JP2017089670A - ブレーキディスクロータ - Google Patents

Abstract

【課題】高温時のディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦係数の低下を抑えるとともに低温時の摩擦係数の低下を抑えることが可能なブレーキディスクロータを提供する。【解決手段】ディスクロータは、一対の円板状摺動板間に放射状且つ直線状に延在し周方向等分に配設されるとともに円板状摺動板の対向面間を接続する複数の隔壁３０及び複数の隔壁の端部であって円板状摺動板の内周側の端部から円板状摺動板の内周側に延出する延出部４０を備える。この延出部は、円板状摺動板の回転方向Ａ３側に配設され且つ第１熱膨張率を有する第１部材４１と、回転方向とは反対側に配設され且つ第２熱膨張率を有する第２部材４２と、により構成される。加えて、延出部は、延出部の温度が第１温度であるときは円板状摺動板の回転方向側に傾斜し、第１温度よりも大きい第２温度であるときは回転方向と反対側に傾斜する。【選択図】図７

Description

本発明は、車両用ディスクブレーキ装置のブレーキディスクロータに関する。

ブレーキディスクロータ（以下、単に「ディスクロータ」と称呼する。）が用いられるディスクブレーキ装置において、ブレーキ作動中に発生する摩擦熱によりディスクロータが高温になると、ディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦係数が低下して制動力が低下する。そこで、従来から、ディスクロータの放熱性を高める構造の提案が多くなされている。

従来のディスクロータの一つ（以下、「従来ディスクロータ」と称呼する。）は、放熱性を高めるため、一対の円板状摺動板と複数の隔壁とにより形成される通路の出口近傍である円板状摺動板の外周部に突起部を設けている。この突起部により通路の出口における空気流の流れを変化させることによってディスクロータの冷却性能を向上させている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平１０−１０３３９４号公報

ところで、ディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦係数はディスクロータが高温になると低下するが、実際には、図５に示したように温度Ｔ２においてピークμ２を有する。換言すると、前記摩擦係数は、ディスクロータの温度が温度Ｔ２に対して低くなるほど低下し、更に、温度Ｔ２に対して高くなるほど低下する。

そのため、例えば、長い下り坂走行時等において連続して或いは頻繁にブレーキが使用される場合、ディスクロータ及びブレーキパッドの温度は温度Ｔ２以上となる。よって、このときの摩擦係数はそのピークμ２よりも低くなる。これに対し、通常の市街地走行においてはディスクロータ及びブレーキパッドの温度は温度Ｔ２よりも低い。よって、このときの摩擦係数はそのピークμ２よりも低くなる。更に、電動機による走行が可能な電動車両（ハイブリッド車両を含む。）においては、回生ブレーキによる減速も行われるためディスクブレーキ装置の使用機会が減少する。よって、電動車両のディスクロータの温度は内燃機関のみを駆動源として有する車両のディスクロータの温度よりも低くなり、通常の市街地走行等において摩擦係数は更に低くなる傾向がある。

つまり、従来ディスクロータは、ディスクロータの温度が高い場合（温度Ｔ２より高い場合）には摩擦係数を増加させるのに効果的であるが、ディスクロータの温度が低い場合（温度Ｔ２より低い場合）には、むしろ摩擦係数を低下させてしまうという問題があった。換言すれば、従来ディスクロータは、ディスクロータが低温であるときの摩擦係数の温度依存性を考慮していなかった。

本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、高温時のディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦係数の低下を抑えるとともに低温時の摩擦係数の低下を抑えることが可能なブレーキディスクロータを提供することにある。

本発明のブレーキディスクロータは、車両用ディスクブレーキ装置に用いられ、一対の円板状摺動板（インナ側摺動板２１及びアウタ側摺動板２２）、及び複数の隔壁（３０）を備える。

前記一対の円板状摺動板は、それぞれの摺動面と反対側の面同士が対向するように回転軸（Ｃ）方向に離間配置される。
前記複数の隔壁は、前記円板状摺動板に対して放射状且つ直線状に延在し周方向等分に配設されるとともに前記円板状摺動板の対向面間を接続する。

更に、前記ブレーキディスクロータは延出部（４０）を備える。
前記延出部は、前記複数の隔壁のそれぞれの端部であって前記円板状摺動板の内周側の端部（３０ａ）に基部（４０ａ）が接合されるとともに同端部から同円板状摺動板の内周側に延出し且つ前記円板状摺動板との間に所定の隙間（Ｄ）を有するように配設される。

このブレーキディスクロータには、前記一対の円板状摺動板と前記複数の隔壁と前記延出部とにより複数の空気通路（５０）が形成される。

更に、前記延出部は、前記回転軸と平行であり且つ前記基部を通る面（４３）により前記円板状摺動板の周方向において第１部材（４１）と第２部材（４２）とに２分割される。

前記第１部材は、前記２分割された一方の部材であって前記車両が前進している場合の前記円板状摺動板の回転方向（Ａ３）側に配設されるとともに第１熱膨張率を有している。

前記第２部材は、前記２分割された他方の部材であって前記回転方向とは反対側に配設され且つ前記第１部材と接合されるとともに前記第１熱膨張率よりも小さい第２熱膨張率を有している。

加えて、前記延出部は、前記延出部の温度が第１温度であるとき前記延出部の先端部（４０ｃ）が前記基部よりも前記回転方向側に位置するように前記延出部が前記隔壁に対し傾斜し、且つ、前記延出部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度であるとき前記先端部が前記基部よりも前記回転方向と反対側に位置するように前記延出部が前記隔壁に対し傾斜するように構成される。

これによれば、延出部の温度が第１温度（「摩擦係数がピークとなる温度Ｔ２」より低い温度）であるときは、延出部が隔壁に対し円板状摺動板の回転方向側に傾斜することにより空気通路内の広い範囲に「よどみ」を発生させて放熱性を低下させる。その結果、ディスクロータの温度が低下しにくくなるので摩擦係数の低下を抑えることができる。一方、延出部の温度が第２温度（「摩擦係数がピークとなる温度Ｔ２」より高い温度）であるときは、延出部が隔壁に対し円板状摺動板の回転方向とは反対側に傾斜することにより空気通路内の広い範囲に層流を発生させて放熱性を向上させる。その結果、本発明のディスクロータは温度が上昇しにくくなるので摩擦係数の低下を抑えることができる。このように、本発明のディスクロータは、高温時の摩擦係数の低下を抑えるとともに低温時の摩擦係数の低下を抑えることができる。

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るディスクロータが適用された車両の車輪の取付部分の断面図である。 図２は、本発明の実施形態に係るディスクロータの回転軸線に沿った断面図である。 図３は、図１に示したディスクロータのＡ−Ａ断面図である。 図４は、フィンを構成する隔壁及び延出部の構造を示した斜視図であり、図４（Ａ）は隔壁と延出部を接合した状態、図４（Ｂ）は隔壁及び延出部の接合前の状態、図４（Ｃ）は延出部の拡大図である。 図５は、図１に示したディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦係数の温度依存性を示した図である。 図６は、フィン形状が略直線状であるとき、図２に示したディスクロータの空気通路を流れる空気流の様子を示した図である。 図７は、図２に示したディスクロータの空気通路を流れる空気流の様子を示した図であり、図７（Ａ）は低温時の様子、図７（Ｂ）は高温時の様子を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るディスクロータについて説明する。

本発明の実施形態に係るディスクロータ（以下、「ディスクロータ１」とも称呼する。）は、図１に示したように、車軸ＡＳに固定され、車輪ＤＷとともに車軸ＡＳと一体回転するようになっている。車輪ＤＷの内側にはナックルＮＨに固定されたダストシールドＤＳが配設され、ディスクロータ１を備える車両が矢印Ａ１の方向（前進方向）に向かって走行すると、矢印Ａ２により示したように空気取入口ＩＬからディスクロータ１の内周部ＩＲへと空気が流れ込むようになっている。

図２は、ディスクロータ１の車軸ＡＳの中心（回転軸Ｃ）に沿った断面図であり、図３は、図２に示したディスクロータ１のＡ−Ａ断面図である。ディスクロータ１は、円板状摺動板２０、隔壁３０及び延出部４０を備える。

一対の円板状摺動板２０は、回転軸Ｃ方向において離間配置される。円板状摺動板２０は、車体側（内側）の摺動板（以下、「インナ側摺動板」とも称呼する。）２１及び外側の摺動板（以下、「アウタ側摺動板２２」とも称呼する。）２２により構成され、それぞれの対向面（２１ａ及び２２ａ）と反対側の面が摺動面（２１ｂ及び２２ｂ）となっている。円板状摺動板２０は鋳鉄でできている。

インナ側摺動板２１及びアウタ側摺動板２２の摺動面２１ｂ及び２２ｂは図１に示したブレーキパッドＢＰと離間して対向している。車両の運転者が図示しないブレーキペダルを踏み込むと、摺動面２１ｂ及び２２ｂとブレーキパッドＢＰとが当接し、摩擦により制動力が発生するようになっている。

アウタ側摺動板２２は、ハット部２３を介して固着用の穴を有するボス部２４と一体に成形されている。インナ側摺動板２１及びアウタ側摺動板２２の厚さは一定であり、インナ側摺動板２１の厚さとアウタ側摺動板２２の厚さは同一である。

図３に示したように、隔壁３０は、円板状摺動板２０（インナ側摺動板２１とアウタ側摺動板２２）に対して放射状且つ直線状に延在し周方向等分に配設される。図２に示したように、隔壁３０は、円板状摺動板２０の対向面間（２１ａ−２２ａ間）を接続する。隔壁３０は鋳鉄でできており、円板状摺動板２０と一体に成型される。

図４に示したように、隔壁３０の端部であって円板状摺動板２０の内周側の端部（以下、「内周側端面」とも称呼する。）３０ａは平面形状であり、その平面は円板状摺動板２０の厚さ方向に対して平行であり、且つその平面の法線は円板状摺動板２０の半径方向に対して平行である。隔壁３０の外周側端３０ｂは、円筒側面形状となっている。

延出部４０は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示したように、隔壁３０の内周側端面３０ａに基部４０ａが接合される。延出部４０は、内周側端面３０ａから円板状摺動板２０の内周側に延出する。

後に詳述するように、延出部４０は、延出部４０の温度によってその先端部４０ｃが基部４０ａに対する位置を変えるように構成される。具体的には、延出部４０は、円板状摺動板２０との間に所定の隙間Ｄをあけて配設される（図２を参照。）。即ち、延出部４０の基部４０ａは隔壁３０に固定されているが、延出部４０は円板状摺動板２０には固定されない。延出部４０は、円板状摺動板２０の内周側から流入する空気流を空気通路５０へガイドする役割を有しているから、隙間Ｄは延出部４０の温度による変形を妨げない程度に小さく設定される。

延出部４０は、ディスクロータ１の冷間時（常温時）において、先端部４０ｃが基部４０ａよりも車両前進時の円板状摺動板２０の回転方向側（矢印Ａ３にて示される方向）に位置するように隔壁３０に対し傾斜している。以下、「回転方向Ａ３」とは車両前進時の円板状摺動板２０の回転方向を表す。

延出部４０は、車軸ＡＳ（即ち、ディスクロータ１の回転軸Ｃ）と平行であり且つ基部４０ａを通る面４３により円板状摺動板２０の周方向において第１部材４１と第２部材４２とに２分割される。第１部材４１は、２分割された一方の部材であって、回転方向Ａ３側に配設される。第１部材４１は第１熱膨張率を有している。

第２部材４２は、２分割された他方の部材であって、回転方向Ａ３とは反対側に配設される。第２部材４２は第１熱膨張率よりも小さい第２熱膨張率を有している。第１部材４１と第２部材４２とは面４３にて互いに接合している。以下、面４３は「接合面４３」と称呼される。

延出部４０の回転方向Ａ３の厚さは隔壁３０の回転方向Ａ３の厚さと同一である。第１部材４１と第２部材４２の回転方向の厚さは等しく、それぞれ隔壁３０の厚さの半分である。

延出部４０は、基部４０ａにおける「第１部材４１と第２部材４２との接合境界点４０ｂを通り且つ円板状摺動板２０の半径方向と平行な線分Ｌ１」と「接合境界点４０ｂと、先端部４０ｃにおける第１部材４１と第２部材４２との接合境界点４０ｄと、を通る線分Ｌ２」とのなす角がφとなるように構成されている。

線分Ｌ２は線分Ｌ１に対して回転方向Ａ３側に傾斜している。即ち、延出部４０は、隔壁３０の内周側端面３０ａから回転方向Ａ３側に傾斜して延出している。なお、基部４０ａの接合境界点４０ｂを通り円板状摺動板２０の厚さ方向に平行な線分Ｌ３と線分Ｌ１とは垂直である。以下、線分Ｌ１と線分Ｌ２とがなす角度φは「傾斜角φ」と称呼される。

第１部材４１はアルミニウムでできており、第２部材４２は鋳鉄でできている。アルミニウムの熱膨張率は２０℃において２３．９（×１０^−６／℃）であり、鋳鉄の熱膨張率は２０℃において１０．５（×１０^−６／℃）である。第１部材４１と第２部材４２との接合方法は、材料を加熱及び加圧することにより貼り合わせる拡散接合、ろう材により接合するろう付け及び溶接等の周知の方法が用いられる。接合された第１部材４１及び第２部材４２（延出部４０）は基部４０ａにおいて、隔壁３０の内周側端面３０ａとろう付け及び溶接等の周知の方法により接合される。

再び図３を参照すると、インナ側摺動板２１、アウタ側摺動板２２、隔壁３０及び延出部４０により、空気通路５０が形成されている。以下、空気通路５０は単に「通路５０」とも称呼される。通路５０の一端部であって円板状摺動板２０の内周側の端部には、通路５０の入口開口５１が形成されている。通路５０の他の端部であって円板状摺動板２０の外周側の端部には出口開口５２が形成されている。

隔壁３０及び延出部４０は空気流を入口開口５１から通路５０に導入し、出口開口５２から流出させるためのフィン６０を構成している。

次に、ディスクロータ１の作用について説明する。図５に示したように、ディスクロータ１とブレーキパッドＢＰとの間の摩擦係数は温度依存性を有する。即ち、その摩擦係数は、ディスクロータ１及び／又はブレーキパッドＢＰの温度に応じて変化する。この摩擦係数は、以下において、「ディスクロータ１の摩擦係数μ」又は単に「摩擦係数μ」と称呼される。

より具体的に述べると、冷間時の温度（常温）Ｔ１におけるディスクロータ１の摩擦係数μはμ１である。本ディスクロータ１が適用された「ディスクブレーキ装置」が作動すると、ディスクロータ１のブレーキパッドＢＰに対する摺動により摩擦熱が発生し、ディスクロータ１の温度が上昇する。冷間時の温度Ｔ１からディスクロータ１の温度が上昇するにつれて摩擦係数μは上昇するが、温度がＴ２のときにピークに達し（μ２）、更にディスクロータ１の温度が上昇すると摩擦係数μはピーク値μ２から低下していく。

摩擦係数μがピーク値μ２となる温度Ｔ２は、２００〜２５０℃である。この温度は、通常のブレーキの作動によって到達し得る温度（即ち、常用温度域）である。つまり、摩擦係数μは、常用温度域において高くなるように設定されている。高温時に摩擦係数μが低下するのは所謂「フェード現象」が主たる原因である。

ところで、前述したように、第１部材４１の熱膨張率（第１熱膨張率）は第２部材４２の熱膨張率（第２熱膨張率）よりも大きい。従って、ディスクブレーキ装置の作動により発生する摩擦熱によりディスクロータ１の温度が上昇したとき、第１部材４１の伸び量は第２部材４２の伸び量よりも大きい。延出部４０は円板状摺動板２０に当接していないので、延出部４０はディスクロータ１の温度が上昇すると、円板状摺動板２０には拘束されることなく第２部材４２側（即ち、回転方向Ａ３と反対側）に反る（変形する）。延出部４０は、冷間時（常温時）には、回転方向Ａ３側に傾斜して円板状摺動板２０の内周側に延出しているから、ディスクロータ１の温度が上昇するにつれて、延出部４０の傾斜角φの値は小さくなる。即ち、延出部４０の傾斜角φは低温時には正の値を示すが、高温時には負の値を示す。

図６に示したように、延出部４０は、ディスクロータ１の温度が「低温時と高温時の中間の温度Ｔ２」であるときに直線状になり、従って、隔壁３０及び延出部４０からなるフィン６０の形状が直線状となるように、第１部材４１の大きさ及び第１熱膨張率と、第２部材４２の大きさ及び第２熱膨張率と、が調整されている。図６において、説明の便宜上、図中上方の隔壁３０及び延出部４０を第１フィン６１と称呼し、図中下方の隔壁３０及び延出部４０を第２フィン６２と称呼する。

このとき、ディスクロータ１の回転により入口開口５１に右斜め上方より流入した空気流ＡＦは、第１フィン６１の負圧面６１ａ側において第１フィン６１の厚さ方向に剥離を起こす。その結果、通路５０内においては、第１フィン６１の負圧面６１ａ側に広い範囲にわたって「よどみ」ＳＴが発生し、空気流ＡＦの層流域ＬＦが比較的狭くなる。

この場合、層流域ＬＦが狭くなるため、空気流ＡＦの「圧力損失」が大きくなる。よって、ディスクロータ１の送風能力及び冷却効率が低下するとともに、冷却面積が小さくなるため総放熱量が減少する。即ち、フィン６０（第１フィン６１及び第２フィン６２）の回転方向Ａ３側の面は空気流ＡＦにより冷却されるが、回転方向Ａ３と反対側の面（負圧面）は「よどみ」ＳＴにより殆ど冷却されない。

これに対し、図７（Ａ）に示したように、ディスクロータ１の温度が低温であるとき（温度Ｔ２よりも低いとき）、延出部４０の先端部４０ｃが回転方向Ａ３側に傾斜するように、第１部材４１の大きさ及び第１熱膨張率と、第２部材４２の大きさ及び第２熱膨張率と、が調整されている。従って、入口開口５１から流入する空気流ＡＦの一部は、第２フィン６２の屈曲部（隔壁３０と延出部４０との接合部分）の近傍である領域Ａにおいて乱れを生じて渦流となり、「よどみ」ＳＴが発生する。一方、第１フィン６１の負圧面６１ａの下部には、前述の説明と同様に大きな剥離が発生して広い範囲にわたり「よどみ」ＳＴが発生する。その結果、通路５０を通過する空気流ＡＦは、層流域ＬＦが極めて狭くなるので、放熱効果が極めて低い状態となる。従って、低温時にはディスクロータ１の冷却性能が極度に低下する。

即ち、低温時には、フィン６０による冷却効果が小さくなり、ディスクブレーキ装置の作動により発生した摩擦熱によってディスクロータ１の温度が低下しにくくなる。従って、ディスクロータ１の摩擦係数μが低下しにくくなる。

一方、図７（Ｂ）に示したように、ディスクロータ１の温度が高温であるとき（温度Ｔ２以上のとき）、延出部４０の先端部４０ｃが回転方向Ａ３と反対側に傾斜するように、第１部材４１の大きさ及び第１熱膨張率と、第２部材４２の大きさ及び第２熱膨張率と、が調整されている。従って、延出部４０の側面部４０ｅが空気流ＡＦの流入方向に対面する。空気流ＡＦの一部は延出部４０の側面部４０ｅから延出部４０の先端部４０ｃに沿って流れ、更に先端部４０ｃを回り込んで流れる。このように延出部４０の形状に沿って曲げられた空気流ＡＦは第１フィン６１の屈曲部近傍の領域Ｂにおいて一旦剥離するが、第１フィン６１の負圧面６１ａにある領域Ｃにて第１フィン６１に再付着する。

その結果、通路５０を通過する空気流ＡＦは、領域Ｂにおいて僅かに「よどみ」ＳＴが発生するものの、層流域ＬＦが広く、放熱効果が高い空気流となる。即ち、高温時にはフィン６０による冷却効果が増大してディスクロータ１の温度が低下し、ディスクロータ１の摩擦係数μが高まることが期待される。

以上、説明したように、ディスクロータ１は低温時（摩擦係数μがピークとなる温度Ｔ２より低いとき）には、延出部４０が回転方向Ａ３側に傾斜することにより通路５０内に「よどみ」を広い範囲に発生させる。これにより放熱性が低下して、ディスクロータ１の温度が低下しにくくなるので摩擦係数μの低下が抑えられる。一方、高温時（摩擦係数μがピークとなる温度Ｔ２以上より高いとき）には、延出部４０が回転方向Ａ３と反対側に傾斜することにより通路５０内の空気の流れを良好にして「層流域」ＬＦを広い範囲に発生させる。これにより放熱性が高くなり、ディスクロータ１の温度が低下するので摩擦係数μの低下が抑えられる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

第１部材４１と第２部材４２の組合せはアルミニウムと鋳鉄に限らない。例えば、第１部材を鋳鉄とし、第２部材をインバー（２０℃における熱膨張率は２×１０^−６／℃程度）又はカーボン（２０℃における熱膨張率は０．６〜４．３×１０^−６／℃）としてもよい。

更に、第１部材又は第２部材のうちのどちらかが鋳鉄である場合には、隔壁３０と一体に成形し、残りの部材（第１部材又は第２部材）をろう付け及び溶接等により接合してもよい。

１…ディスクロータ、２０…円板状摺動板、２１…インナ側摺動板、２２…アウタ側摺動板、３０…隔壁、４０…延出部、４１…第１部材、４２…第２部材、５０…空気通路、６０…フィン、ＡＦ…空気流、ＤＳ…ダストシールド、ＤＷ…車輪、ＬＦ…層流域、ＳＴ…よどみ。

Claims (1)

1. それぞれの摺動面と反対側の面同士が対向するように回転軸方向において離間配置された一対の円板状摺動板、及び
   前記円板状摺動板に対して放射状且つ直線状に延在し周方向等分に配設されるとともに前記円板状摺動板の対向面間を接続する複数の隔壁、
   を備えた車両用ディスクブレーキ装置のブレーキディスクロータであって、
   前記複数の隔壁のそれぞれの端部であって前記円板状摺動板の内周側の端部に基部が接合されるとともに同端部から同円板状摺動板の内周側に延出し且つ前記円板状摺動板との間に所定の隙間を有するように配設された延出部を備え、
   前記一対の円板状摺動板と前記複数の隔壁と前記延出部とにより複数の空気通路が形成され、
   前記延出部は、
   前記回転軸と平行であり且つ前記基部を通る面により前記円板状摺動板の周方向において２分割され、前記２分割された一方の部材であって前記車両が前進している場合の前記円板状摺動板の回転方向側に配設された第１部材が第１熱膨張率を有し、前記２分割された他方の部材であって前記回転方向側とは反対側に配設され且つ前記第１部材と接合された第２部材が前記第１熱膨張率よりも小さい第２熱膨張率を有してなり、
   前記延出部の温度が第１温度であるとき前記延出部の先端部が前記基部よりも前記回転方向側に位置するように前記延出部が前記隔壁に対し傾斜し、且つ、前記延出部の温度が前記第１温度よりも高い第２温度であるとき前記先端部が前記基部よりも前記回転方向と反対側に位置するように前記延出部が前記隔壁に対し傾斜するように構成された、
   ブレーキディスクロータ。
   

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