JP2012211675A - ブレーキパッド - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量で、剛性が高いバックプレートを有して鳴きにくいブレーキパッドを提供する。
【解決手段】 摩擦ライニング層と、バックプレートとが積層され、一体に固着されてなるブレーキパッドであって、バックプレートが繊維強化プラスチックで構成され、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に、比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上かつブレーキパッドの長手方向に平行にリブが形成されている補強板が設置されているブレーキパッド。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二輪車または四輪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に関する。

二輪車または四輪自動車に取り付けられているディスクブレーキに用いられるブレーキパッドは、一般に、鋼板製のバックプレートに基材繊維、有機結合材、摩擦調整剤からなる摩擦ライニング層を重ね合わせ、熱圧成形したものが用いられている。

近年の自動車の軽量化に伴い、ブレーキ等の足回り部品には軽量化が求められている。例えば、特許文献１や特許文献２によれば、ブレーキパッド用のバックプレートは、樹脂を含む材料から成形される本体肉部に内設される補強板部を有する構造であり、したがってバックプレートは、本体肉部が樹脂を含む材料で構成されることによって軽量になる構造であった。

特開平５−２４０２７３号公報 特開２００４−３０１１３４号公報

前記の特許文献により示される構造について検討した結果、確かに軽量化は図れたが、繊維強化プラスチックの弾性率が鋼板の５〜１５％と低いため、固有値が鋼板製のバックプレートに比較して低下し、その結果、固有値間の離間周波数が短くなり、鳴きの発生頻度が極端に高くなることがわかった。
そこで本発明は、ブレーキパッドが軽量で、かつバックプレートの剛性が高く、鳴きにくいブレーキパッドを提供することを課題とした。

前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備えるブレーキパッドである。
請求項１に記載の発明に係わるプレーキパッドは、摩擦ライニング層と、バックプレートとが積層され、一体に固着されてなるブレーキパッドであって、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面には、比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上であり、かつブレーキパッドの長手方向に平行にリブが形成されている補強板が設置されている。

請求項２に記載のように、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に設置されている補強板は、鉄、アルミニウム合金、及び、長繊維の炭素繊維を基材とする強化プラスチックのいずれかで構成されることが好ましい。

請求項３に記載のように、摩擦ライニング層が、有機結合材、基材繊維、摩擦調整剤を含有することが好ましい。

以上説明したように、本発明は、摩擦ライニング層とバックプレートが積層され、一体に固着されてなるブレーキパッドであって、バックプレートが繊維強化プラスチックで構成され、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上の補強板が設置されているため、軽量でありながら、鉄と同等の固有値を有し、鳴きにくい構造のブレーキパッドであって、快適性を損なわずに自動車の燃費向上を図れる。

本発明のブレーキパッドの一実施形態を示す断面図である。 本発明のブレーキパッドの他の一実施形態を示す断面図である。 本発明のブレーキパッドの他の一実施形態を示す断面図である。

本発明のブレーキパッドは、摩擦ライニング層と繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートが積層され、一体に固着されてなるブレーキパッドであって、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に、比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上かつブレーキパッドの長手方向に平行にリブが形成されている補強板が設置されている。本構成とすることにより、繊維強化プラスチックが軽量であると同時に、バックプレートの固有振動数を低下させることがなく、軽量、高剛性で鳴き発生が少ないブレーキパッドを得ることができる。また、補強板に、ブレーキパッドの長手方向に平行にリブが形成されていることにより、バックプレートの曲げ剛性を高めることができるとともに、繊維強化プラスチックとの接合強度を向上し、剥がれを防止することができる。

補強板に形成されるリブの形状は、特に制限されないが、例えば、断面形状を、台形状（図１）、円弧状、頂部が丸みを有する三角形状（図示省略）等とすることができる。
また、図２に示すように、リブの裏面に凹条を設けると、更なる軽量化が可能であるとともに、摩擦ライニング層との接合強度を高め、剥がれを防止することもできる。

本発明のブレーキパッドは、以下に示す方法により作製することができる。
まず、繊維強化プラスチックの原料に混入される繊維は、耐熱性の繊維を使用する。５００℃以下で分解、収縮、溶融しない繊維が良い。例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維、ロックウール、アラミド繊維等がある。また、混入される繊維は、繊維長が１０ｍｍ以下の短繊維であると、繊維強化プラスチックを成形する際にコンプレッション成形やトランスファー成形、射出成形が可能であり好ましい。

繊維強化プラスチックの原料に用いられるプラスチックは、熱硬化性樹脂が好ましい。特に、フェノ―ル樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂等が好ましい。

成形される前の混合した原料は、上記の粉末状、液状の樹脂に短繊維と、強度、弾性率等を向上させる充填材が混合した形態であり、コンプレッション成形やトランスファー成形、射出成形に最適な形態である。

上記の素材を用いれば、バックプレートがいかなる形状であっても、熱変形の小さいバックプレートを得ることができる。

通常、バックプレートの厚みは２．５〜７ｍｍである。バックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に補強板を設置して、繊維強化プラスチックを補強することで、繊維強化プラスチックを単独で使用するよりも曲げ剛性を高める事ができる。繊維強化プラスチックの密度は、鉄の２０〜３０％である。その結果、バックプレートの軽量化は図れるが、弾性率が５〜１５％に低下する。その結果、バックプレートの固有値は鉄の約６０％に低下する。固有値が低くなると、固有値と固有値の巾が狭くなり、他の部品との固有値が一致しやすくなるため、鳴きが発生しやすくなる。本発明によれば、補強板によって弾性率を高めることができるので、その固有値の低下を防ぐことができる。

補強する材料は、比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上の材料が好ましい。そのような材料としては、鉄またはアルミニウム合金、長繊維を基材とする炭素繊維強化樹脂板等が使用できる。
１枚の補強板の厚さは、鉄の場合、繊維強化プラスチックに比較して約１０倍の弾性率を有するので、繊維強化プラスチックによる軽量化効果およびリブの効果を勘案すれば、バックプレート総厚みの３％以上、アルミニウム合金やＣＦＲＰの場合には１０％以上あれば固有値を低下させることなくバックプレートを作製することができるため好ましい。特に、鉄の場合には補強板厚さの比率が高まるにつれ軽量化効果は低くなるので、３〜１５％が好ましい。

また、図３に示す例のように、繊維強化プラスチックの両面に補強板を設置することにより、バックプレートを成形する際に、繊維強化プラスチックの樹脂硬化時の収縮や補強板と繊維強化プラスチックの熱膨張の差による反り発生を防ぐこともできる。

繊維強化プラスチックの摩擦ライニング層側又は両面に補強板を設置するには、繊維強化プラスチックを成形した後に、補強板を接着しても良いが、あらかじめ繊維強化プラスチックの摩擦ライニング層側又は両面に補強板が設置されるように金型に補強板をセットした後、繊維強化プラスチックの接着力を利用して、補強板を一体に成形しても良い。また、長繊維を基材とする繊維強化プラスチックを補強板に用いる場合には、そのプリプレグをあらかじめ金型にセットし、繊維強化プラスチックと同時にプレプレグの樹脂を硬化させても良い。

このようにして成形されたバックプレートに摩擦ライニング層を積層してブレーキパッドとする。摩擦ライニング層は、基材繊維、結合材、摩擦調整剤を攪拌・混合して得られる。ブレーキパッドを作製するためには、バックプレートの片面（摩擦ライニング層側）に接着剤を塗布し、コンプレッション成形機にセットし、その上に枠型を置き、摩擦ライニング層となる成形粉原料を枠型内に投入する。しかる後、摩擦ライニング層をバックプレートと一体に接着しつつ、指定の形状に成形する。さらに、摩擦ライニング層とバックプレートの繊維強化プラスチックに使用されている樹脂を硬化させるため、加熱処理を行う。

摩擦ライニング層に用いられる基材繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミック繊維、ロックウール、アラミド繊維、アクリル繊維等があるが、バックプレートに熱が伝わりにくいように、金属繊維や炭素繊維は５体積％以下にして、少なくとも、バックプレートに当接する部分において、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以下であるようにすると、ブレーキによって発生する熱の伝導が抑えられ、バックプレートの繊維強化プラスチックの劣化や繊維強化プラスチックと補強板の界面の剥離等の問題の発生を防止でき、好ましい。

摩擦ライニング層に用いられる有機結合材は熱硬化性樹脂であって、フェノール骨格を有する熱劣化しても炭素として残りにくい樹脂が好ましい。フェノール樹脂やアクリルや各種エラストマで変性したフェノール樹脂等を用いる事ができる。

摩擦ライニング層に用いられる摩擦調整剤は、アルミナやジルコニア等の無機粉末粒子、黒鉛、硫化アンチモン、硫化錫等の金属硫化物、カシューダスト、ゴムダスト等の有機粉末を用いることができる。

以上の成分を含有する摩擦ライニング層の常温における弾性率は１０ＧＰａ以下であり、繊維基材は一般に長く、材料が流れにくい組成であるため、コンプレッション成形により成形されることが好ましい。

次いで、摩擦ライニング層をバックプレートと積層し、一体に成形した後に加熱処理を行う。これは、摩擦ライニング層とバックプレートに含まれる熱硬化樹脂の反応を促進するためのものである。一般に熱処理は、熱硬化樹脂の硬化が促進され、分解反応が進まない１８０〜２５０℃で数時間保持して行う。補強板を両面側に設置しているバックプレートである場合、樹脂硬化時の収縮や補強板と繊維強化プラスチックの熱膨張の差による反りを生じないため好ましい。

以下の実施例により、本発明のブレーキパッドについて説明する。
［実施例１］
バックプレートの繊維強化プラスチックの結合材にはフェノール樹脂を用いた。混合する耐熱性の繊維としては、ガラス繊維とロックウールを用いた。混合するガラス繊維の平均繊維長は３．０ｍｍのものを採用した。これらの繊維を全体で６０質量％混入して粉末状の原料を得た。補強板として１．０ｍｍの厚さのＪＩＳ Ｇ ３１１３：２００６に規定される鋼板：ＳＡＰＨ４００を用いた。リブの形状は、図１に示す台形状で、長手方向に４本のリブを形成した。リブの高さは１．５ｍｍとし、リブを含めた総厚みは２．５ｍｍとした。

粉末状の原料を７０ＭＰａで予備成形して、９０℃に予備加熱した。成形金型内に下から鋼板（補強板）、予備加熱した繊維強化プラスチック原料、鋼板（補強板）の順番で材料を置き、１６０℃、５０ＭＰａの加圧力で３分間保持して、繊維強化プラスチックが３．０ｍｍ、バックプレート総厚みで６．５ｍｍになるように一体成形した。こうして、出来上がったバックプレートの反りは０．０４ｍｍ以下であった。

摩擦ライニング層となる成形品の組成は、銅繊維、ロックウール、アラミド繊維を基材繊維として全体の８体積％、フェノール樹脂を有機結合材として２０体積％、黒鉛、硫酸バリウム等摩擦調整剤を残部含むものを用いた。これらの材料を攪拌して成形粉原料を得た。

成形されたバックプレートに摩擦ライニング層を積層してブレーキパッドを作製するために、バックプレートの片面に接着剤を塗布した。このバックプレートをコンプレッション成形機にセットし、その上に枠型を置き、摩擦ライニング層となる成形粉原料を枠型内に投入した。しかる後、摩擦ライニング層をバックプレートと一体に接着しつつ、指定のブレーキパッド形状に成形した。

さらに、摩擦ライニング層と繊維強化プラスチックに使用されている樹脂を硬化さるため、２００℃の熱処理炉内に４時間保持して加熱処理を行った。以上の構成のバックプレートを図１に示す。

このバックプレートの重量と固有値を比較したところ、鉄製バックプレートに対して、重量が約７０％に軽減され、かつ固有値が鉄製の１１０％であり、鳴きにくい構造である。実際に鳴き試験を実施した結果は、鉄製のバックプレートを用いたブレーキパッドが１０％の鳴き発生率であったのに対し、実施例１のリブのついた補強板によって補強されている繊維強化プラスチック製のバックプレートを用いたブレーキパッドは８％の鳴き発生率であり、鉄製のバックプレートを用いたブレーキパッドと同等以下に鳴きを抑制できることが確認された。

１ リブ構造をもつ補強板
２ 繊維強化プラスチック製バックプレート
３ 摩擦ライニング層

Claims (3)

1. 摩擦ライニング層と、バックプレートとが積層され、一体に固着されてなるブレーキパッドであって、前記バックプレートが繊維強化プラスチックで構成され、繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に、比弾性率が２．０×１０^５ｍ以上かつブレーキパッドの長手方向に平行にリブが形成されている補強板が設置されているブレーキパッド。
2. 繊維強化プラスチックで構成されるバックプレートの摩擦ライニング層側又は両面に設置されている補強板が、鉄、アルミニウム合金、及び、長繊維の炭素繊維を基材とする強化プラスチックのいずれかで構成される請求項１に記載のブレーキパッド。
3. 摩擦ライニング層が、有機結合材、基材繊維、摩擦調整剤を含有する請求項１又は２に記載のブレーキパッド。

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