ディスクブレーキパッド用バックプレート及び、そのバックプレートを用いたディスクブレーキパッド
【課題】自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレート及びそのバックプレートを用いたディスクブレーキパッドであって、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できるバックプレート、及び、そのバックプレートに摩擦材を接着した、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを提供する。
【解決手段】ディスクブレーキパッド１用の鋼製のバックプレート２として、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成した深さ５μm〜２０μmの化合物層と、前記化合物層の表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有すると共に、表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であるバックプレート２を使用する。
【解決手段】ディスクブレーキパッド１用の鋼製のバックプレート２として、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成した深さ５μm〜２０μmの化合物層と、前記化合物層の表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有すると共に、表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であるバックプレート２を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を接着したディスクブレーキパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のディスクブレーキに使用されているディスクブレーキパッドは、バックプレートと呼ばれる自動車構造用熱間圧延鋼板などの鋼材からなるベース部材に、繊維基材、結合材、摩擦調整材からなる摩擦材を、接着剤や摩擦材に含まれる結合材により接着したものである。
【０００３】
ディスクブレーキは、車輪と共に回転するディスクローターを挟むようにディスクブレーキパッドが配置されており、そのディスクブレーキパッドをディスクローターに押圧して摩擦させることにより制動力を得ている。
【０００４】
このときにディスクブレーキパッドの摩擦材とバックプレートの間には大きなせん断力が加わるため、摩擦材とバックプレートとの間には、そのせん断力に耐え得る接着強度が必要とされている。
【０００５】
摩擦材とバックプレートの接着強度を向上させるため、バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を形成させる方法が知られている。
バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層があると、接着剤や、摩擦材に含まれる結合材が凹凸に入り込み、そのアンカー効果により摩擦材とバックプレートの接着強度が向上する。
【０００６】
摩擦材を接着する前のバックプレートの表面に施される前処理として窒化処理法または軟窒化処理法が採用されている。
【０００７】
窒化処理または軟窒化処理は通常、金属材料表面の耐磨耗性、耐疲労性、耐腐食性、耐熱性を向上させるために実施されるものであり、材料の表面は平滑に仕上げられることが一般的である。
【０００８】
しかし、当該技術分野において窒化処理または軟窒化処理は、バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を有する化合物層を形成する手段として採用されており、その目的、効果ともに一般的な他の技術分野と比べて特異である。
【０００９】
特公昭５３−４７２１８号公報（特許文献１）には、鉄系材料からなるバックプレートの表面に、表面粗さが５〜５０μmのこぶ状ないし網目状の微細な突起をもった表面状態を呈するＦｅ−Ｃ−Ｎ系を主体とする化合物層が層厚５μm以上形成し、該化合物層表面に接着剤を介して摩擦材を接着することにより、摩擦材とバックプレートの間の接着力を高めたディスクブレーキパッドが記載されている。
【００１０】
このようなバックプレートのこぶ状ないし網目状の微細な突起を持った表面を有する化合物層は、アンモニアガスを使用したガス軟窒化法、ガス軟窒化法や、シアン化合物を使用した塩浴窒化法、塩浴軟窒化法により形成することができる。
【００１１】
特開２００７−６４４３１号公報（特許文献２）には、バックプレートをショットブラストにより粗面にした後、軟窒化皮膜処理を施すディスクブレーキパッドの製造方法が記載されている。
【００１２】
しかし、塩浴窒化法、塩浴軟窒化法はシアン化合物を使用するため、環境面の観点から好ましくないという問題があり、また、ガス窒化法やガス軟窒化法では、充分な厚みのポーラス層を形成することができないため、近年の自動車の高出力化により高まってきている接着強度に関する要求性能を満たせなくなってきている。
【００１３】
また、ショットブラスト処理は、表面を粗面化すること及び、窒化処理または軟窒化処理による化合物層の形成を阻害する酸化物層を除去することを目的として実施されるが、同時にバックプレートの端部にバリが形成されるという問題がある。このバリは、ブレーキの振動特性に悪影響を与えるため除去する必要があり、その工程を設けなければならないため非効率である。
【００１４】
一方で、金属材料の窒化処理法として、特開平３−４４４５７号公報（特許文献３）のような、金属材料の表面に存在する酸化膜をフッ素系ガスによりフッ化膜に置換し、金属材料の表面を活性化させる活性化処理を行った後、アンモニアガスにより、金属材料の表面に化合物層を形成する窒化処理法が知られている。
【００１５】
特許文献３に記載の窒化処理法は、ショットブラスト処理などの金属材料の表面を変形させるような方法を使用することなく金属材料の表面に存在する酸化膜を除去することが可能なため、緻密で平滑な化合物層表面を得る必要がある技術分野において広く使用されている。
【００１６】
しかし、特許文献３に記載の窒化処理法は、摩擦材とバックプレートのせん断強度を得るためにバックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を有する化合物層を形成させる必要がある当該技術分野においては、これまで着目されることがなく、技術的な検討が一切なされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特公昭５３−４７２１８号公報
【特許文献２】特開２００７−６４４３１号公報
【特許文献３】特開平３−４４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレート及び、そのバックプレートを用いたディスクブレーキパッドであって、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できるバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を接着した、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
摩擦材とバックプレートの接着強度をより向上させるためには、充分な厚みを持つポーラス層を有する化合物層を形成したバックプレートを用いる必要がある。
【００２０】
本発明者らは、前述したように、当該技術分野では技術的な検討が一切なされていなかった、金属材料の表面に存在する酸化膜をフッ素系ガスによりフッ化膜に置換し、金属材料の表面を活性化させる活性化処理を行った後、アンモニアガスにより、金属材料の表面に化合物層を形成する窒化処理法に着目し、鋭意検討を行った。
【００２１】
バックプレートとして使用されるＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０等の自動車構造用熱間圧延鋼板、ＳＰＦＨ５９０等の自動車用加工性熱間圧延高張力鋼板において、フッ素ガスによる活性化処理は通常、その表面を平滑に仕上げるため１５０〜３５０℃の処理温度で実施されている。
【００２２】
しかし、この処理温度を通常の温度よりも高くすると、バックプレート表面の酸化膜だけではなく、酸化膜の下にあるバックプレートの鉄素地もフッ化され、その状態で、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理を施すと、驚くべきことに従来の当該技術分野で実施されていたガス窒化法、ガス軟窒化法では得られなかった、充分な厚みを持つポーラス層を有する化合物層を形成したバックプレートを製作することが可能となった。そのバックプレートに摩擦材を接着したディスクブレーキパッドは接着強度が飛躍的に向上することを知見し、本発明を完成させるに至った。
【００２３】
また、バックプレートのガス窒化処理またはガス軟窒化処理の後に実施する冷却工程を、ガス窒化処理工程またはガス軟窒化工程と連続して非酸化性ガス雰囲気下で行うことにより、接着剤の密着性を阻害する原因となる酸化膜の再形成を抑制することができ、接着強度がより向上することをさらに知見した。
【００２４】
本発明は、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、自動車構造用熱間圧延鋼板製等のバックプレート及び、そのバックプレートを用いたディスクブレーキパッドに関し、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できるバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を貼り付けた、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドであり、以下の技術を基礎とするものである。
【００２５】
（１）ディスクブレーキパッド用の鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成された深さ５μm〜２０μmの化合物層を有し、かつ、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有することを特徴とするバックプレート。
【００２６】
（２）摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であることを特徴とする（１）に記載のバックプレート。
【００２７】
（３）（１）または（２）に記載のバックプレートに、摩擦材を接着してなるディスクブレーキパッド。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できる表面処理を施したバックプレートと、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のディスクブレーキパッドの一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明のバックプレートの表面処理工程を示す図である。
【図３】図３は、従来のバックプレートの表面処理工程を示す図である。
【図４】図４は、本発明のディスクブレーキパッドの製造工程の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施例４のバックプレート断面の3000倍の観察画像である。
【図６】図６は、実施例４のバックプレート表面の1000倍の観察画像である。
【図７】図７は、実施例４のバックプレート表面の10000倍の観察画像である。
【図８】図８は、比較例３のバックプレート断面の3000倍の観察画像である。
【図９】図９は、比較例３のバックプレート表面の1000倍の観察画像である。
【図１０】図１０は、比較例３のバックプレート表面の10000倍の観察画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（１）ディスクブレーキパッド
図１に示すように、ディスクブレーキパッドはバックプレートと摩擦材を接着剤等により接着してなる。
【００３１】
（１−１）バックプレート
バックプレートは、ＳＡＰＨ４４０等の自動車構造用熱間圧延鋼板やＳＰＦＨ５９０等の自動車用加工性熱間圧延高張力鋼板を板金プレス加工で以って成形したものである。
【００３２】
バックプレートの摩擦材を接着する面には、ガス窒化法またはガス軟窒化法により深さ５μm〜２０μmの化合物層が形成されており、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有する。
【００３３】
化合物層の深さが５μm〜２０μmであり、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの４０％以上であるバックプレートを使用すれば、摩擦材とバックプレートの接着強度が向上する。接着強度をより向上させるため、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの５０％以上９０％以下であるバックプレートを使用するのが好ましく、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの６０％以上８０％以下であるバックプレートを使用するのがより好ましい。
【００３４】
また、バックプレートの摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚みが大きすぎると、接着強度が低下するため、摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下のバックプレートを使用するのが更に好ましい。
【００３５】
このようなバックプレートは、以下に説明する表面処理を施すことにより得ることができる。
【００３６】
（１−１）バックプレートの表面処理
（１−１−１）活性化処理
活性化処理工程は、フッ素系ガスを含む雰囲気にバックプレートを投入して、バックプレート表面に形成している酸化膜及び酸化膜の下にあるバックプレートの鉄素地をフッ化させ、フッ化膜を形成させる。
【００３７】
活性化処理に使用するフッ素系ガスとしては、酸化膜を形成している母材成分であるＦｅに対して酸素よりも親和性が強いハロゲン系物質であるフッ素系ガス（フッ素化合物ガスまたはフッ素ガスを含有するガス）が用いられる。このフッ素系ガスとしては、フッ素化合物、例えばＮＦ３、ＢＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６などを主成分とするガスやＦ２を主成分とするガスがあげられる。
【００３８】
通常は、この主成分ガスを窒素ガスなどの希釈ガスで希釈してフッ素系ガスとして使用する。これらのフッ素系ガスに用いられる主成分ガスのうち、反応性、取り扱い性などの面でＮＦ３が最も優れており、実用的である。
【００３９】
上記フッ素系ガス雰囲気でバックプレートを、例えばＮＦ３を含むフッ素系ガス雰囲気中で保持する。このときの処理温度を３５０〜４５０℃の範囲、好ましくは４００〜４５０℃の範囲とすることにより、窒化処理または軟窒化処理後に必要充分な凹凸を持つポーラス層を形成し得るフッ化膜の層を形成させることができる。
【００４０】
なお、活性化処理の時間については処理を行なうバックプレートの材質に応じて、表面の酸化膜及び酸化膜下のバックプレートの鉄素地がフッ化する適当な条件を設定するが、通常は１０〜１８０分の範囲である。
【００４１】
また、フッ素系ガス雰囲気のフッ素化合物またはフッ素の濃度は、１０００〜１０００００ｐｐｍとするのが好ましい。
【００４２】
（１−１−２）ガス窒化処理またはガス軟窒化処理
上述した活性化処理工程に引き続き実施されるガス窒化処理については、窒素源ガスとしてアンモニアガスを含む雰囲気中で、処理温度３００〜６００℃、好ましくは４００〜６００℃の範囲、処理時間３０分〜６０分で実施する。
ガス軟窒化処理の場合は、窒素源ガスとしてのアンモニアガスと浸炭性ガスの混合ガスを使用する。
【００４３】
（１−１−３）冷却工程
上述したガス窒化処理工程と連続して実施される冷却工程については、非酸化性ガス雰囲気下で行われる。非酸化性ガスとしてはアンモニアガス、窒素ガスなどが使用できる。冷却工程は、ガス窒化処理工程またはガス軟窒化処理工程の処理炉で行えば、別の処理炉に移動させる工程を省くことができ、効率的である。
【００４４】
（１−２）摩擦材
摩擦材は、金属繊維、有機繊維と、無機繊維などの繊維基材、熱硬化性樹脂などの結合材と、有機充填材、無機充填材、潤滑剤などの摩擦調整材とを含んでなる。
【００４５】
繊維基材としては、スチール繊維、銅繊維等の金属繊維、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維、チタン酸カリウム繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール等の無機繊維が挙げられ、これらを単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４６】
結合材としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、これらの熱硬化性樹脂をカシューオイル、シリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した樹脂、これらの熱硬化性樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた樹脂等が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４７】
摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴムダスト（タイヤトレッドゴムの粉砕粉）、未加硫の各種ゴム粒子、加硫された各種ゴム粒子等の有機充填材、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ等の無機充填材、グラファイト、二硫化モリブデン、硫化錫、硫化亜鉛、硫化鉄等の潤滑剤が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４８】
（１−３）ディスクブレーキパッドの製造方法
本発明のディスクブレーキパッドは、上記の表面処理方法で表面処理したバックプレートに、摩擦材を接着したものである。
【００４９】
本発明のディスクブレーキパッドは、所定量配合した上記繊維基材、結合材、摩擦調整材を、混合機を用いて均一に混合する混合工程、上記の表面処理方法で表面処理し、必要に応じて接着剤を塗布したバックプレートと、混合工程で得られた摩擦材原料混合物とを重ねて熱成形型に投入し、加熱加圧して成形する加熱加圧成形工程、得られた成形品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、摩擦面を形成する研磨処理工程を経て製造される。
【００５０】
必要に応じて、加熱加圧成形工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、摩擦材原料混合物または造粒工程で得られた造粒物を予備成形型に投入し、予備成形物を成形する予備成形工程が実施され、加熱加圧成形工程の後に、塗装、塗装焼き付け工程、スコーチ工程が実施される。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例に基づき、本発明を説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００５２】
＜実施例１〜５及び比較例１〜３＞
表１に示す条件で、バックプレートの表面処理を行った。各実施例、比較例の具体的な表面処理方法は、以下に詳述する。
【００５３】
【表１】
【００５４】
〈実施例１のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５５】
〈実施例２のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５６】
〈実施例３のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５７】
〈実施例４のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、そのままアンモニアガスを充満させた炉内で室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５８】
〈実施例５のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、窒素ガスを導入して室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５９】
〈比較例１のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６０】
〈比較例２のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度５００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６１】
〈比較例３のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、５７０℃に保持された炉内に投入し、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。
さらに、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６２】
〈実施例１〜５、比較例１〜３のディスクブレーキパッドの製造方法〉
表２に示す組成の摩擦材原料を混合機で５分間混合し、得られた摩擦材原料混合物を、予備成形金型で１０ＭＰａにて１分加圧して予備成形を行った。
この予備成形物と、接着剤を塗布した実施例１〜５、比較例１〜２のバックプレートを重ねて熱成形金型に投入し、成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で１０分間成形した。
その後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して実施例１〜５、比較例１〜２のディスクブレーキパッドを作製した。
【００６３】
【表２】
【００６４】
〈接着強度の評価〉
摩擦材とバックプレートの接着強度は、ＪＩＳ Ｄ４４２２（自動車部品―ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド―せん断試験方法）に準拠し、ディスクブレーキパッドを３００℃の雰囲気で３６時間保持した後、せん断試験を行い、バックプレート上に残存する摩擦材の残存率を用いて評価した。評価基準は表３のとおりである。評価結果は表１に併記してある。
【００６５】
【表３】
【００６６】
〈バックプレート断面および表面の観察〉
電子顕微鏡を用いて実施例４と比較例３のバックプレートの断面を３０００倍の倍率で、バックプレートの表面を１０００倍、１００００倍の倍率で観察した。それぞれの観察画像を図５〜図１０に示す。
【００６７】
実施例４のバックプレートの断面の観察画像である図５と、比較例のバックプレートの断面の観察画像である図８を比較すると、比較例３よりも実施例４のポーラス層がより深く形成されていることが分かる。
【００６８】
実施例４のバックプレートに形成された化合物層の深さは約１３μm、ポーラス層の厚さは約８μmであり、ポーラス層の厚みは化合物層の深さの約６１％である。
【００６９】
比較例３のバックプレートに形成された化合物層の厚さは約１３μm、ポーラス層の厚さは約５μmであり、ポーラス層の厚みは化合物層の深さの約３８％である。
【００７０】
また、実施例４のバックプレートの表面の観察画像である図６、図７と、比較例３のバックプレートの観察画像である図９、図１０を比較すると、比較例３よりも実施例４の凹凸パターンがより緻密で複雑な皺状を呈していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上させることができ、
充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを得ることができ、自動車工業のさらなる発展に寄与するものである。
【符号の説明】
【００７２】
１ ディスクブレーキパッド
２ バックプレート
３ 摩擦材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を接着したディスクブレーキパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のディスクブレーキに使用されているディスクブレーキパッドは、バックプレートと呼ばれる自動車構造用熱間圧延鋼板などの鋼材からなるベース部材に、繊維基材、結合材、摩擦調整材からなる摩擦材を、接着剤や摩擦材に含まれる結合材により接着したものである。
【０００３】
ディスクブレーキは、車輪と共に回転するディスクローターを挟むようにディスクブレーキパッドが配置されており、そのディスクブレーキパッドをディスクローターに押圧して摩擦させることにより制動力を得ている。
【０００４】
このときにディスクブレーキパッドの摩擦材とバックプレートの間には大きなせん断力が加わるため、摩擦材とバックプレートとの間には、そのせん断力に耐え得る接着強度が必要とされている。
【０００５】
摩擦材とバックプレートの接着強度を向上させるため、バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を形成させる方法が知られている。
バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層があると、接着剤や、摩擦材に含まれる結合材が凹凸に入り込み、そのアンカー効果により摩擦材とバックプレートの接着強度が向上する。
【０００６】
摩擦材を接着する前のバックプレートの表面に施される前処理として窒化処理法または軟窒化処理法が採用されている。
【０００７】
窒化処理または軟窒化処理は通常、金属材料表面の耐磨耗性、耐疲労性、耐腐食性、耐熱性を向上させるために実施されるものであり、材料の表面は平滑に仕上げられることが一般的である。
【０００８】
しかし、当該技術分野において窒化処理または軟窒化処理は、バックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を有する化合物層を形成する手段として採用されており、その目的、効果ともに一般的な他の技術分野と比べて特異である。
【０００９】
特公昭５３−４７２１８号公報（特許文献１）には、鉄系材料からなるバックプレートの表面に、表面粗さが５〜５０μmのこぶ状ないし網目状の微細な突起をもった表面状態を呈するＦｅ−Ｃ−Ｎ系を主体とする化合物層が層厚５μm以上形成し、該化合物層表面に接着剤を介して摩擦材を接着することにより、摩擦材とバックプレートの間の接着力を高めたディスクブレーキパッドが記載されている。
【００１０】
このようなバックプレートのこぶ状ないし網目状の微細な突起を持った表面を有する化合物層は、アンモニアガスを使用したガス軟窒化法、ガス軟窒化法や、シアン化合物を使用した塩浴窒化法、塩浴軟窒化法により形成することができる。
【００１１】
特開２００７−６４４３１号公報（特許文献２）には、バックプレートをショットブラストにより粗面にした後、軟窒化皮膜処理を施すディスクブレーキパッドの製造方法が記載されている。
【００１２】
しかし、塩浴窒化法、塩浴軟窒化法はシアン化合物を使用するため、環境面の観点から好ましくないという問題があり、また、ガス窒化法やガス軟窒化法では、充分な厚みのポーラス層を形成することができないため、近年の自動車の高出力化により高まってきている接着強度に関する要求性能を満たせなくなってきている。
【００１３】
また、ショットブラスト処理は、表面を粗面化すること及び、窒化処理または軟窒化処理による化合物層の形成を阻害する酸化物層を除去することを目的として実施されるが、同時にバックプレートの端部にバリが形成されるという問題がある。このバリは、ブレーキの振動特性に悪影響を与えるため除去する必要があり、その工程を設けなければならないため非効率である。
【００１４】
一方で、金属材料の窒化処理法として、特開平３−４４４５７号公報（特許文献３）のような、金属材料の表面に存在する酸化膜をフッ素系ガスによりフッ化膜に置換し、金属材料の表面を活性化させる活性化処理を行った後、アンモニアガスにより、金属材料の表面に化合物層を形成する窒化処理法が知られている。
【００１５】
特許文献３に記載の窒化処理法は、ショットブラスト処理などの金属材料の表面を変形させるような方法を使用することなく金属材料の表面に存在する酸化膜を除去することが可能なため、緻密で平滑な化合物層表面を得る必要がある技術分野において広く使用されている。
【００１６】
しかし、特許文献３に記載の窒化処理法は、摩擦材とバックプレートのせん断強度を得るためにバックプレートの表面に微細な凹凸を持つポーラス層を有する化合物層を形成させる必要がある当該技術分野においては、これまで着目されることがなく、技術的な検討が一切なされていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特公昭５３−４７２１８号公報
【特許文献２】特開２００７−６４４３１号公報
【特許文献３】特開平３−４４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレート及び、そのバックプレートを用いたディスクブレーキパッドであって、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できるバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を接着した、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
摩擦材とバックプレートの接着強度をより向上させるためには、充分な厚みを持つポーラス層を有する化合物層を形成したバックプレートを用いる必要がある。
【００２０】
本発明者らは、前述したように、当該技術分野では技術的な検討が一切なされていなかった、金属材料の表面に存在する酸化膜をフッ素系ガスによりフッ化膜に置換し、金属材料の表面を活性化させる活性化処理を行った後、アンモニアガスにより、金属材料の表面に化合物層を形成する窒化処理法に着目し、鋭意検討を行った。
【００２１】
バックプレートとして使用されるＳＡＰＨ４００、ＳＡＰＨ４４０等の自動車構造用熱間圧延鋼板、ＳＰＦＨ５９０等の自動車用加工性熱間圧延高張力鋼板において、フッ素ガスによる活性化処理は通常、その表面を平滑に仕上げるため１５０〜３５０℃の処理温度で実施されている。
【００２２】
しかし、この処理温度を通常の温度よりも高くすると、バックプレート表面の酸化膜だけではなく、酸化膜の下にあるバックプレートの鉄素地もフッ化され、その状態で、ガス窒化処理またはガス軟窒化処理を施すと、驚くべきことに従来の当該技術分野で実施されていたガス窒化法、ガス軟窒化法では得られなかった、充分な厚みを持つポーラス層を有する化合物層を形成したバックプレートを製作することが可能となった。そのバックプレートに摩擦材を接着したディスクブレーキパッドは接着強度が飛躍的に向上することを知見し、本発明を完成させるに至った。
【００２３】
また、バックプレートのガス窒化処理またはガス軟窒化処理の後に実施する冷却工程を、ガス窒化処理工程またはガス軟窒化工程と連続して非酸化性ガス雰囲気下で行うことにより、接着剤の密着性を阻害する原因となる酸化膜の再形成を抑制することができ、接着強度がより向上することをさらに知見した。
【００２４】
本発明は、自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、自動車構造用熱間圧延鋼板製等のバックプレート及び、そのバックプレートを用いたディスクブレーキパッドに関し、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できるバックプレート及び、そのバックプレートに摩擦材を貼り付けた、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドであり、以下の技術を基礎とするものである。
【００２５】
（１）ディスクブレーキパッド用の鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成された深さ５μm〜２０μmの化合物層を有し、かつ、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有することを特徴とするバックプレート。
【００２６】
（２）摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であることを特徴とする（１）に記載のバックプレート。
【００２７】
（３）（１）または（２）に記載のバックプレートに、摩擦材を接着してなるディスクブレーキパッド。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上できる表面処理を施したバックプレートと、充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のディスクブレーキパッドの一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明のバックプレートの表面処理工程を示す図である。
【図３】図３は、従来のバックプレートの表面処理工程を示す図である。
【図４】図４は、本発明のディスクブレーキパッドの製造工程の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施例４のバックプレート断面の3000倍の観察画像である。
【図６】図６は、実施例４のバックプレート表面の1000倍の観察画像である。
【図７】図７は、実施例４のバックプレート表面の10000倍の観察画像である。
【図８】図８は、比較例３のバックプレート断面の3000倍の観察画像である。
【図９】図９は、比較例３のバックプレート表面の1000倍の観察画像である。
【図１０】図１０は、比較例３のバックプレート表面の10000倍の観察画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（１）ディスクブレーキパッド
図１に示すように、ディスクブレーキパッドはバックプレートと摩擦材を接着剤等により接着してなる。
【００３１】
（１−１）バックプレート
バックプレートは、ＳＡＰＨ４４０等の自動車構造用熱間圧延鋼板やＳＰＦＨ５９０等の自動車用加工性熱間圧延高張力鋼板を板金プレス加工で以って成形したものである。
【００３２】
バックプレートの摩擦材を接着する面には、ガス窒化法またはガス軟窒化法により深さ５μm〜２０μmの化合物層が形成されており、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有する。
【００３３】
化合物層の深さが５μm〜２０μmであり、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの４０％以上であるバックプレートを使用すれば、摩擦材とバックプレートの接着強度が向上する。接着強度をより向上させるため、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの５０％以上９０％以下であるバックプレートを使用するのが好ましく、ポーラス層の厚みが化合物層の深さの６０％以上８０％以下であるバックプレートを使用するのがより好ましい。
【００３４】
また、バックプレートの摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚みが大きすぎると、接着強度が低下するため、摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下のバックプレートを使用するのが更に好ましい。
【００３５】
このようなバックプレートは、以下に説明する表面処理を施すことにより得ることができる。
【００３６】
（１−１）バックプレートの表面処理
（１−１−１）活性化処理
活性化処理工程は、フッ素系ガスを含む雰囲気にバックプレートを投入して、バックプレート表面に形成している酸化膜及び酸化膜の下にあるバックプレートの鉄素地をフッ化させ、フッ化膜を形成させる。
【００３７】
活性化処理に使用するフッ素系ガスとしては、酸化膜を形成している母材成分であるＦｅに対して酸素よりも親和性が強いハロゲン系物質であるフッ素系ガス（フッ素化合物ガスまたはフッ素ガスを含有するガス）が用いられる。このフッ素系ガスとしては、フッ素化合物、例えばＮＦ３、ＢＦ３、ＣＦ４、ＳＦ６などを主成分とするガスやＦ２を主成分とするガスがあげられる。
【００３８】
通常は、この主成分ガスを窒素ガスなどの希釈ガスで希釈してフッ素系ガスとして使用する。これらのフッ素系ガスに用いられる主成分ガスのうち、反応性、取り扱い性などの面でＮＦ３が最も優れており、実用的である。
【００３９】
上記フッ素系ガス雰囲気でバックプレートを、例えばＮＦ３を含むフッ素系ガス雰囲気中で保持する。このときの処理温度を３５０〜４５０℃の範囲、好ましくは４００〜４５０℃の範囲とすることにより、窒化処理または軟窒化処理後に必要充分な凹凸を持つポーラス層を形成し得るフッ化膜の層を形成させることができる。
【００４０】
なお、活性化処理の時間については処理を行なうバックプレートの材質に応じて、表面の酸化膜及び酸化膜下のバックプレートの鉄素地がフッ化する適当な条件を設定するが、通常は１０〜１８０分の範囲である。
【００４１】
また、フッ素系ガス雰囲気のフッ素化合物またはフッ素の濃度は、１０００〜１０００００ｐｐｍとするのが好ましい。
【００４２】
（１−１−２）ガス窒化処理またはガス軟窒化処理
上述した活性化処理工程に引き続き実施されるガス窒化処理については、窒素源ガスとしてアンモニアガスを含む雰囲気中で、処理温度３００〜６００℃、好ましくは４００〜６００℃の範囲、処理時間３０分〜６０分で実施する。
ガス軟窒化処理の場合は、窒素源ガスとしてのアンモニアガスと浸炭性ガスの混合ガスを使用する。
【００４３】
（１−１−３）冷却工程
上述したガス窒化処理工程と連続して実施される冷却工程については、非酸化性ガス雰囲気下で行われる。非酸化性ガスとしてはアンモニアガス、窒素ガスなどが使用できる。冷却工程は、ガス窒化処理工程またはガス軟窒化処理工程の処理炉で行えば、別の処理炉に移動させる工程を省くことができ、効率的である。
【００４４】
（１−２）摩擦材
摩擦材は、金属繊維、有機繊維と、無機繊維などの繊維基材、熱硬化性樹脂などの結合材と、有機充填材、無機充填材、潤滑剤などの摩擦調整材とを含んでなる。
【００４５】
繊維基材としては、スチール繊維、銅繊維等の金属繊維、アラミド繊維、アクリル繊維等の有機繊維、チタン酸カリウム繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、ロックウール等の無機繊維が挙げられ、これらを単独又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４６】
結合材としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、これらの熱硬化性樹脂をカシューオイル、シリコーンオイル、各種エラストマー等で変性した樹脂、これらの熱硬化性樹脂に各種エラストマー、フッ素ポリマー等を分散させた樹脂等が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４７】
摩擦調整材としては、カシューダスト、ゴムダスト（タイヤトレッドゴムの粉砕粉）、未加硫の各種ゴム粒子、加硫された各種ゴム粒子等の有機充填材、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、バーミキュライト、マイカ等の無機充填材、グラファイト、二硫化モリブデン、硫化錫、硫化亜鉛、硫化鉄等の潤滑剤が挙げられ、これらを単独で又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４８】
（１−３）ディスクブレーキパッドの製造方法
本発明のディスクブレーキパッドは、上記の表面処理方法で表面処理したバックプレートに、摩擦材を接着したものである。
【００４９】
本発明のディスクブレーキパッドは、所定量配合した上記繊維基材、結合材、摩擦調整材を、混合機を用いて均一に混合する混合工程、上記の表面処理方法で表面処理し、必要に応じて接着剤を塗布したバックプレートと、混合工程で得られた摩擦材原料混合物とを重ねて熱成形型に投入し、加熱加圧して成形する加熱加圧成形工程、得られた成形品を加熱して結合材の硬化反応を完了させる熱処理工程、摩擦面を形成する研磨処理工程を経て製造される。
【００５０】
必要に応じて、加熱加圧成形工程の前に、摩擦材原料混合物を造粒する造粒工程、摩擦材原料混合物または造粒工程で得られた造粒物を予備成形型に投入し、予備成形物を成形する予備成形工程が実施され、加熱加圧成形工程の後に、塗装、塗装焼き付け工程、スコーチ工程が実施される。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例に基づき、本発明を説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００５２】
＜実施例１〜５及び比較例１〜３＞
表１に示す条件で、バックプレートの表面処理を行った。各実施例、比較例の具体的な表面処理方法は、以下に詳述する。
【００５３】
【表１】
【００５４】
〈実施例１のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５５】
〈実施例２のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５６】
〈実施例３のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５７】
〈実施例４のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度４００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、そのままアンモニアガスを充満させた炉内で室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５８】
〈実施例５のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３５０℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、窒素ガスを導入して室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００５９】
〈比較例１のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度３００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６０】
〈比較例２のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、雰囲気温度５００℃に保持された炉内に投入し、ＮＦ３ガスを炉内に導入し３０分間保持して活性化処理を行った。
その後、５７０℃に昇温した後、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。更に、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６１】
〈比較例３のバックプレート〉
洗浄処理したＳＡＰＨ４４０からなるバックプレートを、５７０℃に保持された炉内に投入し、アンモニアガスを炉内に導入し３０分間保持して窒化処理を行った。
さらに、冷却室に移動させ、室温まで冷却させ、表面処理されたバックプレートを得た。
【００６２】
〈実施例１〜５、比較例１〜３のディスクブレーキパッドの製造方法〉
表２に示す組成の摩擦材原料を混合機で５分間混合し、得られた摩擦材原料混合物を、予備成形金型で１０ＭＰａにて１分加圧して予備成形を行った。
この予備成形物と、接着剤を塗布した実施例１〜５、比較例１〜２のバックプレートを重ねて熱成形金型に投入し、成形温度１５０℃、成形圧力４０ＭＰａの条件下で１０分間成形した。
その後、２００℃で５時間熱処理（後硬化）を行い、研磨して実施例１〜５、比較例１〜２のディスクブレーキパッドを作製した。
【００６３】
【表２】
【００６４】
〈接着強度の評価〉
摩擦材とバックプレートの接着強度は、ＪＩＳ Ｄ４４２２（自動車部品―ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド―せん断試験方法）に準拠し、ディスクブレーキパッドを３００℃の雰囲気で３６時間保持した後、せん断試験を行い、バックプレート上に残存する摩擦材の残存率を用いて評価した。評価基準は表３のとおりである。評価結果は表１に併記してある。
【００６５】
【表３】
【００６６】
〈バックプレート断面および表面の観察〉
電子顕微鏡を用いて実施例４と比較例３のバックプレートの断面を３０００倍の倍率で、バックプレートの表面を１０００倍、１００００倍の倍率で観察した。それぞれの観察画像を図５〜図１０に示す。
【００６７】
実施例４のバックプレートの断面の観察画像である図５と、比較例のバックプレートの断面の観察画像である図８を比較すると、比較例３よりも実施例４のポーラス層がより深く形成されていることが分かる。
【００６８】
実施例４のバックプレートに形成された化合物層の深さは約１３μm、ポーラス層の厚さは約８μmであり、ポーラス層の厚みは化合物層の深さの約６１％である。
【００６９】
比較例３のバックプレートに形成された化合物層の厚さは約１３μm、ポーラス層の厚さは約５μmであり、ポーラス層の厚みは化合物層の深さの約３８％である。
【００７０】
また、実施例４のバックプレートの表面の観察画像である図６、図７と、比較例３のバックプレートの観察画像である図９、図１０を比較すると、比較例３よりも実施例４の凹凸パターンがより緻密で複雑な皺状を呈していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
自動車等のディスクブレーキパッドに使用される、鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材とバックプレートの接着強度を向上させることができ、
充分な接着強度を有するディスクブレーキパッドを得ることができ、自動車工業のさらなる発展に寄与するものである。
【符号の説明】
【００７２】
１ ディスクブレーキパッド
２ バックプレート
３ 摩擦材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクブレーキパッド用の鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成された深さ５μm〜２０μmの化合物層を有し、かつ、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有することを特徴とするバックプレート。
【請求項２】
摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であることを特徴とする請求項１に記載のバックプレート。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバックプレートに、摩擦材を接着してなるディスクブレーキパッド。
【請求項１】
ディスクブレーキパッド用の鋼製のバックプレートにおいて、摩擦材を接着する面にガス窒化法またはガス軟窒化法により形成された深さ５μm〜２０μmの化合物層を有し、かつ、前記化合物層は表層側に前記化合物層の深さの４０％以上の厚みのポーラス層を有することを特徴とするバックプレート。
【請求項２】
摩擦材を接着する面の表層に形成される酸化物層の厚さが１μm以下であることを特徴とする請求項１に記載のバックプレート。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバックプレートに、摩擦材を接着してなるディスクブレーキパッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２５１２１６（Ｐ２０１２−２５１２１６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５０４８（Ｐ２０１１−１２５０４８）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（３０９０１４５７３）日清紡ブレーキ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（３０９０１４５７３）日清紡ブレーキ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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