JP6285456B2 - 複合ディスクブレーキバッキングプレート - Google Patents

Description

本発明は、ディスクブレーキパッド用のバッキングプレートに関する。

近年の車両ブレーキシステムは、制御された方法で車両の減速または停止させることができる。一般の自動車や軽トラックのブレーキシステムは、前輪のそれぞれのディスクブレーキアセンブリ、および後輪のそれぞれのドラムディスクアセンブリまたはディスクブレーキアセンブリを含む。ブレーキアセンブリは、車両の運転者がブレーキペダルを押した場合に、水圧または空気圧により同時に作動する。それらのドラムブレーキアセンブリおよびディスクブレーキアセンブリの構造、およびそれらの作動装置については、この技術分野で良く知られている。

典型的なディスクブレーキアセンブリは、車両の車輪に固定されて、それと一緒に回転するローターを含む。ローターは１組の対向する摩擦面を有し、これらはキャリパーアセンブリの一部により選択的に噛み合う。キャリパーアセンブリは、アンカープレートに固定されたピンにより滑るように保持される。このアンカープレートは、また、吊り下げられた車輪ハブのような、車両の回転しない構成要素に固定される。１組のブレーキパッド（またはシュー）は、ローターの対向する側面上のキャリパーアセンブリ中に配置される。それらのブレーキパッドは、ローターの対向する摩擦プレートから離れた非ブレーキ位置と、ローターの対向する摩擦プレートと摩擦接触するように動いたブレーキ位置との間の移動のために、１またはそれ以上の油圧作動のピストンに操作可能に接続される。ブレーキペダルを押すと、ピストンはブレーキペダルを非ブレーキ位置からブレーキ位置に移動させ、ローターの摩擦面に摩擦接触させ、これにより車両の関連した車輪の回転を減速させ、または停止させる。

それぞれのブレーキパッドは、比較的厚く、実質的に平坦な金属ボディ（バッキングプレート）からなり、金属ボディには、摩擦材料（一般にはモールド複合材料）の固まりが多くの方法（接着、リベット止め、バッキングプレート中／上の孔または高くなった形状への集積モールドを含む）で取り付けられる。

ブレーキパッドのためのバッキングプレートは、一般には一片の固体鋼からなる。バッキングプレートは、キャリパーピストンの力を、ブレーキパッドを通して分散し、これにより一片の固体ブレーキプレートは、十分に強く硬いことが必要であると信じられる。しかしながら、そのような一片は、特に大きなトラックへの応用では非常に重い。これは、従来技術で問題と認識されていた。車両のスプリングのまたは吊り下げられた構成要素の上の重量は、乗車の品質とハンドリングを劣化させ、同様に燃料の消費を増加させ、価値ある材料を消費する。エンボス加工により一部（一般には端部境界）で厚くされた少し薄いバッキングプレートを形成することにより重さの問題に対応しようと試みられてきた。しかしながら、結果のプレートは、なおも非常に重い物であった。

他の材料の有用な特性を生かし、同時に強度と剛性とを維持する、より軽量の代替えの提供が望まれる。

本開示の第１の形態では、ブレーキバッキングプレートが提供される。プレートを形成するために、非圧縮性のコア材料が、第１シート金属スタンピング具と、第２シート金属スタンピングとの間に挟まれる。第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングは、それぞれ、複数の一体的に形成されたピアス部材（piercing member）を備えたテクスチュア面を有する。

ロールするかプレスすることにより、スタンピングのそれぞれのテクスチュア面は、コア部材とかみ合い、それらのピアス部材は、コア材料中に完全に埋め込まれる。このように、ピアス部材は、第１シート金属スタンピング、第２シート金属スタンピング、およびコア材料を共に固定するように機能する。

好適には、第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングの少なくとも１つは鋼である。

好適には、コア材料は、軽量複合材料である。１つの具体例では、コア材料は摩擦材料である。

所定の具体例では、コア材料は硬化性材料でも良く、この場合、コア材料を硬化または仕上げ硬化する前に、第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングが互いに組み立てられ、一方、コア材料は硬化しないまたは部分的に硬化した状態である。

第１シート金属スタンピングは、ブレーキ摩擦パッドを形成するために摩擦材料に取り付けるための、複数の一体的に形成されたピアス部材を有する第２テクスチュア面を含む。

第１シート金属スタンピングは、少なくとも１つのエンボス（例えばシート金属のスタンピング剛性を増加させるために）を含んでも良い。

様々な形態のピアス部材が可能である。１つの（現在好ましい）具体例では、ピアス部材はフック形状を有する。

ピアス部材の少なくともくつかは、コア材料を通って延びて、対向するテクスチュア面に接触する。それらのピアス部材は、対向するテクスチュア面と接触することにより固定されても良い。更にピアス部材は、互いにクリンチしあっても良い。

いつの具体例では、コア材料は繊維状材料で、ピアス部材は繊維状材料の繊維と噛み合い捕まえる。

好適には、コア材料は耐熱性となるように選択される。コア材料は、他の利点、例えば耐候性、または耐食性を有しても良い。

好適には、第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングは固体で、孔の無いシートで、ピアス部材は、スタンピングに孔をあけず、および穿孔すること無く、第１シート金属スタンピングおよび第２シート金属スタンピングの表面上に形成される。

第１シート金属スタンピングおよび第２シート金属スタンピングは、コア材料と組み立てる前に、仕上げのブレーキバッキングプレート形状に必要とされる寸法に予め切断しても良い。

代わりに、第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングの少なくとも１つは、仕上げのブレーキバッキングプレート形状に必要とされる寸法に予め切断しても良い。この余剰部の少なくとも一部は、組み立て後に、コア材料の端部表面を少なくとも部分的に覆うように曲げられる。

１つのそのような具体例では、ブレーキバッキングプレート形状はアバットメント（abutment）を有し、余剰部は、アバットメント端部のそれぞれにおいて、少なくとも１つのタブの形状で提供される。この少なくとも１つのタブは、アバットメント端部で、コア材料を少なくとも部分的に覆うように曲げられる。この少なくとも１つの曲げられたタブは、（例えば、力を伝達し、キャリパーボディと噛み合う滑る動きを可能にする）ブレーキバッキングプレートのために、実質的に滑らかで平坦なアバットメントの表面を提供する。

ディスクブレーキパッドの同一縮尺の上面図および正面図を示す（従来技術）。 金属スタンピング１、２とコア材料７との間のサンドイッチ構造を示す側面図である。 金属スタンピング１、２とコア材料７との間のサンドイッチ構造を示す側面図である。 金属スタンピング１、２とコア材料７との間のサンドイッチ構造を示す側面図である。 １つのピアス部材５の詳細図である。 ピアス部材５のアレイ１０の一部を示す斜視図である。 コア材料７とのアセンブリ前のスタンピング２の上面図である。 ピアス部材５の第２アレイ１０により取り付けられた摩擦材料２０を有するサンドイッチの第２の具体例の側面図である。 アバットメントタブの曲げプロセスが示された部分アセンブリを示す側面図である。 多重スタンピング層を有する（図８の示された具体例に類似した）第３の具体例の側面図である。 エンボス領域２０を有するスタンピングの上面図である。 図１１の線１２−１２に沿った断面図である。 エンボス領域２１の放射状パターンを有するスタンピングの上面図である。 ピアス部材５の１つの具体例の詳細を有する表面１１の詳細図である。 アセンブリの具体例の側方斜視図を示す（摩擦材料２０とピアス材料７の一部が、細部を示すために除去されている）。 アバットメントタブを示す図１５の側面図である。 図１５の上方斜視図である。

図１（同一縮尺の上面図および正面図）に、従来技術のブレーキパッドは、バックプレートＢに接合された摩擦材料ケーキＡから形成される。

摩擦材料は、ブレーキをかける過程で、ローターに接触する切断材料である。摩擦材料は、一般に複合材料であり、その構成要素は、金属、半金属、無機化合物（例えばセラミック）、および有機化合物を含む。いくつかの処方では、摩擦材料は、金属中に分散した粒子、フィラメント、シェービング、またはファイバーを含んでも良い。予め形成された摩擦材料のケーキは、熱圧力モールディングシステムを用いてベーキングプレート上で成形され、これによりケーキはバッキングプレート上の様々な形状の中や周囲に流れ込む。冷却した場合、摩擦材料は、全体が硬くなり、バックプレートに接着される。

従来技術のバッキングプレートは、固体の、一般には鋼のプレートで、このプレートは、摩擦材料を保持するための孔または他の形状を有する。バッキングプレートの多くの異なった形状があるが、多くの応用はアバットメント端部Ｃを含み、このアバットメント端部Ｃは、キャピラーブラケット中で搭載および整列するために使用される。

本開示では、軽量の、代わりのバッキングプレートが提供される。軽量のコア材料を有するサンドイッチ中の、恒久的に接合された比較的薄い金属スタンピングを用いて、重量が減らされる。全体を覆う構造は、固体の鋼のバッキングプレートと同等の強度と剛性を有し、これにより重量の軽減による機能の損失はない。

プレートは、それら自身は劣った特性を有し、それらを接合されることで拡張され優れるようになる異種の材料からなるという理由で、「複合」バッキングプレートと言われる。

図２〜４は、本発明にかかる複合バッキングプレートを形成するためのプロセスの概略の全体を表す。第１（上部）シート金属スタンピング（全体が１で表される）と第２（下部）シート金属スタンピング（全体が２で表される）が、それらの間に非圧縮性のコア材料７の薄層を挟むように配置される。それぞれの金属スタンピングは、内方に面したテクスチュア面と、外方の面（これは図２〜４に示すように平坦、または図８、９に示すように露出したテクスチュアを有しても良い）を有する。スタンピング１の上で、テクスチュア（内方の）面は１２で、外方の面は１１である。スタンピング２の上で、テクスチュア（内方の）面は１３で、外方の面は１４である。一般的に言えば、全体のサンドイッチの配置は、可逆的である。

図６に示すように、テクスチュア面１２、１３は、ピアス部材５のアレイ１０の形状を有する。

図３に示すように、スタンピング１、２が一緒に移動させられた場合、ピアス部材５はコア材料を噛んで、突き抜け始める。最後に、図４に示すように、テクスチュア面１２、１３の平坦な部分が、非圧縮性のコア材料４の表面１５、１６に触れた場合、ピアス構造は最大の突き抜け量に達し、埋められることによりコア材料に固定される。

ここで使用される「ピアス部材（piercing member）」は、（埋め込みまたは穿孔のために）材料の表面上に配置された、いずれのタイプの爪状またはピン状の構造をもいう。ピアス部材５は、表面から、削る（carving）、えぐる（gouging）、または切り抜く（scraping）ことにより立ち上がる、材料自身の表面からの一体的な突起部でもよい。そのようなピアス部材を形成するための１つの方法が、同時係属の、同一出願人によるカナダ特許出願２，７７８，４５５に記載され、その名称は ”Bulk Textured Material Sheeting” である。関連するプロセスは、また、カナダ出願１，３３０，５２１、１，３３７，６２２または２，１２７，３３９に記載されている。前述の開示は参照することによりここに援用される。

えぐり、または切り抜くプロセスは、図５、６に示すような形状を有するピアス部材５となり、それぞれのピアス部材５は、そこから材料が除去された隣り合った表面トレンチ６を有する。ピアス部材は、図５（および図１４、ここでは、示されるように、フックは根の部分５ｂに対向する端部を有する）に示すように、いくらかフック形状でも良く、またはよりまっすぐに立った（例えば、爪状）部材が提供されても良い。

それぞれのスタンピング１、２を形成するために、連続した長さのプレテクスチュア材料（pre-textured material）（即ち、既に形成されたそのようなピアス部材を有する）が、仕上げの複合プレート形状に打ち抜かれる。代わりに、予め切断されたワークピースが、別個にテクスチャ化されても良い。第２の方法は、表面上に、よりカスタマイズされた外形のピアス部材を得るために好ましい。更に、サンドイッチ（挟む構造）に組み立てる前に、スタンピングは、スタンピングの領域のエンボス加工（例えば、追加の摩擦材料接続表面を形成するため、および／または追加のスタンピングの剛性を提供するため）を含む他の形成工程に耐えても良い。このステージでは、金属スタンピングの特性は容易に制御できる。例えば、図１１（その断面図は図１２に示される）に示すように、エンボス２０は、スタンピング２の上にプレス成形される。エンボスは、（ピストンが当たる小さな中央パッチ中だけでなく）スタンピング２を横切って分布するピストンの高い力のための経路を提供する。一方、ブレーキパッドＡの全体の表面は、ローターに接続し、最大ブレーキ能力を提供する。図１３は、全ての方向にピストンの力を拡げるために、放射状のエンボスパターン２１を有する他の具体例を示す。

１つの具体例では、図８に示すように、スタンピングの少なくとも１つのために使用される、両面金属シート（即ち、双方の面の少なくとも一部の上に、ピアス部材テクスチャ１０を有する）が使用されても良い。これにより、複合バッキングプレートの形成が可能になり、また、摩擦材料がその上に接合される露出したテクスチュア面を可能にする。図１０に示すように、複数のシートが、コア材料とともに挟まれても良い。他の変形も可能である。

本方法で形成された材料のサンドイッチは、ピアス部材の特有の固定効果により、非常に強く硬い積層を提供する。ピアス部材は、薄板面に対して直角に留まろうとする。しかしながら、（コア材料に埋め込まれる）ピアス部材の端部は、近づくことが妨げられ、これにより全体の材料のサンドイッチは、反ったり曲がったりできない。この方法で、例外的に硬い積層が、そうでなければ（比較的薄いために）比較的フレキシブルな材料のシートから形成される。通常はバッキングプレートに使用することが考えられない、より安価な、またはより低いグレードの金属を含む、様々なタイプ、品質、およびグレードの金属（例えば、ステンレス鋼、通常の鋼、アルミニウム）が使用される。

コア材料は、いずれの非圧縮性（好適には軽量）材料でも良い。そのような材料は、ブレーキパッドに使用するために有用な、特別な特性（例えば、（熱伝導を制限する）耐熱性、耐候性、耐食性等）を有するように選択される。そのような材料は、それ自身は強くまたは硬い必要はなく、実際、少々もろくても良い。１つの存在する好適な材料は、ブレーキ条件下で既に試験され、公知の性能を有する摩擦材料である。摩擦材料は、その大きさで軽量であるという追加の利点を有する。

重さの比較として、以下の例のバッキングプレートが考えられる。

サンドイッチは、ローラーで延ばされて、またはプレスされて、コア材料中にピアス部材の完全な埋め込みが達成される。熱または圧力の応用は、所定の環境では必要であろう。両面スタンピング（即ち、２つのテクスチャ面）が用いられた場合（例えば、図８、９）、ローラーで延ばすまたはプレスは、非常に部分的な適用として行われ（例えば、ピアス部材の列の間の経路に従うローラー）、露出したピアス部材の破壊または押しつぶしが避けられる。

ピアス部材の高さとコア材料の厚さは、埋め込みの程度に影響する。幾つかの場合、図１５〜１７に示すように、ピアス部材はコア材料中に途中まで延びる。フックのようなピアス部材の形状は、この場合に引き離し抵抗を提供することを助ける。フックの端部は、また、コア材料中の繊維等を掴む（例えば、摩擦材料の所定の処方のような、繊維状の材料が使用された場合）。

端部のクリンチは、更に、引き離しまたは剥離抵抗を増加させる。ここで使用したように、「クリンチ（clinch）」（留める、留めることができる、留められた）は、２またはそれ以上の層を突き抜けて、そこから延びるピンまたは爪の露出した端部が曲がる動作をいう。クリンチは、木工製品で一般的な方法である。クリンチは、金属材料のリベットと類似し、または容易な引き抜きを防止するための、固定具の他の変形と類似する。クリンチは、そのように接合された２つの積層の間の強い密着を開示する。「共にクリンチされた（co-clinched）」は、（上から下まで）互いに、コア材料とともに、相互に噛み合い、完全な十字のくもの巣構造のピアス材料を形成するピアス部材をいう。この場合、ピアス部材は、対向するテクスチャ面と接触することにより留められ、他のピアス材料と接触することにより共にクリンチする。

図７、９は、アバットメント端部カバーが、第２の選択肢として形成された更なる具体例である。サンドイッチはそれ自身で露出した、型打ちした金属の端部を残し、これにより、キャリパーブランケット中での望まない押しつぶしや引っ張りが生じる。これを避けるために、より滑らかで平坦な表面が、それぞれのアバットメント端部でコア材料を覆うように金属スタンピングのタブを用いることにより提供される。図７に示される１つの具体例では、金属のブランクが、仕上げられたバッキングプレート形状とアバットメント端部でのタブ拡張２ｂ〜２ｄの全体の外形を有する。それらのタブは、下に（または上に）曲げて、アバットメント端部とその側面を覆い（図９に示すように）、それらの端部でコア材料７を包み込む。

アバットメント端部は、更に、平坦化、グラインディング、サンディングまたはコーティング作業を行うことにより、より滑らかで平坦な面にできる。（アバットメント端部以外の）スタンピングの他の張り出した部分は、上方または下方に曲げて、様々な効果（コア材料の全ての側面の完全な包み込みを含む）を達成できる。

上述の開示は、単に、本発明の所定の好適な具体例を示すのみである。本発明は、上述の例に限定されない。即ち、当業者は、ここに記載された発明の示唆を利用および実施するために、変形および変更が可能である、または可能であろうことが認識および理解できるであろう。請求の範囲は、例の中で説明された好適な具体例に限定されるべきではなく、開示全体と一致して最も広く目的にかなうように解釈されるべきである。

Claims (32)

1. ブレーキバッキングプレートの組み立て方法であって、
   ａ）第１シート金属ワークピースのテクスチュア面に隣り合うように非圧縮性のコア材料を配置する工程であって、第１シート金属ワークピースのテクスチュア面は第１の複数のピアス部材を有する工程と、
   ｂ）第２シート金属ワークピースのテクスチュア面に隣り合うように非圧縮性のコア材料を配置して、第１シート金属ワークピースと第２シート金属ワークピースとの間に非圧縮性のコア材料を挟む工程であって、第２シート金属ワークピースのテクスチュア面は第２の複数のピアス部材を有する工程と、
   ｃ）第１の複数のピアス部材で非圧縮性のコアを突き抜けるように圧力をかけて、第１シート金属ワークピースを非圧縮性のコアに固定する工程と、
   ｄ）第２の複数のピアス部材で非圧縮性のコアを突き抜けるように圧力をかけて、第２シート金属ワークピースを非圧縮性のコアに固定する工程と、を含む方法。
2. 非圧縮性のコア材料は、硬化性材料であり、非圧縮性のコア材料が少なくとも部分的に硬化していない状態で、工程ａ）から工程ｂ）が行われる請求項１に記載の方法。
3. 更に、工程ｄ）の後に、非圧縮性のコア材料を硬化する工程を含む請求項２に記載の方法。
4. 工程ｃ）および工程ｄ）は、同時に行われる請求項１に記載の方法。
5. 更に、第１の複数のピアス部材の少なくとも幾つか、および第２の複数のピアス部材の少なくとも幾つかをクリンチする工程を含む請求項１に記載の方法。
6. 更に、工程ａ）に先だって、第１シート金属ワークピースおよび第２シート金属ワークピースを、バッキングプレート形状に切断する工程を含む請求項１に記載の方法。
7. 工程ｃ）および工程ｄ）は、ローラを用いて圧力を加える工程を含む請求項１に記載の方法。
8. 工程ｃ）および工程ｄ）は、プレスを用いて圧力を加える工程を含む請求項１に記載の方法。
9. 工程ｃ）および工程ｄ）の間に、少なくとも第１シート金属ワークピースおよび第２シート金属ワークピースに、熱が与えられる請求項１に記載の方法。
10. ブレーキバッキングプレートの組み立て方法であって、
    ａ）第１シート金属ワークピースのテクスチュア面に隣り合うようにコア材料を配置する工程であって、第１シート金属ワークピースのテクスチュア面は第１の複数のピアス部材を有し、コア材料は少なくとも部分的に硬化していない硬化性材料である工程と、
    ｂ）第２シート金属ワークピースのテクスチュア面に隣り合うようにコア材料を配置する工程であって、第２シート金属ワークピースのテクスチュア面は第２の複数のピアス部材を有する工程と、
    ｃ）第１の複数のピアス部材でコアを突き抜けるように圧力をかける工程と、
    ｄ）第２の複数のピアス部材でコアを突き抜けるように圧力をかける工程と、
    ｅ）工程ｄ）の後に、コア材料を硬化する工程と、を含む方法。
11. 工程ｅ）は、コア材料を加熱する工程を含む請求項１０に記載の方法。
12. 硬化したコア材料は、非圧縮性材料である請求項１０に記載の方法。
13. 工程ｃ）および工程ｄ）は、同時に行われる請求項１０に記載の方法。
14. 更に、第１の複数のピアス部材の少なくとも幾つか、および第２の複数のピアス部材の少なくとも幾つかをクリンチする工程を含む請求項１０に記載の方法。
15. 更に、工程ａ）に先だって、第１シート金属ワークピースおよび第２シート金属ワークピースを、バッキングプレート形状に切断する工程を含む請求項１０に記載の方法。
16. 工程ｃ）および工程ｄ）は、ローラを用いて圧力を加える工程を含む請求項１０に記載の方法。
17. 工程ｃ）および工程ｄ）は、プレスを用いて圧力を加える工程を含む請求項１０に記載の方法。
18. 工程ｃ）および工程ｄ）の間に、少なくとも第１シート金属ワークピースおよび第２シート金属ワークピースに、熱が与えられる請求項１０に記載の方法。
19. ブレーキバッキングプレートであって、
    ａ）第１シート金属ワークピースと、
    ｂ）第２シート金属ワークピースと、
    ｃ）第１シート金属ワークピースと第２シート金属ワークピースとの間に挟まれる硬化したコア材料とを含み、
    第１シート金属ワークピースと第２シート金属ワークピースとのそれぞれは複数のピアス部材を備えたそれぞれのテクスチュア面を有し、それぞれのテクスチュア面のピアス部材は、硬化したコア材料を突き抜けて、第１シート金属ワークピース、第２シート金属ワークピース、および硬化したコア材料を共に固定したブレーキバッキングプレート。
20. ブレーキバッキングプレートであって、
    第１シート金属スタンピングと、
    第２シート金属スタンピングと、
    第１シート金属スタンピングと、第２シート金属スタンピングとの間に挟まれた非圧縮性のコア材料と、を含み、
    第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングとのそれぞれは複数の一体的に形成されたピアス部材を備えたそれぞれのテクスチュア面を有し、それぞれのテクスチュア面のピアス部材は、コア材料を突き抜けて、第１シート金属スタンピング、第２シート金属スタンピング、およびコア材料を共に固定するブレーキバッキングプレート。
21. 第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングの少なくとも１つは鋼である請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
22. コア材料は、軽量複合材料である請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
23. コア材料は、摩擦材料である請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
24. コア材料は、硬化した材料である請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
25. ピアス部材は、フック形状を有する請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
26. テクスチュア面の１つのピアス部材の少なくとも幾つかは、コア材料を通って延びて、対向するテクスチュア面に接触する請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
27. ピアス部材は、対向するテクスチュア面と接触することによりクリンチされる請求項２６に記載のブレーキバッキングプレート。
28. 少なくとも幾つかの対向するピアス部材が、互いに、共にクリンチする請求項２６に記載のブレーキバッキングプレート。
29. コア材料は、繊維状の材料であり、ピアス部材は、繊維状の材料の繊維と噛み合い、これを掴む請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
30. コア材料は、耐熱性、耐候性、または耐食性の１つ以上を有する請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
31. 第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングは、固体で、孔の無いシートである請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。
32. 第１シート金属スタンピングと第２シート金属スタンピングとは、必要とされる寸法に予め切断された請求項２０に記載のブレーキバッキングプレート。

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