JP2000027912A

JP2000027912A - ディスクブレーキパッド

Info

Publication number: JP2000027912A
Application number: JP10199891A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Nakagawa; 光彦中川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】極度の高負荷に耐えるディスクブレーキパッ
ドを提供する。【解決手段】鉄系の繊維若しくは粉粒体を１５体積％
以上、黒鉛を２０体積％以上を必須成分とする摩擦材
と、鉄系繊維若しくは粉粒体を１５体積％以上、カーボ
ンを１５体積％以上を必須成分とする断熱材と裏板から
構成される。摩擦材と断熱材の間に緩衝材を加えてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、鉄道等の
車両及び回転制御を必要とする機械に用いられるディス
クブレーキパッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】ディスクブレーキ用に用いられるディス
クブレーキパッド（以下パッドと省略）は、回転するデ
ィスクにブレーキキャリパーで押し当てられることで、
回転エネルギーを熱エネルギーに置き換え、回転を制御
するものである。従って、ブレーキの使用頻度が高い場
合には、相当の高温になる。特に、負荷の大きい場合
は、５００〜６００℃にまで達することがある。

【０００３】パッドに用いられる材料は、古くはアスベ
ストを主とし、フェノール樹脂で固めたものを用いてい
た。ブレーキの制動力や、付随するフィーリング、又は
発生するノイズ対策等で使用される配合原料も多種多様
になってきている。特に、アスベストについては、発ガ
ン性を懸念することから使用を控え、代わりに鉄繊維若
しくは粉粒体をアスベストに変えたセミメタリック材
と、金属繊維、無機繊維、耐熱有機繊維をアスベストに
置き換えたノンアスベスト材が台頭してきた。

【０００４】これらの新規の摩擦材料も、単に繊維を変
えるだけでなく、その特性に応じて摩擦調整剤と呼ばれ
る種々のフィラー類の配合種類、配合量を変えて摩擦特
性をより使用温度範囲が広く、より高負荷に耐えるよう
に調整している。

【０００５】特に、高負荷に耐えられる材料として、セ
ミメタリック材がある。この材料の特徴は、鉄系の繊維
若しくは粉粒体と黒鉛を多く使用し、配合組成から言え
ば、金属をバインダーとする焼結パッドに近い配合組成
を持つため、このように呼ばれているが、多くのセミメ
タリック材には金属が１５体積％以上含まれる。この金
属により、アスベスト材には到達できなかった高負荷条
件でも使用できる摩擦材料として用いられている。

【０００６】ところが、このセミメタリック材は、金属
と黒鉛を多く用いているため、熱伝導性が大きく、ディ
スク面と摩擦材の表面で発生する摩擦熱をパッド内に誘
引する結果となる。この熱をパッドの裏板に接触するブ
レーキピストン経由でブレーキフルードに伝えるとベー
パーロックを発生する基になり、かつ摩擦材と裏板を接
着している接着剤の劣化を促進し、摩擦材と裏板の接着
が剥がれる恐れがある。

【０００７】そこで、セミメタリック材には、摩擦材と
裏板の間に断熱材を用い、熱伝導を緩和する手段が取ら
れている。初期の頃には、ここにアスベスト材が用いら
れてきた。ところが前記のようにアスベストの使用を控
えることから、アスベストを使わない材料に変更され
た。これらの材料の特性は、熱伝導が押さえられると同
時に、裏板との接着性と、摩擦材との接合性が必須の要
求特性となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】要求特性を満たすに
は、熱伝導性において、熱伝導率の大きい素材を配合か
ら除去することであり、かつ裏板との接着性を確実にす
るには、バインダー材料との馴染み性の良いものが必要
であり、また摩擦材との接合性に関しては、この界面に
は、高温の熱伝導があるため、単なる接着力だけでな
く、材料同士の絡み合い等、接着におけるアンカー効果
に近い考え方が必要である。さらには摩擦材とこの断熱
材の熱膨張の差が大きいと、界面でのストレスの集積に
よるクラックを発生させる基になる。特に高負荷の使用
に用いる材料であるので、これらの要求特性をクリアー
するのは困難である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、この要求特性
を以下のようにクリアーした。即ち、鉄系の繊維若しく
は粉粒体を１５体積％以上、黒鉛を２０体積％以上を必
須成分とする摩擦材と、鉄系繊維若しくは粉粒体を１５
体積％以上、カーボンを１５体積％以上を必須成分とす
る断熱材と、裏板からなる組み合わせとした。この中で
特にカーボンにはコークス、石炭、カーボンブラック及
び木炭から選ばれる１種以上であるものを選ぶのが好ま
しい。配合中のその他の材料には、通常用いられるバイ
ンダーや摩擦調整剤が含まれる。更に摩擦材と断熱材の
間に緩衝材を加えるとその効果はより信頼性を高めるこ
とができる。緩衝材は、摩擦材の組成と断熱材の組成の
中間になるように組成を決めるべきであるが、実用上は
断熱材の組成に近い方が好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の構成になるディス
クブレーキパッドの断面を示す。摩擦材１には高負荷に
耐える鉄系の繊維若しくは粉粒体を１５体積％以上含
み、これに合わせて黒鉛の粉末若しくは粒状物を２０体
積％以上含んでおり、これにバインダーと摩擦調整剤が
含まれる。裏板３は鉄製のものが主であるが、他の材料
であるセラミックや、繊維強化材料でも構わない。摩擦
材１と裏板３の間に断熱材２が用いられる。断熱材２
は、熱伝導を押さえる目的から、熱伝導率の大きい黒鉛
を減らし、カーボンに置換されている。また摩擦材１と
の熱膨張の差を極力小さくするために、鉄系の繊維を含
ませている。そして好ましくはカーボンにはコークス、
石炭、カーボンブラック及び木炭のような熱伝導性の小
なるものが用いられる。特に、摩擦材に用いられる黒鉛
が粒状であるならば、断熱材に用いるカーボンは該黒鉛
の粒径にほぼ一致させると、より摩擦材と構造的に近く
なり、界面に集中するストレスの分散が可能になる。

【００１１】図２は本発明の応用例である。ディスクブ
レーキパッドの断面を含む外観図であるが、摩擦材１の
裏板側に緩衝材４、断熱材２の３層構造にしたものであ
る。摩擦材１の表面で摩擦による発熱が、熱伝導により
裏板３側に伝導する場合、材料の温度上昇に伴う熱膨張
は、材料の界面で熱膨張差による界面でのストレスとな
る。この時、断熱材２と摩擦材１の間に緩衝材４を加え
ることで、温度差、熱膨張差を緩和させる。緩衝材４の
組成は、摩擦材１と断熱材２の中間的な組成とするが、
実験的には、断熱材２の組成に近い方が良い結果を得ら
れる。

【００１２】

【作用】本発明に使用されるパッドは、使用温度域が広
く且つ高負荷であるため、特に摩擦材と断熱材の熱膨張
差に起因する界面のストレスクラックに注意を払う必要
がある。熱膨張率を比較的差のない値とするには、摩擦
材とほぼ同等の配合組成を持った断熱材とすべきであ
る。そこで、摩擦材配合の中で特に熱伝導の大きい素材
を挙げると鉄系繊維若しくは粉粒体と黒鉛になる。この
両者を熱伝導の小なる素材に置き換えれば、配合組成が
類似し、且つ熱伝導性は低下する配合になる。

【００１３】黒鉛の熱伝導率は大きく、鉄（軟鋼）の約
２倍程度あり、代替材料としてカーボンがあるので、置
換した。置換する材料としては、コークス、石炭、カー
ボンブラック、それに木炭といった入手しやすく、かつ
熱伝導率が鉄（軟鋼）より遥かに小さいものを選んだ。
カーボンでもパイロカーボンのような配向性のよいもの
は、本発明で用いるカーボンの範疇には入らない。これ
らの素材の粒子性は、摩擦材で用いた黒鉛の粒子の平均
サイズに合わせておけば、配合における特性、混合性、
それに成形性においても、摩擦材と同等に作業でき、か
つ物理的性質も熱伝導を除いて類似する。従って熱膨張
によるストレスクラックは避けることができる。

【００１４】断熱材の配合には、カーボンの一部を黒鉛
のままにしておくこともできる。断熱材としての熱伝導
率がやや大きな値になるが、摩擦材と断熱材の間に緩衝
層として用いれば、より熱膨張時のストレスクラックの
緩衝効果が発揮でき好ましい。カーボンと黒鉛の比率
は、熱伝導率の比率で１：１０であるから、カーボンの
１／５以下にするのが好ましい。緩衝層を用いると摩擦
材、緩衝材、断熱材、の３層と裏板の構成になり、パッ
ドを作成するにはより手間取ることになるが、特に高負
荷に用いられるトラック用のディスクブレーキに用いる
には好適である。

【００１５】

【実施例】（実施例１）表１に示す配合を用いてセミ
メタリック材のパッドを作成した。表中、摩擦材の配合
が、Ａ−１〜Ａ−６であり、断熱材の配合が、Ｂ−１〜
Ｂ−６である。各配合は比重換算により重量に置き換
え、計量し混合した。均一に混合後、予備成形機を用い
て、２層の予備成形体に成形した。成形時の秤量は、摩
擦材部分が設計厚みで１０ｍｍ、断熱材部分が設計厚み
で４ｍｍとなるように秤量値を決めた。できた予備成形
体を、予め接着剤処理された裏板をセットした金型に投
入し、１６０℃で７分の加熱成形を行い、その後取り出
した加熱成形体を硬化炉に入れ、２３０℃で４時間硬化
した。できたパッドに化粧塗装を行った後、摩擦面を研
磨し、製品形状に仕上げた。

【００１６】

【表１】

【００１７】出来上がったパッドサンプルをダイナモメ
ータにセットされた所定のブレーキに装着し、定積載条
件での走行劣化試験を行った。試験条件は以下の通りで
ある。ブレーキ条件：初速度５０ｋｍ／Ｈから停止まで制動
し、停止後直ちに加速。２０秒間隔で繰り返し５０回。
これを１サイクルとして１２０サイクル繰り返す。ブレーキ温度：常温からスタートし、５０回目のブレー
キ後、ディスク温度が４９５〜５０５℃になるように冷
却風を調節する。全て同一条件で行い、テスト後のパッドの外観を観察
し、摩擦材と断熱材との界面状況、断熱材と裏板との接
着状況を調べた。また、裏板の摩擦材と反対側の中央部
に取り付けた熱電対による到達温度も合わせて記録し
た。結果を表２に示す。この結果から、本発明のパッド
は、極度の昇温条件にも十分に耐えることが明らかであ
る。また、摩擦材と断熱材との界面の熱膨張差によるス
トレスクラック等も発生せず、安定して使用できる材料
の組み合わせである。

【００１８】

【表２】

【００１９】（実施例２）実施例１と同様に表３に示
す配合のパッドを作成した。このパッドは、３層構造で
あり、摩擦材配合がＡ−７であり、緩衝材をＣ−１と
し、断熱材をＢ−７としている。これらの配合を重量換
算で計量し、混合した。配合物を予備成形機でＢ−７、
Ｃ−１、Ａ−７の順に積層し、加圧して予備成形体を作
成した。各秤量値は、Ａ−７を設計値で１０ｍｍ、Ｃ−
１を２ｍｍ、Ｂ−７を２ｍｍとなるように計量した。そ
の後、実施例１と同一条件でパッドに仕上げた。出来上
がったパッドをダイナモメータにて実施例と同一仕様で
装着し、走行劣化試験を行い、テスト後の状況を観察し
た。結果を表２に追記しているが、各界面にも、裏板と
の接着面にも異常は見られず、この組み合わせにおいて
も充分な耐熱性を示すことが示された。

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】以上の実施例のように、本発明になるデ
ィスクブレーキパッドは、極度の昇温にも耐え、高負荷
に耐える材料として好適である。また、断熱効果によ
り、ブレーキピストンを経由して伝わるブレーキフルー
ドの温度上昇を押さえることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２層構造のディスクブレーキパッドの断面を含
む外観図である。

【図２】３層構造のディスクブレーキパッドの断面を含
む外観図である。

【符号の説明】１．摩擦材２．断熱材３．裏板４．複層の断熱材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系の繊維若しくは粉粒体を１５体積％
以上、黒鉛を２０体積％以上を必須成分とする摩擦材
と、鉄系繊維若しくは粉粒体を１５体積％以上、カーボ
ンを１５体積％以上を必須成分とする断熱材と、裏板か
らなるディスクブレーキパッド。
【請求項２】前記カーボンが、コークス、石炭、カー
ボンブラック及び木炭から選ばれる１種以上である請求
項１に記載のディスクブレーキパッド。
【請求項３】前記摩擦材と、断熱材の間に更に緩衝材
を挟んだ３層構造とした請求項１又は２に記載のディス
クブレーキパッド。