JPH09504739A - 選択的に強化されたアルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鋳造され選択的に強化されたディスクブレーキキャリパは、ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有している。ブリッジ部分及び外側レッグ部分は各々、これらブリッジ部分及び外側レッグ部分と同様な形状のインサートを備えており、また、ブリッジ部分及び外側レッグ部分の約２０から８０％の範囲の体積を有している。キャリパは、インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱し、該インサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分の中に入れ、アルミニウム基合金を上記モールドの中に鋳込んでインサートをオーバーキャストし、これにより、ブリッジ部分と外側レッグ部分との間に強固な結合を形成することにより、製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 選択的に強化されたアルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、軽量アルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパに関し、より 詳細には、アルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパを選択的に強化して 、曲げ強度及び曲げ剛性を増大させることにより、制動性能（ブレーキ性能）を 向上させるための方法に関する。 ２．従来技術の説明 燃料効率を更に高めると共にエンジン放出物を減少させるためには、将来の自 動車の重量を減少させる必要があろう。重量の減少は、小型化、並びに、軽量材 料の使用により、実行されている。重量の減少が主要な要件であるが、特定の用 途においては、可能性のある代替材料は、高い水準の強度、剛性、延性、靭性及 び耐食性と共に、技術的及び経済的に実施可能な態様で加工される性質を示すこ とも要求される。 現在までは、ポリマーが、自動車要素すなわち自動車部品に利用される軽量の 代替材料の極めて大きな割合を占めてきた。しかしながら、機械的な性質に欠陥 があるので、そのような要素の大部分は、非構造的な用途に使用されている。ア ルミニウム（Ａｌ）の使用も、過去１０年にわたって、自動車において一貫して 増大してきた。今日、アルミニウム基合金は、ボディパネル、エンジン及びパワ ートレーン（動力伝達機構）の要素、並びに、ブレーキの種々の要素に使用され ている。 ブレーキ要素の分野では、アルミニウム基合金は、例えば、マスタシリンダ、 ブレーキピストン、並びに、ディスクブレーキキャリパに使用されてきた。例え ば、現在スチール又は鋳鉄から形成されているブレーキ要素をアルミニウムで製 造した場合には、そのような要素の剛性は、２分の１乃至３分の１になることが 判明している。使用されている時には、剛性が小さいと、ある与えられた応力に 対して、高い歪み（すなわち、伸び又は撓み）が生ずることになる。その差は、 鋳鉄又はスチールの要素の場合に比較して、２倍乃至３倍になることがある。 ディスクブレーキは、大部分の自動車に採用されており、ホイールと共に回転 するディスク（すなわちロータ）のリムすなわち周縁部を跨ぐディスクブレーキ キャリパを備えている。ブレーキパッドが、ディスクの両側で、キャリパとディ スクとの間に設けられ、ブレーキ装置が作動した時に、必要な制動力（ブレーキ 力）を与える。油圧ブレーキシリンダをキャリパの片側又は両側に設けることが できる。油圧ブレーキシリンダは、キャリパのレッグ部分に位置している。ディ スク又はロータの曲率を有することが多いブリッジ部分が、キャリパのレッグ部 分に接続されている。ブレーキが作動している間には、シリンダの中に位置して いるブレーキピストンが押し出されて、ブレーキパッドの間に挟まれるべきディ スクに接触する。この作用により、ディスクの回転速度が低下するか、あるいは 、ディスクが停止する。 ディスクブレーキキャリパにアルミニウムを使用することは、過去１０年以上 にわたって、かなり注目されてきた。ディスクブレーキキャリパの場合に関して は、現在鋳鉄によって形成されているものの直径に比較して、キャリパの断面積 を増大することにより、アルミニウム基合金で同等の剛性を得ることができる。 要素の寸法を増大させることが、代替材料であるアルミニウムの重量低減効果を 減じさせることは、理解できよう。断面積を増大させることも、要素がその中に 嵌合しなければならないかも知れないケーシングの寸法によっては、寸法的な別 の制約を生ずる。 ディスクブレーキキャリパにアルミニウムを使用して密度が小さいというその 利点を享受するために、過去において多くの試みが行われてきた。ガーロック社 （Ｇｉｒｌｏｃｋ Ｌｉｍｉｔｅｄ）は、アルミニウムを用いたブレーキの製造 を行った。カプリジン（Ｃａｐｌｙｇｉｎ）は、米国特許第４，２６１，４４４ 号において、ハウジング、パッド及びピストンの寸法を特別に組み合わせて構成 された、アルミニウム合金のディスクブレーキアセンブリを教示している。剛性 の問題は、ハウジングのプロフィール（幅方向の寸法）を大きくすると共に、ブ リッジ及び外側レッグの厚みを増大させることによって、解決されている。ハウ ジングの高さを減少させることによって、ピストンの対応中心が、ディスクの回 転軸線に対して上昇し、ディスクパッド比が減少する。この設計の変更（すなわ ち、キャリパの円周方向の長さを増大させること）の結果、ハウジングの厚みは 、アルミニウムで形成されたキャリパに比較して、最大３０％程度減少して同じ 剛性を示し、設計上の変更を含まない。上記ガーロック社の「スリムライン（Ｓ ｌｉｍｌｉｎｅ）」キャリパは、重量に関する利点を提供するが、アルミニウム の強度及び剛性は、鋳鉄に比較して小さいので、キャリパのブリッジ部分の断面 積を、同じ曲げ剛性を示すノジュラー鋳鉄のキャリパの断面積に比較して、大き くすることが必要とされる。強度及び剛性の欠点を補償するために、上述の設計 上の変更は、キャリパの円周方向の長さ、及び、キャリパの「パッケージサイズ （ｐａｃｋａｇｅ ｓｉｚｅ）」を増大している。「スリムライン化」の結果と して、キャリパは、そのような大きなパッケージサイズを受け入れることのでき る乗物（すなわち、直径が大きなホイールを有する乗物）に対して、その用途が 限定されている。 メリナット（Ｍｅｌｉｎａｔ）は、米国特許第４，３４２，３８０号において 、鋼板製のブリッジ部分及びアルミニウム製のピストンチャンバを有する、ディ スクブレーキ用キャリパを記載している。このキャリパにおいては、ディスクブ レーキキャリパの一側部は、鋼板部分によって形成されて、キャリパのブリッジ を形成しており、その他側部は、鋳造アルミニウム部分によって形成されて、キ ャリパのピストンチャンバを形成している。ピストンハウジングは、適宜なアル ミニウム合金を用いて鋳造され、ブリッジの脚部すなわちレッグの外方端部分を 包囲し、特に、不規則な表面を把持して、鋳造の確実性を維持するように、ブリ ッジのレッグに直接鋳造されるのが好ましい。鋳造条件、あるいは、鋳造アルミ ニウムのピストンとスチール製の中実のブリッジ部分との間の境界面の特性に対 しては、何等注意が払われていない。スチール及びアルミニウムを用いたキャリ パ構造は、同様の寸法を有するノジュラー鋳鉄のキャリパに比較して、約２０％ 乃至３０％の重量の減少を達成すると記載されている。 同様に、ムーア外（Ｍｏｏｒｅ ｅｔ ａｌ．）の英国特許第２，０８７，４ ９０号は、鋳造アルミニウムのディスクブレーキキャリパのボディを開示してお り、このボディは、脚部接続ブリッジを横断するように鋳込まれて補強部を提供 する、鉄のプレートを有している。この場合には、鉄のプレートの一方の脚部が 、リアクション・メンバ（例えば、スタッブ・アクスル（短い軸））に固定され て、制動作用の間の曲げ変形を支持している。 コーレー外（Ｃｏｒｅｙ ｅｔ ａｌ．）のドイツ特許第３，３２２，２３２ 号は、複合されたディスクブレーキ用サドルを開示しており、このサドルは、ア ルミニウムの鋳造物によって、スチールのブレーキシリンダに接続された、鋳鉄 のサドルを有している。上記シリンダは、鋳造の間にシリンダの外周に予応力を 与えることにより、上記鋳造物の中で堅固に保持される。 ファーギール外（Ｆａｒｇｉｅｒ ｅｔ ａｌ．）の欧州特許第２９２，３６ ０号は、軽量のキャリパ（例えば、アルミニウム合金の）に機械的に取り付けら れた（すなわち、リベット止めされた）スチールのカバープレートを用いて、キ ャリパ材料のフレッチング磨耗及び損傷を防止することを開示している。 メーナー外（Ｍｅｈｎｅｒ ｅｔ ａｌ．）のドイツ特許第４，２０２，３９ ４号は、キャリパのブリッジ部分を貫通する多数のスチールボルトによって補強 された、フローティングディスクブレーキのキャリパを開示している。 シメル（Ｓｃｈｉｍｍｅｌｌ）の米国特許第５，１６８，９６４号は、軽量ア ルミニウムのキャリパを開示しており、このキャリパにおいては、シリンダボア は、予め製造されたシリンダライナとして設けられている。そのようなライナを 使用することにより、機械加工を行う必要がなくなり、従って、キャリパの外方 の脚部にアクセス開口を設ける必要はない。キャリパにアクセス開口を設ける必 要がないので、アルミニウム基合金のキャリパの剛性が増大する。特別な設計デ ータ、あるいは、スチールのシリンダの周囲にアルミニウム合金を鋳造するため に用いられる条件は、全く呈示されていない。 上述の各特許が示しているように、ディスクブレーキキャリパにアルミニウム を使用することは、大幅な設計上の変更を必要とする。また、鋳鉄のキャリパの ブレーキ性能及びパッケージサイズに匹敵するブレーキ性能及びパッケージサイ ズを維持しながら、ディスクブレーキキャリパにアルミニウムを最大限使用する ことは、上述の特許のいずれもが開示していない。従って、既存の設計及び設計 思想を利用することができ、鋳鉄のブレーキ性能に匹敵するブレーキ性能（すな わち、強度及び剛性）を示すと共に、重量が最大限減少され、パッケージサイズ の制約を受けることなく、総ての乗物に利用することのできる、軽量アルミニウ ム基のディスクブレーキキャリパに対する需要が、当該技術においては存在して いる。 発明の概要 本発明は、鋳鉄のキャリパの強度及び剛性に比肩しうる強度及び剛性を有する 、選択的に強化された軽量アルミニウム基のディスクブレーキキャリパを製造す る方法を提供する。その結果製造されたキャリパは、総ての乗物のプリフォーム に適しており、大幅なキャリパの再設計及びリパッケージング（ｒｅｐａｃｋａ ｇｉｎｇ）を必要としない。本発明を実施する際には、高強度及び高剛性のイン サートをキャリパのブリッジ部分の中に含めることによって、総てのクラスの乗 物に適した、選択的に強化された軽量のアルミニウム基合金のブレーキキャリパ が製造される。ここで説明する方法は、極めて効率的且つ経済的であり、煩雑で 経費のかかる再設計の変更を必要としない。好ましいインサート材料及びインサ ートの予備処理条件、並びに、オーバーキャストされたアルミニウム合金との間 に高強度の金属結合を形成するために採用することのできる鋳造条件は、後に説 明する。後に説明する材料、並びに、予備処理及び鋳造の条件を用いて製造する と、本発明の強化された軽量のアルミニウム基のディスクブレーキキャリパは、 鋳鉄のキャリパよりも６０％程度軽く、そのような鋳鉄のキャリパに比肩しうる 剛性及び強度を示す。 １つの特徴においては、本発明は、ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有して おり、鋳造されて選択的に強化された、ディスクブレーキキャリパを製造するた めの方法を提供し、該方法は、 ａ． 上記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の形状と同様な形状を有すると共 に、上記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２０から８０％の範囲の体 積を有している、鉄合金のインサートを形成する工程と、 ｂ． 上記インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱する工程と、 ｃ． 上記インサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分 の中に入れる工程と、 ｄ． アルミニウム基合金を上記モールドの中に鋳込んで、上記インサートを 上記キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ部分にオーバーキャストし、これに より、上記合金と上記インサートの間に強固な金属結合を形成する工程とを備え ている。 上記インサートは、型打ち又は鍛造作業によって製造するのが好ましく、ある いは、上記インサートは、鋳造品とするか、あるいは、異型押出し品から機械加 工することができる。上記インサートは、鉄合金から選択され、約１５０ＧＰａ の最小縦弾性係数、及び、約５００ＭＰａの最小引張強度を有する、スチール又 は鋳鉄合金であるのが好ましい。インサートの形態は、キャリパのブリッジ部分 及び外側レッグ部分の寸法に嵌合するようなものでなければならない。全体的に は、インサートは、キャリパのその箇所においてある体積割合を有することにな り、そのような体積割合は、上記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２ ０乃至８０％であり、より好ましくは、約４０乃至６０％である。 鋳造されている間に溶融アルミニウム合金が早期に「フリーズオフ（ｆｒｅｅ ｚｅ−ｏｆｆ）」するのを阻止し、また、鉄合金のインサートとアルミニウムの オーバーキャスト層との間に金属結合を形成するために、インサートは、モール ドの中に入れられる前に、予熱されなければならない。インサートは、少なくと も５０°Ｃで約５００°Ｃを超えない温度になければならない。インサートの予 熱は、プロセスの中の別個の工程として実行するか、あるいは、インサートを熱 いモールドの中に入れてその中で加熱することにより実行することができる。本 発明において使用される温度の条件は、溶融アルミニウムが鉄合金のインサート と反応してそのような２つの合金の間に金属結合を形成するように選択される。 インサートがモールドの中に入れられる前に加熱される温度は、使用するインサ ートの合金、並びに、モールドの中のインサートの相対的な割合に依存する。こ の後者の条件が当てはまる理由は、より小さいインサートは、固化する前の溶融 アルミニウム合金によって、迅速に加熱されるからである。鉄合金のインサート の間に生ずる結合は、インサートの表面の酸素の還元、並びに、鉄合金とアルミ ニウムとの間の境界面におけるＦｅ₃Ａｌ、ＦｅＡｌ及びＦｅＡｌ₃の如き金属間 化合物の形成を含む。 インサート及びモールドの幾何学的形状並びに寸法に基づき、インサートをモ ールドの中でピン止めして適所に保持し、その後に溶融アルミニウムをモールド の中に鋳込む間にインサートが移動しないようにしなければならない。モールド は、通常の高温工具鋼とすることができ、あるいは、例えば、永久鋳型鋳造、ダ イカスト、又は、スキーズ鋳造に使用される鋳鉄モールドとすることができる。 インサートは、砂型、又は、インベストメント精密鋳造に使用されるモールドの 中に入れることもできる。 アルミニウムは、選択されたプロセスに応じて、通常の鋳造パラメータ及び技 術に従って鋳造することができる。本発明においてオーバーキャスト層として使 用されるアルミニウムベース合金は、通常の適宜な鋳造可能な合金とすることが できる。好ましい合金としては、Ａ３５４、Ａ３５５、Ａ３５６、Ａ３５７又は Ａ３８０の如きＡｌ−Ｓｉベースの合金、及び、Ｂ５３５の如きＡｌ−Ｍｇベー スの合金のグループを挙げることができる。一般的に、溶融アルミニウム合金は 、約６７５°Ｃから約７５０°Ｃの範囲の温度まで加熱しなければならない。若 干高い融解温度を用いることができるが、そのような条件においては、水素吸収 を阻止するために、融解物の上に保護ガスのシュラウドを設けることが望ましい 。 アルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパを鉄合金のインサートで選択 的に強化することができるので、キャリパの寸法及び「パッケージ」寸法を大幅 に変更することなく、従来のノジュラー鋳鉄と比較して、比肩しうるブレーキ性 能を得ることができると共に、重量が大幅に低減することができる。従って、別 の特徴においては、本発明は、ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有しており、 鋳造されて選択的に強化された、ディスクブレーキキャリパを製造するための方 法を提供し、該方法は、 ａ． 上記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の形状と同様な形状を有すると共 に、上記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２０から８０％の範囲の体 積を有している、セラミック強化されたアルミニウム基合金の金属複合材料のイ ンサート（以下においては、アルミニウム基のＭＭＣインサートと呼ぶ）を形成 する工程と、 ｂ． 上記インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱する工程と、 ｃ． 上記インサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分 の中に入れる工程と、 ｄ． アルミニウム基合金を上記モールドの中に鋳込んで、上記インサートを 上記キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ部分にオーバーキャストし、これに より、上記合金と上記インサートの間に強固な金属結合を形成する工程とを備え ている。 一般的に、本発明の方法によって製造されたキャリパは、大きな剛性及び強度 を含む、優れた機械的及び物理的性質を示す。アルミニウム要素により可能とな る密度の低減と共に、そのような性質は、寸法又は「パッケージ」サイズを大幅 に変更することなく、そのようなキャリパを通常の鋳鉄のキャリパ（かなり重量 がある）の代替品として特に適したものとする。 本発明の方法においてインサートとして使用するのが好ましい、セラミック強 化されたアルミニウム基のＭＭＣ（金属複合材料）は、約１５０ＧＰａの縦弾性 係数を示すようなものである。そのような複合材料は、無圧溶浸法を用いて、Ｌ ａｎｘｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造している材料、あるいは、米国特 許第３，５４７，１８０号に記載されている技術と同様な圧力溶浸法によって製 造される高密度アルミニウム基ＭＭＣである。 アルミニウムは、選択されたプロセスに応じて、通常の鋳造パラメータ及び技 術に従って鋳造することができる。本発明においてオーバーキャスト層として使 用されるアルミニウム基合金は、通常の適宜な鋳造可能な合金とすることができ る。好ましい合金としては、Ａ３５４、Ａ３５５、Ａ３５６、Ａ３５７又はＡ３ ８０の如きＡｌ−Ｓｉ基の合金、及び、Ｂ５３５の如きＡｌ−Ｍｇ基の合金のグ ループを挙げることができる。一般的に、溶融アルミニウム合金は、約６７５° Ｃから約７５０°Ｃの範囲の温度まで加熱しなければならない。若干高い融解温 度を用いることができるが、そのような条件においては、水素吸収を阻止するた めに、融解物の上に保護ガスのシュラウドを設けることが望ましい。 図面の簡単な説明 本発明の好ましい実施例に関する以下の詳細な説明、並びに、添付の図面を参 照することにより、本発明がより良く理解され、別の利点も明らかとなろう。図 面においては、 図１は、鉄合金のインサート又はアルミニウム基合金ＭＭＣのインサート、及 び、アルミニウム基合金のオーバーキャスト層から形成されるシェアラップ・パ ネル（ｓｈｅａｒ−ｌａｐ ｐａｎｅｌ）を製造するために使用されるグラファ イトモールドの概略図であり、 図２は、鉄合金とアルミニウム合金との間の境界面の光学顕微鏡写真であって 、本発明の方法によって決定された、鉄／アルミニウムの金属間化合物粒子が素 材していることを示しており、 図３は、セラミック強化された、アルミニウム基合金複合材料とアルミニウム 合金との間の境界面の光学顕微鏡写真であって、複合材料が部分的に融解してお り、セラミック微粒子の強化材料が若干移動している状態を示しており、 図４は、キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ領域に存在する、スチール又 はセラミックで強化されたアルミニウム基合金複合材料のインサートを含む、選 択的に強化されたブレーキキャリパの概略図である。 好ましい実施例の説明 本発明は、軽量アルミニウム基合金のディスクブレーキキャリパを選択的に強 化するためのプロセスすなわち方法を提供する。この方法は、キャリパのブリッ ジ部分及び外側レッグ部分の形状と同様な形状を有すると共に、そのようなブリ ッジ部分及び外側レッグ部分の約２０から８０％までの範囲の体積を有し、鉄合 金又はセラミックで強化された、アルミニウム基合金の金属複合材料（ＭＭＣ） のインサートを形成する工程と、上記インサートをディスクブレーキキャリパの モールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分の中に入れる前に、そのようなイン サートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱し、その後、上記インサートの周囲 にアルミニウム基合金を鋳込んで、キャリパの上記ブリッジ部分と外側レッグ部 分との間に、強固な金属結合を形成する工程とを備えている。このようにすると 、ディスクブレーキキャリパには、該キャリパに大きな剛性及び強度を与える選 択的な補強部が設けられる。鉄合金のインサートは、型打ち操作又は鍛造操作に よって形成するのが好ましく、また、鋳造品とするか、異型押出し品から機械加 工す ることもできる。上記インサートは、約１５０ＧＰａの最小ヤング係数すなわち 最小縦弾性係数、及び、５００ＭＰａの最小引張強度を有する鉄合金から選択さ れ、鋼又は鋳鉄の合金から選択されるのが好ましい。インサートとして適するス チール合金としては、例えば、ＡＩＳＩのタイプ１０４０、１０４５、１０５０ 、１０６０、１０７０、１０８０、１０８６、１０９０、１０９５、４１３０、 ４１４０、並びに、ＡＳＴＭのＡ３６鋳鋼を挙げることができる。インサートと して適する鋳鉄合金としては、例えば、ノジュラー鋳鉄のクラスＤ５５０６、Ｄ ７００３、８０−６０−０３、８０−５５−０６、１００−７０−０３及び１２ ０−９０−０２を挙げることができる。インサートの幾何学的形状は、そのキャ リパに特有のものであって、キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ部分の寸法 を反映する。インサートは、ブリッジ部分及び外側レッグ部分よりも小さく、キ ャリパのその箇所に対して約２０−８０％の範囲の体積割合を有するのが好まし い。 本発明のプロセスにおいてインサートとして用いるのに好ましい、セラミック 強化されたアルミニウム基合金の金属複合材料（ＭＭＣ）は、約１５０ＧＰａの 縦弾性係数を示す材料である。そのような複合材料は、無圧溶浸法を用いてＬａ ｎｘｉｄｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが製造しているような複合材料、あるいは 、米国特許第３，５４７，１８０号に記載されているのと同様な加圧溶浸技術に よって製造される高密度アルミニウム基ＭＭＣである。そのような複合材料は一 般に、ＳｉＣ又はアルミナの微粒子、ウイスカ、あるいは、繊維で強化された、 アルミニウム基合金複合材料を含み、セラミックの体積割合は一般に、３０％よ りも高い。 鉄合金のインサートあるいは金属複合材料のインサートをモールドの中に入れ る前に、そのようなインサートをその後溶融アルミニウムでオーバーキャストす るために予熱し、溶融アルミニウム合金がインサートに接触した時にそのような 溶融アルミニウム合金の早期の「フリーズオフ」を生じないようにすると共に、 インサートとアルミニウムのオーバーキャスト層との間の金属結合を促進させる のが好ましい。本明細書で用いる「フリーズオフ」という用語は、溶融アルミニ ウムが、インサートに接触した時に早期に固化し、鋳造の間にモールドを完全に は充填しなくなるような現象を意味する。本明細書で用いる金属結合という用語 は、溶融アルミニウムがインサートの表面と反応する現象を意味する。インサー トをモールドの中に入れる前に、該インサートを加熱する温度は、使用するイン サート合金、並びに、モールドの中におけるインサートの相対的な割合に依存し て変化する。後者の条件が当てはまる理由は、より小さいインサートは、固化す る前の溶融アルミニウム合金によって、迅速に加熱されるからである。鉄合金の インサートの場合には、上記反応は、インサートの表面の酸素の還元、並びに、 鉄合金とアルミニウムとの間の境界面におけるＦｅ₃Ａｌ、ＦｅＡｌ、及び、Ｆ ｅＡｌ₃の如き金属間化合物の生成を含む。セラミック強化されたアルミニウム ベース合金複合材料のインサートの場合には、上記反応は、そのような複合材料 の部分的な融解、及び、セラミック微粒子強化材の若干の移動を含む。反応に影 響を与えるためには、上記インサートは、少なくとも３５０°Ｃで約５００°Ｃ を超えてはならない。上記インサートは、約３００−４５０°Ｃの範囲の温度ま で予熱されるのが好ましい。予熱は、プロセスの中の別個の工程として実行する ことができ、あるいは、インサートを相当程度の温度の熱いモールドの中に入れ 、その中で加熱させることによって実行することができる。熱いモールドは、ア ルミニウムの永久鋳型鋳造、ダイカスト及び圧搾鋳造で使用されるされるタイプ と同様のものとすることができる。 インサートをモールドの中の適所に保持し、鋳造の間に動かないようにするた めに、インサートをモールドの中で「ピン止め」することが必要である。ピン止 めは、スペーサをモールドの中に入れ、該スペーサによって、インサートを適所 に位置決めして保持することにより、行うことができる。スペーサは、補助的な 部品とすることができ、あるいは、インサートと一体の部品として設計すること ができる。 アルミニウムの鋳造は、選択された特定の鋳造プロセスに応じて、通常の鋳造 パラメータ及び技術に従って実行することができる。本発明においてオーバーキ ャスト層として使用するに適するアルミニウム基合金は、通常の鋳造可能な合金 から選択することができる。好ましい合金としては、Ａ３５４、Ａ３５５、Ａ３ ５６、Ａ３５７又はＡ３８０の如きＡｌ−Ｓｉ基の合金、及び、Ｂ５３５の如き Ａ ｌ−Ｍｇ基の合金のグループを挙げることができる。一般的に、溶融アルミニウ ム合金は、約６７５°Ｃから約７５０°Ｃの範囲の温度まで加熱しなければなら ない。若干高い融解温度を用いることができるが、そのような条件においては、 水素吸収を阻止するために、融解物の上に保護ガスのシュラウドを設けることが 望ましい。鋳造は、例えば、永久鋳型鋳造、ダイカスト又はスキーズ鋳造に使用 されるような、通常の高温工具鋼又は鋳鋼のモールドを用いて実行することがで きる。インサートは、砂型、あるいは、インベストメント精密鋳造で使用される モールドの中に設けることもできる。 °Ｆから°Ｃに変換する際には、ｋｓｉからＭＰａへの変換、及び、インチの センチメートルへの変換のように、温度の端数は切り捨てられる。また、本明細 書に開示される合金の組成は、単なる一例である。商業的な生産のための条件に 関しては、研究室の設備の条件を与えたり要求したりすることは、実際的あるい は現実的ではない。温度は、例えば、ここに開示する目標温度の２５°Ｃだけ変 化することができる。従って、処理条件を広くすることにより、プロセスの実際 的な値が増大する。 本発明を更に説明するが、以下に示す例によって限定されるべきではない。総 ての例において、テストサンプルは、アルミニウム合金３５６オーバーキャスト スチール、鋳鉄、及び、セラミック強化されたアルミニウム基合金を含んでいる 。本発明の原理を説明するために記載する、特定の技術、条件、物質又は材料、 割合及び報告データは、代表的なものであり、本発明の範囲を限定するものと解 してはならない。 例 １ ノジュラー鋳鉄５５０６、及び、セラミック強化されたアルミニウム基複合材 料のテストバーが、約０．５ｃｍ×２．５ｃｍ×５．０ｃｍの矩形状の寸法を有 するように、機械加工された。次に、テストバーは、グラファイトのモールドの 中にインサートを入れる前に、機械的に研磨することにより、脱脂及び洗浄され た（図１）。インサートは、約０．６ｃｍ×２．５ｃｍ×２．５ｃｍの寸法を有 するモールドに機械加工されたスロットの中に入れられた。モールドの中央は、 リザーバ領域があり、その中に、溶融アルミニウム合金Ａ３５６（代表的には、 Ａｌ_bal−７ｗｔ．％Ｓｉ−０．３ｗｔ．％Ｍｇ）が後に注入される。次に、イ ンサートを含むモールドが、炉の中に入れられて加熱される。 インサートとオーバーキャストされたアルミニウム層との間の結合の機械的な 完全性を評価するための一連の実験において、モールド温度は、鋳造の前に、２ ８５−４２５°Ｃの間で変える。同様に、溶融Ａｌ Ａ３５６合金の鋳造温度も 、約６７５−７５５°Ｃの間で変える。オーバーキャストされたＡｌ Ａ３５６ 合金層を有し、鋳鉄又はアルミニウムベース金属複合材料のインサートを含む、 シェアラップ・テストパネルが、溶融金属を予熱されたモールドの中に鋳込み、 該モールドを充填して溶融金属でインサートを完全に包囲し（すなわち、オーバ ーキャスト）、溶融金属を固化させることにより、形成される。次に、シェアラ ップ・テストパネルが鋳造品から機械加工される。 インサートとオーバーキャストされたＡｌ Ａ３５６層との間の結合の完全性 を機械的に評価するために行われたシェアラップ・テストの結果が、表１に纏め られている。このデータは、現在のインサート及びモールドの幾何学的形状の鋳 鉄インサートを予熱することが、インサートとオーバーキャストとの間に金属結 合を形成するために必要であることを示している。 Ａｌ層。上記データはまた、同様な境界面の機械的な完全性（重なり合った断 面積の剪断強度、及び、インサートに与えられた引張り応力によって測定された ）が、Ａｌ Ａ３５６合金の融解温度を高めることにより、低い温度の鋳鉄に関 して可能となることを示している。 例 ２ 例１に述べたプロセスにおいて決定されたシェアラップ・テスト試験片を、顕 微鏡観察を行うために、切断して準備し、鋳鉄とアルミニウム合金Ａ３５６層と の間の境界面、並びに、アルミニウム基金属複合材料（ＭＭＣ）のインサートと アルミニウム合金Ａ３５６層との間の境界面を観察する。鋳鉄／アルミニウム合 金Ａ３５６の境界面の光学顕微鏡写真（図２）は、反応が生じていて、Ｆｅ−Ａ ｌの金属間粒子が形成されていることを示している。アルミニウム基合金金属複 合材料／アルミニウム合金Ａ３５６の境界面の光学顕微鏡写真（図３）は、アル ミニウム基ＭＭＣの部分的な融解、並びに、セラミック強化粒子の若干の移動が 生じていることを示している。 例 ３ 選択的に強化されたブリッジ部分及び外側レッグ部分を有する、アルミニウム 基合金のディスクブレーキキャリパ（図４）を製造するために、キャリパのブリ ッジ部分及び外側レッグ部分と同様な形状、並びに、キャリパのブリッジ部分及 び外側部分の体積の約５０％を構成する体積を有する、ＡＮＳＩタイプ４１３０ スチールのインサートが、チャンネル押し出し品を機械加工することにより、最 初に形成される。次に、スチールのインサートを約４２５°Ｃまで加熱し、予熱 された永久モールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分に入れる。定置した後に モールドを閉じ、約７５０°Ｃの融解温度を有する溶融アルミニウム合金Ａ３５ ６を、モールドが完全に充填されるまで、モールドの中に注入する。固化すると 、比較の対象である鋳鉄のキャリパに比肩しうる剛性及び強度を有し、重量が約 ４５％低減され、選択的に強化されたアルミニウム基のディスクブレーキキャリ パが形成される。 本発明をかなり詳細に説明したが、本発明は、そのような詳細な例に限定され る必要はなく、添付の請求の範囲によって画定される本発明の範囲に入る種々の 変形例及び変更例が、当業者には理解されよう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有しており、鋳造されて選択的に強 化された、ディスクブレーキキャリパを製造するための方法であって、 ａ． 前記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の形状と同様な形状を有すると共 に、前記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２０から８０％の範囲の体 積を有している、鉄基合金のインサートを形成する工程と、 ｂ． 前記インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱する工程と、 ｃ． 前記インサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分 の中に入れる工程と、 ｄ． アルミニウム基合金を前記モールドの中に鋳込んで、前記インサートを 前記キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ部分にオーバーキャストし、これに より、前記合金と前記インサートの間に強固な金属結合を形成する工程とを備え ることを特徴とする方法。 ２． 請求項１の方法において、前記鉄合金のインサートは、約１５０ＧＰａ の最小縦弾性係数を有すると共に、約５００ＭＰａの最小引張強度を有している 、スチール又は鋳鉄合金であることを特徴とする方法。 ３． 請求項１の方法において、前記鉄合金のインサートは、型打ち、鍛造、 鋳造、及び、異型押出し品の機械加工から成る群から選択されるプロセスによっ て形成されていることを特徴とする方法。 ４． 請求項１の方法において、前記鉄合金のインサートは、前記ブリッジ部 分及び前記外側レッグ部分の体積の約４０から６０％の範囲の体積を有している ことを特徴とする方法。 ５． 請求項１の方法において、前記インサートは、約５０から５００°Ｃの 範囲の温度まで加熱されることを特徴とする方法。 ６． 請求項１の方法において、前記インサートは、約２５０から４５０°Ｃ の範囲の温度まで加熱されることを特徴とする方法。 ７． 請求項１の方法において、前記インサートは、前記金属結合を形成する ための鋳造工程の間に、前記アルミニウム基合金と前記インサートとの間の反応 を開始させるに十分な温度まで加熱されることを特徴とする方法。 ８． 請求項７の方法において、前記反応は、前記インサートの表面の酸化物 を還元し、前記鉄合金とアルミニウムとの境界面に、金属間化合物を形成するこ とを特徴とする方法。 ９． ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有しており、鋳造されて選択的に強 化された、ディスクブレーキキャリパを製造するための方法であって、 ａ． 前記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の形状と同様な形状を有すると共 に、前記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２０から８０％の範囲の体 積を有している、セラミック強化されたアルミニウム基合金の金属複合材料のイ ンサートを形成する工程と、 ｂ． 前記インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱する工程と、 ｃ． 前記複合材料のインサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側 レッグ部分の中に入れる工程と、 ｄ． アルミニウム基合金を前記モールドの中に鋳込んで、前記インサートを 前記キャリパのブリッジ部分及び外側レッグ部分にオーバーキャストし、これに より、前記合金と前記インサートの間に強固な結合を形成する工程とを備えるこ とを特徴とする方法。 １０． ブリッジ部分及び外側レッグ部分を有し、鋳造され選択的に強化された ブレーキキャリパであって、前記ブリッジ部分及び前記外側レッグ部分は各々、 これらブリッジ部分及び外側レッグ部分と同様な形状のインサートを有すると共 に、前記ブリッジ部分及び外側レッグ部分の体積の約２０から８０％の範囲の体 積を有しており、前記インサートを少なくとも５０°Ｃの温度まで加熱し、前記 インサートをキャリパモールドのブリッジ部分及び外側レッグ部分の中に入れ、 アルミニウム基合金を前記モールドの中に鋳込んで前記インサートをオーバーキ ャストし、これにより、該インサートの前記ブリッジ部分と外側レッグ部分の間 に、強固な金属結合を形成することにより製造されることを特徴とするブレーキ キャリパ。