JP2001165210A - ディスクブレーキ、ディスクブレーキパッド、及び該ディスクブレーキパッド用バックプレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の強度の確保が可能なアルミニウム合金
製ディスクロータを用いたディスクブレーキを提供す
る。 【解決手段】 アルミニウム合金製のディスクロータを
用いたディスクブレーキにおいて、ブレーキパッド用バ
ックプレートを、耐熱性の短繊維と、耐熱性樹脂とから
成形した。耐熱性の短繊維には、ガラス繊維の繊維長が
１０ｍｍ以下のものを使用し、５０質量％以上の混入率
として強度を確保した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、アルミニウム合金
製のディスクロータを使用したディスクブレーキと、こ
れに使用されるディスクブレーキパッド、及びそのバッ
クプレートに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭４８−８３２６４号では、バック
プレートを合成樹脂製にしたものが提案されている。こ
のバックプレートは合成樹脂製であるから、軽量である
が、その上に、耐熱性なので、早くから注目されてい
た。

【０００３】ところで、ブレーキの作動時には、車両の
運動エネルギが摩擦熱に変換され、ディスクロータの温
度は６７０Ｋ以上に達する。そして、これが摩擦材に伝
わり、摩擦材からバックプレートに伝達されるので、バ
ックプレート自身もかなりの高温になる。そのため、上
記のバックプレートの耐熱性では、対応できなかった。

【０００４】また、制動は繰り返し行われるものであ
り、その間隔も一様ではない。そして、ブレーキの摩擦
材とバックプレートとは、繰り返して温度サイクルに曝
されることから、素材にひびが入るなどの劣化が生じ、
強度不足になる、という問題もあった。さらに、摩擦材
とバックプレートとの線膨張率の差が大きい場合には、
両者の接着面に亀裂を生じる可能性もあった。

【０００５】そこで、特開昭５７−１２４１３４号で
は、樹脂製バックプレートに炭素繊維やガラス繊維など
の短繊維を混入するとともに、バックプレートの中心部
と両端部とに連続繊維のプリプレグを混入して補強した
構成のものを提案している。

【０００６】しかし、このような構造のバックプレート
を実際に製造するのは、特に、紐状にした連続繊維を混
入することが困難で、実用性に欠けていた。また、バッ
クプレートの組成が均一にならず、外形部への繊維の充
填が不足して、強度が不足した。

【０００７】一方、最近の自動車業界においては、燃費
の向上が強く叫ばれ、車両の軽量化手段として、従来は
鋼鉄製であったディスクロータに、アルミニウム合金製
ロータを採用することが検討されてきている。

【０００８】ところが、アルミニウム合金製ロータを使
用すると、鋼鉄製のロータの時と比べて、ディスクパッ
ドの摩擦係数が低くなり、ブレーキの効きが悪くなって
しまう。そこで、摩擦材に混入するアルミナ等のアブレ
シブの添加量を増やす対策が採られてきた。アブレシブ
を増加すると、摩擦係数が大きくなり、ブレーキの効き
が良くなるという訳である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アルミ
ニウム合金製ロータに対して摩擦係数の高い摩擦材を使
用すると、バックプレートの負担が増大し、バックプレ
ートが高温になり易く、強度の確保が困難であった。

【００１０】本発明は、このような事情から考えられた
もので、ブレーキを軽量化できるとともに、耐熱性があ
って、十分な強度を確保できるアルミニウム合金製ディ
スクロータを用いたディスクブレーキと、これ用のディ
スクブレーキパッドと、このディスクブレーキパッドに
使用されるバックプレートとを提供することを目的とし
ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のディスクブレーキは、アルミニウム合金製
のディスクロータと、これに接離可能に設けられたディ
スクブレーキパッドとを有し、該ディスクブレーキパッ
ドが、耐熱性の短繊維が混入された耐熱性樹脂製のバッ
クプレートを有することを特徴としている。

【００１２】また、本発明のディスクブレーキパッド
は、アルミニウム合金製のディスクロータに使用される
ディスクブレーキパッドであって、該ディスクブレーキ
パッドが、耐熱性の短繊維が混入された耐熱性樹脂製の
バックプレートを有することを特徴としている。

【００１３】また、上記ディスクブレーキパッドが、上
記バックプレートに、石綿以外で非金属の耐熱性繊維成
分と充填材と耐熱性樹脂とを含む非石綿系の摩擦材を貼
付してなる構成とすることができる。

【００１４】本発明のディスクブレーキパッド用バック
プレートは、アルミニウム合金製のディスクロータに使
用されるブレーキパッド用バックプレートであって、耐
熱性の短繊維と、耐熱性樹脂とを含むことを特徴として
いる。

【００１５】上記耐熱性の短繊維が、ガラス繊維であっ
て５０質量％以上含有される構成としたり、上記耐熱性
の短繊維の長さが１０ｍｍ以下である構成とすることが
できる。

【００１６】また、バックプレートの熱処理による収縮
率が０．１５％以下で、バックプレートと、これに貼付
される摩擦材と間の熱処理による収縮率の差が、０．１
％以下である構成とすることができる。

【００１７】さらに、本発明のディスクブレーキパッド
用バックプレートは、比較的ブレーキ負荷の小さい小型
の乗用車、又は普通の乗用車のリヤブレーキ、あるいは
回生ブレーキに特に適している。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明す
る。本発明は、アルミニウム合金製ロータとの組み合わ
せ用に摩擦係数の高い摩擦材を作成し、そのバックプレ
ートに合成樹脂製のものを使用してテストしてみたとこ
ろ、アルミロータの温度を６７０Ｋ以下に抑えることが
でき、合成樹脂製のバックプレートでも実用上の問題が
ないことが確認され、本願に至ったものである。

【００１９】本発明のバックプレートの作り方は、以下
の通りである。まず、原料に混入される繊維には、強度
があり、しかも、マトリックス樹脂の溶融する温度では
溶融しない耐熱性の繊維を使用する。このような条件を
満たす繊維としては、たとえば、ガラス繊維、炭素繊
維、金属繊維、アラミド繊維等がある。ただし、断熱性
の要求が厳しい場合には、非金属繊維の方がよい。一
方、紛状の原料と混合したとき均一に混ざり易く、圧縮
成形や射出成形が可能となるように、繊維長は、１０ｍ
ｍ以下の短繊維が望ましい。繊維の太さは特に限定され
ず、チョップドストランドでもよい。

【００２０】マトリックス樹脂としては、熱可塑性、熱
硬化性樹脂のいずれでもよいが、特に、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、ジアリルフタレート、ポリイミド樹脂等が
望ましい。

【００２１】混合された原料の形態としては、粉末状、
顆粒状の樹脂に短繊維が混合した形態、あるいは樹脂の
ペレットに繊維が混合した形態となる。このような原料
であれば、ほぼ粉末状として取り扱うことができ、金型
内に投入してプレス機で圧縮・加熱して所望の形状のバ
ックプレートを成形することができる。あるいは、原料
を予め加熱溶融させて金型内に射出し、あるいは押し出
すことにより成形することができる。

【００２２】上記の製造方法であれば、バックプレート
がどのような形状であっても成形でき、繊維はバックプ
レートの全体に均一に分布するようになり、強度が均一
化された優れたバックプレートを得ることができる。

【００２３】このようにして成形されたバックプレート
に摩擦材を貼り付け、ディスクブレーキパッドとする。
貼り付け方としては、たとえば、プレス機による圧縮成
形の場合は次のように行う。まず、上記のようにして成
形されたバックプレートをプレス機の下金型にセット
し、その上に枠型をおいてこの枠型内に摩擦材の粉末状
原料を投入する。枠型は、上下が開放された筒状なの
で、原料は直接バックプレート上に載せられることにな
る。その後、枠型の上から上金型を挿入して押圧し、粉
末状原料を圧縮・加熱して摩擦材を形成すると同時に、
バックプレートに貼り付ける。枠型に摩擦材の原料を投
入する場合、最初に接着剤となる粉末状原料を投入し、
その上から摩擦材の原料を投入することとしてもよい。

【００２４】摩擦材は、石綿以外の繊維成分と充填材と
耐熱性樹脂とを含む非石綿系とし、かつ、熱伝導率を低
くするために、金属成分の少ないものを用いる。さら
に、この素材には、アルミニウム合金との摩擦係数を確
保するために、必要な濃度のセラミック系のアブレシブ
を混入する。この摩擦材も、圧縮成形、射出成形、押出
成形のいずれの方法も採用可能である。

【００２５】その後、熱処理を行う。これは、摩擦材や
バックプレートの素材としての耐熱性樹脂の硬化を促進
するためのものである。熱処理は、４２０〜４４０Ｋの
温度中に１〜３時間放置し、次に、温度を４６０〜４９
０Ｋに上昇して４〜８時間放置して行う。通常、この熱
処理を施すと、素材は収縮するが、上記のバックプレー
トは、この収縮率が小さく、熱処理後のディスクブレー
キパッドに目立った反りが生じないようになった。

【００２６】なお、押し出し成形や射出成形の場合は、
バックプレートと摩擦材とを別々に成形した後、接着剤
で接着することになる。また、上記プレス機による圧縮
成形でもバックプレートと摩擦材とを別々に成形して後
から接着することもできる。これらの場合の熱処理は、
プレス機での成形の場合と同様にバックプレートと摩擦
材とを張り合わせた後に行うことにしてもよいが、張り
合わせる前に、別々に熱処理を行ってもよい。

【００２７】本発明のディスクブレーキパッドは、摩擦
材とバックプレートとの線膨張係数を同レベルにするこ
とができるという特徴がある。そのため、張り合わせて
ブレーキパッドとした後、ブレーキ動作によってロータ
に何回も押しつけられ、繰り返し、高温と低温との温度
サイクルを受けても、反りが生じることも少なくなる。

【００２８】摩擦材が押しつけられるディスクロータ
は、上述したようにアルミニウム合金を使用する。アル
ミニウム合金を用いたディスクロータは、軽量である
が、熱に弱いという特徴がある。そのため、鋳鉄製のデ
ィスクロータなら７７０〜８７０Ｋの温度でも十分使用
できたのに対し、アルミニウム合金のディスクロータで
は、６７０Ｋ以下に抑えなければならない。６７０Ｋを
越えると、ディスクロータの摩耗が激しくなるからであ
る。

【００２９】しかしながら、本発明では、上記のような
バックプレートに摩擦材のパッドを張り合わせたもの
を、アルミニウム合金製のディスクロータと組み合わせ
てディスクブレーキとして使用したら、使用温度を６７
０Ｋ以下で収めることができた。

【００３０】これについて、以下の実施例により説明す
る。 〔実施例〕バックプレートのマトリックス樹脂として
は、フェノール樹脂の粉末を使用した。混合する耐熱性
繊維としては、バックプレートに要求される強度を確保
するために、繊維長１０ｍｍ以下のガラス繊維を採用
し、これを５０質量％混入して粉末状の原料を得た。

【００３１】この粉末状原料をプレス機の金型内に投入
し、金型温度を４３０Ｋに保ち、３４．３ＭＰａの圧力
下で１８０秒保持してバックプレートを成形した。

【００３２】こうして出来上がったバックプレートをプ
レス機の下金型にセットし、バックプレートの上に枠型
を置き、摩擦材の粉末状原料を投入し、上金型で加圧・
加熱して、摩擦材を張り付けたディスクブレーキパッド
とした。

【００３３】摩擦材は、非石綿系で、次のような配合と
した。 アラミド繊維：１０質量％、黄銅：３０質量％ 黒鉛：１２質量％、摩擦調整剤：１０質量％、硫酸バリ
ウム：１６質量％、炭酸カルシウム：５質量％、炭化珪
素：１２質量％ フェノール樹脂：１０質量％ を混合して粉末状とし、プレス機で加熱・加圧成形した
ものを用いた。こうして形成されたディスクブレーキパ
ッドを、４４０Ｋの温度中に３時間放置し、次に、４７
０Ｋに上昇して５時間放置することにより熱処理を施し
た。熱処理前後の、摩擦材とバックプレートの双方の幅
寸法を測定し、次式により収縮率を求めた。

【００３４】〔（熱処理前の寸法−熱処理後の寸法）／
熱処理前の寸法〕×１００％ これらの値は、摩擦材が−０．０７％、バックプレート
が−０．１３％、両者の差は０．０６％であった。

【００３５】これを、実車（１５００ｃｃクラスの乗用
車）のリアに取り付けられたアルミニウム合金製のディ
スクロータを用いたディスクブレーキに装着し、テスト
した。車両の速度１００ｋｍ／ｈで、急ブレーキを掛け
る試験を繰り返し、ディスクロータの最高温度（「ＪＡ
ＳＯ Ｃ４０２−８８」の第２フェード試験における１
５回目のブレーキ前温度）を測定したところ、次のよう
な結果であった。最高温度 ５４０Ｋ

【００３６】このような結果となった理由としては、次
のような理由が考えられる。 アルミニウム合金製ロータは、本来、伝熱・放熱が
よく、同じ負荷でもロータ自体の昇温が低くて済む。 テストとして使用した車が小型車であり、特にリヤ
ブレーキとして装着されたことから、実車条件といって
も、比較的負荷の小さいものであった。

【００３７】なお、本願発明のアルミニウム合金製ロー
タと合成樹脂製バックプレートとの組み合わせは、回生
ブレーキ機構を有する車両に用いると、さらに有効であ
ることが判った。具体的には、回生ブレーキに使用する
と、温度の上昇が小さくなるのである。これは、回生ブ
レーキ機構によりブレーキ装置への熱負荷が軽減され、
軽量化と同様の効果が発揮されるからと考えられる。

【００３８】以上のような理由から、アルミニウム合金
を用いたディスクロータと、合成樹脂製のバックプレー
トを、ブレーキ作動時に、温度が６７０Ｋを越えないよ
うな条件で使用することが可能となった。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、アルミ
ニウム合金製のディスクロータに使用されるディスクブ
レーキパッドに、耐熱性の短繊維と、耐熱性樹脂とを含
む素材で形成されたバックプレートを用いたので、ブレ
ーキを軽量にすることができ、自動車の燃費の向上に寄
与できる。

【００４０】また、バックプレートが軽量になったこと
で、振動の減衰率が大きくなり、ブレーキの鳴きを防止
することができる。さらに、バックプレートが錆ること
がなくなったので、塗装の必要も無くなった。混入する
繊維が短繊維なので、バックプレート内に均等に分布さ
せることができ、バックプレートの均質性を確保でき
る。

【００４１】上記耐熱性の短繊維の長さが１０ｍｍ以下
である構成としたら、バックプレートをプレス機による
圧縮成形や、エクストルーダによる射出成形、押出成形
で成形することができ、量産が容易にできる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウム合金製のディスクロータ
   と、これに接離可能に設けられたディスクブレーキパッ
   ドとを有し、該ディスクブレーキパッドが、耐熱性の短
   繊維が混入された耐熱性樹脂製のバックプレートを有す
   ることを特徴とするディスクブレーキ。
2. 【請求項２】 アルミニウム合金製のディスクロータに
   使用されるディスクブレーキパッドであって、該ディス
   クブレーキパッドが、耐熱性の短繊維が混入された耐熱
   性樹脂製のバックプレートを有することを特徴とするデ
   ィスクブレーキパッド。
3. 【請求項３】 上記ディスクブレーキパッドが、上記バ
   ックプレートに、石綿以外で非金属の耐熱性繊維成分と
   充填材と耐熱性樹脂とを含む非石綿系摩擦材を貼付して
   なることを特徴とする請求項２記載のディスクブレーキ
   パッド。
4. 【請求項４】 アルミニウム合金製のディスクロータに
   使用されるブレーキパッド用バックプレートであって、
   耐熱性の短繊維と、耐熱性樹脂とを含むことを特徴とす
   るディスクブレーキパッド用バックプレート。
5. 【請求項５】 上記耐熱性の短繊維が、ガラス繊維であ
   って５０質量％以上含有されることを特徴とする請求項
   ４記載のディスクブレーキパッド用バックプレート。
6. 【請求項６】 上記耐熱性の短繊維の長さが１０ｍｍ以
   下であることを特徴とする請求項４又は５記載のディス
   クブレーキパッド用バックプレート。