(57)【要約】【課題】熱膨張差の要因となる摺動部間の発熱による温度差を小さくし、ディスクの熱変形を抑える。【解決手段】第１摺動部２２ａの摺動面２３における複合強化部１１ａの厚さｔ１より第２摺動部２２ｂの摺動面２４における複合強化部１１ｂの厚さｔ２を小さく（薄く）形成した。【選択図】　　　図２
2004138154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ取付部から径方向外側に延び、ブレーキパッドとの一方の摺動面を有する第１摺動部と、当該第１摺動部の非摺動面側に接続され、この接続部分とは反対側にブレーキパッドとの他方の摺動面を有する第２摺動部とを備え、これらの摺動面が耐摩耗性材料により複合化されてなる軽合金製ブレーキディスクにおいて、
前記第２摺動部の摺動面における複合化部の厚さを、前記第１摺動部の摺動面における複合化部の厚さより小さく形成したことを特徴とする軽合金製ブレーキディスク。
【請求項２】
前記第１摺動部と前記第２摺動部との間には、径方向に開口するベンチレーション孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軽合金製ブレーキディスク。
【請求項３】
前記ディスクはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軽合金製ブレーキディスク。
【請求項４】
前記耐摩耗性材料は、セラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有することを特徴とする請求項３に記載の軽合金製ブレーキディスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアルミニウム合金製ベンチレーテッドブレーキディスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車部品の１つであるブレーキディスクをアルミニウム合金で鋳造する際に、ブレーキディスクロータの摺動面にセラミック粒子などの強化粒子を複合化してロータ摺動面の耐熱性や耐摩耗性を強化したものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、ブレーキディスクの摺動面に耐摩耗性金属のめっき層を形成し、このめっき層全域に微細な網目状クラックを形成して熱応力の発生を防止するものがある（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１１３５８号公報
【特許文献２】
特開２０００−１７０８０４号公報
【発明が解決しようとする課題】
ベンチレーテッドブレーキディスクは、図２（ａ）に示すように、一方の摺動部２２ａがハブ取付部２１に直接接続され、他方が冷却フィン２６を介して一方の摺動部２２ａに接続されている構成であって、両摺動部２２ａ，２２ｂの複合強化部１１ａ’，１１ｂ’の厚さｔ１，ｔ２を略同等（ｔ１≒ｔ２）としたものが一般的である。
【０００５】
このようなブレーキディスクでは、摺動部２２ａ，２２ｂ間での熱引け（逃げ）性が異なり、即ち、ハブ取付部２１側へ熱が逃げるためにハブ取付部２１に直接接続された摺動部２２ａの熱引け性が他方の摺動部２２ｂより良くなり、他方のハブ取付部２１に直接接続されていない摺動部２２ｂの表面温度が高くなって、両摺動部間に熱膨張差が発生してディスクが変形し、ブレーキ性能の低下を引き起こす要因となる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、熱膨張差の要因となる摺動部間の発熱による温度差を小さくし、ディスクの熱変形を抑える軽合金製ブレーキディスクを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決し、目的を達成するため、本発明の軽合金製ブレーキディスクは、ハブ取付部から径方向外側に延び、ブレーキパッドとの一方の摺動面を有する第１摺動部と、当該第１摺動部の非摺動面側に接続され、この接続部分とは反対側にブレーキパッドとの他方の摺動面を有する第２摺動部とを備え、これらの摺動面が耐摩耗性材料により複合化されてなる軽合金製ブレーキディスクにおいて、前記第２摺動部の摺動面における複合化部の厚さを、前記第１摺動部の摺動面における複合化部の厚さより小さく形成した。
【０００８】
また、好ましくは、上記構成において、前記第１摺動部と前記第２摺動部との間には、径方向に開口するベンチレーション孔が形成されている。
【０００９】
また、好ましくは、上記構成において、前記ディスクはアルミニウム合金製である。
【００１０】
また、好ましくは、上記構成において、前記耐摩耗性材料は、セラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有する。
【００１１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、ハブ取付部から径方向外側に延び、ブレーキパッドとの一方の摺動面を有する第１摺動部と、第１摺動部の非摺動面側に接続され、この接続部分とは反対側にブレーキパッドとの他方の摺動面を有する第２摺動部とを備え、これらの摺動面が耐摩耗性材料により複合化されてなる軽合金製ブレーキディスクにおいて、第２摺動部の摺動面における複合化部の厚さを、第１摺動部の摺動面における複合化部の厚さより小さく形成したことにより、複合化部の熱伝導率が母材より低く、第１摺動部側はハブ取付部への熱逃げが起こりやすいために発生する、熱膨張差の要因となる摺動部間の発熱による温度差を小さくし、ディスクの熱変形を抑えることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、第１摺動部と第２摺動部との間には、径方向に開口するベンチレーション孔が形成されていることにより、両摺動部の冷却が促進され、請求項１における温度差を小さくする効果を助長し得る。
【００１３】
請求項３の発明によれば、ディスクはアルミニウム合金製であることにより、鋳鉄材などの他の母材に比べて熱伝導性が良く、温度差を小さくする効果を助長し得る。
【００１４】
請求項４の発明によれば、耐摩耗性材料は、セラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有することにより、母材部と複合化部の熱伝導率の差が大きい場合でも、熱膨張差の要因となる摺動部間の発熱による温度差を小さくできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００１７】
［ベンチレーテッドブレーキディスクの構造］
図１は、本発明に係る実施形態のベンチレーテッドブレーキディスクの構造を示す斜視図である。図２は、従来のディスク構造（ａ）と本実施形態のディスク構造（ｂ）とを比較して示す部分断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のベンチレーテッドブレーキディスクを構成するロータ２０は後述する鋳造用金型を用いてアルミニウム合金などの軽合金材料から高圧鋳造され、その中央部が凸状のハブ取付部２１と、不図示のブレーキパッドに対して摺動するリング状の摺動部２２とを備える。
【００１９】
上記摺動部２２の両側（表面部と背面部）には、ハブ取付部２１から径方向外側に延び、不図示のブレーキパッドに対する一方の摺動面２３を有する第１摺動部２２ａと、第１摺動部２２ａの非摺動面側にフィン部２６を介して接続され、この接続部分とは反対側に不図示のブレーキパッドに対する他方の摺動面２４を有する第２摺動部２２ｂとを備える。
【００２０】
上記第１及び第２摺動部２２ａ，２２ｂの各摺動面２３，２４は、不図示のブレーキパッドに挟み込まれて摺動して車輪の回転力を低減し、各摺動面２３，２４には鋳造時において耐摩耗性材料である複合強化材が一体的に複合化されている。
【００２１】
上記耐摩耗性の複合強化材は、セラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有する素材からなる。
【００２２】
また、第１摺動部２２ａと第２摺動部２２ｂの非摺動面側が対向する部位（ロータの肉圧部分）には径方向に放射状に複数の冷却通風孔（ベンチレーション孔）２５を形成するフィン部２６が形成されている。また、ハブ取付部２１には４つのネジ取付孔２７が穿設される。
【００２３】
上記各摺動面２３、２４は、多孔質のセラミック粒子／繊維成形体から構成された複合強化材を金型内に配置してアルミニウム合金溶湯を含浸（溶浸）させて凝固させることにより形成されている。
【００２４】
図２（ａ）に示す従来の構造では、第１摺動部２２ａの複合強化部１１ａ’の厚さｔ１と第２摺動部２２ｂの複合強化部１１ｂ’の厚さｔ２とが略同等（ｔ１≒ｔ２）であるのに対して、図２（ｂ）に示す本実施形態の構造では、第１摺動部２２ａの摺動面２３における複合強化部１１ａの厚さｔ１より第２摺動部２２ｂの摺動面２４における複合強化部１１ｂの厚さｔ２を小さく（薄く）形成している（ａ＜ｂ）。複合強化材１１ａと１１ｂは、鋳造時において複合化する前に予め所望の厚さに形成されたものを用いた方がよい。複合化後の後工程で摺動面を削ることによって所望の厚さにすると、摺動面の硬度が増しているため削る量が多いほど工具寿命が短くなるからである。
【００２５】
尚、第１及び第２摺動部２２ａ，２２ｂの径方向から見た複合強化部１１ａ，１１ｂの厚さは外周側と内周側とで略同等に形成されている。
【００２６】
図３は、第１及び第２摺動部の複合強化部の厚さの相違による摺動部間の温度差を示す図である。
【００２７】
例えば、２５０℃での母材部の熱伝導率は１９０Ｗ／ｍ・Ｋ、複合強化部の熱伝導率は１０５Ｗ／ｍ・Ｋで両者の熱伝導率には大きく差があり、更に、第１摺動部２２ａは直接ハブ取付部２１に接続されているため第２摺動部２２ｂに比して熱伝導性が良いのに対して、第１摺動部２２ａの摺動面２３における複合強化部１１ａの厚さｔ１より第２摺動部２２ｂの摺動面２４における複合強化部１１ｂの厚さｔ２を小さく（薄く）形成することで、第２摺動部２２ｂの複合化された摺動面２３及びその近傍部位の熱伝導性を良くし、図３に示すように、熱膨張差の要因となる第１摺動部２２ａと第２摺動部２２ｂの間の発熱による温度差を小さくすることができ、ブレーキディスクの熱変形などを防止できる。
【００２８】
尚、両摺動部２２ａ，２２ｂの温度差が±１．０℃程度に収束するように、例えば、第２摺動部２２ｂの複合強化部１１ｂの厚さｔ２は、第１摺動部２２ａの複合強化部１１ａの厚さｔ１の１／２以上で０．８以下となる範囲に設定すればよい（０．５≦ａ／ｂ≦０．８）。
【００２９】
更に、図４は、冷却通風孔を設けたベンチレーテッド型ディスクと冷却通風孔を設けないソリッド型ディスクについて第１及び第２摺動部の複合強化部の厚さの相違による摺動部間の温度差を比較して示す図である。
【００３０】
図４に示すように、フロントに比べて発熱量の少ないリヤブレーキにソリッド型ディスクを用いた場合では複合強化部の厚さを略同等にした場合でも温度差は小さく、逆に一方の複合強化部の厚さを他方の複合強化部の厚さより小さくした場合には温度差は大きくなっていくのに対して、リヤに比べて発熱量の大きいフロントブレーキにベンチレーテッド型ディスクを用いた場合では第１摺動部２２ａの複合強化部１１ａの厚さｔ１より第２摺動部２２ｂの複合強化部１１ｂの厚さｔ２を小さく（薄く）形成することによって両摺動部の冷却が促進され、温度差を縮小する効果を助長し得ることがわかる。ブレーキディスクの発熱量は、車両の前後の重量配分や想定される車速などによるところが大きく、本実施形態のベンチレーテッド型ディスクも車両の前後の重量配分が略同等の場合などにはフロントブレーキだけでなく、リヤブレーキにも適用できることは言うまでもない。
【００３１】
また、母材をアルミニウム合金としたことにより、鋳鉄材などの他の母材に比べて熱伝導性が良く、温度差を小さくする効果を助長し得る。
【００３２】
更に、母材をアルミニウム合金とし、複合強化材を骨格となるセラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有する素材としたことで、母材部と複合化部の熱伝導率の差が大きくなる場合でも、熱膨張差の要因となる摺動部間の発熱による温度差を小さくできる。
【００３３】
［ブレーキディスクの製造方法］
図５は、本発明に係る実施形態として例示するブレーキディスクの製造方法を説明する図である。
【００３４】
本実施形態では、図５に例示する鋳造用金型を用いてアルミニウム合金製のベンチレーテッドブレーキディスクを高圧鋳造（若しくは溶湯鍛造）する。
【００３５】
鋳造用金型は、一対の上型１と下型２とを閉じることにより内部にキャビティ３が形成され、下型２には溶湯を充填するための湯口４と、この湯口４に連通する溶湯通路を形成するスリーブ５と、スリーブ５の内壁に摺接して溶湯を湯口４まで圧入する可動プランジャ６とを備える。溶湯は可動プランジャ６に押し上げられて湯口４からキャビティ３内に高圧で導入される。
【００３６】
キャビティ３内には、冷却通風孔２５を形成するための砂中子７が配置されている。
【００３７】
砂中子７はディスク回転軸とスリーブ５の軸中心とが線Ｒに一致するようにキャビティ３内に配置され、線Ｒと同心の円盤状に形成されている。また、砂中子７の外周面と内周面との間には、ベンチレーション孔を形成するための複数のスリットが線Ｒを中心として放射状に円周方向に沿って等間隔に形成されている。
【００３８】
下型２と上型１には、溶湯と複合化するために予備成形された複合強化材１１ａ，１１ｂが夫々配置され、摺動面２３，２４となる部分が複合化される。
【００３９】
［鋳造条件］
本実施形態では、高圧鋳造法を用いて、約３０．４ＭＰａで加圧し、充填速度４０ｍｍ／ｓｅｃで充填し、溶湯はＪＩＳ規格のＡＣ４Ｃのアルミニウム合金、注湯温度約７８０℃、複合強化材温度７００℃である。複合強化材には、セラミック短繊維及びウィスカの少なくともいずれかと、セラミック粒子とを含有するものを用いる。
【００４０】
本実施例に用いる砂中子は、レジン量２．１〜２．３質量％、抗折力約６．５ＭＰａ、粒度指数（ＡＦＳ）６５〜７５、平均粒径０．１５ｍｍのレジンコートシェル中子を一例とし、３００〜３２０℃で焼成、３秒ブロー、４０秒キュアして形成される。
【００４１】
尚、複合強化材は、アルミナ短繊維やホウ酸アルミニウム−ウィスカの少なくともいずれかと、セラミックのＳｉＣ、ＴｉＯ２，ＣａＣＯ３粒子と、焼失性粉末と、水等の溶媒を撹拌して均一に混合してスラリー状とし、場合によっては、無機バインダとしてアルミナゾル等を添加し、その後、ろ過器でスラリー中の水等の液体成分を真空ポンプなどにより、吸引脱水した後、乾燥・焼結させて成形される。
【００４２】
以上が本発明に係る実施の形態の説明であるが、本発明により製造されるアルミニウム合金鋳物は、上述した実施形態のような高圧鋳造法によるベンチレーテッドブレーキディスクに限られず、他の耐摩耗性及び軽量化を必要とする部品にも適用できる。また、本発明によれば、アルミニウム合金以外に、例えばマグネシウム合金等の他の軽合金鋳物にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態のベンチレーテッドブレーキディスクの構造を示す斜視図である。
【図２】従来のディスク構造（ａ）と本実施形態のディスク構造（ｂ）とを比較して示す部分断面図である。
【図３】第１及び第２摺動部の複合強化部の厚さの相違による摺動部間の温度差を示す図である。
【図４】冷却通風孔を設けたベンチレーテッド型ディスクと冷却通風孔を設けないソリッド型ディスクについて第１及び第２摺動部の複合強化部の厚さの相違による摺動部間の温度差を比較して示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態として例示するブレーキディスクの製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１　上型
２　下型
３　キャビティ
４　湯口
５　スリーブ
６　プランジャ
７　砂中子
１１ａ，１１ｂ　複合強化材
２０　ベンチレーテッドブレーキディスク
２１　ハブ取付部
２２　摺動部
２２ａ　第１摺動部
２２ｂ　第２摺動部
２３、２４　摺動面
２５　冷却通風孔
２６　フィン部
【図１】
2004138154.tif 000003
【図２】
2004138154.tif 000004
【図３】
2004138154.tif 000005
【図４】
2004138154.tif 000006
【図５】
2004138154.tif 000007