JP3371482B2 - 車輪速度検知用歯車およびその製造方法 - Google Patents

車輪速度検知用歯車およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車の電子制御式
アンチロックブレーキシステム（以下、ＡＢＳと称す
る）に使用される車輪速度検知用歯車（以下、センサー
リングと称する）およびその製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、自動車の安全性に対する社会的ニーズの高まりに伴
い、自動車のディスクブレーキシステムのより安全で高
い信頼性のあるシステムの開発が進められてきた。特に
マイクロエレクトロニクスの急速な進展と低コスト化に
より、凍結した路面、濡れた路面での急制動時の車輪の
スリップを防ぎ、それによる事故を未然に防ぐためのＡ
ＢＳについては、現在一部の車で普及し始めている。し
かしながら、そのＡＢＳの構成部品には高い性能と信頼
性に加え、高い経済性が要求されており、解決すべき課
題は多い。
【０００３】ＡＢＳの心臓部である車輪速度検知部につ
いては、現在、耐環境性に優れた電磁方式が採用されて
いる。この検知システムには、高い歯ピッチ精度の歯車
形状面を持った磁性材料からなるセンサーリングが用い
られている。図１は、センサーリングの正面図（Ａ）、
Ｂ−Ｂ線における断面図（Ｂ）、箇所Ｃの拡大図（Ｃ）
である。図２は、図１に示すようなセンサーリングを用
いた電磁式車輪速度検出の動作原理を示す図である。
【０００４】図２に示すように、センサーコイル２のポ
ールピース３とセンサーリング１の歯先との間に一定の
間隙を有するようにセンサーリング１が車輪に取付けら
れる。車輪の回転とともにその間隙に生じる磁束変化を
電磁コイル２で受け、励起された出力電圧５を検出し、
各車輪の速度が正確に読取られる。このようにして測定
された各車輪の速度に基づいてＡＢＳが正確に作動し、
車輪がロックされてスリップしないようにブレーキがコ
ントロールされる。
【０００５】このセンサーリングの材料には、出力特性
としての磁気特性、歯のピッチ精度とともに優れた耐蝕
性が要求される。特にセンサーリングの取付方式として
は、ドライブシャフト直接取付型が望まれる方式であ
る。ドライブシャフト直接取付型は、その構造が簡単で
センサーリングが取付けやすく、メンテナンスが容易で
あり、安価である。しかしながら、ドライブシャフト直
接取付型のセンサーリングにおいては、センサーリング
の表面が外部に露出されている。そのため、センサーリ
ングに対する耐蝕性の要求が厳しく、所望の耐蝕性を有
するセンサーリングが得られていない。すなわち、路上
に散布された岩塩による塩水腐蝕に耐え得るセンサーリ
ング材料でなければ、実用に供することはできない。
【０００６】以上の耐蝕性に対する要求に応じて、当
初、溶製ステンレス鋼がセンサーリングの材料候補の１
つに挙げられていた。しかしながら、センサーリングに
は高い寸法精度が要求されるため、溶製ステンレス鋼を
用いれば切削加工による材料ロスが多く、加工コストが
高くなる。したがって、材料ロスが少なく、低コストで
寸法精度が確保される鉄系焼結材料を用いる方が有利で
ある。
【０００７】焼結材料としては、それ自体に耐蝕性のあ
る焼結ステンレス鋼を利用するか、あるいは鉄系焼結材
料に表面処理を施し、耐蝕性を付与したもの、さらに焼
結ステンレス鋼に表面耐蝕処理を施したものが検討され
てきた。しかしながら、いずれの焼結材料についても空
孔が存在している。そのため、メッキ処理のような表面
処理が焼結材料の表面に施されると、空孔の内部に入っ
たメッキ液が処理後に表面に染み出したり、材料の内部
に残存して錆を発生させるという問題点があった。その
ため、焼結材料の空孔を封じるために、一般の機械部品
に利用されてきた樹脂含浸、銅溶浸、水蒸気処理による
封孔処理も検討されてきた。ところが、これらの表面処
理による製造コストの上昇や出力電圧特性の劣化等の問
題があった。
【０００８】また、液を用いないで表面のみを被覆する
方法として、亜鉛粉末を無水クロム酸をバインダとして
結合させる、いわゆるダクロダイズド処理（登録商標）
と基地の水蒸気封孔処理の組合せたものが提案され、実
用化されている。しかしながら、このような表面処理を
施した場合には、メッキ処理と同様に使用中に被覆層が
剥離し、耐蝕性という目的を果たさない場合があるとい
う問題があった。もちろん、このような被覆層が剥離し
ても、基地を焼結ステンレス鋼とすることによって耐蝕
性の目的を果たすことは可能である。ところが、基地を
焼結ステンレス鋼から構成し、さらに上記のような表面
処理を施すと、材料と加工工程の両面において製造コス
トの上昇を招き、工業的にセンサーリングを生産するこ
とは困難になる。
【０００９】以上のように、従来のセンサーリングには
種々の問題点があり、より安価でより耐蝕性の高いセン
サーリングの材料が望まれている。
【００１０】そこで、この発明の目的は、より安価でよ
り耐蝕性に優れた車輪速度検知用歯車およびその製造方
法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
に従った車輪速度検知用歯車は、リンを５原子％以上２
５原子％以下、酸素を３０原子％以上７０原子％以下、
鉄を５原子％以上５０原子％以下含有し、かつ少なくと
も一部がアモルファス相からなる表層部を有し、残部が
焼結ステンレス鋼を主材料とするものである。
【００１２】また、この発明に従った車輪速度検知用歯
車の製造方法によれば、原材料粉末を成形した後、焼結
することにより、焼結ステンレス鋼材を作製する。その
焼結ステンレス鋼材を温度１５℃以上７０℃以下のリン
酸基を含む油に浸漬する。これにより、リンを５原子％
以上２５原子％以下、酸素を３０原子％以上７０原子％
以下、鉄を５原子％以上５０原子％以下含有し、かつ少
なくとも一部がアモルファス相からなる表層部を焼結ス
テンレス鋼材に形成する。
【００１３】この発明の車輪速度検知用歯車の好ましい
製造方法によれば、リン酸基を含む油を矯正サイジング
用潤滑油として用い、その油への浸漬と矯正サイジング
を連続して行なうことによって、車輪速度検知用歯車の
製造効率が高められる。
【００１４】この発明のセンサーリングの主材料として
の焼結ステンレス鋼材の組成は、電磁ステンレス鋼程度
の磁性と延性を有するものであればよい。たとえば、重
量比でクロムが７〜２７％、残部が鉄および不可避的不
純物からなるフェライト系、マルテンサイト系材料、さ
らにこれらに磁気特性に応じてモリブデンを５％以下、
シリコンを２％以下加えたものが好ましい。
【００１５】焼結ステンレス鋼はクロムやニッケルの量
の少ない通常の鉄系焼結材に比べて表面層の緻密な酸化
膜による防錆作用によって耐蝕性に優れている。しか
し、空孔が存在するため、焼結ステンレス鋼は溶製ステ
ンレス鋼に比べて耐蝕性に劣る。
【００１６】また、焼結されたステンレス鋼では、表層
部が脱クロムによって錆びやすくなっている。そのた
め、焼結されたステンレス鋼のセンサーリングを実用に
供するためには、塩水に耐え得る程度の耐蝕性に優れか
つ基地との密着性の強い被覆層を形成することが必要で
ある。
【００１７】以上のような焼結ステンレス鋼の耐蝕性を
高めるために、本願発明者らは鋭意研究の結果、所定の
温度のリン酸基を含む油に焼結ステンレス鋼を浸漬し、
表層部を所定の組成にすることによって、耐蝕性の向上
という目的が達成され得ることを見出した。
【００１８】本発明の焼結ステンレス鋼を主材料とする
センサーリングは、図３に示される基本工程に従って作
られる。図３は本発明のセンサーリングの製造工程を模
式的に示す図である。まず、焼結ステンレス鋼の原材料
として各粉末が準備される。これらの粉末を混合し、所
定の形状に成形する。得られた成形体を焼結する。その
焼結体を油槽中に浸漬し、所定のリン酸基を含む油で焼
結体の表面を塗布する。その後、所定の形状の型を用い
てサイジング加工し、図１に示すような歯車を有するリ
ング形状に仕上げる。そして、脱脂により完全に油を除
去して完成品としてのセンサーリングが得られる。
【００１９】リン酸基を含む油への浸漬は焼結直後に行
なってもよく、またサイジング加工時においてその油を
潤滑油として用いることによって行なってもよい。さら
に、サイジング加工後にリン酸基を含む油への浸漬処理
を行なっても同様の効果が得られる。油の温度は１５℃
以上７０℃以下が好ましい。油の温度が１５℃未満であ
れば、油の粘度が高くなり、表層から空孔への油の浸透
が難しくなり、好ましくない。また、油の温度が７０℃
を越えれば、油の表層部への付着量が少なくなり、サイ
ジングを連続して行なう場合の潤滑効果が減少し、好ま
しくない。油への浸漬処理の時間はせいぜい数分以内で
十分であり、通常１分以内であれば安定な表面層が形成
される。
【００２０】上記のように処理された焼結ステンレス鋼
の表面をＸ線回折およびＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分光法）
により分析すると、表面層にリン、鉄、、酸素を主成分
とする一部アモルファス相からなる化合物層が検出され
る。また、後述の実施例で示すように、処理された焼結
ステンレス鋼に対してＪＩＳ−Ｚ２３７１による塩水噴
霧耐蝕試験を行なうと、表面での赤錆の発生が無処理の
ものに比べて著しく少ない。さらに、センサーリングを
車輪に装着して出力電圧特性を測定すると、その特性の
劣化も極めて小さい。これは、リン酸基を含む加熱され
た油と焼結ステンレス鋼の基材との反応によって形成さ
れる上記の表面層が耐水性、耐酸性の不働態を形成し、
化学的に安定となるためと考えられる。
【００２１】なお、表面層の組成においてリンを５〜２
５原子％、酸素を３０〜７０原子％、鉄を５〜５０原子
％とするのは、これらの範囲外の組成では、所望のアモ
ルファス相を有する被膜が形成されなかったり、逆に防
錆効果を低下させるためである。前者はアモルファス相
と結晶質相との割合が、後者は不純物・水分等の取り込
みによる水酸化鉄等の生成が防錆効果・耐蝕性の低下に
影響を及ぼすものと考えられる。
【００２２】真空焼結されたステンレス鋼の表面粒界お
よび空孔の表面には、真空下でのクロム成分の揮散によ
ってクロム濃度が低下している。そのため、焼結した状
態では、この部分での耐酸性、耐水性が低下する。とこ
ろが、この発明に従って表面処理が行われれば、焼結ス
テンレス鋼の表面に上記の不働態層が形成され、真空焼
結された焼結ステンレス鋼においても耐酸性や耐水性が
向上する。
【００２３】生成される表層部は緻密かつ微細な層とな
る。この層は、焼結ステンレス鋼の成分の一部が化学反
応によって変化したものであり、メッキ層やダクロダイ
ズド層のように基地との界面での密着性に関する問題を
発生させない。
【００２４】また、上記の表層部は簡単な処理で形成さ
れるため、従来の表面処理法に比べて設備の上でも高価
なものは不要である。さらに、その処理は短時間で行な
われるため、連続かつ自動化も可能となる。
【００２５】特に表層部の形成において用いられる油を
矯正サイジング用潤滑油としてもよい。その場合、サイ
ジング加工時の焼結体の昇温をそのまま利用して表面反
応を起こさせれば、サイジング加工と同時に表面処理が
可能となる。これにより、製造工程の連続化が容易にな
り、生産性が向上する。
【００２６】以下、実施例によって本発明を説明する
が、本発明のセンサーリングおよびその製造方法は以下
の実施例に限定されるものではない。
【００２７】
【実施例】実施例１ 外径４０ｍｍ、内径２５ｍｍ、厚み５ｍｍのリング形状
品（形状Ａ）と、外径９０ｍｍ、内径８４ｍｍ、厚み１
０ｍｍ、外歯４４枚のセンサーリング形状品（形状Ｂ）
の試料を表１に示されるようにそれぞれ試料Ｎｏ．１〜
５の５種類準備した。各試料の基材の組成、基材の製造
方法および表面処理は表１に示されている。
【００２８】
【表１】
【００２９】試料Ｎｏ．１〜４については、ＳＵＳ４３
４相当の合金粉末を用いて所定形状に成形し、真空焼結
した。試料Ｎｏ．５については溶製のＳＵＳ４３４相当
の合金鋼のブロックから切出して所定形状に加工した。
【００３０】形状Ａ，Ｂともに耐蝕性を調べるために、
ＪＩＳ−Ｚ２３７１に規定される方法によって塩水噴霧
試験を行なった。形状Ａについては、特に７２時間後、
２４０時間後、５００時間後の赤錆の発生状況を試験前
の状況と対比して観察した。また、形状Ｂについては、
塩水噴霧試験前、２４０時間後、５００時間後の試料に
対してセンサー試験を回転数４０ｒｐｍ、ポールピース
と歯先との間の間隙０．１ｍｍの条件で行ない、出力電
圧の特性値を測定した。その結果は表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】また、試料Ｎｏ．２の形状Ａ試片から分析
試料を切出し、表層部の生成物の同定と元素分析を行な
った。Ｘ線回折の結果は図４、ＥＳＣＡによる分析結果
は図５に示される。表３は図５に対応する数値データを
示す。
【００３３】
【表３】
【００３４】なお、リン酸基を含有する油は、リン酸基
を約１０％、脂肪酸塩を約２０％、鉱油を約４０％含有
するものに界面活性剤を加えたものを用いた。リン酸基
を含む油への浸漬は温度５０℃で１分間行なった。
【００３５】表２から明らかなように、表面処理を行な
わなかった試料Ｎｏ．４については、真空焼結後油浸漬
を行なった試料Ｎｏ．１〜３に比べて、２４０時間後〜
５００時間後の赤錆による腐蝕が顕著に進行しているこ
とが分かった。また、センサー出力電圧特性について
も、試料Ｎｏ．１〜３が５００時間後で劣化率０．６〜
１．５％に対し、試料Ｎｏ．４は１６．４％と著しく劣
化していることが分かる。センサー出力特性試験の５０
０時間後の劣化率を対比すると、試料Ｎｏ．１〜３につ
いては当初の赤錆のほとんどない状態が維持されること
により、出力電圧の劣化がほとんど見られず、試料Ｎ
ｏ．４においては当初に比べて表面の赤錆が広がること
による表面の欠落が進み、出力電圧の劣化につながって
いることが分かる。
【００３６】また、試料Ｎｏ．５については、試料Ｎ
ｏ．１〜３に比べて塩水噴霧後の錆の発生状況、センサ
ー出力の劣化ともに大きい値を示した。
【００３７】図４を参照すると、表面処理を施した試料
Ｎｏ．２の表層部のＸ線回折結果から、表層部は主にア
モルファス相からなることが分かる。油中のリン酸基と
焼結ステンレス鋼の成分との反応によって生成すると考
えられるリン酸鉄のピーク位置を図４に矢印で示した
が、結晶を示すピークは観察されなかった。
【００３８】図５を参照して、試料Ｎｏ．２の表面から
０．２μｍまでの深さの構成元素、鉄、酸素、リンのＥ
ＳＣＡ分析結果から、明らかなように、生成したアモル
ファス相を主体とする表層部は５００時間後もほぼ健全
に残存していることが分かる。なお、図５の（Ａ）は表
面処理前、（Ｂ）は表面処理後、（Ｃ）は塩水噴霧５０
０時間後の表面層の分析結果を示す。
【００３９】実施例２ 実施例１と同様の形状Ａ，Ｂの試料を表１に示されるよ
うにそれぞれ試料Ｎｏ．６〜１９の１４種類準備した。
各試料の基材の組成、製法および表面処理条件も同表に
示す。なお、表面処理用のリン酸基含有油については実
施例１と同様のものとした。
【００４０】形状Ａ，Ｂについて実施例１と同様の方法
でＮｏ．６〜１９の試料の耐蝕性を調べた。その結果を
表２に示す。
【００４１】試料Ｎｏ．6 〜８とＮｏ．９，１０とか
ら、ＳＵＳ４３４合金より低合金で耐蝕性の劣るＳＵＳ
４３０合金においても、本発明の効果は同様に認められ
ることがわかる。
【００４２】試料Ｎｏ．１１，１２とＮｏ．１３とか
ら、ＳＵＳ４３４合金にＭｏとＳｉを添加して耐蝕性を
改善したＳＵＳ４３４改良合金においても、本発明の方
法により、さらに耐蝕性の改善効果が認められることが
わかる。
【００４３】試料Ｎｏ．１４，１５から、真空焼結中で
のＣｒの蒸発を避ける目的で水素ガス中で焼結したＳＵ
Ｓ４３４合金についても本発明の効果は同様に認められ
ることがわかる。水素ガス焼結品の耐蝕性が真空焼結品
より劣るのは、本実施例の焼結温度条件では水素ガス中
でクロムの酸化物が十分に還元されなかったことが原因
と考えられる。
【００４４】試料Ｎｏ．１６，１７は、表面の耐蝕性が
好ましい結果となったものの、表面処理用の油の温度が
高いため、試料Ｂと同一サイズのリング形状で多数のサ
イジングを行なったところ潤滑効果が低下し、型との焼
付きが部分的に生じるものがみられた。
【００４５】また試料Ｎｏ．１８，１９のように３０分
以上浸漬しても耐蝕性の効果は変わらない。効率を考え
れば、せいぜい数分以内、通常１分以内としてもこの効
果は変わらない。表面処理の時期については、焼結後す
ぐ、サイジングの直前直後のいずれでも効果には影響し
ない。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の表面処理によって耐蝕性に優れた焼結ステンレス鋼
を主材料とする車輪速度検知用歯車を得ることができ
る。また、本発明の製造方法によれば、他の表面処理方
法に比べて設備も簡単であり、処理工程も極めて簡単で
連続化も可能であり、製造コストを安価にすることがで
きる。特に、寸法矯正サイジング用の潤滑油に本発明の
表面処理に用いられる油を兼用することにより、より安
価に車輪速度検知用歯車を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の車輪速度検知用歯車（センサーリン
グ）の一例を示す正面図、断面図および拡大図である。
【図２】センサーリングを用いた電磁式車輪速度検知の
動作原理を模式的に示す図である。
【図３】本発明のセンサーリングの製造工程を示す工程
図である。
【図４】本発明のセンサーリング材の表層部のＸ線回折
結果を示すグラフである。
【図５】本発明のセンサーリング材の表面層のＥＳＣＡ
分析結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特表 昭58−500899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 26/00 B22F 3/24 B22F 5/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リンを５原子％以上２５原子％以下、酸
    素を３０原子％以上７０原子％以下、鉄を５原子％以上
    ５０原子％以下含有し、かつ少なくとも一部がアモルフ
    ァス相からなる表層部を有し、残部が焼結ステンレス鋼
    を主材料とする、車輪速度検知用歯車。
  2. 【請求項２】 原材料粉末を成形した後、焼結すること
    により、焼結ステンレス鋼材を作製し、その焼結ステン
    レス鋼材を温度１５℃以上７０℃以下のリン酸基を含む
    油に浸漬し、リンを５原子％以上２５原子％以下、酸素
    を３０原子％以上７０原子％以下、鉄を５原子％以上５
    ０原子％以下含有し、かつ少なくとも一部がアモルファ
    ス相からなる表層部を前記焼結ステンレス鋼材に形成す
    ることを特徴とする、焼結ステンレス鋼を主材料とする
    車輪速度検知用歯車の製造方法。
  3. 【請求項３】 前記油を矯正サイジング用潤滑油として
    用い、前記油への浸漬と矯正サイジングを連続して行な
    う、請求項２に記載の車輪速度検知用歯車の製造方法。
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