JP2000337410A

JP2000337410A - ディスクブレーキ用ロータ

Info

Publication number: JP2000337410A
Application number: JP11144159A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Matsui; 慶雅松井
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストでかつ高い耐摩耗性を有するディス
クブレーキ用ロータを提供することを目的とする。【解決手段】砂型鋳造により作成したＪＩＳＦＣ２
５０製素材をロータ形状に仕上げたものを、ガス軟窒化
処理を施した後、Ａ１変態点以上共晶温度以下の温度に
加熱保持し、さらに所定の温度の熱浴中に保持すること
で窒化により生じた窒素拡散層及び母材を等温変態させ
ることで、ロータの表面には硬質の窒素化合物層が形成
され、さらに窒素化合物層の下層の窒素拡散層及び母材
も硬度の高いベイナイト組織化するため、ロータの耐摩
耗性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両等に制
動力を与えるのに好適に用いられるディスクブレーキ用
ロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用のディスクブレーキは、
ＪＩＳ（日本工業規格）ＦＣ２００あるいはＦＣ２５
０等の普通鋳鉄ロータを用いるのが主流である。また、
特開昭５１−２７８２８号に記載されたように、普通鋼
または窒化鋼で形成したディスクブレーキ用ロータに窒
化処理を施し、耐食性及び耐摩耗性を向上させるといっ
た方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディス
クブレーキの高性能化、軽量化の観点から摩擦材に焼結
金属系材料を用いる動きがあるが、焼結金属系の摩擦材
は通常用いられるレジン系の摩擦材よりも硬質で摩擦係
数が高いため、摩擦材のロータ攻撃性が高くなり、従来
の普通鋳鉄ロータでは耐摩耗性が低く対応できない。

【０００４】また、特開昭５１−２７８２８号に記載さ
れたように、普通鋼または窒化鋼で形成したディスクブ
レーキ用ロータに窒化処理を施したものは、２輪車用デ
ィスクブレーキのようにロータが１枚板の単純形状であ
る場合には成形が簡単であるため有効であるものの、４
輪車用ディスクブレーキ等のロータのように複数枚の板
の間に冷却用の空洞及びフィンを有するなど複雑形状で
ある場合には、普通鋼または窒化鋼をロータ形状に成形
すること自体が難しいために、加工コストが高くなって
しまう。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、ロータ形状への成形が簡単でかつ高い耐摩耗性を有
するディスクブレーキ用ロータを提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋳鉄からなる
成形体を窒化処理した後、鋳鉄のＡ１変態点以上共晶温
度以下に加熱保持し、その後所定の温度の熱浴中に焼入
れ保持して、窒化により生じた窒素拡散層及び母材を等
温変態させたことを特徴とする。

【０００７】このようにしたことにより、窒化処理によ
って表面に窒素化合物層、その下に窒素拡散層が形成さ
れ、その後鋳鉄のＡ１変態点以上共晶温度以下の温度に
加熱保持してから所定の温度の熱浴中に焼入れ保持する
ことによって窒素拡散層及び母材を等温変態させて基地
組織をベイナイト組織に変態する。

【０００８】また、請求項２の発明は、鋳鉄からなる成
形体を窒化処理した後、窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳
鉄のＡ１変態点未満に加熱保持し、その後所定の温度の
熱浴中に焼入れ保持して、窒化により生じた窒素拡散層
を等温変態させたことを特徴とする。

【０００９】このようにしたことにより、窒化処理によ
って表面に窒素化合物層、その下に窒素拡散層が形成さ
れ、その後窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態
点未満の温度に加熱保持することにより窒素拡散層のみ
をオーステナイト組織化し、その後所定の温度の熱浴中
に焼入れ保持することによって窒素拡散層のみを等温変
態させて基地組織をベイナイト組織に変態させる。

【００１０】また、請求項３の発明は、鋳鉄からなる成
形体を窒化処理した後、窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳
鉄のＡ１変態点未満に加熱保持し、その後マルテンサイ
ト変態開始点以上の温度の熱浴中に焼入れ保持してから
冷却し、窒化により生じた窒素拡散層をマルテンサイト
変態させたことを特徴とする。

【００１１】このようにしたことにより、窒化処理によ
って表面に窒素化合物層、その下に窒素拡散層が形成さ
れ、その後窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態
点未満の温度に加熱保持することにより窒素拡散層のみ
をオーステナイト組織化し、その後マルテンサイト変態
開始点以上の温度の熱浴中に焼入れ保持してから空冷す
ることによって窒素拡散層のみをマルテンサイト組織化
する。

【００１２】また、請求項４の発明は、鋳鉄からなる成
形体を窒化処理した後、窒素拡散層のＡ１変態点以上共
晶温度以下に加熱保持し、その後マルテンサイト変態開
始点以上の温度の熱浴中に焼入れ保持してから冷却し、
窒化により生じた窒素拡散層をマルテンサイト変態さ
せ、所定温度に加熱・保持することによって酸化・焼き
戻したことを特徴とする。

【００１３】このように構成したことにより、窒化処理
によって表面に窒素化合物層、その下に窒素拡散層が形
成され、その後窒素拡散層のＡ１変態点以上共晶温度以
下の温度に加熱保持してから所定の温度の熱浴中に焼入
れ保持することによって窒素拡散層のみまたは窒素拡散
層及び母材を等温変態させて基地組織をオーステナイト
組織化し、その後マルテンサイト変態開始点以上の温度
の熱浴中に焼入れ保持してから空冷することによって窒
素拡散層のみまたは窒素拡散層及び母材をマルテンサイ
ト組織化する。さらに、所定温度に加熱・保持すること
によって酸化・焼き戻すことによって、窒素化合物層の
表面に酸化物（Ｆｅ3Ｏ4）層が形成され、かつ、マルテ
ンサイト組織となっている窒素拡散層のみまたは窒素拡
散層及び母材が焼戻しされる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例１，実施例
２，実施例３，実施例４を説明する。

【００１５】

【実施例１】本実施例は４輪の自動車のディスクブレー
キ用ロータ（以下、ロータ）の製造に本発明を適用した
ものである。

【００１６】まず、砂型鋳造により作成したＪＩＳＦ
Ｃ２５０製素材に必要な加工を加えてロータとして所定
の形状、寸法及び表面粗さに仕上げた。続いて、炭化水
素系溶剤を使用した真空洗浄機にて洗浄を行い、ロータ
表面に付着した研削油剤を除去した後、このロータを図
１に示す熱処理サイクルに従って処理する。

【００１７】（１）ガス軟窒化処理まず、ロータを窒化処理を行う炉に挿入し、窒化処理温
度まで昇温する。このとき、ロータが熱の影響によって
酸化等を起こさないように、炉内の雰囲気を不活性ガス
である窒素にしておく。その後、炉内をアンモニア（Ｎ
Ｈ3）：窒素（Ｎ2）：二酸化炭素（ＣＯ2）＝６０：３
７：３の雰囲気に設定し、処理温度：Ｔ１＝５９０℃、
処理時間：ｔ１＝４．０ｈの条件でガス軟窒化する。こ
れによりロータは、表面に形成された窒素化合物層（主
にＦｅ3Ｎ）、該窒素化合物層の下に形成された窒素拡
散層、さらに該窒素拡散層の下の母材という構成とな
る。このときの窒素化合物層の窒素含有量は８〜１０ｗ
ｔ％、窒素拡散層中の窒素含有量は１〜５ｗｔ％であ
る。

【００１８】（２）窒素拡散層及び母材のオーステナイ
ト組織化ガス軟窒化処理を施したロータを処理温度：Ｔ２＝８５
０℃、処理時間ｔ２＝２０ｍｉｎで加熱保持すると、図
２の鉄−窒素系状態図からわかるように、表面に形成さ
れている窒素化合物層（窒素含有量：８〜１０ｗｔ％）
は温度が８５０℃に変化してもＦｅ3Ｎ（ε）組織のま
ま変化しないが、窒素拡散層の素地組織の全体もしくは
一部がオーステナイト化する。

【００１９】さらに、窒素拡散層の下の母材の基地組織
は、普通鋳鉄の炭素含有量が３〜４ｗｔ％前後であるた
め、図３の鉄−炭素系状態図から明らかなように、オー
ステナイト（γ）組織に変態する。

【００２０】なお、鋳鉄は実際には鉄と炭素の合金に、
珪素，マンガン，リン，硫黄，その他の元素が含まれた
複雑な合金であるが、基本的には最大固溶限炭素量以上
の炭素を含む鉄−炭素系を構成していると考えられるた
め、ここでは、便宜上図３に示す鉄−炭素系状態図を用
いて説明を行っている。

【００２１】（３）オーステンパ処理次に、窒素拡散層及び母材の基地組織がオーステナイト
化したロータを、浴温：Ｔ３＝３００℃のＮａＮＯ3−
ＫＮＯ3溶融塩の浴中で処理時間：ｔ３＝３０ｍｉｎの
条件で熱浴焼入れすると、表面に形成されている窒素化
合物層（窒素含有量：８〜１０ｗｔ％）はＦｅ3Ｎ
（ε）組織のまま変化せずに、窒素拡散層及び母材の基
地組織であるオーステナイト組織は図４の等温変態線図
に示されるようにベイナイトに変態する。本実施例で
は、ベイナイト変態を起こす温度のうち比較的低い温度
に属する３００℃で等温変態させているため、針状の下
部ベイナイトが形成される。

【００２２】（４）空冷及び研削窒素拡散層及び母材の基地組織がベイナイト組織化した
ロータを空冷し、その後研削することで所定の表面粗さ
となるように仕上げる。

【００２３】上記（１）〜（４）の工程によって出来上
がった実施例１のロータと、下記の比較例１、比較例２
とを後述の（Ａ）顕微鏡観察試験、（Ｂ）断面硬さ試
験、（Ｃ）耐食性試験、（Ｄ）摩耗試験に供した。

【００２４】比較例１は、ＪＩＳＦＣ２５０製の素材
を所定の形状・寸法に加工後、研削により表面仕上げを
行った従来のディスクブレーキ用ロータである。

【００２５】比較例２は、ＪＩＳＦＣ２５０製の素材
を所定の形状・寸法に加工後、実施例の（１）ガス軟窒
化処理を施し、その後油中冷却を行ってから研削により
表面仕上げを行ったロータであり、前記の特開昭５１−
２７８２８号にも見られるように一般的に鉄素材の表面
硬度を向上させるために行われる窒化処理を行っただけ
のものである。

【００２６】（Ａ）顕微鏡観察試験被検鏡面を鏡面仕上げした後、腐食液（５％ナイタル
液）で腐食した。その結果、比較例１は全てがパーライ
ト素地中に片状黒鉛が晶出した通常の組織であるが、実
施例及び比較例２のものの最表層には約１５μｍ厚さの
化合物層及び窒素拡散層が形成されていた。また、実施
例については窒素拡散層及びその下部の母材にベイナイ
ト組織が生じており、ベイナイト組織中に片状黒鉛が分
布した組織となっていた。

【００２７】（Ｂ）断面硬さ試験ビッカース硬度計を用いて荷重１００ｇｆの条件で行
い、表面から深部への硬さの分布を求め、図６に示し
た。比較例１は、全体が均一なＪＩＳＦＣ２５０製で
あるため、表面からの距離に関らず硬度は一定である。
比較例２は窒素化合物層では高硬度であり、窒素拡散層
でも窒素化合物層に近い部分では高度を保っているが、
母材に近づくに従って比較例１とほぼ変わらない硬度に
まで低下する。実施例１では、比較例２と同様に窒素化
合物層、窒素拡散層、母材を表面からの距離が大きくな
るに従って硬度は小さくなっているが、比較例２と比べ
て特に窒素拡散層及び母材での硬度が高くなっているこ
とがわかる。

【００２８】（Ｃ）耐食性試験ＪＩＳＺ２３７１塩水噴霧試験に基づいて耐食性試
験を行い、供試材としてのロータそれぞれについて、腐
食面積率からレイティングナンバ（ＪＩＳＨ８５０
２）を求め、表１にその結果を示した。比較例１に比べ
て比較例２及び実施例のロータが耐食性に優れ、また、
実施例が、比較例２と等しいレイティングナンバを示し
たことから、（２）オーステナイト組織化、（３）オー
ステンパを行っても耐食性を低下させないことが分か
る。

【００２９】

【表１】

【００３０】（Ｄ）ダイナモ試験ＪＡＳＯ（自動車規格）Ｃ４０６乗用車ブレーキ装置
ダイナモメータ試験方法に基づいてロータの摩耗を確認
する。今回の試験には、銅系焼結合金の摩擦材（焼結金
属性摩擦材）の摩擦パッドを用いて行い、この結果を表
２に示した。比較例１に比べて比較例２及び実施例のロ
ータが耐摩耗性に優れていることが分かる。ただし、今
回の試験では、比較例２及び実施例のロータの摩耗がほ
ぼ窒素化合物層で留まっているため、耐摩耗性の差が見
られなかったが、比較例２では窒素拡散層が、鉄に窒素
が固溶した状態となっているため鋳鉄（比較例１のロー
タの素材）より耐摩耗性に優れるものの硬質のベイナイ
ト組織化した実施例の窒素拡散層に比べると耐摩耗性に
劣り、また、比較例２では母材部分が比較例１と同様の
鋳鉄であるため比較例１のロータと等しい耐摩耗性しか
有していないのに比べて実施例では母材部分が硬質のベ
イナイト組織化しているため、耐摩耗性に優れている。

【００３１】

【表２】

【００３２】つまり、比較例２ではこの後摩耗が窒素拡
散層及び母材部分に達すると急激に耐摩耗性が低下する
のに対して窒素拡散層及び母材がベイナイト組織化して
いる実施例では摩耗が窒素拡散層さらに母材と進行して
も耐摩耗性が急激に低下することはない。

【００３３】上記（Ａ）〜（Ｄ）の試験の結果、実施例
のロータは、比較例１に見られる普通鋳鉄からなる従来
のロータに対して耐食性及び耐摩耗性に優れ、また、比
較例２に見られる普通鋳鉄をガス軟窒化処理しただけの
ロータに対しても耐食性を低下させることなくさらに耐
摩耗性が向上していることがわかる。

【００３４】なお、上記実施例では、（１）ガス軟窒化
処理の処理温度：Ｔ１を５９０℃としているが、処理温
度はこれに限られるものではない。しかし、図７に示す
該軟窒化処理時の処理温度と、窒化された鋳鉄を腐食さ
せたときのレイティングナンバのグラフから、Ｔ１が５
９０℃を超えると耐食性が低下してしまうことが明らか
である。また、Ｔ１が低くなると処理時間が長くなって
しまう（例えば、Ｔ１＝５７０℃のときにはＴ１＝５９
０℃のときの１．５〜２倍の処理時間が必要となる）た
め、耐食性の向上と処理時間の短縮を図るために、
（１）ガス軟窒化処理の処理温度：Ｔ１は５８０〜５９
０℃程度が望ましい。

【００３５】また、上記実施例では、（２）オーステナ
イト組織化の処理温度：Ｔ２を８５０℃としているが、
窒素拡散層及び母材の基地組織が共にオーステナイト組
織となる温度であれば、これに限られるものではない。
図２の鉄−窒素系状態図から窒素拡散層の基地組織がオ
ーステナイト組織に変態するには、Ｔ２が５９０℃以上
でなければならない。また、母材がオーステナイト組織
に変態するには、Ｔ２が図３の鉄−炭素系状態図のオー
ステナイト（γ）＋黒鉛の領域でなければならない。こ
こで、母材となる鋳鉄にも色々な種類があるが、どの鋳
鉄でも炭素含有料はほぼ２．０％以上であるため、鋳鉄
（母材）がオーステナイト組織に変態するには、Ｔ２が
Ａ１変態点以上でかつ共晶温度以下でなければならな
い。従って、（２）オーステナイト組織化の処理温度：
Ｔ２は、Ａ１変態点≦Ｔ２≦共晶温度でなければならな
い。

【００３６】また、上記実施例では、（３）オーステン
パの際の浴温：Ｔ３を３００℃、処理時間：ｔ３を３０
ｍｉｎとしているが、これらに限られるものではない。
ただし、図４の等温変態線図に示されるように、Ｔ３
は、ベイナイト組織に変態するＭｓ点（マルテンサイト
変態開始点）以上でかつ等温変態線のｎｏｓｅの温度以
下でなければならず、また、ｔ３はＴ３のときの変態開
始から変態終了までの時間以上でなければならない。こ
のとき、Ｔ３が比較的高いと羽毛状で硬度はやや劣るが
靭性に優れた上部ベイナイトが形成され、Ｔ３が比較的
低いと針状で靭性はやや劣るが硬度に優れた下部ベイナ
イトが形成される。

【００３７】また、上記実施例では、熱浴にＮａＮＯ3
−ＫＮＯ3を用いているが、他の組織の溶融塩を使用し
ても良く、浴温を変化させることによってベイナイト組
織の硬度や靭性を変えることができる。従って、オース
テンパの際の熱浴の組成や、浴温及び処理時間を適宜選
択することによって、窒素拡散層及び母材の硬度や靭性
を変化させることができる。

【００３８】さらに、上記実施例では、炉内の温度及び
雰囲気と熱浴の温度との管理のみを連続して行う簡単で
エネルギー効率のよい処理を行うことができる。

【００３９】なお、本実施例では自動車のディスクブレ
ーキ用ロータとして説明しているが、量販品であるため
に低コストであることが望まれる自動車のディスクブレ
ーキに用いることはもちろん、高速鉄道用のディスクブ
レーキ等に用いても、低コストで耐摩耗性が高いディス
クブレーキを提供することができるものである。

【００４０】

【実施例２】実施例２のロータを図１に示す熱処理サイ
クルに従って処理する。ただし、（１）ガス軟窒化処理
及については実施例１と同一なため、説明を省略する。

【００４１】（５）窒素拡散層のオーステナイト組織化（１）のガス軟窒化処理を施したロータを、同一炉内に
おいて雰囲気を窒素に置換しながら昇温し、処理温度：
Ｔ４＝６５０℃、処理時間ｔ４＝２０ｍｉｎで加熱保持
すると、図２の鉄−窒素系状態図からわかるように、表
面に形成されている窒素化合物層（窒素含有量：８〜１
０ｗｔ％）は温度が６５０℃に変化してもＦｅ₃Ｎ
（ε）組織のまま変化しないが、窒素拡散層の素地組織
の全体もしくは一部がオーステナイト化する。

【００４２】さらに、窒素拡散層の下の母材の基地組織
は、図３の鉄−炭素系状態図から明らかなように、６５
０℃では組織変化を起こすことはない。

【００４３】（６）焼入れ処理次に、窒素拡散層の基地組織がオーステナイト化したロ
ータを、浴温：Ｔ３＝３００℃のＮａＮＯ₃−ＫＮＯ₃溶
融塩浴中で処理時間：ｔ３＝３０ｍｉｎの条件で熱浴焼
入れすると、表面に形成されている窒素化合物層（窒素
含有量：８〜１０ｗｔ％）はＦｅ₃Ｎ（ε）組織のまま
変化せずに、窒素拡散層の基地組織であるオーステナイ
ト組織は図４の等温変態線図に示されるようにベイナイ
トに変態する。

【００４４】（７）空冷及び研削窒素拡散層の基地組織がベイナイト組織化したロータを
空冷し、その後研削することで所定の表面粗さとなるよ
うに仕上げる。

【００４５】上記（１），（５）〜（７）の工程によっ
て出来上がった実施例２のロータは、母材がベイナイト
組織化していないのみで、窒素化合物層及び窒素拡散層
は実施例１と同様であるため、母材の耐摩耗性は実施例
１のロータに比べて劣っているが、それ以外は実施例１
のロータを同様の効果を奏する。

【００４６】また、実施例２では、（５）オーステナイ
ト組織化の処理温度：Ｔ５を６５０℃としているが、窒
素拡散層の基地組織がオーステナイト組織となる温度で
あれば、これに限られるものではない。図２の鉄−窒素
系状態図から窒素拡散層の基地組織がオーステナイト組
織に変態するには、Ｔ４が５９０℃以上（窒素拡散層の
Ａ１変態点）でなければならない。また、母材がオース
テナイト組織に変態しないようにするには、Ｔ４が母材
（鋳鉄）のＡ１変態点未満でなければならない。従っ
て、（２）オーステナイト組織化の処理温度：Ｔ４は、
窒素拡散層のＡ１変態点≦Ｔ４＜母材のＡ１変態点でな
ければならない。

【００４７】

【実施例３】実施例３のロータを図５に示す熱処理サイ
クルに従って処理する。ただし、（１）ガス軟窒化処理
は実施例１と同様、また、（５）窒素拡散層のオーステ
ナイト組織化については実施例２と同様なため、説明を
省略する。

【００４８】（８）焼入れ処理（１）のガス軟窒化処理の後（５）の窒素拡散層のオー
ステナイト組織化を行い、窒素拡散層の基地組織がオー
ステナイト化したロータを、浴温：Ｔ５＝１８０℃のシ
リコンオイル浴中で処理時間：ｔ５＝１０ｍｉｎの条件
で熱浴焼入れすることにより、ロータの温度を均一化さ
せる。これはその後の空冷時に、マルテンサイト変態開
始点からマルテンサイト変態終了点までの温度変化を緩
やかにし、急激な温度変化による割れ等を防止するため
である。

【００４９】なお、このときの浴温及び処理時間Ｔ５
は、マルテンサイト変態点以上の温度でベイナイト変態
が開始しない時間内とする必要がある。

【００５０】（９）空冷及び研削熱浴中で温度が均一となるまで保持したロータを、熱浴
から引き上げ空冷することにより、ロータはマルテンサ
イト変態開始点以下の温度となってオーステナイト組織
となっている窒素拡散層のマルテンサイト変態が開始
し、さらに温度が下がりマルテンサイト変態終了点まで
下がることにより窒素拡散層は完全にマルテンサイト組
織となる。

【００５１】窒素拡散層の基地組織がマルテンサイト組
織化したロータを研削することで所定の表面粗さとなる
ように仕上げる。

【００５２】上記（１），（５），（８），（９）の工
程によって出来上がった実施例３のロータは、従来の普
通鋳鉄素材からなるロータに比べて、窒素化合物層によ
る耐食性及び耐摩耗性の向上を図ることができる。

【００５３】また、従来の普通鋳鉄素材のロータに、硬
度を高くして耐摩耗性を向上させるために窒化処理を行
っただけの場合に比べても、実施例３のロータは、窒素
拡散層をマルテンサイト組織化することで硬度を高めて
いるため、表面の窒素化合物層以上に摩耗が進行した場
合に急激に耐摩耗性が低下するといったことがない。さ
らに、実施例３の用ロータは、母材の基地組織を変化さ
せずに窒素拡散層のみをマルテンサイト組織化している
ため、母材まで靭性に劣るマルテンサイト組織化させて
ロータ全体が脆くなってしまうことを防止している。

【００５４】また、実施例３のロータは、鋳鉄を用いて
いるために鋳造によって複雑なロータ形状への成形が簡
単にでき、普通鋼または窒化鋼を成形する特開昭５１−
２７８２８号のロータに比べても処理コストを低くする
ことができる。

【００５５】さらに、実施例３では、炉内の温度及び雰
囲気と熱浴の温度との管理のみを連続して行う簡単でエ
ネルギー効率のよい処理を行うことができる。

【００５６】なお、実施例３では自動車のディスクブレ
ーキ用ロータとして説明しているが、量販品であるため
に低コストであることが望まれる自動車のディスクブレ
ーキに用いることはもちろん、高速鉄道用のディスクブ
レーキ等に用いても、低コストで耐摩耗性が高いディス
クブレーキを提供することができるものである。

【００５７】

【実施例４】実施例４のロータを図８に示す熱処理サイ
クルに従って処理する。ただし、（１）ガス軟窒化処理
と（２）窒素拡散層及び母材のオーステナイト組織化に
ついては実施例１と同様、また、（８）焼入れ処理につ
いては実施例３と同様なため説明を省略する。

【００５８】（１０）空冷熱浴中で温度が均一となるまで保持したロータを、熱浴
から引き上げ空冷することにより、ロータはマルテンサ
イト変態開始点以下の温度となってオーステナイト組織
となっている窒素拡散層及び母材のマルテンサイト変態
が開始し、さらに温度が下がりマルテンサイト変態終了
点まで下がることにより窒素拡散層及び母材は完全にマ
ルテンサイト組織となる。

【００５９】（１１）酸化・焼戻し処理窒素拡散層及び母材がマルテンサイト組織化したロータ
は真空洗浄を行って油分や汚れを除去した後、水蒸気中
で処理温度：Ｔ６＝４８０℃、処理時間：ｔ６＝４０ｍ
ｉｎで酸化・焼戻しを行う。これにより、窒素化合物層
の表面には厚さ３〜４μｍの酸化物（Ｆｅ3Ｏ4）層が形
成されるとともに、マルテンサイト組織化した窒素拡散
層及び母材が焼戻され、トルースタイト組織化となる。

【００６０】水蒸気中で酸化処理を行うときには、処理
温度が４５０℃以下では酸化反応の進行が遅くなってし
まい、５５０℃以上では酸化反応が急速になり酸化物層
が不均一となって酸化物層のムラや剥離が生じたり、赤
錆と言われるＦｅ2Ｏ3が生じ組織的に不均一となる。し
たがって、処理温度が４５０〜５００℃が望ましい。

【００６１】また、処理温度が４００〜５００℃ではト
ルースタイト、５００〜６００℃ではソルバイトとなる
が、いずれもマルテンサイトよりやや硬度が低下するも
のの靭性に優れているため、いずれの組織としてもよ
い。しかし、ここでは焼戻しと酸化処理を同時に行う様
に設定しているため、酸化処理の温度に合わせたため、
トルースタイト組織となっている。

【００６２】（１２）空冷及び研削酸化・焼戻し処理したロータを空冷し、その後研削する
ことで所定の表面粗さとなるように仕上げる。

【００６３】上記（１），（２），（１０）〜（１２）
の工程によって出来上がった実施例４のロータと、前記
の比較例１、比較例２とを前述の（Ｃ）耐食性試験、
（Ｄ）摩耗試験に供した。

【００６４】（Ｃ）耐食性試験ＪＩＳＺ２３７１塩水噴霧試験に基づいて耐食性試
験を行い、供試材としてのロータそれぞれについて、腐
食面積率からレイティングナンバ（ＪＩＳＨ８５０
２）を求め、表３にその結果を示した。比較例１及び比
較例２に比べて実施例のロータが耐食性に優れているこ
とが分かる。

【００６５】

【表３】

【００６６】上記（１），（２），（１０）〜（１２）
の工程によって出来上がった実施例４のロータは、従来
の普通鋳鉄素材からなるロータや窒化処理を行っただけ
のロータに比べて、酸化物層によって耐食性及び耐磨耗
性が向上する。

【００６７】また、実施例４のロータは、窒素拡散層及
び母材をトルースタイト組織化することで硬度を高めて
いるため、表面の酸化物層及び窒素化合物層以上に摩耗
が進行した場合に急激に耐摩耗性が低下するといったこ
とがなく、さらに耐食性にも優れている。

【００６８】さらに、実施例４の用ロータは、実施例３
のロータと異なり、靭性に劣るマルテンサイト組織を焼
き戻して靭性にも優れたトルースタイト組織化させてい
るためロータ全体が脆くなってしまうことがない。

【００６９】また、実施例４のロータは、鋳鉄を用いて
いるために鋳造によって複雑なロータ形状への成形が簡
単にでき、普通鋼または窒化鋼を成形する特開昭５１−
２７８２８号のロータに比べても処理コストを低くする
ことができる。

【００７０】さらに、実施例４では、炉内の温度及び雰
囲気と熱浴の温度との管理のみを連続して行う簡単でエ
ネルギー効率のよい処理を行うことができ、また、酸化
処理と焼戻し処理とを同時に行うことができる。

【００７１】なお、実施例４では、オーステナイト組織
化を処理温度：Ｔ２＝８５０℃（鋳鉄のＡ１変態点以上
共晶温度以下）で行っているため、窒素拡散層及び母材
がオーステナイト化し最終的にトルースタイト組織化し
ているが、処理温度を窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄
のＡ１変態点未満で行うことで窒素拡散層のみをオース
テナイト化し最終的にトルースタイト組織やソルバイト
組織に焼戻ししても良い。この場合は、母材の硬度は向
上しないが、窒素拡散層の硬度及び靭性が向上する。

【００７２】また、実施例４では、酸化・焼戻し処理を
水蒸気中で行っているため、均一な酸化層を形成するこ
とができるが、空気中や炭酸ガス中でも酸化層を形成す
ることができる。

【００７３】また、実施例４では、自動車のディスクブ
レーキ用ロータとして説明しているが、量販品であるた
めに低コストであることが望まれる自動車のディスクブ
レーキに用いることはもちろん、高速鉄道用のディスク
ブレーキ等に用いても、低コストで耐摩耗性が高いディ
スクブレーキを提供することができるものである。

【００７４】

【発明の効果】本発明のディスクブレーキ用ロータは、
鋳鉄からなる成形体を窒化処理した後、鋳鉄のＡ１変態
点以上共晶温度以下の温度に加熱保持してから所定の温
度の熱浴中に焼入れ保持することによって表面に窒素化
合物層、該窒素化合物層の下の基地組織がベイナイト組
織化した窒素拡散層及び母材から構成されるものである
ため、従来の普通鋳鉄素材からなるロータに比べて耐食
性及び耐摩耗性を向上できる。

【００７５】また、従来の普通鋳鉄素材のロータに、硬
度を高くして耐摩耗性を向上させるために窒化処理を行
っただけの場合に比べても、本発明のロータは、窒素拡
散層及び母材部分をベイナイト組織化することで硬度を
高めているため、表面の窒素化合物層以上に摩耗が進行
した場合に急激に耐摩耗性が低下するといったことがな
い。

【００７６】また、本発明のディスクブレーキ用ロータ
は、鋳鉄を用いているために鋳造によって複雑なロータ
形状への成形が簡単にでき、普通鋼または窒化鋼を成形
する特開昭５１−２７８２８号のロータに比べても処理
コストを低くすることができる。

【００７７】また、請求項２の発明のディスクブレーキ
用ロータは、鋳鉄からなる成形体を窒化処理した後、窒
素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態点未満に加熱
保持し、その後所定の温度の熱浴中に焼入れ保持して、
窒化により生じた窒素拡散層を等温変態させることによ
って表面に窒素化合物層、該窒素化合物層の下の基地組
織がベイナイト組織化した窒素拡散層、鋳鉄素材の母材
から構成されるものであるため、従来の普通鋳鉄素材か
らなるロータに比べて、窒素化合物層による耐食性及び
耐摩耗性の向上を図ることができる。

【００７８】また、従来の普通鋳鉄素材のロータに、硬
度を高くして耐摩耗性を向上させるために窒化処理を行
っただけの場合に比べても、本発明のロータは、窒素拡
散層をベイナイト組織化することで硬度を高めているた
め、表面の窒素化合物層以上に摩耗が進行した場合に急
激に耐摩耗性が低下するといったことがない。

【００７９】また、本発明のディスクブレーキ用ロータ
は、鋳鉄を用いているために鋳造によって複雑なロータ
形状への成形が簡単にでき、普通鋼または窒化鋼を成形
する特開昭５１−２７８２８号のロータに比べても処理
コストを低くすることができる。

【００８０】また、請求項３の発明のディスクブレーキ
用ロータは、鋳鉄からなる成形体を窒化処理した後、窒
素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態点未満に加熱
保持し、その後マルテンサイト変態開始点以上の温度の
熱浴中に焼入れ保持してから冷却し、窒化により生じた
窒素拡散層をマルテンサイト変態させることによって表
面に窒素化合物層、該窒素化合物層の下の基地組織がマ
ルテンサイト組織化した窒素拡散層、鋳鉄素材の母材か
ら構成されるものであるため、従来の普通鋳鉄素材から
なるロータに比べて、窒素化合物層による耐食性及び耐
摩耗性の向上を図ることができる。

【００８１】また、従来の普通鋳鉄素材のロータに、硬
度を高くして耐摩耗性を向上させるために窒化処理を行
っただけの場合に比べても、本発明のロータは、窒素拡
散層をマルテンサイト組織化することで硬度を高めてい
るため、表面の窒素化合物層以上に摩耗が進行した場合
に急激に耐摩耗性が低下するといったことがない。

【００８２】また、マルテンサイト組織はベイナイト組
織よりも耐摩耗性に優れるため、請求項１，２の発明の
ディスクブレーキ用ロータよりも窒素拡散層における耐
摩耗性に優れている。

【００８３】さらに、本発明のディスクブレーキ用ロー
タは、母材の基地組織を変化させずに窒素拡散層のみを
マルテンサイト組織化しているため、母材まで靭性に劣
るマルテンサイト組織化させてロータ全体が脆くなって
しまうことを防止している。また、本発明のディスクブ
レーキ用ロータは、鋳鉄を用いているために鋳造によっ
て複雑なロータ形状への成形が簡単にでき、普通鋼また
は窒化鋼を成形する特開昭５１−２７８２８号のロータ
に比べても処理コストを低くすることができる。

【００８４】また、請求項４の発明のディスクブレーキ
用ロータは、鋳鉄からなる成形体を窒化処理した後、窒
素拡散層のＡ１変態点以上共晶温度未満に加熱保持し、
その後マルテンサイト変態開始点以上の温度の熱浴中に
焼入れ保持してから冷却し、窒化により生じた窒素拡散
層のみをまたは窒素拡散層及び母材をマルテンサイト変
態させ、所定温度に過熱・保持することによって酸化物
層、該酸化物層の下に窒素化合物層、該窒素化合物層の
下の基地組織がマルテンサイトを焼戻した窒素拡散層、
鋳鉄素材の母材またはマルテンサイトを焼戻した母材か
ら構成されるものであるため、従来の普通鋳鉄素材から
なるロータや窒化処理を行っただけのロータに比べて、
酸化物層によって耐食性及び耐磨耗性が向上する。

【００８５】また、従来の普通鋳鉄素材のロータに、硬
度を高くして耐摩耗性を向上させるために窒化処理を行
っただけの場合に比べても、本発明のロータは、窒素拡
散層をマルテンサイトを焼戻しすることで硬度を高めて
いるため、表面の窒素化合物層以上に摩耗が進行した場
合に急激に耐摩耗性が低下するといったことがなく、さ
らに耐食性にも優れている。

【００８６】また、マルテンサイトを焼き戻した組織は
マルテンサイト組織よりも靭性に優れるため、請求項３
の発明のディスクブレーキ用ロータの脆いといった欠点
を克服することができる。したがって、母材部分もマル
テンサイト組織化し焼戻しをして硬度を上げることが可
能となった。

【００８７】また、本発明のディスクブレーキ用ロータ
は、鋳鉄を用いているために鋳造によって複雑なロータ
形状への成形が簡単にでき、普通鋼または窒化鋼を成形
する特開昭５１−２７８２８号のロータに比べても処理
コストを低くすることができる。

【００８８】さらに、本発明のディスクブレーキ用ロー
タは、炉内の温度及び雰囲気と熱浴の温度との管理のみ
を連続して行う簡単でエネルギー効率のよい処理を行う
ことができ、また、酸化処理と焼戻し処理とを同時に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１、実施例２のロータの処理温
度の経時変化を示すグラフである。

【図２】鉄−窒素系状態図である。

【図３】鉄−炭素系状態図である。

【図４】炭素鋼の等温変態線図である。

【図５】本発明の実施例３のロータの処理温度の経時変
化を示すグラフである。

【図６】実施例１のロータと比較例１及び比較例２のロ
ータとの断面硬さ試験の結果を示すグラフである。

【図７】ガス軟窒化処理の処理温度を異ならせたときの
耐食性の変化を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例４のロータの処理温度の経時変
化を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋳鉄からなる成形体を窒化処理した
後、鋳鉄のＡ１変態点以上共晶温度以下に加熱保持し、
その後所定の温度の熱浴中に焼入れ保持して、窒化によ
り生じた窒素拡散層及び母材を等温変態させたことを特
徴とするディスクブレーキ用ロータ。
【請求項２】鋳鉄からなる成形体を窒化処理した
後、窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態点未満
に加熱保持し、その後所定の温度の熱浴中に焼入れ保持
して、窒化により生じた窒素拡散層を等温変態させたこ
とを特徴とするディスクブレーキ用ロータ。
【請求項３】鋳鉄からなる成形体を窒化処理した
後、窒素拡散層のＡ１変態点以上鋳鉄のＡ１変態点未満
に加熱保持し、その後マルテンサイト変態開始点以上の
温度の熱浴中に焼入れ保持してから冷却し、窒化により
生じた窒素拡散層をマルテンサイト変態させたことを特
徴とするディスクブレーキ用ロータ。
【請求項４】鋳鉄からなる成形体を窒化処理した
後、窒素拡散層のＡ１変態点以上共晶温度以下に加熱保
持し、その後マルテンサイト変態開始点以上の温度の熱
浴中に焼入れ保持してから冷却し、窒化により生じた窒
素拡散層をマルテンサイト変態させ、所定温度に加熱・
保持することによって酸化・焼き戻したことを特徴とす
るディスクブレーキ用ロータ。