JP4595229B2

JP4595229B2 - ディスクブレーキパッド及びその製造方法

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Publication number: JP4595229B2
Application number: JP2001103063A
Authority: JP
Inventors: 茂樹吉本
Original assignee: Advics Co Ltd
Current assignee: Advics Co Ltd
Priority date: 2001-04-02
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2021-04-02
Also published as: JP2002295555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両や産業用ディスクブレーキに用いられるブレーキパッド及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦材（ライニング）を回転しているディスクやドラムに摺接させて制動力を発生させるブレーキは、スキール音やスキーク音などの異音を発することがある。この異音は制動時に特に発生し易いが、ハンドル操作などでディスクが振れて摩擦材が接触するといった状況が起こると、制動を行っていない通常走行時にも発生することがある。
【０００３】
「鳴き」と称されるその異音を防止するために、ディスクブレーキにおいては、ブレーキパッド（以下、単にパッドと云う）とこれを押圧する部材（ピストンやキャリパのアウター爪）との間にシムを介在してパッドの振動をキャリパに伝え難くしたり、パッドの面圧分布を適正化することが一般化しているが、鳴き対策としては、パッド自体を鳴き難いものにすることが最善の手法と云える。
【０００４】
そのパッド自体を鳴き難くすることに関し、実開昭５０−１２５６８５号は、ディスクやドラムに対するライニングの当り角を除去する技術を提案しており、また、特開平２−１３４４２６号及び特開平２−１３４４２７号は、摩擦材の外周部を中央部よりも柔らかくしてディスクとの当りを弱くすることを提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実開昭５０−１２５６８５号の技術は、ライニングの当り角を除去するための面取り工程を必要とする。一般に、ブレーキキャリパに組み込むインナーパッドとアウターパッドは共通したものが用いられるため、パッドは左右対称形状に作られる。従って、当り角の除去も左右対称に行う必要があり、ひとつのパッドに施す面取りが２箇所になる。その面取りは、パッドの形状によっては左右別々に実施せざるを得ない場合もあり、工程数が増えて生産性が低下する。
【０００６】
また、特開平２−１３４４２６号の技術は、成形金型の中型の温度を上型、下型の温度と異ならせたり、特開平２−１３４４２７号の技術はパッドの中央部に比べて外周部の原料投入量を少なくするなどの方法を採るので、原料の秤量投入や成形時の温度管理が複雑になる。
【０００７】
この発明は、鳴きの抑制に有効な形状を持たせディスクブレーキパッドを工程増や製造の複雑化を招かずに作れるようにすることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明においては、表面に接着剤を塗布した裏板と、摩擦材の原料又は予備成形品を熱成形金型で加熱、加圧して成形、接着する工程において、裏板をセットする熱成形金型のインサートに、裏板受け部のほぼ全面に渡って裏板の両側端を受ける側が浅く、中央部が深くなる凹部を設け、その凹部で成形圧着時に前記裏板に摩擦材接着面の中央が凹となる反りを与えてその反りを消滅させる方向の内部応力をパッドにもたせ、この状態でパッドの摩擦面を平坦に研磨し、しかる後、前記内部応力で前記裏板を弾性復元させ、その裏板に接着された摩擦材を、摩擦面が凸形に彎曲し、摩擦材の厚みが中央から両側面に向って漸減する状況に変形させるようにしたのである。
【０００９】
インサートに設ける凹部は、滑らかな彎曲面で形成されるものと、段階的に深さが変化する階段形状のものが考えられる。
【００１０】
なお、裏板の上方に配置して摩擦材の原料又は予備成形品を装填するダイの底部に、反りを与えた裏板との間の隙間を縮小する凸部を設けたり、ダイの摩擦材両側面を成形するキャビティ側壁を、要求強度を満たせる範囲で薄くし、そのキャビティ側壁の外面よりも内側を、インサートに設ける前記凹部もしくはその凹部とダイの底部に設ける凸部の形成領域とし、さらに、前記キャビティ側壁の外面よりも外側においてダイに、裏板との干渉を避ける盗み部を設けたりして成形、接着を行うと、より好ましくなる場合がある。
【００１１】
また、裏板に接着した摩擦材の摩擦面を研磨機で研磨仕上げする工程において、裏板を吸着する磁石を組み込んだ研磨機のベッドに凹部を設け、裏板の両側近傍をベッドで支持し、中央部をベッドから浮き上がらせて摩擦面の研磨を行うのも好ましい。
【００１２】
これ等の方法で作られるパッドは、摩擦面が凸形に彎曲して裏板に接着された摩擦材の厚みが中央から両側面に向かって漸減しているものになる。
【００１３】
【作用】
この発明は、摩擦面がディスク中心側又はディスク外周側から見たときに丸味をもつパッドを作ることで、ディスクに対する摩擦材の当りを優しくして鳴きを防止する。
【００１４】
一般的なディスクブレーキパッドは、軟鉄等でできている裏板に、繊維や充填材を熱硬化性樹脂等の結合剤で押し固めて作った摩擦材（ライニング）を貼り着けた構造になっている。このようなパッドは、裏板に熱硬化性樹脂の接着剤を塗布する工程と、その裏板と摩擦材の原料混合物又は予備成形品を熱成形金型に入れ、加熱、加圧して成形、接着する工程、その後、実施される養生のための熱処理工程、塗装工程、仕上げ研磨工程等を経て製造される。
【００１５】
仕上げ研磨工程では、摩擦材の摩擦面をカップ砥石等で研磨して仕上げる。このとき、ワークは研磨機のベッドに固定されて回転している砥石の下を通過する。従って、摩擦材の摩擦面は平坦に研磨される。
【００１６】
この発明では、一旦平坦になった摩擦面を時間経過に従って丸味を帯びさせる。そのために、裏板を凹形に反らせて摩擦材の成形、接着を行い、パッドに、裏板の反りを消滅させる方向（摩擦の中央を盛り上がらせる方向）の内部応力をもたせることにした。ここで云う内部応力とは、裏板と摩擦材が引っ張り合う力である。仕上げ研磨時点で内部応力が残留していると、軟鉄等でできている裏板は摩擦材を引き伸ばして弾性復元しようとする。これに対し、摩擦材は、引っ張りに抵抗して裏板の反りを保とうとするが、高分子材料特有のクリープ現象により時間経過と共に永久変形を起こして引っ張りに抗する力が次第に弱くなる。このため、研磨仕上げ後のパッドが裏板の弾性復元力で徐々に変形し、研磨時に平坦であった摩擦面が丸味を帯びたものになる。
【００１７】
その内部応力をもたせるために、この発明ではインサートに凹部を設けて成形時に裏板を反らせるようにした。インサートに中央部が深くなる凹部が設けられていると、裏板の両側部（ディスクの回入側と回出側におかれる端部）がインサートに支持され、中央部はインサートから浮き上る。このため、裏板は浮いた部分が成形圧で押し下げられ、支持点から最も離れている中央部が最大限に落ち込んで凹形に自然に反る。従って、この発明の方法によれば、一般的な製造方法と全く同じ工程を経て摩擦面が丸味を帯びたパッドを作ることができ、生産性の低下を招かない。
【００１８】
なお、この発明の方法を実施する上ではいくつかの問題が起こり得る。その問題と、その解決策については次項で詳しく述べる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１にディスクブレーキパッドの製造方法の一例を示す。符号１は、固定部材（図示せず）で受け支えた熱成形金型のインサートであり、この上に、接着剤を塗布した裏板３１が位置決めブロック２などで位置決めしてセットされる。３は熱成形金型のダイである。このダイ３を裏板３１上に降下させ、ダイのキャビティ４内に摩擦材の原料３２ａ又は予備成形品を入れ（図１（ｂ））、その後、原料を加熱し、パンチ５で加圧して摩擦材３２の成形、接着を行う（図１（ｃ））。
【００２０】
この工程において、従来は、裏板受け部が平坦なインサートを使用していたが、この発明では、図２に示すように、裏板受け部のほぼ全面に渡って凹部６を設けたインサート２０を使用する。このインサート２０を用いると、図３に示すように、裏板３１（図の左右端が両側部）が成形圧で凹部６に沿って反り、この状態で摩擦材３２の接着がなされる。
【００２１】
一般に、裏板の表面に塗布した接着剤と摩擦材の原料中に含ませる結合剤は熱硬化性樹脂で形成される。これ等の熱硬化性樹脂は、熱成形開始時点で融け、成形終了時までに硬化反応が起きて固化する性質がある。この熱成形時に摩擦材３２の成形と裏板３１への接着がなされる。裏板３１は、成形時には成形圧で図４（ａ）のように反っているが、成形接着を終えて金型から取り出すと、圧力が無くなるため元の平坦な形に弾性復元しようとする。しかし、このときには既に、摩擦材３２が接着されているため摩擦材による抵抗を受けて完全には元の形に戻りきれず、図４（ｂ）のように反りが残った形になる。この時点でパッド３０に狙いとする応力が残留する。そこで、その応力を残した状況下で摩擦面３３を研磨機で図４（ｃ）のように平坦に研磨する。
【００２２】
パッド３０に生じる内部応力は、熱成形時の高温から室温への冷却過程で、裏板と摩擦材の熱膨張係数差により強くなったり、弱くなったりするが、冷却過程で内部応力が弱まるような材料の組み合わせがなされる場合も、インサートの凹部を深くして裏板の反りを大きくすれば、不足の無い内部応力を残留させて摩擦面の仕上げ研磨を行うことができる。
【００２３】
研磨仕上げ後のパッド３０は、時間経過と共に摩擦材のクリープによる伸びが生じ、長期間、例えば１ケ月以上保管すると裏板が原形に戻って図４（ｄ）のように摩擦面３３が丸味を帯び、ディスクＤに接するときの直角な当り角が無くなって鳴きを生じ難いものになる。
【００２４】
なお、摩擦材のクリープによる内部応力の減少は、裏板の反りの経時変化量を測定することで確認できる。その測定により、一般的な製造ラインでは熱成形時に生じさせた内部応力の殆どを研磨工程まで残し得ることを確認した。
【００２５】
次に、この発明の方法を実施する上での３つの問題とその解決策について述べる。
【００２６】
問題のひとつは、インサートに設ける凹部を大きくすると、パッドの中央部におけるダイと裏板間に生じる隙間が大きくなり、摩擦材の原料が成形圧に押されてダイのキャビティ外にはみ出すことである。この不具合を解決するために、図５に示すように、ダイ３の底部に、反りを生じた裏板３１との間の隙間を縮小する凸部７を設けることにした。その凸部７は、裏板の反りに合わせて下向き凸形に彎曲したものにすると裏板との間に生じる隙間が最も小さくなる。なお、摩擦材の原料組成、成形条件及び成形時に裏板に与える反りの度合によっては、裏板とダイ間に隙間があっても原料のはみ出しは起こらないことがある。従って、凸部７は必須の要素ではなく、必要に応じて設ければよい。
【００２７】
問題の２つ目は、インサート２０に設ける凹部６やダイ３に設ける凸部７を図２及び図５に示すような滑らかな曲面にすると、金型の製作コストが高くなることである。滑らかな曲面を加工しようとすると３次元ＮＣ研磨機などの高価な加工設備が必要になる。また、３次元ＮＣ研磨機は汎用の２次元研磨機に比べて高度な制御を必要とし、加工速度も遅い。
【００２８】
その対策として、２つの方法を考えついた。そのうちのひとつは、加工領域を特定して無駄に広げないようにすることである。そのために、図５に示すように、ダイ３の摩擦材両側面を成形するキャビティ側壁４ａの厚みｔを要求強度を満たし得る範囲で極力薄くし、左右のキャビティ側壁の外面間の領域Ｌ₁を凸部７の形成域とした。このとき、裏板３１がＬ₁外にはみ出す大きさであれば、キャビティ側壁４ａの外面の外側に裏板との干渉を回避する盗み部８を設ける。また、裏板がＬ₁の内側に納まるサイズであれば、凸部形成領域は裏板の幅（両側部間寸法）に合わせる。
【００２９】
金型製作コストの低減策の他のひとつは、図６に示すように、インサート２０に設ける凹部６を階段状にしてその深さを中央に向かって段階的に深くすることである。この凹部６に対応させて凸部７も階段状にしてよい（図６（ｂ））。この構造でも裏板３１を弓なりに反らせることができる。この階段状の凹部６や凸部７は、平面の組み合わせであるので、安価な２次元研磨機で加工することができる。
【００３０】
問題の３つ目は、摩擦面の仕上げ研磨時に研磨機のベッドによるパッドの支持が不安定になることである。研磨機のベッドに対するパッドの固定は、通常、磁石を組込んだ研磨機のベッドに、磁石で裏板を吸着する方法で行っているが、この発明の方法で製造されるパッドは、裏板が反って丸味を帯びているため、ベッドによる保持姿勢が安定せず、研磨面の平坦度が悪くなったり、砥石の喰い付き時にパッドが跳ね飛ばされたりする虞れがある。そこで、図７に示すように、研磨機９のベッド１０（１１は砥石）に裏板３１の背面中央部をベッドの支持面から浮き上がらせる凹部１２を設け、裏板３１の両側部をベッド１０で支えるようにした。
【００３１】
なお、従来法で凹部の無いインサートを使用して製造されるパッドも、裏板と摩擦材の熱膨張係数に差があると研磨仕上げ時に内部応力を保有するものになる。そのときのパッドの形状変化の様子を図８、図９に示す。従来法で製造されるパッドは、図８（ａ）、図９（ａ）に示すように、熱成形時には裏板３１、摩擦材３２とも平坦であるが、摩擦材３２の熱膨張係数が裏板３１のそれよりも大きければ、図８（ｂ）〜図８（ｄ）のように形を変え、摩擦材３２の熱膨張係数が裏板３１のそれよりも小さければ、図９（ｂ）〜図９（ｄ）のように形を変える。なお、両図とも（ｂ）は金型から取出し、冷却後、（ｃ）は摩擦面の研磨仕上げ後、（ｄ）は長期保管後の形である。
【００３２】
図８（ｄ）の場合、本発明品のパッドと同様、摩擦面３３が丸味を帯びているが、従来法で得られるパッドは、その丸味の制御ができず、鳴きの防止が不確実になる。
【００３３】
図９（ｄ）のような鳴きを助長し易いものになることもある。
【００３４】
この発明の方法は、成形接着時に裏板に図９（ｄ）の凹み量ｄよりも大きな反りを与えることで、摩擦材の熱膨張係数が裏板のそれよりも小さいときにも摩擦面３３を図４（ｄ）の形にすることができる。
【００３５】
また、摩擦材材料の種類によってクラックの発生し易い材料と発生し難い材料がある。反り量のコントロールを行い、クラックの発生しない範囲で反り量を決めることが好ましい。
【００３６】
以下に、効果の確認実験結果を記す。
図６の熱成形金型（Ｌ₁＝１５０ｍｍ、ｔ＝２５ｍｍ、ｈ₂ ＝２．４ｍｍ、各段の段差１．２ｍｍ）を用いてパッドを、成形温度１６０℃、圧力１０ＭＰａ、時間１０分の条件で製造した。パッドの裏板は軟鉄、摩擦材はスチール繊維を主体とし、無機充填材、有機充填材、フェノール樹脂を混合したセミメタリック系原料を用いた。裏板は、接着剤となるフェノール樹脂を表面に予め塗布している。
【００３７】
こうして得られたパッドの反り量を図１０に示す平面度測定法で調べた。図１０の方法は、定盤（図示せず）上に支持ブロック１３を３個置いて高さを揃え、その支持ブロック１３で裏板３１の端部３点を支え、摩擦面３３の両端部の高さＨ₁、Ｈ₂と中央部の高さＨ₃を測定し、摩擦面の反り量Ｘを、Ｘ＝Ｈ₃−（Ｈ₁＋Ｈ₂）／２の式で求める。
【００３８】
裏板３３の反り量も、パッド３０を反転させて同様の方法で測定した。
【００３９】
その結果、この発明の方法で得られたパッドは、摩擦面研磨後の裏板反り量が＋０．５ｍｍ（従来法によるものは発明品とは反対方向に−０．０１ｍｍの反りが生じた）、摩擦面の反り量は発明品、従来品ともゼロであった。
【００４０】
また、１ケ月間放置後の裏板の反り量は発明品、従来品ともゼロになり、発明品については、摩擦面３３に仕上げ研磨時に裏板が反っていた量に相当する＋０．５ｍｍの反り（中央が凸となる方向の反り）が生じた。従来品は発明品とは逆に摩擦面が凹になる方向に反り、その反り量は−０．０１ｍｍであった。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明の方法によれば、一般的な製造方法と同じ工程を経て鳴きの防止に有効な摩擦面が丸味を帯びたパッドを製造でき、生産性の低下が生じない。
【００４２】
また、摩擦面の丸味を制御して安定した鳴きの防止効果を発揮させることができ、摩擦材の熱膨張係数が裏板のそれより小さいときにも摩擦面に丸味を帯びさせて鳴きを防止することかできる。
【００４３】
このほか、ダイの底部に反りを生じた裏板との間の隙間を小さくする凸部を設ける方法は、摩擦材のはみ出しを抑制でき、また、インサートに設ける凹部やダイ底部の凸部を階段形状にする方法やその凹部、凸部の形成領域を特定する方法は金型の制作費と製作の手間を削減することができる。
【００４４】
さらに、研磨機のベッドに凹部を設ける方法は、反りを生じたパッドを研磨機のベッドに安定して固定でき、加工の安全性向上、製品の品質の安定化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パッドの製造方法の一例を示す動作工程図であり、（ａ）はインサートに裏板とダイを組合わせた状態、（ｂ）は摩擦材原料投入後の状態、（ｃ）は原料を加熱、加圧して摩擦材の成形と接着を行っている状態を各々表わしている。
【図２】この発明で用いる熱成形金型の一例を示す断面図
【図３】図２の金型による成形、接着時の作用断面図
【図４】この発明の方法で製造されるパッドの形状変化の過程を示す図であり、（ａ）は熱成形時、（ｂ）は熱成形金型から取出して冷却した後、（ｃ）は仕上研磨後、（ｄ）は１ヶ月以上保管し、ディスクブレーキに組込んだ後の状態を各々表わしている。
【図５】金型の変形例を示す断面図
【図６】（ａ）金型の更に他の例を示す断面図
（ｂ）金型の更に他の例を示す断面図
【図７】研磨機のベッドに凹部を設ける例を示す図
【図８】従来法で製造されるパッドの形状変化の一例を示す図であり、（ａ）は熱成形時、（ｂ）は熱成形金型から取出して冷却した後、（ｃ）は仕上研磨後、（ｄ）は１ヶ月以上保管し、ディスクブレーキに組込んだ後の状態を各々表わしている。
【図９】従来法で製造されるパッドの形状変化の他の例を示す図であり、（ａ）は熱成形時、（ｂ）は熱成形金型から取出して冷却した後、（ｃ）は仕上研磨後、（ｄ）は１ヶ月以上保管し、ディスクブレーキに組込んだ後の状態を各々表わしている。
【図１０】パッドの反り量の測定法を示す図
【符号の説明】
１、２０インサート
２位置決めブロック
３ダイ
４キャビティ
４ａキャビティ側壁
５パンチ
６凹部
７凸部
８盗み部
９研磨機
１０ベッド
１１カップ砥石
１２凹部
３０パッド
３１裏板
３２摩擦材
３２ａ摩擦材原料
３３摩擦面
Ｌプレート巾
Ｌ₁ インサート凹み又はダイ凸部加工領域巾
ｈ、ｈ₂ インサートの凹み量
ｔキャビティ側壁厚み
Ｄディスク
１３支持ブック
Ｈ₁、Ｈ₂、Ｈ₃ 摩擦面両端部（Ｈ₁、Ｈ₂）と中央部（Ｈ₃ ）の定盤からの高さ

Claims

表面に接着剤を塗布した裏板と、摩擦材の原料又は予備成形品を熱成形金型で加熱、加圧して成形、接着する工程において、裏板をセットする熱成形金型のインサートに、裏板受け部のほぼ全面に渡って裏板の両側端を受ける側が浅く、中央部が深くなる凹部を設け、その凹部で成形圧着時に前記裏板に摩擦材接着面の中央が凹となる反りを与えてその反りを消滅させる方向の内部応力をパッドにもたせ、この状態でパッドの摩擦面を平坦に研磨し、しかる後、前記内部応力で前記裏板を弾性復元させ、その裏板に接着された摩擦材を、摩擦面が凸形に彎曲し、摩擦材の厚みが中央から両側面に向って漸減する状況に変形させることを特徴とするディスクブレーキパッドの製造方法。
前記インサートに設ける前記凹部を、滑らかな彎曲面で形成した請求項１記載のディスクブレーキパッドの製造方法。
前記インサートに設ける前記凹部を、段階的に深さが変化する階段形状にした請求項１記載のディスクブレーキパッドの製造方法。
前記裏板の上方に配置して摩擦材の原料又は予備成形品を装填するダイの底部に、反りを与えた前記裏板との間の隙間を縮小する凸部を設けた請求項１乃至３のいずれかに記載のディスクブレーキパッドの製造方法。
前記ダイの摩擦材両側面を成形するキャビティ側壁を、要求強度を満たせる範囲で薄くし、そのキャビティ側壁の外面よりも内側を、前記インサートに設ける前記凹部もしくはその凹部とダイの底部に設ける前記凸部の形成領域とし、さらに、前記キャビティ側壁の外面よりも外側において前記ダイに、前記裏板との干渉を避ける盗み部を設けた請求項４に記載のディスクブレーキパッドの製造方法。
前記裏板に接着した摩擦材の摩擦面を研磨機で研磨仕上げする工程において、前記裏板を吸着する磁石を組み込んだ前記研磨機のベッドに凹部を設け、前記裏板の両側近傍を前記ベッドで支持し、中央部を前記ベッドから浮き上がらせて摩擦面の研磨を行なう請求項１乃至５のいずれかに記載のディスクブレーキパッドの製造方法。
請求項１乃至６のいずれかの方法で製造され、摩擦面が凸形に彎曲して裏板に接着された摩擦材の厚みが中央から両側面に向かって漸減しているディスクブレーキパッド。