JPS6030858B2 - ブレ−キデイスク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動二輪車等の車輪に用いられるディスクブレ
ーキ式ブレーキディスクに関するもので、特に耐食性に
富むこと、ブレーキフィーリング性能が良好であること
、ブレーキの鳴き音が生じないこと等のブレーキディス
クとして優れた諸特性を有するとともに、生産性良好に
、且つ合理的な製造工程を採用することができるように
したフレーキデイスクに関する。

ディスクブレーキは制動方式として高速、高負荷安定性
に優れ、このため四輪自動車だけでなく自動二輪車等に
も採用されるようになってきた。

自動二輪車にディスクブレーキを採用する場合、ブレー
キディスクが四輪自動車と異り外部に露出し、このため
デでスクの素材はブレーキディスクとしての最適の諸特
性の他、耐食性に富むこと、外観性が良好であること等
の条件も重要視され、従って耐食性に強く、外観性良好
なステンレス鋼素材が用いられている。このステンレス
鋼素材の特性をブレーキディスクとして考慮した場合、
例えばブレーキフィーリングは素材表面の摩擦係数、即
ち表面の硬度及び面精度に関係し、硬度が高すぎると滑
りが生じ易く、硬度が低いと摩耗が発生し、又ブレーキ
の鳴き音においては、硬度が高くなるに従い鳴き音が起
り易い傾向にある。従ってステンレス鋼素材を用いた場
合、以上のブレーキフィーリング、摩耗、鳴き音等を考
慮してブレーキディスクを得ている。

即ち、ステンレス鋼素材のブレーキディスクは、ブレー
キディスクとしての硬度が性能を左右するため、一般に
ステンレス鋼板材を先ず１０５０００〜１１５０ｑ Ｃ
に加熱して暁入れし、硬度ＨＲＣ５０〜５３のものを得
、次いで６５０ｑｏ程度で焼戻しを行い、硬度をＨＲＣ
３０〜４５の範囲内に低下させて硬度のコントロールを
行い、必要硬度のブレーキディスクを得ている。

特にブレーキパッド摺動面である環状ディスク部面は、
切削加工等の機械加工における工具寿命や加工性を考慮
し、実質硬度をＨＲＣ３２〜３筋茎度となるように処理
している。即ち、ブレーキディスクを得るため、以上に
おける現状の熱処理方法は、素材を完全にオーステナィ
ト領域まで加熱し、加熱維持後これを急冷してマルテン
サィト組織を得、更にこれを燐戻してマルテンサィト組
織を分解せしめ、炭化物＋ソルバィトの組織を得るもの
である。従って一旦素材に焼入れを行った後焼戻しを行
うため、例え焼入れ時点でプレスクェンチングを行って
精度を向上させても、次工程の焼戻しで歪が発生し、パ
ッド摺動面の平坦度、平行度等の精度が得られなかった
り、ディスク部、ハブ部一体成形ディスクでは、全体に
歪が発生して精度が低下する等の不具合が生じ、これが
ため爾後切削等の機械加工を必要とすること、又これの
削り代を予じめ見込んで成形しなければならない等製造
上甚だ不利である他、焼戻し温度の幅が６５０ｑｏ〜７
５０ｏｏと狭く、必要硬度を得ることが大変難かしい。
本発明者等はステンレス鋼素材を用いたブレーキディス
クの問題点、特に製造上の問題点に鑑み、これを有効に
鮫決すべ〈鋭意研究の結果本発明を成したものである。

本発明者等は、前記した焼入れ、焼戻しによる不都合に
鑑み、この各工程を経ることなく良好なブレーキディス
クを得るべく諸種研究の結果、マルテンサィト系ステン
レス鋼素材をブレーキディスク素材として用い、これを
ブレーキディスクとして必要な硬度の得られる加熱領域
まで加熱し、プレス焼入れすることにより一回の熱処理
でブレーキフィーリング、耐摩耗性、耐食性、ディスク
の鳴き音の発生の少し、等の条件に適う硬度のブレーキ
ディスクが得られるという知見を得て本発明を成したも
のである。本発明の目的とする処は、必要最少限の工程
、簡便な製造工程で得られるブレーキディスクを提供し
、従って合理的に安価に製造し得るブレーキディスクを
提供し、又以上でブレーキフィーリングー性能、耐摩耗
性、耐食性、ディスクの鳴き音の発生が可及的に少、外
観性良好である等性能良好、品質良好、精度良好である
優れたブレーキディスクを提供する。

以下に本発明の−実施例を添付図面に従って詳述する。

本発明に係るブレーキディスクの素材は、所定の表面及
び板厚精度を有し、少くともＣｒを１０％以上含有する
マルテンサィト系ステンレス鋼板素材を用いたものであ
る。Ｃｒを少くとも１０％以上としたことは、Ｃｒの含
有量が１０％以下であるとブレーキディスクとしての実
用上の耐食性が得られ歎いためである。この素材を第１
図に示す如きＦｅ−１２％Ｃｒ−Ｃ状態図で示されるＡ
，変態点以上でブレーキディスクとして必要な硬度に設
定された温度領域の温度で加熱保持し、これをプレス機
で挟圧状態を維持したまま縁切り、絞り、孔穿レナ等の
成形打抜工程を完了させる。

同時に挟圧状態を継続し、成形された素材を所定の硬度
に焼入れする。このプレス焼入れにさし、し、成形素材
の後にパッド摺動面を構成する環状ディスク部の表裏両
面を加圧し、この面を熱間鍛造して所定肉厚寸法に成形
することもでき、これによればパッド槽動面を鍛造成形
するためこの面の平坦、平行精度は極めて高くなる。以
上の焼入れは、素材の一般煉入温度条件より低い温度条
件、即ち第１図のＦｅ−１２％Ｃｒ−Ｃ状態図における
Ａ，変態点領域Ｑ＋ｙ（フェライト＋オーステナイト）
、Ｑ＋ｙ＋Ｃｍ（フエライト＋オーステナィト＋炭化物
）まで加熱し、マルテンサィト十フェライト十炭化物、
或はフェライト＋マルテンサィトの混合組織を得る。

従って特に加熱時点のオ−ステナィト量、即ち加熱温度
によりブレーキディスクとして適切なＨＲＣ３０〜４５
の間の適当な硬度にコントロールを行い、爾後焼戻しを
行うことなく前記した所定の硬度が得られた。本発明は
以上の如く少くともＣｒを１０％以上含有するマルテン
サィト系ステンレス鋼板素材をプレス機で暁入れし、併
せて必要に応じて成形、打抜き等を一連に行い、ブレー
キディスクとして最適のＨＲＣ３０〜４５の硬度のディ
スクを得るものである。

このように硬度をＨＲＣ３０乃至４５とするのは、ＨＲ
Ｃ３０以下になると、ブレーキ性能上の問題はないが、
ディスク表面に深い摺動傷が生じ著しく商品性を損うと
共に寿命も著しく短くなり、またＨＲＣ４５以上とする
と、勤摩擦係数が減少し、滑り易くなりブレーキ性能を
低下させ、制動距離ぎ長くなる。更に鳴きと称する制動
音が発生し易くするためである。又以上で明らかな如く
本発明のブレーキディスクは、所定の硬度を得るため燐
入れ後、焼戻しを行わないため、歪等のない設定された
精度のディスクが得られる。又精度が以上のように高く
、且つ硬度が以上のように設定し得るため、ブレーキフ
ィーリング性能、耐摩耗性、耐食性、ブレーキの鳴き音
が少く、外観性良好であるブレーキディスクとして諸性
能、良好なディスクを得ることができる。第２図は１２
％Ｃｒ−０．３％Ｃのステンレス鋼における焼入温度と
硬度の関係を示し、このグラフで明らかな如く競入温度
が高い程硬度は高くなる。

この１２％Ｃｒ−０．３％Ｃのステンレス鋼の場合は、
グラフで示される如く、一般に９２０００〜９８０ｏｏ
で焼入れされ、従ってＨＲＣ４６〜５６の硬度となり、
フレーキディスクとしては前述の理由で好ましくないた
め焼戻し、硬度を低下させるコントロールを行わなけれ
ばならない。従って前記Ｆｅ−１２％Ｃｒ−Ｃ状態図に
おけるＡ，変態点以上の温度で必要硬度により設定され
た温度領域としたのは、通常の競入温度より低い８５０
℃〜９１０００の温度で熱処理を行えば、ＨＲＣ３０〜
４５の範囲の硬度が得られ、プレス機による一体成型デ
ィスクでは、一回の熱処理工程とプレス工程で一連に必
要最少眼の工程で必要硬度のブレーキディスクが得られ
る。

この結果前記した諸性能を充分に満足するブレーキディ
スクを簡略化した最少の製造工程で得ることができ、又
プレス機で環状ディスク部の鍛造成形を併せて行うこと
により平坦、平行精度の極めて優れたブレーキディスク
を簡便に得ることができる。次に以上で説明した本発明
にかかるブレーキディスクをその製造工程と併せ具体的
に説明する。

第３図は一体成形型ブレーキディスクＡの側断面図を示
している。ディスクＡは外周の環状ディスク部Ａ，、こ
れの内周基部から上方へ連続したまま傾斜した教頭円錐
部ん及び環状ディスク部Ａ，と平行のハブ取付部んとを
備え、一枚の素材で全一体的に成形されている。素材は
勿論前記したＣｒを１０％以上含有するマルテンサィト
系ステンレス鋼板素材を用いている。前記ハブ取付部ん
には車軸取付孔Ａ４及びハブ取付孔んが夫々形成されて
いる。又環状ディスク部Ａ，と円錐部Ａ２との境界部、
円錐部Ａ２とハブ取付部ふとの境界部の夫々には表裏両
面に対称的に段差部Ａ６，Ａ７が形成され、この段差部
ん，Ａ？でプレス成形時及び環状ディスク部Ａ，の鍛造
成形、これとプレス成形を併用した場合の特に円錐部Ａ
２の絞り成形時の素材のダレ防止、成形後における環状
ディスク部Ａ，のスプリングバック防止を行い、スプリ
ングバック防止には極めて有効で、環状ディスク部Ａ，
の平行精度に維持できた。この一体成形ブレーキディス
クＡの製造をプレス成形で行う装置を第４図は示し、第
５図はその成形時の状態を示している。

プレス機１はプレス焼入れ処理が可能な如く上型２，下
型３の内部に冷却水通路４，５を備える。

この上・下型２，３はリング状に構成され、中間に絞り
成形部分６，７を対称的に備える固定された下型８と、
可動で冷却水通路４を有する上型９を備え、前記外側の
上・下型２，３は絞り成形及びディスクＡの素材Ｗを挟
圧保持するために可動型で構成されている。又中間の絞
り成形用型の上型９には前記車軸挿通孔Ａ４成形用パン
チ１０、ハブ取付孔Ａ５成形用パンチ１ １を備え、下
型８には夫々と対応する孔１２，１３を備え、この孔１
２，１３を備える下型８は前記外周用の可動下型３のホ
ルダーを兼ねる。更に又絞り成形部分６及びＴには前記
段差部Ａ６，Ａ７成形用の段差部６ａ，７ａを夫々上・
下型２，８，９に対称的に備える。以上のプレス機１の
上・下型２，９及び３，８間にディスク素材Ｗを挿入セ
ットし、このさし、素材Ｗを前記した温度に加熱し、こ
の加熱状態を維持したままセットする。

具体的にはＮ２ガス等で非酸化性雰囲気となるように制
御した電気加熱炉又は高周波誘導加熱装置を用いてディ
スク素材Ｗを８５０ｏ 〜９１００Ｃまで加熱し、この
ままの状態で１０分間程度保持した後、直ちに加熱装置
からディスク素材Ｗを取り出し金型内にセットする。こ
のセットまでの時間は１鼠砂、以内とすることがディス
ク素材の温度低下を防ぐために好ましい。次いで、挟持
した状態で外側の上・下型２，３を降下させてハブ取付
部〜に対して外周のパッド摺動部Ａ，を水平に保持した
まま降下させ、絞り成形する。併せてパンチ１０，１１
を降下させて車軸取付孔へ及びハブ取付孔Ａ５を孔穿け
加工する（第５図参照）。この加工後挟圧状態を継続し
たまま冷却水を供給し、急冷して所定の硬度に焼入れし
、第３図に示す如き成形品Ａを得る。爾後パッド摺動面
の磨き等の機械加工、ハブ取付面の塗装等を行つ。以上
図示例ではディスク状に素材Ｗを成形したものを成形し
、嫁入れしたが、プレス機を変更し、素材の縁切りを併
せて行っても良く、より合理的に、又生産性良好に製造
することができる。又以上では平板状の鋼板素材を成形
したが、予じめ第３図の状態に冷間加工し、これを加熱
してプレス焼入れしても良い。更に又、以上ではプレス
機で素材Ｗを挟圧した状態で成形、焼入れしたが、鍛造
成形しても良い。

ブレーキディスクとして平行度、平坦度を要求される部
分、即ち環状ディスク部Ａ，、ハプ取付部Ａ３を鍛造成
形し、予じめ塑性変形量を見込んで素材肉厚寸法を設定
し、これを熱間鍛造して所定肉厚寸法に塑性変形せしめ
、絞り成形、孔穿け加工を併せて行い、連続的に焼入れ
し、第３図に示すブレーキディスクを得ることもできる
。

これによればパッド摺動面及びハブ取付面の平坦度、平
行度は極めて高精度に得られる。第６図はディスク部材
Ａ，。

とハブ敬付部材Ａ２ｏを別体に成形し、一体的に組着し
たブレーキディスクを示している。即ち前記したＣｒを
１０％以上含有するマルテンサィト系ステンレス鋼板素
材でリングディスク状のディスク部材Ａ，ｏを成形する
。

これは第８図に示す如く冷却水通路２１，２２を内装す
る上・下型２３，２４を備えたプレス機２川こディスク
状素材Ｗを前記条件に加熱し、この加熱状態を維持した
まま挿入セットし、上型２３を降下させて環状ディスク
部Ａ，．を挟圧し、中央に設けた大径パンチ２５、小径
パンチ２６を降下させて車軸取付孔Ａ．２、ハブ取付部
材Ａ２ｏの取付孔Ａ，３を孔穿け加工し、挟圧状態を維
持したまま連続して冷却水通路に冷却水を導いて加熱素
材Ｗを急冷し、焼入れする。これにより第７図に示す如
き所定の硬度に維持されたディスク部材Ａ，ｏを得るも
のである。このディスク部材Ａ，ｏを磨き等の機械加工
を施し、これに載頭円錐形の別設したハブ取付部村んｏ
をリベット結合等で一体的に絹着し、第６図の如きブレ
ーキディスクを得る。以上はプレス焼入れ、孔穿け成形
のみを説明したが、前記の如く鍛造成形と孔穿け成形を
併用しても良いことは勿論である。

以上で明らかな如く本発明にかかるブレーキディスクは
、焼入れ温度領域以下の温度における熱処理を施すこと
で、ブレーキディスクとし最適の硬度に設定したため、
Ｃｒを１０％以上含有することにより素材の性質と合せ
耐食性に富み、又外観性にも優れ、且つ前記熱処理によ
る硬度によりブレーキディスクとして必要とされる諸性
能、即ちブレーキフィーリング性能、耐摩耗性、ブレー
キの鳴き音の少し・等の諸条件を満足した優秀なブレー
キディスクを得ることができ、特に外部に露出する自動
二輪車のブレーキディスクとして耐食性、外観性を併せ
有し、実用性に優れるブレーキディスクが得られる。

又Ｃｒを１０％以上含有するマルテンサィト系ステンレ
ス鋼板素材を一回の熱処理で必要硬度の製品を得、焼戻
し工程を必要としないため、切削加工等の機械加工を必
要とせずに前記ブレ−キディスクとしての諸性能を満足
し、且つ実用上必要、充分のパッド摺動面の高精度の平
坦精度、平行精度を有するブレーキディスクを得ること
ができる。

更に又本発明にかかるブレーキディスクは、Ｃｒを１０
％以上含有するマルテンサィト系ステンレス鋼板素材を
焼入れ温度領域以下の温度による熱処理を施して直ちに
製品を得るため、熱処理も−回ですみ、熱処理工程を必
要最少限とし、ブレーキディスクの製造を簡便、容易化
し、又上記熱処理により所定精度の製品が得られるため
、この点でも爾後切削加工等を可及的に少〈、或は皆無
ならしめ、ブレーキディスクの製造を前記と併せ簡便、
容易化する。

又本発明は以上のプレス、或は鍛造焼入れを行うため、
一体成形タイプのブレーキディスクの成形、寸法維持、
精度維持を行いつつ熱間成形することができ、この点で
もプレーキディスクの製造を画期的に簡便化し、前記と
併せ耐食性、外観性に優れ、性能優秀なブレーキディス
クを安価に量産することができるという効果も併用し、
頗る実用性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるブレーキディスクの不完全焼入
れを説明するためのＦｅ−１２％Ｃｒ−Ｃ状態図、第２
図は１２％Ｃｒ−０．３％Ｃのステンレス鋼素材の競入
温度と硬度の関係を示すグラフ、第３図は本発明にかか
る一体成形タイプのプレーキディスクの側断面図、第４
図はこれを製造するプレス機の断面図、第５図は第４図
の作動状態図、第６図は分割組着タイプの本発明にかか
るブレーキディスクの側断面図、第７図は環状ディスク
部材の側断面図、第８図は第７図の部材を成形、焼入れ
する装置の一例を示す断面図である。 尚図面中Ａはブレーキディスク、Ａ，は環状ディスク部
、んは筒部、Ａ３はハブ取付部、Ａ，ｏは環状ディスク
部村、ふｏはハブ取付部材である。 第１図第２図 第３図 第４図 第６図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくともＣｒを１０％以上含有するマルテンサイ
   ト系ステンレス鋼板を、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ状態図における
   Ａ＿１変態点以上のα＋γ（フエライト＋オーステナイ
   ト）、α＋γ＋Ｃｍ（フエライト＋オーステナイト＋セ
   メンタイト）領域まで加熱し、この素材をプレス機で挟
   圧状態を維持したまま縁切り、絞り、孔穿け等の成形打
   抜き加工を施して外周の環状デイスク部、このデイスク
   部の内周に連続する筒状部及びこの筒状部の内周に連続
   するハブ取付部を一体成形し、この挟圧状態を維持した
   まま急冷することで表面硬度がＨＲＣ３０乃至４５とさ
   れたことを特徴とするブレーキデイスク。