JPH05500409A - 炭素複合積層構造 - Google Patents

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】 炭素複合積層構造 本発明は、炭素−炭素複合材料のような炭素複合材料の層からなる種類の摩擦円 板の形態で炭素複合積層構造を構成する方法に関し、且つ該方法から生じる積層 構造に関する。本発明は、それ専用ではないが特に、航空機ブレーキ組立体の炭 素−炭素複合回転子及び画定子摩擦円板で経験する温度のような高温度で使用す る積層材料の製造方法に間する。

炭素複合材料の摩擦円板は生産に非常に費用がかがる。このため及びそのような 円板の摩耗寿命を最大限にするために、最大限可能な利益が完全に摩耗した円板 の材料からさえも得られることを保証するために精力的な努力が必然的になされ ている。

ＧＯ−Ａ−２１６７８２１の明細書は摩擦円板が新しくされることができる１つ の知られた現在うまく確立された技術を説明している。この明細書は、摩耗した 円板が新しい円板の厚さの半分まで機械加工され得ること、及びそのような機械 加工された円板の対がろう付は技術によって合体され、それにより通常の新しい 円板の厚さに対応する厚さの新しくされた種類の摩擦円板を得ることができるこ とを教示している。

ろう付は技術はうまく加工することが判明しており、その結果新しくされた円板 は使用中良好な性能を示す。しかしながら、ろう付は技術は専門の設備の使用を 必要とすることで著名である。この制限にもかかわらず、摩擦円板を新しくする ための別の技術及び潜在的に一層便利な技術に関する実行可能な別の技術がこれ まで提案されていない。

本発明は摩擦円板の形態の改良された積層構造を提供すること及び炭素複合材料 の層からなる種類の積層構造を構成する方法を提供することをめる。

本発明の１つの観点に従えば、摩耗表面を提供する炭素複合材料の層からなる種 類の積層摩擦円板を構成する方法は、前記炭素複合材料の層を第２の材料の層に 接して配置し、前記摩耗表面を前記第２の材料の層から離れる方へ対向させるこ とと、前記層を互いに接して配置する前又は後のどちらかにおいて前記層のそれ ぞれに穴を形成し、炭素複合材料の層中の穴が前記摩耗表面を貫通し、前記第２ の層中の穴が炭素複合材料の層中の穴と整合されることと、整合された対の穴を 貫通するように締着手段を位置決めすることと、前記層を一方を他方に接して固 定するように前記締着手段を配置し、各前記締着手段が炭素複合材料の層の少な くとも摩耗表面より完全に下にあり且つそれから暖間していることとからなる好 ましくは、締着手段は、円板の摩耗許容域よりも大きい距離だけ前記摩耗表面よ り完全に下に離間しである。このため、締着手段はその後の通常の使用中いつで も摩耗表面より下にある。

更に、本発明は、炭素複合材料のものである層を第２の層として利用することに よって摩擦円板の炭素複合材料の層の有効厚さを増す方法を提供する。

２つ以上の層が一緒に積層されることができ、その場合、個々の締着手段は全層 の全部の層又は全層よりも少ない層だけを貫通することができる。幾つかの締着 手段は複数個の層の幾つかを一緒に連結する作用をすることができ、他の締着手 段はそれらの層の１つ又は幾つかと複数個の層の他の層との間で作賄することが できる。

本発明は、層の対面する表面が互いに完全に接触状態になるように対応する形状 及び寸法の２つの層を一緒に積層するために採用されることができる。別に、本 発明は、２つの構成要素の対面する表面が完全に接触状態にないように異なる形 状及び寸法の２つの構成要素を積層するために採朋されることができる。このた め、複数個のセグメントを環状の形態に一緒に組付け、且つ第２の層のセグメン トが第１の層のセグメントから円周方向に偏在するように第２の複数個のセグメ ントを上に重ねることによって、ブレーキ摩擦円板の形状のような環状の形状の 層が形成されることができる。

炭素複合材料の層と、炭素複合材料であろうとなかろうとｊｌＥ２の層とは等し い厚さを有することができ、又は一方が他方よりも厚い厚さを有することができ る炭素−炭素複合材料以外の層が炭素−炭素材料の２つの層の間に芯層として挟 み込まれることができる。そのような芯層は締着手段によってそれへ伝達される トルク負荷に耐えるために実質的に充分なだけの強さを有することができる。

更に、本発明は、摩耗表面を提供する炭素複合材料の層と、締着手段によって前 記摩耗表面と反対側の炭素複合材料の層の表面に対して保持された第２の材料の 層とからなり、締着手段は摩耗表面に対して垂直な方向に見て前記摩耗表面の領 域内で前記表面より完全に下の位置にあるｌ１１１１ＪＩ！擦円板を提供する。

本発明は、好ましくは締着手段が炭化物を容易に生成しない材料、例えば炭化物 の生成の自由エネルギが正である金属、及びそのような金属の合金を含む材料で ある。適当な材料は、ニッケル又はコバルト、その合金、及びニモニック（Ｎｉ ｍｏｎｉｃ）　、例えばニモニック７５のようなニッケル基又はコバルト基合金 を含む。

これらの材料は高い温度及び熱衝撃負荷に耐える良好な能力を有する。高温度に 耐えるために適当な他の材料はセラミックを含むが、多くのセラミックの熱衝撃 に対する抵坑性は高くない。好適なセラミック材料は炭化珪素及び炭素−炭素を 含む。これらは熱衝撃抵抗性に有利な組合せの機械的及び物理的特性を有する。

締着手段はドエルビンの形態、即ち簡単な円筒状の形状を有することができ、接 着剤によって及び／又は円筒状表面の表面組織によって所定の位置に固定される ことができる。適当な接着剤はその後高温度まで加熱することによって炭化され るフェノール樹脂を含む。適当な表面組織は長手方向に延びるリブ（即ちスプラ イン状の構造）と、環状針毛突起状リブのような円周方向に延びる構造とを含む 。

締着手段は例えばドエルビンで構成されることができるが、一層好ましくはそれ はリベット、例えば中空又は中実形式のリベットの形態である。この場合、及び 頭部形式の構造を有する他の締着手段の場合、炭素複合層の外方表面、即ち摩耗 表面は穴の近傍に凹部を付けられることができ、それによってリベット頭部又は 変形されたリベット尾部を、それが炭素複合層の摩耗表面より下にあるように収 容する。

特に適当な形式のリベットは、その頭部分の近傍で横断面が中実であり且つその 尾部分の近傍で横断面が中空である形式のものであると考えられる。リベットが 均一の円筒形状の外側表面を有する通常の形式のものではなく、中空な部分の長 さの大部分の周りにウェストの形をした外側形状を有するものであることが更に 好適である。好ましくは、ウェストの形をした部分は、リベットが層の穴中で所 定の位置にある時にその足部分の変形に先立って、ウェストの形をした部分が、 足部分が変形される表面と軸線方向に整合されるようにあるように選択される。

特に炭素複合材料のとき、足部分が変形される層の材料に対する損傷の危険はそ れによってかなり減少されると考えられる。

頭部分及び／又は足部分を有し、その間に積層摩擦円板の層が固定される締着手 段の場合、前記頭部分及び７／又は足部分は層上に実質的に単に直接圧縮状態で だけ作用するように配置されることができる。

更に、本発明は、頭部分及び足部分を有しその間に積層摩擦円板の層が例えば締 付けによって固定される形式の締着手段の場合、環状ワッシャのような負荷分配 手段が設けられ、それにより頭又は足部分が積層摩擦円板の層の１つの直面する 負荷支持表面と直接に接触しないようにすることを更に教示する。負荷支持表面 に適当な材料はニッケル、コバルト、及びこれらの材料の１つ又は両方からなる 合金を含む。多（の用途のために、負荷分配手段及び締着手段は同じ材料のもの であることが好適である。負荷分配手段は炭素複合材料の層との接触のための平 坦な表面を有することができ、又はそれはリベット尾部又は皿頭形式のリベット 頭部と直面する非平坦な、例えば截頭円錐形状の表面を有することができる。

好ましくは、締着手段は環状摩耗領域の半径方向幅の中間８０％を覆う帯域内に 設けられる。

好ましくは、締着手段の少なくとも幾つかは一半径上にあり、少なくとも摩擦円 板の環状摩耗領域の内方及び外方境界の半径の平均の半径上にある。更に好まし くは、締着手段は前記内径及び外径の間の差の少なくとも５０％だけしかし７５ ％より少ないだけ前記内径の外側にある位置にある。

摩擦円板は非対称の形状を有することができ、炭素複合材料の層は前記第２の層 の厚さと異なる厚さを有する。例えば、二層構造では、層は全厚さのそれぞれ４ ５％及び５５％であることができる。

本発明は、炭素−炭素複合材料を有する炭素複合材料の１つ又はそれ以上の層の 使用で特に有用であると考えられる。

本発明の実施例を添付概略図ｉを参照して例としてだけ次に説明する。図面にお いて、 第１図は本発明に従う炭素−炭素複合ブレーキ摩擦円板の部分の正面図、第２図 はリベットの変形前の第２図の線２−２上の断面図、第３図は第１図及び第２図 のブレーキ円板で用いるためのリベットの長手方向断面図、 第４図は所定の位置にあり且つ変形された時の第３図のリベットを示し、そして 、 第５図及び第６図は本発明の２つの他の実施例の第２図の断面図と対応する断面 図である。

複合炭素−炭素複合ブレーキ回転子は、本発明の方法によって構成されたブレー キの厚さの５０％まで必要なように機械加工された摩耗ブレーキ円板からそれぞ れ形成された炭素−炭素複合材料の２つの環状層１１．１２からなる。円板ＩＯ は通常の形式の外方キー構成を有する回転子円板であるが、本発明は固定子に同 等に適用し得ることは理解されよう。

第１図で、円板摩耗表面の半径方向内方及び外方境界は参照符号１３及び１４で それぞれ指示されている。

２つの層＋１．１２は、リベット＋５の形態の８つの締着手段によってそれらの 分離及び相対的回転に抵抗するように一緒に固定される。リベット！５はピッチ 円半径１７上で円板の周りに円周方向に均一に離間したそれぞれの穴１６中に配 置され、該ピッチ円半径は内方境界１３に内方及び外方境界１３．１４の間の差 の２／３を加えた半径に等しい。

各リベット１５は変形に先立って第３図に示した形状を有する。特に、それは皿 頭形式の頭部分１８と、円筒形状の中実な横断面の６軸部分１９と、中空な横断 面の足部分２０とからなる。足部分はウェストの形をした外側プロファイルを有 し、それは中空な足部分の軸線方向長さのおよそ７５％にわたって延在するウェ スト部位１９を構成する。その軸線方向長さの残りの２５％にわたって及び中空 な部分の遠位端に外側表面２２があり、該外側表面は円筒形状であり且つ６軸部 分１９の直径と直径が対応している。

層１１．１２中の穴１６は凹部２５．２６を有する円板の露出表面２３．２４に それぞれ形成されている。凹部の底２７は截頭円錐形状にされている。各リベッ ト１５の軸線方向寸法は、それがリベット打ちのために一緒にクランプされた円 板と共に一対の整合した六１６中に置かれるように配置された時にウェスト部分 ２１が截頭円錐形状の表面２７の半径方向内方縁２８と軸線方向に整合され（且 つそのそれぞれの側へ軸線方向に延びる）ように選択される。

リベットの変形の後、リベットは第４図に示した横断面の形態をそれぞれとる。

これから、ウェスト部位２１によって各リベットは足部分の変形にもかかわらず 前記した縁２８を通り越して横たわり、過当な衝撃負荷によるｆｉｌｌ、１２に 対する損傷の危険はそれにより回避され又はかなり減少されることは理解されよ う。

第３図に示したような前記した形状のリベットを使用することは必須ではない。

代替例として、中実の又は完全に中空な形式のリベットが使用されることができ る。

第５図及び第６図は炭素複合材料の２つの隣接した機械加工された層を一緒に保 持するように変形されたリベット５０．６０を示す。これらのリベットはウェス トの形をした端部分を有していないので、リベットの端と層との間で伝達された 負荷を分配するためにワッシャ５１．６１が使用されている。ワッシャはそれぞ れ凹部５３．６３の平らな環状端面に当接する平らな表面５２．６２を有する第 ５図は平坦な皿頭の頭部を有するリベット５０を示し、第６図は丸％ｚ頭部を有 するリベット６０を示す。第５図の場合、ワッシャ５４はリベットの皿頭形式の 頭による当接のために皿頭の部位５５を有する。ワッシャ５４はこのためワッシ ャ５１に対応する。第６図の場合、リベット６０は平らな環状背面６４を有する 丸い頭部を有する。頭部のワッシャ６５はこのため簡単な平坦な円板形式のもの であり且つワッシャ６１に対応する。

補正音の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１亀 平成　４年　１月２２日０ｄ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．摩耗表面を提供する炭素複合材料の層からなる種類の積層摩擦円板を構成す る方法であって、前記炭素複合材料の層を第２の材料の層に接して配置し、前記 摩耗表面を前記第２の材料の層から離れる方へ対向させることと、前記層を互い に接して配置する前又は後のどちらかにおいて前記層のそれぞれに穴を形成し、 炭素複合材料の層中の穴が前記摩耗表面を貫通し、前記第２の層中の穴が炭素複 合材料の層中の穴と整合されることと、整合された対の穴を貫通するように締着 手段を位置決めすることと、前記層を一方を他方に接して固定するように前記締 着手段を配置し、各前記締着手段が炭素複合材料の層の少なくとも摩耗表面より 完全に下にあり且つそれから離間していることとからなる方法。
2. ２．各前記層が炭素複合材料である請求項１に記載された方法。
3. ３．積層された構造が炭素複合材料の３つ又はそれ以上の層からなる請求項２に 記載された方法。
4. ４．炭素ー炭素複合材料である炭素複合材料を使用する請求項１から３のいずれ か１項に記載された方法。
5. ５．少なくとも１つの層が複数個のセグメントからなる請求項１から４のいずれ か１項に記載された方法。
6. ６．２つの連続する層がセグメントからなり、層の一方のセグメントは他方の層 のセグメントに対して偏在して配置されている請求項５に記載された方法。
7. ７．炭化物を生成しない金属からなる締着手段を使用する請求項１から６のいず れか１項に記載された方法。
8. ８．リベットによって構成された締着手段を使用する請求項１から７のいずれか １項に記載された方法。
9. ９．中空な尾部分とほぼ中実な横断面の心軸部分とからなるリベットを使用する 請求項８に記載された方法。
10. １０．ニッケルからなる材料の締着手段を使用する請求項１から９のいずれか１ 項に記載された方法。
11. １１．コバルトからなる材料の締着手段を使用する請求項１から１０のいずれか １項に記載された方法。
12. １２．炭素複合材料以外の中間層が前記炭素複合層と前記第２の層との間に挟み 込まれている請求項１から１１のいずれか１項に記載された方法。
13. １３．摩耗表面を提供する炭素複合材料の層からなる種類の積層摩擦円板を構成 する方法であって、前記炭素複合材料の層を第２の材料の層に接して配置し、前 記摩耗表面を前記第２の材料の層から離れる方へ対向させることと、前記層を互 いに接して配置する前文は後のどちらかにおいて前記層のそれぞれに穴を形成し 、炭素複合材料の層中の穴が前記摩耗表面を貫通し、前記第２の層中の穴が炭素 複合材料の層中の穴と整合されることと、炭化物を生成しない金属からなる形式 の締着手段を提供することと、整合された対の穴を貫通するように前記締着手段 を位置決めすることと、前記層を一方を他方に接して固定するように前記締着手 段を配置し、各前記締着手段が炭素複合材料の層の少なくとも摩耗表面より完全 に下にあり且つそれから離間していることとからなる方法。
14. １４．請求項１から１３のいずれか１項に記載された方法によって製作された炭 素複合積層摩擦円板。
15. １５．摩耗表面を提供する炭素複合材料の層と、摩耗表面に対して垂直な方向に みて前記摩耗表面の領域内で前記表面より完全に下の位置にある締着手段によっ て前記摩耗表面と反対側の炭素複合材料の層の表面に接して保持された第２の材 料の層とからなる積層摩擦円板。
16. １６．前記層が環状であり且つ同軸状に配置され、締着手段は全て共通のピッチ 円上にあるように配置されている請求項１５に記載された積層摩擦円板。
17. １７．前記層が環状であり且つ同軸状に配置され、締着手段は少なくとも２つの ピッチ円半径にあるように配置されている請求項１５に記載された積層摩擦円板 。
18. １８．環状層を使用し、締着手段のための穴が摩耗表面の内径に摩耗表面の内径 及び外径の間の差の少なくとも５０％を加えた値に等しいピッチ円半径上ある請 求項１５から１７のいずれか１項に記載された積層摩擦円板。
19. １９．前記ピッチ円半径が摩耗表面の内半径と摩耗表面の内半径及び外半径の間 の差の３／４との合計よりも小さい半径にある請求項１８に記載された積層摩擦 円板。２０．摩耗表面を提供する炭素複合材料の層と、炭化物を生成せず且つ摩 耗表面に対して垂直な方向にみて前記摩耗表面の領域内で前記表面より完全に下 の位置にある締着手段によって前記摩耗表面と反対側の炭素複合材料の層の表面 に接して保持された第２の材料の層とからなる積層摩擦円板。