JP2019044944A

JP2019044944A - ディスクブレーキパッド

Info

Publication number: JP2019044944A
Application number: JP2017172060A
Authority: JP
Inventors: 一豊田; Hajime Toyoda; 光朗海野; Mitsuaki Unno; 良尚高橋; Yoshihisa Takahashi
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】バックプレートをアルミ合金、アルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材、マグネシウム合金のいずれか１つといった軽量素材としてディスクブレーキパッドの軽量化を図るとともに、制動中に応力集中が起こるパッドガイド部と本体部の接続部などから変形、破損が生じることを防ぎ、実用上問題の無い耐久性を実用水準に向上したディスクブレーキパッドを提供する。【解決手段】バックプレートと少なくとも摩擦材からなるディスクブレーキパッドにおいて、前記バックプレートが本体部と、本体部から突設された一対のパッドガイドからなり、少なくとも前記パッドガイド部の回入側の側面と前記本体部外周側の側面が、半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続されたディスクブレーキパッド。【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ているディスクブレーキパッドに関する。

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ディスクブレーキパッドは、図１（ａ）に示すように、主にバックプレート１と摩擦材２から構成される。摩擦材２は、例えば、結合材、有機充填材、無機充填材、及び繊維基材からなる、いわゆるレジンモールド材により構成され、バックプレート１に固着されている。図１に示すディスクブレーキパッドのＡ−Ａ断面の模式図を図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す。図１（ｂ）のディスクブレーキパッドは、バックプレート１の一方の側面に、摩擦材２が直接固着されたものであり、図１（ｃ）のディスクブレーキパッドは、バックプレート１の一方の側面に、中間層３を介して摩擦材２が固着されたものである。このようなディスクブレーキパッドは、バックプレート１の側面に、予めフェノール樹脂、有機・無機繊維、金属及びセラミックス成分等を配合して圧粉成形した摩擦材層を重ね合わせ、熱圧成形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。

近年、自動車の環境対応化・低燃費化の進行に伴い、自動車の各部品の軽量化が検討・実施されている。通常、自動車における原材料の構成は、金属材が半分以上を占めているが、車体の軽量化のため、その使用量は年々低下傾向にある。また、車体の軽量化にあたっては、近年、素材としてアルミニウムと樹脂の使用が増加傾向にある。鋼板の密度は約７．８Ｍｇ／ｍ^３であり、これに比べてアルミニウムの密度は約２．７Ｍｇ／ｍ^３であるため、これらの素材を使用することにより、車体の５０％以下の軽量化が見込める。このような軽量化への動きの中、車両においてはボディやフレームのみならず、車両を構成する各要素に対しても軽量化の要求が大きくなってきている。

車両の制動に用いられるブレーキシステムの構成要素の一つであるディスクブレーキパッドにおいても軽量化の要求が大きくなってきており、従来から鋼製の板材からなるバックプレートが用いられているが、近年ではアルミニウム又はその合金からなるバックプレートに関する提案がなされており、例えば、アルミニウム又はその合金からなるマトリックス中に、平均粒径が２〜７０μｍのセラミックス粉末を分散させたものや、アルミニウム又はその合金からなる板状部材を相手材と接合したもの、アルミニウム合金からなるディクスブレーキパッドの製造方法（特許文献１〜３）等が提案されている。

特開２０００−０４６０７８号公報特開２０１３−０６０９７４号公報特開２０１５−１３５１７７号公報

バックプレートをアルミニウム合金製、アルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材といった軽量素材のものに変更することで、ディスクブレーキパッドを軽量にすることはできるが、アルミニウム合金製、アルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材、及びマグネシウム合金製といった軽量素材のバックプレートは、鋼製のバックプレートに比べ、強度、弾性率が小さく、変形や破損といった不具合が生じやすくなる。特に、制動中に応力集中が起こるパッドガイド部１２と本体部１１の接続部から破損が生じやすい。

これらのことから、本発明は、バックプレート素材をアルミニウム合金製、アルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材、もしくはマグネシウム合金製のいずれか１つといった軽量素材としてディスクブレーキパッドの軽量化を図るとともに、制動中に応力集中する、パッドガイド部１２と本体部１１の接続部の耐久性を実用水準に向上させたブレーキパッドを提供することを目的とする。

本発明者らは、ディスクブレーキパッドのバックプレートの材質をアルミニウム合金、アルミニウム複合材料及びマグネシウム合金製のものとし、バックプレートの形状を変更したときの変形や破損の状態を検討し、次の知見を得た。
前記バックプレートのパッドガイド部１２と本体部１１の接続部において、少なくとも前記パッドガイド部１２の回入側の側面と前記本体部１１外周側の側面が、半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続されていることで、軽量化と耐久性を両立して達成できることを見出した。
このとき、前記バックプレートの、前記パッドガイド部１２が突設される前記本体部１１の突設側面と前記パッドガイド部１２の回入側の側面のなす角度が８０〜１００°以上で、バックプレートの厚みは６ｍｍ以上であることが望ましい。

すなわち本発明は、以下のものに関する。
［１］バックプレートと少なくとも摩擦材からなるディスクブレーキパッドにおいて、前記バックプレートが本体部と、本体部から突設された一対のパッドガイドからなり、少なくとも前記パッドガイド部の回入側の側面と前記本体部外周側の側面が、半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続されたディスクブレーキパッド。
［２］前記バックプレートの材質が、アルミニウム合金、アルミニウム複合材料又はマグネシウム合金からなる上記［１］に記載のディスクブレーキパッド。
［３］さらに、前記パッドガイド部の回入側の側面と本体部の内周側の側面が半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続された上記［１］又は［２］に記載のディスクブレーキパッド。
［４］前記パッドガイド部が突設される前記本体部の突設側面と前記パッドガイド部の回入側の側面のなす角度が８０〜１００°である上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載のディスクブレーキパッド。

本発明のディスクブレーキパッドによれば、アルミニウム合金製、又はアルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材製、若しくはマグネシウム合金製のいずれか１つでバックプレートでの応力集中を緩和し、制動中の耐久性を実用水準に向上させることが可能である。また、バックプレートの密度が鉄より小さいため、ディスクブレーキパッドの軽量化を図ることで車体の軽量化に寄与する。

ディスクブレーキパッドを示す模式図であり、図１（ａ）は、ディスクブレーキパッドの上面図、図１（ｂ）は、バックプレート一方の側面に摩擦材が直接配置されたディスクブレーキパッドの図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の模式図、図１（ｃ）は、バックプレート一方の側面に摩擦材が中間層を介して配置されたディスクブレーキパッドの図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面の模式図である。本発明に係るバックプレートを示す模型図である。パッドガイド部１２と本体部１１の接続位置を耳部付根４〜７とする。

以下、本発明のディスクブレーキパッドについて詳述する。

本発明のディスクブレーキパッドは、アルミ合金製、アルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材製、若しくはマグネシウム合金製のいずれか１つをバックプレートに備える。

前記アルミ合金としては、展伸用、鋳造用及びダイキャスト用に用いられる一般的なものや、それらを熱処理することで高強度化したものを使用することができる。

前記のアルミニウム中にセラミック粒子を分散させたアルミ複合材とは、例えば炭化珪素粉といったセラミックスとアルミ合金を複合化したものであり、一般的なアルミ合金に比べてヤング率が高く、バックプレートに用いたときにブレーキパッドの剛性を高くするのに好適である。
前記マグネシウム合金としては、アルミニウム、亜鉛、カルシウム、希土類元素などを添加した各種マグネシウム合金を用いることができるが、難燃性の観点でカルシウムを添加した難燃性マグネシウム合金が好ましい。

図１に一例として、ディスクブレーキ用のブレーキパッドを示す。このブレーキパッドはバックプレート１と表面に接着された摩擦材２からなっている。バックプレート１は図２の本体部１１と、本体部１１から突設された一対のパッドガイド部１２からなり、本体部１１とパッドガイド部１２の接続位置に耳部付根４〜７を有する。

耳部付根４〜７のうち、少なくともパッドガイド部１２の回入側の側面と前記本体部１１外周側の側面が接続する耳部付根４が、半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続されている。

パッドガイド部１２のディスクロータ外周方向の付根側面から、ディスクロータ内周方向の付根側面までの幅（Ｔ）は、１０〜１５ｍｍであることが望ましい（耳部付根４と５の間の幅、又は耳部付根６と７の間の幅）。

耳部付根４〜７のようなコーナー部には応力集中が起こる。応力集中は、部品形状が変化するところで起こる。応力集中は、部品の隅部形状（丸みＲの大きさ）に敏感であり、応力集中を避けるため、一般的にコーナー部には円弧（Ｒ）をつけることでエッジ部に掛かる応力を分散させる。このときコーナー部の最大応力の値は応力集中係数が強く影響し、応力集中係数の値が大きいほどコーナー部の最大応力の値も増加する。応力集中係数はＲとＴの値により線形的に変化し、ＲがＴの２０％（Ｒ／Ｔ＝０．２）付近を下回ると急激に増加する。したがって、耳部付根４は、半径２ｍｍ以上、好ましくは半径４ｍｍ以上の円弧で滑らかに接合されていることが望ましい。

パッドガイド部１２は車両に支持される際、入れ子型にはめ込まれる形状であることがパッドガイド部１２として望ましい。このとき、パッドガイド部１２の取付けの容易性とディスクブレーキパッドの制動中の安定性から、前記バックプレート１の、前記パッドガイド部１２が突設される前記本体部１１の突設側面と前記パッドガイド部１２の回入側の側面のなす角度が８０〜１００°であることが望ましい（耳部付根４における角度）。

バックプレート１のトルク受部は、パッドガイド部１２、若しくはパッドガイド部１２と接続している本体部１１の側面のうち、ディスクロータの内周方向に位置する本体部１１の側面、又はその両方に位置しており、パッドガイド部１２に位置することがより望ましい。

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。

［第１実施例］
表１に示すアルミニウム合金であるＡＤＣ１２（ＪＩＳＨ５３０２）、炭化珪素粉とアルミ合金を複合化したアルミ複合材、又はマグネシウム合金をバックプレートの素材として使用し、耳部付根４〜７を半径２ｍｍ、４ｍｍで滑らかに接続した実施例１〜８を作製した。
比較例としてアルミニウム合金であるＡＤＣ１２をバックプレート１素材として使用し、耳部付根４〜７を半径１ｍｍで滑らかに接続した比較例１、及びバックプレート１素材として鋼板を用いた比較例２のディスクブレーキパッド試料を作製した。バックプレート１の厚みは６ｍｍ、前記パッドガイド部１２の幅（Ｔ）は１０ｍｍに統一した。

実施例１〜４及び比較例１、２のディスクブレーキパッドの作製にあたっては、このバックプレート１を製作し、バックプレート１の摩擦材との接着面に接着剤を塗布し、摩擦材と圧着することで作製した。また、摩擦材は、自動車用に用いられる一般的なノンアスベストオーガニック材（日立化成株式会社製、商品名：ＨＰ６３Ｈ）を用いた。

実施例１〜８及び比較例１〜２のディスクブレーキパッドを用いてブレーキダイナモ試験を行い、バックプレート１の耐久性・強度の評価を行った。評価にあたっては、一般的なピンスライド式のコレット対応のキャリパー、ベンチレーテッドディスクロータを用い、イナーシャ７ｋｇｆ・ｍ・ｓ^２で評価を行った。

（バックプレート１の耐久性、強度の評価方法）
車速６５ｋｍ／ｈ、減速度０．３５Ｇの制動を５０回繰り返し、ブレーキ温度が５００℃まで昇温するサイクルを５０回繰り返した後、バックプレート部１の外観の欠陥（折損、欠け、クラック）の有無を確認し、バックプレート部１の折損、欠け、クラックの発生が無いものを「○」、バックプレート部１が折損、欠け、クラックのいずれかが発生したものを「×」として耐久性、強度を評価した。この評価結果を表１及び表２に示す。

表１及び表２より、耳部付根４〜７を半径２ｍｍの曲線で接続させた前記軽量素材バックプレートの実施例１〜４のディスクブレーキパッド試料は、耐久性・強度試験後の外観に折損、欠け、クラックが認められず実用上問題ない強度及び靱性を有することが確認された。

これに対し、耳部付根４〜７を半径１ｍｍの曲線で接続させた前記軽量素材バックプレートを用いた比較例１は耐久性・強度試験後の外観に折損、欠け、クラックがあることが確認された。

また、比較例２の鋼板からなるバックプレートを用いた従来のディスクブレーキパッドは、試験後の外観については問題ない。比較例２のディスクブレーキパッド試料における鋼板製バックプレートの質量は２５０ｇで、本発明のディスクブレーキパッド試料（実施例１〜４）はバックプレートの質量が９０ｇであり、従来のディスクブレーキパッドに替えて、本発明のディスクブレーキパッドを用いると、１つのディスクブレーキパッドあたり１６０ｇの質量の低減を図ることができる。

同様に、耳部付根４〜７を半径４ｍｍの曲線で接続させた前記軽量素材バックプレートの実施例５〜８のディスクブレーキパッド試料でも、実用上問題ない強度及び靱性を有することが確認された。バックプレート素材をアルミニウム合金から、アルミニウム複合材とした実施例７、マグネシウム合金とした実施例８でも軽量化が図れた。

本発明のディスクブレーキパッドは、実用上問題のない強度と靱性を備えるとともに、制振性に優れ、鳴きの発生を抑制することができるものであり、かつ軽量であることから、二輪車又は四輪自動車の制動に用いられているディスクブレーキパッドとして好適なものである。

１バックプレート
２摩擦材
３中間層
４回入側、ディスクロータ外周の耳部付根
５回入側、ディスクロータ内周の耳部付根
６回出側、ディスクロータ外周の耳部付根
７回出側、ディスクロータ内周の耳部付根
１１バックプレートの本体部
１２バックプレートのパッドガイド部

Claims

バックプレートと少なくとも摩擦材からなるディスクブレーキパッドにおいて、前記バックプレートが本体部と、本体部から突設された一対のパッドガイドからなり、少なくとも前記パッドガイド部の回入側の側面と前記本体部外周側の側面が、半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続されたディスクブレーキパッド。
前記バックプレートの材質が、アルミニウム合金、アルミニウム複合材料又はマグネシウム合金からなる請求項１に記載のディスクブレーキパッド。
さらに、前記パッドガイド部の回入側の側面と本体部の内周側の側面が半径２ｍｍ以上の円弧で滑らかに接続された請求項１又は請求項２に記載のディスクブレーキパッド。
前記パッドガイド部が突設される前記本体部の突設側面と前記パッドガイド部の回入側の側面のなす角度が８０〜１００°である請求項１〜３のいずれか一項に記載のディスクブレーキパッド。