JP2006522289A - ディスクブレーキのベンチレーテッドパッド - Google Patents

Abstract

少なくとも一つの摩擦面（２１、１２１、２２１、３２１）を有するブレーキライニング（２０、１２０、２２０、３２０）を具備するディスクブレーキのパッドであって、該パッドは、放熱される熱流を前記摩擦面の平面にほぼ平行な一つまたは複数の方向に向ける放熱構造（１１、１１１、２１１と２３１、３３０と３１１）を備えることを特徴とするものである。この放熱構造は、ライニング（１２０、２２０、３２０）内に、および／または、該ライニングが存在する場合には、サポートプレート（１０、２３０および２３１）内に、あるいはさらに界面に配設されている。それは、中心線が摩擦面（２１、１２１、２２１、３２１）の平面にほぼ平行な一つまたは複数の方向に沿っている円筒形の孔（１１、１１１、２１１、３１１）のことであることができる。これらの孔は、空気が該孔を自由に通過できるように開口している。それはまた、場合によっては冷却フィンを備えた、サポートプレート（２１０）の周縁の突起（２３０）のことでもありうる。それはまた、パッドの部材の一方および／または他方の中に包囲された良熱伝導性の桟材（３３０）であってもよい。

Description

本発明は、ディスクブレーキライニング、より正確にはディスクブレーキのパッドに関するものである。パッドは、一般的にディスクの両側に配設され、ブレーキの縁の上にまたがって設置されたキャリパ内にまとめられたディスクブレーキの要素である。それらパッドは、それぞれ一つまたは複数の制動ピストンに組み合わされている。それらパッドはディスクの表面と接触するように、ブレーキ液の圧力によって駆動されるこの単数または複数のピストンによって作動させられ、このディスクは、車両のホイール又は機械のフライホイール（風力機械、動く歩道など）と典型的には連動している。それから発生した摩擦は、全体の回転速度を下げることを可能にする。

ディスクブレーキのパッドは、ディスクの表面と接触を関係させるための摩耗要素であるライニングとサポートプレートとを具備しており、該サポートプレートは、一般的に異なる材料製で、キャリパと両パッドとを連結するためのものである。ときには、とくにＣ／Ｃ複合材料製のライニングについては、キャリパと両パッドとを連結するためのこの要素は、一塊でライニングの一部になっている。言葉の便宜上、ライニングのこの部分、共通名「固定プレート」を、全体を通してサポートプレートとして呼ぶことにする。

制動によって発生する機械的応力に抵抗するように、サポートプレートは一般的に金属製である。該サポートプレートは、一方ではピストンによりライニングにかかる圧縮を伝達し−また抵抗し−、他方ではディスクによりパッドにかかる大きな剪断応力に抗して、ディスクへのパッドの接触を維持しなければならない。

ライニングの材料は、典型的には有機混合物（実際には黒鉛粉末、セラミック粉末、および樹脂結合金属切削屑の混合物）を主成分とし、焼結材料（黒鉛粉末、金属粉末、およびセラミック粉末の混合物）を主成分とする摩擦材料、あるいはさらに欧州特許出願公開第０５８１６９６号明細書に記載のもののようなＣ／Ｃ型の複合材料である。有機ライニングは、パッドに接着されるか、あるいは、予めいくつかの固定孔を開けたサポートプレートの上に直接、成形される。焼結ライニングは一般的にサポートプレートにろう付けされ、Ｃ／Ｃ複合ライニングは一塊に加工される。

回転するユニットの運動エネルギーの減少には大きな摩擦荷重が必要であり、該摩擦荷重はライニングとディスクの間の接触部位に大きな熱となって現れる。制動によって発生した熱エネルギーは、分散されることによって、ディスク部位にもピストンとブレーキ液との部位にも大きな加熱を引き起こす。これらの加熱は、ブレーキの正常な作動を妨げる可能性がある（ライニング材料の劣化、ピストンとその収納部との接触の気密不良、ブレーキ液の沸騰および／または劣化、など）。

これらの欠点のいくつかを減らすために、数多くの対策がすでに提案されている。ピストンと冷却液とを配慮するために、例えば、できる限り断熱性の高いライニング材料（特開平５−１７２１６７号公報）、できる限り断熱性の高いサポートプレート材料（米国特許第４，２３０，２０７号明細書、特開昭５６−１４７９３３号公報）を選択して、あるいはまたサポートプレートとピストンの間に（特開昭５５−１３９５３２号公報、特開昭５８−１５６７３５公報、英国特許第２１２９５１１号明細書、米国特許第３，４９０，５６３号明細書）、ライニングとサポートプレートの間に（特開昭５７−１９５９３５号公報）の間に、あるいはさらにサポートプレートと、プレートの上に固定されピストンと接触させるための金属板との間に（英国特許第２０２０７６３号明細書、米国特許第３，５６３，３４７号明細書）遮熱板を配慮して、この方向に向かう熱的な流束を減らそうとした。
欧州特許出願公開第０５８１６９６号明細書 特開平５−１７２１６７号公報 米国特許第４，２３０，２０７号明細書 特開昭５６−１４７９３３号公報 特開昭５５−１３９５３２号公報 特開昭５８−１５６７３５公報 英国特許第２１２９５１１号明細書、 米国特許第３，４９０，５６３号明細書 特開昭５７−１９５９３５号公報 英国特許第２０２０７６３号明細書 米国特許第３，５６３，３４７号明細書

制動回路に向かう熱流の移動に対抗する遮熱板の導入は、ピストンおよびブレーキ液を保護するという長所がある。反対に、ディスクおよびライニングは、遮熱板によって保護されない。それどころか、遮熱板がない場合よりも高い加熱を受けるということを考えることさえ可能である。その結果、ディスク、ブレーキライニング、および／または前記ライニングをサポートプレートに固定する手段が早期に劣化する。

したがって、本出願人は、いっさいの偶発的過熱からピストンと制動油圧回路を保護しながら、上述したような問題のないブレーキパッドを開発しようとした。

本発明の目的は、ディスクの面との摩擦接触に入るための少なくとも一つの平坦な表面を有する少なくとも一つのブレーキライニングを具備するディスクブレーキのパッドであって、前記表面は後に摩擦面とよばれるものであり、該ディスクブレーキのパッドは、分散される熱流を、前記摩擦面の平面にほぼ平行な少なくとも一つの方向に向ける放熱構造を備えることを特徴とするものである。この構造は、摩擦面の面にほぼ平行な、すなわちピストンが移動する方向にほぼ垂直な、特定の一つまたは複数の方向に、伝導および／または対流によって、分散させる熱流を導くようにパッド内に配設されている。

この放熱構造は、パッド内に、あるいはサポートプレート内に、あるいはライニング内に、あるいは両者の中に、例えば、両者の界面の部位に配設され、周囲の空気とのパッドの熱交換面積の増加によって、あるいは摩擦面にほぼ平行な一つまたは複数の方向の熱伝導率の増加によって、冷却流の増加を可能にする。

周囲の空気との熱交換面積の増加は、サポートプレートおよび／またはパッド内に長円形の孔を、すなわち典型的には断面が必ずしも円形ではない円筒形の、細長い形の孔を開けることによって、達成される。これらの孔は、摩擦面にほぼ平行な一つまたは複数の方向に沿っている。該孔は、空気が該孔を自由に通過するように開口している。熱交換面積の増加は、サポートプレートの周囲に突起を配設することによっても達成可能であり、前記突起は、好適には動いている空気の方向に向けられた冷却フィンを備えている。サポートプレートとライニングは高い機械的応力に耐えなければならず、あまり大きな孔は開けられないので、二つの解決法、穿孔＋突起、は有利には組み合わせることが可能である。

パッド内に配設された開口孔は、好適には中心線が摩擦面の平面にほぼ平行な円筒形の孔である。ブレーキパッドが運動中の車両に取り付けられたとき、これらの孔の中心線は、車両に対する、より正確にはブレーキパッドの近傍に来る運動中の空気の方向に対して、ディスクブレーキの位置に応じて選択された同一方向に、好適にはほぼ平行である。言い換えれば、好適には、これらの孔を空気の来るのと平行な方向に向ける。例えば、デフレクタのないとき、キャリパが車輪の回転軸の前方に配設されている場合にはディスクの回転軸に向かって全体的に方向付けられた「放射状の」孔が選択され、またキャリパが車輪の回転軸の上に配設されたとき、「半径直角」、すなわちディスクの回転の接線方向に沿って向けられた孔が選択されるだろう。

これらの孔は、サポートプレートおよび／またはライニングの塊の中に実現された円筒形の孔とすることができる。この場合、穿孔によるかかる孔の実現はそれほど容易ではないので、穿孔は好適にはできる限り大きな直径を有する。この場合、穿孔直径が、制動によってかかる強い機械的作用力に対して、サポートプレートおよび／またはライニングが必然的に示さなければならない強度に適合するということを確かめなければならない。

孔は、サポートプレートと接触に入るためのライニングの表面に配設された溝に、および／または、ライニングと接触するに入るためのサポートプレートの表面上に配設された溝に対応することも可能である、なぜならこれらの表面の一方または他方の平面は、一般的に摩擦面のそれに平行だからである。もちろん、ライニングとサポートプレートが組み立てられたときに該溝が向かい合うように、かつ動いている空気により容易に接近することが可能な、より大きく開いた空洞をそのように形成するように、二つの表面の上に溝を配設することもできる。溝は、塊の中への穿孔以外の手段によって実現することができるという利点がある。このように、より多くの経路をたいした困難なしに実現し、熱交換面積を増大させることができる。より小さいが、動いている空気が自由に通過するのに十分な直径を有する、より多くの経路によって、ベンチレーションと機械的強度の間のよりよい妥協が得られる。

サポートプレートは、その周縁に突起を呈することもできる。この場合、これらの突起は利用可能な空間に限定される：該突起は、ピストンによって課されたパッドの運動の際に、ディスクと、あるいはキャリパの一部と、あるいはさらにピストン収納部と接触に関係してはならない。好適には、これらの突起は、サポートプレートの周縁でほぼその面に沿って延長しているサポートプレートの延長部である。利用可能な空間に応じて、これらの延長部に、パッドの平面にほぼ垂直であり、パッドの領域で動いている空気の方向にほぼ平行な方向に沿って向けられたフィンを備えることができる。なぜなら、サポートプレートの平面は一般的に摩擦面の平面に平行であり、サポートプレートの平面内の、その周縁に向けての金属質量の増加は、接触表面の平面に平行な伝導による熱流の移動を助長するものであり、これらの突起が動いている空気によって活発に冷却されるので、この流れは、いっそう大きくなる。

摩擦面の平面にほぼ平行な一つまたは複数の方向への熱伝導性の向上は、例えば、ブレーキライニングおよび／またはサポートプレートに、ライニング、および／または桟材を締め付け包囲しているサポートプレートの構成材料よりも熱伝導率の高い材料製の桟材を備えることで達成できる。このようにして、上述のごとく前記パッドおよび／または前記サポートプレート内に長円形の孔を配設し、ついでこれらの孔を良熱伝導性の桟材で充填することができる。これらの孔を、塊の中に穿孔するか、サポートプレートとライニングの間の界面の役割を果たす表面の上に溝の形で加工することができる。先に述べたように、サポートプレートとライニングは向かい合った溝を呈することもできる。このようにして得られた穿孔は、良熱伝導性の材料で、典型的には銅の桟材で構成された相補的な形状の桟材で充填することができる。周囲の空気による冷却は、例えば、パッドを貫通する中空の桟材を用いることで助長される。桟材の長さがパッド内に設けられた収納部の長さを超えることによって、該桟材を収納し、改善された熱交換面積を提供する突起、典型的には冷却フィンを該桟材に備えるように、これらの桟材を延長することも可能である。かかる配置は、動いている空気によって活発に冷却された突起によって桟材が延長されるだけにいっそう熱流は大きくなるので、摩擦面の平面に平行な伝導によって熱流の移動を助長する。

本発明の特徴である放熱構造は有利には、ブレーキシリンダ、ブレーキ液およびピストンを保護することをとくに目的とする先行技術の遮熱板と組み合わせることができる。

サポートプレートを備えない、Ｃ／Ｃ複合製のライニング付きのパッドの場合、孔は好適にはピストンの方に向けられた面の近傍で複合材料内に直接穿孔される。

本発明には、多数の実施態様が可能である。特定の四つの例を取り出し、本発明の非制限的な例として以下に説明する。

図１は、本発明による第一のパッドの正面図（ａ）および上面図（ｂ）である。

図２は、本発明による第二のパッドの正面図（ａ）および上面図（ｂ）である。

図３は、本発明による第三のパッドの正面図（ａ）、上面図（ｂ）、および側面図（ｃ）であり、第一の実施例と同じ形状のライニングを呈するものの図である。

図４は、本発明による第四のパッドの正面図（ａ）、上面図（ｂ）、および側面図（ｃ）であり、第一の実施例と同じ形状のライニングを呈するものの図である。

穿孔サポートプレートを有するパッド（図１）

図１は、ディスクブレーキのパッド１を示し、該ディスクブレーキのパッドは、鋼鉄製のサポートプレート１０と、摩擦面と呼ばれるディスクの面上で摩擦接触に関係するための平坦表面２１を有する焼結ブレーキライニング２０とから成る。ブレーキライニング２０は、ろう付けによってサポートプレート１０上に固定されている。

放熱構造は、摩擦面２１にほぼ平行な方向に沿って、孔１１をサポートプレート１０内に穿孔することによって得られる。これらの孔は、開口している：該孔は、空気が自由に該孔を通過できるようにサポートプレート１０を貫通している。これらは相互に平行な円筒状の孔であり、その中心線は摩擦面の平面にほぼ平行である。これらの孔は、空気の取り入れ口に平行に向けられている。

サポートプレート１０は、典型的な厚みが８ｍｍであり、約８０ｍｍ×６０ｍｍの長方形に内接している。７つの孔１１は直径６ｍｍであり、それによってサポートプレートは、ピストンによってかかかる圧力にも、制動の際にかかる強い接線応力にもよく耐えることができる：剪断応力に耐えなければならない最小断面は、非穿孔サポートプレートの断面の４０％をさらに超えている。

ベンチレーテッド・ライニングを呈するパッド（図２）

図２は、形状が前のものとは異なるディスクブレーキのパッド１００を示している。このディスクブレーキのパッドは、鋼鉄製のサポートプレート１１０と、二つの焼結ブレーキライニング１２０および１２５も含む。ライニングは、摩擦面１２１を呈し、その総延長は実施例１のライニングの摩擦面のそれより約７０％大きい。ブレーキライニング１２０および１２５は、ろう付けによってサポートプレート１１０上に固定されている。

この実施例において、放熱構造が配設されたのは、ブレーキライニング１２０（または１２５）の中、あるいはより正確にはブレーキライニングとサポートプレートの間の接触領域である。線形で互いに平行な溝部１２３が、摩擦面１２１にほぼ平行な方向に沿って摩擦面１２１に相対するライニングの表面１２２上に実現されている。サポートプレート１１０にブレーキライニング１２０（または１２５）が組み合わされると、溝部１２３は、サポートプレートの内壁とともに相互に平行な孔１１１を形成し、空気が自由に該孔を通過できるように該孔はパッドを貫通する。これらの孔の中心線は、摩擦面１２１の面にほぼ平行である。前の実施例のごとく、これらの孔はキャリパの空気入り口の方に向けられた全体的方向を有する。

溝部１２３の深さは、５ｍｍ程度であり、ライニングの厚みは９ｍｍに近い。

ベンチレーテッドライニングを呈するパッド、および冷却フィンを備えた周縁突起を有するサポートプレート（図３）

図３は、鋼鉄製のサポートプレート２１０と、摩擦面２２１を有する焼結ブレーキライニング２２０とから成る、ディスクブレーキのパッド２００を示している。ブレーキライニング２２０は、ろう付けによってサポートプレート２１０上に固定されている。

先の実施例のごとく、放熱構造が配設されたのは、ブレーキライニング２２０の中、あるいはより正確にはブレーキライニングとサポートプレートの間の接触領域においてである。線形で互いに平行な溝部２２３は、摩擦面２２１にほぼ平行な方向に沿って、摩擦面２２１に相対するライニングの表面２２２に実現されている。サポートプレート２１０にブレーキライニング２２０が組み合わされると、溝部２２３は、サポートプレートの内壁とともに相互に平行な孔２１１を形成し、該孔は、空気が自由に該孔を通過できるようにパッドを貫通する。これらの孔の中心線は、摩擦面２２１の平面にほぼ平行である。前の各実施例のごとく、これらの孔はキャリパの空気入り口の方に向けられた全体的方向を有する。

溝部２２３の深さは、６ｍｍ程度であり、ライニングの厚みは１３ｍｍに近い。

熱交換面積の増加は、サポートプレート２１０の周縁に位置する突起２３０によっても確保される。この突起は、サポートプレートの質量を５０％近く増加させる。この増加はサポートプレートの周縁に完全に限定され、そのことが、サポートプレート内の横断伝導によってライニングの冷却を助長する。

側面伝導流を増加させるために、突起２３０は冷却フィン２３１を備えている。

銅製の桟材が横断しているライニングを呈するパッド（図４）

図４は、鋼鉄製のサポートプレート３１０と、摩擦面３２１を有する焼結ブレーキライニング３２０とから成る、ディスクブレーキのパッド３００を示している。ブレーキライニング３２０は、ろう付けによってサポートプレート３１０上に固定されている。

放熱構造は、摩擦面３２１に相対するライニング３２０の表面３２２に、平行な半円筒形の溝部を配設することによって得られる。サポートプレート３１０にブレーキライニング３２０が取り付けられると、溝部はサポートプレート３１０の内壁とともに、それ自体も半円筒形である銅製の桟材３３０によって占められるための収納部を形成し、該桟材の直径は、桟材とライニングの間の接触が、伝導による熱の移動に対するできる限り小さな抵抗になるように、溝部の直径に合わせて調節される。

この実施例の特定の場合において、銅製の桟材３３０は中実ではない：それは孔３１１を通って空気が自由にパッドを貫通することも可能にする中空管である。桟材３３０は、その長さが、パッド内に配設された収納部の長さを超えるように延長される。それらは、末端３３１を拡げただけのものが図４に示されている。もっと複雑な形状も可能であり、桟材は例えば、その末端によって図３に示したものに類似の形状の突起に集められることもできる。

本発明に係るパッドの第１の実施例の正面図（ａ）および上面図（ｂ） 本発明に係るパッドの第２の実施例の正面図（ａ）および上面図（ｂ） 本発明に係るパッドの第３の実施例の正面図（ａ）、上面図（ｂ）、および側面図（ｃ） 本発明に係るパッドの第４の実施例の正面図（ａ）、上面図（ｂ）、および側面図（ｃ）

符号の説明

１ ディスクブレーキのパッド
１０ サポートプレート
１１ 孔
２０ ライニング
２１ 摩擦面
１００ ディスクブレーキのパッド
１１０ サポートプレート
１１１ 孔
１２０ ライニング
１２１ 摩擦面
１２３ 溝部
２００ ディスクブレーキのパッド
２１０ サポートプレート
２１１ 孔
２２０ ライニング
２２１ 摩擦面
２２３ 溝部
２３０ 突起
２３１ 冷却フィン
３００ ディスクブレーキのパッド
３１０ サポートプレート
３１１ 孔
３２０ ライニング
３２１ 摩擦面
３３０ 桟材

Claims (13)

1. ディスクの面との摩擦接触に関係するための少なくとも一つの平坦な表面（２１、１２１、２２１、３２１）を有する少なくとも一つのブレーキライニング（２０、１２０、２２０、３２０）を具備するディスクブレーキのパッドであって、前記表面は後に摩擦面とよばれるものであり、該ディスクブレーキのパッドが、分散される熱流を、前記摩擦面の平面にほぼ平行な少なくとも一つの方向に向ける放熱構造（１１、１１１、２１１と２３１、３３０と３１１）を備えることを特徴とする、ディスクブレーキのパッド。
2. サポートプレート（１０、２３０および２３１）をも具備するディスクブレーキのパッドであって、該サポートプレート内に前記放熱構造が配設されることを特徴とする、請求項１に記載のディスクブレーキのパッド。
3. 前記放熱構造が、ライニング（１２０、２２０、３２０）内に配設されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のディスクブレーキのパッド。
4. 前記放熱構造が、前記ライニング（１２０、２２０、３２０）と前記サポートプレート（１１０、２１０、３１０）の間の界面に配設されていることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のディスクブレーキのパッド。
5. 前記放熱構造が、周囲の空気とのパッドの熱交換面積の増加によって、あるいは摩擦面にほぼ平行な少なくとも一つの方向の熱伝導率の増加によって、冷却流の増加を可能にするように実現されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のディスクブレーキのパッド。
6. 前記放熱構造が、ライニングおよび／またはサポートプレート内に、孔（１１、１１１、２１１、３１１）を備え、該孔の中心線が摩擦面（２１、１２１、２２１、３２１）の平面にほぼ平行な方向に沿っており、これらの孔は空気が該孔を自由に通過できるように開口していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のディスクブレーキのパッド。
7. 前記放熱構造が、ライニングおよび／またはサポートプレート内に、孔（１１、１１１、２１１、３１１）を備え、該孔の中心線が、前記パッドの近傍で運動中の空気の方向に対応する同一方向に平行であることを特徴とする、請求項６に記載のディスクブレーキのパッド。
8. 前記放熱構造が、サポートプレート（２１０）の周縁に突起（２３０）を具備しており、前記突起が、好適には冷却フィン（２３１）を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のディスクブレーキのパッド。
9. 前記放熱構造が、ライニング（３２０）および／またはサポートプレート内に、あるいはさらにライニング（３２０）の界面とサポートプレート（３１０）の界面に、桟材（３３０）を具備し、該桟材は、該桟材を包囲している一つまたは複数の部材（３２０）の構成材料よりも熱伝導率の高い材料製であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のディスクブレーキのパッド。
10. 前記桟材（３３０）が、中空であり、空気が自由に通過できるような開口孔（３１１）を画定することを特徴とする、請求項９に記載のディスクブレーキのパッド。
11. 前記桟材（３３０）の長さが、パッド内に該桟材を収納するために設けられた収納部の長さを超えることを特徴とする、請求項９または請求項１０に記載のディスクブレーキのパッド。
12. 前記桟材（３３０）が、改善された熱交換面積を提供する突起、典型的には冷却フィンを備えていることを特徴とする、請求項１１に記載のディスクブレーキのパッド。
13. ブレーキシリンダ、ブレーキ液、およびピストンを保護する遮熱板の役割を果たす金属板も具備し、前記金属板が、典型的にはサポートプレートとピストンの間に、ライニングとサポートプレートの間に、あるいはさらにサポートプレートと、サポートプレートに固定されピストンと接触させるための金属板との間に配設されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のディスクブレーキのパッド。

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