JP2005351288A - 自転車用ディスクブレーキパッド - Google Patents

Abstract

【課題】 自転車用ディスクブレーキパッドにおいて、バックプレートの材質の限定を少なくし、かつ高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようにする。
【解決手段】 自転車用ディスクブレーキパッド７６は、バックプレート７７に焼結金属製の摩擦部材７８が接合されたパッドであって、バックプレート７７と摩擦部材７８の接合面は、溶接接合された第１接合領域６０と、接着接合された第２接合領域６１とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、ブレーキパッド、特に、バックプレートに摩擦部材が接合された自転車用ディスクブレーキパッドに関する。

ディスクブレーキパッドは、通常、車輪とともに回転するディスクブレーキロータを挟持して車輪を制動する。この種のディスクブレーキパッドとして、焼結金属製の摩擦部材と、摩擦部材が接合されたたとえばステンレス合金製のバックプレートとを有するものが従来周知である。このような焼結金属製の摩擦部材を有する従来のディスクブレーキパッドでは、摩擦部材は拡散接合法によって焼結金属の焼成と、バックプレートへの接合とを同時に行って製造している。具体的には、バックプレートの接合面に銅メッキをした上に摩擦部材となる焼結金属の焼成している。したがって、焼成接合時にバックプレートは、９００℃程度の高温に曝される。

前記従来の焼結金属を摩擦部材に用いた構成では、摩擦部材の接合時にバックプレートが高温になるため、バックプレートに使用できる金属の材質が高温に耐え得るステンレス合金等の比較的比重が重い金属に限定される。このため、特に自転車に求められるブレーキパッドの軽量化を図ることができない。そこで、焼結金属製の摩擦部材をバックプレートに接着剤により接着することが考えられる。しかし、接着剤により摩擦部材をバックプレートに接合すると、ハードな制動によりブレーキパッドがたとえば３００℃程度の高温状態になったとき、剥離強度が低下し接合力を十分に確保できないおそれがある。

本発明の課題は、自転車用ディスクブレーキパッドにおいて、バックプレートの材質の限定を少なくし、かつ高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようにすることにある。

発明１に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、バックプレートに焼結金属製の摩擦部材が接合されたパッドであって、バックプレートと摩擦部材の接合面は、溶接接合された第１接合領域と、接着接合された第２接合領域とを含むことを特徴とする。

このディスクブレーキパッドでは、接合面が溶接接合された第１接合領域と、接着接合された第２接合領域とを含んでいる。この第１接合領域は溶接接合であるため、焼成に比べて低い数百℃以下の温度で摩擦部材を接合できる。しかも、焼成に比べると低いがやはり数百℃の温度に曝される溶接接合される第１接合領域が全体ではなく部分的であるので、全体として低い温度で接合できる。このため、バックプレートに使用する金属の材質の制限が緩和され、バックプレートの材質としてチタン合金やアルミニウム合金といった比重が小さい金属を用いることができる。また、制動時に高温状態になっても剥離強度の低下が生じにくくなり、高温状態での接合力を十分に確保することができる。また、第２接合領域は、接着接合であるため、基本的な接合強度を確保することができる。ここでは、摩擦部材とバックプレートとを溶接接合と接着接合とを組み合わせて接合することにより、接合時の温度を低くすることができ、バックプレートの材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。

発明２に係る自転車用ディスクブートパッドは、発明１に記載のパッドにおいて、第１接合領域は、接合面の略中央部分に設けられ、第２接合領域は、第１接合領域以外の接合面の全体に設けられていることを特徴とする。この場合には、溶接接合される第１接合領域が中央部分に配置されるので、溶接接合を短時間で行うことができ、熱の影響をバックプレート全体に与えにくくなる。

発明３に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明１又は２に記載のパッドにおいて、第１接合領域は、略円形の領域であることを特徴とする。この場合には、溶接接合される第１接合領域が略円形であるので、溶接したときに溶接部分のひずみが生じにくくなる。

発明４に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明１から３のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートの第１領域には、突起部が設けられていることを特徴とする。この場合には、突起部を形成することにより、溶接時の電気の流れが良好になり、バックプレートと摩擦部材とが確実に溶着されるようになる。

発明５に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明４に記載のパッドにおいて、突起部は、所定幅を有する閉じた帯状に形成されていることを特徴とする。この場合には、突起部が帯状に閉じて形成されているので、電気溶接時における電気の流れを突起部により集中させることができ、より確実に、しかも短時間に溶着されるようになる。

発明６に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明５に記載のパッドにおいて、突起部は、環状に形成されていることを特徴とする。この場合には、突起部が環状に形成されているので、電気溶接時における電気の流れを突起部にさらに集中させることができ、より確実に、しかも短時間に溶着されるようになる。

発明７に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明１から６のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートは、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする。この場合には、バックプレートがアルミニウム合金製であるので安価にバックプレートの軽量化を図ることができる。

発明８に係る自転車用ディスクブレーキパッドは、発明１から６のいずれかに記載のパッドにおいて、バックプレートは、チタン合金で構成されていることを特徴とする。この場合には、バックプレートがチタン合金製であるので、強度を高く維持してバックプレートの軽量化を図ることができる。

本発明によれば、溶接接合と接着接合とを組み合わせることにより、接合時の温度を低くすることができ、バックプレートの材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。

図１は、本発明の実施形態１によるディスクブレーキ装置１２を搭載した自転車１０のフロント部分を示している。このような自転車１０は、当該技術では公知であり、自転車の構成部品についての詳細な説明は省略する。

自転車１０は、従来知られたものであり、ハンドルバー１５を有する自転車フレーム１４と、フロント及びリアフォーク１６（フロントフォークのみ図示）と、前後輪１７（前輪のみ図示）と、スプロケットやチェーンを含む駆動装置とを含んでいる。

ディスクブレーキ装置１２は、ダブルクラウン型のサスペンション付きのフロントフォーク１６に装着されたブレーキキャリパ２１と、ディスクロータ２２と、ブレーキ作動機構２３とを備えている。

ブレーキキャリパ２１は、ディスクロータ２２に近接した位置で自転車１０のフロントフォーク１６に取り付けられており、ディスクロータ２２にその回転を停止させる締め付け力を加えることができる。図２及び図３に示すように、ブレーキキャリパ２１は、ハウジング５０と、ピストンユニット５１とを備えている。ハウジング５０は、たとえばアルミニウム合金などの熱伝導性材料で構成されており、ボルトで結合された第１ハウジング部材５２ａと、第２ハウジング部材５２ｂとを有している。両ハウジング部材５２ａ，５２ｂは実質的に同じ形状であり、第２ハウジング部材５２ｂには、ブレーキ作動機構２３の油圧配管８６が連結され、両ハウジング部材５２ａ，５２ｂにブレーキオイルが供給されるようになっている。

また、第２ハウジング部材５２ｂは、ブレーキキャリパ２１をフロントフォーク１６にボルト止めするための取付部材５４を形成する外向きに延出したフランジを有している。両ハウジング部材５２ａ，５２ｂをボルト締めすると、ブレーキスロットがその間に形成され、その間にディスクロータ２２を収納することができる。また両ハウジング部材５２ａ，５２ｂには、図３及び図５に示すように、それぞれ２つのピストン７４が収納される円形のシリンダ部５７ａ，５７ｂと、それぞれのシリンダ部５７ａ，５７ｂにブレーキオイルを供給するための油路５８ａ，５８ｂが形成されている。これにより、ブレーキ作動機構２３から供給されたブレーキオイルは、第２ハウジング部材５２ｂに流入して油路５８ａ，５８ｂに流入することによってピストンユニット５１を作動させる。

図３に示すように、ピストンユニット５１は、４つのピストン７４と、１対のブレーキパッド７６とを有している。ピストン７４は、１対のシリンダ部５７ａ，５７ｂに摺動自在にはめ込まれており、制動解除位置と制動位置との間で移動する。ブレーキパッド７６は、ピストン７４の先端に配置され一体で移動する。したがって、ピストン７４が制動解除位置から制動位置に移動するとブレーキパッド７６も制動解除位置から制動位置に移動する。制動位置にあるとき、ブレーキパッド７６はディスクロータ２２を挟持して摩擦係合し、ディスクロータ２２を介して前輪１７を制動する。制動解除位置にあるとき、ブレーキパッド７６はディスクロータ２２から離れてディスクロータ２２は自由回転可能になる。

ブレーキパッド７６は、たとえば、焼結パッドであり、図６及び図７に示すように、たとえば、アルミニウム合金やチタン合金等の軽金属製のバックプレート７７に焼結金属製の摩擦部材７８が接合されたものである。バックプレート７７は、たとえば、１．５ｍｍ〜１．８ｍｍ程度の厚みのアルミニウム合金やチタン合金等の軽合金製の板状部材であり、第１及び第２ハウジング部材５２ａ，５２ｂに係止される鉤状の係止部７７ａと、第１及び第２ハウジング部材５２ａ，５２ｂに進退自在に支持される円形の支持部７７ｂとを有している。なお、バックプレート７７には、接合前には、円環状に突出する突起部７７ｃが中央部分に形成されている。この突起部７７ｃは、後述する溶接接合処理により溶融して消滅する。突起部７７ｃの突出量は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、好ましくは、０．３ｍｍである。

摩擦部材７８は、バックプレート７７上に積層されるものであり、たとえば、三酸化二クロム，スズ及びその化合物，銅及びその化合物等の金属粉末を形に入れて焼成して結合させた焼結金属製である。摩擦部材７８の厚みは、たとえば、２．０ｍｍ〜２．５ｍｍ程度の厚みである。

バックプレート７７と摩擦部材７８との接合面は、溶接接合された第１接合領域６０と、接着接合された第２接合領域６１とを有している。第１接合領域６０は、中央部分に形成された突起部７７ｃの内周側及び外周側を覆うように略円形の領域となっている。この第１接合領域６０は、溶接により形成され、バックププレート７７及び摩擦部材７８の溶融した金属が固化した金属層で構成される。第２接合領域６１は、第１接合領域６０の周囲に形成されている。この第２接合領域６１は、主としてたとえばフェノール樹脂系接着剤層で構成されている。

このように焼結金属製の摩擦部材７８の焼成と同時にバックプレート７７に接合するのではなく、摩擦部材７８の焼成工程と摩擦部材７８のバックプレート７７への接合工程とを分けることにより、焼成時の高温による影響をバックプレート７７が受けなくなり、バックプレート７７の材質の限定が少なくなる。このため、本実施形態では、アルミニウム合金チタン合金などの軽量な金属をバックプレート７７に使用でき、ブレーキパッド７６の軽量化を図ることができる。

また、接合面を溶接接合による第１接合領域６０と、接着による第２接合領域６１とを組み合わせることにより、基本的な接合強度を第２接合領域６１で確保し、高温状態での接合強度を第１接合領域６０で確保することにより、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになる。

次にディスクブレーキパッド７６の製造方法について図８及び図９を用いて説明する。

図８に示すように、バックプレート７７では、ステップＳ１で母材となるアルミニウム合金又はチタン合金製の板材を用意する。ステップＳ２では、たとえば油圧プレス機を利用して周囲の形状の打ち抜きを行うとともに、中心部に突起部７７ｃを形成する。突起部７７ｃの突出量は、前述したように０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲、好ましくは、０．３ｍｍである。ステップＳ３では、接着剤の付着性を良くするために表面をショットブラスト処理する。これにより、バックプレート７７の準備作業は終了する。

一方、摩擦部材７８では、ステップＳ４で焼結する金属粉末の混合物を含む摩擦部材の原材料を用意する。ステップＳ５では、用意した原材料を金型に充填して９００℃の温度でプレス加工して所望の形状に焼結成形する。これにより、摩擦部材７８の準備作業は終了する。なお、ここでは、それぞれの準備作業はステップの順に行われるのではなく、バックプレート７７と摩擦部材７８とは別々に用意される。

バックプレート７７と摩擦部材７８とが用意されると、ステップＳ６では、図９（ａ）に示すように、突起部７７ｃの内周部及びその周辺の第１接合領域６０となる溶接接合領域をマスキング処理する。ステップＳ７では、図９（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、マスキングした部分を除く第２接合領域６１となる領域に、たとえば、フェノール樹脂系の接着剤６１ａを塗布する。ステップＳ８では、図９（ｄ）に示すように、準備された摩擦部材７８を接着剤６１ａが塗布されたバックプレート７７上に位置決めして載置する。ステップＳ９では、それらの金型に装着してたとえば２５０Ｋｇの荷重で押圧するとともに、３５０ボルトの電圧を１０ミリ秒、第１接合領域６０に印加して加圧・電着溶接処理を行う。これにより、図９（ｅ）に示すように、第１接合領域６０では、突起部７７ｃ及び摩擦部材７８が溶融して摩擦部材７８がバックプレート７７に溶接接合されるとともに、第２接合領域６１では、接着剤６１ａにより摩擦部材７８がバックプレート７７に接着接合される。ステップＳ１０では、接着剤６１ａを硬化処理するために加熱炉を用いて１８０℃の温度で１５分程度加熱する。これによりブレーキパッド７６が完成する。

ディスクロータ２２は、図１に示すように、前輪１７のハブに固定されており、前輪１７に連動して回転する。ディスクロータ２２は、図２に示すように、たとえばステンレス合金製の円板部材であり、中心に位置するハブ取付部２２ａと外周側の摩擦面となるリング状のロータ部２２ｂとを一体形成したものである。

ブレーキ作動機構２３は、図４及び図５に示すように、ブレーキキャリパ２１を作動させてディスクロータ２２を強力に挟持することにより前輪１７に制動をかけるための機構である。ブレーキ作動機構２３は、ハンドルバー１５の右端部に一体で取り付けられている。ブレーキ作動機構２３は、ブレーキレバー８０と、マスターシリンダ８１と、マスターピストン８２と、オイルタンク８３とを有している。

ブレーキレバー８０は、図４及び図５に示すように、ハンドルバー１５に装着されたブラケット８４と、ブラケット８４に制動位置と制動解除位置とに揺動自在に装着されたレバー部８５とを有している。ブラケット８４は、マスターシリンダ８１と一体形成されており、マスターピストン８２及びオイルタンク８３はブラケット８４に支持されている。マスターピストン８２は、マスターシリンダ８１内に移動可能に取り付けられている。さらに具体的に言うと、オイルタンク８３はマスターシリンダ８１に取り付けられており、マスターシリンダ８１の内孔と連通してそれに作動流体を供給する。マスターピストン８２は一端部でレバー部８５に連結されているため、マスターピストン８２をマスターシリンダ８１内で軸方向に移動させることができる。従って、レバー部８５を作動させると、マスターピストン８２はマスターシリンダ８１内を軸方向に移動する。このようにマスターピストン８２がマスターシリンダ８１内を移動することによって、圧油がブレーキキャリパ２１に連結された油圧配管８６へ送られる。このため、圧油がピストン７４およびブレーキパッド７６を移動させてディスクロータ２２を挟持し、前輪１７を制動する。

このディスクブレーキ装置１２では、ブレーキ作動機構２３の作動によって、ブレーキキャリパ２１は、ディスクロータ２２が回転可能な制動解除位置とディスクロータ２２に制動力を作用させる制動位置との間で動作する。

ここでは、ディスクブレーキパッド７６において、バックプレート７７と摩擦部材７８とを溶接接合と接着接合とを組み合わせて接合することにより、接合を短時間で完了させることができるので、バックプレート７７の材質の限定が少なくなる。また、基本的な接合強度と高温状態での接合強度とを確保することができ、高温状態において摩擦部材の接合力を低温状態と同様に十分に確保できるようになるとともに、摩擦部材７８の接合力を短時間の接合であっても十分に確保できるようになる。しかも、摩擦部材７８全体をバックプレート７７に溶接接合する場合に比べて熱によるバックプレート７７の変形や摩擦部材７８の変形等の悪影響も最小限に防止できる。

〔他の実施形態〕
（ａ） 前記実施形態では、突起部７７ｃを円環状に突出して形成したが、突起部７７ｃの形状は上記実施形態に限定されず、たとえば、矩形枠状に所定幅を有する閉じた帯状に形成されていてもよい。また、閉じていない形状でもよく、電気溶接時に電気の流れが集中できるような形状であればよい。

（ｂ） 前記実施形態では、バックプレート７７の周縁部全体に凸部を設けていないが、凸部を設けて摩擦部材を位置決めしやすいようにしてもよい。

（ｃ） 前記実施形態では、バックプレート７７の材質をアルミニウム合金又はチタン合金としたが、バックプレート７７の材質は上記合金に限定されない。ただし、軽量化を図る上では、軽金属が好ましい。

本発明の一実施形態を採用した自転車の前部側面図。 そのディスクロータ部分の側面図。 ブレーキキャリパの分解模式図。 ブレーキ作動機構の正面図。 ディスクブレーキ装置の概略構成図。 本発明の一実施形態によるディスクブレーキパッドの平面図。 図６のVII−VII断面模式図。 ディスクブレーキパッドの製造工程を示すフローチャート。 製造時のディスクブレーキパッドの断面図。

符号の説明

６０ 第１接合領域
６１ 第２接合領域
６１ａ 接着剤
７６ ブレーキパッド
７７ バックプレート
７７ｃ 突起部
７８ 摩擦部材

Claims (8)

1. バックプレートに焼結金属製の摩擦部材が接合された自転車用ディスクブレーキ装置のディスクブレーキパッドであって
   前記バックプレートと前記摩擦部材の接合面は、
   溶接接合された第１接合領域と、
   接着接合された第２接合領域と、
   を含むことを特徴とする自転車用ディスクブレーキパッド。
2. 前記第１接合領域は、前記接合面の略中央部分に設けられ、
   前記第２接合領域は、前記第１接合領域以外の接合面の全体に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
3. 前記第１接合領域は、略円形の領域であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
4. 前記バックプレートの第１領域には、突起部が設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
5. 前記突起部は、所定幅を有する閉じた帯状に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
6. 前記突起部は、環状に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
7. 前記バックプレートは、アルミニウム合金で構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。
8. 前記バックプレートは、チタン合金で構成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の自転車用ディスクブレーキパッド。

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