JP2012517561A - 車両用ブレーキディスク及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、金属材料、特に鋳鉄からなるメインボディ（Ｇ）を有し、このメインボディは、硬質材料からなるコーティング（Ｂ）を施した摩擦面（Ｒ）を有している車両用ブレーキディスク（ＢＳ）に関する。
本発明に基づいて、このコーティング（Ｂ）は、カーバイド、セラミック、サーメット又は金属から形成されている。
【選択図】図１
本発明に基づいて、このコーティング（Ｂ）は、カーバイド、セラミック、サーメット又は金属から形成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、請求項１の前提部分の特徴に基づく車両用ブレーキディスクに関する。さらに、請求項１４の前提部分の特徴に基づくブレーキディスクの製造方法に関する。
文献１に説明されているように、車両用ブレーキディスク及びブレーキディスクの製造方法が従来技術から知られている。このブレーキディスクは、少なくとも１つのメインボディを有し、このメインボディは、その外部表面の少なくとも一部に、摩擦層として働く耐摩耗性の層を担持しており、接着促進層及び／又は腐食保護層としての少なくとも１つの中間層が、メインボディと少なくとも１つの耐摩耗性の外部層との間に取り付けられており、この少なくとも１つの中間層には電気メッキが施されている。
文献２では、摩擦エレメントとその製造方法が説明されている。その方法では、摩擦エレメントのメインボディが設けられ、コーティングが施される。そのコーティングは溶融合金を有し、溶着される。
文献３から、車両用ブレーキディスク及びその製造方法が知られている。このブレーキディスクは、金属材料、特に鋳鉄からなるメインボディを有し、このメインボディは、摩擦係数の高い硬質材料からなるコーティングを備えた少なくとも１つの摩擦面を有している。このメインボディは、コーティングの厚みだけ、ブレーキディスクの軸に対して平行な方向に切削される。このコーティングは、例えば、酸化アルミニウム、ダイヤモンド又はセラミック材料などからなる。
文献４では、車両用ブレーキディスク及びその製造方法が説明されている。このブレーキディスクは、少なくとも外部表面部分に、摩擦層として働く耐摩耗性の層を担持するメインボディを有し、このメインボディと少なくとも１つの耐摩耗性の外部層との間に、接着を促進する材料からなる部分を含み、接着を促進する材料からなる部分及び耐摩耗性の外部層は、少なくとも１つの傾斜層として形成され、傾斜層の組成は、層の厚さの方向に変化している。
文献５から、ブレーキ部品の装置及び製造方法が知られている。このブレーキ部品の製造方法では、リング型のブレーキ面に摩耗防止層が設けられ、この摩耗防止層は、キャリア材料の表面溶融、及びコーティング材料と融解物との混合によって形成され、キャリア材料の中に融合されている。キャリア材料の表面溶融へのエネルギー入力は、光波、アーク、プラズマ及び／又は電子ビーム、特に好ましくはレーザーによって行われ、光波による放射エネルギーとして溶融する表面に作用する。
本発明は、改良された車両用ブレーキディスク及びその製造方法を提供するという課題に基づいている。
この課題は、本発明に基づき、請求項１の特徴を備える車両用ブレーキディスクによって解決される。方法に関して、この課題は、請求項１４に記載の特徴によって解決される。
本発明の好ましい実施形態および発展形態は、従属請求項の中に示されている。
本発明に基づく車両用ブレーキディスクは、金属材料、特に鋳鉄、鋼鉄又はアルミニウム合金からなるメインボディを有し、このメインボディは、耐摩耗性の硬質材料からなるコーティングを施した摩擦面を有している。このコーティングは、カーバイドもしくは酸化物セラミックの形態による硬質材料を有する。
カーバイド又は酸化物セラミックからなる硬質材料は、耐摩耗性の改善及び良好な摩擦係数の維持に極めて有効である。この場合、カーバイド又は酸化物セラミックは、結合相又はマトリックスによって結合された状態にあり、特にＣｒ、Ｎｉ及び／又はＦｅを主成分とする合金によって形成されている。ここには、特に、Ｃｒ鋼及び／又はＣｒ／Ｎｉ鋼も含まれる。
本発明に基づく解決方法により、ブレーキディスクの大部分は価格の安い鋳鉄からなるため、低コストのブレーキディスクが製造可能である。それでもなお、コーティングによって、摩擦面が鋳鉄から形成されているブレーキディスクとしては極めて摩耗が少なくなっている。さらに、このコーティングにより、ブレーキディスクの質量削減と腐食の軽減とが達成可能となっている。
本発明に基づく解決方法により、ブレーキディスクの摩擦係数を安定化させ、制動時に生じる温度を下げることが可能となることから、いわゆるブレーキのフェージング、すなわち、オーバーヒートによるブレーキの故障を回避することができる。さらに、制動時の振動及び騒音の減少により、快適性の向上を達成することができる。本発明に基づく解決方法により、製造においては、経費のかかるブレーキディスクの表面硬化処理が省略される。
本発明の実施形態を図に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明に基づくブレーキディスクＢＳの縦断面図である。ブレーキディスクＢＳは、金属材料、例えば鋳鉄からなるメインボディＧから形成されている。その他の材料として、鋼鉄又はアルミニウムなどの軽金属合金も使用することができる。ブレーキディスクＢＳの摩擦面Ｒは、摩耗防止材料として作用する硬質材料からなるコーティングＢを有している。このコーティングＢは、硬質材料として、カーバイド及び／又は酸化物セラミックを含んでいる。この種のコーティングは、サーメット又は金属合金の材料等級にも属することができる。
コーティングの第１の実施形態では、タングステン及び／又はクロムからなるカーバイドが、ニッケル、コバルト及び／又はクロムからなる金属マトリックスの中に取り込まれる。
ＷＣ（タングステンカーバイド）の割合は、この場合、６０〜８５％の範囲にあるのが好ましい（％の表示は、特に指示がない限り、常に質量％を意味する）。
封入されたカーバイドを結合する役割は、実質的に金属マトリックスにある。金属マトリックスの割合は、好ましくは１０〜５０％の範囲であり、特に好ましいのは１５〜２５％の範囲である。
この場合、金属マトリックスには、Ｃｏ含有量の高い合金組成がきわめて重要であるため、コーティングには、特に、Ｃｏが８〜１５％、Ｃｒが２〜６％、Ｎｉが０．００１〜３％、及び必要に応じてその他の微量の金属という割合になっている。
一般的な好ましいコーティング組成は、
７０〜８５％ ＷＣ、
７〜１２％ Ｃｏ １０、
３〜５％ Ｃｒ、
０．５〜２％ Ｎｉ、及び不純物、
又は、
７５〜８５％ ＷＣ、
７〜１２％ Ｃｏ １０、
３〜５％ Ｃｒ、
０．００１〜１％ Ｎｉ、及び不純物、である。
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３〜５％ Ｃｒ、
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カーバイドからなるコーティングＢの１つの実施例は、ＷＣＣｏＣｒＮｉのうちのＷＣの割合が約８０質量パーセント、コバルトの割合が好ましくは約１０質量パーセント、クロムの割合が好ましくは約４質量パーセント、及びニッケルの割合が好ましくは約１質量パーセントである。
Ｃｒは、このコーティングの組成においては、少なくとも部分的にカーバイドとして結合状態で存在し得る。
もう１つの良好に適合する金属マトリックスは、高いＮｉ含有量によって特徴づけられる。これらのコーティングの主な成分としてＷＣとＣｒ３Ｃ２とが硬質材料としての機能を果たし、コーティングの７０〜９５％の割合を占める。
一般的な好ましいコーティング組成は、
６５〜８５％ ＷＣ、
１５〜３０％ Ｃｒ３Ｃ２
５〜１２％ Ｎｉ、及び不純物、
又は、
７０〜７５％ ＷＣ、
１８〜２２％ Ｃｒ３Ｃ２、
５〜８％ Ｎｉ、及び不純物、である。
６５〜８５％ ＷＣ、
１５〜３０％ Ｃｒ３Ｃ２
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又は、
７０〜７５％ ＷＣ、
１８〜２２％ Ｃｒ３Ｃ２、
５〜８％ Ｎｉ、及び不純物、である。
カーバイドからなるコーティングＢは、例えば、ＷＣＣｒ３Ｃ２ＮｉのうちのＷＣの割合が好ましくは約７３質量パーセント、クロムカーバイドの割合が好ましくは約２０質量パーセント、ニッケルの割合が好ましくは約７質量パーセントで形成されている。
カーバイドによるもう１つのコーティングは、クロム鋼から形成されている。ここでは、実質的にＣｒカーバイドが硬質材料として機能する。好ましい鋼は、１２〜２２質量パーセントのクロム割合を有している。好適にはＣｒ１５〜２０％である。
もう１つのコーティングＢは、酸化物セラミック、例えば酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる。酸化アルミニウムの割合は、６０〜９７質量パーセントであるのが好ましく、酸化チタン（ＴｉＯ２）の割合は、３〜４０質量パーセントであるのが好ましい。特に好ましいのは、Ａｌ２Ｏ３が５０〜６０％、ＴｉＯ２が４０〜５０％の組成である。
もう１つのコーティングは、金属マトリックスにおける酸化物セラミックからなる複合材料で、サーメットとも呼ばれる陶性合金である。金属マトリックスとしては、特にステンレスが適している。特に適しているステンレスは、Ｃｒ／Ｎｉ鋼（特に３１６Ｌまたは１．４４０４）である。セラミックの割合は、好ましくは５０〜８０質量パーセント、特に６５〜７５質量パーセントであり、金属間マトリックスは、好ましくは２０〜５０％、特に２５〜３５質量パーセントである。セラミックは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と酸化チタン（ＴｉＯ２）からなるのが好ましい。セラミックにおける酸化アルミニウムの割合は、６０〜９７質量パーセントであるのが好ましく、酸化チタン（ＴｉＯ２）の割合は、３〜４０質量パーセントであるのが好ましい。特に好ましいのは、Ａｌ２Ｏ３が５０〜６０％、ＴｉＯ２が４０〜５０％の組成である。
コーティングＢを施す前のブレーキディスクＢＳのメインボディＧの前処理、例えば、摩擦面Ｒの研磨により、メインボディＧ上に最適なコーティングＢとコーティングＢの最適な保持が実現される。
コーティング方法として、好適には、高速フレーム溶射、プラズマ溶射、コールドガススプレ又はアーク溶射が使用可能である。高速フレーム溶射は、カーバイドからなるコーティングＢの製造に特に適している。プラズマ溶射は、セラミック、サーメット又は金属からなるコーティングＢの製造に適している。金属からなるコーティングＢの製造には、コールドガススプレ及びアーク溶射も適している。
高速フレーム溶射の場合、酸素及び燃料を使用して、溶射ガンの中で化学反応を起こすことによって発生した圧力により、コーティング材料の溶射粒子が非常に速い速度でコーティングする摩擦面Ｒに塗布される。コーティング材料は、ワイヤ状又は粉末状で溶射ガンに供給可能である。
プラズマ溶射の場合、アーク及びこのアークを通過するプラズマガスによってプラズマが発生する。これによって形成されるプラズマガス流の中に、粉末状のコーティング材料が送り込まれる。このコーティング材料は、プラズマによって溶かされ、プラズマガス流によってコーティングする摩擦面Ｒに溶射される。
コールドスプレの場合、粉末状のコーティング材料は、非常に速い速度でコーティングする摩擦面Ｒの上に溶射される。そのために、比較的低めに加熱されたプロセスガスが、ラバルノズル内での膨張によって超音速まで加速され、それによってガスジェットが形成される。このガスジェットに、コーティング材料が注入される。この場合、粉末状のコーティング材料は高速まで加速されるので、その他の熱による溶射方法とは対照的に、先行して溶融されることなく、コーティングする摩擦面Ｒ上に密に堅固に付着する層を形成する。
アーク溶射の場合、ワイヤ状のコーティング材料がアークによって溶融される。これによって形成される溶射粒子は、噴射ガスによってコーティングする摩擦面Ｒの上に溶射される。
さらに、コーティングＢは、例えば、レーザー光線、電子ビーム又は誘導によっても塗布することができ、この場合、例えばコーティング材料が粉末状でコーティングする摩擦面Ｒに塗布され、レーザー光線、電子ビーム又は誘導によって溶融される。
前述のコーティング方法のプロセスパラメータを変えることにより、コーティングＢを最適化することができるため、メインボディＧに最適に付着するコーティングＢの特性を最適な状態にすることができる。すなわち、耐摩耗性かつ防食性のコーティングＢは、最適な騒音特性、振動特性及び温度特性を備えている。
ＢＳ ブレーキディスク
Ｂ コーティング
Ｇ メインボディ
Ｒ 摩擦面
Ｂ コーティング
Ｇ メインボディ
Ｒ 摩擦面
Claims (4)
- 金属材料、特に鋳鉄からなるメインボディ（Ｇ）を有し、該メインボディは、硬質材料からなるコーティング（Ｂ）を施した摩擦面（Ｒ）を有し、前記コーティング（Ｂ）がカーバイドからなる硬質材料を有している、車両用ブレーキディスクであって、
前記コーティングは、
−ＷＣ７０〜８５％、Ｃｏ７〜１２％、Ｃｒ３〜５％、Ｎｉ０．５〜２％、および不純物、
−または、ＷＣ７５〜８５％、Ｃｏ７〜１２％、Ｃｒ３〜５％、Ｎｉ０．００１〜１％、および不純物、
−または、ＷＣ６５〜８５％、Ｃｒ３Ｃ２１５〜３０％、Ｎｉ５〜１２％、および不純物、
−または、ＷＣ７０〜７５％、Ｃｒ３Ｃ２１８〜２２％、Ｎｉ５〜８％、および不純物、
によって形成されていることを特徴とするブレーキディスク（ＢＳ）。 - 金属材料からなるメインボディ（Ｇ）を有し、該メインボディは、硬質材料からなるコーティング（Ｂ）を施した摩擦面（Ｒ）を有し、前記コーティング（Ｂ）が酸化物セラミックを有している、車両用ブレーキディスクであって、
前記コーティングは、酸化チタン（ＴｉＯ２）および酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から形成され、Ａｌ２Ｏ３の含有量が６０〜９７％及びＴｉＯ２の含有量が３〜４０％であることを特徴とする車両用ブレーキディスク（ＢＳ）。 - 金属材料からなるメインボディ（Ｇ）を有し、該メインボディは、硬質材料からなるコーティング（Ｂ）を施した摩擦面（Ｒ）を有しており、前記コーティング（Ｂ）が酸化物セラミックを有している、車両用ブレーキディスクであって、
前記コーティングは、５０〜８０％を占める酸化物セラミックと２０〜５０％を占める金属マトリックスとからなる複合材料であり、
前記セラミックは、６０〜９７％を占めるＡｌ２Ｏ３と３〜４０％を占めるＴｉＯ２とによって形成され、前記金属マトリックスは、Ｃｒ／Ｎｉ鋼から形成されていることを特徴とする、車両用ブレーキディスク（ＢＳ）。 - 前記コーティング（Ｂ）が、金属材料からなるメインボディ（Ｇ）の摩擦面（Ｒ）上に、高速フレーム溶射、プラズマ溶射、コールドガススプレ又はアーク溶射によって塗布されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のブレーキディスク（ＢＳ）の製造方法。
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