JP2000317609A - ブレーキ用ベンチレーティドディスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属マトリックス複合材料製のブレーキ用ベ
ンチレーティドディスクの生産性を高めることができる
技術を提供する。 【解決手段】 金型のキャビティ６２に、鋳抜きピン７
６…を放射状に金型の外側から差込み、キャビティ６２
に、アルミナを含有する金属マトリックス複合材料の流
動物５７を充填し、流動物５７内に鋳抜きピン７６…を
埋め込み、流動物５７が凝固した後、キャビティ６２か
ら鋳抜きピン７６…を抜き取ることで、冷却用の通風孔
を放射状に備えたベンチレーティドディスクを成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はブレーキ用ベンチレ
ーティドディスクを金属マトリックス複合材料で製造す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のディスクブレーキは、車輪と一体
に回転するブレーキ用ディスクの両面にブレーキパッド
を押し付けて制動力を発生させるものであり、ブレーキ
用ディスクのなかには冷却性に優れた通風型のもの（以
下、「ベンチレーティドディスク」という）がある。次
図でベンチレーティドディスクを説明する。

【０００３】図８は従来の代表的な車両用のディスクブ
レーキ装置の断面図であり、ドライブシャフト１００に
ハブ１０１を取り付け、ハブ１０１にディスクブレーキ
装置１０２のベンチレーティドディスク１０３を取り付
け、このベンチレーティドディスク１０３をキャリパ１
０７に差込んだ状態を示す。ベンチレーティドディスク
１０３は、ディスク部１０４に通風孔１０５…を放射状
に開けることで、通風孔１０５…に矢印ａ，ａの如く空
気を通してディスク部１０４を効率よく冷却することが
できる。従って、キャリパ１０７のシリンダ（図示せ
ず）に供給流路１１０から油圧を伝えて、ブレーキパッ
ド１０８，１０８をディスク部１０４に押し付けて、車
輪１０９を制動するときに摩擦熱が発生するが、この熱
を速やかに除去することができる。

【０００４】一方、このディスクブレーキ装置は、回転
中のベンチレーティドディスク１０３にブレーキパッド
１０８，１０８を押し付けてベンチレーティドディスク
１０３を制御するので、ベンチレーティドディスク１０
３は高強度で、耐摩耗性に優れた材料で構成することが
望ましい。このため、ベンチレーティドディスク１０３
を、例えばＡｌ合金マトリックス複合材料のような金属
マトリックス複合材料（ＭＭＣ（metal matrix composi
te））で製造したものがある。

【０００５】Ａｌ合金マトリックス複合材料は、アルミ
ニウム（Ａｌ）合金を金属マトリックスとして、この金
属マトリックスにアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）繊維などの強化
材料を含有させたものである。Ａｌ合金を使用すること
でベンチレーティドディスクの軽量化を図ることがで
き、またアルミナ繊維を含有することでベンチレーティ
ドディスクの強度や耐摩耗性を高めることができる。以
下、Ａｌ合金マトリックス複合材料製のベンチレーティ
ドディスクについて説明する。

【０００６】Ａｌ合金マトリックス複合材料製のベンチ
レーティドディスクとして、特開平３−２４９４３６号
公報「ベンチレーテッィド型Ａｌ合金製ディスクブレー
キロータ」が提案されており、この技術の代表的なもの
は、ディスクブレーキロータを構成する一対の環状板及
び複数のリブをそれぞれ準備し、一対の環状板の間に複
数のリブを一定間隔をおいて組み立てることで通風孔を
形成するものである。一対の環状板及び複数のリブを組
み立てて通風孔を形成する理由は、ベンチレーティドデ
ィスクを金属マトリックス複合材料で製造するときに、
例えば機械加工で通風孔を形成することが難しいからで
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記技術によれば、一
対の環状板及び複数のリブをそれぞれ別々の製造ライン
で個別に製造し、製造した一対の環状板及び複数のリブ
を一箇所に集めて組み立てる必要があるので、製造工程
が煩雑になり生産性を高め難い。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ブレーキ用ベン
チレーティドディスクを金属マトリックス複合材料で製
造する際に、生産性を高めることができる技術を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、金型のキャビティに、複数の鋳抜きピン
を放射状に金型の外側から差込み、キャビティに、強化
材料を含有する金属マトリックス複合材料の流動物を充
填し、この流動物内に鋳抜きピンを埋め込み、流動物が
凝固した後、キャビティから複数の鋳抜きピンを抜き取
ることで、冷却用の通風孔を放射状に備えたベンチレー
ティドディスクを成形し、金型を型開きしてベンチレー
ティドディスクを取り出すことを特徴とする。

【００１０】金型のキャビティに複数の鋳抜きピンを差
込み、金属マトリックス複合材料の流動物をキャビティ
に充填した後、鋳抜きピンを抜き取ることで冷却用の通
風孔を開けることができる。このため、従来技術のよう
に複数の部材を組み立てて通風孔を形成する必要がない
ので、ブレーキ用ベンチレーティドディスクの製造工程
を簡単にすることがことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図に基
づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見る
ものとする。図１は本発明に係るブレーキ用ベンチレー
ティドディスクの斜視図である。ブレーキ用ベンチレー
ティドディスク１０は、図示しないアクスル側に取付け
る円筒形のハブ部１１と、ハブ部１１に一体に成形した
円盤状のディスク部２０とからなり、一例としてＡｌ合
金マトリックス複合材料で成形した部材である。

【００１２】ハブ部１１は、周壁１２の外側端に蓋１３
を一体成形したもので、蓋１３の中央に開口１４を開
け、開口１４の周囲にボルト孔１５…（…は複数個を示
す。以下、同様。）及びスタッド孔１６…（１個のみを
示す）を開けたものである。ボルト孔１５…から図示し
ないボルトを差込み、これらのボルトでベンチレーティ
ドディスク１０をドライブシャフト（図示しない）側に
取り付ける。なお、スタッド孔１６…は、ディスクロー
タ１０に車輪を取り付けるために、図示しないスタッド
を圧入する孔である。

【００１３】ディスク部２０は、図示しないキャリパの
ブレーキパッドに臨み、両側からブレーキパッドを押し
付ける部分であり、複数の通風孔２３…を内周面２１か
ら外周面２２に向って放射状に開けたものである。

【００１４】図２は本発明に係るブレーキ用ベンチレー
ティドディスクの断面図であり、ディスク部２０に開け
た通風孔２３…に空気を矢印，の如く流す状態を示
す。このため、ディスク部２０の両側にブレーキパッド
２５を押し付けて、ベンチレーティドディスク１０を制
動する際に、ディスク部２０に発生する摩擦熱を効果的
に除去することができる。

【００１５】図３は本発明に係るブレーキ用ベンチレー
ティドディスクを製造するＡｌ合金マトリックス複合材
料の製造装置の断面図であり、Ａｌ合金マトリックス複
合材料の製造装置３０は、雰囲気炉３１と、この雰囲気
炉３１の壁部３２外側に配置した加熱手段３３と、雰囲
気炉３１に不活性ガスを供給するガス供給手段４０と、
雰囲気炉３１内を減圧する真空ポンプ４６とからなる。
４７及び４８は坩堝（るつぼ）である。

【００１６】加熱手段３３は、一例として、雰囲気炉３
１を加熱する加熱コイル３４と、雰囲気炉３１内の温度
を検出する温度センサ３５と、温度センサ３５からの検
知信号に基いて雰囲気炉３１内の温度を設定値に調整す
る制御部３６とからなる。ガス供給手段４０は、アルゴ
ンガス（Ａｒ）のＡｒ用ボンベ４１と、窒素ガス
（Ｎ₂）のＮ₂用ボンベ４２と、これらのボンベ４１，４
２のガスを雰囲気炉３１へ供給するガス供給管４３と、
このガス供給管４３に設けた圧力ゲージ４４，４４とか
らなる。

【００１７】坩堝４７は、一例として強化材料としての
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）５０や、金属マトリックスとして
のＡｌ合金５１を入れる容器であり、坩堝４８はマグネ
シウム（Ｍｇ）５２を入れる容器である。Ａｌ合金５１
は、例えばＡ６０６１である。マグネシウム５２はマグ
ネシウム合金でもよい。

【００１８】図４は本発明に係るブレーキ用ベンチレー
ティドディスクの製造装置の断面図であり、ブレーキ用
ベンチレーティドディスクの製造装置６０は、昇降自在
な可動型６１と、可動型６１とともにキャビティ６２を
形成する固定型６３と、固定型６３に取付けた通風孔成
形手段７０と、固定型６３のゲート６４に先端を押し付
けた射出シリンダ８０と、射出シリンダ８０内に昇降自
在に取り付けたピストン８１と、射出シリンダ８０にＡ
ｌ合金マトリックス複合材料を供給するＭＭＣ供給手段
８４と、ＭＭＣ供給手段８４を射出シリンダ８０につな
ぐ供給路８５と、供給路８５の出口側８５ａに取り付け
た開閉弁８６とからなる。

【００１９】固定型６３は、キャビティ６２と射出シリ
ンダ８０とをつなぐゲート６４を形成し、側壁６５の上
端に複数の案内孔６６…を放射状に形成し、側壁６５の
略中央に通風孔成形手段７０を取付けたものである。通
風孔成形手段７０は、固定型６３の側壁６５に取付けた
取付け台７１と、取付け台７１にピン７２…で放射状に
取付けた複数のシリンダユニット７３…と、各々のシリ
ンダユニット７３…のロッド７４…に連結ピン７５…で
繋ぎ且つ固定型６３の案内孔６６…に差込んだ複数の鋳
抜きピン７６…とからなる。この通風孔成形手段７０
は、シリンダユニット７３のロッド７４を前進すること
でキャビティ６２に鋳抜きピン７６…を放射状に差込
み、シリンダユニット７３のロッド７４を後退すること
でキャビティ６２から鋳抜きピン７６…を抜き出すもの
である。

【００２０】ピストン８１は、射出シリンダ８０内に移
動自在に配置して射出シリンダ８０内のＡｌ合金マトリ
ックス複合材料の流動物をゲート６４を通してキャビテ
ィ６２に押し出す部材であり、押出しシリンダユニット
８２のロッド８３に取り付けた部材である。押出しシリ
ンダユニット８２のロッド８３を前進、後退させること
でピストン８１を白抜き矢印の如く移動する。ＭＭＣ供
給手段８４は、開閉弁８６を開にした状態で、Ａｌ合金
マトリックス複合材料を溶融した流動物を射出シリンダ
８０の供給孔８０ａから射出シリンダ８０内に供給する
ものである。

【００２１】次に、ブレーキ用ベンチレーティドディス
ク１０の製造方法を説明する。図５（ａ），（ｂ）は本
発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディスクの製造
方法の第１説明図である。（ａ）において、坩堝４７に
アルミナ５０を入れ、アルミナ５０にＡｌ合金５１を載
せ、坩堝４８にマグネシウム５２を入れる。

【００２２】次に、雰囲気炉３１内の空気を除去するた
めに真空ポンプ４６で真空引きして一定の真空度に達し
たとき真空ポンプ４６を止める。次いで、雰囲気炉３１
にアルゴンガス（Ａｒ：「×」で示す）５３を矢印の
如く供給する。雰囲気炉３１がアルゴンガス（Ａｒ）５
３の雰囲気になり、Ａｌ合金５１及びマグネシウム５２
が酸化することはない。同時に、加熱コイル３４でアル
ミナ５０、Ａｌ合金５１及びマグネシウム５２を所定温
度（例えば、約７５０℃〜約９００℃）まで加熱して、
Ａｌ合金５１を溶解すると共にマグネシウム５２（「白
抜き三角」で示す）を矢印の如く蒸発する。

【００２３】（ｂ）において、雰囲気炉３１に窒素ガス
（Ｎ₂：「黒丸」で示す）５４を矢印の如く供給しつ
つ加圧（例えば、大気圧＋約０．５ｋｇ／ｃｍ²）し、
雰囲気炉３１内の雰囲気を窒素ガス５４に置換する。雰
囲気炉３１が窒素ガス５４の雰囲気になると、窒素ガス
５４は、マグネシウム５２と反応して窒化マグネシウム
（Ｍｇ₃Ｎ₂：「黒三角」で示す）５５を生成する。この
窒化マグネシウム５５は還元作用を有するため、アルミ
ナ５０をアルミニウムに変える働きをなす。生成したア
ルミニウムは濡れ性が良好である。

【００２４】このため、アルミナ５０から変化したアル
ミニウムにＡｌ合金５１の溶湯が浸透し、浸透したＡｌ
合金５１が凝固することで金属マトリックス複合材料と
してのＡｌ合金マトリックス複合材料５６を得る。な
お、浸透過程において、雰囲気炉３１を加圧雰囲気にす
ると、浸透が早くなり、短時間でＡｌマトリックス複合
材料５６を得ることができる。また、雰囲気炉３１を真
空ポンプ４６で減圧し、減圧窒素雰囲気でも短時間で浸
透させることもできる。

【００２５】次に、Ａｌ合金マトリックス複合材料５６
を溶融して流動物とし、この流動物をＭＭＣ供給手段８
４（図４に示す）に供給する。流動物は、溶融状態のＡ
ｌ合金にアルミナを含んだものである。なお、Ａｌ合金
マトリックス複合材料５６を溶融しない状態でＭＭＣ供
給手段８４に供給し、ＭＭＣ供給手段８４でＡｌ合金マ
トリックス複合材料５６を溶融することで流動物にして
もよい。

【００２６】図６（ａ），（ｂ）は本発明に係るブレー
キ用ベンチレーティドディスクの製造方法の第２説明図
である。（ａ）において、開閉弁８６を開にして、ＭＭ
Ｃ供給手段８４でＡｌ合金マトリックス複合材料５６
（図５（ｂ）に示す）の流動物５７を供給孔８０ａから
矢印の如く射出シリンダ８０内に供給する。

【００２７】（ｂ）において、開閉弁８６を閉にした
後、シリンダユニット８２のロッド８３を進出させるこ
とでピストン８０を固定型６３の下端６３ａまで移動す
る。これにより、Ａｌ合金マトリックス複合材料の流動
物５７をゲート６４を通してキャビティ６２に供給す
る。Ａｌ合金マトリックス複合材料の流動物５７が凝固
した後、通風孔成形手段７０のシリンダユニット７３…
を操作することで、ロッド７４…を矢印の如く後退さ
せて鋳抜きピン７６…をキャビティ６２から引き抜く。

【００２８】図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るブレー
キ用ベンチレーティドディスクの製造方法の第３説明図
である。（ａ）において、ブレーキ用ベンチレーティド
ディスク１０のディスク部２０に通風孔２３…が開く。
次に、可動型６１を白抜き矢印，の如く移動して型
開きする。（ｂ）において、通風孔２３…を形成したブ
レーキ用ベンチレーティドディスク１０を型開きした金
型から取り出す。

【００２９】なお、前記実施の形態では、金属マトリッ
クス複合材料をＡｌ合金マトリックス複合材料とした
が、その他の金属材料をマトリックスとすることも可能
である。また、金属マトリックス複合材料の強化材料を
アルミナとしたが、その他の強化材料（例えば、Ｓｉ
Ｃ）を使用することも可能である。さらに、強化材料と
してアルミナの繊維を使用したが、繊維に限らないで、
粒子状又は板状の強化材料を使用してもよい。

【００３０】また、マグネシウムを坩堝４８に入れて、
このマグネシウムを窒素ガスと反応させて窒化マグネシ
ウムを生成させたが、例えばＡｌ合金５１にマグネシウ
ムを含ませて、このマグネシウムと雰囲気炉３１内の窒
素ガスとを反応させることで窒化マグネシウムを生成さ
せてもよい。さらに、前記実施の形態では、生成した窒
化マグネシウムでアルミナ（強化材料）を還元した例を
説明したが、その他に強化材料を還元しないで、強化材
料に金属マトリックスを含浸させてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、金型のキャビティに複数の鋳抜きピ
ンを差込み、金属マトリックス複合材料の流動物をキャ
ビティに充填した後、鋳抜きピンを抜き取ることで冷却
用の通風孔を開けることができる。このため、従来技術
のように複数の部材を組み立てて通風孔を形成する必要
がないので、ブレーキ用ベンチレーティドディスクの製
造工程を簡単にすることがことができる。この結果、ブ
レーキ用ベンチレーティドディスクの生産性を高めるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの斜視図

【図２】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの断面図

【図３】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクを製造するＡｌ合金マトリックス複合材料の製造装
置の断面図

【図４】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの製造装置の断面図

【図５】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの製造方法の第１説明図

【図６】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの製造方法の第２説明図

【図７】本発明に係るブレーキ用ベンチレーティドディ
スクの製造方法の第３説明図

【図８】従来の代表的な車両用のディスクブレーキ装置
の断面図

【符号の説明】

１０…ブレーキ用ベンチレーティドディスク、２３…通
風孔、３０…金属マトリックス複合材料の製造装置、５
０…アルミナ（強化材料）、５６…金属マトリックス複
合材料（Ａｌ合金マトリックス複合材料）、５７…流動
物、６１…可動型、６２…キャビティ、６３…固定型、
７６…鋳抜きピン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅谷 有利 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 加藤 崇 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 越後 隆治 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3J058 AA41 BA62 BA63 CB23 CD20 DD11 EA08 FA01 FA11 FA21 4E093 NB03 VA04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型のキャビティに、複数の鋳抜きピン
   を放射状に金型の外側から差込み、 前記キャビティに、強化材料を含有する金属マトリック
   ス複合材料の流動物を充填し、この流動物内に鋳抜きピ
   ンを埋め込み、 流動物が凝固した後、前記キャビティから複数の鋳抜き
   ピンを抜き取ることで、冷却用の通風孔を放射状に備え
   たベンチレーティドディスクを成形し、 金型を型開きしてベンチレーティドディスクを取り出す
   ことを特徴としたブレーキ用ベンチレーティドディスク
   の製造方法。