JP2007120533A - ブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキディスクの材質や形状を設計段階で厳格に定める必要がなく、また、ブレーキディスクの固有振動数を計測して修正加工を施す必要がないブレーキディスクを提供する。
【解決手段】ねずみ鋳鉄で形成されたディスク本体部１２に対して、取付けフランジ部１３及び前記両部をつなぐ円筒状のハット部１４をディスク本体部の材料に対して引張り強さの大きな材料で形成する。
【選択図】 図5

Description

本発明は、鳴きの発生が起りがたい自動車用ブレーキディスクに関するものである。

周知のように、車両用ディスクブレーキ装置では、ブレーキ構成部品の固有振動数（又は固有周波数）が制動時のブレーキ摩擦挙動で生じる振動の周波数に一致すると、ブレーキ鳴きを生じることが知られている。特にブレーキディスクは制動用摩擦面（摺動面）を有するため、ブレーキ構成部品の中でもブレーキ鳴きの大きな要因となる。このため、ブレーキディスクの固有振動数がブレーキ摩擦挙動で生じ得る振動周波数から外れるように、ブレーキディスクの材質や形状を決定している。

従来、ディスクブレーキの制動時のブレーキ鳴きを防止するために、ディスクブレーキの主要な構成部品であるブレーキディスク（ディスクロータ）の固有振動数を管理する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１では、ブレーキディスクの固有振動数を計測し所定の固有振動数から外れている場合にはハット部を切削し所定の固有振動数になるように調整しブレーキディスクの制動時のブレーキ鳴きを防止するようにしている。

特開２００５−３０４７１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の構造によって得られるブレーキディスクでは、製造時に全てのブレーキディスクの面直方向振動数とハット倒れ振動数および面内方向振動数を計測して所定の離間振動数から外れている場合には取付けフランジ部とハット部の交接部またはハット部とディスク部との交接部を切削加工することにより所定の離間振動数に調整する必要があり、測定および切削のコストが発生するとともに強度上の理由から切削後の交接部の肉厚を十分に確保する必要があり、重量の増大やコストの上昇を招くと言う欠点があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造体として各々十分な離間周波数を構造上確保することにより、特別な計測や修正加工を不要とするブレーキディスクを提供することにある。

通常ブレーキディスクは、その無潤滑性能の確保から片状黒鉛を多く含むねずみ鋳鉄（以下FC材）を使用し、しかも取付けフランジ部、ハット部及びディスク部を一体的に鋳造し製作するのが一般的である。ところがFC材の特徴として、内部に気泡を含みまた衝撃強度が低いので、強度部位には十分な肉厚を確保する必要があった。

また、ブレーキ鳴きの原因としてブレーキディスクの振動があり、中でも「３直径節モード」と「ハット倒れモード」の振動数の近接による連成振動や、「７直径節モード」と「面内１次モード」との連成振動が特に注意を払うべき振動モードとされている。中でも制動系、懸架系やボデー系が持つ固有値に近い「３直径節モード」と「ハット倒れモード」の振動数の近接による連成振動を避けることが重要である。引例としてあげた特許文献は、この各々の振動周波数を測定し、その離間量が不足する場合には追加の切削加工を施して各々の振動周波数の離間を図るというものである。

図１は、ブレーキディスクにおける「３直径節モード」振動のモデルを斜視的に示す。FC材で一体的にブレーキディスクを製作するとこの「３直径節モード」振動の近くに図２に示す「ハット倒れモード」振動がある場合が多い。また、これ以外にも前述のとおり、図示しない別の「直径節モード」振動や、図３に斜視的に示すような、ブレーキディスクの摩擦面の同一円周内において振幅が疎密になる「面内モード」振動がある。

本発明者は、上述した発明が解決しようとする課題での実情に鑑みると共に、強度上の問題も無く、またコスト上昇も招く事無く、ブレーキディスクの面直振動とハット倒れ振動との連成振動を有効に回避する手段、及び面直振動と面内振動の連成振動を有効に回避する手段として本発明を考案した。

すなわち、請求項１に記載の発明は、ディスク本体部と、取付けフランジ部及び前記両部をつなぐ略円筒状のハット部を具備したブレーキディスクにおいて、ディスク本体部と取付けフランジ部及びハット部を各々別の材料で構成し、ディスク部の材料に対して取付けフランジ部及びハット部を形成する材料を引張り強さの高いもので構成することをその要旨としている。

請求項１に記載の発明によれば、取付けフランジ部及びハット部の材料の引張り強さが大きいのでFC材で一体的にブレーキディスクを構成したものに比べ、当該部位を薄肉化することが出来る。その結果の「３直径節モード」と「ハット倒れモード」の振動数の離間を大きくとることが出来、振動の連成を回避することが出来る。また、「７直径節モード」と「面内１次モード」の振動数の離間に対しても同様な効果を得ることが出来る。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブレーキディスクにおいて、取付けフランジ部及びハット部をプレス加工、スピニング加工（ヘラ加工）、切削加工などの塑性加工により形成することをその要旨としている。

請求項２に記載の発明によれば、FC材で一体的にブレーキディスクを構成したものに比べ量産性が良く安価でかつ軽量に製作することが出来る。特にスピニング加工に関してはプレス加工時の様な専用の型製作が不要なため少量生産の場合でも安価に製作することが出来る。またヘラによる部分的な厚みの微調整も可能である。

請求項３に記載の発明は、図５に示すように前記取付けフランジ部及びハット部の材料はディスク本体の材料に一体で鋳込まれていることをその要旨としている。

上記請求項３に記載の発明によれば、ディスク本体部の鋳造時に取付けフランジ部及びハット部の材料を同時に鋳込むので安価に製作出来る。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のブレーキディスクにおいて、図６に示すようにディスク本体の材料に対して、取付けフランジ部及びハット部の材料をボルト等により組立てられていることをその要旨としている。

上記請求項４に記載の発明によれば、ディスク本体の材料と取付けフランジ部及びハット部の材料を別個に加工し各々をボルト等により組立てることができるため、各々の構成部品の精度を上げることが出来、ブレーキディスクとしてより精度の高いものとすることが出来る。また、取付けフランジ部及びハット部を鉄系の材料で形成した場合は、取付けフランジ部及びハット部が軽合金等で形成されているものに比べ、制動によりブレーキディスクが高温になった場合でも両者の線膨張係数が同じためボルト締付け部の緩みが起りにくい。また、両者のイオン化傾向が同じため電食が起りにくいので腐食に対する信頼性が高く、かつディスク本体が磨耗した場合でもディスク部のみ交換できメンテナンス費用が安いという特徴がある。

請求項５に記載の発明は、図７に示すようにハット部の前記取付けフランジ部側の径に対してディスク本体側の径の方が小さいことをその要旨としている。

上記請求項５に記載の発明によれば、冷却用の通路を大きくとることが出来、また「ハット倒れモード」「直径節モード」「面内モード」振動数を設定する自由度を大きくとることが出来るという特徴がある。

請求項６に記載の発明は、図８に示すようにハット部の前記取付けフランジ部側からディスク本体側にかけてのハット部の肉厚が一定でないことをその要旨としている。

上記請求項６に記載の発明によれば、「ハット倒れモード」「直径節モード」「面内モード」振動数を設定する自由度を大きくとることが出来るという特徴がある。

請求項７に記載の発明は、図５に示すようにハット部の前記ディスク本体側との接続部に冷却用の穴を設けたことをその要旨としている。

上記請求項７に記載の発明によれば、前記冷却用の穴からブレーキディスク冷却用の空気を有効に取り入れることが出来るという特徴がある。

請求項１〜請求項７に記載の発明によれば、ディスク本体部、取付けフランジ部及び前記両部をつなぐ略円筒状のハット部を具備したブレーキディスクにおいて、取付けフランジ部及びハット部の材料とディスク本体部の材料を各々別の材料で構成し、ディスク本体の材料に対して取付けフランジ部及びハット部の材料の引張り強さが大きいものとしたことで、ブレーキディスクの振動の「直径節モード」「ハット倒れモード」「面内モード」等の連成振動の発生を防ぎブレーキ鳴きを防止することが出来、かつ良質なブレーキディスクを安価に提供することができる。

発明の実施の形態

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図４〜図８に基いて説明する。
図４及び図５に示すように、本実施の形態のブレーキディスク１１（ディスクロータ）は、ディスク本体部１２、取付けフランジ部１３及び前記両部をつなぐハット部１４を備えており、ディスク本体部１２は鋳造等により、取付けフランジ部１３及びハット部１４は板金等でプレス加工、スピニング加工、切削加工等により一体的に所定形状に形成されている。取付けフランジ部１３及びハット部１４は、ディスク本体部１２の鋳造時に同時に鋳込まれている。

円盤状のインナーディスク１２ａ及びアウターディスク１２ｂ並びに両ディスク間に設けられた複数のリブ１２ｃからなり、円盤形状をなす。ディスク本体部１２は、インナーディスク１２ａとアウターディスク１２ｂおよびリブ１２ｃが一体的にＦＣ材等で形成されている。インナーディスク１２ａ及びアウターディスク１２ｂの各表面は、制動用摩擦面を構成する。また、複数のリブ１２ｃは、ディスク本体部１２内に略半径方向に貫通する複数の通風孔を区画している。インナーディスク１２ａの内周側には、円筒形状のハット部１４が連設されている。更に、ハット部１４の上部には、円板状の取付けフランジ部１３が連設されている。取付けフランジ部１３の中心位置には、車両の回転軸と同軸性を維持するインロー孔１５が存在する。また、取付けフランジ部１３には、当該ブレーキディスク１１を車両の回転軸に固定する際にボルトを通すための複数のボルト孔１６（図では５個）が穿設されている。

図５に示すように、ブレーキディスク１１の取付けフランジ部１３とハット部１４とが連設された角の部分には、断面形状で略直角（９０°）を有する角部１８が全周に渡って形成されている。また、ブレーキディスク１１のディスク本体部１２のインナーディスク１２ａと、ブレーキディスク１１のハット部１４とが連設された角の部分には、断面形状で略直角（９０°）を有する角部１９が全周に渡って形成されている。
また、ハット部１４のインナーディスク１２ａとの接続部には冷却用穴２０が形成されている。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。

本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１の面直振動モードでの固有振動数を、ブレーキ鳴きを防止または低減可能な値に予め設定することができるため、従来技術のように製作後のブレーキディスクの固有振動数を個々に計測して調整加工を行う必要がない。

本実施の形態によれば、取付けフランジ部１３とハット部１４の肉厚を薄く形成することが出来るので、３直径節モードの固有振動数とハット倒れモードの固有振動数との離間間隔を大きくとることができる。

本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１の面直振動モードにおいて、３直径節モードの固有振動数とハット倒れモードの固有振動数との値を大きく離間させることができるため、３直径節モードとハット倒れモードとの連成振動を抑制して、ブレーキディスク１１の面直振動モードでの固有振動数を、ブレーキ鳴きを防止又は低減可能な値により確実に設定することができるようになる。

本実施の形態によれば、従来技術の場合と異なり、個々のブレーキディスク単位での複雑な製作工程や品質管理を緩和できるため、良質なブレーキディスク１１を比較的安価に提供することができる。

本実施の形態によれば、ハット部１４及び取付けフランジ部１３は別個に加工することが出来、プレス加工、スピニング加工（ヘラ加工）、切削加工等で精度良く加工することが出来る。また、スピニング加工の場合にはプレス加工時のような専用の型が不要なため初期費用を低く抑えることができ少量生産に適している。また、スピニング加工の場合にはヘラの押付け圧力等の設定により肉厚を自由に変更でき、しかも加工硬化により更に引張り強さを高くすることも可能である。材料的にも安価な板材を使用出来るため製作費を低く抑えることが出来る。

本実施の形態によれば、ハット部１４及び取付フランジ部１３に引張り強さの高い材料を使用するので薄肉化でき製品全体で軽量化が可能である。

本実施の形態によれば、ハット部１４の冷却用穴２０からブレーキディスク１１の冷却に必要な空気を有効に取り入れることが可能である。

なお、本実施の形態では、高温下での熱変形を少なくする目的でハット部１４をインナーディスク１２ａに接続しているが、アウターディスク１２ｂに接続してもブレーキディスク１１の固有振動数を最適化する効果は変わらないことは言うまでもない。
（第２の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施の形態を図６に基づいて説明すると共に、図４〜図５を併せ参照して説明する。

本実施の形態の鋳鉄製ブレーキディスクとしては、図４及び図５に示した前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１と基本構成は同じである。そして、本実施の形態のブレーキディスク１１においても、前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１の場合と同様にして、ディスク本体部１２、取付けフランジ部１３及び前記両部をつなぐハット部１４を備えており、ディスク本体部１２は鋳造等により、取付けフランジ部１３及びハット部１４は板金等でプレス加工、スピニング加工、切削加工等により一体的に所定形状に形成されている。第二の実施形態の場合には、取付けフランジ部１３及びハット部１４とディスク本体部１２とはボルト１２ｅ等で結合されている。

円盤状のインナーディスク１２ａ及びアウターディスク１２ｂ並びに両ディスク間に設けられた複数のリブ１２ｃからなり、円盤形状をなす。ディスク本体部１２は、インナーディスク１２ａとアウターディスク１２ｂおよびリブ１２ｃが一体的にＦＣ材で形成されている。インナーディスク１２ａ及びアウターディスク１２ｂの各表面は、制動用摩擦面を構成する。また、複数のリブ１２ｃは、ディスク本体部１２内に略半径方向に貫通する複数の通風孔を区画している。インナーディスク１２ａの内周側には、足部１２ｄが付設されており、ボルト等で結合された円筒形状のハット部１４が連設されている。ハット部１４以降の構成は第一の実施形態と同じである。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。

本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１のディスク本体部１２は、鋳造仕上がり状態では切削加工時に障害となるハット部１４等が無いので精度良く加工することが出来る。

本実施の形態によれば、別個に加工したハット部１４及び取付けフランジ部１３とディスク本体部１２とはボルト１２ｅ等で結合されているので、ハット部１４及び取付フランジ部１３は単独の有色めっき等の防錆装飾処理を単独で施すことが出来、表面処理のコスト上昇を抑えることが出来る。

本実施の形態によれば、従来公知のハット部１４及び取付けフランジ部１３が軽合金で出来ているような線膨張係数の異なる材料とディスク本体部１２とのボルト結合ではないため、制動によりブレーキディスク１１が高温になった場合でもボルト緩みに対する信頼性が極めて高く、特別な緩み防止処理を施すような必要がない。
（第３の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施の形態を図７に基づいて説明すると共に、図４〜図５を併せ参照して説明する。

本実施の形態の鋳鉄製ブレーキディスクとしては、図４及び図５に示した前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１と基本構成は同じである。そして、本実施の形態のブレーキディスク１１においても、前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１の場合と同様にして、ディスク本体部１２、取付けフランジ部１３及び前記両部をつなぐハット部１４を備えており、ディスク本体部１２は鋳造等により、取付けフランジ部１３及びハット部１４は板金等でプレス加工、スピニング加工、切削加工等により一体的に所定形状に形成されている。

ハット部１４は、取付けフランジ部１３側の径に対してディスク本体部１２の径は小さく形成されている。これはいわゆるアンダーカット形状になっているが、板金等のプレス加工、スピニング加工、切削加工等で一体的に所定形状に製作される。

図７では、ディスク本体部１２に対してハット部１４及び取付けフランジ部１３は一体鋳込みとして表してあるが、各々ボルト結合されても同様な効果が得られる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。

本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１の面直振動モードでの固有振動数を、ブレーキ鳴きを防止または低減可能な値に予め設定することができるため、従来技術のように製作後のブレーキディスクの固有振動数を個々に計測して調整加工を行う必要がない。

本実施の形態によれば、ハット部１４の取付けフランジ部１３側の径に対してディスク本体部１２の径を小さく形成しているので、ハット部１４の剛性及びディスク本体部１２側の剛性を変化させることが出来、３直径節モードの固有振動数とハット倒れモードの固有振動数との離間周波数を更に大きくとることができる。

本実施の形態によれば、ハット部１４のディスク本体部１２側の径を小さく形成することが出来るので、冷却用の空気の入口部分Ａの大きさを大きくとることが出来、より冷却性に優れたブレーキディスク１１とすることが出来る。
（第４の実施の形態）
次に、本発明を具体化した第４の実施の形態を図８に基づいて説明すると共に、図４〜図５を併せ参照して説明する。

本実施の形態の鋳鉄製ブレーキディスクとしては、図４及び図５に示した前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１と基本構成は同じである。そして、本実施の形態のブレーキディスク１１においても、前記第１の実施の形態におけるブレーキディスク１１の場合と同様にして、ディスク本体部１２、取付けフランジ部１３及び前記両部をつなぐハット部１４を備えており、ディスク本体部１２は鋳造等により、取付けフランジ部１３及びハット部１４は板金等でプレス加工、スピニング加工、切削加工等により一体的に所定形状に形成されている。

ハット部１４は、取付けフランジ部１３側のからディスク本体部１２側にかけて肉厚を一定とせずに形成されている。

図８では、ディスク本体部１２に対してハット部１４及び取付けフランジ部１３は一体鋳込みとして表してあるが、各々ボルト結合されても同様な効果が得られる。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下に記す効果が得られるようになる。

本実施の形態によれば、ブレーキディスク１１の面直振動モードでの固有振動数を、ブレーキ鳴きを防止または低減可能な値に予め設定することができるため、従来技術のように製作後のブレーキディスクの固有振動数を個々に計測して調整加工を行う必要がない。

本実施の形態によれば、ハット部１４の取付けフランジ部１３側からディスク本体部１２にかけての肉厚を一定とせずに形成しているので、ハット部１４の剛性を自由に変化させることが出来、３直径節モードの固有振動数とハット倒れモードの固有振動数との離間周波数を更に大きくとることができる。

なお、前記各実施の形態を、次のように変更して実施することもできる。

前記第２の実施の形態と前記第３の実施の形態とを組み合わせてもよい。また、前記２の実施の形態と前記４の実施の形態を組み合わせてもよい。さらに、前記２の実施の形態と前記３の実施の形態および前記前記４の実施の形態を組み合わせてもよい。

ブレーキディスクの面直振動モードのモデルを概略的に示した斜視図である。 ブレーキディスクのハット倒れモードのモデルを概略的に示した斜視図である。 ブレーキディスクの面内振動モードのモデルを概略的に示した斜視図である。 ブレーキディスクを示す正面図である。 第一の実施の形態におけるブレーキディスクを示す断面図および正面図である。 第二の実施の形態におけるブレーキディスクを示す断面図である。 第三の実施の形態におけるブレーキディスクを示す断面図である。 第四の実施の形態におけるブレーキディスクを示す断面図である。

符号の説明

１１ ブレーキディスク
１２ ディスク本体部
１２ａ インナーディスク
１２ｂ アウターディスク
１２ｃ リブ
１２ｄ 足部
１２ｅ ボルト
１３ 取付フランジ部
１４ ハット部
１５ インロー孔
１６ ボルト孔
１８ 角部
１９ 角部
２０ 冷却用穴
Ａ 冷却用の空気の入口

Claims (7)

1. ディスク本体部、取付けフランジ部及び前記両部をつなぐ略円筒状のハット部を具備したブレーキディスクにおいて、取付けフランジ部及びハット部の材料とディスク本体部の材料を各々別の材料で構成し、ディスク本体の材料に対して取付けフランジ部及びハット部の材料の引張り強さが大きいことを特徴とするブレーキディスク。
2. 前記取付けフランジ部及びハット部の材料は、プレス加工やスピニング加工、切削加工等の塑性加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスク。
3. 前記取付けフランジ部及びハット部の材料は、ディスク本体の材料に一体で鋳込まれていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスク。
4. 前記取付けフランジ部及びハット部の材料は、ディスク本体の材料に対してボルト等により組立てられていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスク。
5. 前記ハット部は、前記取付フランジ部側の径に対してディスク本体側の径の方が小さいことを特徴とするブレーキディスク。
6. 前記ハット部は、取付フランジ部からディスク本体側にかけての肉厚が一定では無いことを特徴とするブレーキディスク。
7. 前記ハット部は、前記ディスク本体側との接続部に冷却用の穴を形成したことを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスク。

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