JP2003503209A - 金属製ハブ付きセラミック部品から成るブレーキディスクの製造方法。 - Google Patents

金属製ハブ付きセラミック部品から成るブレーキディスクの製造方法。

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Abstract

(57)【要約】 セラミック材料、特に複合材料から成る摩擦領域を有するブレーキディスクの製造方法であって、少なくとも1つのセラミック部品がダイカスト用金型に置かれ且つ軸対称本体に圧力下で成型によって溶解金属で接合されることを特徴とし、軸対称本体が金属本体の回転軸に関して左右対称に配置され且つ(金属本体の回転)軸に垂直な少なくとも1つの表面の上に突出している少なくとも1つのセラミック(複合材料) セグメントを含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 現在、重荷重ブレーキに関して以下の要件が出されている。即ち、この種のブ
レーキは、制動(これは概ね発熱期である)を掛けた直後でも、大きな（運動）エ
ネルギーを短時間内に熱エネルギーに変換する必要があり、ブレーキがその制動
効率を大幅に失うことなく、車軸との摩擦接合が減速を掛けている間にも大きな
トルクに耐える必要がある。
【０００２】 同時に、ドライビングアクスル及び減速アクスルの慣性モメントをできるだけ
小さく維持するため、ブレーキ装置は、できるだけ軽くする必要がある。また、
ブレーキディスクとブレーキブロックを組み合わせた材料の選択に当たっては、
この組み合わせの中では交換が容易なブレーキブロックの磨耗がより大きくなる
ようにする必要がある。
【０００３】 大抵の重荷重ブレーキは、今日では、通常ディスクブレーキにより実現されて
いる。ブレーキディスクは、概ね鋼又は鋳鉄製である。作動温度が約250〜600℃
(例えば、フォーミュラーワンレーシングカー又は航空機)のブレーキでは、炭素
繊維強化炭素製のブレーキディスクが既に供用され成功している。この材料は、
しかし、その表面が高温で酸化されるため、長期の使用には好ましくない性能を
有している。周知の通り、カーボン繊維のネットで強化した炭化珪素マトリック
スを有するセラミック複合材料は、これよりも更に好都合な反応を示す(国際特
許出願公開97/22815号)。それによって、炭素繊維の持つ高度な形態安定性と剛
性とが炭化珪素のこの好都合な磨耗特性及び、特にその優れた酸化安定性と熱特
性とがと組み合わされる。本発明は、このセラミック複合材料の部品を所要の形
状に研磨し、次いでハブとスポークの間に鋼製支持体に固定する方法に関する。
【０００４】 セラミック、特にセラミック複合材料の機械加工は、コストが高くつき、しか
も量産のための自動化が殆んどできない。
【０００５】 本発明の目的は、従って、セラミック部品、特にセラミック複合材料を摩擦領
域として有するブレーキディスクの連続製造を可能にする方法を提供することに
ある。
【０００６】 この発明の目的は、セラミック材料、特に複合材料製の摩擦領域を有するブレ
ーキディスクの製造方法であって、少なくとも1つのセラミック部品をダイカス
ト用金型内に置き且つ軸対称本体に、加圧下での成型によって溶解金属で接合す
ることを特徴とする、軸対称本体が金属本体の回転軸に関して左右対称に配置さ
れ且つ金属本体の回転軸に垂直な少なくとも1つの表面の上に突出する少なくと
も1つのセラミック(複合材料)セグメントを含む方法によって達成される。
【０００７】 それによって、金型中のセラミック要素の位置は、最終製品たるブレーキディ
スクの半径の望ましくは少なくとも1/10であって、最大で2/3に達する半径を有
する金型の(対称)軸とこの軸の周囲のゾーンとがセラミック部品を欠くような仕
方をもって、選択する。軸の周囲のこのゾーンの寸法の決定に必須の条件は、制
動減速によって生じるトルクが回転軸に伝達されるようにすることである。
【０００８】 望ましくは、中央部分(対称軸に近接する部分)、即ちハブをポット状に作るこ
とである。
【０００９】 セラミック部品の断面は、如何なる形状でも良く、セラミック部品の数は少な
くとも1つ、望ましくは2〜80、特に4〜40である。このセラミック部品は、回転
軸に関して対称に配置される必要があり、異なる寸法又は異なる形状のこの部品
は、各部品が少なくとも1つの他の部品と併せてそれ自体軸対称であるべしとの
対称条件を達成している限りにおいて、同時に同様に使用できることが必要であ
る。しかし、全てのセラミック部品が同じ寸法であることが望ましい。セラミッ
ク部品の断面は、円形、楕円形又は楔形でよいが、しかし、長方形又は台形断面
も使用できる。
【００１０】 原則として、既知の全てのセラミック材料がこのセラミック材料として使用で
きる。しかし、使用時の温度負荷の故に、制動中において生じる高温での酸化に
よって劣化せず、且つこのような高温でも硬度をなお維持しているような材料が
望ましい。このような材料は、特に炭素繊維或いは金属のウイスカーで強化され
た繊維強化セラミックスが好ましい。炭化珪素及びその他の窒化珪素などの非酸
化性セラミックがその好都合な熱特性、その高い硬度及びその耐薬品性の故に特
に望ましい。RSiC(再結晶性炭化珪素)、SSiC(焼結炭化珪素)及びSiSiC(珪素溶浸
炭化珪素)などの種々の炭化珪素セラミック、特に炭素繊維強化炭化珪素(C/SiＣ
)が際立って適している。
【００１１】 支持及び力伝達部品として使用される金属は、セラミックの分解温度より低い
温度で溶解する必要があり、この金属は、高温でも所要の力をブレーキディスク
に導入するに十分な捻り剛性を備え、かつその熱膨張がセラミックのそれから大
きく懸け離れないことが必要であり、かつこの金属は、セラミックを(化学的に)
犯さないことが必要である。例えば炭素繊維強化の珪素溶浸炭化珪素セラミック
と組み合わせて、アルミニウムを使用することが適しており、合金中のアルミニ
ウムの重量比が少なくとも40％であるアルミニウム合金などが適している。
【００１２】 ブレーキディスクの製造は、複数のセラミックセグメントを適当な自動配置装
置の助けを借りてダイカスト用金型に対称に配置されて行なう。次いで、溶融金
属は約5〜約500バールの圧力下でこの金型に注入する。よって、ダイカスト用金
型を予備加熱するのが有利である。金属の固化の後で、金型を通常通り開き、部
品を取り出し、金型に再びセラミックのインサートを装入し、その後、再び、射
出成型手順を行なう。冷却した部品を、次いで必要に応じて機械加工する。
【００１３】 セラミック部品を1つしか使用しない場合は、これを軸対称、望ましくは円環
とする。望ましくはこの円環は、軸に近接した側に個々の要素を、望ましくは少
なくとも２つの要素を有することとし、この要素は、回転軸方向にある凸所又は
凹所である。セラミックと金属との間の摩擦接合は、これらの要素によって改良
される。本発明の枠内において、また、軸に近接した金属部品により、上記のダ
イカスト法において２つ以上のかかるリングディスクを組み合わせることが可能
である。この実施態様の場合、上記のポット形状のハブに加えて、この２つのデ
ィスク間でプロペラ又はインペラの意味において２つのディスク間に、制動の間
に生じるエネルギー損失に因る熱をより迅速に運び去る空気の流れを生成するこ
のような金属要素を成型することが有利であることが証明されている。
【００１４】 本願発明を以下の実施例によって説明する。 実施例1 36の楔形のC/ＳiＣセグメント(l＝約65ｍｍ、w＝約18ｍｍ/約10.6ｍｍ、ｈ＝3
2ｍｍ)を、手でダイカスト用金型に入れる。ダイカスト用金型のこれらの部品に
、個々のセグメントが外径320ｍｍ及び内径190ｍｍの分断円形を形成するような
仕方をもって、深さ10ｍｍの幾何学的に対応する凹所を設ける。個々のセグメン
トの間には、10ｍｍのセグメント状のギャップが存在した。その後のダイカスト
プロセスにおいて、これらのギャップにアルミニウム合金(Al-Si12Fe)を充填し
、この結果個々の部品を12mm厚のアルミニウム支持構造体に固定し、もってこの
ダイカスト工程中に同時に形成されるアルミニウム合金のポットとの同時的な接
合を伴う、摩擦リングの形成に導いた。ダイカスト法を行なうに当りこの鋳型を
300℃に加熱した。その後、680℃の温度で予備加熱したアルミニウム合金を約50
バールの圧力下で鋳型に注入した。その溶融生成物の固化の後、その摩擦装置を
金型から取り出し、室温に冷却した後で、機械加工した。即ち、摩擦面の研磨で
ある。
【００１５】 実施例２ 外径320ｍｍ及び内径190ｍｍのC/SiCリングセグメントを、手でダイカスト用
金型に入れた。このリング形状の内側には、リング上に長さ10ｍｍの歯があった
。その後のダイカストでのポットとの接合は、これらの歯を介して行った。これ
らの歯は、よって、合金の溶融物で封入された。
【００１６】 ダイカストを行なうため、鋳型を300℃に加熱した。その後、約680℃の温度に
予備加熱したアルミニウム合金を約50バールの圧力下で鋳型に注入した。その溶
融生成物の固化の後、その摩擦装置を金型から取り出し、室温に冷却した後で、
機械加工した。即ち、表面の研磨である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ハイネ、ミヒァエル ドイツ連邦共和国 デー‐86695 アルマ ンスホーフェン ガルテンシュトラーセ ７ (72)発明者 キエンツレ、アンドレアス ドイツ連邦共和国 デー‐86672 チール ハウプテン タイルヴェーク ２ Ｆターム(参考） 3J058 AA43 AA48 AA53 AA58 BA32 CB12 CB23 EA14 FA01 FA24

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミック材料、特に複合材料から成る摩擦領域を有するブ
    レーキディスクの製造方法であって、少なくとも1つのセラミック部品をダイカ
    スト用金型内に置き且つ加圧下に溶融した金属を注型することで、該部品を、少
    なくとも1つのセラミック(複合材料)セグメントを含み、ディスクの回転軸に対
    し対称に配置され且つ該軸に対して垂直な少なくとも1つのディスク表面の上に
    突出する回転対称体に接合させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 セラミック製のリングディスクが所定の位置に配置される請
    求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 少なくとも２つのセラミック部品が平行のリングディスクと
    して形成され所定の位置に配置される請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 リングディスクが軸方向に又は軸から離れて心出しされた凹
    所方向に突出しており、これにより金属とセラミックとの摩擦接合を改善する請
    求項2又は3記載の方法。
  5. 【請求項５】 軸に近接する金属の部品が、ポット形状のハブとして形成さ
    れる請求項1記載の方法。
  6. 【請求項６】 金属部品が２つのディスクの間に配置され、この２つのディ
    スクがプロペラ又はインペラと同じ効果を有し且つ内部換気の意味においてディ
    スクを冷却する２つのディスク間に空気の流れを惹き起こすものである請求項3
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の方法により製造されたブレーキディスク。
  8. 【請求項８】 請求項２記載の方法により製造されたブレーキディスク。
  9. 【請求項９】 請求項3記載の方法により製造されたブレーキディスク。
  10. 【請求項１０】 請求項6記載の方法により製造されたブレーキディスクで
    あって、２つのディスク間に配置された金属部品がプロペラ又はインペラの効果
    を惹き起こし、内部換気の意味においてディスクを冷却する２つのディスクの間
    に空気の流れを惹き起こすことを特徴とするブレーキディスク。
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