JP3591099B2 - 渦電流式減速装置用ローター - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラックやバス等の大型自動車に使用される渦電流式減速装置用ローターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型自動車の制動装置には、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキのほかに、長い坂道の降坂時等において安定した減速を行い、フットブレーキの焼損を防止するための渦電流式減速装置が使用される。
【０００３】
図１は、永久磁石を使用した渦電流式減速装置の一例を示す縦断面図である（特開平１−２３４０４３号公報、特開平１−２３４０４５号公報、特開平１−２９８９４８号公報等）。この装置において、ローター１はローターアーム２およびローター円筒部３と一体に接合されている。回転軸１０の片側端部に取り付けられたローター１は、回転軸１０の回転につれ、ローターの部材であるローターアーム２およびローター円筒部３などと一体になって回転する。永久磁石５を周設された磁石支持リング６はピストンロッド８と螺着され、シリンダー９の駆動により、複数の案内棒１１に沿って摺動自在に往復する。シリンダー９を作動して磁石支持リング６を進退させることにより、永久磁石５の磁極面は、ローター円筒部３に対してポールピース７を介して磁気的に全面対向した位置（制動オンの状態）から磁気的に外れた位置（制動オフの状態）までを往復する。
【０００４】
永久磁石の磁極面がローターに磁気的に全面対向する位置（制動オンの状態）では、永久磁石から発する磁束を横切ってローター円筒部３が運動することによりローター円筒部表面に渦電流が流れる。この渦電流と磁束の相互作用により制動トルクが発生する。この円筒部は、制動オン時に渦電流の発生にともなうジュール熱により加熱され、制動オフ時には冷却フィン４によって空冷される。このため、ローター円筒部３には、制動のオン・オフ制御の繰り返しによって著しい熱サイクルが負荷される。以下において、ローター円筒部３の材料を「ローター材」という場合がある。
【０００５】
近年、大型自動車では渦電流式減速装置を搭載する車種が増加している。とくに従来よりも積載重量の大きなトラックやトレーラーなどにはこの減速装置の搭載が進められている。このため、渦電流式減速装置に対する要求制動性能は益々高度化する傾向にあり、車種によっては７０〜１００ｋｇ・ｍの制動トルクを必要とする場合もある。
【０００６】
渦電流式減速装置の制動力を増加するには、以下の三つの方法がある。
【０００７】
一つは、永久磁石の個数を増加するか寸法を大型化する方法である。この場合、装置の重量が増加するとともに装置自身が大型化するため、積載空間や総重量が制限された車両への搭載装置としては不利である。さらに、一装置当たりの永久磁石に要する費用が増加するため、コスト面からも不利である。
【０００８】
二番目は、ローター材の電気抵抗を出来るだけ小さくする方法である。従来、渦電流式減速装置のローター材としては鋳鋼が使用されていたが、近年、熱間鍛造後焼入れ焼戻しを施したＮｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶおよびＢを含む鋼からなるローター材およびその製造方法が提案されている（特願平６−２０４３１３号公報）。同提案は、ローター材の電気抵抗の低減によって、渦電流式減速装置の制動性能を向上させることを主目的とするが、静的な高温強度も向上させ、オン・オフ制御の繰り返しに伴う熱変形を抑制することも考慮している。同提案では、とくにＣｒのように、高温強度の向上に効果があるが、電気抵抗を大きく増加させる元素は、除いてある。この提案の実施例では３８〜４４ｋｇ・ｍの制動トルクが得られることが示されている。
【０００９】
しかし、より高い制動トルクを得ようとしても、ローター材のみを対象とした電気抵抗の低減には限界がある。制動トルクが高い場合は、とくに熱変形に対する耐久性が重要であるが、耐久性を高めるためには合金元素の添加は避けられず、合金元素を添加すれば電気抵抗は低減できない。したがって、ローター材のみの改良では上記の制動トルクを大幅に向上することは不可能である。
【００１０】
三番目は、ローターの磁石と対向する面に電気抵抗の小さな材料からなる金属層を設ける方法である（特開昭６３−２７４３５９号公報、特開昭６４−３０４５０号公報）。これらの発明では、電気抵抗の小さい材料からなる金属層をローター表面に設けることによりローターに生じる渦電流を増加させ、制動トルクを向上させている。ただし、ローター材そのものへの言及はされていない。これら発明では、金属層の材質として、銅、銅合金またはアルミニウムが挙げられている。上記の特開昭６３−２７４３５９号公報では、ローターに厚さ１ｍｍの銅層を設けることにより、制動トルクが約０．９ｋｇ・ｍから約２．２ｋｇ・ｍに増加するとの実施例が提示されている。
【００１１】
しかしながら、制動トルクが小さい範囲ではローター材に熱変形に対する対策をする必要はないが、制動トルクが大きくなると、電気抵抗の小さな表面処理層に渦電流が集中し、表面処理層とその近傍のローター材の温度が著しく高温となる。したがって、制動トルクが大きく、ローターの最高温度が６００℃を超える高温となると、ローターの熱変形が大きくなり、耐久性が低下するという問題が生じる。また、制動トルクを大きくすることから、破壊靭性にも優れていることが要求される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
電気抵抗の小さな表面処理層を設けた場合の温度上昇は、高密度の渦電流が流れるため、ローター材のみの場合（表面処理層がない場合）よりも大きい。このため、表面処理層を設けた場合の熱変形の問題は前記の高強度ローター材（特願平６−２０４３１３号公報）程度の改善では解決されない。
【００１３】
本発明は、表面処理層を施すことにより高い制動トルクをもちながら、しかも熱変形が少なく、同時に破壊靭性にも優れた耐久性のよい渦電流式減速装置用ローターを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは図１の渦電流式減速装置を対象に、有限要素法による電磁場解析を行い（解析手法：榎園正人、佐藤尚史、坂本東男、荒木健詞、第３回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演論文集（日本機械学会、電気学会： １９９１）ｐ．４８０−４８５ ）、電気抵抗の小さい銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合の制動トルクにおよぼローター円筒部の材料の電気抵抗の影響を明らかにした。
【００１５】
図２は、電磁場解析により求めた、表面の銅層の厚さを変えたときの制動トルクにおよぼすローターの回転速度の影響を表す図面である。
【００１６】
図３は、電磁場解析により求めた、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合のローター材の電気抵抗と最大制動トルクの関係を表す図面である。
【００１７】
これらの図は上記の有限要素法による電磁場解析の結果得られたものである。
【００１８】
解析はつぎの条件によった。
【００１９】
▲１▼共通：ローター円筒部の内径３８０ｍｍ、肉厚２０ｍｍ、軸方向長さ８０ｍｍ、銅の電気抵抗１．６７μΩｃｍ、銅の比透磁率１
▲２▼図２：ローター材の電気抵抗２０μΩｃｍ、ローター材の比透磁率１０００▲３▼図３：ローター材の比透磁率１０００
これらの図に示すように、電気抵抗の小さな表面処理層を設けた場合の制動トルクは、表面処理層を設けない場合に比べて大幅に改善される。また、図２に示すように表面処理層の厚みを０．１〜０．５ｍｍの間で変えた場合には、回転数と制動トルクの関係は変化するが、制動トルクの最大値の変化は少ない。したがって、表面処理層の厚みは、所望の制動トルク曲線が得られるように設定すれば良い。すなわち、どの回転速度のときに制動トルクを最大にするかによって表面処理層の厚さを決めればよい。
【００２０】
図３に示すようにローター材の電気抵抗が制動トルクに及ぼす影響は、表面処理層による改善効果に比べて小さい。また、表面処理層を設けた場合にはローター材の電気抵抗が大きい方が制動トルクがやや大きくなる傾向があり、表面処理層を設けない場合とは逆の傾向を示す。これは、表面処理層を設けた場合には、渦電流が表面処理層に限定され、ローター材の電気抵抗が小さい場合よりも多くの渦電流が表面処理層に流れるためである。
【００２１】
したがって、ローター材としては、従来のローターのように電磁気特性、特に、電気抵抗を低くする材質選定を行う必要はなく、ローター全体の熱変形を抑制するため、もっぱら高温強度に優れた材質を選定すれば良い。
【００２２】
さらに、発明者らは、ローター円筒部に各種の材料を使用し、低電気抵抗の表面処理層を設けたローターを用いて耐久試験を行い、熱変形を調査した。その結果、最高温度が６００℃を超える条件で使用する場合のローターの熱変形量は、最高使用温度近傍でのローター材のクリープ強度と相関が有ることを確認した。
【００２３】
すなわちローター全体の熱変形を抑制するためには、ローター円筒部にクリープ強度の高い材料を使用すれば良い。その条件を満たした上で高温の静的な引張強度に優れた材料であればなお良い。渦電流は電気抵抗の低い表面処理層のみを流れるので、ローター材は熱変形を抑制するためにクリープ強度のみを優先したものとすることができる。したがって、ローター材には、従来、電磁気特性（特に電気抵抗）を悪化させるとの理由で含有量が抑制されていたＣｒなどの元素が積極的に活用できることになる。
【００２４】
ここに本発明は、下記の表面処理層が施された、下記の材料からなるローター円筒部を有するローターをその要旨とする。
【００２５】
（１）ローター円筒部が下記の化学組成▲１▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター（〔発明１〕とする）。
【００２６】
▲１▼重量％にて、Ｃｒ：０．７５〜１２％およびＭｏとＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％含む鋼。
【００２７】
（２）ローター円筒部が下記の化学組成▲２▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター（〔発明２〕とする）。
【００２８】
▲２▼重量％にて、Ｃ：０．０４〜０．３％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：０．７５〜１２％、ＭｏおよびＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｂ：０．００６％以下およびｓｏｌＡｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明において、上記のようなローターとした理由を述べる。
【００３０】
１．表面処理層
表面処理層はローター円筒部の永久磁石に対向する表面、すなわち、ローター円筒部の内面に設けられる。表面処理層の材質は電気抵抗の小さな材料がよい。
【００３１】
その代表例として、特開昭６３−２７４３５９号公報にも例示されているように、銅もしくは銅合金またはアルミニウムがある。この内、アルミニウムは融点が低いため、制動トルクが小さくローターの最高温度が低い場合には使用できるが、制動トルクが大きく、最高温度が６００℃を超える場合には使用できない。したがって、本発明では、電気抵抗が小さな表面処理層の材質としては、融点や高温強度が比較的高い銅および銅合金に限定した。
【００３２】
銅は通常のタフピッチ銅、脱酸銅などの純度のものを用いてよい。リン脱酸銅の場合でも、通常のＰ濃度０．０２％以下であればよい。通常は後記するように、メッキにより表面処理層が設けられるので、不純物は比較的低い。銅合金は電気抵抗が高くないもの、例えばＣｒを０．５〜１．２％含有したクロム銅を用いてよい。ただし、銅と異なり銅合金を用いると、電気抵抗が高くなることが避けられないので、高温での強度がとくに必要な場合に限られる。
【００３３】
表面処理層の厚さは、０．０５〜１．００ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【００３４】
０．０５ｍｍ未満では充分な渦電流が流れないからであり、１．００ｍｍを超えると、最大制動トルクが発生する回転速度が低下し、制動を行う対象の回転速度で高い制動トルクが得られなくなるとともに、銅および銅合金は非磁性であるため、ローター円筒部に入る磁束の量が減少し、最大制動トルクも低下するためである。厚さは上記の範囲内で、図２を基に搭載するトラックの車種に応じて使用頻度の高い回転速度を考慮して定めることが望ましい。
【００３５】
表面処理層は、通常、めっき処理により施される。めっき処理は通常の方法で行ってよい。表面処理層をもつ円筒を、銅または銅合金を溶着あるいは内面クラッドした鋼管によっても製造することができ、この方法は大量生産する場合に特に適した方法である。
【００３６】
２．ローター円筒部の材料
１）ローター円筒部材料の成分組成
上記の表面処理層が設けられるローター円筒部を構成する材料の化学組成を限定した理由を述べる。以下、「％」は「重量％」を意味する。
【００３７】
Ｃｒ：０．７５〜１２％
Ｃｒは鋼の高温強度、クリープ強度および耐酸化性などの耐熱性を決める最も重要な元素である。Ｃｒが０．７５％未満では十分な高温強度、クリープ強度が得られない。また、１２％を超えても強度の改善効果が飽和し、経済的に不利であるとともに、加工性の悪化や破壊靭性の低下が生じ、さらに、めっき処理によって表面処理層を形成することも困難になるので、Ｃｒ量は０．７５〜１２％とする。従来、電気抵抗を低下させるために使用しなかったが、本発明では上記した表面処理層を設けたために、使用できる。むしろ、表面処理層に高密度の渦電流が発生し、熱変形が大きくなるので、それを防止するために積極的に使用するものである。
【００３８】
Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）：０．３〜２．５％
Ｍｏには鋼の靭性，高温強度およびクリープ強度を向上させる作用がある。また、ＷにはＭｏと同じく鋼の高温強度およびクリープ強度を向上させる作用があるが、Ｍｏと同等の効果を得るためにはＭｏ量の２倍の量が必要である。本発明ではローターの高温強度とクリープ強度の確保のため、ＭｏとＷのいずれか、または両方を添加する。Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）の量が０．３％未満ではローターに必要なクリープ強度を確保することができない。一方、２．５％を超えても高温強度とクリープ強度の向上効果が飽和して経済的に不利であるとともに、破壊靭性が低下するので、Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）の量は、０．３〜２．５％とする。
【００３９】
本発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＷは、かならず上記した量含まれていなければならない。上記の量含まれていなければ、後記する６５０℃での１０００時間クリープ強度５ｋｇｆ／ｍｍ２ 以上を確保できないからである。〔発明１〕は、ローター材に上記した範囲にＣｒ、ＭｏおよびＷが含まれていれば、他の化学成分およびその含有量は問わない。ただし、鋼の範疇に入るものに限定される。
【００４０】
〔発明２〕のローター円筒部材料は、上記〔発明１〕のそれの望ましい態様として化学組成を特定したものである。これは、前記のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ以外に下記する化学成分を下記する範囲に含有する。
【００４１】
Ｃ：０．０４〜０．３％
Ｃは強度を決める最も基本的な元素であるが、その含有量が０．０４％未満であるとローター材に必要なクリープ強度レベルを確保することができない。一方、その含有量が０．３％を超えるとクリープ強度の改善効果が飽和するとともに、溶接性の低下や破壊靭性の低下などの不利益をもたらすため、０．０４〜０．３％とする。
【００４２】
Ｓｉ：１％以下
Ｓｉは鋼の脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる作用をも有している。鋼の脱酸剤として使用はするが、成分元素として鋼に含有させなくてもよい。焼入れ性向上のために添加する場合、Ｓｉは粒界及び母相の靭性という観点からは多量に含有されることは好ましくなく、１％を超えると破壊靭性の低下をもたらす。したがって、Ｓｉ含有量は１％以下とする。
【００４３】
Ｍｎ：０．３〜１％
Ｍｎは鋼の脱酸剤および硫黄の固定剤として作用すると共に、焼入れ性改善及び固溶強化による強度向上作用をも有している。Ｍｎ含有量が０．３％未満の場合には高強度化の効果が十分に得られない。しかし、Ｍｎ含有量が増加し、１％を超えると強度改善効果は飽和する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３〜１％とする。
【００４４】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは固溶強化により鋼の強度を上昇に有効な元素であるが、その含有量が０．０３％を超えると熱間鍛造性が悪化する。そこで、Ｐの上限を０．０３％とする。Ｐは実質的に０でもよい。
【００４５】
Ｓ：０．０３％以下
ＳはＭｎＳなどの硫化物を生成して、破壊靭性や疲労特性を劣化させるとともに、Ｓ量の増加に伴って電気抵抗が増加するため、その含有量は０．０３％以下とする。Ｓは少ないほどよい。
【００４６】
Ｎｉ：０．５％以下
Ｎｉは積極的に添加しなくてもよい。Ｎｉは焼入れ性と固溶強化による鋼の高強度化作用を有しているが、その含有量が０．５％を超えて増加すると強度の改善効果が飽和する。また、Ｎｉによるクリープ強度の改善効果はほとんどない。
【００４７】
したがって、Ｎｉ量は０．５％以下とする。
【００４８】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂは添加しなくてもよい。しかし、Ｎｂは鋼の結晶粒を微細化する作用に加えて、高温強度およびクリープ強度を改善する作用を有しているため、クリープ強度の調整のために必要に応じて添加する。添加する場合は０．０１％以上とするのが望ましい。０．０１％未満では、明確な効果が得られないからである。しかし、０．１％を超えて含有させると靭性低下を招くことから、０．１％以下とする。
【００４９】
Ｖ：０．３％以下
Ｖは添加しなくてもよい。しかし、Ｖはバナジウム炭化物の析出強化により鋼の高温強度およびクリープ強度を向上させる作用を有しているため、クリープ強度の調整のために必要に応じて添加する。添加する場合は、０．０２％以上とするのが好ましい。０．０２％未満では、明確なクリープ強度の上昇が得られないからである。しかし、０．３％を超えて含有させるとクリープ強度の改善効果が飽和するとともに、靭性低下を招くため、０．３％以下とする。
【００５０】
Ｂ：０．００６％以下
Ｂは添加しなくてもよい。しかし、Ｂは、極微量で焼入れ性を向上させるとともに、炭化物を分散させ安定化し、高温強度とクリープ強度の確保に効果があるので、必要に応じて添加する。添加する場合は、０．０００５％以上とするのが望ましい。０．０００５％未満では明確な効果が得られないからである。しかし、０．００６％を超えると、クリープ強度の向上効果が飽和するとともに靭性低下を招くので、０．００６％以下とする。
【００５１】
ｓｏｌＡｌ：０．００５〜０．１％
Ｎは、クリープ強度を高めるが、それは固溶状態のＮが転位上に析出して転位の運動の妨げとなるからである。本発明においては、靭性を考慮してＡｌを添加してＮをＡｌＮとして固定するので、このようなＮによるクリープ強度向上の効果は得られない。したがって、Ｎは通常含まれる０．００１〜０．０２％の範囲とし、ＡｌはそのＮをＡｌＮとして固定するのに必要な量、すなわちｓｏｌＡｌとして０．００５〜０．１％とする。このＮおよびｓｏｌＡｌの量は、通常の電気炉鋼および転炉鋼に含まれる範囲である。
【００５２】
上記の成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００５３】
２）ローター材のクリープ強度
本発明では、制動トルクの改善は電気抵抗の小さな表面処理層によって確保し、ローター全体の熱変形の抑制はローター材自身のクリープ強度によって確保する。したがって、ローター材としては本発明の渦電流式減速装置の最高使用温度近傍でのクリープ強度が高いことが必要である。ローター材の６５０℃での１０００時間クリープ強度が５ｋｇｆ／ｍｍ２ 以上必要な理由は、１０００時間クリープ強度が５ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満の場合には、制動オン・オフの繰り返しに伴う熱変形が大きくなり、耐久性が確保できないためである。
【００５４】
上記した組成の範囲内の鋼は、通常の熱間圧延あるいは熱間鍛造を施したままでも、上記のクリープ強度を持つ。しかし、さらに下記▲１▼〜▲３▼の各熱処理を施してもよい。
【００５５】
▲１▼焼入れ焼戻し
▲２▼焼きならし（焼準）あるいは焼きならし・焼戻し
▲３▼焼きなまし（焼鈍）あるいは焼きなまし・焼戻し
【００５６】
【実施例】
続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説明する。
【００５７】
表１は実施に供したローター材の化学組成を示す一覧表である。本発明例１〜１１はいずれも、〔発明１〕の望ましい実施態様である〔発明２〕に含まれるものである。比較例１〜５および従来例１〜３は、いずれも本発明の範囲外の化学組成である。同表に示す化学組成の鋼を溶製し、１２５０℃に加熱して最終厚さ４０ｍｍに熱間鍛造後、下記の熱処理を行い、供試材とした。
【００５８】
従来例１〜３：焼入れ・焼戻し（９００℃×１５ｍｉｎ水冷＋６５０℃×３０ｍｉｎ放冷）
本発明例６〜８、比較例４および５：焼きなまし・焼もどし（１０００℃×１５ｍｉｎ炉冷＋７００℃×３０ｍｉｎ放冷）
その他の例：焼きなまし・焼もどし（９５０℃×１５ｍｉｎ炉冷＋７００℃×３０ｍｉｎ放冷）
ここで、従来例１〜３は前記特願平６−２０４３１３号公報の発明の鋼と同じものである。これら従来例１〜３も、本発明のローターを構成するローター材に対する比較材である。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表２は、表１の各鋼についての室温における電気抵抗ρ、破壊靭性値、６５０℃における降伏応力（０．２％耐力）、引張強さおよび６５０℃でのクリープ破断試験により評価した１０００ｈｒクリープ強度を示す。同表に示すように、〔発明１〕の望ましい実施態様である〔発明２〕に含まれる本発明例１〜１１のローター材は、静的な高温強度では、従来例を下回っているものもあるが、クリープ強度は全て従来例より優れている。また、本発明例１〜１１のローター材の破壊靭性値は従来材と同等以上であり、２００ｋｇｆ／ｍｍ１．５ 以上の優れた値となっている。
【００６１】
【表２】
【００６２】
比較例１〜３はＭｏおよびＷ（すなわち、Ｍｏ＋（Ｗ／２））またはＣｒの含有量が少ないため、高温強度およびクリープ強度が低い。また、比較例４ではＣｒを、比較例５ではＭｏ＋（Ｗ／２）を本発明のローター材の組成範囲よりも多く含有しているが、高温強度およびクリープ強度は、本発明例に比べて必ずしも改善されていない。すなわち、過度のＣｒまたはＭｏ＋（Ｗ／２）を含有してもクリープ強度は改善されないし、かえって破壊靭性値は低くなる。
【００６３】
次に、表１に示した各供試材を用いて、図１に示した渦電流式減速装置用ローターを作製した。これを適用した渦電流式減速装置を大型トラックのトランスミッション後部のプロペラシャフトの途中に装備して、制動トルクを測定するとともに、耐久性を調査するための繰り返し制動試験を実施した。今回の測定に用いた渦電流式減速装置は１０トン車用であり、ローター円筒部の内径は約３８０ｍｍ、肉厚は約２０ｍｍ、軸方向長さは約８０ｍｍであった。ローター円筒部の内表面には銅からなる表面処理層をめっき処理により設けた。めっき処理はシアン化銅浴（主なめっき浴組成：シアン化銅６０ｇ／ｌ、シアン化カリウム１１５ｇ／ｌ）にて行い、浴温度は５５℃、ｐＨは１０．２および電流密度は１．５Ａ／ｄｍ２ とした。めっき処理層の厚みは０．２ｍｍとした。また、比較のため従来例１〜３については表面処理層を設けない条件でも制動トルクの測定を行った。
【００６４】
制動トルクの測定にあたっては、まずプロペラシャフト（図１の１０が連結しているシャフト）の回転速度を徐々に上げて行き、回転速度が１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍとなった時点での制動トルクを測定した。また、繰返し制動試験にあたっては、プロペラシャフトの回転速度を２０００ｒｐｍで一定とし、制動と非制動を繰返してローターに繰返し温度変動を与えた。制動オン時間は１２０秒、制動オフ時間は１８０秒とした。この際のローター内表面の最高温度は表面処理層が無い場合が約６００℃であったのに対して、表面処理層を設けた場合には７００℃近くに達した。
【００６５】
この制動と非制動を１０００サイクル繰返し、試験後のローター円筒部の熱変形量を測定した。熱変形量の測定に際しては、ローター円筒部の内径を軸方向中央部で測定し、内径の拡大量（円周方向８ケ所の平均値）を熱変形量とした。
【００６６】
以上の試験結果を表３に示す。従来例１〜３について、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合を比較すると、制動トルクは表面処理層を設けた場合の方が大きくなるが、ローターの熱変形量も大きくなり、耐久性の観点からは従来例は不適当である。
【００６７】
一方、本発明例では、従来例のうち表面処理層が無いものに比べて制動トルクは大きい。また、従来例と本発明例の熱変形量を比較すると、本発明例の方が熱変形量は小さく、とくに本発明例１〜１０は表２に見たようにローター材自体の靭性も高いことから、耐久性に優れていることがわかる。
【００６８】
また、比較例１〜３の場合には本発明例よりも熱変形量は非常に大きい。
【００６９】
【表３】
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の渦電流式減速装置用ローターに比べて制動トルクを向上できるとともに、繰り返し使用時の熱変形が抑制され、同時に破壊靭性値も高いため耐久性が向上する。本ローターは工業的に安価大量に製造できるものであり、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、永久磁石を使用した渦電流式減速装置の一例を示す図面である。
【図２】図２は、電磁場解析により求めた、表面の銅層の厚さを変えたときの制動トルクにおよぼすローターの回転速度の影響を表す図面である。
【図３】図３は、電磁場解析により求めた、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合のローター材の電気抵抗と最大制動トルクの関係を表す図面である。
【符号の説明】
１…ローター、
２…ローターアーム、
３…ローター円筒部、
４…冷却フィン、
５…永久磁石、
６…磁石支持リング、
７…ポールピース、
８…ピストンロッド、
９…シリンダー、
１０…回転軸、
１１…案内棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラックやバス等の大型自動車に使用される渦電流式減速装置用ローターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型自動車の制動装置には、主ブレーキであるフットブレーキ、補助ブレーキである排気ブレーキのほかに、長い坂道の降坂時等において安定した減速を行い、フットブレーキの焼損を防止するための渦電流式減速装置が使用される。
【０００３】
図１は、永久磁石を使用した渦電流式減速装置の一例を示す縦断面図である（特開平１−２３４０４３号公報、特開平１−２３４０４５号公報、特開平１−２９８９４８号公報等）。この装置において、ローター１はローターアーム２およびローター円筒部３と一体に接合されている。回転軸１０の片側端部に取り付けられたローター１は、回転軸１０の回転につれ、ローターの部材であるローターアーム２およびローター円筒部３などと一体になって回転する。永久磁石５を周設された磁石支持リング６はピストンロッド８と螺着され、シリンダー９の駆動により、複数の案内棒１１に沿って摺動自在に往復する。シリンダー９を作動して磁石支持リング６を進退させることにより、永久磁石５の磁極面は、ローター円筒部３に対してポールピース７を介して磁気的に全面対向した位置（制動オンの状態）から磁気的に外れた位置（制動オフの状態）までを往復する。
【０００４】
永久磁石の磁極面がローターに磁気的に全面対向する位置（制動オンの状態）では、永久磁石から発する磁束を横切ってローター円筒部３が運動することによりローター円筒部表面に渦電流が流れる。この渦電流と磁束の相互作用により制動トルクが発生する。この円筒部は、制動オン時に渦電流の発生にともなうジュール熱により加熱され、制動オフ時には冷却フィン４によって空冷される。このため、ローター円筒部３には、制動のオン・オフ制御の繰り返しによって著しい熱サイクルが負荷される。以下において、ローター円筒部３の材料を「ローター材」という場合がある。
【０００５】
近年、大型自動車では渦電流式減速装置を搭載する車種が増加している。とくに従来よりも積載重量の大きなトラックやトレーラーなどにはこの減速装置の搭載が進められている。このため、渦電流式減速装置に対する要求制動性能は益々高度化する傾向にあり、車種によっては７０〜１００ｋｇ・ｍの制動トルクを必要とする場合もある。
【０００６】
渦電流式減速装置の制動力を増加するには、以下の三つの方法がある。
【０００７】
一つは、永久磁石の個数を増加するか寸法を大型化する方法である。この場合、装置の重量が増加するとともに装置自身が大型化するため、積載空間や総重量が制限された車両への搭載装置としては不利である。さらに、一装置当たりの永久磁石に要する費用が増加するため、コスト面からも不利である。
【０００８】
二番目は、ローター材の電気抵抗を出来るだけ小さくする方法である。従来、渦電流式減速装置のローター材としては鋳鋼が使用されていたが、近年、熱間鍛造後焼入れ焼戻しを施したＮｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＶおよびＢを含む鋼からなるローター材およびその製造方法が提案されている（特願平６−２０４３１３号公報）。同提案は、ローター材の電気抵抗の低減によって、渦電流式減速装置の制動性能を向上させることを主目的とするが、静的な高温強度も向上させ、オン・オフ制御の繰り返しに伴う熱変形を抑制することも考慮している。同提案では、とくにＣｒのように、高温強度の向上に効果があるが、電気抵抗を大きく増加させる元素は、除いてある。この提案の実施例では３８〜４４ｋｇ・ｍの制動トルクが得られることが示されている。
【０００９】
しかし、より高い制動トルクを得ようとしても、ローター材のみを対象とした電気抵抗の低減には限界がある。制動トルクが高い場合は、とくに熱変形に対する耐久性が重要であるが、耐久性を高めるためには合金元素の添加は避けられず、合金元素を添加すれば電気抵抗は低減できない。したがって、ローター材のみの改良では上記の制動トルクを大幅に向上することは不可能である。
【００１０】
三番目は、ローターの磁石と対向する面に電気抵抗の小さな材料からなる金属層を設ける方法である（特開昭６３−２７４３５９号公報、特開昭６４−３０４５０号公報）。これらの発明では、電気抵抗の小さい材料からなる金属層をローター表面に設けることによりローターに生じる渦電流を増加させ、制動トルクを向上させている。ただし、ローター材そのものへの言及はされていない。これら発明では、金属層の材質として、銅、銅合金またはアルミニウムが挙げられている。上記の特開昭６３−２７４３５９号公報では、ローターに厚さ１ｍｍの銅層を設けることにより、制動トルクが約０．９ｋｇ・ｍから約２．２ｋｇ・ｍに増加するとの実施例が提示されている。
【００１１】
しかしながら、制動トルクが小さい範囲ではローター材に熱変形に対する対策をする必要はないが、制動トルクが大きくなると、電気抵抗の小さな表面処理層に渦電流が集中し、表面処理層とその近傍のローター材の温度が著しく高温となる。したがって、制動トルクが大きく、ローターの最高温度が６００℃を超える高温となると、ローターの熱変形が大きくなり、耐久性が低下するという問題が生じる。また、制動トルクを大きくすることから、破壊靭性にも優れていることが要求される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
電気抵抗の小さな表面処理層を設けた場合の温度上昇は、高密度の渦電流が流れるため、ローター材のみの場合（表面処理層がない場合）よりも大きい。このため、表面処理層を設けた場合の熱変形の問題は前記の高強度ローター材（特願平６−２０４３１３号公報）程度の改善では解決されない。
【００１３】
本発明は、表面処理層を施すことにより高い制動トルクをもちながら、しかも熱変形が少なく、同時に破壊靭性にも優れた耐久性のよい渦電流式減速装置用ローターを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは図１の渦電流式減速装置を対象に、有限要素法による電磁場解析を行い（解析手法：榎園正人、佐藤尚史、坂本東男、荒木健詞、第３回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講演論文集（日本機械学会、電気学会： １９９１）ｐ．４８０−４８５ ）、電気抵抗の小さい銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合の制動トルクにおよぼローター円筒部の材料の電気抵抗の影響を明らかにした。
【００１５】
図２は、電磁場解析により求めた、表面の銅層の厚さを変えたときの制動トルクにおよぼすローターの回転速度の影響を表す図面である。
【００１６】
図３は、電磁場解析により求めた、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合のローター材の電気抵抗と最大制動トルクの関係を表す図面である。
【００１７】
これらの図は上記の有限要素法による電磁場解析の結果得られたものである。
【００１８】
解析はつぎの条件によった。
【００１９】
▲１▼共通：ローター円筒部の内径３８０ｍｍ、肉厚２０ｍｍ、軸方向長さ８０ｍｍ、銅の電気抵抗１．６７μΩｃｍ、銅の比透磁率１
▲２▼図２：ローター材の電気抵抗２０μΩｃｍ、ローター材の比透磁率１０００▲３▼図３：ローター材の比透磁率１０００
これらの図に示すように、電気抵抗の小さな表面処理層を設けた場合の制動トルクは、表面処理層を設けない場合に比べて大幅に改善される。また、図２に示すように表面処理層の厚みを０．１〜０．５ｍｍの間で変えた場合には、回転数と制動トルクの関係は変化するが、制動トルクの最大値の変化は少ない。したがって、表面処理層の厚みは、所望の制動トルク曲線が得られるように設定すれば良い。すなわち、どの回転速度のときに制動トルクを最大にするかによって表面処理層の厚さを決めればよい。
【００２０】
図３に示すようにローター材の電気抵抗が制動トルクに及ぼす影響は、表面処理層による改善効果に比べて小さい。また、表面処理層を設けた場合にはローター材の電気抵抗が大きい方が制動トルクがやや大きくなる傾向があり、表面処理層を設けない場合とは逆の傾向を示す。これは、表面処理層を設けた場合には、渦電流が表面処理層に限定され、ローター材の電気抵抗が小さい場合よりも多くの渦電流が表面処理層に流れるためである。
【００２１】
したがって、ローター材としては、従来のローターのように電磁気特性、特に、電気抵抗を低くする材質選定を行う必要はなく、ローター全体の熱変形を抑制するため、もっぱら高温強度に優れた材質を選定すれば良い。
【００２２】
さらに、発明者らは、ローター円筒部に各種の材料を使用し、低電気抵抗の表面処理層を設けたローターを用いて耐久試験を行い、熱変形を調査した。その結果、最高温度が６００℃を超える条件で使用する場合のローターの熱変形量は、最高使用温度近傍でのローター材のクリープ強度と相関が有ることを確認した。
【００２３】
すなわちローター全体の熱変形を抑制するためには、ローター円筒部にクリープ強度の高い材料を使用すれば良い。その条件を満たした上で高温の静的な引張強度に優れた材料であればなお良い。渦電流は電気抵抗の低い表面処理層のみを流れるので、ローター材は熱変形を抑制するためにクリープ強度のみを優先したものとすることができる。したがって、ローター材には、従来、電磁気特性（特に電気抵抗）を悪化させるとの理由で含有量が抑制されていたＣｒなどの元素が積極的に活用できることになる。
【００２４】
ここに本発明は、下記の表面処理層が施された、下記の材料からなるローター円筒部を有するローターをその要旨とする。
【００２５】
（１）ローター円筒部が下記の化学組成▲１▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター（〔発明１〕とする）。
【００２６】
▲１▼重量％にて、Ｃｒ：０．７５〜１２％およびＭｏとＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％含む鋼。
【００２７】
（２）ローター円筒部が下記の化学組成▲２▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター（〔発明２〕とする）。
【００２８】
▲２▼重量％にて、Ｃ：０．０４〜０．３％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：０．７５〜１２％、ＭｏおよびＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｂ：０．００６％以下およびｓｏｌＡｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明において、上記のようなローターとした理由を述べる。
【００３０】
１．表面処理層
表面処理層はローター円筒部の永久磁石に対向する表面、すなわち、ローター円筒部の内面に設けられる。表面処理層の材質は電気抵抗の小さな材料がよい。
【００３１】
その代表例として、特開昭６３−２７４３５９号公報にも例示されているように、銅もしくは銅合金またはアルミニウムがある。この内、アルミニウムは融点が低いため、制動トルクが小さくローターの最高温度が低い場合には使用できるが、制動トルクが大きく、最高温度が６００℃を超える場合には使用できない。したがって、本発明では、電気抵抗が小さな表面処理層の材質としては、融点や高温強度が比較的高い銅および銅合金に限定した。
【００３２】
銅は通常のタフピッチ銅、脱酸銅などの純度のものを用いてよい。リン脱酸銅の場合でも、通常のＰ濃度０．０２％以下であればよい。通常は後記するように、メッキにより表面処理層が設けられるので、不純物は比較的低い。銅合金は電気抵抗が高くないもの、例えばＣｒを０．５〜１．２％含有したクロム銅を用いてよい。ただし、銅と異なり銅合金を用いると、電気抵抗が高くなることが避けられないので、高温での強度がとくに必要な場合に限られる。
【００３３】
表面処理層の厚さは、０．０５〜１．００ｍｍの範囲にあることが望ましい。
【００３４】
０．０５ｍｍ未満では充分な渦電流が流れないからであり、１．００ｍｍを超えると、最大制動トルクが発生する回転速度が低下し、制動を行う対象の回転速度で高い制動トルクが得られなくなるとともに、銅および銅合金は非磁性であるため、ローター円筒部に入る磁束の量が減少し、最大制動トルクも低下するためである。厚さは上記の範囲内で、図２を基に搭載するトラックの車種に応じて使用頻度の高い回転速度を考慮して定めることが望ましい。
【００３５】
表面処理層は、通常、めっき処理により施される。めっき処理は通常の方法で行ってよい。表面処理層をもつ円筒を、銅または銅合金を溶着あるいは内面クラッドした鋼管によっても製造することができ、この方法は大量生産する場合に特に適した方法である。
【００３６】
２．ローター円筒部の材料
１）ローター円筒部材料の成分組成
上記の表面処理層が設けられるローター円筒部を構成する材料の化学組成を限定した理由を述べる。以下、「％」は「重量％」を意味する。
【００３７】
Ｃｒ：０．７５〜１２％
Ｃｒは鋼の高温強度、クリープ強度および耐酸化性などの耐熱性を決める最も重要な元素である。Ｃｒが０．７５％未満では十分な高温強度、クリープ強度が得られない。また、１２％を超えても強度の改善効果が飽和し、経済的に不利であるとともに、加工性の悪化や破壊靭性の低下が生じ、さらに、めっき処理によって表面処理層を形成することも困難になるので、Ｃｒ量は０．７５〜１２％とする。従来、電気抵抗を低下させるために使用しなかったが、本発明では上記した表面処理層を設けたために、使用できる。むしろ、表面処理層に高密度の渦電流が発生し、熱変形が大きくなるので、それを防止するために積極的に使用するものである。
【００３８】
Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）：０．３〜２．５％
Ｍｏには鋼の靭性，高温強度およびクリープ強度を向上させる作用がある。また、ＷにはＭｏと同じく鋼の高温強度およびクリープ強度を向上させる作用があるが、Ｍｏと同等の効果を得るためにはＭｏ量の２倍の量が必要である。本発明ではローターの高温強度とクリープ強度の確保のため、ＭｏとＷのいずれか、または両方を添加する。Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）の量が０．３％未満ではローターに必要なクリープ強度を確保することができない。一方、２．５％を超えても高温強度とクリープ強度の向上効果が飽和して経済的に不利であるとともに、破壊靭性が低下するので、Ｍｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）の量は、０．３〜２．５％とする。
【００３９】
本発明は、Ｃｒ、ＭｏおよびＷは、かならず上記した量含まれていなければならない。上記の量含まれていなければ、後記する６５０℃での１０００時間クリープ強度５ｋｇｆ／ｍｍ２ 以上を確保できないからである。〔発明１〕は、ローター材に上記した範囲にＣｒ、ＭｏおよびＷが含まれていれば、他の化学成分およびその含有量は問わない。ただし、鋼の範疇に入るものに限定される。
【００４０】
〔発明２〕のローター円筒部材料は、上記〔発明１〕のそれの望ましい態様として化学組成を特定したものである。これは、前記のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ以外に下記する化学成分を下記する範囲に含有する。
【００４１】
Ｃ：０．０４〜０．３％
Ｃは強度を決める最も基本的な元素であるが、その含有量が０．０４％未満であるとローター材に必要なクリープ強度レベルを確保することができない。一方、その含有量が０．３％を超えるとクリープ強度の改善効果が飽和するとともに、溶接性の低下や破壊靭性の低下などの不利益をもたらすため、０．０４〜０．３％とする。
【００４２】
Ｓｉ：１％以下
Ｓｉは鋼の脱酸剤として作用すると共に焼入れ性を向上させる作用をも有している。鋼の脱酸剤として使用はするが、成分元素として鋼に含有させなくてもよい。焼入れ性向上のために添加する場合、Ｓｉは粒界及び母相の靭性という観点からは多量に含有されることは好ましくなく、１％を超えると破壊靭性の低下をもたらす。したがって、Ｓｉ含有量は１％以下とする。
【００４３】
Ｍｎ：０．３〜１％
Ｍｎは鋼の脱酸剤および硫黄の固定剤として作用すると共に、焼入れ性改善及び固溶強化による強度向上作用をも有している。Ｍｎ含有量が０．３％未満の場合には高強度化の効果が十分に得られない。しかし、Ｍｎ含有量が増加し、１％を超えると強度改善効果は飽和する。したがって、Ｍｎ含有量は０．３〜１％とする。
【００４４】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは固溶強化により鋼の強度を上昇に有効な元素であるが、その含有量が０．０３％を超えると熱間鍛造性が悪化する。そこで、Ｐの上限を０．０３％とする。Ｐは実質的に０でもよい。
【００４５】
Ｓ：０．０３％以下
ＳはＭｎＳなどの硫化物を生成して、破壊靭性や疲労特性を劣化させるとともに、Ｓ量の増加に伴って電気抵抗が増加するため、その含有量は０．０３％以下とする。Ｓは少ないほどよい。
【００４６】
Ｎｉ：０．５％以下
Ｎｉは積極的に添加しなくてもよい。Ｎｉは焼入れ性と固溶強化による鋼の高強度化作用を有しているが、その含有量が０．５％を超えて増加すると強度の改善効果が飽和する。また、Ｎｉによるクリープ強度の改善効果はほとんどない。
【００４７】
したがって、Ｎｉ量は０．５％以下とする。
【００４８】
Ｎｂ：０．１％以下
Ｎｂは添加しなくてもよい。しかし、Ｎｂは鋼の結晶粒を微細化する作用に加えて、高温強度およびクリープ強度を改善する作用を有しているため、クリープ強度の調整のために必要に応じて添加する。添加する場合は０．０１％以上とするのが望ましい。０．０１％未満では、明確な効果が得られないからである。しかし、０．１％を超えて含有させると靭性低下を招くことから、０．１％以下とする。
【００４９】
Ｖ：０．３％以下
Ｖは添加しなくてもよい。しかし、Ｖはバナジウム炭化物の析出強化により鋼の高温強度およびクリープ強度を向上させる作用を有しているため、クリープ強度の調整のために必要に応じて添加する。添加する場合は、０．０２％以上とするのが好ましい。０．０２％未満では、明確なクリープ強度の上昇が得られないからである。しかし、０．３％を超えて含有させるとクリープ強度の改善効果が飽和するとともに、靭性低下を招くため、０．３％以下とする。
【００５０】
Ｂ：０．００６％以下
Ｂは添加しなくてもよい。しかし、Ｂは、極微量で焼入れ性を向上させるとともに、炭化物を分散させ安定化し、高温強度とクリープ強度の確保に効果があるので、必要に応じて添加する。添加する場合は、０．０００５％以上とするのが望ましい。０．０００５％未満では明確な効果が得られないからである。しかし、０．００６％を超えると、クリープ強度の向上効果が飽和するとともに靭性低下を招くので、０．００６％以下とする。
【００５１】
ｓｏｌＡｌ：０．００５〜０．１％
Ｎは、クリープ強度を高めるが、それは固溶状態のＮが転位上に析出して転位の運動の妨げとなるからである。本発明においては、靭性を考慮してＡｌを添加してＮをＡｌＮとして固定するので、このようなＮによるクリープ強度向上の効果は得られない。したがって、Ｎは通常含まれる０．００１〜０．０２％の範囲とし、ＡｌはそのＮをＡｌＮとして固定するのに必要な量、すなわちｓｏｌＡｌとして０．００５〜０．１％とする。このＮおよびｓｏｌＡｌの量は、通常の電気炉鋼および転炉鋼に含まれる範囲である。
【００５２】
上記の成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００５３】
２）ローター材のクリープ強度
本発明では、制動トルクの改善は電気抵抗の小さな表面処理層によって確保し、ローター全体の熱変形の抑制はローター材自身のクリープ強度によって確保する。したがって、ローター材としては本発明の渦電流式減速装置の最高使用温度近傍でのクリープ強度が高いことが必要である。ローター材の６５０℃での１０００時間クリープ強度が５ｋｇｆ／ｍｍ２ 以上必要な理由は、１０００時間クリープ強度が５ｋｇｆ／ｍｍ２ 未満の場合には、制動オン・オフの繰り返しに伴う熱変形が大きくなり、耐久性が確保できないためである。
【００５４】
上記した組成の範囲内の鋼は、通常の熱間圧延あるいは熱間鍛造を施したままでも、上記のクリープ強度を持つ。しかし、さらに下記▲１▼〜▲３▼の各熱処理を施してもよい。
【００５５】
▲１▼焼入れ焼戻し
▲２▼焼きならし（焼準）あるいは焼きならし・焼戻し
▲３▼焼きなまし（焼鈍）あるいは焼きなまし・焼戻し
【００５６】
【実施例】
続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説明する。
【００５７】
表１は実施に供したローター材の化学組成を示す一覧表である。本発明例１〜１１はいずれも、〔発明１〕の望ましい実施態様である〔発明２〕に含まれるものである。比較例１〜５および従来例１〜３は、いずれも本発明の範囲外の化学組成である。同表に示す化学組成の鋼を溶製し、１２５０℃に加熱して最終厚さ４０ｍｍに熱間鍛造後、下記の熱処理を行い、供試材とした。
【００５８】
従来例１〜３：焼入れ・焼戻し（９００℃×１５ｍｉｎ水冷＋６５０℃×３０ｍｉｎ放冷）
本発明例６〜８、比較例４および５：焼きなまし・焼もどし（１０００℃×１５ｍｉｎ炉冷＋７００℃×３０ｍｉｎ放冷）
その他の例：焼きなまし・焼もどし（９５０℃×１５ｍｉｎ炉冷＋７００℃×３０ｍｉｎ放冷）
ここで、従来例１〜３は前記特願平６−２０４３１３号公報の発明の鋼と同じものである。これら従来例１〜３も、本発明のローターを構成するローター材に対する比較材である。
【００５９】
【表１】
表２は、表１の各鋼についての室温における電気抵抗ρ、破壊靭性値、６５０℃における降伏応力（０．２％耐力）、引張強さおよび６５０℃でのクリープ破断試験により評価した１０００ｈｒクリープ強度を示す。同表に示すように、〔発明１〕の望ましい実施態様である〔発明２〕に含まれる本発明例１〜１１のローター材は、静的な高温強度では、従来例を下回っているものもあるが、クリープ強度は全て従来例より優れている。また、本発明例１〜１１のローター材の破壊靭性値は従来材と同等以上であり、２００ｋｇｆ／ｍｍ１．５ 以上の優れた値となっている。
【００６１】
【表２】
比較例１〜３はＭｏおよびＷ（すなわち、Ｍｏ＋（Ｗ／２））またはＣｒの含有量が少ないため、高温強度およびクリープ強度が低い。また、比較例４ではＣｒを、比較例５ではＭｏ＋（Ｗ／２）を本発明のローター材の組成範囲よりも多く含有しているが、高温強度およびクリープ強度は、本発明例に比べて必ずしも改善されていない。すなわち、過度のＣｒまたはＭｏ＋（Ｗ／２）を含有してもクリープ強度は改善されないし、かえって破壊靭性値は低くなる。
【００６３】
次に、表１に示した各供試材を用いて、図１に示した渦電流式減速装置用ローターを作製した。これを適用した渦電流式減速装置を大型トラックのトランスミッション後部のプロペラシャフトの途中に装備して、制動トルクを測定するとともに、耐久性を調査するための繰り返し制動試験を実施した。今回の測定に用いた渦電流式減速装置は１０トン車用であり、ローター円筒部の内径は約３８０ｍｍ、肉厚は約２０ｍｍ、軸方向長さは約８０ｍｍであった。ローター円筒部の内表面には銅からなる表面処理層をめっき処理により設けた。めっき処理はシアン化銅浴（主なめっき浴組成：シアン化銅６０ｇ／ｌ、シアン化カリウム１１５ｇ／ｌ）にて行い、浴温度は５５℃、ｐＨは１０．２および電流密度は１．５Ａ／ｄｍ２ とした。めっき処理層の厚みは０．２ｍｍとした。また、比較のため従来例１〜３については表面処理層を設けない条件でも制動トルクの測定を行った。
【００６４】
制動トルクの測定にあたっては、まずプロペラシャフト（図１の１０が連結しているシャフト）の回転速度を徐々に上げて行き、回転速度が１０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍとなった時点での制動トルクを測定した。また、繰返し制動試験にあたっては、プロペラシャフトの回転速度を２０００ｒｐｍで一定とし、制動と非制動を繰返してローターに繰返し温度変動を与えた。制動オン時間は１２０秒、制動オフ時間は１８０秒とした。この際のローター内表面の最高温度は表面処理層が無い場合が約６００℃であったのに対して、表面処理層を設けた場合には７００℃近くに達した。
【００６５】
この制動と非制動を１０００サイクル繰返し、試験後のローター円筒部の熱変形量を測定した。熱変形量の測定に際しては、ローター円筒部の内径を軸方向中央部で測定し、内径の拡大量（円周方向８ケ所の平均値）を熱変形量とした。
【００６６】
以上の試験結果を表３に示す。従来例１〜３について、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合を比較すると、制動トルクは表面処理層を設けた場合の方が大きくなるが、ローターの熱変形量も大きくなり、耐久性の観点からは従来例は不適当である。
【００６７】
一方、本発明例では、従来例のうち表面処理層が無いものに比べて制動トルクは大きい。また、従来例と本発明例の熱変形量を比較すると、本発明例の方が熱変形量は小さく、とくに本発明例１〜１０は表２に見たようにローター材自体の靭性も高いことから、耐久性に優れていることがわかる。
【００６８】
また、比較例１〜３の場合には本発明例よりも熱変形量は非常に大きい。
【００６９】
【表３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の渦電流式減速装置用ローターに比べて制動トルクを向上できるとともに、繰り返し使用時の熱変形が抑制され、同時に破壊靭性値も高いため耐久性が向上する。本ローターは工業的に安価大量に製造できるものであり、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、永久磁石を使用した渦電流式減速装置の一例を示す図面である。
【図２】図２は、電磁場解析により求めた、表面の銅層の厚さを変えたときの制動トルクにおよぼすローターの回転速度の影響を表す図面である。
【図３】図３は、電磁場解析により求めた、銅からなる表面処理層を設けた場合と設けない場合のローター材の電気抵抗と最大制動トルクの関係を表す図面である。
【符号の説明】
１…ローター、
２…ローターアーム、
３…ローター円筒部、
４…冷却フィン、
５…永久磁石、
６…磁石支持リング、
７…ポールピース、
８…ピストンロッド、
９…シリンダー、
１０…回転軸、
１１…案内棒
Claims (2)
- ローター円筒部が下記の化学組成▲１▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター。
▲１▼重量％にて、Ｃｒ：０．７５〜１２％およびＭｏとＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％含む鋼。 - ローター円筒部が下記の化学組成▲２▼をもつ鋼であり、その永久磁石に対向する表面側に銅または銅合金からなる表面処理層を有することを特徴とする渦電流式減速装置用ローター。
▲２▼重量％にて、Ｃ：０．０４〜０．３％、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．３〜１％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｒ：０．７５〜１２％、ＭｏおよびＷの１種または２種をＭｏ（％）＋（Ｗ（％）／２）にて０．３〜２．５％、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｂ：０．００６％以下およびｓｏｌＡｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部が鉄および不可避的不純物。
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