JPH0989016A

JPH0989016A - ディスクブレーキパッド

Info

Publication number: JPH0989016A
Application number: JP24304495A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Nakagawa; 光彦中川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1995-09-21
Filing date: 1995-09-21
Publication date: 1997-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ディスクブレーキ用摩擦パッドのプレートと
の接着耐久性を向上させる。【解決手段】ディスクブレーキパッドにおいて、凸部
を持つプレート３とその上に積層されたアンダーレイヤ
２と摩擦母材１からなり、該アンダーレイヤ２がプレー
トの凹凸に従って凹凸を持つ構造とし、たことを特徴と
する。アンダーレイヤ２の組成は摩擦母材１に比して、
繊維と結合材の一方もしくは両方の体積配合比率が大き
く、またアンダーレイヤの凸部は凹部に比べ、単位面積
当たりのせん断強度が大きく、すなわち気孔率を小さく
する。その結果高負荷のブレーキに用いられるセミメタ
リックパッドでも十分な接着強度をもつディスクブレー
キパッドを供給できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車や産業機械などに
用いられるディスクブレーキ用パッドに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のディスクブレーキ用摩擦パッド
は、鉄板等を打ち抜いた裏板の表面に接着剤を塗布し
て、その表面に各種繊維、その他の摩擦基材や充填剤等
と結合剤の混合物を加熱しつつ加圧して摩擦材とプレー
トとを一体に成形している。このパッドはディスクブレ
ーキに組み込まれ、使用中に摩擦熱で高温になると同時
に、パッド表面にかかるブレーキ力によってせん断力が
負荷されるため、裏板との接着が剥がれるなどの欠点が
ある。さらに鉄繊維や黒鉛等が多用されるセミメタリッ
ク摩擦材では、ブレーキ本体への伝熱が特に大きく、ブ
レーキ本体の温度が上昇し、ベーパーロックの危険を生
じ、またブレーキ本体に使用されるゴム部品の劣化を促
進するので、これを防ぐために裏板と摩擦材との間に断
熱層を設けることがあるが、その場合断熱層の厚さを大
きくとると摩擦材の有効使用厚さが減少するため、断熱
層厚さに限界があり、薄くすれば接着界面への熱伝導防
止にも限界があるので、接着剤の劣化防止が不十分であ
る。

【０００３】これに対し、裏板に孔や凹部をもうけてそ
の内部に摩擦材を凸入させた形に成形する方法もある
が、孔や凹部の面積には限界があり、さらにパッドの特
性上流動性が悪い材料であるから、成形時に孔や凹部へ
の材料の流れ込みを期待できず、その結果凹部に入り込
んだ断熱層の気孔率は、凹部以外の断熱層及び摩擦母材
より大きくなり、材料強度が低下し、十分なせん断応力
は得られない。また、前記断熱層を設けた２層のパッド
では、断熱層（アンダーレイヤ）と摩擦母材の境界面に
おける接着も考慮が必要である。境界面において、摩擦
母材とアンダーレイヤの繊維の絡みが少なければ、両層
の熱膨張の差により、境界面にストレスが集中し、劣化
しやすくなる。

【０００４】例えば、実開昭６２−１４９６３９号公報
には、アンダーレイヤと凹凸のあるプレートを用いたデ
ィスクパッドが開示されているが、摩擦母材とアンダー
レイヤの境界面には前記したような配慮がなされていな
い。また、実開平２−９６０５２号公報ではプレートか
らプレートと同材質の突起対を直径３ｍｍ以内突出させ
摩擦材の摩耗限界内にとどめたディスクパッドが開示さ
れている。この場合には小型のパッドであれば補強効果
があるが、大型のパッドでプレートの厚みも大きくなる
と、直径３ｍｍ以内の突起をプレス加工する事はむづか
しく、コスト高となる。そして大きな制動トルクを受け
ると摩擦材の座屈破壊を誘起する。凸の数を増せば良い
が、これもコスト高となる。また、２層構造の発想はな
く、従ってアンダーレイヤと摩擦母材の境界面を補強す
るものではない。

【０００５】また、実開昭５７−２４３３４号公報にお
いては、プレートを円錐台形状に凸部を設け、凸部が傾
斜面を持つことにより、アンダーレイヤの厚みを均一に
する工夫がなされている。しかし、このようにすると、
前記したような制動トルクに対して効果を減少させるこ
とになる。

【０００６】さらに、実開平３−１０５７３６号公報に
よれば、プレートに凹凸を付けることにより、摩擦母材
との接着界面を増す事により接着効果を高め、かつ摩擦
母材と反対側において、キャリパまたはピストンとの間
に空気の層を設け、冷却効果を高める効果をうたってい
るが、プレートの板厚が増す事は即ち摩擦母材の厚みを
減ずる事になり、寿命の観点から不利になる。またこの
技術においても、アンダーレイヤと摩擦母材の境界面に
関する配慮は見あたらない。ディスクブレーキ用パッド
の強度及び耐熱性については以上のようにいろいろ工夫
がなされているが、その使用用途により十分なものもあ
るが、不足となるものもあり、一様ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記したようにディス
クブレーキ用パッドにおいて、摩擦母材がスチールファ
イバーを多く用いるいわゆるセミメタリックタイプの摩
擦材では摩擦面で発生した熱が接着剤を介してプレート
に伝わるのを防ぐため、アンダーレイヤを間に用いる事
は既に行われているが、アンダーレイヤは上記のよう
に、プレートとの接着を確実にし、また摩擦熱により発
生した熱を摩擦母材からプレートに伝わるのをできるだ
け抑える役割をもっている。本発明はこの役割を限られ
た寸法の中で最大限に生かし、より強固でかつ耐熱性の
あるディスクブレーキパッドの提供を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記解決法と
して、凸部を持つプレートとその上に積層されたアンダ
ーレイヤと摩擦母材からなり、該摩擦母材とアンダーレ
イヤがプレートの凹凸に従って凹凸をもっていることを
特徴とし、かつ該アンダーレイヤが繊維と結合剤の一方
もしくは両方の体積配合比率が摩擦母材に占めるその体
積配合比率よりも大きいことにより達成される。また他
の手段として、凸部を持つプレートとその上に積層され
たアンダーレイヤと摩擦母材からなり、該摩擦母材とア
ンダーレイヤがプレートの凹凸に従って凹凸をもってい
ることを特徴とし、かつ該アンダーレイヤの摩擦母材側
への凸部の気孔率が凹部のそれより小さいことにより達
成される。即ち、アンダーレイヤにおいて、プレートへ
の密着強度をたかめ、かつ、摩擦母材との境界面を確実
に密着させるには、２つの手段が考えられ、１つは、ア
ンダーレイヤに含まれる接着強度を向上させる材料の配
合組成比を増すことによる。接着強度を増す材料として
繊維と結合剤があげられる。他の１つは、アンダーレイ
ヤの摩擦母材側への凸部の単位面積あたりのせん断強度
が凹部のそれより大きい、言い換えれば凸部の気孔率が
凹部の気孔率よりも小であることにより、せん断強度を
大きくでき、加えてアンダーレイヤの凸部の単位面積あ
たりのせん断強度が摩擦母材のどの位置のそれより大き
い状態にあるのが望ましい。

【０００９】

【作用】本発明において、プレートは凸部を設けること
により、プレート自体の剛性を上げ大型のパッドでも平
板状のものより反りにくくなる。この凸部の高さ寸法は
プレート厚みの１０〜７０％の凸とするのがよく、好ま
しくは３０〜５０％とするのがよい。大型のパッドで
は、プレートの厚みが７ｍｍ以上あり、このような場合
には特に凸部の高さを大きくしないとせん断力に対する
効果が出ない。また円錐台形ではせん断力に対するスリ
ップ効果により、凸部を設ける意味がない。

【００１０】またプレートの凸部の合計面積に関して
は、ディスクブレーキパッドにかかるせん断力が関連す
る。ディスクブレーキパッドの摩擦母材とアンダーレイ
ヤ及びアンダーレイヤと裏板の界面にかかる力が、ブレ
ーキ制動時のディスクとの摩擦に起因するせん断力であ
り、その力を受ける場合、前記界面がせん断力に対し、
平行であれば、界面間の接着力のみで対応することにな
る。ところが、本発明では、上記凸部を設けることによ
り、せん断力に対し、直角部分ができることになるか
ら、大きなせん断応力を期待できる。

【００１１】しかし、この凸部の面積をむやみに多く取
れば、逆に凹部の面積が減少することになり、理論上は
５０％づつとするのが妥当であるが、実際はプレートに
接着するアンダーレイヤのせん断応力によってせん断強
度が決まるので、加熱成形時のアンダーレイヤの成形状
態に左右される。即ち、アンダーレイヤを構成する材料
は、摩擦母材と同時に熱成形時に加圧されるが、材料の
流動性が大きい場合は材料が凹部にまでまんべんなく入
り込むので、凸部の面積を大きく取れるが、逆に材料の
流動性が小さいと凸部の間にアンダーレイヤが回り込め
ず、結果としてアンダーレイヤのプレート凹部に相当す
る部分は密度が粗となり、結果として接着力が減少す
る。一般に摩擦材においては摩擦性能の関係から材料中
に気孔を多く含ませ、かつ材料強度を保つために繊維を
多く含ませるので、材料として加熱成形時の流動性は小
さい。アンダーレイヤ材料の流動性も摩擦母材とのなじ
みを良くするため、摩擦母材に近い配合をとる。その結
果、プレート凸部の面積を多くすると、相対的にプレー
ト凹部の面積が減り、プレート凹部にアンダーレイヤが
回り込めなくなる。従ってプレートの凸部の合計面積は
パッドの実効面積の３〜３５％がよく、より好ましくは
５〜２５％とするのがよい。

【００１２】上記のようなプレートに接着するアンダー
レイヤはプレートの凹凸にほぼ類似した形状の層をなす
事により、せん断強度を低下することがない。また層の
厚みをほぼ同一とする事により、摩擦熱を遮断する効果
を維持できる。さらに摩擦母材とアンダーレイヤの境界
面は凹凸があるので、境界での応力集中を避けられる。
摩擦母材とアンダーレイヤの材料に関していえば、摩擦
母材はその用途目的から、摩擦性能により材料組成が決
まるが、アンダーレイヤは摩擦母材より強度を重視する
ことから強度を向上させる材料の比率を高めておくこと
が好ましい。強度向上材料には、繊維または結合剤が効
果的である。従って繊維または結合剤の一方もしくは両
方の配合比率が摩擦母材のそれより大きくなっているこ
とが好ましい材料である。

【００１３】またパッドとして、アンダーレイヤがプレ
ートの凸部に当たる部分は特にその楔としての目的か
ら、他の部分より強度を大きくするのが好ましい。この
手法として、一例を示すと、図４ａのように予備成形金
型に摩擦母材を入れ、次に図４ｂに示すプレート凸部に
相当する摩擦母材部分を加圧し、図４ｃのように一旦均
一にならして、図４ｄでその上にアンダーレイヤを均一
に投入してから予備成形する（図４ｅ）と、プレート凸
部に相当する部分は他の部分よりもより緻密となり、こ
の状態で凸部のあるプレートをセットした加熱成形金型
に上下逆にして投入し（図４ｆ）、加圧加熱成形すると
（図４ｇ）、摩擦母材の緻密さが緩和され、その分アン
ダーレイヤの緻密さが増加する。さらに、プレート凸部
の部分によりアンダーレイヤが圧縮されより緻密化した
パッドとなる（図４ｈ）。その結果、単位面積あたりの
せん断強度を大きくすることが出来る。そして緻密とな
ることにより気孔率は減少する。従ってプレートの凸部
上のアンダーレイヤの気孔率は他の部分より気孔率が小
となる。

【００１４】本発明のように、アンダーレイヤが摩擦母
材に食い込んだ形状をとると、摩擦母材との密着性は増
すが、母材が摩擦により摩耗したときに、摩擦面に摩擦
母材とアンダーレイヤが共存することになる。両者の材
料特性により摩擦摩耗性能が決まるが、実験結果から、
その性能はより摩擦母材に近い値をとることが解ってい
る。この結果に基づいてプレート凸部の面積をどの程度
にするかを判断できるが、前述のようにせん断強度のみ
を考慮すれば、凸部の面積を大きくすることが好ましい
ことになる。ところが大きくし過ぎると摩擦母材との摩
擦性能の差が大きくなる。この事実からもパッドの実効
面積に対するプレート凸部の面積の比率を判断できる
が、前記のせん断強度に基づいて得られた３〜３５％好
ましくは５〜２５％が適当である。

【００１５】

【実施例】図１に本発明の断面図を示す。プレート３は
プレート凸部４とプレート凹部５を持ち、摩擦母材１と
の間にアンダーレイヤ２がプレートの凹凸に従って層状
に存在する。このため、プレートと摩擦母材の間に働く
せん断力は、プレートの凸とアンダーレイヤの凸との両
方で抗力を生み出すものである。

【００１６】（実施例１）板厚６ｍｍ、パッド実効面
積６０ｃｍ²の鉄プレート３をハーフシア加工により２
０ｍｍ径の３．５ｍｍ凸部４を４箇所打ちだした。この
プレート凸部の高さは５８％であり、プレート凸部のパ
ッド実効面積に対する比率は約２１％となる。このプレ
ートを脱脂洗浄後、乾燥しフェノール系接着剤を塗布乾
燥した。次に表１の配合になる摩擦母材１とアンダーレ
イヤ２をそれぞれ準備した。この時の摩擦母材の繊維は
スチールファイバの３５ｖｏｌ％、結合剤はフェノール
レジンの１７ｖｏｌ％である。アンダーレイヤの繊維は
セラミックスファイバも加え、４０ｖｏｌ％であり、樹
脂は２５ｖｏｌ％である。

【００１７】予備成形金型に母材を所定量投入し、ほぼ
同一高さにならした後、プレートの凸部相当位置を凸部
と同一径の突き棒で５００ｋｇ／ｃｍ²加圧し、凹部を
つけた後、再度同一高さにならしておき、その上にアン
ダーレイヤの所定量をほぼ一定厚みになるように投入す
る。全体を２００ｋｇ／ｃｍ²で加圧し、予備成形体を
得た。

【００１８】加熱成形機に金型をセットし、処理された
プレートと予備成形体を入れ１５０℃、４００ｋｇ／ｃ
ｍ²、１０分の条件で成形した後、２４０℃で４時間硬
化した。冷却後、プレート３を除く厚みが１３．５ｍｍ
となるように摩擦面を研磨し、製品を得た。その中の数
個を取って切断した面で観察したところ、アンダーレイ
ヤ２の平均厚みは３．６ｍｍ，プレートの凸部４では
３．１ｍｍであった。

【００１９】

【表１】

【００２０】（比較例１）実施例１と同一のプレート
のハーフシアを打ち抜きとし、凸部４にかえて４個の孔
あきプレート（図２の（ロ））を用い、洗浄及び接着剤
の処理は実施例１と同様にした。配合は、母材は実施例
１と同じもの、アンダーレイヤは表２の配合とした。こ
の場合のアンダーレイヤの繊維は２０ｖｏｌ％であり、
結合剤は１５ｖｏｌ％である。予備成形では母材投入後
ならしたあと、突き棒による凸部の加圧をやめ、そのま
まアンダーレイヤを平均して投入した。成形圧力は２０
０ｋｇ／ｃｍ²である。加熱成形以降は実施例１と同一
である。

【００２１】

【表２】

【００２２】（実施例２）アンダーレイヤの配合を表
２のものとした他は、すべて実施例１と同様にパッドを
製造した。

【００２３】以上の３種類のパッドを検査した結果を表
３に示す。検査の手段は自動車工業会より発行されてい
る「ＪＡＳＯＣ４４４−７８ライニングの物理的試
験方法」に基づき以下のように実施した。ａ．テストピースせん断強度、気孔率はプレートの凸部
上と凹部上の位置で直径２０ｍｍの大きさに切り出し、
プレートははずした。気孔率は油含浸法と水換法で測定
し、テストピースせん断強度は引っ張り試験機にジグ
（図３）を用いて測定した。ｂ．パッドのフルサイズせん断強度はまずサンプルを３
００℃の炉中で５時間加熱劣化させ、取りだした後１分
以内に専用のせん断試験機にてせん断した。せん断位置
を２箇所とり（図２）、Ａ点はアンダーレイヤの１ｍｍ
上、Ｂ点はプレートより０．５ｍｍ上でせん断した。い
ずれもパッドの外周側からせん断した。以上の結果より、本発明によればきびしい熱履歴を受け
ても、パッドの強度は維持され、かつ摩擦母材とアンダ
ーレイヤの境界面の強度も十分耐えられる力を保有す
る。特に、配合中の繊維と結合剤の一方もしくは両方の
体積配合比率が摩擦母材よりアンダーレイヤの方が大き
い表１の組み合わせの方が、アンダーレイヤを表２とし
たものよりも、より強度が大きくなり好ましい結果を得
る。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【表４】

【００２６】

【発明の効果】本発明により、高負荷のブレーキに用い
られるセミメタリックパッドにおいても、十分な接着強
度をもつディスクブレーキパッドを供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパッドの断面構造を示す。

【図２】本発明のパッドのフルサイズせん断試験のせん
断位置を示す。Ａは摩擦母材のせん断位置、Ｂはアンダ
ーレイヤのせん断位置。

【図３】本発明のせん断ジグを示す。

【図４】本発明の作り方の一例を示す。

【符号の説明】

１：摩擦母材２：アンダーレイヤ３：プレート４：プレート凸部５：プレート凹部６：ローラ７：ガイド８：テストピース９：右ジグ１０：左ジグ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凸部を持つプレートとその上に積層され
たアンダーレイヤと摩擦母材からなり、該摩擦母材とア
ンダーレイヤがプレートの凹凸に従って凹凸を持ってお
り、かつ前記アンダーレイヤを構成する材料において、
繊維と結合剤の一方もしくは両方の体積配合比率が摩擦
母材に占めるその体積配合比率よりも大きいことを特徴
とするディスクブレーキパッド。
【請求項２】凸部を持つプレートとその上に積層され
たアンダーレイヤと摩擦母材からなり、該摩擦母材とア
ンダーレイヤがプレートの凹凸に従って凹凸を持ってお
り、かつ前記アンダーレイヤの摩擦母材側への凸部の気
孔率が凹部のそれより小さいことを特徴とするディスク
ブレーキパッド。