JPH08326802A

JPH08326802A - ブレーキディスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08326802A
Application number: JP15413595A
Authority: JP
Inventors: Barrow John; バーロウジョン
Original assignee: GKN Sankey Ltd
Current assignee: Sankey Holding Ltd
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】従来技術の軽金属合金製ブレーキディスクに
おける耐摩耗性と耐熱性の問題を解決する。【構成】軽金属合金を浸透させた高剛性の多孔性セラ
ミック体で構成されるブレーキディスク、並びに、ブレ
ーキディスク摩耗部の最終必要形状にほぼ合わせて高剛
性の多孔性セラミック体を形成する工程と、該高剛性の
多孔性セラミック体のそれぞれの孔構造に軽金属合金を
浸透させる工程とを組み合わせてなる、ブレーキディス
ク製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般産業用や自動車用
などのディスク式ブレーキ装置に使用するためのブレー
キディスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種のディスク式ブレーキ装置
では、ブレーキディスク（ローターとも言う）を、制動
させるべきホイール等と一緒に回転させる。そしてこの
ブレーキディスクの両側に１枚づつブレーキパッドが置
かれ、この対をなすブレーキパッド相互の軸方向間隔
が、可変になっている。ブレーキを作動させると、油圧
式のピストン／シリンダー装置などによって、回転中の
ブレーキパッドに押圧力が加わる。ブレーキディスクの
両面は平らな環状の摩擦面であり、これがディスクの内
縁と外縁の中間位置に設けられる。

【０００３】ディスクは、通常、ブレーキ力の反復印加
に耐える特性をもつ鉄合金で作られる。特性として、耐
摩耗性と熱伝導性にすぐれていることが必要であるた
め、ディスクの素材には、従来から鋳鉄が使われてい
る。しかし、自動車用、とくにレーシング・モーターサ
イクルやレーシング・カーに用いるものにあっては、重
量をできるだけ抑える意味から、鉄合金より軽い材料が
必要とされている。

【０００４】たとえば、鋳鉄に代わってアルミ合金が推
奨されているが、これは、アルミ合金を使うことによ
り、同サイズの鋳鉄製品にくらべ、ブレーキディスクの
重量が大幅に低下するからである。しかも、アルミ合金
は熱伝導性も良好である。しかし、この素材の大きな欠
点は、融点が鉄合金よりかなり低く、また、耐摩耗性
も、たとえば鋳鉄にくらべ大幅に劣ることである。アル
ミ合金のブレーキディスクにブレーキ圧を反復して掛け
ると、大量の熱が発生してディスクが軟化し、破壊され
てしまう。

【０００５】こうしたアルミ合金の固有の問題を解決す
るために、ブレーキディスクをアルミ合金のマトリック
スに組み、このマトリックス全体に、セラミック材の
粒、繊維、ホイスカーを混入分布させる方式が提案され
た。しかしこの案は、ブレーキディスクの耐摩耗性をか
なり高めるとはいえ、モーターレースでの苛酷なブレー
キ作動時には、やはりマトリックスの軟化を抑えられな
い。マトリックスの軟化が十分に進行した場合には、デ
ィスクの摩耗面から、マトリックスが、それに混入され
ているセラミック材の粒、繊維、ホイスカーと共に押し
出され、ディスクが使い物にならなくなる。

【０００６】アルミ合金の難点を克服するもう一つの手
段として、ディスクの少なくとも摩耗面に、耐摩耗性か
つ耐熱性の材料をコーティングする方法も提案された。
しかしこの方法では、ブレーキディスクの製造コストが
かさむ上、やはり、ブレーキを頻繁に使った場合にはア
ルミ合金が次第に軟化してゆき、やがて制動能力が喪失
する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、アルミ合金
ディスクに付随する以上の諸問題を克服することができ
る改良されたブレーキディスクと、その製造方法を提供
することを目的としている。

【０００８】

【問題を解決するための手段】さらに具体的に言えば、
本発明は、少なくとも一部分に、軽金属合金を浸透させ
た高剛性、多孔性のセラミック体からなる摩耗面を有す
るブレーキディスクを提供するとともに、該摩耗面を必
要な形態に形成する工程と、該多孔性セラミック体のそ
れぞれの孔部分に軽金属合金を浸透させる工程とを組み
合わせてなるブレーキディスク製造方法を提供するもの
である。

【０００９】この多孔性セラミック体の空隙率は、おお
むね２５％〜４５％の範囲に設定するのがよい。したが
って上記摩耗面の部分において、多孔性セラミック体の
占める割合は容積で５５％〜７５％の範囲、軽金属合金
の占める割合は容積で４５％〜２５％の範囲となる。

【００１０】多孔性セラミック体の孔の大きさは、０．
０２〜２ｍｍの範囲に設定するのが望ましい。

【００１１】多孔性セラミック体の材料は、ブレーキの
頻繁な作動に耐える必要性から、耐摩耗性、耐熱性に優
れているものを選ぶべきである。こうした特性を備えた
材料の一つは炭化珪素である。しかし、必要な特性をも
っていさえすれば、他のセラミック材料を選んでも差し
支えない。

【００１２】多孔性セラミック体を作るには、多数のセ
ラミック粒子を焼結融合させることによって、軽金属合
金の溶融浸透液を受け入れる相互連結した孔構造を形成
するのが便宜的である。この場合、空隙率は、形成され
た多孔性セラミック体の孔構造への、溶融軽金属合金の
浸透を保証するものでなければならない。したがって、
必要とされる空隙率は、採用する浸透方法によってきま
る。

【００１３】推奨される浸透方法は鋳造的な手段であ
る。すなわち、多孔性セラミック体をあらかじめ鋳型の
中に置き、これに溶融した軽金属合金を流し入れて、孔
構造に合金を浸透させるのである。これを実行するに
は、たとえば、軽金属合金がまだ溶けているときにその
高温状態を保ちつつ加圧をおこなう、いわゆる「加圧鋳
造法」を用いることができる。この加圧鋳造法を使う
と、ふつうの「重力鋳造法」を用いた場合にくらべて、
密度の高い多孔性セラミック体が得られる。

【００１４】多孔性セラミック体は、ブレーキディスク
の摩耗面に該当する部分のみに設けてもよいし、あるい
は、ブレーキディスク全体に設けてもよい。つまり、多
孔性セラミック体は、半径方向の寸法が完成品のブレー
キディスクのそれより小さい環状形に設けることもでき
るし、そうでなく、半径方向の寸法が完成品のブレーキ
ディスクのそれに等しい環状形に設けることもできる。

【００１５】多孔性セラミック体は、好適にはブレーキ
ディスクと同じ厚さにつくり、その両側面に摩耗面が形
成されるようにするのが望ましい。本発明のブレーキデ
ィスクは、たとえ軽金属合金が熱で部分的に軟化して
も、セラミック体がディスク全体の形を支えるため、苛
酷なブレーキ作動においても、ディスクの構造的一体性
がくずれない。ただし、軽金属合金には、たとえば国際
表示２６１８Ａなどの高耐熱性アルミを使用するのが好
ましい。

【００１６】

【実施例】つぎに本発明のその他の特徴を、添付の図面
を参照しつつ、実施例により詳細に説明する。添付図に
おいて、

【００１７】図１および２において、符号１０は、平ら
な環状の摩耗面を両側面に有する、従来品と同サイズの
ブレーキディスクを示す。環状部分の外形は約３００ｍ
ｍ、内径は約１４０ｍｍ、厚さは約７ｍｍである。

【００１８】本発明によれば、ブレーキディスク１０
は、軽金属合金を浸透させた高剛性かつ多孔性のセラミ
ック体１２からなり、また、図示した実施例では、この
多孔性セラミック体１２は、ブレーキディスク１０の外
径にほぼ等しい外径と、それより小さい内径とを有す
る。したがって完成品のディスクにおいて、多孔性セラ
ミック体１２は図示のように形成され、そしてその両側
面に、ブレーキ作動時にブレーキパッドで押圧される摩
耗面１４，１６を提供する。

【００１９】ブレーキディスク１０の製造にさいし、多
孔性セラミック体１２は、多数のセラミック粒子を焼結
融合させて作られる。通常、このセラミック粒子の素材
には、耐摩耗性と耐熱性の見地から、炭化珪素が用いら
れる。なお、この外、多孔性セラミック体１２を、セラ
ミックの発泡構造体で造ることも可能である。

【００２０】多孔性セラミック体１２は、摩耗部１３の
形に合わせてつくられる。これにより、図示のとおりデ
ィスクの両側面に、向い合わせに平らな摩耗面１４，１
６が環状に得られる。ブレーキディスク１０は、「加圧
鋳造法」とよばれる手法を用いてつくるのが便宜的であ
る。この方法は、まず溶融金属を第１の鋳型に注入し、
そして加圧した状態でこの鋳型を閉じ、エアの侵入を抑
えながら鋳型のキャビティーに溶融金属を行き渡らせ、
ついで金属が凝固するまで溶融液を加圧状態に保ち、そ
のあと鋳型を開いて鋳造物を取り出す、という工程を経
るものである。溶融金属に加える圧力は、おおむね４５
〜１００ＭＰａの範囲とし、加圧時間は１５〜９０秒の
範囲がよい。なおこの場合、溶融液の温度は、加圧を始
める時点において７００〜７５０℃の範囲、加圧を終わ
る時点において２５０〜４００℃の範囲であるのがよ
い。

【００２１】図示したブレーキディスク１０を製造する
には、まず多孔性セラミック体１２を第１の鋳型キャビ
ティー内に置き、そこへ溶融金属を流し込む。本発明に
おいては、溶融金属に軽金属合金を用いる。溶融金属は
多孔性セラミック体１２の孔構造に浸透してゆくが、つ
いで加圧鋳造の手法を適用することにより、空隙率２５
〜４５％（容積比）の多孔性をセラミック体に付与する
ことができる。実施例で用いている軽金属合金は、国際
表示２６１８Ａなどの耐熱性アルミ合金である。

【００２２】鋳造が終わったらブレーキディスクを鋳型
から取り出すが、このときブレーキディスク１０は、ア
ルミ合金でできた内側部分１８と、多孔性セラミック体
１２の孔構造にアルミ合金が浸透してできた外側の摩耗
部分１３からなる製品に仕上がっている。なお内側部分
１８には、ディスクをホイールのハブなどに固定するた
めの、たとえばファスナー用の孔１８ａなどを設ける。

【００２３】実施例では、摩耗部分１３は、容積で約６
５％を占める多孔性セラミック体１２と、容積で約３５
％を占めるアルミ合金とで構成される。しかし、もし望
むなら、摩耗部分１３は、容積で５５〜７５％の範囲の
多孔性セラミック体と、容積で４５〜２５％の範囲のア
ルミ合金で構成することもできる。セラミック体１２に
分布する孔の大きさはおおむね１ｍｍとする。しかし、
この孔のサイズは０．０２〜２．０ｍｍの範囲で変化さ
せることも可能である。図３の写真は、摩耗部分１３
の、ほぼ均一に形成された微細構造を拡大して示したも
のである。この写真で、明るくみえる部分がアルミ合金
層であり、暗くみえる部分が炭化珪素のセラミック層で
ある。

【００２４】加圧鋳造の手法を用いると、最終形状にち
かい形が鋳造の工程で得られるため、機械研削による後
修正がほとんど不要となる。

【００２５】本発明によるブレーキディスク１０は、苛
酷なブレーキ作動を繰返しても、ディスクの全体的な形
が大きくくずれることはない。アルミ合金が部分的に軟
化しても、剛性の高いセラミック体１２がディスクの形
を支える。また、セラミック体１２はディスクの摩耗部
分１３の厚さ全体に延び、かつ摩耗部分１３の両側面に
摩耗面１４，１６を提供していることにより、ディスク
はその厚さ全体にわたり完全性が保たれる。したがって
本発明により、現在つかわれている鉄合金製のものにく
らべてかなり軽量であって、しかも、構造的な安定性
と、すぐれた耐摩耗性と耐熱性を併せもつブレーキディ
スクが得られる。

【００２６】多孔性セラミック体１２で構成される摩耗
部分１３は、望むならば、ブレーキディスクの外側部分
だけでなく、ブレーキディスクの全域に広がっていても
よい。

【００２７】またブレーキディスクは、必要によって、
以上に記載した形状と異なる形状に仕上げることもでき
る。さらにブレーキディスクには、ホイールのハブへの
固定手段として、孔などを穿った隆起部を設けても差し
支えない。

【００２８】また、以上の説明においては、軽金属合金
を浸透させた多孔性セラミック体からなる環状の単一の
摩耗部を、ディスク全体に及ぶように設ける内容を記載
した。しかし、もし望むならば、ブレーキの使用条件や
ブレーキディスクの構造条件によっては、軽金属合金を
浸透させた多孔性セラミック体をディスク部分で幾つか
に仕切ることにより、複数の摩耗部を形成するようにす
ることも可能である。ただし、さきに記載した構造のも
のは、ブレーキ作動時の高熱や高押圧力に対しても、摩
耗部の厚さ方向と横方向の両方にわたりディスクの構造
的一体性を保持することが可能であるため、一層すぐれ
ている。

【００２９】炭化珪素は、熱伝導性が比較的高いので、
セラミック体の素材として好ましいものである。しか
し、望むなら、そしてとくに使用条件がそれほど苛酷で
ない場合には、アルミナ（酸化アルミニウム）やジルコ
ニア（酸化ジルコニウム）を素材に使用することができ
る。また、さきに軽金属合金にはアルミ合金をつかうと
記載したが、これも、もし望むならば、たとえばマグネ
シウム合金などをつかうことが可能である。

【００３０】

【発明の効果】多孔性セラミック体をベース材に用い、
このベース材に分布する多数の孔に、特殊鋳造法で溶融
金属を浸透させてブレーキディスクを構成することによ
り、従来品に比べて耐摩耗性と耐熱性にすぐれた、ディ
スク式ブレーキ装置用のブレーキディスクが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にもとづくブレーキディスクの側面図で
ある。

【図２】図１のII−II線にそって切断した、本発明にも
とづくブレーキディスクの断面図である。

【図３】図１および図２に示す本発明にもとづくブレー
キディスクのアルミ合金を含む多孔性セラミック材料か
ら構成される摩耗部分１３の組織構造を示す顕微鏡写
真。

【符号の説明】

１０ブレーキディスク１２多孔性セラミック体１３摩耗部１４摩耗面１６摩耗面１８半径方向内側部分１８ａファスナー用の孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽金属合金を浸透させた高剛性の多孔性
セラミック体で造られた少なくとも１つの摩耗部を有
し、かつその摩耗部に摩耗面が形成されている、ディス
ク式ブレーキ装置のためのブレーキディスク。
【請求項２】前記高剛性の多孔性セラミック体が空隙
率２５〜４５％の多孔性を有している請求項１記載のブ
レーキディスク。
【請求項３】前記摩耗部が容積で５５〜７５％の多孔
性セラミック体と容積で４５〜２５％の軽金属合金で構
成される請求項１記載のブレーキディスク。
【請求項４】前記高剛性の多孔性セラミック体に存在
する孔の大きさが０．０２〜２ｍｍの範囲である請求項
２及び３に記載のブレーキディスク。
【請求項５】前記高剛性の多孔性セラミック体の素材
が炭化珪素である請求項１〜４のいずれか１項に記載の
ブレーキディスク。
【請求項６】前記高剛性の多孔性セラミック体が、多
数のセラミック粒子を焼結融合させて造られ、これに、
軽金属合金の溶融浸透液を受け入れる相互連結した孔構
造が形成される請求項１〜５のいずれか１項に記載のブ
レーキディスク。
【請求項７】前記軽金属合金がアルミ合金である請求
項１〜６のいずれか１項に記載のブレーキディスク。
【請求項８】軽金属合金を浸透させた前記高剛性の多
孔性セラミック体からなるディスク要素がブレーキディ
スクの全体又はほぼ全体を占めている請求項１〜７のい
ずれか１項に記載のブレーキディスク。
【請求項９】軽金属合金を浸透させた前記高剛性の多
孔性セラミック体からなるディスク要素が前記摩耗部を
提供するブレーキディスクの半径方向外側の環状部から
なり、該ブレーキディスクの半径方向内側の環状部が軽
金属合金で形成されている請求項１〜７のいずれか１項
に記載のブレーキディスク。
【請求項１０】軽金属合金を浸透させた前記高剛性の
多孔性セラミック体が前記摩耗部の厚さ方向の全域に及
んでいて、かつ、対向する一対の摩耗面を提供している
請求項１〜９のいずれか１項に記載のブレーキディス
ク。
【請求項１１】摩耗面を提供する少なくとも１つの摩
耗部を有する、ディスク式ブレーキ装置のためのブレー
キディスクを製造する方法であって、この摩耗部の最終
必要形状にほぼ合わせて高剛性の多孔性セラミック体を
形成する工程と、該高剛性の多孔性セラミック体のそれ
ぞれの孔構造に軽金属合金を浸透させる工程とを組み合
わせてなる、ブレーキディスク製造方法。
【請求項１２】前記高剛性の多孔性セラミック体が空
隙率２５〜４５％の多孔性を有している請求項１１記載
のブレーキディスク製造方法。
【請求項１３】前記摩耗部が容積で５５〜７５％の多
孔性セラミック体と容積で４５〜２５％の軽金属合金を
もって構成される請求項１１記載のブレーキディスク製
造方法。
【請求項１４】前記高剛性の多孔性セラミック体に存
在する孔の大きさが０．０２〜２ｍｍの範囲である請求
項１２または１３に記載のブレーキディスク製造方法。
【請求項１５】前記高剛性の多孔性セラミック体が、
多数のセラミック粒子を焼結融合させて造られ、そして
これに、ブレーキディスクの製造過程で軽金属合金の溶
融浸透液を受け入れさせるための相互連結した孔構造が
形成される請求項１１〜１４のいずれか１項に記載のブ
レーキディスク製造方法。
【請求項１６】軽金属合金を高剛性の多孔性セラミッ
ク体に浸透させる前記の方法が、該多孔性セラミック体
をまず鋳型内に置き、そこへ溶融した軽金属合金を流し
込み、該多孔性セラミック体の孔構造にそれを浸透させ
る、という各工程を含む鋳造手法にもとづいている、請
求項１１〜１５のいずれか１項に記載のブレーキディス
ク製造方法。
【請求項１７】前記鋳造手法が加圧鋳造法である請求
項１６記載のブレーキディスク製造方法。
【請求項１８】前記高剛性の多孔性セラミック体がブ
レーキディスク全体またはほぼブレーキディスク全体に
及ぶ形状を有するディスク要素を提供するように形成さ
れる請求項１１〜１５のいずれか１項に記載のブレーキ
ディスク製造方法。
【請求項１９】前記高剛性の多孔性セラミック体がブ
レーキディスクの前記摩耗面を提供する半径方向外側の
環状部に形を合わせたディスク要素を提供するように形
成され、また該ブレーキディスクの半径方向内側の環状
部が軽金属合金で形成される請求項１１〜１７のいずれ
か１項に記載のブレーキディスク製造方法。
【請求項２０】添付図面を参照して以上に説明したも
のに概ね類似の構成をもつブレーキディスク。
【請求項２１】以上に説明したものに概ね類似のブレ
ーキディスク製造方法。
【請求項２２】以上の説明および添付の図面に記載し
たいずれかの斬新な特徴またはその組合せ。