JP2008292002A - ドラムブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他の機能に影響を及ぼさない構造や形状の変更により、２つの近接する固有値がドラムとシューとの摩擦係数によって連成することを原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制するドラムブレーキ装置を提供すること。
【解決手段】ブレーキドラム取り付け部１aおよびブレーキドラム外筒部１bの剛性を変更することにより半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定する。またバックプレート２の平面膜振動を抑制する形状変更によりブレーキバックプレート２の面外方向振動周波数固有値と前記ブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制動装置として適用されるドラムブレーキ装置の技術分野に属する。

特許文献１には、いわゆるブレーキ鳴きを低減することを目的とし、ブレーキドラムの外周位置に不等間隔にて厚肉部を設定し、様々な次数の半径方向固有モードに対して重根を分離し、回転放熱板の振動を低減させることでブレーキ鳴きを抑制する技術が示されている。
特開平９−１４３０３号公報

しかしながら、上記従来のドラムブレーキ装置にあっては、ブレーキドラムの外周位置に不等間隔にて厚肉部を設定しているため、製造時に加工しにくいという問題があるし、また、質量の片寄りにより回転バランスをとりにくいという問題がある。加えて、ブレーキドラムの半径方向固有モードのみに着目したものであるため、それ以外の振動現象を原因とするブレーキ鳴きの発生に対し、これを抑える効果がないという問題がある。

すなわち、本発明者がドラムブレーキ装置でブレーキ鳴きメカニズムの解析を行ったところ、２つの近接する固有値（共振周波数）がドラムとシューとの摩擦係数によって連成し、自励振動となってブレーキ鳴きとなることが証明された。さらに、この２つの固有値の連成によるブレーキ鳴きには、下記の２つのパターンがあることが解った。

(1)ブレーキドラム単品での固有モード図７の（イ）に示すドラム外筒部に半径方向固有モードでの共振周波数と、図７の（ロ）に示す側壁方向固有モードでの共振周波数とが近接していると、２つの近接する固有値がドラムとシューとの摩擦係数によって連成し、自励振動となってブレーキ鳴きとなる。

ここで、半径方向固有モードとは、上記従来公報の図２８に記載されているように、２以上の節をもつてドラム外周が波打つように共振するモードをいう。
また、側壁方向固有モードとは、ブレーキシューが接触するドラム摺動面が摺動方向に共振するモードをいう。

ちなみに、従来のブレーキドラムは、取付部〜外筒部の肉厚がほぼ同寸法であり、ドラム単品の固有値である上記半径方向固有モードの周波数と側壁方向固有モードの周波数は、例えば、一方が４１４０Ｈｚであるの対し他方が４０７０Ｈｚというように、２つの周波数が近接している。

(2) ブレーキバックプレートとブレーキドラムとの固有モードブレーキバックプレートの面外方向固有モードでの共振周波数と、ブレーキドラムの半径方向固有モードでの共振周波数とが近接していると、２つの近接する固有値がドラムとシューとの摩擦係数によって連成し、自励振動となってブレーキ鳴きとなる。

すなわち、ドラムブレーキ装置を振動モデルで表すと、図８に示すように、バックプレート系とドラム系がそれぞれ２自由度の振動系で、両者がバネＫ３で連結されたモデルにて表される。なお、図８において、ｍ１はドラム質量、ｍ２はバックプレート質量、μはシューとの摩擦係数、Ｎはシューの押付力、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５はバネである。

そして、図９に示すように、μ値を徐々に上げてゆくと、μ値が０．４位まではバックプレート固有値とドラム固有値とが徐々に近づき、μ値が０．４位に達すると両固有値が一致し、２つの振動が連成して不安定となる。一方、ブレーキドラムのμ範囲は、ディスクブレーキのμ範囲よりも高く、ディスクブレーキより自励振動が起きやすい。

ちなみに、従来のドラムブレーキ装置は、２〜３ＫＨｚのブレーキ鳴きについては、バックプレート固有値とドラム固有値がほぼ一致しており、非常に鳴き易い形状となっている。

本発明が解決しようとする課題は、他の機能に影響を及ぼさない構造や形状の変更により、２つの近接する固有値がドラムとシューとの摩擦係数によって連成することを原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制するドラムブレーキ装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明では、ブレーキドラムのドラム取付部とドラム外筒部のうち、ドラム外筒部の剛性を変更することにより、半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定した。

よって、本発明では、ドラムとシューとの摩擦係数によって連成することを原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制することができる。

以下、本発明のドラムブレーキ装置を実施する最良の形態を、実施例に基づいて説明する。

図１は実施例１のドラムブレーキ装置を示す断面図で、１はブレーキドラム、２はブレーキバックプレート、３はホイールシリンダ、４はブレーキシューである。

前記ブレーキドラム１は、図外のホイールに固定され、ホイール及び車輪と共に回転するドラム部材である。このブレーキドラム１は、ドラム取付部１ａとドラム外筒部１ｂにより構成され、ドラム外筒部１ｂの剛性を変更することにより、半径方向固有モードでの半径方向振動周波数固有値と、側壁方向固有モードでの摺動方向振動周波数固有値との離間周波数が大きく設定されている。

そして、ドラム外筒部１ｂに、シューセンター軸Ａを中心とするシューセンター部肉厚を全周にわたって増した肉厚増大部１ｃを一体に形成することで、ドラム外筒部１ｂの剛性を高める変更とされ、これにより、半径方向振動周波数固有値のみを上昇させ、半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定している。

前記ブレーキバックプレート２は、車体側の前記ブレーキドラム１と対向する位置に固定されたプレート部材で、このブレーキバックプレート２には、ホイールシリンダ３及びブレーキシュー４，４等の制動部材が設けられ、ブレーキ液圧によるホイールシリンダ３の作動時にブレーキシュー４，４をブレーキドラム１の内面に押し付けて制動力を発生させる。

次に、作用を説明する。
［離間周波数の設定］
ブレーキドラム１の半径方向固有モードでの半径方向振動周波数固有値と、側壁方向固有モードでの摺動方向振動周波数固有値との離間周波数の設定は、従来のブレーキドラムに対しシューセンター部肉厚（肉盛り巾Ｈ）を増してゆき、各肉盛り巾Ｈに対する離間周波数を計測し、４ＫＨｚ付近のブレーキ鳴き対策ＯＫが確認された時点での離間周波数に基づいて設定される。

すなわち、図２に示すように、肉盛り巾Ｈを増してゆくと寸法が３ｍｍ位までは離間周波数の上昇が緩やかであるが、寸法が３ｍｍを超えると離間周波数の上昇勾配が徐々に急となり、肉盛り巾Ｈの寸法が５．２ｍｍとなった時点で４ＫＨｚ付近のブレーキ鳴き対策ＯＫが確認された。

つまり、このＯＫ確認時点での離間周波数が３２０Ｈｚ程度であることで、ブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を３００Ｈｚ以上と設定した。

［ブレーキ鳴きの抑制作用］
図７の（イ）に示すドラム外筒部に半径方向固有モードでの共振周波数と、図７の（ロ）に示す側壁方向固有モードでの共振周波数とが近接していると、２つの近接する固有値がドラムとシューとの摩擦係数によって連成し、自励振動となってブレーキ鳴きとなる。

これに対し、従来のブレーキドラムは、取付部〜外筒部の肉厚がほぼ同寸法であり、半径方向固有モードの周波数と側壁方向固有モードの周波数は、例えば、一方が４１４０Ｈｚであるの対し他方が４０７０Ｈｚというように、２つの周波数が近接していてブレーキ鳴きの原因となっていた。

しかし、実施例１のブレーキドラム１は、ドラム取付部１ａとドラム外筒部１ｂのうち、ドラム外筒部１ｂの剛性を肉厚増大部１ｃにより変更することにより半径方向振動周波数固有値が変更されることになり、ブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数が大きく設定され、２つの固有値の近接を原因とするブレーキ鳴きが有効に抑制される。

次に、効果を説明する。
(1)ドラム外筒部１ｂの剛性を変更することにより半径方向振動周波数固有値を変更し、ブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したため、２つの固有値の近接を原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制することができる。

(2)ドラム外筒部１ｂのシューセンター部肉厚を全周にわたって増す肉厚増大部１ｃをドラム外筒部１ｂに一体形成したため、ドラム外筒部１ｂの剛性を高める変更により、半径方向振動周波数固有値のみを上昇させることができる。

そして、ドラム剛性変更の手法として、ドラム外筒部１ｂの肉厚を全周にわたって増す手法を採用していることで、ドラム製造時の加工は特に従来と変わるところがなく容易であるし、回転アンバランスの問題も生じない。

さらに、肉厚を増すシューセンター部は、半径方向固有モードの歪みエネルギーが最も集中する部位であり、固有値の分離を行うには最も感度が高い。よって、最も軽い質量（肉厚量）の付加により、ブレーキ鳴きの低減が可能である。

(3)ブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を３００Ｈｚ以上に設定したため、高いブレーキ鳴き低減効果を得ることができる。

すなわち、本発明者が行った実験結果によると、離間周波数を従来の７０Ｈｚから３００Ｈｚに変更することで、ブレーキ鳴き発生率が、２５％から０．０３％に大幅に減少した。

図３は実施例２のドラムブレーキ装置の分解斜視図で、２はブレーキバックプレート、３はホイールシリンダ、４，４はブレーキシュー（トレーディング側とリーディング側）、５はシューホールドピン、６はプラグ、７はパーキングケーブル、８はリテーナリング、９はオペレーティングレバー、１０はアジャスタレバー、１１はアジャスタ、１２はリテーナ、１３はスプリング、１４はリテーナ、１５はアジャスタスプリング、１６はリターンスプリング（アッパー側）、１７はリターンスプリング（ロア側）、１８はスプリング、１９はピストンカップ、２０はピストン、２１はブーツであり、ブレーキドラムとしては、図１に示す構造のドラム、もしくは、従来構造のドラムを使用している。

図４は実施例２のブレーキバックプレート２と従来のブレーキバックプレートとの対比を示す図で、今回のブレーキバックプレート２のプレス絞り形状は、半径方向絞り二段以上（２ａは絞り部）であるのに対し、従来のブレーキバックプレートのプレス絞り形状は半径方向絞り一段である。

図５は実施例２におけるブレーキバックプレート２のプレス絞り形状を示す全体図で、全周にわたり、半径方向に二段以上の絞り部２ａが設定された形状とされている。尚、ハッチングで示す部分が絞り部２ａであり、絞り段数は、中心部の取付面絞り部を除いた数をいう。

次に、作用を説明する。
［ブレーキ鳴きの抑制作用］
ブレーキバックプレート２の面外方向固有モードでの共振周波数と、ブレーキドラム１の半径方向固有モードでの共振周波数とが近接していると、２つの近接する固有値がブレーキドラム１とブレーキシュー４，４との摩擦係数によって連成し、自励振動となってブレーキ鳴きとなる。

これに対し、従来構造については、本発明者の解析の結果、２〜３ＫＨｚのブレーキ鳴きについて、バックプレート固有値とドラム固有値とが同じ２８００Ｈｚというように一致しており、非常に鳴き易い形状設定となっていた。

しかし、実施例２のブレーキバックプレート２は、その平面膜振動を抑制する形状変更により、ブレーキバックプレート２の面外方向振動周波数固有値とブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したことにより、２つの固有値が近接し、ブレーキドラム１とブレーキシュー４，４との摩擦係数によって連成することを原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制することができる。

次に、効果を説明する。
(1) ブレーキバックプレート２の平面膜振動を抑制する形状変更により、ブレーキバックプレート２の面外方向振動周波数固有値とブレーキドラム１の半径方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したため、２つの固有値の近接を原因とするブレーキ鳴きを有効に抑制することができる。

(2) ブレーキバックプレート２のプレス絞り形状が、全周にわたり、半径方向に二段以上の絞り部２ａが設定された形状とされているため、プレス型を変えるだけで従来と同じプレス加工によりブレーキバックプレートの面外方向振動周波数固有値を上昇させることができる。

また、ブレーキ鳴き発生率を従来仕様と対比した場合、図６の実験結果に示すように、従来仕様の場合には、ブレーキ鳴き発生率が８％以上であったのに対し、本仕様（バックプレート２段絞り）の場合には、ブレーキ鳴き発生率１％以下に低減された。

（その他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づく実施例１，２により説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１，２に示したものに限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない程度の設計変更等があっても本発明に含まれる。

実施例１では、ブレーキドラムのドラム外筒部の肉厚を増すという剛性アップ手法を示したが、離間周波数を意識してブレーキドラムの剛性を変更する手法であれば、実施例１以外の手法による剛性変更も含まれる。

実施例２では、ブレーキバックプレートの絞り段数を増す面剛性アップ手法を示したが、離間周波数を意識してブレーキバックプレートの面剛性を変更するものであれば、補強プレートの付加等のように他の手法による面剛性変更も含まれる。

実施例１のドラムブレーキ装置を示す断面図である。 実施例１のドラムブレーキ装置での肉盛り巾寸法に対する離間周波数特性を示す図である。 実施例２のドラムブレーキ装置を示す分解斜視図である。 実施例２のドラムブレーキ装置でのブレーキバックプレート形状と従来のブレーキバックプレート形状との対比図である。 実施例２のドラムブレーキ装置で採用されたブレーキバックプレートの絞り部を示す全体図である。 実施例２のドラムブレーキ装置と従来仕様とのブレーキ鳴き発生率を示す対比図である。 ドラムブレーキ装置の半径方向固有モードと側壁方向固有モードを示す振動モード図である。 ドラムブレーキ装置の振動系を簡略化して表した振動モデル図である。 制動μ値に対するバックプレート固有値とドラム固有値の連成を表す周波数特性図である。

符号の説明

１ ブレーキドラム
１ａ ドラム取付部
１ｂ ドラム外筒部
１ｃ 肉厚増大部
Ａ シューセンター軸
２ ブレーキバックプレート
２ａ 絞り部
３ ホイールシリンダ
４ ブレーキシュー

Claims (5)

1. ホイールに固定されホイールと共に回転するブレーキドラムと、車体側の前記ブレーキドラムと対向する位置に固定されたブレーキバックプレートと、該ブレーキバックプレートに設けられたホイールシリンダ及びブレーキシューとを有し、ブレーキ液圧によるホイールシリンダの作動時にブレーキシューをブレーキドラムの内面に押し付けて制動力を発生させるドラムブレーキ装置において、
   前記ブレーキドラムのドラム取付部とドラム外筒部のうち、ドラム外筒部の剛性を変更することにより、半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したことを特徴とするドラムブレーキ装置。
2. 請求項１記載のドラムブレーキ装置において、
   前記ブレーキドラムのドラム外筒部のシューセンター部肉厚を全周にわたって増すことにより、ドラム外筒部の剛性を高める変更とし、半径方向振動周波数固有値のみを上昇させ、半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したことを特徴とするドラムブレーキ装置。
3. 請求項２記載のドラムブレーキ装置において、
   前記ブレーキドラムの半径方向振動周波数固有値と摺動方向振動周波数固有値との離間周波数を３００Ｈｚ以上の設定としたことを特徴とするドラムブレーキ装置。
4. ホイールに固定されホイールと共に回転するブレーキドラムと、車体側の前記ブレーキドラムと対向する位置に固定されたブレーキバックプレートと、該ブレーキバックプレートに設けられたホイールシリンダ及びブレーキシューとを有し、ブレーキ液圧によるホイールシリンダの作動時にブレーキシューをブレーキドラムの内面に押し付けて制動力を発生させるドラムブレーキ装置において、
   前記ブレーキバックプレートの平面膜振動を抑制する形状変更により、ブレーキバックプレートの面外方向振動周波数固有値と前記ブレーキドラムの半径方向振動周波数固有値との離間周波数を大きく設定したことを特徴とするドラムブレーキ装置。
5. 請求項４記載のドラムブレーキ装置において、
   前記ブレーキバックプレートのプレス絞り形状を、全周にわたり、半径方向に二段以上の絞りが設定された形状としたことを特徴とするドラムブレーキ装置。

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