JP3307356B2 - アルミニウム製一体型キャリパボディ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータの両側面に対向
してピストンを配設した対向ピストン型ディスクブレー
キのキャリパボディ及びその製造方法に関する。

【０００２】対向ピストン型ディスクブレーキは、車軸
に固定されているロータに対して一対又は複数対のピス
トンを両側から対向させた構造をもっている。具体的に
は、ピストン使用状態を平断面図で示す図１にみられる
ように、ロータ１のヘッドをキャリパボディ２の中心近
傍にある空間部に臨ませ、ピストン３の先端に取り付け
られているブレーキパッド４をロータ１の両側面に対向
させている。パイプ５から送られる油圧でピストン３を
ロータ１側に押し出すと、ブレーキパッド４がロータ１
の両側面に押し付けられる。ブレーキパッド４の押圧力
は、車軸に対する制動力として働き、車軸の回転速度を
低下させる。ピストン３を支持するキャリパボディ２に
は、鋳鉄鋳物が従来から使用されている。油圧送給用の
パイプ５は、鋳鉄鋳物の中に配置されることから、鋼製
パイプを鋳鉄に鋳包むことによってキャリパボディ２内
に組み込んでいた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鋳鉄製のキャリパボデ
ィでは、重量が嵩み、車両搭載用機器に強く要求されて
いる軽量化を図ることができない。鋳鉄製に替えてアル
ミニウム製のキャリパボディが使用されると、大幅な軽
量化が可能になる。しかし、キャリパボディの構造及び
機能面から、鋳鉄製をアルミニウム製に単に置き換える
ことはできない。すなわち、シリンダ６にパイプ５から
油を送り込み、ピストン３に油圧を加えることにより車
軸にブレーキがかかるが、このときキャリパボディ２の
ブリッジ部７が開く方向の反力が発生する。

【０００４】アルミニウム製の一体型キャリパボディ２
では、この反力によってブリッジ部７が金属疲労してク
ラックが発生する虞れがあり、安全上の問題が未解決で
ある。ブリッジ部７の金属疲労を回避するため、ブリッ
ジ部７をＡ−Ａ線で２分割してアウタキャリパ及びイン
ナキャリパを製造し、両者をボルトで締め付けることに
よりキャリパボディを組み立てることが知られている
（特開平９−１７７８４３号公報）。しかし、分割型キ
ャリパボディでは、製造工数が増加し、結果的にコスト
が高くなる。また、アウタキャリパとインナキャリパと
の正確な位置合せも必要となり、アウタキャリパ，イン
ナキャリパの鋳造自体にも厳格な管理が要求される。更
には、ディスクブレーキ作動中にアウタキャリパとイン
ナキャリパとを締結するボルトに応力が集中し、ボルト
が破損する虞れがある。そこで、本発明者等は、キャリ
パボディに使用されるアルミニウム合金及び鋳造法を改
良することにより、ブリッジ部に発生しがちな疲労クラ
ックが抑制されることを特願平１０−２６９４２５号で
提案した。この方法では、Ｓｂ添加によって共晶Ｓｉを
細長い形状に微細化し、伸び，疲労強度，耐摩耗性を改
善している。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、先願で提案し
たＳｂに替えてＮａ，Ｓｒ，Ｃａの１種又は２種以上を
微細化剤として使用することによっても共晶Ｓｉが同様
に微細化するとの知見を基に完成されたものであり、ブ
リッジ部の耐疲労クラック性を改善し、製造及び組立て
が容易な一体型のキャリパボディを提供することを目的
とする。本発明のアルミニウム製一体型キャリパボディ
は、その目的を達成するため、ブレーキパッドを介して
ロータに押し付けられるピストンに油圧を送給するアル
ミニウム製パイプがキャリパボディに鋳ぐるまれてお
り、キャリパボディを構成するアルミニウム合金がＳ
ｉ：５〜１１重量％，Ｍｇ：０．２５〜０．７重量％及
びＮａ：０．００２〜０．０２重量％，Ｓｒ：０．００
３〜０．０４重量％，Ｃａ：０．００３〜０．０４重量
％の１種又は２種以上を含み、残部が実質的にＡｌの組
成をもち、不純物として含まれる元素がＰ：０．００２
重量％以下，Ｓｂ：０．０１重量％以下，Ｆｅ：０．３
重量％以下，その他の不純物元素：合計０．５重量％以
下に規制され、鋳造組織の共晶Ｓｉの平均長さが１０μ
ｍ以下，デンドライトアームスペーシングが５０μｍ以
下，介在物の平均個数がＫ₁₀値で０．０２個／ｃｍ² 以
下であることを特徴とする。使用するアルミニウム合金
は、更にＴｉ：０．０５〜０．２５重量％及び／又は
Ｂ：０．０００１〜０．０１重量％を含むことができ
る。

【０００６】このキャリパボディは、溶解炉で溶解し成
分調整したアルミニウム合金溶湯をバッチ式の保持炉
（手元炉）に所定量移湯した後、保持炉で脱ガス，脱
滓，微細化処理したアルミニウム合金溶湯を６８０〜７
５０℃に保持し、１回の鋳造に必要な量の溶湯を湯溜り
に移湯し、湯溜りでの溶湯温度を６４０〜７００℃に調
整した後、被鋳ぐるみ材のアルミニウム製パイプがセッ
トされた金型に溶湯を注湯することにより製造される。
鋳造に際しては、１回の鋳造に必要な量の溶湯を保持炉
から汲み出し、金型の湯溜りに連結されている冷却樋に
移湯し、冷却樋を経て湯溜りに溶湯を供給する。冷却樋
としては、湯溜りに流出する溶湯の流量を調整する堰を
備え、放熱構造をもつ冷却樋が使用される。他方、湯溜
りは、収容している溶湯の降温を抑えて均一な温度分布
にするため、断熱材がライニングされている。湯溜りか
ら金型のキャビティに至る溶湯流路には、下方が開放さ
れた堰が設けられている。湯溜りから送られた溶湯は、
堰を静かに潜って金型内に注入される。溶湯が堰を潜る
とき、溶湯に浮遊している酸化物等の介在物が堰で捕捉
され、清浄化された溶湯が金型内に注入される。

【０００７】金型に注入される溶湯の流量は、湯溜りか
ら送り込まれる溶湯がアルミニウム製パイプに直接接触
することを防止するため、湯溜りから金型のキャビティ
に送り込まれた溶湯の湯面が上昇してアルミニウム製パ
イプを覆った後で、生産性を向上させるため残りの溶湯
をキャビティに急速に供給するように調整される。具体
的には、キャビティ内を上昇する溶湯の湯面がアルミニ
ウム製パイプを覆うまでは、湯溜りから送り込まれる溶
湯がアルミニウム製パイプに直接接触しないように、湯
溜りが一体化された金型又は回転可能な湯溜りを徐々に
回転させながら金型からキャビティに溶湯を送り込む傾
斜鋳造法が採用される。キャビティを溶湯で充填した後
で、湯口を上方に位置させて押し湯効果を働かせると
き、鋳巣等の欠陥が防止される。溶湯注入中には、必要
に応じてアルミニウム製パイプの一端を真空系に接続
し、他端から外気を吸引する。これによって、アルミニ
ウム製パイプが冷却され、溶損が防止される。鋳造後に
５２０〜５４５℃×１〜１５時間の溶体化処理，水焼入
れ，１５０〜１７０℃×２〜１０時間の時効処理を施す
とき、キャリパボディとして必要な機械的特性が付与さ
れる。

【０００８】

【作用】本発明者等は、ブリッジ部７にみられる疲労ク
ラックの発生原因を調査し、疲労クラックの発生に及ぼ
す合金組成，鋳造方法等の影響を検討した。その結果、
疲労クラックは、キャリパボディのアルミニウム合金に
含まれる酸化物等の介在物や粗大な金属間化合物を起点
として発生することを見出した。そこで、介在物や粗大
な金属間化合物を抑制する合金設計及び鋳造方法を解明
した。本発明に従ったキャリパボディに使用されるアル
ミニウム合金は、次のように合金設計されている。

【０００９】Ｓｉ：５〜１１重量％ 金型に注湯された溶湯の湯流れを改善し、熱処理時にＭ
ｇ₂ Ｓｉを析出させて合金の機械強度を向上させる。ま
た、５〜１１重量％にＳｉ含有量を調整することによ
り、被鋳ぐるみ材であるアルミニウム製パイプよりも融
点を下げ、金型に注湯された溶湯によってアルミニウム
製パイプが溶損することを抑制する。Ｓｉ含有量５〜１
１重量％の範囲は亜共晶組成であり、機械加工時の切削
性を向上させる上でも有利である。Ｓｉ含有量が１１重
量％を超える過共晶領域では、凝固時に発生した初晶Ｓ
ｉが応力によってクラック発生源となり、疲労強度を低
下させる。また、過共晶領域ではα−Ａｌ晶がほとんど
ないため材料の伸びが非常に小さくなり、疲労クラック
が発生したときクラックの伝播速度が速く疲労強度が低
下する。他方、５重量％未満のＳｉ含有量では湯流れが
悪くなり、鋳造欠陥の発生，切削性及び強度等が低下す
る傾向がみられる。また、Ｓｉ含有量の低下に伴って融
点が上昇すると、被鋳包み材であるアルミニウム製パイ
プを溶損する虞れが生じる。

【００１０】Ｍｇ：０．２５〜０．７重量％ 熱処理によってＭｇ₂ Ｓｉを形成し、合金の機械強度を
向上させる。しかし、０．７重量％を超える多量のＭｇ
が含まれると、Ｍｇ系酸化物が多くなる。Ｍｇ系酸化物
が製品に混入すると、クラック発生源となって疲労強度
を低下させる。また、伸びを低下させて疲労強度を低下
させる原因にもなる。逆に、０．２５重量％未満のＭｇ
含有量では、Ｍｇ₂ Ｓｉが十分析出せず、必要強度が得
られない。Ｎａ：０．００２〜０．０２重量％，Ｓｒ：０．００３
〜０．０４重量％，Ｃａ：０．００３〜０．０４重量％
の１種又は２種以上 共晶Ｓｉを微細化し、伸び，疲労強度を増大させる作用
を呈し、Ｎａ：０．００２重量％以上，Ｓｒ：０．００
３重量％以上，Ｃａ：０．００３重量％以上の少なくと
も１種でその効果が顕著になる。しかし、０．０２重量
％を超えるＮａ，０．０４重量％を超えるＳｒ又は０．
０４重量％を超えるＣａでは、添加効果が飽和するばか
りでなく、酸化物の生成や水素ガスの吸収が著しくなり
疲労強度を低下させる。

【００１１】Ｔｉ：０．０５〜０．２５重量％及び／又
はＢ：０．０００１〜０．０１重量％ α−Ａｌ晶の鋳造結晶粒を微細化し、デンドライトを小
さく、方向性の無いデンドライト組織に改良することに
より、材料の伸び及び疲労強度の異方性をなくし、伸び
及び疲労強度の値を向上させる作用を呈する。しかし、
０．２５重量％を超えるＴｉ量や０．０１重量％を超え
るＢ量では，クラックの発生源となる粗大なＡｌＢ₂ ，
ＴｉＢ₂ ，ＴｉＡｌ₃ 等が発生し、疲労強度を低下させ
る原因となる。逆に、０．０５重量％未満のＴｉ量又は
０．０００１重量％未満のＢ量では、微細化効果が小さ
くなる。鋳造結晶粒はＴｉ又はＢの単独添加でも微細化
されるが、Ｔｉ及びＢの併用添加によってより微細化効
果が顕著になる。Ｐ：０．００２重量％以下 初晶Ｓｉの微細化剤として使用される元素であるが、Ａ
ｌ−Ｐ系化合物がＳｉの結晶核として働くことから、共
晶Ｓｉの粗大化や初晶Ｓｉの晶出の原因となる。粗大な
共晶Ｓｉや初晶Ｓｉは、クラック発生源となり、疲労強
度を低下させる。また、共晶Ｓｉが粗大化すると、伸び
を低下させる。このようなことから、Ｐ含有量は少ない
ほど好ましいが、合金配合時に不純物として混入するこ
とが避けられない。そこで、本発明においてはＰ含有量
の上限を０．００２重量％に設定した。

【００１２】Ｓｂ：０．０１重量％以下 共晶Ｓｉを微細化する作用を呈する成分であるが、Ｎ
ａ，Ｃａ，Ｓｒ等と共存するとき、Ｎａ，Ｃａ，Ｓｒ等
の働きを妨げる。本発明では、Ｎａ，Ｃａ，Ｓｒで共晶
Ｓｉを微細化させているので、Ｓｂ含有量の上限を０．
０１重量％に設定した。Ｆｅ：０．３重量％以下 クラック発生源となるＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物を作る
元素であることから、少ないほど好ましい。しかし、Ｆ
ｅ含有量を極端に下げることは、合金配合時に使用され
る原料が制約され、結果として合金コストを上げること
になる。そこで、本発明においては、Ｆｅ含有量の上限
を０．３重量％に設定した。その他の不純物元素：合計０．５重量％以下 本発明で使用されるアルミニウム合金は、疲労クラック
発生源となる酸化物の巻込み及び金属間化合物の晶出を
防止する合金設計を採用している。そのため、他の不純
物元素も極力少なくすることが必要である。このような
観点から、本発明においては他の不純物元素の合計量を
０．５重量％以下に規制した。

【００１３】共晶Ｓｉの平均長さ：１０μｍ以下 共晶Ｓｉが小さいほど、合金材料に伸びを与え疲労強度
を向上させる上で有効である。共晶Ｓｉのサイズは、Ｎ
ａ，Ｃａ，Ｓｒ等の添加量によって調整される。共晶Ｓ
ｉが平均長さで１０μｍを超えるようになると、疲労ク
ラックの発生源になり易い。また、ピストンが摺擦する
シリンダ部では耐摩耗性が要求されるため、過度に微細
な共晶Ｓｉは好ましくない。デンドライトアームスペーシング（ＤＡＳ）：５０μｍ
以下 α−Ａｌ晶のＤＡＳが小さいほど、合金材料に伸びが出
て疲労強度を向上させる。そこで、本発明においては，
ＤＡＳの上限値を５０μｍとした。ＤＡＳが５０μｍを
超えると、デンドライトとデンドライトの境界や結晶粒
界に粗大金属間化合物が発生及び凝集し、疲労クラック
の発生源になり易くなる。ＤＡＳを小さくするためには
金型に注湯された溶湯を急冷する必要があるが、本発明
に従った鋳造法では、金型内部の必要個所に冷却機構を
セットし、冷却機構に供給する冷却水で金型を冷却する
ことも可能である。

【００１４】介在物の平均個数：Ｋ₁₀値で０．０２個／
ｃｍ² 以下 肉眼や１０倍ルーペ等で観察される長さ０．１ｍｍ以上
の粗大介在物は、疲労クラックの発生源となる。この種
の粗大介在物は、Ａｌ，Ｎａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ等の酸
化物や酸化皮膜，Ａｌ−Ｓｉ−Ｆｅ系，Ａｌ−Ｔｉ系，
Ｔｉ−Ｂ系，Ｍｇ−Ｓｂ系等の晶出金属間化合物や炉
材，工具等から混入する異物等に由来する。粗大介在物
を観察視野において０．０２個／ｃｍ² 以下に抑えるこ
とが重要であり、これによって初めてキャリパボディ２
のブリッジ部７に疲労クラックの発生がなくなり、疲労
強度及び安全性に優れた一体型のキャリパボディが得ら
れる。介在物の平均個数は、鋳造された合金材料の破断
面を１０倍ルーペで観察し、カウントされた個数を単位
面積当りに換算したＫ₁₀値で表示される。平均個数の測
定に際しては、左右の２破断面を一片とし、５〜６片を
１試料として評価される。本発明では、更にその面積２
５ｃｍ² で１試料のデータとし、７試料のデータの平均
値として介在物の平均個数を算出した。このように求め
られたＫ₁₀値が０．０２個／ｃｍ² 以下であると、優れ
た伸び特性及び疲労強度が合金材料に付与される。他
方、Ｋ₁₀値が０．０２個／ｃｍ² を超える場合、必要と
する疲労強度が得られない。

【００１５】０．０２個／ｃｍ² 以下のＫ₁₀値は、次の
ような方法で達成できる。保持炉に収容した溶湯を回転
脱ガスすることにより、添加したＮａ，Ｃａ，Ｓｒ等に
由来する酸化物，酸化皮膜等を溶湯から浮上分離させ
る。浮上したスラグを溶湯から除去すると、酸化物，酸
化皮膜等の極めて少ないアルミニウム合金溶湯となる。
Ｍｇ，Ａｌ等も酸化皮膜となって溶湯表面に浮遊する
が、これら酸化皮膜も、除滓時に溶湯から分離される。
溶湯を保持炉から湯溜りに移湯する際には、酸化物や酸
化物皮膜が溶湯に巻込まれないような方法を採用する。
更に、製造条件を調整することによって、Ｆｅ，Ｔｉ，
他の元素が粗大晶出物に成長することを防止する。炉材
や工具に由来する介在物は、溶湯を高温で保持すること
によって溶湯から分離される。

【００１６】たとえば、Ｎａ処理では、回転脱ガスと同
時に或いは事前にＮａ系フラックスを添加して水素ガス
量を低減すると共に、Ｎａ系の酸化物を除去する。Ｓ
ｒ，Ｃａ等で処理する場合、Ａｌ−８０％Ｓｒ，Ａｌ−
１０％Ｓｒ，Ａｌ−１０％Ｃａ等の母合金を添加した後
又は添加と同時に溶湯を回転脱ガス処理し、水素ガス量
を低減すると共に介在物を除去する。回転脱ガスに際し
ては、Ａｌ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｃａ等の酸化物や酸化皮膜の
巻込みがないように処理条件を設定する。なお、特願平
１０−２６９４２５号で提案したＳｂ添加による共晶Ｓ
ｉの微細化処理ではＳｂは酸化されにくいが、酸化され
やすいＮａ，Ｃａ，Ｓｒ等を微細化剤として使用する本
発明では、介在物の除去に注意を要する。

【００１７】高温保持：保持炉で６８０〜７５０℃に保
持 所定組成となるように配合された原料は、溶解後、脱ガ
ス，微細化処理，脱滓等の工程を経てアルミニウム合金
溶湯に調製される。溶製された溶湯は、保持炉で６８０
〜７５０℃に保持され、安定した高品質溶湯が得られ
る。保持炉としては、溶湯を適確に管理して品質を安定
化させる上で５００〜１０００ｋｇ程度の小さな手元炉
が好ましい。高温保持処理によって、溶製段階で発生し
た酸化物等の介在物や炉材，工具由来の異物が溶湯から
分離され、炉滓として溶湯表面に浮上する。したがっ
て、炉滓を除去するとき、酸化物等の炉滓が製品中に持
ち込まれることが防止され、疲労クラックの発生源とな
る介在物を可能な限り少なくした合金溶湯が得られる。

【００１８】保持温度は、このようなことから６８０〜
７５０℃の温度範囲に設定される。しかし、Ｎａ，Ｃ
ａ，Ｓｒ等は長時間保持によって消耗し、共晶Ｓｉの微
細化に有効な量が少なくなるので、保持時間は３時間以
内に設定することが好ましい。７５０℃を超える保持温
度では、Ｎａ，Ｓｒ，Ｃａ等の減耗が大きく、熱エネル
ギの消費量が大きくなりすぎ、逆に６８０℃に達しない
保持温度では、溶湯の粘性が高くなって介在物の浮上分
離が不充分になる。また、６８０℃未満の温度で溶湯を
長時間保持すると、鋳造結晶粒の微細化剤として添加し
たＴｉが粗大なＴｉＡｌ₃ となって溶湯中に晶出する。
ＴｉＡｌ₃ 晶出物が製品に混入されると、疲労クラック
の発生源となる。この点でも、溶湯保持温度を６８０〜
７５０℃の範囲に設定することが重要である。保持炉か
ら湯溜りに溶湯を移湯する段階でも、１回の鋳造に必要
な溶湯量をレードルで汲み取るとき酸化物が溶湯に混入
する虞れがある。そこで、汲取りに当たっては酸化物の
巻込みがないように注意を払う必要がある。

【００１９】鋳造 以上のように用意されたアルミニウム合金溶湯は、重力
鋳造，低圧鋳造等によって鋳造される。金型には予め油
圧供給用のアルミニウム製パイプがセットされている
が、中子や金型の内部を水冷することにより鋳造組織の
ＤＡＳを小さくできる。金型に注入される溶湯は、金型
内にセットされているアルミニウム製パイプの溶損を防
止するため、金型内での溶湯温度が５８５〜６４０℃と
なるように温度調整することが好ましい。そこで、保持
炉に収容されている温度６８０〜７５０℃の溶湯を如何
に降温させて鋳造するかが重要な問題になる。本発明で
は、保持温度６８０〜７５０℃から注湯温度５８５〜６
４０℃への降温を工業的に実施するため、以下に示す方
法を採用する。

【００２０】（方法１）金型１０の湯口１１の近傍に、
１回の鋳込み量の溶湯Ｍを収容できる湯溜り１２を金型
１０と一体的に設ける。湯溜り１２に収容されている溶
湯Ｍの温度を６４０〜７００℃に管理すると、金型１０
に注入された溶湯Ｍは金型１０により冷却され溶湯温度
５８５〜６４０℃に降温する。保持炉（図示せず）から
レードル１３で汲み出される溶湯Ｍは、６８０〜７５０
℃の温度であり、この溶湯Ｍを湯溜り１２に直接移湯
し、湯溜り１２で６４０〜６８０℃まで降温するまで溶
湯Ｍを保持することも可能である。しかし、湯溜り１２
に収容される溶湯Ｍは、１回の鋳込み量の溶湯であり、
鋳込み回数ごとに降温を待つことは生産的でない。した
がって、保持炉から冷却樋１４に溶湯Ｍを移湯すること
が好ましい。冷却樋１４は、移湯された溶湯Ｍを降温さ
せる放熱構造をもっている。具体的には、厚さ１〜２０
ｍｍの鋼製で、内側に離型剤が薄くコーティングされて
いる。

【００２１】冷却樋１４の出側に堰１５が設けられ、堰
１５の下方が流出口１６になっている。堰１５は、保持
炉からレードル１３を経て湯溜り１２に運ばれた炉滓
や、冷却樋１４に収容されている間で溶湯Ｍの表面に生
成した酸化皮膜が湯溜り１２に流れ込むことを防止す
る。冷却樋１４は、更に流出口１６から溶湯Ｍが流出す
る量を調整し、冷却樋１４にある溶湯Ｍの滞留時間，ひ
いては溶湯Ｍの降温や温度調節にも有効である。なお、
より積極的に流量調整するためには、冷却樋１４に対し
て堰１５を昇降可能に設け、流出口１６の流路断面積を
可変にすることが好ましい。溶湯Ｍは、堰１５を潜って
流出口１６から供給樋１７に沿って湯溜り１２に送り込
まれる。６８０〜７５０℃で冷却樋１４に移湯された溶
湯Ｍは、冷却樋１４，供給樋１７を経て湯溜り１２に流
入した段階で６４０〜７００℃に降温する。レードル１
３から冷却樋１４を経て湯溜り１２に溶湯Ｍが移動する
時間は十数秒程度であり、短時間のうちに溶湯Ｍが注湯
に有効な６４０〜７００℃まで降温するため、鋳込み作
業は高生産性で実施される。

【００２２】湯溜り１２は、たとえば厚さ１〜５ｃｍの
断熱材１８をライニングした保温構造をもち、断熱材１
８の表面に離型剤がコーティングされている。そのた
め、湯溜り１２から金型１０に溶湯Ｍを注入する際、溶
湯Ｍの温度が過度に下がることがなく、金型１０内での
湯流れが保証される。湯溜り１２に収容された溶湯Ｍ
は、湯溜り１２の保温構造によって温度分布が均一化さ
れ、安定条件下で金型１０に注入・鋳造される。湯溜り
１２から金型１０のキャビティ１９に至る溶湯流路に
は、下方が開放された堰２２が設けられている。溶湯Ｍ
は、湯面が堰２２に接触した状態で堰２２を潜ってキャ
ビティ１９に流入する。堰２２としては、たとえば離型
剤が塗布された鋼製部材が使用される。溶湯Ｍが堰２２
を潜る際、溶湯Ｍの湯面に浮遊している酸化物，酸化皮
膜等が堰２２で捕捉され溶湯Ｍから分離されるため、キ
ャビティ１９に流入する溶湯Ｍは、酸化物，酸化皮膜等
のない清浄な溶湯になる。特に、Ｓｂに比較して酸化さ
れやすいＮａ，Ｃａ，Ｓｒ等を微細化剤として使用して
いるため、堰２２による酸化物，酸化皮膜等の分離除去
は、鋳造製品の品質向上に有効である。湯溜り１２内に
ある溶湯Ｍの温度が６４０〜７００℃の範囲にあること
を確認した後、湯溜り１２から堰２２を経て金型１０に
溶湯Ｍが注入される。なお、金型１０には中子２０及び
アルミニウム製パイプ２１が予めセットされており、湯
口１１が水平方向を向くように金型１０が配置されてい
る。

【００２３】金型１０に溶湯Ｍを注入するに当たって
は、図３に示すようにグランドレベルＧＬ上にある金型
１０の端部コーナを回転中心Ｏとして金型１０を徐々に
回転させる。金型１０の回転に伴って、金型１０と一体
化されている湯溜り１２が傾動し、溶湯Ｍが湯溜り１２
から湯口１１を経て金型１０内のキャビティ１９にゆっ
くりと流し込まれる。キャビティ１９に向かう溶湯Ｍの
流れがアルミニウム製パイプ２１に直接接触すると、ア
ルミニウム製パイプ２１を溶損する虞れがある。そこ
で、溶湯Ｍが金型１０の内壁に沿ってキャビティ１９に
流入するように金型１０の回転速度を調整すると、溶湯
Ｍとアルミニウム製パイプ２１との直接接触が防止さ
れ、アルミニウム製パイプ２１が溶損から保護される。
湯溜り１２から湯口１１に至る底面や湯口１１の傾斜面
を工夫することによっても、溶湯Ｍとアルミニウム製パ
イプ２１との直接接触が防止される。

【００２４】流入した溶湯Ｍは、キャビティ１９の底の
方から溜まり、徐々に湯面Ｓを上昇させる。そして、金
型１０や中子２０で冷却された溶湯Ｍが徐々にアルミニ
ウム製パイプ２１を鋳包んでいく。なお、疲労クラック
の発生原因ともなる鋳巣を防止するため溶湯Ｍの冷却が
促進されるように、必要個所を冷却水で冷却する水冷機
構を備えた金型１０，中子２０を使用し、溶湯Ｍを冷却
しながら注入することが好ましい。また、鋳込みの最中
に、アルミニウム製パイプ２１の一端を真空系に接続
し、他端から外気を吸引することによってアルミニウム
製パイプ２１を冷却すると、アルミニウム製パイプ２１
の溶損が確実に防止される。真空吸引による冷却は、鋳
込み作業の安全性を確保する上でも有効である。仮に、
アルミニウム製パイプ２１が溶損してパイプの内部空間
が溶湯Ｍに接触するような事態が生じても、真空吸引で
アルミニウム製パイプ２１内に送り込まれた溶湯Ｍがそ
のまま凝固してパイプを閉塞させるため、作業の安全性
が図られる。これに対し、加圧空気や冷却水をアルミニ
ウム製パイプ２１に送り込んで冷却する方式では、アル
ミニウム製パイプ２１の溶損時に加圧空気や水が溶湯Ｍ
中に吹き出し危険である。

【００２５】金型１０を更に回転させ、傾斜角がθ₁ →
θ₂ になった段階（図４）では、湯面Ｓがアルミニウム
製パイプ２１を完全に覆った状態になる。この状態で
は、湯溜り１２からキャビティ１９に流入する溶湯Ｍが
アルミニウム製パイプ２１に直接当たることがない。そ
こで、生産性を上げるため、金型１０の回転速度を上昇
させ、直立状態（図５）まで一挙に回転させる。直立状
態では湯口１１が垂直上方に向いており、キャビティ１
９に注入された溶湯Ｍが押し湯Ｈで加圧され鋳巣の発生
が抑制される。

【００２６】（方法２）湯溜り１２を一体化した金型１
０の回転に代え、金型１０から分離された湯溜り１２を
回転させることによっても、湯溜り１２から流入する溶
湯Ｍがアルミニウム製パイプ２１に直接接触することを
防止できる。たとえば、図６に示すように金型１０を所
定の傾斜角度θ₃ をもって金型を斜めに配置し、回転可
能な湯溜り１２を金型１０から斜め上方に延びた湯口１
１に臨ませる。湯口１１は、キャビティ１９に流入する
溶湯Ｍがアルミニウム製パイプ２１に直接接触しないよ
うに、流れ込んだ溶湯Ｍがキャビティ１９の底部から溜
まる位置関係で設けられている。溶湯Ｍの注入初期段階
では、キャビティ１９内に溶湯Ｍが徐々に溜まるように
湯溜り１２の回転速度を遅くする。そして、注入された
溶湯Ｍがアルミニウム製パイプ２１を完全に覆った段階
で、湯溜り１２の回転速度を上げ、残りの溶湯Ｍを一挙
にキャビティ１９に注入する。１回分の量の溶湯Ｍが注
入された後、金型１０を回転させ押し湯効果を働かせ
る。或いは、図６に示すように十分なヘッドで湯口１１
を設けた場合、金型１０を回転させなくても、湯口１１
に溜まっている溶湯Ｍが押し湯Ｈとなってキャビティ１
９内の溶湯を加圧する。

【００２７】アルミニウム製パイプ 金型１０に予めセットされるアルミニウム製パイプ２１
は、中子２０で保持されてキャビティ１９内の所定位置
に確保される。アルミニウム製パイプ２１は、溶湯Ｍで
鋳ぐまれ、内部が油圧供給路となる。中実の鋳物を直接
機械加工して孔を開けてキャリパボディを製造する方法
もあるが、鋳造後の機械加工では製造コストが嵩む。こ
の点、本発明においては、キャリパボディを構成するア
ルミニウム鋳物合金でアルミニウム製パイプ２１を鋳ぐ
るんでいるので、鋳造後の機械加工が省略でき、製造コ
ストが低減される。アルミニウム製パイプ２１は、通常
の仕様では外径５〜７ｍｍ、内径２〜４ｍｍであり、複
雑な立体形状に成形されることから加工しやすく且つ加
工後のスプリングバックが少ない材質であることが一般
に要求される。そのため、１０００系，３０００系，６
０００系等（具体的には，Ａ１０５０，Ａ３００３，Ａ
６０６３）のアルミニウム合金が使用される。

【００２８】アルミニウム製パイプ２１を金型１０にセ
ットして溶湯Ｍをキャビティ１９に注入するため、溶湯
Ｍの熱でアルミニウム製パイプ２１が溶損しないことが
要求される。１０００系，３０００系等のアルミニウム
合金の融点が６４０〜６６０℃であるので、溶湯Ｍとし
ては融点６３０℃以下の鋳物用合金が使用される。鋳物
用合金の融点は、Ｓｉ含有量によって調整できる。好ま
しくは６１５℃近傍の融点をもつ鋳物用合金を使用し、
金型１０内にある溶湯Ｍの温度が５８５〜６４５℃とな
るように鋳造条件を選定する。また、アルミニウム製パ
イプ２１の溶損を防止するため、陽極酸化皮膜，離型剤
等の断熱材でアルミニウム製パイプ２１を被覆しておく
ことも好ましい。

【００２９】熱処理 鋳造されたキャリパボディ（以下、素形材という）に
は、アルミニウム製パイプ２１が鋳ぐまれている。素形
材は、押し湯Ｈ等を切断分離した後で溶体化処理され
る。溶体化処理によって、Ｓｉ，Ｍｇ等の合金成分がマ
トリックスに固溶し、晶出した共晶Ｓｉの角部が丸くな
り伸びが向上する。共晶Ｓｉの平均長さは、鋳造時に比
較して短くなる。溶体化処理後、Ｍｇ₂ Ｓｉ等の析出に
よって強度を向上させる時効処理が施される。素形材に
施される熱処理としては、溶体化処理（５２０〜５４５
℃×１〜１５時間）→水焼入れ→人工時効（１５０〜１
７０℃×２〜１０時間）→空冷のＴ６処理が好ましい。
溶体化処理温度が５２０℃未満では、Ｓｉ，Ｍｇ等の固
溶が十分に進行しない。逆に５４５℃を超える溶体化処
理温度では、昇温に見合った効果が得られず経済的でな
いばかりでなく、一部に溶解が発生しやすくなる。溶体
化処理された素形材は、均一な焼入れ性を得るため、５
０〜８０℃程度に保持した水中に焼入れされる。次い
で、１５０〜１７０℃の加熱によりＭｇ₂ Ｓｉが析出
し、強度及び伸びが確保される。１５０℃を下回る時効
処理温度ではＭｇ₂ Ｓｉの析出が不充分であり、１７０
℃を超える時効処理温度では析出粒子が大きくなり却っ
て強度が低下しやすい。

【００３０】熱処理された素形材は、機械加工され、必
要に応じて硬質アルマイト処理が施される。硬質アルマ
イト処理では、耐摩耗性の改善に有効な膜厚３０〜４０
μｍ程度の陽極酸化皮膜をシリンダ面に形成する。この
ようにして得られたキャリパボディは、他の部品と組み
合わされてディスクブレーキに組み立てられる。このキ
ャリパボディには、疲労クラックの発生源となる介在物
がなく、結晶粒径も適正に調整されているので、ピスト
ン３の反力が繰返し加わる条件下でも、ブリッジ部７に
クラックが発生することがない。しかも、一体型である
ことから、分割型キャリパボディに比較して鋼製締付け
ボルト，ナット等が不要になり、その分だけ軽量化され
た製品となる。また、機械加工の工数が減るため、安価
に提供できる。

【００３１】

【実施例】組成を調整したアルミニウム合金溶湯を保持
炉に移湯し、回転脱ガス処理，微細化処理，脱滓等の通
常の溶湯処理を施し、保持炉で７２５℃に４０分間保持
した。本発明に従った合金１では、ＮａＦ＋ＮａＣｌの
混合フラックスを用いたＮａ処理で微細化した。比較合
金２の溶湯は、本発明合金１と同じ組成で同様に溶湯処
理したものを使用したが、堰２２を設けていない溶湯流
路を介して湯溜り１２から金型１０のキャビティ１９に
注入した。比較合金３の溶湯は、堰２２のある溶湯流路
を介してキャビティ１９に注入されたが、微細化処理し
ていない溶湯である。各合金の組成（重量％）は、次の
通りである。

【００３２】 本発明合金１及び比較合金２： Ｓｉ：７．２０％， Ｍｇ：０．５１％， Ｔｉ：０．２０％， Ｂ：０．００１％， Ｐ：０．０００６％， Ｃａ：０．００１％， Ｎａ：０．００６％， Ｓｒ：０．００００％， Ｆｅ：０．１３％， Ｃｕ：０．０１％， Ｍｎ：０．００％， Ｃｒ：０．００％， Ｚｎ：０．０１％， Ｓｎ：０．００％， Ｎｉ：０．００％， Ｐｂ：０．００％， Ｓｂ：０．０００２％ 比較合金３： Ｓｉ：６．９％， Ｍｇ：０．５０％， Ｔｉ：０．１８％， Ｂ：０．００１％， Ｐ：０．０００５％， Ｃａ：０．００１％， Ｎａ：０．０００５％， Ｓｒ：０．００００％， Ｆｅ：０．１５％， Ｃｕ：０．００％， Ｍｎ：０．００％， Ｃｒ：０．００％， Ｚｎ：０．００％， Ｓｎ：０．００％， Ｎｉ：０．００％， Ｐｂ：０．００％ Ｓｂ：０．０００２％

【００３３】鋳造装置としては、図２に示す設備構成を
もつ装置を使用し、外径６ｍｍ，内径４ｍｍのＡ３００
３アルミニウム合金パイプ２１を金型１０に予めセット
した。本発明合金１及び比較合金２のそれぞれ１０ｋｇ
をレードルに汲み取り、冷却樋１４に移湯した。冷却樋
１４で冷却された溶湯Ｍは、堰１５を潜り抜け、湯溜り
１２に溜められた。湯溜り１２内で溶湯Ｍの温度が６７
２℃になった時点で金型１０を回転させ、本発明合金１
及び比較合金３の溶湯では、金型１０の入口に設けた堰
２２を経て、アルミニウム製パイプ２１に溶湯Ｍが直接
当たらないようにキャビティ１９に溶湯Ｍを注入した。
比較合金２の溶湯では、入口に堰２２のない金型１０を
使用する以外は同様の方法でキャビティ１９に注入し
た。金型１０に注入された溶湯Ｍの湯面Ｓは、キャビテ
ィ１９の底から徐々に上昇し、アルミニウム製パイプ２
１を完全に覆った。具体的には、約２度／秒の回転速度
で金型１０を回転させ、回転開始から２５秒経過して傾
斜角が５０度になったとき、アルミニウム製パイプ２１
の全体が湯面Ｓの下に潜った。そこで、金型１０の回転
速度を８度／秒に速めて金型１０を直立（図５）させ、
金型１０内の溶湯Ｍを押し湯Ｈで加圧した。金型１０の
回転開始から３０秒経過した時点で鋳造が完了した。

【００３４】次いで、金型１０の冷却を継続し、鋳造開
始から１４５秒経過した時点で金型１０から製品を取り
出した。

【００３５】本実施例においては、アルミニウム製パイ
プ２１は、真空吸引方式で冷却されることなく、キャビ
ティ１９に注入された溶湯Ｍに鋳ぐまれた。アルミニウ
ム製パイプ２１に及ぼす溶湯Ｍの熱影響を調査するた
め、アルミニウム製パイプ２１の近傍１ｍｍの位置に温
度計Ｔを設置し、アルミニウム製パイプ２１の近傍にあ
る溶湯Ｍの温度を検出した。温度計Ｔで指示された溶湯
Ｍの温度は最高でも６１７℃に過ぎず、アルミニウム製
パイプ２１に使用されたＡ３００３アルミニウム合金の
融点約６５５℃より十分に低い温度であった。そのた
め、鋳造後に得られた素形体を切断し鋳ぐるまれたアル
ミニウム製パイプ２１を調査してみても、溶損に起因す
るダメージが何ら検出されず、油圧回路として十分使用
できることが判った。

【００３６】以上の鋳造を、本発明合金１及び比較合金
２，３を使用して７回繰り返した。得られた各素形材の
中心部から試験片を切り出し、ミクロ組織，機械的性質
及び介在物分布を調査した。ミクロ組織観察では、ＤＡ
Ｓを測定すると共に、観察結果を画像処理して共晶Ｓｉ
の平均長さを求めた。介在物分布の調査では、素形体か
ら切り出した高さ０．５ｃｍ，長さ５ｃｍの長尺厚板に
ノッチを入れて破断し、肉眼及び１０倍ルーペで１試料
につき０．５ｃｍ×５ｃｍの１０破断面（２面）を観察
して介在物の個数をカウントし、カウント数からＫ₁₀値
を算出した。介在物は大半が酸化物系であり、０．１〜
３ｍｍ程度の介在物が黒味がかった色調を呈していた。

【００３７】表１の調査結果にみられるように、本発明
合金１及び比較合金２における共晶Ｓｉは、１０μｍ以
下の平均長さであるが、Ｎａ処理していない比較合金３
に比較して小さな値になっている。共晶Ｓｉの平均長さ
の相違は、本発明合金１及び比較合金２ではＮａで微細
化処理されているのに対し、比較例３が無処理であるこ
とに原因がある。介在物は、比較合金２に多く含まれて
いた。多量の介在物は、回転脱ガス処理及び除滓処理で
清浄化された溶湯を保持炉から湯溜り１２に移す過程
で、微細化剤Ｎａの酸化によって生じ湯面に浮遊してい
る酸化物，酸化皮膜等が溶湯Ｍから分離されることな
く、キャビティ１９に流入し、鋳物に取り込まれたこと
が原因である。他方、本発明合金１では、酸化物，酸化
皮膜等が堰２２で捕捉されて溶湯Ｍから分離されるた
め、得られた鋳物の清浄度が高くなっている。堰２２に
よる酸化物，酸化皮膜等の捕捉作用は比較合金３でもみ
られるが、比較合金３の鋳物では共晶Ｓｉのサイズが大
きな鋳造組織になっている。ＤＡＳは、合金系及び冷却
速度で決まる値であり、本発明合金１，比較合金２，３
の何れも同じ条件を採用しているので、５０μｍ以下の
ほぼ同じ値を示している。

【００３８】

【００３９】次いで、各素形材にＴ６処理（溶体化５３
５℃×６時間→水焼入れ→室温に６時間放置→人工時効
１５５℃×５時間）を施した。熱処理後の素形材から試
料を切り出し、引張強さ，０．２％耐力，伸び及びクラ
ウゼ式回転曲げ疲労試験機による疲労強度を測定した。
クラウゼ式回転曲げ疲労試験では、試験片に１２０Ｎ／
ｍｍ² の応力を掛け、破断するまでの回転数を求めた。
表３の調査結果にみられるように比較例２の伸びが平均
で６．０％程度であるのに対し、本発明例１では、表２
にみられるように平均でも９．９％程度の高い伸びを示
していた。このことから、本発明品１は、靭性及び衝撃
荷重に優れていることが判る。疲労特性についても、本
発明品１は、不純物の数が少ないため、比較例２に比べ
て高い疲労強度を示し、キャリパボディに適した材質と
いえる。疲労強度にこのような大きな差が生じる原因
は、介在物の分散状態及び共晶Ｓｉのサイズに原因があ
る。すなわち、比較合金２では、疲労クラックの発生原
因である介在物が多量に分散していることから、低い疲
労強度を示している。他方、本発明品１では、２５ｃｍ
² の面積で０．２８個（換算すると０．０１１２個／ｃ
ｍ² ）の介在物が観察されたに止まり、介在物の少ない
ことが優れた疲労強度となって現れている。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のキャリ
パボディにおいては、共晶Ｓｉの微細化効果が高いＮ
ａ，Ｓｒ，Ｃａ等を微細化処理剤として使用し、適切な
溶湯処理及び溶湯保持によって清浄な溶湯を作り、更に
移湯工程で生成する酸化物を金型の前で溶湯から分離す
ることにより、酸化物の発生及び発生した酸化物を除去
して清浄な溶湯を金型に注入し、疲労クラックの発生原
因となる介在物を減少させると共に、共晶Ｓｉの形体を
制御している。このようにして得られた鋳造体は、優れ
た疲労特性及び機械的性質を示すことから、ブリッジ部
に疲労クラックの発生がない一体型のキャリパボディと
して使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一体型キャリパボディの断面図

【図２】 本発明に従った鋳造法の説明図

【図３】 金型を回転させている状態を示す図

【図４】 アルミニウム製パイプが溶湯で覆われた状態
を示す図

【図５】 金型を直立させた図

【図６】 金型を固定し湯溜りを回転可能にした装置を
示す図

【符号の説明】

１：ロータ ２：キャリパボディ ３：ピストン
４：ブレーキパッド ５：パイプ ６：シリンダ ７：ブリッジ部 １０：金型 １１：湯口 １２：湯溜り １３：
レードル １４：冷却樋 １５：堰 １６：流出
口 １７：供給樋 １８：断熱材 １９：キャビ
ティ ２０：中子 ２１：アルミニウム製パイプ
２２：堰 Ｍ：溶湯 ０：回転中心 Ｓ：湯面 Ｈ：押し湯
Ｔ：温度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉田 薫 東京都品川区東品川二丁目２番20号 日 本軽金属株式会社内 (72)発明者 橋本 昭男 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社 グループ技術セ ンター内 (56)参考文献 特開 平５−263174（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−13407（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−5833（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 21/00 - 21/18 B22D 19/00 - 19/16 F16D 65/02 - 65/12

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレーキパッドを介してロータに押し付
   けられるピストンに油圧を送給するアルミニウム製パイ
   プがキャリパボディに鋳ぐるまれており、キャリパボデ
   ィを構成するアルミニウム合金がＳｉ：５〜１１重量
   ％，Ｍｇ：０．２５〜０．７重量％，及びＮａ：０．０
   ０２〜０．０２重量％，Ｓｒ：０．００３〜０．０４重
   量％，Ｃａ：０．００３〜０．０４重量％の１種又は２
   種以上を含み、残部が実質的にＡｌの組成をもち、不純
   物として含まれる元素がＰ：０．００２重量％以下，Ｓ
   ｂ：０．０１重量％以下，Ｆｅ：０．３重量％以下，そ
   の他の不純物元素：合計０．５重量％以下に規制され、
   鋳造組織の共晶Ｓｉの平均長さが１０μｍ以下，デンド
   ライトアームスペーシングが５０μｍ以下，介在物の平
   均個数がＫ₁₀値で０．０２個／ｃｍ² 以下であるアルミ
   ニウム製一体型キャリパボディ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアルミニウム合金が更に
   Ｔｉ：０．０５〜０．２５重量％及び／又はＢ：０．０
   ００１〜０．０１重量％を含むアルミニウム製一体型キ
   ャリパボディ。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の組成に調整された
   アルミニウム合金溶湯を溶解炉からバッチ式の保持炉に
   移湯し、脱ガス，脱滓，微細化処理した後、保持炉で６
   ８０〜７５０℃に保持し、１回の鋳造に必要な量の溶湯
   を湯溜りに移湯し、湯溜りでの溶湯温度を６４０〜７０
   ０℃に調整した後、被鋳ぐるみ材のアルミニウム製パイ
   プがセットされた金型に溶湯を注湯することを特徴とす
   る一体型キャリパボディの製造方法。
4. 【請求項４】 １回の鋳造に必要な量の溶湯を保持炉か
   ら汲み出し、金型の湯溜りに連結されている冷却樋に移
   湯し、冷却樋を経て湯溜りに溶湯を供給する請求項３記
   載の一体型キャリパボディの製造方法。
5. 【請求項５】 湯溜りに流出する溶湯の流量を調整する
   堰を備え、放熱構造をもつ冷却樋を使用する請求項３又
   は４記載の一体型キャリパボディの製造方法。
6. 【請求項６】 断熱材がライニングされた湯溜りを使用
   する請求項３又は４記載の一体型キャリパボディの製造
   方法。
7. 【請求項７】 湯溜りから金型に至る溶湯の流路に堰を
   設けている請求項３〜６の何れかに記載の一体型キャリ
   パボディの製造方法。
8. 【請求項８】 湯溜りから金型のキャビティに送り込ま
   れた溶湯の湯面が上昇してアルミニウム製パイプを覆っ
   た後で、残りの溶湯をキャビティに急速に供給すること
   により、湯溜りから送り込まれる溶湯がアルミニウム製
   パイプに直接接触することを防止する請求項３〜７の何
   れかに記載の一体型キャリパボディの製造方法。
9. 【請求項９】 キャビティ内を上昇する溶湯の湯面がア
   ルミニウム製パイプを覆うまでは、湯溜りから送り込ま
   れる溶湯がアルミニウム製パイプに直接接触しないよう
   に、湯溜りが一体化された金型又は回転可能な湯溜りを
   徐々に回転させながら金型からキャビティに溶湯を送り
   込む請求項８記載の一体型キャリパボディの製造方法。
10. 【請求項１０】 キャビティに溶湯を注入した後、湯口
    を上方に位置させて押し湯効果を働かせる請求項３〜９
    の何れかに記載の一体型キャリパボディの製造方法。
11. 【請求項１１】 溶湯注入中、アルミニウム製パイプの
    一端を真空系に接続し、他端から吸引される外気により
    アルミニウム製パイプを冷却する請求項３〜１０の何れ
    かに記載の一体型キャリパボディの製造方法。
12. 【請求項１２】 鋳造後に５２０〜５４５℃×１〜１５
    時間の溶体化処理，水焼入れ，１５０〜１７０℃×２〜
    １０時間の時効処理を施す請求項３〜１１何れかに記載
    の一体型キャリパボディの製造方法。