WO2007141892A1 - アルミニウム複合体、その製造方法及び装置 - Google Patents

アルミニウム複合体、その製造方法及び装置 Download PDF

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WO2007141892A1
WO2007141892A1 PCT/JP2006/320147 JP2006320147W WO2007141892A1 WO 2007141892 A1 WO2007141892 A1 WO 2007141892A1 JP 2006320147 W JP2006320147 W JP 2006320147W WO 2007141892 A1 WO2007141892 A1 WO 2007141892A1
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aluminum
bonding material
disc
ceramic mixed
resistant ceramic
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PCT/JP2006/320147
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Masamori Nishina
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Full-Chu Corporation
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    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/08—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools with one or more parts not made from powder
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    • F16D2200/0004—Materials; Production methods therefor metallic
    • F16D2200/0026—Non-ferro
    • F16D2200/003—Light metals, e.g. aluminium

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum composite having an aluminum alloy body with improved wear resistance, hardness, peel strength, and heat dissipation, a method for producing the same, and a device therefor, and in particular, it is used for a braking device of a transporter such as a flywheel.
  • the present invention relates to a method and apparatus for producing a disc brake (a disc rotor for brakes) and a disc for overnight. Background technology '' '''''''
  • disk brake rotors are excellent in heat resistance and wear resistance, and are easy to manufacture, and they are mainly made of iron and steel (FC 200, FC 250).
  • FC 200, FC 250 iron and steel
  • weight reduction has been actively performed in the field of automobiles.
  • pig iron has a large specific gravity of the material itself, and it is difficult to achieve significant weight reduction. .
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-262258 discloses a Ti A 1-based alloy which is light in weight, excellent in high-temperature wear resistance, and excellent in corrosion resistance and heat resistance, and is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-31 75 73.
  • Coating of WC-Co-based cermet or Fe-Co-based material by thermal spray method on the surface of the rotor body consisting of Ti and Ti alloy which is light weight, excellent in wear resistance, and excellent in high temperature strength and corrosion resistance Disclosed is a brake dislaying tub that has been It is done. ', ...'.
  • the aluminum 'S composite material disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 2 0 1-2 0 1 5 0 7 has a problem that cutting and grinding' forces are very difficult
  • the disk rotor for a disk brake disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 0 0 1-6 5 6 1 2 2 slides when the sliding portion of the disk rotor is sprayed and becomes hot due to frictional heat.
  • the interface peels off because the thermal expansion coefficient of the ceramic 'material of the part and the main body is different, and the surface' layer is easily cracked.
  • the disclosed T i A 1-based alloy is very expensive as the raw material and the material, and the cutting technology and the cutting and grinding process are also possible.
  • Ti base alloys such as Ti A 1 alloy and T i alloy are expensive, and there is a problem that they have poor machinability and productivity, and they are relatively inexpensive and have good machinability, productivity and heat dissipation. It is hoped that the appearance of aluminum composites (especially disc brake ports and evenings) mainly made of aluminum alloy is desired. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is to use an aluminum alloy which is relatively inexpensive and has good workability, productivity, and heat dissipation, as a main body, wear resistance, It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for an aluminum composite (particularly, discrete glass) having a bonding layer excellent in heat resistance, peel strength and the like.
  • the present invention relates to an aluminum composite, and the above-mentioned object of the present invention is achieved by forming a bonding layer consisting of a wear resistant ceramic mixed bonding material bonded by friction heat and pressure on a body made of aluminum alloy.
  • Mixed binder is powder or particles ⁇ , or the diameter of the powder or granules is a distribution of 20 to 200 m, or Abrasion resistant ceramic mixed bond by containing 1 to 30% by weight of ceramic in an alloy of 10 to 30% by weight of Ge, 3 to 30% of iron, and the balance of aluminum, 'Or the thickness of the bonding layer is 100 to 200 m.
  • the main body made of an i-m alloy is an alloy base material of an alloy or an elongated material. Is more effectively achieved.
  • the present invention also provides a disk brake port, and the above object of the present invention is to bond the wear-resistant ceramic mixed bonding material to the surfaces of both surfaces of the main body made of a disc-shaped aluminum alloy by heat and pressure.
  • the wear resistant ceramic mixed bonding material is powder or granules, so that the diameter of the powder or granules is 20 to 20 m.
  • the above-mentioned wear resistant ceramic mixed bonding material is made of an alloy of silicon ⁇ ⁇ 1 0 to 30% by weight, iron 3 to 3 0% by weight, and the balance of aluminum 1 to 3 0
  • the thickness of the bonding layer being 100 to 200 mm; or by the disk-like aluminum alloy being an aluminum alloy base or wrought material, You can reach it more effectively.
  • the present invention relates to a method for producing an aluminum composite, and the above object of the present invention is to place a powder or granular wear-resistant ceramic mixed binder on a body made of an aluminum alloy, and the above-mentioned wear resistance
  • the frictional heat and pressure based on the rotation and pressure of the pressing tool are applied to the ceramic mixed bonding material, which is achieved by forming a bonding layer of 100 to 200 m on the surface of the aluminum alloy, frictional heat is 2 8 0 ⁇ 7 0 0 ° C, the pressing force by a 5 0 ⁇ 2 5 0 kgcm 2, is more effectively achieved.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a disc brake rotor, wherein the above object of the present invention is: Abrasion-resistant ceramic mixed bonding material of particles or particles is placed on the inner surface and surface of the disk body made of disc-shaped aluminum alloy and the outer surface of the disk body, and the abrasion resistance on the surface of the inner surface and the surface of the aluminum plate.
  • the pressing tool made of cemented carbide mixed material and contacting the pressing tool while rotating the pressing tool, and pressing the pressing tool with the pressing tool
  • This is achieved by forming an annular bonding layer 3 ⁇ 4 type, and the above-mentioned wear resistant ceramic mixed bonding material is ca. 1 to 30 wt.%, Iron is 3 to 30 wt.%, And the balance is aluminum.
  • the above-mentioned wear resistant ceramic mixed bonding material is ca. 1 to 30 wt.%
  • Iron is 3 to 30 wt.%
  • the balance is aluminum.
  • containing 1 to 30% by weight of ceramic in the alloy of -um, or the pressing force is 50 to 250 kg / cm 2
  • the frictional heat is 2 8 to 7 0 (TC Is more effectively achieved.
  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a disc brake, and the above object of the present invention is to fix a rotary pressing tool having a cylindrical pressing tool and a disc-shaped disc brake opening main body. And a fixing portion having a processing clearance corresponding to the pressing tool and capable of mounting the wear resistant ceramic mixing / bonding material on the disc brake rotor main body in the processing clearance. This is achieved by making it possible to form an annular bonding layer on the disk carrier body by rotating the wear resistant ceramic mixed bonding material by pressing it with the rotary pressing tool.
  • FIG. 1 ( ⁇ ) 'to ( ⁇ ) is a schematic view for explaining the basic principle of the present invention.
  • Figures 2 ( ⁇ ) and ( ⁇ ) are a plan view and a cross-sectional view showing an example of a prototype of a disk shake overnight.
  • FIGS. 3 ( ⁇ ) and ( ⁇ ) are a plan view and a sectional view showing an example of the structure of a disc brake opening.
  • FIG. 4 is a view showing an example of usage of the disc brake rotor.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a manufacturing apparatus for forming a bonding layer on the outer surface of a disk brake body.
  • FIG. 6 is a plan view of C 1 C 1 arrow in FIG. , ⁇
  • FIG. 7 is a structural view showing a part of the manufacturing process of the disc brake rotor.
  • FIG. 8 is a cross-sectional structural view showing an example of the construction of a manufacturing process for forming a bonding layer on the entire inner surface of a disk brake body.
  • FIG. 9 is a plan view of the D-D 'arrow of FIG.
  • FIG. 10 is a structural view showing a part of the manufacturing process of the disk brake rotor.
  • Figures 11 (A) and (B) are diagrams showing the actual structure of the sliding part bonding layer of the disc brake opening. The best mode for carrying out the invention. ''.
  • the present invention does not melt the ceramic mixed bonding material on the surface of an aluminum alloy (base material) with a heat source to form a bonding layer, but a tool made of a cemented carbide material (WC sintered, bonding metal etc.) (2) Increase the temperature by frictional heat based on the sliding and pressing of the rolling tool and lower the plastic deformation resistance to reduce the plastic deformation resistance, and combine by combining the atoms. (Energize the atoms to be combined. the metal binding had fi 1 with closer 'kick) the distance capable of binding, you characterized by binding layer formed on the surface of the aluminum alloy (body).
  • Aluminum and aluminum composites with a bonding layer formed on the surface are the most desirable members especially for wear resistance, such as disc brake rotors used in vehicle braking systems and shift forks used in the bite section. It is a wolf.
  • powder or granules eg, particle size 20 to 20 m 1
  • the wear resistant ceramic mixed bonding material 2 is placed on a predetermined thickness (for example 2 mm), and placed above the wear resistant ceramic mixed bonding material 2 placed as shown in FIG. 1 (B).
  • a rotary pressing tool 3 made of cemented carbide is arranged, and as shown in FIG. 1 (C), the rotary pressing tool 3 is rotated, and a pressing force is applied in the A direction to make a space between itself and the main body 1.
  • Abrasion resistance Ceramic composite bonding material 2 is pressed.
  • Abrasion resistant ceramic mixed bonding material 2 contains 10 to 30% by weight of silicon (S i), 3 to 30% by weight of iron (F e), and the balance is an alloy of aluminum 2 M ceramic Contains 30% by weight.
  • Rotation of rotary pressing tool 3 The high temperature frictional heat is generated by the pressure and the pressure, and the friction heat and the pressure combine to cause the atoms to react with each other, and the wedge surface of the main body 1 and the wear-resistant ceramic mixed bonding material 2 become softened. Or, plastic flow (2 ') is caused, and as shown in FIG. 1 (D), the bonding layer 4 is gradually formed in the present invention 1.
  • the bonding layer 4 of a predetermined depth for example, 10 0 to 2 0 0 0 m
  • Abrasion of powder or particles 'placed on the surface of the main body 1 made of aluminum alloy' Abrasive ceramic and liquis mixed bonding material 2- is pressed with a rotary pressing tool 3 made of cemented carbide material
  • a rotary pressing tool 3 made of cemented carbide material
  • the bonding layer 4 is formed by perfect metal bonding between the main body 1 and the ceramic mixed bonding material 2, and when it is excellent in wear resistance, heat resistance, peeling strength, etc. Aluminum 5. Composite with bonding technology and bonding layer 4 which is easy to cut and grind can be produced. ⁇ No
  • Fig. 2 (A) is a plan view (one side of a rotor) showing a prototype of the disc brake rotor 10 according to the present invention
  • Fig. 2 (B) is a sectional view taken along the line A-A '.
  • ⁇ Body 1 OA has a concavo-convex portion with a circular cross section. It has a disc structure, and the central part on one side of the ata is convexly projected, and the central part on the inner side is concaved in reverse. It is recessed in the same shape, and a concentric opening 11 is provided at the center, and a bowl-shaped brake plate 12 is provided at the outer periphery of the circumference.
  • Disc brake 1 kg Main body 1 OA is a light-weight, heat-dissipating metal, aluminum alloy material (sand-type material, mold material, low-pressure material, die-casting material, etc.) or aluminum alloy wrought material An aluminum alloy such as (plate material, extruded material, forged material, etc.) can be used, and the method of manufacturing the prototype of the disc brake port 1 OA is not particularly limited.
  • Fig. 3 (A), and Fig. 3 (B), which is a cross-sectional view of Fig. 3 (A) the inner side of the disc brake rotor body 1 OA is shown.
  • Annular bonding layers 13 and 14 having no oxidized film are formed on the surface of the brake actuating plate 12 and the surface of the outer rake actuating plate 12 respectively.
  • Bonding layers 13 and 154 are disc brake rotor body 1 ′ 0 A and powder: paste or granular wear resistant ceramic, mixed bonding material 20 and rotary pressing tool 30 described later. The pressure is applied while rotating relative to each other, and the friction heat causes softening or plastic flow, and the ceramic mixed and bonded material.
  • 3 and 14 are formed in an annular shape. The width of the joint ji 3 and 14 corresponds to the size of the brake pad used in the »device. ''
  • bonding layers 13 and 14 in which an aluminum alloy and a ceramic-bonded bonding material 20 are metal-bonded are formed: Since the brake pads 17 and 16 abut on 20 and 14, abrasion resistance, hardness, heat resistance, peel strength and the like are required.
  • the structure of the disk brake 10 since the structure of the disk brake 10 is different between the outer and inner ones, it forms a 25 layer 13 which is bonded to the brake actuating plate on the peripheral edge of the front surface.
  • the structure differs between the manufacturing apparatus and the manufacturing apparatus that forms the bonding layer 14 on the brake actuating plate at the periphery of the inner surface.
  • the disk brake port manufacturing apparatus 100 for forming the bonding layer 13 at the periphery of the outer surface will be described first, and then the disk brake rotor manufacturing apparatus for forming the bonding layer 14 at the periphery of the inner surface
  • the formation order of the bonding layers 13 and 14 may be reversed.
  • hauichi The principle of forming the coupling shoe 1 3 on the surface of the plate 1 2 is the same as the principle of forming the coupling layer 1 4 on the brake plate 1 2 on the periphery of the surface.
  • the shape of the surface and the entire inner surface is the same (for example, a circular flat plate), the bonding layer can be formed on both surfaces by the device.
  • Fig. & Figure shows the cross section of the disc brake rotor manufacturing device 100 which forms the bonding layer 13 on the outer surface of the disc brake rotor body 1 OA ', C- C in Figure 5'.
  • the top view of the field of view is Fig.6. . ',
  • the rectangular plate-like base 101 is fixed to the fixed part (base) with the screws 1 0 2 to 10 5 and 5:
  • a Stair column ⁇ The bottom of the dog's guide member 1 1 0 0 is fitted.
  • Guide member 1 1 0's step shape corresponds to the disc shape of the disk 1), the main body 1 OA of the OA.
  • the disc brake rotor body 1 OA is placed on the top of the outer surface of the disc brake rotor body 1 and the opening portion 1 1 of the disc brake rotor body 1 OA is fitted on the top of the guide member 1 10
  • a cylindrical inner fixing member 1 20 0 ′ having a recess in the inside is further disposed.
  • the outer side of the main body 1 0 A Abuts on the 2 ⁇ working plate 1 of the outer side of the main body 1 0 A.
  • a small gap is formed between the outer diameter surface of the part and the guide member 1 1
  • a screw hole 1 1 1 is provided at the center of the 1 '0', from the upper side of the inner fixing member 1 2 0 Through the screws 1 2 1, the disc play drum 1 is fixed by holding the OA with the guide member 1 1 0.
  • the outer fixed member 130 having concentric circular openings at the center and forming a cylindrical processing gap 12 2 is concentrically disposed on the outer periphery of the inner fixed member 120.
  • a part (inner side) of the bottom part of the outer fixing member 130 is abutted against the outer periphery of the disc brake rotor main body 1 OA, and the outer fixing member 130 is screwed 1 31 to 1 3 4
  • the base is fixed at 01.
  • the upper part is a cylindrical mechanical support 31 connected to the drive mechanism (not shown), and the lower part is cylindrical.
  • a rotary pressing tool 30 consisting of a tool support 32 is disposed, and the rotary pressing tool 30 is rotated at a high speed by the drive mechanism and raised and lowered. And the rotary press When the tool 30 is lowered, the tool support 32 is the outer peripheral surface 1 2 3 of the inner fixing member 1 20.
  • the outer fixing member 130 have a thickness enough to be inserted into the processing gap 1 ⁇ 2 2 formed by the inner peripheral surface 1 3 5 of the opening of the tool supporting portion 3 ′ 2 When the bottom reaches the bottom part, the bottom part of the pressing tool 3.2 A 3 2 B is the disc brake port main body 1 OA
  • the outer surface of 5 is strongly pressed.
  • the pressing tool 3 2 A (bottom 3 2 B) at the lower part of the tool support part 3 2 is a direct contact part and is made of a non-abrasive cemented carbide material (WC sintered alloy etc.) 3 ⁇ 4.
  • the constituent material of the rotary pressing tool 3, 0 may be, for example, carbon steel for machine structure (S x x C) or rolled steel for general structure (S S x X X). ''
  • Fig. 6 shows the setup state for manufacturing the disc brake port 10; Only 0 is fixed, and in that state, a disc brake 1 k of the disc 1 0 1 is mounted on the guide member 1 1 0 over the guide member 1 10 Place the inner setting member 1 2 0 on it and fix it with the screw 1 2 1 1 1 and then set the outer fixing member 1 3 0
  • the ceramic mixed joint material 20 of powder or grain is placed on the surface of the disc brake rotor of the machining gap formed by the inner fixing member 120 and the outer fixing member 130. Place and stir with a stir bar etc. so as to be as uniform as possible. Ceramics
  • the 20g mixed bonding material 20 is stored in the processing clearance 122, and the ceramic mixed bonding material 20 does not leak to the outside of the clearance. There is no need to place it.
  • Ceramic mixed bonding material 20 is silicon (Si) 10 to 30% by weight, iron
  • the loading amount of the ceramic mixed bonding material 20 is not particularly limited,
  • the ceramic mixed bonding material 20 is stirred and placed so that the thickness of the bonding layers 13 and 14 is 100 to 200 m. With such a thickness, it is possible to obtain a disk brake port 10 excellent in heat resistance, wear resistance, strong peelability, hardness and the like.
  • Ceramic mixed bonding material 20 is composed of powder or granules, but mixed You may Ceramic mixed bonding material 2 By making powder into powder or granular material, it is possible to form .uniform bonding layers 1.3 and .14, and a metal set of bonding layers 13 and 14 can be easily formed. It can be changed.
  • the diameter of the powder or particles is preferably 20 to 20 zm, and if it is less than 20 m, it may be scattered. If the diameter is more than 200, it may be softened or plasticized by frictional heat. The flow takes place, and it's buzzing '.
  • the ceramic mixed bonding material 20 softens and does not melt while being softened by the frictional heat and the pressing force generated between the bottom 32 B of the pressing tool 32 A and the ceramic mixed bonding material 20 0.
  • the ceramic mixed bonding material 20 which was plastically fluidized and powder or granular, was integrated with the disc brake port and body 1 OA by metal bonding, and the disc brake 1 kilometer body 1 OA Form a toroidal bonding layer 13 on the surface (braking »surface of plate 12).
  • the frictional heat is 7 0.0. If it exceeds G, the main body melts. Further, it is preferably, the pressing force is less than 5 0 kg / cm 2 for pressing the rotating pressing tool 3 0 as the pressing force of the rotary press tool 3 0 is 5 0 ⁇ 2 5 0 kg / "cm 2 And the ceramic mixed bonding material 20 does not soften or plastically flow, and if the pressing pressure exceeds 250 kg Z cm 2 , the force required for rotation becomes large and uneconomical.
  • the tool support portion 32 of the rotary pressing tool 30 is rotated relative to the processing gap 1 22. Remove the gas contained in the processing gap 122 while inserting it while
  • an exhaust mechanism (not ⁇ ⁇ ) for degassing is provided, and this exhaust mechanism degass and places the ceramic. Mixed binder ⁇ .20 will not be discharged outside. By removing the gas, it is possible to form a uniform, high-quality bonding layer without the plastic fluidizing bonding metal partially forming non-bonding.
  • the formation of the bonding layer 14 on the inner side is performed by the disk brake manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 8 and FIG.
  • the rectangular plate-like base 201 is fixed to the fixed portion (base) by screws 2202 to 205, and an annular projection portion 206 is provided at the central portion on the base 201.
  • the bottom of the step cylindrical guide member 210 is fitted into a circular recess 201A formed in the concentric circle.
  • Guide member 2.1 The staircase shape is opposite to the outer shape of the disc brake opening main body 10 A, and the disc brake rotor main body 1 OA is on the entire surface of the guide member 210 with the entire surface facing up.
  • the opening 11 of the disc brake rotor main body 1 OA is fitted on the step 2 21 of the guide member 2 1 0 and placed on the top of the projection 2 0 6 'disc brake opening 1 main body 1 OA Further, a cylindrical inner fixing member 220 having a recess inside is disposed. The bottom of the inner fixing member 220 abuts against the inner circumferential surface of the inner surface of the main body 1 OA, and the center of the recess of the inner fixing member 220 is provided with a screw hole 212.
  • the disc brake rotor main body 10A is fixed by being pinched to the guide member 210 from the outside of the inner fixing member 220 through the screw 221 from the outside of the inner fixing member 220.
  • an outer fixing member 230 having a circular opening at the center and forming a cylindrical processing gap 222 is concentrically disposed. A part (inner side) of the bottom part of the outer fixing member 230 is abutted against the peripheral edge of the main body 10 A of the disc, and the outer fixing member 230 is screwed 2 31 to 2 3 Group in 4
  • the base unit is fixed at 200.
  • ⁇ 2 2 2 force S is set up.
  • the rotary pressing tool 0 similar to the one shown in FIG. 4 is disposed, and the rotary pressing tool 30 'is not shown.
  • the tool support 32 has a thickness that allows it to squeeze into the machining gap 22 2 2 when it is lowered and lowered by rotating at high speed by means of the mechanism,. .3 '-. When the bottom reaches the bottom of the disc, the main surface of the disc 1 OA is pressed strongly against the inner surface. No.
  • the rotary pressing tool 3.0 is raised upward, and the processing clearance formed by the inner fixing member 220 and the outer fixing member 230 is set on the disc surface of the disc gap 12.2 on the surface. Place the ceramic mixed bonding material 20 on top and stir to be as uniform as possible. Ceramic mixed bonding material 20 and mounting etc. are the same as the case of outer processing 0 '.
  • the rotational pressure tool 30 is rotated downward at a high speed to press the rotary pressure tool 30 as shown in FIG.
  • friction heat is generated by the rotation of the pressing tool 32 A and the pressing force, and the friction heat and the pressing force combine to cause the atoms to react with each other to bond to the inner disc brake rotor surface.
  • Layer 14 is formed.
  • the rotation of the rotary pressing tool is a relative rotation to the ceramic mixed bonding material (material to be bonded)
  • the aluminum alloy is 'the aluminum alloy is the main body. (Base ⁇ ⁇ ) so it is relatively inexpensive and has good heat dissipation properties', good workability and productivity, aluminum alloy
  • the powder or granular wear-resistant ceramic mixed bonding material is placed on the surface of the bearing, and it is pressed by a tool (rotary pressing tool) made of cemented carbide material etc.
  • the surface of the aluminum alloy and the wear-resistant ceramic mixed binder material are softened or plastically flowed by friction heat and pressure, and the oxide film of aluminum aged gold is broken to form a bonding layer.
  • the bonding layer is formed by perfect metal bonding with the Cu mixed material, it has excellent wear resistance, hardness, heat resistance, peel strength, etc., and bonding technology and grinding and grinding. Produces easy-to-process aluminum composites can do.
  • the peel strength is about 8 0 O N in the thermal spraying, but the present invention is improved to 1 200 O N or more.
  • the temperature is raised by friction heat based on the mass movement rotation and pressure of: True (rotational pressing member) to perform metal bonding to form a bonding layer on the surface of the aluminum alloy.
  • True rotational pressing member
  • the aluminum composite of the present invention when applied to a disk brake port of a braking device, it has a light weight that meets the request for weight reduction of the vehicle, and also has low cost, wear resistance, heat resistance, peeling. It is possible to provide a disc brake rotor excellent in strength and the like. [Example] .
  • a 12-scale disc bouguirotor 1 for cooling was manufactured as follows. '
  • the bonding layer 13 was formed on the disc brake rotor main body: L OA outer as follows. As shown in FIG. 5, the outer diameter of the inner fixing member 120 is 79 mm, and the inner diameter of the opening of the outer fixing member 130 is 105 mm. A groove with a width of 0.5 mm and a width of 10 mm was installed. The inner diameter of the tool support 32 of the ffi tool 30 is 80 mm and the outer diameter is 104 mm, and the bond material 20 is 3120% by weight, Cu 3. Weight%, 'Mgl.
  • the composition was made of a ceramic mixed bonding material containing 20 wt% of ceramic in an aluminum alloy of 5 ⁇ 4 wt% and 5 wt% of Fe: balance A 1.
  • a disc brake mouth curry book 1 OA, aluminum alloy wrought iron 2017 (duralmin).
  • the structure diagram of the bonding layer 13 formed on the sliding part is shown in Fig. 11. -0 (A). Is a 100 ⁇ tissue diagram, and (B) is a 400 ⁇ tissue diagram.

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Abstract

本発明は、アルミニウム合金で成る本体上に耐磨耗性セラミック混合結合材料を摩擦熱及び押圧力で結合して成る結合層が形成されているアルミニウム複合体、特にディスクブレーキロータである。これにより、比較的廉価で加工性や生産性、放熱性の良いアルミニウム合金を本体とし、耐摩耗性、耐熱性、剥離強度、硬さ等に優れた結合層が形成されたアルミニウム複合体を提供できる。

Description

明 細 '書 アルミニゥム複合体、 'その製造方法及び装置 · 技術分,野
本発明は、 アルミニウム合金を本体とした耐摩耗性、 硬さ、 剥離強度、 放熱性 を向上させたアルミニウム複合体、 その製造方法及び装置に関し、 特にき動車等 の輸送機の制動装置に使用されるディスクブレ一キロ一夕 （ブレーキ用'ディスク ロータ） 、 ディ.スクブ ーキロー夕の製造方法及び装置に関する。 背景技術 ' ' ' . '
従来ディスクブレーキロータは、 耐熱性ゃ耐摩耗性に優れ、 製造の容易性、. コ ストの面等^ら铸鉄製 （FC 200、 FC 250 ） が主流である。 近年自動車 の分野では軽量化が盛んに行われている。 しかし、 铸鉄は材料自体の比重が大き く、 大幅な軽量化は困難である。 . .
このため、' 従来使用している铸鉄に代えてアルミ二 ム等の軽量材料に代替す ることが幾つか提案されている。 例えば特開 2002-1 15017.号公報には、 補強材であるセラミックス繊維及びセラミックス粒子の少なくとも一方で形成さ れたプリフォームに対し、 基材であるアルミニウム合金を浸透させたアルミ ゥ ム基複合材料が示されている。 また、 特開 2001—' 65612号公報には、 デ イスクロ一夕の牢体'と摩擦材との摺動面に， 耐摩耗性材による溶射層が形成され、 溶射層が酸化物セラミックス材の溶射によって形成され、 溶射層の厚さが 0. 0 5〜1. 00mmに形成された車両用ディスクブレーキのディスク口一夕が開示 されている。
更に、 特開 2001— 262258号公報には、 軽量で高温耐摩耗性が優れ、 耐食性、 耐熱性にも優れた T i A 1基合金が開示され、 特開 2001— 31 75 73号公報には、 軽量で耐摩耗性が優れ、 高温強度、 耐食性にも優れた T i及び T i合金で成るロータ本体の表面に、 溶射法により WC— C o系サーメット又は F e— C 0系材料のコーティングが施されたブレーキ用ディスクロー夕が開示さ れている。 . ' ，. ' · .
しかしながら、 特開 2 0 0 2 - 1 1 5 0 1 7号公報に開示.されたアルミニウム ' S複合材料は、 切削及び研削'力 Ρェが非常に困難であるという問^があり、'特開 2 0 0 1 - 6 5 6 1 2号公報に開示された車両用ディスクブレーキのディスクロー タは、 ディスクロータの摺動部は溶射であるために摩擦熱で高温になったとき、 摺動部のセラミック'材と本体の熱膨張率が異なるために界面が剥離したり、 表面' 層に割れが^じ易くなるという問題がある。 ： . また、 特開, 2 0 0 1 - 2 6 2 2 5 8号公報 開示された T i A 1基合金は、 原 ， 材料が非常に高価であると共に、 溶製技術 びに切削及び研削加工が非常に困難 であるという間題があり.、 特開 2 0 0 1 - 3 1 7 5 7 3号公報に銪示されたブレ —キ用ディスク口一夕も溶製技術並びに切削及び研削加工が非常に困難であり、 原材料が非常に高価であると共に、 ディスク口一夕が摩擦熱で高温になったとき、 界面が剥離じたり、 表面層に割れが生じ易くなるという問題がある。
' 更に従来、 アルミニウム基複合材め製法として粉未冶金法、 攪拌混合法、 プリ フォーム含浸法、 铸造法等が存在しているが、 .いずれも量産性が悪く、 材料ゃ設 備投資でのコストが高く、 切削加工も容易ではないと った問題がある。 また、 ディスクブレーキロータ 0ブレーキパヅド摺動面に対するセラミ'ックス溶射の技 術とレて、 P T A (プラズマアーク） -法 E B (電子ビーム） 法、 レーザ一ビー ム法等が存在しているが、 いずれも機械的接合のために剥離強度が低く、 溶射膜 内に欠陥が発生し易ぐ、 接合効果が低いといった問題があり、 P T A法では特に 熱源 （プラズマ 生装置). が高価になる欠点がある。 . · .
また、 T i A 1合金や T i合金等の T iベース合金は高価であると共に、 加工 性や生産性が悪いという問題があり、 比較的低廉で加工性や生産性、 放熱性も良 いアルミニウム合金を主体としたアルミニウム複合体 （特にディスクブレーキ口 —夕） の出現が望まれている。 発明の開示
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、 本発明の目的は、 比較的 低廉で加工性や生産性、 放熱性の良いアルミニウム合金を本体とし、 耐摩耗性、 耐熱性、.'剥離強度等に優れた結合層を形成されたアルミニウム複合体 '(特にディ スクプレ一ギロー夕） 、 ^の製造方法及び製造装置を提供することにある。
本発明はアルミニウム複合体に関し、'本発明の上記目的は、 アルミニウム合金 で成る本体上に耐摩耗性セラミック混合結合材料を摩擦熱及び押圧力で結合して 成る結合層を形成することにより達成され、 前記耐摩耗性'セラミック.混合結合材 料が粉体又は粒体である^とにより、 或いは前記粉体又は粒体の径が 2 0〜 2 0 0 mの分布であることにより、 或いは前記耐摩耗性セラミック混合結合ネf科が ケィ素が 1 0〜3 0重量％、 鉄が 3〜3 0霉釁、％、 残部がアルミニウムの合金に セラミック 1〜3 0重量％を含むことにより、'或いは前記結合層の厚さが 1 0 0 〜2 0 0 0 mである とにより、.或いは'前記アルミ： iゥム合金で成る本体がァ ルミニゥ厶合金铸物又は 伸材である.ことにより、 より効果的に達成される。 また、 本発明はディスクブレーキ口一夕に闋し、 本発明の上記目的は、 円盤状 アルミニウム合金で成る本体両面の表面に、 耐摩耗性セラミック混合結合材料を 擦熱及び押圧力で結合して成る結合層をそれぞれ形成することにより達成され、 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料が粉体又は粒体であることにより、'或いは 前記粉体又は粒体の径が 2 0〜 2 0 0 mの分布である とにより、 或いは前記 耐摩耗性セラミック混合結合材料がケィ素^^ 1 0〜3 0重量％、 '鉄が 3〜3 0重 量％、 残部がアルミニウムの合金にセラミック 1〜3 0重 ％を含むことにより、 或いは前記結合層の厚さが 1 0 0〜2 0 0 0； mであることにより、 或いは前記 円盤状アルミニウム合金がアルミニウム合金铸物又は展伸材であることにより、 より効果的に'達 きれる。' · '
更に、 本発明はアルミニウム複合体の製造方法に関し、 本発明の上記目的は、 アルミニウム合金で成る本体上に粉体又は粒体の耐摩耗性セラミック混合結合材 料を載置し、 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料に対して押圧工具の回転及び 押圧に基づく摩擦熱及び押圧力を与え、 前記アルミニウム合金の表面に 1 0 0〜 2 0 0 0 mの結合層を形成することにより達成され、 前記摩擦熱が 2 8 0〜7 0 0 °Cであり、 前記押圧力が 5 0〜2 5 0 k g c m2であることにより、 より 効果的に達成される。
本発明はディスクブレーキロータの製造方法に関し、 本発明の上記目的は、 円 盤状アルミニウム合金で成るディスクブレ一キロー夕本体のインナ一面及びァゥ 夕一面上に 又は粒体の耐摩耗性セラミヅク混合結合材料を載置し、 前記イン' ナ一面及びァウタ一面上の耐摩耗性セラミック混合結合材料に して超硬合金材 で成る押圧工具を当接し、 前記押圧工具を回転しながら押圧し、 前記押圧工具と
5 .前記耐摩耗性セラミック混合結合材料との摩擦熱によって前記耐摩.耗性セラミツ
、 ク混合結合材料及び 記ディスクブレ一キロ一夕本体のインナー表面又'はァゥ夕' 一表面を軟化若しくは'塑性流動させ、 前記ディスクブレーキロータ本体のインナ '· —表面及びアウター表面に円環状の結合層 ¾形、成することにより達成され、 前記 耐摩耗性セラ.ミック混合結合材料がケィ辦 1 0〜 3 0重畺％、 鉄が 3〜 3 0重0 量％、 残部がアルミ-ゥムの合金にセラミック 1〜 3 0重量％を含むことにより、 或いは前記押圧力が 5 0〜 2 5 0 k g / c m2であり、 前記摩擦熱が 2 8 0〜7 0 (TCであることにより、 より効果的に達成される。
また、'本発明はディスクブレ一キロ一夕の製造装置に関し、 本発明の上記目的 は、 円筒状の押圧工具を有する回転押圧工具と、 円盤状のディスクブレーキ口一 . 夕本体を固定して前記押圧工具に対応した加工用隙間を有し、 前記加 X用隙間の 前記ディスクブレーキロータ本体上に耐摩耗性セラミ ク混合結合 ί料を載置で きる 瑋の固定部とを具備し、 前記耐摩耗性セラミック混合結合'材料を前記回転 押圧工具で押圧しながら回転することにより前記ディスク レーキロー夕本体上 に円環状の結合層を形成できるようにすることにより.達成される。
. -
' 図面の簡単な説明 ' . . . '
第 1図 （Α) '〜 （Ε ) は、 本発明の基本原理を説明するための模式図である。 第 2図 （Α) 及び （Β) は、 ディスクブレ一キロ一夕の原型例を示す平面図及 び断面図である。
第 3図 （Α) 及び （Β ) は、 ディスクブレーキ口一夕の構造例を示す平面図及 び断面図である。
第 4図は、 ディスクブレーキロータの使用形態例を示す図である。
第 5図は、 ディスクブレ一キロ一タ本体のアウター面に結合層を形成する製造 装置の構造例を示す断面構造図である。 第' 6図は、.第 5図の C一 C ' 矢視の平面図である。 , ·
第 7図は、 ディスクブレーキロータの製造工程の一部を示す構造図である。 第 8図は、 ディスクブレ一キロー夕本体のインナ一面に結合'層を形成する製造 ^置の構造例を示す断面構造図である。
第 9図は、 第 8図の D— D ' 矢視の平面図である。
第 1 0図は、 ディスクブレー^ロータの製造工程の一部を示す構造囪である。 ' 第 1 1図 （A) 及び （B ) は、 ディスクブレーキ口一夕の摺動部結合層 ©実際 の組織を示す図である。 . ノ. 、 発明を実施するための最良の形態. ' '.
本発明は、 アルミニウム合金 （基材） の表面にセラミック混合結合材料を熱源 で溶融して結合層を形成するものではなく、 超硬合金材 （WC焼.結合金等） 等で 成る工具 （0転押圧工具） の摺動及び押圧に基づく摩擦熱により温度を'上げで塑 性変形抵抗を下げ、 原子同士の反応'により結合させること （結合させようとする 原子にエネルギーを与えて.原子同士を結合できる距離に近づ'けること） で金属結 合を fi1い、 アルミニウム合金 （本体） の表面に結合層 形成することを特徴とす る。 表面に結合層を形成されたアルミ,ニゥム複合体は、 車両等め制動装置に使用 されるディスクブレーキロータ、 ミツション部に使用され'るシフトフォーク等の 特に耐摩耗性が要求される部材として最逾である。
先ず本発明の基本原理を第 1図に示して説明する。'
第 1図 （A) に未すように、 アルミニウム合金錄物 （又は展伸材） のアルミ二 ゥム合金で成る本体 1上に粉体若しくは粒体 （例えば粒径 2 0〜 2 0 0 m) の 耐摩耗性セラミック混合結合材料 2を所定の厚さ (例えば 2 mm) に載置し、 第 1図 （B ) に示すように載置された耐摩耗性セラミック混合結合材料 2の上方に 超硬合金材等で成る回転押圧工具 3を配置し、 第 1図 （C ) に示すように回転押 圧工具 3を回転すると共に、 A方向に押圧力を付加して本体 1との間の耐摩耗性 セラミツク混合結合材料 2を押圧する。 耐摩耗性セラミック混合結合材料 2はケ ィ素 （S i ) が 1 0〜3 0重量％、 鉄 （F e ) が 3〜3 0重量％、 残部がアルミ 二ゥムの合金にセラミック 1〜3 0重量％を含んでいる。 回転押圧工具 3の回転 と押圧力によ.つて高温の摩擦熱が発生し、 その摩擦熱と押圧力とが相俟づて原子 同士が反応し、 本体 1の奔面及び耐摩耗性セラミック混合結合材料 2が軟化若し . くは塑性流動 （2 ' ) させられ、 第 1図 (D ) に示すように本 ：1内に結合層 4 が徐々に形成される。 所定時間上記動作を継続することにより第 1図 （E ) に示 5 すような所定深さ （例えば 1 0 0〜2 0 0 0 m) の結合層 4が形成される。
, アルミニウム合金で成る本体 1の表面に載置されている粉体又は粒体'の 摩 ' 耗性セラミ、リ.ク混合結合材料 2-を超硬合金材で成る'回転押圧工具 3で押圧じて相 • 対回転させる,ことにより、 摺動面の摩擦熱'（2、8 0〜7 0 0 °C) と押圧力 （5 0 , 〜2 5 O k g / c m2) とで本体 1表面及 I耐摩耗性セラミック混合結合材料 20 が軟匕若しくは塑' I生流動させられ、 本体 1:表面の酸化庳膜が破壊きれて結合層 4 · が徐々に形成される。 その際、 適宜上下振動を与えるようにじても良い。 原子同 士の反応であるため、 本体 1とセラミック混合結合材料 2とが完全な金属結合を して結合層 4が形成され、 これにより耐摩耗性、 耐熱性、 剥離強度等に優れると . 共に、 結合技術並びに切削及び研削加工が容易な結合層 4を備えたアルミニウム5. 複合体を製造することができる。 · ノ
次に、 アルミニウム複合体の具体例とじて、 車両等め制動装置としてブレーキ パッドに挟持されて作用するディスクブレーキロータの構造及 製造方法、 製造 装置を説明する。 . ' ' '
. .第: 2図 （A) は本発明に係るディスクブレーキロー夕 1 0の原型を示す平面 図 （ァウタ一面） であり、 第 2図 （B) はその A— A ' 断面図である。 ディスク ' ブレ一キロ一 'タ; ^体 1 O Aは断面円形の凹凸部を有する.円盤構造であり、 ァウタ 一側の中央部が凸状に突起し、 ィンナー側の中央部が逆に凹状に同形陥没してお り、 中央部に同心円状の開口部 1 1が設けられ、 円周外縁には鍔状のブレーキ作 動板 1 2が設けられている。 ディスクブレ一キロ一夕本体 1 O Aは軽量で放熱性 の良い金属であるアルミニウム合金铸物 （砂型錡物、 金型铸物、 低圧铸物、 ダイ カスト铸物等） 、 或いはアルミニウム合金展伸材 （板材、 押し出し材、 鍛造材 等） 等のアルミニウム合金を使用することができ、 ディスクブレーキ口一夕本体 1 O Aの原型製造方法は特に限定されるものではない。
第 2図に示すディスクブレーキロータの原型に対して、 本発明に係るディスク ブレ一キロー夕 1 0は第 3図 (A) 平面図及びその B— B ' 断面図である第 3図 , . ( B ) に示すように、 ディスクブレーキロータ本体 1 O Aの.インナー.側のブレー' ' キ作動板 1 2の表面及び'アウター側のプ.レーキ作動板 1 2の表面に、 それぞれ酸 化皮膜がない円環状の結合層 1 3及び 1 4が形成されている。 結合層 1 3及び 1 5 4は、 ディスクブレ一キロータ本体 1' 0 Aと粉: ί本又は粒体の耐摩耗性セラミック 、 混合結合材料 2 0と'を後述する回転押圧工具 3 0を用いて相対回転させ'ながら押 圧し、 摩擦熱によって軟化若しくは塑性流動を起こし、 セラミック混合結 材料 . 2 0が載置されているブレーキ作動板 1 2の両'面表面に酸化皮膜のない結合層 1 3及び 1 4を円環状に形成している。 結合 j i 3及び 1 4の幅は、 制 »装置で使 10 用するブレーキパッドの大きさに対応している。 ' '
結合層 1 3及び 1 4を形成されたディスクブレーキロータ I 0を制動装置で 使用する場合には、 第 4図に示すように車輪を取り付ける車軸 1. Sにディスクブ レーキロー夕 1 0を、 インナ一を内側にして開口部 1 1に嵌合して取り付け、 ィ ンナー側結合層 1 4とァウタ一側結合層 1 3をブレーキパッド 1 6及び 1 7で同. 15. 一箇所で内外で挟持するような機構で配設し、 .ブレーキをかけるとき ブレーキ パッド 1 6及び 1 7を両側より強く締め付け.る。： の締め付けでブレーキパッド 1 6及び 1 7が結合 1 4及び 1 3上に圧接されてブレーキが作'動する。 本発明 のディスクブレ一キロ一夕 1 0は、 'アルミニウム合金とセラミック^合結合材料 2 0とが金属結合した結合層 1 3及び 1 4が形成されており、：この結合層 1 .3及 20 び 1 4上にブレ一キパッド 1 7及び 1 6が当接するため、 耐摩耗性、 硬さ、 耐熱 ' 性、 剥離強度等が要求される。
次に、 上述したディスクブレーキ口一夕 1 0を製造するための製造装置の例 を説明する。 第 3図に示すように、 ディスクブレ一キロ一夕 1 0はアウターとィ ンナ一では構造が相違しているため、 ァゥ夕一面の周縁のブレーキ作動板に結合 25 層 1 3を形成する製造装置とィンナ一面の周縁のブレーキ作動板に結合層 1 4を 形成する製造装置では構造が異なる。 ここでは先ずアウター面の周縁に結合層 1 3を形成するディスクブレーキ口一タ製造装置 1 0 0を説明し、 その後でインナ —面の周縁に結合層 1 4を形成するディスクブレーキロー夕製造装置 2 0 0を説 明するが、 結合層 1 3及び 1 4の形成順序は逆であっても良い。 また、 ァゥ夕一 面の周緣のプレーキ作動板 1 '2.に結合履 1 3を形成する原理と、 イ チ一面の周 縁のブレーキ 動板 1 2に結合層 1 4を形成する原理とは共通であり、 アウター 面とインナ一面の形状が同一' （例えば円形平盤） であれば当然^一.装置で結合層 を両面に形成することができる。
第&図は、.ディスクブレーキロータ本体 1 O Aのアウター面に結合層 1 3を形 成するディスクブレ キロー夕製造装置 1 0 0の断面構造を示しており'、 窠5図' の C— C ' ,視野の平面図が第 6図である。 .' , 矩形板状の基台 1 0 1はネジ 1 0 2〜 1 0, 5で固定部 （ベース） に固定され ： ており、 基台: L 0 1上の中心円形凹部 1 0 1 Aに階段円柱 ί(犬のガイド部材 1 1 0 の底^が嵌合されている。 ガイド部材 1 1 0の階段形状はディスクブレ^"キロー 夕本体 1 O Aのインナ一側形^と対応.しており、 ガイド部材： r 1 0にディスクブ レーキロータ本体 1 O Aがァウタ一面を上 ίこしてかつディスクブ ーキロータ本 体 1 O Aの開口部 1 1がガイド部材 1 1 0の頂部に嵌合レて載置され、 ィスク プレ一キロータ本体 1 O Aの上には更に内部に凹部を有する円筒状の内側固定部 材 1 2 0 'が配設されている。 内側固定部材 1 2. 0の底部はデ スクプレ一キロー. 夕本体 1 0 Aのアウター側の.ブレ"キ作動板' 1 2面上に当接し、 凹部内径面がデ イスクプレ一キロー夕本体 1 0 Aの中央突起部の外径面との間に若干の隙間を形 成している。 ガイド部材 1 1 0の中央部にはネジ穴 1 1 1 設けられており'、 内 側固定部材 1 2 0の上側よりネジ 1 2 1を介してディスクプレーキロー夕本体 1 O Aをガイド部材 1 1 0との挟持で固定している。
孝た、 内衡固牢部材 1 2 0の外周外側には、 中央に円形開口部を有して円筒 状の加工用隙間 1 2 2を形成する外側固定部材 1 3 0が同心円状に配設されてお り、 外側固定部材 1 3 0の底部の一部 （内側） はディスクブレーキロータ本体 1 O Aのァウタ一周縁に当接され、 外側固定部材 1 3 0はネジ 1 3 1〜1 3 4で基 台 1 0 1に固定されている。
一方、 内側固定部材 1 2 0及び外側固定部材 1 3 0の上方には、 上部が駆動機 構 （図示せず） に連結される円柱状の機械支持部 3 1で成り、 下部が円筒状のェ 具支持部 3 2で成る回転押圧工具 3 0が配設され、 回転押圧工具 3 0は駆動機構 によって高速回転されると共に昇降するようになっている。 そして、 回転押圧ェ 具 3 0が下降したときに、 工具支持部 3 2は内側固定部材 1 2 0の外周面 1 2 3
. .及び外側固定部材 1 3 0の開口部の内周面 1 3 5で形成されている加工用隙間 1 ■ 2 2に余裕をもって挿入する厚さを有じており、 工具支持部 3 '2が最下部に達し たときには、 押圧工具 3. 2 Aの底部 3 2 Bがディスクブレーキ口一タ本体 1 O A
. 5 のアウター表面を強く押圧する機構となっている。
.、 また、 工具支持部 3 2 下部の押圧工具 3 2 A (底部 3 2 B ) は直接 ¾ェす ' る部分であり、 摩耗しない超硬合金材 （WC焼結合金等) で形成されてい ¾。 回 転押圧工具 3 ,0の他部分の構成材料は、 例^ば、機械構造用炭素鋼 （S x x C ) や , 一般構造用圧延鋼材 （S S X X X ) ,で良い。 ' '
•10 なお、 第 5図及ぴ'第 6.図はディスクブレーキ口一夕 1 0を製造するためにセッ トアップした状態を示しており、 最初基台' 1 0. 1にはガイド部材 1 1 0のみが固 定されており、 その状態、でディスクブレ一キロー夕 1 0を製造す^ためのデイス クプレ一キ ri—夕本体 1 0 Aをガイド部材 1 1 0に被せて載置し、 その上に内側 囱定部材 1 2 0を載置してネジ 1' 2 1で固定し、 更に外側固定部材 1 3 0を載置
15. して位置決めしてネジ 1 3 1〜1 3 5で固定する。 ：
このような構造において、 第 5図の状態のように回転押圧：！:具 3 0を上方に上
' 昇させ、 内側固定部材 1 2 0及び外側固定部材 1 3 0で形成されている加工用隙 間 1 2 2のディスクブレーキロータ表面上に、 粉体又は粒 のセラミック混合結 台材料 2 0を載置し、 できるだけ均一となるように攪拌棒等で攪拌する。 セラミ
20 ッグ混合結合材料 2 0:は加工用隙間 1 2 2内に溜められ、 隙間の外側にはセラミ ' ック混合結合材 2 0が外部に洩れない構造であり、 必要以上の量を載置する必 要はない。 セラミック混合結合材料 2 0はケィ素 （S i ) 1 0〜3 0重量％、 鉄
( F e ) 3〜3 0重量％、 残部がアルミニウムの合金にセラミック 1〜3 0重 量％を含んでいる。 セラミック混合結合材料 2 0の載置量は特に限定されないが、
25 結合層 1 3及び 1 4の厚さが 1 0 0〜2 0 0 0 mとなるようにセラミック混合 結合材料 2 0を攪拌して載置することが好ましい。 このような厚さにすることに より、 耐熱性、 耐摩耗性、 強剥離性、 硬さ等に優れたディスクブレーキ口一夕 1 0を得ることができる。
セラミック混合結合材料 2 0は粉体若しくは粒体によって構成されるが、 混在 していても良い。 セラミック混合結合材料 2 Όを粉体又は粒体とすることにより、 .均一な結合層 1. 3及び.1 4を形成することができ、 結合層 1 3及び 1 4の金属組' ぁ容易に変更することができる。 粉体又は粒体の径は 2 0〜2 0 0 z mが好ま しく、 2 0 m未満であると飛散してしまう恐れがあり、 径が 2 0 0 を超え 5 ると摩擦熱による軟化若しくは塑性流動が起り、にくぐなる'。
、 . その後、 回転押圧'工具 3 0を下方に下降させて第 7.図に示す状態にす'ると共に、 回転押圧工具 3 Gを,高速回転 （ 1 0 0 0〜 3 0 0 0' r p m) ざせて押圧 （ 5 0〜 • 2 5 0 k g Z.c m2) する。 これにより、 回転抻圧工具 3 0の押圧工具 3 2 A , (底部 3 2 B) が載置されているセラミック混合結合材料 2 0を全接觫面で同一0 に押圧し、 その回転と押圧力によって全接触面におい T摩擦熱が発生レ、 その摩 擦熱と押圧力とが相俟って原子同士が反応し、 ァウタ一のディスクブレーキ口一 夕表面に全接触面において均一でかつ完全な結合層 1 3が形成される。
郎ち、 押生工具 3 2 Aの底部 3 2 Bとセラミック混合結合材料 2 0との間に生 じる摩擦熱と押圧力によって、 セラミック混合結合材料 2 0は軟化しつつ非溶融 5. 状態で塑性流動化し、 粉体荐しくは粒体であつたセラミック混合結合材料 2 0は 金属結合によってディスクブレーキ口一タ本,体 1 O Aと一体化し、 ディスクブレ 一キロ一タ本体 1 O Aの衾面 （ブレーキ作 »；板 1 2の表面） に円環状の結合層 1 3を形成する。 このとき、 摩擦熱が 2 8 0〜7 0 0 °Cとなるように回転押庄工具 3 0 相対回転させることが好ましい。'摩擦熱が 2 8 0 未満であるとセラ.ミツ0 ク混合結合材料 2 0が効率良く軟化せず、 塑性流動を起こさない。 そのため、 結 合層 1 3を形成す ¾ことができなくなる。 摩擦熱が 7 0.0。Gを超えた場合には、 本体が溶融する。 また、 回転押圧工具 3 0の押圧力が 5 0〜2 5 0 k g/" c m2 となるように回転押圧工具 3 0を押圧することが好ましく、 押圧力が 5 0 k g / c m2未満であるとセラミック混合結合材料 2 0が軟化若しくは塑性流動せず、5 押圧力が 2 5 0 k g Z c m2を超えてしまうと回転に要する力が大きくなつて不 経済である。
なお、 加工用隙間 1 2 2のブレーキ作動板 1 2上にセラミック混合結合材料 2 0を載置して後、 回転押圧工具 3 0の工具支持部 3 2を加工用隙間 1 2 2に相対 回転させつつ挿入しながら、 加工用隙間 1 2 2内に含まれているガスを除去する
0 工程を行う。 加工用隙間 1 2 2内にはガスを抜くための排気機構 . (囪^せず） が . 設けられており.、 この排^;機構はガスを抜き、 載置されたセラミック.混合結合材 ' 嵙.2 0を外部に排出することはない。 ガスを除去することによ 、 塑性流動化し た結合金属が部分的に未結合を生じることもなくなり、 均一で高品質な結合層を 形成することができる。
このようにしてアウターのディスクブレーキロータ表面上 結合層 1 '3が形成 されると、 回転押圧工具 3 0を第 5図に示すように上昇させる'と共に、 外 l固定 部材 1 3 0を外し、 更にネジ.1 2 1 'を緩めて内側固定部材 1 2 0を外す。 これに ， より、 アウター表面に結合層 1 3が形成さ たディスクブレ一キロ一タ本体 1 0 Aを取り出す'ことができ、 その後、.インナ:一側に結合層 1 4,を形成する。
インナ一側への結合層 1 4の形成は、 第 8図及び第 9図に示すディスクブレー キロー夕製造装置 2 0 0で行われる。
矩形板状 基台 2 0 1はネジ 2 0 2〜2 0 5で固定部 （ベース） に固 されて おり、 基台 2 0 1上の中心部には円環状の突起部 2 0 6が設けられると共に、 同 心円に形成された円形凹部 2 0 1 Aに階段円柱状のガイド部材 2 1 0の底部が嵌 合されている。 ガイド部材 2. 1 ひの階段形状はディスクブレーキ口一夕本体 1 0 Aのアウター側形状と対 Jfeしており、 ガイド部材 2 1 0にディスクブレーキロー タ本体 1 O Aがインチ一面を上にしてかつディスクブレーキロータ本体 1 O Aの 開口部 1 1がガイド部材 2 1 0の段差部 2 1 1に嵌合して突起部 2 0 6の頂部に 載置され、 'ディスクブレーキ口一夕本体 1 O Aの上には更に内部に凹部を有する 円筒状の内側固牟部材 2 2 0が配設されている。 内側固定部材 2 2 0の底部はデ イスクプレ一キロー夕本体 1 O Aのインナ一面の円周内側面に当接し、 内側固定 部材 2 2 0の凹部中央部にはネジ穴 2 1 2が設けられており、 内側固定部材 2 2 0の外側よりネジ 2 2 1を介してディスクブレーキロータ本体 1 0 Aをガイド部 材 2 1 0との挟持で固定している。
また、 内側固定部材 2 2 0の外周外側には、 中央に円形開口部を有して円筒 状の加工用隙間 2 2 2を形成する外側固定部材 2 3 0が同心円状に配設されてお り、 外側固定部材 2 3 0の底部の一部 （内側） はディスクプレ一キロ一夕本体 1 0 Aのィンナ一周縁に当接され、 外側固定部材 2 3 0はネジ 2 3 1〜 2 3 4で基
1 台 2 0 1に固定されている。 して、 内側固定部材 2 2 0の外周面 2 2 3と外側 . 固定部材 2 3 0.の開口部.の内周面 2 3 5との間に所定幅の加工用隙間 ·2 2 2力 S設 ' けられている。 'ノ '
' 一方、 内側固定部材 2 2 0及び外側固定部材 2 3 0の上方には、 第 4図で示し 5 たと同掸の回転押圧工具 0が配設され、 回転押 工具 3 0 'は図示しない駆動機構 、 . によって高速回転さ ると共に昇降し、 降卞したときに工具支持部 3 2は加工用 隙間 2 2 2に余裕をもって揷入する厚さを有しており、 工具支持部 3 2 (底部.3 ' -. Β ) が最下部に達したときにはディスクプレ キロ一夕本体 1 O Aのインナー 表面を強く押圧,する機構.となっている。 . ノ · .
0 なお、 第 8図及び第 9.図はディスクブレニキロー夕 1 0を製造するためにセッ トアップした状態を示しており、 最初基台 2 0 1にはガイド部材 2 1 0のみが固 ' 定されており、 その状態でディスクブレーキロータ 1 0を製造するためのディス クプレ一キ d—夕本体 1 0 Aをガイド部材 2 1 0に被せて突起部 2 0 6の頂部に 載置し、 その上に内側固定部材 2 2 0を載置しでネジ 2 2 1で固定し、 更に外側5. 固定部材 2 3 0を載置して^ f立置決めしてネジ 2 3 1〜 2 3 4で固定する。
このような構造において、 .回転押圧工具 3 .0を上方 上昇させ、 内側固定部材 2 2 0及び外側固定部材 2 3 0で形成されている加工用隙間 2 2 2のディスクブ レ一キロー夕表面上にセラミック混合結合材料 2 0を載置し、 できるだけ均一と なるように攪拌する。 セラミック混合結合材料 2 0や載置等は、 アウター加工の0' 場合と全ぐ同一である.。
その後、 回 te^ 圧工具 3 0を下方に下^させて第 1 0図に示す状態にすると共 に、 回転押圧工具 3 0を高速回転させて押圧する。 これにより、 押圧工具 3 2 A の回転と押圧力によつて摩擦熱が発生し、 その摩擦熱と押圧力とが相俟って原子 同士が反応し、 インナ一のディスクブレーキロー夕表面に結合層 1 4が形成され5 る。
このようにしてインナ一のディスクブレーキ口一夕表面に結合層 1 4が形成 されると、 回転押圧工具 3 0を上昇させると共に、 外側固定部材 2 3 0を外し、 更にネジ 2 2 1を緩めて内側固定部材 2 2 0を外す。 これにより、 インナー表面 に結合層 1 4が形成されたディスクブレーキロータ 1 0を取り出すことができる。 上述ではアルミニウム複合体として車両の制動装置として使用されるディスク /プレーキロ一タを説明レ.たが、 特に耐摩耗性が必要とされる車両のミッション部' におけるシフトフォーク、 油圧ポンプ等.め摺動部等にも利用できる。
■ 回転押圧工具の回転はセラミック混合結合材料 （被結 材) に対して相対回転
5 であれば良く、 回転押圧工具を回転させず、 セ、ラミック混合結合材料 （被結合 、 材） 側を回転することも.可能である。.また、 ディスクブレーキロータを製造する 場合、 アウターからインナ一に結合層を設けても、 逆の順序であっても ぃ。 結 .合層の形成部は平坦であっても、 必要に応じて、周方向に沿って円環状の溝が形成 されていても良い。 ' . ， ' ·
0 本発明のアルミ；ゥム複合体によれば、 'アルミニウム合金を本体. (基^ ί) とし ているので比較的廉価で放熱性が良く'、 加工性や生産性も良く、 アルミニウム合 金の表面に粉体又は粒体の耐摩耗性セラミック混合結合材料を載置して超硬合金 材等で成る ±具 （回転押圧工具） で押圧して相対回転させることにより、 摺動面' の摩擦熱と押圧力でアルミニウム合金の表面及び耐摩耗性セラミック混合結合材5. 料を軟化若しくは塑性流動させ、 アルミニウム令金の酸化皮膜を破壊して結合層 を形成するため、 アルミニウム合金とセラミ.ック混合^合材料とが完全な金属結 合をして結合層が形成されるため、 耐摩耗性、 硬さ、 耐熱性、 剥離強度等に優れ ると共に、 結合技術並び ίこ切削及び研削加工が容易なアルミニウム複合体を製造 することができる。 剥離強度は、 溶射では 8 0 O N位であるが、 本発明 は 1 20 0 O N以上に改善された。 '
本発明では、：^真 （回転押圧部材） の瘤動回転と押圧に基づく摩擦熱により温 度を上げて金属結合を行い、 アルミニウム合金の表面に結合層を形成するように しているので、 金属材料を加熱するための熱源を別個に設ける必要がなく、 製造 方法及び装置が簡易となる。
5 また、 本発明のアルミニウム複合体を制動装置のディスクブレーキ口一夕に適 用した場合には、 車両軽量化の要請に適合した軽量さを有すると共に、 低廉、 耐 摩耗性、 耐熱性、 剥離強度等に優れたディスクブレーキロータを提供することが できる。 [実施例] .
第 3図に示すような寒験用 1 2スケールのディスクブ ーギロータ 1ひを以 下のように製造した。 '
'先ず、 ディスクブレーキロータ本体： L OAのアウター に結合層 13を以下の 5 ようにして形成した。 第 5図に示されているように、 内側固定部材 120の外径 、 . を 79 mm、 外側固定部材 130の開口部の内径を 105 mmとし、 本例では結 合層 13の形成部に深さ 0. 5mm、 幅 10 mmの溝を設.けた。.そして、 回転押 . ffi工具 30の工具支持部 32の内径を 80mm, 外径を 104mmとし、 結合材 嵙 20は、 3120重量％、 Cu 3. ち重暈％、 'Mgl. 2重量％、 Fe 5重0 量％: 残部 A 1の ¾έ iアルミニウム合金にセラミック 20重 *%を含むセラミ ック混合結合材料とした。'また、 ディスクブレーキ口一夕本 ：1 OAは、 アルミ ニゥム合金展伸材 2017 (ジュラルミン） とした。
このような条件において、 回転押圧工具 30の工具支持音 32を加工用隙間' 122内に挿入し、 回転数.1600 r pmで回転 （底部 32 Bとセラミック混合5. 結合材料 20との相対速度は 500 m/m i n) させながら、 ディスクブレーキ ロータ本体' 10 Aへ向けて押圧しながら加工用隙間 122内のガスを抜き、 接触 面温度を 450°C 600°Cにし、 この状態を維持した。 押圧面のディスクブレ —キロ一夕本体 1 OAに対する圧力は、 230 k g/cm2であった。
..摺動部に形成された結合層 13の組織図は第 11図に示すものであり.、 -0 (A).は 100倍組織図、 （B) は 400倍組織図で ¾る。
このような方培によりブレーキパッド摺 »面に結合層'を有するディスクブレ一 キロ一夕を製造することができ、 結合材料に高 S iアルミニウム合金にセラミツ クを混合した耐摩耗性に優れた材料を使用しており、 また、 ディスクブレーキ口 一夕本体と塑性流動化により結合層を形成しているため、 ディスクブレ一キロ一5 夕本体と結合材料との間に酸化皮膜がなく、 耐摩耗性、 耐熱性、 剥離強度、 硬さ 等に優れたディスクブレーキロータを得ることができた。
4

Claims

請 求 の 範 '囲
1 . アルミニウム合金で成る本体上に to寧耗性セラミック混合結合材料を摩擦熱 及び押圧力で結合して成る結合層が形成されていること 特徴とするアルミニゥ Λ複合体。 ..
2 . 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料が粉体文は粒体である請求の範囲第 1 項に記載のアルミニウム複合体。 . '
3 . '前記粉体又は粒体の径が 2 0〜2 0 0 mの分布である請求の範囲第 2項に 記載のアルミニウム複合体。 —— '
4. 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料はケィ,素が 1 0〜3 0重量％、 鉄が 3 〜3 0重量％、 残部がアルミニウムの合金にセラミック 1〜 3 0重量％を含む請 求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれかに記載のアルミニウム複合体。
5 . 前記結合層の厚さが 1 0 0〜2 0 0 0 mである請求の範囲第 1項乃至第 4 項のいずれかに記載のアルミニウム複合体。
6 . 前記アルミニ ム合金で成る本体がアルミニウム合金鐽物又は展伸材である 請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれかに.記載のアルミニウム複合体。 '
7 . 円盤状アルミニウム合金で成る本体両面の表面に、 耐摩耗性セラミック混合 結合材料を摩擦熱及び押圧力で結合して成る結合層がそれぞれ形成されているこ とを特徴とするディスクブレーキロータ。
8 . 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料が粉体又は粒体である請求の範囲第 7 項に記載のディスクブレーキロータ。
.
9 . 前記粉体又は粒体の径が 2 0〜 2 0 0 の分布である請求の範囲第 8項に .. 記載のディスクブレーキ口一夕。 ，
1 0 . 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料はケィ素が 1 0〜 3 0重量％、 鉄が 5 3〜 3 0重量％、 残部がアルミニウムの合金にセラミック 1 〜 3 0重量 を含む 、 請求の範囲第 7項乃至第.9項のいずれかに己載のディスクブレ一キロー夕 p
. 1 1 . 前記結合層の厚さが 1 0 0〜 2 0 0 0 mである請求の範囲第 7'項乃至第 1 0項のいずれかに記載のディスクブレー,キロ一タ。
10 .
1 2 . 前記円盤状アルミニウム合金がアルミニウム,合金鎵物又は展伸材である請 求の範囲第 7項乃至第 1 1項のいずれかに記載のディスクブレーキ口一夕。
- ^ )
1 3 . アルミニウム合金で る本体上に粉体又は粒体の耐摩耗性セラミック混合 15 結合材料を載置し、 前記耐摩耗性セラミック混合結合ネオ料に対して押圧工具の回 転及び押圧'に基づく摩擦熱及び押圧力を与え、 前記アルミニウム'合金の表面に 1 0 0〜 2 0 0 0 の結合層を形成することを特徼とするアルミニウム複合体の 製造方法。
20 1 4 前記摩擦熱が 2.8 0〜 7 0 0 °Cであり、 前記押圧力が 5 0〜 2 5 0 k g Z c m2である歯求の範囲第' 1 3項に記載のアルミニウム複合体の製造方法。
1 5 . 円盤状アルミニウム合金で成るディスクブレーキロータ本体のインナ一面 及びアウター面上に粉体又は粒体の耐摩耗性セラミック混合結合材料を載置し、 25 前記ィンナ一面及びアウター面上の耐摩耗性セラミツク混合結合材料に対して超 硬合金材で成る押圧工具を当接し、 前記押圧工具を回転しながら押圧し、 前記押 圧工具と前記耐摩耗性セラミック混合結合材料との摩擦熱によつて前記耐摩耗性 セラミック混合結合材料及び前記ディスクブレーキ口一夕本体のインナー表面又 はアウター表面を軟化若しくは塑性流動させ、 前記ディスクブレーキ口一夕本体 のインナー表面及びアウター表面に円環状の結合層を形成することを特徴とする ディスクブレ一キロータの製造方法。 . ：
1 6 . 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料がケィ素 1 Q〜3 0重量％、 鉄 3 3 0重量％、 残部がアルミニウムの合金にセラミック 1〜3 0重量％を含む請 の範囲第 1 5項に 載のディスクブレ一キロー夕の製造方法。
1 7 . 前記押圧力が 5 0〜2 5 0 k gノ c m2であり、 前記摩擦熱が 2 8 0〜 0 0 °Cである請求の範 ffl第 1 5 又は第 1 ,6項に記載のディスクブレーキロー の製造方法。' " . '
1 8 . 円筒状の押圧工具を有する回転押圧工具と、 円盤状のディスクブレーキ口 —夕本体を阖定して前記押圧工具に対応した加工用隙間を有し、 前記加工用隙間 の前記ディスクブレーキロータ本体上に耐摩耗性セラミック混合結合材料を載置 できる構造の固定部とを具備し、 前記耐摩耗性セラミック混合結合材料を前記回 転押圧工具'で押圧しながら回転すること ίこより前記ディスクブレーキ口一夕本体 上に円環状の結合層を形^できるようになつていることを特徴とするディスクブ レ一キロ一夕の製造装置。 ' . 1 9 .: 前記押圧工具の底部が超硬合金材で成っている請求の範囲第 1 8項に記載 のディスクブレー ロ一夕の製造装置。 . '
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