JP2013540972A - ディスクブレーキ用のブレーキライニング - Google Patents

Abstract

２２．５インチ（５７．２センチメートル）のサイズの車輪に装着し得るディスクブレーキ用のブレーキライニングであり、摩擦ライニングを担持するリングセグメント状のライニング担持プレート（２）を備えたブレーキライニングであって、そのライニング担持プレート（２）の内側の半径Ｒｉは両側で直線の支持面（５）に移行し、かつ、ライニング担持プレート（２）は、摩擦ライニングと反対側のその背面側に、互いに離れて配置される２つの一体成形された圧力ピース（３）を有するブレーキライニングが、ライニング担持プレート（２）の長さ（Ｌ）が２４５〜２５０ｍｍであり、ライニング担持プレート（２）の内側の半径（Ｒｉ）が１１５〜１３５ｍｍであり、かつ、ライニング担持プレート（２）の外側の半径（Ｒａ）が２０５〜２２０ｍｍであるように形成される。

Description

本発明は、請求項１および２の前段部分によるディスクブレーキ用のブレーキライニングに関する。

このようなブレーキライニングを装着したディスクブレーキは、主として商用車において用いられる。その場合、長距離輸送に使用する場合のブレーキの摩耗は、本質的に頻繁な調整ブレーキ操作によって左右される。この調整ブレーキ操作は、確かに比較的高い走行速度において操作されるが、それは、低〜中程度のブレーキ圧力によって行われる。滅多に生じることはない高いブレーキ力による緊急ブレーキ操作は、ブレーキの全体的な摩耗に対しては非常に僅少な影響しか及ぼさない。

ブレーキライニングへの力の印加は、ブレーキの種類に応じてライニング担持プレートに一体成形される圧力ピースに当てがわれる圧力ピストンを介して行われる。

この場合、圧力ピースまたは圧力ピストンの位置は、構造的な条件並びに装着条件によって制約を受ける。

力の印加帯域の位置決めが最適でない結果として、ライニング摩擦面に好ましくない圧力分布が発生する。このような圧力分布は、付加的な圧力プレートあるいは特に厚いライニング担持プレートによっても十分には補正できない。このことから、一方では、重量適正化に関する要求の高度化に逆らうことになる相対的に大きな重量が不利な点としてもたらされ、他方では、不均等なブレーキライニングおよびブレーキディスクの摩耗が特に短所として生じる。これによって、必然的に、ブレーキの稼動寿命も短縮され、運転コストが上昇する結果になる。

従って、本発明の課題は、前記の種類のブレーキライニングを、その稼動寿命を改善するように改良することにある。

この課題は、請求項１の特徴を備えたブレーキライニングによって実現される。

圧力ピースの位置決めと、ライニング担持プレートの長さおよび半径寸法との両者の寸法的な基準によって、全摩擦ライニング面において等しい摩耗条件が創出され、かつ、ライニング担持プレートの重量最小化が、同時に可能最良の圧力分布において達成される。

本発明による提案を明らかにするために、リングセグメント状のライニング担持プレートの周囲方向の広がりに対して横方向に鏡面対称に形成される両方の半分のブレーキライニングを個別に検討する。

この場合、それぞれ、面の重心を算定する。この面の重心は、別の観点からは、圧力ピースを固定する基準点になる。力を直接面の重心に印加すると、ライニング担持プレートの剛性が理想的であれば、摩擦面における一様な圧力分布が得られるであろう。

しかし、ライニングの摩耗は、第１近似としては、伝達されたブレーキエネルギーによって規定される。この観点から、摩擦面の異なる領域を観察すると、半径方向の外側に位置する面領域は、その場所の速度が高いために、ライニング摩擦面における面圧力が等しければ、半径方向の内側に位置する摩擦面の領域よりも高いエネルギー密度を有する。

この知見から、次の見解が導かれる。すなわち、均等な摩耗挙動を実現するためには、ライニングの全面において、面圧力が一定であるべきではなく、エネルギー密度、すなわち、面圧力（ｐ）×摩擦係数（μ）×摺動速度（ｖ）の積から構成される比ブレーキ出力（Ｎ_ｓｐｅｚ）を一定にすることを追求するべきだという見解である。

この関係は、同様に、圧力、摺動速度および温度の作用の下でライニングの摩擦係数が変化することによって影響を受ける。全体摩耗は、冒頭に述べたように、標準的には調整ブレーキ操作によって決定的に左右され、調整ブレーキ操作においては、圧力および温度によって惹起される変化はまだ僅かであるので、この両者の影響の大きさをさらに考慮することは省略できる。

しかし、異なる摺動速度の影響は明確に存在する。約１．５バールのブレーキ圧力による典型的な調整ブレーキ操作の比較的低いブレーキ力の場合に、摩擦面の圧力は１５０〜２００Ｎ／ｃｍ^２になる。この条件の下で、かつ、外側の摩擦リング直径における摺動速度の内側の摩擦リング直径における摺動速度に対する比が１．６である場合、外側の摩擦リング直径における摩擦係数の内側の摩擦リング直径における摩擦係数に対する比は約０．８である。すなわち、一様な圧力分布においては、摩擦帯の外側の直径における発生摩擦出力は、１．６×０．８＝１．２８倍だけ内側の摩擦リング直径における値より高くなる。従って、この係数１．２８は、圧力分布を変化させることによって補正するべきである。

これは、圧力ピストンの力印加位置、従って圧力ピースの力印加位置を、一様な圧力分布用として算定された位置に対して、半分のライニングの面の重心を結ぶ直線上で、対応して確定された量だけ、中心軸に向けて半径方向に移動させることによって行われる。この量の大きさは、ブレーキディスクおよびライニングの寸法とライニングの形状とによって変化するが、リムサイズ２２．５インチ（５７．２センチメートル）用のブレーキに対して１ｍｍ〜６ｍｍである。実際の試験において、約３ｍｍの値が特に適していることが明らかになった。

摩擦面における圧力分布、従ってエネルギー密度に影響を及ぼすさらに別の因子は、ライニング担持プレートの弾性であり、このライニング担持プレートの弾性によって、圧力ピストンが印加する力が均等な面圧力に配分される。

ライニング担持プレートは、力印加帯域から離れた領域においては、ライニングの面圧力の下で撓むので、ライニングの中心において、かつ、ブレーキライニングの接線方向に向く端部において最大値を取る湾曲化が生じる。ライニング担持プレートの強く湾曲された帯域の下部においては、圧力の下で押し付けられた摩擦ライニング体が部分的に弛緩するので、不可避的に面圧力が低くなる。

この湾曲化は、これまで、対応して安定的に寸法決定された、従ってまた重くなるように寸法決定されたライニング担持プレートまたは付加的な圧力プレートによって、低く抑えられている。

重量を低く抑えたまま担持プレートの撓みを可能最小に抑えることを達成するための可能性は、接線方向における圧力ピースの最適の位置決めにある。すなわち、最小の撓みは、力の印加位置を、条件「Ｎ_ｓｐｅｚ（ブレーキ出力）＝面圧力（ｐ）×摩擦係数（μ）×摺動速度（ｖ）＝一定」に従って確定される力の印加位置を結ぶ直線上において、ライニングの中心における撓みと、接線方向のライニング端部における撓みとが同じ大きさになるように選択する場合に実現される。２２．５インチ（５７．２センチメートル）車輪用のディスクブレーキについて実施された試験によって、力の印加位置を、半分のライニングの面の重心に対して３〜１５ｍｍ接線方向に外向きに移動させて配置すると、可能最良の圧力分布が得られることが明らかになった。

ライニング担持プレートに一体成形される圧力ピースは、ディスク状またはリング状に成形され、かつ、熱をブレーキライニングからブレーキ開閉装置の構造部品に導く。これによって、当該構造部品に好ましくない負荷が生じるので、それぞれの圧力ピストンと圧力ピースの当接面との間の接触面は、完全なブレーキ作用の場合のブレーキライニングにおける最高温度においても、圧力ピストンおよび／または圧力ピースの当接面に塑性変形が全く生じないような大きさに選択される。ライニング担持プレートの材料に応じて、圧力ピース当たり１５〜３５ｃｍ^２の当接面の面積が十分であると判明している。ライニング担持プレートが鋳物製である場合は、鋳物材料の高い圧縮強度のために、当接面の面積を上記の値の低い方の範囲にすることができる。

２２．５インチ（５７．２センチメートル）車輪用のディスクブレーキの場合、当接面は５５ｍｍの直径を有し、一方、当接領域の全厚は、隣接する周囲領域におけるライニング担持プレートの厚さが９ｍｍである場合、１４ｍｍである。

いわゆる運転パラメータを確定するために、調整ブレーキ操作に対して、条件、すなわち、ブレーキ圧力１．０〜２．０バール、速度６０〜９０ｋｍ／ｈおよびブレーキ温度１００〜２００℃という条件が設定される。

本発明の有利な発展形態が従属請求項に記載される。

以下、本発明によるブレーキライニングを添付の１つの図面に基づいて説明する。

ブレーキライニングの背面図を示す。

図１に示すブレーキライニングはその全体に参照符号１が付されているが、このブレーキライニングはライニング担持プレート２を備えており、このライニング担持プレート２に圧力ピース３が一体成形されている。圧力ピース３には、機能的にそれぞれ１つの、ディスクブレーキのブレーキ開閉装置の圧力ピストンが当接している。

圧力ピース３の当接面の大きさは、ブレーキ開閉装置への熱の流入を低減するために、完全なブレーキ作用の場合における加熱されたブレーキ、すなわち、ライニング担持プレート２の温度が＞４５０℃である場合においても、圧力ピストンおよび／またはライニング担持プレート２に塑性変形が全く生じないように選択される。当接面の面積は、材料の選択に応じて２０〜３０ｃｍ^２であり、円形状の当接面の直径は５０〜７０ｍｍ、好ましくは６０〜６５ｍｍである。

当接面の中心点の相互の距離は１２５〜１３５ｍｍ、好ましくは１３１ｍｍである。

リングセグメント形状のライニング担持プレート２は、圧力ピース３の反対側で図示されていない摩擦ライニングを担持し、かつ、その外側の縁部には、ライニング保持バネ６をガイドする留め輪７が設けられるが、このライニング担持プレート２は中心軸ＭＡに対して鏡面対称に形成される。その外側の縁部の半径がＲａで表示され、内側の縁部の半径がＲｉで表示されている。

内側の縁部は、両側で外側に向かって支持面５に移行している。ブレーキライニング１は、この支持面５によって、例えば自動車側方のブレーキサポート上に支持される。

両方の圧力ピース３の中心点のそれぞれの支持面５からの距離は４８〜５８ｍｍ、好ましくは５３〜５６ｍｍである。支持面５から半径の中心点Ｍまでの距離は１０７ｍｍである。

圧力ピース３はその周囲領域におけるライニング担持プレート２より厚く、その厚さは、周囲領域のライニング担持プレート２の厚さの１．３〜１．８倍、好ましくは１．５〜１．６倍である。

圧力ピース３とそれぞれの対応するブレーキピストンとの接触領域からの熱の放散を改善するため、横方向に延びる溝４が設けられる。

前記のように、圧力ピース３の中心によって規定される力の印加位置を確定することによって、全摩擦ライニング面において、等しい比ブレーキ出力（Ｎ_ｓｐｅｚ＝ｐ×μ×ｖ＝一定）を実現するべきである。このため、摩擦ライニング面の片側の半分の面の重心Ｓ１が定められる。

ブレーキライニングの内側の縁部および外側の縁部における摺動速度が相違することの影響によって、この領域における小さい方の摺動速度を高い面圧力によって補正するために、圧力ピース３の中心によって規定される力の作用点を、それぞれの片側の半分の面の重心に対して移動させることが必要になる。この移動の量は０〜６ｍｍであり、好ましくは３ｍｍである。

ブレーキライニング１を示す図１の下部の表には、２２．５インチ（５７．２センチメートル）および１９．５インチ（４９．５センチメートル）用のそれぞれのブレーキライニング１の寸法が表現されている。この表において、Ｌは、ブレーキライニングの長さ、すなわちライニング担持プレート２の長さであり、Ｒａはライニング担持プレート２の外側の半径であり、Ｒｉはライニング担持プレート２の内側の半径であり、Ｄは圧力ピースの当接面の直径を表す。

Claims (10)

1. １９．５インチ（４９．５センチメートル）のサイズの車輪に装着し得るディスクブレーキ用のブレーキライニングであり、摩擦ライニングを担持するリングセグメント状のライニング担持プレート（２）を備えたブレーキライニングであって、前記ライニング担持プレート（２）の内側の半径（Ｒｉ）は両側で直線の支持面（５）に移行し、かつ、前記ライニング担持プレート（２）は、前記摩擦ライニングと反対側のその背面側に、互いに離れて配置される２つの一体成形された圧力ピース（３）を有するブレーキライニングにおいて、前記ライニング担持プレート（２）の長さ（Ｌ）が２０５〜２２０ｍｍであり、前記内側の半径（Ｒｉ）が１００〜１２５ｍｍであり、かつ、外側の半径（Ｒａ）が１８５〜２００ｍｍである、ことを特徴とするブレーキライニング。
2. ２２．５インチ（５７．２センチメートル）のサイズの車輪に装着し得るディスクブレーキ用のブレーキライニングであり、摩擦ライニングを担持するリングセグメント状のライニング担持プレート（２）を備えたブレーキライニングであって、前記ライニング担持プレート（２）の内側の半径（Ｒｉ）は両側で直線の支持面（５）に移行し、かつ、前記ライニング担持プレート（２）は、前記摩擦ライニングと反対側のその背面側に、互いに離れて配置される２つの一体成形された圧力ピース（３）を有するブレーキライニングにおいて、前記ライニング担持プレート（２）の長さ（Ｌ）が２４５〜２５０ｍｍであり、前記ライニング担持プレート（２）の前記内側の半径（Ｒｉ）が１１５〜１３５ｍｍであり、かつ、前記ライニング担持プレート（２）の外側の半径（Ｒａ）が２０５〜２２０ｍｍである、ことを特徴とするブレーキライニング。
3. 前記圧力ピース（３）の当接直径が、５０〜７０ｍｍである、ことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキライニング。
4. 前記圧力ピース（３２）の当接面の面積がそれぞれ１５〜３５ｃｍ^２である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のブレーキライニング。
5. 前記圧力ピース（３）の領域における前記ライニング担持プレート（２）の全厚が１４ｍｍであり、前記圧力ピース（３）の外側の前記ライニング担持プレート（２）の厚さが９ｍｍである、ことを特徴とする請求項２に記載のブレーキライニング。
6. 前記圧力ピース（３）の相互の中心間距離が、半径方向の中心軸（ＭＡ）に関して鏡面対称のブレーキライニング（１）の半分のライニングの面の重心より、３〜１５ｍｍ大きい、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のブレーキライニング。
7. 前記圧力ピース（３）の中心が、前記面の重心より、０〜６ｍｍ半径方向のさらに内側に位置している、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のブレーキライニング。
8. 前記圧力ピース（３）の中心間距離が、１２５〜１３５ｍｍである、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のブレーキライニング。
9. 前記圧力ピース（３）の中心の前記支持面（５）までの距離が、それぞれ、４８〜５８ｍｍである、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のブレーキライニング。
10. 前記圧力ピース（３）の厚さが、残りの前記ライニング担持プレート（２）の部分の厚さより、１．３〜１．８倍厚い、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のブレーキライニング。

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