JP2009041583A - ディスクパッド - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクパッドにおいて、摩擦材の部分的な脱落をも有効に防止できるようにする。
【解決手段】基板１２と摩擦ブロック１４との間に配置され、ブレーキディスクへの押圧によって摩擦材２３の傾き変位を可能にしつつ、基板１２に近づく方向への摩擦ブロック１４の移動を可能にする弾性部材４０と、摩擦材２３が固着された補強板２１の一面から突出するように設けられ、摩擦材２３の摩擦面２３ａの近傍に達する高さを有するとともに側面に凹凸が設けられた複数の突起部４８と、を備える。突起部４８は摩擦材２３に固着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のディスクパッドに関するものである。

一般に車両のディスクパッドは、例えば下記特許文献１及び２に開示されているように、裏金に取り付けられた補強板等に摩擦材を固定した構造となっている。具体的には、特許文献１のブレーキパッドでは、摩擦材を補強板に組み付けた状態で焼結させるとともに、それをリベットによって裏金に締結している。一方、特許文献２のブレーキパッドでは、粗地で被覆された粗地支持体が裏金に溶接され、この粗地支持体に摩擦材がプレスされている。
特開平７−１５８６７３号公報 特表２００４−５２２１１８号公報

前記特許文献に開示されたブレーキパッドでは、補強板又は粗地支持体を備えることにより、摩擦材自体がこれら補強板等から外れて脱落しないようになっている。しかしながら、摩擦材として例えば多種の物質を母材に分散させてなる焼結材を利用する場合は、分散させた物質と母材の熱膨張率が異なるため、摩擦熱などによりその物質と母材との境界面が剥離し、それに沿って摩擦材の厚み方向の中間部にクラックが生じることがある。この場合、これらのブレーキパッドでは、補強板又は粗地支持体と摩擦材の結合部は強固に結合されているものの、摩擦材の摩擦面側の一部が脱落するのを防止することは困難である。すなわち、ブレーキ時に摩擦材がせん断力を受けることにより、摩擦材に裏金に沿う方向にクラックが入った場合、このクラックは使用の継続によって次第に進展するため、クラックが原因となって摩擦材が部分的に分離して脱落してしまう虞がある。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディスクパッドにおいて、摩擦材の部分的な脱落をも有効に防止できるようにすることにある。

前記の目的を達成するため、本発明は、基板と、支持部材に摩擦材が固着された構成であり且つ前記基板に組み付けられる摩擦ブロックと、を備えたディスクパッドであって、
前記基板と前記摩擦ブロックとの間に配置され、ブレーキディスクへの押圧によって前記摩擦材の傾き変位を可能にしつつ、前記基板に近づく方向への前記摩擦ブロックの移動を可能にする弾性部材と、前記摩擦材が固着された前記支持部材の一面から突出するように設けられ、前記摩擦材の摩擦面又はその近傍に達する高さを有するとともに側面に凹凸が設けられた複数の突起部と、を備え、前記突起部は前記摩擦材に固着されているディスクパッドである。

本発明では、ブレーキ時にせん断力を受けることで摩擦材にクラックが発生する可能性があるが、その場合でも、クラックは、突起部によって進展する範囲が制限され、全体に伸展することが防止される。しかも、クラックが発生して摩擦材の一部が摩擦面側と支持部材側とに分離可能な状態になったとしても、摩擦材が側面に凹凸を有する突起部にも固着されているので、摩擦材と突起部との固着強度が強固であるため、突起部に保持されることとなる。このため、摩擦材が部分的に脱落したり、飛散したりするのを防止することができる。言い換えると、摩擦材全体が脱落したり、飛散したりする程度にクラックが成長するのを突起部によって防止し、かつその一部が脱落したり、飛散したりすることも突起部によって防止することができる。

ここで、前記突起部は、機械的な締結手段によって前記支持部材に固定されていてもよい。

この態様では、支持部材と突起部とが融合し難い材質を選定することも可能である。したがって、材質面における設計の自由度が向上し、しかも突起部を支持部材に強固に取り付けることができる。

この態様において、前記突起部は、前記支持部材に螺合される雄ねじからなる第１凹凸部と、前記摩擦材に固着される第２凹凸部とを有する構成であってもよい。

この態様では、突起部に第１凹凸部と第２凹凸部とが別個に設けられているので、第１凹凸部を、支持部材に締結するのに最適なねじ形状又は大きさに設定するとともに、第２凹凸部を、摩擦材を固着させ易い凹凸形状又は大きさに設定することが可能となる。したがって、支持部材への締結と摩擦材への固定という相反する両者の要求特性を満足し易くすることができる。

さらにこの態様において、前記第２凹凸部の凹凸は前記第１凹凸部の凹凸よりも大きくてもよい。

この態様では、薄板の支持部材に螺合される雄ねじのやま（第１凹凸部）の数を多くして突起部を強固に固定できる。一方、雄ねじのやまの数が多くなると凹凸は小さくなり、それに伴い摩擦材が凹凸内部に入りにくくなるので、摩擦材を確実に固着させることができなくなる。しかしこの態様では第２凹凸部の凹凸を第１凹凸部の凹凸よりも大きくすることで、摩擦材を凹凸内部に入りやすくすることができる。従って支持部材への締結と摩擦材への固定という相反する両者の要求特性を満足することができる。

また、前記突起部における基板側の端部は、前記弾性部材による力を受けていてもよい。

この態様では、突起部の端部が弾性部材によって押え付けられるため、振動等によって支持部材と突起部との機械的な締結が緩むことを防止することができる。この結果、突起部の脱落を確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ディスクパッドにおいて、摩擦材の部分的な脱落をも有効に防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るディスクパッドの一実施形態を示している。本実施形態のディスクパッド１０は、高速鉄道車両のディスクブレーキに用いられるものであり、ブレーキディスク（図示省略）の回転方向に沿って複数配設されるものである。ディスクパッド１０は、基板１２と、この基板１２に組み付けられた摩擦ブロック１４とを備えている。摩擦ブロック１４は１つの基板１２に対して多数取り付けられる。

前記基板１２は、平面視で一方向に延びる細長形状を有する平板状に構成されている。この基板１２は、その長さ方向がブレーキディスクの回転方向に沿うような姿勢で設置される。基板１２は鉄を母材とした鉄系材質のものである。

基板１２には、板厚方向に貫通する貫通孔１６が複数形成されている。この貫通孔１６は、前記摩擦ブロック１４を設置する部位に設けられるものであり、貫通孔１６は、組み付けられる摩擦ブロック１４の数だけ形成されている。各貫通孔１６は、図１における下端部が拡径された形状に形成されている。

摩擦ブロック１４側の基板１２の正面（図１における上側の面）における各貫通孔１６の周囲には、凹状の湾曲面を有する曲面座１８がそれぞれ形成されている。この曲面座１８は、平面視で円形の窪みによって構成されており、その上面の湾曲面が座面１８ａとなっている。そして、この曲面座１８の中央に前記貫通孔１６がそれぞれ開口している。

各摩擦ブロック１４は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、厚みのある円板状に形成されている。なお、各摩擦ブロック１４は、図示省略するが、三角形、五角形、六角形等の多角形状に形成してもよく、この場合には、頂角部を滑らかな曲面状に形成するとよい。

摩擦ブロック１４は、支持部材の一例としての補強板２１と、この補強板２１に固着された摩擦材２３とを有し、補強板２１と摩擦材２３とに亘って形成された貫通孔２５を有する。補強板２１は、鉄を母材とした鉄系材質のものである。補強板２１は、中央部に前記貫通孔２５が貫通する円形平板状の本体部２７を有する。本体部２７における貫通孔２５の周囲には基板１２に向かって突出する円環部２９が形成されている。円環部２９は前記曲面座１８に対向するように配置される。

円環部２９の先端面（下端面）２９ａは、基板１２の曲面座１８の座面１８ａに対応した凸状の湾曲面に形成されている。換言すれば、円環部２９の先端面２９ａは、円環部２９の軸芯が回転中心となるような円弧面に形成されている。そして、摩擦ブロック１４は、円環部２９の先端面２９ａと曲面座１８の座面１８ａとの間に隙間が形成されるように配置されている。これにより、円環部２９の先端面２９ａは、曲面座１８の座面１８ａに当接したときにこの当接した状態で曲面座１８に沿って変位可能となっている。

摩擦材２３は、補強板２１における基板１２とは反対面側の面（図１における上面）に設けられている。摩擦材２３は、中央部に前記貫通孔２５が貫通する厚みのある円板状に成形されており、平面視で補強板２１と同じ形状に形成されている。

摩擦材２３は、銅合金、すなわち銅を母材とする銅系の材質で構成されている。この摩擦材２３は、高温でも高い摩擦係数が得られるように鉄等の金属化合物、グラファイト等の少量の添加物が分散された焼結金属によって構成されている。そして、摩擦材２３を焼結させることにより、摩擦材２３は補強板２１に固着されている。なお、摩擦材２３は、焼結金属で構成するものに限られるものではなく、例えば母材としての合成樹脂中に強化繊維等を分散させたもので構成してもよい。

摩擦材２３の先端面（基板１２から離れている側の端面、図１における上端面）は摩擦面２３ａとなっている。この摩擦面２３ａは、図外のブレーキディスクに押し付けられて、ブレーキディスクに対して摺接する摺接面となる。

摩擦ブロック１４の貫通孔２５は、基板１２側が小径に形成された段付き孔によって構成されている。すなわち貫通孔２５は、補強板２１中に形成された段差部２５ａを挟んで小径部２５ｂと大径部２５ｃとが形成されている。小径部２５ｂは、段差部２５ａに対して基板１２側に形成され、大径部２５ｃは、摩擦材２３側に形成されている。

摩擦ブロック１４の貫通孔２５は、基板１２の貫通孔１６に対向しており、基板１２の貫通孔１６と摩擦ブロック１４の貫通孔２５とに跨ってリベット３０が挿通されている。これにより、摩擦ブロック１４は、基板１２に結合されている。

リベット３０は、抜け止めのための頭部３２と、この頭部３２よりも小径の本体部３４とを備えている。頭部３２は、摩擦ブロック１４における貫通孔２５の大径部２５ｃよりも小径で、かつ小径部２５ｂよりも大径の外径を有している。そして、頭部３２は、その下端面が摩擦ブロック１４の貫通孔２５における段差部２５ａの上面（当接面）に上から当接している。これにより、摩擦ブロック１４は、リベット３０によって抜け止めされている。

本体部３４は、基板１２に当接される当接部３４ａと、頭部３２及び当接部３４ａの間に配置される中間部３４ｂとを備えている。中間部３４ｂは、頭部３２及び当接部３４ａの双方よりも小径の外径を有している。換言すれば、当接部３４ａは、中間部３４ｂよりも大径に構成されている。

当接部３４ａは、頭部３２よりも小径の外径を有しており、この当接部３４ａは、その下端部が基板１２の曲面座１８に当接している。

本体部３４には、当接部３４ａの下端部から下方へ延出されて基板１２の貫通孔１６内に配置される締結部３６が設けられている。この締結部３６は、その下部が拡径されており、この締結部３６の下部と当接部３４ａとによって基板１２を挟み込むことにより、リベット３０は基板１２に固定されている。

頭部３２の下端面から当接部３４ａの下端面までの距離は、段差部２５ａの上面から円環部２９の先端までの距離よりも僅かに長くなっている。これにより、摩擦ブロック１４が基板１２に結合された状態で、円環部２９の先端面２９ａと曲面座１８の座面１８ａとの間に僅かな隙間が形成されることとなる。

基板１２と摩擦ブロック１４との間には、弾性部材４０が配設されている。弾性部材４０は、金属製の皿ばねによって構成されるもので、底面が開口部４０ａとして形成された皿状の部材である。弾性部材４０は、この開口部４０ａに円環部２９が挿通された状態で基板１２と摩擦ブロック１４との間に配置されている。

弾性部材４０は、基板１２と摩擦ブロック１４が離れる方向にこれらに弾発力を作用させる。弾性部材４０は、摩擦ブロック１４がブレーキディスクへ押圧されるブレーキ動作時に弾性変形するような弾性係数を有している。これにより、摩擦ブロック１４がブレーキディスクを押圧したときに摩擦ブロック１４を介して弾性部材４０へ伝わる押圧力によって弾性変形し、これにより摩擦ブロック１４は、上下方向に変位したり、傾き変位したりするようになっている。

摩擦ブロック１４と弾性部材４０との間には、伝熱抑制部材４４が配設されている。この伝熱抑制部材４４は、平面視で基板１２と同じ形状及び大きさを有する板材によって構成されている。

伝熱抑制部材４４は、各摩擦ブロック１４にそれぞれ対応して設けられる接触部４４ａと、これらの接触部４４ａ間に設けられた延出部４４ｂとを備えている。各接触部４４ａは、円環部２９よりも僅かに大径の内径を有し、かつ弾性部材４０の上端部よりも少し大きな外径を有する円環状に形成された部位である。伝熱抑制部材４４は、この接触部４４ａの開口に円環部２９を挿通した状態で摩擦ブロック１４の下面に配設されている。そして、接触部４４ａと摩擦ブロック１４とが接触している。

延出部４４ｂは、各接触部４４ａ同士を繋ぎ合わせるように構成される部位であり、各接触部４４ａから段差状に延出されている。これにより、延出部４４ｂは、摩擦ブロック１４の下面から離間し、その状態で摩擦ブロック１４の下面に対して略平行な方向に延びている。

伝熱抑制部材４４は、摩擦ブロック１４よりも熱伝導率の低い材質からなる。伝熱抑制部材４４は、例えば、摩擦ブロック１４における基板１２側の部位（下端部）を構成する鋳鉄よりも熱伝導率の低いステンレス製の板材によって構成されている。

摩擦ブロック１４には、複数（図例では６つ）の突起部４８が設けられている。各突起部４８は、第１凹凸部４８ａと第２凹凸部４８ｂと頭部４８ｃとを一体的に有する。第１凹凸部４８ａは、突起部４８の一端部に雄ねじとして形成された部位であり、この第１凹凸部４８ａは補強板２１に設けられたねじ孔２１ａに螺合可能に構成されている。つまり突起部４８は側面に凹凸が形成された部位を有する。そして、第１凹凸部４８ａの先端部は伝熱抑制部材４４の接触部４４ａと接触しており、弾性部材４０の弾性力を受けている。

第２凹凸部４８ｂは突起部４８の他端部に形成された部位であり、この第２凹凸部４８ｂは一方向に延びる形状に形成されている。そして、第２凹凸部４８ｂには、その長手方向に拡幅部と狭幅部とが交互に繰り返す構成となっている。これにより、第２凹凸部４８ｂと摩擦材２３との接触面積が増大し、また摩擦材２３が離脱する方向へ移動するのを防止できるようになっている。なお、第２凹凸部４８ｂは雄ねじ状に構成されていてもよい。

頭部４８ｃは第１凹凸部４８ａと第２凹凸部４８ｂとの間に配置された部位であり、本実施形態では頭部４８ｃは六角ボルトのヘッド状に形成されている。

突起部４８は、補強板２１のねじ孔２１ａに螺合されている。つまり、突起部４８は機械的な締結手段によって補強板２１に固定されている。そして突起部４８は、摩擦材側からねじ孔２１ａに挿入されて螺合され、突起部４８の頭部４８ｃは、補強板２１の表側の面（摩擦材側の面）に当接している。言い換えると、突起部４８は、補強板２１における摩擦材側の面から突出するように設けられている。

突起部４８は、摩擦材２３中に摩擦面２３ａに直交する方向に延びるように配設されている。そして、突起部４８は、摩擦材２３の摩擦面２３ａの近傍に達する高さに設定されている。これにより、ブレーキ時に生ずるせん断力で摩擦材２３にクラックが発生することがあっても、突起部４８の存在によりクラックがそれ以上進展しないようになっている。

摩擦材２３は、突起部４８が補強板２１に締結された後で補強板２１に固着される。すなわち、突起部４８を補強板２１に組み付けた後、そこに摩擦材２３を焼結させるようにしている。このため、突起部４８の第２凹凸部４８ｂは摩擦材２３に埋設された状態となっている。したがって、突起部４８が緩んで脱落するのを確実に防止することができるようになっている。

焼結工程で摩擦材２３が補強板２１に固着される際に、摩擦材２３は突起部４８とも固着される。突起部４８は、銅を母材とする銅系の材質で構成されていて、摩擦材２３の材質に近いものとなっている。このため、摩擦材２３を焼結させるときに、摩擦材２３と突起部４８とが融合し易いものとなっている。なお、ブレーキ時には摩擦材２３が磨耗することとなるが、このとき突起部４８も同じように磨耗することとなる。

本実施形態に係るディスクパッド１０では、ブレーキ時にせん断力を受けることで摩擦材２３にクラックが発生する可能性があるが、その場合でも、クラックは、突起部４８によって進展する範囲が制限される。そして、発生したクラックが、突起部４８で区画された中間部位に伸展し、その部位の摩擦材２３が摩擦面側と補強板側とに分離可能な状態になったとしても、摩擦面側の摩擦材２３は側面に凹凸を有する突起部４８に固着されているので、突起部４８に保持されることとなる。すなわち、突起部４８には側面に凹凸が設けられているので、摩擦材２３と突起部４８とが接する面積を大きくすることができ、また摩擦材２３が離脱する方向へ移動するのを防止することができる。この結果、摩擦材２３と突起部４８との固着強度が強固になっている。このため、摩擦材２３が部分的に脱落したり、飛散したりするのを防止することができる。言い換えると、摩擦材２３の全体が脱落したり、飛散したりする程度にクラックが成長することを防止し、更に摩擦材２３の一部が脱落したり、飛散したりすることも突起部４８によって防止することができる。

特に、高速列車に適用するためには、摩擦熱が高温になることから、摩擦材２３として高温領域での摩擦係数の確保が重要であり、添加物の種類や量もその観点から選択されるため、場合によっては高温領域での靭性が十分でない摩擦材２３を利用しなくてはならない場合もある。このような場合でも、本実施形態のディスクパッド１０は、突起部４８の存在により摩擦材２３全体が脱落する程度にまでクラックが進展するのを有効に防止し、更に摩擦材２３の一部が脱落したり、飛散したりすることも防止することができる。

更に、高速車両に適した摩擦材２３を摩擦係数を重視して選択した結果、靭性を重視して選択された摩擦材２３と比べ、靭性が十分でないものであっても、本実施形態のディスクパッド１０は、クラックの伸展による脱落等を防止することができるので、添加物の種類や量などの材質選択の自由度を高くすることができる。

また本実施形態では、突起部４８が機械的な締結手段によって補強板２１に固定されているので、補強板２１と突起部４８とが融合し難い材質を選定することも可能である。したがって、材質面における設計の自由度が向上し、しかも突起部４８を補強板２１に強固に取り付けることができる。

また本実施形態では、突起部４８が第１凹凸部４８ａと第２凹凸部４８ｂを別個に有するので、第１凹凸部４８ａを、補強板２１に締結するのに最適なねじ形状又は大きさに設定するとともに、第２凹凸部４８ｂを、摩擦材２３を固着させ易い凹凸形状又は大きさに設定することが可能となる。したがって、補強板２１への固定と摩擦材２３への固定という相反する両者の要求特性を満足し易くすることができる。

しかも摩擦材側に位置する第２凹凸部４８ｂの凹凸が第１凹凸部４８ａの凹凸よりも大きいので、第１凹凸部４８ａが振動等によって緩むことがない。つまり、第２凹凸部４８ｂが補強板２１に螺合することはないので、第１凹凸部４８ａは第２凹凸部４８ｂの存在により緩まない。この結果、突起部４８が脱落することを確実に防止することができる。また、第２凹凸部４８ｂの凹凸を第１凹凸部４８ａの凹凸よりも大きくすることで、摩擦材２３を凹凸内部に入りやすくすることができる。従って補強板２１への締結と摩擦材２３への固定という相反する両者の要求特性を満足することができる。

また、本実施形態では、突起部４８と摩擦材２３が同じ母材の材質で構成されているので、ディスクパッド１０を製造する際に、摩擦材２３と突起部４８とが融合しやすくなる。これにより、摩擦材２３と突起部４８との固着強度が強固になり、摩擦材２３の脱落、飛散を一層有効に防止することができる。

なお、突起部４８は、摩擦材２３の摩擦面にまで達する高さに形成してもよい。

また、本実施形態では、高速列車用の車両に適用されるディスクパッド１０について説明したが、本発明は高速車両に限らず適用できる。

また、図３（ａ）（ｂ）及び図４に示すように、突起部４８はボルトによって構成されていてもよい。この態様では、突起部４８は、ねじ部４８ｄと頭部４８ｅとを有し、補強板２１のねじ孔２１ａには、基板側から突起部４８の頭部４８ｅを挿入可能な拡径部が形成されている。そして、突起部４８は、頭部４８ｅが補強板２１内に入り込むように基板側からねじ孔２１ａに挿通されている。摩擦材２３は、突起部４８が補強板２１に螺合された後で焼結されている。このため、摩擦材２３は補強板２１にも突起部４８のねじ部４８ｄにも固着されている。また突起部４８の頭部４８ｅは、伝熱抑制部材４４を介して弾性部材４０の弾性力を受けている。このため、突起部４８の端部が弾性部材４０の力によって押え付けられているため、振動等によって補強板２１と突起部４８との機械的な締結が緩むことを防止することができる。この結果、突起部４８の脱落を確実に防止することができる。

この態様においても、突起部４８は摩擦材２３の摩擦面に達する高さに形成されていてもよい。またこの態様でも、高速車両に限らず適用できる。

本発明の実施形態に係るディスクパッドの断面図である。 前記ディスクパッドに用いられる摩擦ブロックを示しており、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。 その他の実施形態に係るディスクパッドの断面図である。 図３のディスクパッドに用いられる摩擦ブロックを示しており、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１２ 基板
１４ 摩擦ブロック
２１ 補強板（支持部材の一例）
２３ 摩擦材
２３ａ 摩擦面
４０ 弾性部材
４８ 突起部
４８ａ 第１凹凸部
４８ｂ 第２凹凸部
４８ｃ 頭部
４８ｄ ねじ部
４８ｅ 頭部

Claims (5)

1. 基板と、支持部材に摩擦材が固着された構成であり且つ前記基板に組み付けられる摩擦ブロックと、を備えたディスクパッドであって、
   前記基板と前記摩擦ブロックとの間に配置され、ブレーキディスクへの押圧によって前記摩擦材の傾き変位を可能にしつつ、前記基板に近づく方向への前記摩擦ブロックの移動を可能にする弾性部材と、
   前記摩擦材が固着された前記支持部材の一面から突出するように設けられ、前記摩擦材の摩擦面又はその近傍に達する高さを有するとともに側面に凹凸が設けられた複数の突起部と、を備え、
   前記突起部は前記摩擦材に固着されているディスクパッド。
2. 前記突起部は、機械的な締結手段によって前記支持部材に固定されている請求項１に記載のディスクパッド。
3. 前記突起部は、前記支持部材に螺合される雄ねじからなる第１凹凸部と、前記摩擦材に固着される第２凹凸部とを有する請求項２に記載のディスクパッド。
4. 前記第２凹凸部の凹凸は前記第１凹凸部の凹凸よりも大きい請求項３に記載のディスクパッド。
5. 前記突起部における基板側の端部は、前記弾性部材による力を受けている請求項２に記載のディスクパッド。

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