JP2015031317A

JP2015031317A - ブレーキパッド

Info

Publication number: JP2015031317A
Application number: JP2013159691A
Authority: JP
Inventors: 浩一山香; Koichi Yamaka; 恵介谷口; Keisuke Taniguchi
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-16

Abstract

【課題】バックプレートと、このバックプレートの表面に接着してなる摩擦材とを備えてなるブレーキパッドの製造効率を向上させる。【解決手段】バックプレート１と、このバックプレート１の表面に接着してなる摩擦材２とを備えてなるブレーキパッドにおいて、このバックプレート１は、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ３の焼結金属により形成されている。バックプレート１においては、バックプレート１の機械的強度を確保した上で、摩擦材の接着強度を確保するためのバックプレート１への処理が不要となり、ブレーキパッドの製造効率が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の制動に用いられるディスクブレーキ等に好適に用いられるブレーキパッドに関するものである。

自動車の制動に用いられるディスクブレーキにおいては、ブレーキパッドの軽量化やブレーキパッドの振動に起因するブレーキ鳴きを抑制することが求められている。そこで、従前、鋼板等の金属厚板を打ち抜きして作製していたバックプレートを、フェノール樹脂を含浸させた金属焼結体に替えたブレーキパッドが提案されている（特許文献１）。

特開平１０−２３１８７２号公報

ところで、上述した従来のブレーキパッドにおいては、金属焼結体を用いることで軽量化が図れ、ブレーキパッドの振動に起因するブレーキ鳴きは抑制されるものの、バックプレートを、金属焼結体で焼成した後にフェール樹脂を含浸させるようにして作製している。このため、ブレーキパッドの製造が煩雑になるという問題点があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、ブレーキパッドの製造効率を向上させることを目的とする。

本発明のブレーキパッドは、バックプレートと、該バックプレートの表面に接着してなる摩擦材とを備えてなるブレーキパッドにおいて、前記バックプレートは、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成されてなることを特徴とする。
前記焼結金属は、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金であることが好ましい。

本発明のブレーキパッドによれば、その製造効率が向上する。

本発明の一実施形態のブレーキパッドを示す平面図である。実験例１〜５それぞれのバックプレートの表面粗さ及び引張強さを示す図である。

本発明のブレーキパッドを実施するための形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態のブレーキパッドを示す平面図であり、図において、符号１はバックプレート、２はバックプレート１の表面に接着された摩擦材である。
このバックプレート１は、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成されている。

この焼結金属の密度は、６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３であることが好ましく、より好ましくは６．５〜６．８ｇ／ｃｍ^３である。この焼結金属の密度を上記範囲とした理由は、この範囲が、摩擦材の接着強度と、バックプレート１の機械的強度とを両立させることができる範囲だからである。

ここで、この焼結金属の密度が６．３ｇ／ｃｍ^３より小さいと、この焼結金属の内部に存在する空孔の容積が大きくなりすぎてしまい、その結果、バックプレート１の機械的強度が低下するので好ましくなく、一方、この焼結金属の密度が７．０ｇ／ｃｍ^３を超えると、この焼結金属の内部に存在する空孔の容積が小さくなりすぎてしまい、その結果、バックプレート１の機械的強度は向上するものの、熱伝導率が鋼板と遜色なくなり、その結果、繰り返し制動時に生じるベーパーロック現象を抑制することができなくなるので好ましくない。

この焼結金属としては、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金であることが好ましい。
このＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金としては、例えば、炭素Ｃが０〜０．８質量％、銅Ｃｕが０．５〜３．０質量％、ニッケルＮｉが１．０〜５．０質量％、残部が鉄Ｆｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ合金を用いることができる。あるいは、炭素Ｃが０〜０．８質量％、銅Ｃｕが０．５〜３．０質量％、ニッケルＮｉが１．０〜５．０質量％、モリブデンＭｏが０．２〜０．８質量％、残部が鉄Ｆｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ合金を用いることができる。

摩擦材２は、少なくとも強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材及びｐＨ調整剤を含有している。

強化繊維としては、銅繊維、スチール繊維、鉄−アルミニウム合金繊維等の金属繊維、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機質繊維、ロックウール、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維、チタン酸ナトリウム繊維、カーボン繊維、炭酸カルシウム繊維、炭酸マグネシウム繊維、セラミック繊維等の無機質繊維（無機繊維）等、天然または人造の繊維が好適に用いられる。

結合材としては、ストレート系フェノール樹脂（変性の無いフェノール樹脂）、変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂等が挙げられ、特に、耐熱性の点で、ストレート系フェノール樹脂、変性フェノール樹脂等のフェノール樹脂が好適に用いられる。

潤滑材としては、黒鉛、コークス等の炭素系材料の他、三硫化アンチモン、二硫化モリブデン等が挙げられる。なお、本実施形態のブレーキパッドの相手材となるディスクロータが、鋳鉄、例えば、ＦＣ１５０，ＦＣ１９０，ＦＣ２００，ＦＣ２２０，ＦＣ２５０等のねずみ鋳鉄により構成されていることを考慮すると、黒鉛またはコークスが好ましい。

摩擦調整材としては、有機系摩擦調整材および／または無機系摩擦調整材が好適に用いられる。有機系摩擦調整材としては、カシューダスト、未加硫ニトリルゴム粉末等のゴム粉等が、無機系摩擦調整材としては、亜鉛、珪酸ジルコニウム、アルミナ、酸化鉄、錫、ジルコン、マイカ等の粉末が好適に用いられる。充填材としては、硫酸バリウム等が好適に用いられる。また、ｐＨ調整材としては、水酸化カルシウム等が好適に用いられる。

このブレーキパッドは、次のようにして作製することができる。
まず、バックプレート１は、焼結金属の原料となる鉄系、銅系、ニッケル系等の合金粉体を用いて、ＪＩＳＳＭＦ５種に規定されている方法により作製することができる。

具体的には、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金、例えばＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ合金あるいはＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ合金の原料となる鉄系、銅系、ニッケル系等の合金粉体と、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤とを混合し、得られた混合物をバックプレート１の金型に投入して面圧１００〜１５００ＭＰａにて成形し、得られた成形体を、窒素ガス等の不活性雰囲気下、１０００〜１３５０℃の温度にて、０．１〜３時間焼成することにより、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を作製することができる。

この焼結金属の密度を制御するには、上記の成形時の面圧を制御すればよい。ここでは、上記の成形時の面圧を１００〜１５００ＭＰａの範囲で制御することにより、上記の焼成により得られた焼結金属の密度を６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の範囲で制御することができる。

摩擦材２を作製するために、強化繊維、結合材、潤滑材、摩擦調整材、充填材及びｐＨ調整剤の各量を、強度、接着性、摩擦特性、摩耗特性、鳴き性能等のブレーキ性能を満足するように調製して混合し、次いで、常温（２５℃）にて所定の形状に圧縮成形する。次いで、この圧縮成形された摩擦材２の予備成形体を、予め接着剤を塗布したバックプレート１上に載置し、これら予備成形体及びバックプレート１を加熱圧縮成形し、さらに熱処理を行った後、摩擦材２の溝加工や表面研磨等の機械加工を行う。
以上により、本実施形態のブレーキパッドを作製することができる。

以上説明したように、このブレーキパッドによれば、バックプレート１を、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成したので、この焼結金属の表面が多孔質であることを利用することにより、バックプレートに対する摩擦材の接着強度の向上を目的として実施していた、従前の鋼板製のバックプレートにおけるショットブラスト処理と同じアンカー効果を奏することができ。よって、従前の鋼板製のバックプレートで行っていたショットブラスト処理の工程を省くことができる。

このバックプレート１における焼結金属の密度は、６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３となっているため、従来の鋼板製のバックプレートと比較して１０％〜２０％小さくなるので、ブレーキパッドを軽量化することができる。よって、バックプレート１の機械的強度を低下させることなく、ブレーキパッド全体の軽量化を図ることができる。

また、このバックプレート１は、密度を６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３としたので、内部に空洞が生じていることから、従来の鋼板と比較して熱伝導率が１／３程度となり、繰り返し制動時に生じるベーパーロック現象を抑制することができる。

さらに、このバックプレート１は、焼成成形したままの状態で、バックプレート１の機械的強度を確保した上で、摩擦材２との接着強度を確保することができる。

以下、実験例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実験例によって限定されるものではない。
「実験例１〜５」
実験例１〜５それぞれのバックプレートを作製し、評価した。
まず、ＪＩＳＳＭＦ５種に規定する方法に基づいて、原料として炭素Ｃが０．４質量％、銅Ｃｕが１．５質量％、ニッケルＮｉが３質量％、モリブデンＭｏが０．５質量％、残部が鉄Ｆｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ合金粉体を採用する。このＦｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｏ合金粉体と、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤とを混合し、得られた混合物をバックプレートの金型に投入して面圧１００〜１５００ＭＰａにて成形する。そして、得られた成形体を、窒素ガス等の不活性雰囲気下、１１００℃の温度にて２時間焼成することにより、所定密度の焼結金属からなるバックプレートを作製している。

ここでは、密度が本発明の範囲から外れた６．２ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を実験例１、密度が本発明の範囲内の６．３ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を実験例２、密度が本発明の範囲内の６．７ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を実験例３、密度が本発明の範囲内の７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を実験例４、密度が本発明の範囲から外れた７．１ｇ／ｃｍ^３の焼結金属からなるバックプレート１を実験例５とした。

次いで、実験例１〜５それぞれのバックプレートの表面粗さ（Ｒｚ）を、ＪＩＳＢ０６０１に準拠して測定した。これらの測定結果を、表１及び図２の上側のグラフに示す。
図２の上側のグラフから明らかなように、バックプレート（焼結金属）の密度が高くなるのにしたがって、表面粗さ（Ｒｚ）が小さくなる傾向が認められた。一方、ＪＩＳＤ４４１５に規定されているブレーキライニングおよびディスクブレーキパッドせん断強さ試験にて、密着強度を満足させる表面粗さ（Ｒｚ）は１５μｍ以上であることが、実験的に求められた。
これらの結果から、バックプレートに対する摩擦材の密着強度を満足させるための表面粗さ（Ｒｚ）である１５μｍ以上とするために必要なバックプレート（焼結金属）の密度は、７．０ｇ／ｃｍ^３以下となる。

また、実験例１〜５それぞれのバックプレートについて、密度と引張強さとの関係を求めた。ここで、引張強さは、ディスクブレーキの制動トルクが付加されたときにバックプレートの機械的強度として必要なファクターとなっている。図２の下側のグラフに、実験例１〜５それぞれのバックプレートにおける密度と引張強さとの関係を示す。なお、ブレーキパッドのバックプレートとして必要な引張強さは、乗用車にて想定される最大トルク（０．８Ｇ）の３倍負荷を想定した解析により、１８７ＭＰａが必要であることが予め求められている。
これらの結果から、引張強さ１８７ＭＰａを満足するバックプレート（焼結金属）の密度は、６．３ｇ／ｃｍ^３以上となる。

また、実験例１〜５それぞれのバックプレートの熱伝導率を、ＪＩＳＨ７８０１に準拠して測定した。これらの測定結果を表２に示す。
これらの結果から、密度が本発明の範囲内の実験例２〜４それぞれのバックプレートの熱伝導率は、１３．６Ｗ／ｍ．Ｋ〜２６．３Ｗ／ｍ．Ｋの範囲内であり、鋼板と比べて約１／３の熱伝導率であった。

以上により、密度が本発明の範囲内の実験例２〜４それぞれのバックプレートでは、密着強度及び引張強さ共に満足するバックプレート（焼結金属）の密度は、６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の範囲であることが確認された。

実験例２〜４のブレーキパッドによれば、バックプレートを、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成したので、この焼結金属の表面が多孔質であることを利用することにより、従前の鋼板のバックプレートにて接着強度の向上を目的として実施していたショットブラスト処理と同じアンカー効果を奏することができる。よって、ショットブラスト処理の工程を省くことができ、ブレーキパッドの製造効率が向上する。また、特許文献１に記載されたバックプレートではフェノール樹脂の含浸させることで、減衰性能を向上させることを目的としているが、摩擦材との接着強度を確保するためのものとも考えられる。このような特許文献１に記載されたブレーキパッドに対して、実験例２〜４のブレーキパッドによれば、バックプレートの焼成成形後に、フェノール樹脂の含浸させることなく、摩擦材との接着強度を確保することができるので、ブレーキパッドの製造効率が向上する。

本発明のブレーキパッドは、バックプレートと、該バックプレートの表面に接着してなる摩擦材とを備えてなるブレーキパッドにおいて、このバックプレートを密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成したことにより、摩擦材の接着強度と、バックプレートの機械的強度とを両立させることができるものであるから、自動車はもちろんのこと、ブレーキ機構を有する動力機械等へも適用可能であり、その工業的意義は極めて大である。

１バックプレート
２摩擦材

Claims

バックプレートと、該バックプレートの表面に接着してなる摩擦材とを備えてなるブレーキパッドにおいて、
前記バックプレートは、密度が６．３〜７．０ｇ／ｃｍ^３の焼結金属により形成されてなることを特徴とするブレーキパッド。
前記焼結金属は、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｕ−Ｎｉ系合金であることを特徴とする請求項１記載のブレーキパッド。