JP2004011841A - ブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】制動時にブレーキの鳴きが発生しない、高い減衰性能を有するブレーキディスクを提供する。
【解決手段】本発明は、中心部に車軸を挿通する穴を有する２枚の略円盤状のローターを対抗面に減衰材を狭着して結合し、各ローターの対向していない円盤面上に摺動面を設けたブレーキディスク。また、前記ローターの対向面の一方に円形の凹溝が刻設され、前記円形の凹溝に減衰材が装着されているブレーキディスク。また、前記減衰材として、多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマーを使用している。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や鉄道車両等に用いられるブレーキディスクに係り、制動時におけるブレーキの鳴きを防止するブレーキディスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に搭載されるディスクブレーキ装置は、車輪と一体回転するディスクローターの側面の摺動面に、車体側に取付けたキャリパに保持されている摩擦パッドを油圧等で駆動されるピストンで押し付けて制動力を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなディスクブレーキ装置では、制動時にブレーキの鳴きと呼ばれる不快音が発生することが多い。この鳴き現象の原因の多くは、制動時にディスクローターの摺動面と摩擦パッドが摩擦することにより、前記ディスクローターおよび摩擦パッドの裏金が振動し、この振動がブレーキの鳴きの原因である一定強度の共振に発達することによる。また、従来の摩擦パッドの裏金は単なる鋼板製であるため、摩擦パッドのライニング面とディスクローターの摺動面との摩擦により細かい振動が発生すると、その振動がそのまま裏金に伝わり一定強度の共振に発達して鳴きが発生している。
【０００４】
この摩擦特性（横軸に相対速度をとり、縦軸に摩擦係数をとった曲線）が負の勾配をもつ場合、ブレーキの鳴きが起こり易いと考えられていた。また、最近ではこの摩擦特性が負の勾配をもたなくてもディスクローター、摩擦パッド及びキャリパからなるブレーキ系の剛性特性によってもブレーキの鳴きが起こり得るとの知見も得られている。
【０００５】
そこでディスクブレーキ装置の構成面から各種の対策が試みられてきた。例えば、ディスクローターの形状を変更する試み、または裏金を厚くして剛性を上げる方法や裏金にシムを貼り付ける試み等である。
【０００６】
前者では、例えば、特開平１０−２６１５９号公報に示すように、回転軸に固定されるハット部と、ハット部の外周に一定の幅で鍔状に形成される摺動部とによって全体として略円盤状をなすディスクローターにおいて、ハット部又は摺動部にスリットを形成すると共に、ディスクローターの振動の伝搬を減衰させる減衰材でスリットを埋めた構成としたディスクローターが開示されている。
【０００７】
しかしながら、摺動部の全周に亘って多数のスリット孔を穿孔すると共に、該スリット孔に減衰材を充填する必要があるため、加工が複雑となりコストアップになるという問題があった。一方、後者では鋼板を厚くしたり、鋼板にゴムなどの弾性体を貼り付けるため厚くなり、前者と同様にコストアップになるなどの問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、制動による摩擦によりブレーキディスクおよび摩擦パッドに発生した振動を減衰し、制動時におけるブレーキの鳴きを防止することができる、高い減衰性能を有するブレーキディスクを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、中心部に車軸を挿通する穴を有する２枚の略円盤状のローターを対向面に減衰材を挟着して結合し、各ローターの対向していない円盤面上に摺動面を設けたブレーキディスクとしている。また、略円盤状の一対のローターと、該ローターの対向面の一方に円形の凹溝が刻設され、該凹溝に減衰材が装着されているブレーキディスクとすることによっても上記課題を解決することができる。前記減衰材には、多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマーを使用することができるが、減衰効果がある材料であればこれらに限定されないことはいうまでもない。
【００１０】
本発明は、このような構成としているので、制動時に、ブレーキディスクの摺動面と摩擦パッドの間に発生する摩擦力が起振力となって、ブレーキディスク上に振動が発生したとしても、その振動は、一対のローターに挟着されている減衰材によって速やかに減衰される。従って、ブレーキディスクに発生した振動は、ブレーキの鳴きの原因である摩擦パットの振動と共振するまで発達することがないので、効率よくブレーキの鳴きを防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではなく適宜変更して実施することが可能である。図１は本発明の実施形態の一例を示したもので、（ａ）はブレーキディスク１０の正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１において、第１ローター１は、略円盤状の中心部に車軸を挿通する穴６１を有し、第２ローター２と反対側の円盤面上には摺動面７１が設けられている。また、前記第１ローター１の穴６１の近傍には周方向に所定のピッチで６個のハブ装着穴８が設けられ、さらに、その外周に４個の連結穴が螺設されている。
【００１２】
第２ローター２も、略円盤状の中心部に車軸を挿通する穴６２を有し、第１ローター１と反対側の円盤面上には摺動面７２が設けられており、前記第２ローター２の穴６２の近傍には周方向に所定のピッチで６個のハブ装着穴８が設けられ、さらに、その外周に４個の連結穴が螺設されている。また、前記第１ローター１と対向する面の円周上には、円形（ドーナツ形）の凹溝３が刻設されている。
【００１３】
前記第２ローター２に刻設された凹溝３には、該凹溝３の深さよりも若干厚く形成された円形（ドーナツ形）の減衰材４が装着されており、前記第１ローター１と第２ローター２は連結穴にビス５を螺合して結合されている。また、前記減衰材４として、耐熱性を有する多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマー等を用いれば、ブレーキの鳴きをより効果的に防止することができる。
【００１４】
図２は本発明の他の実施形態を示したもので、（ａ）はブレーキディスク１０ａの正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２において、第１ローター１ａは、中心部に穴を有する略円盤状に形成されており、第２ローター２ａと反対側の円上には摺動面７１が設けられている。前記第１ローター１ａの穴の近傍には周方向に所定のピッチで４個の連結穴が螺設されている。
【００１５】
第２ローター２ａは、ボス部９が突設した略円盤状の中心部に車軸を挿通する穴６２ａを有し、第１ローター１ａと反対側の円盤面上には摺動面７２が設けられており、前記第２ローター２ａの穴６２ａの近傍には周方向に所定のピッチで６個のハブ装着穴８が設けられ、さらに、その外周に４個の連結穴が螺設されている。また、前記第１ローター１ａと対向する面の円周上には、円形（ドーナツ形）の凹溝３が刻設されている。
【００１６】
前記第２ローター２ａに刻設された凹溝３には、該凹溝３の深さよりも若干厚く形成された円形（ドーナツ形）の減衰材４が装着されており、前記第１ローター１ａと第２ローター２ａは連結穴にビス５を螺合して結合されている。また、前記減衰材４として、耐熱性を有する多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマー等を用いれば、ブレーキの鳴きをより効果的に防止することができる。
【００１７】
図３は本発明の他の実施形態を示したもので、（ａ）はブレーキディスク１０ｂの正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図３において、第１ローター１ｂは、中心部に穴を有する略円盤状に形成されている。
【００１８】
第２ローター２ｂは、ボス部９が突設した略円盤状の中心部に車軸を挿通する穴６２ｂを有し、第１ローター１ｂと反対側の円盤面上には摺動面７２が設けられており、前記第２ローター２ｂの穴６２ｂの近傍には周方向に所定のピッチで６個のハブ装着穴８が設けられている。また、前記第１ローター１ｂと対向する面の円周上には、円形（ドーナツ形）の凹溝３が刻設されている。
【００１９】
前記第２ローター２ｂに刻設された凹溝３には、該凹溝３の深さよりも若干厚く形成された円形（ドーナツ形）の減衰材４が装着されており、前記第１ローター１ｂと第２ローター２ｂの外周縁部及びボス部９は溶接により結合されている。また、前記減衰材４として、耐熱性を有する多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマー等を用いれば、ブレーキの鳴きをより効果的に防止することができる。
【００２０】
図４および図５は、本発明によるブレーキディスクを自動二輪車の前輪に装着した状態を示したもので、図４は正面断面図、図５は側面断面図である。
【００２１】
図４および図５において、符号１１は前輪で、該前輪１１は車軸１２に回転自在に設けられ、該車軸１２の両端部は左右に分岐したフロントフォーク１３の下端部１３ａ、１３ｂに支持されている。前記車輪１１はホイール１４とタイヤ１５とから構成され、このホイール１４のハブ１４ａ、１４ｂは車軸１２に回転自在に左右１対のベアリング１６，１７を介して支持されている。該ベアリング１６，１７の間にはスペーサ１８が設けられ、前記車軸１２の一方にはギヤユニット１９が設けられ、該ギヤユニット１９から前記前輪１１の回転情報を得て、図示しないスピードメータへ出力している。前記ギヤユニット１９とハブ１４ａとの間にはオイルシール２０が設けられている。
【００２２】
車軸１２の他方にはフロントフォーク１３の下端部１３ｂとベアリング１７との間にカラー２１を介在している。該カラー２１はその内周側を軸方に延出して内周側延出部２１ａが形成され、該内周側延出部２１ａをベアリング内側に圧入している。
【００２３】
ホイール１４のハブ１４ｂにはブレーキディスク１０がボルト２４で固定され、該ブレーキディスク１０の外周部を跨ぐようにディスクブレーキ装置２５が配置されており、該ディスクブレーキ装置２５はフロントフォーク１３の下部近傍にボルト２７で固定されている。
【００２４】
ブレーキディスク１０の摺動面とディスクブレーキ装置２５の裏金２９に保持された摩擦パッド２８は、所定の間隙が設けられている。また、一方の裏金２９の後部は油圧等により駆動されるピストン３０が配設されており、該ピストン３０で裏金２９を押圧すると、両側の摩擦パッド２８がブレーキディスク１０の摺動面に押し付けられ、摩擦力が発生して前輪１１が制動される。
【００２５】
【実施例】
図６は、打撃テストの結果を示したもので、（ａ）は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製で減衰材無しのもの、（ｂ）は制振鋳鉄製で減衰材無しのもの、（ｃ）は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製で減衰材有りのものである。図６（ａ）から（ｃ）において、横軸は時間を表し、縦軸は振幅を表し、図中の曲線はブレーキディスクを打撃したときの振動減衰波形を表している。この振動減衰波形より、対数減衰率δを次式により求めることができる。
δ＝１／ｎｘＬｎ（Ｘ１／Ｘｎ）
ただし、δは対数減衰率、ｎは振幅数、Ｌｎは自然対数、Ｘ１は１番目の振幅、Ｘｎはｎ番目の振幅である。
【００２６】
この振動減衰波形から対数減衰率δを求めると、（ａ）の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で減衰材無しでは０．０６０、（ｂ）の制振鋳鉄で減衰材無しでは０．０６２、（ｃ）の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で減衰材有りでは０．５３４であった。したがって、本発明による（ｃ）の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で減衰材有りの減衰率０．５３４は、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の減衰率０．０６０の８．９倍、制振鋳鉄の減衰率０．０６２の８．６倍であり、前記特開平１０−２６１５９号公報に示すディスクローターの７倍よりも更に優れている。
【００２７】
図７は、ブレーキディスクの鳴きの有無をテストした結果を示したものである。図７において、ディスク番号ＮＯ．１からＮＯ．３は本発明の実施例を示し、ＮＯ．１は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で減衰材有り、ＮＯ．２は制振鋳鉄で減衰材無し、ＮＯ．３は炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）で減衰材無しである。また、ディスク番号ＮＯ．４からＮＯ．９は比較例を示し、自動二輪車に装着されている従来品である。テスト条件は、前記各ブレーキディスクを自動二輪車の前輪に装着して、４０ｒｐｍ（５ｋｍ／時）で回転中に制動力を加えた。テストの結果、ディスク番号ＮＯ．１及びＮＯ．９ではブレーキの鳴きは無かったが、ＮＯ．２からＮＯ．８のではブレーキの鳴きが有った。以上により、減衰材を装着してブレーキディスクの対数減衰率δを０．１００以上とすることにより、制動時におけるブレーキディスクの鳴きを防止できることが実証できた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のブレーキディスクは以上のように構成されているので、制動時に、ブレーキディスクと摩耗パッドとの間に発生する摩擦力が起振力となって、ローター上に振動が発生したとしても、その振動は、一対のローターに挟着されている減衰材により、従来品に比べて約９倍の速度で減衰される。従って、ローターに発生した振動がブレーキの鳴きの原因である一定強度の共振に発達することがなくなり、効率よくブレーキの鳴きを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図４】本発明を自動二輪車の前輪に装着した状態を示した正面断面図である。
【図５】本発明を自動二輪車の前輪に装着した状態を示した側面断面図である。
【図６】ディスクブレーキの打撃テスト結果を示したもので、（ａ）は従来の炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製のもの、（ｂ）は従来の制振鋳鉄製のもの、（ｃ）は本発明のものである。
【図７】ブレーキディスクの鳴きの有無をテストした結果を示した図である。
【符号の説明】
１、１ａ、１ｂ　　第１ローター
２、２ａ，２ｂ　　第２ローター
３　　凹溝
４　　減衰材
５　　ビス
６１，６２、６２ａ，６２ｂ　　軸穴
７１，７２　　摺動面
８　　ハブ装着穴
９　　ボス部
１０、１０ａ，１０ｂ　　ブレーキディスク
１１　　前輪
１２　　車軸
１３　　フロントフォーク
１３ａ、１３ｂ　下端部
１４　　ホイール
１４ａ、１４ｂ　　ハブ
２４　　ボルト
２５　　ディスクブレーキ装置
２７　　ボルト
２８　　摩擦パッド
２９　　裏金
３０　　ピストン

Claims (3)

1. 中心部に車軸を挿通する穴を有する２枚の略円盤状のローターを対向面に減衰材を挟着して結合し、各ローターの対向していない円盤面上に摺動面を設けたことを特徴とするブレーキディスク。
2. 前記ローターの対向面の一方に円形の凹溝が刻設され、該凹溝に減衰材が装着されていることを特徴とする請求項１記載のブレーキディスク。
3. 前記減衰材として、多孔質金属、繊維成型体、積層材料、繊維強化複合材料または耐熱性ポリマーを使用したことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキディスク。

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