JP2004537689A - 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
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Abstract
【解決手段】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は、鋳型の中央位置のコア(100)をモールド成形する工程a)と、少なくとも2つの層(900;901)の間でコアがサンドイッチ構造にされるように、ブレーキバンド(10)を形成する材料の少なくとも2つの層で鋳型(101)を満たす工程c)と、少なくとも2つの層が3次元構造をとるまで少なくとも2つの層を硬化させるような温度に加熱する鋳型(101)の第1の加熱工程を行う工程d)と、工程d)で形成された半仕上げの製品を、コアの金属材料を溶融するような温度まで加熱する第2の加熱工程e)と、溶融されたコアを集める工程f)とを有する。
Description
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【課題を解決するための手段】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
コア100は、金属でできており、従来の鋳型内で形成される。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【図面の簡単な説明】
【0077】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】本発明に係るブレーキバンドの斜視図である。
Claims (20)
- a)金属材料のコア(100)をモールド成形する工程と、
b)このコア(100)を鋳型内の中央位置に挿入する工程と、
c)このコア(100)が少なくとも2つの層(900;901)の間でサンドイッチ構造にされるように、ブレーキバンド(10)を形成する材料の少なくとも2つの層(900;901)によって前記鋳型(101)を満たす工程と、
d)前記少なくとも2つの層(900;901)が3次元構造を取るまで、少なくとも2つの層(900;901)の硬化を引き起こすような温度に鋳型(101)を加熱する第1の加熱工程と、
e)工程d)で形成された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第2の加熱工程と、
f)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。 - 前記コア(100)は、150℃乃至450℃の温度で溶融し得る合金である請求項1のプロセス。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記合金は、共晶点で37%のPbを含むSn-Pbである請求項6のプロセス。
- 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。
- 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。
- 工程d)において、前記第1の加熱は、80乃至180℃の温度と0.1乃至5N/cm2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。
- 前記第1の加熱は、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。
- 工程e)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。
- 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。
- 前記第2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。
- 前記コア(100)は、亜鉛ベースの合金であり、第2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。
- 前記第2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。
- 工程f)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。
- 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)において、請求項4乃至7及び13並びに14で説明されたような錫ベースの合金であることを特徴とするコア。
- 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)において、請求項8並びに9及び15並びに16で説明されたような亜鉛ベースの合金であることを特徴とするコア。
- 請求項1乃至17で説明されたような方法で製造され得るブレーキバンド。
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