Brevet FR2829817A1 — publié le 20030321

PISTON POUR FREIN À DISQUE La présente invention concerne un piston pour frein à disque. Un frein à disque est un dispositif de freinage utilisé sur divers types de véhicules. Un tel dispositif 10 (figure 1) comprend des plaquettes 12 et 14 de frein et un disque 16 solidaire d'une roue à freiner, ces plaquettes 12 et 14 étant destinées à s'appliquer contre les faces du disque 16 pour s'opposer au mouvement de ce dernier et ainsi freiner la roue solidaire du disque. Pour effectuer le serrage des plaquettes contre le disque, on fait appel à un piston 18 coulissant dans un étrier 22 le long d'une zone de coulissement 20. La plaquette 14 étant solidaire du piston 18, le déplacement de ce dernier vers le disque 16 amène cette plaquette au contact de ce disque pour effectuer le freinage désiré. Le déplacement du piston 18 vers le disque 16 est commandé au moyen d'un liquide 24 de frein compris dans un circuit 26. La partie arrière 25 du piston 18 est disposée dans ce circuit 26 et est directement en contact avec le liquide 24. Le piston 18 étant libre de coulisser par rapport à l'étrier 22 suivant un axe 27, la pression du liquide 24 de frein dans le circuit 26 peut exercer une force suffisante sur ce piston 18 pour que ce dernier soit amené à se déplacer vers le disque 16. Lorsque la plaquette 14 entre en contact avec le disque 16, l'action du disque 16 sur la plaquette 14 entraîne un déplacement de l'étrier 22 qui amène la plaquette 12 au contact du disque 16. Cette situation est représentée sur la figure 2. En contrôlant la pression du liquide 24 de freinage dans le circuit 26, on contrôle la force de serrage exercée par les plaquettes 14 et 12 sur le disque 16. Corrélativement, des fuites incontrôlées de liquide 24 pourraient diminuer dangereusement la capacité de freinage du dispositif. Pour éviter ces fuites, un joint 28 torique est disposé à la périphérie du piston 18. Outre cette fonction d'étanchéité, ce joint 28 a une fonction de"rappel"des pistons lorsque le frein à disque n'est plus sollicité, c'est-à-dire lorsque le piston 16 n'est pas déplacé par la pression du liquide 24 de frein. Cette force de rappel éloignant le piston 18 du disque 16 est obtenue par une déformation élastique du joint 28 lorsque le piston 18 est déplacé vers le disque 16. Des capuchons 29 installés à la surface du piston 18 assurent l'étanchéité de la zone de coulissement 20 de l'étrier 22 vis-à-vis de poussières ou d'autres éléments extérieurs pouvant altérer les coulissements de ce piston. Le piston 18 est un élément central dans le dispositif 10 de freinage. Il doit supporter diverses contraintes mécaniques telles que des vibrations ou des chocs transmis, par exemple, par la plaquette de frein 14 et/ou l'étrier 22. En outre, ce piston 18 doit résister à des variations de température importantes dues à l'échauffement de la plaquette 14 lors du frottement de cette dernière contre le disque 16. Finalement, le piston 18 doit être étanche vis-à-vis du liquide 24 de frein et permettre un maintien hermétique et résistant du joint 28 à sa surface. Pour satisfaire à ces exigences, les pistons sont généralement fabriqués en des matériaux métalliques, tel que l'acier, ou en des matériaux phénoliques associés à des fibres de verre et à un liant. En fonction du matériau constituant chaque piston, on utilise différents procédés de fabrication : Lorsque le piston est métallique, le piston est usiné à partir d'une ébauche. Une telle fabrication requiert des outils coûteux pour usiner des pièces métalliques avec la précision requise pour des pistons. Lorsque le piston est réalisé à partir de composés phénoliques, le piston est obtenu par moulage. A cet effet, un mélange de matériaux phénoliques, de fibres de verre et de liant est liquéfié puis versé dans un moule du piston. Sa solidification requiert fréquemment des paliers de refroidissement ou d'"après cuisson"de plusieurs heures. Ce procédé de fabrication par moulage permet de munir ces pistons d'une protection diminuant l'effet des élévations de température des plaquettes sur les pistons. De fait, les températures atteintes par les plaquettes, pouvant être supérieures à 200OC, sont telles que le liant présent dans le matériau des pistons se dégrade et n'assure plus la cohésion de ce matériau. Dès lors, les propriétés mécaniques de ces pistons sont altérées par ces déformations. La présente invention remédie à ces inconvénients. Elle concerne un piston de frein à disque solidaire d'une plaquette de frein qui est caractérisé en ce qu'il comporte un corps entièrement constitué en un matériau vitreux ou vitrocéramique. Un tel piston vitreux ou vitrocéramique répond à toutes les exigences mécaniques, thermiques ou d'étanchéité requises pour un piston. En outre, il est simplement obtenu par moulage sans qu'il soit nécessaire de respecter des paliers de températures d'une durée importante lors de sa fabrication. Selon un mode de réalisation, le matériau vitreux ou vitrocéramique comporte principalement de la silice. Dans une réalisation préférée, la surface du corps du piston est partiellement recouverte par une protection visant à renforcer la rigidité du piston et/ou à améliorer l'étanchéité entre ce piston et un joint posé sur cette protection. Dans ce cas, la protection peut être située à l'interface entre le piston et la plaquette de frein. Selon un mode de réalisation, la protection est métallique. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication de piston de frein à disque. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on utilise un moule et un matériau liquide principalement constitué de silice, ce liquide étant versé dans ce moule, de façon à obtenir un corps de piston entièrement vitreux ou vitrocéramique après la solidification de ce liquide dans le moule. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description faite ci-dessous, cette dernière étant effectuée à titre descriptif et non limitatif en 1 faisant référence aux dessins ci-après sur lesquels : Les figure 1 et 2, déjà décrites, représentent un dispositif pour frein à disque connu, la figure 3 représente une réalisation d'un piston vitreux conformément à l'invention, et la figure 4 représente une réalisation d'un piston vitreux pour frein à main conformément à l'invention. Un solide vitreux est un matériau dur, non cristallisé et généralement transparent qui est obtenu par solidification d'un matériau fondu. Un tel solide est généralement considéré comme fragile car il montre une très faible ductilité, c'est-à-dire une incapacité élevée à se déformer de façon élastique. Toutefois, les composés vitreux ont une résistance élevée en compression. Or les contraintes mécaniques subies par les pistons sont principalement des contraintes de compression, notamment lorsque le liquide de frein comprime le piston contre la plaquette de frein. Par ailleurs, les composés vitreux ou vitrocéramiques sont de bons isolants thermiques. L'utilisation d'un tel matériau pour constituer un piston se révèle propice à un isolement thermique du liquide de frein vis-à-vis des variations de température engendrées par les échauffements de la plaquette de frein. Les coefficients de dilatation de nombreux matériaux vitreux ou vitrocéramiques sont proches de ceux des métaux. Cette similitude permet de munir les pistons vitreux ou vitrocéramiques de protections métalliques sur leur surface sans que le maintien de cette protection sur le piston soit fragilisé par des écarts de dilatation. Finalement, les matériaux vitreux ou vitrocéramiques présentent l'étanchéité requise vis-à-vis du liquide de frein et peuvent rester au contact de ce liquide sans provoquer des fuites de ce dernier. Des pistons vitreux ou vitrocéramiques sont fabriqués de façon relativement simple par moulage. On peut utiliser de la silice (Si02) pure comme matériau de base ou de la silice (Si02) mélangée avec un ou plusieurs additifs tels que des oxydes de sodium (Na20), de la chaux (CaO), de l'alumine (Al203) et/ou de la magnésie (MgO). La fabrication d'un piston vitreux requiert seulement la liquéfaction d'une quantité suffisante de silice qui, versée dans un moule, forme un piston après solidification de cette silice liquide dans ce moule. Une telle fabrication est aisée et rapide, la solidification de la silice ne nécessitant généralement pas de paliers de refroidissement ou d'après-cuisson, contrairement au refroidissement des solutions phénoliques. Par ailleurs, de façon à améliorer les performances mécaniques des pistons vitreux, on peut introduire des additifs, tels que des matériaux céramiques, dans la composition de silice fondue utilisée lors des moulages des pistons. Le coût de fabrication des pistons vitreux ou vitrocéramiques à base de silice est réduit car ce matériau est bon marché. Un piston en matière vitreuse conforme à l'invention est représenté sur la figure 3. Ce piston 30 d'axe 32 comprend une partie antérieure 34 venant au contact d'une plaquette 36 de frein et une partie postérieure 38 venant au contact d'un liquide de frein 40. Un tel piston 30 vitreux résiste aux compressions mécaniques habituellement subies par un piston-notamment celles exercées par le liquide 40 et la plaquette 36. Grâce à la faible conductivité thermique des matériaux vitreux, il effectue une isolation thermique entre la plaquette de frein 36 et le liquide 40 du dispositif de frein à disque. Ainsi, les élévations de température de la plaquette 36 ne se répercutent pas sur le liquide de frein 40. 1 Une protection métallique 37, par exemple en acier, est représentée sur la surface du piston de façon à assurer une étanchéité accrue du dispositif de freinage vis-à-vis du liquide de frein 40. En effet, l'étanchéité entre le joint 39 et la protection métallique 37 est meilleure que l'étanchéité obtenue entre ce joint 39 et le piston. Le maintien de la protection métallique 37 sur le piston vitreux n'est pas altéré par les dilatations de ces deux éléments qui ont des coefficients de dilatation similaires. La figure 4 représente un piston 50 d'axe 52. Un tel piston 50 ne présente pas de problèmes liés à l'étanchéité puisque l'action d'une plaquette 57 de frein sur un disque s'effectue sans intervention d'un liquide de frein. Toutefois, un tel piston doit présenter une cavité 54 pour loger une partie du dispositif de freinage. Dans ce cas, des protections métalliques 56 et 58 sont disposées sur la surface de ce piston de façon à le rigidifier. Comme représenté, la protection 58 renforce la surface du piston 50 venant au contact de la plaquette 57 de frein de façon à limiter l'usure de cette partie du piston. La protection 56 renforce l'intérieur du piston 50. La présence de ces deux protections métalliques 56 et 58 prévient alors la détérioration du matériau vitreux en surface. REVENDICATIONS 1. Piston (30,50) de frein à disque agissant sur une plaquette (36,57) de frein caractérisé en ce que ce piston (30, 50) comporte un corps constitué en un matériau vitreux ou vitrocéramique. 2. Piston selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau vitreux ou vitrocéramique comporte principalement de la silice. 3. Piston selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la surface du corps du piston (30, 50) est partiellement recouverte par une protection (37, 58,56) visant à renforcer la rigidité du piston (30,50) et/ou à améliorer l'étanchéité entre ce piston (30,50) et un joint (39) posé sur cette protection (37). 4. Piston selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'une protection (37,58) est située à l'interface entre le corps du piston (30, 50) et la plaquette (36,57) de frein. 5. Piston selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que la protection (37, 58) est métallique. 6. Procédé de fabrication de piston de frein à disque caractérisé en ce qu'on utilise un moule et un matériau liquide principalement constitué de silice, ce liquide étant versé dans ce moule de façon à obtenir un corps de piston (30,50) entièrement vitreux ou vitrocéramique après la solidification de ce liquide dans le moule.