JP2008291997A - ブレーキディスク本体部の製造方法及び摩擦部 - Google Patents

Abstract

【課題】取扱いが容易であり、より多様なレイアウトが可能であり、かつ、よりコスト削減を図った、ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部の製造方法を提供すること。
【解決手段】ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部の製造方法において、複数のウェブ２及び該ウェブ２を互いに連結する少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃを備えて成る少なくとも１つのウェブモジュール４と２つのディスクロータを組み合わせて当該ブレーキディスク本体部を構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部の製造方法に関するものである。なお、この摩擦部は、通気路を画成するウェブを備える構成となっている。

また、本発明は、上記ベンチレーテッドブレーキディスクに適した摩擦部にも関するものである。

特許文献１には炭素系合成樹脂から成る車両用ディスクブレーキのブレーキディスクが開示されており、摩擦リング、フィン等の各部材は互いに解離不能に結合されている。この特許文献１によれば、径方向に延設されたフィンが個々に摩擦リングに対して形成されており、この径方向に延設されたフィンは、摩擦リング内面に形成された溝に嵌装されて、該溝から解離不能に保持されている。これにより、ブレーキディスクを形成する２つの摩擦リングが互いに結合されるようになっている。

さらに、特許文献１においては、それぞれ１つの摩擦リングにその半分の壁幅を有する半径方向に延びるフィンが一体形成されるよう、ブレーキディスクの半分が製造される。この際、両摩擦リングが互いに結合されてブレーキディスクが形成されるようになっている。

また、特許文献２にはケイ素を浸透させた炭素繊維強化性の多孔質炭素で形成された摩擦部の製造方法が開示されており、ブレーキディスク本体部上には、少なくとも１つの摩擦層が形成されている。また、この特許文献２には、ブレーキディスクをベンチレーテッドブレーキディスクとする場合には、ブレーキディスク本体部を二部分で形成してこれら二部分の間に冷却空気通路を形成することも開示されている。
独国特許出願公開第４４４５２２６号明細書 独国特許出願公開第１００６０５６６号明細書

本発明の目的とするところは、従来に比して、取扱いが容易であり、より多様なレイアウトが可能であり、かつ、よりコスト削減を図った、ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部の製造方法を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明によって達成される。また、他の実施形態は、各従属請求項に記載されている。さらに、上記目的は、請求項１５記載の発明によっても達成される。

すなわち、本発明は、冒頭に記載したブレーキディスク本体部の製造方法において、複数のウェブ及び該ウェブを互いに連結する少なくとも１つの連結部を備えて成る少なくとも１つのウェブモジュールと２つのディスクロータを組み合わせて当該ブレーキディスク本体部を構成することを特徴としている。

本発明によれば、ディスクブレーキ本体部を、不要物（廃棄物）を低減しつつ加工が容易な部材によって製造することが可能である。すなわち、本発明による製造方法によれば、従来に比して、取扱いを容易とすることができる上、より多様なレイアウトが可能となり、更に生産性を向上させることが可能となる。例えば、製造方法及びこれに使用する工具を変更することなく、通気路の多様な幾何形状を達成することが可能である。これにより、是認し得る程度の手間でウェブを複雑な形状に形成することができるとともに、例えば、径が同じでありながら異なるウェブ形状を有する複数のブレーキディスクの製造に同一のディスクロータを適用することが可能である。

また、本発明による摩擦部によれば、その製造方法により非常に高い材料均質性が達成されており、特に平面形状を有する各部材の組立てによって、強化性繊維の使用が妨げられないようになっている。

また、上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ウェブモジュールを射出成形によって製造することを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、当該ブレーキディスク本体部の前記組合せ前に、少なくとも前記ウェブモジュールを熱分解することを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、組み合わされた当該ブレーキディスク本体部を熱分解することを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記ウェブ及び前記連結部をそれぞれ異なる材料又は複合材料で構成することを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記連結部を熱分解中に完全に溶解させることを特徴としている。こうすることにより、通気路の研磨の手間を大幅に削減することが可能となる。

また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記連結部を熱可塑性合成樹脂で形成することを特徴としている。

また、請求項８記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記ウェブ及び前記連結部を同一の材料で形成することを特徴としている。

また、請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の発明において、前記連結部をリング状に形成することを特徴としている。こうすることにより、比較的少ない材料で信頼性の高い固定を達成することができるとともに、少なくとも１つの連結部を除去する場合の作業が非常に簡単となる。

また、請求項１０記載の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の発明において、前記連結部又はその一部を機械的に除去することを特徴としている。このような除去作業は、ブレーキディスク本体部の組立て後に行われ、特に、熱分解後に機械的になされる。なお、この機械的な除去作業は、通常、セラミックス化して硬化させる前に行われる。

また、請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれかに記載の発明において、当該ブレーキディスク本体部を少なくとも前記ディスクロータ及び前記ウェブと共にセラミックス化することを特徴としている。

また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明において、遅くともセラミックス化の前に、当該ブレーキディスク本体部に摩擦層を形成することを特徴としている。

また、請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の発明において、前記ディスクロータの成形時に、該ディスクロータに摩擦層を形成することを特徴としている。

さらに、請求項１４記載の発明は、請求項１２又は１３記載の発明において、前記ディスクロータ及び前記摩擦層に孔を穿設することを特徴としている。

本発明によれば、従来に比して、取扱いが容易であり、より多様なレイアウトが可能であり、かつ、よりコスト削減を図った、ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部の製造方法を提供することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１ａにはベンチレーテッドディスクロータ（以下、単に「ディスクロータ」という。）１の概要を示す平面図が示されており、図１ｂには複数のウェブ２が示されており、図１ｃには摩擦層を備えた加工済みのブレーキディスク本体部３の一例が示されている。この図１ｃは、２つのディスクロータ１ａ，１ｂ（図１ｄ）の間にウェブ２が設けられていることを示している。なお、ベンチレーテッドブレーキディスクとは、２つのディスクロータの間に通気路を設けたものをいう。

さらに、図１ｄには図１ｃと同様のブレーキディスク本体部３の概要を示す側面図が示されており、この図１ｄにおいては、ウェブ２によって画成された通気口６が視認できる。また、図１ｃにおいては、実際にはディスクロータ１によって隠されて視認できないウェブ２（一点鎖線部分）が記載されており、該ウェブ２によって通気口６が画成されている。なお、ディスクロータ１ａ，１ｂの外面に形成される摩擦層については、図が煩雑となるのを避けるために図示していない。

図１ｂにはウェブ２の形状及び配置の一例が示されているが、他の形状及び／又は配置とすることも可能であり、例えばウェブ２をインボリュート曲線状に形成することが考えられる。ウェブ２を様々な形状及び／又は配置とすることで、ウェブ２の多様な幾何形状が得られ、このウェブ２の幾何形状によって前記通気路の形状が決定されることになる。

図２にはブレーキディスク本体部３の形成に用いられるウェブモジュール４の一例が示されており、このウェブモジュール４におけるウェブ２は、連結部５に埋め込まれて形成されている。

図３には上記ウェブモジュール４の他の一例が示されており、このウェブモジュール４におけるウェブ２は、複数の連結部５ａ，５ｂ，５ｃにそれぞれ取り付けられている。この図３に示す連結部５ａ，５ｂ，５ｃによって、放射状かつリング状の補助ウェブが形成されている。

ところで、繊維強化材料から成り、摩擦層を有するブレーキディスク本体部３の製造に際しては、まず、少なくとも２つのディスクロータ１ａ，１ｂ及びウェブモジュール４を製造し、次にこれらを組み合わせてブレーキディスク本体部３を製造する。なお、上述のように、ブレーキディスク本体部３の一例が図１ｃ及び図１ｄに図示されている。

しかして、上記のように製造されたブレーキディスク本体部３は、最終的に熱分解され、この際、適当な材料の選択により連結部５若しくは連結部５ａ，５ｂ，５ｃがほぼ完全に溶解する。ここで、連結部５ａ，５ｂ，５ｃの全体又は一部が熱分解によって溶解しない材料で形成されている場合には、熱分解後に残留した部分は機械的な加工によって取り除かれることになる。そして、最後に、ブレーキディスク本体部３を例えば１４２０℃（ケイ素の融点）より高い温度において液体のケイ素によってセラミックス化させる。

上記のような熱分解は、特に空気を遮断した状況下又は不活性ガス雰囲気下においてなされる。なお、ディスクロータ１ａ，１ｂとウェブモジュール４とを、これらを組み合わせる前にそれぞれ別々に熱分解することも可能である。ただし、このように別々に熱分解する場合には、ウェブモジュール４における連結部５ａ，５ｂ，５ｃを完全に溶解させずに、ウェブモジュール４におけるウェブ２の連結が少なくともブレーキディスク本体部３の組立てまでは継続してなされるようにする必要がある。なお、組み立てられたブレーキディスク本体部３は、この場合も更にセラミックス化される。

また、摩擦層は、ブレーキディスク本体部３の両面にそれぞれ１つずつ単独で形成されるか、ディスクロータ１ａ，１ｂの製造時にこれらディスクロータ１ａ，１ｂに直接形成される。なお、摩擦層を段階付けして形成することも可能である。

そして、ディスクロータ１ａ，１ｂ及び摩擦層に孔を穿設した、穿孔されたブレーキディスクを製造する際には、特に、適当なプレス型によってプレス成形する時に直接ブレーキディスク及び／又は摩擦層に孔が穿設されるようにしている。これは、特にディスクロータ１ａ，１ｂと摩擦層を同時に形成する場合に有効である。

また、ブレーキディスク本体部３の製造時に使用されるウェブモジュール４は、複数のウェブ２と、該ウェブ２のうち少なくとも１つが連結された連結部５（図２）あるいは連結部５ａ，５ｂ，５ｃ（図３）とを備えて構成されている。ウェブモジュール４におけるウェブ２は、ブレーキディスク本体部３を構成するために、少なくとも１つの連結部５あるいは連結部５ａ，５ｂ，５ｃによって互いに連結されている。

少なくとも１つの連結部５あるいは連結部５ａ，５ｂ，５ｃは、熱分解性の材料で形成することが可能であり、ブレーキディスク本体部３の製造時にはウェブ２を固定する役目を果たすものである。

しかして、少なくとも１つの連結部５あるいは連結部５ａ，５ｂ，５ｃは、ポリメタアクリレート（例えばポリメタアクリレート）等の熱可塑性合成樹脂で形成されている。また、ウェブ２及び／又は連結部５若しくは連結部５ａ，５ｂ，５ｃは射出成形技術によって成形される。ウェブモジュール４へのウェブ２の取付によってブレーキディスク本体部３の組立てが簡単化され、このようなウェブモジュール４へのウェブ２の取付は、図３に例示するように、リング状の連結部５ａ，５ｂ，５ｃによってなされる。

なお、内側のリングと外側のリングを形成する連結部５ａ及び／又は５ｂを設けるのが好ましく、このような連結部５ａ及び／又は５ｂは、熱分解後及び／又はセラミックス化後に機械的な加工によって除去することが可能である。特に簡単なのが、このように内側リングと外側リングを形成する連結部５ａ，５ｂを機械的に除去する方法である。

また、少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃとウェブ２をそれぞれ同質の材料で形成するのも好ましく、このようにすることで、少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃとウェブ２を一体の射出成形体として製造することが可能となる。ただし、これら少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃとウェブ２を同質の材料で形成する際には、少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃが熱分解されないようにするとともに、この少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃを後から機械的に除去する必要がある。ここで、少なくとも１つの連結部５ａ，５ｂ，５ｃをリング状に形成するのが好ましい。

ところで、ディスクロータ１ａ，１ｂへのウェブ２の取付は、ウェブ２をディスクロータ１ａ，１ｂへ嵌合させることによってなされている。このような嵌着は凹部又は凸部をディスクロータ１ａ，１ｂに形成することによって達成され、均等な構造が得られるよう、この凹部又は凸部の深さ又は高さを１ｍｍよりも小さく設定している。

また、複数のウェブ２を互いに異なる高さに設定することが可能であり、少なくとも１つの連結部５，５ａ，５ｂ，５ｃの高さをウェブ２の最大高さに一致するよう設定するとともに、他の連結部のうちの少なくとも１つをウェブ２の最小高さに一致するよう設定するのが好ましい。そして、ウェブ２とディスクロータ１ａ，１ｂを接続するために、その継ぎ目には炭素を多く含有するペーストを充填すると好ましい。

しかして、ウェブ２及びディスクロータ１ａ，１ｂは炭素繊維及び樹脂で形成されており、ブレーキディスク本体部３の製造には、セラミックス化のためのケイ素が使用される。また、材料としては、炭素繊維強化プラスチック、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）及び炭素繊維強化セラミックスのうち少なくともいずれかが使用される。特に、強化複合材料としての炭素繊維、ケイ素及びマトリックス複合材料としての炭化ケイ素から成る炭素繊維強化炭化ケイ素を使用するのが好ましい。さらに、炭素繊維強化材料はセラミックス複合材料を基礎として使用され、ブレーキディスク本体部３あるいは摩擦材に使用されるこのような材料に基づき、このようなブレーキディスクはセラミックブレーキディスクと呼ばれている。

また、ディスクロータ１，１ａ，１ｂの製造に使用される炭素繊維は、その強度の観点から、少なくとも部分的に負荷方向が設定されている。さらに、高い強度を達成するために、繊維コード、繊維束及び放射状に延びた繊維のうち少なくともいずれかを共に成形することも可能である。なお、必要に応じて、強度的に弱い内径には比較的長い繊維を用いる一方、外形には比較的短い繊維を使用して、コスト削減を図ることも可能である。

以上説明した本発明を要約すれば、特にセラミックスベースで形成されたベンチレーテッドブレーキディスクの加工は、複数のウェブ２及び該ウェブ２を互いに連結する少なくとも１つの連結部５，５ａ，５ｂ，５ｃを備えて成る少なくとも１つのウェブモジュール４と２つのディスクロータ１，１ａ，１ｂを組み合わせてブレーキディスク本体部３を構成する場合に非常に効果的である。また、このようにすることで、様々なウェブ形状を有するブレーキディスクの本体部のフレキシブルでコスト削減を図った製造方法が達成される。

ベンチレーテッドディスクロータの概要を示す平面図である。 複数のウェブを示す図である。 ブレーキディスク本体部の平面図である。 ブレーキディスク本体部の側面図である。 ウェブモジュールの一例を示す図である。 ウェブモジュールの他の一例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ ベンチレーテッドディスクロータ
２ ウェブ
３ ブレーキディスク本体部
４ ウェブモジュール
５，５ａ，５ｂ，５ｃ 連結部
６ 通気口

Claims (15)

1. ベンチレーテッドブレーキディスクの摩擦部を形成するブレーキディスク本体部（３）の製造方法において、
   複数のウェブ（２）及び該ウェブ（２）を互いに連結する少なくとも１つの連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を備えて成る少なくとも１つのウェブモジュール（４）と２つのディスクロータ（１，１ａ，１ｂ）を組み合わせて当該ブレーキディスク本体部（３）を構成することを特徴とするブレーキディスク本体部の製造方法。
2. 前記ウェブモジュール（４）を射出成形によって製造することを特徴とする請求項１記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
3. 当該ブレーキディスク本体部（３）の前記組合せ前に、少なくとも前記ウェブモジュール（４）を熱分解することを特徴とする請求項１又は２記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
4. 組み合わされた当該ブレーキディスク本体部（３）を熱分解することを特徴とする請求項１又は２記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
5. 前記ウェブ（２）及び前記連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）から成る前記ウェブモジュール（４）をそれぞれ異なる材料又は複合材料で構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
6. 前記連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を熱分解中に完全に溶解させることを特徴とする請求項５記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
7. 前記連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を熱可塑性合成樹脂で形成することを特徴とする請求項６記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
8. 前記ウェブ（２）及び前記連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を同一の材料で形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
9. 前記連結部（５ａ，５ｂ，５ｃ）をリング状に形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
10. 前記連結部（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）又はその一部を機械的に除去することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
11. 当該ブレーキディスク本体部（３）を少なくとも前記ディスクロータ（１，１ａ，１ｂ）及び前記ウェブと共にセラミックス化することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
12. 遅くともセラミックス化の前に、当該ブレーキディスク本体部（３）に摩擦層を形成することを特徴とする請求項１１記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
13. 前記ディスクロータ（１，１ａ，１ｂ）の成形時に、該ディスクロータ（１，１ａ，１ｂ）に摩擦層を形成することを特徴とする請求項１２記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
14. 前記ディスクロータ（１，１ａ，１ｂ）及び前記摩擦層に孔を穿設することを特徴とする請求項１２又は１３記載のブレーキディスク本体部の製造方法。
15. 請求項１〜１４のいずれかに記載の製造方法によって製造されたブレーキディスク本体部（３）を備える構成とするとともに、該ブレーキディスク本体部（３）に少なくとも１つの摩擦層を形成したことを特徴とするベンチレーテッドブレーキディスク用の摩擦部材。

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