレール分断部１９ｃに位置したときに、駆動装置１８を動作させる。その結果、昇降駆動部１８ｄが回転体１８ａ，１８ｂを上昇させて車輪１と接触させるとともに、この状態で回転駆動部１８ｃが回転体１８ａ，１８ｂを回転させて車輪１をＡ方向に回転させる。次に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図６（Ａ）に示すように粗面化処理装置１２がブラスト粒子９ａをディスク表面６ａに投射し、ディスク本体６の表層に粗面化処理層６ｃが形成される。次に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図４（Ｂ）に示すように被覆装置１３が溶射材料１０ａをディスク表面６ａに噴射し、ディスク表面６ａに金属結合層７が形成される。最後に、回転駆動部１８ｃが車輪１を回転させた状態で、図４（Ｃ）に示すように被覆装置１３が溶射材料１０ｂを金属結合層７の表面に噴射し、この金属結合層７の表面にセラミックス被覆層８が形成される。ブレーキディスク５の表面改質を終了する場合には、図１６に示す回転駆動部１８ｃが回転体１８ａ，１８ｂの回転を停止させて昇降駆動部１８ｄが回転体１８ａ，１８ｂを下降させると、車輪１が回転体１８ａ，１８ｂから離間する。表面改質後の車輪１がレール１９に沿って転がりながら移動してレール分断部１９ｃから離れると、次の車輪１がレール分断部１９ｃに位置し同様の表面改質処理が繰り返される。
【００７３】
この発明の第６実施形態には、第５実施形態の効果に加えて、ブレーキディスク５を車輪１から取り外す作業が不要になり、ディスク本体６を車輪１とともに回転させながらこのディスク表面６ａを改質することができる。その結果、一編成当たりに膨大な数になるブレーキディスク５を車両基地などで自動的に表面改質することができ、作業時間が短縮化されるとともに作業負担を軽減することができる。
【実施例】
【００７４】
次に、この発明の実施例について説明する。
セラミックスによる最適な被覆手法を検討するために、二種類の被覆材に繰り返し熱衝撃試験及び熱疲労試験を行って特性を比較した。試験に用いた溶射試験材を以下の表１に示す。
【００７５】
【表１】
【００７６】
表１に示す単層被覆材は、基盤表面にセラミック層を被覆したセラミック層単体被覆による溶射試験材である。二層被覆材は、基盤表面を結合層によって被覆しこの結合層の表面をセラミック層によって被覆した二層被覆（熱遮蔽セラミックコーティング(TBC)）による溶射試験材である。基盤は、新幹線電車用の現行品として使用されているNi-Cr-Mo鋼製のブレーキディスクであり、このブレーキディスクを鋸引き及び精密切断機で切出し仕上げ加工を行って、基盤の厚み方向がディスクの断面方向と一致するように作製した。結合層は、表１に示すNi-Co-Cr-Al-Yの溶射材料を基盤表面にプラズマ溶射によって厚さ50μm形成し、セラミック層はZrO2-8mass%Y2O3の溶射材料を結合層の表面にプラズマ溶射によって厚さ300mm形成した。
【００７７】
図１７は、この発明の実施例に係る二層被覆材の断面の画像である。
図１７に示す画像は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope(SEM))による拡大写真であり、セラミック層（Ceramic Layer）が溶射材独特の多孔質組織であり、界面の凹凸の大きな構造であることがこの画像から確認された。また、溶射の利点である結合層（Bond Layer）と基盤（Substrate）との密着性が良いことが確認された。
【００７８】
図１８は、この発明の実施例に係る二層被覆材及び単層被覆材の最大加熱温度と損傷発生までの繰り返し数との関係を示すグラフであり、図１８（Ａ）は二層被覆材の試験結果であり、図１８（Ｂ）は単層被覆材の試験結果である。
図１８に示す縦軸は、損傷発生までの繰り返し数(回)であり、横軸は最大加熱温度(K)である。繰り返し熱衝撃試験は、最大加熱温度まで加熱し、600sec保持後に水中に急冷する過程を１サイクルとして繰り返し与えた。繰り返し熱疲労試験は、加熱保持後に空冷及び炉冷で冷却する過程を１サイクルとして与えた。特性は、損傷発生までの繰り返し数で評価し、損傷発生までの繰り返し数はセラミック層の表面に目視寸法の割れ発生が認められるまでの回数とした。
【００７９】
図１８に示すように、損傷発生までの繰り返し数は、結合層の有無で比較すると約２〜５倍異なることが確認された。例えば、ブレーキディスクの負荷時における最大瞬間温度である1023Kで比較すると、二層被覆材は単層被覆材に比べて５倍程度改善することが確認された。また、セラミック層及び結合層を剥離した後の基盤に亀裂の発生は認められなかった。以上より、ブレーキディスクへの適用に対してはセラミック被覆が有効であり、二層被覆を適用することによって熱サイクル性が向上し、さらなる耐熱衝撃性及び耐熱疲労性が向上することが確認された。
【００８０】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、鉄道車両のブレーキディスク５を例に挙げて説明したが、自動車、自動二輪車又は自転車などのブレーキディスクについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、粗面化処理としてブラスト処理を例に挙げて説明したが、ショットピーニング処理などについてもこの発明を適用することができる。
【００８１】
(2) この実施形態では、金属結合層７をニッケル系金属によって形成する場合を例に挙げて説明したが、クロム系金属によって金属結合層７を形成することもできる。また、この実施形態では、金属結合層７及びセラミックス被覆層８を溶射によって形成する場合を例に挙げて説明したが、溶射以外の被覆方法によってこれらを形成することもできる。
【００８２】
(3) この第５実施形態では、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３を駆動装置１４によって駆動し、ディスク本体６を駆動装置１５によって駆動する場合を例に挙げて説明したが、このような駆動方法に限定するものではない。例えば、粗面化処理装置１２及び被覆装置１３のみを駆動装置１４によってディスク本体６の周方向及び径方向に駆動させたり、ディスク本体６のみを駆動装置１４によって周方向及び径方向に駆動させたりすることもできる。また、この第５実施形態及び第６実施形態では、表面改質装置１１が粗面化処理装置１２を備える場合を例に挙げて説明したが、粗面化処理装置１２を省略することもできる。さらに、この第５実施形態及び第６実施形態では、１つの被覆装置１３によって金属結合層７及びセラミックス被覆層８を形成しているが、金属被覆用の被覆装置とセラミックス被覆用の被覆装置とをそれぞれ設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクを備える車輪の縦断面図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図４】図３のIV部分を拡大して示す断面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図６】この発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、（Ｂ）は金属被覆工程の模式図であり、（Ｃ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図８】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図９】この発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は金属被覆工程の模式図であり、（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図１０】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図１１】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法の工程図である。
【図１２】この発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図であり、（Ａ）は粗面化処理工程の模式図であり、（Ｂ）はセラミックス被覆工程の模式図である。
【図１３】この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの断面図である。
【図１４】この発明の第４実施形態に係るブレーキディスクの表面改質方法を説明するための模式図である。
【図１５】この発明の第５実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図である。
【図１６】この発明の第６実施形態に係るブレーキディスクの表面改質装置を概略的に示す模式図であり、（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図１７】この発明の実施例に係る二層被覆材の断面の画像である。
【図１８】この発明の実施例に係る二層被覆材及び単層被覆材の最大加熱温度と損傷発生までの繰り返し数との関係を示すグラフであり、（Ａ）は二層被覆材の試験結果であり、（Ｂ）は単層被覆材の試験結果である。
【符号の説明】
【００８４】
１ 車輪
２ ディスクブレーキ装置
５ ブレーキディスク
６ ディスク本体
６ａ ディスク表面
６ｂ ディスク裏面
６ｃ 粗面化処理層
７ 金属結合層
８ セラミックス被覆層
９ ブラスト装置
９ａ ブラスト粒子
１０ 溶射装置
１０ａ，１０ｂ 溶射材料
１１ 表面改質装置
１２ 粗面化処理装置
１３ 被覆装置
１４，１５ 駆動装置
１６ 設定装置
１７ 制御装置
１８ 駆動装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクであって、
前記ディスク本体の表面を被覆するセラミックス被覆層を備えること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項２】
ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクであって、
前記ディスク本体の表面を被覆する金属結合層と、
前記金属結合層の表面を被覆するセラミックス被覆層とを備え、
前記金属結合層は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを結合させること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項３】
請求項２に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、前記ディスク本体の表面に金属を溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記ディスク本体の表層に粗面化処理された粗面化処理層が形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項９】
請求項８に記載のブレーキディスクにおいて、
前記粗面化処理層は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層に形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項１０】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質方法であって、
前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層によって被覆するセラミックス被覆工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１１】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質方法であって、
前記ディスク本体の表面を金属結合層によって被覆する金属被覆工程と、
前記金属結合層の表面をセラミックス被覆層によって被覆するセラミックス被覆工程とを含み、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを前記金属結合層によって結合させる工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体の表面を金属の溶射によって被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記粗面化処理工程は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１９】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質装置であって、
前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層によって被覆する被覆装置と、
前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置と、
前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置と、
を備えるブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２０】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質装置であって、
前記ディスク本体の表面を金属結合層によって被覆するとともに、この金属結合層の表面をセラミックス被覆層によって被覆する被覆装置と、
前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置と、
前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置と、
を備えるブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２３】
請求項２０から請求項２２までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面に前記金属を溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２４】
請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にセラミックスを溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２５】
請求項１９から請求項２４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にジルコニアを溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２６】
請求項１９から請求項２５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理装置を備え、
前記設定装置は、前記粗面化処理装置の動作条件を設定し、
前記制御装置は、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記粗面化処理装置は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項１】
ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクであって、
前記ディスク本体の表面を被覆するセラミックス被覆層を備えること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項２】
ディスク本体の表面が改質されたブレーキディスクであって、
前記ディスク本体の表面を被覆する金属結合層と、
前記金属結合層の表面を被覆するセラミックス被覆層とを備え、
前記金属結合層は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを結合させること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項３】
請求項２に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記金属結合層は、前記ディスク本体の表面に金属を溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記セラミックス被覆層は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のブレーキディスクにおいて、
前記ディスク本体の表層に粗面化処理された粗面化処理層が形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項９】
請求項８に記載のブレーキディスクにおいて、
前記粗面化処理層は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層に形成されていること、
を特徴とするブレーキディスク。
【請求項１０】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質方法であって、
前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層によって被覆するセラミックス被覆工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１１】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質方法であって、
前記ディスク本体の表面を金属結合層によって被覆する金属被覆工程と、
前記金属結合層の表面をセラミックス被覆層によって被覆するセラミックス被覆工程とを含み、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体と前記セラミックス層とを前記金属結合層によって結合させる工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１４】
請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記金属被覆工程は、前記ディスク本体の表面を金属の溶射によって被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１５】
請求項１０から請求項１４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にセラミックスを溶射して被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１６】
請求項１０から請求項１５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記セラミックス被覆工程は、前記ディスク本体の表面又は前記金属結合層の表面にジルコニアを溶射して被覆する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１７】
請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載のブレーキディスクの表面改質方法において、
前記粗面化処理工程は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理する工程を含むこと、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質方法。
【請求項１９】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質装置であって、
前記ディスク本体の表面をセラミックス被覆層によって被覆する被覆装置と、
前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置と、
前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置と、
を備えるブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２０】
ディスク本体の表面を改質するブレーキディスクの表面改質装置であって、
前記ディスク本体の表面を金属結合層によって被覆するとともに、この金属結合層の表面をセラミックス被覆層によって被覆する被覆装置と、
前記被覆装置の動作条件を設定する設定装置と、
前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御する制御装置と、
を備えるブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体側の金属と化学成分が類似する特性の金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、ニッケル系金属によって前記ディスク本体の表面を被覆すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２３】
請求項２０から請求項２２までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面に前記金属を溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２４】
請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にセラミックスを溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２５】
請求項１９から請求項２４までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記被覆装置は、前記ディスク本体の表面又は前記金属の表面にジルコニアを溶射すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２６】
請求項１９から請求項２５までのいずれか１項に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記ディスク本体の表層を粗面化処理する粗面化処理装置を備え、
前記設定装置は、前記粗面化処理装置の動作条件を設定し、
前記制御装置は、前記動作条件に基づいて前記被覆装置の動作を制御すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のブレーキディスクの表面改質装置において、
前記粗面化処理装置は、ブラスト処理によって前記ディスク本体の表層を粗面化処理すること、
を特徴とするブレーキディスクの表面改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−６３０７２（Ｐ２００９−６３０７２Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３１１２３（Ｐ２００７−２３１１２３）
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【Ｆターム（参考）】
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