WO2013125633A1 - ディスクロータ - Google Patents

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水野雅仁
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Definitions

  • the present invention relates to a disc rotor made of graphite-containing cast iron used for a disc brake of a vehicle or the like, for example.
  • Patent Document 1 As a conventional graphite-containing cast iron member, for example, the one shown in Patent Document 1 is known.
  • the corrosion resistance of the graphite-containing cast iron member is improved by removing the graphite from the surface by a chemical cleaning method by immersion in molten salt and then performing a salt bath nitriding treatment.
  • an object of the present invention is to provide a disk rotor made of graphite-containing cast iron having high corrosion resistance.
  • the present inventors have found out that rust is particularly likely to occur in the graphite portion exposed on the sliding surface of the disk rotor, and in order to prevent this, de-graphite treatment and gas soft nitriding treatment
  • the present invention has been achieved by finding that it is effective to apply.
  • the first characteristic configuration of the disk rotor according to the present invention is a disk rotor made of graphite-containing cast iron, and after removing graphite in the vicinity of the surface by degraphitization treatment, a nitride layer and oxynitride are formed on the surface by gas soft nitriding treatment.
  • the physical layer is sequentially laminated.
  • the graphite near the surface is removed by de-graphite treatment, and then the nitride layer and the oxynitride layer are sequentially laminated on the surface by gas soft nitriding treatment. It is fully covered with a physical layer and an oxynitride layer. Therefore, even when the disk rotor is exposed to water, it is difficult for water to reach the graphite on the surface of the disk rotor, rust formation can be prevented, and corrosion resistance is high.
  • the second characteristic configuration of the disc rotor according to the present invention is that a surface roughness adjustment process is performed after the gas soft nitriding process.
  • the surface roughness (coefficient of friction) of the disk rotor can be adjusted to an appropriate level by the surface roughness adjustment process, and the surface can be smoothed to some extent, so that the appearance of the disk rotor can be improved. Will also improve.
  • a disc rotor according to the present invention is a disk-shaped member that constitutes one of the parts of a disc brake of a vehicle, and a brake pad provided with a friction material and a back plate when generating a braking force of the disc brake. Pressed against the side.
  • the disk rotor according to the present invention is produced by casting a cast material of a disk rotor by casting using graphite-containing cast iron, and removing the graphite in the vicinity of the surface by de-graphite treatment after machining into a predetermined shape, and further gas softening.
  • a nitride layer and an oxynitride layer are sequentially laminated on the surface by nitriding treatment.
  • graphite-containing cast iron used as a material ordinary cast iron used in manufacturing a conventional disk rotor may be used.
  • examples of such cast iron include flake graphite cast iron and spheroidal graphite cast iron.
  • casting and machining may be performed according to a known method performed when a conventional disk rotor is manufactured.
  • the de-graphite treatment can be performed according to a chemical cleaning method using molten salt immersion. However, at this time, it is desirable that the temperature condition is 400 ° C. to 500 ° C., and the treatment time is about 1 hour to 2 hours.
  • the gas soft nitriding treatment can be performed according to a conventionally known gas soft nitriding method. However, at this time, it is desirable that the temperature condition is 550 ° C. to 650 ° C. and the treatment time is about 1 hour to 3 hours.
  • the thickness of the nitride layer is preferably 5 ⁇ m to 25 ⁇ m, and the thickness of the oxynitride layer is preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • surface roughness adjustment processing may be performed as necessary after gas soft nitriding processing.
  • This surface roughness adjustment process removes sludge and the like that are difficult to see with the naked eye from the surface of the disk rotor after the gas soft nitriding process, and smoothes the surface unevenness by averaging it to some extent. (Coefficient of friction).
  • the surface roughness adjustment process can be performed according to a conventionally known bead shot method. However, it is desirable that the glass beads used at this time have an average particle diameter of 50 ⁇ m to 100 ⁇ m, an injection pressure of 1 kg pressure to 4 kg pressure, and an injection time of 3 minutes or less.
  • the surface hardness of the disk rotor that has undergone the three steps of the de-graphite treatment, gas soft nitriding treatment, and surface roughness adjustment treatment is Hv 690 to 1150.
  • Embodiments of the disk rotor of the present invention will be described.
  • the disc rotor according to the present invention was manufactured according to the manufacturing flow shown in FIG.
  • a flake graphite cast iron was used as the graphite-containing cast iron, and a casting material for a disc rotor was manufactured by casting. After machining into a predetermined disk shape by machining, pre-cleaning was performed.
  • a chemical cleaning method by immersion in molten salt (temperature: 450 ⁇ 10 ° C., time: 60 ⁇ 10 minutes) is performed as de-graphite treatment to remove the graphite (graphite) near the surface, and gas soft nitriding treatment (Temperature: 580 ⁇ 10 ° C., time: 120 ⁇ 5 minutes, gas species: use nitrogen-based mixture of ammonia and carbon dioxide) Formed.
  • Comparative Example 1 Similar to the above-described example, flake graphite cast iron is used as the graphite-containing cast iron, a casting material for the disk rotor is manufactured by casting, and is machined into a predetermined disc shape. Although it was processed and pre-cleaned, the subsequent de-graphite treatment, gas soft nitriding treatment, and surface roughness adjustment treatment were not performed.
  • Comparative Example 2 only gas soft nitriding treatment: Like the above-described embodiment, flake graphite cast iron is used as graphite-containing cast iron, a casting material for a disk rotor is manufactured by casting, and a predetermined disk is obtained by machining.
  • FIGS. 2 to 9 The cross-sectional organization charts relating to the examples of the present invention and Comparative Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 2 to 9, and the properties thereof are shown in Table 1 below.
  • 2 to 9 are the disk rotor substrate 1, graphite 2, oxynitride layer 3, and nitride layer 4.
  • the graphite is hardly exposed on the surface of the disk rotor substrate by performing the de-graphite treatment and the gas soft nitriding treatment.
  • FIGS. 6 to 9 in Comparative Examples 2 and 3 in which only the nitriding treatment was not performed and the graphite coating on the disk rotor base surface was incomplete, there was a concern about the corrosion resistance. Is held.
  • the water absorbed by the wear powder penetrates into the inside through the graphite exposed on the surface of the disk rotor, so that the generation of rust is particularly promoted around the graphite. Accordingly, when the occurrence of rust on the surface of the disk rotor is promoted, the friction material of the brake pad is likely to stick to the disk rotor, so that the sticking torque in the actual vehicle increases and the sound level at the time of sticking also increases.
  • each of the disk rotor according to the above embodiment and the disk rotor according to Comparative Example 1 is installed in a disk brake of an actual vehicle, and the disk rotor is less than a month under the following test environment where the disk rotor is likely to rust.
  • the sticking torque and the sound level at the time of sticking were measured and compared.
  • the disc rotor of the present invention can be used for disc brakes of vehicles and the like.

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Abstract

　耐食性の高い黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータを提供する。黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータに、脱黒鉛処理によって表面近傍の黒鉛を除去した後、ガス軟窒化処理によって表面に窒化物層４と酸窒化物層３とを順に積層した。

Description

ディスクロータ
　本発明は、例えば車両等のディスクブレーキに使用する黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータに関する。
　従来の黒鉛含有鋳鉄製部材としては、例えば特許文献１に示すものが知られている。
　ここでは、溶融塩浸漬による化学的洗浄法によって表面から黒鉛を除去した後、塩浴窒化処理を施すことによって、黒鉛含有鋳鉄製部材の耐食性を向上させている。
特公昭４６－３８８９１号公報（図１参照）
　しかしながら、特許文献１に記載の黒鉛含有鋳鉄製部材を、車両等のディスクブレーキの構成部品のディスクロータに適用した場合、塩浴窒化処理によってポーラス層が形成される。このため、ポーラス層の孔を介して水がディスクロータの黒鉛に到達して、黒鉛の周辺で錆が発生し易く、耐食性において必ずしも満足できるものではなかった。
　従って、本発明の目的は、耐食性の高い黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータを提供することにある。
　本発明者らは、黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータでは、ディスクロータの摺動面に露出する黒鉛部分において特に錆が発生し易いことを突き止め、これを防ぐために、脱黒鉛処理とガス軟窒化処理とを施すことが有効であることを見出して本発明に到達した。
　本発明に係るディスクロータの第１特徴構成は、黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータであって、脱黒鉛処理によって表面近傍の黒鉛を除去した後、ガス軟窒化処理によって表面に窒化物層と酸窒化物層とを順に積層してある点にある。
〔作用及び効果〕
　本構成によれば、脱黒鉛処理によって表面近傍の黒鉛を除去した後、ガス軟窒化処理によって表面に窒化物層と酸窒化物層とを順に積層してあるため、ディスクロータ表面の黒鉛が窒化物層及び酸窒化物層によって十分に被覆されている。従って、ディスクロータが水に晒された場合でも、水がディスクロータ表面の黒鉛に到達し難く、錆の発生を防止することができ、耐食性が高い。
　本発明に係るディスクロータの第２特徴構成は、前記ガス軟窒化処理後に面粗度調整処理を実施した点にある。
〔作用及び効果〕
　本構成によれば、面粗度調整処理よって、ディスクロータの面粗度（摩擦係数）を適度なものに調節することができると共に、表面をある程度滑らかにすることができるため、ディスクロータの見栄えも向上する。
は、実施例に係るディスクロータの製造工程のフロー図である。 は、実施例に係るディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）である。 は、実施例に係るディスクロータの断面組織写真（倍率１０００倍）である。 は、比較例１（未処理）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）である。 は、比較例１（未処理）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率１０００倍）である。 は、比較例２（ガス軟窒化処理のみ）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）である。 は、比較例２（ガス軟窒化処理のみ）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率１０００倍）である。 は、比較例３（塩浴窒化処理）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率４００倍）である。 は、比較例３（塩浴窒化処理）に係るディスクロータの断面組織写真（倍率１０００倍）である。 は、従来のディスクロータの表面における錆進行のメカニズムの説明図である。 は、従来のディスクロータの断面の走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）である。 は、実車におけるディスクロータに対する摩擦材の貼り付きトルクの推移を示すグラフである。 は、実車におけるディスクロータに摩擦材が貼り付いたときの音レベルの推移を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態を説明する。
　本発明に係るディスクロータは、車両のディスクブレーキの部品の一つを構成する円板状の部材であり、ディスクブレーキの制動力を発生させる際に、摩擦材と裏板とを備えるブレーキパッドが側面に押し付けられる。
　本発明に係るディスクロータは、黒鉛含有鋳鉄を用いて鋳造によりディスクロータの鋳造素材を製造し、機械加工によって所定形状としたものを、脱黒鉛処理によって表面近傍の黒鉛を除去し、さらにガス軟窒化処理によって表面に窒化物層と酸窒化物層とを順に積層してなることを特徴とする。
　材料となる黒鉛含有鋳鉄としては、従来のディスクロータを製造する際に使用される通常の鋳鉄を用いて良い。このような鋳鉄としては、例えば、片状黒鉛鋳鉄、球状黒鉛鋳鉄等が挙げられる。
　また、鋳造や機械加工については、従来のディスクロータを製造する際に実施する公知の方法に従って実施して良い。
　脱黒鉛処理は、溶融塩浸漬による化学的洗浄法に従って実施することができる。但しこのとき、温度条件を４００℃～５００℃とし、処理時間をおよそ１時間～２時間とすることが望ましい。
　ガス軟窒化処理は、従来公知のガス軟窒化法に従って実施することができる。但しこのとき、温度条件を５５０℃～６５０℃とし、処理時間をおよそ１時間～３時間とすることが望ましい。
　このガス軟窒化処理によって、ディスクロータの表面に窒化物層と酸窒化物層とが順に形成され、積層される。このときの窒化物層の厚みは５μｍ～２５μｍであり、酸窒化物層の厚みは１μｍ～１０μｍであることが望ましい。
　本発明に係るディスクロータにおいては、ガス軟窒化処理後に必要に応じて面粗度調整処理を実施しても良い。この面粗度調整処理によって、ガス軟窒化処理後のディスクロータの表面から肉眼では見え難いスラッジ等を除去すると共に、表面の凹凸をある程度平均化して滑らかにすることで、所望の面粗度（摩擦係数）に調整することができる。
　面粗度調整処理は、従来公知のビーズショット法に従って実施することができる。但しこのとき使用するガラスビーズの平均粒径を５０μｍ～１００μｍとし、噴射圧を１ｋｇ圧～４ｋｇ圧とし、噴射時間を３分以下とすることが望ましい。
　また、上記脱黒鉛処理、ガス軟窒化処理、及び面粗度調整処理の３つの工程を経たディスクロータの表面硬度は、Ｈｖ６９０～１１５０であることが望ましい。
　本発明のディスクロータの実施例について説明する。
　本発明に係るディスクロータを、図１に示す製造フローに従って作製した。
　黒鉛含有鋳鉄として片状黒鉛鋳鉄を用い、鋳造によりディスクロータの鋳造素材を製造し、機械加工によって所定の円板形状に加工した後、前洗浄を行った。
　次いで、脱黒鉛処理として溶融塩浸漬による化学的洗浄法（温度：４５０±１０℃、時間：６０±１０分）を実施して、表面近傍の黒鉛（グラファイト）を除去し、さらにガス軟窒化処理（温度：５８０±１０℃、時間：１２０±５分、ガス種：窒素をベースとしたものにアンモニアや二酸化炭素を混合したものを使用）によって表面に窒化物層と酸窒化物層とを順に形成させた。
　さらに、面粗度調整処理としてビーズショット法（ガラスビーズ：平均粒径７５μｍ、噴射距離２００ｍｍ、噴射力２ｋｇ圧、噴射時間：９０秒）を行って面粗度を調整した後、後洗浄を行ってディスクロータを完成した。
　また以下に示す種々の比較例を作製した。
　（１）比較例１（未処理）：上述の実施例と同様に、黒鉛含有鋳鉄として片状黒鉛鋳鉄を用い、鋳造によりディスクロータの鋳造素材を製造し、機械加工によって所定の円板形状に加工して前洗浄を行ったが、後の脱黒鉛処理、ガス軟窒化処理、及び面粗度調整処理を実施しなかったものである。
　（２）比較例２（ガス軟窒化処理のみ）：上述の実施例と同様に黒鉛含有鋳鉄として片状黒鉛鋳鉄を用い、鋳造によりディスクロータの鋳造素材を製造し、機械加工によって所定の円板形状に加工して前洗浄を行った後、ガス軟窒化処理のみを実施したものである。
　（３）比較例３（塩浴窒化処理）：上述の実施例と同様に黒鉛含有鋳鉄として片状黒鉛鋳鉄を用い、鋳造によりディスクロータの鋳造素材を製造し、機械加工によって所定の円板形状に加工して前洗浄を行った後、米国特許出願公開第２００８／００００５５０号明細書に記載される塩浴窒化処理を実施したものである。
　本発明の実施例、及び比較例１～３のそれぞれに関する断面組織図を図２～図９に示し、またそれぞれの性質を以下の表１に示した。尚、図２～図９における符号は、ディスクロータの素地１、黒鉛２、酸窒化物層３、窒化物層４とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図２及び図３に示すように、本発明の実施例については、脱黒鉛処理とガス軟窒化処理とを実施することによってディスクロータ素地の表面には、黒鉛がほとんど露出していない。しかし、図６～図９に示すように、脱黒鉛処理を行わず、窒化処理のみを行った比較例２及び３については、ディスクロータ素地表面の黒鉛の被覆が不完全であり、耐食性に懸念が持たれる。
　〔性能試験〕
　ここで、ディスクブレーキにおけるディスクロータとブレーキパッドとが固着するメカニズムについて説明する。
　図１０に示すように、ディスクロータの表面に錆が発生したとき、ディスクブレーキの制動力を発生させる際に、ブレーキパッドの摩擦材がディスクロータの側面に押し付けられると、錆を含んだ摩耗粉が摩擦材表面の隙間に入り込む。この状態でディスクブレーキが水に晒されると、水が摩擦材表面の隙間に入り込んだ摩耗粉に吸収され、摩耗粉を起点として錆発生が促進されるため、ディスクロータとブレーキパッドとが固着する。
　このとき、図１１に示すように、摩耗粉に吸収された水が、ディスクロータ表面に露出する黒鉛を介して内部に浸透するため、錆の発生は特に黒鉛周辺で促進される。
　従って、ディスクロータの表面における錆発生が促進すると、ディスクロータに対してブレーキパッドの摩擦材が貼り付き易くなるため、実車における貼り付きトルクが上昇すると共に、貼り付き時の音レベルも高くなる。
　そこで、本性能試験では、上記実施例に係るディスクロータ、及び比較例１に係るディスクロータのそれぞれを、実車のディスクブレーキに装備し、ディスクロータを錆び易い以下の試験環境下において、一カ月弱の間、貼り付きトルクと貼り付き時の音レベルを測定して比較した。
　（試験方法）
　１回目の評価は以下（１）～（５）を順に実施し、２回目以降の評価は以下（６）～（１０）を繰り返して実施した。
　（１）すり合わせ、
　（２）水掛け、
　（３）数回制動、
　（４）屋外放置
　（５）貼り付きトルク及び音レベル測定
　（６）すり合わせ、
　（７）水掛け、
　（８）数回制動、
　（９）屋外放置
　（１０）貼り付きトルク及び音レベル測定
　図１２に示すように、比較例１では、試験開始後９日目を過ぎた頃から、貼り付きトルクが２００Ｎｍを超えたため、錆が発生し易いと考えられる。一方、本発明の実施例では、試験開始後２５日目を過ぎても貼り付きトルクの上昇は見られず、錆が生じ難くいことが示唆された。
　また、図１３に示すように、比較例１では試験開始直後から高い音レベルが測定されたが、本発明の実施例では音レベルの上昇はほぼ見られなかったことからも、比較例１では錆が生じ易く、本発明の実施例では錆が生じ難いことが示唆された。
　本発明のディスクロータは、車両等のディスクブレーキに利用することができる。

Claims (2)

  1. 　黒鉛含有鋳鉄製のディスクロータであって、
    　脱黒鉛処理によって表面近傍の黒鉛を除去した後、ガス軟窒化処理によって表面に窒化物層と酸窒化物層とを順に積層してあるディスクロータ。
  2. 　前記ガス軟窒化処理後に面粗度調整処理を実施した請求項１に記載のディスクロータ。
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