特開 2024-164576 車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164576

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16D 65/02 20060101AFI20241120BHJP

【ＦＩ】

F16D65/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080168

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128358

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 良彦

(74)【代理人】

【識別番号】100086210

【弁理士】

【氏名又は名称】木戸 一彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀樹

【テーマコード（参考）】

3J058

【Ｆターム（参考）】

3J058AA43

3J058AA48

3J058AA63

3J058AA69

3J058AA73

3J058AA77

3J058AA84

3J058AA87

3J058BA32

3J058BA46

3J058BA61

3J058CC22

3J058DD11

3J058EA13

3J058EA17

3J058FA01

(57)【要約】

【課題】キャリパボディ全体を樹脂材料で形成し、機械的強度及び構造的剛性を確保しながら軽量化を図るとともに、ロータパス部では、耐熱性の向上を図ることができる車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法を提供する。
【解決手段】車両用ディスクブレーキ１のキャリパボディ５は、ディスクロータ２を挟んで設けられるアウタボディ部５ｂ及びインナボディ部５ａと、ディスクロータ２の外周縁よりもディスク径方向外側位置で、アウタボディ部５ｂとインナボディ部５ａとを連結するロータパス部５ｃとを備える。アウタボディ部５ｂとインナボディ部５ａとは、エポキシ樹脂及び炭素繊維から構成される第１の樹脂により形成され、ロータパス部５ｃは、エポキシ樹脂及び炭素繊維及びカーボンナノチューブから構成される第２の樹脂により形成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディにおいて、
前記アウタボディ部と前記インナボディ部とは、エポキシ樹脂及び炭素繊維から構成される第１の樹脂により形成され、
前記ロータパス部は、エポキシ樹脂及び炭素繊維及びカーボンナノチューブから構成される第２の樹脂により形成されることを特徴とする車両用ディスクブレーキのキャリパボディ。

【請求項2】

ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法において、
前記キャリパボディは、前記キャリパボディに対応するキャビティを備えた成形型により成形され、
該成形型は、前記キャビティの前記アウタボディ部に対応する位置に第１注入口を、前記インナボディ部に対応する位置に第２注入口を、前記ロータパス部に対応する位置に第３注入口をそれぞれ備え、
前記成形型に炭素繊維基材を配置する基材配置工程と、
前記第１注入口及び前記第２注入口から溶融状態のエポキシ樹脂を、前記第３注入口からカーボンナノチューブを添加した溶融状態のエポキシ樹脂を、前記キャビティにそれぞれ同時に注入して前記炭素繊維基材に含浸させる注入工程と、
溶融状態の前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴とする車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法。

【請求項3】

ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法において、
前記キャリパボディは、前記キャリパボディに対応するキャビティを備えた成形型により成形され、
該成形型は、前記キャビティの前記アウタボディ部に対応する位置に第１注入口を、前記インナボディ部に対応する位置に第２注入口を、前記ロータパス部に対応する位置に第３注入口をそれぞれ備え、
前記第１注入口及び前記第２注入口から、炭素繊維を添加したエポキシ樹脂のＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、前記第３注入口から、炭素繊維とカーボンナノチューブとを添加したエポキシ樹脂のＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、前記キャビティにそれぞれ同時に圧縮注入する注入工程と、
前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴とする車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法に関し、詳しくは、全体を樹脂材料で成形した車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両用ディスクブレーキのキャリパボディでは、機械的強度及び構造的剛性を維持しつつ軽量化を図るために、鉄やアルミ合金によって形成されるキャリパボディの少なくとも一部を炭素繊維強化熱可塑性材料によって形成したものがあった（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６００１６４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、これらアウタボディ部とインナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディでは、制動時に発生する制動熱により、温度が上昇することがある。さらに、長い坂道を下る際等に、運転者がフットブレーキを多用すると、ブレーキパッドが非常に高熱になり、ディスクロータや摩擦パッドからの熱の影響を受けやすいロータパス部では、更に高温域（例えば２００℃近く）まで温度が上昇することがあった。

【0005】

上述の特許文献１に示されるように、炭素繊維強化熱可塑性材料によってキャリパボディを形成しようとすると、高温域まで耐えうる炭素繊維強化熱可塑性材料を用いる必要があるが、価格等の面から量産に適した、高温域まで耐えうる炭素繊維強化熱可塑性材料が見いだされていなかった。これにより、高温になるおそれがあるロータパス部は金属で形成し、アウタボディ部やインナボディ部を炭素繊維強化熱可塑性材料で形成するのが実情で、キャリパボディ全体を炭素繊維強化熱可塑性材料で形成することは難しかった。

【0006】

そこで本発明は、キャリパボディ全体を樹脂材料で形成し、機械的強度及び構造的剛性を確保しながら軽量化を図るとともに、ロータパス部では、耐熱性の向上を図ることができる車両用ディスクブレーキのキャリパボディ及び、該キャリパボディの製造方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の車両用ディスクブレーキのキャリパボディは、ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディにおいて、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とは、エポキシ樹脂及び炭素繊維から構成される第１の樹脂により形成され、前記ロータパス部は、エポキシ樹脂及び炭素繊維及びカーボンナノチューブから構成される第２の樹脂により形成されることを特徴としている。

【0008】

また、本発明の車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法は、ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法において、前記キャリパボディは、前記キャリパボディに対応するキャビティを備えた成形型により成形され、該成形型は、前記キャビティの前記アウタボディ部に対応する位置に第１注入口を、前記インナボディ部に対応する位置に第２注入口を、前記ロータパス部に対応する位置に第３注入口をそれぞれ備え、前記成形型に炭素繊維基材を配置する基材配置工程と、前記第１注入口及び前記第２注入口から溶融状態のエポキシ樹脂を、前記第３注入口からカーボンナノチューブを添加した溶融状態のエポキシ樹脂を、前記キャビティにそれぞれ同時に注入して前記炭素繊維基材に含浸させる注入工程と、溶融状態の前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴としている。

【0009】

さらに、本発明の車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法は、ディスクロータを挟んで設けられるアウタボディ部及びインナボディ部と、前記ディスクロータの外周縁よりもディスク径方向外側位置で、前記アウタボディ部と前記インナボディ部とを連結するロータパス部とを備えた車両用ディスクブレーキのキャリパボディの製造方法において、前記キャリパボディは、前記キャリパボディに対応するキャビティを備えた成形型により成形され、該成形型は、前記キャビティの前記アウタボディ部に対応する位置に第１注入口を、前記インナボディ部に対応する位置に第２注入口を、前記ロータパス部に対応する位置に第３注入口をそれぞれ備え、前記第１注入口及び前記第２注入口から、炭素繊維を添加したエポキシ樹脂のＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、前記第３注入口から、炭素繊維とカーボンナノチューブとを添加したエポキシ樹脂のＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、前記キャビティにそれぞれ同時に圧縮注入する注入工程と、前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化工程とを備えることを特徴としている。

【発明の効果】

【0010】

本発明の車両用ディスクブレーキのキャリパボディによれば、全体を樹脂材料で形成したことにより、軽量化を図ることができる。また、アウタボディ部とインナボディ部とロータパス部とには、炭素繊維が添加されていることから、キャリパボディの機械的強度及び構造的剛性を確保することができる。さらに、ロータパス部には、カーボンナノチューブが添加されていることから、最も高温となるおそれのあるロータパス部の耐熱性の向上を図ることができる。さらに、高価なカーボンナノチューブは、ロータパス部にのみ用いられることから、価格の上昇を抑えることができる。

【0011】

また、本発明のキャリパボディの製造方法によれば、製品品質のばらつきが少ない、安定した品質の樹脂製のキャリパボディを成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一形態例を示す車両用ディスクブレーキの正面図である。

【図2】図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。

【図3】本発明の一形態例を示すキャリパボディの側面図である。

【図4】同じくキャリパボディの平面図である。

【図5】本発明に係るキャリパボディを製造する第１の製造方法を示す説明図である。

【図6】エポキシ樹脂に添加するカーボンナノチューブの割合に対するガラス転移温度の変化を示すグラフである。

【図7】本発明に係るキャリパボディを製造する第２の製造方法を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１及び図４は本発明の一形態例を示す車両用ディスクブレーキで、図１に示す矢印Ｒは、車両前進時に車輪と一体に回転するディスクロータの回転方向であり、以下で述べるディスク回出側及びディスク回入側とは車両前進時におけるものとする。

【0014】

本形態例の車両用ディスクブレーキ１は、図１及び図２に示されるように、車輪（図示せず）と一体に回転するディスクロータ２と、該ディスクロータ２の一側部で車体に固定されるキャリパブラケット３と、該キャリパブラケット３に一対のスライドピン４，４を介してディスクロータ軸方向へ移動可能に支持されるピンスライド型のキャリパボディ５と、前記ディスクロータ２の両側部に対向配置される一対の摩擦パッド６，６とを備えている。

【0015】

キャリパボディ５は、ディスクロータ２の車体内側に配置されるインナボディ部５ａと、ディスクロータ２の車体外側に配置されるアウタボディ部５ｂと、これらをディスクロータ２の外周縁よりもディスク径方向外側位置を跨いで連結するロータパス部５ｃとを備えている。

【0016】

インナボディ部５ａのディスク回入側とディスク回出側とには、取付腕５ｄ，５ｄが突設され、各取付腕５ｄ，５ｄには前記スライドピン４が取り付けられ、該スライドピン４を介してキャリパボディ５がキャリパブラケット３にディスク軸方向に移動可能に支持される。また、インナボディ部５ａには、ディスクロータ２側が開口したシリンダ孔５ｅ，５ｅがディスク周方向に並設され、アウタボディ部５ｂには、反力爪５ｆが設けられている。シリンダ孔５ｅ，５ｅには有底円筒状のピストン７，７が移動可能にそれぞれ内挿され、各シリンダ孔５ｅ，５ｅの底部とピストン７，７との間に液圧室８，８が画成される。

【0017】

このようなキャリパボディ５は、全体が樹脂材料で形成され、図２乃至図４に示されるように、インナボディ部５ａを構成する領域Ａと、アウタボディ部５ｂを構成する領域Ｂは、高耐熱性のエポキシ樹脂及び高弾性の炭素繊維から構成される第１の樹脂で形成され、ロータパス部５ｃを構成する領域Ｃは、前記エポキシ樹脂及び前記炭素繊維とカーボンナノチューブとから構成される第２の樹脂で形成されている。

【0018】

図５は、上述の形態例のようなキャリパボディを製造する第１の製造方法を示す説明図である。上述のようなキャリパボディ５は、図５に示されるようなＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ）成形法による成形システムにて成形される。該成形システムは、キャリパボディ５に対応するキャビティ１２を有する成形型１１と、前記キャビティ１２に樹脂材料を供給する供給ユニット１３とを備えている。

【0019】

成形型１１は、キャビティ１２のアウタボディ部５ｂに対応する位置に第１注入口１４が、インナボディ部５ａに対応する位置に第２注入口１５が、ロータパス部５ｃに対応する位置に第３注入口１６がそれぞれ設けられている。

【0020】

供給ユニット１３は、第１注入口１４にエポキシ樹脂を供給する第１樹脂流路１４ａと、第２注入口１５にエポキシ樹脂を供給する第２樹脂流路１５ａと、第３注入口１６にカーボンナノチューブを添加したエポキシ樹脂を供給する第３樹脂流路１６ａとを備えている。

【0021】

キャリパボディ５を製造する際には、まず、成形型１１の上型と下型との間に、例えば、１０ｍｍ～４０ｍｍ程度の長さを有する長繊維の炭素繊維が用いられた炭素繊維基材を配置した後、成形型１１を閉じる基材配置工程が行われる。

【0022】

次に、第１樹脂流路１４ａと第２樹脂流路１５ａとを介して、第１注入口１４と第２注入口１５とから溶融状態のエポキシ樹脂を、第３樹脂流路１６ａを介して第３注入口１６からカーボンナノチューブを添加した溶融状態のエポキシ樹脂を、それぞれキャビティ１２に同時に注入し、前記炭素繊維基材に含浸させる注入工程が行われる。なお、注入工程の際には、第３注入口１６から注入されるカーボンナノチューブを添加した溶融状態のエポキシ樹脂は、第１注入口１４と第２注入口１５とから注入される溶融状態のエポキシ樹脂に比べて粘度が高いことから、カーボンナノチューブを添加した溶融状態のエポキシ樹脂に、反応性希釈剤を適宜添加して粘度を下げ、各注入口からの注入される樹脂材料の充填速度を合わせている。

【0023】

次いで、キャビティ１２に注入された溶融状態のエポキシ樹脂を硬化させる硬化工程が行われ、さらに、硬化したキャリパボディ５を成形型１１から外す離型工程が行われる。これにより、キャリパボディ５は、インナボディ部５ａを構成する領域Ａと、アウタボディ部５ｂを構成する領域Ｂは、炭素繊維基材にエポキシ樹脂を含浸させて構成した前記第１の樹脂で形成され、ロータパス部５ｃを構成する領域Ｃは、前記炭素繊維基材にエポキシ樹脂及びカーボンナノチューブを含浸させて構成した前記第２の樹脂で形成される。

【0024】

次に、エポキシ樹脂に添加するカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の割合（ｗｔ％）に応じて、ガラス転移温度（Ｔｇ）がどのように変化するかを計測した結果を図６に示した。図６に示すグラフの横軸はエポキシ樹脂にカーボンナノチューブを添加する割合（ｗｔ％）を示し、グラフの縦軸はガラス転移温度（Ｔｇ）を示している。

【0025】

図６のグラフに示されるように、カーボンナノチューブの添加割合が０ｗｔ％ではＴｇ２１０℃であるが、カーボンナノチューブの添加割合が５ｗｔ％ではＴｇ２２０℃、カーボンナノチューブの添加割合が７．５ｗｔ％ではＴｇ２３０℃という高いガラス転移温度を実現することができた。これにより、エポキシ樹脂に添加するカーボンナノチューブの添加割合を５ｗｔ％以上とすることで、２２０℃まで耐えうる樹脂材料が得られることが分かった。

【0026】

第１の製造方法により製造された本形態例のキャリパボディ５は、上述のように全体を樹脂材料で形成したことにより、軽量化を図ることができる。また、インナボディ部５ａ及びアウタボディ部５ｂ及びロータパス部５ｃを構成する領域Ａ及び領域Ｂ及び領域Ｃには、炭素繊維が添加されることから、機械的強度及び構造的剛性を満足させることができる。さらに、領域Ｃでは、カーボンナノチューブが添加されることにより、２２０℃まで耐えうる耐熱性を備えることができる。また、高価なカーボンナノチューブは、領域Ｃにのみ添加されることから、価格の上昇を抑えることができる。

【0027】

さらに、キャリパボディ５は、成形型１１に予め炭素繊維基材を配置し、成形型１１を閉じた後、エポキシ樹脂やカーボンナノチューブを、炭素繊維基材に同時に含浸させることから、製品品質のばらつきが少ない、安定した品質のキャリパボディを成形することができる。

【0028】

図７は、本形態例のようなキャリパボディを製造する第２の製造方法を示す説明図であり、第１の製造方法と同様の構成要素を示すものには、同一の符号をそれぞれ付して、その詳細な説明は省略する。

【0029】

第２の製造方法は、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）成形法による成形システムを用いる。該成形システムの供給ユニット２１は、第１注入口１４に連結する第１ポット２２と、第２注入口１５に連結する第２ポット２３と、第３注入口１６に連結する第３ポット２４とを備え、各ポット２２，２３，２４には、樹脂流路２２ａ，２３ａ，２４ａがそれぞれ接続されている。さらに、第１ポット２２と第２ポット２３と第３ポット２４とには、各ポット２２，２３，２４内に前記樹脂流路２２ａ，２３ａ，２４ａを介して供給された溶融した樹脂材料を、キャビティ１２に押し込むプランジャ２２ｂ，２３ｂ，２４ｂが設けられている。

【0030】

キャリパボディを製造する際には、第１ポット２２と第２ポット２３とに、エポキシ樹脂に炭素繊維を添加して練り合わせて形成したＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、樹脂経路２２ａ，２３ａを介してそれぞれ供給するとともに、第３ポットに、エポキシ樹脂に炭素繊維とカーボンナノチューブとを添加して練り合わせて形成したＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を、樹脂経路２４ａを介して供給する。

【0031】

次いで、各プランジャ２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを適宜作動させ、２種類の前記ＢＭＣをキャビティ１２に同時に、且つ、同一の充填速度で押し込む注入工程が行われ、次いで、第１形態例と同様に、硬化工程と離型工程とが順に行われ、キャリパボディ５が成形される。このように製造されたキャリパボディ５は、第１形態例と同様に、インナボディ部５ａを構成する領域Ａと、アウタボディ部５ｂを構成する領域Ｂとが、前記第１の樹脂で形成され、ロータパス部５ｃを構成する領域Ｃは、前記第２の樹脂で形成される。

【0032】

このように、第２の製造方法では、注入工程の際に、各プランジャ２２ｂ，２３ｂ，２４ｂを適宜作動させ、２種類のＢＭＣをキャビティ１２に同時に、且つ、同一の充填速度で押し込むことにより、製品品質のばらつきが少ない、安定した品質のキャリパボディを成形することができる。

【0033】

なお、本発明のキャリパボディは、上述の形態例のように、ピンスライドタイプのキャリパボディに限るものではなく、アウタボディ部及びインナボディ部の双方にピストンを備えたピストン対向型のキャリパボディにも適用することができ、また、ピストンの数も任意である。

【符号の説明】

【0034】

１…車両用ディスクブレーキ、２…ディスクロータ、３…キャリパブラケット、４…スライドピン、５…キャリパボディ、５ａ…インナボディ部、５ｂ…アウタボディ部、５ｃ…ロータパス部、５ｄ…取付腕、５ｅ…シリンダ孔、５ｆ…反力爪、６…摩擦パッド、７…ピストン、８…液圧室、１１…成形型、１２…キャビティ、１３…供給ユニット、１４…第１注入口、１４ａ…樹脂流路、１５…第２注入口、１５ａ…樹脂流路、１６…第３注入口、１６ａ…樹脂流路、２１…供給ユニット、２２…第１ポット、２２ａ…樹脂経路、２２ｂ…プランジャ、２３…第２ポット、２３ａ…樹脂経路、２３ｂ…プランジャ、２４…第３ポット、２４ａ…樹脂経路、２４ｂ…プランジャ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】