JP2009204119A - ディスクロータの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の防振ゴム入りディスクロータの取付構造では解消し得なかったディスクロータの面内粗密モードによるブレーキ音を解消する。
【解決手段】車輪１と車軸２との結合部にディスクブレーキ装置のディスクロータ中心部を取り付けたディスクロータ取付箇所において、前記車輪１は、前記取付箇所に、ディスクロータ３と面接触する面接触部１ｍを有し、前記取付箇所のボルト４をナット５で所定の締結力で締結することにより前記面接触部１ｍと前記ディスクロータ３とを相互に押圧させて結合し、前記所定の締結力を前記面接触部１ｍと前記ディスクロータ３との接触面積で除算した単位面積当りの締結圧力が所定値以下となるよう、前記接触面積を確保する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪を制動するディスクブレーキ装置の作動中、車輪に取り付けたディスクブレーキ装置のディスクロータが振動することを低減する技術に関するものである。

ディスクロータの振動によるブレーキ音を抑制する発明としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
特許文献１に記載のディスクブレーキ装置は、車輪の中心になるハブに、ディスクブレーキ装置のディスクロータをボルト締結により取り付ける。前記ボルトよりも外径側になるこのハブの外縁に環状の凹溝を設け、この凹溝の中に円環状の防振ゴムを配置し、この凹溝とディスクロータとの間に防振ゴムを圧縮させて介挿したものである。これによりディスクロータが防振ゴムから押圧される受圧部を面接触として応力集中をなくし、所謂ブレーキ鳴きと称される不快なブレーキ音を抑制するというものである。
特開平６−２８０９１０号公報

しかし、上記従来のようなディスクブレーキ装置にあっては、なおも以下に説明するような問題を生ずる。つまり、防振ゴムといった制振材による減衰は、当該制振材が変形することにより減衰効果が得られることから、防振ゴムの変形作用を阻害しないよう、防振ゴムを用いない一般のディスクロータ取付箇所と比べて、ボルトの締結力を小さくしなければならなかった。したがって、特許文献１のディスクブレーキ装置では、本来必要な締結力を確保できなかった。

一方で、ブレーキ音を発生するディスクロータの振動モードは多様であり、その１に面内粗密モードというものがある。図２（a）の側面図および図２（ｂ）の正面図は、面内粗密モードによる変形を繰り返すディスクロータを、理解を容易にするため誇張して描いた立体図面である。本願出願人は、ディスクロータの円盤部分を摩擦部材で挟んで制動する間、ディスクロータ外縁部が軸線O方向即ち面外方向に変形するのではなく、ディスクロータの外縁部が図２に誇張して示すように周方向矢の向きに伸縮して粗密になる振動モード、すなわち面内粗密モードが存在することにつき研究を進めた。これにより、面内粗密モードによる振動中、ディスクロータ外縁部の周方向変形に因る皺寄せがディスクロータ中心部に及び、軸線O近傍のディスクロータ中心部も、図２に示すよう軸線O方向に変形することを発見した。

ディスクブレーキ装置の作動中、この面内粗密モードにより、ディスクロータがブレーキ音を発する。特許文献１記載の防振ゴムをハブおよびディスクブレーキ間に設けた場合、前述のようにボルトの締結力が低いため、上記した面内粗密モードによるブレーキ音を解消することはできなかった。

本発明は、上述の実情に鑑み、面内粗密モードの発生を効果的に防ぐことができるディスクロータの取付構造を提案することを目的とする。

この目的のため本発明によるディスクロータの取付構造は、請求項１に記載のごとく、
車輪と車軸との結合部にディスクブレーキ装置のディスクロータ中心部を取り付けたディスクロータ取付箇所において、
前記車輪および／または前記車軸は、前記取付箇所に、前記ディスクロータと面接触する面接触部を有し、前記取付箇所のボルトを所定の締結力で締結することにより前記面接触部と前記ディスクロータとを相互に押圧させて結合し、
前記所定の締結力を前記面接触部と前記ディスクロータとの接触面積で除算した単位面積当りの締結圧力が所定値以下となるよう、前記接触面積を確保したことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、ボルトを所定の締結力で締結することにより面接触部と前記ディスクロータとを相互に押圧させて結合するため、本来必要な締結力を確保して面内粗密モードによるブレーキ音を解消することができる。
しかも、面接触部と前記ディスクロータとの締結圧力が所定値以下となるよう、前記接触面積を確保することにより、従来のディスクブレーキ装置により解決されていた他の振動モードによるブレーキ音をも合わせて解消することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例になるディスクロータの取付構造を示す縦断面図である。
鉄製アルミニウム製あるいはチタン製といった金属製のロードホイール１は、径方向外縁に円筒状のリム部１ｒを具える。リム部１ｒ自身の形状は周知のものであって図示しない周知のタイヤと嵌合する。リム部１ｒのうち軸線O方向の一端は径方向に延在する周知のスポーク部１ｓの一端と結合する。スポーク部１ｓの他端は軸線Oを中心とするロードホイール中心部１ｃと結合する。ロードホイール中心部１ｃは、回転自在に軸支された車軸と結合し、ロードホイール１は車輪としての機能を果たす。この実施例では図１に示すように、車軸が金属製のハブ２を具え、ハブ２とロードホイール１との間に金属製のディスクロータ３の中心部を介在させるが、この実施例の他、図には示さなかったがディスクロータ３中心部をハブ２のみ、あるいはロードホイール１のみに取り付けてもよい。

ロードホイール１のリム部１ｒ、スポーク部１ｓおよび中心部１ｃが区画するロードホイール１の内空領域には、ディスクブレーキ装置を構成するディスクロータ３および図示しないブレーキキャリパを配置する。このブレーキキャリパは車体側メンバに取り付けられており、ディスクロータ３の両面に摩擦材を押し当てて回転中のディスクロータ３を制動する。

ハブ２は車軸の車幅外方端をなす。ハブ２には軸線Oを中心として周方向等間隔に複数のボルト４を配列する。ボルト４はハブ２とセレーション嵌合し、ボルト４の先端がハブ２から車軸Oの車幅外方へ突出する。
ディスクロータ３には、複数のボルト４と同配列にボルト孔３ｈを穿孔し、ロードホイールにも、複数のボルト４と同配列にボルト孔１ｈを穿孔する。そして、ハブ２から突出したボルト４の先端に、ディスクロータ３と、ロードホイール１とを順次挿通し、次にテーパを具えたナット５をボルト締結することで、これらディスクロータ３およびロードホイール１をハブ２に結合する。

ナット５を締結するとナット５のテーパは、車軸Oの内方に向けて前進し、ロードホイール１のボルト孔１ｈをハブ２に向けて押圧する。ハブ２はこの押圧力を受け止めることから、ロードホイール１とハブ２との間にディスクロータ３を挟圧する。

このようにして、車輪となるロードホイール１は、その中心部で車軸となるハブ２と結合する。この結合部にディスクロータ３の中心部を取り付ける。つまりロードホイール１とハブ２との結合部はディスクロータ３の取付箇所でもある。この実施例では、ディスクロータ３をロードホイール１に取り付けて上記の取付箇所としたともいえ、あるいはディスクロータ３をハブ２に取り付けて上記の取付箇所としたともいえる。あるいは、図には示さなかったが、ディスクロータ３をロードホイール１のみに取り付けて上記の取付箇所としてもよく、あるいは、ディスクロータ３をハブ２のみに取り付けて上記の取付箇所としてもよい。いずれにせよ、ディスクロータ３と、ディスクロータ３を取り付けられた非取付部材とが取付箇所になる。

ロードホイール１は、ディスクロータ３の取付箇所に、ディスクロータ３と面接触する面接触部１ｍを有する。面接触部１ｍは図１に示すように、ボルト４の略外周を取り囲む。あるいは図３に２点鎖線で示すように、面接触部１ｍはボルト４の全周を取り囲む環状であってもよい。あるいはディスクロータ４の正面図である図４に２点鎖線で示す領域のように、軸線Oを取り囲む環状であってもよい。なお図４中、３ｈはボルト４を挿通するボルト孔である。

図１に説明を戻すと、ディスクロータ３の取付箇所のボルト４を所定の締結力で締結するとロードホイール１の面接触部１ｍとディスクロータ３とが相互に押圧して結合する。

ここで面接触部１ｍとディスクロータ３との接触面積を大きく設計するほど、ボルト４の締結力を接触面積で除算した単位面積当りの締結圧力が小さくなることが理解されよう。この実施例ではロードホイール１およびディスクロータ３の設計時に、ボルト４の所定締結力を面接触部１ｍの締結圧力が所定値以下となるよう、面接触部１ｍの接触面積を確保する。

この締結圧力につき説明すると、ディスクロータ３はロードホイール１とハブ２に挟まれ、ボルト４で締結されている。剛に締結されていると、締結部付近の局所的な挙動は、前記１，３，２が一体となった振動形態となっている。この状態で、ボルト４周りの単位面積当りの締結圧力を減少させると、前記１，３，２の振動形態にズレが生じ、振動が非線形的になる。その為振動のヒステリシスによる減衰が生まれる。

したがってこの実施例では、締結圧力がヒステリシスによる減衰が生まれる所定値以下となるよう接触面積を設計する。これにより、面外変形による振動モードおよび面内変形による振動モードを双方とも抑制して、従来よりも効果的にブレーキ音を解消することができる。

本願出願人は図１の実施例による面内粗密モードの減衰作用について実験を行った。その結果を図１１に示す。図１１中、横軸は面接触部１ｍとディスクロータ３との接触面積を表し、縦軸は粘性減衰比、つまり減衰作用の指標を表す。ここでは、ボルト４の締結力が所定値であることを共通とし、接触面積が異なる３つのディスクロータの取付構造A、B、Cについての実験結果が得られた。本発明によれば、接触面積が大きいほど、面内粗密モードの減衰作用が大きくなることがわかる。

この実施例では、ロードホイール１とディスクロータ３との取付箇所につき説明したが、ハブ２とディスクロータ３との取付箇所についても同様に構成してもよい。
図５は、車輪となるロードホイール１と車軸となるハブ２との結合部にディスクロータ３中心部を取り付けたディスクロータ取付箇所を、軸線O回りの仮想円筒面で破断し平面に展開して示す展開断面図である。基本構成は、前述した図１の縦断面図と同様である。

図５に２点鎖線で示すディスクロータ取付箇所は、ディスクロータ３のハブ２と接触する側の面のうち、ボルト孔３ｈを包囲する部位を突出させて突出部３ｍを形成し、隣り合うボルト孔３ｈ、３ｈ同士の間の部位も突出させて突出部３ｎを形成する。これら突出部３ｍおよび３ｎの先端を平滑かつ同一高さに仕上げる。

これら突出部３ｍおよび３ｎの先端は、ハブ２の面接触部１ｍ，１ｎと面接触する。そして、これら面接触部１ｍに設けたボルト４と螺合するナット５を所定の締結力でボルト締結する。したがって、本来必要な締結力でディスクロータ３をハブ２とロードホイール１との結合部に取り付けることができ、面内粗密モードによるブレーキ音を解消することができる。

しかも、これら突出部３ｍおよび３ｎにより接触面積を確保して図５に２点鎖線で示すディスクロータ取付箇所の締結圧力が所定値以下となるようにしたことから、ディスクロータ３の振動が非線形的になって減衰し易くなり、従来のディスクブレーキ装置により解決されていた他の振動モードによるブレーキ音をも合わせて解消することができる。
したがって図５に示す実施例によれば従来よりも効果的にブレーキ音を解消することができる。

次に本発明になる他の実施例について説明する。
図６は、他の実施例になるディスクロータ３の取付構造の分解斜視図である。この実施例の基本構成は、上述した図１に示す実施例と共通するため、同一部材については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

図６中、ロードホイール１のみ断面にして一部のボルト孔３ｈを示す。この実施例では、ロードホイール１とディスクロータ３との間に面接触部材６を介挿する。面接触部材６は平板環状であり、複数のボルト４、ボルト孔３ｈおよびボルト孔１ｈと同配列にボルト孔６ｈを穿孔し、ボルト４を挿通する。なおディスクロータ３とボルト４の頭との間には図示しないハブ２を介在させる。

ナット５を本来必要な所定の締結力でボルト締結すると面接触部材６の一方面はロードホイール１と面接触する。また面接触部材６の他方面はディスクロータ３と面接触する。そして面接触部材６とディスクロータ３とが所定値以下の締結圧力で相互に押圧するよう面接触部材６の接触面積を確保する。

図６に示す実施例によれば、本来必要な締結力でディスクロータ３をハブ２とロードホイール１との結合部に取り付けることができ、面内粗密モードによるブレーキ音を解消することができる。しかもディスクロータ取付箇所の締結圧力が所定値以下となるようにしたことから、ディスクロータ３の振動が非線形的になって減衰し易くなり、従来のディスクブレーキ装置により解決されていた他の振動モードによるブレーキ音をも合わせて解消することができる。
したがって図６に示す実施例によれば従来よりも効果的にブレーキ音を解消することができる。
なお図示はしなかったが、ディスクロータ３とハブ２の間に面接触部材６を介挿してもよい。

上述した面接触部材は、図６に示す形状に限定されず、図７に示すようなワッシャー状の面接触部材をボルト４にそれぞれ配設してもよい。あるいは図８に示すようなシール状の面接触部材を各ボルト４の外周に複数配列してもよい。

次に本発明の別の実施例について説明する。
図９は、別の実施例になるディスクロータ３の取付構造を車輪の回転軸線Oを含む平面で破断して示す縦断面図である。この実施例の基本構成は、上述した図１に示す実施例と共通するため、同一部材については、共通する符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

この実施例では、ロードホイール１とディスクロータ３とを面接触させる点につき共通するも、ロードホイール１にはディスクロータ３に向かって突出する凸部１ｐを形成し、ディスクロータ３には凸部１ｐを受容する凹部３ｐを形成する点で相違する。

図９に示すように、凸部１ｐはロードホイール１の面接触部からディスクロータ３へ向けて突出する突部である。凸部１ｐを受け入れつつ万遍なく密着する凹部３ｐはこれら突部をそれぞれ受容する窪み部である。凸部１ｐおよび凹部３ｐは図９中に一点鎖線で示す勾配を有する。凸部１ｐおよび凹部３ｐは、ボルト４を中心として周方向等間隔に配設する。

なお凸部をディスクロータ３に形成し凹部をロードホイール１に形成して、両者１ｐ、３ｐの配設を逆にしてもよい。あるいは、１ｐを突条とし、３ｐを条溝とし、突条１ｐおよび条溝３ｐをボルト４中心とする環状に形成してもよい。この場合、条溝３ｐは突条１ｐ突部を受容する。

図９に示す実施例では、所定の締結力でボルト５を締結することにより、従来の防振ゴム入りディスクブレーキ装置では解消されなかった面内変形の面内粗密モードによるブレーキ音を解消することができる。
さらに１ｐおよび３ｐにより接触面積を確保して図９に２点鎖線で示すディスクロータ取付箇所の締結圧力が所定値以下となるようにしたことから、ディスクロータ３の振動が非線形的になって減衰し易くなり、従来のディスクブレーキ装置により解決されていた面外変形の振動モードによるブレーキ音をも合わせて解消することができる。
したがって図９に示す実施例によれば従来よりも効果的にブレーキ音を解消することができる。

ところで、上記した各実施例によれば、ロードホイール１がディスクロータ３の取付箇所に、ディスクロータ３と面接触する面接触部１ｍを有し、この取付箇所のボルト４をナット５で所定の締結力で締結することにより面接触部１ｍとディスクロータ３とを相互に押圧させて結合し、この所定の締結力を面接触部１ｍとディスクロータ３との接触面積で除算した単位面積当りの締結圧力が所定値以下となるよう、接触面積を確保することから、従来の防振ゴム入り取付構造よりも面内粗密モードを減衰させることが可能となり、しかも面外の振動モードをも減衰させて、効果的にブレーキ音を解消することができる。

なお上述した図１、図３、図４、図６〜図９には、ディスクロータ３のロードホイール１との取付箇所につき適応可能な本願発明の技術を示したが、本願発明の技術はこれに限定されることなく、図１０に２点鎖線で示すディスクロータ３のハブ２（車軸）との取付箇所にも選択的に適用可能であり、あるいは、ディスクロータ３のロードホイール１との取付箇所およびハブ２との取付箇所の双方にも適用可能である。

また上述した各実施例におけるディスクロータ３の取付箇所は、ディスクロータ３をロードホイール１（車輪）とハブ２（車軸）との間に挟圧したものであって、ロードホイール１にディスクロータ３を面接触させ、あるいはハブ２にディスクロータ３を面接触させたことから、面内粗密モードおよび面外の振動モードを減衰させて、効果的にブレーキ音を解消することができる。

また図６〜図８の実施例におけるディスクロータ３の取付箇所は、ロードホイール１（車輪）とディスクロータ３との間に面接触部材６〜８を介挿して両者１，３を面接触させたことから、面内粗密モードおよび面外の振動モードを減衰させて、効果的にブレーキ音を解消することができる。
あるいは、図示しなかったがハブ２（車軸）とディスクロータ３との間に面接触部材６〜８を介挿して両者２，３を面接触させてもよい。

また図９の実施例におけるディスクロータ３の取付箇所は、ロードホイール１の面接触部にディスクロータ３へ向けて突出する突部となる凸部１ｐを形成し、この凸部１ｐを受容するよう凹部３ｐをディスクロータ３に形成したことから、面内粗密モードおよび面外の振動モードを減衰させて、効果的にブレーキ音を解消することができる。

なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。

図１は本発明の一実施例になるディスクロータの取付構造を、車輪および車軸の結合部とともに示す縦断面図である。 ディスクロータの面内粗密モードを、理解を容易にするため誇張して描いた立体図面であり、（a）は正面図を、（ｂ）は側面図である。 図１に示す車輪の面接触部の変形実施例を示す縦断面図である。 図１に示す車輪の面接触部の変形実施例を示す正面図である。 ディスクロータの取付構造を、軸線回りの仮想円筒面で破断し平面に展開して示す展開断面図である。 本発明の他の実施例になるディスクロータの取付構造の分解斜視図である。 本発明の他の実施例になるディスクロータの取付構造の分解斜視図である。 本発明の他の実施例になるディスクロータの取付構造の分解斜視図である。 本発明の別の実施例になるディスクロータの取付構造を車輪の回転軸線を含む平面で破断して示す縦断面図である。 ディスクロータの車軸との取付箇所を指示するための縦断面図である。 本発明による面内粗密モードの減衰作用を表す説明図である。

符号の説明

１ ロードホイール（車輪）
２ ディスクロータ
３ ハブ（車軸）
４ ボルト
５ ナット
６ 面接触部材

Claims (4)

1. 車輪と車軸との結合部にディスクブレーキ装置のディスクロータ中心部を取り付けたディスクロータ取付箇所において、
   前記車輪および／または前記車軸は、前記取付箇所に、前記ディスクロータと面接触する面接触部を有し、前記取付箇所のボルトを所定の締結力で締結することにより前記面接触部と前記ディスクロータとを相互に押圧させて結合し、
   前記所定の締結力を前記面接触部と前記ディスクロータとの接触面積で除算した単位面積当りの締結圧力が所定値以下となるよう、前記接触面積を確保したことを特徴とするディスクロータの取付構造。
2. 請求項１に記載のディスクロータの取付構造において、
   前記取付箇所は、前記ディスクロータを前記車輪と前記車軸との間に挟圧したものであって、
   前記車輪に前記ディスクロータを前記面接触させ、あるいは前記車軸に前記ディスクロータを前記面接触させたことを特徴とするディスクロータの取付構造。
3. 請求項１に記載のディスクロータの取付構造において、
   前記取付箇所は、前記ディスクロータを前記車輪と前記車軸との間に挟圧したものであって、
   前記車輪と前記ディスクロータとの間に前記面接触部となる部材を介挿して前記面接触させ、あるいは前記車軸と前記ディスクロータとの間に前記面接触部となる部材を介挿して前記面接触させたことを特徴とするディスクロータの取付構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のディスクロータの取付構造において、
   前記面接触部および前記ディスクロータのうち一方に、他方に向けて突出する突部を形成し、該突部を受容する窪み部を前記他方に形成したことを特徴とするディスクロータの取付構造。

Images