JP2014118997A - 通風型ディスクロータ - Google Patents

Abstract

【課題】通風型ディスクロータに設ける貫通孔や窪みの配置を工夫してディスクブレーキの鳴き（回転同期異音）の防止効果を高めることを課題としている。
【解決手段】ブレーキパッドを摺接させる摺動面（図示のインナ摺動面４ａとアウタ摺動面）に貫通孔８やそれに代わる窪みを設けたディスクブレーキ用の通風型ディスクロータを改善の対象にして貫通孔８や窪みの分布を以下の通りに設定した。即ち、インナ、アウタの各摺動面を、摺動面の半径方向中心を通るロータ軸心と同心の仮想円を境界線ＢＬにして２分したときに、境界線ＢＬよりも外径側の領域に設けられる貫通孔８又は窪みの総面積が、摺動面全体の貫通孔又は窪みの総面積の６５％以上を占めるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、制動時のいわゆる鳴きの抑制を目的として摺動面（摩擦面）に孔や窪みを形成したディスクブレーキ用の通風型（ベンチレーテッド型）ディスクロータに関する。

ディスクブレーキの鳴きの一つに、回転同期異音と称される低音の唸るような音がある。その回転同期異音は、通風型（ベンチレーテッド型）ディスクロータを使用したディスクブレーキにおいて発生する異音である。

その回転同期異音が発生する要因として、ブレーキパッドの温度上昇に伴って摩擦材中のバインダレジンなどが熱で反応して摩擦面に生じる被膜と、ディスクロータのいわゆる熱倒れ（熱変形によって摺動板が傾く現象）と、通風型ディスクロータ特有の剛性変動（剛性の異なる冷却フィンのある部分と冷却フィンの無い部分がロータ回転方向に交互に並んでいる）の影響が知られている。それらの要因が複雑に絡みあって回転同期異音が発生する。

ここで、これ等の要因を排除する対策の一つとして、ディスクロータの摺動面に孔や窪みを設けて発生した有害な被膜を削り取ることや、ディスクロータの冷却性能を向上させることが知られている。

その孔や窪みを摺動面に設けたディスクロータの従来技術として、例えば、下記特許文献１〜３に記載されたものがある。

特許文献１のディスクロータは、高剛性部位と貫通孔を、互いの位置を９０°ずらして交互に２箇所ずつ設けている。また、特許文献２のディスクロータは、摺動面に窪み（非貫通孔）を、径方向に位置を変えて、かつ、周方向に所定の間隔をあけて設けている。

さらに、特許文献３のディスクロータは、制動によって生じる摩耗粉よりも大径の小孔を摺動面に２〜５％の面積率で設け、その小孔を、摺動面の径方向各部での摩耗粉の発生量を平均化する目的で、全小孔のうち６０〜８０％が摺動面の内径側にあるように分布させている。

なお、特許文献１，２のディスクロータは、貫通孔や窪みの分布については特に述べるところが無い。添付図面では、摺動面の径方向各部における貫通孔や窪み分布密度が等しくなっている。

特開２００８−３２０８２号公報 特開２０１２−９２９２６号公報 特開平０２−２１３４５号公報

鳴きに影響を及ぼす摺動面の被膜層生成やディスクロータの熱倒れは、摩擦熱によるロータとブレーキパッドの温度上昇が原因であるが、摺動面の中でも摺動速度の大きい外周側に行くほど発熱が著しいことによるロータ半径方向の温度勾配が悪さを助長していることを見出した。

つまり、生成される被膜層の厚さや熱倒れの程度がロータ半径方向に変化していることで、摺動摩擦が更に不安定になり、鳴きを助長する余分な振動を引き起こしていると考えられる。

かかる現象に対し、前掲の特許文献１，２などのディスクロータは、貫通孔や窪みを径方向各部に均一に分布させているため格別な効果を奏しない。

また、特許文献３のディスクロータは、小孔の設置割合がロータの径方向外側で小さくなっている。そのために、小孔による冷却効果がロータの径方向外側ほど低くなり、ロータ半径方向の温度勾配をむしろ増大させ、鳴きの抑制効果を期待できない。

この発明は、ディスクロータに設ける貫通孔や窪みの配置を工夫して通風型ディスクブレーキの鳴き（回転同期異音）の防止効果を高めることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、ブレーキパッドを摺接させる摺動面に貫通孔と窪みの少なくとも一方を設けたディスクブレーキ用の通風型ディスクロータを改善の対象にして、前記貫通孔又は窪みの分布を以下の通りに設定した。
即ち、前記摺動面を、当該摺動面の半径方向中心を通るロータ軸心と同心の仮想円を境界線にして２分したときに、前記境界線よりも外径側の領域に設けられる前記貫通孔又は窪みの総面積が、摺動面全体の貫通孔又は窪みの総面積の６５％以上（１００％も可）を占めるようにした。

かかるディスクロータに設ける前記貫通孔や窪みは、円形をなすもの、細長い形状（スリット様の形状）をなすもののどちらであってもよい。円形の貫通孔又は窪みと細長い貫通孔又は窪みを併設することも許容される。細長い貫通孔や窪みは、直線の孔や窪み曲線の孔や窪みを問わない。

摺動面を径方向に横切る向きに延びた貫通孔や窪みは、ロータの軸心と同心の円に沿って回転方向に長く延びる貫通孔や窪みと比べるとパッドの摩擦面に生じる被膜の削り取りの効果（面積比での効果）が大きく、ディスクロータの径方向各部の温度勾配を平均化する働きも大きい。従って、細長い貫通孔や窪みは、摺動面を径方向に横切る向きに配向するのがよい。

この発明のディスクロータは、摺動面に設ける貫通孔や窪みの設置割合が、ロータを径方向に２分する境界線よりも外径側の領域で大きくなっているので、外径側領域の冷却性能が内径側領域の冷却性能よりも高まる。これにより、摺動面の各部における温度差が小さくなってロータの熱倒れが抑制され、また、外径側領域における被膜除去の効果も高まり、これ等のことが有効に作用して鳴き（回転同期異音）が抑制される。

また、前記境界線よりも内径側の領域に設ける貫通孔や窪みが少なくて済むため、加工数の削減による製造コストの低減も期待できる。

この発明の通風型ディスクロータの一例を示す端面図 図１の通風型ディスクロータの断面図 この発明の通風型ディスクロータの他の例を示す端面図 この発明の通風型ディスクロータのさらに他の例を示す端面図 この発明の通風型ディスクロータのさらに他の例を示す端面図

以下、この発明のディスクロータの実施の形態を、添付図面の図１〜図５に基づいて説明する。

図１に示した通風型ディスクロータ１は、ハット部２とそのハット部の外周に一体に形成した摺動板３とからなる。

ハット部２は、車軸に設けられるハブ（図示せず）と、そのハブに装着されるホイール（これも図示せず）との間に挟み込んで固定される取り付け座部２ａと、その取り付け座部２ａ径方向外端からインナ側に延び出させた円筒の外周胴部２ｂとからなる。そのハット部２の外周胴部２ｂの軸方向突端に摺動板３が連なっている。

摺動板３は、図２に示すように、インナ摺動面４ａを有するインナディスク部４と、アウタ摺動面５ａを有するアウタディスク部５との間に径方向に延びる冷却フィン６を周方向に定ピッチで配置し、各冷却フィン間に内外端が開放した通風路７を設けてなる。

冷却フィン６と通風路７を周方向に交互に設けたこの摺動板３のインナ摺動面４ａに、インナのブレーキパッド（図示省略）が、また、この摺動板３のアウタ摺動面５ａに、アウタのブレーキパッド（これも図示省略）がそれぞれ押し当てられ、対向配置のインナ、アウタの両ブレーキパッドによって摺動板３を挟みつけられることでディスクブレーキ装置を搭載した車両などの制動がなされる。

図示の通風型ディスクロータ１には、この発明を特徴づける構成として、摺動板３のインナディスク部４とアウタディスク部５に、インナ摺動面４ａとアウタ摺動面５ａの各々から通風路７に抜ける貫通孔８（この貫通孔８は、摺動面の一部を凹ませる非貫通の窪みに置き換えることができる）を設けてその貫通孔８や窪みの分布に以下の工夫を施した。

即ち、インナ摺動面４ａが表われる図１において、貫通孔８又はそれに代わる窪みを、インナ摺動面４ａの径方向中心を通る仮想円を境界線ＢＬにして摺動面を２分したときに、境界線ＢＬよりも外径側の領域に設けられる貫通孔８や窪みの総面積が、インナ摺動面４ａ全体の貫通孔や窪みの総面積の６５％以上を占めるように分布させている。

アウタディスク部５に設ける貫通孔や窪みも、図には示していないが、インナディスク部４に設ける貫通孔や窪みの配分割合と同様に、境界線ＢＬよりも外径側の領域に設けられる貫通孔や窪みの総面積が、アウタ摺動面５ａ全体の貫通孔又は窪みの総面積の６５％以上を占めるように分布させる。

なお、図１のディスクロータ１は、貫通孔８（又は窪み）を、境界線ＢＬよりも外径側の領域における設置割合が１００％、境界線ＢＬよりも内径側の領域における設置割合が０％になるように配分したが、図３に示すように、境界線ＢＬよりも内径側の領域にも３５％以下の割合で貫通孔８（又は窪み）を設けてもよい。

また、図３のディスクロータ１は、境界線ＢＬよりも外径側の領域に設ける貫通孔８と、境界線ＢＬよりも内径側の領域に設ける貫通孔８を同一サイズ、同一形状にしたが、境界線ＢＬを境にした外径側領域と内径側領域に設ける貫通孔や窪みは、図４に示すように、相似形でサイズの異なるものにしてもよい。

貫通孔８やそれに代わる窪みの形状は、図１〜図４に示した円形に限定されない。図５に示すような、細長い窪み（溝）９やそれに代わる細長い貫通孔を設けてもよい。円形の貫通孔や窪みと細長い貫通孔や窪みを併設することも可能である。

細長い窪み９や貫通孔は、図５に示すように、摺動面を径方向に斜め（ロータの軸心から延びだす径方向の線に対して交差角をもつ向き）に横切るように配向するとよい。一般的に採用されている図示の如き斜め配向は、径方向配向の形態にくらべて摩擦材のスティック現象などが起こり難い。

細長い窪みや貫通孔の形状は、直線、曲線を問わない。機械加工して設けるものについては直線形状が加工性に優れるが、鋳造による型成形ならば曲線形状であっても設置は容易である。

このほか、この発明で摺動面に設ける貫通孔や窪みは、ロータの回転のバランスなどを考慮すると、周方向に整列させて周方向各部の分布が平均化するように配置するのが好ましいが、ランダム配列でも発明の効果を期待できる。

性能評価のために、この発明の通風型ディスクロータと比較用のディスクロータを準備した。発明品は、インナディスク部とアウタディスク部の摺動面に表１に示した面積率（内径側領域と外径側領域の配分比率）で貫通孔と直線の窪みを設けたものである。そして、それらのディスクロータに対して回転同期異音が生じ易い摩擦材を用いたブレーキパッドを以下の条件で摺接させた。

ここで言う回転同期異音が生じ易い摩擦材とは、ノンアスベストで金属ファイバーを含有せず、また、粒径５０μｍ以上、かつ、モース硬度８以上の研磨材の含有量が０．０５ｗｔ％以下のテスト用の摩擦材（フロント用摩擦材に比べて摩擦係数の小さいリヤ専用摩擦材と性質の似たもの）である。

使用したディスクロータは、摺動板３の外径：φ２９６ｍｍ、内径：φ１９０ｍｍ、厚み：２８ｍｍ（アウタディスク部とインナディスク部の肉厚は共に８ｍｍ）、材質：ねずみ鋳鉄である。

評価試験は、先ず、初期温度１２０℃のディスクロータに対して減速度：３．５ｍ／ｓｅｃ^２で車速６５ｋｍ／ｈ→０ｋｍ／ｈになるまで摩擦材を摺り合わせ、その摺り合わせを１０００回繰り返した。
その後、減速度０．１Ｇ 、０．２Ｇ、０．３Ｇの各条件で車速１００ｋｍ／ｈ→０ｋｍ／ｈになる制動を実施して異音の発生状況と音圧レベルを調べた。

音圧レベルは、熟練の測定者が耳で確認し、耳障りに感じる音を大、普通に鳴きとわかる音を中、聞き取り難いと感じる程度の音を小とし、熟練者が集中して聴いてようやくわかる程度のレベルを極小とした。

試験は、ディスクロータの制動開始時温度を１００℃、１５０℃、２００℃、１５０℃、１００℃に順次変化させ、それぞれの温度で実施したが、この温度変化範囲での音圧レベルには、大差がなかった。
この評価試験の結果を表１にまとめる。表１の太枠内のデータが発明品であり、いずれも鳴きが小さい。

なお、通風型ディスクロータの中に、ハット部と摺動板との間に連結部を設け、その連結部の一端をハット部の外周胴部の突端に、他端を摺動板のインナディスク部又はアウタディスク部にそれぞれ連ならせたものがある。また、ハット部と摺動板を別々に形成して機械的に連結したものもある。

これ等のディスクロータと比較すると、ハット部の外周に摺動板を直接連ならせた例示の通風型ディスクロータは熱倒れが大きくなる傾向がある。従って、この発明は、ハット部の外周に摺動板を直接連ならせた通風型ディスクロータに適用すると特に大きな効果を期待できるが、ハット部と摺動板間に連結部が設けられた通風型ディスクロータや、ハット部と摺動板を分割した通風型ディスクロータに適用してもその有効性が発揮される。

１ ディスクロータ
２ ハット部
２ａ 取り付け座部
２ｂ 外周胴部
３ 摺動板
４ インナディスク部
４ａ インナ摺動面
５ アウタディスク部
５ａ アウタ摺動面
６ 冷却フィン
７ 通風路
８ 貫通孔
９ 窪み
ＢＬ 摺動面を径方向に２分する境界線

Claims (5)

1. ブレーキパッドを摺接させる摺動面に貫通孔と窪みの少なくとも一方を設けたディスクブレーキ用の通風型ディスクロータであって、前記摺動面を、当該摺動面半径方向中心を通るロータ軸心と同心の仮想円を境界線にして２分したときに、前記境界線よりも径方向外側の領域に設けられた前記貫通孔又は窪みの総面積が、摺動面全体の貫通孔又は窪みの総面積の６５％以上を占めることを特徴とする通風型ディスクロータ。
2. 前記貫通孔又は窪みとして円形の貫通孔又は窪みを設けた請求項１に記載の通風型ディスクロータ。
3. 前記貫通孔又は窪みとして細長い貫通孔又は窪みを設けた請求項１に記載の通風型ディスクロータ。
4. 前記貫通孔又は窪みとして円形の貫通孔又は窪みと細長い貫通孔又は窪みを併設した請求項１に記載の通風型ディスクロータ。
5. 前記細長い貫通孔又は窪みを、前記摺動面を径方向に横切るように配向した請求項３又は４に記載の通風型ディスクロータ。

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