JP5398563B2

JP5398563B2 - ブレーキパッドおよびその製造方法

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Publication number: JP5398563B2
Application number: JP2010018648A
Authority: JP
Inventors: 信吾三宅; 恵介谷口; 伸二鈴木; 佳正木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP2011158006A

Description

本発明は、ディスクブレーキ用のブレーキパッドおよびその製造方法に関する。

ブレーキパッドの製造方法として、摩擦材の熱成形時にその長手方向端部となる位置に傾斜面部を形成するとともに、長手方向中央部の平坦面部よりも傾斜面部の密度を小さくする製造方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−８３９７８号公報

しかしながら、上記の製造方法では、摩擦材の平坦面部と傾斜面部との角部の硬度が、平坦面部の硬度よりも大きくなってしまう。このため、ディスクが角部に接触するとブレーキ鳴きを生じる可能性があった。

したがって、本発明は、ブレーキ鳴きを抑制できるブレーキパッドおよびその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、摩擦材の平坦面部と傾斜面部との角部の硬度を、平坦面部の硬度以下とした。

本発明によれば、ブレーキ鳴きを抑制できる。

本発明の一実施形態に係るブレーキパッドを示すもので（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。本発明の一実施形態に係るブレーキパッドの予備成形品および予備成形用金型を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るブレーキパッドの成形用金型に予備成形品を投入した状態を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るブレーキパッドおよび成形用金型を示す断面図である。本発明の一実施形態に係るブレーキパッドを示す熱成形後の断面図である。ブレーキパッドおよび下型を示す断面図であって、（ａ）は比較例１を、（ｂ）は比較例２を、（ｃ）は比較例３を、（ｄ）は比較例４を、それぞれ示すものである。

本発明の一実施形態を以下に説明する。

図１に示す本実施形態に係るブレーキパッド１１は、車両用のディスクブレーキに設けられて、車輪とともに回転する図示略のディスクに接触して制動力を発生させるもので、一面側の接触面１２でディスクに接触する摩擦材１３と、摩擦材１３の他面側の貼付面１４に貼付される板状の裏金１５とからなっている。

裏金１５は、金属製であり、ディスク回転方向（図１の左右方向）に長い平板状をなしており、その板厚方向一側が摩擦材１３を保持する保持面１６となっている。また、裏金１５には、その長手方向中間部に、板厚方向に貫通する貫通孔１７が長手方向に離間して二カ所形成されている。

摩擦材１３は、裏金１５と同様、ディスク回転方向に長い形状をなしており、接触面１２の長手方向中央部にディスク軸線方向（図１（ａ）の紙面直交方向）に直交して広がる平坦面部（摩擦材平坦面部）２０が貼付面１４と平行に形成されている。また、摩擦材１３は、接触面１２の長手方向両端部に端側ほど貼付面１４からの高さが低くなるように平坦面部２０に対して鈍角をなして傾斜する傾斜面部（摩擦材傾斜面部）２１が鏡面対象に形成されている。また、摩擦材１３には、平坦面部２０の長手方向中央部に平坦面部２０側から貼付面１４に向けて凹むスリット２２がディスク半径方向（図１（ａ）の上下方向）に沿うように形成されている。また、摩擦材１３の貼付面１４には、裏金１５の貫通孔１７に入り込む突起部２３が長手方向に離間して二カ所形成されている。また、摩擦材１３の枠状の外面２４は、すべて貼付面１４および平坦面部２０に対し直交する方向に沿っている。

そして、本実施形態に係るブレーキパッド１１は、後に詳述するように、傾斜面部２１が加熱加圧成形（熱成形）時に形成されており、平坦面部２０は加熱加圧成形後に研磨加工されて形成されている。加えて、摩擦材１３の平坦面部２０と傾斜面部２１との鈍角をなす角部２５の硬度は、平坦面部２０の硬度以下となっている。

次に、上記したブレーキパッド１１を製造する製造方法について説明する。

まず、裏金１５を以下のように形成する。

平板形状の圧延鋼板からなる素材をプレス成形で貫通孔１７を含む上記外形形状に打ち抜き、脱脂洗浄後、乾燥させる。次に、保持面１６にスチールボールを打ち付けるショットブラスト処理を行い、保持面１６の全面を所定の表面粗さに形成する。なお、貫通孔１７は必ずしも設ける必要はない。

次に、エアブロー等により裏金１５を洗浄し、裏金１５の保持面１６の全面にエポキシ−フェノール樹脂の接着剤を塗布し、乾燥させる。

他方で、摩擦材１３の図２に示す予備成形品１３ａを以下のように形成する。

ここで、予備成形品１３ａは、摩擦材１３と同様、ディスク回転方向（図２の左右方向）に長い形状をなしており、厚さ方向（図２の上下方向）の一面側に接触面１２ａが形成されている。この接触面１２ａには、その長手方向中央部に、厚さ方向に直交して広がる平坦な中央面部（予備成形中央面部）２０ａが形成されている。また、接触面１２ａの長手方向両端部には、端側ほど、厚さ方向の他面側にあって中央面部２０ａと平行をなす貼付面１４ａからの高さが低くなるように中央面部２０ａに対して鈍角をなして傾斜する傾斜面部（予備成形傾斜面部）２１ａが鏡面対象に形成されている。

また、予備成形品１３ａには、貼付面１４ａに、裏金１５の貫通孔１７に入り込む突起部２３ａが二カ所形成されている。なお、この突起部２３ａは、裏金１５に貫通孔１７を設けない場合には、形成する必要はない。

また、予備成形品１３ａには、中央面部２０ａおよび貼付面１４ａに対し直交する方向に沿って外面２４ａが形成されている。外面２４ａは、摩擦材１３の外面２４および後述する成形用金型３０の内面３４よりも一回り小さい形状、例えば１ｍｍ程度小さい形状をなしている。このようにすることにより、予備成形品１３ａを型崩れされることなく、成形用金型３０に投入することが可能となっている。また、予備成形品１３ａの厚みは、摩擦材１３の厚みに対して約２倍となるように成形されるようになっている。

予備成形品１３ａを成形するに当たり、配合材料各種を秤量し、レーディゲミキサを用いて混合して、摩擦材料を得る。この摩擦材料をパッド一枚あたりに必要な量を計り取り、予備成形用金型３０ａに投入し、室温にて加圧成形して固めることで、上記した予備成形品１３ａを成形し、予備成形用金型３０ａから取り出した予備成形品１３ａを乾燥させる（予備成形工程）。

ここで、予備成形用金型３０ａは、上下に開口する枠型３１ａと、枠型３１ａの下部開口を閉塞する下型３２ａと、枠型３１ａの上部開口を閉塞する上型３３ａとで構成されている。

枠型３１ａは、その内面３４ａにおいて予備成形品１３ａの外面２４ａを形成するものであり、内面３４ａは、摩擦材１３の外面２４および後述する成形用金型３０の内面３４よりも一回り小さい形状をなしている。

下型３２ａは、その上面３５ａにおいて予備成形品１３ａの接触面１２ａを形成するものであり、上面３５ａには、その長手方向中央部に、中央面部２０ａを形成するための平坦な中央面部形成面部３６ａが内面３４ａに対して直交するように形成されている。また、上面３５ａの長手方向両端部には、傾斜面部２１ａを形成するための傾斜面部形成面部３７ａが中央面部形成面部３６ａに対して鈍角をなして傾斜するように鏡面対象に形成されている。傾斜面部形成面部３７ａと中央面部形成面部３６ａとの角部３８ａは、予備成形品１３ａの角部２５ａを形成する。

上型３３ａは、その下面４０ａにおいて予備成形品１３ａの貼付面１４ａを形成するものであり、下面４０ａには、突起部２３ａを形成するための凹部４１ａが長手方向に離間して二カ所形成されている。なお、この凹部４１ａは、裏金１５に貫通孔１７を設けない場合には、形成する必要はない。

上記の予備成形工程で成形された予備成形品１３ａを、図３に示す成形用金型３０に投入する。

ここで、成形用金型３０は、上下に開口する枠型３１と、枠型３１の下部開口を閉塞する下型３２と、枠型３１の上部開口を覆うように配置された裏金１５を押さえる上型３３とで構成されている。

枠型３１は、その内面３４において摩擦材１３の外面２４を形成するものであり、内面３４は、予備成形品１３ａの外面２４ａよりも一回り大きい形状をなしている。

下型３２は、その上面３５において摩擦材１３の接触面１２を形成するものであり、上面３５には、その長手方向中央部に、中央面部２０を形成するための平坦な中央面部形成面部３６が内面３４に対して直交するように形成されている。また、上面３５の長手方向両端部には、傾斜面部２１を形成するための傾斜面部形成面部３７が中央面部形成面部３６に対して鈍角をなして傾斜するように鏡面対象に形成されている。傾斜面部形成面部３７と中央面部形成面部３６との角部３８は、摩擦材１３の角部２５を形成する。

上型３３の下面４０には、裏金１５を位置決めしつつ押さえるための位置決め凹部４１が形成されている。

ここで、予備成形品１３ａの中央面部２０ａと傾斜面部２１ａとの角部２５ａの位置は、成形用金型３０の中央面部形成面部３６と傾斜面部形成面部３７との角部３８の位置よりも、長手方向中央部側に設けられている。言い換えれば、両側の角部２５ａ間の距離が、両側の角部３８間の距離よりも短くなっており、中央面部２０ａの長さが中央面部形成面部３６の長さよりも短くなっている。角部２５ａと角部３８との位置は、例えば、成形用金型３０の長手方向寸法が１２０〜１３０ｍｍの場合には、角部３８よりも５ｍｍ程度内側となるように角部２５ａの位置が形成されており、角部２５ａ間の距離に対して角部３８間の距離を１．１倍から１．２倍ぐらいの比率で設定するようにしている。また、予備成形品１３ａの中央面部２０ａと傾斜面部２１ａとの角部２５ａの角度は、成形用金型３０の中央面部形成面部３６と傾斜面部形成面部３７との角部３８の角度（小側の角度）よりも小さくされている。

そして、１５０℃に加熱した状態にある成形用金型３０において、図３に示すように下型３２を枠型３１に対して所定距離下げた状態で、成形用金型３０内に予備成形品１３ａを投入し、予備成形品１３ａの二カ所の突起部２３ａを二カ所の貫通孔１７に嵌合させるようにして裏金１５を保持面１６にて予備成形品１３ａの貼付面１４ａに重ね、上型３３の位置決め凹部４１で裏金１５を位置決めしつつ押さえる。これにより、予備成形品１３ａの中央面部２０ａが成形用金型３０の中央面部形成面部３６の中央に位置決めされる。

この状態で、下型３２を所定距離上昇させることで、予備成形品１３ａを成形用金型３０内で、４０ＭＰａで４分間加熱および加圧することになり、これにより、予備成形品１３ａが、図４に示すように加熱圧縮されて摩擦材１３となる（摩擦材成形工程）。

そして、上記の加熱圧縮で一体に結合された摩擦材１３および裏金１５を成形用金型３０から取り出して、恒温槽にて２２０℃に昇温、放置冷却の合計８時間の焼成処理を行う。すると、予備成形品１３ａの中央面部２０ａの位置に図５に示すように中央側ほど膨出する形状の中央面部（摩擦材中央面部）２０’を有し、予備成形品１３ａの傾斜面部２１ａの位置に、傾斜面部（摩擦材傾斜面部）２１を有する形状の摩擦材１３が形成される。

その後、裏金１５の塗装を行い、摩擦材１３の膨出形状の中央面部２０’を両側の角部２５の位置まで研磨して平坦な中央面部２０を形成するとともに、スリット１８を切削加工により形成することで、図１に示すブレーキパッド１１が得られる。なお、傾斜面部２１は、切削加工されることはなく、上記した加熱加圧成形時に形成される。

以上により、図２に示す予備成形品１３ａの中央面部２０ａと傾斜面部２１ａとの角部２５ａの位置は、図１に示す摩擦材１３の中央面部２０と傾斜面部２１との角部２５の位置よりも、長手方向中央部側に設けられている。言い換えれば、両側の角部２５ａ間の距離が、両側の角部２５間の距離よりも短くなっており、中央面部２０ａの長さが中央面部２０の長さよりも短くなっている。また、予備成形品１３ａの中央面部２０ａと傾斜面部２１ａとの角部２５ａの角度は、摩擦材１３の中央面部２０と傾斜面部２１との角部２５の角度よりも小さくなっている。

次に、以上の製造方法で製造されたブレーキパッド１１の実施例の硬度分布を計測するため、図１（ａ）に示す一方の傾斜面部２１の位置Ａ、平坦面部２０のこの傾斜面部２１側の位置Ｂ、平坦面部２０の中央部側の位置Ｃ、平坦面部２０の他方の傾斜面部２１側の位置Ｄ、他方の傾斜面部２１の位置Ｅの各位置にてロックウェル硬度計にてＨＲＲスケールで硬度を測定した。また、実施例の鳴き発生率を評価した。なお、ブレーキ鳴き試験は、実車を用いて、初速５０〜６５（ｋｍ／ｈ）、パッド温度５０〜２５０℃、減速度０．１〜３．５（ｍ／ｓ２）の範囲で約３０００回の制動を行い、鳴きの発生した頻度を求めた。

また、比較例１〜４を作製し、実施例と同様の試験を行った。

ここで、比較例１は、図６（ａ）に示すように、平坦な予備成形品１３ｂを、平坦な上面３５ｂを有する下型３２ｂを備えた成型用金型で加熱加圧成形し、その後の熱処理後に砥石を用いて傾斜面部を研削加工したものである。

また、比較例２は、図６（ｂ）に示すように平坦な予備成形品１３ｃを、中央面部形成面部３６ｃおよび傾斜面部形成面部３７ｃを有する下型３２ｃを備えた成型用金型で加熱加圧成形して中央面部および傾斜面部を形成したものである。

また、比較例３は、図６（ｃ）に示すように、中央面部２０ｄおよび傾斜面部２１ｄを有する予備成形品１３ｄを、中央面部形成面部３６ｄおよび傾斜面部形成面部３７ｄを有する下型３２ｄを備えた成型用金型で加熱加圧成形して中央面部および傾斜面部を形成したものである。なお、中央面部２０ｄに対する傾斜面部２１ｄの角度は、中央面部形成面部３６ｄに対する傾斜面部形成面部３７ｄの角度（小側の角度）と一致しており、結果、完成品の同じ部分の角度と一致する。また、中央面部２０ｄおよび傾斜面部２１ｄの角部２５ｄの長手方向位置は、中央面部形成面部３６ｄおよび傾斜面部形成面部３７ｄの角部３８ｄの長手方向位置と一致し、結果、完成品の同じ部分の長手方向位置と一致している。

また、比較例４は、図６（ｄ）に示すように、中央面部２０ｅおよび傾斜面部２１ｅを有する予備成形品１３ｅを、中央面部形成面部３６ｅおよび傾斜面部形成面部３７ｅを有する下型３２ｅを備えた成型用金型で加熱加圧成形して中央面部および傾斜面部を形成したものである。なお、中央面部２０ｅに対する傾斜面部２１ｅの角度は、中央面部形成面部３６ｅに対する傾斜面部形成面部３７ｅの角度（小側の角度）よりも小さくなっており、結果、完成品の同じ部分の角度よりも小さくなっている。ここで、傾斜面部２１ｅの角度は、予備成形品１３ｅの熱成形前後の厚さから圧縮率が約２倍であることを求め、この圧縮率に合わせて熱成形前が後に対して角度が２倍になるように設定している。また、中央面部２０ｅおよび傾斜面部２１ｅの角部２５ｅの長手方向位置は、中央面部形成面部３６ｅおよび傾斜面部形成面部３７ｅの角部３８ｅの長手方向位置と一致し、結果、完成品の同じ部分の長手方向位置と一致している。

その結果は、以下の表の通りである。なお、表において硬度の範囲○〜△は、○以上△未満を示している。

この表から明らかなように、実施例では、位置Ａ〜Ｅで硬度が均一であり、鳴きの発生率が０％であって鳴きの発生もなく、研削による廃棄物量も１．５ｇと少ないことがわかる。なお、位置Ｂの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当し、位置Ｄの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当することになるため、実施例では、摩擦材１３の角部２５の硬度が平坦面部２０の位置Ｃの硬度と同等になっている。

比較例１は、摩擦材の硬度の高い長手方向の端部を研削しているため、位置Ａ〜Ｅで硬度が比較的均一であり、鳴きの発生率が０％であって鳴きの発生もないが、研削による廃棄物量が６．１ｇと多くなっている。

比較例２は、加熱加圧成形時に長手方向の端部の材料が突っ張り、端部が硬くなるのに対し、中央部が極度に軟らかく成形されるため、鳴きの発生率が８．７％と高くなっている。なお、比較例２でも、位置Ｂの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当し、位置Ｄの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当することになるため、摩擦材の角部の硬度が平坦面部である位置Ｃの硬度より大きくなっている。

比較例３は、加熱加圧成形時に長手方向の端部の圧縮比が高くなり、端部が硬く成形されるため、鳴きの発生率が５．７％と高くなっている。比較例３でも、位置Ｂの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当し、位置Ｄの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当することになるため、摩擦材の角部の硬度が平坦面部である位置Ｃの硬度より大きくなってしまっている。このように、摩擦材の角部の硬度が平坦面部である位置Ｃの硬度より大きくなってしまっていると、制動初期にディスクが摩擦材の角部に接触すると、角部の硬度が大きいため、ブレーキ鳴きを生じる可能性がある。

比較例４は、加熱加圧成形時に長手方向の端部の圧縮比と中央部の圧縮比とが同じであるが、端部が硬く成形されるため、鳴きの発生率が３．３％と高くなっている。なお、比較例４でも、位置Ｂの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当し、位置Ｄの硬度は、これに近接する角部２５の硬度に相当することになるため、摩擦材の角部の硬度が平坦面部である位置Ｃの硬度より大きくなっている。

以上から、傾斜面部２１を加熱加圧成形で形成し、摩擦材１３の角部２５の硬度を平坦面部２０の硬度以下とすることで、発生する廃棄物量、言い換えれば摩擦材料の使用量を抑制することができ、研削加工の工程数を減らすことができて、その上で、ブレーキ鳴きを抑制できることがわかる。

また、上記したように、摩擦材料を予備成形用金型３０ａ内で加圧して固めることで、一面側の長手方向中央部に中央面部２０ａを有し当該一面側の長手方向端部に傾斜面部２１ａを有する予備成形品１３ａを成形する工程と、予備成形品１３ａを成形用金型３０内で加熱および加圧することで、中央面部２０ａの位置に中央面部２０’を有し傾斜面部２１ａの位置に傾斜面部２１を有する摩擦材１３を成形する工程とを含み、予備成形品１３ａの中央面部２０ａと傾斜面部２１ａとの角部２５ａの位置が、摩擦材１３の中央面部２０’と傾斜面部２１との角部２５の位置よりも長手方向中央部側に設けるように成形することで、角部２５の材料の圧縮比を平坦面部２０の圧縮比以下にでき、傾斜面部２１を加熱加圧成形で形成し、摩擦材１３の角部２５の硬度が平坦面部２０の硬度以下のブレーキパッド１１を簡易且つ良好に製造することができる。

なお、予備成形品１３ａの大きさを適宜調整することで、予備成形品１３ａを成形用金型３０内で加熱および加圧することで、中央面部２０ａの位置に平坦面部２０を有し傾斜面部２１ａの位置に傾斜面部２１を有する摩擦材１３を成形すること、つまり平坦面部２０をも熱成形時に形成することも可能である。

１１ブレーキパッド
１３摩擦材
１３ａ予備成形品
１５裏金
２０平坦面部
２０ａ中央面部（予備成形中央面部）
２０’ 中央面部（摩擦材中央面部）
２１傾斜面部（摩擦材傾斜面部）
２１ａ傾斜面部（予備成形傾斜面部）
２５角部
２５ａ角部
３０成形用金型
３０ａ予備成形用金型

Claims

一面側の長手方向中央部に設けられる平坦面部と、前記一面側の長手方向端部に設けられる傾斜面部とを有し該傾斜面部が熱成形時に形成される摩擦材と、
該摩擦材の他面側に貼付される裏金とからなるブレーキパッドにおいて、
前記摩擦材の前記平坦面部と前記傾斜面部との角部の硬度を、前記平坦面部の硬度以下としてなることを特徴とするブレーキパッド。
摩擦材料を予備成形用金型内で加圧して固めることで、一面側の長手方向中央部に予備成形中央面部を有し当該一面側の長手方向端部に予備成形傾斜面部を有する予備成形品を成形する工程と、
前記予備成形品を成形用金型内で加熱および加圧することで、前記予備成形中央面部の位置に摩擦材中央面部を有し前記予備成形傾斜面部の位置に摩擦材傾斜面部を有する摩擦材を成形する工程とを含み、
前記予備成形品の前記予備成形中央面部と前記予備成形傾斜面部との角部の位置が、前記摩擦材の前記摩擦材中央面部と前記摩擦材傾斜面部との角部の位置よりも長手方向中央部側に設けられていることを特徴とするブレーキパッドの製造方法。