專利名稱：制動盤及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上關(guān)于一種制動盤(也稱作轉(zhuǎn)子)和鼓輪，其由鑄鐵、碳鋼、不銹鋼或 陶瓷/金屬合成材料制成，并具有功能性工程摩擦表面，本發(fā)明還涉及制造這種制動盤的 方法。
背景技術(shù)：
在制動過程中，使用液壓能量來按壓車輛的制動塊，以抵抗轉(zhuǎn)動的制動盤。由制動 塊和制動盤之間的移動接觸而導(dǎo)致的摩擦減緩了制動盤的轉(zhuǎn)動并降低了車輛的速度。該摩 擦接觸產(chǎn)生了熱量并引起了制動塊和制動盤上的接觸表面上的不均勻磨損。過度的磨損能 夠?qū)е轮苿颖P變薄且不牢固，從而導(dǎo)致翹曲和制動的減弱。在某些情況下，制動盤的變薄十 分嚴重，使得制動盤無法再承受制動期間產(chǎn)生的應(yīng)力和熱量。典型的結(jié)果是翹曲的制動盤， 其能夠?qū)е虏幌Ｍ闹苿宇潉勇曇约安话踩闹苿酉到y(tǒng)。在設(shè)計制動轉(zhuǎn)子時可以考慮的一個因素是美觀?，F(xiàn)代摩托車具有相當 大直徑的制 動盤，它們具有樸素的視覺效果，特別是前制動盤。由于該視覺效果，可以對制動盤增加色 彩和表面外觀，否則降低了該摩托車的整體外觀。當買新的摩托車以及當對摩托車進行新 的制動系統(tǒng)的花樣翻新的時候，這些考慮因素可以影響購買者的決定?？紤]到前述內(nèi)容，存在大量的原因來說明為什么對于制動盤(有時候也稱作制動 轉(zhuǎn)子)來說，驅(qū)散熱量同時耐磨和耐腐蝕非常重要。首先，制動盤驅(qū)散熱量的能力有助于消 除制動減弱、磨損以及隨即的翹曲的可能性。接著，這則會潛在地導(dǎo)致制動轉(zhuǎn)子的更長的服 務(wù)壽命。更長的服務(wù)壽命轉(zhuǎn)變成降低的維護及相關(guān)費用。此外，制動盤的更快地驅(qū)散熱量 的性能則導(dǎo)致較低的制動減弱，這會增加整體制動系統(tǒng)的安全方面。作為最后的考慮因素， 對使用在摩托車上(或者制動盤暴露于總體視野的任何位置)的制動盤尤為重要的是制動 盤的外觀。

發(fā)明內(nèi)容
本文中描述的實施例提供了帶涂層的制動盤，該制動盤具有凸起的島狀形成物， 該島狀形成物結(jié)合在所述盤的一個或兩個平行的工作表面當中，并具有在島狀形成物之間 延伸的通道，其增強了在制動過程中所產(chǎn)生的熱量的驅(qū)散；還提供了制造具有整體島狀形 成物的這種制動盤的方法。島狀形成物的外表面可以大體上是平的，并充當摩擦表面，該摩 擦表面在制動時接合反向的制動塊。在一個實施例當中，制動盤是圓盤形的，其具有中心孔 (或者在某些情況下多個孔)，以允許制動盤位于輪軸上面，并附著至機動車輛。制動盤還 形成有一對環(huán)形表面，該環(huán)形表面從中心孔延伸至制動盤的外圍，并且每個環(huán)形表面橫穿 表面都具有以間距來間隔的多個凸起的島狀形成物或者平臺，其中相鄰的島狀形成物之間 的空間里限定有多個通道。提供該島狀形成物來在制動期間與制動塊相接觸，且該島狀形 成物構(gòu)成了制動盤的磨損或工作表面。島狀形成物能夠設(shè)置成任何形狀或尺寸，只要它們 基于制動性能標準而提供了足夠的摩擦或工作表面區(qū)域即可。還可以對島狀形成物設(shè)計裝飾性的外觀，以增強盤表面的暴露部分的美學(xué)外觀。按照某些實施例，制動盤或轉(zhuǎn)子能夠由鑄鐵、不銹鋼或輕質(zhì)陶瓷材料或陶瓷合成 材料、或其組合而制成。一個或兩個工作表面在接觸表面上包括多個間隔的島狀形成物。相 鄰的島狀形成物之間的空氣流通道提供了在工作表面上的改善的空氣流，其目的是改善在 制動過程期間產(chǎn)生的熱量的驅(qū)散。具有島狀形成物的制動盤涂覆或包括涂層材料，該涂層 材料耐磨并耐腐蝕。所述涂層材料可以具有美麗宜人的外觀，并可以沉積在制動盤安裝在 車輛上時視野可見的制動盤的多個部分上。在一個實施例當中，涂層沉積在整個制動盤上。 可選擇地，所述涂層可以僅僅沉積在島狀形成物上。不同顏色或產(chǎn)生表面紋理或外觀的涂 層材料可以設(shè)在圓盤表面的不同區(qū)域上，例如設(shè)在島狀形成物上以及介于島狀形成物之間 的通道上，從而改善圓盤的外觀?？梢酝ㄟ^利用各種方法而將空氣流通道的具體尺寸、形狀、方向排列、深度以及通道的表面拋光引入到制動盤表面?？梢酝ㄟ^各種加工或成形技術(shù)來在制動表面上給予島狀 形成物，這些加工或成形技術(shù)包括珠噴砂、研磨、酸腐蝕、激光腐蝕、滾軋成形、軋花、沖壓、 珩磨、平磨、磨光、酸洗軟化、碾磨、成型或其它任何加工表面處理或表面幾何修改及其組
口 O在一個實施例當中，在涂抹任何涂覆層之前，在環(huán)形表面的整個區(qū)域上或者僅在 島狀形成物上產(chǎn)生表面拋光或紋理?？梢酝ㄟ^在制動盤表面進行連續(xù)的粒子流噴砂(統(tǒng)稱 稱作珠噴砂)來制造理想的表面紋理，所述粒子典型的比制動盤表面要堅硬。這些粒子可 以是圓形的或者非常不規(guī)則的形狀。各種粒子形狀對制動盤給予了不同的表面拋光或表面 幾何形狀。例如，利用圓形粒子(尺寸不同)和適宜的粒子能量(氣壓或液壓)，能夠獲得 在細微結(jié)構(gòu)上類似于淺且軟的滾動山丘的表面紋理。利用不規(guī)則形狀(水晶體)的粒子， 能夠在制動盤表面上給予非常粗糙的表面幾何形狀(非常褶皺的/鋸齒狀的峰和谷)。當 涂覆有耐磨和耐腐蝕涂層的時候，可以使用其它諸如砂紙打磨或研磨的表面拋光的方法來 給予不同的外觀。當在交叉影線結(jié)構(gòu)中完成砂紙打磨或研磨的表面拋光并接著涂覆了耐磨 和耐腐蝕的涂層時，帶涂層的制動盤能夠看上去好像它具有了編織外觀，例如被發(fā)現(xiàn)處在 由碳纖維制成的元件當中?？傮w而言，能夠利用大量的表面拋光技術(shù)來將具體的表面紋理 或幾何形狀給予到制動盤當中。在一個實施例當中，涂層沉積到制動盤的整個相對的環(huán)形表面或其部分上。涂層 可以僅僅涂抹至與制動塊相接觸的島狀形成物，或者該涂層可以延伸跨越包含島狀形成物 和介于島狀形成物之間的通道的整個表面。在一個實施例當中，所述涂層包括具有無定形 結(jié)構(gòu)(亦即非水晶結(jié)構(gòu))、水晶結(jié)構(gòu)材料或無定形結(jié)構(gòu)和水晶結(jié)構(gòu)混合體的材料的第一層。 在特定的實施例中，所述第一層的材料是金屬，例如鈦、鉻、鋯、硼、鉿及其它們組成的合金。 所述第一層直接涂抹在制動盤上。所述涂層還包括第二層，該第二層覆蓋并接觸第一層。在 一個實施例當中，第二層包括一個或多個金屬氮化物、金屬硼化物、金屬碳化物和金屬氧化 物。第二層可以包括一個或多個在所述第一層中所使用的金屬的氮化物、硼化物、碳化物或 氧化物。例如，對于在第一層具有鈦的涂層而言，第二層可以是氮化鈦(TiN)。注意到，本文 中所使用的縮寫(例如TiN)是一種速記，而并不是準確的化學(xué)標注，并且并沒有暗示所表 示的化合物的化學(xué)計量必須與簡寫中所列的一模一樣。在一個實施例當中，當對制動盤的間隔的島狀形成物的選定排列進行加工完畢、并且施加了任何理想的表面拋光之后，采用物理氣相沉積源來涂抹涂覆層，例如帶有控制 氣體的陰極電弧源。還可以使用其它可操作的技術(shù)，例如不平衡磁控管濺射或熱蒸發(fā)。在 涂層沉積過程中，制動盤位于定位器上，該定位器繞中心軸線做行星運動式的轉(zhuǎn)動。更加具 體而言，該定位器包括三個或多個平行桿，其安裝在盤上設(shè)置，其中每個桿與其它桿等距離 相隔。每個桿上可以堆疊多個制動盤，利用間隔器來分離每個堆疊當中相鄰的盤。所述桿 互相間隔，以使得在一個桿上的制動盤與鄰近桿上的制動盤重疊。間隔器防止了一個桿上 的制動盤與鄰近桿上的制動盤相接觸。


本發(fā)明的關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作的細節(jié)可以部分通過研究附圖來獲得，其中相同的附 圖標記表示相同的部分，其中圖1是具有盤式制動系統(tǒng)的摩托車的立體圖；圖2是帶涂層的盤式制動裝置的立體圖；圖3A是圖2中所示的帶涂層的盤式制動裝置的一部分的沿著圖2中顯示涂覆層 的3-3線的截面放大圖；圖3B是圖3A中帶涂層的表面的圓形區(qū)域的截面放大圖，其顯示了在對涂覆層進 行涂抹之前，應(yīng)用至圓盤基板的表面的表面紋理的一個實施例；圖4是用來在涂層工藝過程中支撐盤式制動裝置的定位器的主視圖；圖5是用來在涂層工藝過程中支撐盤式制動裝置的定位器的俯視平面圖；圖6是在涂層工藝中使用的沉積裝置的示意性平面圖和控制圖表；圖7是圖5中的沉積裝置的細節(jié)的示意性立體圖；圖8是沿著圖7的8-8線的陰極電弧源的示意性截面圖；以及圖9是具有四個不同表面修改或“島狀形成物”的制動轉(zhuǎn)子表面的立體圖。
具體實施例方式本文中所公開的特定的實施方式提供了具有間隔的凸起的表面部分或島狀形成 物的制動盤，其具有美麗宜人的外觀，并提供了空氣流通道，以用做相鄰的島狀形成物之間 的冷卻的用途，本發(fā)明還提供了制造制動盤的方法。在閱讀完本說明書之后，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，如何在各種可選的實施例和 可選的應(yīng)用中實施本發(fā)明將會變得顯而易見。然而，盡管本文中描述了本發(fā)明的各種實施 例，應(yīng)當理解這些實施例僅僅通過實例的方式，而并非通過限定的方式而被呈現(xiàn)。因此，各 種可選實施例的具體描述不應(yīng)當被解釋成為限定了本發(fā)明權(quán)利要求的范圍或?qū)挾?。參考圖1，所示的摩托車10包括盤式制動系統(tǒng)。如圖所示，該盤式制動系統(tǒng)包括制 動盤或轉(zhuǎn)子12，其附著至摩托車10的前輪14，以用來與前輪14 一同轉(zhuǎn)動。典型地，兩個制 動盤附著至摩托車的前輪，并且一個或兩個制動盤附著至后輪。制動系統(tǒng)還包括卡鉗16，該 卡鉗16具有一對制動塊，能夠使用液壓來選擇地作用制動塊抵抗制動盤12，從而減緩制動 盤12和輪子14的轉(zhuǎn)動。在典型的設(shè)置當中，液壓是由摩托車操作者通過使用安裝在摩托 車10的手把上的手桿來來提供的?？梢詤⒖紙D2來更好地理解制動盤12。如圖所示，制動盤12是圓盤狀的，其具有中心孔18來允許制動盤12位于輪子14的輪軸上方(如圖1所示)。制動盤12還形成有從中心孔18延伸至制動盤12的外圍22的環(huán)形工作表面20a、20b (還可參見圖4)。如圖所 示，表面20a在制動盤12上平行并反向于表面20b。每個表面20a、20b的至少一部分被設(shè) 計成在制動期間與制動塊相接觸，這會在下面進行更詳細的描述。在一個實施例當中，在對 每個表面的所有或部分區(qū)域進行涂覆耐磨和耐腐蝕的涂層之前，在環(huán)形表面上施加表面拋 光，這會在下面進行更詳細的描述。在一個實施例當中，制動盤12的環(huán)形表面20a和20b設(shè)有多個凸起的平臺部分或 島狀形成物，其中島狀形成物之間具有間隔的空氣流通道。在這種布置中，僅僅是島狀部分 在制動期間與制動塊相接觸，并且島狀部分包括制動盤12的磨損表面。圖9顯示了可以設(shè) 在圓盤12的相對的表面20a和20b上的平臺部分或島狀形成物的一些可能的實例。在圖9 中，4種可能的島狀形成物顯示在暴露的盤表面20a的四個象限當中；淚珠形的形成物150、 圓形或圓點形的形成物152、數(shù)字8形狀的形成物154、以及字母形狀的形成物155，在島狀 形成物之間具有通道或空區(qū)156，以用于空氣流在形成物之間延伸。如圖9中的三個象限 中所示，島狀形成物可以成排設(shè)置，所述排從圓盤的中心開口 18徑向地向外延伸至外圍邊 緣，其中除了在每排當中相鄰的一對島狀形成物之間延伸的通道之外，徑向的空氣流通道 在每個相鄰的一對排之間向外延伸。所述島狀形成物具有上表面158，該上表面158至少是 用來在制動期間與制動塊相接觸的大致平的摩擦表面，且上表面158設(shè)計有足夠的表面區(qū) 域以用作制動。圖9中所示的4種形成物是合適的島狀形成物的實例?？梢灾圃觳煌螤?和尺寸的可選的島狀形成物，以用來冷卻和磨損，其目的是為了除了提供美麗宜人的外觀 之外，滿足特定的性能標準。在一個實施例當中，具有圖9的任何一個象限所示的形狀的間隔的島狀形成物延 伸跨越整個圓盤表面?？蛇x地，具有任何理想的不同形狀和尺寸的島狀形成物可以以圖案 的形式提供在整個圓盤表面上。島狀形成物的尺寸和形狀可以是任意的，其包括但不僅限 于字母或名字、數(shù)字、標識、商標、劃線、其它幾何形狀及類似物。島狀形成物可以設(shè)計成為 美麗宜人的外觀，這在圓盤表面外露可視時(這也是多數(shù)摩托車制動盤的情況)(參見圖1) 特別令人滿意。環(huán)繞島狀形成物的凹槽或通道導(dǎo)致了制動盤整個重量的顯著降低，這提高 了機動車的效率和性能。此外，所述通道允許空氣流圍繞島狀形成物，以用于增大的冷卻和 熱量驅(qū)散。每個通道的基底可以是粗糙的或者被調(diào)節(jié)來提供突塊等，在沿著通道的空氣流 中產(chǎn)生湍流，這可以產(chǎn)生增強的冷卻。可以用任何合適的方式來形成理想形狀和尺寸的島狀形成物，例如通過適宜的加 工或其它成形工藝。當在圓盤的一個或兩個表面上加工了理想的島狀形成物之后，整個制 動盤被涂覆上耐磨和耐腐蝕的涂層24，該涂層24消除或極大降低了島狀制動表面的磨損， 其如圖3A所示?？蛇x地，可以僅僅對功能性的島狀制動表面涂覆涂層24。該涂層改善了 制動盤的整體外觀或美感。在一個實施例當中，所述涂層包括金屬的第一層，例如純的鈦金 屬；以及第二層，該第二層包括第一層金屬中使用的金屬的氮化物、硼化物、碳化物或氧化 物?？梢允褂梦锢須庀喑练e源來涂抹涂層，例如帶有控制氣體的陰極電弧源。用于涂層24 的材料可以是不同的顏色，并可以設(shè)計來制造不同的表面外觀，例如特別在制動盤安裝在 車輛上時可視的表面區(qū)域上的光反射的、閃亮外觀。在一個實施例當中，可以在包括島狀形成物的制動盤基板的表面上進行表面拋光，其可以通過在制動盤表面進行連續(xù)的粒子流噴砂(統(tǒng)稱稱作珠噴砂)來進行，所述粒子典型的比制動盤表面要堅硬。這些粒子可以是圓形的或者非常不規(guī)則的形狀。各種粒子形 狀對制動盤給予了不同的表面拋光或表面幾何形狀。例如，利用圓形粒子(尺寸不同)和 適宜的粒子能量(氣壓或液壓)，能夠獲得在細微結(jié)構(gòu)上類似于淺且軟的滾動山丘的表面 紋理。利用不規(guī)則形狀(水晶體)的粒子，能夠在制動盤表面上給予非常粗糙的表面幾何 形狀(非常褶皺的/鋸齒狀的峰和谷)。當涂覆有耐磨和耐腐蝕涂層的時候，可以使用其 它諸如砂紙打磨或研磨的表面拋光的方法來給予不同的外觀。當在交叉影線結(jié)構(gòu)中完成砂 紙打磨或研磨的表面拋光并接著涂覆了耐磨和耐腐蝕的涂層時，帶涂層的制動盤能夠看上 去好像它具有了編織外觀，例如被發(fā)現(xiàn)處在由碳纖維制成的元件當中?？傮w而言，在應(yīng)用涂 層24之前，能夠利用大量的表面拋光技術(shù)來將具體的表面紋理或幾何形狀給予到制動盤 當中。在一個實施例中，所選擇的表面拋光可以如2008年2月20日提交的Meckel的共同 未決的美國專利申請Serial No. 12/034，590所述而得以實施，其全部內(nèi)容通過引用的方式 結(jié)合于本文當中。在可選的實施例當中，僅僅是島狀形成物的制動表面可以被處理來產(chǎn)生 表面紋理，例如在珠噴砂或其它表面處理期間通過遮蓋島狀形成物之間的通道來進行。圖3A和圖3B中示出了將涂層24涂抹至制動盤基板26。制動盤基板或轉(zhuǎn)子 26可以由任何合適的材料構(gòu)成，例如鑄鐵、不銹鋼、輕質(zhì)金屬合金、陶瓷材料、陶瓷合成 材料、或其組合。在一個實施例當中，可以使用以上參考的共同未決的專利申請Serial No. 12/034，590、以及2008年2月20日提交的Meckel的共同未決的美國專利申請Serial No. 12/034，599中記載的定位器、技術(shù)和材料來實施涂層24，其全部內(nèi)容通過引用的方式 結(jié)合于本文當中。圖3A中所示的基板26的一部分可以是島狀形成物的頂表面的一部分， 或者是相鄰的島狀形成物之間的通道的一部分。如上所述，圓盤的整個表面(島狀形成物 和島狀形成物之間的谷或通道)可以進行涂覆。在可選的實施例中，僅僅是島狀形成物可 以被涂覆。進一步地如圖3A所示，涂層24包括具有無定形結(jié)構(gòu)(亦即非水晶結(jié)構(gòu))或水晶 結(jié)構(gòu)的材料的第一層28。在特定的實施例中，無定形的或水晶材料是金屬，例如鈦、鉻、鋯、 鋁、鉿及其它們組成的合金。涂層24還包括第二層30，該第二層30覆蓋并接觸第一層28。 盡管這些層被描述成不同的層，但是在某些實施例當中，這些層混合或合并，從而在多個層 之間沒有明顯的邊界。第二層30可以包括一個或多個二元金屬，例如，一個或多個金屬氮 化物、金屬硼化物、金屬碳化物和金屬氧化物。所述第二層可以包括一個或多個在第一層中 使用的金屬的氮化物、硼化物、碳化物或氧化物。在某些實施例當中，涂層可以包括多個交 替金屬層，并且可以應(yīng)用金屬化合物材料，已將特定的物理性能給予至制動盤或轉(zhuǎn)子。在涂 層24的某些實施例當中，無定形的鈦構(gòu)成了第一層28，并且氮化鈦(TiN，Ti2N等)構(gòu)成了 第二層30。多個交替層28、30能夠被配置以形成格柵結(jié)構(gòu)或超級格柵結(jié)構(gòu)。這些是薄的薄 膜，其由交替沉積兩種不同的成分構(gòu)成，從而形成層式結(jié)構(gòu)。當不同層的周期小于IOOA的 時候，多層變成超級格柵。利用這種結(jié)構(gòu)的配合，能夠獲得具有超過大約100，000車輛英里 或更大的英里數(shù)的涂層24。注意到本文中所使用的縮寫(例如TiN，Ti2N等)是一種速 記，而并不是準確的化學(xué)標注，并且并沒有暗示所表示的化合物的化學(xué)計量必須與簡寫中 所列的一模一樣。圖3B顯示了在涂抹涂覆層28和30之前，除了基板26的表面之外的可選擇的額外的表面紋理29。圖3B中的表面紋理是粗糙紋理，如上所述的那樣，其可以通過噴射不規(guī) 則形狀的粒子而給予該粗糙紋理，且該粗糙紋理包括一系列的峰和谷，并在每個峰和谷具 有角度頂點。如上所述，可選擇的表面紋理的外觀可以是圓形的、交叉影線的或編織的。當 紋理表面29接著被涂覆一個或多個涂覆層的時候，結(jié)果，大致平的表面可以呈現(xiàn)三維外觀 或者編織紋理。此外，可以選定涂覆層的組成和厚度，以獲得所需的光反射和吸收特性，其 目的是為了產(chǎn)生吸引人的裝飾外觀。現(xiàn)在參考圖4和圖5，顯示了定位器34，其用于在涂覆期間保持制動盤基板26。盡 管在圖4和圖5中不可見，但是基板26a至26e的工作表面具有多個如上所述并結(jié)合圖9 的凸起的突出部或島狀形成物。盡管所示的定位器34是用來保持五個制動盤基板26a至 26e，應(yīng)當理解，定位器34僅僅是示例性的，更少或更多的制動盤基板26可以定位于定位器 34上。如圖所示，定位器34包括安裝在底板42并從底板42延伸的三個平行的桿36、38、 40。盡管定位器34僅僅顯示了三根平行的桿36、38、40，應(yīng)當理解該結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的， 更少或更多的平行的桿可以定位在定位器34上。平行的桿36、38、40布置在底板42上，每 根桿36、38、40與另外兩根桿36、38、40呈等距離間隔。利用該結(jié)構(gòu)的配合，多個制動盤基 板26能夠堆疊在每個桿36、38、40上。例如，如圖所示，制動盤基板26a和26d堆疊在桿36 上，制動盤基板26c堆疊在桿38上，并且制動盤基板26b和26e堆疊在桿40上。如圖4和圖5所示，使用間隔器44a至44e來選擇性地將每根桿36、38 、40上的相 鄰的制動盤基板26相分離。對于所示的實施方式而言，每個間隔器44a至44e包括管子46 和凸緣48，使得每個間隔器44a至44e滑動越過各自的桿36、38、40，并如所希望的那樣定 位。在圖4和圖5中所示的實施方式中，建立了桿36、38之間的間隔，以允許一個桿36、38、 40上的制動盤基板26與鄰近桿36、38、40上的制動盤基板26重疊。還是對圖4和圖5中 所示的實施方式而言，間隔器44a至44e的尺寸被設(shè)計成防止一個桿36、38、40上的制動盤 基板26與鄰近的桿36、38、40上的制動盤基板26相接觸。圖6和圖7描述了用來涂覆制動盤基板26的沉積設(shè)備50，盡管也可以使用其它的 可操作的沉積設(shè)備。沉積設(shè)備50包括腔室52，該腔室52具有主體54和門56，該門56可 以開啟以通往腔室52的內(nèi)部，并在當腔室52進行操作的時候，密閉性地封閉主體54。腔 室52的內(nèi)部通過真空泵58而可控地被清空，所述真空泵58通過間門閥60進行泵送。真 空泵58包括機械泵和擴散泵，二者以慣常方式共同操作。腔室52的內(nèi)部可以從氣體源62 通過回填閥64而可控地回填至選定氣體的局部壓力。氣體源62典型地包括幾個分離的可 操作氣體源。氣體源62通常包括諸如氬氣的惰性氣體源62a和氮氣源62b，每個源都通過 各自的選擇器閥65a或65b而選擇性地并獨立地提供氣體。還可以根據(jù)需要提供其它類型 的氣體，例如需要產(chǎn)生硼化物、氧化物和/或碳化物的氣體。腔室52內(nèi)的壓力通過真空測量儀66來監(jiān)測，該真空測量儀66的輸出信號被提供 至壓力控制器68。壓力控制器68控制閘門閥60和回填閥64(以及可選地，選擇器閥65) 的設(shè)置，獲得了泵送和回填氣流的平衡，該平衡在腔室52內(nèi)產(chǎn)生了理想的壓力，以及因此 產(chǎn)生了真空測量儀66中的壓力讀數(shù)。從而，腔室52中的氣體回填氣是流動的或動態(tài)的氣 體。在所示的實施例中，四個線性的沉積源70以圓周間隔的方式安裝在腔室52內(nèi)部。 在可選的實施例中，可以使用更多或更少數(shù)量的線性沉積源，其中在每個實施例中使用兩個或更多個沉積源。在圖6中，四個沉積源被識別為不同的源70a、70b、70c和70d，其在接 下來的討論中獨立地論述。四個沉積源70總體上為矩形體，該矩形體具有平行于源軸線72 的拉伸的最大的直線尺寸。這種類型的沉積源不同于固定點源或者在沉積過程中沿著基板 26的長度移動的點源。支撐件74位于腔室52內(nèi)。支撐件74產(chǎn)生了安裝于其上的定位器34的復(fù)合轉(zhuǎn)動 運動。在所示的實施例中，支撐件74包括繞軸線78轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動架76，其通過轉(zhuǎn)動架76下 方的轉(zhuǎn)動驅(qū)動馬達80來驅(qū)動。安裝在轉(zhuǎn)動架76上的是六個行星架82。在可選的實施例 中，可以使用更多或更少數(shù)量的行星架，例如一個或多個。行星架82被位于行星架82下方 的行星驅(qū)動馬達86 (參見圖7)來繞著轉(zhuǎn)動軸線84驅(qū)動地轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動驅(qū)動馬達80和行星 驅(qū)動馬達86的速度被轉(zhuǎn)動控制器88控制。在一個實施例當中，轉(zhuǎn)動控制器88以每分鐘1 轉(zhuǎn)(rpm)的速度來轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動架76。繼續(xù)參考圖6和圖7，為了制動盤基板26的沉積工藝，如圖所示，如上所述的定位 器34可以安裝在行星架82上。為了商業(yè)操作，具有多個制動盤基板26的定位器34以所 述的方式安裝在每個行星架82上，其中一個行星架82如圖7所示。腔室52在沉積過程中的溫度通過使用加熱器92來控制，該加熱器92平行于沉積 源70而在腔室52的內(nèi)部的一側(cè)上延伸。在一個實施例當中，加熱器92是與電阻元件一起 操作的輻射加熱器。熱陣的溫度通過諸如紅外線傳感器的溫度傳感器94來進行監(jiān)測，所述 傳感器查看腔室52的內(nèi)部。傳感器94測量的溫度提供至溫度控制電路96，該溫度控制電 路96將能量輸出提供至加熱器92。用這 種反饋方式來操作的話，溫度控制器96允許設(shè)定 熱陣的溫度。在優(yōu)選的工藝過程中，熱陣從大約1000° F被加熱至大約1700° F。圖8顯示了在沉積源70的一個實施例中使用的陰極電弧源100。該陰極電弧源 100包括通道形主體102和沉積靶104。沉積靶104是以板的形式通過使用0形環(huán)106而密 閉性地密封至主體102，形成了不透水和不透氣的中空內(nèi)部108。內(nèi)部108利用冷卻水流動 穿過水入口 110和水出口 112而被冷卻。兩個螺旋狀的(圖8中僅能看到螺旋的一部分) 永磁體114平行于源軸線72而延伸。位于沉積靶104上方并在主體102外側(cè)的是撞針電 極118。電壓VARC通過電弧源電源120而應(yīng)用在撞針電極118和沉積靶104之間。在一個 實施例當中，VARC介于從大約10伏到大約50伏的范圍中。如果希望的話，形成沉積靶104的金屬材料與氣體原子一同沉積在制動盤基板26 上，氣體原子從腔室52的氣體中產(chǎn)生氣體物種(gaseous species)。對于本文中所描述的 實施例而言，沉積靶104由鈦(Ti)金屬制成。為了獲得沉積，電弧在撞針電極118和沉積靶104之間撞擊，局部加熱沉積靶104 并引起鈦原子和/或離子從沉積靶104中排出。(因此當沉積繼續(xù)的時候，沉積靶104逐 漸變薄。)所述電弧在沉積靶104上的撞擊點沿著沉積靶104的長度在粒子軌道路線上移 動。負偏壓電壓VBIAS通過偏壓電源122而應(yīng)用在沉積靶104和制動盤基板26之間，從而 任何正電離子朝著制動盤基板26而被加速。在一個實施例當中，VBIAS介于從大約-30到大約-600伏的范圍中。為VBIAS選 定的值確定了離子沖擊基板表面的能量，這種現(xiàn)象稱為離子錘頂(ion peening)。在一種情 況下，VBIAS起初被選定為相對大的負電壓，以獲得將金屬第一層28 (參見圖3A)粘附至制 動盤基板26的良好粘附性。接著，當覆蓋于上面的硬層被沉積時，VBIAS隨后降低(較小的負值)，以在覆蓋于上面的層中獲得一致的良好的微觀結(jié)構(gòu)。理想地，VBIAS的值被保持 盡可能的低，與獲得粘附的涂層24的值相一致。VBIAS比-600伏更接近正值，在一個實施 例當中，VBIAS比-400伏更接近正值。如果VBIAS負值過大的話，可能會在制動盤基板26 的某些區(qū)域上發(fā)生電暈效應(yīng)和回噴現(xiàn)象。從而，盡管可以在某些實例中使用較高的VBIAS， 總體而言優(yōu)選地，VBIAS比-600伏更接近正值。陰極電弧源100是優(yōu)選的，但是也可以使 用其它類型的源，例如噴射源。沉積靶104的材料和從氣體源62弓|入到沉積腔室52的氣體的配合選擇使得各種 涂層24在上述討論的各種限制內(nèi)沉積到制動盤基板26上。在一個實施例當中，涂層24的 整個厚度是在大約1微米到大約10微米的范圍內(nèi)。如果涂層厚度小于大約1微米，涂層24 的物理性能則不足以產(chǎn)生理想的結(jié)果。如果涂層厚度大于大約10微米，涂層24則具有高 的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致涂層24在沉積期間或在使用期間有從制動盤基板26斷裂和裂開的趨 勢。如前結(jié)合圖3A的論述，這些總體原則應(yīng)用于涂層24的制備當中。圖3A的涂層 24包括無定形的金屬第一層28，例如無定形的金屬鈦，該金屬第一層28接觸并覆蓋制動盤 基板26的表面。通過將沉積腔室52回填大約5微米的惰性氣體的小局部壓力，例如流動 氬氣(流動速度為在發(fā)明者使用的設(shè)備中的大約200-450標準立方厘米每分鐘(sccm))無 定形的金屬第一層28則被沉積，接著，從沉積靶104中沉積金屬，例如鈦，其中VBIAS為大 約-400伏。由于氬氣不與金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此無定形的金屬第一層28被沉積。如圖3A所示，第二層30在本文描述的實施例中是金屬氮化物，該第二層30覆蓋 無定形的金屬第一層28。通過將沉積腔室52回填大約5微米的流動氮氣的小局部壓力 (在一個實施例當中，流動速度為大約150-500標準立方厘米每分鐘(sccm))接著，從沉積 靶104中沉積金屬，例如鈦，其中VBIAS為大約-50伏。金屬結(jié)合氮氣而在第二層30中產(chǎn) 生金屬氮化物。通過在制動過程中對島狀形成物周圍以及介于島狀形成物之間的空氣流進行增 大并定向，以上描述的制動盤上的島狀形成物或凸起的平臺部分便利了制動盤的冷卻。通 過增大制動盤的散熱能力，制動減弱、磨損和翹曲的風(fēng)險降低，并可以潛在地延長制動盤的 使用壽命。此外，鄰近的島狀形成物之間的空區(qū)或通道減少了制動盤系統(tǒng)的整體重量，減少 了所需的材料量。最后，島狀形成物可以被設(shè)計成在制動盤的可視部分中產(chǎn)生吸引視覺的 外觀，增加了諸如摩托車的車輛的整體外觀，在摩托車中制動盤清晰可見。盡管上述實施例是以制動盤的形式，在其它實施例中，可選擇地可以將島狀形成 物應(yīng)用到其它制動元件的工作表面，從而與制動構(gòu)件進行摩擦接合，例如在鼓輪制動布置 中通過制動閘瓦接合的制動鼓輪的表面。以上提供的對所公開的實施例的描述使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造或利用本發(fā) 明。這些實施例的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將會是十分明顯的，并且本文中所描述 的普通原理可以應(yīng)用至其它實施例，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，應(yīng)當理解，本文 中陳述的描述和附圖表示本發(fā)明當前的優(yōu)選實施例，因此是發(fā)明主題的代表，是本發(fā)明最 大范圍的構(gòu)思。進一步還理解到，本發(fā)明的范圍完全涵蓋了對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的 其它實施例，本發(fā)明的范圍因此僅僅被權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
一種制動盤，包括盤體，該盤體具有相對的定向表面；至少一個所述表面具有多個間隔的、凸起的島狀形成物，并具有在多個所述島狀形成物之間延伸的多個通道；并且每個凸起的島狀形成物具有外摩擦表面，該外摩擦表面在制動期間接觸制動塊。
2.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述島狀形成物為淚珠狀。
3.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述島狀形成物為圓形。
4.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述島狀形成物為字母形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述島狀形成物為數(shù)字8的形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述島狀形成物具有多個外圍邊緣，該外圍邊緣 至少部分地為圓形。
7.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述盤體的兩個表面都具有多個間隔的、凸起的 島狀形成物，并具有在多個所述島狀形成物之間延伸的多個通道。
8.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中間隔的島狀形成物跨越所述表面的整個區(qū)域而延伸。
9.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中所述盤體具有中心開口，并且所述相對的表面是 環(huán)形表面，每個環(huán)形表面具有一連串的徑向延伸的多排島狀形成物，所述島狀形成物從所 述中心開口延伸至所述環(huán)形表面的外圍，所述多個通道包括介于相鄰的多排島狀形成物之 間的徑向延伸間隔以及介于每排中的相鄰的多個島狀形成物之間的間隔空隙。
10.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中至少所述島狀形成物的摩擦表面涂覆有涂層，該 涂層包括至少一個涂層材料層。
11.如權(quán)利要求10所述的制動盤，其中每個表面都涂覆有至少一個涂層材料層，該涂 層材料層延伸跨越所述表面的整個表面區(qū)域。
12.如權(quán)利要求10所述的制動盤，其中所述涂層包括第一涂層材料的第一層和至少一 個第二涂層材料的第二層。
13.如權(quán)利要求12所述的制動盤，其中所述第二涂層材料選自以下涂層材料組成的群 組金屬氮化物、金屬氧化物、金屬硼化物或金屬碳化物。
14.如權(quán)利要求12所述的制動盤，其中第一涂覆層包括金屬。
15.如權(quán)利要求14所述的制動盤，其中第二涂覆層包括至少一個與所述第一涂覆層相 同的金屬的化合物。
16.如權(quán)利要求14所述的制動盤，其中所述第一涂覆層具有無定形結(jié)構(gòu)。
17.如權(quán)利要求14所述的制動盤，其中所述第一涂覆層具有水晶結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求14所述的制動盤，其中所述第一涂覆層的金屬選自以下金屬組成的群 組鈦、鉻、鋯、硼、鉿或它們的合金。
19.如權(quán)利要求18所述的制動盤，其中所述第二涂覆層包括在所述第一涂覆層中所使 用的金屬的氮化物、硼化物、碳化物或氧化物。
20.如權(quán)利要求7所述的制動盤，其中至少所述凸起的島狀形成物具有表面紋理，該表 面紋理具有預(yù)定的三維圖案。
21.如權(quán)利要求20所述的制動盤，其中所述三維圖案延伸跨越每個表面的整個區(qū)域。
22.如權(quán)利要求20所述的制動盤，其中所述表面紋理具有編織外觀。
23.如權(quán)利要求20所述的制動盤，其中所述三維圖案包括多個峰、谷和介于所述峰和 谷之間的角度表面。
24.如權(quán)利要求1所述的制動盤，其中每個通道具有粗糙的基表面。
25.一種制造制動盤的方法，包括形成步驟，形成具有相對的定向環(huán)形表面的盤形體；加工步驟，對每個環(huán)形表面進行加工，以在所述環(huán)形表面上以間隔的間距來形成多個 間隔的、凸起的預(yù)定形狀的島狀形成物，其中在所述多個島狀形成物之間延伸有多個通道； 并且拋光步驟，對每個島狀形成物的至少外表面進行拋光，以形成摩擦表面，該摩擦表面在 制動時接合反向的制動塊。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述拋光步驟包括將第一材料通過氣相沉積而 涂抹至所述制動盤的每個島狀形成物的至少所述外表面；并至少將第二材料通過氣相沉積 而涂抹在所述第一材料上面。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述拋光步驟包括將所述第一和第二材料涂抹 在每個環(huán)形表面的整個區(qū)域上面。
28.如權(quán)利要求25所述的方法，其中所述拋光步驟包括將三維表面紋理至少應(yīng)用至 所述制動盤的多個島狀形成物。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述三維表面紋理應(yīng)用在所述制動盤的每個環(huán)形 表面的整個區(qū)域上面。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述三維表面紋理具有多個峰、谷和介于所述峰 和谷之間的角度表面。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中采用了表面拋光技術(shù)來應(yīng)用表面紋理，所述表面 拋光技術(shù)選自以下組成的群組珠噴砂、砂紙打磨、研磨、酸腐蝕、光刻膠掩蔽腐蝕、滾軋成 形、軋花、沖壓、珩磨、平磨、磨光、酸洗軟化、碾磨、成型或其組合。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述拋光步驟還包括在應(yīng)用了表面紋理之后，將 第一材料作為第一涂覆層至少涂抹至所述島狀形成物，所述第一材料通過氣相沉積來進行 涂抹，其中通過對第一材料源給予能量來引起所述第一材料源的充電粒子從所述第一材料 源中分離，所述第一材料沉積到所述制動盤上，并至少沉積到所述制動盤的島狀形成物上； 并將化合物作為第二涂覆層通過氣相沉積而涂抹至所述制動盤的所述第一涂覆層，其中通 過對第二材料源給予能量來引起所述第二材料源的充電粒子從所述第二材料源中脫離，所 述第二涂覆層被沉積，引入反應(yīng)氣體，該反應(yīng)氣體與所述第二材料的充電粒子一起反應(yīng)，形 成了至少沉積在所述制動盤的島狀形成物上的化合物；其中所述表面拋光和沉積的結(jié)合引 起了每個環(huán)形表面的至少島狀形成物呈現(xiàn)了選定的三維表面紋理。
33.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括對每個通道的基表面進行粗糙化，以產(chǎn)生突塊。
34.一種制動設(shè)備，包括制動元件，該制動元件具有至少一個工作表面，該工作表面反向于制動塊或制動閘瓦；所述工作表面具有多個間隔的、凸起的被通道隔開的島狀形成物，每個島狀形成物具有外摩擦表面，該外摩擦表面在制動期間接合制動間瓦或制動塊的反向部分。
35.如權(quán)利要求34所述的制動設(shè)備，其中每個島狀形成物具有預(yù)定裝飾形狀的外圍。
全文摘要
一種制動盤或鼓輪，具有至少一個工作表面，該工作表面反向于諸如制動塊或制動閘瓦的制動構(gòu)件。多個間隔的、凸起的島狀形成物穿過工作表面而設(shè)置，在島狀形成物之間延伸有通道。每個凸起的島狀形成物具有外表面，該外表面在制動期間與制動塊或制動閘瓦接觸。
文檔編號F16D65/12GK101836006SQ200880112689
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
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