JPS6052335B2 - 一体ブレ−キ円板を製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素含有リボンで外周を包んで外層を形成した
一体炭素ブレーキ円板の製造方法に関する。

これまで、炭素ブレーキ円板は炭素または黒鉛を基とす
る材料で作られている。

然し、こうしたブレーキ円板構造は総べて、ある種の補
強、常には炭素フイラメントを布や織られた材料等の如
きある種の織物の形で概ね利用していた。普通、ブレー
キ円板は織物を環の形に切断し、多数の前記環を先行す
る環の頂上に積むことによつて堆積を形成し、前記堆積
には何らかの従来方法によつて結合剤を透浸し、かつ炭
素ブレーキ円板を作るように前記堆積を熱分解すること
によつて作られていた。普通、透浸工程は堆積内の多孔
全部が概ね満たされるまでまたは米国特許第３７９４５
的号に説明されている如く所望の密度が得られるまで何
回も繰返されていた。比較的良好なブレーキ円板が製造
されていたけれども、この方法は時間と費用を要する方
法であつた。やや類似した他の方法がフリーダ（Ｆｒｅ
ｅｄｅｒ）氏等の米国特許第３７３０３頷号に記載され
ている。

同特許に於いては、環状炭素布の約４５さから約１８０
０までの円弧を有する扇形片が完全な環即ち３６００の
円弧の形成されるまで連続して重ね掛けられた。その環
は次いで結合剤を透浸されかつブレーキ円板を形成する
ように熱分解された。従つて、同特許に従つて製造され
たブレーキ円板は直上節に説明されたのと同じ欠点を有
し、かつその上、比較的均等な重量分布並び一定の円板
厚さを得るのには種々の扇形に形成された布を正確に重
ね掛けることが必要であつた。実際には比較的均等な重
量分布及び一定の円板厚さの２特徴を達成するには時に
は非常に困難であつた。炭素ブレーキ円板を製造するの
に要する時間を短縮するために、コハク（ＫＯｖａｃ）
氏等の米国特許第３９５６５４８号には薄いまたは全体
の幅よりも狭い炭素心を構成しかつ同心の各側に接着剤
で飽和された炭素フエルト層を介して摩耗円板層をはり
付けることが記載されている。

勿論、接着剤の熱分解の結果として、一体ブレーキ円板
が形成された。この構造は製造時間を短縮したけれども
猶、種々の炭素布層の実質的成層を必要とした。クツク
（ＣＯＯｋ）氏等の米国特許第３７１２４帛号には、現
存炭素ブレーキ円板が摩滅してしまつたら、特定の大き
さに研削され、かつ一方または他方または両方の側に既
に成層された摩耗層が付加されるブレーキ円板の製造方
法が記載されている。ブレーキ円板コアに炭素含有リボ
ンが巻付けられる炭素ブレーキ円板の製造方法を提供す
るのが本発明の目的である。

上記のように次のような、炭素ブレーキ円板の製造方法
を提供することが本発明の目的てあつて、このブレーキ
円板はそのブレーキ円板の周囲が一般にリボンで放射状
、弦状あるいは１つの直径に平行な方向において部分的
に重なり合うかあるいは十文字状の形で包まれる。

また円板の中心に向つてその厚さが減少するテーパーが
形成されているブレーキ円板を製造する方法が本発明の
目的である。更に、熱分解されたら一体ブレーキ円板が
形成されるように前記リボンが結合剤を含浸されている
上記の如き炭素ブレーキ円板の製造方法を提供するのも
本発明の目的てある。

容易に安く作られる上記の如き炭素ブレーキ円板を製造
するのが本発明の目的である。

本発明の上掲及びその他の目的は、以下の詳細な記載か
ら明らかになるであろう。

原則として、ブレーキ円板はコア、熱分解された炭素含
有リボンから作られて前記コアに巻付けられた外層、及
び前記リボンに含浸されかつ前記コアと前記リボン外層
とを結合し、かつ一体ブレーキ円板を形成するように熱
分解された結合剤を有している。

また、一体ブレーキ円板の製造方法は、ブレーキ円板コ
アを、製造し、前記の熱分解された炭素含有リボンに結
合剤を含浸し、前記の熱分解された炭素含有リボンを前
記コアに巻付けて外層を形成しかつ前記結合剤を熱分解
して一体ブレーキ円板を形成する諸工程を包含している
。

次に本発明の好適な実施例を説明する。

添付の第１図乃至第１１図に示されるようにブレーキ円
板１１は如何なる種類の在来材料を使用して如何なる在
来態様にでも作られることができる。

例えばコアは本技術分野に精通せる人々によく知られて
いるように、サンドイツチ式即ち多層にされたブレーキ
円板の如く、炭素・炭素複合、炭素・黒鉛複合、黒鉛・
炭素複合黒鉛・黒鉛複合、バルク炭素（Ｂｕｌｋｃａｒ
ｂＯｎ）、バルク黒鉛、またはそれらの如何なる組合せ
を含めて類似の材料から作られることがある。コア１１
は分割されても構わない（図示せず）けれども、好まし
くは図示の如く連続している。更にまたコアは中実であ
つても、即ち第９図及び第１０図に於ける如く孔を有し
ていなくても構わない。コアはキーみぞ１３を有しても
、有していなくても構わない。従つてコアは第３図に示
されている如く回転ブレーキ円板として、または第２図
に示されている如く固定ブレーキ円板として利用されて
も構わない。本発明の概念によれば、コアは引張強さ、
衝撃負荷に対する抵抗あるいは同様のもののような、望
まれる最終の使用に応じる種々の物理的性質を有する。
複合積層式構造を有するように作られたコアは勿論、在
来型式の炭素繊維を普通には布の形で有することになる
。さらに、バルク黒鉛またはバルク炭素から作られたエ
アは単にバルク炭素またはバルク黒鉛を含有することが
できるかまたは本質的に炭素または黒鉛に熱分解される
ことのできる種々の量の繊維を含有することができる。
例えば、バルク黒鉛またはバルク炭素のコアはポリアク
リロニトリル、レーヨン、羊毛、コールタールピツチ、
石油タール、または如何なる材料でもその他の適当な炭
素含有織物またはフイラメントから作られた繊維を有し
ても構わない。こうした繊維は如何なる態様ても在来態
様に例えば無作為にコアに分布されても、または織物が
織られるかステープルされる（ＳｔａｐＩｅｄ）かまた
はその他の方法て作られている織物層の形にされても構
わない。繊維は複合式コアを構成するのに必要であるよ
りも遥かに短い時間の間に経済的に結合剤と共にバルク
黒鉛またはバルク炭素と容易に混合され、型成形されか
つ次いで熱分解されることができるから、バルク式コア
構造がしばしば好まれる。外層１５はコア１１の周囲に
保持される。

外層１５は、新らしいコアに、あるいは外層１５を付加
されるのに望ましい厚さおよび形状に機械加工された摩
耗あるいは使用された炭素ブレーキ円板に付け加えられ
る。換言すれば、摩耗した炭素ブレーキ円板は新らしい
外層１５を付加されるためのコアとして用いられる。炭
素含有リボンは多数のフイラメント、繊維及び類似材料
を普通には特定の織物、組ひも、編物、マツト及び類似
品の形に纒められて概ね含有し、前記フイラメント等が
有機（炭素含有）材料でありかつ本質的には炭素または
黒鉛を作るように熱分解されているリボンを意味してい
る。フイラメントまたは繊維は従つて、多量の炭素含有
材料を概ね含有する如何なる型式の材料であつても構わ
ず、特定実例がポリアクリロニトリル、ビスコースレー
ヨンの如きレーヨン、羊毛、コールタールピツチ、石油
ピツチ及び類似材料を含んでいる。概して、リボンの厚
さは０．２５４ミリメートル（イ）．０１インチ）から
２．５４ミリメートル（０．１インチ）までの如き如何
なる厚さを有しても構わない。熱分解されたリボンは更
に強さを加えると同時に外層１５をコア１１に結合する
手段を与えるため結合剤が含浸される。

含浸は、被覆、浸漬、塗装、ブラツシ掛け化学的蒸発デ
ポジシヨン（ＤｅｐＯｓｉｔｉＯｎ）及び類似方法によ
るが如き如何なる在来方法によつて達成されても構わな
い。

炭素含有フイラメント、繊維等は熱分解されたら実質的
に収縮するから、非常に好ましいのはリボンの熱分解が
コア１１にリボンの巻付けられる前に起こることである
。そうでなければ、収縮のためにリボンはコアに巻付け
られて熱分解された時に破れかつしばしばコアから脱落
する傾向を持つことになる。熱分解されるリボンはコア
に巻付けられる前に結合剤を予め透浸されるのが好まし
い。予め透浸するとは結合剤を含有するリボンが粘着性
であるように、または固定されかつまだ可撓な形を支え
かつ維持することができるように結合剤の熱分解が十分
に完了しない程度に行なわれることを意味している。そ
うでなければ、結合剤及び従つてリボンは硬くかつ可撓
性がなくなり従つてコアに巻付られることができなくな
る。他方で、もしもリボンに施された結合剤の部分的熱
分解が起らないならば、結合剤は流れる傾向を持つこと
になりかつコアに巻付けられても相互に適正に接着する
のを阻むことになる。結合剤は、加熱されたら炭素また
は黒鉛何れかに熱分解されることのできる如何なる在来
結合剤であつても構わない。

代表的実例としては、石油ピツチ、コールタールピツチ
、フラン樹脂、フエノール樹脂があると同時に炭素蒸発
デポジシヨン法がある。リボン及びコアに結合剤を施す
他の方法はコアに如何様にでもリボンを巻付け、リボン
を巻付けられたコアを成形型の中に置き、かつ前記成形
型へ結合剤を高圧下に注入して、同結合剤がリボンに透
浸してコアとリボンを接触させるようにする諸工程を包
含している。

リボンを巻付けられたコアは次いで加熱されて結合剤が
熱分解される。結合剤を施す特定の方法または態様はり
ホンの予透浸によるか、上記の型成形予透浸法または何
かその他の方法によるかどうかにかかわりなく、概して
他の透浸工程が密度を十分に増すために少くとももう一
度繰返されなければならず、その理由はそうしなければ
最初の透浸が多孔質結合層を残すからである。好ましく
は、結合剤の加えられかつ熱分解された後に望ましけれ
ば何回でも結合剤被覆を施してもよい。第２の即ち次の
結合剤被覆層を加える好適方法は化学的蒸気デポジシヨ
ンによる方法である。在来方法によれば、熱分解には炭
素リボン及び（または）結合剤を形成する何れかの材料
の炭素化合物を本質的に生成するために少くとも１００
０′Ｃの温度が必要である。

もしも黒鉛が所望されるならば、少くとも２６００′Ｃ
の熱処理が必要である。炭化または黒鉛化処理に要する
時間は勿論、リボン外層の厚さ並びに利用される特定結
合剤の特性に応じて変わることになる。然し、これらの
要素及び因子は本技術分野に精通せる人々によく知られ
ている。外層１５を形成する透浸された炭素含有リボン
．は、結合剤の所望される特性に応じてかなり良好な乃
至極めて良好な範囲の物理的性質を、利用される方法の
型式に応じて有しても構わない。

例えは、コアが貧弱な物理的性質を有するならば、しば
しば望ましいのは良好な物理的性質を有する外．層１５
を有することである。反対に、もしもコアが良好な物理
的性質を有するならば、外層１５は必らずしも良好な物
理的性質を有する必要がなくて、好ましくは良好な摩耗
性質を有している。如何なる場合にも、外層１５は高い
引張強さ、衝撃・抵抗、良好な圧縮強さ、高い撓み強さ
、良好なせん断強さ、高い純度、高密度、高い比熱、高
い熱伝導性、及び低い熱膨張の如き種々の良好な物理的
性質を有することができる。既述の如く、好ましくは結
合剤を透浸された炭素含有リボン２０はコア１１に如何
なる態様にでも巻付けられ、その二三の最善の実施例が
添付図面に示されている。

第１図を参照すれば炭素含有リボン２０はコア１１に放
射方向に巻付けられている。即ち、同リボンはコア１１
の両面１２の完全に覆われるまで繰返して中心コア孔２
２から外周即ちコア周縁２４へかつ逆に孔２２へ巻かれ
るように巻付けられている。この方法は概して組立”て
易くかつ所要時間が短いために好まれる。第１図に見ら
れるように、りホンは通常各巻きが先行の巻きの１０〜
９０％の間て部分的に重さなり全コアが覆われるように
巻かれる。しかし、リボンは、連続して重ねて巻かれる
ことなしに、何回か巻かれた後、円板表面域の各部がほ
ぼ同じ巻数で覆われるような方法で巻かれる。外層１５
の厚さ及び重ね掛け程度に応じて、一層の３６０のにわ
たる巻付けから２〜３層即ち多層の巻付けまでいずれが
利用されてもよい。更にまた、如何なる完全３５０用巻
付け後にでも、放射方向巻付けリボンは逆に同リボンそ
のものに、即ち反対方向（反時計廻りまたは時計廻り）
に巻かれて交差の影響が生じるようにされてもよい。概
して、巻付けられたリボンの所望最終厚さは各面に対し
てコアの幅の約２０％であつて、各面に対して５％から
２５％までの範囲内にある。勿論、もつと厚いまたはも
つと薄い厚さが利用されても構わない。多数巻付けが利
用される時には何時でも、リボンは望ましくはコア円板
面１２のどの部分をとつても残余の部分と同じ厚さのリ
ボンを有する限り、既に巻かれたリボンに一部重ね掛け
られる必要が勿論ない。放射方向にリボンを巻付けられ
た完成ブレーキ円板１０は第８図に示されている。炭素
含有リボン２０をブレーキ円板コア１１に巻付ける他の
態様は第２図に示されている。

この実施例に於いてリボン２０は単にブレーキ円板コア
１１の各面を横ぎつて平行方向に即ちリボンがコアの外
周に沿つて一般に切断されているように置かれるに過ぎ
ない。第５図に示されているように、第２図のリボンで
覆われた部分は互にづらして巻かれた２層を有している
。再び、如何なる数の層でも所望される厚さに応じて利
用されて構わない。更にまた外層の強度を向上するため
に、連続した平行な巻付は前の巻付に対しある角度にお
いて巻付けられてもよく、それでリボンの後続の層は直
接先行の層から異つた角度において巻付けられる。巻付
け方向にかかわりなく、コアはキーみぞ１３を有しても
また有していなくても構わない。

即ち、コアは第１図に示されているように最初に巻付け
られて、キーみぞ１３が次いでまたは外層１５の熱分解
後に機械加工されても構わない。第２図に示されている
ように、ブレーキ円板は内側キーみぞ即ち固定子キーみ
ぞを有している。第３図に示されているように、コア１
１は回転円板に於ける如くキーみぞ１３を外周に有して
いる。好ましくは、放射方向巻付け方法の利用される時
に、リボンは回転円板に巻付けられるか固定円板に巻付
けられるかにかかわりなく、キーみぞを通つて延びてい
るのが望ましい。リボンは熱分解された時に良好な物理
的性質を概ね有しているから、力は形成された外層Ｊ５
を通して円板１０へ層１５の破砕が全く発生することな
しに容易に伝達されることになる。従つて、円板へまた
は円板から力を伝達するのに、金属クリツプまたは類似
の部材がしばしば不必要である。それぞれ第１図及び第
３図の断面図である第４図及び第６図に示されているよ
うに、コアの外周が孔２２の円周よりも遥かに大きいた
めに、リボン２０は、それ自身ししば、円板の半径方向
外側におけるよりも円板の半径方向内側においてより大
きい範囲において重ね掛けられる。

従つて、もしもコア１１が一定の厚さを有するならば、
リボン２０は放射状に巻付けられた時に何時でもコアの
中心即ち孔部分に於いて外周部分に於けるよりも厚くな
り、それ故に、上方または下方どちらからコアが観察さ
れても逆の洋なし形であることになる。適当なブレーキ
円板を製造するために、外層１５のこの過剰な厚さはリ
ボンの熱分解された後に相反する両面１２が相互に平行
であるように機械加工されなければならない。ブレーキ
円板コア１１が炭素・炭素式複合構造等に於ける如く織
物即ち布の諸層を有するように製造される時には何時で
も、洋なし形構造が放射状巻付けの場合に避けられ難い
。然し、コアがバルク炭素またはバルク黒鉛の如きバル
ク式材料から作られる時に、コアは逆さ台形を有して、
台形の最も狭い部分が第７図に示されているように中心
孔２２にあるように望ましくは型成形される。従つて、
コア１１の半径方向内方部分は外周部分よりも薄いから
リボン２０は放射状に巻付けられた時に本質的には相互
に平行な両外面１２を作ることになる。勿論、本質的に
は平行な放射状に巻付けられたリボン面をリボン層の数
、リボンの厚さ及び類似因子に応じて作るようにコアの
テーパを計算するのは本技術分野に精通せる人々の智識
の範囲内にある。第９図及び第１０図は中心孔の無いコ
アを示している。

換言すればコアは一方の外側面から反対の外側面まで中
実でありかつ円板の中心に於いて遭遇する重ね巻付け厚
さに適合するようにテーパをつけられている。第９図に
示されているように、直径方向巻付け法は一部重ね掛け
が１０％から約９０％まで変わる場合に利用されること
ができる。第７図で示すのと同様に再びテーパの程度は
３６０７全部が巻付けられたらまたは３６００全部が幾
らでも多層に巻付けられたら、本質的に平行な相反する
両面が第１０図に示されているように得られるように計
算されることができる。第１１図には他の実施例が示さ
れており、同実施例には弦状巻付け方法即ち弦状巻付け
態様が結合剤を透浸されても構わない熱分解された炭素
リボンを環状ブレーキ円板コアに巻付けるのに利用され
ている。

第１１図に示されているように、表面に結合剤を有する
リボンがブレーキ円板コアの点１に始まつて点２まで巻
かれることができる。それから同リボンはブレーキ円板
の反対側の点３までかつ次いで点４まで巻かれることが
できる。この方法はブレーキ円板が完全に巻付けられる
まで諸巻付けが約１０％から約９０％まで相互に重ね掛
けられるように繰返される。第１２図はブレーキ円板が
リボンを巻付けられる更に他の実施例を示している。

この方法は、交互の巻付けが如何なる角度に於いても先
行巻付けに対して正確に９００にされて十字交差模様が
得られるようにされる点を除けば第２図と非常によく似
ている。外層１５が何れかの前記態様にまたは如何なる
態様でもその他の態様にコアに巻付けられかつ熱分解さ
れた後に、両リボン面は相互に平行になるまで機械加工
される。

同様に、もしもコアが最初にキーみぞを有しているなら
ば、残余のみぞは熱分解後に、機械加工されて、所望さ
れる如何なるテーパ及び深さにでもされる。もしも円板
がキーみぞを全然欠いているならば、キーみぞは如何な
る在来方法に従つて機械加工されても構わない。本発明
による炭素ブレーキ円板は極めて軽い主来戦闘機に適す
ると同時にブレーキの必要なその他の用途にも適してい
る。例えば、第９図及び第１０図の実施例は工業用途に
交互鋼製円板と組合せて利用されても構わない。本発明
の炭素ブレーキ円板が利用されることのできる工業用途
のその他の実例としてはフライホイール、クレーン及び
類似装置の如き大形装置を停めるための様々な場合があ
る。更にその他の実例としては大形土エトラック、自動
車、バスの如き運搬車、並びにトラツクブレーキ及び類
似装置に使用されることがある。そのほかに、本発明の
ブレーキは航空母艦上のカタパルトを停めるために利用
されても構わない。勿論、環状のブレーキ円板は、ピス
トンが作動させられたら諸ブレーキ円板が相互に圧接さ
れかつ従つて制動力を発揮するように諸ブレーキ円板が
重ね合わされかつ金属フレーム内などに保持されても構
わない如き工業用途に利用されても構わない。そのほか
に、本発明は摩滅したブレーキ円板が所望される厚さに
機械加工され、結合剤含有りホン２０を含付けられかつ
次いで既述態様に熱分解される必要しかない点で摩滅ブ
レーキ円板の容易に再研削されるのを可能ならしめる。
特許法に従つて、本発明の好適実施例しか以上に詳しく
図示説明されていないけれど瞥岬解されるべきは本発明
がそれらの好適実施例に限定されずに前掲特許請求の範
囲によつて定義されることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は放射方向に巻付けられたリボンを有するブレー
キ円板コアの透視図、第２図は平行に巻付けられた炭素
含有リボンを有するブレーキ円板コアの平面図、第３図
は第１図と同様であるが、キーみぞを有しかつ炭素含有
りホンを放射方向に巻付けられて有するブレーキ円板コ
アを示す透視図、第４図は第１図の線４−４に於ける断
面図、第５図は第２図の線５−５に於ける断面図、第６
図は第３図のキーみぞを通る線６−６に於ける断面図、
第７図はリボンを巻付けられた完成コアが相平行する両
面を有しかつ第４図及び第６図に於ける如き洋なし形に
されないようにテーパを付けられたブレーキ円板コアの
断面図、第８図は第１図と同様であるが炭素含有リボン
の放射方向巻付けの完了したコアを示す透視図、第９図
は炭素含有リボンを直径方向に巻付けられた中実ブレー
キ円板、即ち中心孔の無いブレーキ円板の平面図、第１
０図は第９図に示されている如き態様にリボンを完全に
巻付けられたブレーキ円板の断面図、第１１図は弦状に
巻付けられた炭素含有リボンを有するブレーキ円板コア
の平面図、そして第１２図は十字交差状に巻付けられた
炭素含有リボンを有するブレーキ円板コアの平面図であ
る。 １０：ブレーキ円板、１１：ブレーキ円板コア、１５：
外層、２０：炭素含有リボン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円板コアを有するブレーキ円板のコアを製造し、熱
   分解され連続した同じ巾を有する炭素含有リボンに結合
   剤を透浸し、前記コアの前記円板コアの面のまわりに完
   全に前記の熱分解された炭素含有リボンをつぎつぎに重
   ね合せ連続的に巻付けて外層を形成し、かつ前記結合剤
   を熱分解して環状に補強された一体ブレーキ円板を形成
   する諸工程を包含する、環状に補強された一体ブレーキ
   円板を製造する方法。 ２ 前記ブレーキ円板コアは炭素・炭素複合・炭素・黒
   鉛複合、黒鉛・黒鉛複合、バルク炭素、バルク黒鉛及び
   それらの組合せを含む部類から選択された化合物から作
   られる、特許請求の範囲第１項記載の環状に補強された
   一体ブレーキ円板を製造する方法。 ３ 前記リボンを前記コアに放射状に巻付ける工程を包
   含する、特許請求の範囲第２項記載の環状に補強された
   一体ブレーキ円板を製造する方法。 ４ 前記リボンを前記コアに弦状に巻付ける工程を包含
   する、特許請求の範囲第２項記載の環状に補強された一
   体ブレーキ円板を製造する方法。 ５ 前記リボンを前記コアに互に直角に交差する十字形
   状に巻付ける工程を包含する、特許請求の範囲第２項記
   載の環状に補強された一体ブレーキ円板を製造する方法
   。 ６ 前記コアは該コアの中心に近づくにしたがつて厚さ
   が減少するテーパーが形成される、特許請求の範囲第２
   項記載の環状に補強された一体ブレーキ円板を製造する
   方法。 ７ 前記結合剤が石油ピッチ、フラン樹脂、フェノール
   樹脂及びコールタールピッチを含む部類から選択される
   、特許請求の範囲第２項記載の環状に補強された一体ブ
   レーキ円板を製造する方法。 ８ 前記の熱分解された炭素含有リボンを繊維から作る
   工程を包含し、前記繊維がレーヨン、ポリアクリロニト
   リル、羊毛、石油ピッチ及びコールタールピッチを含む
   部類から選択される、特許請求の範囲第７項記載の環状
   に補強された一体ブレーキ円板を製造する方法。 ９ 前記コアは該コアの中心に近づくにしたがつて厚さ
   が減少するテーパーが形成される、特許請求の範囲第８
   項記載の環状に補強された一体ブレーキ円板を製造する
   方法。 １０ 前記円板コアは内周面並びに外周面を有し、前記
   リボンが前記内、外周面のまわりに完全に巻付けられて
   いる、特許請求の範囲第９項記載の環状に補強された一
   体ブレーキ円板を製造する方法。