JP3724181B2 - ブレーキ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両等に制動力を付与するのに好適に用いられるブレーキに関し、特にブレーキロータおよびブレーキドラムの振動特性を改善でき、所謂ブレーキ鳴きを低減できる様にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の制動装置の一つであるディスクブレーキは、図１３に示すように構成され、車体に支持された車輪回転方向固定のキャリパ０３が、車輪と一体に回転するディスク状のブレーキロータ０１に、摩擦材０２ａが接着されたパッド０２を押し付け、摩擦材０２ａの摩擦力を利用して制動を行う装置である。また、従来の制動装置の１つであるドラムブレーキは、図１４に示すように、車輪と一体に回転する略円筒状のブレーキドラム０２１の内周面０２１ａに、車体に支持された車輪回転方向固定の摩擦材０２２ａが接着された略円弧状のブレーキシュー０２２を押し付け、摩擦材０２２ａの摩擦力を利用して制動を行う装置である。
【０００３】
具体的には、図１５のように、このディスクブレーキはアクスル等の車体側に固定されたトルクメンバ０４を有し、このトルクメンバ０４は、車輪と一体に回転するブレーキロータ０１を跨ぐような形状になっている。また、トルクメンバ０４には２枚のパッド０２がブレーキロータ０１を挟むように、摩擦材０２ａがブレーキロータ０１に接触するように軸方向のみ自由度を持って略固定されている。
シリンダボディは更に前記２枚のパッド０２を挟むように、軸方向のみ自由度を持って略固定されている。また、シリンダボディにはピストンが配設されていて、制動油圧等の力によって、ピストンが２枚のパッド０２を両側からブレーキロータ０１に押し付ける。その摩擦力によってブレーキロータ０１の回転力が摩擦熱に変換されて制動が行われる。
【０００４】
また、図１４のドラムブレーキにあっては、車体側に固定されたバックプレート０２３を有し、このバックプレート０２３には、ブレーキドラム０２１の内周面０２１ａよりも内側に位置するように制動トルクを受けるアンカ０２４が固定されていて、このアンカ０２４には一対のブレーキシュー０２２の対向する一端側が揺動自在に取り付けられている。これら一対のブレーキシュー０２２のそれぞれは、ブレーキドラム０２１の内周面０２１ａに沿うように配設されていて、非制動時には、それらの外周面に固定された摩擦材０２２ａが内周面０２１ａと所定距離隔てて対向するようになっている。
【０００５】
そして、一対のブレーキシュー０２２のアンカ０２４側とは逆側の位置にて対向する端部間には、ホイールシリンダ０２５およびリターンスプリング０２６が配設されていて、ホイールシリンダ０２５に制動油圧等の力が加わると、その左右方向に進退可能に設けられた一対のピストン０２５ａ、０２５ｂが延びる方向に変位し、これによりブレーキシュー０２２の端部が左右に開いて内周面０２１ａに押圧され、その摩擦材０２２ａが内周面０２１ａに押し付けられて接触し、その接触部においてブレーキドラム０２１の回転力が摩擦熱に変換して制動が行われるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様な、ディスクブレーキやドラムブレーキに於いては、摩擦力による摩擦熱が発生する際に、それらの摩擦面に生じる摩擦振動がブレーキロータ０１やブレーキドラム０２１を振動させ、ブレーキロータ０１やブレーキドラム０２１の固有振動を励振する結果、不快なブレーキ鳴きを発生させる恐れがある。
【０００７】
ここで、一般的なブレーキドラム０２１の様な円筒体や円板等の物体は、その外周部が曲げ振動するたとえば図１６の様に（ａ）直径２節モード、（ｂ）直径３節モード、（ｃ）直径４節モード、（ｄ）直径５節モード、（ｅ）直径６節モード等の振動モードを呈する固有モードを有するが、その固有モードはブレーキドラム０２１が回転中心軸を中心とした対称性のある物体であることから、重根が存在する。なお、“重根が存在する”とは、図１７に示すような一つの固有モード（ａ）の他に、周方向に位相が半周期だけずれた同形状の他の固有モード（ｂ）が同一周波数に存在すると考えられる、ということである。
つまり、ブレーキドラム０２１の周面を静止した状態で加振すると、周方向のいずれの位置を加振しても、ブレーキドラム０２１が回転中心軸を中心とした対称性のある物体であるため、その加振点が常に腹となる振動モードが現れるから、ブレーキドラム０２１には多数の固有モードが存在するようにも思えるか、図１７に一点鎖線で示すような直径に沿った軸を考えれば、その軸がブレーキドラム０２１に対して回転していると考えることが出来る。すると、振動的には、図１７に示すような固有モード（ａ）と、これから半周期だけずれた同形状の固有モード（ｂ）という二つの固有モードが存在すると考えることができ、その場合を重根が存在すると考えるのである。
【０００８】
そして、実際のドラムブレーキ０２１における制動と沿うように、ブレーキドラム０２１を回転させた状態でその周面を加振すると、加振点が腹となる振動モードは、ブレーキドラム０２１に対してではなく、まるで空間に制止しているかのように観測される（かかるモードを、空間固定モードと称する）。この様な空間固定モードが表れるということは、常に固有モードの腹が加振点となることを意味するから、そのモードを最も効率よく励振することになり、音響放射効率が最大となるため、実際のブレーキ鳴きの主要因となることが多いのである。
なお、この様な現象は、ドラムブレーキに限ったものではなく、車輪と一体に回転するブレーキロータ０１をパッド０２で挟み込むようなディスクブレーキにも、ブレーキロータ０１が回転中心軸を中心とした対称性のある円板であることから、同様に生じるものであった。
【０００９】
この様な現象に着目した従来の技術として、本出願人が先に提案した特開平９−１４３０３号公報に開示されたものがある。即ち、かかる従来技術に於いては、周方向に隔離した少なくとも四個所に、質量および剛性の少なくとも一方を増加または減少してなる質量剛性増減部が形成されるとともに、それら少なくとも四つの質量剛性増減部全体での重心は回転中心軸上に位置し、そして、前記質量剛性増減部のうち周方向で隣り合う少なくともいずれか二つの質量剛性増減部は、異なった質量または剛性であることを特徴としている。
【００１０】
確かに、上記従来技術の様な構成をすれば、複数の直径節の重根を分離可能であるが、たくさんの直径節を分離しようとすればするほど、その効果が減少してしまう。という問題点があった。前記従来技術の中でも述べられているが、たとえば、付加マス部や弾性部材が二個では、高次のモードに対して得られる効果が小さいことを述べている。
そして、実際のディスクブレーキやドラムブレーキでは、摩擦材０２ａ、０２２ａの摩耗等の経時変化や、制動条件の違いで摩擦振動の周波数成分が変化することから、必ずしも一つの直径節モードの低減がされただけでは、どのような状況においてもブレーキ鳴きを十分に低減できるようにはならないのである。また、鳴きが発生する異なる直径節モードの重根の複数を十分に分離させるためには前記従来例を用いても可能であるが、必要な重量や剛性が大きくなってしまいブレーキドラム０２１、ブレーキロータ０１の重量増加になっていまう。
本発明は、このような技術が有する課題に着目してなされたものであって、複数の直径節モードについて同時に重根を分離でき、しかも大幅な重量増加を伴なわず、もってブレーキ鳴きを従来よりも大幅に低減することができるブレーキを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明にあっては、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキロータを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキロータの内周側では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記ブレーキロータの外周側では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されている。そのため、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明は、請求項１記載のブレーキにおいて、前記ブレーキロータがベンチレーテッド式であって、前記質量剛性増減部は、周方向に所定間隔をあけながら半径方向に配置した複数のフィンの何れかを、内周側のフィン幅及び外周側のフィン幅が異なるフィン、或いは半径方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。そのため、請求項２に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量変化によって、また、冷却効率を確保したまま、分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１３】
そして、上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明は、請求項１又は２記載のブレーキにおいて、前記ブレーキロータが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする。そのため、請求項３に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１４】
そして、上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明は、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキドラムを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、前記摩擦材が摺動する摺動面の中央部では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記摺動面の開口部では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。そのため、請求項４に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１５】
さらに、上記目的を達成するために、請求項５にかかる発明は、請求項４記載のブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、周方向に所定の間隔で隔離し、且つ前記摺動面の開口部から回転中心軸に沿う方向に伸びている複数のフィンが形成されているとともに、前記質量剛性増減部は、前記複数のフィンの何れかを、前記摺動面の中央部側のフィン幅及び前記摺動面の開口部側のフィン幅が異なるフィン、或いは回転中心軸に沿う方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。そのため、請求項５に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量変化によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１６】
そして、上記目的を達成するために、請求項６にかかる発明は、請求項４又は５記載のブレーキにおいて、前記ブレーキドラムは二種類以上の異種材料で構成されている。そのため、請求項６にかかる発明は、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
（実施の形態１）
ここで、図１および図２は本発明の実施の形態１のディスクブレーキを自動車に適用した場合を示している。
図中、１は自動車の車輪とともに図２中の矢印Ａ方向に回転するブレーキロータ、４は前記ブレーキロータ１のインナ側に設けられるトルクメンバを示し、該トルクメンバ４は図２に示すごとく、ブレーキロータ１の回転方向に離間してこのブレーキロータ１の外周を跨ぐように軸方向に伸長した一対の腕部４Ａａ、４Ａｂを連結する連結部４Ｂ等とから一体形成されている。そして、トルクメンバ４はねじを利用してナックル部（図示せず）等に一体的に取り付けられている。
また、各腕部４Ａａ、４Ａｂには、摺動ピン５、６が挿入され、該摺動ピン５、６が取り付けられたシリンダボディ３が車輪回転軸方向０−０のみ自由になるように略固定されている。
そして、トルクメンバ４にはパッドガイド部４Ａａ１、４Ａｂ１、４Ａａ２、４Ａｂ２に後述する摩擦パッド２の裏金２ａが摺動可能に係合され、各摩擦パッド２をブレーキロータ１の軸０−０方向へ摺動可能に案内するとともに、各摩擦パッド２を介したブレーキロータ１からのトルクをトルクメンバ４で受承するものである。また、各腕部４Ａ，４Ａｂには、両者間を弓状に長く延びて該各腕部４Ａａ，４Ａｂの先端側を一体に連結した連結部４Ｃが図示のごとく形成されている。
【００１９】
前記シリンダボディ３は図２に示すごとく、トルクメンバ４の各腕部４Ａａ、４Ａｂ間でブレーキロータ１の外周側を跨ぐように延びたブリッジ部３Ａと、ブレーキロータ１のインナ側で前記ブリッジ部３Ａの一側に一体形成されたインナ脚部３Ｂと、ブリッジ部３Ａの他側に一体形成されたアウタ脚部３Ｃとから構成され、前記インナ脚部３Ｂの内周側にはシリンダボア３Ｂ１が形成さている。
【００２０】
また、前記インナ脚部３Ｂには、図２中の左右両側に位置して一対の取付部３Ｄａ、３Ｄｂがブレーキロータ１の回転方向に向けて突設され、該各取付部３Ｄａ、３Ｄｂにはそれぞれの突出端側に図示しない各ピンボルト穴が穿設されている。そして、該各ピンボルト穴には、それぞれ図示しないピンボルトを介して摺動ピン５、６が設けられることにより、シリンダボディ３はトルクメンバ４の各腕部４Ａａ、４Ａｂに対してブレーキロータ１の軸方向に摺動可能に取り付けられる。
【００２１】
図１の７はシリンダボディ３のシリンダボア３Ｂ１内に摺動可能に挿嵌されたピストンで、該ピストン７は、シリンダボア３Ｂ１内に外部から供給されるブレーキ液圧によりシリンダボア３Ｂ１内を軸方向に摺動変位し、アウタ脚部３Ｃの爪部３Ｃ１との間で各摩擦パッド２をブレーキロータ１の両面側に押圧するものである。
【００２２】
２はシリンダボディ３によりブレーキロータ１の両面に押圧される一対の摩擦パッドで、該各摩擦パッド２は、図１および図２に示すごとく平板状をなし、その裏面には裏金２ａが重なり合うように固着されている。そして、各摩擦パッド２は、各裏金２ａがトルクメンバ４のパッドガイド部４Ａａ１、４Ａｂ１、４Ａａ２、４Ａｂ２により摺動可能に支持され、ブレーキロータ１に制動力を付与すべく、シリンダボディ３によってブレーキロータ１の両面に押圧されるものである。
【００２３】
本実施の形態によるディスクブレーキは、上述のごとき構成を有するもので、次にその作動について説明する。
まず、車両のブレーキ操作時には、シリンダボディ３の各シリンダボア３Ｂ１内に外部から供給されるブレーキ液圧により、ピストン７がブレーキロータ１側に摺動変位すると、前記ピストン７によりインナ側の摩擦パッド２がブレーキロータ１に押圧される。そして、この時シリンダボディ３はブレーキロータ１からの反力を受け、摺動ピン５、６を介してトルクメンバ４に対しインナ側へと変位するとともに、爪部３Ｃ１を介してアウタ側の摩擦パッド２をブレーキロータ１に押圧する。これにより、ブレーキロータ１は各摩擦パッド２によって両面側から制動力を付与される。
【００２４】
そのとき、摩擦力によって、ブレーキロータ１と摩擦パッド２の裏金２ａ間の局所的な振動の相対変位がある特定の状態になると、不安定な現象が生じ、その振動が増大してブレーキロータ１が直径節モードで振動し、その振動を発音させてしまう。その現象がブレーキ鳴きである。
【００２５】
しかし、本実施の形態のブレーキロータ１は、インナ側摺動面とアウタ側摺動面との略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴が設けられており、その穴によって剛性の周方向の変化が（重量の変化ともいえる）発生し、重根の分離を行う。また、本発明のもっとも重要なことは、直径節モードの次数の高さによって、もっとも重根分離を行いやすい、つまり、大きく分離する位置が半径方向によって異なることである。本発明人の計算によって、低次の直径節ではブレーキロータ１の内周側、高次の直径節モードになるほどブレーキロータ１の外周側に質量もしくは剛性の変化部分を配設するほうが効率がよいことが発見された。図３（ａ）はブレーキロータ１の直径３節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。図３（ｂ）はブレーキロータ１の直径６節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。
【００２６】
ここで、図４に前述の従来の手法と本発明での手法で、直径６節モードと直径３節モードとの重根の分離状態を計算した結果を示す。ここでは、重量を一定にした条件で計算を実施した。１５００Ｈｚ付近にある直径３節モードは従来の手法であると、２３２Ｈｚの離間があったものに対し、本発明であると、３３７Ｈｚにより離れている。また、４８００Ｈｚ付近にある直径６節モードについても、従来の手法では、３０１Ｈｚの離間があったものに対し、本発明では、４４９Ｈｚにより離れている。
【００２７】
本実施の形態では直径６節モードと直径３節モードとを重根分離する手段について図５を使って説明する。図５は本実施の形態のブレーキロータ１を説明する斜視図および側面図である。
前記の半径方向に伸びた穴を、等間隔１２本配設する。６本（９ａ）は他の６本（９ｂ）に比べ長くなっている。また、長い穴９ａと短い穴９ｂとは交互に配列されている。ここで外周側では１２本の穴が開いている状態であり、また、中心部では６本の穴が開いている状態になっている。
【００２８】
直径６節モードは比較的高次のモードであるため、外周側で重根分離をすることが効率的である。また、比較的低次のモードである直径３節モードは、ブレーキロータ１摺動面の中央部で重根分離が効果的である。このことから、外周部で１２個所の質量剛性増減部である１２本の穴（９ａ、９ｂ）による重根分離、内周分で６箇所の質量剛性増減部である６本の穴（９ａ）による重根分離によって、効果的に重根であった固有値の距離が十分に得られるのである。
つまり、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく（この場合は剛性低下を大幅に伴うことなく）低減することが可能になる。
【００２９】
また、異なるパターンとして、直径６節と直径２節モード二種類の重根分離の場合には、短い穴９ｂを８本、長い穴９ａを４本とし、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本という配列にすれば、同様に、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径２節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３０】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２を説明する。図６は実施の形態２のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
この場合の基本的な制動力を得るためのディスクブレーキの作用は上記実施の形態１のものと同等である。ブレーキロータ１０のインナ側摺動面とアウタ側摺動面の略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴の形状が異なる。
【００３１】
ここでも、直径６節モードと直径３節モードとを重根分離する手段について説明する。
インナ側摺動面とアウタ側摺動面の略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴が等間隔１２箇所設けられており、そのうち６本の穴（１０ａ）は同一径、もしくは中心部に向かうほど太くなる形状である。しかし、残りの６本（１０ｂ）は中心部に向かうに連れて、細くなっている形状となっている。これらは交互に配列されている。
【００３２】
ここで、ブレーキロータ１０の外周部においては、同形状の１２本の穴１０ａ、１０ｂが開いているが、中心部においては、６本（１０ｂ）は小さく、他の６本（１０ａ）は大きくなっている。つまり内周部では太い穴が６箇所に開いていることと同等になっている。このような形状においても、上記と同様に直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３３】
（実施の形態３）
実施の形態３では、ベンチレーテッドタイプのディスクロータの場合について図７を使って説明する。図７は実施の形態３のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
ベンチレーテッドロータ１１には、冷却用のフィン１１ｃがインナ摺動面１１ａとアウタ摺動面１１ｂとを繋ぐように半径方向に等間隔に並んで配設されている。
【００３４】
ここでもまた、直径６節モードと直径３節モードとの二種類の重根分離の方法を説明する。
説明を簡単にするためにフィン１１ｃの数を３６本にして説明する。今までに説明してきたように直径６節モードの重根を分離するためには、外周側に１２箇所の質量剛性変化部を配列し、また、直径３節モードの重根を分離するために、それより内周側で６箇所の質量剛性変化部を設ければよいため、フィン１１ｃの長さを通常サイズのフィンＡを２４本、外周部分のみで質量もしくは剛性が変化している部分を持つフィンＢが６本、外周とそれより内周側の両方部分で質量もしくは剛性が変化している部分を持つフィンＣが６本あり、その組み合わせ順序として、フィンＡ２本、フィンＢ１本、フィンＡ２本、フィンＣ１本、フィンＡ２本、フィンＢ１本という順に配列する。こうすることにより、直径６節モードと直径３節モードの両方の重根が十分分離することができ、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径２節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３５】
ここでは、たとえば、フィン１１ｃの長さによって質量剛性変化作用を構成したが、フィン１１ｃの太さであってもかまわないし、フィン１１ｃを分断している位置でもかまわない。また、フィン１１ｃをずらす手法を取ることも可能である。
【００３６】
（実施の形態４）
実施の形態４として、フィンの太さによって質量剛性変化作用を構成する手法を示す。図８は実施の形態４のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
本実施の形態のベンチレーテッドロータ１２は、冷却用のフィン１２ｃがインナ摺動面１２ａとアウタ摺動面１２ｂとを繋ぐように半径方向に等間隔に並んで配設されていて、フィン１２ｃの配列や作用については実施の形態３と同様である。
【００３７】
上述のように構成することにより、直径６節モードと直径３節モードの両方の重根が十分分離することができ、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３８】
（実施の形態５）
図９は本発明実施の形態５のブレーキドラム１３を説明する斜視図であり、本実施の形態のブレーキドラム１３が適用されるドラムブレーキの全体構成は、前述の図１４に示した従来のドラムブレーキの構成と同一であるため、ブレーキドラム１３以外の各部の説明および図示は省略する。
すなわち、本実施の形態のブレーキドラム１３は、図９に示すように、略円筒状に形成され、その一方の端部は、車輪側に取り付けられる際に利用される中央貫通穴１３ａおよび複数のボルト孔１３ｂを除いて閉じられ、他方の端部１３ｃは開放していて、その円筒形状の内側に図１４に示したようなブレーキシュー０２２やホイールシリンダ０２５が取り付けられ、かつ、車体側に支持されたバックプレート０２３が配設される。
【００３９】
ホイールシリンダ０２５内の制動油圧の上昇によって、ブレーキシュー０２２がブレーキドラム１３に押し付けられ、その間に発生する摩擦力によって制動力を得るのである。
そして、ブレーキドラム１３の外周面には、このブレーキドラム１３の回転中心軸に沿った方向に長く周方向に短い形状の質量剛性増減部としての複数の厚肉部１４ａ、１４ｂが形成されている。なお、各厚肉部１４ａ、１４ｂはブレーキドラム１３の円筒形状部分と一体になっており、厚肉部１４ａ、１４ｂを含むブレーキドラム１３全体が従来のブレーキドラム０２１（図１４）と同様に鋳型を利用して鋳造される。ここでは、この厚肉部１４ａ、１４ｂが冷却用のフィンになっている。今後、この厚肉部１４ａ、１４ｂをフィンと称する。
【００４０】
ここで、ブレーキドラムの直径節モードについて若干の説明を加えると、直径節モードはブレーキドラムでは摺動面が花びら状に変形する。この変形モードが主として、摩擦力による摩擦振動を伴なって共振し、ブレーキ鳴きが発生するのである。ここで、ディスクブレーキと同様に直径節モードを調査したところ、低次の直径節モードではブレーキドラム摺動面の中央部で振動モードの変形を引き起こす歪みエネルギが集中し、高次の直径節モードでは摺動面の開口部付近で振動モードの変形を引き起こす歪みエネルギが集中する。この歪みエネルギの分布を図１０に示す。図１０（ａ）はブレーキドラムの直径３節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したもの、図１０（ｂ）はブレーキドラムの直径６節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。
【００４１】
すなわち、低次の直径節モードについては摺動面の中央部分に質量剛性変化部を配設し、高次のモードについては摺動面の開口部に質量剛性変化部を配設することで、より効果的に、少ない重量で複数の重根分離が可能になる。複数の重根を分離することで、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。
【００４２】
ここでは、これらの質量剛性変化部を上記フィン１４ａ、１４ｂで構成している。たとえば、直径６節と直径３節モードの鳴きが発生するような場合について説明する。直径６節モードを効率よく分離するためには、１２本のフィンを配設する。また、直径３節モードの重根を分離するために、これら１２本のフィンのうち６本（１４ａ）がその他（１４ｂ）に比べて長くなっている。
そうすることにより、摺動面の開口部側では１２個所の質量剛性変化部分が配設され、直径６節モードの重根が分離される。また、摺動面の中央部付近では６個所の質量剛性変化部が配設され、直径３節モードの重根が分離される。つまり、直径６節モードに起因していた鳴きと、直径３節モードに起因していた鳴きの両方が、最小の重量付加で可能になる。
【００４３】
また、その他の例として、直径８節モードと直径２節モードに起因する鳴きが発生するような場合には、１２本の短いフィンと、４本の長いフィンとを開口部端面に略そろえて配置することにより、同様な重根分離効果が得られる。この場合、配列としては、短いフィン３本、長いフィン１本という順番となる。
【００４４】
（実施の形態６）
つぎに実施の形態６について説明する。図１１は本発明の実施の形態６のブレーキドラム１５について説明する斜視図である。
ここでは、３種類のフィンを用いた重根分離について説明する。例えば、直径２節モード、直径４節モード、直径８節モードについて、重根分離するパターンを示す。その他のパターンも今までと同じく、いろいろな組み合わせが可能であるが、まったく同様の説明となるため、ここでは割愛する。
【００４５】
前述の実施の形態５と同様にブレーキドラム１５の外周面に設けたフィンを質量剛性変化部として重根分離を実施する。この場合は、長いフィン１５ａ、短いフィン１５ｃ、その中間のフィン１５ｂの３種類がある。長いフィン１５ａは４本、中間のフィン１５ｂは４本、短いフィン１５ｃが８本の計１６本で構成されている。
【００４６】
配列としては、長いフィン１５ａ１本−短いフィン１５ｃ１本−中間のフィン１５ｂ１本−短いフィン１５ｃ１本−長いフィン１５ａ−…と配列される。つまりは、摺動面開口部では、１６箇所の質量剛性変化部、中央部へ行くにしたがって８箇所、４箇所と少なくなっている。しかもそれぞれ、等間隔になるように配列されている。
【００４７】
今までに述べてきた、直径節モードの高次になればなるほど、摺動面の中央部から開口部に向かって重根分離をするために最適の位置が、移動していくことより、より効率的に重根分離が可能になり、しかも、直径２節モード、直径４節モード、直径８節モードの重根が最小の質量付加で分離可能になる。そのため、鳴きが発生しやすい多くのモードの重根分離が図られ、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。
【００４８】
（実施の形態７）
つぎに、実施の形態７について説明する。図１２は実施の形態７のブレーキドラム１６を説明する斜視図である。
ここでは、上記までの形状変化部による質量剛性変化部とは異なり、材料変化部による質量剛性変化部を説明する。ブレーキ鳴きと重根分離の関係に対する考え方は上記と同じであるため、ここでは割愛する。また、ここでも例として、直径６節モードと直径３節モードの重根分離について説明する。また、ここではドラムブレーキを例にとって説明するが、ディスクブレーキでも同様な構成で同様の効果が得られる。
【００４９】
ブレーキドラム１６は二種類以上の素材で鋳造されている。この様な方法として、あらかじめ鋳型の中に異なる材質の物をセットしておき、鋳込むということを実施する。鋳込みの製造方法については、従来からさまざまな形で使用されてきた技術であるため、ここでの説明は割愛する。
ブレーキドラム１６は摺動面の開口部側で１２箇所の鋳込みによる質量剛性変化部分、摺動面の中央部付近では６個所の鋳込みによる質量剛性変化部を配設している。この様な構成にすることにより、摺動面の開口部付近に歪みエネルギが集中する比較的高次な直径６節モードと、摺動面の中央部付近に歪みエネルギが集中する低次な直径３節モードが最も効率よく重根分離され、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。また、鋳込みによる、材料変化の境界を作ることで全振動モードの減衰の効果も期待できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り請求項１の発明によれば、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキロータを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキロータの内周側では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記ブレーキロータの外周側では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。そのため、二種類以上の直径節モードについて最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５１】
また、請求項２にかかる発明によれば、前記ブレーキロータがベンチレーテッド式であって、前記質量剛性増減部は、周方向に所定間隔をあけながら半径方向に配置した複数のフィンの何れかを、内周側のフィン幅及び外周側のフィン幅が異なるフィン、或いは半径方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて、冷却効率を確保したまま、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５２】
そして、請求項３にかかる発明によれば、前記ブレーキロータが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする。二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５３】
さらに、請求項４にかかる発明によれば、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキドラムを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、前記摩擦材が摺動する摺動面の中央部では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記摺動面の開口部では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５４】
また、請求項５に係る発明によれば、前記ブレーキドラムの外周に、周方向に所定の間隔で隔離し、且つ前記摺動面の開口部から回転中心軸に沿う方向に伸びている複数のフィンが形成されているとともに、前記質量剛性増減部は、前記複数のフィンの何れかを、前記摺動面の中央部側のフィン幅及び前記摺動面の開口部側のフィン幅が異なるフィン、或いは回転中心軸に沿う方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて、また、冷却効率を上昇させたうえで、最小限の重量変化によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５５】
そして、請求項６にかかる発明によれば、前記ブレーキドラムは二種類以上の異種材料で構成されている。二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図２】実施の形態１のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図３】ブレーキロータの直径節モード変形時の歪みエネルギ分布を説明する斜視図である。
【図４】重根分離の周波数を計算した結果を示す説明図である。
【図５】実施の形態１のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図６】実施の形態２のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図７】実施の形態３のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図８】実施の形態４のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図９】実施の形態５のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１０】ブレーキドラムの直径節モード変形時の歪みエネルギ分布を説明する斜視図である。
【図１１】実施の形態６のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１２】実施の形態７のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１３】従来のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１４】従来のドラムブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１５】従来のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１６】ドラムブレーキの直径節モード図である。
【図１７】直径節モードの重根の説明図である。
【符号の説明】
１ ブレーキロータ
２ 摩擦パッド
２ａ 裏金
３ シリンダボディ
３Ａ ブリッジ部
３Ｂ インナ脚部
３Ｂ１ シリンダボア
３Ｃ アウタ脚部
３Ｃ１ 爪部
３Ｄａ 取付部
３Ｄｂ 取付部
４ トルクメンバ
４Ａａ 腕部
４Ａａ１ パッドガイド部
４Ａａ２ パッドガイド部
４Ａｂ 腕部
４Ａｂ１ パッドガイド部
４Ａｂ２ パッドガイド部
４Ｂ 連結部
４Ｃ
５ 摺動ピン
５Ａ ピンボルト
６ 摺動ピン
６Ａ ピンボルト
７ ピストン
９ａ 長い穴
９ｂ 短い穴
１０ａ 穴
１０ｂ 穴
１１ ベンチレーテッドロータ
１１ａ インナ摺動面
１１ｂ アウタ摺動面
１１ｃ フィン
１２ ベンチレーテッドロータ
１２ａ インナ摺動面
１２ｂ アウタ摺動面
１２ｃ フィン
１３ ブレーキドラム
１３ａ 中央貫通穴
１３ｂ ボルト孔
１３ｃ 端部
１４ａ 肉厚部（フィン）
１４ｂ 肉厚部（フィン）
１５ ブレーキドラム
１５ａ フィン
１５ｂ フィン
１５ｃ フィン
１６ ブレーキドラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両等に制動力を付与するのに好適に用いられるブレーキに関し、特にブレーキロータおよびブレーキドラムの振動特性を改善でき、所謂ブレーキ鳴きを低減できる様にしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の制動装置の一つであるディスクブレーキは、図１３に示すように構成され、車体に支持された車輪回転方向固定のキャリパ０３が、車輪と一体に回転するディスク状のブレーキロータ０１に、摩擦材０２ａが接着されたパッド０２を押し付け、摩擦材０２ａの摩擦力を利用して制動を行う装置である。また、従来の制動装置の１つであるドラムブレーキは、図１４に示すように、車輪と一体に回転する略円筒状のブレーキドラム０２１の内周面０２１ａに、車体に支持された車輪回転方向固定の摩擦材０２２ａが接着された略円弧状のブレーキシュー０２２を押し付け、摩擦材０２２ａの摩擦力を利用して制動を行う装置である。
【０００３】
具体的には、図１５のように、このディスクブレーキはアクスル等の車体側に固定されたトルクメンバ０４を有し、このトルクメンバ０４は、車輪と一体に回転するブレーキロータ０１を跨ぐような形状になっている。また、トルクメンバ０４には２枚のパッド０２がブレーキロータ０１を挟むように、摩擦材０２ａがブレーキロータ０１に接触するように軸方向のみ自由度を持って略固定されている。
シリンダボディは更に前記２枚のパッド０２を挟むように、軸方向のみ自由度を持って略固定されている。また、シリンダボディにはピストンが配設されていて、制動油圧等の力によって、ピストンが２枚のパッド０２を両側からブレーキロータ０１に押し付ける。その摩擦力によってブレーキロータ０１の回転力が摩擦熱に変換されて制動が行われる。
【０００４】
また、図１４のドラムブレーキにあっては、車体側に固定されたバックプレート０２３を有し、このバックプレート０２３には、ブレーキドラム０２１の内周面０２１ａよりも内側に位置するように制動トルクを受けるアンカ０２４が固定されていて、このアンカ０２４には一対のブレーキシュー０２２の対向する一端側が揺動自在に取り付けられている。これら一対のブレーキシュー０２２のそれぞれは、ブレーキドラム０２１の内周面０２１ａに沿うように配設されていて、非制動時には、それらの外周面に固定された摩擦材０２２ａが内周面０２１ａと所定距離隔てて対向するようになっている。
【０００５】
そして、一対のブレーキシュー０２２のアンカ０２４側とは逆側の位置にて対向する端部間には、ホイールシリンダ０２５およびリターンスプリング０２６が配設されていて、ホイールシリンダ０２５に制動油圧等の力が加わると、その左右方向に進退可能に設けられた一対のピストン０２５ａ、０２５ｂが延びる方向に変位し、これによりブレーキシュー０２２の端部が左右に開いて内周面０２１ａに押圧され、その摩擦材０２２ａが内周面０２１ａに押し付けられて接触し、その接触部においてブレーキドラム０２１の回転力が摩擦熱に変換して制動が行われるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この様な、ディスクブレーキやドラムブレーキに於いては、摩擦力による摩擦熱が発生する際に、それらの摩擦面に生じる摩擦振動がブレーキロータ０１やブレーキドラム０２１を振動させ、ブレーキロータ０１やブレーキドラム０２１の固有振動を励振する結果、不快なブレーキ鳴きを発生させる恐れがある。
【０００７】
ここで、一般的なブレーキドラム０２１の様な円筒体や円板等の物体は、その外周部が曲げ振動するたとえば図１６の様に（ａ）直径２節モード、（ｂ）直径３節モード、（ｃ）直径４節モード、（ｄ）直径５節モード、（ｅ）直径６節モード等の振動モードを呈する固有モードを有するが、その固有モードはブレーキドラム０２１が回転中心軸を中心とした対称性のある物体であることから、重根が存在する。なお、“重根が存在する”とは、図１７に示すような一つの固有モード（ａ）の他に、周方向に位相が半周期だけずれた同形状の他の固有モード（ｂ）が同一周波数に存在すると考えられる、ということである。
つまり、ブレーキドラム０２１の周面を静止した状態で加振すると、周方向のいずれの位置を加振しても、ブレーキドラム０２１が回転中心軸を中心とした対称性のある物体であるため、その加振点が常に腹となる振動モードが現れるから、ブレーキドラム０２１には多数の固有モードが存在するようにも思えるか、図１７に一点鎖線で示すような直径に沿った軸を考えれば、その軸がブレーキドラム０２１に対して回転していると考えることが出来る。すると、振動的には、図１７に示すような固有モード（ａ）と、これから半周期だけずれた同形状の固有モード（ｂ）という二つの固有モードが存在すると考えることができ、その場合を重根が存在すると考えるのである。
【０００８】
そして、実際のドラムブレーキ０２１における制動と沿うように、ブレーキドラム０２１を回転させた状態でその周面を加振すると、加振点が腹となる振動モードは、ブレーキドラム０２１に対してではなく、まるで空間に制止しているかのように観測される（かかるモードを、空間固定モードと称する）。この様な空間固定モードが表れるということは、常に固有モードの腹が加振点となることを意味するから、そのモードを最も効率よく励振することになり、音響放射効率が最大となるため、実際のブレーキ鳴きの主要因となることが多いのである。
なお、この様な現象は、ドラムブレーキに限ったものではなく、車輪と一体に回転するブレーキロータ０１をパッド０２で挟み込むようなディスクブレーキにも、ブレーキロータ０１が回転中心軸を中心とした対称性のある円板であることから、同様に生じるものであった。
【０００９】
この様な現象に着目した従来の技術として、本出願人が先に提案した特開平９−１４３０３号公報に開示されたものがある。即ち、かかる従来技術に於いては、周方向に隔離した少なくとも四個所に、質量および剛性の少なくとも一方を増加または減少してなる質量剛性増減部が形成されるとともに、それら少なくとも四つの質量剛性増減部全体での重心は回転中心軸上に位置し、そして、前記質量剛性増減部のうち周方向で隣り合う少なくともいずれか二つの質量剛性増減部は、異なった質量または剛性であることを特徴としている。
【００１０】
確かに、上記従来技術の様な構成をすれば、複数の直径節の重根を分離可能であるが、たくさんの直径節を分離しようとすればするほど、その効果が減少してしまう。という問題点があった。前記従来技術の中でも述べられているが、たとえば、付加マス部や弾性部材が二個では、高次のモードに対して得られる効果が小さいことを述べている。
そして、実際のディスクブレーキやドラムブレーキでは、摩擦材０２ａ、０２２ａの摩耗等の経時変化や、制動条件の違いで摩擦振動の周波数成分が変化することから、必ずしも一つの直径節モードの低減がされただけでは、どのような状況においてもブレーキ鳴きを十分に低減できるようにはならないのである。また、鳴きが発生する異なる直径節モードの重根の複数を十分に分離させるためには前記従来例を用いても可能であるが、必要な重量や剛性が大きくなってしまいブレーキドラム０２１、ブレーキロータ０１の重量増加になっていまう。
本発明は、このような技術が有する課題に着目してなされたものであって、複数の直径節モードについて同時に重根を分離でき、しかも大幅な重量増加を伴なわず、もってブレーキ鳴きを従来よりも大幅に低減することができるブレーキを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明にあっては、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキロータを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキロータの内周側では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記ブレーキロータの外周側では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されている。そのため、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、請求項２にかかる発明は、請求項１記載のブレーキにおいて、前記ブレーキロータがベンチレーテッド式であって、前記質量剛性増減部は、周方向に所定間隔をあけながら半径方向に配置した複数のフィンの何れかを、内周側のフィン幅及び外周側のフィン幅が異なるフィン、或いは半径方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。そのため、請求項２に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量変化によって、また、冷却効率を確保したまま、分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１３】
そして、上記目的を達成するために、請求項３にかかる発明は、請求項１又は２記載のブレーキにおいて、前記ブレーキロータが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする。そのため、請求項３に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１４】
そして、上記目的を達成するために、請求項４にかかる発明は、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキドラムを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、前記摩擦材が摺動する摺動面の中央部では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記摺動面の開口部では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。そのため、請求項４に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１５】
さらに、上記目的を達成するために、請求項５にかかる発明は、請求項４記載のブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、周方向に所定の間隔で隔離し、且つ前記摺動面の開口部から回転中心軸に沿う方向に伸びている複数のフィンが形成されているとともに、前記質量剛性増減部は、前記複数のフィンの何れかを、前記摺動面の中央部側のフィン幅及び前記摺動面の開口部側のフィン幅が異なるフィン、或いは回転中心軸に沿う方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。そのため、請求項５に係る発明にあっては、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量変化によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１６】
そして、上記目的を達成するために、請求項６にかかる発明は、請求項４又は５記載のブレーキにおいて、前記ブレーキドラムは二種類以上の異種材料で構成されている。そのため、請求項６にかかる発明は、二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
（実施の形態１）
ここで、図１および図２は本発明の実施の形態１のディスクブレーキを自動車に適用した場合を示している。
図中、１は自動車の車輪とともに図２中の矢印Ａ方向に回転するブレーキロータ、４は前記ブレーキロータ１のインナ側に設けられるトルクメンバを示し、該トルクメンバ４は図２に示すごとく、ブレーキロータ１の回転方向に離間してこのブレーキロータ１の外周を跨ぐように軸方向に伸長した一対の腕部４Ａａ、４Ａｂを連結する連結部４Ｂ等とから一体形成されている。そして、トルクメンバ４はねじを利用してナックル部（図示せず）等に一体的に取り付けられている。
また、各腕部４Ａａ、４Ａｂには、摺動ピン５、６が挿入され、該摺動ピン５、６が取り付けられたシリンダボディ３が車輪回転軸方向０−０のみ自由になるように略固定されている。
そして、トルクメンバ４にはパッドガイド部４Ａａ１、４Ａｂ１、４Ａａ２、４Ａｂ２に後述する摩擦パッド２の裏金２ａが摺動可能に係合され、各摩擦パッド２をブレーキロータ１の軸０−０方向へ摺動可能に案内するとともに、各摩擦パッド２を介したブレーキロータ１からのトルクをトルクメンバ４で受承するものである。また、各腕部４Ａ，４Ａｂには、両者間を弓状に長く延びて該各腕部４Ａａ，４Ａｂの先端側を一体に連結した連結部４Ｃが図示のごとく形成されている。
【００１９】
前記シリンダボディ３は図２に示すごとく、トルクメンバ４の各腕部４Ａａ、４Ａｂ間でブレーキロータ１の外周側を跨ぐように延びたブリッジ部３Ａと、ブレーキロータ１のインナ側で前記ブリッジ部３Ａの一側に一体形成されたインナ脚部３Ｂと、ブリッジ部３Ａの他側に一体形成されたアウタ脚部３Ｃとから構成され、前記インナ脚部３Ｂの内周側にはシリンダボア３Ｂ１が形成さている。
【００２０】
また、前記インナ脚部３Ｂには、図２中の左右両側に位置して一対の取付部３Ｄａ、３Ｄｂがブレーキロータ１の回転方向に向けて突設され、該各取付部３Ｄａ、３Ｄｂにはそれぞれの突出端側に図示しない各ピンボルト穴が穿設されている。そして、該各ピンボルト穴には、それぞれ図示しないピンボルトを介して摺動ピン５、６が設けられることにより、シリンダボディ３はトルクメンバ４の各腕部４Ａａ、４Ａｂに対してブレーキロータ１の軸方向に摺動可能に取り付けられる。
【００２１】
図１の７はシリンダボディ３のシリンダボア３Ｂ１内に摺動可能に挿嵌されたピストンで、該ピストン７は、シリンダボア３Ｂ１内に外部から供給されるブレーキ液圧によりシリンダボア３Ｂ１内を軸方向に摺動変位し、アウタ脚部３Ｃの爪部３Ｃ１との間で各摩擦パッド２をブレーキロータ１の両面側に押圧するものである。
【００２２】
２はシリンダボディ３によりブレーキロータ１の両面に押圧される一対の摩擦パッドで、該各摩擦パッド２は、図１および図２に示すごとく平板状をなし、その裏面には裏金２ａが重なり合うように固着されている。そして、各摩擦パッド２は、各裏金２ａがトルクメンバ４のパッドガイド部４Ａａ１、４Ａｂ１、４Ａａ２、４Ａｂ２により摺動可能に支持され、ブレーキロータ１に制動力を付与すべく、シリンダボディ３によってブレーキロータ１の両面に押圧されるものである。
【００２３】
本実施の形態によるディスクブレーキは、上述のごとき構成を有するもので、次にその作動について説明する。
まず、車両のブレーキ操作時には、シリンダボディ３の各シリンダボア３Ｂ１内に外部から供給されるブレーキ液圧により、ピストン７がブレーキロータ１側に摺動変位すると、前記ピストン７によりインナ側の摩擦パッド２がブレーキロータ１に押圧される。そして、この時シリンダボディ３はブレーキロータ１からの反力を受け、摺動ピン５、６を介してトルクメンバ４に対しインナ側へと変位するとともに、爪部３Ｃ１を介してアウタ側の摩擦パッド２をブレーキロータ１に押圧する。これにより、ブレーキロータ１は各摩擦パッド２によって両面側から制動力を付与される。
【００２４】
そのとき、摩擦力によって、ブレーキロータ１と摩擦パッド２の裏金２ａ間の局所的な振動の相対変位がある特定の状態になると、不安定な現象が生じ、その振動が増大してブレーキロータ１が直径節モードで振動し、その振動を発音させてしまう。その現象がブレーキ鳴きである。
【００２５】
しかし、本実施の形態のブレーキロータ１は、インナ側摺動面とアウタ側摺動面との略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴が設けられており、その穴によって剛性の周方向の変化が（重量の変化ともいえる）発生し、重根の分離を行う。また、本発明のもっとも重要なことは、直径節モードの次数の高さによって、もっとも重根分離を行いやすい、つまり、大きく分離する位置が半径方向によって異なることである。本発明人の計算によって、低次の直径節ではブレーキロータ１の内周側、高次の直径節モードになるほどブレーキロータ１の外周側に質量もしくは剛性の変化部分を配設するほうが効率がよいことが発見された。図３（ａ）はブレーキロータ１の直径３節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。図３（ｂ）はブレーキロータ１の直径６節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。
【００２６】
ここで、図４に前述の従来の手法と本発明での手法で、直径６節モードと直径３節モードとの重根の分離状態を計算した結果を示す。ここでは、重量を一定にした条件で計算を実施した。１５００Ｈｚ付近にある直径３節モードは従来の手法であると、２３２Ｈｚの離間があったものに対し、本発明であると、３３７Ｈｚにより離れている。また、４８００Ｈｚ付近にある直径６節モードについても、従来の手法では、３０１Ｈｚの離間があったものに対し、本発明では、４４９Ｈｚにより離れている。
【００２７】
本実施の形態では直径６節モードと直径３節モードとを重根分離する手段について図５を使って説明する。図５は本実施の形態のブレーキロータ１を説明する斜視図および側面図である。
前記の半径方向に伸びた穴を、等間隔１２本配設する。６本（９ａ）は他の６本（９ｂ）に比べ長くなっている。また、長い穴９ａと短い穴９ｂとは交互に配列されている。ここで外周側では１２本の穴が開いている状態であり、また、中心部では６本の穴が開いている状態になっている。
【００２８】
直径６節モードは比較的高次のモードであるため、外周側で重根分離をすることが効率的である。また、比較的低次のモードである直径３節モードは、ブレーキロータ１摺動面の中央部で重根分離が効果的である。このことから、外周部で１２個所の質量剛性増減部である１２本の穴（９ａ、９ｂ）による重根分離、内周分で６箇所の質量剛性増減部である６本の穴（９ａ）による重根分離によって、効果的に重根であった固有値の距離が十分に得られるのである。
つまり、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく（この場合は剛性低下を大幅に伴うことなく）低減することが可能になる。
【００２９】
また、異なるパターンとして、直径６節と直径２節モード二種類の重根分離の場合には、短い穴９ｂを８本、長い穴９ａを４本とし、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本、短い穴９ｂを２本、長い穴９ａを１本という配列にすれば、同様に、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径２節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３０】
（実施の形態２）
つぎに、実施の形態２を説明する。図６は実施の形態２のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
この場合の基本的な制動力を得るためのディスクブレーキの作用は上記実施の形態１のものと同等である。ブレーキロータ１０のインナ側摺動面とアウタ側摺動面の略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴の形状が異なる。
【００３１】
ここでも、直径６節モードと直径３節モードとを重根分離する手段について説明する。
インナ側摺動面とアウタ側摺動面の略中間位置に、周方向に一定間隔に配設された半径方向に伸びた穴が等間隔１２箇所設けられており、そのうち６本の穴（１０ａ）は同一径、もしくは中心部に向かうほど太くなる形状である。しかし、残りの６本（１０ｂ）は中心部に向かうに連れて、細くなっている形状となっている。これらは交互に配列されている。
【００３２】
ここで、ブレーキロータ１０の外周部においては、同形状の１２本の穴１０ａ、１０ｂが開いているが、中心部においては、６本（１０ｂ）は小さく、他の６本（１０ａ）は大きくなっている。つまり内周部では太い穴が６箇所に開いていることと同等になっている。このような形状においても、上記と同様に直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３３】
（実施の形態３）
実施の形態３では、ベンチレーテッドタイプのディスクロータの場合について図７を使って説明する。図７は実施の形態３のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
ベンチレーテッドロータ１１には、冷却用のフィン１１ｃがインナ摺動面１１ａとアウタ摺動面１１ｂとを繋ぐように半径方向に等間隔に並んで配設されている。
【００３４】
ここでもまた、直径６節モードと直径３節モードとの二種類の重根分離の方法を説明する。
説明を簡単にするためにフィン１１ｃの数を３６本にして説明する。今までに説明してきたように直径６節モードの重根を分離するためには、外周側に１２箇所の質量剛性変化部を配列し、また、直径３節モードの重根を分離するために、それより内周側で６箇所の質量剛性変化部を設ければよいため、フィン１１ｃの長さを通常サイズのフィンＡを２４本、外周部分のみで質量もしくは剛性が変化している部分を持つフィンＢが６本、外周とそれより内周側の両方部分で質量もしくは剛性が変化している部分を持つフィンＣが６本あり、その組み合わせ順序として、フィンＡ２本、フィンＢ１本、フィンＡ２本、フィンＣ１本、フィンＡ２本、フィンＢ１本という順に配列する。こうすることにより、直径６節モードと直径３節モードの両方の重根が十分分離することができ、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径２節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３５】
ここでは、たとえば、フィン１１ｃの長さによって質量剛性変化作用を構成したが、フィン１１ｃの太さであってもかまわないし、フィン１１ｃを分断している位置でもかまわない。また、フィン１１ｃをずらす手法を取ることも可能である。
【００３６】
（実施の形態４）
実施の形態４として、フィンの太さによって質量剛性変化作用を構成する手法を示す。図８は実施の形態４のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
本実施の形態のベンチレーテッドロータ１２は、冷却用のフィン１２ｃがインナ摺動面１２ａとアウタ摺動面１２ｂとを繋ぐように半径方向に等間隔に並んで配設されていて、フィン１２ｃの配列や作用については実施の形態３と同様である。
【００３７】
上述のように構成することにより、直径６節モードと直径３節モードの両方の重根が十分分離することができ、直径６節モードでのブレーキ鳴き、直径３節モードでのブレーキ鳴き共に、より効率よく低減することが可能になる。
【００３８】
（実施の形態５）
図９は本発明実施の形態５のブレーキドラム１３を説明する斜視図であり、本実施の形態のブレーキドラム１３が適用されるドラムブレーキの全体構成は、前述の図１４に示した従来のドラムブレーキの構成と同一であるため、ブレーキドラム１３以外の各部の説明および図示は省略する。
すなわち、本実施の形態のブレーキドラム１３は、図９に示すように、略円筒状に形成され、その一方の端部は、車輪側に取り付けられる際に利用される中央貫通穴１３ａおよび複数のボルト孔１３ｂを除いて閉じられ、他方の端部１３ｃは開放していて、その円筒形状の内側に図１４に示したようなブレーキシュー０２２やホイールシリンダ０２５が取り付けられ、かつ、車体側に支持されたバックプレート０２３が配設される。
【００３９】
ホイールシリンダ０２５内の制動油圧の上昇によって、ブレーキシュー０２２がブレーキドラム１３に押し付けられ、その間に発生する摩擦力によって制動力を得るのである。
そして、ブレーキドラム１３の外周面には、このブレーキドラム１３の回転中心軸に沿った方向に長く周方向に短い形状の質量剛性増減部としての複数の厚肉部１４ａ、１４ｂが形成されている。なお、各厚肉部１４ａ、１４ｂはブレーキドラム１３の円筒形状部分と一体になっており、厚肉部１４ａ、１４ｂを含むブレーキドラム１３全体が従来のブレーキドラム０２１（図１４）と同様に鋳型を利用して鋳造される。ここでは、この厚肉部１４ａ、１４ｂが冷却用のフィンになっている。今後、この厚肉部１４ａ、１４ｂをフィンと称する。
【００４０】
ここで、ブレーキドラムの直径節モードについて若干の説明を加えると、直径節モードはブレーキドラムでは摺動面が花びら状に変形する。この変形モードが主として、摩擦力による摩擦振動を伴なって共振し、ブレーキ鳴きが発生するのである。ここで、ディスクブレーキと同様に直径節モードを調査したところ、低次の直径節モードではブレーキドラム摺動面の中央部で振動モードの変形を引き起こす歪みエネルギが集中し、高次の直径節モードでは摺動面の開口部付近で振動モードの変形を引き起こす歪みエネルギが集中する。この歪みエネルギの分布を図１０に示す。図１０（ａ）はブレーキドラムの直径３節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したもの、図１０（ｂ）はブレーキドラムの直径６節モードについて歪みエネルギが高い部分を表したものである。
【００４１】
すなわち、低次の直径節モードについては摺動面の中央部分に質量剛性変化部を配設し、高次のモードについては摺動面の開口部に質量剛性変化部を配設することで、より効果的に、少ない重量で複数の重根分離が可能になる。複数の重根を分離することで、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。
【００４２】
ここでは、これらの質量剛性変化部を上記フィン１４ａ、１４ｂで構成している。たとえば、直径６節と直径３節モードの鳴きが発生するような場合について説明する。直径６節モードを効率よく分離するためには、１２本のフィンを配設する。また、直径３節モードの重根を分離するために、これら１２本のフィンのうち６本（１４ａ）がその他（１４ｂ）に比べて長くなっている。
そうすることにより、摺動面の開口部側では１２個所の質量剛性変化部分が配設され、直径６節モードの重根が分離される。また、摺動面の中央部付近では６個所の質量剛性変化部が配設され、直径３節モードの重根が分離される。つまり、直径６節モードに起因していた鳴きと、直径３節モードに起因していた鳴きの両方が、最小の重量付加で可能になる。
【００４３】
また、その他の例として、直径８節モードと直径２節モードに起因する鳴きが発生するような場合には、１２本の短いフィンと、４本の長いフィンとを開口部端面に略そろえて配置することにより、同様な重根分離効果が得られる。この場合、配列としては、短いフィン３本、長いフィン１本という順番となる。
【００４４】
（実施の形態６）
つぎに実施の形態６について説明する。図１１は本発明の実施の形態６のブレーキドラム１５について説明する斜視図である。
ここでは、３種類のフィンを用いた重根分離について説明する。例えば、直径２節モード、直径４節モード、直径８節モードについて、重根分離するパターンを示す。その他のパターンも今までと同じく、いろいろな組み合わせが可能であるが、まったく同様の説明となるため、ここでは割愛する。
【００４５】
前述の実施の形態５と同様にブレーキドラム１５の外周面に設けたフィンを質量剛性変化部として重根分離を実施する。この場合は、長いフィン１５ａ、短いフィン１５ｃ、その中間のフィン１５ｂの３種類がある。長いフィン１５ａは４本、中間のフィン１５ｂは４本、短いフィン１５ｃが８本の計１６本で構成されている。
【００４６】
配列としては、長いフィン１５ａ１本−短いフィン１５ｃ１本−中間のフィン１５ｂ１本−短いフィン１５ｃ１本−長いフィン１５ａ−…と配列される。つまりは、摺動面開口部では、１６箇所の質量剛性変化部、中央部へ行くにしたがって８箇所、４箇所と少なくなっている。しかもそれぞれ、等間隔になるように配列されている。
【００４７】
今までに述べてきた、直径節モードの高次になればなるほど、摺動面の中央部から開口部に向かって重根分離をするために最適の位置が、移動していくことより、より効率的に重根分離が可能になり、しかも、直径２節モード、直径４節モード、直径８節モードの重根が最小の質量付加で分離可能になる。そのため、鳴きが発生しやすい多くのモードの重根分離が図られ、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。
【００４８】
（実施の形態７）
つぎに、実施の形態７について説明する。図１２は実施の形態７のブレーキドラム１６を説明する斜視図である。
ここでは、上記までの形状変化部による質量剛性変化部とは異なり、材料変化部による質量剛性変化部を説明する。ブレーキ鳴きと重根分離の関係に対する考え方は上記と同じであるため、ここでは割愛する。また、ここでも例として、直径６節モードと直径３節モードの重根分離について説明する。また、ここではドラムブレーキを例にとって説明するが、ディスクブレーキでも同様な構成で同様の効果が得られる。
【００４９】
ブレーキドラム１６は二種類以上の素材で鋳造されている。この様な方法として、あらかじめ鋳型の中に異なる材質の物をセットしておき、鋳込むということを実施する。鋳込みの製造方法については、従来からさまざまな形で使用されてきた技術であるため、ここでの説明は割愛する。
ブレーキドラム１６は摺動面の開口部側で１２箇所の鋳込みによる質量剛性変化部分、摺動面の中央部付近では６個所の鋳込みによる質量剛性変化部を配設している。この様な構成にすることにより、摺動面の開口部付近に歪みエネルギが集中する比較的高次な直径６節モードと、摺動面の中央部付近に歪みエネルギが集中する低次な直径３節モードが最も効率よく重根分離され、ブレーキ鳴きを低減することが可能になる。また、鋳込みによる、材料変化の境界を作ることで全振動モードの減衰の効果も期待できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り請求項１の発明によれば、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキロータを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキロータの内周側では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記ブレーキロータの外周側では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。そのため、二種類以上の直径節モードについて最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５１】
また、請求項２にかかる発明によれば、前記ブレーキロータがベンチレーテッド式であって、前記質量剛性増減部は、周方向に所定間隔をあけながら半径方向に配置した複数のフィンの何れかを、内周側のフィン幅及び外周側のフィン幅が異なるフィン、或いは半径方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて、冷却効率を確保したまま、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５２】
そして、請求項３にかかる発明によれば、前記ブレーキロータが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする。二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５３】
さらに、請求項４にかかる発明によれば、車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキドラムを備えているブレーキにおいて、前記ブレーキドラムの外周に、前記摩擦材が摺動する摺動面の中央部では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記摺動面の開口部では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて重根を分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５４】
また、請求項５に係る発明によれば、前記ブレーキドラムの外周に、周方向に所定の間隔で隔離し、且つ前記摺動面の開口部から回転中心軸に沿う方向に伸びている複数のフィンが形成されているとともに、前記質量剛性増減部は、前記複数のフィンの何れかを、前記摺動面の中央部側のフィン幅及び前記摺動面の開口部側のフィン幅が異なるフィン、或いは回転中心軸に沿う方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする。このことから、二種類以上の直径節モードについて、また、冷却効率を上昇させたうえで、最小限の重量変化によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキドラムの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【００５５】
そして、請求項６にかかる発明によれば、前記ブレーキドラムは二種類以上の異種材料で構成されている。二種類以上の直径節モードについて、最小限の重量によって分離させることが可能である。そのため、ブレーキロータの振動が低減されブレーキ鳴きが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態１のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図２】実施の形態１のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図３】ブレーキロータの直径節モード変形時の歪みエネルギ分布を説明する斜視図である。
【図４】重根分離の周波数を計算した結果を示す説明図である。
【図５】実施の形態１のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図６】実施の形態２のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図７】実施の形態３のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図８】実施の形態４のブレーキロータを説明する斜視図および側面図である。
【図９】実施の形態５のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１０】ブレーキドラムの直径節モード変形時の歪みエネルギ分布を説明する斜視図である。
【図１１】実施の形態６のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１２】実施の形態７のブレーキドラムを説明する斜視図である。
【図１３】従来のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１４】従来のドラムブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１５】従来のディスクブレーキの構成を説明する断面図である。
【図１６】ドラムブレーキの直径節モード図である。
【図１７】直径節モードの重根の説明図である。
【符号の説明】
１ ブレーキロータ
２ 摩擦パッド
２ａ 裏金
３ シリンダボディ
３Ａ ブリッジ部
３Ｂ インナ脚部
３Ｂ１ シリンダボア
３Ｃ アウタ脚部
３Ｃ１ 爪部
３Ｄａ 取付部
３Ｄｂ 取付部
４ トルクメンバ
４Ａａ 腕部
４Ａａ１ パッドガイド部
４Ａａ２ パッドガイド部
４Ａｂ 腕部
４Ａｂ１ パッドガイド部
４Ａｂ２ パッドガイド部
４Ｂ 連結部
４Ｃ
５ 摺動ピン
５Ａ ピンボルト
６ 摺動ピン
６Ａ ピンボルト
７ ピストン
９ａ 長い穴
９ｂ 短い穴
１０ａ 穴
１０ｂ 穴
１１ ベンチレーテッドロータ
１１ａ インナ摺動面
１１ｂ アウタ摺動面
１１ｃ フィン
１２ ベンチレーテッドロータ
１２ａ インナ摺動面
１２ｂ アウタ摺動面
１２ｃ フィン
１３ ブレーキドラム
１３ａ 中央貫通穴
１３ｂ ボルト孔
１３ｃ 端部
１４ａ 肉厚部（フィン）
１４ｂ 肉厚部（フィン）
１５ ブレーキドラム
１５ａ フィン
１５ｂ フィン
１５ｃ フィン
１６ ブレーキドラム
Claims (6)
- 車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキロータを備えているブレーキにおいて、
前記ブレーキロータの内周側では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記ブレーキロータの外周側では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とするブレーキ。 - 前記ブレーキロータがベンチレーテッド式であって、前記質量剛性増減部は、周方向に所定間隔をあけながら半径方向に配置した複数のフィンの何れかを、内周側のフィン幅及び外周側のフィン幅が異なるフィン、或いは半径方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする請求項１記載のブレーキ。
- 前記ブレーキロータが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のブレーキ。
- 車輪と一体に回転し且つ制動時には車体側に支持された摩擦材と接触するブレーキドラムを備えているブレーキにおいて、
前記ブレーキドラムの外周に、前記摩擦材が摺動する摺動面の中央部では低次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化し、前記摺動面の開口部では高次の直径節モードの節数に対応した周方向の間隔で質量及び剛性の少なくとも一方が変化する質量剛性増減部が形成されていることを特徴とするブレーキ。 - 前記ブレーキドラムの外周に、周方向に所定の間隔で隔離し、且つ前記摺動面の開口部から回転中心軸に沿う方向に伸びている複数のフィンが形成されているとともに、前記質量剛性増減部は、前記複数のフィンの何れかを、前記摺動面の中央部側のフィン幅及び前記摺動面の開口部側のフィン幅が異なるフィン、或いは回転中心軸に沿う方向の長さが異なるフィンとすることで構成されることを特徴とする請求項４記載のブレーキ。
- 前記ブレーキドラムが二種類以上の異種材料で構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載のブレーキ。
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