JPH04293752A - 渦電流式減速装置用ロ−タ−材とその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、バスやトラック等の
如き大型自動車の渦電流式減速装置用として好適なロ−
タ−材、並びにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術とその課題】バスやトラック等のような大型
自動車の制動装置として主ブレ−キである“フ−トブレ
−キ”及び補助ブレ−キである“排気ブレ−キ”が欠か
せないが、その他に、長い坂道の降坂時等において安定
した減速を行い、かつフ−トブレ−キの焼損を防止する
ための渦電流式減速装置も重要な補助装置の１つとなっ
ている。

【０００３】この渦電流式減速装置は、例えば特開昭５
０−６１５７４号公報にも示されている如く、鉄心に電
磁コイルを巻着した電磁石を磁極とし、その磁極の多数
をディスクの両面に対向配置して構成されており、バッ
テリ電源からの通電によって磁界を発生させた際に生じ
る渦電流現象により　”ディスクを減速させる方向”　
にトルクを発生させるように機能するものであって、こ
れにより所望の制動力を得ることができる。

【０００４】しかし、この渦電流式減速装置は、鉄心に
電磁コイルを巻着した電磁石を磁極として使用するもの
であるため重量や外形寸法が大きく、空間や総重量が限
定された車両への搭載設備としては不利なものと言わざ
るを得なかった。しかも、制動時には該減速装置に常時
通電を続けることが必要であり、このためバッテリの電
力消耗が激しいことからバッテリ容量及び発電機能力を
増大しておくことも必要となる。

【０００５】そこで、上記問題を解決すべく本出願人等
は、先に、磁極として電磁石に代えて永久磁石を使用す
ると共に、例えば図１にその断面を示したように、この
永久磁石（１）　を支持リング（２）　に　”隣接する
ものの極性が互いに逆向き”　となるようにして複数個
並べて設置し、これを端部にロ−タ−（３）　が嵌着さ
れた回転軸（４）に軸支し、永久磁石（１）　の極面を
所要空隙でロ−タ−（３）　の円筒部に対向させ、永久
磁石の磁気回路によりロ−タ−に発生する渦電流をオン
・オフ操作するように構成したところの、制動時の通電
が短時間で済む渦電流式減速装置を提案した（特願昭６
３−６１６３１号，特願昭６３−６１６３３号，特願昭
６３−１２７６９６号）。なお、図中の符号５は支持部
材，６はポ−ルピ−ス，７は冷却フィン，　８は軸受箱
筒，９は取付け金具をそれぞれ示している。

【０００６】ところで、何れの形式であるにせよ、これ
ら渦電流式減速装置のロ−タ−（ここでは“ディスク”
をも含んだ回転子部材の総称とする）は制動時に渦電流
現象により制動トルクを発生すると同時にジュ−ル熱に
より加熱され、また非制動時には空冷されるため、制動
，非制動の繰り返しによって著しい熱サイクルが負荷さ
れる。しかも、近年、渦電流式減速装置に対する要求制
動性能は益々増加する傾向にあり、実際に渦電流式減速
装置の使用条件は一段と苛酷化してきてロ−タ−に加え
られる熱負荷もより増加する状況にある。

【０００７】一方、このようなロ−タ−用材料としては
、表１で示した如き成分系の鋳鋼が従来から一般に適用
されてきた。 　　この材料は鋳鋼であるため安価であると言う利点を
有してはいるものの、強度と靭性がそれほど高くはなく
、苛酷な条件下で長時間の使用がなされるとロ−タ−表
面に熱亀裂が発生し寿命が低下すると言う問題点があり
、使用条件の苛酷化が目立つ最近ではその性能向上の必
要性が強く認識されるに至っている。

【０００８】もっとも、このような事情を勘案して、Ｃ
，Ｓｉ，　Ｍｎ，Ｎを低減すると共にＴｉ，Ｂを添加し
た鋼を制御圧延することから成る、引張強さが１００ｋ
ｇｆ／ｍｍ２　以上で磁束密度の高い高張力熱延鋼板の
製造手段も提案された（特開昭６３−１６６９３１号）
が、この熱延鋼板は、常温での破断伸びが１５％以下で
あることからも分かるように靭性が低く、そのため渦電
流減速装置のロ−タ−材のように大きな機械的荷重を担
うと共に高い安全性が要求される部材に使用するのは不
適当と言わざるを得なかった。

【０００９】このようなことから、本発明が目的とした
のは、高い強度と靭性を備えていて耐久性に優れ、従来
指摘されていた前記問題点を払拭し得る渦電流式減速装
置のロ−タ−材を提供することに置かれた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そして、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、次のような
結論に到達した。即ち、渦電流式減速装置のロ−タ−材
に要求される性質としては、前述した高い強度・靭性の
他に、所定の電磁気特性を備えている必要がある。つま
り、できるだけ効率良く制動トルクを発生し、かつジュ
−ル熱を低減するためには（ａ）　電気抵抗ρが大きい
こと，（ｂ）　保磁力Ｈｃ　が小さいこと，といった電
磁気特性が必要である。しかるに、前記表１に示される
成分系の鋳鋼である従来のロ−タ−材は強度を得るため
約０．２０％のＣと　０．３％のＣｒを含有しているが
、ＣやＣｒは前記電磁気特性に悪影響を及ぼす元素であ
る。

【００１１】そこで、Ｃｒの添加を行わず、かつ特にＳ
ｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｎｉによる固溶強化によって強度を確保
すると共に、Ｖ，Ｎｂの炭窒化物による組織微細化作用
を通じて良好な靱性の付与を図るべく鋼材の成分設計を
行うと、熱間鍛造後に放冷又は焼準処理するだけで渦電
流式減速装置のロ−タ−材として所望される十分な強度
と靭性とを備え、しかも従来材に比べて電磁気特性にも
優れた鋼材を実現できる。この「焼入れ・焼戻し処理を
要することなく、　熱間鍛造後に放冷又は焼準処理する
だけで所望性能が得られる」ことは、渦電流式減速装置
のロ−タ−材にとって極めて重要な事柄である。なぜな
ら、渦電流式減速装置のロ−タ−では制動時に焼戻し温
度（一般には５５０〜７００℃）以上に加熱されること
があり、焼入れ・焼戻し処理を経たものでは製作時に付
与された性能を失う恐れがあるが、熱間鍛造後に放冷又
は焼準処理しただけの場合は“制動時等における加熱・
冷却の繰り返し”に対しても組織は安定しており、初期
の性能が維持される。

【００１２】本発明は、上記研究結果等を基に完成され
たものであり、 「渦電流式減速装置用ロ−タ−材を、 Ｃ：０．１５％を超え０．２０％以下　（以降、　成分
割合を表わす％は重量％とする），Ｓｉ：０．１０〜３
．０　％，　　Ｍｎ：１．０　〜３．０　％，　　　　
Ｐ：０．３　％以下，Ｓ：０．１　％以下，　　　　　
　Ｎｉ：１．０　％以下，　　　　　　Ｖ：０．０３〜
０．０７％，Ｎｂ：０．００５　〜０．０３％，　　　
　Ｎ：０．０１％以下を含有すると共に、　残部が実質
的にＦｅから成る成分組成に構成した点」に特徴を有し
、更には、「上記成分組成の鋼を熱間鍛造して成形した
後、　放冷もしくは焼準することにより、　強度，靭性
，電磁気特性が共に優れた耐久性の高い渦電流式減速装
置用ロ−タ−材を工業的に安定して製造し得るようにし
た点」をも特徴とするものである。

【００１３】次いで、本発明においてロ−タ−材の成分
組成並びに製造条件を前記の如くに限定した理由をその
作用と共に詳述する。

【作用】Ａ）　成分含有割合 Ｃ Ｃは鉄鋼材料の強度を決める最も基本的な元素であるが
、逆に保磁力〔Ｈｃ　〕に対しては悪影響を及ぼす。そ
して、Ｃ含有量が０．１５％以下であるとロ−タ−材に
必要な強度が確保できず、一方、０．２０％を超えると
渦電流式減速装置の制動性能が低下し始める。このため
、Ｃ含有量は０．１５％を超え０．１５％以下の範囲に
限定した。

【００１４】Ｓｉ 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が、その含有量が０．１０％
未満では前記作用による効果が十分に期待されず、一方
、Ｓｉは粒界及び母相の靭性と言う点からは多量に含有
されることは好ましくない。従って、Ｓｉ含有量は０．
１０〜３．０　％と定めたが、好ましくは　０．２〜　
２．０％に調整するのが良い。

【００１５】Ｍｎ Ｍｎは鋼の脱酸，脱硫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高強度化作用をも有している
が、その含有量が　１．０％未満では前記作用による効
果が十分ではなく、一方、　３．０％を超えて含有させ
ると非金属介在物が残留する恐れがあり、靭性も低下す
る。従って、Ｍｎ含有量は　１．０〜　３．０％と定め
たが、好ましくは　１．２〜　２．０％に調整するのが
良い。

【００１６】Ｐ Ｐは固溶強化により鋼の強度を上昇し、かつ電気抵抗〔
ρ〕の増加に有効な元素である。しかし、一方でＰは熱
間鍛造性という観点からは多量に含有させることは好ま
しくなく、従ってＰ含有量の上限を０．３０％と定めた
。

【００１７】Ｓ Ｓは鋼中に不可避的に存在する不純物元素であるが、有
害な介在物を残留し靱性を低下させるので出来るだけ低
く抑えることが望ましい。しかし、余りに低くすること
は経済的でなく、従ってＳ含有量の上限を　０．１％と
定めた。

【００１８】Ｎｉ 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、高価な元素であり、　１．０％を超える添
加は経済的でない。一方、Ｎｉ含有量の下限値は製品肉
厚に応じて調整すれば良く、格別に規制されるものでは
ない。なお、Ｎｉ含有量が電磁気特性に及ぼす影響は小
さい。

【００１９】Ｖ Ｖはバナジウム炭化物の析出強化により鋼の強度を向上
させる作用を有しているが、その含有量が０．０３％未
満では前記作用による効果が十分ではなく、一方、０．
０７％を超えて含有させると靭性低下を招くばかりか、
電磁気特性をも劣化するため、Ｖ含有量は０．０３〜０
．０７％と定めたが、好ましくは０．０４〜０．０６％
に調整するのが良い。

【００２０】Ｎｂ Ｎｂは、鋼の結晶粒を微細化する作用に加えて粒界を強
化する作用をも有しているが、その含有量が　０．００
５％未満では前記作用による効果が十分でなく、一方、
０．０３％を超えて含有させると靭性低下を招くことか
ら、Ｎｂ含有量は　０．００５〜０．０３％と定めたが
、好ましくは０．０１０〜　０．０１５％に調整するの
が良い。

【００２１】Ｎ 鋼材中のＮ含有量が多くなるとＶ，Ｎｂの炭窒化物を生
成して電磁気特性に悪影響を及ぼす。従って、Ｎ含有量
の上限を０．０１％と定めた。

【００２２】Ｂ）　製造条件 上記本発明に係わる鋼は、熱間鍛造による荒成形の後に
放冷或いは焼準処理することで所望の性能が付与される
。放冷する場合には、熱間鍛造終了後にそのまま空冷床
に放置しても良いが、出来れば強制的に空気を循環させ
て冷却を促進することが望ましい。一方、焼準する場合
には、オ−ステナイト域（８５０〜９００℃）に加熱後
、上記「放冷」のときと同じ処置を講ずれば良い。

【００２３】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。

【実施例】まず、通常の方法で表２に示す成分組成の鋼
を溶製した。なお、表２における「従来鋼Ａ」は表１に
示したのと同様組成の鋳鋼であり、「本発明対象鋼Ｂ及
びＣ」並びに「比較鋼Ｄ及びＥ」は熱間鍛造用鋼である
。

【００２４】次いで、これらの鋼を表３に示す条件に従
って処理し、得られた鋼材についてその機械的性質（降
伏応力，引張強さ，破断伸び），破壊靭性，電気抵抗，
保磁力を測定した。この結果を表３に併せて示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】表３に示される結果から、まず本発明例に
係わる鋼材は従来材に比べて強度，靭性が共に優れてい
るだけでなく、電磁気特性も改善されていることが分か
る。また、比較例６に係わる鋼材はＣ含有量が高いため
に本発明材よりも強度が高くなっているが靭性はせ劣化
しており、一方、比較例７に係わる鋼材はＣ含有量が低
いために十分な強度が得られていない。

【００２８】次に、表３の試験番号１，２，４，６及び
７で得られた各鋼材を用いて、図１に示したタイプの渦
電流式減速装置用ロ−タ−を作成し、これを適用した渦
電流式減速装置を大型トラックのプロペラシャフトの途
中に装備して“繰り返し制動試験”を行った。

【００２９】試験に当り、まずプロペラシャフト回転速
度を徐々に上げて行き、この時に発生するトルクの測定
を実施したが、この結果を図２に示す。続いて、プロペ
ラシャフト回転速度を“３０００回転／分”で一定とし
、２分間制動，３分間非制動を繰り返してロ−タ−表面
に熱亀裂が発生するまでの繰り返し数を測定した。なお
、この時のロ−タ−表面の最高到達温度は約６００℃で
あった。この試験結果を表４に示す。

【００３０】

【００３１】さて、図２に示される結果からは、本発明
に係わるロ−タ−によると何れも同一回転速度の下では
従来ロ−タ−（試験番号１に係わるロ−タ−）に比べて
大きな制動トルクを得られることが分かる。また、比較
ロ−タ−（試験番号６，７に係わるロ−タ−）も従来ロ
−タ−に比べてトルクの発生は大きく、特に試験番号７
に係わる比較ロ−タ−のトルク特性は優れている。

【００３２】しかし、熱亀裂発生寿命は、表４に示され
る結果から明らかなように従来ロ−タ−の４０００回，
試験番号６に係わる比較ロ−タ−の５５００回，試験番
号７に係わる比較ロ−タ−の３８００回に対し、本発明
に係わる２種のロ−タ−は各々７０００回，６８００回
となっており、耐久性が一段と優れていることを確認で
きる。

【００３３】

【効果の総括】以上に説明した如く、本発明によれば、
強度，靭性並びに電磁気特性とも従来材に比して十分に
優れた渦電流式減速装置のロ−タ−を提供することがで
き、渦電流式減速装置の制動性能を低下することなく著
しい耐久性の向上が実現できるなど、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】先に提案した渦電流式減速装置の概要説明図で
ある。

【図２】渦電流式減速装置のシャフト回転速度と発生ト
ルクとの関係を調査した制動特性試験結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１　　永久磁石 ２　　支持リング ３　　ロ−タ− ４　　回転軸 ５　　支持部材 ６　　ポ−ルピ−ス ７　　冷却ファン ８　　軸受箱筒 ９　　取付け金具

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量割合にて Ｃ：０．１５％を超え０．２０％以下，　　Ｓｉ：０．
   １０〜３．０　％，　　Ｍｎ：１．０　〜３．０　％，
   Ｐ：０．３　％以下，　　　　　　Ｓ：０．１　％以下
   ，　　　　　　Ｎｉ：１．０　％以下，Ｖ：０．０３〜
   ０．０７％，　　　　Ｎｂ：０．００５　〜０．０３％
   ，　　Ｎ：０．０１％以下を含有すると共に、残部が実
   質的にＦｅから成ることを特徴とする渦電流式減速装置
   用ロ−タ−材。
2. 【請求項２】　　重量割合にて Ｃ：０．１５％を超え０．２０％以下，　　Ｓｉ：０．
   １０〜３．０　％，　　Ｍｎ：１．０　〜２．０　％，
   Ｐ：０．３　％以下，　　　　　　Ｓ：０．１　％以下
   ，　　　　　　Ｎｉ：１．０　％以下，Ｖ：０．０３〜
   ０．０７％，　　　　Ｎｂ：０．００５　〜０．０３％
   ，　　Ｎ：０．０１％以下を含有すると共に、残部が実
   質的にＦｅから成る鋼を熱間鍛造して成形した後、放冷
   もしくは焼準することを特徴とする、渦電流式減速装置
   用ロ−タ−材の製造方法。