JPH01306571A

JPH01306571A - 表面加工方法及びブレーキ・ディスク

Info

Publication number: JPH01306571A
Application number: JP1089900A
Authority: JP
Inventors: Wayne M Thomas; ウエイン　モーリス　トーマス; Edward D Nicholas; エドワード　デイビッド　ニコラス
Original assignee: Welding Institute England
Current assignee: Welding Institute England
Priority date: 1988-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1989-12-11
Also published as: DE68912633D1; EP0337691A3; EP0337691A2; US4959241A; EP0337691B1; GB8808479D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、基板上に材質表面を得る方法及びブレーキ
・ディスクに関する。

（従来の技術及び発明か解決しようとする課題）例えば
、被覆された電極によるサーフェーシング（表面加工）
により、又は消耗可能な電極ワイヤ、更には適当なフラ
ックス若しくはガス・シールドにおけるストリッップ電
極を用いたアーク溶接において、基板に物質、特に金属
を適用する技術には多くのものがある。更に、金属の粉
体又はカーバイドのような非金属材料によるスプレー被
覆法も用いられていた。

複合製品を製造するのが望ましいとされる応用の一つと
して、キャリパ−・ブレーキ等に用いるディスクのｔＪ
　造がある。従来、これには、火炎溶射法が用いられて
いたが、これらの技術により得られる付着力は一般に２
トン／　６４５．１６１ｎｍ２程度の低いものであり、
従ってディスクの寿命は知いものであった。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明の１特
徴によれば、基板上に材質面を得る方法は圧力下で基板
へ消耗可能な部材を適用　。

するステップと、１経路に沿って相対的に前記消耗可能
な部材及び前記基板を移動させるステップと、前記消耗
可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発生させる
ステップとを備え、前記消耗可能な部材を前記経路に沿
って前記基板上に配置する方法であって、前記消耗可能
な部材は異なる物質のインサートを含み、前記インサー
トは前記基板上へ配置されることを特徴とするものであ
る。

この発明は、もと英国特許出願箱５７２，７８９号に提
案された「摩擦サーフェーシング」として知られている
技術に基づいており、本出願人かこの技術を発展させて
商業的に適用可能な形式にしたものである。

これまでは、消耗可能な部材を充実した金属捧即ち金属
バーから得ていた。しかし、これは、配置可能な物質を
このような充実した部材に限定するものてあった。

この場合に、物質を、充実したバー、又は粗い粉体即ち
細粒からなる異質の物質のインサートを含む消耗可能バ
ーにより得られるものでもよい。

このために、主要部の消耗可能バーは更に所望の付加的
な物質の１以上のインサートを担持して、複合インレー
即ち層を得ている。これは、摩擦サーフェーシングに適
当なバー形状に作成又は押出することができない物質が
含まれるときは、特に有利である。例えば、鋼合金のバ
ーにカーバイドの粉を加え、更にカーバイド粒子を分散
させた合金インレー即ち層を得てもよい。特に、粉体は
中空チャネルを担持する消耗可能なものでもよく、前記
中空チャネルは同軸、かつ好ましいものとしてその軸に
対して偏心させてもよい。

粉体の場合は、好ましいものとして、粉体物質がタング
ステン、コバルト、モリブデン、マンガン、チタン、ク
ロム、バナジウム、銅、ニッケル、例えば酸化アルミニ
ウム又は酸化ジルコニウムのような金属酸化物及びシリ
コン、セラミック、シリコン・カーバイド、値びに窒化
シリコンとのうちの１つ又は１以上の混合物である。

更に、本発明者は、この発明の第２の特徴により従来の
技術を変更して基板の平面に材質面を得た。その方法は
、圧力下で基板へ消耗可能な部材を適用するステップと
、基前記板の表面の１経路に沿って相対的に前記消耗可
能な部材及び前記基板を移動させるステップと、前記消
耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発生させ
るステップとを備え、前記消耗可能な部材を前記経路に
沿って配置し、前記基板上に材質面を得る方法において
、前記経路は円弧をなすことを特徴としている。前記経
路は閉路であっても、なくてもよい。

この技術を用いることにより、付着力を更に高めること
か可能となる。典型的なものとして、サーフニーシンク
処理した基板の破壊は、もっと弱い物質、通常は基板の
固有強度によってのみ定められる。例えば、前述のブレ
ーキ・ディスクの場合には、３０トン／　６４５．１６
ｍｍ２に達する付着力が得られる。更に、この技術は種
々の異なる金属に適用することが可能なものであり、従
来の製品（例えば、ブレーキ・ディスク）を非標準的な
材質から作成する可能性があり、しかもかなり寿命を長
く保つ可能性がある。これは、基板と冶金学的に両立不
可能となるような金属を用いることを可能にする効果が
あり、かつスプレーによる被覆と異なり、良好な機械的
な強度のある高度の接着力を有する層が得られる効果か
ある。更に、堆積処理を完全に機械化することかでき、
熟練を要することなく、冶金学的な特性を両立させるこ
とかできる効果かある。

摩擦サーフェーシングの唯一の重要な商業的な利用は、
例えばＷＯ−Ａ−８７１０４９５７で説明されているよ
うに、切断縁で固い面等を得ることである。しかし、従
来の方法はいずれも、金属を配置した経路は直線をなし
ていた。この発明の第２の特徴による方法は、平面にア
ーチ状の経路を得るのにこれとかなり異なっており、従
ってブレーキ・ディスクへの応用が特に適している。典
型的なものとして、この発明の第２の特徴とする方法は
、適当な組成による消耗可能バー、ロッド又は管を回転
させ、基板に押付け、同時に消耗可能な薄い層を基板上
に堆積するように、前記基板に相対してアーチ状に、典
型的なものとして円弧状の経路の周辺を横切る摩擦サー
フェーシングな用いる。

この発明は、例えはディスク・ブレーキ装置用のディス
クの製造に容易に適用することがてきるものであり、付
加的な金属をディスク基板の両面に同時に施して、前記
基板に耐久力のある適当な物質の接着層を形成すること
ができる。前記接着層は適当な輪郭に機械加工すること
か可能なものである。ベースに対して優れた耐久力のあ
る特性を有するということは、ベースの物質のみのとき
よりも寿命を長く、かつ／又はより厳しい負荷を可能に
する。前記被覆は更に（融着被覆法と異なる）固相の堆
積であり、（スプレー被覆法と異なり、）前記基板に同
右かつ冶金学的に接着される。

ブレーキ・ディスクの場合には、前記草根は容易に機械
加工又は坊遣が可能な炭素鋼であってもよく、またイン
レー溝を有するものであってもよい。前記インレーの側
部は、例えば面取りされてインレー物質ともとの基板と
の間での円滑な遷移が得られるようにしている。ブレー
キ・ディスク装置に用いる複合ディスクを製造するとき
は、母材が先ず適当な輪郭に機械加工される。この輪郭
は、平坦にされているか、又は好ましいものとして面取
りをして適当なインレーを得るチャネルを含む。前記イ
ンレーは、例えば工具鋼のバーか、又は堆積された物質
の層を凹所に作成するように回転され、かつ前記ディス
クに施される他の適当合金の消耗可能なバーかにより達
成され、かつ相対的な移動が前記ディスクと消耗可能バ
ーとの間て保持されている。通常、十分な物質がディス
ク基板の１回転内で堆積されるが、必要ならば１以−ヒ
の回転を連続させて更に厚いかつ／又は広いインレーを
構築させてもよい。次いで、前記インレーは、機械加工
されて基板と同一面か、又は前記基板から突起したブレ
ーキ・シュー用の円滑な輪郭を得る。これに代って、一
連の環状インレーを用いてもよい。また、堆積した物質
をチャネルとと共に、又はチャネルなしで基板から突出
したままにしてもよく、ブレーキ・ディスクを用いたと
きに冷却又はガス流に寄与する機械加工溝を備えてもよ
い。更に、これに代って、堆積を、ブレーキを濡れた条
件で掛けたときに、効果のある織成面が得られるように
されてもよい。

また、前記インレーは、好ましいものとして特に適応さ
れた２頭式の摩擦サーフニーシンク機械とと共に、ディ
スクの各側面、好ましいものとして両面に施されてもよ
い。後者の場合は消耗可能なバーに必要なエンド・スラ
ストをカウンタバランスさせると共に、それ自身の面に
おけるディスクの歪む傾向を軽減させ、かつ生産性を向
上させる効果かある。前記ディスクを、適当なキー又は
スプライン接続を介して、その中心軸回りで回転させる
ことができる。これに代って、前記ディスクを、前記デ
ィスクに外縁に印加された駆動により、例えば滑り止め
ピニオン車により、又は前記ディスクにおいて対応する
輪郭に合わした適当な由状輸郭を有するピニオンにより
、回転させることもできる。更に、多頭式の摩擦サーフ
ェーシング機械、例えばディスクの軸回り公称に１２０
°で設定された３対の対向するヘッドを用いることもで
きる。場合によって、前記ディスクに対する駆動装置は
、回転する消耗可能な部材に対する駆動装置に接続して
、所望のトラックに沿って制御された堆積速度を得るよ
うにされてもよい。前記ディスクは、複数の羽根、又は
エア・タービュランスを増加させ、従って使用中の冷却
を増加させる他の手段を備えてもよい。

典型的なものとして、前記消耗可能な部材と基板との間
の中間面で熱を発生するステップは、消耗可能な部材に
巡回運動を伝達するステップを備えている。場合によっ
ては、消耗可能な部材を回転させてもよい。しかし、サ
ーフェーシングを改善するいくつかの好ましい構成では
、前記巡回運動に前記回転成分に重畳された巡回成分が
含まれてもよい。

従って、この発明の第３の特徴によれば、基板の材質面
を得る方法は、圧力下て基板に消耗可能な部材を適用す
るステップと、１経路に沿って相対的に消耗可能な部材
と基板とを移動させるステップと、前記消耗可能な部材
と基板との間の中間面で熱を発生させるステップとを備
え、前記消耗可能な部材を前記経路に沿って前記基板上
に配置するものであって、前記消耗可能な部材と基板と
の間の中間面で熱を発生させるステップは、消耗可能な
部材に巡回運動を伝達させるステップを有し、前記巡回
運動は回転成分と、前記回転成分に重畳した巡回成分と
を含むことを特徴とする。

更に、前記消耗可能な金属部材の前記巡回運動は１以上
の軌道の前後するアーチ状、及び前後する線形移動から
なる。

前記消耗可能な金属部材の巡回運動か前記基板の移動と
同一意味であるときは、特に好ましい。

前記消耗可能な部材は、（例えば２５ｎｕ＋＋径のバー
のときに３００ｒｐ＋ｎ〜７００ｒｐｍで）回転する適
当な回転手段と共に、制御された水圧ラム又は機械的に
作動されるジヤツキにより前方に供給される。

これは、公称深さか１〜１．５ｍｍ　、かつ傾斜が公称
４５°の側面の取りを有し、全体で２５〜２６ｍｍの深
さとなるヂャネルを満足することかできる。摩擦サーフ
ェーシングでは、後に機械加工により除去されて円滑な
輪郭にすることができる堆積の複数の側面に、ある余分
の物質を形成する。

（実施例）この発明を実施する方法及び装置を以下、添付する図面
を参照して説明しよう。

第１図は鋳鉄のディスク状の基板１の一部と、その周辺
に隣接してその両側の備えられている一対の環状凹所２
及び３とを示す。環状凹所２及び３はそれぞれ深さが１
ｍｍと２ｍｍとの間にあり、面取りされている両側部が
基板１の主要面に対して公称４５°で伸延している。Ｈ
１３仕様、即ちＣ：０．４０゜Ｓｉ：１．Ｏ，Ｃｒ：５
．２５．Ｍｏ：１．４及びＶ：１．０の消耗可能なバー
４は環状凹所２に揃えられている。消耗可能なバー４は
約２５ｍｍの外径と、例えばタングステン又はコバルト
のような適当な粉末金属が詰込まれている孔５とを有す
る。これに代って、例えばカーバイド又は窒化物によう
な非金属粉末を施してもよい。孔５は消耗可能なバー４
の中心軸６から半径方向にオフセットされている。

第２図に示すように、基板１は一対の消耗可能なバー４
の間に搭載されており、各消耗可能なバー４は通常形状
の摩擦サーフェーシング機械（図示なし）に搭載されて
いる。各摩擦サーフニーシンク機械は、消耗可能なバー
４を押付けながら、矢印７の方向に消耗可能なバー４を
回転させ、その軸は基板１に対応する面に対して揃えら
れている。基板１は矢印８の方向に基板１を回転させる
回転装置（図示なし）に搭載されている。矢印８は消耗
可能なバー４か回転する方向と同一方向であることに注
目すべきである。

動作において、消耗可能なバー４は軸負荷３０〜５０ｋ
Ｎ、好ましくは約４０ｋＮにより基板１の環状凹所２と
接触する状態になる。消耗可能なバー４はその軸回りを
３００〜６００ｒｐｍ、好ましくは約５５Ｏｒｐｍで回
転する。また、基板１がその軸回りを回転することによ
り、環状凹所２は移動速度が３〜７ｍｍ／Ｓ、好ましく
は約４ｍｍ／ｓ″Ｃ消耗可能なバー４の■を移動する。

消耗可能なバー４の回転及び消耗可能なバー４を基板ｌ
に押付ける軸負荷は、材質面９に示す環状凹所２内で冶
金学的に接着されるべき消耗可能なバー４（孔５内の粉
体を含む）により、中間面に、従って金属に熱を発生さ
せるものとなる。

いくつかのインレー物質の過度の酸化又は汚染を避ける
ために、不活性ガス（例えばアルゴン）、通常反応しな
いガス（例えば窒素）、又は炭酸ガスによる適当な防止
環境な当接する基板及び回転する消耗可能なバーの近傍
に備えてもよい。

埋め込むべき他の適当な物質を周知の耐摩耗性及び開破
化合金、例えばコバルトをベースにした合金、又はニッ
ケルをベースにした合金、タングステン及び／又は鉄を
ベースにした合金から選択してもよい。動作パラメータ
（直径か２５ｍｍのバーの場合）は、特に高温度に強い
物質における高い軸負荷、かつ低い回転速度により、全
般的に前記の範囲内に含まれる。複数の薄い層では、消
耗可能なバー４の軸に対して基板の移動速度を増加させ
、かつ消耗可能なバー４自体の回転速度を増加させるこ
とのより、首尾よく堆積される。堆積はディスクの外端
から５ｍｍ近く、更には外端から３ｍｍに近くに設けた
チャネル又は凹所に配置されてもよい。更に、その外端
かディスクの基板の端部と通常一致するように、回転す
る消耗可能なバー４を配置することにより、外周辺に堆
積を重畳させてもよい。

第３図は基板１上に金属面を得る際に使用可能な装置の
一実施例を示す。この場合に、消耗可能なバー４はブツ
シュ１０内に回転可能に搭載され、ブツシュ１０そのも
のは支持体１１のベアリンク（図示なし）により回転可
能に支持されている。

消耗可能なバー４は支持体１１を通って伸延し、ぞの遠
端は基板１の面に係合している。モータ１２は基礎フレ
ーム（図示なし）−にに搭載されており、矢印１３の方
向に基板１を回転させている。

消耗可能なバー４の」一端は通常形式のユニバーサル・
ジヨイント１４内に固定されており、これによって消耗
可能なバー４か以下で説明するような方法て揺動可能に
されている。ユニバーサル・ジヨイント１４そのものは
、スピンドル駆動モータ１５により回転されている。ス
ピンドル駆動モータ１５には、そのチャック（図示なし
）により保持されている接続ロット１６によりユニバー
サル・ジヨイント１４か接続されており、これにより消
耗可能なバー４の回転移動を伝達するようにしている。

スピンドル駆動モータ１５は通常のスクリュー・フィー
ト部材１８によりフレーム１７の下で支持されているの
で、接続ロッド１６、従って消耗可能なバー４が回転し
たときに、アッセンブリか下方に移動し、基板１へ消耗
可能なバー４を押し付けるようにする。通常のスクリュ
ー・フィーＩく部材１８の代りに種々のもの、例えばラ
ック及びビニオン・フィート、又は水圧／油圧ヒート・
システムを用いることもできる。

第４図から明らかなように、ブツシュ１０は孔１９を有
し、その軸がブツシュ１０の軸から１〜２＋ｎ＋ｎだけ
オフセットされている。消耗可能なバー４は孔１９を介
して伸延しており、孔１９内で回転する。ブツシュ１０
は歯付きエクステンッション２０を有し、その周りには
歯付き駆動ベルト２１が巻き付けられている。歯付き駆
動ベルト２１の他端は駆動ベルト２２の周りに達してお
り、駆動ヘルド２２はモータ２３に結合されている。ブ
ツシュ１０の軸と孔１９の軸との間のオフセットのため
に、ブツシュ１０が回転すると、孔１９、従って消耗可
能なバー４がブツシュ１０の軸周りを周回する。このよ
うな軌道運動を第６図に概要的に示す。

第５図は第３図の装置の動作における３つの運動を示す
。第１に、消耗可能なバー４は、スピンドル駆動モータ
１５により、矢印２４により示すように、消耗可能なバ
ー４の軸周りを（典型的なものとして５００ｒｐｍで）
回転する。第２に、消耗可能なバー４は、矢印２５によ
り示すように、モータ２３によりブツシュ１０の回転に
より、ブツシュ１０の軸回りを（典型的なものとして８
００ｒｐｍで）周回する。第３に、基板１かモータ１２
により回転すると、消耗可能なバー４は、矢印２６によ
り示すように、環状凹所２を確実に辿って行く。

これらの運動速度は、通常経験的に決定されるが、通常
はモータ２３により与えられる軌道運動、及びスピンド
ル駆動モータ１５により与えられる消耗可能なバー４の
回転か異なる角速度に設定される。

【図面の簡単な説明】

第１図はサーフニーシンク前のブレーキ・ディスクの部
分的な概要断面図、第２図は摩擦サーフェーシング処理の１実施例を示す図
、第３図は第２の実施例の処理を実行する装置を示す図、第４図は第３図のブツシュを示す図、第５図は第３図の装置に関する運動を示す図、第６図は
消耗可能バーの軌道運動を示す図である。１・・・基板、　　　　　４・・・消耗可能なバー、６
・・・中心軸、　　　　９・・・物質面。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）圧力下で基板（１）へ消耗可能な部材を適用する
ステップと、１経路に沿って相対的に前記消耗可能な部材及び前記基
板を移動させるステップと、前記消耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発
生させるステップとを備えることにより、前記消耗可能な部材を前記経路に沿って配置させ、前記
基板（１）上に材質面（９）を得る方法において、前記消耗可能部材（４）は異なる物質のインサートを含
む外体を備え、前記インサートは前記基板（１）に配置
されることを特徴とする表面加工方法。
（２）請求項１記載の表面加工グ方法において、前記経
路はアーチ状をなすことを特徴とする表面加工方法。
（３）請求項１又は請求項２記載の表面加工方法におい
て、前記インサートは粉体物質であることを特徴とする表面
加工方法。
（４）請求項３記載の表面加工方法において、前記粉体
物質はタングステン、コバルト、モリブデン、マンガン
、チタン、クロム、バナジウム、銅、ニッケル、金属酸
化物及びシリコン、セラミック、シリコン・カーバイド
、並びに窒化シリコンとのうちの１つ、又は１以上の混
合物合であることを特徴とする表面加工方法。
（５）請求項１から請求項４までのいずれかに記載の表
面加工方法において、前記インサートは前記外体の軸（６）から半径方向にオ
フセットされていることを特徴とする表面加工方法。
（６）圧力下で基板（１）上の平面に消耗可能な部材（
４）を適用するステップと、前記基板の表面の１経路に沿って相対的に前記消耗可能
な部材及び前記基板を移動させるステップと、前記消耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発
生させるステップとを備えることにより前記基板（１）の前記平面上に材質
面（９）を得る方法において、前記経路はアーチ状であることを特徴とする方法。
（７）請求項６記載の方法において、前記消耗可能な部材（４）は異なる物質のインサートを
含む外体を有し、前記インサートは前記基板上に配置さ
れることを特徴とする方法。
（８）前記請求項のいずれかに記載の方法において、前
記消耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発生
させるステップは前記消耗可能な部材に巡回運動を伝達
するステップを有することを特徴とする方法。
（９）請求項８記載の方法において、前記巡回運動は回
転成分を含むことを特徴とする方法。
（１０）請求項９記載の方法において、前記巡回運動は
前記回転成分上に重畳された巡回成分を含むことを特徴
とする方法。
（１１）圧力下で基板（１）に消耗可能な部材（４）を
適用するステップと、１経路に沿って相対的に前記消耗可能な部材及び前記基
板を移動させるステップと、前記消耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発
生させるステップとを備えることにより、前記経路に沿って前記基板上に材
質面（９）を配置し、前記基板上に前記材質面を得る方
法において、前記消耗可能な部材と前記基板との間の中間面で熱を発
生させるステップは、前記消耗可能な部材に巡回運動を
伝達するステップを含むと共に、前記巡回運動は前記回
転成分と、更に前記回転成分に重畳された巡回成分とを
含むことを特徴とする方法。
（１２）請求項１０又は請求項１１記載の方法において
、前記巡回成分は更に１以上の軌道を前後するアーチ及
び前後する線形移動を有することを特徴とする方法。
（１３）前記請求項のいずれかに記載の方法において、
前記経路に沿って凹所（２）を設け、前記凹所に前記物
質を配置したことを特徴とする方法。
（１４）前記請求項のいずれかに記載の方法において、
前記消耗可能な部材（４）はコバルト又はニッケルをベ
ースにした合金と、鉄をベースにすると共に、タングス
テン、マンガン及び／又はモリブデンを含む合金とを有
することを特徴とする方法。
（１５）前記請求項のいずれかに記載の方法において、
前記基板（１）は鋳鉄、練鉄、アルミニウム又はステン
レス・スチールからなることを特徴とする方法。
（１６）前記請求項のいずれかに記載の方法において、
前記基板（１）は５ｍｇ／ｃｃ未満の比重を有する物質
からなることを特徴とする方法。
（１７）前記請求項のいずれかに記載の方法により製造
されたブレーキ・ディスク。