JP5723669B2 - Brake disc and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、ブレーキパッドが押し付けられる摩擦面を有するブレーキディスクにおいて、ブレーキ時に発生する熱によって摩擦面に亀裂や変形が生じるのを抑制することが可能なブレーキディスク及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a brake disc having a friction surface against which a brake pad is pressed, and a brake disc capable of suppressing the friction surface from being cracked or deformed by heat generated during braking, and a method for manufacturing the brake disc.

新幹線等の鉄道車両の車輪や車軸には、ブレーキパッドを押し付けることによって制動力を得るためのブレーキディスクが設けられる。ここで、このブレーキディスクには、ブレーキ時に発生する熱の影響によって亀裂や変形が生じる問題がある。そこで、ディスク母材の表面を耐熱性に優れた素材で被覆することにより、ブレーキ熱による亀裂や変形の発生を抑制し得るブレーキディスクが従来提唱されている(例えば、特許文献1を参照)。   Brake discs for obtaining braking force by pressing brake pads are provided on the wheels and axles of railway vehicles such as Shinkansen. Here, this brake disc has a problem that cracks and deformation are caused by the influence of heat generated during braking. Therefore, a brake disk that can suppress the occurrence of cracks and deformation due to brake heat by covering the surface of the disk base material with a material having excellent heat resistance has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1では、まずディスク母材の表面にブラスト処理を施すことにより、すなわち無機質素材からなる粒子を所定の圧力で噴射することにより、凹凸状の粗面化処理層が形成される。そして、この粗面化処理層の上に、金属結合層を介して耐熱性被覆層が形成される。この耐熱性被覆層は、耐熱性及び靭性に優れたジルコニアなどのセラミックスが金属結合層の表面に溶射されたものである。このような構成によれば、ブレーキ時に発生する熱のディスク母材への伝達が耐熱性被覆層によって低減されるため、ディスク母材に亀裂や変形が発生することが抑制される。   In Patent Document 1, an uneven surface-roughened layer is formed by first blasting the surface of a disk base material, that is, by spraying particles made of an inorganic material at a predetermined pressure. Then, a heat resistant coating layer is formed on the roughened layer via a metal bonding layer. This heat resistant coating layer is obtained by spraying ceramics such as zirconia having excellent heat resistance and toughness on the surface of the metal bonding layer. According to such a configuration, transmission of heat generated at the time of braking to the disk base material is reduced by the heat-resistant coating layer, so that occurrence of cracks and deformation in the disk base material is suppressed.

特開2009−63072号公報JP 2009-63072 A

しかし、特許文献1に記載の従来のブレーキディスクでは、高速走行時におけるブレーキ環境下において、ディスク母材と耐熱性被覆層との密着強度が不足する恐れがある。すなわち、ディスク母材の表面にブラスト処理を施すことにより、金属結合層や耐熱性被覆層のディスク母材に対する密着強度はある程度向上する。しかし、高速走行時におけるブレーキ環境下(高速回転,高い振動負荷、高温)においても、亀裂や変形が生じることなくディスク母材との密着強度が十分に確保される耐熱性被覆層が必要とされる。   However, in the conventional brake disc described in Patent Document 1, there is a fear that the adhesion strength between the disc base material and the heat-resistant coating layer is insufficient in a brake environment during high-speed running. That is, by subjecting the surface of the disk base material to blasting, the adhesion strength of the metal bonding layer and the heat-resistant coating layer to the disk base material is improved to some extent. However, there is a need for a heat-resistant coating layer that ensures sufficient adhesion strength to the disk base material without cracking or deformation even in a braking environment during high-speed driving (high-speed rotation, high vibration load, high temperature). The

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、高速走行時におけるブレーキ環境下においても、亀裂や変形が生じることなくディスク母材との密着強度を十分に確保することを可能にする手段を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to ensure sufficient adhesion strength with the disk base material without causing cracks or deformation even in a braking environment during high-speed traveling. It is to provide means that make it possible to do.

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係るブレーキディスクは、表面にブレーキパッドが押圧されることにより車軸の回転を制動するブレーキディスクであって、前記車軸と一体的に回転する回転体に取り付けられるディスク母材と、前記ディスク母材の表面に複数層に渡って積層され、前記ディスク母材より融点の高い高融点金属の粒子がマトリクス材中に分散してなる肉盛層と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the brake disc according to the present invention is a brake disc that brakes the rotation of the axle when the brake pad is pressed against the surface, and a disc base material that is attached to a rotating body that rotates integrally with the axle, And a built-up layer in which particles of a high melting point metal having a melting point higher than that of the disk base material are dispersed in a matrix material.

このような構成によれば、ディスク母材の表面に高融点金属を含んだ肉盛層が積層されるので、ブレーキディスクに対してブレーキパッドが押圧されることによって生じる熱は、肉盛層の存在によってディスク母材への伝達が低減される。従って、このブレーキ時の熱の影響によって、ディスク母材の表面に亀裂や変形が生じるのを抑制することができる。   According to such a configuration, since the build-up layer containing the refractory metal is laminated on the surface of the disk base material, the heat generated when the brake pad is pressed against the brake disc is generated by the build-up layer. The presence reduces transmission to the disk base material. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks and deformation on the surface of the disk base material due to the influence of heat during braking.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記肉盛層が、粉体肉盛プラズマアーク溶接により前記ディスク母材の表面に積層されたことを特徴とする。   The brake disk according to the present invention is characterized in that the build-up layer is laminated on the surface of the disk base material by powder build-up plasma arc welding.

このような構成によれば、肉盛層が粉体肉盛プラズマアーク溶接によりディスク母材の表面に積層されるので、肉盛層とディスク母材の表面との界面においては、溶融結合により両者の十分な密着強度が確保される。   According to such a configuration, the build-up layer is laminated on the surface of the disk base material by powder build-up plasma arc welding. Therefore, at the interface between the build-up layer and the surface of the disk base material, Sufficient adhesion strength is ensured.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記肉盛層が、前記ディスク母材の表面に2層以上に渡って積層されたことを特徴とする。   Moreover, the brake disk according to the present invention is characterized in that the build-up layer is laminated over two or more layers on the surface of the disk base material.

このような構成によれば、粉体肉盛プラズマアーク溶接によってディスク母材の表面に1層目の肉盛層を積層すると、溶接時の高い熱によって焼き入れ層が生成されることにより、ディスク母材が硬化する。しかし、続いて2層目、3層目の肉盛層を積層する際には、溶接時の熱は1層目及び2層目の肉盛層を介してディスク母材に伝達するため、伝達する熱量が緩和される。従って、1層目の肉盛層の積層時に生成された焼き入れ層が、2層目及び3層目の肉盛層の積層時に加わる熱によって焼き戻されることにより、硬化したディスク母材に靭性が付与される。これにより、ディスク母材に亀裂や変形が発生するのを抑制することができる。   According to such a configuration, when the first build-up layer is laminated on the surface of the disk base material by powder build-up plasma arc welding, a hardened layer is generated by high heat during welding. The base material is cured. However, when the second and third build-up layers are subsequently laminated, the heat during welding is transferred to the disk base material via the first and second build-up layers. The amount of heat is reduced. Therefore, the hardened disk base material is toughened by being tempered by the heat applied during the lamination of the second and third overlay layers. Is granted. Thereby, it can suppress that a crack and a deformation | transformation generate | occur | produce in a disk base material.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記高融点金属が、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルのうちいずれか1種以上を含むことを特徴とする。   In the brake disc according to the present invention, the refractory metal contains one or more of molybdenum, tungsten, niobium, and tantalum.

このような構成によれば、高融点金属は、その高い融点のため溶接後も金属粒子として残存し、ディスク母材に高い耐熱性を付与する。   According to such a configuration, the high melting point metal remains as metal particles after welding due to its high melting point, and imparts high heat resistance to the disk base material.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記肉盛層は、50%以上80%以下の重量比で前記高融点金属を含有することを特徴とする。   In the brake disk according to the present invention, the build-up layer contains the refractory metal in a weight ratio of 50% to 80%.

このような構成によれば、高融点金属が溶接後に適度な量だけ金属粒子として残存し、ディスク母材に高い耐熱性を付与する。   According to such a configuration, the refractory metal remains as metal particles in an appropriate amount after welding, and imparts high heat resistance to the disk base material.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記高融点金属は、平均粒径が75μm以上100μm以下の粒子が全粒子数の70%以上80%以下を占めるとともに、平均粒径が10μm以上45μm以下の粒子が残りを占めることを特徴とする。   In the brake disk according to the present invention, the high melting point metal has particles having an average particle diameter of 75 μm or more and 100 μm or less occupying 70% or more and 80% or less of the total number of particles, and an average particle diameter of 10 μm or more and 45 μm or less. It is characterized in that the particles occupy the rest.

このような構成によれば、高融点金属が金属粒子として残存してディスク母材に高い耐熱性を付与するとともに、溶接後の肉盛層に亀裂が生じにくい。   According to such a configuration, the refractory metal remains as metal particles to impart high heat resistance to the disk base material, and cracks are unlikely to occur in the built-up layer after welding.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記マトリクス材が、ニッケル基合金からなることを特徴とする。   The brake disk according to the present invention is characterized in that the matrix material is made of a nickel-based alloy.

このような構成によれば、ニッケル基合金からなるマトリクス材が高融点金属を均質に結合することにより、肉盛層中において高融点金属が均一に分布する。これにより、ブレーキ時の熱により、高融点金属の分布が低くなっている箇所で肉盛層に亀裂や変形が生じることを未然に防止することができる。   According to such a configuration, the matrix material made of the nickel-based alloy uniformly bonds the refractory metal, so that the refractory metal is uniformly distributed in the built-up layer. Thereby, it can prevent beforehand that a crack and a deformation | transformation arise in a built-up layer in the location where distribution of a refractory metal is low by the heat | fever at the time of braking.

また、本発明に係るブレーキディスクは、表面にブレーキパッドが押圧されることにより車軸の回転を制動するブレーキディスクの製造方法であって、前記車軸と一体的に回転する回転体に取り付けられるディスク母材の表面に、前記ディスク母材より融点の高い高融点金属の粒子がマトリクス材中に分散してなる溶材を、粉体肉盛プラズマアーク溶接により複数層に渡って積層させる工程を含むことを特徴とする。   The brake disk according to the present invention is a method of manufacturing a brake disk that brakes rotation of an axle by pressing a brake pad on a surface thereof, and is a disk mother attached to a rotating body that rotates integrally with the axle. Including a step of laminating a molten material in which particles of a refractory metal having a melting point higher than that of the disk base material are dispersed in a matrix material over a plurality of layers by powder overlaying plasma arc welding. Features.

このような構成によれば、ディスク母材の表面に高融点金属を含んだ肉盛層が積層されるので、ブレーキディスクに対してブレーキパッドが押圧されることによって生じる熱は、肉盛層の存在によってディスク母材への伝達が低減される。従って、このブレーキ時の熱の影響によって、ディスク母材の表面に亀裂や変形が生じるのを抑制することができる。また、肉盛層は粉体肉盛プラズマアーク溶接によりディスク母材の表面に積層されるので、肉盛層とディスク母材の表面との界面においては、溶融結合により両者の十分な密着強度が確保される。   According to such a configuration, since the build-up layer containing the refractory metal is laminated on the surface of the disk base material, the heat generated when the brake pad is pressed against the brake disc is generated by the build-up layer. The presence reduces transmission to the disk base material. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of cracks and deformation on the surface of the disk base material due to the influence of heat during braking. In addition, the overlay layer is laminated on the surface of the disk base material by powder overlay plasma arc welding, so that at the interface between the build-up layer and the surface of the disk base material, sufficient adhesion strength between them is obtained by melt bonding. Secured.

また、本発明に係るブレーキディスクは、前記溶材は、全体に占める前記高融点金属の重量比が略80%であることを特徴とする。   In the brake disk according to the present invention, the weight ratio of the refractory metal occupying the whole of the molten material is approximately 80%.

このような構成によれば、ディスク母材の表面には、全体に占める高融点金属の重量比が略30%の肉盛層が積層される。これにより、高融点金属が溶接後に適度な量だけ金属粒子として残存し、ディスク母材に高い耐熱性を付与する。   According to such a configuration, a built-up layer in which the weight ratio of the refractory metal occupying the whole is approximately 30% is laminated on the surface of the disk base material. Thereby, the refractory metal remains as metal particles in an appropriate amount after welding, and imparts high heat resistance to the disk base material.

本発明に係るブレーキディスクによれば、高速走行時におけるブレーキ環境下においても、ディスク母材に亀裂や変形が生じるのを確実に抑制することができる。   According to the brake disc of the present invention, it is possible to reliably suppress the occurrence of cracks and deformations in the disc base material even in a brake environment during high speed running.

本発明の実施形態に係るブレーキディスクを備えた新幹線用制動装置の外観を示す概略正面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic front view showing an external appearance of a Shinkansen braking device including a brake disk according to an embodiment of the present invention. 図1におけるA−A線断面を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the AA line cross section in FIG. ブレーキディスクの表面近傍を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the surface vicinity of a brake disc. ディスク母材の各位置でのビッカース硬さを示すグラフである。It is a graph which shows the Vickers hardness in each position of a disk base material. 溶接装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of a welding apparatus. 本実施形態に係るブレーキディスクの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the brake disc which concerns on this embodiment. 溶材及び鍛鋼について、温度変化に伴う熱伝導率の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the heat conductivity accompanying a temperature change about a molten material and forged steel. 本発明の変形例に係るブレーキディスクを備えた新幹線用制動装置の外観を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows the external appearance of the braking device for bullet trains provided with the brake disc which concerns on the modification of this invention.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態の一例について説明する。まず、本発明の実施形態に係るブレーキディスクの構成について説明する。図1は、本実施形態に係るブレーキディスクを備えた新幹線用制動装置10の外観を示す概略正面図である。また図2は、図1におけるA−A線断面を示す概略断面図である。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the brake disk according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic front view showing an appearance of a Shinkansen braking apparatus 10 including a brake disk according to the present embodiment. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line AA in FIG.

新幹線用制動装置10は、図1に示すように、側面視で略円形の車輪11(回転体)と、この車輪11に挿通された車軸12と、車輪11の端面に取り付けられたブレーキディスク13と、このブレーキディスク13に近接して配置されたブレーキパッド14とを備えるものである。   As shown in FIG. 1, the Shinkansen braking device 10 includes a substantially circular wheel 11 (rotary body) in a side view, an axle 12 inserted through the wheel 11, and a brake disk 13 attached to an end surface of the wheel 11. And a brake pad 14 disposed in the vicinity of the brake disc 13.

車輪11は、図1及び図2に示すように、軸方向に一定の厚みを有する平板部111と、この平板部111の径方向外縁部が軸方向に突出してなるリム部112と、平板部111の径方向中心部が軸方向に突出してなるボス部113と、このボス部113を貫通して形成された軸挿通孔114とを有している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the wheel 11 includes a flat plate portion 111 having a certain thickness in the axial direction, a rim portion 112 in which a radially outer edge portion of the flat plate portion 111 protrudes in the axial direction, and a flat plate portion. 111 has a boss portion 113 having a radially central portion protruding in the axial direction, and a shaft insertion hole 114 formed through the boss portion 113.

車軸12は、図1及び図2に示すように、車輪11の軸挿通孔114に挿通されて固定されている。そして、この車軸12が不図示のモータ等によって回転駆動されることにより、車軸12の回転に伴って車輪11が一体的に回転するようになっている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the axle 12 is fixed by being inserted into the shaft insertion hole 114 of the wheel 11. The axle 12 is driven to rotate by a motor or the like (not shown), so that the wheels 11 rotate integrally with the axle 12.

ブレーキディスク13は、ブレーキパッド14が押圧されることで制動力を得る役割を果たすものである。このブレーキディスク13は、図1に示すように、側面視で略円環形状を有する平板部材であって、その外径は車輪11のリム部112の内径より若干小さく形成され、その内径は車輪11のボス部113の外径より大きく形成されている。また、図2に示すように、ブレーキディスク13の厚みは、車輪11の平板部111に対するリム部112の突出高さと略等しい大きさに形成されている。更に、図1及び図2に示すように、ブレーキディスク13には周方向に沿って所定間隔で複数のボルト挿通孔131が形成されている。   The brake disk 13 plays a role of obtaining a braking force when the brake pad 14 is pressed. As shown in FIG. 1, the brake disk 13 is a flat plate member having a substantially annular shape in a side view, and has an outer diameter slightly smaller than an inner diameter of the rim portion 112 of the wheel 11. 11 is formed larger than the outer diameter of the boss portion 113. As shown in FIG. 2, the thickness of the brake disk 13 is formed to be approximately equal to the protruding height of the rim portion 112 with respect to the flat plate portion 111 of the wheel 11. Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the brake disk 13 is formed with a plurality of bolt insertion holes 131 at predetermined intervals along the circumferential direction.

ここで、図3は、ブレーキディスク13の表面近傍を示す概略断面図である。ブレーキディスク13は、ディスク母材133と、粉体肉盛プラズマアーク溶接(以下、「PTA溶接」と略す)によってディスク母材133の表面に3層に渡って積層された肉盛層134とを備えている。尚、肉盛層134の積層数は複数であれば足り、本実施形態の3層に限定されず、2層や4層以上として構成してもよい。   Here, FIG. 3 is a schematic sectional view showing the vicinity of the surface of the brake disc 13. The brake disk 13 includes a disk base material 133 and a built-up layer 134 laminated on the surface of the disk base material 133 in three layers by powder overlaying plasma arc welding (hereinafter abbreviated as “PTA welding”). I have. It should be noted that the number of stacked layers 134 is not limited to the three layers of the present embodiment, and may be configured as two layers or four or more layers.

ディスク母材133は、鍛造用の鋼材である鍛鋼からなるものである。尚、ディスク母材133の材質は鍛鋼に限られず、PTA溶接を耐熱性等の観点から施工することが可能な任意の材料を適用することができる。例えば、熱伝導性や耐磨耗性に優れたパーライト鋳鉄でディスク母材133を形成してもよい。   The disk base material 133 is made of forged steel, which is a steel material for forging. Note that the material of the disk base material 133 is not limited to forged steel, and any material capable of performing PTA welding from the viewpoint of heat resistance or the like can be applied. For example, the disk base material 133 may be formed of pearlite cast iron having excellent thermal conductivity and wear resistance.

肉盛層134は、ディスク母材133の表面に溶融結合して積層された第一肉盛層134Aと、この第一肉盛層134Aの表面に溶融結合して積層された第二肉盛層134Bと、この第二肉盛層134Bの表面に溶融結合して積層された第三肉盛層134Cと、を有している。そして、最上部に位置する第三肉盛層134Cの表面が、ブレーキパッド14を押圧するべき摩擦面135として構成される。尚、図3に示すように、各肉盛層間は、溶接による溶融結合のため、組織変化のない均一な一体化組織となる。   The build-up layer 134 includes a first build-up layer 134A that is melt-bonded and stacked on the surface of the disk base material 133, and a second build-up layer that is melt-bonded and stacked on the surface of the first build-up layer 134A. 134B and a third built-up layer 134C laminated by being melt-bonded to the surface of the second built-up layer 134B. The surface of the third built-up layer 134 </ b> C located at the uppermost portion is configured as a friction surface 135 that should press the brake pad 14. In addition, as shown in FIG. 3, each build-up layer becomes a uniform integrated structure without a structure | tissue change, for the melt bond by welding.

第一肉盛層134Aは、図3に示すように、マトリクス材136と、このマトリクス材136中に分散した高融点金属137と、を有するものである。そして、このマトリクス材136は、そのビッカース硬さが220[Hv]以上270[Hv]以下程度である。このように構成される第一肉盛層134Aは、ディスク母材133の表面に、1〜5mm程度の厚みに積層されている。尚、第二肉盛層134B及び第三肉盛層134Cは、それぞれ第一肉盛層134Aと同じ構成であるため、ここではその説明を省略する。   As shown in FIG. 3, the first build-up layer 134 </ b> A has a matrix material 136 and a refractory metal 137 dispersed in the matrix material 136. The matrix material 136 has a Vickers hardness of about 220 [Hv] to 270 [Hv]. The first built-up layer 134A configured in this manner is laminated on the surface of the disk base material 133 to a thickness of about 1 to 5 mm. In addition, since the 2nd overlay layer 134B and the 3rd overlay layer 134C are the same structures as the 1st overlay layer 134A, respectively, the description is abbreviate | omitted here.

マトリクス材136は、高融点金属137を均質に結合させる役割を果たすものである。このマトリクス材136はニッケル基合金からなるものであり、このニッケル基合金としては、例えばハステロイ(登録商標)C合金が挙げられる。ここで、ハステロイC合金とは、その概略成分が、クロム(Cr)を15%、モリブデン(Mo)を16%、タングステン(W)を4%、ニッケル(Ni)を残部としてそれぞれ含有する素材である。尚、マトリクス材136としては、ニッケル基合金の他に、銅及びアルミ青銅をはじめとする銅合金や、銀及び銀合金や、アルミニウム及びアルミニウム合金などの熱伝導率が高い材料を用いることもできる。   The matrix material 136 plays a role of bonding the refractory metal 137 uniformly. The matrix material 136 is made of a nickel-based alloy, and examples of the nickel-based alloy include Hastelloy (registered trademark) C alloy. Here, the Hastelloy C alloy is a material containing roughly 15% chromium (Cr), 16% molybdenum (Mo), 4% tungsten (W), and nickel (Ni) as the balance. is there. The matrix material 136 may be made of a material having high thermal conductivity such as copper alloy such as copper and aluminum bronze, silver and silver alloy, aluminum and aluminum alloy, in addition to the nickel base alloy. .

高融点金属137は、ディスク母材133に高い耐熱性を付与する役割を果たすものである。この高融点金属137は、ディスク母材133と比較して融点の高い金属の粒子であって、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、及びタンタル(Ta)のうちいずれか1種以上を含んで構成される。そして、このように構成される高融点金属137は、第一肉盛層134Aの全体に占める重量比が50%以上80%以下となっている。   The refractory metal 137 plays a role of imparting high heat resistance to the disk base material 133. The refractory metal 137 is a metal particle having a higher melting point than that of the disk base material 133, and any one of molybdenum (Mo), tungsten (W), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Consists of more than seeds. And as for the refractory metal 137 comprised in this way, the weight ratio which occupies for the whole 1st overlay layer 134A is 50% or more and 80% or less.

また、高融点金属137を構成する金属粒子は、平均粒径が75μm以上100μm以下の粒子が全粒子数の70%以上80%以下を占めるとともに、平均粒径が10μm以上45μm以下の粒子が残りを占める粒度分布となっている。   The metal particles constituting the refractory metal 137 have particles having an average particle diameter of 75 μm or more and 100 μm or less occupying 70% or more and 80% or less of the total number of particles, and particles having an average particle diameter of 10 μm or more and 45 μm or less remain. Particle size distribution.

以上のように構成されるブレーキディスク13は、図2に示すように、切欠き部132が形成された側を車輪11の側に向けた状態で平板部111に配置され、ボルト挿通孔131を挿通された固定ボルト16によって車輪11に固定される。   As shown in FIG. 2, the brake disk 13 configured as described above is disposed on the flat plate portion 111 with the side where the notch portion 132 is formed facing the wheel 11 side, and the bolt insertion hole 131 is provided. It is fixed to the wheel 11 by the fixing bolt 16 inserted.

また、ブレーキディスク13は、前述のようにその外径がリム部112の内径より若干小さく形成されるとともに、その内径がボス部113の外径より大きく形成されている。従って、図2に示すように、ブレーキディスク13を車輪11の平板部111に固定した状態で、ブレーキディスク13とボス部113との間には所定幅の隙間17が形成されている。   Further, the brake disk 13 is formed so that its outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the rim portion 112 and its inner diameter is larger than the outer diameter of the boss portion 113 as described above. Therefore, as shown in FIG. 2, a gap 17 having a predetermined width is formed between the brake disc 13 and the boss portion 113 in a state where the brake disc 13 is fixed to the flat plate portion 111 of the wheel 11.

ブレーキパッド14は、図1に示すように、車輪11の径方向に向かってブレーキディスク13に対応する位置に設けられている。そしてこのブレーキパッド14は、図に詳細は示さないが、車輪11の軸方向に移動可能に設けられ、ブレーキパッド14の摩擦面135に押圧されることによってそれと一体的に回転する車軸12の回転を制動するとともに、ブレーキパッド14から離間することによって車軸12の回転を許容するものとなっている。   As shown in FIG. 1, the brake pad 14 is provided at a position corresponding to the brake disk 13 in the radial direction of the wheel 11. Although not shown in detail in the drawing, the brake pad 14 is provided so as to be movable in the axial direction of the wheel 11, and the axle 12 rotates integrally with the brake pad 14 by being pressed against the friction surface 135 of the brake pad 14. And the axle 12 is allowed to rotate by being separated from the brake pad 14.

次に、本発明の実施形態に係るブレーキディスク13の作用効果について説明する。本実施形態に係るブレーキディスク13は、その肉盛層134が、PTA溶接によってディスク母材133の表面に積層されている。従って、ディスク母材133と肉盛層134との界面においては、溶融結合によって両者の十分な密着強度が確保される。これにより、高速走行時におけるブレーキ環境下において、肉盛層134がディスク母材133の表面から剥離することが防止される。   Next, the effect of the brake disc 13 according to the embodiment of the present invention will be described. In the brake disk 13 according to the present embodiment, the build-up layer 134 is laminated on the surface of the disk base material 133 by PTA welding. Therefore, at the interface between the disk base material 133 and the build-up layer 134, sufficient adhesion strength between the two is ensured by melt bonding. This prevents the build-up layer 134 from peeling off from the surface of the disk base material 133 in a braking environment during high-speed traveling.

また、肉盛層134が、50%以上80%以下の重量比で高融点金属137を含有している。従って、PTA溶接後に高融点金属137が適度な量だけ金属粒子として残存することにより、ディスク母材133に高い耐熱性が付与される。   Moreover, the built-up layer 134 contains the refractory metal 137 at a weight ratio of 50% or more and 80% or less. Accordingly, the refractory metal 137 remains as metal particles in an appropriate amount after PTA welding, so that high heat resistance is imparted to the disk base material 133.

また、肉盛層134は、そのマトリクス材136のビッカース硬さが220[Hv]以上270[Hv]以下程度である。この肉盛層134のビッカース硬さは、一般的に亀裂が発生及び進展するか否かの目安とされるビッカース硬さである350[Hv]を下回っている。これにより、高速走行時におけるブレーキ環境下においても、肉盛層134では亀裂や変形が生じにくくなっている。   Moreover, the built-up layer 134 has a Vickers hardness of the matrix material 136 of about 220 [Hv] or more and 270 [Hv] or less. The Vickers hardness of the build-up layer 134 is lower than 350 [Hv], which is a Vickers hardness that is generally used as a measure of whether cracks are generated and propagated. As a result, the build-up layer 134 is less likely to be cracked or deformed even in a braking environment during high-speed traveling.

また、ディスク母材133は、その製造時における熱処理によって焼き入れ層が生成されるが、第一肉盛層134Aの積層時にPTA溶接による熱が加わると、再度焼き入れ層(不図示)が生成されることによって硬化する。しかし、続いて第二肉盛層134Bを積層する際には、PTA溶接による熱は第一肉盛層134Aを介してディスク母材133に伝達するため、伝達する熱量が緩和される。従って、第一肉盛層134Aの積層時に再度生成された焼き入れ層が、第二肉盛層134Bの積層時に加わる熱によって焼き戻される。これにより、硬化したディスク母材133に靭性が付与される。更に、第三肉盛層134Cを積層する際にも、PTA溶接による熱は第二肉盛層134B及び第一肉盛層134Aを介してディスク母材133に伝達するため、伝達する熱量は一層緩和される。従って、前述と同様に焼き戻されることにより、ディスク母材133に一層の靭性が付与される。以上により、高速走行時におけるブレーキ環境下においても、ディスク母材133に亀裂や変形が生じにくくなっている。尚、このディスク母材133に生成された焼き入れ層は、ブレーキディスク13の使用を開始した後に、ブレーキ時に発生する熱によって更に焼き戻されるため、ディスク母材133の耐亀裂性が一層向上する。   In addition, a hardened layer is generated in the disk base material 133 by heat treatment at the time of manufacture. However, when heat is applied by PTA welding during the lamination of the first overlay layer 134A, a hardened layer (not shown) is generated again. It hardens by being done. However, when the second build-up layer 134B is subsequently laminated, the heat generated by PTA welding is transferred to the disk base material 133 through the first build-up layer 134A, so that the amount of heat to be transferred is reduced. Therefore, the quenching layer generated again when the first build-up layer 134A is laminated is tempered by the heat applied during the lamination of the second build-up layer 134B. As a result, toughness is imparted to the hardened disk base material 133. Furthermore, when laminating the third overlay layer 134C, the heat generated by the PTA welding is transmitted to the disk base material 133 via the second overlay layer 134B and the first overlay layer 134A. Alleviated. Therefore, by tempering in the same manner as described above, further toughness is imparted to the disk base material 133. As described above, the disk base material 133 is less likely to be cracked or deformed even in a braking environment during high-speed traveling. The hardened layer generated on the disk base material 133 is further tempered by the heat generated during braking after the use of the brake disk 13 is started, so that the crack resistance of the disk base material 133 is further improved. .

ここで、図4は、ディスク母材133の各位置でのビッカース硬さを示すグラフであって、横軸がディスク母材133の表面から厚み方向への距離を、縦軸がビッカース硬さをそれぞれ示している。尚、図における黒菱形のプロットは、ディスク母材133を予熱することなく第一肉盛層134Aを積層した場合を、白四角のプロットは、ディスク母材133を250℃に予熱してから第一肉盛層134Aを積層した場合を、黒丸のプロットは、ディスク母材133を250℃に予熱してから第一肉盛層134A及び第二肉盛層134Bを順に積層した場合を、白三角のプロットは、ディスク母材133を250℃に予熱してから第一肉盛層134Aから第三肉盛層134Cまで順に積層した場合をそれぞれ示している。また、図4において、ディスク母材133の表面から略2.8mmの深さまでの範囲である「溶接熱影響部」とは、ディスク母材133においてPTA溶接時の熱の影響が及ぶ範囲を意味し、2.8mmを越えて深い範囲である「母材原質部」とは、ディスク母材133においてPTA溶接時の熱の影響が及ばない範囲を意味している。   Here, FIG. 4 is a graph showing the Vickers hardness at each position of the disk base material 133, in which the horizontal axis indicates the distance from the surface of the disk base material 133 in the thickness direction, and the vertical axis indicates the Vickers hardness. Each is shown. In the figure, the black rhombus plot shows the case where the first build-up layer 134A is laminated without preheating the disk base material 133, and the white square plot shows the first after the disk base material 133 is preheated to 250 ° C. The black circle plot shows the case where the first built-up layer 134A is laminated, and the black circle plot shows the case where the first built-up layer 134A and the second built-up layer 134B are laminated in order after the disk base material 133 is preheated to 250 ° C. These plots respectively show the case where the disk base material 133 is preheated to 250 ° C. and then laminated in order from the first built-up layer 134A to the third built-up layer 134C. In FIG. 4, a “welding heat affected zone” that is a range from the surface of the disk base material 133 to a depth of about 2.8 mm means a range in which the heat of the PTA welding is exerted on the disk base material 133. In addition, the “base material original part” which is a deep range exceeding 2.8 mm means a range where the influence of heat at the time of PTA welding is not exerted on the disk base material 133.

図4において黒菱形のプロットと白四角のプロットとを比較すると、溶接熱影響部の領域では、黒菱形プロットの方が白四角プロットと比較してビッカース硬さが上回っている。これは、黒菱形のプロットでは、ディスク母材133を予熱しない分だけディスク母材133がPTA溶接後に急速に冷却されるため、焼き入れ層の生成が一層促進されて硬化が進むからである。   In FIG. 4, when the black rhombus plot and the white square plot are compared, the black rhombus plot is higher in Vickers hardness than the white square plot in the region of the heat affected zone. This is because in the black rhombus plot, the disk base material 133 is rapidly cooled after PTA welding by an amount not preheating the disk base material 133, so that the formation of a hardened layer is further promoted and the hardening proceeds.

図4において白四角プロットの溶接熱影響部と母材原質部とを比較すると、溶接熱影響部の方が母材原質部と比較してビッカース硬さが上回っている。これは、溶接熱影響部では第一肉盛層134AをPTA溶接する際の熱によってディスク母材133に焼き入れ層が生成され、これによりディスク母材133が硬化するためである。   In FIG. 4, when the welding heat-affected zone and the base metal raw material portion of the white square plot are compared, the weld heat-affected zone has a higher Vickers hardness than the base metal raw material portion. This is because, in the welding heat affected zone, a hardened layer is generated on the disk base material 133 by heat when the first overlay layer 134A is PTA welded, and the disk base material 133 is thereby cured.

図4において白四角プロットと黒丸プロットと白三角プロットとを比較すると、溶接熱影響部の領域では、白四角プロットの方が黒丸プロットや白三角プロットと比較してビッカース硬さが上回っている。これは、白四角プロットでは第一肉盛層134Aだけしか積層しないため、ディスク母材133に焼き入れ層が生成されたままであるのに対し、黒丸プロットや白三角プロットでは第一肉盛層134Aの積層時に生成された焼き入れ層が、第二肉盛層134B及び第三肉盛層134Cの積層時に焼き戻されることにより、ディスク母材133に対して靭性が付与されるためである。そして、黒丸プロットや白三角プロットのビッカース硬さは、一般的に亀裂が発生及び進展するか否かの目安とされる350[Hv]を下回っている。これにより、ディスク母材133では亀裂や変形が生じにくくなっている。   When comparing the white square plot, the black circle plot, and the white triangle plot in FIG. 4, the Vickers hardness of the white square plot is higher than that of the black circle plot or the white triangle plot in the region of the heat affected zone. This is because, in the white square plot, only the first overlay layer 134A is laminated, so that the hardened layer is still generated in the disk base material 133, whereas in the black circle plot and the white triangle plot, the first overlay layer 134A. This is because toughness is imparted to the disk base material 133 by tempering the hardened layer generated at the time of lamination of the second built-up layer 134B and the third built-up layer 134C. The Vickers hardness of the black circle plot and the white triangle plot is lower than 350 [Hv], which is generally used as a measure of whether or not a crack is generated and propagates. As a result, the disk base material 133 is less likely to crack or deform.

次に、PTA溶接に使用する溶接装置について説明する。図5は、溶接装置20の構成を示す概略断面図である。溶接装置20は、図5に示すように、ガン21と、ガン21の中心部に挿入されたタングステン電極22と、タングステン電極22及びディスク母材133に接続されたメイン電源23と、タングステン電極22及びガン21に接続されたパイロット電源24と、を備えるものである。   Next, a welding apparatus used for PTA welding will be described. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the welding apparatus 20. As shown in FIG. 5, the welding apparatus 20 includes a gun 21, a tungsten electrode 22 inserted in the center of the gun 21, a main power source 23 connected to the tungsten electrode 22 and the disk base material 133, and a tungsten electrode 22. And a pilot power supply 24 connected to the gun 21.

ガン21は、図5に示すように、その中心部に電極穴211が形成されるとともに、この電極穴211の周囲に内側から外側に向かって第一流路212、第二流路213、及び第三流路214がそれぞれ形成されている。そして、電極穴211にはタングステン電極22が挿入されるとともに、パイロットガスPGが供給される。また、第一流路212には冷却水RWが、第二流路213には溶材25及びキャリアガスCGが、第三流路214にはシールドガスSGがそれぞれ供給される。尚、溶材25とは、マトリクス材の粒子と高融点金属の粒子とが混合したものを意味する。   As shown in FIG. 5, the gun 21 has an electrode hole 211 formed in the center thereof, and the first flow path 212, the second flow path 213, and the first flow path around the electrode hole 211 from the inside toward the outside. Three flow paths 214 are respectively formed. The tungsten electrode 22 is inserted into the electrode hole 211 and the pilot gas PG is supplied. The first flow path 212 is supplied with the cooling water RW, the second flow path 213 is supplied with the melt 25 and the carrier gas CG, and the third flow path 214 is supplied with the shield gas SG. The melt 25 means a mixture of matrix material particles and refractory metal particles.

このように構成される溶接装置20によれば、パイロット電源24がタングステン電極22とガン21との間に電圧を印加することにより、タングステン電極22からアークを飛ばし、パイロットガスPGをプラズマ化させる。そして、このプラズマガスは、第一流路212に供給された冷却水RWによって冷却されると、いわゆるサーマルピンチ効果によって細く絞られることにより、エネルギー密度の高いプラズマアークPAとしてディスク母材133に向かって噴射する。このプラズマアークPAがディスク母材133に到達すると、メイン電源23がタングステン電極22とディスク母材133との間に電圧を印加することにより、図に詳細は示さないが、ディスク母材133中にアーク電流が流れるようになり、ディスク母材133の表面に溶融池が形成される。一方、第二流路213に供給された溶材25は、キャリアガスCGに圧送されてプラズマアークPA中に送り込まれ、溶融した状態でディスク母材133上の溶融池に投入されることにより、肉盛層134を形成する。尚、ディスク母材133及び肉盛層134は、第三流路214に供給されたシールドガスSGによってその酸化が防止される。   According to the welding apparatus 20 configured as described above, the pilot power source 24 applies a voltage between the tungsten electrode 22 and the gun 21, so that an arc is blown from the tungsten electrode 22 and the pilot gas PG is turned into plasma. Then, when this plasma gas is cooled by the cooling water RW supplied to the first flow path 212, it is narrowed down by a so-called thermal pinch effect, and as a plasma arc PA having a high energy density, toward the disk base material 133. Spray. When this plasma arc PA reaches the disk base material 133, the main power source 23 applies a voltage between the tungsten electrode 22 and the disk base material 133, and details are not shown in the figure, but in the disk base material 133. Arc current flows, and a molten pool is formed on the surface of the disk base material 133. On the other hand, the melt 25 supplied to the second flow path 213 is pumped into the carrier gas CG and fed into the plasma arc PA, and is melted and put into the molten pool on the disk base material 133, so that A raised layer 134 is formed. The disk base material 133 and the built-up layer 134 are prevented from being oxidized by the shield gas SG supplied to the third flow path 214.

次に、本発明の実施形態に係るブレーキディスク13の製造方法の手順について順を追って説明する。図6は、本実施形態に係るブレーキディスク13の製造工程を示すフローチャートである。ブレーキディスク13を製造しようとする作業者は、まず母材作製工程を行う(S1)。すなわち作業者は、所望組成のインゴットを鍛造、圧延、または鋳造することにより、ディスク母材133を作製する。   Next, the procedure of the method for manufacturing the brake disk 13 according to the embodiment of the present invention will be described step by step. FIG. 6 is a flowchart showing a manufacturing process of the brake disc 13 according to the present embodiment. An operator who intends to manufacture the brake disk 13 first performs a base material manufacturing process (S1). That is, an operator produces the disk base material 133 by forging, rolling, or casting an ingot having a desired composition.

次に作業者は、必要に応じて熱処理工程を行う(S2)。すなわち作業者は、作製したディスク母材133の必要特性を得るために、組織の調整を行う。   Next, the worker performs a heat treatment step as necessary (S2). That is, the operator adjusts the structure in order to obtain the necessary characteristics of the manufactured disk base material 133.

次に作業者は、機械加工工程を行う(S3)。すなわち作業者は、図に詳細は示さないが、後述のPTA溶接工程にてディスク母材133に生じる歪み量を見込んで、溶接後の肉盛層134が適切な状態となるように、ディスク母材133の表面を一部切り欠いて予め所定角度の開先部を形成しておく。尚、本実施形態では、ディスク母材133のビッカース固さは、図4の母材原質部として示すように、一般的に機械加工が可能とされる400[Hv]を下回っている。従って、ディスク母材133の機械加工を容易に行うことができる。   Next, the worker performs a machining process (S3). That is, although not shown in detail in the drawing, the operator expects the amount of distortion generated in the disk base material 133 in the PTA welding process to be described later, so that the overlay layer 134 after welding is in an appropriate state. A groove portion having a predetermined angle is formed in advance by partially cutting the surface of the material 133. In the present embodiment, the Vickers hardness of the disk base material 133 is lower than 400 [Hv], which can be generally machined, as shown as a base material base part in FIG. Therefore, machining of the disk base material 133 can be easily performed.

次に作業者は、第一PTA溶接工程を行う(S4)。すなわち作業者は、前述の溶接装置20を用いて所定の溶材25を溶接することにより、ディスク母材133の表面に第一肉盛層134Aを積層する。ここで、溶材25の組成は、例えばニッケル基合金からなるマトリクス材136中に高融点金属137の粒子を分散させたものであって、溶材25の全体に占める高融点金属137の重量比が略80%となっている。しかしこの高融点金属137は、溶接時にディスク母材133を溶融することによる希釈を受けて、ディスク母材133の表面に積層される第一肉盛層134Aは、その全体に占める高融点金属137の重量比が50%以上80%以下となる。また、この第一PTA溶接工程において、ディスク母材133には焼き入れ層が生成される。   Next, an operator performs a 1st PTA welding process (S4). That is, the operator welds the predetermined molten material 25 using the above-described welding apparatus 20, thereby laminating the first build-up layer 134 </ b> A on the surface of the disk base material 133. Here, the composition of the melt 25 is obtained by dispersing particles of the refractory metal 137 in a matrix material 136 made of, for example, a nickel base alloy, and the weight ratio of the refractory metal 137 occupying the entire melt 25 is approximately. 80%. However, the refractory metal 137 is diluted by melting the disk base material 133 during welding, and the first build-up layer 134A laminated on the surface of the disk base material 133 constitutes the refractory metal 137 occupying the whole. The weight ratio is 50% or more and 80% or less. In the first PTA welding process, a hardened layer is generated on the disk base material 133.

また、この溶材25は、ディスク母材133の原料である鍛鋼と比較して、熱伝導率が高い特性を有している。図7は、溶材25及び鍛鋼について、温度変化に伴う熱伝導率の変化を示すグラフであって、黒菱形のプロットが鍛鋼を、白丸のプロットが溶材25をそれぞれ意味している。この図に示すように、600℃を超える高温な領域、すなわち高速走行時におけるブレーキ環境下においては、溶材25の熱伝導率は鍛鋼の熱伝導率と比較して80%程度高くなっている。これにより、第一肉盛層134Aの内部で熱応力が発生し、これに起因して第一肉盛層134Aに亀裂や変形が生じることが、鍛鋼と比較して低減されている。   Further, the molten material 25 has a characteristic of high thermal conductivity as compared with forged steel which is a raw material of the disk base material 133. FIG. 7: is a graph which shows the change of the heat conductivity accompanying a temperature change about the molten material 25 and forged steel, Comprising: The black rhombus plot means forged steel, and the white circle plot means the molten material 25, respectively. As shown in this figure, in a high temperature region exceeding 600 ° C., that is, in a braking environment during high speed running, the thermal conductivity of the molten material 25 is about 80% higher than the thermal conductivity of forged steel. Thereby, thermal stress is generated inside the first built-up layer 134A, and the occurrence of cracks and deformation in the first built-up layer 134A due to this is reduced compared to forged steel.

次に作業者は、第二PTA溶接工程を行う(S5)。すなわち作業者は、第一PTA溶接工程にて積層した第一肉盛層134Aの上に、前述と同様にして溶材25を溶接することにより、第二肉盛層134Bを積層する。そして、この第二PTA溶接工程において、第一PTA溶接工程において生成した焼き入れ層が焼き戻される。   Next, an operator performs a 2nd PTA welding process (S5). That is, the operator laminates the second built-up layer 134B by welding the melt 25 on the first built-up layer 134A laminated in the first PTA welding step in the same manner as described above. In the second PTA welding process, the quenched layer generated in the first PTA welding process is tempered.

次に作業者は、第三PTA溶接工程を行う(S6)。すなわち作業者は、第二PTA溶接工程にて積層した第二肉盛層134Bの上に、前述と同様にして溶材25を溶接することにより、第三肉盛層134Cを積層する。そして、この第三PTA溶接工程において、第一PTA溶接工程において生成した焼き入れ層が更に焼き戻される。   Next, an operator performs a 3rd PTA welding process (S6). That is, the operator laminates the third built-up layer 134C by welding the melt 25 in the same manner as described above on the second built-up layer 134B laminated in the second PTA welding process. In this third PTA welding process, the quenched layer generated in the first PTA welding process is further tempered.

次に作業者は、機械加工工程を行う(S7)。すなわち作業者は、ディスク母材133に肉盛層134を積層してなるブレーキディスク13を、切削加工等によって所望の外形に整える。   Next, the worker performs a machining process (S7). That is, the operator arranges the brake disc 13 formed by laminating the build-up layer 134 on the disc base material 133 into a desired outer shape by cutting or the like.

最後に作業者は、仕上げ工程を行う(S8)。すなわち作業者は、ブレーキディスク13の摩擦面135、本実施形態では第三肉盛層134Cの表面を研磨等することによって平滑な面に仕上げる。以上により、ブレーキディスク13が完成し、ブレーキディスク13の製造工程が終了する。   Finally, the operator performs a finishing process (S8). That is, the operator finishes the surface of the friction surface 135 of the brake disk 13, in this embodiment, the third built-up layer 134 </ b> C, to a smooth surface. Thus, the brake disc 13 is completed and the manufacturing process of the brake disc 13 is completed.

以上説明したようなブレーキディスク13の製造方法によれば、第一PTA溶接工程(S6)の施工時にディスク母材133に焼き入れ層が生成されるとともに、第二PTA溶接工程(S7)及び第三PTA溶接工程(S8)の施工時に焼き入れ層が焼き戻される。従って、PTA溶接工程とは別に焼き入れや焼き戻し等の熱処理工程を別途施工する必要がないので、ブレーキディスク13の製造工程を簡略化することができるという利点がある。   According to the method for manufacturing the brake disc 13 as described above, a hardened layer is generated on the disc base material 133 during the construction of the first PTA welding step (S6), and the second PTA welding step (S7) and the second step. The quenching layer is tempered during the construction of the three PTA welding process (S8). Therefore, it is not necessary to separately perform a heat treatment process such as quenching or tempering separately from the PTA welding process, and thus there is an advantage that the manufacturing process of the brake disk 13 can be simplified.

尚、本実施形態ではPTA溶接工程を3回繰り返しているが、肉盛層134の積層数に応じて、PTA溶接工程を施工する回数は適宜変更することができる。   In this embodiment, the PTA welding process is repeated three times. However, the number of times of performing the PTA welding process can be changed as appropriate in accordance with the number of stacked layers 134.

また、本実施形態では、ブレーキディスク13を新幹線用制動装置10に適用する場合を例に説明したが、これに限られず、新幹線以外の他の鉄道車両の制動装置にも適用することができる。また、鉄道車両以外の他の車両の制動装置に適用することも可能である。また、本発明に係る回転体は、車輪11に限られず、車軸12に固定された不図示のハブであってもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the brake disk 13 is applied to the Shinkansen braking device 10 has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a braking device for a railway vehicle other than the Shinkansen. Moreover, it is also possible to apply to the braking device of vehicles other than a rail vehicle. The rotating body according to the present invention is not limited to the wheel 11 but may be a hub (not shown) fixed to the axle 12.

尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   The various shapes, combinations, operation procedures, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、図1に示す本実施形態のブレーキディスク13は、その径方向中央部が固定ボルト16を介して車輪11に固定される、いわゆる中央締結方式と呼ばれるものである。しかし、これに代えて、図8に示すように、その径方向内周部が固定ボルト16を介して車輪11に固定される、いわゆる内周締結方式と呼ばれるブレーキディスク13として構成することも可能である。   For example, the brake disc 13 according to the present embodiment shown in FIG. 1 is a so-called center fastening method in which a central portion in the radial direction is fixed to the wheel 11 via a fixing bolt 16. However, instead of this, as shown in FIG. 8, it is also possible to configure the brake disk 13 as a so-called inner periphery fastening system in which the radially inner periphery is fixed to the wheel 11 via the fixing bolt 16. It is.

10 新幹線用制動装置
11 車輪
12 車軸
13 ブレーキディスク
14 ブレーキパッド
16 固定ボルト
17 隙間
20 溶接装置
21 ガン
22 タングステン電極
23 メイン電源
24 パイロット電源
25 溶材
111 平板部
112 リム部
113 ボス部
114 軸挿通孔
131 ボルト挿通孔
132 切欠き部
133 ディスク母材
134 肉盛層
135 摩擦面
136 マトリクス材
137 高融点金属
211 電極穴
212 第一流路
213 第二流路
214 第三流路
134A 第一肉盛層
134B 第二肉盛層
134C 第三肉盛層
CG キャリアガス
PA プラズマアーク
PG パイロットガス
RW 冷却水
SG シールドガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shinkansen brake device 11 Wheel 12 Axle 13 Brake disk 14 Brake pad 16 Fixing bolt 17 Gap 20 Welding device 21 Gun 22 Tungsten electrode 23 Main power supply 24 Pilot power supply 25 Melting material 111 Flat plate part 112 Rim part 113 Boss part 114 Shaft insertion hole 131 Bolt insertion hole 132 Notch 133 Disc base material 134 Overlay layer 135 Friction surface 136 Matrix material 137 Refractory metal 211 Electrode hole 212 First flow path 213 Second flow path 214 Third flow path 134A First buildup layer 134B First Two overlay layers 134C Third overlay layer CG Carrier gas PA Plasma arc PG Pilot gas RW Cooling water SG Shield gas

Claims (8)

表面にブレーキパッドが押圧されることにより車軸の回転を制動するブレーキディスクであって、
前記車軸と一体的に回転する回転体に取り付けられるディスク母材と、
前記ディスク母材の表面に複数層に渡って積層され、前記ディスク母材より融点の高い高融点金属の粒子がマトリクス材中に分散してなる肉盛層と、
備え、
前記高融点金属は、平均粒径が75μm以上100μm以下の粒子が全粒子数の70%以上80%以下を占めるとともに、平均粒径が10μm以上45μm以下の粒子が残りを占めることを特徴とするブレーキディスク。
A brake disc that brakes the rotation of the axle by pressing a brake pad on the surface,
A disk base material attached to a rotating body that rotates integrally with the axle;
Stacked over a plurality of layers on the surface of the disk base material, and a built-up layer in which particles of a refractory metal having a melting point higher than that of the disk base material are dispersed in a matrix material,
Equipped with a,
The refractory metal is characterized in that particles having an average particle size of 75 μm or more and 100 μm or less occupy 70% or more and 80% or less of the total number of particles, and particles having an average particle size of 10 μm or more and 45 μm or less occupy the rest. brake disc.
前記肉盛層が、粉体肉盛プラズマアーク溶接により前記ディスク母材の表面に積層されたことを特徴とする請求項1に記載のブレーキディスク。   The brake disk according to claim 1, wherein the build-up layer is laminated on the surface of the disk base material by powder build-up plasma arc welding. 前記肉盛層が、前記ディスク母材の表面に2層以上に渡って積層されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のブレーキディスク。   The brake disk according to claim 1 or 2, wherein the build-up layer is laminated on the surface of the disk base material in two or more layers. 前記高融点金属が、モリブデン、タングステン、ニオブ、タンタルのうちいずれか1種以上を含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のブレーキディスク。   4. The brake disk according to claim 1, wherein the refractory metal contains at least one of molybdenum, tungsten, niobium, and tantalum. 5. 前記肉盛層は、50%以上80%以下の重量比で前記高融点金属を含有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のブレーキディスク。   The brake disk according to any one of claims 1 to 4, wherein the build-up layer contains the refractory metal in a weight ratio of 50% to 80%. 前記マトリクス材が、ニッケル基合金からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のブレーキディスク。 The brake disk according to any one of claims 1 to 5 , wherein the matrix material is made of a nickel-based alloy. 表面にブレーキパッドが押圧されることにより車軸の回転を制動するブレーキディスクの製造方法であって、
前記車軸と一体的に回転する回転体に取り付けられるディスク母材の表面に、前記ディスク母材より融点の高い高融点金属の粒子がマトリクス材中に分散してなる溶材を、粉体肉盛プラズマアーク溶接により複数層に渡って積層させる工程を含み、
前記高融点金属は、平均粒径が75μm以上100μm以下の粒子が全粒子数の70%以上80%以下を占めるとともに、平均粒径が10μm以上45μm以下の粒子が残りを占めることを特徴とするブレーキディスクの製造方法。
A brake disk manufacturing method for braking rotation of an axle by pressing a brake pad on a surface,
On the surface of a disk base material attached to a rotating body that rotates integrally with the axle, a molten material in which particles of a refractory metal having a melting point higher than that of the disk base material are dispersed in a matrix material, Including the step of laminating over multiple layers by arc welding ,
The refractory metal is characterized in that particles having an average particle size of 75 μm or more and 100 μm or less occupy 70% or more and 80% or less of the total number of particles, and particles having an average particle size of 10 μm or more and 45 μm or less occupy the rest. Brake disc manufacturing method.
前記溶材は、全体に占める前記高融点金属の重量比が略80%であることを特徴とする請求項7に記載のブレーキディスクの製造方法。 The method for manufacturing a brake disk according to claim 7 , wherein the molten material has a weight ratio of the refractory metal occupying the whole of about 80%.
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