JP5414969B2 - ディスクブレーキ用ディスク - Google Patents

Description

本発明は、これの最も幅広い態様において、ディスクブレーキ用ディスクに関連する。

本発明は特に、車両にブレーキ作用を加えるべく前記ディスクブレーキキャリパと協働するのに適した支持部（ベルと呼ばれる）とブレーキバンドを備えた、ディスクブレーキ用ディスクに関する。上記ブレーキバンドは、対称軸周囲に延び、ブレーキ面によって横方向に規定された本体を備える。上記本体は、本質的に炭素からなる単繊維粗糸と、上記シリコンの溶融を生じさせるのに十分な温度のシリコンとを備えた、混合物の相互作用によって得ることができる。

「本質的に炭素からなる単繊維」とは、例えばポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）及びポリシロキサンのような合成起源、又は例えばピッチ、セルロース性天然資源（例えば植物繊維及び樹木）のような天然起源といった、異なる製品を熱分解する手段によって得た繊維質材料を含有していることを意味する。

「単繊維粗糸」とは、３０００〜５００００単位で、２〜３μｍの直径を有し、互に対応しており、例えばポリウレタンのような樹脂を含浸させた、単繊維の組を備えていることを意味する。次に、上記粗糸が例えば３０ｍｍ未満の長さに分割され、最後に混合物中に無作為に配置される。

このような無作為に配置された単繊維粗糸は、通常、粗糸を形成している単位数に基づいて、例えば３Ｋ、１０Ｋ、５０Ｋ、その他により規定される。

これらのセラミック複合材料は、衝撃、圧縮、摩擦による熱への高い抵抗が必要である様々な用途において知られており、また、単純なセラミック材料では、これの固有の脆さの理由からこれらの特徴が保証されない可能性がある。特に、シリコンを、炭素単繊維粗糸、任意で補強繊維、溶融状態のシリコンと同じ温度の添加剤を備えた混合物と相互作用させて得た、ブレーキ用途のセラミック複合材料が知られている。

従来技術では、これらの複合材料は以下の手順で準備される。単繊維粗糸を結合樹脂、ピッチ、この他の添加物と混合し、この混合物をモールド内に設置し、これを加熱と加圧によってモールドし、成形プレフォームを得る。

次に、プレフォームに、樹脂の炭化又は熱分解のいずれかを生じさせる温度にて１回目のベーキングを施す。

このベーキングでは、炭化又は熱分解の温度にて揮発性材料が損失するために、プレフォームが特定の多孔性を設ける。

次に、ベーキング処理されたプレフォームに２回目のベーキングを施す。このベーキングではシリコンを設け、このシリコンを、これが溶融し、上記プレフォームの孔内へ浸透する温度に加熱した状態で用いる。

シリコンの浸透により、炭素単繊維粗糸の粘着性が増加する一方で、これと同時に、２回目のベーキングでの状態にある溶融したシリコンの一部がプレフォームの炭素に反応することで、材料の粘着特徴を向上させる効果を有する炭化ケイ素が得られる。

上述の方法で準備した複合材料は、圧縮、摩擦による熱、疲労への優れた抵抗特徴のために、車両のブレーキ及びクラッチ構成要素の製造、特にブレーキ用ブレーキバンドの製造において多く使用される。

上述の優れた特徴にもかかわらず、上記の複合材料からなる従来のディスクブレーキ用ブレーキバンドは、ひび割れ又は破損を付随的に生じかねないという重大な欠点を有する。熱応力及び／又は圧縮応力によってこの材料の構造全体にひび割れが急速に拡大し、これの結果、材料が完全に分解してしまう。

したがって、従来の車両ディスクブレーキ用のブレーキバンドを使用することは、使用者の安全性に甚大な危険を伴うと理解される。

本発明が検討する問題は、上で従来技術を参照して述べた欠点を解決できる構造上及び機能上の特徴を有する、ディスクブレーキ用ディスクを提供することである。

この問題は、請求項１及びこれの従属請求項で定義されたディスクブレーキ用ディスクによって解決される。

本発明はディスクブレーキ用ディスクに関し、このディスクは、車両にブレーキ作用を加えるようにブレーキキャリパと協働するのに適した支持部とブレーキバンドとを具備し、このブレーキバンドは、対称軸を中心として周囲に延び、ブレーキ面によって横方向に規定され、内周面を有する環状の本体を備え、前記ブレーキバンドは、複合材料で形成されており、この複合材料は、炭素ででき、無作為に配置され、３０ｍｍを超えない長さの単繊維の粗糸を有する混合物に、シリコンを溶融して浸透させて形成されている、ディスクブレーキ用ディスクにおいて、
このディスクは、前記本体の内周縁に発生して本体内で外方に広がるひび割れの広がりを防止するように前記内周面近くで前記本体に接続され、本体とは別体の炭素複合材料により形成された少なくとも１つの強化リングを更に具備することを特徴とする。

ひび割れ地点とは、ブレーキバンドの内部周縁／内縁を意味し、また特に、ブレーキバンドの、ディスク組み立て後に支持部と動作可能に接続される部分を意味する。

例えばディスクブレーキ用ディスクのように軸対称的な構造の場合、基本的な計算法から、ひび割れの拡大経路は本体に放射状に形成される確率が高く、したがって、ブレーキバンドの内部から外部へと、破裂を生じるまで拡大を続けることがわかった。これは、ブレーキングの最中にブレーキバンドが高い熱及び機械応力に晒される地点は、ブレーキバンドの内縁、特に、ディスク組み立て後に支持部と動作可能に接続するバンド部分であるという事実に基づく。このため、この地点で形成されたひび割れがバンド構造にわたって拡大することで、バンド構造が分解する。

したがって、ディスクブレーキ用ディスクでは、上記強化リングをブレーキバンドの内縁又はこれの付近、即ち、まさにひび割れが生じ拡大し始める場所に位置決めすることで、ひび割れの拡大を防止する。

有利なことに、上記少なくとも１つの強化リングは、ブレーキバンドの内縁又はこの付近に、少なくとも１つのブレーキ面の高さにて配置されるか、あるいは、ブレーキバンドを形成するセラミック材料内に組み込まれる。リングは、少なくとも１つのブレーキ面の高さに配置されて、ディスク組み立て後に支持部と動作可能に接続することが好ましい。

従って、本発明は、非常に高い機械抵抗性と低い脆弱性によって特徴付けられる炭素複合材料で形成した、少なくとも１つの強化リングを、ディスクブレーキ用ディスクのブレーキバンドの内縁に、バンドの元の組成を変更することなく位置決めすることによって、ひび割れの形成、及びディスク使用中における形状全体への拡大というひび割れの防止問題が解決されるという、驚くべき発見に基づいている。

別の実施形態では、上記ブレーキ本体は、「本質的に炭素からなる単繊維」の他に補強繊維を備え、この補強は、炭素、又はこれ以外の、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＴｉＣのような材料、あるいは、シリコンとの相互作用時の温度に抵抗性を有するプラチナのような金属材料からなることが好ましい。「本質的に炭素からなる単繊維」がブレーキ本体を設ける混合物中に無作為に配置される一方で、補強繊維は、例えば上記本体の形状に沿って延長する形で配置される。補強繊維は放射状に配置されることが好ましい。換言すれば、補強繊維は、例えば固定された所定の位置に配置されるよう材料内に組み込まれる。

この組み入れは、多様な方法で実施することができる。例えば、補強繊維を、所定の方向に従って配置した複数の粗糸内に順序よく配置してもよい。

これらの方向は、例えば充填方向及び縦糸（ｗａｒｐ）方向であってよく、上記粗糸により生地が提供される。

あるいは、補強繊維は不織布、例えばフェルトを提供することができる。

例えひび割れや破壊が生じていない場合にも、使用中に構造全体が分解してしまう可能性を防止できるように、補強繊維は、ブレーキバンドを提供する複合材料の別の構成要素との十分な粘着特徴を有していなければならないことが重要である。

さらに、補強繊維は、ディスクを形成する材料の準備中に劣化してしまうことを防止するために、複合材料の組成に関して実質的に不活性であり、熱分解温度及びシリコン浸透温度に対する十分な抵抗性を有することが必要である。

上記補強繊維を備えたディスクブレーキ用ディスクの例については、同出願人の欧州特許第１１２４０７１号明細書を参照されたい。

本発明によるディスクブレーキ用ディスクのさらなる特徴及び利点は、以降で述べる、限定的ではない例を示すことによって提示された好ましい実施形態の説明を、添付の図面を参照しながら読解することで理解されるだろう。

図１を参照すると、符号１は概して本発明の強化リングの一区間部を示している。この区間部は円弧型であり、厚さｓと高さｈを設けている。リングのこの区間部１の対向する両端には、突起部１ａと、この突起部１ａと相補的な形状の凹部１ｂとがそれぞれ設けられている。この凹部１ｂは、リングの第２の区間部１の突起部１ａが内部に収容された連結されるように適合されている。これに対し、突起部１ａは、リングの第３の区間部１の凹部１ｂ内に嵌合するように適合されている。換言すれば、突起部１ａと凹部１ｂとは、本発明による強化リングを提供するために、パズルのピースを結合する方法と類似した方法で、２つ以上のリング区間部を相互に結合するために使用される。

有利なことに、強化リングは、上述した結合モードによって相互に接続される５個のリング区間部を備えている。

あるいは、強化リングは、隙間のない単体として形成される。

図２、図３は、本発明の好ましい一実施形態により、２ａ、２ｂでそれぞれ示す２つの強化リングを備えた、全体を参照符号５で示すブレーキバンドの対向した２つの側部を示している。

ブレーキバンド５は、車両に対してブレーキ作用を加えるために、ディスクブレーキキャリパと協働するのに適した２つのブレーキ面３、４により横方向に規定された本体６を有している。上記表面３、４は、相互に平行であり、これらの間に、図２Ａ、図２Ｂ中に符号Ｐで示す本体厚さを規定している。

上記ブレーキ面３、４は、空気が通過できるホール７を有し、これにより、ブレーキングの最中にディスクが冷却される。

図２を参照すると、ブレーキバンド５は、さらに強化リング２ａを備えている。このリングは、バンドが完成すると、リングの表面２ａ’がブレーキ面４と同じ高さになるように、ブレーキバンド５内に組み込まれている。この強化リング２ａは、（図２、図２Ａ、図２Ｂに示すように）厚さＱと高さｈとを有し、ブレーキバンドの内縁付近に、特に、ブレーキバンド５の、丸い歯８の形状を有する部分の付近に近接して配置されている。

各々の歯８は、少なくとも１つの貫通孔１０を有する。上記歯８と貫通孔１０は、ブレーキバンド５を支持部１５に定着させるべくこれらの凹部と整列し、結合手段１６を収容するために、ブレーキバンド５の内縁付近に、支持部１５上に存在する径方向凹部１４のものと同じ角度ピッチで一様に配置されている（図４、図４Ａ、図４Ｂ、図５を参照）。

図３を参照すると、バンドが完成すると、リングの表面２ｂ’がブレーキ面３と同じ高さになるように、ブレーキバンド５はさらに、ブレーキバンド５に組み込まれた強化リング２ｂを備えている。この強化リング２ｂは、（図２Ａ、図２Ｂ、図３に示すように）厚さＲと高さｈを有し、ブレーキバンドの内縁、特に、バンド５の内縁に関連した強化リング２ｂの縁２ｂ”に配置されている。

前記リング２ｂは、１つ以上の貫通孔１０を備えており、この貫通孔１０は、上述したようにバンド５を支持部１５に定着させるのに必要な結合手段１６を挿入するために使用される。

図４、図４Ａ、図４Ｂ、図５を参照すると、符号２０は、ディスク全体を示しており、このディスクは、複数の結合手段１６により組み立てられた支持部１５とブレーキバンド５とを備えている。支持部１５は、通常、軽量アルミニウム合金で製造される。支持部１５は、ディスクをホイールハブ（図示せず）に固定するための、穿孔されたフランジ１７と、複数の径方向凹部１４が設けられた辺縁リング１８とを備えている。これら複数の径方向凹部１４は、辺縁リング１８の辺縁に沿って一様に配置され、ブレーキバンド５の貫通孔１０と整列されることで、例えば、支持部をブレーキバンドに対して留めるために使用される結合手段１６を収容することが可能になる。この結合手段１６は、当技術分野において周知である。この一例は、同一出願人による出願であるＰＣＴ／ＩＴ０１／００３０３号に見ることができる。

ディスクの組み立てが終了すると、辺縁リング１８が強化リング２ｂと動作可能に接続され、かつ凹部１４が貫通孔１０と整列するように、前記支持部１５は、ブレーキバンドと結合している。この結果、結合手段１６を導入できるようになる。

特に、ディスクの組み立て終了後には、強化リング２ｂが支持部１５の辺縁リング１８と動作可能に接続されている。換言すれば、強化リング２ｂは、支持部１５の辺縁リング１８の厚さＴよりも厚い厚さＲを有する。

２つの歯の間の接続領域は、ブレーキングの最中に比較的高い熱及び機械応力に晒されるブレーキバンド部分であるため、ひび割れが形成され拡大する確率も他の部分よりも高い。少なくとも１つの強化リングを、この領域内に配置することで、ひび割れとこれの拡大が回避又は大幅に低減される。

図２Ａ、図２Ｂ、図４Ａに示されるように、ブレーキバンド５の本体６は、エアダクト１３で有利に代用することが可能な接続要素又は領域１２を有する。これら領域は、ブレーキングの最中にディスクを冷却するための空気を通過させることができ、また、これら領域は、これらのダクトを得る適切な手段、例えばピン又はタブを、ブレーキバンドのモールド内部に導入することによって得られる。

代わって、前記エアダクトは、プレフォームのモールド後、又は熱分解後に実行される処理手段によって得られる。

しかし、本発明の強化リングは、エアダクトを設けていないブレーキバンド、即ち非通気型のブレーキバンドにも使用することができる。

本発明による強化リングは、炭素複合材料(carbon-carbon material)で製造されている。本発明の目的のために、「炭素複合材料」とは、無定形炭素基質に浸潤させたグラファイト炭素繊維を含む材料を意味する。

グラファイト炭素繊維は、好ましくはポリアクリロニトリルである前駆体材料より得られる。

ポリアクリロニトリルの溶液が、例えば単繊維を得るためのダイへ移動された後に、酸化性雰囲気において２２０℃の延長加熱に晒される。この結果、繊維が不活性雰囲気内で１０００〜１５００℃にて炭化され、さらに、２０００〜３０００℃にて黒鉛化される。これらの処理の最中、繊維は、グラファイト結晶を配向するようにテンションがかけられ、抵抗性が増加する。

このようにして得た繊維が、平行な又は撚った繊維の粗糸として結合されることが好ましい。あるいは、特定量の単繊維をストランドとなるように撚り、これらストランドを織成して二次元織物とすることもできる。

このように形成した二次元織物に結合樹脂、好ましくは重合体フェノール樹脂を含浸させる。この後、樹脂を含浸させて交互に重ねた繊維の層が形成され、これが不活性雰囲気での加熱に晒される。この加熱によって、樹脂の重合が生じ、層間を結合する結合剤として働く。結合した層を熱分解し、これの後、２回目の液体樹脂の含浸を行い、重合オートクレーブ処置を実施する。最後に、プレフォームに最終熱分解処置を実施する。任意で、結合した層に樹脂を含浸させる工程と、オートクレーブ処置と、熱分解とを、１回又は複数回繰り返すことができる。

この工程の最後に、有利な三次元シート形状の炭素複合材料が得られる。この材料は、優れた機械抵抗性と、優れた特別の弾性モジュールとを有しており、この弾性モジュールは、最大約２３００℃まで不変に維持される。さらに、これは、約３３００℃にて昇華するため、この材料には融点がない。

上記炭素複合材料とこれの製造工程とは、当技術分野において周知である。本発明の目的のためには、市販されているあらゆる炭素複合材料を使用することができる。例えば、シャンク（Ｓｃｈｕｎｋ）社から市販されている炭素複合材料を使用できる。

次に、炭素複合材料のパネルが、後に、上述した本発明のディスクブレーキ用のブレーキバンドに使用されるのに適した形状に切断される。

さらに本発明は、ディスクブレーキ用ディスクの製造方法に関し、この製造方法は、
（ａ）ディスク用の空のモールド内に強化リングを挿入する工程と、
（ｂ）本質的に炭素からなり、３０ｍｍを超えない長さを有する所定量の単繊維の粗糸を、所定量の有機結合剤と混合することによって得た混合物の一部を上記モールド内に挿入する工程と、
（ｃ）上記製品の完成時に、上記モールド内にエアダクトを得るための手段を挿入する工程と、
（ｄ）本質的に炭素からなり、３０ｍｍを超えない長さを有する所定量の単繊維の粗糸を、所定量の有機結合剤と混合することで得た上記混合物の第２部分をモールド内に挿入する工程と、
（ｅ）モールドによりプレフォームを形成する工程と、
（ｆ）上記プレフォームに、実質的に上記有機結合剤の炭化又は熱分解を生じさせる温度にて１回目のベーキングを施す工程と、
（ｇ）上記ベーキングを施したプレフォームに、シリコンの溶融と、上記シリコンのプレフォーム内への浸透が実質的に生じる温度にて、シリコンが存在する状態で２回目のベーキングを施す工程と、
を具備する。

強化リングを、ブレーキバンドを形成している材料内に組み込むことが望ましい場合には、以下の工程を実施する。モールド内に、工程（ｂ）の混合物、次に強化リング、最後に工程（ｄ）の混合物を挿入する。この後、以降のモールド工程及びベーキング工程を工程（ｅ）ないし（ｇ）に従って実施する。換言すれば、この場合には工程（ｃ）を実施しないため、完成品のバンドにはエアダクトが装備されない。

工程（ｃ）では、完成品にエアダクトを得る上記手段が知られている。上記手段の一例が、同一出願人による出願であるＰＣＴ／ＩＴ０１／００４１２号に開示されている。

工程（ｆ）と（ｇ）で説明されたような熱分解工程とシリコン浸透工程の最中、強化リングは大幅に変化することはない。これは、強化リングが、樹脂浸透処置と熱分解浸透処置を繰り返したことによって全ての空洞が満たされた高密度材料からなるためである。特に、リング内へのシリコン浸透が最小であっても、炭素複合材料の組成に大幅な変化は生じない。これに対し、溶融シリコンは、本質的に炭素と結合剤からなる単繊維の混合物内に含まれる炭素に反応し、炭化ケイ素（ＳｉＣ）が得られる。

したがって、完成品のバンドは、Ｃ／ＳｉＣ材料で形成されたブレーキバンドと、炭素複合材料で形成された強化リングとを備える。処理の工程（ａ）において、強化リングは、バンドが仕上がった際にバンドの内縁又は外周にあるいはこれらの付近に位置するよう、モールド内に有利に配置される。

本発明の好ましい一実施形態では、プレフォームモールド工程（ｅ）の前に、第２強化リングが挿入される。

別の好ましい一実施形態では、本質的に炭素と結合剤からなる、単繊維を含む混合物に複数の補強繊維が組み入れられる。

この混合物への補強繊維の組み入れは様々な方法で実施できる。

好ましい一実施形態では、補強繊維は工程（ｂ）の後に組み入れられ、次に、エアダクトを得る手段、さらに、混合物の第２の部分が挿入される（工程（ｄ））。これにより、次の工程（ｅ）ないし（ｇ）に進む前に、複数の補強繊維が完全に被覆される。

前記補強繊維は、所定の方向に従って配設された複数の粗糸の形態で混合物に添加すされることができる。

これらの所定の方向は、充填方向及び縦糸方向であってよく、上記粗糸により生地が提供される。

この生地は、１ｃｍ当たり２〜３０本、好ましくは１ｃｍ当たり５〜８本の繊維を備えていいてよい。

あるいは、補強繊維は、例えばフェルトのような不織布を形成することができる。

混合物に組み入れられる補強繊維の本数は、完成した複合材料内に含まれる望ましい繊維含有量の関数であり、上記含有量は、材料の体積の４〜３０％、好ましくは１０〜２０％の体積である。

本発明による方法では、単繊維の粗糸は、直径０．１〜２ｍｍであってよく、好ましくは０．３〜０．５ｍｍである。

混合物中の単繊維粗糸の含有量は、混合物体積の５０〜８０％の範囲内で異なっていてよく、好ましくは６０〜７０％の範囲内である。

有利なことに、単繊維粗糸及び／又は補強繊維を、本発明の方法に従って採用する前に、保護樹脂、好ましくはポリウレタンで被覆しておくことができる。

あるいは、単繊維の粗糸と補強繊維を、混合物の準備に用いたものと同一の有機結合剤で予め被覆することができる。

これにより、材料のより高い粘着性とより高密度の製品が得られる。

プレフォームの１回目のベーキングの最中に、樹脂と有機結合剤が炭化することで、単繊維の粗糸と補強繊維の上に保護層が形成され、これにより、以降のシリコン処置での分離、さらには分解を防止できる。

このため、単繊維の粗糸と補強繊維は工程全体にわたって元の形状を維持でき、これにより優れた粘着特徴と抵抗特徴を備えた材料が得られる。

有機結合剤は、フェノール樹脂、アクリル樹脂、パラフィン、ピッチ、ポリスチレン等を備えるグループから選択したものであってよい、従来の結合剤である。

結合剤は、ピッチとフェノール樹脂を備えるグループから選択することが好ましい。

結合剤は、例えば固体、半液体、液体、溶液状態のようなあらゆる望ましい形態にて、混合物に添加することができる。

例えば、フェノール樹脂をペレット、粉体、粒体形状で追加することができる。

混合物中の有機結合剤の含有量は、混合物の体積の５〜３０％の範囲内、好ましくは２０〜２６％の範囲内で変更できる。

この混合物は、所望の複合材料の多孔性と密度を間接的に調整するために、充填剤として使用される他の従来の添加剤を含有することもできる。

これらの添加物は、例えば好ましくは粉体のグラファイト、炭化ケイ素、炭化金属、窒化金属のような、無機物粒子からなる。

混合物中の添加物の含有量は、混合物の体積の０．７〜２３％、好ましくは９〜１５％の範囲内で変更できる。

混合は従来の方法と従来の設備で実施でき、また、上記単繊維の粗糸は臨時的に異なる方向に配置される。

本発明の方法のモールド工程では、任意で補強繊維を備える混合物がモールド内で、８０〜１８０℃の温度、好ましくは１００〜１２０℃の温度で加熱され、さらに０．１〜５Ｎ／ｃｍ^２の範囲内、好ましくは０．５〜１Ｎ／ｃｍ^２の圧力が印加される。

このようにして得られた成形及び圧縮プレフォームが、モールドから取り出され、エアダクトを形成する手段が除去され、これの後、例えば有機結合剤を炭化するために１回目のベーキングが施される（工程ｆ、熱分解）。

このベーキングは、従来の炉内において、実質的に使用される結合剤のタイプに依存する温度、概して９００〜１２００℃の温度で実施される。

ベーキングは、窒素又はアルゴンのような不活性ガス流が存在する状態で、また、１０〜１００ｍｂａｒ、好ましくは２０〜３０ｍｂａｒの超過気圧にて実施される。

上記不活性ガス流はさらに、有機結合剤の熱分解から放たれたガスを除去することができ有利である。

処理のこの工程の最中に、プレフォームは、高い多孔性となる。この多孔性は、後続のベーキングにおいて溶融シリコンの浸透を可能にするために重要である。一方、上述したように、強化リングは、材料の炭素複合材料が非常に高密度であり、超高温に対する抵抗性が非常に高い材料であるため、熱分解工程（ｆ）の最中、又は後続のシリコン浸透工程の最中のいずれにおいても大幅に変化することがない。

本発明の実施形態によると、この方法は、工程（ｆ）の１回目のベーキングから、プレフォームの表面の仕上げ工程をさらに備えてよい。

これは、有利には、従来の設備により除去されるプレフォームの考えられる表面変形を可能にし、後者の望ましい形を生成する。

ベーキング後に特定の多孔性を得たプレフォームに、湿式工程の仕上げを施すと、液体物質を吸収してしまい不都合であるため、例えばダイヤモンドによる乾式工程の仕上げ作業を実行することが好ましい。

工程（ｆ）に従って熱分解されたプレフォームに、シリコンが存在する状態で２回目のベーキングが施される（工程（ｇ））。

２回目のベーキングを実施するために、ベーキングと、任意で仕上げを施されたプレフォームを、プレフォームの体積の約２倍の体積を有するコンテナのチヤンバ内に挿入し、プレフォームとコンテナの間に形成された隙間をシリコンで充填して、プレフォームを封入する。したがって、使用するシリコンの量は、プレフォームの多孔性を充填するのに必要な量、又はこれを多少超える量ということになる。

上記隙間を充填するために、純シリコン、又はアルミニウムシリコン、銅合金を、粒体あるいは粉体にて使用する。

チヤンバは、ベーキング中にガスを漏出させるべく解放するのに適したホールの手段によって、外部と連通していてよい。

シリコンを搭載したコンテナを、１４００〜１７００℃に加熱した、本質的に従来型の適当な炉の中に挿入する。

上記の温度にてシリコンが溶融し、プレフォームの孔内に浸透する（シリケーション）。シリコンは、強化リング内には部分的にしか浸透しない。

このベーキングは、圧力を９００ないし３００ｍｂａｒに、好ましくは８００〜５００ｍｂａｒに減圧する真空方法によって実行される。

ベーキングの最後に、例えばアルゴン、好ましくは窒素で材料が冷却され、これにより、残余シリコンが小型のボール状に固体化し、コンテナで容易に回収できるようになる。

任意で、このようにして得た本発明によるブレーキバンドに、例えば表面仕上げのような仕上げ作用を、乾式又は湿式工程によって従来どおりに施すことができる。

ベーキング工程、即ち熱分解及びシリケーションが、１つの炉内で実施できるため、時間と製造設備の複雑性とを低減することが可能であることが理解されよう。

一実施形態による前記仕上げ作業は、上述した処置のいずれによっても提供することができる。

別の実施形態によれば、ブレーキ用ディスクの製造方法は、工程（ａ）の前に （ａ１）上述のとおりに製造した炭素複合材料のシートを提供する工程と、
（ａ２）上述のとおりに２つ又は複数の円弧状の区間部１を上記シートから切断する工程と、
（ａ３）強化リングを得るために、工程（ａ２）で述べた２つ又は複数の切断された区間部相互を結合する工程とを具備する。

工程（ａ３）において、区間部１どうしの連結は、上で詳細に述べた結合モードで実行される。５個の区間部１を切断し、これらを結合することが好ましい。

あるいは、工程（ａ２）で、１つのリング型の部品を隙間なく、即ち、連続した状態で、前記シートから切断し、これを直接モールド内に挿入する。この場合、工程（ａ３）は実施されない。

本発明によるディスクは、摩擦、硬性、曲げ抵抗性、疲労、摩擦による温度、衝撃、圧縮の特徴に傑出して優れたブレーキバンドと、硬性及び応力抵抗の特徴を有する炭素複合材料のひび割れ開始地点に配置された少なくとも１つの強化リングとを設けている。強化リングの位置特徴と炭素複合材料の固有特徴によって、ひび割れの形成と、特にディスクにわたるこれの拡大とが最小化される。

これにより、使用中にディスクに生じ得るひび割れ又は破損が生じた場合でも、強化リングの提供によってこれの拡大が避けられるために、構造が完全に分解してしまうことがないので、本発明のディスクの使用安全性が増加する。

本発明による複合材料のさらなる利点は、単純かつコスト効果的な方法によって実行できるため、多額の余分な費用と、非常に高額な設備が不要となる。

事実、本発明によるディスクは、関連する周知のディスクの製造に適用される従来技術を補助的に用いて製造できると述べることができる。

本発明の特徴及び利点は、以下に述べる、本発明による成型複合材料の例証的な準備の説明からより理解されるだろう。この説明は、非限定的な例示として提示される。

実施例
従来、直径０．３〜０．５ｍｍ、長さ５〜１０ｍｍの炭素単繊維の粗糸が６５％、乾燥フェノール樹脂２３％、炭化ケイ素粉体１２％の重量比で含有した混合物を、エリッグ混合器（Ｅｒｉｇｈ ｍｉｘｅｒ）として知られている攪拌器内で準備した。

この混合により、単繊維の粗糸が無作為に分配される。

硬い炭素複合材料のパネルから、両端に突起部と凹部をそれぞれ有する、５個の円弧体を切断した。凹部は、突起部に相補的であり、また、突起部を収容するように適合されている。５個の円弧タイを相互に連結接続して、２４１×２１７ｍｍの大きさの強化リングを形成した。

強化リングを、内径１５０ｍｍ、外径３８０ｍｍ、高さ２１０ｍｍの環状モールド内に挿入し、軸に対して中心決めし、バンド完成時に、ブレーキバンドの内縁付近、特に内縁から１ｍｍ離れた場所に位置するよう配置した。

次に、混合物の一部をモールドキャビティ内に配置した。

モールド内に、約３０本のピンを、相互に４０ｍｍの距離で離間させて放射状に挿入した。

混合物の第２の部分を追加してモールドを充満し、最後に、５個の円弧を接合して得た第１リングとして得られ、しかし２４１×１７６ｍｍのサイズを有する第２強化リングを追加した。

第２のリングは、内縁どうしが一致してバンド内縁を形成できるように、軸に対して中心的に配置した。

次に、モールドを１２０℃で加熱し、１Ｎ／ｃｍ^２に等しい圧力を印加することで成形を実施し、リング状のブランクボディを得た。

ブランクバンドをモールドから取り出し、ピンを除去した後に、１１００℃に加熱した炉内で、１２時間の停止時間にわたり、このブランクバンドにベーキングを施した。

このベーキングは、３０ｍｂａｒの圧力下で、３０リットル／分の流れで炉内に搬送したアルゴンにより生じた不活性雰囲気内で実施した。

ベーキング後に、上記バンドに対して、乾燥工程によるダイヤモンド仕上げを施し、表面変形を除去した。

この時点で、ブランクバンドは、ガス漏出を可能にするための孔を設けたコンテナ内に配置されている。

コンテナは、バンドとコンテナの間に形成された中空空間を充填するのに必要な量の粒体シリコンで充填されている。

次に、コンテナは、１５００℃に加熱した炉へ移動され、この炉内に８時間停止させた。

低減した７００ｍｂａｒの圧力下でこのベーキングを実施した後に、炉内にて連続的に窒素を吹きかける冷却を実施した。

これにより、例えば、表面変形を除去し、所望の精密性と許容誤差を有する最終的な形状を得るために、冷却後にダイヤモンド仕上げを施された従来のバンドが得られた。

材料の体積に対する体積割合毎のディスクブレーキバンドの複合材料組成は次のとおりである。単繊維の粗糸５５％、添加剤１０％、補強繊維１５％、結合剤を炭化させて抽出した生成物２０％。

このようにして得られたブレーキバンドを備えるディスクを、車両用ディスクブレーキの構成要素として検査した結果、ブレーキングの最中に、非常に優れた硬性、衝撃抵抗性、疲労、圧縮、摩擦による温度の特徴を得た。

特に、上記ディスクにはひび割れの発生が見られなかった。

上述したセラミック複合材料の好ましい実施形態の解決のために、納得のゆく分担額と特定の必要性を目的としている当業者は、特許請求項の範囲から逸脱しない限り、いくつかの改良、調整、機能的に同等な別の要素との交換を実施することができる。

本発明の一実施形態による強化リングの区間部の平面図である。 本発明の一実施形態によるブレーキバンドの一部を示す。 図２の線ＩＩＡ−ＩＩＡに従った、図２のバンドの詳細断面図を示す。 図２の線ＩＩＢ−ＩＩＢに従った、図２のバンドの詳細断面図を示す。 図２に示したブレーキバンドの一部を反対側から見た図を示す。 組み立てられたディスクの軸方向図を示す。 図４の線ＩＶＡ−ＩＶＡに従った断面図を示す。 図４の線ＩＶＢ−ＩＶＢに従った断面斜視図を示す。 図４Ｂの切欠略図を示す。

符号の説明

１、２ａ、２ｂ 強化リング
１ａ 突起部
１ｂ 凹部
３、４ ブレーキ面
５ ブレーキバンド
６ 本体
７ ホール
８ 歯
１０ 貫通孔
１２ 接続要素
１３ エアダクト
１４ 径方向凹部
１５ 支持部
１６ 結合手段
１７ フランジ
１８ 辺縁リング
２０ ディスク

Claims (37)

1. 車両にブレーキ作用を加えるようにブレーキキャリパと協働するのに適した支持部（１５）とブレーキバンド（５）とを具備し、このブレーキバンドは、対称軸を中心として周囲に延び、ブレーキ面（３、４）によって横方向に規定され、内周面を有する環状の本体（６）を備え、複合材料で形成されており、この複合材料は、炭素ででき、無作為に配置され、３０ｍｍを超えない長さの単繊維の粗糸を有する混合物に、シリコンを溶融して浸透させて形成されている、
   ディスクブレーキ用ディスク（２０）において、
   このディスクは、前記本体の内周縁に発生して本体内で外方に広がるひび割れの広がりを防止するように前記内周面近くで前記本体に接続され、本体とは別体の炭素複合材料により形成された少なくとも１つの強化リングを更に具備することを特徴とするディスク。
2. 前記ひび割れ地点は、前記本体（６）の前記内周面もしくは内周縁にある地点である請求項１に記載のディスク。
3. 前記少なくとも１つの強化リングは、前記本体（６）の両面である２つのブレーキ面（３，４）の少なくとも一方と同一面の外面を有している請求項１又は２に記載のディスク。
4. 前記少なくとも１つの強化リングは、前記ディスクの組み立ての後は、前記支持部に支持されるように支持部に接続されている請求項３に記載のディスク。
5. 前記少なくとも１つの強化リングは、前記本体の前記内周面とブレーキ面とが交差するバンド内縁、又はバンド内縁付近で本体に入れられている請求項１又は２に記載のディスク。
6. 前記少なくとも１つの強化リングは、２つの強化リング（２ａ、２ｂ）である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のディスク。
7. 前記２つの強化リング（２ａ、２ｂ）の表面（２ａ’、２ｂ’）は、夫々、前記ブレーキバンド（６）の両側の２つのブレーキ面（４、３）と同一面の外面を有している請求項６に記載のディスク。
8. 前記２つの強化リングの一方（２ａ）は、前記ブレーキバンド（５）の一方の内縁付近に設置されている請求項６又は７に記載のディスク。
9. 前記２つの強化リング（２ａ）の一方は、前記ブレーキバンド（５）の丸い歯形（８）を有する部分に近接して位置している請求項６ないし８のいずれか１項に記載のディスク。
10. 前記２つの強化リングの他方（２ｂ）は、前記ブレーキバンド（５）の他方の内縁に設置されている請求項８に記載のディスク。
11. 前記２つの強化リングの前記他方（２ｂ）の内縁（２ｂ”）は、前記ブレーキバンド（５）の内縁に対応している請求項１０に記載のディスク。
12. 前記２つの強化リングの前記他方（２ｂ）は、前記ディスクの組み立て後には、前記支持部（１５）の辺縁リング（１８）に接続されるように、２つのブレーキ面の一方（３）と同一面の外面を有している、請求項１０又は１１に記載のディスク。
13. 前記他方の強化リング（２ｂ）は、前記支持部（１５）の前記辺縁リング（１８）に部分的に接続している請求項１２に記載のディスク。
14. 前記少なくとも１つの強化リングは、隙間のない単体として形成されている請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のディスク。
15. 前記少なくとも１つの強化リングは、円弧形で、相互に連結接続している複数の区間部（１）によって形成されている請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のディスク。
16. 前記少なくとも１つの強化リングは、円弧形であり、相互に連結接続した５個の区間部（１）からなる請求項１５に記載のディスク。
17. 各区間部の対向する両端には、突起部（１ａ）と、この突起部（１ａ）と相補的な形状の凹部（１ｂ）とがそれぞれ設けられている請求項１５又は１６に記載のディスク。
18. 前記区間部（１）の前記凹部（１ｂ）は、別の区間部（１）の前記突起部（１ａ）を連結収容するように適合されている請求項１７に記載のディスク。
19. 前記強化リングの前記炭素複合材料は、無定形炭素基質に浸潤させたグラファイト炭素繊維を備えた材料である請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のディスク。
20. 前記グラファイト炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維であり、前記不定形炭素基質は重合体フェノール樹脂である請求項１９に記載のディスク。
21. 前記ブレーキバンド（５）は、Ｃ／ＳｉＣ材料により形成されている請求項１ないし２０のいずれか１項に記載のディスク。
22. 前記Ｃ／ＳｉＣ材料は、補強繊維を含んでいる請求項２１に記載のディスク。
23. 前記支持部（１５）は、軽量アルミニウム合金により形成されている請求項１ないし２２のいずれか１項に記載のディスク。
24. 請求項１ないし２３のいずれか１項に記載のディスクのブレーキバンド（５）を準備する方法であって、
    （ａ）ディスク用の空のモールド内に前記少なくとも１つの強化リングを挿入する工程と、
    （ｂ）炭素からなり、３０ｍｍを超えない長さを有する所定量の単繊維の粗糸を所定量の有機結合剤と混合することによって得た混合物のうちの第１の部分を前記モールド内に挿入する工程と、
    （ｃ）前記ブレーキバンドの完成時に、前記モールド内にエアダクトを得るための手段を挿入する工程と、
    （ｄ）炭素からなり、３０ｍｍを超えない長さを有する所定量の単繊維の粗糸を、所定量の有機結合剤と混合することで得た前記混合物のうちの第２部分を前記モールド内に挿入する工程と、
    （ｅ）モールドによりプレフォームを形成する工程と、
    （ｆ）工程（ｃ）の手段を除去する工程と、
    （ｇ）前記プレフォームに、前記有機結合剤の炭化又は熱分解を生じる温度にて１回目のベーキングを施す工程と、
    （ｈ）前記ベーキングを施したプレフォームに、前記シリコンの溶融と、前記シリコンの前記プレフォーム内への浸透が生じる温度にて、シリコンが存在する状態で２回目のベーキングを施す工程と、
    を具備する方法。
25. 前記プレフォームモールド工程（ｅ）の前に、第２の強化リングが挿入される請求項２４に記載の方法。
26. 前記単繊維粗糸は、０．１〜２ｍｍの範囲内の直径を有する炭素からなり、５０〜８０％ｖ／ｖまでの量で混合物中に含まれている請求項２４又は２５に記載の方法。
27. 前記結合剤は、フェノール樹脂、アクリル樹脂、パラフィン、ピッチ、ポリスチレンをからなるグループから選択される請求項２４ないし２６のいずれか１項に記載の方法。
28. 前記結合剤は、５〜３０％ｖ／ｖまでの量で混合物内に含有されている請求項２４ないし２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 熱分解工程（ｇ）の後に、前記プレフォームに仕上げ処置が施される請求項２４ないし２８のいずれか１項に記載の方法。
30. 工程（ｈ）の後に、前記ブレーキバンドに対して、仕上げ処置が、乾式工程又は湿式工程により施される請求項２４ないし２９のいずれか１項に記載の方法。
31. 前記仕上げ処置は、請求項２４による方法の各工程（ａ）ないし（ｈ）の後に実行できる請求項２９又は３０に記載の方法。
32. 所定の方向に従って、４〜３０％ｖ／ｖの量で配置された前記補強繊維が、工程（ｂ）後に追加される請求項２４ないし３１のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記工程（ｂ）の混合物、さらに工程（ａ）の強化リング、最後に工程（ｄ）の混合物を前記モールド内に挿入することで、製品完成時に、強化リングを内部に設けたブレーキバンドが得られる請求項２４に記載の方法。
34. 工程（ｃ）は実施されない請求項３３に記載の方法。
35. 工程（ａ）の前に、
    （ａ１）炭素複合材料のシートを提供することと、
    （ａ２）このシートから２つ以上の区間部（１）を円弧形に切断することと、
    （ａ３）前記２つ以上の区間部どうしを結合して、前記強化リングを得ることと、
    の各工程を具備する請求項２４に記載の方法。
36. ５つの区間部同士を結合して、前記強化リングを得る請求項３５に記載の方法。
37. 工程（ａ）の前に、
    （ａ１）炭素複合材料のシートを提供することと、
    （ａ２）このシートからリング形状の前記強化リングを得ることと、
    の各工程を具備する請求項２４に記載の方法。

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