JP2005503525A - 成形部材を熱処理するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

ブレーキライニングは、ライニング支持板（１）と下層構成物（２）と摩擦ライニング（３）とを有している。ブレーキライニングは、圧力板（４）と保持固定部（５）との間にクランプされ、その保持固定部は孔のマトリックスを形成し、その保持固定部内に電極（６）が収容されている。電力供給部（図示せず）が電極（６）に接続されている。隣接した電極（６）は、『＋』と『−』で示されているように異なった極性を有している。矢印（７）で示されている電流が、異なった極性とすることで結果的に隣接した電極間に発生される。電界線が弧形状で延びている。このような構成で摩擦ライニング（３）はスコーチされる。焼入れのために、電位勾配が、更に電極（６）と支持板（１）との間に印加される。電流がその際に矢印（８）の方向に生じ、摩擦ライニング全体を通る。この結果、摩擦ライニング全体が均一に加熱される。本発明は、摩擦ライニング（３）の効率的な焼入れを可能にする。焼入れとスコーチとを同時に行うことも可能である。本発明は、更に摩擦ライニングが熱処理中にプレス加工されるようにも構成できる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形部材を熱処理するための方法および装置、特にブレーキやクラッチのライニングなどの摩擦ライニングを焼入れおよび／またはスコーチするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦ライニングは、それが初めて使用される時でも、一定の摩擦係数を可能な限り最大限度まで示現すべきである。しかし、その製造後に、未処理ライニングは、それが初めて負荷を受けた時には、一般にその摩擦係数を減らしている。或る時間走行した後にのみ、摩擦係数が安定するようにライニングの摩擦作用面が炭化するものである。
【０００３】
正確に言うと、制動時には、良好な制動作用と全負荷に渡って一定となっている摩擦係数とは、安全上の理由で正に最初から必要とされるものである。従って、摩擦ライニングは後処理が施工されることが多く、それで所謂初期のフェーデイングを防止すると共に摩擦係数を安定化する。
【０００４】
研摩加工後に摩擦ライニングを『スコーチ』することが実務上知られている。ライニングは、約４５０℃〜８００℃の高温プレートに向かって押し付けられる。摩擦ライニング面を火炎で焼いたり、またはそれをレーザ光線や赤外線光で処理することも知られている。摩擦ライニング面の炭化の結果として、一定の摩擦係数を有した摩擦ライニングが造られることになる。このように事前に処理されたライニングは、もはや『ブレーキ前処理』を行う必要が無い。それらは、正に初めから十分に使用される能力を有している。
【０００５】
公知の方法の不利な点は、熱処理効率の度合いが低い点である。熱処理を必要としないブレーキライニングの周りと色々な箇所を不必要に加熱する結果、エネルギー損失はかなり大きいものとなっている。その処理は更に時間もかかるものである。同じような考えがブレーキライニングの焼入れにも当てはまる。押付け処理後に、ブレーキライニングは一般に炉内で焼入れされる。エネルギー損失は、この場合にも『関係していない』材料を加熱する結果としても生じることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、熱処理で生じるエネルギー損失を低減すると共に可能性としてその処理を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を解決するために、上記に係る方法は、電流が摩擦ライニングにおいて少なくともその摩擦面の領域で所定時間に渡って発生するようにしていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の実質的に有利な点は、焼入れされたりまたはスコーチされることになっている摩擦ライニング本体へエネルギーを狙って導入する点であり、それによって、本発明は、その摩擦ライニング本体の導電性を利用している。摩擦ライニングの構成要素は『内部から外側に向かって』加熱されるので、エネルギー損失は小さく且つ全てのエネルギー消費も少ない。別の有利な点は、数秒または数分に短縮され得る短いスコーチ時間や焼入れ時間に在る。
【０００９】
好ましい実施形態では、少なくとも二本の電極が摩擦ライニングに接触されると共に、電位が電極に印加されることを特徴としている。
【００１０】
電極は、電流を発生する電位差を有している。摩擦ライニングの構成要素は、温度上昇する電気抵抗器を構成している。特に金属、一方黒鉛やコークスや炭素の成分も、摩擦ライニングの導電性組成物となっている。
【００１１】
電位と電流の流れている期間は、熱処理の深さと強さに応じて有利に設定される。より長くエネルギーが摩擦ライニングに作用すればする程、ライニングはより高温になると共に、その『焼入れ深さ』はより深くなる。熱を通す結果、電流が流れない領域も時間の経過と共に焼戻しされる。更に、電極間隔と電極形状も電気エネルギーの到達深さに影響する。電流密度と、かくして導入される電気エネルギーとは、電極の間隔と共に減少する。もし、電極が共に接近して配置される場合には、例えば、スコーチの際に要求されるように、高電流を発生させるために低電位で十分である。焼入れとスコーチを組み合わせることも基本的に可能である。
【００１２】
焼入れの際には、電流は、好ましくは摩擦ライニングの摩擦面とその反対側との間に、またはその摩擦面と摩擦ライニングの他方側に関連付けられた支持板との間に発生される。ディスクブレーキのライニングは、キャリヤプレート上に搭載される際に一般的に焼入れされたり、またはスコーチされる。かくして、電位勾配は、摩擦面とキャリヤプレートとの間に発生させる。他方で、湾曲したドラムブレーキの摩擦ライニングは、キャリヤプレート無しで焼入れされたり、またはスコーチされる。この場合には、電位勾配は、摩擦ライニングの向かい合った平坦面の間に発生させる。
【００１３】
本発明の重要な実施形態では、摩擦ライニングの構成要素の電気抵抗が二つの電極の間で計測されると共に、電圧と電流の流れる期間とは摩擦ライニングの計測された抵抗に応じて設定されることが提案されている。使用される材料の種類と品質と等質性とに関係した一般的な情報は、電気抵抗から得られる。もし、規定された量のエネルギーが供給されることになっていれば、電気抵抗が高くなればなる程、印加される電圧もより高くならなければならず、またその逆にもなる。複数の電極を使用する場合、摩擦ライニングに渡る抵抗の変化が、（例えば、不完全な混合の結果として）例えば、不均質な摩擦ライニング組成物において起きるように確定される。電位と電流の流れる期間とは、材料の種類と品質とに応じてその場で合わすことができる。その場合、熱処理中の品質の恒久的な監視は、特に電気抵抗が熱処理中に計測され且つパラメータも熱処理中に調節されれば可能である。かくして、本発明は、不均質な摩擦ライニングでも一様な熱処理ができるようにする。
【００１４】
既に述べたように、本発明は、特に焼入れおよび／またはスコーチに関する応用を見出したものである。摩擦ライニングは、好ましくは、熱処理中にクランプされたり、および／または押し付けられている。かくして、時間と費用についての集約的な作業工程は、一方で節減されると共に、他方で摩擦ライニング上や内部でのガス放出や構造変化の結果として生じる割れや気泡の形成が抑制される。摩擦ライニングのその後の圧縮性は、加えられる圧力の大きさによって調節される。
【００１５】
本発明の目的は、摩擦ライニングにおいて少なくともその摩擦面の領域で所定の時間に渡って電流を発生するデバイスによって特徴付けられるここに記載したタイプの装置によって更に解決される。摩擦ライニングの面に接触できるようになっているとともに電圧が印加され得る少なくとも二つの電極をデバイスが有している場合には、特に有利である。
【００１６】
電極は平坦構造であり、それにより、平坦な電極の少なくとも各々一つは、摩擦ライニングの摩擦面に関連付けられると共にその反対側の面やそこに配置された支持板に関連付けられている。電極は、摩擦ライニングに好ましくは０．１Ｎ／ｍｍ² 〜５Ｎ／ｍｍ² の圧力を加えるものである。
【００１７】
電極がマトリックスを規定する場合には好ましい実施形態が構成され、それにより、電圧が各々二つの隣接した電極に印加され得ることになる。かくして、電極は、摩擦ライニングの全表面積に渡って配分される。より多くの電極が用意されればされる程、摩擦ライニング上または内部における加熱はより正確に制御されることになる。電極の間隔を比較的小さくすることは、『高い解像度』が得られるようにすることであり、即ち熱の作用も摩擦ライニングの外層部や局部領域に限定させることができる。二つの電極間の電界線は、ほぼ孤状に延びている。印加される電圧が高ければ高い程、エネルギー的に有効な電界線はより深くブレーキライニング内に延びる。二つの隣接した電極が互いにより離れれば離れる程、熱処理される領域の面積はより大きくなる。『解像度』は、その場合により粗くなる。
【００１８】
電極は、好ましくは搭載部に搭載され、その搭載部は、上述のマトリックスに対応した孔のマトリックスを提供する。もし、電極搭載部が摩擦ライニングに向かった方向に移動可能であれば、それは同時にプレスダイとして使用される。熱の導入中に摩擦ライニングと搭載部とが係合する結果、摩擦ライニングにおける割れと気泡の形成が防止される。上述したように、作業工程も節減され、即ち、摩擦ライニングの別途の焼入れが節減される。もし、電極を備えた押圧具によって従来の摩擦ライニングプレスが行われれば、焼入れ処理とスコーチ処理とが押し付け処理中に実施されることになる。降下可能な搭載部が熱を遮蔽する点で更に実質的に有利になる。摩擦ライニング内部に導入された熱は、係合搭載部によって摩擦ライニング内に『保持』されることになる。
【００１９】
特に簡単な実施形態では、同じ複数の電極が列または行に配列されていることを特徴としている。これによって、マトリックスを構造的に特に簡単に構成するので、特に電極の接触および制御の上で有利である。しかし、通常の場合、その配列は、極性が行と列で交互に代わるように選択される。
【００２０】
電極と摩擦ライニングとの間の良好な接触は、全摩擦ライニングに渡ってできる限り一様な電流を発生させるためには不可欠なものである。従って、本発明は、電極が個別に軸方向に移動可能にすると共に、好ましくはスプリング力によって摩擦ライニングに向かう方向に付勢されるようにしている。摩擦ライニング内への電極の浸透深さは、付勢力によって調節される。
【００２１】
勿論、電極が単に摩擦ライニングの表面上にある構成も望ましい。この場合もスプリング力の付勢によって設定され得るものである。
【００２２】
本発明に係る装置は、好ましくは、摩擦ライニングの異なった形状（および横断面形状）を熱処理するために設計されている。従って、電極は、好ましくは、個別にまたはグループで降下可能である。例えば、摩擦ライニングの『有効』摩擦面と関連付けられている該当電極のみが、その摩擦ライニング上へ降下される。かくして、望ましくない硬質電極の浸透は、防止される。
【００２３】
もし、電極が摩擦ライニングに最も近い端部で尖がっていれば、電極と摩擦ライニングとの間で特に良好な接触が行われる。
【００２４】
電極は、非金属材（例えば、黒鉛）から構成される。それらは、好ましくは、例えば、高級な鋼やプラチナ等の優れた導電性と熱抵抗とを有した金属や金属合金から構成される。かくして、電極上に摩擦材が絡み着くのは、防止される。電極は、より良い導電性を目的として銅や銀の芯体で構成される。
【００２５】
深く焼入れするために、本発明は、最終的に、電極と摩擦ライニングの摩擦面に対して反対側に関連付けられたキャリヤプレートとが電位勾配を有することを提案している。かくして、電流は、摩擦面と支持板または摩擦面から離れた面との間で発生され、摩擦ライニングはかくして一様に熱処理される。この種の焼入れは、スコーチの作業工程と組み合わせることが可能である。焼入れの電流は、一般的に摩擦ライニングを直接介して導かれるのに対して、スコーチの場合には、ただ上部電極（異なった極性を有している）のみが使用されるだけである。二つの作業工程の組み合わせの結果としての時間の節約が考えられる。
【００２６】
もし、電圧源が好ましくは０．１Ｈｚ〜５０Ｈｚの周波数でサイクル化されたり、パルス化される幾つかの場合には有利である。０．１Ｖ〜３００Ｖの電圧と１Ａ〜１０００Ａの電流強さを使用するのが有利である。かくして、結果的に材料に望ましくない変化を起こす局部的な赤熱ゾーンや焼けゾーンが発生するのが防止される。エネルギー導入を短時間中断すると、結果的に、熱はライニングマトリックス内に流れ去ることができ、過熱が防止される。直流か、または交流が基本的に使用されるので、非常に低い周波数の交幡電流も有効である。
【００２７】
行列形の電極マトリックスの代わりとして、本発明は、電極を少なくとも一つのローラの周囲に配列すると共にそれらが摩擦ライニングに渡って回転され得るように構成することを提案している。ローラの構成は、移動している間に焼入れやスコーチができるようにしている。基本的には、互いの後に異なった極性のローラを配列することも可能であり、それにより、摩擦ライニングをローラの下を通過させるか、またはその反対のいずれかで行われる。電流は、その際に各々二つのローラ間で生じることになる。しかし、有利なことには、極性が交互に代わっている複数の電極がローラ上に配列されている。例えば、円盤形状に構成された電極間には絶縁部が設けられる。熱処理のためにはただ一つのローラで十分である。摩擦ライニングのより高い生産性とより一様な加熱のために、例えば、１ｃｍだけ隔設された複数のローラが互いの背後に配列される。
【００２８】
別の有利な実施形態が他の従属項において特徴付けられている。
本発明の説明において、ブレーキやクラッチのライニング用の摩擦ライニングの製造について主に参照している。しかし、本発明は、接着要素を含んだ導電性のプレス成形される組成物から成る所望形状のいずれの部材の熱処理にも適用可能なものである。別の例として、電気モータのカーボンブラシが挙げられ、その具体的電気抵抗は、５０Ωｍｍ² ／ｍとなっている。各々の場合、接着剤の急速で一様な硬化が本発明に係る方法で達成される。更に、目標とされた効果的な表面処理が可能である。成形部材の形状は、何ら実質的には重要では無い。ディスクやドラムの摩擦ライニングの機械加工を参考されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を添付図面を参照にしてより詳細に説明する。
図１に示すブレーキライニングは、ライニング支持板１と下層構成物２と摩擦ライニング３とを有している。ブレーキライニングは、圧力板４と搭載部５との間にクランプされ、その搭載部は孔のマトリックスを規定し、且つその搭載部には電極６が搭載されている。搭載部５は、不導電性の材料から造られている。電圧源（図示せず）が電極６に接続されている。隣接した電極６は、『＋』と『−』で示されているように異なった極性を有している。異なった極性とすることで結果的に、隣接した電極間に電流が発生される。この電流は矢印７で示されている。電界線が弧状に延びている。摩擦ライニング３は、そのような構成によってスコーチされ得るものである。
【００３０】
焼入れの目的のために、電位勾配が更に電極６と支持板１との間に印加される。電流がその際に矢印８の方向に生じ、摩擦ライニング全体を通る。その結果、摩擦ライニング全体が均一に加熱される。摩擦ライニングの二つの向かい合った平坦面間で電流が同等に発生できる。この代替例は、例えば、ドラムブレーキの摩擦ライニングの場合に、支持板無しで摩擦ライニングを焼入れしたり、スコーチしたりする時に考えられ得るものである。
【００３１】
摩擦ライニング３の効果的な焼入れが本発明によって可能である。例示した構成は、更に、焼入れ処理中に摩擦ライニングのプレス加工もできるようにする。この目的のために、ブレーキライニングは搭載部５によって一方側において圧力が加えられ、反作用的な圧力が圧力板４を介して他方側から発生される。二つの側で加圧するのに加えて、ブレーキライニングまたは摩擦ライニングの側方クランプも勿論行われる。
【００３２】
摩擦ライニングに最も近い搭載部５の面は平坦になっている。電極６の接触端も例示した実施形態では平坦になっている。それらは、搭載部５にしっかりと搭載されている。特に、もし、摩擦ライニングが平坦でない（例えば、凹形状や凸形状）場合、電極６を搭載部５に軸方向に移動可能とすると共にそれらを摩擦ライニングに向かった方向に付勢するように搭載することが可能である。最適な接触がかくして行われる。電極の接触端は、更により良い接触のために尖らせることができる。
【００３３】
搭載部５は、図に示したように平坦な構成になっている。平坦な搭載部５は、特に、ディスクブレーキライニング用のものである。湾曲したドラムブレーキのライニング用に、電極が搭載部にまたは両側に容易に係合することができるようにするために、搭載部をそれらの湾曲した形状に合わせるのが有利である。
【００３４】
図２は、電極６のマトリックス配列を示している。例示したマトリックスは、摩擦ライニング３の全領域に及んでいない。電極マトリックスが摩擦ライニング３を越えて広がっていたり、電極が熱処理の目的のために摩擦ライニングの上方に単に降下されるような実施形態も可能である。色々な摩擦ライニング形状も電極マトリックスによって最適な熱処理を受ける。
【００３５】
電極の極性は、上述したように、『＋』と『−』で示されている。図示した例では、電極の極性は行と列において交互に代わるように配分されている。極性が行または列で同じになるような別の実施例（図示せず）もある。これは電極６の接続を簡単にできる。
【００３６】
装置は非常に静かに作動する。ただライニングと該ライニングにすぐに結合している構成要素のみに熱が加えられるだけなので、全体の摩耗は僅かものである。
【００３７】
電流のサイクル化は、上述したように、一時的な過熱を防ぐ上で有利である。それでも、１５０℃の限界温度を越すことが無いようにされている。
【００３８】
種々の変更が本発明の技術的範囲内で可能である。かくして、電極は平坦な構成とでき、電極の一方は摩擦面に関連付けられ、他方は摩擦ライニングの反対面またはそこに設けられた支持板に関連付けられる。このようにして、非常に一様な深さの焼入れが達成される。好ましくは、０．１Ｎ／ｍｍ² 〜２５Ｎ／ｍｍ² の圧力で平坦な電極を摩擦ライニングに向かって押し付けることができる。
【００３９】
約５０ｍｍ² の面積と１４ｍｍの厚さを有した摩擦ライニングの場合には、５秒〜１８０秒の焼入れ時間が達成され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】電極を適用したブレーキライニングの概略部分断面の側面図である。
【図２】電極マトリックスを示したブレーキライニングの概略平面図である。

Claims (26)

1. ブレーキやクラッチのライニングなどの摩擦ライニングを焼入れおよび／またはスコーチするために、成形部材を熱処理する方法であって、電流が、摩擦ライニングにおいて少なくともその摩擦面の領域で所定の時間に渡って発生されることを特徴とする成形部材を熱処理する方法。
2. 少なくとも二つの電極は、少なくとも摩擦ライニングの摩擦面と接触されると共に、電位が電極に印加されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 電位と電流の流れている期間とは、熱処理の深さと強さに応じて設定されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 摩擦ライニングの構成要素の電気抵抗は、二つの電極間で決定されると共に、電位と電流の流れる期間とは、摩擦ライニングの決定された抵抗に応じて設定されることを特徴とする請求項２または３記載の方法。
5. 電気抵抗は、熱処理中に計測されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 摩擦ライニングは、熱処理中にクランプされ、および／または押し付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかひとつに記載の方法。
7. 電流は、摩擦ライニングの摩擦面とその反対側との間に、またはその摩擦面と摩擦ライニングの他方側に関連付けられた支持板との間に発生されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の方法。
8. ０．１Ｖ〜３００Ｖの電圧と１Ａ〜１０００Ａの電流とが使用されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかひとつに記載の方法。
9. 電圧がパルス化されたり、またはサイクル化されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. パルスまたはサイクルの周波数が、０．１Ｈｚ〜５０Ｈｚとなっていることを特徴とする請求項９記載の方法。
11. ブレーキやクラッチのライニングなどの摩擦ライニング（３）を焼入れおよび／またはスコーチするために、成形部材を熱処理する装置であって、摩擦ライニングにおいて少なくともその摩擦面の領域で所定の時間に渡って電流を発生するデバイスであることを特徴とする成形部材を熱処理する装置。
12. 前記デバイスは、摩擦ライニング（３）の少なくとも摩擦面に接触することができるようになっていると共に、電位が印加され得る少なくとも二つの電極（６）を有していることを特徴とする請求項１１記載の装置。
13. 電極（６）は、それらがマトリックスを規定するように配列されて、また電圧が各二つの隣接した電極に印加され得ることを特徴とする請求項１２記載の装置。
14. 電極（６）は、前記マトリックスに対応した孔のマトリックスを規定している搭載部（５）に搭載されることを特徴とする請求項１３記載の装置。
15. 電極搭載部は、摩擦ライニング（３）に向かった方向に移動可能になっていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
16. 同じ極性の電極（６）が、行または列に配列されていることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかひとつに記載の装置。
17. 電極（６）は、行と列とで極性が交互に代わるように配列されていることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれかひとつに記載の装置。
18. 電極（６）は、個別に軸方向に移動可能になっていると共に、好ましくはスプリング力によって摩擦ライニング（３）に向かう方向に付勢されていることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかひとつに記載の装置。
19. 電極（６）は、個別にまたはグループで降下され得ることを特徴とする請求項１２〜１７のいずれかひとつに記載の装置。
20. 電極（６）は、摩擦ライニングに一番近い端部が尖っていることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれかひとつに記載の装置。
21. 異なった電位の電極（６）の間隔は、摩擦ライニング（３）の厚さよりも小さくなっていることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれかひとつに記載の装置。
22. 電極（６）と、摩擦ライニング（３）の摩擦面に対して反対側に関連付けられた支持板（１）とは、電位勾配を有していることを特徴とする請求項１２〜２１のいずれかひとつに記載の装置。
23. 電極（６）は、摩擦ライニング（３）に渡って回転され得る少なくとも一つのローラの周囲に配列されていることを特徴とする請求項１２記載の装置。
24. 極性が交互に代っている複数の電極（６）は、ローラ上に配列されていることを特徴とする請求項２３記載の装置。
25. 電極は平坦な構成となっており、少なくとも一つの個別になった電極は、摩擦ライニングの摩擦面におよびその反対側の面にまたは後者の反対側の面に設けられた支持板に関連付けられていることを特徴とする請求項１１または１２記載の装置。
26. 電極は、圧力を発生する手段に接続されていることを特徴とする請求項２５記載の装置。