(57)【要約】      （修正有）【課題】ライニング材の過熱を防止するとともに従来よりも摩耗量を抑制させる。【解決手段】ディスクブレーキに用いられるブレーキパッドやドラムブレーキに用いられるブレーキシュー１０は、裏金部材１４とライニング材１２が設けられる。ライニング材１２は車輪とともに回転する回転体に押し付けられる摩擦部材である。ライニング材１２には、相対的に高熱伝導率の熱伝導部材１６が埋設される。熱伝導部材１６は、ライニング材１２よりもせん断強度が高く、かつ立体網状に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とともに回転する回転体に押し付けられるライニング材と、
前記ライニング材を支持する裏金部材と、
を備えたブレーキ用摩擦部材であって、
前記ライニング材には、相対的に高熱伝導率の熱伝導部材が埋設され、
前記熱伝導部材は、前記ライニング材よりもせん断強度が高く、かつ立体網状に形成されていることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【請求項２】
請求項１に記載のブレーキ用摩擦部材であって、
前記熱伝導部材の少なくとも一部が、前記回転体への押し付け時に前記ライニング材に作用するせん断方向に対して鋭角となるように配向されていることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【請求項３】
請求項２に記載のブレーキ用摩擦部材であって、
前記熱伝導部材の少なくとも一部が、前記せん断方向に対して４５°となるように配向されていることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のブレーキ用摩擦部材であって、
前記熱伝導部材の末端は、前記ライニング材の全面に露出しているとともに前記裏金部材に到達していることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【請求項５】
請求項４に記載のブレーキ用摩擦部材であって、
前記ライニング材は、前記裏金部材に保持される被保持面と、前記被保持面に対向し前記回転体に当接させられる摩擦面と、前記被保持面と前記摩擦面とを繋ぐ側面とが形成され、
前記側面には、前記熱伝導部材の末端から前記裏金部材までを繋ぐ、前記ライニング材よりも高熱伝導率の支柱が設けられていることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のブレーキ用摩擦部材であって、
前記裏金部材には、前記ブレーキ用摩擦部材を前記回転体側に付勢するピストンが装着される装着面が形成され、
前記装着面には、断熱材が設けられていることを特徴とする、ブレーキ用摩擦部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキ用摩擦部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスクブレーキに用いられるブレーキパッドやドラムブレーキに用いられるブレーキシュー等の摩擦部材にはライニング材が設けられる。ライニング材は、ディスクロータやブレーキドラム等の、車輪とともに回転する回転体に押し付けられ、これにより当該回転体が制動される。押し付け時の摩擦によってライニング材が加熱される。温度上昇によりライニング材の構成材料である基材の軟化や熱分解が生じるとライニング材の摩擦係数が低下し、ブレーキの利きが悪くなるブレーキフェードが生じる等、制動特性が低下する。
【０００３】
そこで例えば特許文献１，２では、ライニング材に高熱伝導体を埋設させている。例えば特許文献１ではライニング材に波線状のフィラメントを埋設させている。また特許文献２では直方体状のライニング材を複数個に分割するようにして高熱伝導体の板を埋設させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５８１２７号公報
【特許文献２】特開平１１−３０３９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ライニング材の品質向上に関する要求として、過熱防止に加えて摩耗量抑制が挙げられる。本発明は、ライニング材の過熱を防止するとともに従来よりも摩耗量を抑制することの可能な、ブレーキ用摩耗部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車輪とともに回転する回転体に押し付けられるライニング材と、前記ライニング材を支持する裏金部材とを備えたブレーキ用摩擦部材に関する。前記ライニング材には、相対的に高熱伝導率の熱伝導部材が埋設され、前記熱伝導部材は、前記ライニング材よりもせん断強度が高く、かつ立体網状に形成されている。
【０００７】
また、上記発明において、前記熱伝導部材の少なくとも一部が、前記回転体への押し付け時に前記ライニング材に作用するせん断方向に対して鋭角となるように配向されていることが好適である。
【０００８】
また、上記発明において、前記熱伝導部材の少なくとも一部が、前記せん断方向に対して４５°となるように配向されていることが好適である。
【０００９】
また、上記発明において、前記熱伝導部材の末端は、前記ライニング材の全面に露出しているとともに前記裏金部材に到達していることが好適である。
【００１０】
また、上記発明において、前記ライニング材は、前記裏金部材に保持される被保持面と、前記被保持面に対向し前記回転体に当接させられる摩擦面と、前記被保持面と前記摩擦面とを繋ぐ側面とが形成され、前記側面には、前記熱伝導部材の末端から前記裏金部材までを繋ぐ、前記ライニング材よりも高熱伝導率の支柱が設けられていることが好適である。
【００１１】
また、上記発明において、前記裏金部材には、前記ブレーキ用摩擦部材を前記回転体側に付勢するピストンが装着される装着面が形成され、前記装着面には、断熱材が設けられていることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ライニング材の過熱を防止するとともに従来よりも摩耗量を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材の平面図及びＡ−Ａ断面図である。
【図２】裏金部材と熱伝導部材の網目層との角度を説明する斜視図である。
【図３】裏金部材と熱伝導部材の網目層との角度を説明する斜視図である。
【図４】本実施形態の別例に係るブレーキ用摩擦部材の平面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本実施形態の更なる別例に係るブレーキ用摩擦部材の平面図である。
【図６】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材に対するシミュレーションの各種条件を説明する図である。
【図７】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材に対する比較例を示す図である。
【図８】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材に対するシミュレーション結果を説明する図である。
【図９】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材を装着したブレーキ装置を例示する図である。
【図１０】本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材を装着したブレーキ装置の別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に、本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材１０を例示する。ブレーキ用摩擦部材１０は例えばディスクブレーキ装置に用いられるブレーキパッドやドラムブレーキ装置に用いられるブレーキシューであり、図１にはブレーキパッドが例示されている。
【００１５】
ブレーキ用摩擦部材１０は、ライニング材１２及び裏金部材１４を備える。ライニング材１２は車輪とともに回転する回転体（図示せず）に押し付けられる摩擦部材である。回転体は、ディスクブレーキ装置であればディスクロータであり、ドラムブレーキ装置であればブレーキドラムである。ライニング材１２は、例えばフェノール樹脂や鋼繊維、無機繊維あるいはこれらの混合からなる基材と、有機または無機系のフィラーと、潤滑剤や金属または酸化物等の摩擦調整剤と、熱硬化性樹脂等の結合剤を含んで構成される。
【００１６】
裏金部材１４は、ライニング材１２を支持するとともに、ブレーキ用摩擦部材１０を回転体側に付勢するブレーキ装置のピストンに締結される板部材である。裏金部材１４は、ブレーキパッドであればバックプレートであり、ブレーキシューであればリーディングシューまたはトレーリングシューとなる。裏金部材１４は、例えば鋳鋼、一般鋼、または特殊鋼等の金属材料から構成され、有機樹脂等を含むライニング材１２よりも熱伝導性が高くなるように構成されている。
【００１７】
本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材１０は、ライニング材１２に熱伝導部材１６を埋設させている。熱伝導部材１６は、ライニング材１２よりも熱伝導性の高い材料から構成される。例えば、熱伝導部材１６は、ライニング材１２よりも熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の高い材料から構成される。
【００１８】
加えて、熱伝導部材１６は、ライニング材１２よりもせん断強度が高くなるように構成されている。例えば、熱伝導部材１６は、ＪＩＳ  Ｄ４４２２で定めるせん断強さτ＝Ｆ／Ａ［ＭＰａ］がライニング材１２よりも高くなるように構成される。ここで、Ｆはせん断破壊時のせん断荷重［Ｎ］を表し、Ａは接合面積［ｍｍ２］を表す。例えば、熱伝導部材１６は鉄やアルミニウム等の金属材料や炭素繊維材料から構成される。
【００１９】
本実施形態に係る熱伝導部材１６は、立体網状に形成されている。網状に形成されることで、ライニング材１２の摩擦面１２Ａ（回転体に押し付けられる面）では、網状に熱伝導部材が食い込んでライニング材１２を保持し、せん断によるライニング材１２の剥離が抑制される。
【００２０】
加えて、熱伝導部材１６を立体網状とすることで、ライニング材１２の摩擦面１２Ａから厚さ方向に熱伝導部材１６が展開される。摩擦面１２Ａにてライニング材１２がせん断力を受けると、厚さ方向に延びる熱伝導部材１６に伝達されて摩擦面１２Ａを含む層の剥離（摩耗）が防止される。
【００２１】
熱伝導部材１６は、例えば図１の下段（Ａ−Ａ断面図）に例示されているように、ライニング材１２の摩擦面１２Ａに平行な網目層１６Ａを厚さ方向に複数積層させるとともに、網目層間を繋ぐブリッジ１６Ｂを複数設けることで形成される。
【００２２】
また、熱伝導部材１６は、その末端がライニング材１２の全面に露出するように構成されている。加えて、熱伝導部材１６は、末端が裏金部材１４に到達するように構成されている。このような構成とすることで、ライニング材１２の摩擦面１２Ａに生じた摩擦熱は、熱伝導部材１６を介して速やかにライニング材１２の周辺空気に放出され、または裏金部材１４に伝達される。
【００２３】
ライニング材１２に対する熱伝導部材１６の割合が過度に高いと、ライニング材１２による制動特性が低下するおそれがある。このことから、ライニング材１２及び熱伝導部材１６の総体積の２０％以下となるように、熱伝導部材１６をライニング材１２に埋設させることが好適である。また、放熱性やせん断剛性を向上させる効果を十分に得るために、ライニング材１２及び熱伝導部材１６の総体積の１０％以上となるように、熱伝導部材１６をライニング材１２に埋設させることが好適である。
【００２４】
ライニング材１２に熱伝導部材１６を埋設させてこれらを一体とする加工方法として、例えば加熱圧縮成型が用いられる。例えば、網目形状の熱伝導部材１６と成型前の流動性を持った状態のライニング材１２とを混合させた後に、この混合体を加熱圧縮成型する。
【００２５】
なお、図１では、図２上段のように網目層１６Ａを摩擦面１２Ａ（Ｘ−Ｙ平面）に対して平行に配置したが、この例に限らない。例えば、図２中段のように、回転体への押し付け時にライニング材１２に作用するせん断方向（摩擦方向、回転体の回転方向）に対する角度αが鋭角となるように網目層１６Ａを配置（配向）してもよい。このようにすることで、後述するようにせん断剛性を高めることができる。また、図２下段のように、網目層１６Ａを、せん断方向に対して垂直に配置（配向）させてもよい。
【００２６】
また、図２下段では、裏金部材１４の長手方向に垂直となるように、網目層１６Ａを配置させていたが、この形態に限らない。すなわち裏金部材１４の長手方向に対して０°（平行）以上９０°以下の範囲で網目層１６Ａの配置を定めることができる。図３では、裏金部材１４の長手方向に平行となるように、網目層１６Ａを配置させた例が示されている。この場合、図３下段に示すように、裏金部材１４の面に対して傾斜するように網目層１６Ａを配置させてもよい。
【００２７】
また、裏金部材１４の長手方向に平行となるように網目層１６Ａを配置させる場合、図４下段に示すように、網目層１６Ａの網目パターン（格子パターン）の少なくとも一部は、せん断方向に対する角度βが鋭角となるように配向されていることが好適である。このようにすることで、後述するようにせん断剛性を高めることができる。
【００２８】
なお、図１〜４に示した例では、熱伝導部材１６の網目形状を、直線を交差させた格子形状としていたが、この形態に限らない。例えば図５に示すように、六角形の組み合わせで形成されるハニカム格子形状としてもよい。
【００２９】
＜ブレーキ用摩擦部材の放熱性及びせん断剛性のシミュレーション＞
本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材１０の放熱性及びせん断剛性についてシミュレーションを行い、いずれも良好な結果を得た。以下、シミュレーションで使用したモデルの説明、比較例の説明、及びシミュレーション結果を示す。
【００３０】
図６には、摩擦面１２Ａの温度変化を測定する際の条件が模式的に示されている。図６上段に示されるように、摩擦面１２Ａに摩擦で供給される熱量ｑを与え、また裏金部材１４の端面温度Ｔは一様であるとした。また、温度境界条件として、裏金部材１４の側面は平板の強制対流熱伝達に準じた境界条件とした。また図６下段に示されるように、シミュレーションでは、裏金部材１４の端面全体に均一な面圧σｚが作用した際に生じる摩擦力をせん断荷重σＸとするせん断剛性の解析を行った。幾何境界条件として、裏金部材１４の側面の変位を拘束し面圧が作用する厚さ方向のみに変位が生じるとし、摩擦面１２Ａは鉛直方向の変位を拘束するものとした。
【００３１】
また、比較例として、熱伝導部材１６が埋設されていないライニング材１２（Ｂｕｌｋ）と、図７のように摩擦面１２Ａに対して垂直方向にのみ熱伝導部材１６を埋設させたライニング材１２を用意した。
【００３２】
図８には、シミュレーションの結果が示されている。横軸は各サンプルを表しており、左から、熱伝導部材１６が埋設されていないライニング材１２（Ｂｕｌｋ）、摩擦面１２Ａに対して垂直方向にのみ熱伝導部材１６を埋設させたライニング材１２（図７、比較例）、せん断方向に対して格子パターンが垂直となるように網目層１６Ａを配置させた熱伝導部材１６が埋設されたライニング材（図１）、せん断方向に対して格子パターンが４５°となるように網目層１６Ａを配置させた熱伝導部材１６が埋設されたライニング材（図４）を示す。左側の２つのデータが比較例であり、右側の２つのデータが本実施形態に係るものである。
【００３３】
図８上段に示されているように、熱伝導部材１６を埋設させることで、摩擦面１２Ａの温度上昇が抑制される。また、図８中段に示されているように、熱伝導部材１６の形状を立体的な網目構造とすることで、摩擦面１２Ａのせん断剛性が高くなる。特に、図８中段及び図８下段における図１の例及び図４の例の比較に基づけば、網目構造の少なくとも一部の配向を、せん断方向に対して鋭角とすることで、熱伝導部材１６の配合量を低くしても、極めて高いせん断剛性が得られることが理解される。
【００３４】
＜熱伝導の促進手段及びブレーキ油圧系統の過熱保護機構＞
図９には、本実施形態に係るブレーキ用摩擦部材１０を締結させたブレーキ装置２０が例示されている。この図では、ブレーキ装置２０としてディスクブレーキ装置が例示されている。ブレーキ装置２０は、ブレーキ用摩擦部材１０を締結させてディスクロータ等の回転体（図示せず）側にブレーキ用摩擦部材１０を付勢する油圧ピストン２２ならびにブレーキ用摩擦部材１０及び油圧ピストン２２を保持するキャリパ２４を備える。ブレーキ装置２０はディスクロータの両側にブレーキ用摩擦部材１０を配置させ、これらのブレーキ用摩擦部材１０，１０でディスクロータを挟み込むことでディスクロータ及び車輪を制動している。
【００３５】
ブレーキ用摩擦部材１０には、ライニング材１２の側面１２Ｂから裏金部材１４に至るまで延設された支柱２６が設けられている。ライニング材１２の側面１２Ｂは、ライニング材１２の摩擦面１２Ａ（回転体に当接させられる面）及びこれと対向して裏金部材に保持される被保持面１２Ｃとを繋ぐ。側面１２Ｂには、熱伝導部材１６の末端が露出しており、支柱２６はこれに接続されている。したがって、摩擦面１２Ａからの摩擦熱は熱伝導部材１６から支柱２６を経由して裏金部材１４に至る。さらに裏金部材１４からキャリパ２４に至る。
【００３６】
支柱２６はライニング材１２よりも高熱伝導性の部材から構成され、例えばアルミや鉄などの金属材料から構成される。また、支柱２６は、ライニング材１２に係るせん断方向に対して鋭角となるように配向されていることが好適である。このようにすることで、ライニング材１２のせん断剛性を高めることができる。
【００３７】
なお、図９上段は油圧ピストン２２及びブレーキ用摩擦部材１０が退避位置にあるときを示し、図９下段は油圧ピストン２２及びブレーキ用摩擦部材１０が回転体への押し当て位置にあるときを示している。退避位置にあるときは裏金部材１４がキャリパ２４に接するために裏金部材１４からキャリパ２４への熱伝達が速やかに行われる。また、押し当て位置においても、ディスクロータ等の回転体がブレーキ用摩擦部材１０をキャリパ２４のせん断方向下流側に押し当てる。このときの押し当て箇所２８を経由して、裏金部材１４からキャリパ２４への熱伝達が行われる。
【００３８】
なお、裏金部材１４からキャリパ２４に熱が伝達されるのに伴い、油圧ピストン２２のブレーキオイルが加熱されて沸点に至り、いわゆるベーパーロックに至るおそれがある。そこで、ブレーキオイル周りには断熱材３０を設けるようにしてもよい。断熱材３０は、例えば、ジルコニアの粉末層、けい酸カルシウム、ガラスやセラミックのファイバーや発泡体等から構成される。
【００３９】
断熱材３０は、例えば油圧ピストン２２のオイルラインを取り囲むようにキャリパ２４に設けられたキャリパ側断熱材３０Ａを含む。また、裏金部材１４の、油圧ピストン２２に装着される装着面１４Ａに設けられた裏金部材側断熱材３０Ｂを含む。
【００４０】
図１０には、図９の別例が示されている。この例では、キャリパ側断熱材３０Ａ及び裏金部材側断熱材３０Ｂに加えて、油圧ピストン２２の周囲を取り囲むように、ピストン側断熱材３０Ｃが設けられている。また、裏金部材１４の装着面１４Ａの、油圧ピストン２２との取り付け箇所以外には、第２の熱伝導部材３２が設けられている。第２の熱伝導部材３２は、例えば裏金部材１４よりも熱伝導率の高い材料から構成される。第２の熱伝導部材３２は、例えば、炭素系材料、銀、銅、アルミニウム、真鍮等の金属材料、及びシリコン等から構成される。
【符号の説明】
【００４１】
１０  ブレーキ用摩擦部材、１２  ライニング材、１４  裏金部材、１６  熱伝導部材、２０  ブレーキ装置、２２  油圧ピストン、２４  キャリパ、２６  支柱、３０  断熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016217386.tif 000009
【図８】
2016217386.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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