JPH03247742A

JPH03247742A - 渦電流式減速装置用ローター材とその製造法

Info

Publication number: JPH03247742A
Application number: JP4116590A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Miyahara; 光雄宮原; Kazuo Toyama; 外山　和男
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-05

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】〈産業上の利用分野〉この発明は、ハ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ーり一材に関するもので
ある。

〈従来技術とその課題〉ハスやトラック等のような大型自動車の制動装置として
は、主ブレーキであるフートブレーキ及び補助ブレーキ
である排気ブレーキが欠かせないが、その他に、長い坂
道の降板時等において安定した減速を行い、かつフート
ブレー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。

この渦電流式減速装置は、例えば特開昭５０６１５７４
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ｌ・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。

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。

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
えば第１図に断面を示した如く、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
にローター（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ーター（３）の円
筒部に対向させ、永久磁石の磁気回路によりローり−に
発生ずる渦電流をオン・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６３−６１６３１号、特願昭６３−
６１．６３３号、特願昭６３−１２７６９６号）。なお
、第１図において、符号５は支持部＋４，６はポールピ
ース、７ば冷却フィン、８は軸受箱筒、９番才取付は金
具をそれぞれ示している。

ところで、何れの形式であるにせよ、これら渦電流式減
速装置のローター（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ール熱により加熱さ
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ーターに加えられる熱負
荷もより増加する状況にある。

一方、このようなロークー用材料としては、第１表で示
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
。

第　　　１　　　表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ーター表面に
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。

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１００ｋｇｆ
／−以上で磁束密度の高い高張力熱延鋼板の製造手段も
提案されたが（特開昭６３−１６６９３１号）、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
のローター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。

このようなことから、本発明の目的は、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ーター用材料を
捉供することに置かれた。

く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ーター材に要求される性質
としては、前述したような高い強度・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ｌ・ルクを発生し、かつジュール熱を
低減するためには（ａｌ　　電気抵抗ρが大きいこと（ｂｌ　　保磁力Ｈｃが小さいことと言った電磁気特性が必要である。しかるに、前記第１
表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は例えば第２図或いは第３図に示す
ように前記電磁気特性（保磁力）に悪影響を及ぼす元素
である。

そこで、Ｃ含有量を低減すると共に、Ｃｒの添加を行わ
ず、かつ特にＰ　１Ｍｎ＋　Ｎ＋による固溶強化とＶに
よる析出強化とによって強度調整を図るべく鋼材の成分
設計を実施すると、熱間鍛造後に焼入れ・焼戻しの熱処
理を行うだけで渦電流式減速装置のローター材に所望さ
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。

本発明は、上記研究結果等を基にして成されたものであ
り、「渦電流式減速装置用ローター材を、ｃ：０．ｏｓ〜０．１５％（以降、成分割合を表わす％
は重量％とする）。

Ｓｉ　：　０．１０〜３．０％、　　　Ｍｎ　：　１．
０〜６．０％ｐ：０．３％以下、　　　　Ｎｉ　：　０
．５〜５．０％Ｎｂ　：　０．００５〜０．０２０％、
　　Ｖ　：　０．０３〜０．０７％。

Ｎ：Ｏ，Ｏ］％以下を含有するか、或いは必要に応じてＭｏ　：　１．０％以下をも含み、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た後８５０〜９００℃
にて焼入れし、次いで６００〜７００℃で焼戻すことに
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。

次いで、本発明においてローター材の成分組成並びに熱
処理条件を前記の如くに数値限定した理由について、そ
の作用と共に詳述する。

く作用〉Ａ）成分含有割合Ｃは強度を決める最も基本的な元素であるが、その含有
量が０．０５％未満であるとローター材に必要な強度レ
ヘルを確保することができない。一方、保磁力（Ｈｃ）
ばＣ含有量の増加に従って上昇し、その含有量が０．１
５％を超えると渦電流式減速装置の制動性能に悪影響を
及ぼずようになる。そのため、Ｃ含有量は０．０５〜０
．１５％と定めたが、好ましくは０．０９〜０．１２％
に調整するのが良い。

ｔＳｉ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。

勤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、６．０％を超えて含有させると
非金属介在物が残留するおそれがあり、靭性も低下する
。従って、Ｍｎ含有量は１．０〜６．０％と定めたが、
好ましくは１．３〜４．０％に調整するのが良い。

なお、Ｍｎ含有量が電磁気特性に及ぼす影響は小さい。

Ｐは固溶強化により綱の強度を上昇し、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
間鍛造性と言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
。

ＮｉＮｉ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、その含有量が０．５％未満では前記作用に
よる効果が十分でなく、一方、経済性と効果のバランス
を考えた場合には５．０％を超えて含有させることは不
利となる。従って、Ｎｉ含有量は０．５〜５．０％と定
めたが、望ましくは０．８〜３．０％に調整するのが良
い。

なお、Ｎｉ含有量も電磁気特性に及ぼす影響は小さい。

ＮｂＮｂ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０．００５
％未満では前記作用による効果が十分でなく、一方、０
．０２０％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０．００５〜０．０２０％と定めたが
、好ましくは０．０１０−０．０１５％に調整するのが
良い。

■ ■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（ばかりか、
電磁気特性をも劣化するため、■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。

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。

ＯＭｏには綱の靭性１強度を向上させる作用があるので必
要に応じて添加される元素であるが、１．０％を超えて
含有させても靭性１強度改善効果が飽和するばかりか、
経済的な不利を招くことから、Ｍｏ含有量は１．０％以
下と定めた。

なお、前記各成分の他、不純物として含有されるＳにつ
いてはその含有量を０．四％以下に抑えることが望まし
い。

１Ｂ）熱処理条件茨入並星度焼入れ温度については、オーステナイト化変態温度（Ａ
３変態点）を上回る必要があるため、その下限温度を８
５０℃と定めた。一方、焼入れ温度が９００℃を超える
と結晶粒の粗大化が著しいことから、その上限温度を９
００℃と定めた。

汰災ρ徹度焼戻し温度が６００℃未満の場合には、鋼材の強度は高
くなるが十分な靭性が得られない。一方、７００℃を超
える温度で焼戻すと、靭性は良くなるが十分な強度を確
保することができない。従って、焼戻し温度は６００〜
７００℃と定めた。

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、通常の方法で第２表に示す成分組成の鋼を溶製し
て供試材とした。

なお、第２表における「従来鋼」は第１表に示したのと
同様組成の鋳鋼であり、本発明材１〜３、並ひに比較材
１〜６は熱間鍛造鋼である。

第４図に、９００℃で焼入れ処理した従来材並びに本発
明材１〜３についての焼戻し温度と引張強さの調査結果
を対比して示す。

この第４図に示される結果からも明らかなように、本発
明材の引張強さは従来材に比べて高く、焼戻し温度が６
５０℃の場合には、従来材の引張強さが約５０ｋｇｆ／
ｍｎｌであるのに対して、本発明材は何れも７０ｋｇｆ
／ｍＪ以上を示すことが確認できる。

また、第５図には、９００℃で焼入れ処理した従来材並
びに本発明材１〜３についての焼戻し温度と破壊靭性値
の調査結果を対比して示した。この第５図に示される結
果からは、何れの焼戻し温度においても本発明材の破壊
靭性は従来材を大きく上回っていることを確認すること
ができる。

一方、第３表には、焼入れ温度が９００℃で、焼戻し温
度が６５０℃の場合の従来材１本発明材１〜３並びに比
較材１〜６について、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
結果を示す。

にの第３表に示される結果からは、まず本発明材は従来材
に比べて強度、靭性が改善されているだけでなく、電磁
気特性についても改善されていることを確認できる。

また、比較材１〜３は何れもＰ、Ｖ又はＭｎ含有量が高
いため、本発明材よりも更に高強度となってはいるが破
壊靭性値が著しく低下していることや、比較材４〜６は
Ｖ、Ｍｎ又はＮｉ含有量が低いため十分な強度が得られ
ていないことも明らかである。

次に、第２表に示した各供試材を用いて、第１図に示し
たタイプの渦電流式減速装置用ロータを作成し、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
。

試験に当っては、プロペラシャフト回転速度を３０００
回転／回転一定とし、２分間制動、３分間非制動を繰り
返してロークー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、この時のローター表面の最高到達
温度は約６００℃であった。

この試験結果を第４表に示す。

第４表に示される結果からも、従来材及び比較材は繰り
返し数が３５００〜７０００回で熱亀裂が発生したのに
対して、本発明材は何れも繰り返し数が１００００回に
達しても熱亀裂の発生が見られず、優れた耐久性を有し
ていることが確認できる。

く効果の総括〉以上に説明した如（、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
速装置のローター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】

第１図は、先に提案した渦電流式減速装置の概要説明図
である。第２図は、調料のＣｒ含有量と保磁力との関係を示した
グラフである。第３図は、鋼材のＣ含有量と保磁力との関係を示したグ
ラフである。第４図は、本発明材と従来材との焼戻し温度による引張
強さを対比したグラフである。第５図は、本発明材と従来材との焼戻し温度による破壊
靭性値を対比したグラフである。図面において、 ■・・・永久磁石、　　　　　２・・・支持リング３・
・・ローター、　　　　　４・・・回転軸５・・・支持
部材、　　　　　６・・・ポールピース。７・・・冷却ファン、　　　　８・・・軸受箱筒。９・・・取付は金具。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にてＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜３．０％
、Ｍｎ：１．０〜６．０％、Ｐ：０．３％以下、Ｎｉ：
０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０％、
Ｖ：０．０３〜０．０７％、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ーター材。
（２）重量割合にてＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．１０〜３．０％
、Ｍｎ：１．０〜６．０％、Ｐ：０．３％以下、Ｎｉ：
０．５〜５．０％、Ｎｂ：０．００５〜０．０２０％、
Ｖ：０．０３〜０．０７％、Ｎ：０．０１％以下、Ｍｏ
：１．０％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ーター材。
（３）請求項１又は２に記載の成分組成を有する鋼を熱
間鍛造した後、８５０〜９００℃にて焼入れし、次いで
６００〜７００℃で焼戻すことを特徴とする、渦電流式
減速装置用ローター材の製造方法。