(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフランジの組立体からなる高エネルギ制動用複合材ディスクであって、中央フランジと、該中央フランジの両側面上の熱障壁と、該熱障壁の対応する一つに配置される内側面及び被覆を支持する外側面を有する基板からなる外側フランジとを連続して含んでおり、前記熱障壁が、酸化物セラミックファイバと有機結合剤との混合物からなる複合材から作られる、前記複合材ディスク。
【請求項２】
前記中央フランジが、アルミ合金又はアルミニウム系複合材から作られる、請求項１に記載の複合材ディスク。
【請求項３】
前記基板が鋼から作られ、前記被覆が、底層、及びニッケル−クロム／炭化クロムのセラミック−金属複合材からなる、請求項１に記載の複合材ディスク。
【請求項４】
前記熱障壁が、前記中央フランジの面に付着されている、請求項１に記載の複合材ディスク。
【請求項５】
前記外側フランジの各々が、前記内側面に付着させた第２の熱障壁を含んでいる、請求項１に記載の複合材ディスク。
【請求項６】
チタン酸アルミニウムからなるセラミック材で形成されたスタッドを備えるブレーキライニングと組み合わされる、請求項１に記載の複合材ディスク。
【請求項７】
前記ブレーキライニングのスタッドが、約５４％のアルミナ、約３３％の酸化チタン、約３％のケイ素、及び約２．５％の酸化マグネシウムの組成を有する、請求項６に記載の複合材ディスク。
【請求項８】
複数のフランジの組立体からなる高エネルギ制動用複合材ディスクであって、中央フランジと、該中央フランジの両側面上の熱障壁と、該熱障壁の対応する一つに配置される内側面及び被覆を支持する外側面を有する基板からなる外側フランジとを連続して含んでおり、前記熱障壁が、アルミナファイバと有機結合剤との混合物からなる複合材から作られる、前記複合材ディスク。
【請求項９】
前記中央フランジが、アルミ合金又はアルミニウム系複合材から作られる、請求項８に記載の複合材ディスク。
【請求項１０】
前記基板が鋼から作られ、前記被覆が、底層、及びニッケル−クロム／炭化クロムのセラミック−金属複合材からなる、請求項８に記載の複合材ディスク。
【請求項１１】
前記熱障壁が、前記中央フランジの面に付着されている、請求項８に記載の複合材ディスク。
【請求項１２】
前記外側フランジの各々が、前記内側面に付着させた第２の熱障壁を含んでいる、請求項８に記載の複合材ディスク。
【請求項１３】
チタン酸アルミニウムからなるセラミック材で形成されたスタッドを備えるブレーキライニングと組み合わされる、請求項８に記載の複合材ディスク。
【請求項１４】
前記ブレーキライニングのスタッドが、約５４％のアルミナ、約３３％の酸化チタン、約３％のケイ素、及び約２．５％の酸化マグネシウムの組成を有する、請求項１３に記載の複合材ディスク。
【請求項１５】
複数のフランジの組立体からなる高エネルギ制動用複合材ディスクであって、中央フランジと、該中央フランジの両側面上の熱障壁と、該熱障壁の対応する一つに配置される内側面及び被覆を支持する外側面を有する基板からなる外側フランジとを連続して含んでおり、前記熱障壁が、ジルコニアを含んでいるむくの焼結セラミック又は断熱セラミックから作られるフランジである、前記複合材ディスク。
【請求項１６】
前記中央フランジが、アルミ合金又はアルミニウム系複合材から作られる、請求項１５に記載の複合材ディスク。
【請求項１７】
前記基板が鋼から作られ、前記被覆が、底層、及びニッケル−クロム／炭化クロムのセラミック−金属複合材からなる、請求項１５に記載の複合材ディスク。
【請求項１８】
前記熱障壁が、前記中央フランジの面に付着されている、請求項１５に記載の複合材ディスク。
【請求項１９】
前記外側フランジの各々が、前記内側面に付着させた第２の熱障壁を含んでいる、請求項１５に記載の複合材ディスク。
【請求項２０】
チタン酸アルミニウムからなるセラミック材で形成されたスタッドを備えるブレーキライニングと組み合わされる、請求項１５に記載の複合材ディスク。
【請求項２１】
前記ブレーキライニングのスタッドが、約５４％のアルミナ、約３３％の酸化チタン、約３％のケイ素、及び約２．５％の酸化マグネシウムの組成を有する、請求項２０に記載の複合材ディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、摩擦材並びに制動装置におけるその利用に関するものであり、より詳細には高エネルギ制動用複合材ディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速列車の制動系を構成する摩擦材の最適化は、散逸させるエネルギレベルがきわめて高いためますます難しくなってきている。このようにきわめて進歩の早い状況下にあっては、例えば鉄−銅焼結金属製ライニングと組み合わせた大西洋高速列車（ＴＧＶ−Ａ）用制動ディスクのような従来の方法はその限界に達しており、乗客の輸送のための運行速度を３００ｋｍ／ｈに制限しているのは、一つには、現状では充分に性能が優れた制動システムを設計することができないという理由による。超高速では、摩擦ブレーキのみが列車を停止することができる。
【０００３】
現行技術による制動装置は例えば、通常車軸に取り付けた制動ディスクの使用を必要とするクランプ装置によるものである。
【０００４】
このような装置内では、ブレーキパッドがディスクそのものの両側をはさむ状態になる。
【０００５】
高速列車又は高重量車両の制動装置のいくつかの部分を構成する摩擦材の最適化は、散逸させるエネルギレベルがきわめて高いためますます難しくなってきている。これらのエネルギは速度の２乗と運動質量に比例する。
【０００６】
制動頻度が高いときも、散逸すべきエネルギが多くなる。地下鉄の場合がこれに相当する。
【０００７】
例えばＴＧＶ−Ａ用の制動ディスク及び鉄−銅焼結金属製ライニングを利用する先行技術による制動装置は、現在その限界に達している。
【０００８】
例えば、高速列車に取り付けられた先行技術による制動装置は、３００ｋｍ／ｈ程度の速度から制動が行われたとき、夫々のディスク上で１４ＭＪ程度のエネルギを散逸する。散逸可能な最大エネルギは１９ＭＪ程度である。
【０００９】
制動の分野における現在の目標は、４００ｋｍ／ｈ程度の速度から制動が行われたとき、夫々のディスク上で２５ＭＪ程度のエネルギを散逸することである。
【００１０】
セラミックブレーキは有効な代案となっている。一般的に、セラミック材は高温における比熱及び機械強度が高く、摩擦特性も良好で、種類によっては熱衝撃強度も優れている。しかしながらむくのセラミックは非常にもろく、単一材質の制動ディスクでは信頼性の高い方法を考案することはできない。反対に、セラミック被覆又はセラミックインサートという案は、信頼性の観点からもコストの点からもより現実的であると思われる。このように、熱吹き付けによってディスク上に形成されたセラミック被覆又は焼結セラミック製ライニングを備える数個の組合せフランジで構成されるディスクというような複合材実施方法の実施が可能である。この技術は当初、鉄道の分野（ＴＧＶ、頻繁停止車両．．．）で開発されたものであるが、制動形態又は、安定した摩擦係数と摩耗の少ない摩擦材とが必要とされるようなその他のあらゆる制動状態において、多量のエネルギを散逸する可能性のある他の種類の車両についても開発することが可能である。
【００１１】
制動時には排熱の問題が生じる。車輪のハブの近辺において制動によって生じる熱は、熱の影響を受け易い車輪の軸受に伝達されてはならない。集中して放出されると車輪が車軸に締め付けられてしまうことがある。セラミック又はサーメット（セラミック−金属）の被覆又はインサートは、車軸中の熱の伝導を制限することと、高温における安定した摩擦特性を確保しつつディスク／ライニング対の耐摩耗性と熱疲労強度とを向上させることとを目的とするもので、それにより新しい種類のライニングが開発された。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はまた、セラミック材を使用した高速列車用の高エネルギ制動複合材ディスクを提案することである。本発明の変形は専ら、現行技術において説明されているようないずれの場合もセラミックライニングと共に作用するディスクを対象とする。
【００１３】
本発明の別の目的は、制動ディスク内で使用できかつ、車軸内の熱の伝導を制限することが可能な摩擦材を提案することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、制動ディスク内で使用できかつ、ディスク／ライニング対の耐摩耗性を向上させることが可能な摩擦材を提案することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、制動ディスク内で使用できかつ、高温における安定した摩擦特性を確保しつつディスクの熱疲労強度を向上させることが可能な摩擦材を提案することである。
【００１６】
本明細書における「サーメット」という用語は「セラミック／金属」の略語であり、セラミック−金属複合材を意味する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各種フランジの組立を備えていることを特徴とする高エネルギ制動用複合材ディスクを対象とする。
【００１８】
本発明によれば、複合材ディスクは以下の特徴の一つを満たす。
【００１９】
ディスクが、中央フランジと前記中央フランジの両側に配設された熱障壁と面の一つに被覆を含む基板とからなる外側フランジとで構成されること。
【００２０】
中央フランジがアルミ合金又はアルミニウム系複合材からなり、及び／又は熱障壁がジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｅ）のむくの焼結セラミック又は断熱セラミックからなり及び／又は基板が鋼からなり、及び／又は組立が底層、及び／又はニッケル−クロム／炭化クロムのセラミック−金属複合材からなること。
【００２１】
熱障壁が、アルミナファイバ、又は酸化物セラミック及び有機結合剤の混合物で構成される複合材からなること。
【００２２】
中央フランジが、薄膜形成法によってその表面に実現された熱障壁を含むこと。
【００２３】
外側フランジが、薄膜形成法によってそれらの表面に実現された第２の熱障壁を含むこと。
【００２４】
本発明による高エネルギ複合材ディスクは、好ましくはチタン酸アルミニウム又はその他のセラミック材のスタッドを含むブレーキライニングと組み合わせる。
【００２５】
本発明によれば、ブレーキライニングのスタッドは主に、約５４％のアルミナと約３３％の酸化チタンと約３％のケイ素と約２．５％の酸化マグネシウムからなる。
【００２６】
小型ディスク上での高エネルギ制動シミュレーションにより、チタン酸アルミニウムのライニングとニッケル−クロム／炭化クロムサーメットが被覆されたディスクを組み合わせることは、制動時における制動係数の観点からも摩耗の観点からも有利な性能を発揮する材料対となることが明らかになった。同様に、熱障壁を挿入することにより、ディスクの厚みにおいてかなりの温度利得が生じた。
【００２７】
本発明のその他の目的、特徴及び利点は、添付図を参照しながら高エネルギ複合材ディスクの好ましい実施態様の説明を読むことにより明らかになろう。
【００２８】
【実施例】
本発明による第一の実施例は専ら「被覆（ｒｅｖｅｔｅｍｅｎｔ）」の側面のみを考慮したものであり、吹付けディスクすなわち熱吹付けにより実現された被覆を備えるディスクに関する。
【００２９】
吹付け対象素材の種類と所望の層の厚みを考慮し、更に実施方法の経済的側面を考慮の上、種々の薄膜形成技術の中から大気プラズマ吹付け（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｐｌａｓｍａ  ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｑｕｅ）方法が採用された。プラズマ吹付け方法は、プラズマジェットに固形粒子を注入し、基板に衝突する前に同粒子を溶解させ、基板に薄膜構造をもつ層を形成させるものである。
【００３０】
被覆をディスクに適合させることは、コーティングが完全に基板に密着しその機能を果たすようにするという限りにおいては容易なことではない。主な困難さは、セラミックと基板との間の化学結合の性質、セラミックの本質的脆弱性、並びに付着膜と基板との間のヤング率及び膨張係数の違いに起因する。吹付け作業中に、液状又は半液状粒子が基板の上に展開される。吹き付けられた液状粒子が基材又は既存粒子の凹凸部に侵入し、基板側に熱が伝達され、粒子の収縮により急速な冷却及び凝固が行われる。
【００３１】
プラズマ吹付けによって実現されるコーティングの場合、被膜の付着力及び粘着力は本質的に力学的なものであり、基板の調製が被膜の固定を左右する重要な段階の一つである。我々の実施の場合、吹付け前のディスクについてグレード１６のコランダムによるサンドブラスト（アルミナ酸化物、平均粒子径１ｍｍ、サンドブラスト圧６ｂａｒ、Ｒａ＝６μｍ）により適当な粗度が得られる。
【００３２】
溝加工、放電加工、レーザー法、さらには化学的酸洗いにより、さらに高い粗度を得たり表面の変更を行うことも可能であるが、酸化の危険性を制限するためこれらの処理は吹付けの数分前に実施しなければならない。
【００３３】
開発に使用される吹付け装置は図１に示されている。複合材ディスク１１は、回転手段１３により回転軸Ｙを中心として一定の速度で回転する。他方、トーチ１２はディスクから距離Ｄｔのところに設置され、一定のコーティング厚みが得られるようディスク１１の半径に応じて制御された移動速度で移動し、二方向矢印１５によって符号化されている、軸ｘに平行な往復運動を行う。残留応力を最小化するため、吹付け中は冷却手段１４により、必ず吹付けパラメータとディスク１１の冷却とを完全に制御する必要がある。
【００３４】
前述の機能を満たすため三層コーティング２１が採用された。その結果、基板２２には、ＮｉＣｒＡｌＹからなる接続層２３、熱障壁２４の役割を果たす「イットリウムを含むジルコニア−ＮｉＣｒＡｌＹ」複合層、さらには炭化クロムベースのサーメットからなる摩擦層２５が付着された。
【００３５】
三層コーティングをともなった複合材ディスク（２１）のそのような構造は例えば図２に示されている。
【００３６】
図２において提案されている構造は鋼製基板２２に関するものであり、その場合に吹付けられる粉末の組成は表１に示されている。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
あらゆる種類の鋳鉄又は鋼の基板２２にコーティングを実施することが可能である。
【００３９】
高エネルギ制動の実施例の場合、アルミニウム合金はある温度以上になると機械特性が大きく減少するという使用限界温度があるため、これを基板２２として使用することは検討に値しない。反対に実施例が、より少エネルギの制動に関するものであり、摩擦の側面（摩擦係数及び摩耗）をこの技術の中で追及するならば、アルミ合金に熱障壁を挿入する場合もしない場合もニッケル／クロム−炭化クロムサーメットの吹付けを実施することは可能である。その場合、膨張係数の違いを軽減するために適切な膨張係数を有する固定層２３を設ける必要がある。後記する第二の実施態様はアルミ合金の軽量性を活用し車軸の重量の大幅な軽量化を可能にするものである。
【００４０】
高エネルギ制動の実施例の場合、基板２２としてファイバ（炭化物又は酸化物）強化アルミニウム系複合材を使用することが可能である。これらの素材はさらに高温でもその機械特性を維持する。
【００４１】
固定底層２３はなくてはならないというものではないが、基板２２及び上部層２４に対する接着力を増加させることが可能である。固定底層２３がない場合は接着力は主に機械的なものであるが、固定底層２３がある場合には小範囲の分散部分が認められる。固定用合金は耐酸化性及び耐腐食性の高い素材であるので、制動時の加熱の際に発生するおそれのある熱酸化を制限することが可能である。この接続層によりまた、基板２２と例えば熱障壁２４のような吹付けされた第２の層との間の膨張係数の違いを最小化することも可能となる。また接続層として例えばニッケルアルミニウムのようなその他の合金を使用することも可能であるが、接続層としてより広く使用されているＭＣｒＡｌＹ（ここでＭとはニッケル又はコバルト）型の合金と比べると酸化防止の障壁効果は減少する。
【００４２】
ジルコニア系の被膜は熱伝導性が低く熱膨張係数が比較的高いため、熱障壁として産業界で最も一般的に使用されている。しかしながら制動形態における実験から、基板への良好な付着力及びより強い粘着力を示す複合被膜がより優れた信頼性をもつことが明らかにされた。すなわちジルコニアの力学的特性よりも優れた力学的特性をもちつつ熱衝撃に対する感応度が低く「熱障壁効果」がほぼ同一であるＮｉＣｒＡｌＹ−ジルコニア系「金属−セラミック」複合材のことであるが、純粋なイットリウムを含むジルコニア又はその他のあらゆる断熱性酸化物セラミック（チタン酸アルミニウム、アルミナ．．．）の使用も可能である。被膜の厚みを増加させると熱疲労に対する強度が低下することになるため、想定される制動形態に応じて熱断熱性／強度の最良の妥協点を見い出す必要がある。この見解は、目的とする制動が行われることによって発生する基本的に熱に関する応力に応じて厚みが最適化される摩擦層２５に対しても有効である。表１に示されている粒子の大きさは一例でしかない。実施例に応じて、より粒度が細かい又は粗い粉末を使用することは極めて有効となることがある。大径の粒子を使用すると残留応力率が低下し多孔性が上昇する。多孔性が高いと熱衝撃強度に対しては好都合であるが腐食要素の侵入を容易にすることになり、熱サイクルの作用により基板の腐食及び酸化が発生するため、ここでもやはり、想定される実施例に応じて最良の妥協点を見い出す必要がある。
【００４３】
コーティングの実施に関しては、大気型又はその他の形態（低圧プラズマ、大気圧プラズマ、大気及び温度制御−プラズマ）のプラズマトーチ以外にも、他の火炎熱吹付け技術（とくに超及び極超高周波ガン）さらにはレーザ法を利用することが可能である。また、種々の被膜技術を組み合わせて様々な層を実現しようとすることも可能である。極超高周波吹付けはプラズマよりも密な層を得ることが可能であり、摩耗率の低い摩擦層を得る上では有利であることがあるが、この実施方法では熱障壁層の実現が困難である。逆説的だが、付着力の点について言えば、各層間の酸化を制限し各吹付け材の特性の違いを軽減するため、連続的かつ漸進的に各層を形成させることにより（従って複数の粉末分配器が必要）最良の結果が得られる。同じ観点から見れば、諸方法を組み合わせるよりも、吹付け後処理を実施するという方法による方が好ましいと思われる。
【００４４】
特にきわめて高いエネルギを発生する制動時においては装置の寿命を改善させるため、いくらかの吹付け後処理が必要となることがある。残留応力を除去するため不活性雰囲気下で熱処理（拡散処理）を実施することにより、底層／基板の界面、及び多層コーティングの場合には各界面において拡散領域が生じ付着力を向上させることが可能である。レーザによる表面処理は、すでに付着させた被膜を再度溶融させるのに実施することが可能である。また、緻密化された層の内部に種類の異なる粒子を挿入することにより再溶融を行うことができることについても留意する必要があり、それにより表面において異なった特性（例えば摩擦係数がもっと高いとか低いといった）を得ることが可能となる。この処理により層のミクロ構造が変化しより緻密になり、残留応力がより微細になる状態を得ることができる。レーザによる表面再溶融により、表面において緻密で平滑な被膜であって、微細かつ均質なミクロ構造をもち、良好な熱力学的特性をもつ被膜を得ることが可能である。およそ１００ないし２００μｍの厚さのこの層の下部では、プラズマ吹付け後に得られたままの層が残留している。「ブラズマのみ」の層と比較した場合、同処理がもたらすものは、耐摩耗性の向上と耐熱衝撃強度の向上である。
【００４５】
また、特に層の耐熱衝撃強度を向上させるため、層の形成時にファイバ（炭化物又は酸化物）により層を強化することが可能であることについて留意する必要がある。
【００４６】
高速列車において実施するため、参考としてＴＧＶ−Ａ車両に使用されている素材Ｊｕｒｉｄ７２１型鉄−銅焼結ライニングと組み合わせた２８ＣＤＶ５−０．８鋼製小型ディスクで制動シミュレーションが行われた。コーティング（０．１ｍｍの底層＋０．５ｍｍの熱障壁＋０．５ｍｍの摩擦層）を施したディスク上で実施された同一の試験では非常に一定した摩擦係数が得られている。熱障壁を挿入することにより当然のことながらディスク内部の温度は低下するが、ライニング内部の温度は上昇し、ライニングは過酷な摩耗を示す。このように制動ディスクの最適化はライニングの最適化と切り離して考えることはできない。熱障壁付き制動ディスクはライニングへの熱移動が増加するため、新世代のライニングの開発が必要となる。セラミックは高温において一定した熱力学的特性を示し、表面にニッケル−クロム／炭化クロムサーメットが被覆されたディスクと組み合わせてチタン酸アルミニウムのライニングを使用することにより、想定速度又は出力の大小にかかわらず、常時非常に安定した摩擦係数が得られるとともに、界面で発生する熱をより公正に分布させることが可能となる。
【００４７】
焼結鉄−銅金属製の円筒形スタッドで構成されるライニングを備えた高速列車における実施を想定して、アイソスタティックプレスによりチタン酸アルミニウム製のスタッドが造られた。参考までに、スタッドの組成は基本的に、アルミナ５４％、酸化チタン３３％、ケイ素３％、酸化マグネシウム２．５％である。この化学組成は摩擦挙動を調整するため変更することができる。セラミック製スタッドは焼結金属製スタッドと比べより軽量であり、製造費もはるかに安価である。
【００４８】
また、これらの摩擦材は、現在使用されている「２８ＣＤＶ５／鉄−銅焼結ライニング」対に比べ制動時における摩耗がより少なく、またより規則的である。セラミックの場合、破片の飛散による摩耗機構に引き続いて、厚みが１ミクロン程度の非常に硬い表面層が形成される高温グレイジング現象がよく発生する。実用面の観点から見れば、グレイジングは「ニッケル−クロム／炭化クロムサーメットとチタン酸アルミニウム」対に良好な耐摩耗性と一定した摩擦係数をもたらす。
【００４９】
チタン酸アルミニウムの熱伝導率は極めて低いため、このようなライニングを使用すると、出力が同じである場合、当然のことながらディスクの表面温度は上昇する。基板と摩擦層との間に熱障壁を付加することにより表面温度はさらに若干上昇するが、熱障壁の効果により基板内部においてはより低い温度を実現することが可能である。実施例に応じて熱障壁の厚みを変えて、ディスクとライニングとの間の制動による熱を良好に分布させることが必要である。この場合の表面温度の上昇は、熱障壁が摩擦表面に非常に近い位置にあることによるものでもあることに留意する必要がある。後記する第二の実施態様はまさにこの不利な条件の解消を可能にするものである。
【００５０】
チタン酸アルミニウムの他にも、アイソスタティックプレス又はその他の方法（一軸プレス、鋳造、注入による押し出し又はモールディング）によるセラミック材は、制動形態における摩擦特性の実験を経た上であれば適当なものとなろう。
【００５１】
本技術は表面に別の金属を付着させることを内容とするものであるので、想定される摩擦ディスクの種類（ＴＧＶかそれ以外のものであるか）にかかわらず、コーティングを施しても設計理念を変更するものではない。
【００５２】
ＴＧＶ−Ａのライニングの現状のスタッドは焙焼内で焼結され、ついで金属底板に溶接されるが、金属底板そのものも支持板に溶接される。セラミック製スタッドの場合、それを固定するため溶接手段を直接使用することはもはや不可能である。
【００５３】
図３はライニング３０におけるスタッド３１の固定の可能性を示す図である。スタッド３１は焼結後、テーパ状の基板を得るために従来の方法で加工される。溝３２、３６内に設置された中心合わせ足部３３によりスタッドの回転を固定することが可能である。例えばステンレス製のリング３４は下部がテーパ面を呈している。前記リング３４はスタッド３１に組み付けられ、ついで、ライニング装着装置（図示せず）に合わせたありほぞ３７に固定された支持板３５に溶接され、スタッド３１の固定を可能にする。
【００５４】
前述の技術的貢献に加え、本技術の経済的利点も評価に値する。想定される鉄道車両あるいはその他の車両の如何にかかわらず、現状の制動ディスクはコストが比較的高い。例えばＴＧＶ−Ａ型ディスクは高弾性限界合金鋼28 CDV 5-0.8鋼であり、走路上硬度が３７０ＨＢになるよう処理が施されるため、かなりのコストがかかる。
【００５５】
本方法の経済的利点は、一つは、必要な部位のみに高価な素材を使用し全体としては中程度の特性の鋼を使用することにあり、もう一つは特殊な工具（例えばコーティングを施した工具）を用いて変質した層を除去し、そのようにして改修されたディスクに再度材料の吹付けを行うことにより、コーティングを施されたディスクが再利用できることにある。ただし摩擦層のみを除去することは難しいことと、再度全面的にコーティングを施す方が信頼性が高いことに留意すべきである。
【００５６】
本発明による第二の実施態様は、前述の如く、熱移動において第一の実施態様の技術的諸利点を組み合わせさらにはこれらを向上させることができ、摩擦ディスクの重量を顕著に軽減できるような組み合わせディスクに関する。この設計は、鋼製のむくのディスクと比べ、１ディスクあたり４０％程度の重量の軽減をもたらすものと思われる。
【００５７】
この第二の実施態様は組み付けた複数のフランジからなるディスクを考案するということを内容とする。制動にアルミ合金を使用する場合には、例えファイバ強化アルミマトリックス複合材の場合であっても力学的特性を温存させるため、必然的に適切な温度に留めておく必要がある。
【００５８】
図４に示すように、複合材ディスク（４０）は四つの部分からなる。
【００５９】
中央フランジ４１は直接車軸に接続されている。中間フランジ４２は熱障壁の役割を果たし、温度を大幅に下げ、アルミ合金製の中央ディスク４１の使用を可能にする。これら断熱フランジ４２は焼結ジルコニア製であり、従って重量が大きい。
【００６０】
従来の方法（一軸プレス、鋳造、注入さらには押し出しによるモールディング）によってつくられる類似のセラミック材（アルミナ、チタン酸化物）も適当なものとなろう。また、アルミナファイバと有機結合剤からなる混合物で構成される複合材を使用することも可能であり、この複合材は従来方法による重量のあるセラミックと同様、加工が難しくなく、セラミックと比較した場合、同等の耐熱衝撃強度と熱力学的特性をもちつつ熱伝導率ははるかに低い。
【００６１】
外側フランジ４３は一つの面にコーティングが施された鋼製の基板４４と、場合によっては底層に付着されるニッケル−クロム／炭化クロムサーメット４５からなる。この外側フランジ４３はチタン酸アルミニウム製のライニング（図示せず）と組み合わせることにより、第一の実施態様に記載されている摩擦特性上の利点（摩擦係数の安定性、軽微で規則的な摩耗、摩擦係数の値の調整が可能なこと）の恩恵をうけることが可能である。
【００６２】
界面からもっと遠くに熱障壁を配設することにより、第一の実施態様と比較して、摩擦面の温度上昇を制限することができ、その結果拮抗する素材の摩耗を制限することができる。中間フランジ４２及びコーティングが施されていない外側フランジ４３の厚みは、目的とする制動の実施例に応じて最適化する必要がある。要は、摩擦面における温度を最低限に保ちつつアルミ合金の使用を可能にするため、４２／４１の界面において充分に大きな温度下降を得ることである。
【００６３】
被膜形成方法によりアルミ合金製の中央フランジ５１に熱障壁５２を設けることにより、二種類のフランジを使用するという変形も実施が可能である。前述のように、一つの面にコーティング（５５）を含む基板（５４）からなる外側フランジ（５３）がある。このような複合材ディスク（５０）は図５に示されている。
【００６４】
第一の実施態様に記載されているように熱障壁の厚みには限度がある。高エネルギ制動の実施例においては、このようにして実現された熱障壁の厚みでは不充分となることがあるが、その場合、中央フランジ６１上に第一熱障壁６２Ａを設けた後、外側フランジ６３上に第二熱障壁６２Ｂを設けることが可能である。このような複合材ディスク（６０）の実施例が図６に示されている。
【００６５】
第一の実施態様と比べ、組み合わせフランジからなる摩擦ディスクは特別な設計を必要とする。例として、大西洋TGV 型付随台車の車軸８２１に取り付けられた摩擦ディスク８００について説明する（図７及び図８）。
【００６６】
中間フランジ８０２及び外側フランジ８０３は、中央フランジ８０１がハブ８２０を介して車軸８２１上に固定される前に、中央フランジに組み付けられる。対向するフランジ８０２、８０３はその中心部においてボルト８１３、自動制動ナット８１２で固定され、その外周部においてクリップ軸８０６及び８０８の装置で固定されている。これらフランジは、空隙内のフランジの内部に挿入されたキー８０９及び８１０を介して中央フランジ８０１により回動される。
【００６７】
ハブ８２０は車軸８２１に焼結され、組み合わされた種々のフランジ８０１−８０３からなる摩擦ディスク８００の支持を可能にする。
【００６８】
アルミ合金製の中央フランジ８０１はヒール継手８１８によりハブ８２０上に組み付けられている。このヒール８１８はハブ８２０の軸ストッパ８１５の下側に挿入される。心出し脚８１９はハブ内に設けられた収納部に入れられており、リング８１４が回転がしないよう固定するのに使用される。他のフランジ８０２、８０３が組み付けられているアルミ合金製中央フランジ８０１の固定は、ボルト８１６、自動制動ナット８１７により行われる。セラミック製スリーブ８０７及び８１１により、アルミ合金製中央フランジ８０１の外側摩擦フランジ８０３の隔離が可能となる。
【００６９】
前記のように、外側フランジ８０３は基板８０４と被覆と８０５からなる。
【００７０】
組合せディスクの実現は被覆むくディスクよりも高価であるが、それにより、他の様々な分野（騒音、振動．．．）において利点を生み出す軽量化に加え、被覆むくディスクという考案よりもすぐれた熱力学的及び摩擦力学的（摩擦及び摩耗）性能を得ることが可能となり、これは超高エネルギ制動にとっては極めて有利である。
【００７１】
前記において示唆したように、第一の実施態様は基板の再使用の場合には再度全体を被覆する必要がある。「組合せディスク」という考案により常に、調製（劣化した被覆を除去するための切削とそれに続くサンドブラスティング）後の外側フランジにコーティングを施すことが可能となるが、熱障壁を再度つくる必要はない。製作費がより高価な中間フランジ及び中央フランジは交換する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吹付け複合材ディスクの実現のための吹付け装置を示す図である。
【図２】本発明による、基板と三重被覆からなる吹付け複合材ディスクの部分横断面図である。
【図３】ライニングのセラミックスタッドの固定の可能性を示す図である。
【図４】本発明による組合せ複合材ディスクの部分横断面図である。
【図５】本発明による組合せ複合材ディスクの変形の部分横断面図である。
【図６】追加熱障壁を含む図５の組合せ複合材ディスクの部分横断面図である。
【図７】本発明による組合せフランジからなる摩擦ディスクの正面図である。
【図８】本発明による組合せフランジからなる摩擦ディスクのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ横断面図である。
【図９】図８のＩＸ部詳細図である。
【符号の説明】
１１  ディスク
１２  トーチ
１３  回転手段
１４  冷却手段
２２  基板
２３  接続層
２４  熱障壁
２５  摩擦層
３１  スタッド
３７  ブレーキライニング
４０，５０，６０，８００  複合材ディスク
４１，５１，６１，８０１  中央フランジ
４２，５２，６２，８０２  熱障壁
４３，５３，６３，８０３  外側フランジ
４４，５４，６４，８０４  基板
４５，５５，６５，８０５  被覆
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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