(57)【要約】  本発明は、摩耗保護層（１）と組込み式摩耗表示とを備える摩擦ディスク（２）を提供し、この摩擦ディスク（２）は摩擦面（２’）を有しており、この摩擦面（２’）は摩耗保護層（１）によって完全に覆われている。摩耗保護層（１）と摩擦ディスク（２）との間に少なくとも１つの表示面エレメント（３）が設けられ、この表示面エレメントは、摩擦面（２’）の一部を占め、着色及び構造上の特徴の少なくとも１つにおいて、摩擦ディスク（２）の摩擦面（２’）及び摩耗保護層（１）の少なくとも１つのコンポーネントと異なる。さらに本発明は、摩擦ディスク（２）の摩耗保護層（１）の組成も開示している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩耗保護層（１）と組込み式摩耗表示とを備える摩擦ディスク（２）であり、前記摩擦ディスク（２）が摩擦面（２’）を有し、前記摩耗保護層（１）が前記摩擦面（２’）を完全に覆っている摩擦ディスク（２）であって、
前記摩耗保護層（１）と前記摩擦ディスク（２）との間に少なくとも１つの表示面エレメント（３）が設けられ、前記表示面エレメント（３）は、前記摩擦面（２’）の一部を占め、着色及び構造上の特徴の少なくとも１つにおいて、前記摩擦ディスク（２）の前記摩擦面（２’）及び前記摩耗保護層（１）の少なくとも１つのコンポーネントと異なることを特徴とする、摩擦ディスク（２）。
【請求項２】
複数の前記表示面エレメント（３）が互いに距離を置いて前記摩擦面（２’）上に配置されていること、又は前記表示面エレメント（３）がリング形の環状構造として形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の摩擦ディスク（２）。
【請求項３】
前記表示面エレメント（３）が、前記摩擦ディスク（２）の前記摩擦面（２’）の窪み、又は前記窪みの中若しくは前記摩擦面（２’）上に配置されている表示材料層によって提供されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の摩擦ディスク（２）。
【請求項４】
前記摩耗保護層（１）が１０〜２００μｍの厚さ、好ましくは１０〜５０μｍの厚さを有していることを特徴とする、請求項１〜３の少なくとも一項に記載の摩擦ディスク（２）。
【請求項５】
‐前記インジケータ材料が、色のついたセラミック、黒若しくは白のセラミック、鉱物顔料、及び／又は、繊維織物又は繊維編物であり、
‐前記摩耗保護層（１）が、特にカーバイド若しくは酸化物セラミックベースのセラミックから、特に金属製母材のカーバイド若しくは酸化物セラミックであるサーメットから、又は金属合金からなり、
‐前記摩擦ディスク（２）が、鋳鉄、鋼、アルミニウム合金からなる
ことを特徴とする、請求項３又は４に記載の摩擦ディスク（２）。
【請求項６】
前記摩耗保護層（１）の中に、特にＡｌ２Ｏ３及び／又はＴｉＯ２からなるセラミック製の硬質粒子を組み込むことを特徴とする、請求項５に記載の摩擦ディスク（２）。
【請求項７】
前記摩耗保護層が、金属合金、サーメット又はセラミックからなることを特徴とする、請求項１〜６の少なくとも一項に記載の摩擦ディスク（２）の摩耗保護層（１）の組成。
【請求項８】
前記金属合金が、
‐Ｃｒ及び／又はＮｉ含有のタングステン合金、特に、２０〜３５重量％のＣｒ及び５〜１５重量％のＮｉ、特に好ましくは２７重量％のＣｒ及び１０重量％のＮｉを含み、残りのＷ成分と合金に通常含まれる微量不純物とにより１００重量％とされるタングステン合金、又は
‐Ｃｒ／Ｎｉ鋼、特に、少なくとも１６重量％のＣｒ及び少なくとも１０重量％のＮｉ、特に好ましくは１６．５〜２０重量％のＣｒ及び１０〜２６重量％のＮｉを有するＣｒ／Ｎｉ鋼からなることを特徴とする、請求項７に記載の組成。
【請求項９】
前記サーメットが、
‐Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＣの少なくとも１つを備えるタングステン合金を有すること、又は
‐Ｎｉ、Ｃｏ及び／若しくはＣｒからなる金属母材のＷＣ及び／若しくはＣｒＣからなり、特に６０〜８５重量％のＷＣ、特に好ましくは７０〜８５重量％のＷＣ及び７〜１２重量％のＣｏを有するサーメットからなることを特徴とする、請求項７に記載の組成。
【請求項１０】
前記セラミックが、ＷＣ、ＣｒＣ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３又はＴｉＯ２又はそれらの組合せからなり、特に、
‐ＷＣとＡｌ２Ｏ３との組合せ、又は
‐Ａｌ２Ｏ３とＴｉＯ２、好ましくは６０〜９７重量％のＡｌ２Ｏ３及び３〜４０重量％のＴｉＯ２による組成のＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２との組合せからなることを特徴とする、請求項７に記載の組成。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩耗保護層と組込み式摩耗表示とを備える摩擦ディスク、特にディスクブレーキ用のブレーキディスクに関する。さらに本発明は、摩擦ディスクの摩耗保護層の組成にも関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、摩耗のために摩擦ディスクの寿命が過ぎ、摩擦ディスクを交換するべき時期を知らせる装置を摩擦システムに装備することは重要である。このために、特許文献１は炭素繊維で強化されたセラミック複合材料からなる摩擦ディスクを説明しており、この場合、摩擦面の一部は、特に、残りの摩擦面よりも摩耗耐性及び酸化耐性の弱い別の炭素質材料から作られている。これにより、作動中に生じる高い摩耗が摩擦ディスクのバランスの質を変化させ、摩擦ディスクの寿命が過ぎると、視覚的、聴覚的又は機械的サインを発生させる。
【０００３】
特許文献２から、自動車のブレーキパッドの使用限界を表示する摩耗インジケータが知られており、この摩耗インジケータは高い信頼性をもちつつ、構造が単純であり、製造コストも安いものである。この目的のために、ブレーキシューキャリアプレートの穴に充填材料が挿入され、その中にＵ字型の導体ループが配置されている。使用限界に達し、導体ループがブレーキディスクと接触すると、電気信号が発信される。
【０００４】
ブレーキディスクの目視点検を可能にして、残りの寿命又は不規則な摩耗を特定できるようにするため、特許文献３では、視覚的摩耗インジケータを備えたブレーキディスクが開示されている。このために、このブレーキディスクは、少なくとも摩擦面の表面に、これとほぼ平行に通る凹部を有しており、この凹部の深さは、その下にあるブレーキディスクが最小の肉厚を有するように設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１１８９２０Ｃ１
【特許文献２】欧州特許出願公開第０４１１２８４Ａ２
【特許文献３】米国特許出願公開第４，４５７，５６６Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この従来技術から出発して、一方では、環境への微細粉塵の排出を最小限にするためにブレーキダストの生成を軽減する摩耗保護層を装備し、他方では、摩耗保護層を取り付けた摩擦ディスクに摩擦の変化が生じ、その結果、摩耗の増加と粉塵排出の増加を防止するために摩擦ディスクを交換しなければならない場合に、簡単な方法で視覚的に確認できる摩耗インジケータを有している摩擦ディスク、特にブレーキディスクを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を備える摩擦ディスクによって解決される。
【０００８】
本対象の発展形態は、従属請求項の中に示されている。
【０００９】
さらに、微細粉塵排出を軽減するために、任意の材料と任意の構造とからなるブレーキディスクの摩擦面に塗布する適切な摩耗保護層の組成を提供することも望ましい。
【００１０】
この課題は、請求項７の特徴を備える組成によって解決される。
【００１１】
本発明の第１の実施形態は、ディスクブレーキ用のブレーキディスクとして、又はクラッチディスクとして使用される摩擦ディスクに関し、この摩擦ディスクには、摩耗を最小化して微細粉塵の生成を抑えるために、摩擦ディスクの摩擦面に摩耗保護層が取り付けられている。摩擦ライニングと摩擦ディスクとの相互作用により特殊な摩擦システムが形成されているため、摩耗保護層の寿命の表示又は摩擦面上の保護層の寿命の超過の表示には大きな意義がある。摩擦面が全て平坦にコーティングされている摩耗保護層と摩擦ディスクとの間には、１つ又は複数の表示面エレメントが設けられており、この表示面エレメントは摩擦面の一部を占め、着色及び／又は構造に関して、摩擦面及び／又は摩耗保護層とは明らかに異なっている。２つ以上の表示面エレメントが設けられている場合、これらの表示面エレメントは互いに距離を置いて摩擦面上に分配することができるが、リング形の環状構造として表示面エレメントを形成することも考えられる。
【００１２】
摩耗保護層と摩擦ディスクの摩擦面との間に配置される表示面エレメントにより、保護層に深刻な摩耗が生じたために摩擦ディスクの交換が必要となる時期を正確に検知することができる。この保護層が摩耗すると、摩擦ライニングと摩擦ディスクとの相互作用に影響する摩擦の変化が生じるが、この変化は摩擦ディスクの摩耗の増加と微細粉塵生成の増加につながる。
【００１３】
表示面エレメントは摩耗保護層の中に伸長させることもできるので、摩耗保護層が規定の深さまで削り取られると、摩耗保護層の下に配置されている表示面エレメントがむきだしになる。
【００１４】
深刻な摩耗の表示は、特に視覚的に確認できる表示面エレメントによって行われる。１つの実施形態において、これらのエレメントは摩擦ディスクの摩擦面にある１つの窪みだけで形成することができ、摩耗保護層が削り取られると、この窪みの形状が目立つようになっている。もう１つの実施形態では、この窪みに、周辺の摩擦面とは異なる色及び／又は構造を有する表示材料を充填することもできる。
【００１５】
代替の方法として、特に視覚的表示効果の補足として、この表示面エレメントに触覚効果を備えることも可能である。このためには、例えば非常に目の粗い又は多孔質の表示材料が適しており、これらの表示材料と滑らかなブレーキディスク表面との構造的な違いを触感によって容易に感じ取ることができる。
【００１６】
本発明のもう１つの実施形態では、表示面エレメントとして、表示材料層が摩擦面の中ではなく、摩擦面上に配置され、そして摩耗保護層によって取り囲まれており、色又は構造が少なくとも摩耗保護層とは異なる。 
【００１７】
摩耗保護層は、摩擦ディスクの摩擦面上に１０〜２００μｍ、好ましくは１０〜５０μｍの厚さで塗布され、従って非常に薄く、主に金属材料の摩擦ディスク上での使用が意図されている。
【００１８】
摩耗保護層を備えることができる摩擦ディスクは、従って、鋳鉄、鋼又はアルミニウム合金から作ることができる。表示面エレメントは摩耗保護層の下にあり、危険な摩耗状態になって初めて見えるようになる。そのため、この表示面エレメントは、例えば色のついたセラミック、黒若しくは白のセラミック、鉱物顔料及び／又は繊維織物若しくは繊維編物からなる。同様に、金属発泡体又はセラミック発泡体も適している。摩耗保護層自体は、特にカーバイド若しくは酸化物セラミックベースのセラミック、好ましくは金属製母材のカーバイド若しくは酸化物セラミックからなる複合材料であるサーメットからなるか、又は硬質金属合金からなり得る。
【００１９】
さらに、この摩耗保護層内には、特に酸化アルミニウム（コランダム）及び／又は二酸化チタンからなるセラミック硬質材料の粒子を埋め込むことができる。
【００２０】
本発明のその他の実施形態は、本発明に基づく摩擦ディスクの摩耗保護層の組成に関し、この摩耗保護層が金属合金、サーメット又はセラミックであるかどうかによって異なる。
【００２１】
摩耗保護層の形成に金属合金が用いられる場合、この組成は、例えばクロム及び／若しくはニッケル含有のタングステン合金又はクロム／ニッケル鋼からなることができる。タングステン合金は、好ましくは２０〜３５重量％のクロム及び５〜１５重量％のニッケル、特に好ましくは２７重量％のクロム及び１０重量％のニッケルを含み、残りのタングステン成分と合金に通常含まれる微量不純物とにより１００重量％とされる組成である。代替のクロム／ニッケル鋼は、好ましい実施形態では、少なくとも１６重量％のクロム及び少なくとも１０重量％のニッケルを有し、特に好ましいのはクロム含有量が１６．５〜２０重量％、ニッケル含有量が１０〜２６重量％である。
【００２２】
摩耗保護層にサーメットが用いられる場合、サーメットは、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２及び／又はＳｉＣからなるセラミック粒子を含むタングステン合金から構成することができる。代替のサーメットは、Ｎｉ、Ｃｏ及び／又はＣｒからなる金属母材のＷＣ及び／又はＣｒＣからなり、特にＷＣの割合は６０〜８５重量％であるのが好ましい。特に有利であるのは、７０〜８５重量％のＷＣ及び７〜１２重量％のＣｏを含むサーメットである。
【００２３】
摩擦ディスクの摩耗保護層の本発明に基づく組成のもう１つの実施形態は、ＷＣ、ＣｒＣ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２又はそれらの組合せからなるセラミックに関する。好ましいセラミックは、ＷＣとＡｌ２Ｏ３とから構成されるか、又はＡｌ２Ｏ３とＴｉＯ２とから構成され、後者の場合、Ａｌ２Ｏ３の割合が６０〜９７重量％及びＴｉＯ２の割合が３〜４０重量％であるのが好ましい。
【００２４】
言及した利点及びその他の利点を、添付の図を用いて以下に説明する。
【００２５】
説明における図は、説明を支援するため、及び対象物を容易に理解できるようにするために用いられる。実質的に同じか、又は類似の対象物又は対象物の一部には、同一の符号が付けられている場合がある。これらの図は、本発明の実施形態の単なる概略図である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】摩耗保護層と摩耗表示とを備えるブレーキディスクの側面の部分断面図である。
【図２ａ】２つの異なる摩耗表示を備える摩擦面部分を上から見た図である。
【図２ｂ】図２ａの図に対応する側面の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明に基づく摩擦ディスクは特にブレーキディスクに関しているが、例えばクラッチディスクなどその他の摩擦ディスクも含んでいる。ブレーキディスクは複合ブレーキディスク、又は固体材料からなるブレーキディスクであり、本発明に基づき、摩擦ディスクの摩擦リングに接する摩擦面上に摩耗保護層を備え、組込み式摩耗表示を有している。
【００２８】
図１は、例えば鋳鉄、鋼又はアルミニウム合金から製造できる内部換気式ブレーキディスク２を示している。摩擦ディスク２の反対方向を向く両方の摩擦面２’上には、それぞれ摩耗保護層１が設けられており、この層は２００μｍ以下の厚さ、好ましくは５０μｍ以下の厚さを有している。図１では、局所的に設けられた、インジケータ材料からなる層が表示面エレメント３として示されており、この層は摩耗保護層１によって取り囲まれている。この表示面エレメント３は、摩耗保護層１が削り取られるか、又は摩耗してくると、視覚的に確認できるようになる。図示されていないが、少なくとももう１つの表示面エレメントを第２の摩擦面上に配置することも考えられ、この第２の摩擦面は、ブレーキディスクが車両に取り付けられている場合、外からは直接視認できない。
【００２９】
図２ａ及び図２ｂには、表示面エレメント３の２つの異なる実施形態が示されており、この両方の表示面エレメントは、摩擦ディスク２の摩擦面の中に取り付けられている窪み３である。一方で、右側に示されている表示面エレメント３は座ぐりのみで実現されるため、図２ａに示されているように保護層１が摩耗すると、例えばボルト穴としての輪郭だけが見えるようになり、他方では、左側の窪みが表示材料３で満たされ、この表示材料は色及び／又は構造が摩擦面２’とは異なっている。色の違いは、インジケータ材料として、白、黒又は色のついた材料を使用することによって達成することができるが、摩擦システムの熱作用、特に化学的酸化反応によって色をつけることもできる。
【００３０】
一般的に、インジケータ材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３若しくはＴｉＯ２による白いセラミック又はＳｉＣによる黒いセラミックが考えられる。その他の色は、金属酸化物などの鉱物色によって実現することができる。このセラミックは、摩耗保護層を塗布する前に、インレイとして窪みの中にはめ込むか、又は摩擦面上に載せることができる。固定は、適切な接着により、又は必要に応じて溶接若しくはハンダ付けにより行うことができる。好ましいのは、摩擦ディスクを鋳造する際に表示面エレメントを鋳込むことである。
【００３１】
摩耗保護層が金属とセラミックの複合材料からなる好ましい実施形態では、インジケータ材料として白いセラミックを用いることができ、製造時、例えばコーティングを吹き付ける際に、まずこの白いセラミックが表示用凹部の中に吹き付けられ、次に、金属／セラミックコーティングへと噴射装置が切り替えられることにより、摩耗保護層の溶射が行われる。
【００３２】
表示面エレメントを視覚的に検知するための構造的な違いは、金属繊維又は金属織物又は金属編物からなる鋳込み部品により、例えば小さなスチールメッシュ部品をアルミニウム製ブレーキディスクの中に鋳込むことにより、実装することができる。この方法で、有利には金属発泡体又はセラミック発泡体も実装することができる。摩耗保護層は、寿命が過ぎ、削り取られるか、又は摩耗すると、このメッシュ又は発泡体が露出するため、色及び／又は構造的に摩擦面とは異なる繊維又は発泡体が視覚的又は触覚的に検知可能となる。
【００３３】
本発明に基づく摩擦ディスクの摩耗保護層の組成は、ブレーキパッドなどの摩擦ライニングと共に特殊な摩擦システムを形成し、この摩擦システムは、摩耗及び微細粉塵生成が少ないことが特徴である。組込み式摩耗インジケータにより、摩擦ディスクの交換時期を正確に検知することができ、摩耗の増加及びブレーキダストの増加による摩擦の変化が防止される。
【００３４】
表示面エレメントは、１つ又は複数の局所的な面エレメントによって形成することができる。図２ａには、このために円エレメントが示されているが、もちろんこの形状は図示されている形状とは異なることができる。あらゆる幾何学的形状及びデザイン要素が考えられ、表示面エレメントを三角形、星形又はアルファベット形状でも形成することができる。この面エレメントがリング形の環状構造として形成されている場合、これは円形リング、又は湾曲若しくはギザギザのついた帯とすることができる。この環状構造は、局所的に取り付けられたエレメントのように、ブレーキディスクの前に取り付けられるリムによって隠されるおそれがないため、特に簡単に検知することができる。従って、表示面エレメントが環状である場合は、ホイールが取り付けられている場合でも、ブレーキディスクを交換すべきかどうか一目で検知することができる。
【００３５】
摩耗保護層の好ましい組成は、セラミックとして、ＷＣ及びＡｌ２Ｏ３、又はＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２からなる。後者は、Ａｌ２Ｏ３の割合が６０〜９７重量％及びＴｉＯ２の割合が３〜４０重量％であるのが好ましい。代替として、摩耗保護層はＷベースの組成にすることもでき、これはＣｒ及び／又はＮｉを含むタングステン合金であることができ、好ましくは２０〜３５重量％のＣｒ及び５〜１５重量％のＮｉ、並びにＷの残存部分と、合金に通常含まれる微量不純物とを含む。好ましいタングステン合金は、２７重量％のＣｒ及び１０重量％のＮｉを含む。そのようなタングステン合金には、特にＡｌ２Ｏ３及び／又はＴｉＯ２からなるセラミックの硬質粒子を組み込むことができる。
【００３６】
摩耗保護層にＣｒ／Ｎｉ鋼を用いる場合、これは少なくとも１６重量％のＣｒと少なくとも１０重量％のＮｉを有することができる。例えば、Ｃｒ／Ｎｉ鋼からなるセラミック射出成形層によって形成された摩耗保護層は、好ましくは１６．５〜２０重量％のＣｒ及び１０〜２６重量％のＮｉを有することができる。
【００３７】
金属製母材のカーバイド（酸化物）セラミックからなるサーメットは、摩耗保護層として使用するのに、Ｎ、Ｃｏ及び／又はＣｒからなる金属製母材のＷＣ及び／又はＣｒＣから形成することができる。この場合、タングステンカーバイトの割合は６０〜８５重量％の範囲内にあり、好ましい組成は７０〜８５重量％のＷＣ及び７〜１２重量％のＣｏである。摩耗保護層としては、タングステン母材のＡＬ２Ｏ３、ＴｉＯ２及び／又はＳｉＣからなる組成を用いることも考えられる。
【符号の説明】
【００３８】
１    摩耗保護層
２    摩擦ディスク
２’  摩擦面
３    表示面エレメント
【図１】
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【図２ａ−２ｂ】
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【国際調査報告】
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