JP3435936B2 - 軽量複合ブレーキディスクおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両等に用いら
れる摩擦によって機械的に制動力を得るディスクブレー
キのディスク、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両や自動車および自動二輪車など
の機械的制動方式としては、ブロックブレーキ、ドラム
ブレーキおよびディスクブレーキなどが使用されてい
る。近年は、とくに車両の高速化や大荷重化に伴い、デ
ィスクブレーキが多用されるようになってきた。このデ
ィスクブレーキとは、ブレーキディスクとブレーキライ
ニングとの摩擦によって制動力を得る装置である。鉄道
車両の場合を例にとれば、ドーナツ形の円盤状の摺動面
と、その摺動面を後背部で支持し、車輪などの回転部分
に取り付ける基部とから構成される。走行時回転してい
る摺動面にブレーキライニングを押し付けることにより
制動力を得る。この摺動面を有する円盤形状の部品をブ
レーキディスクと称する。

【０００３】ブレーキディスクに用いる材料は、制動時
の摩擦により摩耗と温度上昇が生じるので耐摩耗性、耐
熱性および耐熱き裂性が要求される。この熱き裂とは、
制動ごとに生ずる熱応力の繰返しで発生する熱疲労き裂
のことである。

【０００４】従来、このブレーキディスクには鋳鉄、鍛
鋼もしくはステンレス鋼などの一体ものが使用されてき
た。しかしながら、車両の高速化、地球環境保護のため
の省エネルギ対策としての軽量化、バネ下重量低減によ
る乗り心地改善等の要求からブレーキディスクにもアル
ミニウムやアルミニウム合金を使うという動向が見られ
る。アルミニウムやアルミニウム合金は、同じ温度分布
および応力分布で比較すると鋳鉄や鍛鋼に比して、耐摩
耗性、耐熱性および耐熱き裂性のいずれをとっても著し
く劣る。しかし、熱伝導度が良好なため発生した摩擦熱
が速やかに放散されるので、摺動面の温度上昇を鋼製の
ブレーキディスクよりはるかに低く抑えることが可能で
ある。このため、耐熱性および耐熱き裂性は、材料強度
から推測されるほどには低下しない。しかし、強度が低
いので耐摩耗性は大きく劣り、アルミニウムやアルミニ
ウム合金そのものをブレーキディスクに適用することは
困難である。

【０００５】このようなアルミニウムの良好な熱伝導と
軽量であることを活かしたブレーキディスクとして、ア
ルミニウム合金のディスクまたはドラムの摺動面に耐摩
耗性のすぐれた、２〜４％Ｃ、１０〜３０％Ｃｒの鉄合
金をプラズマ溶射や鋳ぐるみ法にて被覆したブレーキ部
材の発明が、特開昭６０−８９５５８号公報に示されて
いる。しかしながらこの場合、摺動面に被覆したＦｅ−
Ｃｒ−Ｃ合金層と基部のアルミニウム合金との弾性率や
熱膨張係数の違いから、制動の繰り返しにより基部と被
覆層の境界面で剥離が生ずるという問題がある。

【０００６】また、アルミニウムそのものの耐摩耗性を
向上させる方法として、特開昭５９−１７３２３４号公
報には、粒子状や繊維状のＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃
Ｎ₄等を分散させたブレーキロータ（ディスク）の発明
が提示されている。このような複合材料を使うことによ
り耐摩耗性は向上するが、高価であり、かつ靭性が低い
ことに起因して折損を発生するおそれがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、鉄道車両の
ような高速かつ高負荷のブレーキのディスクの軽量化を
目的に、従来の鋼製と同等の耐摩耗性、耐熱性および耐
熱き裂性を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金
製のブレーキディスクおよびその製造方法を提供するこ
とを課題になされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らはアルミニウ
ムまたはその合金の使用による軽量化と、良好な熱伝導
性に着目し、その耐摩耗性を向上させることによる高速
高負荷のブレーキディスクの実用化の検討を種々おこな
った。その結果、下記〜が判明した。

【０００９】アルミニウムまたはアルミニウム合金は
ブレーキディスクの基部などの構造部材として十分な強
度を持つ。

【００１０】摺動部での耐摩耗性向上には、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金をベース材とし粒子または
繊維状のセラミックスを分散させた複合材料が最良の結
果を示す。

【００１１】複合材料は靭性および抗折力に劣るの
で、基部などの構造部材も含めたディスク全体には使用
できない。

【００１２】複合材料は高価格のため全体に使用した
のでは経済性の点でも劣る。

【００１３】そこで、ディスクの摺動面に耐摩耗性の優
れた上記の複合材料を置き、これを基部のアルミニウム
またはアルミニウム合金と金属的に結合させ一体化した
複合構造とすることによって軽量化ブレーキディスクと
その製造方法を完成することができたのである。すなわ
ち本発明の要旨は次のとおりである。

【００１４】（１）（図１参照） アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる基部１
と、アルミニウムまたはアルミニウム合金にセラミック
スの粒子または繊維を分散させた複合材料からなり摺動
面を構成する表層部３とを備えるブレーキディスクであ
って、前記表層部は、前記基部と一体化鋳造された後、
熱間プレスすることにより金属的に結合して一体となっ
て前記ブレーキディスクの片面にのみ備えられ、前記表
層部の厚さは、前記基部と前記表層部とを合わせたブレ
ーキディスク最大厚さの３％以上３０％以下であること
を特徴とする軽量複合ブレーキディスク。

【００１５】（２）（図２のＸ１参照） アルミニウムまたはアルミニウム合金にセラミックスの
粒子または繊維を分散させた複合材料を所定形状に成形
して前記表層部を形成する工程と、製品段階において前
記基部と接する側の前記表層部の表面にフラックス被覆
を施す工程と、フラックス被覆を施した前記表層部の表
面にフラックス被覆が施されたアルミニウム合金の蝋材
を積層する工程もしくはアルミニウム合金の蝋材を積層
した後にフラックス被覆を施す工程と、アルミニウム合
金の蝋材を積層した前記表層部を鋳型内で５００℃以上
５５０℃以下に予熱した後に、前記基部の母材となるア
ルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を鋳型に流し
込んで一体化鋳造する工程と、前記一体化鋳造により得
られた鋳造物を熱間でプレスする工程とを含むことを特
徴とする前記（１）に記載の軽量複合ブレーキディスク
の製造方法。 （３）（図２のＸ２参照） アルミニウムまたはアルミニウム合金にセラミックスの
粒子または繊維を分散させた複合材料を所定形状に成形
して前記表層部を形成する工程と、製品段階において前
記基部と接する側の前記表層部の表面にフラックス被覆
を施す工程と、フラックス被覆を施した前記表層部を鋳
型内で５５０℃以上６３０℃以下に予熱した後に、前記
基部の母材となるアルミニウムまたはアルミニウム合金
の溶湯を鋳型に流し込んで一体化鋳造する工程と、前記
一体化鋳造により得られた鋳造物を熱間でプレスする工
程とを含むことを特徴とする前記（１）に記載の軽量複
合ブレーキディスクの製造方法。

【００１６】（４）（図２のＹ参照） アルミニウムまたはアルミニウム合金にセラミックスの
粒子または繊維を分散させた複合材料の溶湯を鋳型内に
流し込んで前記表層部を鋳造する工程と、製品段階にお
いて前記基部と接する側の前記表層部の表面温度が５５
０℃以上６３０℃以下となった時点で、前記鋳型内に、
前記基部を形成するアルミニウムまたはアルミニウム合
金の溶湯を流し込んで一体化鋳造する工程と、前記一体
化鋳造により得られた鋳造物を熱間でプレスする工程と
を含むことを特徴とする前記（１）に記載の軽量複合ブ
レーキディスクの製造方法。

【００１７】なお、ここで「金属的に結合」とは、複合
材料のベース材のアルミニウムまたはアルミニウム合金
と、基部を構成するアルミニウムまたはアルミニウム合
金とが、相互に溶融またはそれに近い状態で一体化し、
その間に明瞭な境界が見いだせない状態をいう。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（ａ）ブレーキディスクの構造 図１は本発明に係る軽量複合構造ブレーキディスクの一
部の上面および縦断面を示す図面である。同図に基づい
て本発明のブレーキディスクの構造を説明する。図中の
基部１はアルミニウムまたはアルミニウム合金である。
２は摺動面である。ブレーキライニング（パッド）がこ
の面に押し付けられる。摺動面を構成する表層部３は、
セラミックスの粒子または繊維をアルミニウムまたはア
ルミニウム合金に分散させた複合材料である。４は取付
のためのボルト孔である。

【００１９】表層部３の厚さは、表層部と基部を合わせ
たブレーキディスク最大厚さの３％〜３０％とする。３
％未満では使用時の摩耗により寿命が短すぎ、かつ表層
部の複合材料が製造時または使用時に熱変形を起こす問
題を生じる。３０％以下とするのは、複合材料は靭性お
よび抗折力に劣るので、ディスクにかかる負荷を基部の
アルミニウムまたはアルミニウム合金の部分でもたせる
ためである。

【００２０】さらに熱伝導性に劣る複合材料の部分を少
なくし、ディスクの基部にリブやフィンを付加すること
を容易にしてブレーキをかけた時の発生熱の放散を速
め、摺動面の温度上昇を抑えることができるからであ
る。

【００２１】表層部の複合材料は、ブレーキライニング
と同一面で接触するように同一摺動面を形成さえしてい
れば、一体物である必要はなく、分割されたものであっ
てもよい。しかし、表層部を形成する複合材料と基部と
は界面でアルミニウムまたはアルミニウム合金同士が金
属的に結合されていなければならない。これは表層部と
基部の接合強度の維持および熱伝導のために必要であ
る。

【００２２】（ｂ）ブレーキディスクを構成する材料 表層部を構成する複合材料は、ベース材であるアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金中に、粒子状や繊維状のＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等のセラミックスを分散
させたものである。分散させるセラミックスの体積率
は、５〜４０％の範囲とするのがよい。５％未満である
と耐摩耗性が低下し、４０％を超えると加工困難となる
からである。このベース材のアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金は、ＪＩＳ−Ｈ−４１４０にて規定される鍛
造品用、またはＪＩＳ−Ｈ−５２０２にて規定される鋳
物用、の中から選定すればよく、特に高温強度の優れる
２６１８、４０３２、５０８３またはＡＣ４Ｃ等が好ま
しい。

【００２３】基部に使用するアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金も上記と同様な材料を適用するのが望ましい
が、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、かつ
金属的な結合がなされるかぎり異なった組成であっても
よい。しかし、熱応力によるはく離を抑制するために熱
膨張係数など材料物性がほぼ同じであることが望ましい
ので、組成の相違は材料物性がはく離などの点から不都
合を生じない範囲であるのがよい。

【００２４】（ｃ）製造方法Ｘ（Ｘ１およびＸ２） 図２は、本発明方法のうち、鋳込み段階から熱間プレス
までの製造方法を示す図面である。同図において、方法
Ｘが請求項２及び請求項３に対応する。この方法におけ
る鋳造法は、一般的に鋳ぐるみ鋳造法と呼ばれる鋳造法
である。鋳ぐるみ鋳造に先立つ複合材料の製造は、溶湯
に分散粒子または繊維を混合して製造する方法、または
粉末冶金の方法など、一般に行われている方法を適用す
ればよい。この複合材料は鋳造、鍛造、切削などにより
所要形状への成形αを行った後、金型や砂型内の摺動部
分となる位置に設置βを行い、基部を構成する溶湯を注
入する。いわゆる鋳ぐるみ鋳造法による一体化鋳造γに
より一体化鋳造物を鋳造した後熱間プレスδを行って、
基部と表層部との接合を金属的な接合とする。方法Ｘに
基づいて実際に一体化鋳造物を製造する方法として、以
下の２種類の具体的な方法、Ｘ１およびＸ２がある。

【００２５】（イ）フラックスおよびアルミニウム合金
の蝋材を使用して一体化鋳造する方法（図２のＸ１） 上記鋳型内に、表層部を形成する複合材料が、摺動面と
なる側を鋳型内壁（通常、底部の鋳型内壁）に接するよ
うに、したがって基部と接する側を鋳型内の空間に向け
て（通常、上向きに）設置される。このとき複合材料の
基部と接する側の表面にフラックスの被覆を施す。その
被覆された複合材料の表面上に、同様にフラックス被覆
が施されたアルミニウム合金の蝋材の積層εをおこな
う。これらのフラックスは、上記した複合材料およびア
ルミニウム合金の蝋材の表面を洗浄し、表面の酸化膜を
除去し、かつ表面の濡れ性を向上させるために使用す
る。これらフラックスは後記する予熱温度以下で溶融さ
せるために、低融点の塩化物系フラックスが望ましい。
上記フラックスを被覆する方法は、フラックスを無水ア
ルコールで溶いたものを塗布する方法が、簡便でかつ効
果的である。

【００２６】アルミニウム合金の蝋材はその融点が上記
フラックスよりも高く、なおかつ上記複合材料よりも低
く、さらに後記する予熱温度より低いことが要求され
る。ここで、「蝋材」とは、アルミニウム合金であっ
て、複合材料のベース材よりも低い融点をもつものをい
う。後記する予熱により溶融し複合材料の表面を均一に
覆う。この溶融した蝋材は、基部となるアルミニウムま
たはアルミニウム合金の溶湯が注がれたとき、そのアル
ミニウムまたはアルミニウム合金とおきかわるか、大幅
に希釈されて実質そのアルミニウムまたはアルミニウム
合金とほとんど同じ組成のアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金となる。鋳造の間、溶融フラックスは浮上し、
蝋材は上記したように基部の合金とおきかわるか、希釈
され、実質、基部と同じ組成の合金が複合材料との界面
を形成し、複合材料の表面は清浄に保たれる。

【００２７】この蝋材の成分はアルミニウム合金であれ
ば特に限定しないが、上記の範囲の融点を得るにはＡｌ
−Ｚｎ−Ｓｉ系が好ましい。蝋材は、厚さ０．５ｍｍ〜
１．５ｍｍの板もしくはシート状または粉状のものが望
ましい。板もしくはシート状の場合、フラックスを被覆
した後、上記の塩化物系フラックスを被覆された複合材
料の上に積層しておく。この蝋材の厚さは、０．５ｍｍ
より薄いと接合面上を十分に被覆できず、１．５ｍｍよ
り厚いと鋳込み後に強度の低い蝋材の層が厚く残り、ブ
レーキディスク全体の強度が低下する恐れがある。これ
は、上記したＡｌ−Ｚｎ−Ｓｉ合金の場合、界面１ｃｍ
² 当たり０．２〜０．７ｇに相当する。

【００２８】複合材料あるいは蝋材の表面に直接フラッ
クスの被覆を施さなくても、フラックスの上記した作用
が得られるかぎり、単に複合材料の上に、塩化物系フラ
ックス、アルミニウム合金の蝋材、塩化物系フラックス
の積層をこの順にしただけでも差し支えない。蝋材が粉
状である場合はこのような方法がとられる。

【００２９】フラックス被覆された複合材料およびその
上に積層するフラックス被覆された蝋材とを鋳型と共に
５００〜５５０℃まで予熱ζをすると、上記したように
フラックスおよびアルミニウム合金の蝋材は溶融し、溶
融したアルミニウム合金の蝋材は複合材料の表面を均一
に覆う。予熱ζの後、アルミニウムまたはアルミニウム
合金を注ぎ、上記した溶融した蝋材の働きのもと、一体
化鋳造γが行われる。

【００３０】上記した予熱温度は５００℃より低いと、
蝋材が溶融せず一体的な接合が得られない。また、予熱
温度が５５０℃より高いと、複合材料のベース材に液相
が生じ蝋材と混合し、蝋材の比率の高い部分は、界面の
強度を低下させる。

【００３１】鋳造後の冷却速度を温度が３００℃となる
まで４０℃／分以下とすることが望ましい。鋳造後の冷
却速度が４０℃／分を超えると複合材料と基部となるア
ルミニウムまたはアルミニウム合金との間で温度差が生
じ、凝固および冷却時の収縮量の差のため良好な接合が
得られない。

【００３２】（ロ）複合材料を部分溶融させて一体化鋳
造する方法（図２のＸ２） 上記鋳型内への設置βを行う複合材料の表面の一定部分
に塩化物系フラックスの被覆ηを行う。この被覆ηは複
合材料の鋳型内設置βの前に行ってもよく、それが普通
である。このフラックスも、複合材料の表面を洗浄し、
表面の酸化膜を除去、そして表面の濡れ性を向上させる
ために使用する。後記する予熱温度で溶融させるため
に、低融点の塩化物系フラックスが望ましい。フラック
スの被覆の方法は、上記したように無水アルコールで溶
いたものを塗布する方法が、簡便でかつ効果的である。
予め所定形状に成形し、フラックス被覆した複合材料を
鋳型と共に５５０〜６３０℃まで予熱θをした後、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を注ぎ一体化鋳
造γを行い、鋳造後、温度が３００℃となるまで４０℃
／分以下で冷却する。

【００３３】予熱温度が５５０℃より低いと複合材料は
溶融しないため、基部と表層部とは金属的な接合が得ら
れない。予熱温度が６３０℃より高いと上記複合材料が
完全に溶融してしまう。予熱は高周波加熱のように、表
面のみを急速加熱することが望ましい。表面のみ溶融し
て基部との金属的な接合が得られやすいからである。

【００３４】加熱速度は複合材料の表面部で１０℃／分
以上２００℃／分以下とすることが望ましい。

【００３５】鋳造後の冷却速度が４０℃／分を超えると
複合材料と基部となるアルミニウムまたはアルミニウム
合金との間で温度差が生じ、凝固および冷却時の収縮量
の差のため良好な接合が得られないことは上記したとお
りである。

【００３６】（ｄ）二段階鋳造法（図２のＹ、即ち、請
求項４の方法） まず、一段階目の鋳造κにより、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金の溶湯中にセラミックス粒子またはセラ
ミックス繊維を分散させた複合材料の溶湯を鋳型内に流
し込んで表層部を形成する。次いで、この複合材料の鋳
造物の上面（基部との界面となる側）の温度が５５０〜
６３０℃となった時点で、同じ鋳型内にアルミニウムま
たはアルミニウム合金の溶湯を流し込んで基部を形成す
る二段階目の鋳造λを行い一体化鋳造物を製造する。こ
のとき、複合材料の鋳造物の温度が５５０℃より低いと
複合材料の表面が凝固して酸化膜のついた複合材料の表
面上に基部となるアルミニウムまたはアルミニウム合金
が凝固するため強固な接合が得られない。この複合材料
の鋳造物の温度が６３０℃より高いと複合材料がまだ溶
融状態にあるので、複合化したブレーキディスクを得る
という目的を達成できない。

【００３７】（ｅ）熱間プレス 上記のいずれかの方法で鋳造した後、表層部を構成する
複合材料と基部との接合をより完全に行わせるために、
熱間にてプレスδを行う。この場合加熱温度は３５０℃
以上５５０℃未満とするのが望ましい。かつ、複合材料
と基部のアルミニウムまたはアルミニウム合金との境界
面にて摺動面に垂直ないしはそれに近い方向の圧力が、
２〜１０ｋｇｆ／ｍｍ² となるように圧下をかけるのが
よい。温度３５０℃未満かまたは圧力２ｋｇｆ／ｍｍ²
未満かのいずれかの場合、接合強度に対しプレスの効果
ほとんど無い。圧力が１０ｋｇｆ／ｍｍ² を超えるかま
たは温度が５５０℃以上となると変形が大きくなり、所
要形状が得られなくなることがある。

【００３８】以上の方法で作製した本発明の軽量複合ブ
レーキディスクについて、必要に応じて、 機械加工、冷間または温間プレス等による形状（寸
法）の修正、 冷却フィンあるいはリブ等の取り付け、 ロール掛けやショットピーニング等による圧縮残留応
力の付与、 などの後処理を行う。冷却フィンあるいはリブ等は、鋳
造時の鋳型の形状をそれに応じて変形して基部につけて
もよい。

【００３９】

【実施例】以下に、実施例により本発明を説明する。

【００４０】表層部を構成する複合材料として、ＳｉＣ
粒子分散型アルミニウム合金を用いた。これは粉末冶金
の手法により、ベース材の６０６１アルミニウム合金の
粉末に、粒径１〜５０μｍのＳｉＣ粒子を体積率にて２
０％均一混合して複合材とし、熱間押出ししたものであ
る。この材料を熱間鍛造して形状を整えた後、切削によ
り、厚さ１０ｍｍ、内径４６０ｍｍ、外径７２０ｍｍの
円盤状の表層部を作製した。

【００４１】この部材をブレーキディスク形状の金型内
に摺動面となる面を金型内面に接するように設置し（上
面が基部との接合面となる側）、この上を塩化物系フラ
ックスにより被覆し、さらにその上にアルミニウム合金
の蝋材を積層した。本方法は図２の製造方法Ｙに相当す
る。フラックスは、無水アルコールで溶いたものを複合
材料および蝋材の表面にともに塗布した。塗布したフラ
ックスの被覆厚さは、両者とも０．５ｍｍ程度である。
アルミニウム合金の蝋材（５６％Ａｌ−４％Ｓｉ−４０
％Ｚｎ）は厚さ０．８ｍｍのシート状で、表層部と基部
の接合面と同形状に成形したものである。

【００４２】この複合材料と複合材料上に積層したフラ
ックスと蝋材を鋳型と共に高周波加熱により５５０℃ま
で加熱して、７００℃に加熱したＡＣ４Ｃのアルミニウ
ム合金の溶湯を、鋳型内に流し込んで一体化鋳造した。
鋳造後は、温度５５０℃で３分間程度保持し、その後炉
冷した。炉の電源を切って６分後で５２０℃、１０分後
で４５０℃、２０分後に３００℃となった所で、鋳造品
を鋳型より取り出し水冷した。得られた鋳造品は４５０
℃に加熱後、油圧プレスを用いて、複合材料と基部との
境界層にて平均圧力が５ｋｇｆ／ｍｍ² となるよう接合
面に垂直に加圧した。

【００４３】その後、機械加工して、図１に示したもの
と同様な形状の、最大厚さ４９ｍｍ、内径２９７ｍｍ、
外径７２０ｍｍの軽量複合ブレーキディスクを製造し
た。表層部の厚さは全体厚さに対してほぼ２０％であ
る。また、比較のため、摺動面部分と同じ組成の、体積
率２０％のＳｉＣの粒子分散型アルミニウム合金単体
で、同一寸法のディスクを熱間鍛造および切削により製
造した。さらに同一使用条件を想定した、ＪＩＳ−Ｇ−
４０５１のＳ４５Ｃ鋼相当の一体物で背面にフィンを配
した鋼製ブレーキディスクも準備した。軽量複合ブレー
キディスクの重量は約３０ｋｇであり、比較用に製造し
た鋼製ディスクの約５０％であった。

【００４４】ＪＲ新幹線の台車をモデルにした車輪試験
機を用い、同一構成のブレーキディスクを２枚一組と
し、摺動面を外側にして車輪の両面に取り付けてブレー
キ試験を行った。試験は、初速３５０ｋｍ／ｈにてブレ
ーキをかけ、慣性モーメント１３００ｋｇ・ｍｍ² の条
件にて、繰り返し５００回使用後の摺動面の状態を調査
した。ブレーキライニング材は、比較材であるＳ４５Ｃ
鋼のディスクに対しては銅系焼結合金を、また本願発明
のディスクに対してはレジン系焼結合金を使用した。

【００４５】ブレーキをかけた時の、摺動面表面直下５
ｍｍ位置の温度は、Ｓ４５Ｃでは６００℃を超え、複合
材料単体の場合は４００℃程度であった。摺動面に複合
材料を用いた複合構造のディスクでは３８０℃となって
おり、これは基部のアルミニウム合金の熱伝導度の良さ
によるものと考えられた。また、いずれのブレーキディ
スクも摺動面にて熱き裂や荒れの発生は認められなかっ
た。

【００４６】摺動面の摩耗量は、Ｓ４５Ｃ鋼のディスク
で０．１５ｍｍ、複合材料単体ディスクおよび本発明の
複合構造ディスクではいずれも０．２ｍｍであった。摺
動面がＳ４５Ｃ鋼の場合に比して、複合材料では摩耗量
がやや大きいが、この程度であれば十分使用には耐えら
れる。また、摺動面が同じ複合材料であっても、本発明
の複合構造の場合の方が複合材料単体の場合よりも表面
温度上昇が低い。このことは、使用時間が長くなれば本
発明の効果が一層顕著になることを意味する。

【００４７】ライニングの摩耗量はいずれのディスクの
場合もブレーキ回数５０回当たり３．５ｍｍ程度であ
り、ディスクによる相違はみられなかった。試験後の本
発明の軽量複合ブレーキディスクを摺動面に垂直に切断
し、複合材料と基部のアルミニウム合金との境界部を詳
細に調査したが、界面におけるき裂や剥離は全く観察さ
れなかった。

【００４８】以上のように、本発明の軽量化複合ブレー
キディスクは、従来の鋼製のものと同等の性能を有し、
摺動面のみに複合材料を適用することによって、材料コ
ストを低減できるばかりでなく、複合材料の性能をより
一層効果的に活用できることが明らかである。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、従来、鉄道車両のよう
な高速かつ高負荷のブレーキに使用されてきた鋼製ブレ
ーキディスクを、アルミニウムまたはアルミニウム合金
を主とする構造に変えることが可能になり、大幅な軽量
化が実現できる。これは、車両の軽量化による省エネル
ギーに寄与するばかりでなく、バネ下重量の低減による
乗り心地の改善にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軽量複合構造ブレーキディスクの
上面（１／４）および断面（１／２）を示す図面であ
る。（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を表す。

【図２】図２は本発明方法のうち、鋳込み段階から熱間
プレスまでの製造方法を示す図面である。

【符号の説明】

１…基部、２…摺動面、３…複合材料、４…ボルト孔、
Ｘ…一般的な一体化鋳造法（鋳ぐるみ鋳造法）、Ｘ１…
フラックスおよびアルミニウム合金の蝋材を使用して一
体化鋳造する方法、Ｘ２…複合材料を部分溶融させて一
体化鋳造する方法、Ｙ…二段階鋳造法

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−83255（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−240277（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−293705（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−185550（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 65/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金から
   なる基部と、アルミニウムまたはアルミニウム合金にセ
   ラミックスの粒子または繊維を分散させた複合材料から
   なり摺動面を構成する表層部とを備えるブレーキディス
   クであって、前記表層部は、前記基部と一体化鋳造され
   た後、熱間プレスすることにより金属的に結合して一体
   となって前記ブレーキディスクの片面にのみ備えられ、
   前記表層部の厚さは、前記基部と前記表層部とを合わせ
   たブレーキディスク最大厚さの３％以上３０％以下であ
   ることを特徴とする軽量複合ブレーキディスク。
2. 【請求項２】アルミニウムまたはアルミニウム合金にセ
   ラミックスの粒子または繊維を分散させた複合材料を所
   定形状に成形して前記表層部を形成する工程と、製品段
   階において前記基部と接する側の前記表層部の表面にフ
   ラックス被覆を施す工程と、フラックス被覆を施した前
   記表層部の表面にフラックス被覆が施されたアルミニウ
   ム合金の蝋材を積層する工程もしくはアルミニウム合金
   の蝋材を積層した後にフラックス被覆を施す工程と、ア
   ルミニウム合金の蝋材を積層した前記表層部を鋳型内で
   ５００℃以上５５０℃以下に予熱した後に、前記基部の
   母材となるアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯
   を鋳型に流し込んで一体化鋳造する工程と、前記一体化
   鋳造により得られた鋳造物を熱間でプレスする工程とを
   含むことを特徴とする請求項１に記載の軽量複合ブレー
   キディスクの製造方法。
3. 【請求項３】アルミニウムまたはアルミニウム合金にセ
   ラミックスの粒子または繊維を分散させた複合材料を所
   定形状に成形して前記表層部を形成する工程と、製品段
   階において前記基部と接する側の前記表層部の表面にフ
   ラックス被覆を施す工程と、フラックス被覆を施した前
   記表層部を鋳型内で５５０℃以上６３０℃以下に予熱し
   た後に、前記基部の母材となるアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金の溶湯を鋳型に流し込んで一体化鋳造する
   工程と、前記一体化鋳造により得られた鋳造物を熱間で
   プレスする工程とを含むことを特徴とする請求項１に記
   載の軽量複合ブレーキディスクの製造方法。
4. 【請求項４】アルミニウムまたはアルミニウム合金にセ
   ラミックスの粒子または繊維を分散させた複合材料の溶
   湯を鋳型内に流し込んで前記表層部を鋳造する工程と、
   製品段階において前記基部と接する側の前記表層部の表
   面温度が５５０℃以上６３０℃以下となった時点で、前
   記鋳型内に、前記基部を形成するアルミニウムまたはア
   ルミニウム合金の溶湯を流し込んで一体化鋳造する工程
   と、前記一体化鋳造により得られた鋳造物を熱間でプレ
   スする工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の
   軽量複合ブレーキディスクの製造方法。