JPH1163045A

JPH1163045A - ディスクブレーキ用ロータ

Info

Publication number: JPH1163045A
Application number: JP21474197A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Endo; 誠一遠藤; Katsuhiko Kojo; 勝彦古城
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】耐熱亀裂性、耐摩耗性向上のため、熱伝導、
減衰能を向上しつつも、機械的強度を犠牲にしない高炭
素片状黒鉛鋳鉄であって、大型トラックに適用できるデ
ィスクブレーキ用ロータを提供する。【解決手段】ＣとＳｉ含有量を適正に制御することに
よって熱伝導率、減衰能を向上させると共に、機械的強
度を犠牲にせずに、耐熱亀裂性、耐摩耗性を向上する観
点から、Ｃ：３．７〜４．２％、より好ましくはＣ：
３．９５〜４．２％、Ｓｉ：１．５〜３．０％、より好
ましくはＳｉ：２．１〜２．６％、Ｍｎ：０．５％未
満、Ｃｒ：０．５％を超え１．５％以下、Ｃｕ：２．０
％以下を含む片状黒鉛鋳鉄とすることによって、従来材
（ＪＩＳ）ＦＣ２００、ＦＣ２５０と同等以上の機械的
強度を持つことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のディスクブ
レーキ用ロータに関し、特に大型トラック用に最適なデ
ィスクブレーキ用ロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスクブレーキは、車輪と一体になっ
て回転するロータの両面に摩擦材を押し付けて制動力を
発生させる要素であり、押し付ける圧力に対して直線的
に制動力が増加するため安定した制動が得られる。一般
に、乗用車用のディスクブレーキ用ロータとしては、
（ＪＩＳ）ＦＣ２００、ＦＣ２５０の片状黒鉛からなる
普通鋳鉄が主として用いられている。近年は、乗用車が
高性能、高出力になるに従い、ディスクブレーキ用ロー
タも耐熱亀裂性、耐摩耗性などの特性向上が要求されて
きている。

【０００３】例えば、特公昭６１−１７９００号公報に
は、重量比率で、炭素当量（ＣＥ値）：３．８〜４．５
％の範囲で、Ｃ：２．８〜４．０％、Ｓｉ：１．５〜
３．０％、Ｍｎ：０．３〜１．２％、Ｐ：０．２０％以
下、Ｓ：０．０６〜０．２５％、Ｃｕ：０．１５〜３．
５％、Ｃｒ：０．０５〜０．５％、Ｎｉ：０．０５〜
０．５％、残部Ｆｅおよび不可避不純物の組成からな
り、各種腐食環境下における錆層の成長を遅らせ、また
錆層の酸化増量を抑制し、さらに錆層に層状剥離抵抗性
を向上することで、例えばディスクブレーキ等の構成材
料として有効な耐食性鋳鉄の開示がある。

【０００４】また、特公平８−３２９４４号公報には、
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および不可避不純物の組成を有する片状黒
鉛鋳鉄からなり、耐熱亀裂性、制動性、対摩耗性および
強度に優れるというディスクブレーキ用ロータの開示が
ある。

【０００５】更に、特開平７−２１６４９５号公報に
は、Ｃ：３．５０〜３．９０％、Ｓｉ：１．６０〜２．
５０％、Ｍｎ：０．７０〜１．１０％、Ｐ：０．０５％
未満、Ｓ：０．０６〜０．１２％、Ｃｕ：０．６〜１．
１０％、Ｃｒ：０．４０〜０．８０％、Ｍｏ：０．２０
〜０．５０％、残部Ｆｅおよび不可避不純物、ＣＥ値を
４，１〜４．７５として、凝固速度を制御することによ
り、取付部をＡ型黒鉛、Ｄ型黒鉛および粒状黒鉛のうち
の一種または組み合わせ、摺動部を長いＡ型黒鉛とＣ型
黒鉛の混合組織として、耐熱亀裂性、室温強度、熱伝導
率に優れるという自動車用ディスクブレーキ用ロータの
開示がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最大積載量
が４０００ｋｇを超える大型トラックなどは、大きな制
動力を要するので、車輪とともに回転するドラムブレー
キに、ブレーキシューに貼り付けた摩擦材を押し付け
て、ドラムの回転を摩擦力で止める方式が一般に採用さ
れている。

【０００７】しかし近年、大型トラックにおいても軽量
化の要求に応えるための対策としてディスクブレーキの
採用が検討されている。大型トラックにディスクブレー
キを採用する場合には、乗用車に比較してディスクブレ
ーキ用ロータの表面温度が高くなる等の苛酷な条件で使
用されるため、厳しい耐熱亀裂性と耐摩耗性、そして従
来材（ＪＩＳ）ＦＣ２００、ＦＣ２５０と同様以上の機
械的強度が必要となる。この耐熱亀裂性と耐摩耗性等の
特性を向上するべく、大型トラック用ディスクロータの
開発は、従来から、トラックメーカ、ブレーキメーカ、
素材メーカ各社が行っているところである。

【０００８】本発明は、以上の従来技術における課題に
鑑みてなされたものであって、耐熱亀裂性、耐摩耗性、
強いては減衰能の特性を向上しつつも、機械的強度が従
来材（ＪＩＳ）ＦＣ２００、ＦＣ２５０と同等であり、
特に大型トラック用に適用できるディスクブレーキ用ロ
ータ材を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、ブレーキ
が繰り返し使用される際の耐摩耗性を備え、また求めら
れる減衰能を有するディスクブレーキ用ロータを比較的
安価に製造するためには、片状黒鉛鋳鉄が有利であると
の知見を得ている。

【００１０】さらに本発明者等は、かかる片状黒鉛鋳鉄
が持つ特性に注目して種々研究し、以下の知見を得、か
かる知見に基づき本発明に想到した。即ち、ディスクブ
レーキ用ロータの耐熱亀裂性を向上するためには熱伝導
性を向上させると共にヤング率を減少させる必要があ
る。そのために炭素含有量を多くする必要がある。しか
しながら、従来までの技術では、炭素含有量を多くすれ
ば、その反面、機械的強度が低下するために、合金元素
を添加したり、熱処理を施さなければならず、高コスト
化せざるを得なかった。この高炭素片状黒鉛鋳鉄におけ
る強度低下を無くし、逆に炭素含有量の増加に伴い、機
械的強度を向上させるためには、ＣとＳｉを適正な値に
することによって、黒鉛組織を制御する必要がある。

【００１１】前記課題を解決するため、請求項１に記載
のディスクブレーキ用ロータは、重量比で、Ｃ：３．７
〜４．２％、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５％
未満、Ｃｒ：０．５％を超え１．５％以下、Ｃｕ：２．
０％以下を含む片状黒鉛鋳鉄からなることを特徴とす
る。

【００１２】前記課題を解決するため、請求項２に記載
のディスクブレーキ用ロータは、重量比で、より好まし
くはＣ：３．９５〜４．２％、より好ましくはＳｉ：
２．１〜２．６％、Ｍｎ：０．５％未満、Ｃｒ：０．５
％を超え１．５％以下、Ｃｕ：２．０％以下を含む片状
黒鉛鋳鉄からなることを特徴とする。

【００１３】前記課題を解決するため、請求項３に記載
のディスクブレーキ用ロータは、請求項１または請求項
２に記載のディスクブレーキ用ロータにおいて、重量比
で、０．５％を超え３．０％以下のＮｉを含むことを特
徴とする。

【００１４】前記課題を解決するため、請求項４に記載
のディスクブレーキ用ロータは、請求項１乃至請求項３
の何れか１項に記載のディスクブレーキ用ロータにおい
て、大型トラック用であることを特徴とする。

【００１５】以下、本発明のディスクブレーキ用ロータ
の組成の内、ＣとＳｉの成分範囲の限定理由につき説明
する。（１）Ｃ（炭素）：３．７〜４．２％、好ましくはＣ：
３．９５〜４．２％Ｃは、鋳鉄の熱伝導率、減衰能を向上させると共にヤン
グ率を低下させる有効成分であり、耐熱亀裂性を向上す
るため、少なくとも３．７％以上の含有が必要である。
また、Ｃ：３．７〜４．１％の領域ではＣ含有量の増加
に伴い、初晶黒鉛の割合が増加するため引張強度が増加
する。一方、４．２％を越えて含有すると、溶湯の流動
性が低下して鋳造性を悪くするとともに、さらに粗大な
黒鉛が晶出して強度が低下し、耐熱亀裂性を損うおそれ
がある。従って、Ｃ：３．７〜４．２％とし、より好ま
しくはＣ：３．９５〜４．２％である。

【００１６】（２）Ｓｉ（珪素）：１．５〜３．０％、
好ましくはＳｉ：２．１〜２．６％Ｓｉは、良好な片状黒鉛を析出させ、良好な耐摩耗性を
得るため、少なくとも１．５％以上の含有が必要であ
る。また、Ｓｉ：２．１〜２．６％を含有させることに
より引張強度が上昇する。Ｓｉ：２．４％より多く含有
させると引張強度は低下する。さらに、Ｓｉを３．０％
を越えて含有させると、鋳鉄の基地組織中に固溶し、熱
伝導率を低下させる。従って、Ｓｉ：１．５〜３．０％
とし、より好ましくはＳｉ：２．１〜２．６％である。

【００１７】

【発明の実施の形態】表１に示す組成（ただし、不可避
的不純物は省略する。）のディスクブレーキ用ロータを
鋳造し、Ｃの引張強度に及ぼす影響を調査した。表２に
示す組成（ただし、不可避的不純物は省略する。）のデ
ィスクブレーキ用ロータを鋳造し、Ｓｉの引張強度に及
ぼす影響を調査した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】得られた鋳造材の鋳放し試験片について引
張強度を調べた。図１にＣ含有量と引張強度の関係を示
す。図２〜図７には図１中のＡ〜Ｆ点に対する鋳造品の
Ｃ含有量増加にともなう組織変化を金属顕微鏡写真（倍
率：５０倍）で示す。図８にＳｉと引張強度の関係を示
す。図９〜図１３には図８中のａ〜ｅ点に対する鋳造品
のＳｉ含有量増加にともなう組織変化を金属顕微鏡写真
（倍率：５０倍）で示す。

【００２１】図１のＣ含有量と引張強度の関係図から、
比較例１（図１中のＡ点のもの）のＣ：３．５９％で
は、引張強度が２９０ＭＰａ近くまで引張強度が上昇す
るが、減衰能、熱伝導率が悪い。Ｃ：３．７％〜４．１
％においてＣ含有量の増加により、引張強度が増加する
ことが分かる。これは図２〜図７の金属組織写真に示す
ように、初晶黒鉛割合が増加するためである。この領域
においては、熱伝導、減衰能を犠牲にすることがない。
一方、４．２％を超えて含有すると、さらなる黒鉛の成
長により、比較例２（図１中のＦ点のもの）のごとく、
有効基地断面積が低下し、強度が低下するばかりでな
く、溶湯の流動性が低下して鋳造性が悪くなるため製造
コストが上昇する。以上のことから、Ｃ含有量は３．７
〜４．２％である。さらに好ましくはＣ：３．９５〜
４．２％である。

【００２２】図８のＳｉ含有量と引張強度との関係図か
ら、Ｓｉ：２．１〜２．３％で引張強度が上昇すること
が分かる。図８に示すように、Ｓｉが増加するに従い、
初晶黒鉛が増加するため、引張強度が上昇する。図９〜
図１３に示すように、低Ｓｉ組成ではセメンタイトが析
出しており、切削性が悪化する虞れがある。よって、Ｓ
ｉ：１．５〜３．０％、より好ましくは２．１〜２．６
％である。

【００２３】なお、以上の本発明の各実施例に関する説
明は、実施例の各ディスクブレーキ用ロータに関して、
その鋳造後の鋳放し状態における特性につき説明するも
のであって、その製造工程においてチル化防止管理、熱
処理等が行われた後の特性を直接に説明するものではな
い。しかしながら本発明のディスクブレーキ用ロータ
が、低コストに、機械的強度を犠牲にすることなく、耐
熱亀裂性、耐摩耗性等の特性を向上できる鋳造材である
ことは、本発明の目的が高特性低コストのディスクブレ
ーキ用ロータを提供する点にある以上、この目的を達成
する重要な因子となる。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明の通り、本発明のディスクブ
レーキ用ロータは、Ｃ増加による引張強度上昇機構、お
よびＳｉ含有量の制御により、減衰能、熱伝導率を犠牲
にしないで引張強度を確保することができる。かかる本
発明のディスクブレーキ用ロータは特に乗用車と比較し
て使用条件の苛酷な大型トラック用に適し、それのみで
なく、中型、小型トラックや乗用車等に適用しても優れ
た効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃ含有量と引張強度の関係を示す図である。

【図２】Ｃ：３．５９％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図３】Ｃ：３．７６％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図４】Ｃ：３．８６％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図５】Ｃ：３．９６％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図６】Ｃ：４．０６％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図７】Ｃ：４．２７％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の組
織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図８】Ｓｉ含有量と引張強度の関係を示す図である。

【図９】Ｓｉ：１．４８％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品の
組織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図１０】Ｓｉ：１．８５％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品
の組織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図１１】Ｓｉ：１．９５％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品
の組織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図１２】Ｓｉ：２．３２％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品
の組織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【図１３】Ｓｉ：３．０３％含有の片状黒鉛鋳鉄鋳造品
の組織を示す金属顕微鏡写真（倍率：５０倍）である。

【符号の説明】

（なし）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｃ：３．７〜４．２％、Ｓ
ｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．５％未満、Ｃｒ：
０．５％を超え１．５％以下、Ｃｕ：２．０％以下を含
む片状黒鉛鋳鉄からなることを特徴とするディスクブレ
ーキ用ロータ。
【請求項２】重量比で、より好ましくはＣ：３．９５
〜４．２％、より好ましくはＳｉ：２．１〜２．６％、
Ｍｎ：０．５％未満、Ｃｒ：０．５％を超え１．５％以
下、Ｃｕ：２．０％以下を含む片状黒鉛鋳鉄からなるこ
とを特徴とするディスクブレーキ用ロータ。
【請求項３】重量比で、０．５％を超え３．０％以下
のＮｉを含むことを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のディスクブレーキ用ロータ。
【請求項４】大型トラック用であることを特徴とする
請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のディスクブ
レーキ用ロータ。