JPH0832944B2 - ディスクブレーキ用ローター - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、耐熱亀裂性，制振性，耐摩耗性および強度
に優れており、とくに自動車などの車両のディスクブレ
ーキ装置に利用されるディスクブレーキ用ローターに関
するものである。 （従来の技術） 一般に、車両のディスクブレーキ用ローターとして
は、例えば、第１図に示すような構造をもつものがあ
る。 このディスクブレーキ用ローター１は、摺動部２と締
結部３とをそなえ、摺動部２には通風孔2aを有している
と共に締結部３には複数の取付け用ボルト孔3aを有して
いるものである（この種のディスクブレーキ用ローター
に関しては、例えば、「新編 自動車工学便覧＜第５編
＞昭和57年11月26日 社団法人 自動車技術会発行の第
２−13頁〜第２−14頁に記載されている。）。 （発明が解決しようとする課題） ところで、近年の高速道路網の整備充実による車両の
高速化に伴い、高速走行時点からの制動の繰り返しを行
うような使用のされかたが多くなってきており、特に高
速道路が発達しそして速度制限のない欧州等の地域で見
受けられ、従来のローター材質であるJIS FC25（ねず
み鋳鉄）を素材としたディスクブレーキ用ローターでは
超高速からの急制動の繰返しという超過酷な状態では摺
動部に熱亀裂が発生する可能性が絶無とはいえず、亀裂
によるローター表面の荒れによってローター／パット間
の摩擦が操舵装置を介して運転者に振動として伝達され
る可能性もある。 また、制動時のいわゆるブレーキ鳴きを防止するため
の制振性や、繰り返しのブレーキ使用に対する耐摩耗性
も要求されている。 このような問題や要求に対して、本発明者らはすで
に、耐熱亀裂性に影響する最も必要な特性は材料の熱伝
導であることを明らかにし、熱伝導率を向上させるとと
もに、熱伝導率の向上で低下する強度を熱伝導率に影響
を与えない範囲で補償した高Ｃ量，低Si量,Mo添加,Ti添
加の組成のディスクブレーキ用ローターを開発した。 このディスクブレーキ用ローターは、高速車両のディ
スクブレーキ用ローターの耐熱亀裂性に対して有効なも
のであるが、従来のJIS FC25製のディスクブレーキ用
ローターに比べて素材の引張強度が同等であるかそれよ
り若干低いものであるため、車両の軽量化の観点から小
型，薄肉化されたディスクブレーキ用ローターに適用し
た場合に、外的な異常入力に対する強度および靭性等に
より使用範囲が限定されることがないとはいえないとい
う課題があった。 （発明の目的） 本発明は、上述したような課題にかんがみてなされた
もので、耐熱亀裂性，制振性および耐摩耗性に優れてい
るのみならず強度においても優れており、車両の軽量化
の観点からより小型，薄肉化されたディスクブレーキ用
ローターに適用した場合にも外的な異常入力に対する強
度および靭性が良好であり、強度の向上および耐熱亀裂
性のより一層の向上をはかったディスクブレーキ用ロー
ターを提供することを目的としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係るディスクブレーキ用ローターは、重量比
率で、C:3.5〜3.7％、Si:1.40〜1.72％、Mn:0.5〜0.8
％、Mo:0.4〜1.2％、Ti:0.05〜0.10％、V:0.02〜0.35
％、Ce:0.01〜0.05％、Cu:0.20〜2.0％、Cr:0.05〜1.0
％を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有
する片状黒鉛鋳鉄から成る構成としたことを特徴として
おり、このようなディスクブレーキ用ローターの構成を
上述した従来の課題を解決するための手段としている。 一般に、鋳鉄の耐熱亀裂性は、高温強度，ヤング率，
熱伝導率，熱膨張率等が関与することが知られている。
すなわち、耐熱亀裂性は、熱負荷時の材料強度，熱負荷
によって生じる歪みを拘束された状態での体積変化によ
る熱応力で決まる。ただし、これらの材料特性が耐熱亀
裂性に影響する度合いは、部品によって大きく異なり、
必要となる材料強度は部品によって異なる。そこで、デ
ィスクブレーキ用ローターの耐熱亀裂性に必要な材料特
性をさらに検討した。 本発明者のさきの検討によれば、ディスクブレーキ用
ローターの耐熱亀裂性に最も必要な特性は、熱伝導率の
向上であり、一般に、鋳鉄において、熱伝導率を上げる
ことは強度を低下させる方向となるため、熱伝導率を向
上させるとともに、熱伝導率の向上しろをそこなうこと
なく、強度の補償を行う必要があることも明らかにされ
た。さらには、強度補填を行うための添加元素もロータ
ーの熱亀裂発生温度で有効な強度補填を行える元素であ
る必要があることも明らかとされた。 そのため、先に開発したディスクブレーキ用ローター
の素材は、高C,低Siを基本とし、熱伝導率を低下させる
ことなく、ディスクブレーキ用ローターの熱亀裂発生温
度で有効な強度補填を行える元素としてMoを添加し、ま
た耐摩耗性の向上のためにTiを添加したものが、ディス
クブレーキ用ローターの熱亀裂防止に極めて有効である
ことを先に見い出した。 本発明は、最近の厳しい車両の軽量化の要求に対応し
た、小型，薄肉化したディスクブレーキ用ローターに適
用可能とするため、すでに開発したディスクブレーキ用
ローターの熱伝導率を低下させることなく、強度を向上
させるとともに耐熱亀裂性をさらに向上できる組成を検
討した結果なされたものであって、重量比率で、C:3.5
〜3.7％、Si:1.40〜1.72％、Mn:0.5〜0.8％、Mo:0.4〜
1.2％、Ti:0.05〜0.10％、残部Feおよび不可的不純物か
らなる片状黒鉛鋳鉄に、V:0.02〜0.35％、Ce:0.01〜0.0
5％、Cu:0.20〜2.0％、Cr:0.05〜1.0％を加えることに
より、高速走行時からの繰り返し制動によっても、耐摩
耗性，制振性が低下することなく、耐熱亀裂性が更に向
上し、また、強度向上も実現されるため、従来不可能で
あった小型，薄肉化されたディスクブレーキ用ローター
にも適用可能な材料を見いだしたものである。 次に、本発明に係るディスクブレーキ用ローターの成
分組成（重量％）の限定理由を説明する。 C:3.5〜3.7％ 一般にＣは鋳鉄の熱伝導率を向上させる元素であり、
本発明に係るディスクブレーキ用ローターの素材におい
て必要なＣ量は3.5％以上である。しかし、Ｃ量が3.7％
を超えると粗大な黒鉛が析出し、強度が低下する傾向と
なるため、耐熱亀裂性が損なわれることとなる。そこ
で、Ｃ量は3.5〜3.7％に定めた。 Si:1.40〜1.72％ Siは鋳鉄の基地組織中に固溶し、熱伝導率を低下させ
るため、1.72％を超えて添加することは好ましくない。
また、良好な片状黒鉛を析出させ、良好な耐摩耗性を保
つためには、1.40％以上の添加が必要である。そこで、
Si量は1.40〜1.72％に定めた。 Mn:0.5〜0.8％ Mnはディスクブレーキ用ローターとして必要な強度を
保つために0.5％以上の添加が必要であり、また、添加
量が0.8％を超えたものとなると基地中に靭性に有害なM
nSが析出する。そこで、Mn量は0.5〜0.8％に定めた。 Mo:0.4〜1.2％ Moはディスクブレーキ用ローターの強度補償のために
必要な元素であり、このような強度補償に有効な添加量
は0.4％以上であるが、1.2％を超えると熱膨張係数の大
きいベイナイト組織が析出し、ディスクブレーキ用ロー
ターの耐熱亀裂性がかえって損なわれる。そこで、Mo量
は0.4〜1.2％に定めた。 Ti:0.05〜0.10％ Tiはこれを添加することによってさらに優れた耐摩耗
性を付与しうることも明らかになった。この際、Ti量は
0.05％以上添加しないとその効果はなく。また、0.10％
を超えると片状黒鉛が微細化し、耐摩耗性の効果がうす
れることとなるので、0.05〜0.10％に定めた。 V:0.02〜0.35％ Ｖは微量の添加で強度の向上および耐熱亀裂性のより
一層の向上に効果があり、熱伝導率を低下させる作用の
小さいことを本発明者らは見いだした。そして、Ｖ量は
0.02％以上としないとその効果はなく、0.35％を超える
と炭化物が増加し、靭性が損なわれるため、0.35％以下
とした。 Ce:0.01〜0.05％ Ceは微量の添加で強度の向上に効果がある。また、Ce
は黒鉛球状化元素であるため、片状黒鉛の先端に丸みを
与えること等により、耐熱亀裂性の向上にも有効である
ことがわかった。そして、この効果は0.01％以上の添加
により生じ、0.05％を超えると白銑化傾向が強くなり、
強度は低下するため、0.01〜0.05％とした。 Cu:0.20〜2.0％ Cuは熱伝導率を低下させるが、強度向上の効果もあ
る。本発明者らはCuの効果を検討し、2.0％以内の添加
であれば熱伝導率に大きな影響を及ぼすことなく、強度
の向上が可能であることを明らかにした。また、強度向
上のために有効な添加量は、0.20％以上である。そこ
で、添加量を0.02〜2.0％とした。 Cr:0.05〜1.0％ Crも熱伝導率を低下させるが、耐熱亀裂性を向上させ
る効果がある。本発明者らの検討によれば、Crが1.0％
以下の添加量であれば、熱伝導率を低下させる効果は小
さく、耐熱亀裂性を向上させることができることが明ら
かになった。また、0.05％以上の添加量でなければ、耐
熱亀裂性の向上に効果のないこともわかった。そこで、
添加量は0.05〜1.0％とした。 （発明の作用） 本発明に係るディスクブレーキ用ローターは、上記の
成分組成を有し、さらに基地組織が片状黒鉛鋳鉄から成
っているものであるので、高速走行時からの繰り返し制
動によっても、耐熱亀裂性，耐摩耗性に優れ、さらには
制振性にも優れているため、制動時の鳴き発生が小さい
ものとなっているとともに、強度にもより優れたものと
なっており、耐熱亀裂性がより一層向上したものとなっ
ていることとあわせて、小型，薄肉化されたディスクブ
レーキ用ローターへの適用も可能なものとなっている。 （実施例） 本実施例に用いたディスクブレーキ用ローターの素材
となる鋳鉄の組成を比較のディスクブレーキ用ローター
の素材となる鋳鉄の組成とともに第１表に示す。 本実施例においては第１図に示した形状のディスクブ
レーキ用ローター１を試作した。そして、ここで製作し
た各ディスクブレーキ用ローター１の組織を調べたとこ
ろ、いずれも基地組織が片状黒鉛鋳鉄であった。 次に、試作したディスクブレーキ用ローター１をブレ
ーキ・ダイナモ試験機に組み込み、時速260kmに相当す
る回転数からブレーキ・パッドを押し付け、30秒で停止
させる試験を100サイクル繰り返す過酷な高速制動試験
を行った。この高速制動試験に用いたブレーキ・パッド
は、スチール・ファイバーおよび芳香族ポリアミド（商
品名：ケブラー）ファイバーを使ったいわゆるノンアス
ベスト（ロースチール）系のブレーキ・パッドである。 そして、試験後のディスクブレーキ用ローター１表面
における亀裂の発生状況を亀裂検査用の亀裂着色材を用
いて調査した。 その結果を第２表に示す。なお、第２表のローター表
面における10mm以上の亀裂の全長さを示す欄において
（ ）内は5mm以上の亀裂の全長さを示している。 また、各ディスクブレーキ用ローター１に対しては、
上記の高速制動試験のほか、0.6gのパッド押し付け力
で、時速100kmから停止までの制動を100回繰り返す試験
を行った後のローター表面の摩耗量を測定した。その結
果を第２表に合わせて示した。 第２表に示すように、本発明品No.1のディスクブレー
キ用ローター１は、現行のJIS FC25からなる比較品No.
3のディスクブレーキ用ローター１よりもはるかに優れ
た耐熱亀裂性を示すとともに、優れた材料強度を示すこ
とが確認された。また、従来のJIS FC25相当のC,Si量
の材料に単に合金元素を添加した比較品No.4のニレジス
トよりなるディスクブレーキ用ローター１は、熱亀裂性
において現行のJIS FC25からなる比較品No.3よりも劣
る結果となり、強度を単に上げただけでは熱亀裂性は向
上せず、熱伝導性が劣るためかえって現行のJIS FC25
からなるものよりも劣る結果となることがわかった。 また、本発明のディスクブレーキ用ローター１は、現
行のディスクブレーキ用ローター１よりもローター摩耗
量が少なく、耐摩耗性に優れることが確認された。 また、ブレーキの制動性（ブレーキのきき）を示すロ
ーター／パッド間の摩擦係数は、本発明品とすることに
よっても、現行のJIS FC25と変わることはなく、制動
性が本発明品の採用により低下することのないことが確
かめられた。 本発明に係るディスクブレーキ用ローター１の制振性
を確認するため、ローターより板状の試験片を切り出
し、制動減衰能を測定した。その結果も合わせて第２表
に示した。第２表に示すように、本発明品の制動減衰能
は、現行のJIS FC25よりも優れた値となった。これ
は、本発明品が耐熱亀裂性を上げるために、高Ｃ量とし
ていることから、結果的に制動減衰能も優れた値となっ
たものである。したがって、本発明品は制振性にも優れ
ていることが確認された。

【発明の効果】

以上説明してきたように、本発明に係るディスクブレ
ーキ用ローターは、重量比率で、C:3.5〜3.7％、Si:1.4
0〜1.72％、Mn:0.5〜0.8％、Mo:0.4〜1.2％、Ti:0.05〜
0.10％、V:0.02〜0.35％、Ce:0.01〜0.05％、Cu:0.20〜
2.0％、Cr:0.05〜1.0％を含み、残部Feおよび不可避的
不純物の成分組成を有する片状黒鉛鋳鉄から成るもので
あるから、耐熱亀裂性，制振性，耐摩耗性に優れている
と共に強度においてもディスクブレーキ用ローターであ
り、とくに高速走行時点からの制動を繰り返し行うよう
な使用のされかたをしたときでも摺動部の熱亀裂を発生
することがなく、制動時の鳴き発生も小さいものとする
ことができ、強度が高いものであることから小型、薄肉
化も可能であって車両の軽量化にも寄与するものである
という著しく優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はディスクブレーキ用ローターの構造を例示する
断面説明図である。 １……ディスクブレーキ用ローター、 ２……摺動部、 ３……締結部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量比率で、C:3.5〜3.7％、Si:1.40〜1.7
   2％、Mn:0.5〜0.8％、Mo:0.4〜1.2％、Ti:0.05〜0.10
   ％、V:0.02〜0.35％、Ce:0.01〜0.05％、Cu:0.20〜2.0
   ％、Cr:0.05〜1.0％を含み、残部Feおよび不可避的不純
   物の成分組成を有する片状黒鉛鋳鉄から成ることを特徴
   とする耐熱亀裂性，制振制，耐摩耗制および強度に優れ
   たディスクブレーキ用ローター。