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JP6081059B2 - ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキパッド - Google Patents

ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキパッド Download PDF

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Description

本発明は、ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキパッドに関するものである。
既に知られているように、ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキパッドは、一般に、ブレーキパッドの摩擦学的活性部を構成する摩擦材料層と結合された金属製支持プレートから構成されている。
従来、摩擦材料は、接着剤、又は、ボルト又はリベットの如き機械的固定手段によって、金属プレートに接続されている。
金属プレートは、摩擦材料を機械的に支持する機能を実質的に発揮し、ブレーキの使用中に一般に晒される圧縮応力及び曲げ応力に耐えるのに好適なものである。
プレートは、ブレーキシステムの作動手段(油圧ピストン)と協働してブレーキパッドの移動を可能にさせる。そのプレートに対して、ブレーキパッドガイドピン用の座部及び摩擦材料の摩耗インジケータ用の座部が作られている。
よく知られているように、特に、レースにおいて用いることができ、従って、かなりの応力に晒される高性能自動車(例えば、トップレンジカ―(top range car)又はモーターバイク))に搭載される、特にブレーキシステム用のブレーキパッドの重量を低減させることがかなり求められている。
この観点から、有機材料から作られた摩擦部を備えたブレーキパッドに限定されるものではあるけれども、支持プレートの構造に取り組んだ試みがなされている。
実際に、有機材料の摩擦部を備えた、ブレーキシステム用ブレーキパッドが知られている。それらブレーキパッドは、カットや開口を形成し又は金属メッシュ部をインサートすることにより軽量化された支持プレートで組立てられている。一例として、特許文献1を参照する。
ある特別の応用のために、支持プレートを備えていないブレーキパッドも存在する。然しながら、それらパッドは、非常に高価で、コンペティション・カーのブレーキシステム用のものであり、作動中の機械的応力に対する適切な耐性を実質的に担保することのできる炭素にて完全に作られている。
公知のように、高性能ブレーキシステム(即ち、レンジ・カーのトップ)用パッドの摩擦部を作るのに、セラミック・マトリックス材料を使用することが益々普及してきている。これは、セラミック・マトリックス摩擦材料が、例えば金属粉末を焼結することにより得られる摩擦材料と比較して、摩擦係数及び耐摩耗性の点で良好な性能を付与するものであるばかりでなく、耐熱性を有するために、ディスクから油圧ブレーキシステムへの熱伝達を低減させるという事実に実質的に起因している。
然しながら、現時点では、上述したセラミック・マトリックス摩擦材料を用いて作られたパッドの重量をかなり低減させることは不可能である。
広く知られているように、今まで用いられているセラミック・マトリックス材料は、特に高い機械的耐性を有していない。一般に、それらセラミック・マトリックス材料は、実際に、脆く、崩壊によって突然故障する。
このことが、支持プレート又は支持構成要素を備えていない、全体的にセラミック・マトリックス材料から成るパッドを作ることを妨げているばかりでなく、軽量化された金属製支持プレートを使用することをも妨げている。
軽量化された支持プレートを用いることは、実際には、パッドの十分な機械的耐性を担保することにはならない。これに加えて、接着剤及び/又は機械的固定手段によってプレートを摩擦材料層に固定させる従来の方法では、摩擦材料と接触する十分な領域をプレートに持たせることが必要とされること付言しなければならない。
上述した機械的耐性の限界は、ポリマー熱分解に基づく製造技術に従って作られたセラミック・マトリックス材料においても見られる。
公知のように、ポリマー熱分解技術は、セラミック・マトリックス材料を作るのに益々広く普及してきている。他の技術と比較して、熱分解技術は、厳格な作業的観点と最終製品の特性との双方から、様々な利点を提供する。
詳述すると、この技術は、シリコン・セラミック前駆体(siliconic ceramic precursor)(通常、ポリシラン,ポリカルボシラン,ポリシラザン及びポリシロキサンの如き、有機シリコン・ポリマー)と適切なフィラーとの混合物を、800℃より高い温度の、制御された雰囲気又は不活性雰囲気(例えば、アルゴン流)で、加熱して、有機ポリマー構造から、シリコンオキシカーバイド(SiOC)及び/又はシリコンカーバイド又はシリコンニトライド(SiC又はSi)の組成を有する無機ポリマー構造への移行を達成するプロセスを含んでいる。上述した前駆体は、通常、高いセラミック収率(ceramic yield)(当初のポリマー重量の50%より多い量が最終製品中に維持される)を有している。
特に、融解技術と比較して、熱分解技術は、最終製品の形態及び純正並びに低い温度(800〜1500℃)での作業の可能性をより良好にコントロールすることを可能にさせる。
セラミック・マトリックスを備えた摩擦材料のポリマー熱分解による製造方法の一例が、特許文献2に記載されている。その摩擦材料は、一つ又はそれ以上の有機セラミック前駆体(カルボシル−シリコン樹脂)と強化ファイバー(例えば、炭素,アルミナ,シリコンニトライド又はシリコンカーバイドのファイバー)とフィラー(例えば、シリコンカーバイド,グラファイト,アルミナ,ムライト,シリカ,酸化チタン,シリコンニトライド又はボロンニトライド)との混合物を初期材料として作られる。その混合物をモールド中で冷却圧縮成形する。次に、セラミック前駆体をポリマー化させ且つグリーンボディを確保するためにモールド自体内で加熱処理を実施する。そして、グリーンボディに対して、800℃〜1,100℃の温度の不活性雰囲気中で、熱分解処理を施す。
知られているように、ポリマー熱分解技術でのディスクブレーキ用のパッドの製造においては、セラミック・マトリックス材料の摩擦部は、それ自体一つの構成要素として作られる。熱分解処理の終わりに、摩擦材料を接着又は機械的固定手段(例えば、ボルト又はリベット)によって支持プレートに接合させる前に、摩擦材料に仕上げ処理及びグラインディングを施す。
熱分解のプロセス中に達する(800℃より高い)温度が、プレートの容認できない変形を齎すので、摩擦部を金属製支持プレートに事前に直接的に接合させることができなかった。
溶融技術と同様に、現在の熱分解技術のこの限界は、摩擦材料を熱分解工程の終わりにおいてのみプレートに接続させることが必要であることを意味する。それ故、製造サイクルにおいて、摩擦部を研磨し最終仕上げするための工程に先立って、プレートと摩擦部とを組み立てるための特定の工程を考慮しなければならない。
用いられるセラミック・マトリックス材料の優れた機械的耐性からかけ離れて、支持プレートを(接着又は機械的固定によって)接続する方法には、プレート自体の構造に対する介入を介してパッドの重量を低減させることの可能性を全面的に除外しないとするならば、かなりの限界がある。
セラミック・マトリックス摩擦材料の製造、特にパッド用の摩擦部の製造に適用されるポリマー熱分解の別の限界は、ゆっくりとした加熱速度で処理をすることが必要とされ、これはタイムスケジュール上で好ましくなく、実際に、熱分解処理だけで数十時間を要する。
この点に関して、特許文献2にはプロセスの特定の実施形態が詳細に記載されている。熱分解処理サイクルでは、約2℃/分の速度で、周囲温度から約150℃まで加熱する第一の加熱工程と、次に、0.4℃/分の速度で、400℃まで加熱する第二の加熱工程が想定されている。第三の加熱工程と第四の加熱工程では、夫々、0.18℃/分の速度で760℃まで、0.46℃/分の速度で870℃まで加熱される。次に、製品を約4時間870℃に維持してから、約1.2℃/分の速度で周囲温度まで冷却する。この加熱工程は約48時間の全体的時間を必要とし、冷却工程は約12時間必要とする。
熱分解処理中に必要とされるゆっくりとした加熱速度が、熱分解中の必然的な材料縮小と揮発性有機物質の放出に起因する微小孔構造の生成とに寄与する熱応力を阻止するには限界があり、最終製品を崩壊させる可能性を持った微細なクラックを生成させることとなる。
フランス特許FR2441100 米国特許6062351
従って、本発明の目的は、少なくとも摩擦部がセラミック・マトリックス材料で作られているが、重量がかなり低減されているにも拘わらず、機械的耐性を損なうことのない、ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキバッドを提供すことにより、上述した従来技術の欠点を解消することにある。
本発明の別の目的は、完全にセラミック・マトリックス摩擦材料で作られていて、従って、支持プレートを備えず、且つ機械的耐性を損なうことのない、ブレーキシステム用のブレーキパッドを提供することにある。
上述した目的を達成する本発明の技術的特徴及び利点については、純粋に例示的で且つ本発明を何ら限定するものではない本発明の実施形態に関して添付図面を参照して行った以下の説明から明らかになるであろう。
図1は、本発明の第一の実施形態に従って作成した、セラミック・マトリックス摩擦材料を備えた、ブレーキシステム用ブレーキパッドの斜視図である。 図1aは、図1に示した実施形態の変形例に従って作成した、セラミック・マトリックス摩擦材料を備えた、ブレーキシステム用ブレーキパッドの平面図である。 図1bは、図1aに示したブレーキパッドのII−II線断面図である。 図1cは、図1aに示したブレーキパッドの斜視図である。 図2は、本発明の第二の実施形態に従って作成した、セラミック・マトリックス摩擦材料を備えた、ブレーキシステム用ブレーキパッドの斜視図である。 図3は、本発明の別の実施形態を作成するのに用いられる支持構成要素の分解斜視図である。 図4は、図2に示したブレーキバッドを摩擦学的活性部とは反対側から見た平面図である。 図5は、図4に示したブレーキパッドのV−V線断面図である。 図6は、本発明の第一の変形例に係るブレーキパッドを摩擦学的活性部とは反対側から見た平面図である。 図7は、図6に示したブレーキパッドのVII−VII線断面図である。 図8は、本発明の第二の変形例に係るブレーキパッドを摩擦学的活性部とは反対側から見た平面図である。 図9は、図8に示したブレーキパッドのIX−IX線断面図である。 図10は、本発明の第三の変形例に係るブレーキパッドを摩擦学的活性部とは反対側から見た平面図である。 図11は、図10に示したブレーキパッドのXI−XI線断面図である。 図12は、本発明による方法の第一の実施形態を示した線図である。 図13は、本発明による方法の第二の実施形態を示した線図である。 図14は、本発明による方法の第三の実施形態を示した線図である。 図15は、熱分解処理を施した時の特に最大温度が相違した三つのセラミック・マトリックス摩擦材料(そのうちの二つは、本発明による摩擦材料)に関する、ブレーキ付加回数に応じた摩擦係数の傾向を示した図である。 図16は、本発明による方法の特定の実施形態に従って作成したセラミック・マトリックス摩擦材料に関する、ブレーキ付加回数に応じた摩擦係数の傾向を示した図である。
本発明は、ブレーキシステム用の、特に、ディスクブレーキ用のブレーキパッドに関するもので、このブレーキパッドは、少なくとも摩擦部において、機械的耐性を損なうことなくブレーキパッドの全重量を低減させるという目的で機械的支持部に介在することを許容するような機械的耐性特性を有する特殊なセラミック・マトリックス材料で作られている。
以下に詳述することから分かるように、本発明によるセラミック・マトリックス摩擦材料の機械的耐性特性が、本発明によるブレーキパッドを様々な実施形態として具体化することを可能にし、先ず、全体として上記材料から作られ、従って、金属製支持構成要素を備えていないブレーキパッドを想定することができ、また、上述したセラミック・マトリックス摩擦材料の摩擦部と軽量化された支持プレートにて作られた機械的支持部とを備えたブレーキパッドと、それらの中間的な実施形態を想定することができる。
添付図面においては、本発明によるブレーキパッドは全体として参照符号1で示され、他方、摩擦部と機械的支持部は、夫々、参照符号10、参照符号20で示されている。
「摩擦部」10とは、ブレーキパッド1の実用寿命を通して摩擦学的に活性であるブレーキパッド1の部分、従って、使用中に次第に摩耗する部分を意味する。
「機械的支持部」20とは、ブレーキシステムの作動手段(図示せず)と協働してブレーキパッド1の移動を許容すると共に、制動力をブレーキシステム(例えば、ディスクブレーキのキャリパー本体)に伝達するブレーキパッド1の部分を意味する。従って、支持部20は、ブレーキシステムの働きに一般的に関係する機械的応力に主として耐える部分である。
特に図1及び2に示されているように、支持部20に関して、ブレーキパッドガイドピン用の座部40と摩擦部10の摩耗インジケータ用の座部50を形成することができる。
以下に詳細に要約されるように、本発明によってブレーキパッド1の少なくとも摩擦部10を構成しているセラミック・マトリックス材料は、耐圧縮性と弾性モジュールの点において優れた機械的耐性特性を有しているのみならず、様々な形態に形成することができ、複合セラミック材料(CCM)で構成されたブレーキディスクとねずみ鋳鉄で構成されたブレーキディスクの双方と摩擦学的に協働するのに好適で、耐摩耗性,摩擦及びランニング・イン(running−in)(最適な作動状態を達成するために費やされる時間として理解される)の点において優れた性能を発揮する。
特に、摩擦の点に係る性能に関して、従来の材料と比較して、将来の安定性に関連する摩擦係数の平均値が増加することが指摘される。更に、制動の始めにおける摩擦係数値が、所望の作動範囲内に在ることも指摘される。
本発明によれば、ブレーキパッド20の少なくとも摩擦部10を構成しているセラミック・マトリックス材料は、後述の作業工程より成る方法によって得られる。
a)少なくとも一つのケイ素タイプのセラミック前駆体と研磨剤として好適な硬い材料の粒子と潤滑剤として好適な物質の粒体と金属材料の粒体との混合物を調製する工程と、
b)混合物をホットプレスしてプリフォームされたボディ(グリーンボディ)を確保する工程と、
c)プリセラミック・バインダーのセラミック化を達成してセラミック・マトリックス材料を得るために、プリフォームされたボディを熱分解処理する工程。
本発明を特徴付ける特色によれば、混合物は、ホットプレス工程中にセラミック前駆体の網状化を利するのに好適な触媒を含んでいる。
セラミック前駆体の網状化反応(加水分解及びポリマー鎖における縮合の反応)のための初期混合物中の好適な触媒は、プレス工程の完了時にセラミック前駆体の非常に高い細網化が既に達成されることを許容し、従って、プリフォームされたボディ(グリーンボディ)内における広く枝分かれしたポリマー構造の生成を許容する。
前駆体の高い網状化は一連の利点を有している。
ホットプレスの終わりに得られるプリフォームされたボディ(即ち、グリーンボディ)は、後続の作業処理工程の簡略化で、巧みに取り扱うのを容易にさせるような機械的耐性特性を有する。
プレス工程中に生成された広い枝分かれされたポリマー構造は、熱分解工程中にセラミック前駆体分子を「維持」する効果を有して、それらの揮発性を低下させ、従って、セラミック収率を増大させる。
この広く枝分かれした構造は、少なくとも部分的に、初期混合物(研磨剤,潤滑剤及び金属)中に存在する添加物の粒子を有し、それ故、これら粒子は、以下に要約するように、性能(摩擦係数の絶対値及び安定性)と耐摩耗性との双方における利点を備えて、構造自体に組み込まれている。
広く枝分かれしたポリマー構造は、熱分解プロセスによって齎される化学的−物理的変換に追従して修正されるが、セラミック・マトリックス材料中に維持されて、最終的なセラミック・マトリックス材料も特に耐摩耗性,弾性モジュールに対する耐性及び圧縮性に対する耐性に関する機械的耐性の良好な特性を有する。
本発明を特徴付ける別の特色によれば、熱分解プロセスは、800℃より低い温度で実施される。
広く枝分かれしたポリマー構造がプリフォームされたボディ(グリーンボディ)に与える良好な機械的特性は、熱分解プロセスの進行の程度(温度及び回数)を必要に応じて適合させることができることを意味する。これは、同様に、最終的なセラミック・マトリックス材料におけるセラミック化プロセスの程度を最終的なセラミック・マトリックス材料の性能特性の作用において画策することができることを意味する。
以下に要約するように、800℃よりも低い温度(特に、400℃と600℃との間)での熱分解が、意外にも、摩擦材料性能を極めて向上させる結果を齎すことが分かった。
図15に示したグラフは、三つの異なったディスクブレーキパッドに関して実施した制動試験の結果(制動動作の回数の対応した摩擦係数)を示している。曲線(a)と曲線(b)は、夫々、500℃と700℃の最高熱分解温度で作られた、本発明による二つのブレーキパッドの制動試験の結果に関するものである。曲線(c)は、900℃の最高熱分解温度で作られた、従来のブレーキパッドの制動試験の結果に関するものである。
これらグラフを比較すると、本発明に従って作られたブレーキパッドにおける摩擦係数が増加していることが分かる。400℃と600℃との間の熱分解温度で作られたブレーキパッドにおいては更に増加しているものと断言される。
耐摩耗性について言えば、試験は、平均して、本発明に従って作られたブレーキパッドが約0.005mm/制動動作の平均摩耗値であるのに対し、(800℃より高い熱分解温度で作られた)従来のブレーキパッドが約0.015mm/制動動作の平均摩耗値を示し、本発明に従って作られたブレーキパッドがより大きな耐摩耗性を有していることを示している。
以下に要約するように、(本発明に従って)800℃より低い温度、特に、400℃と600℃との間の温度で熱分解を実施することにより、金属の混合物を支持要素(例えば、軽量化された金属プレート)と共にコプレス(co−press)することが可能となる。(金属であるが、低い熱伝導率を備えた酸化物に基づく複合体の如き非金属であってもよい)支持プレートは、実際に、容認できない熱変形を受けることなく、熱分解プロセスから齎される熱応力に耐えることができる。
従って、作業的に言って、支持プレートをプリフォームされたボディと直接的に、従って、摩擦材料の製造工程中におけるセラミック・マトリックス材料と直接的に接合させることが可能である。こうして、製造プロセスにおいて、摩擦部と支持構成要素のための特別な最終組立工程を考慮することが最早必要なくなる。従って、後続の仕上げ及び機械的固定手段の適用の作業がし易い、摩擦材料とプレートとのユニットが得られる。
以下に要約したことを予想すると、一つ又はそれ以上の数の軽量化穴で、混合物を直接的に支持要素にコプレッシング(co−pressing)することにより、セラミック・マトリックス材料が支持要素自体と緊密に接続されたユニットが作られる。コプレッシングの工程中に、未だ流体である混合物が軽量化穴に入り込んで、特に図5,7及び9から理解できるように、セラミック・マトリックス材料と支持要素との間に相互的なグリップ関係を作り出す。
本発明によるブレーキパッド1の幾つかの実施形態について詳細に後述する。その後で、セラミック・マトリックス材料の製造方法について説明する。
図1に示した本発明の第一の実施形態によれば、ブレーキパッド1は、全体として、上述したセラミック・マトリックス材料から作られている。摩擦部分10のみならず、機械的支持部20もこの材料から作られている。
従来の金属支持プレートを除くことによって、ブレーキパッドの全重量がかなり減少される。本発明によるセラミック・マトリックス材料は、約3kg/dmの比重量を有し、他方、(支持プレートのために一般的に用いられる)鋼は、約7.8kg/dmの比重量を有している。寸法は等しく、本発明によるブレーキパッドは、公知のセラミック・マトリックス材料における典型的な鋼プレートと摩擦部とを備えたブレーキパッドよりも1/3少ない重量を有している。
これに関して、プレス工程の終わりに(従って、熱分解プロセスの前に)、プリフォームされた材料が、例えば、ブレーキパッドの鋭い縁の如き、良好な細部を達成することを可能にさせる優れた密度を既に有していることが指摘される。
機械的支持部20は、好ましくは、適切なモールドを用いて、摩擦部10と一体のものとして形成される。図12は、一体のものとしてブレーキパッド1を製造するための工程を示した線図である。
これに代えて、二つの部分、即ち、摩擦部10及び機械的支持部20を個別に製造し、その後、例えば、接着及び/又は機械的固定要素による、特別な組立工程で接合させることができる。
図1a,1b及び1cに図示されている特別の実施形態において想定されているように、上述したセラミック・マトリックス材料から全体として作られたブレーキパッド1は、機械的支持部材に対応して、摩擦材料の浸透を許容する少なくとも一つのオープン構造補強要素を備えていてもよい。
兎も角、オープン構造補強要素をインサートすることにより、典型的なプレートを使用する場合に比較して、ブレーキパッドの重量を低減させると共に、他方、ブレーキパッド自体の機械的耐性に大いに寄与する。
その補強要素は、(図1cに示されているように)機械的支持部の平面全体をカバーしていてもよいし、また、その一部分、例えば、摩擦部の平面をカバーしていてもよい。
支持構成要素は、例えば、軽量化穴を備えた、例えば、網状構造のプレート状体であってもよい。支持構成要素の材料としては、プレス工程及び熱分解工程中に熱応力に晒された時に、殆ど変形することがなくてそれの形状及び構造を維持することのできる、例えば、低い熱伝導率を備えた酸化物に基づいた複合体のような非金属材料を用いることができるが、好ましくは、金属(例えば、鋼)である。
支持構成要素は、機械的支持部内に組み込んでもよく、また、(図1cに示したように)機械的支持部の外側面上に設けてもよく、また、ブレーキシステムの作動手段が向かう機械的支持部の面上に設けてもよい。
好ましくは、上述した補強要素は、ホットプレス工程におけるコプレスを介して機械的支持部と接続される。
図2に示した本発明の第二の実施形態によれば、ブレーキパッド1の摩擦部10のみが、上述したセラミック・マトリックス摩擦材料から作られ、他方、機械的支持部20は、一つ又はそれ以上の数の軽量化穴25又は26を備えて摩擦部10と接合された支持プレート21から構成されている。
好ましくは、軽量化穴25は、摩擦部10と接続される、支持プレート21の部分に形成されている。
好ましくは、支持プレート21は、例えば、鋼の如き金属で形成されている。この場合においては、上述した本発明の第一の実施形態に関しては、若干の重量低減が見られるが、プレートを構成している材料の量の低減のみに関連させる限りにおいては従来技術のものと比較してかなり重量が低減されている。
有益なことに、セラミック・マトリックス材料が400℃と600℃との間の温度の熱分解プロセスで製造することができるという事実に起因して、例えば、低熱伝導性酸化物に基づく複合体の如き非金属材料から成る支持プレート21を用いることができ、そのような酸化物は、鋼よりも小さい比重量を有し、プレス及び熱分解プロセスの熱応力に晒された時に左程変形することなく、形態及び構造を維持する。
この場合に、プレート材料の量の低減のみならず、従来用いられている鋼よりも小さい比重量を備えた材料を使用することに起因して、重量が低減されることを更に断言することができる。
特に図3〜図9に示した、本発明の好ましい実施形態によれば、支持プレート20は、内部空間26を区画している周囲フレーム22と、該フレーム22と接続させることにより上記内部空間26を閉塞するのに好適で、内部空間26に連通した軽量化穴25を備えたプレート状要素23とを有している。
より詳述すると、特に図3に示されているように、周囲フレーム22は、ブレーキバッドの伸長方向に沿って伸びて互いに対向位置する第一の側部31と第二の側部32とを有している。フレーム22は、第一及び第二の側部31,32の両端部に二つの連結部33を接続させることにより完成されている。
有益なことに、第一の側部31には、摩耗部10の摩耗インジケータ用の座部50に加えて、ブレーキパッドガイドピン用の座部40が形成されている。
好ましくは、二つの連結部33は、上記プレート状要素23用の座部として機能する、側部31,31に対して低い領域を区画するように側部31,32よりも薄く形成されている。
好ましくは、支持プレート21の重量を低減させるためにプレート状要素23に形成された軽量化穴25は、プレート状要素の表面全体に亘って均質に分布されている。
より詳述すると、プレート状要素23は、パンチで形成された軽量化穴を備えた金属シート、または、金属メッシュから成るものであってもよい。
フレーム22とプレート状要素23は、溶接,接着、機械的固定手段、または、連結によって簡単に接合させることができる。
好ましくは、図5,7及び9から分かるように、プレート状構成要素23は、ブレーキシステムに直接的に作用するブレーキパッド1の面であって摩擦学的活性面と反対側の面に対応する連続した面をフレーム22に区画するようにフレーム22と結合される。
この目的のために、図3に示されているように、プレート状要素23は、プレート状要素23の主平面位置に対して段違いにずれて形成され且つフレーム22の連結部33に区画された低い領域内に当接される二つのサイド支持ウイング34を有している。
有益なことには、支持プレート20に、ブレーキシステムの作動手段が支えられるポイントに対応して複数の補剛要素24を設けることができる。
より詳述すると、図6及び8に示されているように、これら補剛要素24は、プレート状要素23の軽量化穴が存在しない領域に対応させてプレート状要素23に接続された環状要素であってもよい。
複数の補剛要素24は、図6及び7に示されている実施形態において提案されているように、夫々別個のものであっても、または、図8及び図9に示されている実施形態において提案されているように、互いに接続されて連続した構造を構成するものであってもよい。
好ましくは、支持プレート21は、図13の線図に示されているように、ホットプレス工程中に、混合物とコプレスさせられる。こうして、未だ流体のままである混合物は、軽量化穴を浸透して、支持プレートの形態を呈し、緊密な接触を作り出す。
特に図4,6及び8において見られるように、摩擦部20は、軽量化穴25を備えた、プレートの領域をカバーするように形成されている。
それにも拘わらず、ブレーキパッドの形態に従って、摩擦部20の輪郭が破線で図示されている図4,6及び8の実施形態におけるように、少なくとも部分的に、(構造的理由のために)軽量化穴が提案されていない領域をカバーするように伸びたセラミック・マトリックス材料の摩擦部を提案することができる。
特に図10及び11に示された第三の実施形態によれば、支持プレート20は上述した周囲フレーム22のみから構成されている。フレーム22によって区画された空間26は、(特に図11において理解されるように)セラミック・マトリックス材料が充填される単一の軽量化穴である。
好ましくは、軽量化穴25は、少なくとも5mm、より好ましくは10mmの領域を有している。一つだけの穴26が提案される場合(補強プレートが周囲フレームのみから成る場合)には、穴の領域は、セラミック・マトリックス材料から作られた摩擦部の伸びに匹敵している。
図1c,3,4,6及び8においては、軽量化穴25は、正方形又は長斜方形の形状を有している。然しながら、それら穴25は、長方形,円形,楕円形又は不規則な形状の如き別の形状を有していてもよい。
本発明の特定の実施形態によれば、セラミック・マトリックス材料から成る摩擦部10は、図14の線図において示したように接着又は固定手段によって特別の組立工程において支持プレート21に接続される実質的に要素として形成することができる。
有益なことに、上記した第一の実施形態と第二の実施形態との間の中間的な実施形態を提案することができ、その実施形態においては、機械的支持部が、接合されて単一の本体を構成している支持プレートとセラミック・マトリックス材料とから形成されている。
本発明による、ブレーキパッド1のセラミックス・マトリックス材料の製造方法について詳細に後述する。
上述したように、最も一般的な適用形態においては、本発明に方法は、基本的な成分を混合する少なくとも一つの工程と、混合物をホットプレスする第二の工程と、プリフォームされたボディ(モールドされたボディ)を熱分解する第三の工程を含んでいる。
セラミック・マトリックス材料の基本的な成分を混合する工程は、好ましくは、水平ブレードミキサーにおいて実施される。然しながら、混合される成分の特性及び量に従って、別のタイプのミキサーで実施することができる。
本発明に係る方法の好ましい実施形態によれば、様々な成分を混合する工程は、二つのステージにおいて実施される。
第一のステージにおいては、ポリマーセラミック前駆体が、別の成分が存在しない状態で、適切な触媒と混合される(網状化反応)。こうして、触媒分布、従って、(プレス工程が完了した時に)材料の全体を通して拡がった前駆体の網状化の点において、より均質な混合物が得られる。
この第一の混合ステージは、適切な混合を確実にするのに十分な時間、好ましくは1分と3分の間、実施するのが有益である。
第二の混合ステージにおいては、研磨剤,潤滑剤及び金属材料等のその他の全ての成分が前駆体と触媒との混合物に付加される。
この第二の混合ステージは、適切な混合を確実にするのに十分な時間、好ましくは3分と5分の間、実施するのが有益である。
ホットプレス工程は、好ましくは、鋼モールドに関する圧縮での縦プレス作業で実施される。
好ましくは、セラミック・マトリックス材料を製造する工程中に摩擦部材を金属支持部材(例えば、ディスクブレーキパッド支持プレート)に直接的に接合させる場合には、モールドは、貫通穴と、セラミック・マトリックス材料から作られたボディ(例えば、ブレーキパッドの摩擦部)に与えられる形状に対応した周囲部をプレート(又は、マトリックス)であるべきである。プレート−マトリックスは、一つ、二つ又はそれ以上の数の穴を備えていてもよい。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて、貫通穴の一端(好ましくは、プレスにおけるプレート−マトリックスの水平方位に対して低い端)をブロックすることから開始される。そして、(ローディングチャンバーを区画している穴が混合物で満たされる。次に、上端を、ブレーキパッドの適用の作用で適切に選択された形状及び厚みの金属プレートで閉塞する。プレートが適所に適切にロックされた状態で、パンチを駆動させることによりプレスが開示される。モールド内の温度は、モールド自体に挿入された熱電対で測定される。
上述したプレス及びモールド以外のプレス及びモールドを採用することができる。
上述した内容と共に、又は、それらとは個別に、ホットプレス工程中に、モールド中の材料に対して及ぼされる圧力は、好ましくは、250Kg/cmと500Kg/cmの間にすべきである。
上記特定した範囲内の圧力を付加することにより、耐摩耗性,摩擦及びランニング−イン(最適な機能状態を達成するために要する時間として判断される)の点において最終的なセラミック・マトリックス材料の性能に関する有益な効果を発揮するものであることが、意外にも分かった。
プレス工程中に上記特定した圧力を適用することに関連する性能の向上は、熱分解プロセス作業条件とは独立に銘記された。
800℃より低い温度(及び、特に400℃と600℃との間の温度)での熱分解プロセスと250Kg/cmと500Kg/cmとの間のプレス圧力の付加とを組み合わせることを通して、最終的なセラミック・マトリックス材料の性能に関して、改善された相乗効果も銘記された。
250Kg/cmと500Kg/cmとの間のプレス圧力の付加と共に、または、それとは個別に、プレス工程は、セラミック前駆体の流体化と、混合物の前駆体とその他の成分との間の緊密な接触と接合とを促進させるような粘度値の達成を許容するための120℃と150℃との間の温度で実施するのが好ましい。
上述したことと共に、または、個別に、プレス工程は、圧力の付加と解放との交互のサイクルで、実施するのが好ましい。
本発明に係る方法の特別な実施形態によれば、プレス工程は、圧力の付加と解放の三回の連続したサイクルを想定し、各サイクルは約30秒(圧力の適用が15秒、圧力の解放が15秒)継続される。次に、約90〜210秒間、圧力を連続的に付加する最終工程を実施する。全体的なプレス工程には、3分〜5分の間時間を必要とする。プレスの回数と温度とにより、よく流体化されたセラミック前駆体がモールドの全ての部分及び様々な混合物成分の粒子の間に均一に広がることを可能にさせる。
特に好ましい方法によれば、支持プレートを、前駆体と触媒とフィラーとの混合物とコプレスさせてから、プリフォームされたボディと共に熱分解させる。
800℃より低い温度、特に400℃と600℃との間の温度で(本発明により)熱分解を実施することにより、作業を都合よく且つ適切にさせる。実際に、金属支持プレートは、容認できないような熱変形をすることなく、熱分解プロセスに起因する熱応力に耐えることができる。
従って、本発明に係る方法により、摩擦材料の製造工程中に、支持プレートをグリーンボディに、従って、セラミック・マトリックス材料に直接的に結合させることができる。摩擦材料の製造工程が終了した時に、仕上げと機械的固定と実施する後続の作業プロセスをし易くする、摩擦材料とプレートとの組立体が得られる。
上述したように、本発明の特徴は、800℃より低い温度で熱分解プロセスを実施することにある。
摩擦材料の性能を向上させるという点における最良の結果が、400℃と600℃との間の最大温度に達するように熱分解プロセスを実施することにより得られることが分かった。
有益なことに、熱分解プロセスは、最大温度で、3時間と5時間との間の時間、好ましくは4時間行うことを想定して実施される。
熱分解プロセス中において、プリフォームされたボディ(グリーンボディ)を周囲温度から最大温度まで加熱する速度は、好ましくは、4℃/分と6℃/分の間、更に好ましくは、5℃/分とすべきである。
熱分解プロセスは、好ましくは、等温炉において実施すべきである。
有益なことに、セラミック化プロセスを変化させてしまう酸化現象を回避するという目的で、熱分解は不活性雰囲気中で実施される。
セラミック・マトリックス材料中において(一般式SiOである)オキシ炭化ケイ素の形成が好ましい場合には、不活性雰囲気は、好ましくは、アルゴン流又は窒素流によって作り出すべきである。
セラミック・マトリックス材料中において(一般式SiOである)オキシ窒化ケイ素の形成が望まれる場合には、例えば、アンモニア流の如き別の雰囲気を採用することができる。
図1に示した本発明の実施形態によれば、支持プレートは、既に作成された摩擦材料に接合される。熱分解プロセスが終了した時に、セラミック・マトリックス材料のプリフォームされたボディを厚み研磨し、それに代えて、又は、それに加えて、該セラミック・マトリックスボディを表面仕上げしてもよい。
これら工程の実質的な目的は、ディスクブレーキパッドを作成するために、セラミック・マトリックス材料ボディを想定される公差に従って後に支持要素(例えば、金属支持プレート)と接合させることができるように、セラミック・マトリックス材料を調製することにある。
本発明による方法は、上記研磨工程及び/又は上記表面仕上げ工程を完了した時に、摩擦部品をボルト,リベット又は接着剤の如き好適な固定手段によって金属支持プレートに組み付ける工程を含んでいてもよい。
表面仕上げ工程は、摩擦部品と支持プレートとの組合せ工程の後に実施するのが有益である。
(既に上述し、図2に示した)本発明の特に好ましい実施形態によれば、摩擦部品を支持する要素は、摩擦材料を製造する工程中に、摩擦部品に直接的に接合される。
熱分解工程が終了した時に、セラミック・マトリックス材料のプリフォームされたボディを厚み研磨し、それに代えて、又は、それに加えて、プレートの露出し且つカバーされていない部分上の該セラミック・マトリックスボディを表面再仕上げしてもよい。
本発明の一般的な実施形態によれば、プレスされる混合物は、次の(混合物に関する重量%で示されている)成分にて構成されている。5重量%と10重量%との間のセラミック前駆体と触媒,20重量%と30重量%との間の研磨剤,60重量%以下の金属材料及び50重量%以下の潤滑剤。
上述したように、セラミック・ポリマー前駆体は、シリコンタイプのものであり、特に一般式[−R1...2,Si(C,N,B,O)0.5...1.5−]を有するポリシラン、ポリカルボシラン、ポリシラザン及びポリシロキサンを含む群から選択することができる。
好ましくは、前駆体は、置換官能基とポリマーの分岐度とは無関係に、一般式[−RSiO1.5−](式中、Rは、水素または有機官能基(アルキル基、アクリル基等)を示す。)を有するポリシロキサンから選択すべきである。
更に好ましくは、前駆体は、セスキシロキサン、特にポリメチルセスキシロキサンから選択すべきである。
二つ以上の異なった有機前駆体の混合物を採用してもよい。
混合物中のセラミック前駆体の重量パーセントは、6%〜9%であるのが有益である。
好ましくは、触媒は、亜鉛,銅,アルミニウム,鉄,ジルコニウム,バナジウム,クロム,マンガン,コバルト,ニッケル及びチタンを含む群から選択される金属を有する有機配位化合物から選択すべきである。
好都合には、触媒は、アセトナート,ベータ−ジケトナート(beta−diketonate)及びカルボキシラートから選択される。特に好ましい触媒は、亜鉛またはジルコニウムアセチルアセトナートである。
好都合には、触媒は、セラミック前駆体に関して化学量論的パーセンテージで、好ましくは、0.15%〜0.3%のパーセンテージで存在する。
好ましくは、使用されるセラミック前駆体及び触媒は、粉末状であるべきである。然しながら、流体の如き、別の形態の成分も使用することができる。
好ましくは、研磨剤は炭化ケイ素から成る。然しながら、研磨剤として機能するような硬度特性を有する別の材料、例えば、炭化ホウ素,ケイ素,ジルコン,酸化ジルコニウム(ジルコニア),ペリクレース,コランダム及びスピネルを使用することもできる。
研磨剤についての説明を簡略にするために、以下の説明においては、研磨剤としての炭化ケイ素のみについて言及するが、これは、研磨剤が炭化ケイ素に限定されるものと看做すべきではない。実際に、炭化ケイ素に関する情報は、上述したようなその他の研磨剤まで広げられるべきである。
炭化ケイ素は、二つの異なった粒径の粉末状であるのが有益である。
二つの粉末の平均直径の比率は、9〜11、好ましくは、10である。
粉末の平均直径は、粒径分布曲線のd50に相当する値を意味する。以下の説明では、FEPA(European Federation of Abrasives Manufacturers)によって採用されている粉末の定義について言及する。
炭化ケイ素粉末の異なった粒径は、適合するサイズに作成された研磨剤が混合物の残り全ての成分に提供し得ることを意味する。最も細かい粉末は、微細潤滑剤及びセラミック前駆体(バインダ樹脂)と混ざるが、より大きい粒子粉末は、より大きいサイズに作製された金属粒子と混ざる。このことは、材料の圧密に好都合である。
より微細な粉末は残りの材料と混ざって均質になる傾向にあるが、より大きな粒子粉末は混合物の他の成分から「分離した」ままであることが更に認められる。
そのため、二つの異なった粒径によって、最終摩擦材料の性能に有利になるように、異なるエネルギーレベルで作用する研磨剤が生じることが理解され得る。より小さい粒径の研磨剤が摩耗する時には、より大きな粒径の研磨剤の「クランブリング(crumbling)」が進行する。これにより、より小さい粒径の研磨剤が平均して絶えず存在することとなる。
好ましくは、二つの異なる粒径の炭化ケイ素粉末は、1μm〜600μmの平均直径を有しているべきである。
本発明の一般的に適用可能な実施形態によれば、粒径が大きい炭化ケイ素粉末と粒径が小さい炭化ケイ素粉末との間の重量比は、0.8〜1.8である。
以下に要約されるように、セラミック・マトリックス摩擦材料が、複合セラミック材料のディスクブレーキと摩擦学的に協働することが要求される場合には、粒径が大きい炭化ケイ素粉末と粒径が小さい炭化ケイ素粉末との間の重量比は、0.8〜1.2、好ましくは1とすべきである。
セラミック・マトリックス摩擦材料が、ねずみ鋳鉄のディスクブレーキと摩擦学的に協働することが要求される場合には、粒径が大きい炭化ケイ素粉末と粒径が小さい炭化ケイ素粉末との間の重量比は、1.2〜1.8、好ましくは1.5にすべきである。
本発明の好ましい適用可能な実施形態によれば、金属粒子は、鉄及び/又は鉄合金の粒子を含んでいる。
鉄及び/又は鉄合金の粒子に代わる、又は、鉄及び/又は鉄合金の粒子に加えられる金属粒子は、銅及び/又は真鍮の粒子を含んでいるのが有益である。
好ましくは、銅及び真鍮の粒子は、個別に又は混合されて、混合物の重量の20%より少ないパーセンテージで存在する。
「粒子」という用語は、粉末と繊維との双方の形態の材料の部分を含むことを意図する。
鉄材料の粒子に関しては、スチールウールが特に好ましい。
好ましくは、粉末状の金属粒子(鉄,鉄合金,銅及び/又は真鍮)は300μm未満の平均直径を有するものにすべきであるのに対し、繊維状の金属粒子(鉄,鉄合金,銅及び/又は真鍮)は100μm未満の平均直径及び1mm未満の長さを有するものにすべきである。
本発明の好ましい実施可能な形態によれば、潤滑剤は粉末状のグラファイトを含んでいる。
好都合には、粉末状グラファイトに代えて、又は、粉末状グラファイトに加えて、潤滑剤は、粉末コークス,流化スズ及び/又はスズを含んでいてもよい。
好ましくは、グラファイトのパーセンテージは、混合物の重量の9%〜13%にすべきであるが、(存在させる場合には)粉末コークス、流化スズ、スズは、混合物に関して、夫々、35%未満、10%未満、5%未満の重量を有するようにすべきである。
好都合には、後述の実施例において要約されるように、グラファイト粉末と組み合わせた粉末コークス,流化スズ及び/又はスズを使用することにより、グラファイトの含有量を減らして、グラファイトを上記した範囲の下限値に向かわせることができる。
好都合には、グラファイト及び/又はコークス粉末は、200μm〜800μmの平均直径を有するが、硫化スズ及び/又はスズ粉末は100μmの平均直径を有している。
上述したように、本発明の方法によって製造されるセラミック・マトリックス摩擦材料は、複合セラミック材料(CCM)又はねずみ鋳鉄のディスクブレーキと摩擦学的に協働して、摩擦係数安定性および耐摩耗性の値の点で最適な性能を担保するブレーキパッドを製造するのに用いることができる。
本発明によるセラミック・マトリックス材料がねずみ鋳鉄のディスクと協働することが必要とされる場合には、プレスされる混合物は、以下の(混合物に関する重量パーセンテージで示された)一般的な組成を有しているべきである。5%〜10%のセラミック前駆体及び触媒,20%〜30%の研磨剤,25%〜60%の金属材料,10%〜50%の潤滑剤。
より詳述すると、本発明の具体的な実施形態によれば、大きい粒径の炭化ケイ素粉末と小さい粒径の粉末との間の重量比は、1.2〜1.8、好ましくは1.5である。
粒子サイズが大きい粉末炭化ケイ素(SiC)は混合物の重量の12%〜18%のパーセンテージで存在し、他方、より微細なSiCのパーセンテージは混合物の重量の6%〜12%である。
金属粒子は、混合物の重量の5%〜20%の粉末鉄,混合物の重量の5%〜30%のスチールウール及び(存在する場合には)混合物の重量の20%未満のパーセンテージの銅及び/又は真鍮粉末及び/又は繊維を含んでいる。
鉄及び/又は鉄合金の粒子(粉末及び繊維)全体は、混合物の重量の5%〜60%の重量である。
好ましくは粉末状になっているグラファイトは、混合物の重量の9%〜12%を構成している。コークスを採用する場合には、そのパーセンテージは混合物の重量の35%未満であるのに対して、(存在する場合には)好ましくは粉末状の硫化スズとスズは、夫々、混合物の重量の10%未満、5%未満とすべきである。
グラファイトが唯一の潤滑剤である場合には、そのパーセンテージは、好ましくは、混合物の重量の12%とすべきである。一例として、3%重量のスズ粉末を添加することにより、グラファイトを10%まで減らすことができる。
ねずみ鋳鉄のディスクと協働するようになっているセラミック・マトリックス材料を本発明により製造する五つの具体的な実施例について後述する。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK粉末(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2)n780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F36(平均直径が525μm)1,500グラムと粉末SiCクラスFEPA F220(平均直径が525μm)1,000グラムを添加する。継続して、粉末銅1,800グラムとスチールウール2,700グラムと粉末鉄1,000グラムとを添加し、最後に粉末グラファイト1,200グラム添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。15%の粉末状SiC F36,10%の粉末状SiC F220,18%の粉末状銅,27%のスチールウール,10%粉末状鉄,12%の粉末状グラファイト,7.8%のポリメチル−セスキシロキサン樹脂,0.2%のアセチルアセトナート。
銅の粉末と鉄の粉末は、夫々、約200μmと約250μmの平均直径を有している。スチールウールは、約80μmの平均直径と、約0.8mmの平均長さを有している。グラファイトの粉末は、約600μmの平均直径を有している。
こうして得られた混合物の一部を、次に、網状化の程度の高いセスキシロキサン樹脂とともにプリフォームされたボディ(グリーンボディ)を確保するために、縦プレスにおいてホットプレスする。
混合物を、図3に示したタイプの軽量化された鋼プレートとコプレスする。この鋼プレートは、周囲フレームと、複数の四角い軽量化穴を備えたプレート状構成要素とにより構成されていて、これら穴の約50は約5mmの面積を有し、残りの穴は約10mmの面積を有している。フレームは約5mmの厚さを有し、他方、プレート状構成要素は、約1mmの厚さを有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又は、マトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に相当する略長方形の周辺部の貫通穴を有している。その貫通穴は、約77cmの面積と約8cmの深さを有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端部を閉塞することから開始する。次に、貫通穴に混合物を充填させて、貫通穴の上端を上述の軽量化されたスチールプレートで塞ぐ。混合物の量は、後続のプレス工程で約2/3の体積低減がされることを考慮して、ブレーキパッドの最終厚みに対応して決定される。
(熱電対によって測定される)モールド内の温度は約120℃に維持される。プレス工程中に付加される最大圧力は、約400Kg/cmである。圧力の付加と解放とを連続して3サイクル実施することが考えられ、各サイクルは、約30秒(圧力の15秒の付加と15秒の解放)継続される。それの後に、約150秒間、(解放することなく)圧力を付加し続ける最終的なプレス工程を実施する。全体的なプレス工程を実施するのには、約4分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉中で熱分解処理を実施する。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約500℃まで加熱して、約4時間500℃に維持させる。
セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、最終的に、ブレーキパッドの最終用途に対応して厚みを低減させることに向けられた仕上げプロセスを施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(スチールプレートの約5mmの厚みを含めて)19.75mmの厚みと、約540グラムの総重量を有し、その総重量の350グラムは、セラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りに190グラムは、軽量化プレートと軽量化穴に充填された摩擦材料部の重量である。
同じ形態と機能性を備えた典型的なブレーキパッドは約635グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約15%の重量低減を齎す。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK粉末(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2)n780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F100(平均直径が129μm)1,500グラムと粉末SiCクラスFEPA F500(平均直径d50が12.8μm)1,000グラムを添加する。継続して、粉末真鍮1,800グラムとスチールウール2,700グラムと粉末鉄900グラムと粉末グラファイト1,000グラムを添加し、最後に粉末スズ300グラムを添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。15%の粉末状SiC F100,10%の粉末状SiC F500,18%の粉末状真鍮,27%のスチールウール,9%粉末状鉄,10%の粉末状グラファイト,7.8%のポリメチル−セスキシロキサン樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
真鍮粉末と鉄粉末は、夫々、約250μmの平均直径と約200μmの平均直径を有している。スチールウールは、約80μmの平均直径と、約0.6mmの平均長さを有している。グラファイト粉末とスズ粉末は、夫々、約400μmの平均直径と約80μmの平均直径を有している。
こうして得られた混合物の一部を、次に、セスキシロキサン樹脂の高い網状物と、プリフォームされたボディ(グリーンボディ)を確保するために、縦プレスにおいてホットプレスする。
その混合物を、図6に示された軽量化スチールプレートとコプレスさせる。このスチールプレートは、周囲フレームと、複数の四角い軽量化穴を有してブレーキシステムの作動手段が当接する領域に対応してセットされた3つの円形構成要素で補強されたプレート状構成要素とにより構成されている。複数の穴の約50%は約5mmの面積を有し、残りの穴は約10mmの面積を有している。フレームは約5mmの厚みを有し、他方、プレート状構成要素は約1mmの厚みを有している。
より詳述すると、用いられるプレート(マトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に対応した略長方形の周囲部の一つの貫通穴を備えている。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、その穴に混合物を充填して、上述した軽量化スチールプレートで穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続の工程で約2/3体積が低減されることを考慮して、ブレーキパッドの最終的な厚みに従って決定される。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させてプレス作業を実施する。
モールド内の温度は、約130℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は、約450Kg/cmである。圧力の付加と解放との三度の連続したサイクルを実施することが考えられ、各サイクルは約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。次に、約210秒間、(圧力を解放することなく)連続して圧力を付加する最終プレス処理を実施する。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉中で熱分解処理を実施する。プリフォームされたボディを、約6℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約400℃に加熱して、約4時間30分、400℃に維持させる。
セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、最終的に、ブレーキパッドの最終的な用途に応じて厚みを低減させることに向けられた仕上げ処理を施す。
このようにして得られたブレーキパッドは、(スチールプレートの約5mmの厚さを含めて)19.75mmの厚さを有し、約560グラムの総重量を有し、その総重量の350グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの210グラムは軽量化されたプレートと軽量化穴に充填された摩擦材料の部分との重量である。
同じ形態及び機能性の典型的なブレーキパッドは、約635グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約12%の重量低減を齎すことができる。
Wacker−Belsil(登録商標)RG100におけるシクロペンタシロキサン樹脂780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F46(平均直径370μm)1,300グラムと粉末SiCクラスFEPA F280(平均直径d5036.5μm)800グラムを添加する。継続して、スチールウール2,500グラムと粉末鉄300グラムと粉末グラファイト1,000グラムと粉末コーク3,000グラムとを添加し、最後に粉末スズ300グラムを添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。13%の粉末状SiC F46,8%の粉末状SiC F280,25%のスチールウール,3%の粉末状鉄,10%の粉末状グラファイト,30%の粉末コーク,3%の粉末状スズ,7.8%のケイ素樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
鉄粉末は約150μmの平均直径を有している。スチールウールは、約60μmの平均直径と約0.5mmの平均長さを有している。グラファイト粉末とコーク粉末とスズ粉末は、夫々、約700μm、約600μm、約90μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、シロキサン樹脂の高度の網状物とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
この混合物を、図3に示した、複数の軽量化穴を備えたプレート状ボディと同様な、約1mmの厚みのメッシュ補強ボディとコプレスさせる。複数の穴の約50%は約5mmの面積を有し、残りの穴は約10mmの面積を有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、二倍の一つの貫通穴を有し、該穴の第一の部分は摩擦部の形状に対応する略長方形の周辺部を有し、他方、第二の部分は支持部の形状に対応する略長方形の周辺部を有している。その穴は、約8cmの深さを有し、第一の部分に対応して約77cmの面積を有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、混合物を貫通穴に充填して、上述したメッシュ補強ボディで貫通穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減なされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させることによりプレス処理を実施する。
モールド内の温度は約150℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約350Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(力の解放を行わないで)約210秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流で等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約4℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約600℃に加熱して、約3時間30分、600℃に維持させる。
最後に、セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、ブレーキパッドの最終用途に応じて厚さを減少させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(補強ボディの約1mmの厚さを含めて)19.75mmの厚さと、約490グラムの総重量を有し、その総重量の350グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの140グラムは、補強構成要素と軽量化穴に充填された摩擦材料の重量である。
同様な形態と機能性とを有する典型的なブレーキパッドは約635グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約23%の重量低減を実施することができる。
Wacker−Belsil(登録商標)RG100におけるシクロペンタシロキサン樹脂780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F46(平均直径370μm)1,300グラムと粉末SiCクラスFEPA F280(平均直径d5036.5μm)800グラムを添加する。継続して、スチールウール2,500グラムと粉末鉄300グラムと粉末グラファイト1,000グラムと粉末コーク3,000グラムとを添加し、最後に粉末スズ300グラムを添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。13%の粉末状SiC F46,8%の粉末状SiC F280,25%のスチールウール,3%の粉末状鉄,10%の粉末状グラファイト,30%の粉末コーク,3%の粉末状スズ,7.8%のケイ素樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
鉄粉末は約150μmの平均直径を有している。スチールウールは、約60μmの平均直径と約0.5mmの平均長さを有している。グラファイト粉末とコーク粉末とスズ粉末は、夫々、約700μm、約600μm、約90μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、網状化の程度の高いシロキサン樹脂とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
この混合物を、補強構成要素又は支持プレートをインサートすることなく、プレスする。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、二倍の一つの貫通穴を有し、該穴の第一の部分は摩擦部の形状に対応する略長方形の周辺部を有し、他方、第二の部分は支持部の形状に対応する略長方形の周辺部を有している。その穴は、約8cmの深さを有し、第一の部分に対応して約77cmの面積を有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、混合物を貫通穴に充填して、プレス装置上の特別な閉塞手段で貫通穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減なされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。
モールド内の温度は約150℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約350Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(力の解放を行わないで)約210秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約4℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約600℃に加熱して、約3時間30分、600℃に維持させる。
最後に、セラミック・マトリックス材料で全体的に作られたブレーキパッドに、ブレーキパッドの最終用途に応じて厚さを減少させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(補強ボディの約1mmの厚さを含めて)19.75mmの厚さと、約470グラムの総重量を有し、その総重量の350グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの120グラムは、支持部の重量である。
同様な形態と機能性とを有する典型的なブレーキパッドは約635グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約26%の重量低減を実施することができる。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK Powder(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F36(平均直径525μm)1,500グラムと粉末SiCクラスFEPA F220(平均直径58μm)1,000グラムを添加する。継続して、粉末銅1,800グラムとスチールウール2,500グラムと粉末鉄1,000グラムとを添加し、最後に粉末グラファイト1,200グラムを添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。15%の粉末状SiC F36,10%の粉末状SiC F220,18%の粉末状銅,27%のスチールウール,10%の粉末状鉄,12%の粉末状グラファイト,7.8%のポリメチル−セスキシロキサン樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
銅粉末と鉄粉末は、夫々、約200μmの平均直径、約250μmの平均直径を有している。スチールウールは、約80μmの平均直径と約0.8mmの平均長さを有している。グラファイト粉末は、約600μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、セスキシロキサン樹脂の高度の網状物とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
この混合物を、図3に示したタイプの周囲フレームを有する軽量化スチールプレートとコプレスさせる。そのフレームは、約5mmの厚みを有し、一つの中央軽量化穴を有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に対応する略長方形周囲部の一つの貫通穴を有している。その貫通穴は、約77cmの面積と約8cmの深さを有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、混合物を貫通穴に充填して、上述した軽量化スチールプレートとプレス装置が備えている閉塞手段とで貫通穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減がなされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させることによりプレス処理を実施する。
(熱電対によって測定される)モールド内の温度は、約120℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約400Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(圧力の解放を行わないで)約150秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約500℃に加熱して、約4時間、500℃に維持させる。
最後に、セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、ブレーキパッドの最終用途に応じて厚さを減少させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(フレームの約5mmの厚さを含めて)19.75mmの厚さと、約520グラムの総重量を有し、その総重量の350グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの170グラムは、フレームと一つの中央軽量化穴に充填された摩擦材料の重量である。
同様な形態と機能性とを有する典型的なブレーキパッドは約635グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約18%の重量低減を実施することができる。
本発明によるセラミック・マトリックス材料がCCMのディスクと共に作動することが必要とされる場合には、プレス処理用の混合物は、次のような一般的組成を有している(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。5〜10%のセラミック前駆体と触媒,20%〜30%の研磨剤,30%〜60%の金属材料,10%〜40%の潤滑剤。
より詳述すると、本発明の特定の実施形態によれば、大きな粒径を有するケイ素炭化物粉末と小さな粒径を有するケイ素炭化物粉末との重量比は、0.8〜1.2、好ましくは、1とすべきである。
大きな粒径のケイ素炭化物粉末(SiC)は、混合物の重量の10%〜15%のパーセンテージで存在する。
金属粒子は、混合物の20%〜30%の(全体として又は部分的に粉末鉄で置き換えることができる)スチールウールと、(存在する場合には)混合物の重量の20%よりも少ないパーセンテージの銅粉及び/又は真鍮粉及び/又は繊維である。
ねずみ鋳鉄のディスクと協働するセラミック・マトリックス材料と相違して、CCMのディスク用の材料は、粒子の間に、好ましくは粉末状のケイ素を有している。
ケイ素の粉末は、混合物の9〜11%の重量、好ましくは10%の重量で存在するのが有益である。
ケイ素粉末は、好ましくは、50μm未満の平均直径を有している。
好ましくは粉末状のグラファイトは、混合物の重量の11%〜13%、好ましくは12%を占めている。コークが存在する場合には、そのパーセンテージは混合物の重量の20%未満とし、他方、(存在する場合には)好ましくは粉末状の硫化スズとスズは、夫々、混合物の重量の10未満、混合物の重量の5%未満とすべきである。
複合セラミック材料(CCM)のディスクと協働することに向けられた、本発明によるセラミック・マトリックス材料の製造に関する五つの実施例について後述する。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK粉末(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2)n780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F46(平均直径370μm)1,200グラムと粉末SiCクラスFEPA F280(平均直径36.5μm)1,300グラムを添加する。継続して、粉末銅1,800グラムとスチールウール2,700グラムと粉末ケイ素1,000グラムとを添加し、最後に粉末グラファイト1,200グラム添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。12%の粉末状SiC F46,13%の粉末状SiC F280,18%の粉末状銅,27%のスチールウール,10%粉末状ケイ素,12%の粉末状グラファイト,7.8%のセスキシロキサン樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
銅の粉末とケイ素の粉末は、夫々、約150μm、約40μmの平均直径を有している。スチールウールは、約50μmの平均直径と、約0.4mmの平均長さを有している。グラファイトの粉末は、約600μmの平均直径を有している。グラファイトの粉末は、約300μmの平均直径を有している。
こうして得られた混合物の一部を、次に、セスキシロキサン樹脂の高い網状物に加えてプリフォームされたボディ(グリーンボディ)を確保するために、縦プレスにおいてホットプレスする。
混合物を、図3に示したタイプの軽量化されたスチールプレートとコプレスする。このスチールプレートは、周囲フレームと、約50%が約5mmの面積を有すると共に残りが約10mmの面積を有する複数の軽量化穴を備えたプレート状構成要素とにより構成されている。フレームは約5.5mmの厚さを有し、他方、プレート状構成要素は約1mmの厚さを有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又は、マトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に相当する略長方形の周辺部の一つの貫通穴を有している。その貫通穴は、約145cmの面積と約8cmの深さを有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始する。次に、貫通穴に混合物を充填させて、貫通穴の上端を上述の軽量化されたスチールプレートで塞ぐ。混合物の量は、後続のプレス工程で約2/3の体積低減がされることを考慮して、ブレーキパッドの最終厚さに従って決定される。
モールド内の温度は約120℃に維持される。プレス工程中に付加される最大圧力は、約300Kg/cmである。圧力の付加と解放とを連続して3回のサイクル実施することが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)継続される。その後に、約90秒間、(圧力を解放することなく)圧力を付加し続ける最終的なプレス処理を実施する。全体的なプレス工程を実施するのには、約3分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉中で熱分解処理を実施する。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約500℃まで加熱して、約4時間500℃に維持させる。
セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、最終的に、ブレーキパッドの最終用途に従って厚みを低減させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(スチールプレートの約5.5mmの厚さを含めて)16.4mmの厚みと、約860グラムの総重量を有し、その総重量の480グラムは、セラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの380グラムは、軽量化プレートと軽量化穴に充填された摩擦材料部の重量である。
同じ形態及び機能性の典型的なブレーキパッドは、約1,180グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約27%の重量低減を齎すことができる。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK粉末(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2)n780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F54(平均直径310μm)1,200グラムと粉末SiCクラスFEPA F320(平均直径d5029.2μm)1,300グラムを添加する。継続して、粉末ケイ素1,000グラムとスチールウール2,700グラムと粉末グラファイト1,200グラムを添加し、最後に粉末コーク1,800グラムを添加する。その第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。12%の粉末状SiC F54,13%の粉末状SiC F320,27%のスチールウール,10%の粉末状ケイ素,12%の粉末状グラファイト,18%のコーク,7.8%のセスキシロキサン樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
ケイ素粉末は、約35μmの平均直径を有している。スチールウールは、約70μmの平均直径と、約0.6mmの平均長さを有している。グラファイト粉末とコーク粉末は、約500μmの平均直径を有している。
こうして得られた混合物の一部を、次に、セスキシロキサン樹脂の高い網状物と、プリフォームされたボディ(グリーンボディ)を確保するために、縦プレスにおいてホットプレスする。
その混合物を、図6に示されたタイプの軽量化されたスチールプレートとコプレスさせる。このスチールプレートは、周囲フレームと、複数の四角い軽量化穴を有してブレーキシステムの作動手段が当接する領域に対応してセットされた3つの円形構成要素で補強されたプレート状構成要素とにより構成されている。複数の穴の約50%は約5mmの面積を有し、残りの穴は約10mmの面積を有している。フレームは約5.5mmの厚さを有し、他方、プレート状構成要素は約1mmの厚さを有している。
より詳述すると、用いられるプレート(マトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に対応した略長方形の周囲部の一つの貫通穴を備えている。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、その穴に混合物を充填して、上述した軽量化スチールプレートで穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続の工程で約2/3体積が低減されることを考慮して、ブレーキパッドの最終的な厚みに従って決定される。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させてプレス作業を実施する。
モールド内の温度は、約130℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は、約250Kg/cmである。圧力の付加と解放との三回の連続したサイクルを実施することが考えられ、各サイクルは約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。次に、約150秒間、(圧力を解放することなく)連続して圧力を付加する最終プレス処理を実施する。全体的なプレス処理には、約4分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉中で熱分解処理を実施する。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約550℃に加熱して、約4時間、550℃に維持させる。
セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、最終的に、ブレーキパッドの最終的な用途に応じて厚みを低減させることに向けられた仕上げ処理を施す。
このようにして得られたブレーキパッドは、(スチールプレートの約5.5mmの厚さを含めて)16.4mmの厚さを有し、約880グラムの総重量を有し、その総重量の480グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの400グラムは軽量化されたプレートと軽量化穴に充填された摩擦材料の部分との重量である。
同じ形態及び機能性の典型的なブレーキパッドは、約1,180グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約25%の重量低減を齎すことができる。
780グラムのシクロペンタシロキサン樹脂Wacker−Belsil(登録商標)RG100と、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F40(平均直径438μm)1,200グラムと粉末SiCクラスFEPA F240(平均直径d5044.5μm)1,300グラムを添加する。継続して、粉末状真鍮1,500グラムとスチールウール2,100グラムと粉末ケイ素1,000グラムと粉末グラファイト1,200グラムとを添加し、最後に粉末硫化スズ900グラムを添加する。この第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。12%の粉末状SiC F40,13%の粉末状SiC F240,21%のスチールウール,15%の粉末状真鍮,10%の粉末状ケイ素,12%の粉末状グラファイト,9%の粉末硫化スズ,7.8%のケイ素樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
真鍮粉末とケイ素粉末は、夫々、約200μmの平均直径、約45μmの平均直径を有している。スチールウールは、約80μmの平均直径と約0.8mmの平均長さを有している。グラファイト粉末と硫化スズ粉末は、夫々、約750μmの平均直径、約90μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、シロキサン樹脂の高度の網状物とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
この混合物を、図3に示した、複数の軽量化穴を備えたプレート状ボディと同様な、約1mmの厚みのメッシュ補強ボディとコプレスさせる。複数の穴の約50%は約5mmの面積を有し、残りの穴は約10mmの面積を有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、二倍の一つの貫通穴を有し、該穴の第一の部分は摩擦部の形状に対応する略長方形の周辺部を有し、他方、第二の部分は支持部の形状に対応する略長方形の周辺部を有している。その穴は、約8cmの深さを有し、第一の部分に対応して約145cmの面積を有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、混合物を貫通穴に充填して、上述したメッシュ補強ボディで貫通穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減なされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させることによりプレス処理を実施する。
モールド内の温度は約130℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約450Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(圧力の解放を行わないで)約210秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約450℃に加熱して、約4時間30分、450℃に維持させる。
こうして得られたブレーキパッドは、(補強ボディの約1mmの厚さを含めて)16.40mmの厚さと、約760グラムの総重量を有し、その総重量の480グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの280グラムは、補強構成要素と軽量化穴に充填された摩擦材料の重量である。
同様な形態及び機能性の典型的なブレーキパッドは約1,180グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約35.6%の重量低減を齎すことができる。
780グラムのシクロペンタシロキサン樹脂Wacker−Belsil(登録商標)RG100と、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F40(平均直径438μm)1,200グラムと粉末SiCクラスFEPA F240(平均直径d5044.5μm)1,300グラムを添加する。継続して、粉末状真鍮1,500グラムとスチールウール2,100グラムと粉末ケイ素1,000グラムと粉末グラファイト1,200グラムとを添加し、最後に粉末硫化スズ900グラムを添加する。この第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。12%の粉末状SiC F40,13%の粉末状SiC F240,21%のスチールウール,15%の粉末状真鍮,10%の粉末状ケイ素,12%の粉末状グラファイト,9%の粉末硫化スズ,7.8%のケイ素樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
真鍮粉末とケイ素粉末は、夫々、約200μmの平均直径、約45μmの平均直径を有している。スチールウールは、約80μmの平均直径と約0.8mmの平均長さを有している。グラファイト粉末と硫化スズ粉末は、夫々、約750μmの平均直径、約90μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、網状化の程度の高いシロキサン樹脂とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、二倍の一つの貫通穴を有し、該穴の第一の部分は摩擦部の形状に対応する略長方形の周辺部を有し、他方、第二の部分は支持部の形状に対応する略長方形の周辺部を有している。その穴は、約8cmの深さを有し、第一の部分に対応して約145cmの面積を有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減なされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。次に、混合物を貫通穴に充填して、プレス装置が備えている特別な閉塞手段で貫通穴の上端を閉塞する。
モールド内の温度は約130℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約450Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(圧力の解放を行わないで)約210秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約5分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約450℃に加熱して、約4時間30分、450℃に維持させる。
全体的にセラミック・マトリックス材料で作られたブレーキパッドに、最終的に、ブレーキパッドの最終用途に応じて厚みを減少させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(補強ボディの約1mmの厚さを含めて)16.4mmの厚さと、約720グラムの総重量を有し、その総重量の480グラムは摩擦部の重量であり、残りの240グラムは支持部の重量である。
同様な形態及び機能性の典型的なブレーキパッドは約1,180グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約39%の重量低減を齎すことができる。
Wacker−Belsil(登録商標)PMS MK Powder(軟化範囲50〜60℃)におけるポリメチル−セスキシロキサン樹脂(CH−SiO3/2780グラムと、粉末亜鉛アセチルアセトナート20グラムを、水平ブレードミキサー内で約2分間混合する。次に、粉末SiCクラスFEPA F46(平均直径370μm)1,200グラムと粉末SiCクラスFEPA F280(平均直径36.5μm)1,300グラムを添加する。継続して、粉末銅1,800グラムとスチールウール2,700グラムと粉末ケイ素1,000グラムとを添加し、最後に粉末グラファイト1,200グラムを添加する。この第二の混合工程は、約4分間実施する。
混合物全体の組成は、次の通りである(混合物に関して重量パーセントで示されている。)。12%の粉末状SiC F46,13%の粉末状SiC F280,18%の粉末状銅,27%のスチールウール,10%の粉末状ケイ素,12%の粉末状グラファイト,7.8%のセスキシロキサン樹脂,0.2%の亜鉛アセチルアセトナート。
銅粉末とケイ素粉末は、夫々、約150μmの平均直径、約40μmの平均直径を有している。スチールウールは、約50μmの平均直径と約0.4mmの平均長さを有している。グラファイト粉末は、約300μmの平均直径を有している。
次に、このようにして得られた混合物の一部に、網状化の程度の高いセスキシロキサン樹脂とプリフォームされたボディ(グリーンボディ)とを得るために、縦プレスにおいてホットプレス処理を施す。
この混合物を、図3に示したタイプの周囲フレームを有する軽量化されたスチールプレートとコプレスさせる。そのフレームは、約5.5mmの厚みを有し、一つの中央軽量化穴を有している。
より詳述すると、用いられるプレート(又はマトリックス)は、セラミック・マトリックス材料のボディの形状に対応する略長方形周囲部の一つの貫通穴を有している。その貫通穴は、約145cmの面積と約8cmの深さを有している。
作業は、プレスに設けられたパンチのヘッドを用いて貫通穴の下端を閉塞することから開始される。次に、混合物を貫通穴に充填して、上述した軽量化スチールプレートとプレス装置が備えている閉塞手段とで貫通穴の上端を閉塞する。混合物の量は、後続のプレス処理において約2/3の体積低減がなされることを考慮して、ブレーキバッドの最終的な厚さに応じて決められる。プレートを適切に位置決めさせた後に、パンチを駆動させることによりプレス処理を実施する。
モールド内の温度は、約120℃に維持される。プレス処理中に付加される最大圧力は約300Kg/cmである。圧力の付加と解放との連続した3回のサイクルが考えられ、各サイクルは、約30秒(15秒の圧力付加と15秒の圧力解放)続けられる。その後に、(圧力の解放を行わないで)約90秒間、圧力の連続した付加を実施する最終プレス処理を行う。全体的なプレス処理には、約3分の時間が必要とされる。
次に、約0.2m/時間の窒素流の等温炉内で熱分解処理を行う。プリフォームされたボディを、約5℃/分の速度で、周囲温度(25℃)から約500℃に加熱して、約4時間、500℃に維持させる。
最後に、セラミック・マトリックス材料の摩擦部に、ブレーキパッドの最終用途に応じて厚さを減少させることに向けられた仕上げ処理を施す。
こうして得られたブレーキパッドは、(フレームの約5.5mmの厚さを含めて)16.4mmの厚さと、約820グラムの総重量を有し、その総重量の480グラムはセラミック・マトリックス材料の摩擦部の重量であり、残りの340グラムは、フレームと一つの中央軽量化穴に充填された摩擦材料の重量である。
同様な形態と機能性の典型的なブレーキパッドは約1,180グラムの重量を有している。従って、本発明によるブレーキパッドは、約30.5%の重量低減を齎すことができる。
プレス処理が完了した時に、上述した実施例1〜3及び6によって得られたセラミック・マトリックス材料の全てが、良好な細部(例えば、ブレーキバッドの鋭利な縁)を達成することと、格別な困難性を伴うことなく取り扱うこととを促進させるような素晴らしいコンシステンシーを実証した。また、熱分解処理が完了した時に、その材料は、良好な機械的耐性特性(12〜18MPaの機械的耐性モジュール、5〜10GPaの弾性モジュール)を実証した。その材料の平均密度は、2.9〜3.2g/cmであった。また、セラミック化の平均程度は、約70%であった。
摩擦係数と制動付加の回数に応じた係数安定性と耐摩耗性との点における性能を評価する目的で、本発明により作られたブレーキパッドについて制動試験を実施した。
その試験は、サンプルを連続した50回の制動動作に晒すことを含んでいる。
試験は、鋳鉄のディスクを備えたブレーキシステムと複合セラミック材料のディスクを備えたブレーキシステムの双方を用いて実施した。
試験の結果、鋳鉄ディスクの適用とCCMディスクの適用との間には、挙動の点において、重大な相違は認められなかった。
試験では、5回目の制動付加から30回目の制動付加までに全体として約0.45の平均摩擦係数を示した。この値は、最小値が約0.42で最大値が約0.48と僅かに相違していた。30回目の制動付加後に、摩擦係数は僅かに低下し、約0.42の平均値になった。各制動付加で、約0.005mmの平均的な摩耗が認められた。
図16に示したグラフ(横座標は制動付加の回数、縦座標は摩擦係数値)は、鋳鉄ディスクと上記実施例1のセラミック・マトリックス材料の摩擦部品を有するブレーキパッドとを備えたシステムに関して実施した試験に関するものである。
従って、本発明によれば、機械的耐性を損なうことなく、ブレーキシステム用の、特に、ディスクブレーキシステム用の、セラミック・マトリックス材料の少なくとも摩擦部を備えたブレーキパッドの重量をかなり減少させることができる。
また、本発明によれば、セラミック・マトリックス材料の摩擦部品を製造するための作業時間を、(金属プレートとの組立てを考慮しない)約60〜80時間の全体的平均時間から約8〜12時間の平均的時間へと可なり減少させることができる。
本発明による方法によって作られたセラミック・マトリックス摩擦材料は、摩擦係数と耐摩耗性の点において、典型的なセラミック・マトリックス摩擦材料の性能よりも優れた性能でないとしても、少なくとも同等な性能を発揮する。典型的な材料の摩擦係数が約0.35〜0.4であるのに対して、本発明による材料の摩擦係数は、実際に、平均して0.42〜0.45である。
耐摩耗性に関して、同様な考察が妥当する。典型的な材料の平均的摩耗値が約0.015〜0.020(mm/制動付加)であるのに対し、本発明による材料の平均的摩耗値は約0.005(mm/制動付加)である。
制動試験は、本発明の様々な実施形態に係るブレーキパッドがブレーキシステムのアクチュエータと制動力のトランスミッションとによって齎される機械的応力に対する適切な耐性を有するものであることを更に実証した。
本発明による方法は、セラミック・マトリックス材料の摩擦部品と金属支持プレートとの最終的な特定の組立工程を省くことによって、ブレーキパッドと金属支持プレートの製造を簡略化させることをも可能にさせる。
こうして、本発明が所期の目的を達成するものであることが分かる。
言うまでもなく、本発明を実施するに当たって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した内容と相違した様々な形態及び構成を採用することができる。
更に、上述した実施形態の全ての構成要素を技術的に均等な他の構成要素と置換し、上記実施形態で採用した寸法,形状及び材料を必要に応じて変更することもできる。
なお、以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま付記しておく。
[1]
ブレーキシステム用の、特にディスクブレーキ用のブレーキパッドであって、
摩擦学的に活性な摩擦部(10)と、
ブレーキシステムの作動手段と協働するようになっている機械的支持部(20)を有し、
少なくとも前記摩擦部(10)がセラミック・マトリックス材料から作られ、
前記セラミック・マトリックス材料が、
少なくとも一つのケイ素タイプのセラミック前駆体と研磨剤として好適な硬い材料の粒子と潤滑剤として好適な物質の粒体と金属材料の粒体との混合物を調製する工程と、
前記混合物をホットプレスしてプリフォームされたボディを確保する工程と、
プリセラミック・バインダーのセラミック化を達成して前記セラミック・マトリックス材料を得るために、前記プリフォームされたボディを800℃より低い温度で熱分解処理する工程を含む方法によって作られ、
前記混合物が前記ホットプレス処理中に前記セラミック前駆体の網状化を促進させるのに好適な触媒を含んでいる、ブレーキパッド。
[2]
前記熱分解工程が、400℃〜600℃の最大温度で実施される、請求項1に記載のブレーキパッド。
[3]
前記ホットプレス処理が、120℃〜150℃の温度で実施される、請求項1又は2に記載のブレーキパッド。
[4]
前記ホットプレス処理が、250〜500Kg/cm2の圧力で実施される、請求項1〜3の何れかに記載のブレーキパッド。
[5]
前記機械的支持部(20)が、前記セラミック・マトリックス材料から作られている、請求項1〜4の何れかに記載のブレーキパッド。
[6]
前記機械的支持部(20)が、前記摩擦部(10)と一体のものとして作られている、請求項5に記載のブレーキパッド。
[7]
前記機械的支持部(20)に組み込まれ、又は、前記機械的支持部(20)の外側面上に配置される、軽量化穴を備えた補強構成要素を有している、請求項5又は6に記載のブレーキパッド。
[8]
前記補強構成要素が、前記ホットプレス処理中のコプレスのために、前記機械的支持部(20)と結合される、請求項7に記載のブレーキパッド。
[9]
前記機械的支持部(20)が、一つ又はそれ以上の数の軽量化穴(25,26)を備えて前記摩擦部(10)と接合された支持プレート(21)から構成されている、請求項1〜4の何れかに記載のブレーキパッド。
[10]
前記一つ又はそれ以上の数の軽量化穴(25,26)が、前記摩擦部(10)と接合されるようになっている前記支持プレート(21)の部分に形成されている、請求項9に記載のブレーキパッド。
[11]
前記支持プレート(21)が、内側に空間(26)を区画している周囲フレーム(22)を含んでいる、請求項9又は10に記載のブレーキパッド。
[12]
前記支持プレート(21)が、前記周囲フレーム(22)の前記空間(26)を閉塞するのに好適なプレート状構成要素含み、前記軽量化穴(25)が前記空間に連通して形成されている、請求項11に記載のブレーキパッド。
[13]
前記支持プレート(21)が、前記ブレーキシステムの前記作動手段が作用するポイントに対応して設けられた補剛要素(24)を備えている、請求項9〜12の何れかに記載のブレーキパッド。
[14]
前記支持プレート(20)が、スチールの如き金属から作られている、請求項9〜13の何れかに記載のブレーキパッド。
[15]
前記支持プレート(20)が、低い熱伝導性酸化物に基づいた複合体の如き非金属材料から作られている、請求項9〜13の何れかに記載のブレーキパッド。
[16]
前記機械的支持部(20)が、非金属材料から作られて前記摩擦部(10)と接合される支持プレート(21)を含んでいる、請求項1〜4の何れかに記載のブレーキパッド。
[17]
前記摩擦部(10)が、前記ホットプレス処理中にコプレッシングによって前記摩擦部(10)と接合される、請求項9〜16の何れかに記載のブレーキパッド。
[18]
前記支持プレート(21)が、前記熱分解処理の後に、セラミック・マトリックス材料で作られた前記摩擦部(10)と接合される、請求項9〜16の何れかに記載のブレーキパッド。
[19]
前記混合物が、重量%で、5〜10%のセラミック前駆体と触媒と、20〜30%の研磨剤と、60%未満の金属材料と、50%未満の潤滑剤を含んでいる、請求項1〜18の何れかに記載のブレーキパッド。
[20]
前記少なくとも一つのセラミック前駆体が、ポリシロキサン及びセスキシロキサンから選択されている、請求項1〜19の何れかに記載のブレーキパッド。
[21]
前記触媒が、亜鉛,銅,アルミニウム,鉄,ジルコニウム,バナジウム,クロム,マンガン,コバルト,ニッケル及びチタンを含む群から選択される金属を有する有機配位化合物から選択され、該有機配位化合物が、アセトナート,ベータ−ジケトナート及びカルボキシラートから選択されている、請求項1〜20の何れかに記載のブレーキパッド。
[22]
前記研磨剤の粒子が、炭化ケイ素,炭化ホウ素,ケイ素,ジルコン,酸化ジルコニウム,ペリクレース,コランダム又はスピネルの粉末である、請求項1〜21に記載のブレーキパッド。
[23]
前記研磨剤の粒子が、二つの異なった粒径の粉末として存在し、該二つの粉末の平均直径の比率が、9〜11である、請求項1〜22に記載のブレーキパッド。
[24]
前記二つの異なった粒径の研磨剤粒子が、1μm〜600μmの平均直径を有している、請求項23に記載のブレーキパッド。
[25]
大きい粒径の研磨剤粒子と小さい粒径の研磨剤粒子との重量比が、0.8〜1.8である、請求項23又は24に記載のブレーキパッド。
[26]
前記金属粒子が、鉄及び/又は鉄合金、銅の粒子、真鍮の粒子及び/又はケイ素の粒子を含んでいる、請求項1〜25の何れかに記載のブレーキパッド。
[27]
銅と真鍮の粒子が、単独で、又は混合されて、前記混合物の重量の20%より少ないパーセンテージで存在する、請求項1〜26の何れかに記載のブレーキパッド。
[28]
前記金属粒子が、粉末形態又は繊維形態で存在する、請求項1〜27の何れかに記載のブレーキパッド。
[29]
粉末形態の前記金属粒子が、300μm未満の平均直径を有している、請求項1〜28の何れかに記載のブレーキパッド。
[30]
繊維形態の前記金属粒子が100μm未満の平均直径と、1mm未満の平均長さを有している、請求項1〜29の何れかに記載のブレーキパッド。
[31]
前記潤滑剤粒子が、粉末状のグラファイト、コーク粉末、硫化スズの粉末及び/又はスズ粉末を含んでいる、請求項1〜30の何れかに記載のブレーキパッド。
[32]
グラファイト粉末が、前記混合物の9重量%〜13重量%の間のパーセンテージで存在している、請求項1〜31の何れかに記載のブレーキパッド。
[33]
コーク粉末が、前記混合物の35重量%より少ないパーセンテージで存在している、請求項1〜32の何れかに記載のブレーキパッド。
[34]
前記グラファイト粉末及び/又は前記コーク粉末が、200μm〜800μmの平均直径を有している、請求項1〜33の何れかに記載のブレーキパッド。
[35]
硫化スズ粉末が、前記混合物の10重量%より少ないパーセンテージで存在している、請求項1〜34の何れかに記載のブレーキパッド。
[36]
スズ粉末が、5%未満のパーセンテージで存在している、請求項1〜35の何れかに記載のブレーキパッド。
[37]
硫化スズ粉末及び/又はスズ粉末が、100μm未満の平均直径を有している、請求項1〜36の何れかに記載のブレーキパッド

Claims (14)

  1. 摩擦学的に活性な摩擦部(10)と、ブレーキシステムの作動手段と協働するようになっている機械的支持部(20)を有する、ディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法であって、
    該製造方法は、前記ディスクブレーキ用のブレーキパッドのうち、少なくとも前記摩擦部(10)セラミック・マトリックス材料から作るものであり、
    前記セラミック・マトリックス材料を得る工程は、
    少なくとも一つのケイ素タイプのセラミック前駆体と、研磨剤として好適な硬い材料の粒子と、潤滑剤として好適な物質の粒子と、金属材料の粒子との混合物であって、5〜10重量%のセラミック前駆体及び触媒と、20〜30重量%の研磨剤と、50重量%未満の潤滑剤と、60重量%未満の金属材料とからなる混合物を調製する工程と、
    前記セラミック・マトリックス材料のプリフォームされたボディを確保するために、前記混合物をホットプレスする工程と、

    前記セラミック・マトリックス材料を得るために、前記プリフォームされたボディを熱分解処理する工程とを含み、
    前記混合物に含まれている触媒による前記セラミック前駆体の網状化は、前記ホットプレスする工程中において生じるものであり、前記熱分解処理する工程が800℃より低い温度で実行される、ディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  2. 前記熱分解処理する工程が、400℃〜600℃の最大温度で実施される、請求項1に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  3. 前記ホットプレスする工程が、120℃〜150℃の温度で実施され、及び/又は、前記ホットプレスする工程が、250〜500Kg/cm2の圧力で実施される請求項1又は2に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  4. 前記機械的支持部(20)が、前記セラミック・マトリックス材料から作られ、機械的支持部(20)が、前記摩擦部(10)と一体のものとして作られている、請求項1〜の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  5. 前記機械的支持部(20)に組み込まれ、又は、前記機械的支持部(20)の外側面上に配置される、軽量化穴を備えた支持プレートを有し、前記支持プレートが、前記ホットプレスする工程中のコプレッシング(co−pressing)のために、前記機械的支持部(20)と結合される、請求項4に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  6. 前記機械的支持部(20)が、一つ又はそれ以上の数の軽量化穴(25)を備えて前記摩擦部(10)と接合された支持プレート(21)から構成され、前記一つ又はそれ以上の数の軽量化穴(25)が、前記摩擦部(10)と接合されるようになっている前記支持プレート(21)の部分に形成されている請求項1〜の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  7. 前記支持プレート(21)が、内側に空間(26)を区画している周囲フレーム(22)を含んでおり、前記支持プレート(21)が、前記周囲フレーム(22)の前記空間(26)を閉塞するのに好適なプレート状構成要素(23)含み、前記軽量化穴(25)が前記空間に連通して形成されている、請求項6に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  8. 前記支持プレート(2)が、スチール、又は酸化物に基づいた複合体から作られている、請求項6又は7に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  9. 前記機械的支持部(20)が、非金属材料から作られて前記摩擦部(10)と接合される支持プレート(21)を含んでいる、請求項1〜3の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  10. 前記摩擦部(10)が、前記ホットプレスする工程中に又は前記熱分解処理する工程の後に、コプレッシング(co−pressing)によって前記支持プレート(21)と接合される、請求項6〜9の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  11. 前記少なくとも一つのセラミック前駆体が、セスキシロキサンから選択される、請求項1〜10の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  12. 前記研磨剤の粒子が二つの異なった粒径の粉末として存在し、該二つの粉末の平均直径の比率が9〜11であり、前記二つの異なった粒径の研磨剤粒子が1μm〜600μmの平均直径を有している、請求項1〜11の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  13. 大きい粒径の研磨剤粒子と小さい粒径の研磨剤粒子との重量比が0.8〜1.8である、請求項12に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
  14. 潤滑剤粒子であるグラファイト粉末が、前記混合物の9重量%〜13重量%の間のパーセンテージで存在している、請求項1〜13の何れか1項に記載のディスクブレーキ用のブレーキパッドの製造方法
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