JP3859509B2 - 電磁式リターダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁性部材を用いた電磁式リターダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大型車のブレーキシステムにおいて、通常のサービスブレーキの補助として、電磁式リターダ装置が装備されることがある。図5は従来の電磁式リターダ装置の一例を示している。この電磁式リターダ装置100は、トランスミッションケース101等に固定されるステータキャリア102と、ステータキャリア102に固定された励磁コイル103と、車両の動力出力軸104に連結部材105を介して固定されるディスク106と、励磁コイル103を覆うよう形成されたリターダドラム107と、駐車ブレーキ作動時に制動部材108が押圧されるブレーキドラム109を備えている。
【0003】
車両の走行中にリターダ操作スイッチをオンにすると、励磁コイル103に発生する磁界中をリターダドラム107が回転することにより、電磁誘導作用によってリターダドラム107の回転を抑制する力が発生し、動力出力軸104が制動されることになる。
【0004】
このような電磁式リターダ装置100は、少なくともリターダドラム107に強磁性材料を使用する必要があるため、例えば飽和磁化が195(emu/g)以上の軟鋼(S20CあるいはS25C等のSC材)からなる鋼管や鋼板が使われている。
【0005】
これに対しブレーキドラム109は磁性材料である必要が無いため、例えばFC250等の鋳鉄によって鋳造されている。ブレーキドラム109は、ボルト110によってディスク106に締結されている。リターダドラム107はディスク106に溶接されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁式リターダ装置100は、ディスク106とリターダドラム107とブレーキドラム109などをボルトや溶接によって結合するため、製造に手数がかかり、機械加工しろも大きいことから、コストが高くつくという問題があった。また、溶接部強度の信頼性を確保するために格別な配慮が必要であった。また、リターダドラム107に電縫管(溶接管)を用いた場合には、溶接部にビードが形成されることによって周方向の重量配分がアンバランスとなるため、バランスをとるための対策も必要である。
【0007】
上記の問題を解決するには、ディスク106とリターダドラム107を鋳造によって一体成形すればよい。しかしリターダドラム107に強磁性材料を用いる必要があり、このような強磁性材料は一般に鋳造に適さない。このような事情から、ディスク106とリターダドラム107を互いに異なる材料によって別々に製造したのち、両者を溶接等によって結合せざるをえなかった。
【0008】
従ってこの発明の目的は、鋳造に適した磁性部材を用いた電磁式リターダ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁式リターダ装置は、請求項1に記載したように、ステータキャリアを介して車体側に固定される励磁コイルと、車両の動力出力軸に固定されるディスクと、前記励磁コイルを覆うよう形成されたリターダドラムとを備え、前記ディスクと前記リターダドラムとが、重量比でC:3.2〜3.8%およびSi:2.3〜3.6%を含有しフェライト基地の球状黒鉛鋳鉄からなる磁性部材を用いて一体に鋳造成形されていることを特徴とするものである。
【0011】
本発明では、ディスクとリターダドラムを鋳造によって最終製品(完成品)に近い形状に一体成形することができるため、いわゆるニアネットシェープ化により、機械加工しろが少なく、溶接も不要である。
【0012】
片状黒鉛を有する通常の鋳鉄では、黒鉛が破断の通り道となるため強度が低下するが、本発明のような球状黒鉛を有する鋳鉄は靭性が大であり、電磁式リターダ装置のディスクやリターダドラム用として充分な強度を発揮できる。しかも飽和磁束密度が高いため、良好な制動特性を得ることができる。
【0013】
この発明の好ましい形態では、前記ディスクに、駐車ブレーキ作動時に制動部材が押圧されるブレーキドラムが一体に鋳造成形されている。さらにこの発明の好ましい形態では、リターダドラムの外周面に冷却フィンが一体に鋳造成形されている。
またこの発明の好ましい形態では、前記ステータキャリアが前記磁性部材によって成形されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図1から図3を参照して説明する。
図1に示す電磁式リターダ装置10は、例えば図2に示す車両11のトランスミッション12と、動力出力軸としてのプロペラシャフト13との間に設けられる。
【0015】
電磁式リターダ装置10は、車体側に固定されるステータキャリア15と、ステータキャリア15に固定された励磁コイル16と、ディスク17と、リターダドラム18と、ブレーキドラム19等を備えている。ステータキャリア15は、トランスミッション12のハウジングあるいはハンドブレーキハウジング等の車体側の部材に固定される。リターダドラム18は励磁コイル16を覆うような形状に形成されている。リターダドラム18の外周面に冷却ファン20が形成されている。
【0016】
ディスク17は、動力出力軸として機能するプロペラシャフト13に、コンパニオンボルト26によって締結される。プロペラシャフト13は、連結部材27を介してトランスミッション12の出力軸28に接続される。エンジンが発生するトルクによってトランスミッション12の出力軸28が回転すると、連結部材27を介してディスク17が回転するとともに、プロペラシャフト13が回転することになる。
【0017】
駐車ブレーキシステムの一部をなすブレーキドラム19の内側に、ブレーキシューを含む制動部材29が設けられている。この制動部材29は、駐車ブレーキ作動時にカム機構あるいはアクチュエータ等の駆動機構によってブレーキドラム19の内周面に押圧され、摩擦力によってブレーキドラム19の回転を止めるようになっている。
【0018】
ディスク17とリターダドラム18とブレーキドラム19と冷却フィン20は互いに一体に鋳造成形され、ロータユニット30を構成している。このロータユニット30が、以下に説明する磁性部材(フェライト基地の球状黒鉛鋳鉄)を用いて一体に鋳造成形されている。また、ステータキャリア15もこの磁性部材によって成形されている。この磁性部材は、C:3.2〜3.8%とSi:2.3〜3.6%(いずれも重量比)を含有するものである。MnとCuは、いずれも0.5%以下である。
【0019】
Cの含有量が3.2%未満では、鋳造性が悪化し、内部欠陥が発生しやすくなる。Cの含有量が3.8%を越えても鋳造性が悪化し、内部欠陥が発生しやすくなる。Siが2.3%未満では、基地組織中のパーライトが増加し、磁気特性が低下する。Siが3.6%を越えると、脆化が顕著となり、伸びおよび耐衝撃性が低下する。Mnの含有量が0.5%を越えると、基地組織中のパーライトが増加し、磁気特性が低下する。Cuの含有量が0.5%を越えても、基地組織中のパーライトが増加し、磁気特性が低下する。
【0020】
[実施例1]
この実施例の磁性部材(球状黒鉛鋳鉄:FCD−HM)の化学成分は、重量比率(%)でC:3.19、Si:3.59、Mn:0.36、P:0.021、S:0.012、Ni:0.02、Cr:0.05、Mo:0.02、Cu:0.19、Mg:0.034、残部がFeである。鋳造後の熱処理は行わない(as castと称す)。
【0021】
実施例1の磁性部材の機械的性質は、引張り強さ:554MPa、伸び:14%、TP硬度:192HBであった。飽和磁化は193.7〜195emu/gであった。
【0022】
図3は、実施例1の球状黒鉛鋳鉄(FCD−HM)40の金属組織を100倍に拡大した顕微鏡写真に基いて描いた模式図であり、図中の黒い球状の部分が黒鉛の粒41である。黒鉛以外の大部分はフェライト42である。この磁性部材は強磁性を有し、しかも鋳造に適している。
【0023】
[実施例2]
本実施例の磁性部材(球状黒鉛鋳鉄:FCD500R)の化学成分(%)は、C:3.80、Si:2.77、Mn:0.36、P:0.023、S:0.01、Ni:0.02、Cr:0.05、Mo:0.02、Cu:0.22、Mg:0.032、残部がFeである。鋳造後の熱処理として、フェライト化焼鈍を行った。フェライト化焼鈍は、880℃で2時間加熱後、480℃で1時間保持し、そののち大気中で放冷した。
【0024】
こうして得られた磁性部材は、フェライト率:98.5%、球状化率:93.1〜94.5%、顕微鏡観察下での黒鉛粒数が228.5個/mm2であった。この磁性部材の機械的性質は引張り強さ:462MPa、伸び:13%、TP硬度:156HB、飽和磁化は196.2〜197.5emu/gであり、強磁性を有し、しかも鋳造に適していた。
【0025】
[実施例3]
本実施例の磁性部材(球状黒鉛鋳鉄:FCDーH)の化学成分(%)は、C:3.45、Si:3.40、Mn:0.33、P:0.032、S:0.01、Ni:0.03、Cr:0.05、Mo:0.03、Cu:0.16、Mg:0.032、残部がFeである。この磁性部材の機械的性質は、引張り強さ:516MPa、伸び:16%、TP硬度:170HB、飽和磁化が195.8emu/gであった。この磁性部材は強磁性を有し、しかも鋳造に適していた。
【0026】
[実施例4]
本実施例の磁性部材(球状黒鉛鋳鉄:FCDーHS)の化学成分(%)は、C:3.29、Si:3.38、Mn:0.34、P:0.032、S:0.009、Ni:0.03、Cr:0.05、Mo:0.33、Cu:0.16、Mg:0.033、残部がFeである。この実施例の磁性部材の機械的性質は、引張り強さ:526MPa、伸び:10%、TP硬度:187HB、飽和磁化が195.7emu/gであった。この磁性部材は強磁性を有し、かつ、鋳造に適していた。
【0027】
[比較例1]
比較例1は軟鋼(S25C)であり、化学成分(%)はC:0.22〜0.28、Si:0.15〜0.35、Mn:0.30〜0.60、P:0.030以下、S:0.035以下、Ni:0.20以下、Cr:0.20以下、Cu:0.30以下、残部がFeである。
【0028】
比較例1の機械的性質は、引張り強さ:479MPa、伸び:33%、TP硬度:137HBである。飽和磁化は203.6emu/gと高い値を示す。
【0029】
[比較例2]
比較例2は球状黒鉛鋳鉄の一般材(FCD500)であり、化学成分(%)はC:3.71、Si:2.58、Mn:0.39、P:0.045、S:0.007、Ni:0.03、Cr:0.10、Mo:0.04、Cu:0.27、Mg:0.038、残部がFeである。
この比較例の機械的性質は、引張り強さ:682MPa、伸び:8%、TP硬度:217HBである。飽和磁化は190.7emu/gと低いものであった。
【0030】
[比較例3]
比較例3は球状黒鉛鋳鉄の一般材(FCD700)であり、化学成分(%)はC:3.70、Si:1.98、Mn:0.44、P:0.033、S:0.009、Ni:0.03、Cr:0.05、Mo:0.02、Cu:0.82、Mg:0.032、残部がFeである。
比較例3の機械的性質は、引張り強さ:784MPa、伸び:4%、TP硬度:255HBである。飽和磁化は187.6emu/gと低いものであった。
【0031】
[比較例4]
比較例4は球状黒鉛鋳鉄の一般材(FCD500R)であり、化学成分(%)は前述の実施例2と同じであるが、鋳造後の熱処理を行わない材料“as cast”である。この比較例はフェライト率:79.0%、球状化率:94.8〜86.7%、顕微鏡観察下での黒鉛粒数は172.3個/mm2であった。また、機械的性質は、引張り強さ:566MPa、伸び:12%、TP硬度:179HBである。飽和磁化は191.7emu/gであり、強磁性は有していなかった。
【0032】
なお、図4に示す第2の実施形態のように、ディスク17とリターダドラム18とを一体に有するロータユニット30′を鋳造成形し、このロータユニット30′とは別体に製作されたブレーキドラム19を、ボルト等の締結用部品50によってロータユニット30′に結合してもよい。
【0033】
また本発明の鋳物製品用磁性部材は、車両のプロペラシャフトの軸線方向中間部に設ける電磁式リターダ装置に適用することもできるし、デファレンシャルギヤとプロペラシャフトとの間に設ける電磁式リターダ装置に適用することもできる。さらには、本発明の鋳物製品用磁性部材を電磁式リターダ装置以外の用途に使うこともできる。
【0034】
【発明の効果】
請求項1に記載した発明によれば、強磁性を有する磁性部材によって一体に鋳造成形されたディスクとリターダドラムを有する電磁式リターダ装置を提供することができる。
請求項2に記載した発明によれば、ブレーキドラムとディスクおよびリターダドラムを一体に鋳造成形することができるため、電磁式リターダ装置の製造がさらに容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態を示す電磁式リターダ装置の断面図。
【図2】 電磁式リターダ装置を備えた車両を模式的に示す側面図。
【図3】 本発明の鋳物製品用磁性部材の一例の表面を100倍に拡大して示す模式図。
【図4】 本発明の第2の実施形態を示す電磁式リターダ装置の一部の断面図。
【図5】 従来の電磁式リターダ装置の一部を示す断面図。
【符号の説明】
10…電磁式リターダ装置
15…ステータキャリア
16…励磁コイル
17…ディスク
18…リターダドラム
19…ブレーキドラム
40…フェライト基地の球状黒鉛鋳鉄
Claims (3)
- ステータキャリアを介して車体側に固定される励磁コイルと、
車両の動力出力軸に固定されるディスクと、
前記励磁コイルを覆うよう形成されたリターダドラムとを備え、
前記ディスクと前記リターダドラムとが、
重量比でC:3.2〜3.8%およびSi:2.3〜3.6%を含有しフェライト基地の球状黒鉛鋳鉄からなる磁性部材を用いて一体に鋳造成形されていることを特徴とする電磁式リターダ装置。 - 前記ディスクに、駐車ブレーキ作動時に制動部材が押圧されるブレーキドラムが一体に鋳造成形されていることを特徴とする請求項1記載の電磁式リターダ装置。
- 前記ステータキャリアが前記磁性部材によって成形されていることを特徴とする請求項1記載の電磁式リターダ装置。
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