JP5512456B2

JP5512456B2 - ブレーキパッド

Info

Publication number: JP5512456B2
Application number: JP2010175500A
Authority: JP
Inventors: 信吾三宅; 恵介谷口; 伸二鈴木; 桂正木
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-08-04
Also published as: JP2012036932A

Description

本発明は、自動車等に用いられるディスクブレーキ用のブレーキパッドに関するものである。

従来、自動車等に用いられるディスクブレーキ用のブレーキパッドは、摩擦材と、該摩擦材の他面側に貼付される裏板とにより構成されており、これらのうち裏板としては、機械的堅牢性、耐腐食性等、各種の要件を満たす鉄系鋼板が使用されていた。しかしながら、この鉄系鋼板は軽量化が難しく、また、摩擦材との間で錆が発生し易いために防錆処理を施す必要がある等の欠点があり、そこで、裏板に、ガラス繊維等の繊維状物質及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含む成型品を用いたディスクパッドが提案されている（特許文献１）。

特開平５−１８０２５１号公報

ところで、上述した従来のディスクパッドでは、裏板にガラス繊維等の繊維状物質及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含む成型品を用いているために、断熱性が高く、したがって、熱伝導率が０．４〜０．６Ｗ／ｍ・Ｋと、従来のスチール製の裏板の熱伝導率の約５０Ｗ／ｍ・Ｋと比べて低いという問題点があった。

従来、ディスクパッドの製造方法としては、裏板の表面に接着剤を塗布し、この裏板の接着剤側の面に摩擦材原材料を配置し、これらを金型内に収容し、加熱圧縮成形する方法が一般的である。ここで、裏板にガラス繊維等の繊維状物質及びフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含む材料を用いた場合、裏板の熱伝導性が悪く、裏板側から接着剤に十分に熱が伝わらず、接着剤の硬化が遅くなって接着不良が生じたり、あるいは、裏板側から摩擦材原材料に十分に熱が伝わらず、この摩擦材原材料に含まれる熱硬化性樹脂の硬化反応が不十分となり、出来上がった摩擦材に割れや亀裂が生じるという問題点があった。

一方、裏板の熱伝導率を高めるために、従来のスチールより熱伝導率が高い合金、例えば、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウム合金や熱伝導率が１５７Ｗ／ｍ・Ｋのマグネシウム合金を用いると、キャリパへ熱が伝わり易くなるので、ブレーキフルードの温度が上昇し、ベーパーロック等の虞があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、従来のスチール製の裏板と同等の熱伝導率を有し、加熱成形時の硬化性を向上させることで、接着剤による接着不良や摩擦材の割れや亀裂等の不具合が生じる虞が無く、しかも軽量化が可能なブレーキパッドを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、裏板に、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、該ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有した材料を用いれば、加熱成形時の接着剤及び摩擦材の硬化性が向上し、したがって、接着剤による接着不良や摩擦材の割れや亀裂等の不具合が生じる虞が無く、しかも軽量化が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のブレーキパッドは、制動時に一面側がディスクロータに当接する摩擦材と、該摩擦材の他面側に設けられた裏板と、を備えてなるブレーキパッドにおいて、
前記裏板は、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、該ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有し、
かつ、熱伝導率は４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とする。

本発明のブレーキパッドは、前記金属粉末または前記金属繊維を１５体積％以上かつ３０体積％以下含有してなることが好ましい。
前記金属粉末はアルミニウム粉末であり、前記金属繊維はアルミニウム繊維であることが好ましい。
前記ガラス繊維を１０体積％以上かつ２５体積％以下含有してなることが好ましい。

本発明のブレーキパッドによれば、裏板が、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、該ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有したので、摩擦材の加熱圧縮成形と、摩擦材と裏板との接着を同時に行う際に、裏板からの熱の伝導が早くなるために、接着剤及び摩擦材の硬化性を向上させることができ、したがって、ブレーキパッドの品質及び耐久性を向上させることができ、接着剤による接着不良や摩擦材の割れや亀裂等の不具合が無い。

また、ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維としてアルミニウム粉末またはアルミニウム繊維を用いれば、裏板全体を軽量化することができ、さらにはブレーキパッド全体を軽量化することができる。
また、従来のスチール製の裏板と比べて振動減衰性に優れているので、スキール音の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るブレーキパッドを示す断面図である。

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に係るブレーキパッドを示す断面図であり、図において、１は自動車のディスクブレーキに用いられるブレーキパッドであり、制動時に一面２ａ側がディスクロータに当接する摩擦材２と、この摩擦材２の他面２ｂ側に設けられたバックプレート（裏板）３とを備えている。

摩擦材２としては、銅繊維、チタン酸カリウム繊維、ロックウール、アラミド繊維、フェノール樹脂、ＮＢＲ粉末、カシューダスト、黒鉛、ジルコン粉末、硫酸バリウム等を所定の混合比で含む成形品が好適に用いられる。
バックプレート３は、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、このガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有する成形品が好適に用いられる。
ここで、熱硬化性樹脂としては、変性無しのフェノール樹脂等が好適に用いられる。

ガラス繊維としては、熱伝導率が約１Ｗ／ｍ・Ｋ程度のガラス繊維が好ましい。
このガラス繊維のバックプレート３の全体量に対する含有率は、１０体積％以上かつ２５体積％以下が好ましい。

ここで、ガラス繊維の含有率を１０体積％以上かつ２５体積％以下と限定した理由は、この範囲がガラス繊維の添加効果を発揮することができる範囲だからである。なお、ガラス繊維の含有率が１０体積％未満では、バックプレート３の摩擦係数を高く維持することができず、また、２５質量％を超えると、バックプレート３の断熱性が高くなり過ぎてしまい、摩擦材２の原材料とバックプレート３とを加熱成形した際にバックプレート３側から原材料に十分に熱が伝わらず、この原材料に含まれる熱硬化性樹脂の硬化反応が不十分になり、得られた摩擦材２に割れや亀裂が生じる虞がある。
このガラス繊維の繊維長は特に限定されないが、プレート材料中の分散性等を考慮すると、１ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３ｍｍ以上かつ１３ｍｍ以下である。

金属粉末または金属繊維としては、上記のガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維が好ましい。
このような金属粉末としては、粒状または切粉状が好ましく、金属繊維としては、繊維長が１ｍｍ以上かつ６ｍｍ以下の金属繊維が好ましい。
このような金属粉末または金属繊維の材質としては、従来のスチールより熱伝導率が高くかつ比重が小さいアルミニウム、マグネシウム等が挙げられる。
このアルミニウムの熱伝導率は２３７Ｗ／ｍ・Ｋ、比重（２５℃）は２．７である。また、マグネシウムの熱伝導率は１５７Ｗ／ｍ・Ｋ、比重（２５℃）は１．７４である。

この金属粉末または金属繊維のバックプレート３の全体量に対する含有率は、１５体積％以上かつ３０体積％以下が好ましい。
ここで、金属粉末または金属繊維の含有率を１５体積％以上かつ３０体積％以下と限定した理由は、１５体積％未満では熱伝導が小さくパッド成形時に割れ等が生じ、また、３０体積％を超えると熱伝導率が高くなり過ぎてベーパーロック等の虞があるためである。なお、金属粉末または金属繊維の含有率が１５体積％未満では、振動減衰性が低下し、スキール音が発生し易くなるので、好ましくなく、一方、金属粉末または金属繊維の含有率が３０体積％を超えると、高速高温時に金属粉末または金属繊維が溶融する虞があり、場合によっては摩擦係数の低下が大きくなる虞があるので、好ましくない。

このバックプレート３の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。
ここで、バックプレート３の熱伝導率を上記の範囲とした理由は、上記の範囲がバックプレート３の特性が最も安定する範囲であるからである。

なお、バックプレート３の熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、バックプレート３の熱伝導性が悪くなり、バックプレート３側から接着剤に十分に熱が伝わらず、接着剤の硬化が遅くなって接着不良が生じるという不具合、及び、バックプレート３側から摩擦材原材料に十分に熱が伝わらず、この摩擦材原材料に含まれる熱硬化性樹脂の硬化反応が不十分となり、出来上がった摩擦材に割れや亀裂が生じるという不具合が生じる虞がある。
また、バックプレート３の熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、キャリパへ熱が伝わり易くなり、ブレーキフルードの温度が上昇し、ベーパーロック等の虞がある。

このブレーキパッド１は、このような構成とすることにより、接着剤及び摩擦材２の硬化性が向上し、したがって、摩擦材２及びバックプレート３を含むブレーキパッド１全体の品質及び耐久性を向上させることができる。
また、ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維としてアルミニウム粉末またはアルミニウム繊維を用いることで、従来のスチール製のプレートと比べて、バックプレート３全体を２５質量％程度も軽量化することができる。
また、従来のスチール製のプレートと比べて振動減衰性に優れているので、スキール音の発生を防止することができる。

以下、実施例及び比較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施例によって限定されるものではない。
「実施例１〜４」
実施例１〜４のブレーキパッドを作製した。
まず、粒状のアルミニウムが１５体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維が２５体積％、及びフェノール樹脂が６０体積％となるように、これらアルミニウム、ガラス繊維及びフェノール樹脂を秤量し、均一に混合し、実施例１のバックプレート用材料を作製した。

次いで、このバックプレート用材料を所定の金型に投入し、加熱圧縮成形を行った。この加熱圧縮成形では、金型温度を１５０℃、成形圧力を２０ＭＰａ、成形時間を１０分とした。
このようにして得られた加熱圧縮成形品を金型から取り出し、次いで、２２０℃にて２４０分間熱処理し、実施例１のバックプレートを得た。
次いで、このバックプレートの一面に、エポキシ−フェノール樹脂の接着剤を塗布し、８０℃にて３０分乾燥し、実施例１の接着剤付バックプレートを得た。

一方、銅繊維、チタン酸カリウム繊維、ロックウール、アラミド繊維、フェノール樹脂、ＮＢＲ粉末、カシューダスト、黒鉛、ジルコン粉末及び硫酸バリウムをそれぞれ所定量秤量し、レーディゲミキサを用いて均一に混合し、混合材を得た。
次いで、この混合材からバックプレート１枚当たりに必要な量を秤量して予備成形型に投入し、室温にて加圧成形し、予備成形品を得た。

次いで、１５０℃に加熱したチャンファーを設置した成形型内に、上記の接着剤付バックプレートの接着剤塗布面と、上記の予備成形品とが対向するように、これらを配置し、次いで、４０ＭＰａの圧力にて４分間、加熱圧縮成形し、加熱圧縮成形品を得た。
次いで、この加熱圧縮成形品を成形型から取り出し、恒温槽にて、２２０℃に昇温させ、この温度にて４時間放置し、その後放冷するという計８時間の熱処理を行った。
その後、塗装及び研磨スリット等の各種処理を施し、実施例１のブレーキパッドを得た。

「実施例２」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを２０体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を２０体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、実施例２のブレーキパッドを得た。

「実施例３」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを２５体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を１５体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、実施例３のブレーキパッドを得た。

「実施例４」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを３０体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を１０体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、実施例４のブレーキパッドを得た。

「比較例１」
実施例１のバックプレートの代わりに従来のスチール系鋼板（ＳＡＰＨ４００）製のバックプレートを用いた他は、実施例１と同様にして、比較例１のブレーキパッドを得た。

「比較例２」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを０体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を４０体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、比較例２のブレーキパッドを得た。

「比較例３」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを５体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を３５体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、比較例３のブレーキパッドを得た。

「比較例４」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを１０体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を３０体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、比較例４のブレーキパッドを得た。

「比較例５」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを３５体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を５体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、比較例５のブレーキパッドを得た。

「比較例６」
バックプレート用材料の配合量（質量％）を、粒状のアルミニウムを４０体積％、繊維長が６ｍｍのガラス繊維を０体積％、及びフェノール樹脂を６０体積％とした他は、実施例１と同様にして、比較例６のブレーキパッドを得た。

「ブレーキパッドの評価」
実施例１〜４及び比較例１〜６それぞれのブレーキパッドの評価を行った。
評価項目は、バックプレートの重量、バックプレートの熱伝導率、外観、接着強度、バックプレートの表面温度、の５項目とした。
これらの評価項目の評価方法は、次のとおりである。

（１）バックプレートの重量
秤を用いてバックプレートの重量を測定した。
（２）バックプレートの熱伝導率
日本工業規格ＪＩＳＡ１４１２−２「熱絶縁材の熱抵抗及び熱伝導率の測定方法−第２部：熱流計法（ＨＦＭ法）」に準拠して、熱伝導率を測定した。
（３）外観
目視にて、ブレーキパッドの割れや亀裂の有無を評価した。
ここでは、割れや亀裂が全く認められないものを「良」とした。

（４）接着強度
日本工業規格ＪＩＳＤ４４２２「自動車用ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッドの接着強度試験方法」に準拠して、接着強度を測定した。
（５）バックプレートの表面温度
ブレーキダイナモ試験にて、制動前温度４００℃、初速５０ｋｍ／ｈ、減速度３．０ｍ／ｓ^２の条件にて１０００回の温度別摩耗試験を行い、その時のバックプレートの表面温度を測定した。
実施例１〜４及び比較例１〜６それぞれのバックプレート用材料の配合量（質量％）を表１に、実施例１〜４及び比較例１〜６それぞれのブレーキパッドの評価結果を表２に、それぞれ示す。

表１及び表２によれば、次のようなことが分かった。
（１）実施例１〜４のブレーキパッドは、比較例１のスチール系鋼板（ＳＡＰＨ４００）製のブレーキパッドと比べて大幅に軽量化されていた。
また、外観についても割れや亀裂が全く認められず、接着強度も十分な強度を有しており、バックプレートの表面温度もブレーキフルード（ＤＯＴ３）のウェット沸点である１４０℃以下を保持しており、ベーパーロックの虞も無いことが確認された。

（２）一方、比較例２〜４のブレーキパッドは、バックプレートの熱伝導率が低く、ブレーキパッドの表面に割れや亀裂が確認された。
（３）比較例５、６のブレーキパッドは、バックプレートの熱伝導率が高く、ブレーキパッドの表面に割れや亀裂が確認されなかったが、バックプレートの表面温度がブレーキフルード（ＤＯＴ３）のウェット沸点である１４０℃を超えており、ベーパーロックの虞が有ることが確認された。

なお、実施例１〜４のブレーキパッドでは、粒状のアルミニウムを用いたが、切粉状のアルミニウムを用いても同様の効果を奏することが確認された。
また、繊維長が６ｍｍのガラス繊維の代わりに、繊維長が３ｍｍのガラス繊維や繊維長が１３ｍｍのガラス繊維を用いても、同様の効果を奏することが確認された。

本発明のブレーキパッドは、摩擦材の他面側に設けられた裏板を、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、該ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有し、かつ、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下としたことにより、接着剤及び摩擦材の硬化性を向上させることができ、したがって、ブレーキパッドの品質及び耐久性を向上させることができ、接着剤による接着不良や摩擦材の割れや亀裂等の不具合も無いものであるから、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ブレーキパッド
２摩擦材
２ａ一面
２ｂ他面
３バックプレート（裏板）

Claims

制動時に一面側がディスクロータに当接する摩擦材と、該摩擦材の他面側に設けられた裏板と、を備えてなるブレーキパッドにおいて、
前記裏板は、熱硬化性樹脂と、ガラス繊維と、該ガラス繊維より熱伝導率の高い金属粉末または金属繊維とを含有し、
かつ、熱伝導率は４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上かつ８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることを特徴とするブレーキパッド。
前記金属粉末または前記金属繊維を１５体積％以上かつ３０体積％以下含有してなることを特徴とする請求項１記載のブレーキパッド。
前記金属粉末はアルミニウム粉末であり、前記金属繊維は、アルミニウム繊維であることを特徴とする請求項１または２記載のブレーキパッド。
前記ガラス繊維を１０体積％以上かつ２５体積％以下含有してなることを特徴とする請求項２記載のブレーキパッド。