(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の表面と裏面との両板面において対向する位置に形成され、同一板面上では互いに隣接する一部を重ね合わせて多数個形成された球面状の窪みと、
この窪みに囲まれた位置の上端面が前記板面と面一になる平坦部と、
前記窪み同士の重ね合わせ箇所には前記平坦部よりも低く前記窪みの底部よりも高く形成された平面形状が直線状で側面形状が内側に凸となる曲線状の境界上端部を有する境界部とを設け、
前記窪みの大きさは、板面上で直径が8ｍｍ、深さが0.3〜1.5ｍｍで、
前記窪み同士の重ね合わせ箇所の面積の占める割合を前記板面上の総面積比で20％以下とし、
前記平坦部の頂部における一辺の長さを約1ｍｍとした
ことを特徴とするディスクブレーキパッド用裏金。
【請求項２】
成形素材である板材の外周を囲繞する金型を使用してプレス加工するコイニングにより板材を冷間加工して、請求項１に記載の窪みを形成したことを特徴とするディスクブレーキパッド用裏金の製造方法。
【請求項３】
凸凹を形成したローラを板材に押圧するローラ圧延法により請求項１に記載の窪みを形成したことを特徴とするディスクブレーキパッド用裏金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両または産業用機械等に取り付けられるディスクブレーキに設けられ、ブレーキパッドに用いられる摩擦材のロータ非当接側で摩擦材を押圧自在に支持するディスクブレーキパッド用裏金およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクブレーキは、シングルシリンダの場合、図１３に示すように、ディスクロータ（以下、単にロータという）１の周辺部を挟んでブレーキパッドを形成する摩擦材２，２とそのロータ非当接側の面に密着した裏金３，３とを配設し、一方の裏金３の摩擦材密着側と反対側の面にブレーキピストン（以下、単にピストンという）４の端面を当接し、このピストン４を内嵌したシリンダ５とキャリパ６とを、キャリパ６の上端部をロータ１の外周側を架け渡すようにして接続し、キャリパ６のロータ側の面には他方の裏金の背面を密着して固定している。
シリンダ５の内周面には、圧油漏止め用のシールリング７を嵌め込むシール溝５ａと、ピストン・シリンダ間の防塵用シールとしてのダストブーツ８を嵌め込むシール溝５ｂとを刻設している。
裏金３には、図１４に示すように、鋼板をプレス等で打ち抜くことにより、表面と裏面とが平面で有り孔３ｄを有する所定の裏金形状に形成したものか、または、例えば特開平４−２２４３２４号公報または特開平１１−０６３０４２号公報に記載されているような、摩擦材２との間の接合面に凹凸模様またはディンプルを有するものがあった。
【０００３】
〔問題点〕
従来のディスクブレーキ用の裏金３は、押圧に耐える強度を要求されているため、通常、平板状の鋼板が使用されている。
この裏金３が変形すると引摺りやブレーキノイズ、ブレーキフィーリングの低下等を生ずる。また、裏金３の材質により変形を生じさせないようにしようとすると高価な材料を使用しなければならない。
一方、裏金３の押圧面は、ピストン４に接触しているため、摩擦部で発生した熱は、裏面からピストン４を通してブレーキ液に伝わり、ブレーキ液の温度を上昇させ、極端な場合には、ベーパーロックを引き起こすことがあった。このため、特殊な用途の場合には、ブレーキ液の過度な温度上昇を防ぐためにピストン４と裏金３との間に断熱材を挿入する等の対策を採る必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑みて成されたものであり、その解決のため具体的に設定した課題は、裏金を特殊な材料に依存することなく曲げ強度を向上し、挿入物等を付加することなく放熱容易となり、ブレーキ液の温度上昇を抑えることができるようにしたディスクブレーキパッド用裏金およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を効果的に解決できる具体的に構成された手段である本発明における請求項１に係るディスクブレーキパッド用裏金は、平板状の表面と裏面との両板面において対向する位置に形成され、同一板面上では互いに隣接する一部を重ね合わせて多数個形成された球面状の窪みと、この窪みに囲まれた位置の上端面が前記板面と面一になる平坦部と、前記窪み同士の重ね合わせ箇所には前記平坦部よりも低く前記窪みの底部よりも高く形成された平面形状が直線状で側面形状が内側に凸となる曲線状の境界上端部を有する境界部とを設け、前記窪みの大きさは、板面上で直径が8ｍｍ、深さが0.3〜1.5ｍｍで、前記窪み同士の重ね合わせ箇所の面積の占める割合を前記板面上の総面積比で20％以下とし、前記平坦部の頂部における一辺の長さを約1ｍｍとしたことを特徴とするものである。
これにより、球面状の窪みの周囲に平面形状が略正四角形を形成する境界部が囲繞して、裏金の全面に断面形状を波形にする窪みが形成されるとともに、裏金の境界部が両面の同じ位置に突出して境界部による補強効果を高めて裏金の曲げ強度を高め、裏金が同程度の強度では相対的に軽量化され、さらに溝刻設残余部である平坦部に当接したピストンと裏金の板面との接触面積を減少するとともに板面とピストンとの間に空隙を設け、この各空隙には各窪みの境界部を介して空気を流通させて放熱を容易にし、ピストン側への熱伝達量が減少してブレーキ液の過度な温度上昇を防止する。
【０００６】
また、請求項２に係るディスクブレーキパッド用裏金の製造方法は、成形素材である板材の外周を囲繞する金型を使用してプレス加工するコイニングにより板材を冷間加工して、請求項１に記載の窪みを形成したことを特徴とするものである。
これにより、板面に冷間で窪み加工を施すことによって板材が加工硬化されるとともに互いに隣接する窪みの間に形成された境界部が補強部材となって曲げ強度を向上し、裏金の板厚を増加させることなく曲げ強度が向上する。また、板面の全面に施す窪み加工によって、窪みに囲まれた平坦部と窪み同士の重なり箇所に形成された境界部とが所定の形状に形成されて、裏金の断面が連続した波形を呈し、裏金とピストンとの接触部が全面で密着することがなくなり、窪みの周囲を囲む各境界部と平坦部とによりピストンの当接箇所が限定されるとともに境界部の凹みにより各窪みの間を連通する空隙ができて、この空隙を介して空気が流通できるようにして放熱を容易にし、ブレーキ時に発生する摩擦熱が裏金を介してピストン側へ伝えられる熱量を抑え、ブレーキ液の過度な温度上昇を抑制することができるようになる。
【０００７】
また、請求項３に係るディスクブレーキパッド用裏金の製造方法は、凸凹を形成したローラを板材に押圧するローラ圧延法により請求項１に記載の窪みを形成したことを特徴とするものである。
これにより、ローラにより押圧された板材は金属組織が塑性流動して変形し、所定の大きさの窪みを有する裏金が成形される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明における以下の実施の形態では、窪みが裏金の両面に形成され、各窪みが対向する位置に形成されている場合について説明する。ただし、従来技術において説明した部分と同じ部分については、この実施の形態においても同一符号を付して説明を省略する。
なお、この実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、発明内容を限定するものではない。
【０００９】
〔構成〕
この実施の形態に係るディスクブレーキパッド用裏金は、図１に示すように、裏金３の表裏両面に、球面状に凹んだ窪み３ａを、各窪み３ａの中央部の位置を略等間隔にして多行多列に並べるとともに隣合う窪み３ａの接する箇所には互いに球面の一部を重ねた境界に形成される内側に凸となる曲線状の境界上端部が位置するように配設して多数個形成する。
【００１０】
この窪み３ａの周囲には、図２，３に示すように、球面が交わることにより形成される断面形状が内側に向けて凹む湾曲線（円弧）を描くとともに平面形状が直線状になる上端部を有する境界部３ｂと、窪み３ａの周囲を囲む境界部３ｂの四隅に相当する位置に４つの窪み３ａに取り囲まれて取り残された板面と面一になる平坦な上端面を有する球面窪み刻設残余部（以下、平坦部という）３ｃとが設けられる。
窪み３ａの周囲に形成される各境界部３ｂは、四隅を除き略正方形となる格子模様状に平面形状の上端部が形成され、そして、各境界部同士の接続部となる四隅には、上端が板面と面一になる平坦な面を有し、側面形状が内側に湾曲した曲面となり下方に広がる略台形状の平坦部３ｃが形成される。
【００１１】
このようにして各窪み３ａが隣合う窪み３ａとの境界部３ｂと平坦部３ｃとから取り囲まれることにより、１つの窪み３ａを取り囲む複数の平坦部３ｃ，…，３ｃと複数の境界部３ｂ，…，３ｂとの全体が、１つの窪み３ａを取り囲む全ての隣接する窪み３ａ，…，３ａとの境界となる。
そして、このような窪み３ａを、図４（Ａ）に示すように、裏金３の表裏両面で対向する位置に形成すると、境界部３ｂが両面で同じ位置に突出する。
また、裏金３の所定の箇所には、図１に示すように、表裏両面に貫通する有り孔３ｄを穿設する。
【００１２】
形成される窪み３ａの最深部の深さは 0.3〜1.5 ｍｍの範囲が好ましい。深さが 0.2ｍｍ以下では補強効果がなく、1.5 ｍｍを超過するようでは裏金の加工歪みが発生して矯正可能な範囲を越えるようになるからである。
例えば、縦 58 ｍｍ×横 119ｍｍ×厚み 5ｍｍの裏金３に、7 行 17 列の窪み３ａを形成する場合では、窪み３ａの大きさは、板面における円３ｅ（図３参照）の大きさが直径 8ｍｍ、深さが球面の最深部で約 0.5ｍｍ、境界部３ｂにより形成される略正方形の大きさは一辺の長さが約 7ｍｍ、境界部３ｂの四隅に形成される平坦部３ｃの頂部の大きさは対辺の長さが約 1ｍｍとなる。
【００１３】
裏金３となる板材に窪み３ａを加工することにより、加工前には図２（ｃ）に示すように任意の方向を向いていた金属材料の粒子方向が、加工後には図２（Ｅ）に示すように粒子方向が厚み方向に潰されて長手方向に揃うようになり、窪み加工による加工硬化と合わせて機械的強度を高くする。強度が増したことにより、同じ強度を確保するためには裏金３の厚みを薄くすることができ、軽量化が期待できる。各窪み３ａの境界部３ｂが盛り上がり部分として形成されて表面に凹凸が連接するため、曲げ荷重に対して境界部３ｂを形成する盛り上がり部分が補強材の役割を果して強度を高める。また、図５に示すように、ピストン４の押圧部４ａとの間に境界部３ｂの凹部が隙間を形成し、当接箇所が平坦部３ｃに限定されるから、ブレーキをかけた時に発生する摩擦熱が裏金３を介してピストン４側へ流れる量を抑えるとともに放熱を容易にし、ブレーキ液の過度な温度上昇を抑制する。
【００１４】
〔製造方法〕
この裏金３の製造には、コイニング法を適用する。
裏金３を形成する材料には、鋼材、アルミニウム合金等が用いられ、鋼材は安価であって強度が高いため、特に好ましい。
コイニング法により裏金３を製造するには、図６に示すように、コイニング加工用の上型２１と下型２２とに窪み３ａとは凹凸が逆の突起部２１ａ，２２ａを突出したコイニング加工用の金型を形成し、この金型の上型２１と下型２２との間に窪み加工前の裏金３をセットし、上型２１を下型２２に押し付けて型押しする冷間加工を行うと、突起部２１ａ，２２ａが押し付けられた位置に窪み３ａが形成され、所定の窪み３ａを設けた裏金３が成形される。
【００１５】
この窪み３ａを形成する突起部２１ａと突起部２２ａとは、断面形状が外側に凸となる球面を有し、各球面は互いに隣合う球面と一部潰し合って接するように形成し、その境界は平面形状が直線状になる。また、その境界の四隅に相当する位置には、押圧時に板面に当接することのない深さの穴を穿設して、球面刻設時には各窪み３ａが形成されるときに四方を窪み３ａで囲まれるようにして残される残余部が形成されるようにする。
互いに隣合う突起部２１ａまたは２２ａの球面が潰される部分は、板面上に形成される円の面積に対して、周囲を囲むそれぞれ隣合う４つの突起部２１ａまたは２２ａの球面により形成される板面上の円が周上均等な４ヶ所に重複部がある場合に重複部の面積が占める割合が、平面上の総面積比として 20 ％以下の程度でオーバーラップするように成形することによって形成される。
【００１６】
〔作用効果〕
このように構成した実施の形態においては、窪み加工前の裏金３を冷間加工して窪み３ａを形成する時、加工時に塑性流動するとしても、金型により変形が制約されるため、材料が逃げ場を失い、圧縮されて硬化し、強度が高くなる。
裏金３の材料が鋼板 SPHC-P の場合、加工前の材料のオリジナル曲げ強度は 50 ｋｇ／ｍｍ2 、オリジナル硬さはＨｖ150 であったが、加工後に、窪み３ａが両面で対向する位置に、窪み深さ 0.5ｍｍに形成した裏金３では、曲げ強度が 67 ｋｇ／ｍｍ2 、硬さがＨｖ210 となり、機械構造用炭素鋼 S 45 C におけるオリジナルの曲げ強度と硬さに達した（図７，８）。
【００１７】
また、裏金３の材料が鋼板 S 45 C の場合は、加工前のオリジナル曲げ強度は 64 ｋｇ／ｍｍ2 、オリジナル硬さはＨｖ195 であったが、窪み３ａが両面で対向する位置に、窪み深さ 0.5ｍｍに形成した裏金３では、加工後には曲げ強度が 82 ｋｇ／ｍｍ2 、硬さがＨｖ275 となった（図７，８）。
これらの結果、曲げ強度でおよそ 1.3倍、硬さでおよそ 1.4倍強化されたことが分かる。また、裏金３を形成する場合には窪みなし裏金が板厚 6ｍｍで形成されるところ、同程度の強度で窪み付き裏金３が 4.5ｍｍで形成することができ、 25 〜 30 ％軽量化できるようになる。
【００１８】
ピストン４側への熱伝導の影響を、図９に示すような温度上昇測定装置により測定して調査した。
この温度上昇測定装置は、 500℃に加熱された熱盤３１に、熱伝導性の良いセミメタリック材パッドからなる摩擦材相当の供試パッド３２を載置し、その上から裏金３を載置してディスクブレーキにおける形態を模した配置状態を形成し、裏金３の上面に接触型表面温度計３３を取り付け、その計測結果を記録計３４によって記録するようにした装置である。
この装置による計測結果を図１０に示す。この結果、本発明品は従来品よりも温度が低くなっている。
【００１９】
さらに、フルサイズブレーキ試験機を使用して、実車のブレーキ諸元により、実行したブレーキ回数に応じたブレーキ液の温度上昇を測定した。
試験条件は、試験機の慣性モーメントを 7.5ｋｇｆ・ｍ・ｓ2 、ブレーキ初速度 150ｋｍ／ｈ、終速度 50 ｋｍ／ｈ、減速度 4.4ｍ／ｓ2 の抑速ブレーキを繰り返し加えたものである。
この結果を図１１に示す。この結果より、本発明品は従来品よりもブレーキ液の温度が低くなった。
【００２０】
通常、ブレーキを繰り返し使用した場合、摩擦材２，２とロータ１との間に発生した熱が次第に裏金３を加熱し、裏金３を介してピストン４を加熱し、最終的にはピストン４に力を加えるブレーキ液を昇温して、著しい場合にはブレーキ液が沸騰し、いわゆるベーパロック現象を起こしてブレーキが全く効かなる状態が発生するが、図１１に示すように、本発明品では従来品がブレーキ液の沸騰を起こしたブレーキ回数を越えても、なお、ブレーキ液の沸騰を起こさず、正常に機能している。
【００２１】
〔別態様〕
以上の実施の形態および実施例は、発明の趣旨を理解しやすくするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。このような意味で発明の趣旨に沿ういくつかの別態様を以下に示す。
【００２２】
〔第１別態様〕
図３（Ｂ）に示すように、裏金３の両面に形成される窪み３ａのピッチをずらして形成する場合、曲げ強度と硬さは、図７および図８に示すように、オリジナルの曲げ強度および硬さと、前記実施の形態における裏金の両面で対向した位置に窪み３ａを形成した場合の曲げ強度および硬さとの、中間的な曲げ強度および硬さを有するものとなる。
【００２３】
〔第２別態様〕
通常、裏金３は複数の有り孔３ｄを穿設しているが、図１２に示すような、有り孔３ｄを省略した裏金３を形成する場合、裏金３に連続した多数の窪み３ａを設けたことにより、裏金３と摩擦材２との接触面積が増加するとともに境界部３ｂによる補強効果による曲げおよび剪断強度等の向上によって、有り孔３ｄを省略することができる。
有り孔３ｄがなくなった分、裏金３の強度が増すことになり、また、ブレーキ使用時に発生し易い歪みが減少し、ロータ１との接触性を改善して効力の安定性を増し、ブレーキノイズを減少させる効果を生じる。特に、加工硬化および境界部３ｂの存在により、従来品よりも曲げ強度がおよそ 50 ％は向上する。
【００２４】
また、有り孔３ｄを設けないことによる効果として、摩擦材２と裏金３との間の錆防止効果が期待できる。すなわち、有り孔３ｄのある裏金３を使用している場合、ブレーキ使用中、雨水等の水分に触れ、多孔質な摩擦材２と裏金３に形成されている有り孔３ｄの間を通して接着部に水分が進入して鉄製裏金に錆を発生させ、接着強度の低下を招き、摩擦材２と裏金３との剥離が生じることがあるが、有り孔３ｄを設けない裏金３を使用することによって、このような不具合を解消することができる。
【００２５】
〔第３別態様〕
製造方法としてローラ圧延法を適用した場合、金型の代わりにローラに凹凸を形成し、その凹凸を有するローラを板材に押し付けて板材側に所定の凸凹を形成する。この場合、上下ローラにより押圧されて、板材の金属組織は塑性流動して変形し、所定の大きさの窪み３ａを有する裏金３に成形することができる。
【００２６】
〔第４別態様〕
これらの別態様の他に、さらに他の別態様としては、窪みの形状が厳密な球面に限定されず、他の形状の窪みであっても、丸みを有して窪みの重なる部分が互いに凸状の位置で重ね合わせが生じるものであれば、その境界部で内側に凸となる境界上端部が形成されるので適用可能であり、任意の丸みを有する窪みであっても差し支えない。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明では、請求項１に係るディスクブレーキパッド用裏金では、平板状の表面と裏面との両板面において対向する位置に形成され、同一板面上では互いに隣接する一部を重ね合わせて多数個形成された球面状の窪みと、この窪みに囲まれた位置の上端面が前記板面と面一になる平坦部と、前記窪み同士の重ね合わせ箇所には前記平坦部よりも低く前記窪みの底部よりも高く形成された平面形状が直線状で側面形状が内側に凸となる曲線状の境界上端部を有する境界部とを設け、前記窪みの大きさは、板面上で直径が8ｍｍ、深さが0.3〜1.5ｍｍで、前記窪み同士の重ね合わせ箇所の面積の占める割合を前記板面上の総面積比で20％以下とし、前記平坦部の頂部における一辺の長さを約1ｍｍとしたものであるから、裏金の境界部が両面の同じ位置に突出して境界部による補強効果を高めて裏金の曲げ強度を高め、球面状の窪みの周囲に平面形状が略正四角形を形成する境界部が囲繞して、裏金の全面に断面形状を波形にする窪みが形成され、成形された裏金では鋼板の場合で曲げ強度が1.3倍、硬さが1.4倍強化される等強度が高くなり、裏金が同程度の強度では相対的に軽量化され、さらに溝刻設残余部である平坦部に当接したピストンと裏金の板面との接触面積が減少するとともに板面とピストンとの間に空隙が形成され、この各空隙には各窪みの境界部を介して空気を流通させて放熱を容易にし、ピストン側への熱伝達量が減少してブレーキ液の過度な温度上昇を防止することができる。
【００２８】
また、請求項２に係るディスクブレーキパッド用裏金の製造方法は、成形素材である板材の外周を囲繞する金型を使用してプレス加工するコイニングにより板材を冷間加工して、請求項１に記載の窪みを形成したことにより、板材表面が加工硬化されるとともに互いに隣接する窪みの間に形成された境界部が補強部材となるため裏金の板厚を増加させることなく曲げ強度が向上し、また、板面の全面に施す窪み加工によって、窪みに囲まれた平坦部と窪み同士の重なり箇所に形成された境界部とが所定の形状に形成されて、裏金の断面が連続した波形を呈し、裏金とピストンとの接触部が全面で密着することがなくなり、窪みの周囲を囲む各境界部と平坦部とによりピストンの当接箇所が限定されるとともに境界部の凹みにより各窪みの間を連通する空隙ができて、この空隙を介して空気を流通できるようにして放熱を容易にし、ブレーキ時に発生する摩擦熱が裏金を介してピストン側へ伝えられる熱量を抑え、ブレーキ液の過度な温度上昇を抑制することができる。
【００２９】
また、請求項３に係るディスクブレーキパッド用裏金の製造方法では、凸凹を形成したローラを板材に押圧するローラ圧延法により請求項１に記載の窪みを形成したことにより、ローラにより押圧された板材は金属組織が塑性流動して変形し、所定の大きさの窪みを有する裏金を成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るディスクブレーキパッド用裏金を示す説明図であり、（Ａ）は正面形状を示す外観図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＡ−Ａ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図２】同上ディスクブレーキパッド用裏金を示す拡大説明図であり、（Ａ）は一列に並べられた窪みの形成過程を示す平面説明図、（Ｂ）は多列に並べられた窪みの形成過程を示す平面説明図、（Ｃ）は窪み形成前における裏金の金属組織の並び方を示す断面説明図、（Ｄ）は窪み形成状態を示す拡大断面説明図、（Ｅ）は窪み形成後における金属組織の並び方を示す断面説明図である。
【図３】同上ディスクブレーキパッド用裏金の窪み形成状態を示す斜視断面説明図である。
【図４】同上ディスクブレーキパッド用裏金における窪み加工後の断面説明図であり、（Ａ）は窪みが両面で対向している場合を示す断面説明図、（Ｂ）は窪みが両面でピッチがずれている場合を示す断面説明図である。
【図５】同上ディスクブレーキパッド用裏金における裏金表面とピストンとの接触状況を示す概念説明図である。
【図６】同上ディスクブレーキパッド用裏金のコイニング加工方法を示す概念説明図である。
【図７】同上ディスクブレーキパッド用裏金の加工前後における曲げ強度を示すグラフである。
【図８】同上ディスクブレーキパッド用裏金の加工前後における硬さを示すグラフである。
【図９】同上ディスクブレーキパッド用裏金の温度上昇試験装置を示す概念説明図である。
【図１０】同上ディスクブレーキパッド用裏金の裏金温度と加熱時間との関係を示すグラフである。
【図１１】同上ディスクブレーキパッド用裏金のブレーキ回数とブレーキ液温度との関係を示すグラフである。
【図１２】同上ディスクブレーキパッド用裏金の有り孔なしの場合における正面形状を示す外観説明図である。
【図１３】従来のディスクブレーキを示す部分断面説明図である。
【図１４】従来のディスクブレーキパッド用裏金を示す外観説明図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面断面図である。
【符号の説明】
１  （ディスク）ロータ
２  摩擦材
３  裏金
３ａ  窪み
３ｂ  境界部
３ｃ  平坦部
３ｄ  有り孔
４  （ブレーキ）ピストン
５  シリンダ
５ａ，５ｂ  シール溝
６  キャリパ
７  シールリング
８  ダストブーツ
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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