TWI615560B - 來令片結構 - Google Patents

Description

來令片結構

本發明係有關於一種煞車零件，尤指一種來令片結構。

來令片也被稱為煞車片，在汽機車甚至自行車的煞車系統中，其係為最重要的安全零件，有關於煞車效果的好壞，來令片有著決定性的關鍵作用。煞車的工作原理主要來自於摩擦。來令片固定於隨車輪旋轉的煞車鼓(或煞車盤)之兩側，而來令片受到外側的壓力向內擠壓，使來令片上之摩擦塊緊迫抵接與煞車鼓(或煞車盤)之兩側，再由輪胎與地面的摩擦，而將車輛行進的動能被轉換成摩擦熱後，而將車輛停止。

而來令片被分為摩擦塊與底板，其中摩擦塊是被外側加壓推動緊迫抵接於煞車盤上的摩擦材料，由於摩擦作用，摩擦塊會逐漸被磨損，而最後消耗完後，就會接近於無煞車作用，安全性上相當令人堪憂。而且摩擦塊消耗完後，底板與煞車盤就會直接接觸，最終會損壞煞車鼓(或煞車盤)，而煞車盤的修理費用是十分昂貴的。

一般來說，對來令片的基本要求主要有耐磨損、摩擦係數大、優良的隔熱性能。而按照來令片的制動方式可分爲鼓式制動來令片和盤式制動來令片兩種。而按照材料來區分來令片則可分爲石棉型、半金屬型、無石棉有機物型（即NAO型）刹車片等三種。

承上所述，最初開始石棉就已經被用作刹車片的加固材料，由於石棉纖維具有高強度和耐高溫的特性，因此可以滿足刹車片及離合器盤和襯墊的要求。這種纖維具有較強的抗張能力，甚至可以同高級鋼材相匹配，並且可以承受316℃的高溫。更重要的是石棉相對廉價。但是，石棉型刹車片還存在著另一個重要問題。由於石棉是絕熱的，其導熱能力特別差，通常反復使用制動器會使熱量在刹車片中堆積起來，刹車片變熱後，它的制動性能就要發生改變，要産生同樣的摩擦和制動力會需要更多的踩刹車次數，這種現象被稱爲制動萎縮，如果刹車片達到一定的熱度，將導致制動失靈。所以後來才漸漸由半金屬混合物型和無石棉有機物型（NAO）的來令片等等所取代。除了上述更換更有利於散熱的摩擦材料之外，發明人還針對於底座之散熱結構作相對應之改良。

針對於習知來令片之缺點進行改良，本發明提供一種來令片結構，其能夠進一步加強來令片結構之散熱效果，以解決習知技術之缺點。

本發明之一目的，在於提供一種來令片結構，其具有良好的散熱效果。

本發明之一目的，在於提供一種來令片結構，其降低來令片重量與材料成本。

本發明提供一種來令片結構，其包含一鋁件、一鋁銅共晶結構層、一銅件與一摩擦塊；該鋁件具有一第一鋁面與相對於該第一鋁面之一第二鋁面，該第二鋁面具有複數個散熱鰭片，該鋁銅共晶結構層具有一第一共晶結構面與相對於該第一共晶結構面之一第二共晶結構面，該第一共晶結構面對應於該第一鋁面，該銅件具有一第一銅面與相對於該第一銅面之一第二銅面，該第一銅面對應於該第二共晶結構面，該摩擦塊固設於該第二銅面。

本發明之一實施例，在於揭露該第二銅面具有至少一凸塊，該摩擦塊具有至少一凹槽，該至少一凸塊嵌合於該至少一凹槽。

本發明之一實施例，在於揭露該銅鋁共晶結構層之厚度約為10μm到200μm。

本發明之一實施例，在於揭露該銅鋁共晶結構層之導熱係數介於該鋁件之導熱係數與該銅件之導熱係數之間。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

請參閱第一圖至第三圖，其為本發明之來令片結構之第一實施例之立體圖、另一立體圖與側視圖。如圖所示，本實施例為一種來令片結構1，其主要設置於煞車盤(或煞車鼓)之兩側，該來令片結構受到兩外側的壓力而向內擠壓，使來令片緊迫抵接與煞車鼓(或煞車盤)之兩側面，以減緩煞車盤(或煞車鼓)的轉動速度。再者，輪胎也會與地面互相摩擦，而將車輛行進的動能完全轉換成摩擦熱或其他能量後，而將車輛停止。而本實施例之該來令片結構1包含一鋁件10、一銅件20與一摩擦塊30。該鋁件10與該銅件20之互相接觸面更包含一銅鋁共晶結構層40。

承上所述，該鋁件10具有一第一鋁面110與一第二鋁面120。該第一鋁面110相對於該第二鋁面120。該第一鋁面110對應於該銅鋁共晶結構層40之該第一共晶結構面410，該第二鋁面110則具有該些個散熱鰭片130。該銅鋁共晶結構層40具有一第一共晶結構面410與一第二共晶結構面420，該第一共晶結構面410相對於該第二共晶結構面420，該第一共晶結構面410對應於該鋁件10之一側。而該銅件20具有一第一銅面210與一第二銅面220，該第一銅面210相對於該第二銅面220，該第一銅面210對應於該第二共晶結構面220。該摩擦塊30固設於該第二銅面220。

於本實施例中，當行駛中的車輛欲停止時，需將該來令片結構1緊迫抵接於煞車鼓(或煞車盤)之兩側面，以減緩煞車盤(或煞車鼓)的轉動速度。而於煞車的狀況下，車輛行駛的動能會經由摩擦轉換成熱能，這些熱能會傳遞至抵接於煞車鼓(或煞車盤)之該來令片結構1以及與輪胎接觸之路面。而摩擦熱傳遞至該來令片結構1之傳遞路徑為該摩擦塊30、該銅件10、該銅鋁共晶結構層40與該鋁件20，以上述順序進行熱傳導。

承上所述，該摩擦塊30接觸於該銅件20之該第二銅面220，該摩擦塊30之熱能傳導至該銅件20。而銅導熱係數為0.092 kcal/m-s-℃，其具有高導熱性的特性。藉該銅件20之材料特性能快速將該摩擦塊30的熱能傳導出來，進而將熱能傳遞至該銅鋁共晶結構層40。該銅鋁共晶結構層40為該銅件20與該鋁件10經過互相疊合加壓，並且高溫加熱後，該銅件20之該第一銅件210與該鋁件10之該第一鋁面110之相互接觸面上形成的接合層結構。該銅鋁共晶結構層40能夠有效降低該銅件20熱傳導至該鋁件10之間的界面熱阻。最後，熱能傳遞至該鋁件10，並透過該鋁件10向外散熱。而該鋁件10具有該些個散熱鰭片130，該些個散熱鰭片130與空氣接觸的表面積大，如此能夠利用空氣對流的方式而更快的將熱能散出。

本發明係針對於習知技術之缺點進行改良，習知的來令片通常都將重點放在摩擦塊的，如何針對於摩擦塊的研發改良，而摩擦塊之材質從早期有害人體的石綿製品，而進步到現在最新的複合材質加上陶瓷科技，都是在追求煞車效率更好且更耐磨，當然愈好的材質勢需更高的價位才能取得，但是往往都對於安裝該摩擦塊的底板結構的研發與改良較少。可是良好的底板結構對於來令片結構也是相當重要的。

故，本發明針對於來令片結構之底板結構特別進行改良，其優點在於，該來令片結構1之底板主要透過該鋁件10與該銅件20之組合，並該鋁件10與該銅件20透過加壓與加熱等加工方式於兩者之接合面處形成該銅鋁共晶結構層40。該銅鋁共晶結構層40能夠降低該鋁件10與該銅件20之間的界面熱阻，使該鋁件10與該銅件20之間的熱傳導速率不會因界面孔隙或低熱傳導接合材質而影響，並且能使該鋁件10與該銅件20互相結合。利用鋁材取代部分銅材除了能夠改良該來令片結構1的重量、鋁材相對於銅材便宜、鋁材的加工較為銅材容易與銅材會產生氧化問題等等。再者，該鋁件10之材質相較於該銅件20之材質更容易進行加工，所以於該鋁件10之該第二鋁面120加工處理成該些個散熱鰭片130。如此能夠更進一步突顯本發明將該銅件20結合該鋁件10之技術優化特點。

請參閱第四圖，其為本發明之來令片結構之第二實施例之分解圖。如圖所示，本實施例與第一實施例之差異在於，本實施例之該摩擦塊30與該銅件20之間的接合方式作改良，該摩擦塊30具有至少一凹槽310，而該銅件20之該第二銅面220具有至少一凸塊230，該銅件20之至少一凸塊230嵌合於該摩擦塊30之該至少一凹槽310。

承上所述，該銅件20之至少一凸塊230嵌合於該摩擦塊30之該至少一凹槽310，使該銅件20與該摩擦塊30之間的接觸面積變大，加強該摩擦塊30與該銅件20熱傳導效率。除此之外，該至少一凸塊230嵌合於該至少一凹槽310，能更進一步的確保該銅件20與該摩擦塊30之間的結合強度。於本實施例中，該至少一凸塊230為三凸塊，而該至少一凹槽310為三凹槽，三凸塊分別嵌合於三凹槽。本實施例並未指明該至少一凸塊230與該至少一凹槽310之數量，其依使用者之需求做決定。

請參閱第五圖，其為本發明之來令片製造方法之一實施例之步驟流程圖。如圖所示，本實施例係說明該來令片結構1製作步驟，第一步驟S1為取一鋁件10與一銅件20互相壓合，此時將該鋁件10與該銅件20互相壓合之壓力遠小於固態擴散接合所需要之塑性變形壓力。再透過第二步驟S3加熱該鋁件10與該銅件20，兩者互相產生共晶反應結合。即所謂的固液擴散接合的方式，將欲互相接合之材料原子間擴散的濃度必須達到兩者的共晶比例，以及接合溫度在共晶點的溫度以上，擴散界面將快速形成熔融狀態的液化共晶層，在精確時間控制而形成適當液相層後，共晶液化的界面層冷卻固化的同時便完成兩種不同材料互相接合。本實施例係藉由該鋁件10與該銅件20之間的接觸面相互擴散而產生的共晶反應，使該鋁件10之該第一鋁面110與該銅件20之該第一銅面210熔融並擴散，於冷卻後互相接合，而形成該銅鋁共晶結構層40。該銅鋁共晶結構層40內形成AlCu、Al₂ Cu與AlCu₂ 等共晶化合物，雖然造成熱傳導率的略微降低，但是比較於一般採用直接焊接結合的方法，鋁銅液固擴散接合的熱傳導率優異許多。該銅鋁共晶結構層40具有與該鋁件10以及該銅件20相當之熱傳導係數，該銅鋁共晶結構層之熱傳導係數界於0.051kcal/m-s-℃至0.092 kcal/m-s-℃之間，即介於鋁金屬之熱傳導係數與銅金屬之熱傳導係數之間。再者，該銅鋁共晶結構層40中越靠近該第一鋁面110的熱傳導係數接近於該鋁件10，則其越靠近該第一銅面210的熱傳導係數接近於該銅件20。

請復參閱第二圖，該銅鋁共晶結構層40之加熱溫度介於攝氏548度到600度之間，而其加熱時間大約在5分到60分之間，而加熱溫度跟加熱時間的長短有關係。於本實施例中，該銅鋁共晶結構層40係以550度之溫度加熱該鋁件10與該銅件20所形成，加熱的時間大約為5分鐘。於進行加熱後，該鋁件10與該銅件20之接觸面上形成厚度約為10μm到200μm之該銅鋁共晶結構層40。而本實施例之該銅鋁共晶結構層40厚度約為10μm。

綜合上述，本發明之來令片結構，其包含一鋁件、一銅件與一摩擦塊。將該銅件與該鋁件互相壓合，並加熱該銅件與該鋁件，使兩者互相產生共晶反應結合，而形成一銅鋁共晶結構層，該摩擦塊固設於銅件。當該摩擦塊因摩擦而產生大量的熱，其利用該銅件的高導熱特性將大量的熱傳導至該鋁件，而透過該銅鋁共晶結構層降低該銅件熱傳導至該鋁件的界面熱阻，使該鋁件與該銅件之間的熱傳導速率不會因界面孔隙或低熱傳導接合材質而影響。再者，利用該鋁件材料取代部分該銅件材料能夠減輕整體來令片重量以及材料成本。又，該銅件增設該至少一凸塊嵌合於該摩擦塊之該至少一凹槽，以增加該銅件與該摩擦塊之間的接觸面積，也可加強該銅件與該摩擦塊的結合強度。另外，該鋁件材料的後續加工較為容易，可將該鋁件材料加工成該些個散熱鰭片，以增加該來令片結構之散熱效果。

由上述可知，本發明確實已經達於突破性之結構，而具有改良之發明內容，同時又能夠達到產業上利用性與進步性，當符合專利法之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請　鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

1‧‧‧來令片結構
10‧‧‧鋁件
110‧‧‧第一鋁面
120‧‧‧第二鋁面
130‧‧‧散熱鰭片
20‧‧‧銅件
210‧‧‧第一銅面
220‧‧‧第二銅面
230‧‧‧凸塊
30‧‧‧摩擦塊
310‧‧‧凹槽
40‧‧‧銅鋁共晶結構層
410‧‧‧第一共晶結構面
420‧‧‧第二共晶結構面

第一圖：其為本發明之來令片結構之第一實施例之立體圖； 第二圖：其為本發明之來令片結構之第一實施例之另一立體圖； 第三圖：其為本發明之來令片結構之第一實施例之側視圖； 第四圖：其為本發明之來令片結構之第二實施例之分解圖；以及 第五圖：其為本發明之來令片製造方法之一實施例之步驟流程圖。

1‧‧‧來令片結構

10‧‧‧鋁件

110‧‧‧第一鋁面

120‧‧‧第二鋁面

20‧‧‧銅件

210‧‧‧第一銅面

220‧‧‧第二銅面

30‧‧‧摩擦塊

40‧‧‧銅鋁共晶結構層

410‧‧‧第一共晶結構面

420‧‧‧第二共晶結構面

Claims (5)

1. 一種來令片結構，其包含： 一鋁件，其具有一第一鋁面與相對於該第一鋁面之一第二鋁面，該第二鋁面具有複數個散熱鰭片； 一鋁銅共晶結構層，其具有一第一共晶結構面與相對於該第一共晶結構面之一第二共晶結構面，該第一共晶結構面對應於該第一鋁面； 一銅件，其具有一第一銅面與相對於該第一銅面之一第二銅面，該第一銅面對應於該第二共晶結構面；以及 一摩擦塊，其固設於該第二銅面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之來令片結構，其中該第二銅面具有至少一凸塊，該摩擦塊具有至少一凹槽，該至少一凸塊嵌合於該至少一凹槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之來令片結構，其中該銅鋁共晶結構層之厚度為10μm到200μm之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之來令片結構，其中該銅鋁共晶結構層之最佳厚度為10μm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之來令片結構，其中該銅鋁共晶結構層之導熱係數介於該鋁件之導熱係數與該銅件之導熱係數之間。