JP2010048387A - ブレーキパッド - Google Patents

Abstract

【課題】制動時の発熱に基づいてブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを効果的に抑制し、常に安定した制動性能が保証されるブレーキパッドを提供すること。
【解決手段】少なくとも、ブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層及び炭素繊維強化プラスチックプレートが積層され一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッド、又は、金属バックプレートの片面にブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層、及び、金属バックプレートの反対面に炭素繊維強化プラスチックプレートを、金属バックプレートと共に積層され一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッド。
【選択図】図２

Description

本発明は、二輪車又は四輪自動車の制動に用いられるブレーキパッドに関するものである。

通常、二輪車又は四輪の自動車に取り付けられている制動用のブレーキパッドは、金属製のバックプレート面に、予め金属及び／又はセラミックス成分等を配合して圧粉成形した摩擦ライニング層を重ね合わせて熱圧焼結して一体に固着したのち表面加工を施すことにより製造されている。

ところが、上記により製造されるブレーキパッドは、製造段階の加熱処理、制動時の発熱等で、バックプレートの材質と摩擦ライニング層の材質との熱膨張差により歪応力が発生し、反りや変形をもたらす原因となり、このため、ブレーキローターとの引き摺り、制動感覚の悪化、摩擦ライニング層の偏摩耗等の不都合な現象を招く場合があった。

このような製造時の加熱、制動時の発熱等に基づいてバックプレートに発生する熱応力歪みを効果的に抑制し、常に正常な品質と長期間に亘る安定した制動機能が保証されるブレーキパッドとして、例えば、特許文献１には、金属バックプレートの両面に、金属及びセラミックス成分を含む圧粉焼結体を一体に固着してなることを特徴とするブレーキパッドが提案されている。

しかしながら、上記のような金属バックプレートを持つブレーキパッドは、材質が金属で構成されているため、制動時に発生する制動熱が摩擦ライニング層からバックプレートを介して、キャリパーピストン、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体に伝わって温度が上昇し、これによってブレーキオイルが膨張し、この結果安定した制動力を得ることが困難で、極端な場合にはブレーキオイルが発泡して制動不能を起こす危険性があった。

また、ブレーキキャリパー本体が高温になることで、金属製のキャリパーの剛性が低下して安定した制動力を得ることが困難になる場合もあった。

更に、上記のようなブレーキパッドは、その構成されている金属の特性から剛性が低く、制動時にキャリパーピストンによってバックプレートが押されたときに撓みが発生し、パッドが均一にブレーキローターに接触せず、制動性能の悪化、制動感覚の悪化、摩擦ライニング層の偏摩耗等の不都合な現象を招くことがあった。

特開平８−０１４２９１号公報

本発明は上記背景技術に鑑みてなされたもので、制動時の発熱に基づいてブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを効果的に抑制し、常に安定した制動性能や制動感覚が保証されるブレーキパッドを提供することを目的とする。

発明者は上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、炭素繊維強化プラスチックプレートを一体に固着したブレーキパッドにより、制動時の発熱に基づいてブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを効果的に抑制することを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、少なくとも、ブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層、及び、炭素繊維強化プラスチックプレートが積層され、少なくともその２つが一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッドを提供するものである。

また、本発明は、金属バックプレートの片面にブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層、及び、金属バックプレートの、摩擦ライニング層が積層されているのとは反対面に炭素繊維強化プラスチックプレートを、金属バックプレートと共に積層され、少なくともその３つが一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッドを提供するものである。

本発明のブレーキパッドによれば、前記問題点を解消し上記課題を解決し、制動時の発熱に基づいて、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を従来のものよりも効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを従来よりも効果的に抑制することができるため、ブレーキオイルの発泡が起こりにくいことはもちろん、常に安定した制動性能、制動感覚が実現できる。また、ブレーキキャリパー本体が高温になることで、金属製のキャリパーの剛性が低下することもなく、バックプレート又は摩擦ライニング層が押されたときの撓みによって、摩擦ライニング層の偏摩耗等の不都合な現象を抑制することができる。また、炭素繊維強化プラスチックプレートは、比重が金属より圧倒的に小さいため、車体の軽量化をもたらすこともできる。

以下、図面を用いて本発明の一実施形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更することができる。

［ブレーキパッドの構成］
図１（摩擦ライニング層側から見た正面図）及び図２（図１のＡ−Ａ’矢視断面図）は、本発明に係るブレーキパッドの１つの形態を例示したもので、金属バックプレート１の片面に、ブレーキローターと摩擦係合して制動面となる摩擦ライニング層２、及び、その反対面に炭素繊維強化プラスチックプレート３が、一体に固着された積層構造になっている。

また、図３は、本発明に係るブレーキパッドの１つの形態を例示したもので、図２に示すブレーキパッドから金属バックプレート１がなくなったもので、ブレーキローターと摩擦係合して制動面となる摩擦ライニング層２、及び、炭素繊維強化プラスチックプレート３が、一体に固着された積層構造になっている。

［金属バックプレート］
図１、２に示した形態における金属バックプレート１は、摩擦ライニング層２と炭素繊維強化プラスチックプレート３とを一体に固着するためのものであり、鋼材により構成されることが好ましい。また、摩擦ライニング層２との接着性を向上させるために、予め銅メッキ等のメッキ処理を施したものが特に好適に用いられる。

金属バックプレート１の厚さは特に限定はないが、ブレーキキャリパーのサイズや重量等を勘案して、０．２〜５ｍｍが好ましく、０．５〜３ｍｍが特に好ましい。また、図３の形態においては、金属バックプレート１は存在しない。

［摩擦ライニング層］
摩擦ライニング層２は、ブレーキローターとの摩擦係合に用いられる摩擦材で、金属、セラミックス成分等を含む圧粉焼結体により構成されることが好ましい。

摩擦ライニング層２の具体的な成分組成としては以下に限定されるものではないが、具体的には、例えば、銅及び／又は鉄を主成分とし、これに、スズ、亜鉛、ニッケル、鉛等を含有させた、銅系及び／又は鉄系材料に、アルミナ、シリカ、ムライト等のセラミックス成分を摩擦調整材として配合させ、黒鉛、二硫化モリブデン等を固定潤滑材として配合したものが好ましいものとして挙げられる。

摩擦ライニング層２の厚さは特に限定はないが、寿命、重量等を勘案して、３〜６０ｍｍが好ましく、５〜４０ｍｍが特に好ましい。

摩擦ライニング層２と金属バックプレート１とを一体に固着する方法としては、加圧焼成する方法、ねじ止め等の物理的方法によるもの等特に限定はないが、摩擦ライニング層２を、予め形成した金属バックプレート１の片面の所定位置に当接した状態で、還元性雰囲気下で熱圧焼結する方法によることが好ましい。

［炭素繊維強化プラスチックプレート］
炭素繊維強化プラスチックプレート３は、制動時の発熱に基づいて、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを効果的に抑制することを目的として、金属バックプレート１の、摩擦ライニング層２が固着されている面とは反対の面に固着される。図１及び図２参照。ただし、図１では金属バックプレート１の反対側に存在するため図示されていない。

また、図３に示すブレーキパッドの形態においては、炭素繊維強化プラスチックプレート３は、上記と同様の目的で、摩擦ライニング層２に固着される。

炭素繊維強化プラスチックプレート３は、炭素繊維とマトリックス樹脂を含有して構成される。かかる炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維及び／又はポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維が好ましいが、より好ましくはピッチ系炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維を含有する炭素繊維強化プラスチックプレート３は、ＰＡＮ系炭素繊維を含有するものより、熱伝導率及び曲げ弾性率が高いため、炭素繊維の配向方向に対して垂直方向の断熱性及び水平方向の曲げ弾性率を高くすることができ、その結果、前記した本発明の効果を奏することができる。

炭素繊維強化プラスチックプレート３に含有される炭素繊維を構成するフィラメント数の上限は特に限定はないが、通常２００００本以下、好ましくは１８０００本以下、特に好ましくは１５０００本以下である。また、フィラメント数の下限も特に限定はないが、生産性、ハンドリング性の点から、通常５００本以上である。また、該炭素繊維を構成するフィラメントの直径は、通常５〜２０μｍ、好ましくは５〜１５μｍ、特に好ましくは５〜１０μｍである。

炭素繊維強化プラスチックプレート３を構成する炭素繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることができる。マトリックス樹脂としては特に限定はないが、例えば、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を好適に用いることができる。

炭素繊維強化プラスチックの炭素繊維含有体積率は特に限定はないが、本発明の前記効果を好適に得るためには、４０〜７０％が好ましく、５０〜６０％が特に好ましい。

炭素繊維強化プラスチックプレート３の製造方法は特に限定はないが、炭素繊維の１方向プリプレグ、又は、熱伝導率、強度等の向上のために必要に応じて製作した編み物（編み方は限定しない）に、マトリクス樹脂を適量塗布し、所望の配向、厚さに積層し、加熱、成形することにより得ることが好ましい。また、厚み、炭素繊維含有率等に応じて、オートクレープ、加圧成形機等で、０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２で（加圧）成形することも好ましい。

炭素繊維強化プラスチックプレート３に含有される炭素繊維は、炭素繊維強化プラスチックプレート内において、積層面に対して実質的に水平方向に配向させることが好ましい。すなわち、炭素繊維強化プラスチックプレート３の内部において、炭素繊維は、炭素繊維強化プラスチックプレート３の平面方向、すなわち、金属バックプレート１又は摩擦ライニング層２との積層面に対して水平方向に配向されていることが、前記した本発明の効果を得るために好ましい。

炭素繊維強化プラスチックプレート３の、積層面に対して垂直方向の熱伝導率は特に限定はないが、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下が好ましく、５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下がより好ましく、０．１〜３Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲が特に好ましい。炭素繊維を上記のように配向させて炭素繊維強化プラスチックプレート３内に含有させることによって、上記値が達成できる。積層面に対して垂直方向の熱伝導率を上記範囲にすることによって、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に断熱抑制することができる。「垂直方向の熱伝導率」は、具体的には実施例に記載の方法で測定する。

また、炭素繊維強化プラスチックプレート３の、積層面に対して水平方向の熱伝導率は特に限定はないが、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上がより好ましく、１００〜５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲が特に好ましい。炭素繊維を上記のように配向させて炭素繊維強化プラスチックプレート３内に含有させることによって、上記値が達成できる。積層面に対して水平方向の熱伝導率を上記範囲にすることによって、摩擦ライニング層２から、図１、２の形態においては金属バックプレート１を介して、また図３の形態においては直接に、炭素繊維強化プラスチックプレート３に伝わった熱は、積層面に対して水平方向に伝わって外部に放熱され易くなる。「水平方向の熱伝導率」は、具体的には実施例に記載の方法で測定する。

炭素繊維強化プラスチックプレート３の、上記した好ましい垂直方向の熱伝導率と上記した好ましい水平方向の熱伝導率は、組み合わされて満たされていることが、本発明の前記効果を得るために更に好ましい。炭素繊維強化プラスチックプレート３の、［積層面に対して水平方向の熱伝導率］／［積層面に対して垂直方向の熱伝導率］の値は特に限定はないが、５〜２０００が好ましく、１０〜１０００が特に好ましい。炭素繊維を上記のように配向させて炭素繊維強化プラスチックプレート３内に含有させることによって、上記値が達成できる。この値が小さ過ぎると、発生した熱を効果的に断熱又は放熱し難くなる場合があり、大き過ぎると、製造が困難になる場合がある。

また、炭素繊維強化プラスチックプレート３の、積層面に対して水平方向の曲げ弾性率は特に限定はないが、１５０〜６５０ＧＰａが好ましく、１８０〜６００ＧＰａがより好ましく、２００〜５５０ＧＰａが特に好ましい。炭素繊維を配向させて含有させることによって、上記値が達成できる。積層面に対して水平方向の曲げ弾性率を上記範囲にすることによって、制動時にブレーキパッドが撓むことなく、ブレーキローターと均一に摩擦係合することができる。「積層面に対して水平方向の曲げ弾性率」は、炭素繊維強化プラスチックプレート３の両端を固定して、炭素繊維強化プラスチックプレート３の中心部分に積層面に対して垂直方向に力を加えて測定した弾性率、すなわち３点曲げ試験で測定した弾性率である。具体的には実施例に記載の方法で測定する。

炭素繊維強化プラスチックプレート３の厚さは特に限定はないが、垂直方向の断熱効果及び／又は水平方向の放熱効果、ブレーキキャリパーのサイズ、重量等を勘案して、０．２〜７ｍｍが好ましく、０．５〜５ｍｍが特に好ましい。

上記炭素繊維強化プラスチックプレート３には、必要に応じて、ガラス繊維、ケブラー繊維、天然繊維等の「炭素繊維以外の繊維」を含有させてもよい。これらの「炭素繊維以外の繊維」は、補強材としての効果等を有する。

図１、２の形態においては、炭素繊維強化プラスチックプレート３と金属バックプレート１を一体に固着する方法は、加圧焼成する方法、ねじ止め等の物理的方法によるもの等特に限定はないが、金属バックプレート１と摩擦ライニング層２を一体に固着した後、金属バックプレート１の反対面の所定位置に熱硬化性樹脂等の樹脂を塗布し、炭素繊維強化プラスチックプレート３を当接した状態で加圧焼成する方法が好ましい。

図３の形態においては、炭素繊維強化プラスチックプレート３と摩擦ライニング層２を一体に固着する方法は、加圧焼成する方法、ねじ止め等の物理的方法によるもの等特に限定はないが、例えば、摩擦ライニング層２の所定位置に熱硬化性樹脂等の樹脂を塗布し、炭素繊維強化プラスチックプレート３を当接した状態で加圧焼成する方法が好ましい。

［他種材の層］
本発明のブレーキパッドは、炭素繊維強化プラスチックプレート３の裏側（金属バックプレート１や摩擦ライニング層２が存在する面とは反対側）に、更に、他種材の層を一体に固着してもよい。かかる「他種材の層」としては特に限定はないが、例えば、金属の層、セラミックスの層、他の炭素繊維を使用した炭素繊維強化プラスチック層、ガラス繊維強化プラスチック層等が挙げられる。

［作用・原理］
このように製造された炭素繊維強化プラスチックプレート３は、積層面に対して水平方向に高い熱伝導性を持ち、一方、積層面に対して垂直方向の熱伝導性は低い。この特性により、制動時にブレーキローターと摩擦ライニング層との間で発生した熱は、摩擦ライニング層２から、図１、２の形態においては金属バックプレート１を介して、また図３の形態においては直接、炭素繊維強化プラスチックプレート３に伝わるが、その熱は、積層面に対して水平方向すなわち炭素繊維の配向方向に伝わって外部に放熱されるため、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に断熱抑制することができたと考えられる。

更に、上記炭素繊維強化プラスチックプレート３は、積層面に対して水平方向に高い曲げ弾性率を持つため、制動時にブレーキパッドが撓むことなく、ブレーキローターと均一に摩擦係合することができたと考えられる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して具体的に説明する。しかし、本発明は構成要件を満たす限りこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
フィラメント本数１２０００本、フィラメントの直径１０μｍ、繊維軸方向の熱伝導率が２２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるピッチ系炭素繊維を一方向プリプレグに加工した後、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂を３０質量％（対プリプレグ質量）塗布、添着した後、オートクレープを用いて１７０℃、６ｋｇ／ｃｍ^２で加圧成形した。成形された炭素繊維強化プラスチックプレート３の厚さは、２ｍｍであり、繊維含有体積率は６０％であった。

成形された炭素繊維強化プラスチックプレート３は、積層面に対して水平方向の熱伝導率が１１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、積層面に対して垂直方向の熱伝導率が１．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。熱伝導率は、アルバック理工社製、熱定数測定装置を用いて、常法に従って測定した。結果を表１にまとめて記載する。

また、成形された炭素繊維強化プラスチックプレート３は、積層面に対して水平方向の曲げ弾性率は２６０ＧＰａであった。曲げ弾性率は、島津製作所社製、シマヅオートグラフを用い、前記の方法で常法に従って測定した。結果を表１にまとめて記載する。

一般的な金属（鋳鉄）からなる金属バックプレート１（大きさ１５０ｍｍ×１００ｍｍ×厚さ２ｍｍ）の片面に、銅系金属からなる摩擦ライニング層２（大きさ１４０ｍｍ×９０ｍｍ×厚さ２０ｍｍ）を、還元性雰囲気下で熱圧焼結することによって一体に固着させた。次いで、金属バックプレート１の、摩擦ライニング層２とは反対面に、上記で得られた炭素繊維強化プラスチックプレート３を積層し、エポキシ樹脂を塗布して当接した状態で加圧焼成することによって、一体に固着させてブレーキパッドを作製した。

得られたブレーキパッドは、炭素繊維強化プラスチックプレート３の上記物性より、制動時の発熱に基づいて、ブレーキオイル、ブレーキキャリパー本体等に伝わる熱を効果的に抑制し、制動時のパッドの撓みを抑制する。また、ブレーキキャリパー本体が高温になることで金属製のキャリパーの剛性が低下することもなく、バックプレートが押されたときの撓みによって、摩擦ライニング層の偏摩耗等の不都合な現象を抑制することができる。結果として、安定した制動性能と制動感覚が実現できる。

比較例１
一般的な金属（鋳鉄）バックプレートのブレーキパッド、すなわち、実施例１において、炭素繊維強化プラスチックプレートを一体に固着させずに、炭素繊維強化プラスチックプレートがない分、金属バックプレートを厚くしたブレーキパッドを作製した。炭素繊維強化プラスチックプレートと金属（鋳鉄）の物性を表１にまとめて記載する。

上記ブレーキパッドを評価したところ、前記した本発明の効果を奏さず、高負荷制動条件では、ブレーキオイル及びブレーキキャリパーが高温となり、安定したブレーキングを行うことができなかった。

本発明の、金属バックプレート、摩擦ライニング層及び炭素繊維強化プラスチックプレートを有するブレーキパッドは、ブレーキオイルやブレーキキャリパー本体に伝わる熱を抑制し、制動時のパッドの撓みを抑制できるため、安定した制動性能、制動感覚が実現できるため、二輪車、四輪自動車等の制動に広く利用されるものである。

本発明のブレーキパッドの一実施形態を示す、摩擦ライニング層側から見た正面図である。 本発明のブレーキパッドの一実施形態を示す断面図であって、図１におけるＡ−Ａ’に沿う断面図である。 本発明のブレーキパッドの一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 金属バックプレート
２ 摩擦ライニング層
３ 炭素繊維強化プラスチックプレート

Claims (7)

1. 少なくとも、ブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層、及び、炭素繊維強化プラスチックプレートが積層され一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッド。
2. 金属バックプレートの片面にブレーキローターと摩擦係合する摩擦ライニング層、及び、金属バックプレートの反対面に炭素繊維強化プラスチックプレートを、金属バックプレートと共に積層され一体に固着されてなることを特徴とするブレーキパッド。
3. 上記炭素繊維強化プラスチックプレートに含有される炭素繊維がピッチ系炭素繊維である請求項１又は請求項２に記載のブレーキパッド。
4. 上記炭素繊維強化プラスチックプレートに含有される炭素繊維が、炭素繊維強化プラスチックプレート内において、積層面に対して実質的に水平方向に配向している請求項１ないし請求項３の何れかの請求項に記載のブレーキパッド。
5. 上記炭素繊維強化プラスチックプレートの、積層面に対して水平方向の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項１ないし請求項４の何れかの請求項に記載のブレーキパッド。
6. 上記炭素繊維強化プラスチックプレートの、積層面に対して垂直方向の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である請求項１ないし請求項５の何れかの請求項に記載のブレーキパッド。
7. 上記炭素繊維強化プラスチックプレートの、積層面に対して水平方向の曲げ弾性率が１５０〜６５０ＧＰａである請求項１ないし請求項６の何れかの請求項に記載のブレーキパッド。

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