JP2002194458A - ベンチ型ロータ - Google Patents

ベンチ型ロータ

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JP2002194458A
JP2002194458A JP2000388901A JP2000388901A JP2002194458A JP 2002194458 A JP2002194458 A JP 2002194458A JP 2000388901 A JP2000388901 A JP 2000388901A JP 2000388901 A JP2000388901 A JP 2000388901A JP 2002194458 A JP2002194458 A JP 2002194458A
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bench
type rotor
ceramic
aluminum
aluminum alloy
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JP2000388901A
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Heishiro Takahashi
平四郎 高橋
Satoshi Chonabayashi
聡 蝶名林
Yoshio Onimaru
由夫 鬼丸
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Taiheiyo Cement Corp
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Taiheiyo Cement Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量であってしかも剛性の高く、耐熱性の良
好なベンチ型ロータを提供すること。 【解決手段】 セラミックス粉末またはセラミックス繊
維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金
をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料から
なることとしたベンチ型ロータ。

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、産業用車
両等に用いられるブレーキロータに関し、特にベンチ型
ロータに関する。
【0002】
【従来の技術】最近、自動車、または産業用車両等の燃
費向上、あるいは電気自動車の開発などを目指す中で、
それらに用いる部品に対する軽量化の要求が高まりつつ
あり、中でもブレーキロータに対する軽量化の要求が強
くなっている。その解決策としてその材質を重い鋳鉄か
ら軽量なアルミニウム合金に置き換えることが試みられ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このブ
レーキロータの中の特にベンチ型ロータでは、軽量には
なるものの、その形状が大型であるがために剛性の低い
アルミニウム合金では、小さな力が加わっても変形が生
じ易いという問題があった。また、耐熱性が悪いため、
高い温度でなくても剛性が低いことと相俟って同様やは
り変形が生じ易いという問題があった。
【0004】本発明は、上述したベンチ型ロータが有す
る課題に鑑みなされたものであって、その目的は、軽量
であってしかも剛性が高く、耐熱性の良好なベンチ型ロ
ータを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成するため鋭意研究した結果、ベンチ型ロータの材
料として金属−セラミックス複合材料を用いれば、軽量
であってしかも剛性が高く、耐熱性の良好なベンチ型ロ
ータが得られるとの知見を得て本発明を完成するに至っ
た。
【0006】即ち本発明は、(1)セラミックス粉末ま
たはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニウムまた
はアルミニウム合金をマトリックスとする金属−セラミ
ックス複合材料からなることを特徴とするベンチ型ロー
タ(請求項1)とし、(2)複合材料が、セラミックス
粉末またはセラミックス繊維で充填体を形成し、その充
填体に溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を
窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ、それにさらに溶融し
たアルミニウムまたはアルミニウム合金を加えて攪拌し
た後、それをベンチ型ロータ形状の鋳造物が得られる鋳
型に鋳込むことにより作製された複合材料であることを
特徴とする請求項1記載のベンチ型ロータ(請求項2)
とし、(3)複合材料が、セラミックス粉末またはセラ
ミックス繊維でベンチ型ロータの形状のプリフォームを
形成し、そのプリフォームに溶融したアルミニウムまた
はアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ
ることにより作製された複合材料であることを特徴とす
る請求項1記載のベンチ型ロータ(請求項3)とし、
(4)セラミックス粉末またはセラミックス繊維の含有
率が、10〜50体積%であることを特徴とする請求項
1乃至3記載のベンチ型ロータ(請求項4)とし、
(5)セラミックス粉末が、アルミナ粉末または炭化け
い素粉末であることを特徴とする請求項1乃至4記載の
ベンチ型ロータ(請求項5)とし、(6)アルミニウム
合金が、Al−Mg系またはAl−Si−Mg系のアル
ミニウム合金であることを特徴とする請求項1乃至5記
載のベンチ型ロータ(請求項6)とすることを要旨とす
る。。以下さらに詳細に説明する。
【0007】上記ベンチ型ロータとしては、セラミック
ス粉末またはセラミックス繊維を強化材とし、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金をマトリックスとする金属
−セラミックス複合材料からなるベンチ型ロータとした
(請求項1)。ベンチ型ロータが金属−セラミックス複
合材料からなるとしたのは、この複合材料が軽量なアル
ミニウムまたはアルミニウム合金と軽量なセラミックス
粉末またはセラミックス繊維で作製されているので、鋳
鉄より極めて軽く、大きな軽量化が図れることによる。
また、この複合材料は、剛性が高く、耐熱性の良好なセ
ラミックス粉末またはセラミックス繊維を含んでいるの
で、マトリックスがアルミニウムまたはアルミニウム合
金であっても剛性が高く、耐熱性も良好となる。
【0008】そのセラミックス粉末またはセラミックス
繊維の含有率としては、10〜50体積%とした(請求
項4)。セラミックス粉末またはセラミックス繊維の含
有率が10体積%より低いと剛性が低くなり、50体積
%より高いとロータの摺動面の摩耗が著しい。
【0009】そのセラミックス粉末またはセラミックス
繊維の種類については、比重が小さいセラミックスであ
れば何でも構わず、例えばアルミナ、炭化けい素、窒化
アルミニウム、窒化けい素などのセラミックス粉末また
はセラミックス繊維が挙げられる。その中で特に安価で
手に入れ易いアルミナ粉末と比重が特に小さい炭化けい
素粉末とがより好ましい(請求項5)。
【0010】一方、用いるアルミニウム合金としては、
Al−Mg系またはAl−Si−Mg系のアルミニウム
合金とした(請求項6)。アルミニウム合金の組成には
種々あるが、その中でMgを含むと溶融したアルミニウ
ム合金をセラミックス粉末またはセラミックス繊維の間
隙中に非加圧で浸透させることができ、Siを含むとA
lとSiCとの反応で生じる有害なAl43の生成を防
止することができるので、Al−Mg系またはAl−S
i−Mg系のアルミニウム合金がより好ましい。
【0011】このベンチ型ロータの作製方法としては、
セラミックス粉末またはセラミックス繊維で充填体を形
成し、その充填体に溶融したアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ、それに
さらに溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を
加えて攪拌した後、それをベンチ型ロータ形状の鋳造物
が得られる鋳型に鋳込むことにより作製する方法とした
(請求項2)。この方法は、鋳造法で作製する場合であ
って、セラミックス粉末またはセラミックス繊維の含有
率が10〜35体積%の低い含有率の場合に特に適して
いる。
【0012】他の作製方法としては、セラミックス粉末
またはセラミックス繊維でベンチ型ロータの形状のプリ
フォームを形成し、そのプリフォームに溶融したアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧
で浸透させることにより作製する方法とした(請求項
3)。この方法は、浸透法で作製する場合であって、セ
ラミックス粉末またはセラミックス繊維の含有率が35
〜50体積%の高い含有率の場合に特に適している。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明のベンチ型ロータの製造方
法をさらに詳しく述べると、先ずセラミックスとしてア
ルミナ、炭化けい素、窒化アルミニウムなどのセラミッ
クス粉末またはセラミックス繊維を用意する。
【0014】用意したセラミックス粉末またはセラミッ
クス繊維を用いて先ず鋳造法で作製する方法を述べる
と、それらを金型等に充填し、その充填した充填体に溶
融したアルミニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲
気中で非加圧で浸透させ、それにさらに溶融したアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金を加えて攪拌した後、そ
れをベンチ型ロータの形状の鋳型に鋳込み、冷却し脱型
して複合材料を作製し、得られた複合材料を仕上げ加工
などしてロータを作製する。
【0015】また、別の方法である浸透法で作製する方
法を述べると、用意したセラミックス粉末またはセラミ
ックス繊維でベンチ型ロータの形状のプリフォームを形
成し、そのプリフォームに溶融したアルミニウムまたは
アルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ、
それを冷却して複合材料を作製し、得られた複合材料を
仕上げ加工などしてロータを作製する。
【0016】プリフォームの形成方法としては、慣用の
方法を用いることができ、例えば、セラミックス粉末ま
たはセラミックス繊維に無機バインダーを加え混合し、
得られた混合物はそのまま、あるいは必要に応じて乾燥
し、それを成形用の型に充填し、プレス成形する方法、
あるいは無機バインダー及び溶媒を加え混合し、得られ
た懸濁液をフィルターなどでプレスする方法などで成形
することができ、その成形体を焼成してプリフォームを
形成することができる。
【0017】以上の方法でベンチ型ロータを作製すれ
ば、軽量であってしかも剛性が高く、耐熱性の良好なベ
ンチ型ロータが得られる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に具体的
に挙げ、本発明をより詳細に説明する。
【0019】(実施例1) (1)ベンチ型ロータの作製 強化材としてAl23粉末(平均粒径60μm)を金型
に充填し、それにAl−5Mg組成のアルミニウム合金
を載せ、それを窒素雰囲気中で825℃の温度で溶融し
たアルミニウム合金を充填体に浸透させ、それにさらに
Al−5Mg組成の溶融したアルミニウム合金を加え、
攪拌して摺動部径が12インチのローター形状の複合材
料が得られる鋳型に鋳込み、冷却して脱型し、それを加
工してAl23粉末の含有率が25体積%の金属−セラ
ミックス複合材料からなるロータを作製した。
【0020】(2)評価 得られたロータより3×4×40mmの試験片を切り出
し、その重量を秤で測定した。また、それを共振法で剛
性を測定した。さらに、熱間曲げ試験機(INSTRO
N社製)で熱間曲げ強度を調べた。その結果、重量は1
4.4gと比較例2に比べて半分以下であった。また、
剛性は110GPaと比較例1に比べて極めて高かっ
た。さらに、300℃における曲げ強度が130MPa
と比較例1に比べて極めて高く、耐熱性が良好であっ
た。
【0021】(実施例2) (1)ベンチ型ロータの作製 強化材としてSiC粉末(平均粒径25μm)100重
量部を用い、それにバインダーとしてコロイダルシリカ
液をシリカ固形分が2重量部となる量を添加し、それに
消泡剤としてフォーマスタVL(サンノブコ社製)を
0.2重量部、イオン交換水を24重量部加え、ポット
ミルで12時間混合した。得られたスラリーを50×5
0×50mmの成形体が得られるメッシュ付き金型に流
し込んでフィルタープレスし、それを脱型した後、10
00℃で焼成してプリフォームを形成した。
【0022】得られたプリフォームとAl−12Si−
3Mg−2Cu−3Ti組成のアルミニウム合金とを組
み合わせ、その合金を窒素雰囲気中で825℃の温度で
非加圧浸透させた後、冷却し、加工してSiC粉末の含
有率が45体積%の金属−セラミックス複合材料からな
るロータを作製した。
【0023】(2)評価 得られたロータから実施例1と同様に試験片を切り出
し、それを実施例1と同様に評価した。その結果、重量
は14gと比較例2に比べて半分以下であった。また、
剛性は170GPaと比較例1に比べて極めて高かっ
た。さらに、300℃における曲げ強度が130MPa
と比較例1に比べて極めて高く、耐熱性が良好であっ
た。このことは、実施例1を含めて述べると剛性が高
く、耐熱性が良好な、また、鋳鉄より軽量なベンチ型ロ
ータが得られることを示している。
【0024】(比較例1)比較のために比較例1では、
本発明の複合材料の代わりにAl−5Mg組成のアルミ
ニウム合金とした他は実施例と同様にロータを作製し、
評価した。その結果、剛性が70GPaと実施例より極
めて低く、耐熱性も60MPaと実施例より極めて低か
った。
【0025】(比較例2)比較のために比較例2では、
本発明の複合材料の代わりにねずみ鋳鉄とした他は実施
例と同様にロータを作製し、評価した。その結果、剛
性、耐熱性とも良好ではあるが、重量が極めて大きかっ
た。
【0026】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、軽量で、
しかも剛性が高く、耐熱性の良好なベンチ型ロータとす
ることができるようになった。このことにより、自動車
等のブレーキロータを大きく軽量化することができたの
で、燃費の向上などに大きく役立つようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) //(C22C 49/06 (C22C 49/06 101:04 101:04 101:14 101:14 101:16) 101:16) Fターム(参考) 3J058 AA41 BA31 BA46 BA68 CB23 DD11 EA08 EA14 EA28 4K020 AA05 AA06 AA08 AA22 AC01 BA05 BB02 BB22

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス粉末またはセラミックス繊
    維を強化材とし、アルミニウムまたはアルミニウム合金
    をマトリックスとする金属−セラミックス複合材料から
    なることを特徴とするベンチ型ロータ。
  2. 【請求項2】 複合材料が、セラミックス粉末またはセ
    ラミックス繊維で充填体を形成し、その充填体に溶融し
    たアルミニウムまたはアルミニウム合金を窒素雰囲気中
    で非加圧で浸透させ、それにさらに溶融したアルミニウ
    ムまたはアルミニウム合金を加えて攪拌した後、それを
    ベンチ型ロータ形状の鋳造物が得られる鋳型に鋳込むこ
    とにより作製された複合材料であることを特徴とする請
    求項1記載のベンチ型ロータ。
  3. 【請求項3】 複合材料が、セラミックス粉末またはセ
    ラミックス繊維でベンチ型ロータ形状のプリフォームを
    形成し、そのプリフォームに溶融したアルミニウムまた
    はアルミニウム合金を窒素雰囲気中で非加圧で浸透させ
    ることにより作製された複合材料であることを特徴とす
    る請求項1記載のベンチ型ロータ。
  4. 【請求項4】 セラミックス粉末またはセラミックス繊
    維の含有率が、10〜50体積%であることを特徴とす
    る請求項1乃至3記載のベンチ型ロータ。
  5. 【請求項5】 セラミックス粉末が、アルミナ粉末また
    は炭化けい素粉末であることを特徴とする請求項1乃至
    4記載のベンチ型ロータ。
  6. 【請求項6】 アルミニウム合金が、Al−Mg系また
    はAl−Si−Mg系のアルミニウム合金であることを
    特徴とする請求項1乃至5記載のベンチ型ロータ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106190024A (zh) * 2016-06-24 2016-12-07 宁波宏协股份有限公司 一种摩擦片材料及其制备方法
CN115011889A (zh) * 2021-03-03 2022-09-06 舜大益特殊材料有限公司 具有陶瓷纤维的铝板及其制造方法

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