JP2005351288A - 自転車用ディスクブレーキパッド - Google Patents
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Abstract
【課題】 自転車用ディスクブレーキパッドにおいて、バックプレートの材質の限定を少なくし、かつ高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようにする。
【解決手段】 自転車用ディスクブレーキパッド76は、バックプレート77に焼結金属製の摩擦部材78が接合されたパッドであって、バックプレート77と摩擦部材78の接合面は、溶接接合された第1接合領域60と、接着接合された第2接合領域61とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図7
【解決手段】 自転車用ディスクブレーキパッド76は、バックプレート77に焼結金属製の摩擦部材78が接合されたパッドであって、バックプレート77と摩擦部材78の接合面は、溶接接合された第1接合領域60と、接着接合された第2接合領域61とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図7
Description
本発明は、ブレーキパッド、特に、バックプレートに摩擦部材が接合された自転車用ディスクブレーキパッドに関する。
ディスクブレーキパッドは、通常、車輪とともに回転するディスクブレーキロータを挟持して車輪を制動する。この種のディスクブレーキパッドとして、焼結金属製の摩擦部材と、摩擦部材が接合されたたとえばステンレス合金製のバックプレートとを有するものが従来周知である。このような焼結金属製の摩擦部材を有する従来のディスクブレーキパッドでは、摩擦部材は拡散接合法によって焼結金属の焼成と、バックプレートへの接合とを同時に行って製造している。具体的には、バックプレートの接合面に銅メッキをした上に摩擦部材となる焼結金属の焼成している。したがって、焼成接合時にバックプレートは、900℃程度の高温に曝される。
前記従来の焼結金属を摩擦部材に用いた構成では、摩擦部材の接合時にバックプレートが高温になるため、バックプレートに使用できる金属の材質が高温に耐え得るステンレス合金等の比較的比重が重い金属に限定される。このため、特に自転車に求められるブレーキパッドの軽量化を図ることができない。そこで、焼結金属製の摩擦部材をバックプレートに接着剤により接着することが考えられる。しかし、接着剤により摩擦部材をバックプレートに接合すると、ハードな制動によりブレーキパッドがたとえば300℃程度の高温状態になったとき、剥離強度が低下し接合力を十分に確保できないおそれがある。
本発明の課題は、自転車用ディスクブレーキパッドにおいて、バックプレートの材質の限定を少なくし、かつ高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようにすることにある。
発明1に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、バックプレートに焼結金属製の摩擦部材が接合されたパッドであって、バックプレートと摩擦部材の接合面は、溶接接合された第1接合領域と、接着接合された第2接合領域とを含むことを特徴とする。
このディスクブレーキパッドでは、接合面が溶接接合された第1接合領域と、接着接合された第2接合領域とを含んでいる。この第1接合領域は溶接接合であるため、焼成に比べて低い数百℃以下の温度で摩擦部材を接合できる。しかも、焼成に比べると低いがやはり数百℃の温度に曝される溶接接合される第1接合領域が全体ではなく部分的であるので、全体として低い温度で接合できる。このため、バックプレートに使用する金属の材質の制限が緩和され、バックプレートの材質としてチタン合金やアルミニウム合金といった比重が小さい金属を用いることができる。また、制動時に高温状態になっても剥離強度の低下が生じにくくなり、高温状態での接合力を十分に確保することができる。また、第2接合領域は、接着接合であるため、基本的な接合強度を確保することができる。ここでは、摩擦部材とバックプレートとを溶接接合と接着接合とを組み合わせて接合することにより、接合時の温度を低くすることができ、バックプレートの材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。
発明2に係る自転車用ディスクブートパッドは、発明1に記載のパッドにおいて、第1接合領域は、接合面の略中央部分に設けられ、第2接合領域は、第1接合領域以外の接合面の全体に設けられていることを特徴とする。この場合には、溶接接合される第1接合領域が中央部分に配置されるので、溶接接合を短時間で行うことができ、熱の影響をバックプレート全体に与えにくくなる。
発明3に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明1又は2に記載のパッドにおいて、第1接合領域は、略円形の領域であることを特徴とする。この場合には、溶接接合される第1接合領域が略円形であるので、溶接したときに溶接部分のひずみが生じにくくなる。
発明4に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明1から3のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートの第1領域には、突起部が設けられていることを特徴とする。この場合には、突起部を形成することにより、溶接時の電気の流れが良好になり、バックプレートと摩擦部材とが確実に溶着されるようになる。
発明5に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明4に記載のパッドにおいて、突起部は、所定幅を有する閉じた帯状に形成されていることを特徴とする。この場合には、突起部が帯状に閉じて形成されているので、電気溶接時における電気の流れを突起部により集中させることができ、より確実に、しかも短時間に溶着されるようになる。
発明6に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明5に記載のパッドにおいて、突起部は、環状に形成されていることを特徴とする。この場合には、突起部が環状に形成されているので、電気溶接時における電気の流れを突起部にさらに集中させることができ、より確実に、しかも短時間に溶着されるようになる。
発明7に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明1から6のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートは、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする。この場合には、バックプレートがアルミニウム合金製であるので安価にバックプレートの軽量化を図ることができる。
発明8に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明1から6のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートは、チタン合金で構成されていることを特徴とする。この場合には、バックプレートがチタン合金製であるので、強度を高く維持してバックプレートの軽量化を図ることができる。
本発明によれば、溶接接合と接着接合とを組み合わせることにより、接合時の温度を低くすることができ、バックプレートの材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。
図1は、本発明の実施形態1によるディスクブレーキ装置12を搭載した自転車10のフロント部分を示している。このような自転車10は、当該技術では公知であり、自転車の構成部品についての詳細な説明は省略する。
自転車10は、従来知られたものであり、ハンドルバー15を有する自転車フレーム14と、フロント及びリアフォーク16(フロントフォークのみ図示)と、前後輪17(前輪のみ図示)と、スプロケットやチェーンを含む駆動装置とを含んでいる。
ディスクブレーキ装置12は、ダブルクラウン型のサスペンション付きのフロントフォーク16に装着されたブレーキキャリパ21と、ディスクロータ22と、ブレーキ作動機構23とを備えている。
ブレーキキャリパ21は、ディスクロータ22に近接した位置で自転車10のフロントフォーク16に取り付けられており、ディスクロータ22にその回転を停止させる締め付け力を加えることができる。図2及び図3に示すように、ブレーキキャリパ21は、ハウジング50と、ピストンユニット51とを備えている。ハウジング50は、たとえばアルミニウム合金などの熱伝導性材料で構成されており、ボルトで結合された第1ハウジング部材52aと、第2ハウジング部材52bとを有している。両ハウジング部材52a,52bは実質的に同じ形状であり、第2ハウジング部材52bには、ブレーキ作動機構23の油圧配管86が連結され、両ハウジング部材52a,52bにブレーキオイルが供給されるようになっている。
また、第2ハウジング部材52bは、ブレーキキャリパ21をフロントフォーク16にボルト止めするための取付部材54を形成する外向きに延出したフランジを有している。両ハウジング部材52a,52bをボルト締めすると、ブレーキスロットがその間に形成され、その間にディスクロータ22を収納することができる。また両ハウジング部材52a,52bには、図3及び図5に示すように、それぞれ2つのピストン74が収納される円形のシリンダ部57a,57bと、それぞれのシリンダ部57a,57bにブレーキオイルを供給するための油路58a,58bが形成されている。これにより、ブレーキ作動機構23から供給されたブレーキオイルは、第2ハウジング部材52bに流入して油路58a,58bに流入することによってピストンユニット51を作動させる。
図3に示すように、ピストンユニット51は、4つのピストン74と、1対のブレーキパッド76とを有している。ピストン74は、1対のシリンダ部57a,57bに摺動自在にはめ込まれており、制動解除位置と制動位置との間で移動する。ブレーキパッド76は、ピストン74の先端に配置され一体で移動する。したがって、ピストン74が制動解除位置から制動位置に移動するとブレーキパッド76も制動解除位置から制動位置に移動する。制動位置にあるとき、ブレーキパッド76はディスクロータ22を挟持して摩擦係合し、ディスクロータ22を介して前輪17を制動する。制動解除位置にあるとき、ブレーキパッド76はディスクロータ22から離れてディスクロータ22は自由回転可能になる。
ブレーキパッド76は、たとえば、焼結パッドであり、図6及び図7に示すように、たとえば、アルミニウム合金やチタン合金等の軽金属製のバックプレート77に焼結金属製の摩擦部材78が接合されたものである。バックプレート77は、たとえば、1.5mm〜1.8mm程度の厚みのアルミニウム合金やチタン合金等の軽合金製の板状部材であり、第1及び第2ハウジング部材52a,52bに係止される鉤状の係止部77aと、第1及び第2ハウジング部材52a,52bに進退自在に支持される円形の支持部77bとを有している。なお、バックプレート77には、接合前には、円環状に突出する突起部77cが中央部分に形成されている。この突起部77cは、後述する溶接接合処理により溶融して消滅する。突起部77cの突出量は0.1mm〜0.5mmの範囲、好ましくは、0.3mmである。
摩擦部材78は、バックプレート77上に積層されるものであり、たとえば、三酸化二クロム,スズ及びその化合物,銅及びその化合物等の金属粉末を形に入れて焼成して結合させた焼結金属製である。摩擦部材78の厚みは、たとえば、2.0mm〜2.5mm程度の厚みである。
バックプレート77と摩擦部材78との接合面は、溶接接合された第1接合領域60と、接着接合された第2接合領域61とを有している。第1接合領域60は、中央部分に形成された突起部77cの内周側及び外周側を覆うように略円形の領域となっている。この第1接合領域60は、溶接により形成され、バックププレート77及び摩擦部材78の溶融した金属が固化した金属層で構成される。第2接合領域61は、第1接合領域60の周囲に形成されている。この第2接合領域61は、主としてたとえばフェノール樹脂系接着剤層で構成されている。
このように焼結金属製の摩擦部材78の焼成と同時にバックプレート77に接合するのではなく、摩擦部材78の焼成工程と摩擦部材78のバックプレート77への接合工程とを分けることにより、焼成時の高温による影響をバックプレート77が受けなくなり、バックプレート77の材質の限定が少なくなる。このため、本実施形態では、アルミニウム合金チタン合金などの軽量な金属をバックプレート77に使用でき、ブレーキパッド76の軽量化を図ることができる。
また、接合面を溶接接合による第1接合領域60と、接着による第2接合領域61とを組み合わせることにより、基本的な接合強度を第2接合領域61で確保し、高温状態での接合強度を第1接合領域60で確保することにより、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。
次にディスクブレーキパッド76の製造方法について図8及び図9を用いて説明する。
図8に示すように、バックプレート77では、ステップS1で母材となるアルミニウム合金又はチタン合金製の板材を用意する。ステップS2では、たとえば油圧プレス機を利用して周囲の形状の打ち抜きを行うとともに、中心部に突起部77cを形成する。突起部77cの突出量は、前述したように0.1mm〜0.5mmの範囲、好ましくは、0.3mmである。ステップS3では、接着剤の付着性を良くするために表面をショットブラスト処理する。これにより、バックプレート77の準備作業は終了する。
一方、摩擦部材78では、ステップS4で焼結する金属粉末の混合物を含む摩擦部材の原材料を用意する。ステップS5では、用意した原材料を金型に充填して900℃の温度でプレス加工して所望の形状に焼結成形する。これにより、摩擦部材78の準備作業は終了する。なお、ここでは、それぞれの準備作業はステップの順に行われるのではなく、バックプレート77と摩擦部材78とは別々に用意される。
バックプレート77と摩擦部材78とが用意されると、ステップS6では、図9(a)に示すように、突起部77cの内周部及びその周辺の第1接合領域60となる溶接接合領域をマスキング処理する。ステップS7では、図9(b)及び図9(c)に示すように、マスキングした部分を除く第2接合領域61となる領域に、たとえば、フェノール樹脂系の接着剤61aを塗布する。ステップS8では、図9(d)に示すように、準備された摩擦部材78を接着剤61aが塗布されたバックプレート77上に位置決めして載置する。ステップS9では、それらの金型に装着してたとえば250Kgの荷重で押圧するとともに、350ボルトの電圧を10ミリ秒、第1接合領域60に印加して加圧・電着溶接処理を行う。これにより、図9(e)に示すように、第1接合領域60では、突起部77c及び摩擦部材78が溶融して摩擦部材78がバックプレート77に溶接接合されるとともに、第2接合領域61では、接着剤61aにより摩擦部材78がバックプレート77に接着接合される。ステップS10では、接着剤61aを硬化処理するために加熱炉を用いて180℃の温度で15分程度加熱する。これによりブレーキパッド76が完成する。
ディスクロータ22は、図1に示すように、前輪17のハブに固定されており、前輪17に連動して回転する。ディスクロータ22は、図2に示すように、たとえばステンレス合金製の円板部材であり、中心に位置するハブ取付部22aと外周側の摩擦面となるリング状のロータ部22bとを一体形成したものである。
ブレーキ作動機構23は、図4及び図5に示すように、ブレーキキャリパ21を作動させてディスクロータ22を強力に挟持することにより前輪17に制動をかけるための機構である。ブレーキ作動機構23は、ハンドルバー15の右端部に一体で取り付けられている。ブレーキ作動機構23は、ブレーキレバー80と、マスターシリンダ81と、マスターピストン82と、オイルタンク83とを有している。
ブレーキレバー80は、図4及び図5に示すように、ハンドルバー15に装着されたブラケット84と、ブラケット84に制動位置と制動解除位置とに揺動自在に装着されたレバー部85とを有している。ブラケット84は、マスターシリンダ81と一体形成されており、マスターピストン82及びオイルタンク83はブラケット84に支持されている。マスターピストン82は、マスターシリンダ81内に移動可能に取り付けられている。さらに具体的に言うと、オイルタンク83はマスターシリンダ81に取り付けられており、マスターシリンダ81の内孔と連通してそれに作動流体を供給する。マスターピストン82は一端部でレバー部85に連結されているため、マスターピストン82をマスターシリンダ81内で軸方向に移動させることができる。従って、レバー部85を作動させると、マスターピストン82はマスターシリンダ81内を軸方向に移動する。このようにマスターピストン82がマスターシリンダ81内を移動することによって、圧油がブレーキキャリパ21に連結された油圧配管86へ送られる。このため、圧油がピストン74およびブレーキパッド76を移動させてディスクロータ22を挟持し、前輪17を制動する。
このディスクブレーキ装置12では、ブレーキ作動機構23の作動によって、ブレーキキャリパ21は、ディスクロータ22が回転可能な制動解除位置とディスクロータ22に制動力を作用させる制動位置との間で動作する。
ここでは、ディスクブレーキパッド76において、バックプレート77と摩擦部材78とを溶接接合と接着接合とを組み合わせて接合することにより、接合を短時間で完了させることができるので、バックプレート77の材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになるとともに、摩擦部材78の接合力を短時間の接合であっても十分に確保できるようになる。しかも、摩擦部材78全体をバックプレート77に溶接接合する場合に比べて熱によるバックプレート77の変形や摩擦部材78の変形等の悪影響も最小限に防止できる。
〔他の実施形態〕
(a) 前記実施形態では、突起部77cを円環状に突出して形成したが、突起部77cの形状は上記実施形態に限定されず、たとえば、矩形枠状に所定幅を有する閉じた帯状に形成されていてもよい。また、閉じていない形状でもよく、電気溶接時に電気の流れが集中できるような形状であればよい。
(a) 前記実施形態では、突起部77cを円環状に突出して形成したが、突起部77cの形状は上記実施形態に限定されず、たとえば、矩形枠状に所定幅を有する閉じた帯状に形成されていてもよい。また、閉じていない形状でもよく、電気溶接時に電気の流れが集中できるような形状であればよい。
(b) 前記実施形態では、バックプレート77の周縁部全体に凸部を設けていないが、凸部を設けて摩擦部材を位置決めしやすいようにしてもよい。
(c) 前記実施形態では、バックプレート77の材質をアルミニウム合金又はチタン合金としたが、バックプレート77の材質は上記合金に限定されない。ただし、軽量化を図る上では、軽金属が好ましい。
60 第1接合領域
61 第2接合領域
61a 接着剤
76 ブレーキパッド
77 バックプレート
77c 突起部
78 摩擦部材
61 第2接合領域
61a 接着剤
76 ブレーキパッド
77 バックプレート
77c 突起部
78 摩擦部材
Claims (8)
- バックプレートに焼結金属製の摩擦部材が接合された自転車用ディスクブレーキ装置のディスクブレーキパッドであって
前記バックプレートと前記摩擦部材の接合面は、
溶接接合された第1接合領域と、
接着接合された第2接合領域と、
を含むことを特徴とする自転車用ディスクブレーキパッド。 - 前記第1接合領域は、前記接合面の略中央部分に設けられ、
前記第2接合領域は、前記第1接合領域以外の接合面の全体に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。 - 前記第1接合領域は、略円形の領域であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
- 前記バックプレートの第1領域には、突起部が設けられていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
- 前記突起部は、所定幅を有する閉じた帯状に形成されていることを特徴とする、請求項4に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
- 前記突起部は、環状に形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
- 前記バックプレートは、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
- 前記バックプレートは、チタン合金で構成されていることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
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