JPH0544753A - デイスクブレ−キロ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、片側ピストン方式（ピンスライド
キャリパー）に最適なアルミディスクブレーキロータを
提供することを目的とする。 【構成】本発明のディスクブレ−キロ−タ１は、ブレー
キパッド４ａと接する摺動面３０ａに溶射層３ａが形成
されたピンスライドキャリパー型のディスクブレ−キロ
−タにおいて、ピストン５１により直接加圧されない側
に配設された前記ブレーキパッド４ａと対向する前記摺
動面３０ａに形成された前記溶射層３ａは、高熱伝導材
料と、耐摩耗材料と、硬質粒子とよりなり、該高熱伝導
材料および該硬質粒子の該溶射層３ａ全体に占める割合
を、中心から半径方向外側に向かって増加させたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等のディスクブ
レ−キ装置に組み込まれ使用されるディスクブレ−キロ
−タに関する。

【０００２】

【従来の技術】

（１）現在一般的に使われているキャリパは、片側ピス
トン方式（ピンスライドキャリパー）が主流となってい
る。 （２）また従来、一般的にディスクブレ−キロ−タ（以
下、ロータと称す）を形成するための材料としては、例
えば特開昭６３ー１１１３３１号公報に開示されている
ように、鋳鉄や、ステンレス鋼等を用いるのが通常であ
ったが、ロ−タの軽量化を計るため、アルミ材を用いる
ことが考えられている。ところがアルミ材を用いて形成
したロ−タ摺動部の耐熱性、耐摩耗性等の性能は、鋳鉄
材を用いて形成した場合より劣ることから、アルミ製ロ
ータの摺動部に、ステンレス鋼、銅、鋳鉄等の材料を、
溶射材として用いて溶射層を形成したり、鋳込み材とし
て用いて鋳込む等の方法により、強化する技術が知られ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、 （１）前記従来の技術の（１）の片側ピストン方式の場
合には、ピストンにより加圧されないアウター側のパッ
ドは、ロータの摺動面に対しその当り面の領域が、押圧
力に伴って変化する。（例えば、参考として示す図５〜
図８のように、ロータの摺動面に対し、その当り面の領
域ａ１〜ａ４が、押圧力の変化（２０ｋｇｆ／ｃｍ² 〜
８０ｋｇｆ／ｃｍ² ）に伴ってこれによってロータの摺
動面の摺動特性が変化するとブレ−キング操作時に効き
（摩擦係数）が低下し、良好なブレ−キ性能が得られな
い場合がある。

【０００４】（２）前記従来の技術の（２）の場合に
は、アルミ製ディスクブレ−キロータの摺動部に、例え
ば、鋳鉄を溶射材として用いて溶射層を形成した場合に
は、摩擦係数は良好であるが、耐摩耗性が低いため、そ
の厚さを片側０．５ｍｍ〜１．０ｍｍと厚くする必要が
ある。しかし厚くすると、高温時にアルミ材との熱膨張
差のためにはがれを生じる。

【０００５】これを解決するためステンレス鋼を溶射材
として用いて溶射層を形成した場合には、耐摩耗性は良
好であるが、摩擦係数が低く、特に、高速時の性能が十
分なものとは言えない。このため、焼結パッドなどを用
いることで摩擦係数の低さをカバーすることができて
も、鳴きの発生率が高く実用性に乏しいことや、熱溜ま
りとなりやすく、前記場合と同様、熱膨張差による影響
を受けやすい。

【０００６】また、ステンレス鋼と銅との混合材を溶射
材として用いて溶射層を形成した場合には、銅の比率を
高くすれば熱伝導性は良好となり、摩擦係数レベルも満
足されるが耐摩耗性が劣る。ステンレス鋼の比率を高く
すれば、耐摩耗性は良好だが、摩擦係数レベルが低くな
る。本発明は、上記のことを背景として、片側ピストン
方式（ピンスライドキャリパー）に最適なアルミディス
クブレーキロータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のディスクブレ−
キロ−タは、ブレーキパッドと接する摺動面に溶射層が
形成されたピンスライドキャリパー型のディスクブレ−
キロ−タにおいて、ピストンにより直接加圧されない側
に配設された前記ブレーキパッドと対向する前記摺動面
に形成された前記溶射層は、高熱伝導材料と、耐摩耗材
料と、硬質粒子とよりなり、該高熱伝導材料および該硬
質粒子の該溶射層全体に占める割合を、中心から半径方
向外側に向かって増加させたことを特徴とする前記摺動
面に形成された溶射層の高熱伝導材料および硬質粒子
は、溶射層全体に占める割合を、ディスクブレ−キロ−
タ（以下、ロ−タと称す）の中心から半径方向外側に向
かって増加させるには、図４に示されるように、ロ−タ
の中心に最も近い領域で少なく、ロ−タの中心より半径
方向外側に向かって最も遠い領域で多い分布勾配とす
る。また、耐摩耗材料は、ロ−タの中心に最も近い領域
で多く、ロ−タの中心より半径方向外側に向かって最も
遠い領域で少い分布勾配とすることが好ましい。

【０００８】例えば高熱伝導材料、硬質粒子、耐摩耗材
料は、ロ−タの中心に最も近い領域で０ｗｔ％対０ｗｔ
％対１００よりなり、ロ−タの中心より半径方向外側に
向かって最も遠い領域で７０ｗｔ％対１０ｗｔ％対２０
ｗｔ％よりなる割合とすることができる。すなわち、前
記高熱伝導材料、硬質粒子、耐摩耗材料は、ロ−タの中
心に最も近い領域より、半径方向外側に向かって最も遠
い領域までの間で０ｗｔ％対０ｗｔ％対１００より７０
ｗｔ％対１０ｗｔ％対２０ｗｔ％までの値で変化させる
ことが望ましい。

【０００９】高熱伝導材料としては、ロ−タとパッドと
の摩擦熱を熱伝導により外部に伝達し、放熱効果を高め
る作用をなす熱良導体としてＣｕや、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ
等を用いることができる。硬質粒子は、ブレ−キ性能の
基本特性である効き（摩擦係数）を高める作用をなすも
ので、ロ−タの摺動部に形成される溶射層中に分布して
いると、アブレッシブ摩擦（接触面上の凹凸や、摩擦面
間に介在する硬粒子の切削効果が大きく現れる摩耗）を
発生させ、前記効きを高める効果が得られる。硬質粒子
としては、Ｃｒ₃ Ｃ₂ や、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＳｉＣ
等を用いることができる。

【００１０】耐摩耗材料は、ロ−タの摺動部に形成され
る溶射層の寿命に影響を与えるもので、耐摩耗性に優れ
たＦｅ−５５〜６５Ｃｒ−３Ｃや、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合
金等を用いることができる。

【００１１】

【作用および効果】本発明のディスクブレ−キロ−タの
アウター側の溶射層は、高熱伝導材料と、耐摩耗材料
と、硬質粒子とよりなり、高熱伝導材料および硬質粒子
の溶射層全体に占める割合を、前記ディスクブレ−キロ
−タの中心から半径方向外側に向かって増加させたもの
としている。

【００１２】このため、ブレ−キング操作に伴って前記
ピストンにより直接加圧されない側（アウター側）のパ
ッドとロ−タの摺動面とが接するとき、パッドが弱く当
たるロ−タの中心に近い領域から、強く当たるロ−タの
中心より遠い領域に至までの中間領域に、それぞれに対
応して適切な割合の高熱伝導材料および硬質粒子が分布
している。すなわち、 （１）押圧力が小さいときには、アウター側パッドの半
径方向内側領域の部分と、ロータとが摺動する。このと
き内側領域には高熱伝導材料の分布割合いが少ないた
め、酸化物が形成されることによる摩擦係数の低下を抑
制できる。

【００１３】（２）押圧力が大きいときには、アウター
側パッドの半径方向外側の領域と、ロータとが摺動す
る。このとき外側領域には高熱伝導材料の分布割合いが
多いため、熱伝導効率が大きく、放熱が良効で熱が溜ま
らず、かつ熱がロータおよびアウター側パッドに溜まる
ことによる摩擦係数の低下を抑制することができる。さ
らに、硬質粒子の占める割合いを高熱伝導材料とともに
多くすることにより、前記高熱伝導材料を多くすること
による摩擦係数の低下を改善できる。

【００１４】従って、パッドが強く当たり摩擦熱が高く
なる領域では、高熱伝導材料が他の領域よりも多いの
で、熱伝導効率がよく放熱効果（冷却効果）が高くな
り、ロータ温度の上昇を抑えることができ、熱の溜まり
を解消することができる。また、パッドが強く当たり最
も摩耗量の多い領域では、硬質粒子が他の領域よりも多
いので、摩擦による摩耗量の増大を抑えつつブレ−キの
効き（摩擦係数）を高めることができる。

【００１５】更に本発明によれば、アルミ製のロ−タを
用いた場合であっても、高熱に弱いとされているアルミ
の熱変形を防止でき、かつロ−タとしての軽量化を実現
することができる。また、溶射層の耐摩耗性について
も、鋳鉄製溶射層の場合の約３倍以上が得られる。

【００１６】

【実施例】本実施例のディスクブレ−キロ−タ１を、ア
ウト側ブレーキパッド４ａ、インナ−側ブレーキパッド
４ｂとともにピンスライドキャリパー型のブレーキ装置
５に組入れ使用した場合で説明する（図１および図３参
照）。 このディスクブレ−キロ−タ（以下、ロータと
称す）１は、ロータ本体２がアルミ合金（ＪＩＳＡ６０
６１相当）製で、中心軸Ｐを中心とする回転時に、キャ
リパー爪部５０により固定位置に保持された前記アウト
側ブレーキパッド（以下、固定パッドと称す）４ａと、
ブレーキング操作に伴って往復移動するピストン５１に
連動する前記インナ−側ブレーキパッド（以下、可動パ
ッドと称す）４ｂとが、両垂直面側で摺接するリング状
摺動部２０を備えている。

【００１７】そしてこのリング状摺動部２０の両垂直面
側が機械加工により研削された２つの加工面２１ａ、２
１ｂにそれぞれ溶射層３ａ、３ｂが形成される（図１参
照）。本実施例のロ−タ１は、ピストン５１により、直
接、加圧されない側に配設された固定パッド４ａに対向
する位置の溶射被膜３ａに特徴がある（図３参照）。次
いで前記溶射層３ａを形成する場合の具体的実施内容を
述べる。

【００１８】まず、予め溶射層３ａを形成する溶射材が
準備された。そしてこの溶射材により形成される溶射層
３ａの溶射成分は、図４に示されるように、高熱伝導材
料としてＣｕが０〜７０ｗｔ％と、硬質粒子としてＣｒ
₃ Ｃ₂ が０〜１０ｗｔ％と、耐摩耗材料としてＦｅー６
５Ｃｒー３Ｃが残量よりなるものとなっている。前記ロ
ータ本体２のリング状摺動部２０の加工面２１ａに下記
の溶射条件でプラズマ溶射を行った。

【００１９】 また、溶射条件は、電流 ：５００Ａ 電圧 ：７０Ｖ ガス流量 ：Ｎ₂ １６０^l/min ／Ｈ₂ ３０^l/min 溶射流量 ：１３０ｍｍ である。

【００２０】そしてディスクロ−タ１のリング状摺動部
２０の加工面２１ａには、前記溶射材が溶射される。こ
の結果、図４に示されるように摺動面３０ａの半径方向
の内周側からその半径方向外周側に、分布勾配をもつＣ
ｒ₃ Ｃ₂ と、Ｃｕと、Ｆｅ−５５〜６５Ｃｒ−３Ｃとよ
りなる厚さ約３００μｍのアウター側の溶射層３ａが形
成された。

【００２１】溶射層３ａを形成する溶射成分の割合い
は、前記ピストン５１の作動時に、摺動面３０ａの半径
方向の内周側からその半径方向外周側に対し、摺動領域
が押圧力に応じて変化するアウター側の固定パッド４ａ
が当たる領域（図５〜図８の領域ａ１〜ａ２領域参照）
にそれぞれ対応するものとなっている。すなわち図２に
示されるように、固定パッド４ａの当接面４０ａが摺動
するロ−タ１の摺動面３０ａの半径方向の各領域Ｓ１〜
Ｓ４におけるＣｒ₃ Ｃ₂ と、Ｃｕと、Ｆｅ−５５〜６５
Ｃｒ−３Ｃとの分布は、図４に示される分布勾配をも
つ。

【００２２】すなわち 領域Ｓ１では、Ｃｒ₃ Ｃ₂ が
１．２ｗｔ％ Ｃｕが８．８ｗｔ％Ｆｅ−５５〜６５Ｃ
ｒ−３Ｃが残量よりなる分布である。領域Ｓ２では、Ｃ
ｒ₃ Ｃ₂ が３．７ｗｔ％ Ｃｕが２６．３ｗｔ％ Ｆｅ
−５５〜６５Ｃｒ−３Ｃが残量よりなる分布である。領
域Ｓ３では、Ｃｒ₃ Ｃ₂ が６．２ｗｔ％ Ｃｕが４３．
８ｗｔ％ Ｆｅ−５５〜６５Ｃｒ−３Ｃが残量よりなる
分布である。領域Ｓ４では、Ｃｒ₃ Ｃ₂ が８．７ｗｔ％
Ｃｕが６１．３ｗｔ％ Ｆｅ−５５〜６５Ｃｒ−３Ｃ
が残量よりなる分布である。

【００２３】なお、インナー側の溶射層３ｂの溶射成分
の割合いに関しては、ピストン５１を押圧する油圧の変
化にあまり関係なく、インナー側のパッド４ｂが摺動面
３ｂに全面当たりするため、アウター側の溶射層３ａの
ほぼ平均的な性能を示す割合いとした。すなわち、溶射
層３ａの溶射成分の割合いは、Ｃｒ₃Ｃ₂ が３５〜６５
ｗｔ％、Ｃｕが１０ｗｔ％、Ｆｅ−５５〜６５Ｃｒ−３
Ｃが残量としたものである。溶射層３ｂの厚さは、３０
０μｍで溶射層３ａと同様プラズマ溶射により得られる
ものである。

【００２４】溶射層３ａ、３ｂと、ロータ本体２の摺動
部２０の加工面２１ａ、２１ｂとの間にＮｉを主成分と
する中間層６をもうけることにより、耐剥離性は向上す
る。一般に軽負荷（油圧１０〜２０ｋｇｆ／ｃｍ² ）で
のブレーキング操作を多用した場合にはＣｕの分布割合
いが多いと、Ｃｕ酸化物の低摩擦係数の皮膜を形成し、
制動回数が増えるとともに摩擦係数が低下していく現象
が起こる。この点本実施例では、固定パッド４ａの当接
面４０ａが当接する摺動面３０ａの当り位置が変化する
ことに対応した分布割合いとなっているため摩擦係数の
低下が見られない。

【００２５】また、フェード試験（油圧４０〜５０ｋｇ
ｆ／ｃｍ² ）のような連続したブレーキング操作の場合
にはＣｕの配分が少ないと、熱伝導性の点から、溶射層
に熱が溜まり、摩擦係数の低下、ヒートスポットを生じ
る。逆に、Ｃｕの配分が多くなると耐摩耗性の点で難が
あり、引きずり摩耗が発生してブレーキング操作時に振
動を生じることにもなる。そこで、本実施例のように硬
質粒子としてＣｒ₃ Ｃ ₂ を前記分布割合いとすることに
より、摩擦係数の向上、耐摩耗性の向上が得られる。

【００２６】さらにまた本実施例のディスクブレーキロ
−タを用いた場合には、アルミ材を用いて、ロ−タを製
造した場合であっても、放熱効果が優れるため、耐熱性
を向上できパッドとの摩擦熱により摺動面の温度が異常
に高くなることがなく、ロ−タが熱変形することがな
い。また摩擦係数μの低下現象がなく、良好なブレーキ
効果が得られるとともに、ブレーキの鳴き現象をも防止
できる。 （比較例）次いで本実施例のディスクブレーキロ−タ１
の効果を確認するため、前記実施品の他に、第１比較例
品および第２比較例品が制作された。

【００２７】なお、第１比較例品は、アウター側溶射層
の溶射成分としてＣｒ₃ Ｃ₂ が０ｗｔ％、Ｃｕが７０ｗ
ｔ％、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ合金が残量よりなる以外は、実施
品と同じである。また、第２比較例品は、アウター側溶
射層の溶射成分としてＣｒ₃ Ｃ₂ が０ｗｔ％、Ｃｕが０
ｗｔ％、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃ合金が残量よりなる以外は、実
施品と同じである。

【００２８】次いで、実施品、第１比較例品、第２比較
例品を用いて、それぞれブレーキング操作によるアウタ
ー側溶射層の摩擦係数を評価するため、軽負荷（油圧約
２０ｋｇｆ／ｃｍ² ）制動試験およびフェード（油圧約
４５ｋｇｆ／ｃｍ² ）試験を実施し、その結果を図９お
よび図１０に示した。また、同様に、実施例品、第１比
較例品、第２比較例品を用いて、それぞれブレーキング
操作によるアウター側溶射層の耐摩耗性を評価するた
め、摩耗試験を実施し、その結果を図１１に示した。

【００２９】軽負荷制動試験 試験条件としては、 パッド：セミメタ系 車速：５０ｋｍ／ｈ→０ 油圧：０．２Ｇ（油圧２０ｋｇｆ／ｃｍ² に相当） 制動回数：１〜２０００回（５０℃ブレーキイン） である。

【００３０】フェード試験 試験条件としては、 パッド：セミメタ系 車速：１００ｋｍ／ｈ→０ 油圧：０．４５Ｇ（油圧４５ｋｇｆ／ｃｍ² に相当） 制動回数：１〜２０回 （１回目６５℃ブレーキイン
３５秒サイクル） である。

【００３１】摩耗試験 試験条件としては、 パッド：セミメタ系 車速：５０ｋｍ／ｈ→０ 油圧：０．３Ｇ（油圧３０ｋｇｆ／ｃｍ² に相当） 制動： （５０℃ブレーキイン） （評価）軽負荷制動試験の結果、図９に示すように第１
比較例品の場合には、制動回数が２０００回近くで効き
（摩擦係数）が、０．３以下の値に低下するのに対し、
実施品の場合には、０．３以上の値を保持できることが
判明した。

【００３２】フェード試験の結果、図１０に示すように
第１比較例品の場合には、効き（摩擦係数）が、０．３
以下の値であり、第２比較例品の場合には、効き（摩擦
係数）が、０．３２の値を保持できるのに対し、実施品
の場合には、前記第１比較例品および第２比較例品の場
合よりも高い０．４以上の値を保持できることが判明し
た。

【００３３】摩耗試験の結果、図１１に示すように制動
回数が１０００回での摩耗量は、第１比較例品の場合に
は、１０μｍと大きな値となり、第２比較例品の場合に
は、２μｍと小さな値が保持できる。これに対し実施例
品の場合には、前記第１比較例品および第２比較例品の
場合よりも優れた１μｍとなり小さな値が保持できるこ
とが判明した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるディスクブレーキロ−
タを示す縦断面図。

【図２】図１におけるディスブレーキクロ−タのリング
状摺動部にアウター側の溶射層が形成された状態を示す
アウター側より見た正縦断面図。

【図３】本実施例のディスクブレーキロ−タを、パット
とともにブレーキ装置に組み込んだ使用例を示す縦断面
図。

【図４】本実施例における溶射層の成分の分布勾配を示
し、横軸に内周〜外周領域を示し、縦軸に分布量（ｗｔ
％）を示す説明図。

【図５】油圧２０ｋｇｆ／ｃｍ² におけるディスクブレ
ーキロ−タの摺動面に対するブレーキパッドの当接状態
を示す正面図。

【図６】油圧４０ｋｇｆ／ｃｍ² におけるディスクブレ
ーキロ−タの摺動面に対するブレーキパッドの当接状態
を示す正面図。

【図７】油圧６０ｋｇｆ／ｃｍ² におけるディスクブレ
ーキロ−タの摺動面に対するブレーキパッドの当接状態
を示す正面図。

【図８】油圧８０ｋｇｆ／ｃｍ² におけるディスクブレ
ーキロ−タの摺動面に対するブレーキパッドの当接状態
を示す正面図。

【図９】横軸に制動回数（回）、縦軸に効き（μ）を示
す説明図。

【図１０】横軸に制動２０回目の最高上昇温度（ロー
タ）、縦軸にその時の効き（μ）を示す説明図。

【図１１】本実施例品、第１比較例品、第２比較例品を
示し、縦軸に摩耗量（μｍ）を示す説明図。

【符号の説明】

1 …ディスクロ−タ ２…ロータ本体 ２０…摺動部 ３ａ…アウター側溶射層 ３ｂ…インナー
側溶射層 ３０ａ…アウター側摺動面 ３０ｂ…インナ
ー側摺動 ４ａ…アウター側ブレーキパッド ４ｂ…インナー
側ブレーキパッド ４０ａ…アウター側当接面 ４０ｂ…インナ
ー側当接面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブレーキパッドと接する摺動面に溶射層が
   形成されたピンスライドキャリパー型のディスクブレ−
   キロ−タにおいて、 ピストンにより直接加圧されない側に配設された前記ブ
   レーキパッドと対向する前記摺動面に形成された前記溶
   射層は、高熱伝導材料と、耐摩耗材料と、硬質粒子とよ
   りなり、該高熱伝導材料および該硬質粒子の該溶射層全
   体に占める割合を、中心から半径方向外側に向かって増
   加させたことを特徴とするディスクブレ−キロ−タ。