JP4991089B2 - 通気ダクトを有するブレーキディスクのブレーキバンドを製造するプロセス並びにこのプロセスによって製造されたブレーキバンド - Google Patents

Description

本発明は、通気ダクトを有するブレーキディスクのブレーキバンドを製造するプロセス並びにこのプロセスによって製造されたブレーキバンド、特に、通気ダクトを有し、セラミック材料、例えばC/SiCで形成されたブレーキバンドを製造するプロセスに関する。

現在市販されているブレーキバンドの通気ダクトは、一般的に、様々の方法で製造されている。

第１の方法は、固いボディとしてブレーキバンドをモールド成形することと、続いて、バンドの厚みの中心面に位置し、通気ダクトを構成する径方向及び非径方向の孔を形成することを提供する。

通気ダクトを有し、セラミック材料でできた、ブレーキディスク用のブレーキバンド（語順）を製造する第２の方法は、第１の工程で、互いに面した表面にチャネルを夫々有するブレーキバンドの２つの反射対称の部分を個々にモールド成形することを提供する。これら２つの部分は、続いて、接触され、夫々の部分のチャネルが共に通気ダクトを規定するように互いに接合され、完成したバンドを形成する。

第３の方法では、鋳型の中の、バンドを形成する材料の２つの層の間に挿入され、及び通気ダクトを構成するキャビティを内部に既に有しているセラミック材料のコアを利用して、通気ダクトが形成される。このコアは、バンドと同じか、少なくとも類似した材料で作られているので、ブレーキバンドのセラミック材料にぴったりと接続され、共にセラミックの“サンドイッチ”構造を構成する。コア自体は、互いに面するように配置され、上述された第２の製造方法のブレーキバンドに関して説明したのと同じ方法で共に接合される２つの半体コアによって構成されている。

しかし、上述された方法は、主に技術的な難点に関係した幾つかの問題と欠点とを有する。

第１の方法では、ブレーキバンドの厚みに孔を形成することは、実際には、使用される材料が硬いことから、非常に高価かつ困難である。更に、ブレーキバンド内での機械加工は、バンドの外側での機械加工よりも制御が困難である。従って、この機械加工の間、ブレーキバンドの製造で許容され得ない鋭角もしくは割れ目の形成を避けることが不可能である。

また、第２の方法は、別々にモールド成形されることから互いに一致及び適合しないブレーキバンドの２つの部分を共に接合させる必要があるという欠点を有する。従って、非対称の力によってこれら２つの部分の危険な分離が容易に起こり得る製品を生み出し得る。

第３の方法に関しては、各半体コアをモールド成形するための２つの鋳型が、ブレーキバンドをモールド成形する第３の鋳型に加えて必要である。更に、満足な結果を得るために、２つの半体コアによって形成されたコアが、ブレーキバンドをモールド成形するための鋳型の中に非常に正確に配置される必要がある。これら全てにおいて、全モールド成形サイクルで操作者が介入しなくてはならないだけでなく、極めて複雑なテクニックが必要である。上述された技術的な複雑さは、最終的なコストだけでなく、通気ダクトのないディスクと比べて、通気ダクトを有するセラミック材料のブレーキディスクの競争力をも減じる。

従って、特に容易に実施でき、かつ経済的である、通気ダクトを有するブレーキバンドを製造するプロセスを提供することが必要である。

従って、本発明の基礎をなす課題は、上述された必要性を満たし、従来技術の方法の欠点を克服するような特徴を有するブレーキバンドを製造するプロセスを提供することである。

この課題は、添付請求項に規定されたブレーキバンドを製造するプロセスによって果される。

本発明の第２の課題は、添付請求項に規定されたようにセラミック材料内にキャビティを形成するための金属のコアである。

本発明の第３の課題は、添付請求項に規定されたように本発明のプロセスによって形成され得るブレーキバンドである。

本発明の出願人は、実際には、コアを形成する特定の材料と、このブレーキバンドを形成する材料が硬化して３次元構造をとり、ブレーキバンドを形成する層の間に“サンドイッチ状に挟まれた”コアの材料が溶融する温度の範囲とを選択している。これによって、溶融されたコアによって空けられたスペース内に形成された通気ダクトを有するブレーキバンドが、従来技術よりも単純かつ安価に形成され得る。

本発明のブレーキバンドを形成する材料について言及した“３次元構造”という表現は、材料がコアが溶融し始めるような温度で自身が崩壊しないような構成を有することを意味するように意図されている。

ブレーキバンドを製造するプロセスの更なる特徴と利点と、本発明に係るプロセスによって製造されるブレーキバンドとを、添付図面を参照して成された、非限定的な例として挙げられた本発明の幾つかの好ましい実施形態の以下の説明から明らかにする。

図１に示されているように、コア１００は、ブレーキバンドの通気ダクトを形成するための接続部材１１１によって互いに接続された、コア支持部１００ａとして公知の外周リングと、内周リング１１２とによって形成されている。

内周リング１１２は、コア支持部１００ａに向けて所定の距離だけ延びた突出部１１３を有する。これら突出部１１３は、特に、ブレーキディスクのベルの歯部を収容するための対応する座部を形成する。

ブレーキバンドの通気ダクトを形成するための前記接続部材１１１は、また、互いに不規則な間隔で配置され、互いに傾斜されていてもよい。

また、接続部材１１１は、例えば、ブレーキバンドの通気ダクト１１にほぼ円形もしくはプリズム状の断面を与える様々の形態を有してよい。

コア１００は、金属でできており、従来の鋳型内で形成される。

こうした鋳型の典型的な例は、ダイカスト鋳型もしくは永久鋳型である。

コア１００は、１５０乃至４５０℃の温度で溶融し得る合金でできているのが好ましい。

こうした合金の好ましい例は、錫ベース及び亜鉛ベースの合金から成るグループから選択された合金である。

こうした錫ベースの合金は、Sn-PbとSn-In合金である。これらは、共晶点で、３７％w/wのPbを含むSn-Pb合金と、１０乃至２０％w/wのInを含むSn-In合金、特に、１５％w/wのInを含むSn-In合金とであると好ましい。また、錫ベースの合金は、共晶点で３７％w/wのPbを含むSn-Pb合金であると更に好ましい。

適当な亜鉛ベースの合金の例は、Zn-Al合金である。好ましくは、４％w/wのAlを含むZn-Al合金である。

本発明の一実施形態に関れば、金属のコア１００が錫ベースの合金である場合、これは、１５０乃至２５０℃、好ましくは１８０乃至２２０℃の温度で溶融し得る。

本発明の更なる実施形態に関れば、金属コア１００が亜鉛ベースの合金である場合、これは、２５０乃至４５０℃、好ましくは、３００乃至４００℃の温度で溶融し得る。

かくして、上述された金属材料のコアは、セラミック材料、例えばC/SiCなどの所定のボディ内にキャビティを形成するために使用され得る。

本発明に係るブレーキバンドをモールド成形するために、コア１００が、適当な鋳型の中に挿入される。

ブレーキバンドのこのモールド成形工程を、図２を参照して説明する。

図２は、全文を通して符号１０１で示される鋳型を概略的に示す。

鋳型１０１は、作用状態のときにはモールド成形キャビティ５００を規定するように結合される２つのプレート３００及び４００を有する。

２つの対向するピストン６００及び７００が、モールド成形キャビティ５００内に設けられ、共通の軸Ｘ−Ｘに沿って摺動する。ピストン６００と７００とは、モールド成形キャビティ５００の内壁をシールするように構成されている。

特に、鋳型１０１は、コア１００のコア支持部１００ａを、２つのピストン６００と７００との間に収容するためのハウジング８００を有する。

上述された鋳型を用いてブレーキバンドをモールド成形する工程を、図２を参照しながら以下に説明する。

最初に、鋳型１０１が開いた構造を有するとき（図示されず）、即ち、ピストン６００並びに７００を夫々有する２つのプレート３００並びに４００が、互いに離間されているとき、固形状の混合物の層９００が、モールド成形キャビティ５００内に堆積される。

典型的には、層９００となる固形状の混合物は、ポリアクリロニトリル（PAN）及びポリシラザネ（polysilazane）などの合成の製品、もしくは、ピッチや、植物性繊維及び木材のような天然のセルロースベース源を有する天然の製品など様々の製品の熱分解によって作られる繊維材料のグループから選択されるカーボンベースの材料の繊維並びに／もしくはフィラメントを有する。

こうした材料は、例えばフェノール樹脂、アクリリック樹脂、パラフィン、ピッチ、ポリスチレンなどの結合剤によって混合される。

結合剤は、ピッチとフェノール樹脂とから成るグループから選択されるのが好ましい。

結合剤は、望ましい形態、例えば固形状、半液状、もしくは液状、または液体で混合物に加えられてよい。

例えばフェノール樹脂が、ペレット、パウダー、もしくは顆粒の形態で加えられてよい。

混合物内の有機結合剤の含有量は、混合物の体積に対し、体積で５％ないし３０％であり、２０％乃至２６％の範囲内であると望ましい。

混合物は、また、間接的に所望の合成材料の孔隙率及び密度を調節するために、フィラーとして使用される更なる従来的な添加剤を含んでいてもよい。

こうした添加剤は、好ましくは、黒鉛、シリコン炭化物、もしくは、金属炭化物もしくは窒化物のパウダーのような無機材料の粒子によって構成されている。

混合物内の添加剤の含有量は、混合物の体積に対し、体積で０．７％〜２３％であり、９％〜１５％の範囲内であると好ましい。

図２に示されているように、層９００が、プレート３００のピストン６００に面するピストン７００の面７０１上に堆積される。

続いて、コア１００が、層９００の上に、この層を覆うように、また、停止されて混合物中に沈まない状態に維持されるように配置される。この停止は、コア１００のコア支持部１００ａによって果される。

コア１００がモールド成形キャビティ５００内に配置された後、上述された混合物の更なる層９０１が、積層構造を形成するようにコア１００の上に堆積される。

ここで、鋳型１０１が、ピストン６００の下面６０１が層９０１と接触するように閉じられ得る。

層９００及び９０１が３次元構造を取るようになるまで層９００及び９０１を硬化させるような、混合物の層９００、９０１をピストン６００及び７００によって所定の温度並びに圧力にされるまで加熱する第１の加熱工程によって、ブレーキバンドがモールド成形される。

典型的には、この第１の加熱工程は、８０乃至１８０℃の温度と、０．１乃至５N／cm²の圧力とで成される。この第１の加熱工程は、特に、ほぼ１５０℃の温度と、ほぼ１N/cm²の圧力とで成されると効果的である。

こうして形成された半仕上げの製品が、続いて、適当な鋳型から分離され、従来の炉の中に配置される。

炉の中では、半仕上げの製品が、第２の加熱工程によって、コア１００を溶融するような温度まで加熱される。コア１００を構成する溶融金属材料は、再使用されるためにたまり（crucible）の中に集められる。

第1の加熱工程と第２の加熱工程との間に、冷却を行わないことが効果的である。

第２の加熱工程は、コア１００を形成する金属のタイプに実質的に応じた温度で行われる。

上述されたように、錫ベースの合金のコア１００の場合は、第２の加熱工程の温度は、好ましくは、１５０乃至２５０℃、更に好ましくは、１８０乃至２２０℃である。また、コア１００が亜鉛ベースの合金である場合は、第２の加熱工程の温度は、好ましくは、２５０乃至４５０℃、更に好ましくは、３００乃至４００℃である。

上述された第２の加熱工程によって、溶融されたコア１００の排出によって空けられたスペースが通気ダクトを構成した半仕上げの製品が形成される。

本発明の好ましい実施形態では、第１及び第２の加熱工程が、単一の鋳型内で行われる。

第２の加熱工程を完了すると、半仕上げの製品は、ブレーキバンド製造の従来技術に従って処理される。

こうした処理の典型的な例が、熱分解とシリケイションとである。これらは、出願人の欧州特許出願００８３００９３．１号に説明されているように行われることが好ましく、この出願を、上述した熱分解とシリケイション処理とに関する範囲に限り、参照して本明細書に組み入れる。上述した熱分解とシリケイションでは、熱分解が、９００乃至１２００℃の温度で、窒素やアルゴンのような不活性ガスのストリームが存在する状態で、及び１０〜１００mbarの余分の圧力の下で、行われ、シリケイションが、真空下で、１４００〜１７００℃の温度で行われ、圧力を９００mbarから３００mbarまで減じる。

また、このように製造された本発明に係るブレーキバンドは、必要に応じて、研磨作業を利用し、従来の方法で、乾式もしくは湿式で成される表面仕上げなどの仕上げ作業を成されてもよい。

更に、知られているように、上述した材料でできたブレーキバンドは、場合によっては、ブレーキバンドが使用中に晒される熱並びに／もしくは圧縮ストレスにより、割れもしくは破損を生じる可能性がある。こうした割れや破損は、ブレーキバンドの構造全体にわたって急速に広がる傾向があり、これによって、ブレーキバンドが完全に崩壊する可能性がある。

効果的には、割れが広がるのを防ぐために、複数の補強繊維が、上述されたようなブレーキバンドのモールド成形のための混合物の中に導入される。

こうした補強繊維と、ブレーキバンドを構成する混合物内でのこれらの結合との例が、出願人の欧州特許出願００８３００９３．１号に説明されており、この出願は、上述された補強繊維とこれらの結合とに関する範囲に限り、参照して本明細書に組み入れられる。

図３は、溶融されたコア１００の排出によって空けられたスペースが内側通気ダクト(図示されず)を構成したブレーキバンド１０を示す。

ブレーキバンド１０は、また、上述された通気ダクトに対応する開口部１１ａを備えた外周エッジ１０ａと、ブレーキディスクのベル（図示されず）の対応する歯部を収容するための座部１３が形成された内側エッジ１２とを有する。

本発明のブレーキバンドを製造するプロセスの利点を以下に明らかにする。

第１の利点は、本発明のブレーキバンドの通気ダクトを形成するのに使用されるコアが、ブレーキバンドを形成するような材料が３次元構造を既にとった温度で溶融し始める材料で形成されている点である。これによって、コア上にモールド成形されるブレーキバンドを崩壊させずに、通気ダクトを形成することができる。

第２の利点は、コアが、よい流量特性を有する材料で形成されている点である。かくして、鋳型を満たす工程と、溶融されたコアの材料を集める工程とが、容易にされる。更に、これによって、コアを構成する材料の残留物がモールド成形されるブレーキバンドに取着されたままになるのを防ぐ。

第３の利点は、本発明に係るブレーキバンドを製造するプロセスが、安価で実施できる点である。

本プロセスの第４の利点は、プロセスが、単一の鋳型内で実施され得る点である。これによって、コストを更に減じることができる。

また、コア支持部１００ａを設けることによって、コアのための適当な支持部が得られ、また、ブレーキバンドのモールド成形工程の間に２つのピストン６００及び７００によって発生される圧力の最適なバランシングを果すことができる。

かくして、本発明は、構造的な観点から必要なだけの安全特性を有するブレーキバンドを形成でき、また、この形成が容易である、単純かつ経済的なプロセスを提供することによって実施される。

自然に、偶発的及び特定の必要性を満たすために、当分野の当業者は、上述されたプロセスとブレーキバンドとに、添付図面によって規定された本発明の範囲内に含まれる多くの変形例及び修正例を適用することができる。

本発明に係るブレーキバンドの通気ダクトを形成するのに用いるコアの概略的な斜視図である。 本発明に係るブレーキバンドのモールド成形を行っている段階の鋳型を示す断面図である。 本発明に係るブレーキバンドの斜視図である。

Claims (20)

1. ａ）金属材料のコア（１００）をモールド成形する工程と、
   ｂ）動作状態デハモールド成形キャビティ（５００）を規定するように組み合わされる２つのプレート（３００，４００）を有する鋳型（１０１）を準備する工程と、
   ｃ）前記鋳型（１０１）が開いた状態のときに、ブレーキバンド（１０）を形成するための固形状の混合物の第１の層（９００）を堆積させる工程と［００３８］、
   ｄ）前記混合物の第１の層（９００）の上面に、この混合物の第１の層を覆うと共に混合物の第１の層の中に沈まない状態に維持させてコア（１００）を配置する工程と、
   ｅ）ブレーキバンド（１０）を形成するための固形状の混合物の第２の層（９０１）を前記コア（１００）上面に堆積させて、第１並びに第２の層とコアとからなる積層体を形成する工程と、
   ｆ）前記鋳型（１０１）を閉じる工程と、
   ｇ）前記第１並びに第２の層（９００；９０１）が３次元構造を取るまで、第１並びに第２の層（９００；９０１）の硬化を引き起こすような温度に鋳型（１０１）を加熱して、半仕上げの製品を製造する工程と、
   ｈ）前記工程（ｇ）で製造された半仕上げの製品を鋳型（１０１）から取り出して、炉の中に配置する工程と、
   ｉ）前記半仕上げの製品をコア（１００）の金属材料を溶融するような温度に加熱する工程と、
   ｊ）溶融されたコアを集める工程とを具備する、通気ダクトを有するブレーキバンドを製造するプロセス。
2. 前記コア（１００）は、１５０℃乃至４５０℃の温度で溶融し得る合金で形成されている請求項１のプロセス。
3. 前記金属材料のコア（１００）は、錫ベースの合金及び亜鉛ベースの合金から成るグループから選択された合金である請求項２のプロセス。
4. 前記錫ベースの合金は、Sn-Pb及びSn-In合金である請求項３のプロセス。
5. 前記錫ベースの合金は、共晶点で、３７％w/wのPbを含むSn-Pb合金と、１０乃至２０％w/wのInを含むSn-In合金とである請求項４のプロセス。
6. 前記錫ベースの合金は、共晶点で３７％w/wを含むSn-Pb合金である請求項５のプロセス。
7. 前記錫ベースの合金は、共晶点で３７％のPbを含むSn-Pbである請求項６のプロセス。
8. 前記亜鉛ベースの合金は、Zn-Al合金である請求項３の方法。
9. 前記亜鉛ベースの合金は、４％w/wのAlを含むZn-Al合金である請求項８のプロセス。
10. 前記工程（ｇ）において、前記加熱は、８０乃至１８０℃の温度と０．１乃至５N/cm^２の圧力とで行われる請求項１乃至９のいずれか１のプロセス。
11. 前記加熱は、ほぼ１５０℃の温度とほぼ１N/cm²の圧力とで行われる請求項１０のプロセス。
12. 前記工程（ｇ）で、前記第２の加熱は、１５０乃至４５０℃の温度で行われる請求項１乃至１１のいずれか１のプロセス。
13. 前記コア（１００）は、錫ベースの合金であり、第２の加熱は、１５０乃至２５０℃の温度で行われる請求項１２のプロセス。
14. 前記工程（ｉ）での加熱は、１８０乃至２２０℃の温度で行われる請求項１３のプロセス。
15. 前記コア（１００）は、亜鉛ベースの合金であり、前記工程（ｉ）での加熱は、２５０乃至４５０℃の温度で行われる請求項１２のプロセス。
16. 前記前記工程（ｉ）での加熱は、３００乃至４００℃の温度で行われる請求項１５のプロセス。
17. 前記工程（ｊ）の後に、コア（１００）を構成する溶融金属材料を再使用する工程が行われる請求項１乃至１６のいずれか１のプロセス。
18. セラミック材料でできたボディ内にキャビティを形成するための金属材料のコア（１００）であって、請求項４乃至７及び１３並びに１４のいずれか１に記載の錫ベースの合金であることを特徴とするコア。
19. セラミック材料でできたボディ内にキャビティを形成するための金属材料のコア（１００）であって、請求項８並びに９及び１５並びに１６のいずれか１に記載の亜鉛ベースの合金であることを特徴とするコア。
20. 請求項１乃至１７のいずれか１に記載のプロセスで製造され得るブレーキバンド。

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