JP2001107997A

JP2001107997A - ブレーキ装置

Info

Publication number: JP2001107997A
Application number: JP2000255510A
Authority: JP
Inventors: Roland Martin; ローラント・マルテイン
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2001-04-17
Also published as: EP1079135A3; EP1079135A2; DE19940570A1; DE19940570B4

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】性能が改善され、同時に寿命が改善され
た、ブレーキ装置を提供する。【解決手段】Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材料からなるブレーキデ
ィスク２と摩擦パッド３とを備えたブレーキ装置に関す
る。摩擦リング４だけがＣ／Ｃ−ＳｉＣ材料からなり、
摩擦リングは支持体５に点状に連結されている。摩擦リ
ングを支持体に連結するために、ピンクが設けられ、こ
のピンの頭８が支持体内で半径方向に移動可能に保持さ
れ、頭が摩擦リングを受けるためにスリーブ９を備え、
支持体と摩擦リングの間に空隙１５が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維補強されたカ
ーボン−シリコンカーバイド−材料（Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材
料）からなるブレーキディスクと摩擦パッドとを備えた
ブレーキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このようなブレーキディスクを製作する
ために、炭素繊維補強された炭素からなる成形体（いわ
ゆる圧粉体）に液状シリコンが浸潤され、熱処理が施さ
れる。この場合、シリコンが炭素とともにＳｉＣに変換
されるので、全体としていわゆるＣ／Ｃ−ＳｉＣ材料が
出来上がる。

【０００３】これに関して、ドイツ連邦共和国特許第４
４３８４５５号公報は、通路と閉じた中空室を備えたＣ
／Ｃ−ＳｉＣブレーキディスクを製作するための方法を
示している。珪化の前に、処理されていないカーボン本
体（圧粉体）に中空室と凹部が形成される。更に、２つ
の半部からなるブレーキディスクが設けられている。こ
の場合、珪化の前に半部に通路と凹部が形成され、そし
て珪化によって半部が互いに連結される。

【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２
７５８６号公報により、ブレーキディスクとブレーキパ
ッドからなるブレーキユニットが知られている。このブ
レーキユニットの場合、Ｃ／ＳｉＣ複合セラミックスか
らなるブレーキディスクは、同じ材料からなるブレーキ
パッドと組み合わせられている。この場合、ブレーキパ
ッドのＣ／Ｃ前駆体が少なくとも表面近くの範囲におい
て、ブレーキディスクのＣ／Ｃ前駆体よりも大きな密度
を有する。しかし、特に珪化された摩擦パートナー（ブ
レーキディスクとブレーキパッド）の高い表面硬さに基
づいて、摩擦状態は不充分である。

【０００５】更に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１
９７２７５８７号公報は、ブレーキディスクとブレーキ
パッドからなるブレーキユニットを開示している。この
ブレーキユニットの場合、大きな熱負荷に耐える材料、
特に短繊維強化されたＣ／ＳｉＣセラミックブレーキデ
ィスクからなるブレーキディスクが、有機化合マトリッ
クスを有するブレーキパッドに連結されている。その
際、ブレーキディスクは、ディスク表面に対して垂直な
熱伝導率が少なくとも２０Ｗ／ｍＫであるように設計さ
れている。熱伝導率は好ましくは３０〜４０Ｗ／ｍｋの
範囲内に調節される。セラミックブレーキディスクと関
連して、良好な熱伝導性により、慣用の有機化合ブレー
キパッドが使用可能である。しかし、この場合に得られ
る寿命は不充分である。

【０００６】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２
７５８５号公報により、ブレーキディスクとブレーキパ
ッドからなるブレーキユニットが知られている。この場
合、ブレーキディスクは大きな熱負荷に耐える材料、特
に短繊維強化されたＣ／ＳｉＣセラミック材料からなっ
ている。ブレーキパッドは焼結金属材料またはバインダ
相と金属粒子を有する無機化合材料からなっている。焼
結金属は、銅、銅合金、鉄または鉄合金と他の添加材か
らなっている。実施例では、２／３のスチールウールと
１／３の銅粉末からなる８０〜９０重量％の金属が設け
られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この技術水準から出発
して、本発明の課題は、性能が改善され、同時に寿命が
改善された、冒頭に述べたブレーキ装置を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明に従
い、独立請求項の特徴によって解決される。摩擦リング
だけがＣ／Ｃ−ＳｉＣ材料から形成され、摩擦リングが
支持体に点状に連結されていることが提案される。この
ような支持体は別個のブレーキカップでもよいし、ホイ
ールハブでもよい。この構成により、Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材
料から形状的に比較的に簡単な物体が作られる。この物
体の場合、熱の作用を受けても引張り応力が小さい。こ
れによって、Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材料における亀裂形成が最
小となり、それによって摩擦リングの寿命が長くなるの
で有利である。更に、支持体との点状の連結により、支
持体と摩擦リングの異なる熱膨張によって亀裂が発生し
ない。なぜなら、このような連結部は軟らかく形成可能
であるからである。点状の連結部により、摩擦リングと
支持体との間の熱伝達が悪くなるので、支持体の熱負荷
が同じである場合、Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材料からなる耐熱性
の摩擦リングが大きな負荷に耐えることができる。

【０００９】本発明の有利な実施形は従属請求項に記載
されている。

【００１０】摩擦リングを支持体に連結するために、ピ
ンを設けることが提案される。このピンはそれぞれ頭を
備え、この頭は例えば支持体の溝内で半径方向に移動可
能に保持されている。この固定方法により、一方では、
制動時に発生する力の確実な伝達が保証される。他方で
は、支持体と摩擦リングは熱の作用時に互いに独立して
膨張することができるので、熱応力の発生が確実に防止
される。更に、摩擦リングを収容するために、スリーブ
が設けられている。それによって、ピンに設けられる固
定要素はスリーブに支持され、摩擦リングに支持されな
い。この手段により、ピンの固定時に、摩擦リングに誤
って力が伝達されることがない。この力は事情によって
は摩擦リングを損傷させることになる。更に、この手段
により、ピンと摩擦リングの間の連結範囲内に、不所望
な熱応力が発生することがない。支持体と摩擦リングの
間に設けられた空隙は、摩擦リングと支持体の間の熱伝
達を一層低減するので有利である。このような空隙は、
ピンの頭に適当な段差部、例えば円板状の段差部が設け
られていることによってきわめて簡単に形成される。

【００１１】性能を一層高めるために、摩擦リングには
伸開線状の冷却通路が設けられている。例えば円筒状の
穴として形成された半径方向配置の冷却通路と比べて、
この伸開線状の通路は、大きな圧力降下によって、大き
な空気流量が得られるという利点がある。更に、ブレー
キディスクのジャダーが回避される。なぜなら、冷却通
路の間に形成されたリブが摩擦パッドの介入範囲内で摩
擦パッドの介入エッジに対して斜めに位置するからであ
る。冷却作用を一層高めるために、摩擦リングに穴を設
けることができる。この穴は摩擦リングの表面から軸方
向に冷却通路の中央まで延びている。この配置構造は、
摩擦リングがＣ／Ｃ−ＳｉＣ材料からなる場合に、例え
ばねずみ鋳鉄からなる摩擦リングと同様に、亀裂の形成
を心配する必要がないという認識に基づいている。ねず
み鋳鉄からなる摩擦リングはリブを通過する穴だけを備
えることができる。冷却通路およびまたは穴を有する摩
擦リングは特に、摩擦リングが２つの組み合わせられた
半部からなる方法で製作すべきである。この場合、炭素
繊維補強されたカーボン（いわゆる圧粉体）からなる成
形体の製作の際に既に、冷却通路と場合によっては穴を
設けることができる。他の加工、特に切削加工は好まし
くは圧粉体で行われる。なぜなら、圧粉体は軟らかく、
従って加工しやすいからである。圧粉体の成形時に穴が
形成されない場合には、穴は切削加工時に穿孔によって
形成可能である。続いて、摩擦リングの両半部が珪化に
よって互いに連結される。完成した摩擦リングは最少の
後加工で済み、例えば要求された表面品質を生じるため
の摩擦面範囲の仕上げ研磨をするだけでよい。

【００１２】摩擦パッドのために好ましくは、６０％以
上、特に６０〜７０％の銅の割合を有する銅焼結材料が
使用される。この対の摩擦材は広い速度範囲および温度
範囲にわたって非常に一定の摩擦係数を有すると共に、
低温状態でも高温状態でもきわめて良好な応答性を有す
る。更に、湿った状態でのブレーキング、腐食しにく
さ、熱的な動特性、すなわち冷却速度が良好であるとい
う利点がある。更に、グラファイト、フェロクロムまた
は鉄を混合することができる。結合材としては、銅、亜
鉛、銀またはこれらの混合物が使用可能である。このよ
うな摩擦パッドは組成の変更によって、その特性である
熱伝導、温度に関する摩擦状態、摩耗および圧縮状態
を、摩擦リングの材料に調和させることができる。この
場合、摩擦パッドと摩擦ディスクの寿命が１０万ｋｍ以
上の走行距離を達成できるように、摩耗状態が調節可能
であるという利点がある。

【００１３】性能を更に高めるために、絶縁手段を設け
ることができ、それによって他のブレーキ系、特にブレ
ーキ液が許容されないように加熱されなくなる。そのた
めに、摩擦パッドの背面に、断熱手段を設けることが提
案される。それによって、摩擦パッドとブレーキキャリ
パの間の接触面での熱の伝達を低減することができる。
このような手段は例えば、摩擦パッドの背面のセラミッ
クコーティングまたは摩擦パッドの背面に設けられたサ
ンドイッチ薄板である。輻射熱による熱伝達を低減する
ために更に、断熱手段をブレーキキャリパに設けること
ができる。この場合、例えば熱保護フィルムを使用する
ことができる。この熱保護フィルムはブレーキキャリパ
と反対の側で反射し、ブレーキキャリパ寄りの側で絶縁
するようにコーティングされている。この手段は摩擦リ
ング寄りのブレーキキャリパのすべての面に設けること
ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、図１に示した実施の形態に
基づいて本発明を詳しく説明する。

【００１５】図１に主要な断面を示したブレーキ装置１
は、ブレーキディスク２と２個の摩擦パッド３からなっ
ている。ブレーキディスク２は２つの部分から形成さ
れ、ブレーキカップ５に保持された摩擦リング４を備え
ている。ブレーキパッド３は摩擦リング４に作用し、ブ
レーキキャリパ６によって摩擦リング４に押し付けられ
る。

【００１６】図２は摩擦リング４の構造と、ブレーキカ
ップ５に対する摩擦リング４の連結を詳細に示してい
る。摩擦リング４はピン７によってブレーキカップ５に
連結されている。このピン７は頭８とスリーブ９を備え
ている。頭８は２つの円板状の部分１１，１２の間に配
置された長方形の段差部１０を備えている。この段差部
１０は溝１３内にある。この溝自体は摩擦リング４に対
して平行に延びる、ブレーキカップ５のエッジ１４に形
成されている。ピン７の第２の円板状部分１２により、
摩擦リング４とブレーキカップ５の間に、空隙１５（図
１参照）が形成されている。スリーブ９の長さはほぼ摩
擦リング４の厚さに等しい。摩擦リング４を固定するた
めにピン７にねじ込まれているボルト１６は、スリーブ
９に支持されている。摩擦リング４の厚さに対してスリ
ーブ９の長さを調和させることにより、ボルト１６によ
る締付け力は実質的にスリーブ９を介してあるいは摩擦
リング４を介して、ピン７の頭８に伝達される。本実施
の形態では、ボルト１６が実質的にスリーブ９に支持さ
れているので、摩擦リング４は小さな締付け力でピン７
に保持される。更に、摩擦リング４からの熱伝達による
ボルト１６の熱負荷がスリーブ９によって低減される。

【００１７】摩擦リング４は２つの半部１７，１８から
なっている。この半部は元々はＣ／Ｃ材料で作られ、珪
化（シリコナイジング）によって１つのユニットに互い
に連結されている。摩擦リング４内には冷却通路１９が
設けられている。この冷却通路の間にリブ２０が形成さ
れている。元々リブ２０の範囲において半部１７，１８
の間に形成された分離継ぎ目２１には、製作プロセス中
両半部１７，１８を位置決めするために、段差が形成さ
れている。

【００１８】図３の部分断面図から判るように、冷却通
路１９は伸開線状に形成されている。すなわち、冷却通
路の横断面は摩擦リング４の外面の方に向かって連続的
に広がっている。冷却通路９のほぼ中央に、それぞれ１
列に配置された穴２２が設けられている。この穴２２に
よって、摩擦リング４の表面からの熱排出が改善され
る。なぜなら、冷却通路１９内の圧力降下に基づいて、
多量の空気が穴２２を通過するからである。穴２２は更
に、水に濡れたときのブレーキディスク１の応答状態を
改善するために役立つ。なぜなら、摩擦リング４の表面
にある水フィルムが摩擦パッド３によって穴２２内に、
続いて冷却通路１９内に迅速に押しのけられるからであ
る。

【００１９】ピン７を収容するために、摩擦リング４の
内面に、穴２３が設けられている。この穴はブレーキカ
ップ５寄りの摩擦リング４の半部１７または両半部１
７，１８にわたって延びることができる。

【００２０】摩擦パッド３は６０〜７０重量％の銅を有
する銅焼結材料からなっている。摩擦リング４と摩擦パ
ッド３が非常に耐熱性であるので、摩擦パッドの背面２
４にはサンドイッチ薄板２５が設けられている。このサ
ンドイッチ薄板は摩擦パッド３からブレーキピストン２
６ひいてはブレーキキャリパ６への熱の伝達を低減す
る。更に、ブレーキキャリパ６の内面２７は熱保護フィ
ルム２８を備えている。この熱保護フィルムは摩擦リン
グ４と摩擦パッド３からの熱輻射によるブレーキキャリ
パ６への熱伝達を低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブレーキ装置の主要な断面図であ
る。

【図２】摩擦リングの詳細断面図である。

【図３】摩擦リングを部分的に切断して示す正面図であ
る。

【符号の説明】

２ブレーキディスク３摩擦パッド５支持体７ピン８頭９スリーブ１５空隙１７，１８半部１９冷却通路２２穴２４背面２５断熱手段２８断熱手段

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ１６Ｄ 69/02 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ／Ｃ−ＳｉＣ材料からなるブレーキデ
ィスク（２）と摩擦パッド（３）とを備えたブレーキ装
置において、摩擦リング（４）だけがＣ／Ｃ−ＳｉＣ材
料からなり、摩擦リングが支持体（５）に点状に連結さ
れていることを特徴とするブレーキ装置。
【請求項２】摩擦リングを支持体に連結するために、
ピン（７）が設けられ、このピンの頭（８）が支持体
（５）内で半径方向に移動可能に保持され、頭が摩擦リ
ング（４）を受けるためにスリーブ（９）を備え、支持
体と摩擦リングの間に空隙（１５）が形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
【請求項３】摩擦リング（４）が伸開線状の冷却通路
（１９）を備えていることを特徴とする請求項１または
２記載のブレーキ装置。
【請求項４】摩擦リング（４）に穴（２２）が設けら
れ、この穴が摩擦リングの外面から冷却通路（１９）に
延びていることを特徴とする請求項３記載のブレーキ装
置。
【請求項５】摩擦リング（４）が２個の半部（１７，
１８）からなり、この半部が珪化の前に加工され、珪化
によって互いに連結されていることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
【請求項６】摩擦パッド（３）が６０％以上、特に６
０〜７０％の範囲の銅を有する銅焼結材料からなり、グ
ラファイト、フェロクロムおよび鉄の材料のグループか
らなる１個または複数の混合物を備えていることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のブレーキ装
置。
【請求項７】摩擦パッド（３）の背面（２４）に、断
熱手段（２５）が設けられていることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか一つに記載のブレーキ装置。
【請求項８】摩擦パッド（３）を収容するブレーキキ
ャリパの内面に、断熱手段（２８）が設けられているこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のブ
レーキ装置。