(57)【要約】環状構造コア（４０）および少なくとも１つの摩擦内張りディスク（３０）を有する摩擦ディスクアセンブリ。環状構造コア（４０）は、強度が最適化された炭素−炭素複合物から作られ、摩擦内張りディスク（３０）は摩擦が最適化された炭素−炭素複合物から作られる。各摩擦内張りディスク（３０）は、取付表面（３１）および磨耗表面（３２）を備えている。構造コア（４０）は、少なくとも１つの取付表面（４１）を含む。取付表面（３１、４１）は、摩擦内張りディスク（３０）と再使用可能な構造コア（４０）の間の接触区域の表面積を増大するために、対応する正弦曲線形状の波パターンを含むことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの正弦曲線形の取付表面（４１）を有する環状構造コア（４０）と、
正弦曲線形状の取付表面（３１）および比較的平らな磨耗表面（３２）を有する少なくとも１つの摩擦内張り要素（３０）であって、各摩擦内張り要素（３０）の前記取付表面（３１）は、前記構造コア（４０）の前記取付表面（４１）と対合可能に係合する摩擦内張り要素（３０）とを備える、ブレーキアセンブリ用摩擦ディスク。
【請求項２】
前記環状構造コア（４０）が、強度が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項１に記載の摩擦ディスク。
【請求項３】
さらに、ブレーキアセンブリのステータに取り付けるため、前記構造コア（４０）の内径上に駆動ラグを備える、請求項１に記載の摩擦ディスク。
【請求項４】
さらに、ブレーキアセンブリのロータに取り付けるため、前記構造コア（４０）の外径上に駆動ラグを備える、請求項１に記載の摩擦ディスク。
【請求項５】
各摩擦内張り要素（３０）は、摩擦が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項１に記載の摩擦ディスク。
【請求項６】
さらに、各摩擦内張り要素（３０）を前記構造コア（４０）に固定する少なくとも１つの機械的ファスナ（４５）を備える、請求項１に記載の摩擦ディスク。
【請求項７】
各摩擦内張り要素（３０）が、摩擦が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項２に記載の摩擦ディスク。
【請求項８】
複数の凹部（４４）を有する少なくとも１つの取付表面（４１）を有する環状構造コア（４０）と、
取付表面（３１）および比較的平らな磨耗表面（３２）を有する少なくとも１つの摩擦内張り要素（３０）であって、各摩擦内張り要素（３０）の前記取付表面（３１）が、前記構造コア（４０）の前記複数の凹部（４４）と対合可能に係合するように形成された、複数の窪み（３３）を有する摩擦内張り要素（３０）とを備える、ブレーキアセンブリ用摩擦ディスク。
【請求項９】
前記環状構造コア（４０）が、強度が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項８に記載の摩擦ディスク。
【請求項１０】
さらに、ブレーキアセンブリのステータに取り付けるため、前記構造コア（４０）の内径上に駆動ラグを備える、請求項８に記載の摩擦ディスク。
【請求項１１】
さらに、ブレーキアセンブリのロータに取り付けるための、前記構造コア（４０）の外径上に駆動ラグを備える、請求項８に記載の摩擦ディスク。
【請求項１２】
各摩擦内張り要素（３０）が、摩擦が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項８に記載の摩擦ディスク。
【請求項１３】
さらに、各摩擦内張り要素（３０）を前記構造コア（４０）に固定する少なくとも１つの機械的ファスナ（４５）を備える、請求項８に記載の摩擦ディスク。
【請求項１４】
各摩擦内張り要素（３０）が、摩擦が最適化された炭素−炭素複合物から形成される、請求項９に記載の摩擦ディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、カーボン摩擦ディスクに関し、より詳細には、構造的完全無欠性、適切な摩擦接触、および十分な熱吸収を提供するように設計された航空機ブレーキ用カーボン摩擦ディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機ブレーキは普通、航空機のブレーキ動作中に互いに押し付けられる複数のステータディスクおよびロータディスクを含んでいる。ステータディスクおよびロータディスクは通常、ブレーキディスクスタックを形成するように交互に配置される。
【０００３】
ディスクスタックの静止しているステータディスクは、航空機ホイールまたはシャフトを囲む非回転位置に配置される。回転するロータディスクは、航空機ホイールまたはシャフトの外周縁に固定され、通常、ブレーキが使用されていない時に航空機ホイールと共に自由に回転する。
【０００４】
ブレーキハウジングは、航空機ブレーキのディスクスタックのステータディスクおよびロータディスクを一緒に押し付ける圧縮ブレーキ力を提供するように配置された、複数の圧力ピストンアクチュエータを含むことができる。ブレーキ調節装置をブレーキ内で使用して、ブレーキの使用中に摩擦部品が磨耗した時に、ブレーキディスクの相対位置を調節することができる。
【０００５】
上述の航空機ブレーキシステム用カーボンブレーキディスクは、背景技術において周知である。カーボンブレーキディスクは、背景技術の他のブレーキディスクを凌ぐ熱特性および磨耗に関する実質的な利点を提供する。炭素−炭素複合材料は、航空機ブレーキ内で、構造的機能、摩擦機能、および例えば、ヒートシンクとして働く熱吸収の少なくとも３つの異なる機能を果たすことが期待されている。しかし、３つの要件全てを同時に最適化することは難しい。
【０００６】
米国特許第３，７１２，４２７号および第３，８００，３９２号は、取り外し可能な磨耗面板を有する、修復可能なカーボンおよび／またはグラファイトブレーキディスクについて記載している。カーボンまたはグラファイトブレーキディスクが損傷または磨耗すると、ブレーキシステムの構造的完全性を保証するため、および／またはブレーキスタックの原寸法を維持するため、ブレーキディスクのアセンブリ全体を交換しなければならないことがある。
【０００７】
コアプレートの摩擦接触面を形成するカーボン系摩擦材料の比較的薄い摩耗板と環状コアプレートを合体するように、ブレーキディスクを機械加工することができる。これらの摩耗板は、リベットまたはねじなどの周知の手段により環状コアプレートに接着され、または機械的に固定される。したがって、これらのタイプの取り外し可能な摩耗板は、ブレーキディスクの磨耗面を修復修理する、より安価な代替方法を提供する。
【０００８】
Ｈｙｄｅらの米国特許第５，５５８，１８６号および第５，７７９，００６号は、ステータおよびロータディスクの費用効果の良い修復および交換を容易にする、再生可能な磨耗面を有する摩擦ディスクを記載している。これらの摩擦ディスクアセンブリは、キャリヤの周縁まわりに間隔を置いて配置された壁およびトルク駆動切り欠きを有する複数の凹領域を含む環状構造キャリヤを含んでいる。
【０００９】
また、平らな磨耗面とキャリヤの凹領域の壁と対合（ｍａｔｉｎｇ  互いに対の関係になって合わさる）可能に係合する隆起領域を含む表向きの面とを有する摩擦内張りが、ディスクアセンブリに設けられている。Ｈｙｄｅらは、凹領域の深さを摩擦内張りの隆起領域の対応する高さよりもさらに小さくすることもできることを述べている。例えば、米国特許第５，５５８，１８６号の図４および図５は、材料が全くない窓の形態の複数の凹領域を含むキャリヤを示している。
【００１０】
しかし、背景技術のこのような前述の例から分かるように、摩擦内張りとキャリヤの間で力を望むように伝達するには、複雑な製造ステップを要する可能性がある。例えば、ブレーキディスクアセンブリの対応する対合部品は、アセンブリを形成する、径方向、周縁方向、接線方向に配向された部品を作り出すためにいくつかの機械加工ステップが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、トルクが摩擦部品からコアに直接伝達される、別々の摩擦部品およびコア部品を備える単純な航空機ブレーキディスクアセンブリが求められている。このように、コアを強度について最適化することができ、摩擦部品を摩擦／磨耗性について最適化することができるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明により、背景技術に関連する欠点が克服され、背景技術では実現されない他の利点が得られる。
本発明は、１つには、構造を単純化した修復可能なブレーキディスクアセンブリは関連技術において大きな利点があることを理解することである。
【００１３】
本発明は、１つには、隣接するディスクアセンブリ部品間の不均一な磨耗パターンが動的不安定性につながることを理解することである。したがって、本発明は、動的安定性を有する航空機ブレーキディスクアセンブリを提供する。
【００１４】
また、本発明は、１つには、圧縮ブレーキ力の伝達を周囲の構造およびファスナ（固定手段）を介して間接的に容易化するより、摩擦内張り要素とキャリヤの間で直接的に容易化するほうがより望ましいことを理解することである。さらに、摩擦要素の比較的大きい表面積を介してブレーキ力を伝達することにより、構造的完全性の改善、より長い部品寿命、および信頼性のあるブレーキ動作がもたらされる。したがって、本発明により、摩擦内張りとその関連キャリヤの間で圧縮力の伝達が最適化される。
【００１５】
本発明は、１つには、ブレーキディスクのコアと摩擦要素の両方に、対応する正弦波パターンも提供する。
また、本発明は、１つには、少なくとも１つの正弦曲線形状の取付表面を有する環状構造コアと、正弦曲線形状の取付表面および比較的平らな磨耗表面を有する少なくとも１つの摩擦内張り要素とを備えるブレーキアセンブリ用摩擦ディスクを提供し、各摩擦内張り要素の取付表面は、構造コアの取付表面と対合可能に係合する。
【００１６】
また、本発明は、１つには、複数の凹部を有する少なくとも１つの取付表面を有する環状構造コアと、取付表面および比較的平らな磨耗表面を有する少なくとも１つの摩擦内張り要素とを備えるブレーキアセンブリ用摩擦ディスクを提供し、各摩擦内張り要素の取付表面は、構造コアの複数の凹部と対合可能に係合するように形成された複数の窪みを有する。
【００１７】
本発明の利点は、以下の詳細な説明から、より明らかになるだろう。しかし、本発明の精神および範囲内の様々な変更および変更形態は、この詳細な説明により当業者には明らかになるので、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示してはいるが、例示するためだけに与えられたものであることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明は、例示のためだけに与えられ、したがって本発明を限定するものではない以下の詳細な説明および添付図面から十分に理解される。
次に、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態を組み込むことができる航空機ブレーキアセンブリの部分断面図である。航空機ブレーキアセンブリを全体を通して、数字の１０で示す。ブレーキアセンブリ１０は、航空機ホイールを介して延びる航空機ホイール（図示せず）の車軸に取り付けられるトルクチューブ１２を含む。
【００２０】
ディスクスタックが、交互に配置したステータディスク１４およびロータディスク１６によって形成される。複数の環状の静止したステータディスク１４は、駆動ラグなどの周知の方法でトルクチューブ１２に取り付けられる。複数の対応する形の回転するロータディスク１６は、周知の方法で、ステータディスク１４の間で交互に配置される。ロータディスク１６はそれぞれ、径方向外周縁で、一般にトルクチューブ１２まわりに同心で配置されるホイール（図示せず）に取り付けられている。軸方向内側および外側ステータ１４ａが、ディスクスタックの反対側の端部に配置され、ディスクスタックを容れるための圧力プレートとして働くことができる。
【００２１】
ブレーキ１０はさらに、ディスク１４、１６のスタックを圧縮するための圧力ピストン装置２４を容れるハウジング２０を含んでいる。磨耗した時に、ディスクの調節済み初期位置を変更するため、複数のブレーキ調節装置２２を設けることができる。トルクチューブ１２と航空機ホイールにそれぞれのディスクを取り付けるため、ステータスロット１５およびロータスロット１７を設けることができる。本発明の場合、駆動ラグは普通、ブレーキアセンブリのステータへ取り付けるため、構造コア４０の内径上に配置される（図４参照）。別法として、ブレーキアセンブリのロータへ取り付けるため、構造コア４０の外径上に設けられる駆動ラグを設けることもできる。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態による、正弦曲線形状の摩擦内張り３０の平面図である。図３は、図２に示す摩擦内張り３０の図である。図４は、本発明の一実施形態による、ブレーキディスクアセンブリ５０の側断面図である。
【００２３】
添付の図面から分かるように、１対の摩擦内張り３０が、再使用可能な構造コア４０に固定されている。各摩擦内張りディスク３０は、正弦曲線形状の取付表面３１および比較的平らな磨耗表面３２を備える。構造コアディスク４０は、摩擦内張りディスク３０の正弦曲線形状の取付表面３１に対応する、少なくとも１つの正弦曲線形状の取付表面４１を有することになる。圧力プレート用構造コア４０は一般に、取付表面を１つ有するだけであるが、個々のステータまたはロータディスクアセンブリは、２つの取付表面を備える構造コア４０を有することになる。
【００２４】
構造コア４０は、何回にもわたって使用することができる。製造するのが安価な摩擦内張りディスク３０は、必要に応じて廃棄または修復することができる。本発明の固有の利点は、この摩擦内張り／構造コアの構造により、内張りリング３０から連動する正弦波パターンを介して構造コア４０に摩擦トルクを伝達する駆動機構がもたらされることである。
【００２５】
複合ブレーキディスクアセンブリ５０は、リベット、クリップまたは他の機械的係止機構を介して、構造コアディスク４０の両側に２つの摩擦内張りディスク３０を取り付けることによって組み立てられ、両面の正弦波が係合し、あるディスクから別のディスクまで剪断力を伝達することを確実にする。リベット、ねじ、または他の機械的ファスナ４５を使用して、摩擦内張りディスク３０をそれぞれの構造コア４０に固定することができる。
【００２６】
両方のディスク上の正弦波は、ディスク間で剪断力を伝達するように連動または係合する。本発明の固有の利点は、正弦波パターンが、構造コア４０と隣接する摩擦内張り３０の間でより大きな接触区域を確保する表面積の増大をもたらすことである。背景技術では、単に接触区域の幅および高さによって画定される比較的小さな表面積に沿って、比較的平らな取付表面が係合される。しかし、本発明の正弦波パターンは、対合表面が傾斜し連続しているので、より大きな表面積を提供する。したがって、本発明は最終的に、剪断負荷による圧縮ブレーキ力の伝達の改善を含む、内張りとコアの間のより均一な荷重分布をもたらすように、より大きな支承表面を提供する。
【００２７】
正弦波パターンはまた、連動係合して保持された構造コア４０と摩擦内張りディスク３０の間の相対移動を防ぐことにより、構造コア４０に対して摩擦内張りディスク３０を適切に位置決めすることを確実にする。したがって、摩擦内張りディスク３０が構造コアに対して回転するのを防止し、それによって力の伝達中のブレーキディスクの動的安定性を改善する。しかし、ブレーキ中にある相対運動が起こり、放散されたエネルギーによりブレーキディスクの動的安定性を改善することができる。
【００２８】
図２および図３から分かるように、各正弦波パターンは本質的に、頂点３５および谷３９を含んでいる。各正弦波パターンの頂点３５および谷３９が、それぞれ最大振幅および最小振幅の位置で発生する。正弦波パターンの各頂点３５に沿って、径方向に延びる想像稜線３６が形成される。
【００２９】
各摩擦内張りディスク３０および構造コアが環状の形状をしているため、稜線３６が径方向外側に延びるにつれて、正弦パターンの波長が延びることになる。例えば、摩擦内張りディスク３０または構造コア４０の周縁に沿って、隣接する稜線３６間で測定した第１の弧長３７は、同じ稜線３６間であるが、摩擦内張りディスク３０の内径に沿った位置で測定した第２の弧長３８より長くなる。
【００３０】
摩擦内張りディスク３０は、あるタイプの炭素−炭素複合材料から作られた再使用可能な構造コアディスク４０と結合された、いくつかのタイプの炭素−炭素複合物製とすることができる。摩擦内張りディスク３０および構造コア４０は両方とも、同じまたは類似の炭素−炭素複合材料から作ることができるが、本発明は、内張り３０およびコア４０の別々の機能に対して最適化された別々の材料を、この設計に組み込むことができるという点において特に有利である。
【００３１】
構造コア４０は、ステータおよびロータの応用例それぞれについて内径および外径上に駆動ラグを備える、強度を最適化した炭素−炭素複合材料から機械加工される。好ましい一実施形態では、正弦波パターンが、そうでない場合には背景技術に従って平らである両接触面上に設けられる。
【００３２】
摩擦内張りディスク３０は、正弦波パターンを無摩擦平面から機械加工して、摩擦／磨耗を最適化した炭素−炭素複合材料から機械加工される。補修サービスにおいて、磨耗した摩擦内張り要素は、廃棄またはリサイクルされるが、構造コアは何回にもわたって再使用される。したがって、より高品質の構造コア４０をアセンブリ５０内に組み込むことができるので、ブレーキディスクアセンブリ５０の材料費を最適化することができる。交換を必要とする摩擦内張りディスク３０は、構造コア４０から簡単に取り除くことができ、交換用または修復した摩擦内張りディスク３０を、構造コア４０に固定することができる。
【００３３】
炭素−炭素複合物は、航空機ブレーキの高温の厳しい環境においてヒートシンクに、またその独特の性質を必要とする他の航空宇宙応用例に使用される高温材料である。炭素−炭素複合物は、密度が低く、強度が高く、弾性率が高い。これらの特性は、２０００℃を超える温度まで維持される。また、耐クリープ性および強靭性は高く、高い熱伝導率および低い熱膨張係数は、耐熱衝撃性をもたらす。
【００３４】
したがって、本発明の摩擦内張りディスク３０に使用される摩擦／磨耗が最適化された炭素−炭素複合物は通常、強度が最適化された構造コアよりも高い摩擦係数を示す。構造コア４０は、摩擦内張りディスク３０より高い破損強度、引っ張り強度、および／または圧縮強度を有することができる。摩擦内張りディスク３０および構造コア４０は、炭素−炭素複合装置を製造するのに周知の技術により製造および／または機械加工することができる。
【００３５】
炭素−炭素複合物の材料特性は、繊維率（ｆｉｂｅｒ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）、選択した繊維タイプ、織物組織タイプおよび同様の要素、ならびに繊維およびマトリックス材のそれぞれの特性にしたがって変わる可能性がある。繊維特性は、使用する材料、製造工程、および／または黒鉛化の程度および配向に左右される。
【００３６】
適切な炭素／炭素複合材料とその望ましい材料特性の他の例、本発明の潜在的な応用例、および背景技術の航空機ブレーキシステムの別の特徴が、以下のＳｃｈｕｌｔｚらの米国特許第４，８０４，０７１号、Ｈｙｄｅらの第５，５５８，１８６号、および第５，７７９，００６号に記載されており、それぞれ全体を参照によりこれによって組み込む。
【００３７】
クランプ、保持ブロック、リベット、ねじ、およびリテーナクリップなどの様々な周知の機械的締付装置を、本発明に簡単に組み込むことができる。摩擦内張りディスク３０を本発明の構造コア４０に接着することができるが、機械的締付装置を利用するほうがより有利である可能性が高い。
【００３８】
上述のように、本発明により、摩擦内張りディスク３０と構造コア４０の間に位置する接触区域に沿って表面積が非常に大きくなる。通常なら機械的ファスナまたは他の周囲の構造を介して伝達されるはずの負荷を、内張りおよび構造コアを介して直接伝達することができる。各部品の材料特性を個別に最適化することができるので、本発明は、理想的な熱伝達、耐摩擦／磨耗性、および構造的支持／強度を達成する。
【００３９】
したがって、連動する三角形または台形の取付表面などの代替パターンを、構造コア４０と摩擦内張りディスク３０の間の接触区間に沿って利用できることが、当業者には容易に理解されるだろう。さらに、断熱皮膜または酸化防止剤などの保護皮膜を、摩擦内張りディスク３０の磨耗表面３２に塗布することができる。
【００４０】
図５は、本発明の第２の実施形態による摩擦内張りの部分断面図である。図６は、この第２の実施形態による摩擦内張りディスク３０と対合可能に係合する構造コア４０の側断面図である。
【００４１】
本発明の第２の実施形態は、摩擦内張り３０の取付表面３１上に形成され、構造コア４０の取付表面４１上に形成された複数の対応する凹部４４と対合可能に係合する複数の窪み３３の使用を組み込んでいる。この窪み３３および凹部４４の配置は、構造コア４０と摩擦内張りディスク３３の間の接触区域の表面積の増大を達成するための代替技術である。
【００４２】
摩擦内張りディスク３０の構造的完全性を確保するために、摩擦内張りディスク３０上に窪み３３を形成することが好ましいが、当業者なら、窪み３３および凹部４４を構造コア４０および摩擦内張りディスク３０上にそれぞれ形成できることを理解するであろう。
【００４３】
本発明はさらに、窪んだおよび／または概ね波形のパターンの他の組合せを取り入れ、それによって剪断負荷により圧縮ブレーキ力の伝達を改善するために、より大きな支承表面を提供する表面積を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を組み込んだ航空機ブレーキアセンブリの部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による正弦曲線形の摩擦内張りの平面図である。
【図３】図２に示す摩擦内張りを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるブレーキディスクアセンブリの側断面図である。
【図５】本発明のもう１つの実施形態による摩擦内張りの部分断面図である。
【図６】摩擦内張りと対合可能に係合する構造コアの側断面図である。
【国際公開パンフレット】
2005505725.tif 000003
2005505725.tif 000004
2005505725.tif 000005
2005505725.tif 000006
2005505725.tif 000007
2005505725.tif 000008
2005505725.tif 000009
2005505725.tif 000010
2005505725.tif 000011
2005505725.tif 000012
2005505725.tif 000013
2005505725.tif 000014
2005505725.tif 000015
2005505725.tif 000016
2005505725.tif 000017
2005505725.tif 000018
2005505725.tif 000019
2005505725.tif 000020
【国際調査報告】
2005505725.tif 000021
2005505725.tif 000022
2005505725.tif 000023