(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ基複合材の環状体を金型の一方の型の凸部に嵌合し、この一方の型に他方の型を型組みすることでキャビティを形成し、このキャビティにＡｌ合金を注湯して前記部材を鋳包むことで、ブレーキドラムの摩擦材がＡｌ基複合材でブレーキドラムのバックアップ材がＡｌ合金であるブレーキドラムを製造する方法であって、
前記一方の型の凸部に環状体を嵌合するときには、この環状体が前記凸部に嵌合可能となるように、前記環状体を凸部より高温にして前記凸部に対する環状体のクリアランスを大きく確保し、
前記Ａｌ合金を注湯するときには、注湯したＡｌ合金が前記環状体の内周側に侵入することを防ぐように、前記凸部内に冷却液を循環させて前記環状体を強制冷却し、
環状体を強制冷却することにより、前記凸部に対する環状体のクリアランスを０．０５ｍｍを超えないように小さく、又はクリアランスをなくし、
前記注湯したＡｌ合金で前記環状体を鋳包んだ後、鋳包んだＡｌ合金と一緒に前記環状体を前記凸部から取り外すことを特徴とするブレーキドラムの製造方法。
【請求項２】
前記Ａｌ基複合材の環状体は、金属酸化物からなる強化材を窒化マグネシウムと接触せしめ、窒化マグネシウムの還元作用によって強化材の少なくとも一部に金属を露出せしめた状態でＡｌ合金を強化材に浸透させてＡｌ基複合材を製造し、このＡｌ基複合材を、外周に凹凸を有し且つ内径がブレーキドラムと同一の円筒状部材に押出し成形法で形成し、この円筒状部材を、ブレーキドラムに対応した幅に切断したものであることを特徴とする請求項１記載のブレーキドラムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレーキドラムの摩擦材をＡｌ基複合材で成形し、この摩擦材をＡｌ合金で鋳包むブレーキドラムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動二輪車や自動車のなかには制動装置としてドラムブレーキを使用したものがある。ドラムブレーキは、車輪と一体に回転するブレーキドラムの内周（摩擦面）にブレーキシューを押し付け、ブレーキシューでブレーキドラムの回転を制御するものである。
このブレーキドラムは摩擦面の強度を保つために鋳鉄で一体に鋳造したものがあり、鋳鉄製のブレーキドラムは重量が比較的大きく、自動二輪車や自動車の軽量化を図る妨げになっている。
【０００３】
ブレーキドラムの軽量化を図るために、ブレーキドラムの一部にアルミニウム合金（以下、「Ａｌ合金」と記す）などの軽量部材を使用したものがある。すなわち、耐摩耗性が要求される摩擦面を鋳鉄で形成し、その他の部位をＡｌ合金などの軽量部材で成形することにより、ブレーキドラムの軽量化を図る。このため、自動二輪車や自動車を軽量にして低燃費化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、自動二輪車や自動車においては、低燃費化を目的とした軽量化のニーズは依然として高く、ブレーキドラムの種類によっては、より軽量なブレーキドラムが必要となる。
このため、軽量を図ることができ、かつ廉価なコストで生産することができるブレーキドラムが望まれている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、ブレーキドラムをより軽量にすることができ、かつ軽量なブレーキドラムを効率よく生産することができる技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、Ａｌ基複合材の環状体を金型の一方の型の凸部に嵌合し、この一方の型に他方の型を型組みすることでキャビティを形成し、このキャビティにＡｌ合金を注湯して前記部材を鋳包むことで、ブレーキドラムの摩擦材がＡｌ基複合材でブレーキドラムのバックアップ材がＡｌ合金であるブレーキドラムを製造する方法であって、前記一方の型の凸部に環状体を嵌合するときには、この環状体が前記凸部に嵌合可能となるように、前記環状体を凸部より高温にして前記凸部に対する環状体のクリアランスを大きく確保し、前記Ａｌ合金を注湯するときには、注湯したＡｌ合金が前記環状体の内周側に侵入することを防ぐように、前記凸部内に冷却液を循環させて前記環状体を強制冷却し、環状体を強制冷却することにより、前記凸部に対する環状体のクリアランスを０．０５ｍｍを超えないように小さく、又はクリアランスをなくし、前記注湯したＡｌ合金で前記環状体を鋳包んだ後、鋳包んだＡｌ合金と一緒に前記環状体を前記凸部から取り外すことを特徴とする。
【０００７】
環状体（すなわち、摩擦材）を一方の型の凸部に嵌合するときには、摩擦材を凸部より高温にした状態で凸部にセットする。摩擦材をＡｌ基複合材で成形したので、摩擦材の線膨張係数は一方の型の凸部より大きい。この摩擦材を金型より高い温度に加熱することで、摩擦材の内径を凸部の外径より大きくして摩擦材を一方の型の凸部に簡単にセットする。
【０００８】
加えて、Ａｌ合金の注湯に先立ち、一方の型の凸部を介して摩擦材を強制冷却する。これにより、摩擦材の収縮を誘起して摩擦材と凸部との間のクリアランスの発生を抑制し、かつ注湯の際に摩擦材の温度が上昇することを防ぐ。このため、摩擦材の熱膨張を抑え、摩擦材の内周側に溶湯が侵入することを阻止する。
【０００９】
また、摩擦材の強制冷却を、一方の型の凸部内に冷却液を循環させることにより行うことにした。
【００１０】
一方の型の凸部内に冷却液を循環させることで凸部を冷却し、凸部を冷却することで摩擦材を冷却するようにした。凸部内に循環路を形成し、この循環路に冷却水を流すだけで摩擦材を冷却する。従って、摩擦材を冷却する設備を比較的簡単な構成にして設備費を抑える。
【００１１】
請求項２において、Ａｌ基複合材の環状体は、金属酸化物からなる強化材を窒化マグネシウムと接触せしめ、窒化マグネシウムの還元作用によって強化材の少なくとも一部に金属を露出せしめた状態でＡｌ合金を強化材に浸透させてＡｌ基複合材を製造し、このＡｌ基複合材を、外周に凹凸を有し且つ内径がブレーキドラムと同一の円筒状部材に押出し成形法で形成し、この円筒状部材を、ブレーキドラムに対応した幅に切断したものであることを特徴とする。
【００１２】
強化材を窒化マグネシウムの還元作用によって金属化して強化材とＡｌ合金の溶湯との濡れ性をよくする。これにより、強化材とＡｌ合金との界面を強固に結合して、伸び性に優れたＡｌ基複合材を得る。このＡｌ基複合材を押出し成形して摩擦材を製造する。この摩擦材は押出し成形することで引張り強さや耐力に優れたものとなり、摩擦材としての強度を十分に確保する。加えて、Ａｌ基複合材のマトリックスを、軽量なＡｌ合金として摩擦材の軽量化を図る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るブレーキドラムを取り付けた自動二輪車用後輪の斜視図である。
ブレーキドラム１０は、リヤアクスルやフロントアクスル（図示しない）に取り付けるボス１１と、ボス１１の右端に一体成形したフランジ１２と、フランジ１２の外周に一体成形するとともにボス１１と同軸に配置したドラム本体（バックアップ材）１３と、ドラム本体１３の外周に取り付けた一対のフランジ１４，１４と、ドラム本体１３の内周に取り付けた環状の摩擦材（環状体）１６とからなる。
【００１４】
ボス１１、フランジ１２、ドラム本体１３及び一対のフランジ１４，１４は、Ａｌ合金で一体に鋳造することでハブ１５を構成する。ハブ１５をＡｌ合金製とすることで軽量化を図ることができる。
摩擦材１６はアルミニウム基複合材（以下、「Ａｌ基複合材」という）で成形した部材である。摩擦材１６をＡｌ基複合材で成形することで軽量化を図ることができる。さらに、Ａｌ基複合材は内部に強化材を含んでいるので、摩擦材として必要な耐摩耗性を十分に確保することができる。
【００１５】
摩擦材１６をＡｌ基複合材で成形することで、摩擦材１６のマトリックスをドラム本体１３と同様にＡｌ合金にできる。このため、摩擦材１６の熱伝導性を、従来の鋳鉄に比べて高くできるので、制動時に発生する熱を放熱しやすく、耐フェード性が向上する。
【００１６】
このブレーキドラム１０によれば、一対のフランジ１４，１４に複数の取付孔１４ａ・・・（・・・は複数個を示す）を形成し、取付孔１４ａ・・・にスポーク２０を取り付けることでブレーキドラム１０にリム２１を取り付け、このリム２１にタイヤ２２を取り付け、ブレーキドラム１０の内部に一対のブレーキシュー２３や一対の圧縮ばね２４を収納する。
【００１７】
次に、ブレーキドラム１０の製造方法について説明する。
図２は本発明に係るブレーキドラムの製造方法を示すフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；Ａｌ基複合材を製造する。
ＳＴ１１；Ａｌ基複合材を、外周に凹凸を有し且つ内径がブレーキドラムと同一の円筒状部材に押出し成形法で形成する。
ＳＴ１２；円筒状部材をブレーキドラムに対応した幅に切断する。
ＳＴ１３；切断した部材を金型より所定温度高い温度に加熱する。
ＳＴ１４；加熱した部材を金型にセットし、金型を冷却しながらセットした部材をバックアップ材としてのＡｌ合金で鋳包む。
以下、ＳＴ１０〜ＳＴ１４の各工程を図３〜図１１で詳しく説明する。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第１説明図であり、（ａ）〜（ｃ）はＳＴ１０を示す。
（ａ）において、雰囲気炉３０内の第１坩堝（るつぼ）３１に、金属酸化物からなる強化材（以下、「アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）」として説明する）３２を入れる。アルミナ３２は、酸化物系セラミックスからなる多孔質成形体であって、ビレット（円柱体）に形成したものである。
このアルミナ３２にＡｌ合金３３を載せる。さらに、雰囲気炉３０内の第２坩堝３４にマグネシウム（Ｍｇ）３５を入れる。Ａｌ合金３３は、例えばＡ６０６１であり、Ｍｇ３５はＭｇ合金でもよい。
【００１９】
次に、雰囲気炉３０内の空気を除去するために真空ポンプ３６で真空引きして一定の真空度に達したとき真空ポンプ３６を止める。次いで、アルゴンガスボンベ３８からアルゴンガス（Ａｒ：「×」で示す）３８ａを雰囲気炉３０内に矢印▲１▼の如く供給する。雰囲気炉３０がアルゴンガス３８ａの雰囲気になり、Ａｌ合金３３及びマグネシウム３５が酸化することはない。
【００２０】
同時に、加熱コイル４０で雰囲気炉３０を加熱することで、アルミナ３２、Ａｌ合金３３及びマグネシウム３５を所定温度（例えば、約７５０℃〜約９００℃）まで高める。これにより、Ａｌ合金３３を溶解すると共にマグネシウム３５（「白抜き三角」で示す）を矢印▲２▼の如く蒸発する。
ここで、雰囲気炉３０内の温度を温度センサ４１で検知し、温度センサ４１からの検知信号に基いて制御部４２で雰囲気炉３０内の温度を設定値に調整する。
【００２１】
（ｂ）において、窒素ガスボンベ４３から窒素ガス（Ｎ2：「黒丸」で示す）４３ａを雰囲気炉３０に矢印▲３▼の如く供給する。同時に、雰囲気炉３０の内部を加圧（例えば、大気圧＋約０．５ｋｇ／ｃｍ2）して、雰囲気炉３０内の雰囲気を窒素ガス４３ａに置換する。
雰囲気炉３０が窒素ガス４３ａの雰囲気になると、窒素ガス４３ａは、マグネシウム３５と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ3Ｎ2：「黒三角」で示す）４４を生成する。
【００２２】
この窒化マグネシウム４４は還元作用を有するため、アルミナ３２の少なくとも一部を金属（アルミニウム）に変える働きをなす。従って、アルミナ３２の少なくとも一部がアルミニウムを露出せしめた状態になる。アルミニウムを生成することで濡れ性を良好にすることができる。
アルミナ３２から変化したアルミニウムにＡｌ合金３３の溶湯を浸透させ、浸透したＡｌ合金３３を凝固させることにより、ビレット状のＡｌ合金基複合材４５を製造する。
【００２３】
Ａｌ基複合材４５を、アルミナ３２を窒化マグネシウムの還元作用によって金属化して濡れ性をよくすることで伸び性に優れたものとすることができる。このため、Ａｌ基複合材４５を成形性に優れ、塑性変形がしやすい複合材料とすることができる。
【００２４】
なお、浸透過程において、雰囲気炉３０を加圧雰囲気にすると、浸透が早くなり、短時間でＡｌ基複合材４５を得ることができる。また、雰囲気炉３０を真空ポンプ３６で減圧し、減圧窒素雰囲気でも短時間で浸透させることもできる。
さらに、多孔質成形体のアルミナ３２に、Ｍｇを含んだＡｌ合金を、予め含有させ、その後、窒化マグネシウムを生成させてアルミナ３２を還元することも可能である。
また、マグネシウム粉末を含むアルミナ粒子の多孔質成形体にＡｌ合金を載せ、複合化処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
（ｃ）において、Ａｌ基複合材４５の外周４５ａを切削刃４６で切削（いわゆる、皮むき加工）する。これにより、Ａｌ基複合材４５を、後工程の押出し成形に適した形状に加工する。
Ａｌ基複合材４５は、前述したように成形性に優れ、塑性変形がしやすい材料である。従って、次図の押出し成形が可能になる。
【００２６】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第２説明図であり、（ａ）はＳＴ１１を示し、（ｂ）はＳＴ１２を示す。
（ａ）において、Ａｌ基複合材４５をコンテナ５０に挿入し、ラム５１で押圧する。これにより、Ａｌ基複合材４５をダイス５２とマンドレル５３の間を通して押し出す。この押出し成形法で、Ａｌ基複合材４５を押出し成形することで、外周５５に凹凸（（ｂ）に図示する）を有し且つ内径Ｄ１がブレーキドラム１０（図１に示す）と同一の円筒状部材５４を形成する。
【００２７】
ここで、普通のＡｌ基複合材は、伸びが小さいことから押出し成形することは難しいといわれている。そこで、本発明のＡｌ基複合材４５は窒化マグネシウムで金属酸化物とＡｌ合金の溶湯との濡れ性を化学的に改善した。このため、金属酸化物とＡｌ合金との界面状態を化学的に強固に結合することができる。従って、普通のＡｌ基複合材と比較すると優れた伸び性を示す。このため、Ａｌ基複合材４５の押出し成形が可能になる。
【００２８】
このように、Ａｌ基複合材４５は優れた伸び性があるので、押出し成形の際に、中実ビレットから円筒状部材を押出し成形（いわゆる、ホローダイス製法）することが可能になる。すなわち、Ａｌ基複合材４５を押出し成形する際に、ホローダイスでＡｌ基複合材４５を複数本に分割し、分割したＡｌ基複合材４５を押出しながら圧着することができる。
このため、円筒状部材を押出し成形するために、中空状のビレットを準備する必要がないので、生産性を高めることができる。
【００２９】
この円筒状部材５４は、図１に示す摩擦材１６として使用するものであり、摩擦材１６の強度を保つために引張り強さや耐力を所定値に確保することが望ましい。そのため、押出し成形前のＡｌ基複合材４５の断面積Ｓ１を押出し成形後の円筒状部材５４の断面積Ｓ２で割った値を押出比Ｒとしたときに、押出し成形法での押出比Ｒを１０〜４０に設定した。
Ａｌ基複合材４５に押出比Ｒ１０〜４０による変形を加えることで、円筒状部材５４は内部欠陥もなく高品質であるため、複雑な品質管理工程も不要となる。押出比Ｒを１０〜４０に設定した理由については図５で詳しく説明する。
【００３０】
（ｂ）において、円筒状部材５４をブレーキドラム１０（図１に示す）に対応した幅Ｗに切断する。切断した部材は、図１に示すブレーキドラム１０の摩擦材１６である。摩擦材１６は、前述したように引張り強さや耐力を所定値に確保したので、摩擦材１６としての強度を保つことができる。
ところで、図３（ｃ）に示すＡｌ基複合材４５は、強化材との界面活性作用により複合化しているため、熱伝導性（熱ひけ性）が非常によく、普通のＡｌ基複合材に対して放熱性に優れている。従って、摩擦材１６の放熱性をより高めることができる。
【００３１】
また、摩擦材１６の外周１７に凹凸を形成することにより、摩擦材１６をブレーキドラム１０（図１に示す）に確実に固着することができる。
ところで、摩擦材１６の凹凸は、押出し成形の際に同時に成形することができるので歩留りがよくなる。従って、切削加工で凹凸を形成する場合と比較してコストダウンを図ることができる。
なお、摩擦材１６の凹凸については図１２〜図１３で詳しく説明する。
【００３２】
図５は本発明に係るブレーキドラムを製造する際の押出比と引張り強さ・耐力との関係を示したグラフであり、横軸は押出比Ｒを示し、縦軸は円筒状部材５４（すなわち、摩擦材１６）の引張り強さ（ＭＰａ）及び耐力（ＭＰａ）を示す。なお、耐力は、０．２％の永久歪が生じたときの応力である。
押出比Ｒを１０以下にすると、摩擦材１６の引張り強さが所定値（約３８０ＭＰａ）より小さくなり、耐力が所定値（約２４０ＭＰａ）より小さくなる。このため、摩擦材１６は強度を保つことができない。
また、押出比Ｒが１０以下では、Ａｌ基複合材製造時の鋳造欠陥（引け巣など）が残留し、押出し後のブローホールが発生する虞れがある。
【００３３】
押出比Ｒを１０を超えるようにすると、摩擦材１６の引張り強さが所定値（約３８０ＭＰａ）を確保し、耐力が所定値（約２４０ＭＰａ）を確保することができる。このため、摩擦材１６は強度を保つことができ、内部品質も確保できる。従って、Ａｌ基複合材の機械的特性の観点から押出比Ｒの下限を１０に設定した。
しかし、押出比Ｒを４０が超えると、押出力が大きくなり押出速度が低下する。このため、サイクルタイムが低下し、生産コストが増加する為、押出比Ｒの上限を４０に設定した。
【００３４】
図６は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第３説明図であり、ＳＴ１３を示す。
前工程で製造した摩擦材１６を、加熱炉６０で所定温度（例えば、１００℃）に加熱し、加熱した摩擦材１６を搬送手段６１で待機位置Ｐ１まで矢印の如く搬送する。待機位置Ｐ１に到達した摩擦材１６を第１ストッパ手段６２のストッパ片６２ａで所定位置に静止させる。
この摩擦材１６を嵌込手段６３の嵌込位置Ｐ２に移動する際には、第１ストッパ手段６２のシリンダロッド６２ｂを後退させてストッパ片６２ａを上昇し、同時に嵌込手段６３の第２ストッパ手段６４のシリンダロッド６４ｂを後退させてストッパ片６４ａを上昇する。
【００３５】
この状態で、搬送手段６１を駆動することにより、待機位置Ｐ１に配置した摩擦材１６を嵌込位置Ｐ２まで移動する。摩擦材１６を嵌込位置Ｐ２まで移動した後、第１、第２ストッパ手段６２，６４の各シリンダロッド６２ｂ，６４ｂを前進させて、各ストッパ片６２ａ，６４ａを下降する。これにより、嵌込位置Ｐ２の摩擦材１６を静止した状態に保つ。
【００３６】
次に、嵌込シリンダ６５のシリンダロッド６５ａを前進することにより、シリンダロッド６５ａの先端に取り付けたプレート６６を押し出す。プレート６６を押し出すことで摩擦材１６をレール６７，６７に沿って矢印▲４▼の如く可動型７１の凸部７２（以下、「可動型凸部」という）に向けて移動する。可動型７１は金型７０を構成する部材である。
なお、嵌込手段６３を移動可能（白抜き矢印に示す方向あるいは横方向）に構成することで、嵌込手段６３を可動型凸部７２の金型外に退避させる。
【００３７】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第４説明図であり、ＳＴ１４の前半を示す。
（ａ）において、嵌込シリンダ６５のシリンダロッド６５ａを前進させて摩擦材１６を矢印▲４▼の如く移動することにより、摩擦材１６を可動型凸部７２に嵌め込む。
【００３８】
この可動型凸部７２は冷却手段７４を備え、冷却手段７４の給水ホース７５ａから冷却水を矢印ａの如く銅パイプ７５ｂに供給する。この冷却水は、銅パイプ７５ｂの先端から冷却水路７６ａ内に流出して矢印の如く折り返し、冷却水路７６ａを矢印の如く流れ、排水ホース７６ｂから矢印ｂの如く排出する。
これにより、冷却水が可動型凸部７２の内部を循環して、可動型凸部７２を約５０℃に冷却する。このため、可動型凸部７２を収縮させて、可動型凸部７２の外径Ｄ２を小さくすることができる。
一方、摩擦材１６は１００℃に加熱してあるので、摩擦材１６の内径Ｄ１を可動型凸部７２の外径Ｄ２より大きく膨張させることができる。従って、摩擦材１６を可動型凸部７２に簡単に嵌め込むことができる。
【００３９】
（ｂ）に示すように、冷却手段７４は冷却水路７６ａを９０゜の間隔で、可動型凸部７２の外周に沿って４個設定したので、可動型凸部７２の外周を所定温度（約５０℃）まで冷却することができる。
なお、冷却手段７４の冷却水路７６ａは、４個に限らないで冷却状態に対応させて任意に設定することができる。
【００４０】
図８は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第５説明図であり、ＳＴ１４の前半を示す。
摩擦材１６を可動型凸部７２に嵌め込むことで、摩擦材１６（１００℃）は可動型凸部７２（５０℃）に接触する。このとき、可動型凸部７２の熱容量が摩擦材１６に比べて大きいため、接触後、摩擦材１６は可動型凸部７２の温度と同じ温度まで冷却される。
このため、摩擦材１６の温度は１００℃から５０℃まで下がり、摩擦材１６は収縮する。従って、摩擦材１６の内径Ｄ１が小さくなる。
【００４１】
一方、可動型凸部７２の温度は５０℃に保持される。従って、焼き嵌め状態になり、摩擦材１６を可動型凸部７２に密着させて、摩擦材１６と可動型凸部７２との間のクリアランスをなくすことができる。
摩擦材１６を可動型凸部７２に嵌め込んだ後、可動型７１を矢印▲５▼の如く固定型７７に向けて移動することにより、摩擦材１６を金型７０にセットする。
【００４２】
図９は本発明に係るブレーキドラムの摩擦材と金型との熱変化量を示すグラフであり、横軸は温度を示し、縦軸は摩擦材１６と可動型凸部７２とのクリアランスを示す。太実線は可動型凸部７２の熱膨張を示す直線であり、細実線及び破線は摩擦材１６の熱膨張を示す直線である。
【００４３】
摩擦材１６の内径Ｄ１の寸法を可動型凸部７２と同じ温度となった時に、溶湯が侵入しない程度のクリアランス（例えば、０．０５ｍｍ）以下になるように設定した。なお、摩擦材１６の内径Ｄ１の最小値をｄ１として細実線で示し、摩擦材の内径Ｄ１の最大値をＤ１として破線で示した。
摩擦材１６は前述したようにＡｌ基複合材で製造したものである。一方、金型７０（可動型凸部７２）は、合金工具鋼の熱間金型用材（ＳＫＤ）で製造したものである。
【００４４】
可動型凸部７２（ＳＫＤ）の線膨張係数（熱膨張係数）は約１３．５×１０-6／℃であり、可動型凸部７２の温度を０℃から５０℃まで加熱すると外径Ｄ２は＋０．０５だけ大きくなる。さらに、可動型凸部７２の温度を７５℃まで加熱すると外径Ｄ２は＋０．０７５だけ大きくなり、１００℃まで加熱すると外径Ｄ２は＋０．１０だけ大きくなる。可動型凸部７２は線膨張係数が小さいので、外径Ｄ２は比較的緩やかに大きくなる。
【００４５】
一方、摩擦材１６（Ａｌ基複合材）の線膨張係数（熱膨張係数）は約２０×１０-6／℃であり、可動型凸部７２と比べて大きい。従って、摩擦材１６の温度を０℃から５０℃まで加熱すると最大内径Ｄ１は＋０．１０大きくなり、７５℃まで加熱すると＋０．１５大きくなる。さらに、摩擦材１６の温度を１００℃まで加熱すると＋０．２０大きくなる。摩擦材１６の線膨張係数が大きいので、内径Ｄ１は急激に大きくなる。
なお、摩擦材１６の最小内径ｄ１も最大内径Ｄ１と同様に急激に大きくなる。
【００４６】
このため、摩擦材１６を１００℃まで加熱し、一方、可動型凸部７２を５０℃に加熱すると、（最大内径Ｄ１−外径Ｄ２）は＋０．１５になり、（最小内径Ｄ１−外径Ｄ２）は＋０．０５になる。従って、可動型凸部７２に対する摩擦材１６のクリアランスを大きく確保することができるので、摩擦材１６を可動型凸部７２に容易に嵌め込むことができる。
【００４７】
一方、摩擦材１６を可動型凸部７２に嵌め込むと、摩擦材１６は、熱容量が可動型凸部７２に比較し小さいため、可動型凸部７２の温度まで冷却される。このとき、（最大内径Ｄ１−外径Ｄ２）は＋０．１５から＋０．０５まで小さくなり、（最小内径ｄ１−外径Ｄ２）は計算上では＋０．０５から−０．０５になる。このため、可動型凸部７２に対する摩擦材１６のクリアランスを小さく、又は焼き嵌め効果でクリアランスをなくすことができる。
従って、可動型凸部７２に対して摩擦材１６をずらさないように同軸に配置することができ、かつ注湯の際に溶湯が内周側に侵入することを防ぐことができる。
【００４８】
また、摩擦材１６の線膨張係数（約２０×１０-6／℃）は、可動型凸部７２の線膨張係数（約１３．５×１０-6／℃）より大きいので、摩擦材１６の加熱温度あまり高く上げなくても焼き嵌め効果を得ることができる。このため、加熱炉６０の設備コストを抑えることができる。
【００４９】
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第５説明図であり、ＳＴ１４の後半を示す。
（ａ）において、金型７０を型閉めした後、Ａｌ合金の溶湯を固定型７７の湯口７０ａからキャビティ７０ｂに矢印▲６▼の如く充填する。これにより、摩擦材１６をＡｌ合金で鋳包む。摩擦材１６を鋳包んだＡｌ合金はバックアップ材１５（すなわち、ハブ１５（図１に示す））となる。
【００５０】
ここで、Ａｌ合金の溶湯温度は約６８０℃であるため、キャビティ７０ｂに溶湯を充填することにより、摩擦材１６や可動型凸部７２が溶湯で加熱され、摩擦材１６と可動型凸部７２との間に比較的大きなクリアランスが生じる可能性がある。
しかし、可動型凸部７２の内部に冷却手段７４を備えて冷却水を循環させたので、可動型凸部７２及び摩擦材１６の温度が上昇することを防ぐことができる。
従って、可動型凸部７２に対して摩擦材１６をずらさないように同軸に配置することができ、かつ注湯の際に溶湯が内周側に侵入することを防ぐことができる。
【００５１】
（ｂ）において、Ａｌ合金が凝固した後、可動型７１を矢印▲７▼の如く移動するとともに、スライド型７８を矢印▲８▼の如く移動する。次に、鋳造品７９を矢印▲９▼の如く可動型７１から取り出す。
摩擦材１６を可動型凸部７２に密着した状態で嵌め込むことができるので、摩擦材１６をブレーキドラム１０の軸線１０ａと同軸に鋳包むことができる。さらに、摩擦材１６の内周１８にＡｌ合金が付着することを防ぐことができ、又は摩擦材１６の内周１８にＡｌ合金が付着しても少量に抑えることができる。
なお、必要な場合には、鋳造品７９の摩擦材１６の内周を所望の寸法に研削することにより、図１に示すブレーキドラム１０を得る。
【００５２】
図１１は本発明に係るブレーキドラムの鋳造工程を説明したグラフであり、横軸は鋳造工程を示し、縦軸は可動型凸部７２の温度を示す。なお、実線は実施例、破線は比較例を示す。実施例は冷却手段７４を備えた実施の形態であり、比較例は冷却手段７４を備えないものである。
【００５３】
比較例において、可動型凸部７２に摩擦材１６を嵌め込むときの可動型凸部７２の温度は１２０℃である。可動型凸部７２の温度が１２０℃と高いので、可動型凸部７２と摩擦材１６とのクリアランスを大きくするために、摩擦材１６の温度を１２０℃より高い温度に加熱する必要がある。従って、摩擦材１６の加熱温度を高めるために、加熱設備の設備費が嵩む。
この加熱した摩擦材１６を可動型凸部７２に嵌め込むことで、可動型凸部７２の温度は１２０℃より上昇する。
【００５４】
この状態で、金型７０を型閉めした後、溶湯（約６８０℃）を充填することで、可動型凸部７２の温度は約２３０℃まで上昇してしまう。このため、摩擦材１６も約２３０℃まで加熱され、摩擦材１６と可動型凸部７２との間に比較的大きな隙間が生じてしまう。従って、注湯の際に、可動型凸部７２に対して摩擦材１６がずれることが考えられ、摩擦材１６を可動型凸部７２と同軸に鋳包むことは難しい。
【００５５】
実施例において、可動型凸部７２に摩擦材１６を嵌め込むときの可動型凸部７２の温度は５０℃である。可動型凸部７２の温度が５０℃と低いので、摩擦材１６の温度を１００℃まで加熱するだけでよい。従って、摩擦材１６の加熱温度を抑えることで、加熱設備の設備費が嵩むことを防ぐ。
【００５６】
この状態で、金型７０を型閉めした後、溶湯（約６８０℃）を充填する。このとき、可動型凸部７２の内部に冷却手段７４で冷却水を循環させて、可動型凸部７２及び摩擦材１６の温度上昇を約５０℃に抑えることができる。このため、摩擦材１６と可動型凸部７２との間のクリアランスを図９の範囲と略同様に抑えることができる。
従って、注湯の際に、可動型凸部７２と摩擦材１６との間に溶湯が侵入することを防いで、ドラム本体１３に摩擦材１６を同軸に鋳包むことができる。
【００５７】
図１２は本発明に係るドラムブレーキの作用説明である。
自動二輪車が走行することで、ブレーキドラム１０が矢印の如く反時計回り方向に回転する。この状態で、カム２６を矢印の如く回転することにより、一対のブレーキシュー２３，２３を引張りばね２４のばね力に抗して白抜き矢印の如く外側に拡張する。これにより、ブレーキシュー２３，２３のパッド２３ａ，２３ａを摩擦材１６の内周１８に押し付て、ブレーキドラム１０の回転を静止させる。
【００５８】
ところで、ハブ１５には車輪側から回転力が伝わっており、ハブ１５のドラム本体１３は摩擦材１６から分離して回転しようとする。そこで、摩擦材１６の外周１７に一定のピッチ角θで凸部１７ａを備えることで外周１７を凹凸に形成する。この外周１７の凹凸をドラム本体１３の内周に噛み合わせて、摩擦材１６をドラム本体１３に強固に結合する。従って、ドラム本体１３が摩擦材１６から分離することを防ぐ。
【００５９】
ここで、ピッチ角θは６〜４５°の範囲に設定され、好ましくは６〜３０°に設定することが望ましいが、これに限るものではない。また、凸部１７ａの高さｈは摩擦材１６の肉厚ｔに対して、０．５〜３ｍｍと比較的低く設定することが好ましいが、これに限るものではない。
なお、凸部１７ａのピッチ角θを６〜４５°に設定し、かつ凸部１７ａの高さｈを０．５〜３ｍｍに設定した理由は図１３で詳しく説明する。
【００６０】
図１３（ａ），（ｂ）は本発明に係る摩擦材の熱膨張の説明図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例を示す。
（ａ）において、摩擦材１００の内周１０１にブレーキシューのパッド（図示しない）を押し付けることで摩擦熱が発生し、摩擦材１００が約４００℃まで上昇する。発生した熱は瞬時にはドラム本体１０５に伝わらないので、摩擦材１００は摩擦熱で熱膨張する。
【００６１】
ここで、摩擦材１００の凸部１０２の高さｈ１を十分に高く設定したので、凸部１０２は大きく熱膨張する。加えて、凸部１０２のピッチ角θ１を大きくしたので、凸部１０２同士が十分に離れてしまう。このため、凸部１０２に相当する内周１０１が内側に膨張して膨張部１０３ができてしまう。従って、ブレーキシューのパッドを摩擦材１００の内周１０１に均一に押し付けることはできない。
【００６２】
（ｂ）において、摩擦材１６の内周１８にブレーキシュー２３のパッド２３ａ（図１２に示す）を押し付けることで摩擦熱が発生し、摩擦材１６が約４００℃まで上昇する。発生した熱は瞬時にはドラム本体１３に伝わらないので、摩擦材１６は摩擦熱で熱膨張する。
【００６３】
ここで、凸部１７ａの高さｈを０．５〜３ｍｍと低く設定することで、凸部１７ａの熱膨張を抑えるようにした。加えて、凸部１７ａのピッチ角θを６〜４５°の範囲、好ましくは６〜３０°に設定することで隣接する凸部１７ａ同士を近づけ、摩擦材１６の内周１８を略均一に熱膨張させることができる。
このため、摩擦材１６の内周１８を略均一に熱膨張させることができる。従って、ブレーキシュー２３を摩擦材１６の内周１８に均一に押し付けることができる。
【００６４】
なお、ピッチ角θを３０〜４５°の範囲の場合には、凸部１７ａの高さｈを０．５〜３ｍｍの範囲で低く設定することが好ましい。凸部１７ａの高さｈを低く設定することで、凸部１７ａに相当する内周１８が内側に膨張して膨張部ができることを防ぐためである。
【００６５】
凸部１７ａのピッチ角θは４５°を超えると、隣接する凸部１７ａ同士が離れ過ぎて、摩擦材１６が熱膨張した際に、摩擦材１６の内周１８に緩やかな凹凸が発生する虞がある。
一方、凸部１７ａのピッチ角θは６°以下になると、隣接する凸部１７ａ同士が近づき過ぎて、外周の凹部の幅が小さくなり過ぎる。このため、この凹部に、噛込ませたドラム本体１３の凸部が小さくなり、摩擦材１６にブレーキシューを押し付けた際に、ドラム本体１３の凸部が破損して、摩擦材１６がドラム本体１３から分離する虞がある。
この不具合を解消するために、凸部１７ａのピッチ角θを６〜４５°に設定した。
【００６６】
凸部１７ａの高さｈを０．５ｍｍより低くすると、摩擦材１６とドラム本体１３との噛込み量が小さくなり過ぎる。このため、摩擦材１６にブレーキシューを押し付けた際に、摩擦材１６がドラム本体１３から分離する虞がある。
一方、凸部１７ａの高さｈを３ｍｍより高くすると、摩擦材１６が熱膨張した際に、摩擦材１６の内周１８に緩やかな凹凸が発生する虞がある。
この不具合を解消するために、凸部１７ａの高さｈを０．５〜３ｍｍに設定した。
【００６７】
なお、前記実施の形態では、金属酸化物からなる強化材としてアルミナ３２を使用した例について説明したが、その他の酸化物系セラミックス等を金属酸化物として使用してもよい。
また、前記実施の形態では、摩擦材１６を自動二輪車のブレーキドラムに使用した例について説明したが、その他に自動車などのブレーキドラムに適用することもできる。
【００６８】
さらに、前記実施の形態では可動型凸部７２を冷却する手段として、冷却水路７６ａ内に銅パイプ７５ｂを配置し、銅パイプ７５ｂから冷却水路７６ａ内に冷却水を供給する冷却手段７４について説明したが、冷却手段はこれに限らない。すなわち、可動型凸部７２の内部に冷却水を循環させることで、可動型凸部７２を冷却できるものであればよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、環状体（すなわち、摩擦材）を一方の型の凸部に嵌合する際に、摩擦材を凸部より高温にした状態で凸部にセットするようにした。摩擦材をＡｌ基複合材で成形したので、摩擦材の線膨張係数は一方の型の凸部より大きい。このため、摩擦材を凸部より高い温度に加熱することで、摩擦材の内径を凸部の外径より大きくすることができる。従って、摩擦材を一方の型の凸部に簡単にセットすることができるので、生産性を高めることができる。
【００７０】
加えて、Ａｌ合金の注湯に先立ち、一方の型の凸部を介して摩擦材を強制冷却する。これにより、摩擦材の収縮を誘起して摩擦材と凸部との間のクリアランスの発生を抑制し、かつ注湯の際に摩擦材の温度が上昇することを防ぐことができる。このため、摩擦材の熱膨張を抑え、摩擦材の内周側に溶湯が侵入することを阻止することができる。
この結果、摩擦材の内周を加工する手間を省くことや、加工作業を簡単にすることができるので、生産性を高めることができる。
【００７１】
また、請求項１は、一方の型の凸部内に冷却液を循環させることで凸部を冷却し、凸部を冷却することで摩擦材を冷却するようにした。このため、凸部内に循環路を形成し、この循環路に冷却水を流すだけで摩擦材を冷却することができる。従って、摩擦材を冷却する設備を比較的簡単な構成にすることができるので、設備費を抑えることができる。
【００７２】
請求項２は、強化材を窒化マグネシウムの還元作用によって金属化して強化材とＡｌ合金の溶湯との濡れ性をよくすることができる。このため、強化材とＡｌ合金との界面を強固に結合することで、伸び性に優れたＡｌ基複合材を得る。従って、Ａｌ基複合材を押出し成形して摩擦材を製造することができる。
摩擦材を押出し成形することで引張り強さや耐力に優れたものとすることができ、強度を十分に確保することができる。加えて、Ａｌ基複合材のマトリックスを、軽量なＡｌ合金とすることで摩擦材を軽量にすることができる。従って、ブレーキドラムの軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブレーキドラムを取り付けた自動二輪車用後輪の斜視図
【図２】本発明に係るブレーキドラムの製造方法を示すフローチャート
【図３】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第１説明図
【図４】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第２説明図
【図５】本発明に係るブレーキドラムを製造する際の押出比と引張り強さ・耐力との関係を示したグラフ
【図６】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第３説明図
【図７】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第４説明図
【図８】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第５説明図
【図９】本発明に係るブレーキドラムの摩擦材と金型とのクリアランスを示すグラフ
【図１０】本発明に係るブレーキドラムの製造方法の第５説明図
【図１１】本発明に係るブレーキドラムの鋳造工程を説明したグラフ
【図１２】本発明に係るドラムブレーキの作用説明
【図１３】本発明に係る摩擦材の熱膨張の説明図
【符号の説明】
１０…ブレーキドラム、１５…バックアップ材（ハブ）、１６…切断した部材（摩擦材）、１７…摩擦材の外周、１７ａ…外周の凸部、３２…強化材（アルミナ）、３３…Ａｌ合金、４４…窒化マグネシウム、４５…Ａｌ基複合材、５４…円筒状部材、５５…円筒状部材の外周、６０…加熱炉、７０…金型、７０ｂ…キャビティ、７１…可動型、７２…可動型凸部、７４…冷却手段、７５ａ…給水ホース、７５ｂ…銅パイプ、７６ａ…冷却水路７６ａ、７６ｂ…排水ホース、Ｓ１…押出し成形前のＡｌ基複合材の断面積、Ｓ２…押出し成形後の円筒状部材の断面積、Ｒ…押出比。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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