JP2008232207A - 自転車用ディスクブレーキパッド - Google Patents

Abstract

【課題】自転車用ディスクブレーキパッドにおいて、音鳴りを抑え、かつ製造を容易に行えるようにする。
【解決手段】自転車用ブレーキパッド７６は、自転車用ディスクブレーキ装置１２のパッドであって、バックプレート部７７と、摩擦部７９と、を備えている。バックプレート部７７は、銅系焼結合金製のものである。摩擦部７９は、バックプレート部と一体で焼結形成された銅系焼結合金製のものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、ブレーキパッド、特に、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、銅系焼結金属製の乾式の摩擦部材と、摩擦部材が接合されたたとえばステンレス合金等の鋼製のバックプレートとを有するものが従来周知である（たとえば、特許文献１参照）。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めっきを形成し、その銅めっき層の上に摩擦部材となる成形された金属粉末の圧粉体を載置し、たとえば、９００℃程度の高温で加熱プレス機により摩擦部材となる圧粉体を焼成しつつバックプレートに接合している。このように製造されたブレーキパッドでは、バックプレートと銅めっき層とは金属的に結合する化学結合により結合されている。
特開平０８−１８８７６９号公報

前記従来の銅めっき層上に摩擦部材を拡散接合法により接合する構成では、摩擦部材に化学的に結合する銅めっき層をバックプレート上に形成し、その上に摩擦部材を焼結形成している。このため、バックプレート表面に銅めっき層を形成する前処理工程や熱処理中に加圧して拡散接合するための設備が必要になり、製造工程が複雑になる。

また、拡散接合するには、８５０度以上の高い温度が必要であり、焼結の際の焼成温度が高くなって摩擦部材の硬度が高くなり、制動時に音鳴りすることがある。

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、音鳴りを抑え、かつ製造を容易に行え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、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、バックプレート部と、摩擦部と、を備えている。バックプレート部は、銅系焼結合金製のものである。摩擦部は、バックプレート部と一体で焼結形成された銅系焼結合金製のものである。

このディスクブレーキパッドでは、従来は摩擦部にしか使用されていない銅系焼結合金でバックプレート部を摩擦部と一体で成形し焼結形成している。このため、従来、摩擦部材に化学的に結合する銅めっき層をバックプレート上に形成し、その上に摩擦部材を焼結形成している工程に比べて、銅めっき層を形成する前処理工程や熱処理中に加圧して拡散接合する工程が不要になる。しかも、バックプレートに摩擦部を接合する必要がないため、接合のための温度より低い温度で摩擦部を含むブレーキパッドを製造可能になる。この結果、摩擦部の硬度が低くなり、音鳴りを抑えることができるとともに、自転車用ディスクブレーキパッドの製造工程を簡素化して製造を容易に行えるようになる。

発明２に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明１に記載のパッドにおいて、バックプレート部及び摩擦部は、銅及び錫を含む金属粉末を成形して共に一体焼結させて製造される。この場合には、銅に錫を加えることにより、バックプレートとしての強度を維持して摩擦部としての耐熱性や耐摩耗性を維持できる。

発明３に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明２に記載のパッドにおいて、バックプレート部の金属粉末は、重量比で銅(Ｃｕ)が約８９パーセント、錫(Ｓｎ)が約９パーセント、鉄(Ｆｅ)及びクロム(Ｃｒ)がそれぞれ約１パーセントである、この場合には、錫の割合を多くすることによりによりバックプレートの強度を高めることができる。

本発明によれば、従来、摩擦部材に化学的に結合する銅めっき層をバックプレート上に形成し、その上に摩擦部材を焼結形成している工程に比べて、銅めっき層を形成する前処理工程や熱処理中に加圧して拡散接合する工程が不要になる。しかも、バックプレートに摩擦部を接合する必要がないため、接合のための温度より低い温度で摩擦部を含むブレーキパッドを製造可能になる。この結果、摩擦部の硬度が低くなり、音鳴りを抑えることができるとともに、自転車用ディスクブレーキパッドの製造工程を簡素化して製造を容易に行えるようになる。

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、全体が焼結合金製の焼結パッドであり、図６及び図７に示すように、たとえば、バックプレート部７７と、バックプレート部７７上に形成された摩擦部７９とを備えている。

バックプレート部７７は、たとえば、１．７ｍｍ〜１．８ｍｍ程度の厚みの銅系焼結金製の板状部分であり、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。バックプレート部７７は、銅及び錫を含む金属粉末を成型して焼結させて製造される。バックプレート部７７に用いる金属粉末は、重量比で銅(Ｃｕ)が約８９パーセント、錫(Ｓｎ)が約９パーセント、鉄(Ｆｅ)及びクロム(Ｃｒ)がそれぞれ約１パーセントである。

摩擦部７９は、バックプレート部７７と、一体で焼結形成された銅系焼結合金製である。バックプレート部７７及び摩擦部７９は、銅及び錫を含む金属粉末を成形して共に一体焼結させて製造される。摩擦部７９の厚みは、たとえば、２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度の厚みである。摩擦部７９の金属粉末は、摩擦部７９の金属粉末は、重量比で銅(Ｃｕ)が約６０パーセント、錫(Ｓｎ)が約２パーセント、鉛（Ｚｎ）が約７パーセント、ニッケル（Ｎｉ）が約６パーセント、クロム（Ｃｒ）が約３パーセント、鉄(Ｆｅ)が約２パーセント、黒鉛が約１０パーセント、その他の金属が約１０パーセント程度である。

このようにバックプレート部７７と摩擦部７９とで同じ銅系焼結合金であっても、銅と錫の重量比を変え、バックプレート部７７の錫の割合を多くすることにより、バックプレート部７７に要求される高い強度と、摩擦部７９に要求される耐熱性や耐摩耗性を高めることができる。

次にディスクブレーキパッド７６の製造方法について説明する。

最初にバックプレート部７７と摩擦部７９とで配合割合を変えた２種の金属粉末の混合物を用意する。配合割合は前述したとおりである。次に、図６及び図７に示したような形状のブレーキパッド７６となる空間が形成された金型に金属粉末の混合物を充填する。この充填工程では、最初に、用意された摩擦部７９用の金属粉末の混合物を金型の摩擦部となる空間に充填し、続いて、バックプレート部７７用の金属粉末の混合物をバックプレート部となる空間に充填する。充填が終わると、ブレス用の金型で空間を塞いで加熱プレス機にセットする。そして、プレス機で、たとえば８００℃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７９とバックプレート部７７とが一体で形成されたブレーキパッド７６が形成される。

ここでは、錫を含む銅系焼結金属製のバックプレート部７７と摩擦部７９とが一体形成されるので、ブレーキパッドの製造工程が簡素化し、ブレーキパッドのコストダウンを図ることができる。

また、拡散接合により摩擦部を接合する必要がないので、焼結温度を低くすることができ、摩擦部７９の硬度を低くできる。このため、制動時に摩擦部７９がディスクロータ２２を挟持しても、音鳴りが生じにくくなる。

さらに、ブレーキバッド７６全体を圧粉成形するので、複雑な三次元形状のバックプレートの製作も容易になり、機能及び意匠の向上を図ることもできる。

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。

〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、銅系合金として錫を加えたものを開示したが、本発明はこれに限定されない。

（ｂ）前記実施形態では、形成と接合を同時に行える焼結金属製の摩擦部材を開示したが、摩擦部材は溶射層に拡散接合できるものではあれば、予め形成されたものであってもよい。

（ｃ）前記実施形態では、摩擦部材の材料として、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を例示したが、摩擦部の材料はこれらに限定されない。

本発明の一実施形態を採用した自転車の前部側面図。 そのディスクロータ部分の側面図。 ブレーキキャリパの分解模式図。 ブレーキ作動機構の正面図。 ディスクブレーキ装置の概略構成図。 本発明の一実施形態によるディスクブレーキパッドの平面図。 図６のVII−VII断面模式図。

符号の説明

１２ ディスクブレーキ装置
７６ ブレーキパッド
７７ バックプレート部
７９ 摩擦部

Claims (3)

1. 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、
   銅系焼結合金製のバックプレート部と、
   前記バックプレート部と一体で焼結形成された銅系焼結合金製の摩擦部と、
   を備えた自転車用ディスクブレーキパッド。
2. 前記バックプレート部及び摩擦部は、銅及び錫を含む金属粉末を成形して共に一体焼結させて製造される、請求項１に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
3. 前記バックプレート部の前記金属粉末は、重量比で銅(Ｃｕ)が約８９パーセント、錫(Ｓｎ)が約９パーセント、鉄(Ｆｅ)及びクロム(Ｃｒ)がそれぞれ約１パーセントである、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。

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