JP2002295556A

JP2002295556A - ディスクブレーキパッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002295556A
Application number: JP2001103110A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Yoshimoto; 茂樹吉本
Original assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Current assignee: Sumitomo SEI Brake Systems Inc
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】摩擦材の熱膨張係数が裏板のそれよりも大き
いディスクブレーキパッドであって、熱成形、接着後、
金型から取り出して常温（室温）に冷却したときに内部
応力が残留していないものを製造可能となす。【解決手段】パッドの裏板３１と摩擦材３２を加熱、
加圧して成形接着する工程において、熱成形金型のイン
サート２０に凸部６を設け、成形圧で裏板３１に反りを
与え、その反りで、パッド冷却時に生じる摩擦材と裏板
の熱収縮量の差を吸収するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両や産業用デ
ィスクブレーキに用いられるブレーキパッド及びその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスクブレーキパッドは、裏板と摩擦
材（ライニング）の熱膨張量に差が生じると、バイメタ
ルと同じ原理で変形する。このことに言及している従来
技術としては、例えば、実開昭５８−１２９３４９号や
実開昭５８−１７６７９８号などに示されるものがあ
る。

【０００３】前者の公報は、制動時の摩擦熱でパッドが
歪むので、その歪を抑制することについて述べている。

【０００４】また、後者の公報は、制動時の摩擦熱でパ
ッドが摩擦材の端部がディスクに近づく方向に反ると、
ブレーキのいわゆる鳴きが生じ易くなるので、制動熱に
よるパッドの反りを摩擦材の端部がディスクから離れる
方向にコントロールすることについて述べている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】裏板と摩擦材の熱膨張
係数が異なることによる前述の変形（歪、反り）、いわ
ゆるバイメタル現象は、制動時だけでなく、パッドの製
造過程でも起きている。このバイメタル現象があること
は、裏板と摩擦材が互いに引っ張り合う力がパッドの内
部に存在することを意味する。

【０００６】パッドの製造過程で発生する内部応力は、
摩擦材の接着界面にクラック発生の原因となるストレス
を与え、さらに、裏板及び摩擦材の平面度を悪化させる
要因となる。

【０００７】界面クラックはストレスを与え続けると拡
大し、従って、パッドが受ける温度の中で最も時間の長
い常温下で界面に引っ張り応力が残留することが界面ク
ラックに対して最大の影響を及ぼしていると考えられ
る。

【０００８】パッドの仕上げ時の温度も常温であり、こ
の仕上げ時に内部応力が残っていると裏板及び摩擦材の
平面度を悪化させる。

【０００９】既存の殆どのパッドには、製造過程及び仕
上げ直後に、常温になった段階で内部応力が残留してい
る。このことは、製造の各過程で裏板の反り量を測定し
てその反り量の変化を追跡すると判る。

【００１０】以下に、製造過程で内部応力が発生するメ
カニズムについて説明する。なお、近年は、ノンアスベ
ストの摩擦材、中でも、アラミドファイバなどの有機繊
維を補強繊維の主体にした摩擦材が主に作られている。
そのような摩擦材は、一般に裏板よりも熱膨張係数が大
きい。従って、以下は、その条件が成立していることを
前提にして話を進める。

【００１１】一般的なブレーキパッドは、裏板に接着剤
を塗布する工程、裏板と摩擦材の原料混合物又は予備成
形品を熱成形金型に入れ、加熱、加圧して成形、接着す
る工程、その後に実施される養生のための熱処理工程な
どを経て製造される。

【００１２】熱成形、接着工程では、摩擦材の成形と同
時に裏板への接着がなされる。裏板に塗布した接着剤と
摩擦材の原料中に配合した結合剤は、一般に熱硬化性樹
脂が用いられる。これ等の熱硬化性樹脂は、熱成形開始
時点で融け、成形終了時までに硬化反応が起きて固化す
る性質を有する。その熱硬化性樹脂により摩擦材と裏板
が接着一体化されるが、通常、裏板は反りの無いものを
用い、それを熱成形金型のフラットなインサートで受け
支えて成形、接着を行うので、この段階では、図８
（ａ）に示すように、パッド３０はフラット状態を保
ち、まだ裏板３１と摩擦材３２に引っ張り合う力が生じ
ていない。

【００１３】ところが、成形、接着後のパッドを金型か
ら取り出し、常温に冷却すると、この過程で裏板３１と
摩擦材３２の熱収縮量に差が生じてパッド３０が図８
（ｂ）のように反る。この反りが裏板の弾性変形限度内
で起こるため、裏板３１はフラットな形に弾性復元しよ
うとし、その力が摩擦材３２の接着界面に引っ張り応力
となって作用する。

【００１４】図８（ｃ）は、摩擦材３２の摩擦面３３を
研磨仕上げした状態である。主体が高分子材料の摩擦材
３２は、この後、固有のクリープ現象により時間経過に
伴って永久変形を起こし、裏板３１がフラット状態に戻
るが、それまでに摩擦材が引っ張り応力に負けて界面ク
ラックを生じることがある。

【００１５】この問題に対し、実開昭５８−１２９３４
９号の技術は、摩擦材に設けた深溝により熱歪が小さく
なるとしているが、深溝では内部応力を消滅させる効果
が小さい。

【００１６】また、実開昭５８−１７６７９８号の技術
は、常温下で意図的にパッドに反りを与えるようにして
いるため、界面クラックを助長し、パッドの平面度維持
も望めない。

【００１７】そこで、この発明は、界面クラックの防
止、パッドの平面度確保のために、製造過程で常温に冷
却されたときに摩擦材に引っ張り応力が働かないように
することを課題としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、表面に接着剤を塗布した裏板
と、摩擦材の原料又は予備成形品を熱成形金型で加熱、
加圧して成形、接着する工程において、裏板をセットす
る熱成形金型のインサートに、裏板受け部のほぼ全面に
渡って裏板の両側端を受ける側が低く、中央部が高くな
る凸部を設け、その凸部で成形圧着時に裏板に弾性変形
限度内で摩擦材接着面の中央が凸となる反りを与えるよ
うにしたのである。

【００１９】インサートに設ける凸部は、滑らかな彎曲
面で形成されるものと、段階的に高さが変化する階段形
状のものが考えられる。

【００２０】なお、前記凸部を階段形状にしたり、イン
サートに設ける凸部の両端間寸法をダイのキャビティと
同一幅にし、かつ、インサートの凸部形成領域の外側に
裏板との干渉を避ける盗み部を設けたりすると金型コス
トの低減が図れて好ましい。

【００２１】これ等の方法で作られるパッドは、成形、
接着後の熱処理工程を経て室温まで冷却した段階で内部
応力がほぼ消滅しているものになる。

【００２２】

【作用】この発明では、熱成形、接着工程で高温に加熱
された裏板を、弾性変形限度内で摩擦材接着面の中央が
凸となる方向に強制的に反らせ、その反りの戻りを利用
して、裏板と摩擦材の熱収縮量の差を吸収する。

【００２３】インサートの裏板受け部に中央部が高くな
る凸部を設けておくと、摩擦材の成形時に成形圧を受け
た裏板が凸部に沿って目的とする方向に反る。また、製
造されたパッドを金型から取り出した時点で加圧力が無
くなるため、裏板は原形に弾性復元しようとする。但
し、このときには既に一体化された摩擦材に拘束され
て、裏板は完全には復元しきれず、反りを残した形にな
る。しかし、この後、パッドを常温（室温）に冷却する
と、摩擦材の収縮量が裏板のそれより大きいため、裏板
は元のフラットな形に復元し、反りを戻す力が無くなっ
て内部応力が消滅する。

【００２４】従って、この発明の方法によれば、一般的
な製造方法と同じ工程を経て内部応力の無いパッドを作
ることができ、生産性の低下等を招かずにパッドの界面
クラックと平面度悪化を防止することが可能になる。

【００２５】なお、摩擦材成形時に裏板に与える反り量
を適切に設定すれば、裏板と摩擦材の熱収縮量の差を反
りの戻りで完全に吸収してゼロにすることができるが、
界面クラックにつながらない小さな内部応力は残ってい
ても差し支えない。

【００２６】上記において好ましいとした構成の作用・
効果は次項で述べる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１にディスクブレーキパッドの
製造方法の一例を示す。図示の方法及びここで使用する
熱成形用金型は、特開平１１−８２５７９号公報などに
示されている。符号１は、固定部材（図示せず）で受け
支えた熱成形金型のインサートであり、この上に、接着
剤を塗布した裏板３１が位置決めブロック２などで位置
決めしてセットされる。３は熱成形金型のダイである。
このダイ３を裏板３１上に降下させ、ダイのキャビティ
４内に摩擦材の原料３２ａ又は予備成形品を入れ（図１
（ｂ））、その後、原料を加熱し、パンチ５で加圧して
摩擦材３２の成形、接着を行う（図１（ｃ））。

【００２８】この工程において、従来は、裏板受け部が
平坦なインサートを使用していたが、この発明では、図
２に示すように、裏板受け部のほぼ全面に渡って中央が
高くなる凸部６を設けたインサート２０を使用する。こ
のインサート２０を用いると、図３に示すように、裏板
３１（図の左右端が両側部）が成形圧で凸部６に沿って
反り、この状態で摩擦材３２の成形、接着がなされる。

【００２９】図４（ａ）は、その成形、接着時のパッド
形状を示している。このパッド３０は、熱成形金型から
取り出して常温に冷却すると、摩擦材３２の熱膨張係数
（熱収縮量）が裏板３１のそれよりも大きいため、裏板
３１の弾性復元による反りの戻りが許容されて図４
（ｂ）に示す形になる。

【００３０】この状態では、内部の残留引っ張り応力が
消滅してゼロもしくはほぼゼロになっており、常温下で
の内部応力による界面クラックが無くなる。そこで、図
４（ｃ）に示すように、摩擦面３３を平坦に研磨してパ
ッドを完成品に仕上げる。

【００３１】次に、この発明の方法を実施する上での２
つの問題とその解決策について述べる。

【００３２】問題のひとつは、インサート２０に設ける
凸部６を、図２に示すような滑らかな曲面にすると、金
型の製作コストが高くなることである。滑らかな曲面を
加工しようとすると３次元ＮＣ研磨機などの高価な加工
設備が必要になる。また、３次元ＮＣ研磨機は汎用の２
次元研磨機に比べて高度な制御を必要とし、加工速度も
遅い。

【００３３】その対策として、２つの方法を考えつい
た。そのうちのひとつは、加工領域を特定して無駄に広
げないようにすることである。そのために、図５に示す
ように、インサート２０に設ける凸部６の両端間寸法
（凸部形成域）をダイ３のキャビティ４と同一幅（Ｌ＝
Ｌ₁）にし、凸部６の形成域の外側においてインサート
２０に、裏板３１との干渉を避ける盗み部７を設けた。

【００３４】金型製作コストの低減策の他のひとつは、
図６に示すように、凸部６を階段状にしてその高さを中
央に向かって段階的に高くすることである。このような
凸部６でも裏板３１を弓なりに反らせることができる。
この階段形状の凸部６は、平面の組み合わせであるの
で、安価な２次元研磨機で加工することができる。

【００３５】問題の２つ目は、凸部６の高さｈは、複雑
な要因が絡むため、設計段階で計算して求めるのが難し
く、試行錯誤の実験が必要になると思われる。その実験
のために、凸部サイズの異なるインサートをいくつも作
成するのは好ましくない。そこで、図７に示すように、
剛性、耐熱性、熱伝導性の要求に応えられる金属シート
６ａを重ね合わせて凸部６を形成した。この構造は、厚
みが例えば０．０１〜０．１ｍｍ程度のシートを数枚重
ね、その枚数を増減したり、シート厚みを変えたりして
凸部６の高さを簡単に変えることができ、同一インサー
トを使用して凸部６の最適高さを見い出すことができ
る。また、高剛性のシートを用いると、実験用だけでな
く、実際のパッド製造にも耐える凸部も形成でき、金属
シート６ａを所要幅に切って重ねるだけで図６の凸部と
同様の階段形状の凸部６を作り出せるため、金型コスト
の低減効果を更に高めることも可能になる。

【００３６】以下に、効果の確認実験結果を記す。図７
に示す熱成形金型（Ｌ₁＝４００ｍｍ、ｈ＝０．２５ｍ
ｍ）を用いてパッドを、成形温度１６０℃、圧力１０Ｍ
Ｐａ、時間１０分の条件で製造した。パッドの裏板は、
自動車用一般鋼材ＳＡＰＨ、摩擦材は、有機繊維、無機
繊維、金属繊維、金属粉末、有機充填材、無機充填材、
熱硬化性樹脂の混合原料を用いた。裏板は、接着剤とな
る熱硬化性樹脂を表面に予め塗布している。

【００３７】こうして得られたパッドの反り量を図９に
示す方法で測定した。図９の方法は、定盤（図示せず）
上に支持ブロック１１を３個置いて高さを揃え、その支
持ブロック１１で研磨仕上げを行った摩擦面３３の端部
３点を支え、裏板３１の裏面両端部の高さＨ₁、Ｈ₂と
裏面中央部の高さＨ₃を測定し、裏板の反り量Ｘを、Ｘ
＝Ｈ₃−（Ｈ₁＋Ｈ₂）／２の式で求める。

【００３８】その結果、この発明の方法で得られたパッ
ドは、熱成形金型から取り出して室温に冷却した後の裏
板反り量と、摩擦面研磨仕上げ後の裏板反り量が共にゼ
ロであった。

【００３９】これに対し、裏板受け部が平坦なインサー
トを用いて従来法で製造したパッドは、図８（ｂ）、
（ｃ）のように反り、室温冷却後、摩擦面研磨仕上げ後
の裏板反り量が共に０．１ｍｍであった。裏板は発明
品、比較品とも原形では反りの無いものを用いており、
従って、従来法で製造したパッドは、製造過程で裏板に
反りが生じたことになる。

【００４０】製造に供する前、金型から取り出して室温
に冷却した後、及び摩擦面研磨仕上げ後の裏板反り量に
差があると云うことは、内部応力の残留が疑われる。そ
こで、従来法で製造したパッドについて摩擦材の殆どを
削り取ったところ、裏板の０．１ｍｍの反りが無くなっ
た。このことから、従来法で製造したパッドに仕上げ段
階で内部応力が存在していたことが証明される（反り量
の変化を追跡する方法でも証明可能）。

【００４１】なお、仕上げ段階でパッドに残留している
応力は、摩擦材のクリープによる永久変形が生じてやが
て消失するが、それまでの時間が長く、その間に内部応
力に起因した界面クラックが生じてしまう。

【００４２】この発明の方法で得られたパッドは、仕上
げ段階で内部応力が残されておらず、界面クラックと平
面度悪化が防止される。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の方法によ
れば、一般的な製造方法と同じ工程を経て仕上げ段階で
内部応力を保有していないパッドを製造することがで
き、生産性の低下を招かずにパッドの界面クラック、平
面度悪化を抑えて品質と信頼性を高めることが可能にな
る。

【００４４】インサートに設ける凸部を階段状にしたも
の、金属シートを重ね合わせて形成したものは、熱成形
金型の製作コスト削減も図れ、凸部高さの適正化も容易
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パッドの製造方法の一例を示す動作工程図であ
り、（ａ）はインサートに裏板とダイを組合わせた状
態、（ｂ）は摩擦材原料投入後の状態、（ｃ）は原料を
加熱、加圧して摩擦材の成形と接着を行っている状態を
各々表わしている。

【図２】この発明で用いる熱成形金型の一例を示す断面
図

【図３】図２の金型による成形、接着時の作用断面図

【図４】この発明の方法で製造されるパッドの形状変化
の過程を示す図であり、（ａ）は金型の中で加圧成形さ
れているパッドの形状、（ｂ）は金型から取出し、冷却
した後のパッド形状、（ｃ）は摩擦面研磨仕上げ後のパ
ッド形状を各々表わしている。

【図５】金型の変形例を示す断面図

【図６】金型の更に他の例を示す断面図

【図７】金型の更に他の例を示す断面図

【図８】従来法で製造されるパッドの形状変化の一例を
示す図であり、（ａ）は金型の中で加圧成形されている
パッドの形状、（ｂ）は金型から取出し、冷却した後の
パッド形状、（ｃ）は摩擦面研磨仕上げ後のパッド形状
を各々表わしている。

【図９】パッドの裏板の反り量測定法を示す図

【符号の説明】

１、２０インサート２位置決めブロック３ダイ４キャビティ５パンチ６凸部６ａ金属シート７盗み部３１裏板３２ａ摩擦材の原料又は予備成形品３２摩擦材Ｌキャビティ巾Ｌ₁ 凸部の加工巾ｈ凸部高さ１１支持ブロックＨ₁、Ｈ₂、Ｈ₃ 裏板両端部（Ｈ₁、Ｈ₂）と中央部
（Ｈ₃）の定盤からの高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J058 AA62 BA46 CA42 CA47 DD11 EA03 EA39 FA01 FA11 GA61 GA92 4F202 CA09 CB01 CB22 CK25 CN01 4F204 AE08 AG03 AG21 AH81 AM35 FA01 FB01 FB22 FN15 FQ01 FQ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に接着剤を塗布した裏板と、摩擦材
の原料又は予備成形品を熱成形金型で加熱、加圧して成
形、接着する工程において、裏板をセットする熱成形金
型のインサートに、裏板受け部のほぼ全面に渡って裏板
の両側端を受ける側が低く、中央部が高くなる凸部を設
け、その凸部で成形圧着時に裏板に摩擦材接着面の中央
が凸となる反りを与えることを特徴とするディスクブレ
ーキパッドの製造方法。
【請求項２】インサートに設ける前記凸部を、滑らか
な彎曲面で形成した請求項１記載のディスクブレーキパ
ッドの製造方法。
【請求項３】インサートに設ける前記凸部を、段階的
に高さが変化する階段形状にした請求項１記載のディス
クブレーキパッドの製造方法。
【請求項４】インサートに設ける凸部の両端間寸法を
ダイのキャビティと同一幅にし、かつ、インサートの凸
部形成領域の外側に裏板との干渉を避ける盗み部を設け
た請求項１乃至３のいずれかに記載のディスクブレーキ
パッドの製造方法。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかの方法で製造
され、成形、接着後の熱処理工程を経て室温まで冷却し
た段階で内部応力がほぼ消滅しているディスクブレーキ
パッド。