JP3807573B2 - ディスクブレーキ用パッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両や機械の回転を制御するディスクブレーキに用いられるパッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクブレーキパッドは、自動車や鉄道もしくは機械の速度制御に用いられるディスクブレーキの摩擦部材として用いられる。その摩擦部材は、ディスクブレーキのピストンを受ける裏金とディスクに摺接する摩擦材から成り立っている。特に使用条件において摩擦材の負荷が大きい場合、もしくは摩擦材の性能を改善する必要から、裏金と摩擦材との間に緩衝材を必要とすることがある。
【０００３】
緩衝材の使用目的は大きく分けて主に３つある。その第一は、摩擦によって発生する熱がブレーキピストンに伝わることを防ぐためである。第二は、摩擦材の性能を重視するため、裏金との密着性が悪化するのを防止するためである。第三は、摩擦材の振動によるノイズの発生を緩衝するためである。
【０００４】
このような目的から、緩衝材に用いられる材料は摩擦材料であることの他に断熱効果をもち、裏金との密着性もよく、かつ正規の摩擦材における性能の弱点を補強するものが好ましい。
【０００５】
特に高負荷に耐える摩擦材として、スチールの繊維または粒状物を多く用いたセミメタリックパッドと呼ばれる摩擦材が知られている。この摩擦材を用いる場合、その配合組成から熱伝導性が大きく裏金に摩擦によって発生した熱を伝えやすいため、緩衝材を用いて熱伝導を防止し、断熱材としての機能を持たせることがよく行われている。
【０００６】
この場合、摩擦面で発生した熱がディスクとパッドの双方に拡散されるのであるが、パッドの熱伝導性が大きいと、界面で発生した熱の分配において、必要以上にパッドに熱が吸収される。パッドの熱伝導性が小さいと発生した熱の大部分がディスクに伝わり、ディスクの回転で冷却される。すなわち、緩衝材があることにより、パッドの熱伝導性を小さくし、発生した熱をディスクの回転による放熱に向けることになる。
【０００７】
緩衝材の役割として、さらには裏金との密着性がある。繰り返される熱履歴の中で強固な密着性を持つには、摩擦材に近い配合組成をもち、摩擦材との馴染みも必要である。
【０００８】
緩衝材の主な組成としては繊維状の素材とバンイダー、および粉末、粒状物のフィラーであり、特に摩擦材にセミメタリック材が使われる場合は、繊維状素材にスチールファイバを用いると馴染みがよい。
【０００９】
また、緩衝材の配合組成には、バインダーとして摩擦材に用いられるフェノール樹脂系と同じバインダーを用い、さらに摩擦振動を吸収する目的から、クッション効果をもつカシューダストやゴム粉を用いることがある。これらの有機物は熱伝導率が小さく、かつ比重が小であることから、熱容量も小であり、緩衝材の熱伝導性を小さくする効果を併せもつ。その他、摩擦時のディスク面と裏金の間に発生するせん断力に対する補強から繊維状素材を用い、熱に対する補強として無機フィラーが使用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
緩衝材は前述したように種々の目的を持ち、それぞれ目的にあった素材を用い配合されているものである。しかし、特に高負荷条件、例えば車両が長い坂道を下るときにブレーキの頻度が増し、充分な放熱ができずにブレーキを使うと、発生する摩擦熱がディスクやパッドに蓄積し、相当の高温になることがある。長時間または繰り返しこのような状態があると、緩衝材に配合された有機物の劣化が進行し、極端な場合には炭化し、熱伝導性が上昇して振動吸収の効果も失われることになる。
【００１１】
従って、本発明の主目的は、緩衝材としての耐熱性を改善することにより、より高負荷のディスクブレーキに安心して用いられるパッドを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解消するもので、その特徴は、緩衝材の配合に溶融温度が常圧で２００℃以上の直鎖状または分岐状樹脂の粉末もしくは粒状物を含むことにある。
【００１３】
用いる直鎖状または分岐状樹脂の耐熱性は熱分解特性にも影響し、好ましくは熱天秤を用いて測定条件が大気中、１０℃／分の昇温で試料１０〜１５mgのときに４５０℃での加熱減量が５０％以内のものがよい。しかし、三次元架橋された高分子であると、いくら耐熱性が良くても緩衝効果を発揮する弾力性に乏しい。
【００１４】
このような直鎖状または分岐状樹脂には、ポリアリレンスルホン、ポリアリレンスルフィド、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、非晶質ポリアリレートから選ばれる１種以上、もしくはこれらを含むポリマーアロイであることが好ましい。これらの樹脂は溶融することによる融解熱を利用すると共に、分解ガス化を防ぐ目的もある。そして、この材料を活かす配合組成は、成分として、スチールファイバおよび銅もしくは銅合金のファイバ、有機ファイバ、無機ファイバから選ばれる１種以上を含むことが好ましい。本発明ブレーキパッドにおける緩衝材は特にスチールファイバを含む摩擦材と組み合わせて使用するのが、そのパッドの性能を充分に生かす意味で特に好ましい。
【００１５】
さらには、用いる緩衝材を複数層にし、摩擦材側の緩衝材と裏金側の緩衝材の配合を変えることにより緩衝効果を高めることも、特に高負荷使用の場合に効果的である。
【００１６】
緩衝材の耐熱性を上げるために配合する樹脂の耐熱性を上げるのは常套手段であるが、その樹脂の特性として直鎖状または分岐状樹脂を選定したことに本発明の特徴がある。直鎖状または分岐状樹脂は、ポリエチレン、塩化ビニル、ナイロンのように融解点を持っており、且つ分解する前に溶融し、融解熱を周囲から吸収する。溶融することにより周囲のファイバやフィラーと密着し、より強固なマトリックスを形成する。これらの直鎖状または分岐状樹脂の選定には、特殊エンジニアリング・プラスチックに属する樹脂や、超耐熱性樹脂から選択するのがよく、非晶性の樹脂があっても構わない。
【００１７】
緩衝材に含まれる樹脂は、配合時に分散させるには粉末状のものが良いが、粒状物であっても混合手段により分散させることができる。混合手段さえ適宜なものを選択すれば、繊維状やペレットであっても構わない。
【００１８】
溶融点が常圧で２００℃以上の直鎖状樹脂は、エンジニアリング・プラスチックと称される樹脂で、ナイロン系の樹脂（６ナイロン、６６ナイロン）、ポリ塩化ビニル（塩ビ）、ポリエステル系樹脂のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、フロロカーボン系樹脂のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等がある。そして、特殊エンジニアリング・プラスチックと呼ばれる樹脂で、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、芳香族ポリエステル（ユニチカ製の商品名：Ｕポリマー、エコノール）が該当する。また超耐熱樹脂の芳香族ポリイミド、ポリアミドイミドもある。さらには、これらの樹脂を混合したポリマーアロイを用いることも可能である。一般にアロイ化することで融点の前に熱軟化する温度の低下があり、ダンピング特性をより効果的に利用できる。また、一般に架橋型と称されるＰＰＳは高温で酸化されると分枝状に一部反応し、本件の用途での耐熱性が融点のイメージより大きく好ましいものの一つである。
【００１９】
これらの樹脂の中で、ハロゲン（Ｆ、Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）元素を含まないものが材料の熱分解や使用後のパッドの処理時の加熱などで問題にならず好ましい。また、耐熱性から見て、特殊エンジニアリング・プラスチックに属するポリアリレンスルホン（ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリルスルホン、ポリイミドスルホンなど）、ポリアリレンスルフィド（ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドーケトンなど）、液晶ポリマー（例えばデュポン社の商品名：ベクトラなど）、非晶質ポリアリレートから選ばれる１種以上、もしくはこれらを含むポリマーアロイであることが望ましい。
【００２０】
さらには、緩衝材に用いるバインダーとしてフェノール樹脂もしくはその変性物があるが、これらの樹脂との相溶性があると、粉末または粒子が成型時に固定されるので好ましい。
【００２１】
前記樹脂の粉末化は、機械的な冷凍粉砕が妥当であるが、一旦溶剤に溶かして液状にしてそれを分散剤中に噴霧する等の方法でも良い。粉末および粒子の大きさは、混合時に均一に混ざる大きさの範囲であればよく、数ミクロンから２mm程度のものであればよい。好ましくは０．１〜０．５mmの粒子状のものがよい。
【００２２】
このような緩衝材の配合組成には、前記した樹脂粉末もしくは粒状物の特性を充分に生かせる配合が好ましく、その配合の中にスチールファイバおよび銅もしくは銅合金のファイバ、有機ファイバ、無機ファイバから選ばれる１種以上を含んでいるとその効果が特に生きてくる。前記ファイバは材料の骨格であり、強度のせん断力に耐え、また２種以上の組み合わせをすると骨格が緻密化される効果を引出し、かつ該樹脂が溶融した際、これらのファイバで樹脂を担持するのでより好ましい。
【００２３】
そして、前記樹脂の配合量は、緩衝材の出来上がり時点で０．５〜１０重量％含むのが良い。０．５重量％未満では緩衝材のダンピング効果が不十分であり、１０重量％を越えると、緩衝材に含まれる有機物量が多くなり、熱劣化しやすくなる。また、複数の緩衝材を用いる場合は、使用範囲はさらに広がり、０．５〜２０重量％の範囲で使用可能である。但し、摩擦材に近い緩衝材は前記単層の緩衝材の条件と同等である。
【００２４】
このように緩衝材は、特に高負荷の場合、複層の緩衝材を用い、摩擦材側の緩衝材Ａと裏金側の緩衝材Ｂを、さらにはその中間の緩衝材Ｃを設けることにより、熱および振動の緩衝効果を高めることも可能である。この場合、緩衝材の配合内容を摩擦材に密着する方から順次摩擦材の配合内容に緩衝材に必要な特性を加えるにように配合を変化させることで、摩擦材と緩衝材の境界面における材料の違いを減らすものである。特に高負荷で使用される場合には、熱膨張や熱伝導率の違いから境界面での温度差や熱歪みによるストレスの集中が問題になる。複数層にして順次配合を変えることにより、各境界面での温度差や熱歪みの集中は緩和される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す。ただし、本発明はこの具体例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１〜６）
中型トラック仕様のディスクブレーキのパッドを作製した。この仕様においてパッドの摩擦面積は、フロント仕様が９０cm² であり、リヤ仕様が１１２cm² 、裏金の厚みは８mm、パッドの厚みは１４mmである。摩擦面の材料にはセミメタリック仕様である表１の材料を用いている。これに緩衝材としての材料を表２の配合で準備した。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
配合組成物の混合は、アイリッヒミキサーを用い均一に混合した。この混合物を秤量し、予備成型機を用いて２層の固形物の形状に固めた。裏金の処理は、脱脂洗浄後、フェノール樹脂系の接着剤を塗布乾燥し準備した。
【００３０】
その後、加熱成型機を用い、１６０℃にセットした金型で裏金と予備成形体とを併せて加熱加圧し、成形した。後硬化は２３０℃で４時間行い、化粧塗装を施した後、摩擦面を所定の厚みに研磨した。出来上がり時の緩衝材の厚みは３mmに設定しているが、ほぼ設計通りにできていた。
【００３１】
また、比較例として表３に示す従来の緩衝材の配合を用い、摩擦材の配合は実施例と同じ表１の配合の組み合わせで同様にパッドを作製した。
【００３２】
【表３】

【００３３】
（実施例７，８）
次に、２層の緩衝材を使用するパッドを実施例１と同様の工程で作製した。摩擦材は実施例１で用いた表１の配合を、緩衝材は表４と表５に示す２種類の配合を作製し、それぞれが仕上げ厚み１．５mmになるように秤量値を設定した。まず緩衝材Ｂを予備成形機の金型に入れ、次に緩衝材Ａを入れて、その上に摩擦材を入れて加圧成形した。
【００３４】
【表４】

【００３５】
【表５】

【００３６】
（走行劣化試験）
このパッドを中型４トン積み仕様の車両に装着し、定量積載として走行試験を行った。試験条件は次の通りである。
ブレーキ条件：初速度５０km/Hから停止まで制動し、停止後直ちに加速。２０秒間隔で繰り返し５０回。これを１サイクルとして１２０サイクル繰り返す
ブレーキ温度：常温からスタートし、５０回目のブレーキ後、ディスク温度が
４９５〜５０５℃になるように冷却風を調整する
走行中のブレーキングによる昇温調整は、あらかじめ現用品を用いてテストを繰り返し、冷却風の調整をしておいた。
【００３７】
テスト後、ディスクパッドを取り出し、裏金と緩衝材、緩衝材と摩擦材の各境界における変化を調べた。その結果を表６に示す。従来の緩衝材を用いた比較例１のパッドは、摩擦材と緩衝材のと境界面でパッドの全周に近い範囲で亀裂が見られた。緩衝材と裏金との接着面では、亀裂が０．２mmのシックネスゲージで５mm以上侵入するような亀裂が有った。また、比較例２では摩擦材との界面の亀裂が激しく、１２０サイクルのテストに耐えられないと判断し、８０サイクルでテストを打ち切った。一方、実施例１〜６には裏金との接着面，摩擦材との境界面ともに目で見える亀裂が発生しているものが多かったが、実施例７，８には亀裂はほどんど見られなかった。このテストは実使用の限界に近い条件を用いているので、大きな差が見られた。結果として本発明は従来のものより熱履歴における耐久性が十分にあることを示している。
【００３８】
【表６】

【００３９】
（鳴き試験）
次に同じ車両と同じ条件で、ディスクパッドと相手材のディスクをも入れ替えて鳴き試験を行った。試験条件は次の通りである。
鳴き試験条件：前記走行試験の第３，第１５サイクル後に以下の試験を実施
車両条件：４トン定積載
ブレーキ条件：初速度３０km/Hから停止まで制動し、減速度０．０５ｇ，０．１ｇ，０．１５ｇ，０．２ｇ，０．２５ｇ，０．３ｇ，０．３５ｇ，０．４ｇ（ｇは重力加速度：９．８m/sec²）で各１回
ブレーキ制動前温度：５０，１００，１５０，２００，２５０℃で上記ブレーキを１回ずつ
【００４０】
実施例１，３，５，７，８および比較例１の試験結果を表７に示す。種々の条件での鳴き率も比較例に比べ各実施例は減少しているが、特に高温での鳴きにおいて大きな差が見られ、本発明の効果が顕著に示されている。
【００４１】
【表７】

【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明ディスクパッドによれば、特に高温時の使用において、その鳴き特性を改善し、且つ高温で長時間の劣化にも耐えることができ、高負荷のディスクパッドとして有用である。

Claims (6)

1. 金属製の裏金と、ディスクと接する摩擦材と、裏金と摩擦材との間に介在する緩衝材とを一体にしたディスクブレーキ用パッドにおいて、
   この緩衝材は溶融温度が常圧で２００℃以上の直鎖状または分岐状樹脂の粉末もしくは粒状物を含むことを特徴とするディスクブレーキ用パッド。
2. 前記直鎖状または分岐状樹脂の粉末もしくは粒状物が、４５０℃に加熱した際の加熱減量が５０％以内であることを特徴とする請求項１記載のディスクブレーキ用パッド。
3. 前記直鎖状または分岐状樹脂の粉末もしくは粒状物が、ポリアリレンスルホン、ポリアリレンスルフィド、液晶ポリマー、非晶質ポリアリレートから選ばれる１種以上、もしくはこれらを含むポリマーアロイであることを特徴とする請求項１または２に記載のディスクブレーキ用パッド。
4. 前記緩衝材の配合組成中に、スチールファイバおよび銅もしくは銅合金のファイバ、有機ファイバ、無機ファイバから選ばれる１種以上を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディスクブレーキ用パッド。
5. 前記摩擦材の配合にスチールファイバが用いられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のディスクブレーキ用パッド。
6. 前記緩衝材が配合を変えた複数層で構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディスクブレーキ用パッド。