耐蚀自行车盘式制动器转子的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种耐蚀自行车盘式制动器转子。具有旋转中心轴线的自行车盘式制动器转子包括包含铁的基部和包含铁、铝和铬的表面部。表面部形成在基部的外表面上。沿着与旋转中心轴线平行的轴向方向形成表面部的铬的浓度梯度。
【专利说明】耐蚀自行车盘式制动器转子
[0001]相关申请的交叉引用
本申请是2012年I月18日提交的名称为“BICYCLE DISC BRAKE ROTOR”的美国专利申请N0.13/352,868的部分继续申请，其公开内容由此通过参考以其整体并入用于所有目的。
【背景技术】
[0002]盘式制动器系统通常结合到自行车中。盘式制动器系统至少包括盘式制动器转子。例如铝、不锈钢、钛和铁等若干种材料已经被用于自行车盘式制动器转子。
【发明内容】
[0003]根据本发明的第一方面，自行车盘式制动器转子装置具有旋转中心轴线，并且可以包括包含铁的基部和形成在基部的外表面上的表面部。沿着与旋转中心轴线平行的轴向方向具有铬的浓度梯度的表面部包含铁、铝和铬。这种构造的一个潜在优势在于改进了自行车转子的耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0004]在第一方面中，铬浓度从表面部的最外表面朝向基部减小。这种构造的一个潜在优势在于，盘式制动器转子与制动衬块接触的区域优选地形成为实现最大耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0005]在第一方面中，表面部还包括包含铁和铝的复合材料。这种构造的一个潜在优势在于，盘式制动器转子与制动衬块接触的区域优选地形成为实现最大耐蚀性、耐磨性和结构强度，并且随着距与制动衬块接触的区域距离越大，耐蚀性、耐磨性和结构强度逐渐减小。
[0006]在第一方面中，表面部通过扩散工艺形成。这种构造的一个潜在优势在于，复合铁、铝和铬合金能够经济地实现在盘式制动器转子的表面部中，以使盘式制动器转子与制动衬块接触的区域优选地形成为实现最大耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0007]在第一方面中，表面部被淬火硬化。这种构造的一个潜在优势在于能够改进盘式制动器转子的表面部的结构强度和耐磨性。
[0008]在第一方面中，表面部的最外表面通过研磨工艺形成。这种构造的一个潜在优势在于，盘式制动器转子能够实现表面部的期望厚度以匹配前盘式制动器系统的尺寸，同时不过度地损害表面部的铬和铝含量。
[0009]在第一方面中，表面部的厚度大于10 μ m0这种构造的一个潜在优势在于，在扩散工艺期间能够实现表面部的最外表面中的足够的铬浓度，以提供期望耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0010]在第一方面中，表面部的厚度大于50 μ mo这种构造的一个潜在优势在于，在扩散工艺期间能够实现表面部的最外表面中的足够的铬浓度，以提供期望耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0011 ] 在第一方面中，表面部的厚度大于70 μ mo这种构造的一个潜在优势在于，在扩散工艺期间能够实现表面部的最外表面中的足够的铬浓度，以提供期望耐蚀性、耐磨性和结构强度。
[0012]在第一方面中，表面部的维氏硬度(Hv)大于或等于250。这种构造的一个潜在优势在于实现了表面部的淬火硬化结构强度和耐磨性。
[0013]在第一方面中，表面部的维氏硬度(Hv)小于或等于1000。这种构造的一个潜在优势在于实现了表面部的淬火硬化结构强度和耐磨性。
[0014]在第一方面中，自行车盘式制动器转子装置还包括具有基部和表面部的外部构件、构造为安装到自行车的自行车轮毂组件的轮毂附接构件、和连接外部构件和轮毂附接构件的至少一个中间构件。这种构造的一种潜在优势在于，对作为制动系统的一部分联接到自行车的轮毂组件的自行车盘式制动器转子装置应用具有改进的耐蚀性、耐磨性和结构强度的表面部。
[0015]在第一方面中，外部构件中的至少一个和至少一个中间构件包括具有周面的至少一个通孔，并且所述周面完全形成表面部。这种构造的一个潜在优势在于，改进的侵蚀性、耐磨性和结构强度扩展到外部构件的所有表面区域，包括通孔的周面。
[0016]在第一方面中，至少一个中间构件与外部构件是一体的。这种构造的一个潜在优势在于可以减少制造部件的数量。
[0017]在第一方面中，至少一个中间构件与轮毂附接构件是一体的。这种构造的一个潜在优势在于可以减少制造部件的数量。
[0018]在第一方面中，至少一个中间构件与外部构件和轮毂附接构件是一体的。这种构造的一个潜在优势在于可以减少制造部件的数量。
[0019]在第二方面中，至少一个中间构件与外部构件是分离的。这种构造的一种潜在优势在于，对作为自行车盘式制动器转子装置与制动衬块直接接触的一部分的外部构件优选地应用具有改进的耐蚀性、耐磨性和结构强度的表面部。
[0020]提供该
【发明内容】
从而以简化形式介绍构思的选择，其将在下文的【具体实施方式】中进一步描述。该
【发明内容】
不旨在指定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决在本发明的任意部分中提到的任意或全部缺点的实施方式。
【附图说明】
[0021]在附图中以示例的方式而不是以限制的方式来例示本发明，在附图中相同的附图标记指示相同的元件并且其中:
图1示出了根据本发明一个公开实施例的前盘式制动器系统的示例性自行车盘式制动器转子的局部侧视图。
[0022]图2示出了示例性常规自行车盘式制动器转子的一部分的放大局部剖视图。
[0023]图3示出了根据本发明一个公开实施例的沿图1中的线A-A剖开的示例性自行车盘式制动器转子的一部分的放大局部剖视图。
[0024]图4是示出用于形成本发明的一个实施例的自行车盘式制动器转子的制造步骤的流程图。
[0025]图5A是示出针对当铁基材料在富含铬和铝的介质中被加热到900°C时的情况描绘了在大约900°C下在任意给定点处的表面部中的铬浓度、其距最外表面的距离和扩散工艺的时间量之间的关系的曲线图。
[0026]图5B是示出针对当铁基材料在富含铬和铝的介质中被加热到1000°C时的情况描绘了在近似100tC下在任意给定点处的表面部中的铬浓度、其距最外表面的距离和扩散工艺的时间量之间的关系的曲线图。
【具体实施方式】
[0027]现在将参考附图描述本发明的选定实施例。从本发明中本领域技术人员将清楚的是，本发明的实施例的下述描述仅提供用于例示，而不是为了限制本发明的目的，本发明由所附权利要求及其等同物限定。
[0028]首先参考图1，示出了根据本发明的一个公开实施例的前盘式制动器系统I的示例性自行车盘式制动器转子10。前盘式制动器系统10包括自行车盘式制动卡钳2和制动器操作(致动)机构3。自行车盘式制动器转子10固定地附接到自行车车轮(未示出)的自行车轮毂。自行车盘式制动卡钳2安装到自行车叉4，而制动器操作机构3附接到自行车车把5。除了自行车盘式制动器转子10之外，前盘式制动器系统I的操作和构成是常规的且在现有技术中被教导。而且，虽然前盘式制动器系统I在该实施例中示出为液压制动系统，但是将意识到自行车盘式制动器转子10也能够与其他类型的制动系统一起使用。
[0029]自行车盘式制动器转子10具有基底转子板18，基底转子板18包括具有基部和表面部(在图3中的截面A-A’内所示)的外部构件12、从外部构件12径向向内延伸以将外部构件12与轮毂附接构件16连接的至少一个或更多个中间构件14，该轮毂附接构件16由多个紧固件6联接到中间构件14的内端且构造为安装到自行车的自行车轮毂组件(未示出)。在该实施例中，外部构件12、中间构件14和轮毂附接构件16 —体地形成为一件式金属构件。然而，在其它实施例中，外部构件12、中间构件14和轮毂附接构件16可以是没有一体地形成的单独件。例如，在一些实施例中，至少一个中间构件14可以与外部构件12分离，并且至少一个中间构件可以与轮毂附接构件一体地形成。例如，如14A处示意所示，中间构件可以单独地形成并且之后由例如螺栓等紧固件紧固到外部构件12。在这样的构造中，所有中间构件14通常与轮毂附接构件16 —体地形成，而与外部构件分离地形成，然而，其他构造也是可能的，例如使中间构件的一体形成侧和紧固件附接侧绕转子的圆周交替。在其它实施例中，至少一个中间构件14可以与外部构件12是一体的，并且至少一个中间构件14可以与轮毂附接构件16分离地形成并且由紧固件(如14B所示)附接到轮毂附接构件16。通常，在这样的构造中，所有中间构件14与外部构件12—体地形成并且与轮毂附接构件16分离地形成且紧固到轮毂附接构件16，然而，如上所述，例如可以使中间构件14的一体形成侧和紧固件附接侧交替。如上文在所述实施例中描述的那样，将意识到至少一个且通常所有的中间构件14形成为与外部构件12和轮毂附接构件16两者是一体的。进而，至少一个外部构件12和至少一个中间构件14可以包括至少一个通孔20。在所示实施例中，多个通孔20示出为从第一侧面延伸到供制动衬块按压的第二侧面，并且遍布外部构件的整个侧面以基本上均匀的密度分布。这些通孔20用来帮助空气流分配由来自制动的摩擦导致的热，以及使外部构件轻量。
[0030]图2表示常规示例性自行车盘式制动器转子的局部剖视图，其将对应于沿图1中的虚线A-A’剖开的自行车盘式制动器转子的剖视图。基底转子板221的基部222具有外周缘222a和内周缘222b。中间构件从基部222的内周缘222b径向向内延伸。基底转子板221具有面向自行车盘式制动器转子212的相反轴向方向的第一和第二基底表面221a和221b。第一和第二基底表面221a和221b是在基部222、中间构件和轮毂附接构件上延伸的平坦表面。第一和第二表面221a和221b可以不必在所有区域上均是平坦的。例如，第一和第二基底表面221a和221b能够在中间构件和轮毂附接构件的区域中是波形的。
[0031]在现有技术实施例中，自行车盘式制动器转子212被化学处理以便还包括表面区域230，该表面区域230通过扩散工艺在基底转子板221上形成保护区域。通常，表面区域230是具有均匀厚度的合金区或层，其化学地形成在基底转子板221的所有暴露表面上。表面区域230的厚度根据自行车盘式制动器转子212经历扩散工艺的时间长度而变化。将复合材料渗透到至少第一和第二基底表面221a和221b中。同样利用扩散工艺，基部222的周缘222a和222b中的至少一个或两者也能够具有扩散区。在现有技术中，表面区域230的扩散区可以包括铝和铁复合物。在该示例中，铝扩散通过铁到达第一和第二基底表面221a和221b从而形成合金。铝的浓度梯度从外表面230a和230b朝向基部222减少，以致铝的浓度在直接接触自行车盘式制动卡钳的制动衬块的外表面230a和230b处最大。因此，覆盖在基底转子板221的基部222上的表面区域230的扩散区为自行车盘式制动器转子212提供了结构强度和耐蚀性两者，特别是在自行车盘式制动器转子212与自行车盘式制动卡钳的制动衬块接触的区域中。
[0032]参考图3，示出了根据本发明一个公开实施例的沿图1中的虚线A-A’剖开的示例性自行车盘式制动器转子10的外部构件12的一部分的放大局部剖视图。具有旋转中心轴线的自行车盘式制动器转子包括基部22和表面部23。基底转子板18的基部22包含铁并且具有外周缘22a和内周缘22b。中间构件从基部22的内周缘22b径向向内延伸。基底转子板18具有面向自行车盘式制动器转子10的相反轴向方向的第一和第二基底表面21a和21b。第一和第二基底表面21a和21b是在基部22、中间构件和轮毂附接构件上延伸的平坦表面。第一和第二表面21a和21b可以不必在所有区域上均是平坦的。例如，第一和第二基底表面21a和21b能够在中间构件和轮毂附接构件的区域中是波形的。
[0033]自行车盘式制动器转子10被化学处理以便还包括表面部23，该表面部23通过扩散工艺在基部22的外表面上形成保护区域。在一些实施例中，通孔20也可以具有完全形成表面部23的周面，该表面部23包括通过扩散工艺在基部22的外表面上形成的保护区域。在本实施例中，表面部23是具有均匀厚度的合金区或层，其化学地形成在基底转子板18的所有暴露表面中。但是，不限于该实施例，其他实施例可以包含化学地仅形成在基底转子板18的暴露表面的有限区域上的表面部23。
[0034]表面部23包括浓度梯度和扩散区，该扩散区具有被扩散且渗透到至少第一和第二基底表面21a和21b中的包含铁、铝和铬的复合材料，其遵循沿着与自行车盘式制动器转子装置10的旋转中心轴线平行的轴向方向的铬和铝的浓度梯度。铬的浓度梯度从表面部23的最外表面朝向基部减小，使得在最外表面即第一和第二外表面30a和30b上实现铬的最大浓度，而在表面部的最内部实现铬的最小浓度。因为第一和第二外表面30a和30b实现了铬的最大浓度，所以为自行车式制动器转子10提供了结构强度和耐蚀性，特别是在自行车盘式制动器转子10与自行车盘式制动卡钳的制动衬块接触的区域中。
[0035]基部22的周缘22a和22b中的至少一个或两者也能够具有扩散区。在该示例中，铝和铬扩散到第一和第二基底表面21a和21b从而形成合金。所声明的由铁、铝和铬构成的合金优于仅由铁和铝构成的合金，这是因为所声明的合金与淬火硬化结合实现了改进的耐蚀性、耐磨性和结构强度，以使表面部的维氏硬度(Hv)大于或等于250，或者小于或等于1000
[0036]参考图4，示出了形成本发明的实施例的自行车盘式制动器转子的制造步骤。制造自行车盘式制动器转子包括四个步骤:(SI)压制、(S2)扩散、(S3)淬火和(S4)研磨。在步骤SI，当将铁基材料冲压成对应于外部构件的期望形状时，利用压制工艺形成盘式制动器转子。因为耐蚀性能够受到基础基体的多孔性、硬度和表面精整度影响，所以需要仔细地压制出没有裂纹、孔隙和断裂的铁基材料。
[0037]在步骤S2，利用扩散工艺形成表面部。在扩散工艺中，通过在富含铬和铝的(固体、液体或气体)介质中在大约900-1000°C下加热，而使铬和铝扩散到铁基材料中，从而实现硬度、结构强度、耐磨性和耐蚀性。通过调节扩散工艺期间的扩散时间和介质温度来控制表面部的厚度。将介质的温度保持在上述范围内，因为超过温度上限可能损害随后的淬火硬化工艺。
[0038]在步骤S3，对盘式制动器转子的表面部进行淬火硬化。在淬火硬化工艺中，将被加热金属快速地冷却，从而防止全部晶体结构的形成，从而产生结构上坚固且抗碎裂的非晶态金属，从而实现高度的韧性和延展性。成功的处理需要被加热金属在扩散工艺完成后立即冷却且以最大可能速率被淬火。在实施成功的处理时，可以使用各种淬火介质(例如水、油、聚合物或者强迫通风)。需要仔细地控制淬火处理以便在被冷却金属内不形成内部应力。在一些实施例中，盘式制动器转子的制造工艺可以跳过淬火硬化工艺以便减少制造时间和成本。在其它实施例中，盘式制动器转子可以两次经历扩散工艺和淬火硬化以实施回火。
[0039]在步骤S4，利用研磨工艺形成表面部的最外表面。通过从表面开始研磨掉表面部的一部分从而匹配盘式制动器系统的尺寸而不会过度损失表面部的铬和铝含量，研磨工艺(严格来说可选的步骤)实现了表面部的期望厚度。在一些实施例中，表面部的厚度可以优选地大于10 μ m，更优选地大于50 μ m，且最优选地大于70 μ mD在其它实施例中，可以以如下方式来校准制造工艺，即不必要进行研磨工艺来调整自行车盘转子的尺寸以匹配盘式制动器系统。
[0040]如图5A所示，在任意给定点处的表面部中的铬浓度取决于其距离最外表面的距离。这里，针对当铁基材料在富含铬和铝的(固体、液体或气体)介质中被加热到900°C时的情况描绘了在大约900°C下在任意给定点处的表面部中的铬浓度、其距最外表面的距离和扩散工艺的时间量之间的关系。针对每个扩散曲线，表面部中的铬浓度随着距最外表面的距离增加而下降。增加的扩散时间允许铬和铝有更长的时间扩散穿过表面部，从而增加了遍布整个表面部的铬浓度，并且允许铬和铝更深地穿透到铁基材料中，还在工艺中增加了表面部的厚度。但是，过长的扩散时间会导致在表面部的最外表面中的铁浓度过低，从而导致表面部失去铁基材料提供的一些特性，例如优异的散热性。因此，扩散工艺应该理想地达到表面部中的铁、铬和铝的最终比例的平衡。
[0041]如图5B所示，在任意给定点处的表面部中的铬浓度取决于其距离最外表面的距离。这里，针对当铁基材料在富含铬和铝的(固体、液体或气体)介质中被加热到1000°C时的情况描绘了在大约100tC下在任意给定点处的表面部中的铬浓度、其距最外表面的距离和扩散工艺的时间量之间的关系。图5A和图5B之间的比较暗示了相比于900°C，优选地将铁基材料加热到1000°C提高了遍布整个表面部的铬浓度。与将铁基材料在富含铬和铝的介质中加热到900°C时的情况相比，扩散曲线还表现出更缓地下降。因此，数据暗示了相比于900°C，在1000°C下进行扩散工艺产生在最外表面附近更一致的铬浓度。当最外表面经历研磨工艺以实现表面部的期望厚度来匹配盘式制动器系统的尺寸时，这是尤其有利的。
[0042]通过除了铝外还向自行车盘式制动器转子的外表面添加铬，上述实施例提高了由铁构成的自行车转子的耐蚀性。作为根据本发明实施例的进一步优点，增强了自行车盘式制动器转子的外表面的结构强度和硬度。结果改进了抗磨损性能。
[0043]当在本文中使用时，术语“包括”及其派生词旨在成为开放式术语，其明确说明所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。该概念也适用于具有相似意思的词，例如术语“具有”、“包含”和它们的派生词。
[0044]当在本文中使用时，术语“自行车”及其派生词旨在成为开放式术语，其明确说明通过骑行者的脚在踏板上的动作来推进的具有轮的任意交通工具或机器，并且包含户外自行车、固定自行车、训练自行车、室内自行车等。
[0045]程度术语例如“大约”当在本文中使用时，意味着被修饰术语的合理偏离量，使得最终结果不被显著改变(例如，制造公差)。
[0046]虽然已经详细地描述了自行车盘式制动器转子的特定实施例，但是所公开的具体设置仅意味着是例示性的而不是限制性的。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对以上描述的各个实施例的特征及其变更进行各种组合。
【主权项】
1.一种具有旋转中心轴线的自行车盘式制动器转子装置，该自行车盘式制动器转子装置包括: 包含铁的基部；和 形成在所述基部的外表面上的表面部，所述表面部包含铁、铝和铬，所述表面部沿着与所述旋转中心轴线平行的轴向方向具有铬的浓度梯度。2.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中铬浓度从所述表面部的最外表面朝向所述基部减小。3.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部还包括包含铁和铝的复合材料。4.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部通过扩散工艺形成。5.根据权利要求3所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部被淬火硬化。6.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的最外表面通过研磨工艺形成。7.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的厚度大于10 μ m08.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的厚度大于50 μ m09.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的厚度大于70 μ m010.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的维氏硬度(Hv)大于或等于250。11.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述表面部的维氏硬度(Hv)小于或等于1000。12.根据权利要求1所述的自行车盘式制动器转子装置，还包括: 包括所述基部和所述表面部的外部构件； 构造为安装到所述自行车的自行车轮毂组件的轮毂附接构件；以及连接所述外部构件和所述轮轮毂附接构件的至少一个中间构件。13.根据权利要求12所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述外部构件中的至少一个和所述至少一个中间构件包括具有周面的至少一个通孔，并且所述周面完全形成所述表面部。14.根据权利要求12所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述至少一个中间构件与所述外部构件是一体的。15.根据权利要求12所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述至少一个中间构件与所述轮毂附接构件是一体的。16.根据权利要求12所述的自行车盘式制动器转子装置，其中所述至少一个中间构件与所述外部构件和所述轮毂附接构件是一体的。17.根据权利要求12所述的自行车盘式制动器转子装置，其中 所述至少一个中间构件与所述外部构件是分离的。
【文档编号】F16D65/12GK105909700SQ201510975019
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月23日
【发明人】佐佐木文吾, 宗和诚, 岩井亨
【申请人】株式会社岛野