JP4240302B2 - ディスクブレーキ用パッドの取付け方法 - Google Patents
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Description
本発明は，自動車のブレーキ装置に用いられる回転ディスクの両面にブレーキパッド（摩擦材）を押し付けて制動するディスクブレーキに関し，とくに前記ディスクに押し付けて制動力を発生するブレーキパッドをバッキングプレートに取付ける場合の方法に関する。
自動車のディスクブレーキの構造はＪＩＳ Ｄ−０１０７を参照することによりその基本的な構造を示す展開図により知ることができる。ディスクブレーキは回転するディスクの回転面に摩擦材を押し付けて制動するブレーキ装置を言うもので，ディスクの両面に押し付けて制動力を発生する摩擦材はブレーキパッドといい，一般にアスベスト系，セミメタリック系などの摩擦素材から構成されている（非特許文献１）。
従来のブレーキパッドの製造工法は，数十種類の無機,有機素材から調整されたブレーキパッド材質の原料紛を，成形時に原料粉がこぼれないように，ビスケット状に軽くプレスで押して予備成形状に固めておく。一方，複数の取付け穴を開いたバッキングプレート(金属製裏板)の表面を脱脂した後，耐熱性接着材を塗布する。 次の成形行程でバッキングプレートをセットした上に，金型にビスケット状の混合紛を入れ，百数十℃で加熱成形を行いパッドの形に成形する。次の硬化工程では，ブレーキパッドを２００℃以上で長時間かけて焼き上げブレーキパッドの性能の安定化と機械的な強度を確保する。
ブレーキパッドは言うまでもなく，ブレーキを掛けた時の急激な摩擦熱により高温化と応力が繰り返されるため，バッキングプレートとブレーキパッド(耐熱摩擦材)の高温密着力・耐応力・品質の安定性が要求されている。バッキングプレートとパッド部品は，自動車を減速し又は停止させる制御部品の一つであるため使用中にブレーキパッドが剥がれることは絶対に許されない。
従来の問題は，バッキングプレート（裏金）の上に接着剤を塗ってその接着力によって接着されており，前記パッドによる制動によって実質的に車を減速したり停止を繰り返すと，前記接着層はブレーキ時の熱エネルギーと安定走行時の常温冷却を繰り返し受けることになり，とくに耐熱性を有する接着層がブレーキの加熱によって８００℃以上急激に温度上昇したり急激に常温まで冷却されたりすると接着剤の接着力は高温と冷却温度の急激な変化によって次第に劣化し，さらにブレーキ時の大きな機械的負荷を繰り返し受けるとブレーキパッドがバッキングプレートから剥離する危険があった。
財団法人日本規格協会発行ＪＩＳハンドブック：２００２ ＪＩＳ Ｄ ０１０７自動車ブレーキ用語（部品）Ｐ１４９
特開昭６２−１３７１８３号公報
本発明が解決しようとする課題は，耐熱性を有する接着剤がブレーキ時の制動熱による高温加熱と急激な常温冷却の急激な温度変化の環境に繰り返し晒されると接着剤の劣化に伴ってディスクブレーキ板の制動摩擦により発生する振動や衝撃力によって接着されたブレーキパッドが剥離するという問題を解決することにある。
そこで上記目的を達成するために，請求項１の発明は自動車用ディスクの表面に摩擦材からなるブレーキパッドを押し付けて，回転するディスク面と摩擦材との相対運動によって摩擦制動力を発生させるディスクブレーキに関し，
前記ディスク面に前記ブレーキパッドを接触させる方向に作動するための作動機構に支持されたバッキングプレートに，細長い鋼材を網目状にかみ合わせて構成されたエキスパンドメタルを重ね合わせ，その重ね合わせて形成された突起状の接触部を一対の電極間で挟みつけ，前記電極間に溶接に必要な加圧力を与えると共に溶接電流を流して前記突起状の接触部をプロジェクション溶接して一体化する溶接工程と，
前記溶接工程を経て一体化されたエキスパンドメタルに前記ブレーキパッドを成形・固着するための一連のパッド硬化工程とからディスクブレーキ用パッドを製造するに際し，
前記溶接工程において前記エキスパンドメタルの溶接後のメッシュ高さ寸法は予め実験によって求められた溶接部の機械的強度が得られるメッシュ高さ寸法を所定基準範囲とすること，当該メッシュ高さ寸法基準内に対応する溶接条件の基にコンデンサ電源から短時間の大電流を流して前記突起接触部の全面をプロジェクション溶接すること，これによって前記バッキングプレートに一体化された前記エキスパンドメタルのメッシュ高さ寸法が前記所定基準内に維持されることを特徴とするディスクブレーキ用パッドの取付け方法を提供する。
前記ディスク面に前記ブレーキパッドを接触させる方向に作動するための作動機構に支持されたバッキングプレートに，細長い鋼材を網目状にかみ合わせて構成されたエキスパンドメタルを重ね合わせ，その重ね合わせて形成された突起状の接触部を一対の電極間で挟みつけ，前記電極間に溶接に必要な加圧力を与えると共に溶接電流を流して前記突起状の接触部をプロジェクション溶接して一体化する溶接工程と，
前記溶接工程を経て一体化されたエキスパンドメタルに前記ブレーキパッドを成形・固着するための一連のパッド硬化工程とからディスクブレーキ用パッドを製造するに際し，
前記溶接工程において前記エキスパンドメタルの溶接後のメッシュ高さ寸法は予め実験によって求められた溶接部の機械的強度が得られるメッシュ高さ寸法を所定基準範囲とすること，当該メッシュ高さ寸法基準内に対応する溶接条件の基にコンデンサ電源から短時間の大電流を流して前記突起接触部の全面をプロジェクション溶接すること，これによって前記バッキングプレートに一体化された前記エキスパンドメタルのメッシュ高さ寸法が前記所定基準内に維持されることを特徴とするディスクブレーキ用パッドの取付け方法を提供する。
次に本発明は，前記エキスパンドメタルは前記バッキングプレートの形状と平面的にほぼ同形をなし，しかも縦方向に分割して前記一体化することにより，相隣なる分割されたエキスパンドメタル相互間には複数の摩擦限界警告溝に対応する縦溝が形成されるようにしたことを特徴とする。
さらに本発明は，前記溶接工程においてエキスパンドメタルは溶接後の少なくとも一列目の突起溶接部をラップさせてプロジェクション溶接を数回繰り返して一体化することを特徴とする。
削除
請求項１の発明によれば，規格製品のエキスパンドメタルを使用してバッキングプレートにコンデンサ式プロジェクション溶接により一体化し，次いで一体化したエキスパンドメタルに接着剤を塗布した後，金型にビスケット状の混合紛を入れ，数百度以上で加熱成形を行いパッドの形に組み込む工程により，パッド素材をエキスパンドメタルの細かいメッシュ内部に全範囲にわたって舞込むことで，パッド素材内部にエキスパンドメタルが埋設されブレーキパッドの固定材及び補強筋としてバッキングプレートに強固に固定される。これによってブレーキパッドに強要される衝撃力または振動力がメッシュ材の網目に沿って細かく分散，吸収されることになり，さらにブレーキパッドに発生する摩擦熱はメッシュ材の網目に沿って細かく伝導し分散されることになって耐久性を飛躍的に向上する。したがってブレーキの摩擦制動加熱による高温と冷却の変温環境にも対応でき，接着剤の高温密着力・耐応力等の幾重の安全対策が取れる。
また本発明によれば，ブレーキパッドとディスクブレーキの縦方向に分割したエキスパンドメタルを前記バッキングプレート上にコンデンサ式抵抗溶接で分割溶接することで，ブレーキパッドとディスクブレーキの制動摩擦によって双方の摩擦面から発生する磨耗金属粒子または細かい金属片を摩擦限界警告溝に沈下させてブレーキ摺動面からこれらの異物を排除するための縦溝をこの溶接工程中に形成することができ，今まで別工程で摩擦限界警告溝を加工していた作業を簡素化することもできる。
また本発明によれば，前記分割エキスパンドメタルの溶接後の少なくとも一列目のメッシュ溶接部をラップさせながら，つまり一列目の溶接部を再度電極間で挟み付けて再加圧通電して順次コンデンサ式プロジェクション溶接する。
これによって，電源容量が小さい場合とか電極加圧面が狭い場合は数回溶接を繰り返して一枚板を一体化することが出来る。この場合エキスパンドメタルの接触点が完全に平坦に潰れることがなく，メッシュ材を強固で均一に溶融接合することができる。
これによって，電源容量が小さい場合とか電極加圧面が狭い場合は数回溶接を繰り返して一枚板を一体化することが出来る。この場合エキスパンドメタルの接触点が完全に平坦に潰れることがなく，メッシュ材を強固で均一に溶融接合することができる。
本発明によれば，溶接時間が短時間で大電流を流すことが出来るコンデンサ溶接装置により，常に溶接するエキスパンドメタルの突起接触の全面に最適な溶接電流を均等に流すことが出来，短時間の発熱のため熱影響によるバッキングプレートの反り，歪み，エキスパンドメタルの材料変形・潰れが少ないので，母材の機械的性質の損失が少ない。
本発明は，自動車用ディスクブレーキのブレーキパッドを取付けるための工法に有用であって，バッキングプレートにエキスパンドメタルを重ね合わせて，その重ね合わせて形成された突起状の接触部を抵抗溶接方法の一つであるコンデンサ式プロジェクション溶接方法を採用してエキスパンドメタルの母材形状を完全に平らに潰すことなく，突起状の接触部の潰しを少なくして強固に溶融溶着させる工法である。
図１はＪＩＳ Ｇ ３３５１（エキスパンドメタル）に規定されたメッシュ形状を示す平面図である。記号Ｓ，Ｌは製品の縦方向と横方向の長さである。図２は同じく拡大部分図である。記号Ｔ：板厚，Ｗ：刻み幅，ＳＷ：メッシュ幅方向距離，ＬＷ：メッシュ長さ方向距離である。図３は図２Ａ―Ａ断面図であり，バッキングプレートとの重ね合わせ部の突起状の接触部を示す図である。同図の記号ｈ：エキスパンドメタルの高さを示す。
本発明の取付け方法に基づきサンプルを作成して実性能を確認した。
以下に実験値を示す。
本発明の取付け方法に基づきサンプルを作成して実性能を確認した。
以下に実験値を示す。
・ 被溶接物及び材質
バッキングプレート：材質ＳＡＰＨ４４０，板厚８ｍｍ，板幅８６ｍｍ
長さ１０６ｍｍ
エキスパンドメタル：材質ＳＰＨＣ 線径０．８ｍｍ，幅８０ｍｍ，
長さ１００ｍｍ 高さ２ｍｍ
・ 溶接条件表
加圧力ｋＮ：２０〜２５，容量ｋＷ：１５〜２０，溶接電流ｋＡ：１６０〜１８０，
通電時間ｍｓ：１０〜２０
バッキングプレート：材質ＳＡＰＨ４４０，板厚８ｍｍ，板幅８６ｍｍ
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エキスパンドメタル：材質ＳＰＨＣ 線径０．８ｍｍ，幅８０ｍｍ，
長さ１００ｍｍ 高さ２ｍｍ
・ 溶接条件表
加圧力ｋＮ：２０〜２５，容量ｋＷ：１５〜２０，溶接電流ｋＡ：１６０〜１８０，
通電時間ｍｓ：１０〜２０
バッキングプレートとエキスパンドメタルを上記の実験値内にて溶接した結果，抵抗溶接方法の一つであるプロジェクション溶接方法によれば，エキスパンドメタル材の全面が均一に潰れが少なく，強固に溶融溶着して一体化することができた（図５参照）。この溶接実験では，幅２５ｍｍ，長さ８０ｍｍ寸法の平坦加圧面の電極を使用して行った。エキスパンドメタルを前記バッキングプレート上に重ね合わせ上下電極間で挟みつけ，加圧力２０ｋＮ，溶接電流１６４ｋＡ，通電時間１０ｍｓ程度の溶接条件で数回に分けてコンデンサ電源により溶接した。この実験では，一枚のエキスパンドメタルを１回溶接した後，次の溶接で前回溶接した一列目のメッシュをラップさせて分割溶接を行った。この溶接結果によるとエキスパンドメタルの溶接前のメッシュ高さｈ寸法２ｍｍに対し溶接後のメッシュ高さｈ寸法が１．４ｍｍないし１．６ｍｍの範囲内で確保できた。溶接後のペンチ剥離テストを行った結果，溶接後のメッシュ高さｈ寸法基準が１．４ｍｍないし１．６ｍｍの範囲内であれば各突起溶接部に十分な機械的強度が得られた（図６参照）。この実験では電源が少ない容量の場合も同様に分割溶接することで溶接部のペンチ剥離テストを行った結果，溶接品質上，強い剥離強度が得られることが確認できた。
図４に示す実物の実験ではエキスパンドメタルをあらかじめ縦方向に３分割したバッキングメタルを等間隔をもって重ねプロジェクション溶接すれば，この溶接工程によって摩擦限界警告溝を加工することができる。この工程では予めメッシュ材を３分割して溶接することで，１枚板毎に溶接時間が短時間で大電流を流すことができる。このエキスパンドメタルの溶接工法はコンデンサ溶接において常に溶接するエキスパンドメタルの全面に最適な溶接電流を均等流すことができ，短時間の発熱のため熱影響によるバッキングプレートの反り・歪み，エキスパンドメタル材の材料変質・潰れが少ないので，母材の機械的性質の損失が少ないことが確認できた。
なお，この溶接実験では，三分割したエキスパンドメタルを分割溶接でテストしたが，重複溶接する場合は１列目をラップして溶接しても複数列をラップさせて溶接しても同様の発明効果が得られるほか，エキスパンドメタル接合部全面を一括同時に溶接することも可能であることは言うまでもない。
なお，この溶接実験では，三分割したエキスパンドメタルを分割溶接でテストしたが，重複溶接する場合は１列目をラップして溶接しても複数列をラップさせて溶接しても同様の発明効果が得られるほか，エキスパンドメタル接合部全面を一括同時に溶接することも可能であることは言うまでもない。
他の抵抗溶接電源では例えば単相交流電源においては，短時間で大電流を流すことができないため，一次電源のフリッカー等を発生し電源容量に問題が起きた。またインバータ電源においても単相交流電源と同等に短時間で大電流を流すことができないため，バッキングプレートの反りや歪みが大きく，エキスパンドメタルの材料変質や潰れが大きくなって機械的強度が得られなかった。敢えて鋼製エキスパンドメタルを金属板にスポット溶接する従来周知の工法を挙げるならば，たとえば特開昭６２−１３７１８３号公報に記載された工法がある。
この従来の工法はエキスパンドメタルをスポット溶接する個所を溶接に先駆けてプレス加工して完全に平坦にしてから相手板に面接触させた状態で通常のスポット溶接するというもので，母材変形による機械的性質が得られない。これに対し本発明はエキスパンドメタルの機械的特性を活かして相手平面板との接触は突起状の接触点によるもので，しかも母材原形を完全（平坦）に潰すのではなく，突起接触面の潰しを少なくすることで，メッシュ材としての機械的強度を確保することができる。
本発明のブレーキパッドの取付け工法では溶接時間が短時間で大電流を流すことができることからエキスパンドメタルの母材原形の潰れが少なく，強固に溶融溶着させることができる。また今回の実験ではバッキングメタルとエキスパンドメタルのコンデンサ式プロジェクション溶接で試作したサンプルの強度検査をペンチ剥離テストで検証した結果，強い剥離強度が得られ，溶接品質向上が確認された。
上記の溶接工程により一体化したエキスパンドメタルは次のパッド成形工程において接着剤を塗布し，金型にビスケット状の混合紛を入れ，数百度で加熱成形を行いパッドの形に組み込まれる。この場合，パッド基材がエキスパンドメタルのメッシュ全域に内部まで浸透することで，パッド素材の内部に金属補強材，つまり鋼製のエキスパンドメタルが埋設されることになる。ブレーキパッドはパッド成形・硬化工程などによる一連の加工工程を経てバッキングプレートに焼き入れ固定される。かくしてブレーキパッドに強要される振動力や衝撃力はメッシュ材の網目に沿って細かく分散・吸収されることになり，またブレーキパッドに発生する摩擦熱はパッド内部のエキスパンドメタルによって網目状に細かく伝導・分散され接着力の耐久性を飛躍的に延ばすことができる。
本発明は自動車用ディスクブレーキのブレーキパッド取付け方法について言及したが，コンデンサ式抵抗溶接によって規格製品の鋼製エキスパンドメタルとバッキングプレートとを機械的性質を喪失せずに強固に固定することができるので，ドラムブレーキのほか，航空機，電車などブレーキパッドを必要とする他の分野にも利用することが可能となる。
Claims (1)
- 自動車用ディスクの表面に摩擦材からなるブレーキパッドを押し付けて，回転するディスク面と摩擦材との相対運動によって摩擦制動力を発生させるディスクブレーキに関し，
前記ディスク面に前記ブレーキパッドを接触させる方向に作動するための作動機構に支持されたバッキングプレートに，細長い鋼材を網目状にかみ合わせて構成されたエキスパンドメタルを重ね合わせ，その重ね合わせて形成された突起状の接触部を一対の電極間で挟みつけ，前記電極間に溶接に必要な加圧力を与えると共に溶接電流を流して前記突起状の接触部をプロジェクション溶接して一体化する溶接工程と，
前記溶接工程を経て一体化されたエキスパンドメタルに前記ブレーキパッドを成形・固着するための一連のパッド硬化工程とからディスククブレーキ用パッドを製造するに際し，
前記溶接工程において前記エキスパンドメタルの溶接後のメッシュ高さ寸法は予め実験によって求められた溶接部の機械的強度が得られるメッシュ高さ寸法を所定基準範囲とすること，当該メッシュ高さ寸法基準内に対応する溶接条件の基にコンデンサ電源から短時間の大電流を流して前記突起接触部の全面をプロジェクション溶接すること，これによって前記バッキングプレートに一体化された前記エキスパンドメタルのメッシュ高さ寸法が前記所定基準内に維持されることを特徴とするディスクブレーキ用パッドの取付け方法。
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