JP4765850B2 - 低ノイズブレーキディスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、制動時におけるブレーキ鳴きなどのノイズを効果的に防止可能な低ノイズブレーキディスク及びその製造方法に関する。

一般に、自動二輪車のブレーキディスクとして、車体への取付部と、ブレーキパッドとの摺動部と、取付部と摺動部とを連結するアーム部とを有し、取付部と摺動部間に重量軽減用の模様孔を形成し、摺動部に放熱及び重量軽減用の複数の小孔を形成したものが広く採用されている。

ところで、自動二輪車用のブレーキディスクにおいては、ブレーキディスクが外部に露出する関係上、その設計時には、制動性能は言うまでもなく、意匠性についても十分な検討がなされている。意匠性に関しては、模様孔の形状と摺動部に形成する小孔の形状や配列が重要な設計事項となる。また、設計したブレーキディスクは、各種性能試験を行って量産することになるが、実車にて制動試験を行った結果、ブレーキ鳴きの発生により設計変更を余儀なくされることもある。

ブレーキ鳴きの発生メカニズムはまだ解明されていないが、設計したブレーキディスクにブレーキ鳴きが確認された場合には、ブレーキパッドの構成を変更したり、模様孔の意匠を変更したり、ブレーキディスクの板厚を変更したりすることにより、ブレーキ鳴きが発生しないように調整できることが知られている。

一方、自動車用のブレーキディスクでは、製造したブレーキディスクの全数に対してブレーキディスクの固有振動数を測定し、測定された固有振動数がブレーキ鳴きを防止又は低減可能な許容範囲内に収まらない場合には、ブレーキディスクの車体への取付部の外周部を切削して、ブレーキディスクの固有振動数を調整し、ブレーキ鳴きを防止するように構成したものも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−３０４７１号公報

ところで、制動時におけるブレーキ鳴きを防止するため、ブレーキパッドの素材や形状などの構成を変更する場合には、ブレーキディスク以外の構成を変更する必要があり、ブレーキディスクの製造メーカとブレーキパッドの製造メーカとが異なる場合には、設計変更に手間取るという問題がある。また、模様孔の意匠を変更したり、ブレーキディスクの板厚を変更したりする場合には、ブレーキディスクの製造メーカのみで設計変更可能であるが、模様孔の意匠を変更する場合には、ブレーキディスク全体の意匠が変わってしまうことから、ブレーキディスクの製造メーカと自動二輪車の製造メーカとの調整に手間取るという問題があり、またブレーキディスクの板厚を調整する場合には、ブレーキ装置からの要求から、調整範囲が大幅に制約され、ブレーキ鳴きを解消できないことがあるという問題がある。

一方、特許文献１記載では、固有振動数の測定作業と、固有振動数の調整作業が必要となり、ブレーキディスクの製造工程数が増えるとともに、測定や切削のための時間が必要になり、しかも製品毎にこれらの処理を行う必要があるので、生産性が低下するという問題がある

本発明の目的は、生産性を低下させたり、意匠性に大きな影響を及ぼしたりすることなく、制動時における鳴きを容易且つ確実に低減可能な低ノイズブレーキディスク及びその製造方法を提供することである。

本出願人は、制動時におけるブレーキ鳴きの発生原因について各種試験を行うとともに、振動解析を行った結果、ブレーキディスクと車体とが共振することでブレーキ鳴きが発生していることを見出し、ブレーキディスクの重量を部分的に変更して、ブレーキディスクの固有振動数を車体との共振周波数からずらすことで、ブレーキディスクの意匠性を大幅に変更することなくブレーキ鳴きを防止できるとの発想を得て、本発明を完成するに至った。

本発明に係る低ノイズブレーキディスクは、車体への取付部と、ブレーキパッドとの摺動部と、取付部と摺動部とを連結するアーム部とを有するブレーキディスクであって、車体との共振周波数を有する固有振動数の原形ブレーキディスクの摺動部とアーム部の少なくとも一方における、前記車体との共振周波数による高振幅部位に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部を形成し、車体との共振周波数を有さないように固有振動数を調整したものである。

この低ノイズブレーキディスクでは、ノイズ低減部を有しない原形のブレーキディスク（以下、原形ブレーキディスクと称する。）において、制動時にブレーキ鳴きが発生する場合であっても、この原形ブレーキディスクの摺動部とアーム部の少なくとも一方に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部を設けるという簡単な設計変更を行うことで、ブレーキ鳴きなどのノイズが発生しない低ノイズブレーキディスクを実現できる。しかも、ノイズ低減部により、原形ブレーキディスクの重量調整を行うだけで、ノイズを低減或いは完全に防止できるので、原形ブレーキディスクに対して大幅な設計変更等を行う必要がなく、しかも低ノイズブレーキディスクは、通常のブレーキディスクの製造工程を変更することなく成形できるので、容易に実施することができる。特に、自動二輪車用のブレーキディスクにおいては、１枚ものの金属板をブレーキディスクの形状にプレス成形するときに、ノイズ低減部を一体的に成形できるので、低ブレーキディスクとした場合でもその生産性が低下することはない。

また、原形ブレーキディスクの固有振動数が車体との共振周波数を有しない場合には、ブレーキ鳴きなどのノイズが発生せず、ノイズ低減部を設ける必要がないので、車体との共振周波数を有する原形ブレーキディスクに対してのみノイズ低減部を形成して、その固有振動数を共振周波数からずらすことで、ブレーキ鳴きを防止できる。

更に、前記車体との共振周波数にて振動する原形ブレーキディスクの高振幅部位にノイズ低減部を形成しているので、ノイズ低減部により大幅な重量調整を行うことなく、効果的にブレーキ鳴きを防止することができる。このため、原形ブレーキディスクに対する設計変更をより一層軽微なものとすることができ、意匠面での変更が少なくなるので好ましい。

ここで、前記ノイズ低減部としては、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部と突起とから選択された少なくとも１種を形成することができる。ノイズ低減部として、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部とから選択された少なくとも１種を形成すると、原形ブレーキディスクの重量を部分的に軽減してノイズの発生を防止或いは抑制することができる。また、突起を形成すると、原形ブレーキディスクの重量を部分的に増大してノイズの発生を防止或いは抑制することができる。

前記ノイズ低減部を一定角度毎に回転対称に複数形成することも好ましい実施の形態である。このように構成することで、ブレーキディスクの重量バランスを良好に設定できるとともに、意匠性を向上できる。
また、前記低ノイズブレーキディスクは、１枚ものの金属板をプレス成形して製作できる。

本発明に係る低ノイズブレーキディスクの製造方法は、車体への取付部と、ブレーキパッドとの摺動部と、取付部と摺動部とを連結するアーム部とを有する原形ブレーキディスクを製作し、この原形ブレーキディスクを実車に組み付けて制動試験を行い、ノイズが発生する場合には、車体との共振周波数による原形ブレーキディスクの高振幅部位を振動解析により算出して、原形ブレーキディスクの摺動部とアーム部の少なくとも一方における高振幅部位に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部を付加するように設計変更したものである。

ノイズ低減部は、ブレーキディスクに別部材として設けたり、別途形成したりすることも可能であるが、本発明では、ノイズ低減部を低ノイズブレーキディスクに一体成形しているので、製造工程を増やしたりすることなく、低ノイズブレーキディスクを効率よく製作することができる。

また、前記ノイズ低減部を有しない原形ブレーキディスクを製作し、この原形ブレーキディスクを実車に組み付けて制動試験を行い、ノイズが発生する場合には、該原形ブレーキディスクの設計に前記ノイズ低減部を付加するので、大幅な設計変更を行うことなく、ブレーキ鳴きなどのノイズが発生しない低ノイズブレーキディスクを容易に且つ効率的に製作することができる。

更に、高振幅部位にノイズ低減部を形成するので、ノイズ低減部により大幅な重量調整を行うことなく、効果的にブレーキ鳴きを防止することができる。

また、前記ノイズ低減部として、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部と突起とから選択された少なくとも１種を形成するように設計変更すること、前記ノイズ低減部を一定角度毎に回転対称に複数形成するように設計変更すること、前記低ノイズブレーキディスクが１枚ものの金属板をプレス成形してなるものであること、などが好ましい実施の形態である。

本発明に係る低ノイズブレーキディスクによれば、例えば試作段階の原形ブレーキディスクにおいてブレーキ鳴きが発生した場合であっても、この原形ブレーキディスクに対してノイズ低減部を設けることで、原形ブレーキディスクの重量を調整して、ブレーキ鳴きなどのノイズの発生を低減或いは完全に防止できる。しかも、ノイズ低減部により、ブレーキディスクの重量調整を行うだけで、ノイズを低減或いは完全に防止できるので、ブレーキディスクに対して大幅な設計変更等を行うことなく、低ノイズブレーキディスクを容易に実施することができる。
また、車体との共振周波数を有する原形ブレーキディスクに対してのみノイズ低減部を形成して、その固有振動数を共振周波数からずらすことで、ブレーキ鳴きを防止できる。
更に、前記車体との共振周波数にて振動する原形ブレーキディスクの高振幅部位にノイズ低減部を形成しているので、ノイズ低減部により大幅な重量調整を行うことなく、効果的にブレーキ鳴きを防止することができる。このため、原形ブレーキディスクに対する設計変更をより一層軽微なものとすることができ、意匠面での変更が少なくなるので好ましい。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、低ノイズブレーキディスクの原形となる設計当初の基本デザインの原形ブレーキディスクについて説明する。

図１に示すように、原形ブレーキディスク１０は、自動二輪車用のブレーキディスクで、車体への取付部１１と、ブレーキパッドＰとの摺動部１２と、取付部１１と摺動部１２とを連結するアーム部１３とを備えている。

取付部１１と摺動部１２とは５本のアーム部１３で連結され、アーム部１３の途中部には周方向両側へ突出する突出部１４が形成されている。取付部１１と摺動部１２間にはアーム部１３で区画された５つの模様孔１５が形成され、これら５つの模様孔１５は、原形ブレーキディスク１０の意匠性の向上及び重量軽減などのために設けられている。このアーム部１３及び模様孔１５の形状や個数は、ブレーキディスクの意匠性を考慮して適宜に設定することができる。

摺動部１２には放熱及び重量軽減用の丸孔からなる複数の小孔１６が所定の配列で形成されている。小孔１６としては、丸孔以外に細長いスリット状の小孔を形成することも可能で、小孔１６の形状や個数や配列は、原形ブレーキディスク１０の意匠性や摺動部１２における放熱性を考慮して適宜に設定することになる。

取付部１１の中央部にはホイールハブの端部が挿通する取付孔１７が形成され、取付部１１の半径方向の途中部にはホイールハブへの取付用の５つのボルト挿通孔１８が形成されている。ボルト挿通孔１８の個数は、ホイールハブのボルト孔の個数に応じて適宜に設定することになる。

原形ブレーキディスク１０は、耐磨耗性に優れたステンレス鋼や炭素鋼からなる金属板をプレス成形した後、摺動部１２を熱処理して製作されている。本実施の形態では、厚さ７ｍｍのステンレス鋼板をプレス成形して製作され、原形ブレーキディスク１０の取付部１１と摺動部１２とアーム部１３とは略同じ厚さに設定されている。原形ブレーキディスク１０の外径は、自動二輪車の構成に応じて適宜に設定でき、本実施の形態では、外径３０ｃｍに設定されている。

本実施の形態では、取付部１１と摺動部１２とを同一平面内に配置したが、車体側の構成に応じて、取付部１１と摺動部１２とを、原形ブレーキディスク１０の厚さ方向に一定間隔をあけた平行な平面内に配置することも可能である。また、本実施の形態では、１枚ものの金属板からなるブレーキディスクに本発明を適用したが、摺動部１２と取付部１１とを分割構成して、両者をフローティング支持したブレーキディスクに対しても本発明を同様に適用することができる。

次に、本発明に係る低ノイズブレーキディスク２０について説明するが、この低ノイズブレーキディスク２０は、前述のような構成の原形ブレーキディスク１０に対して制動試験を行った結果、ブレーキ鳴きが発生した場合に、このブレーキ鳴きを低減或いは完全に無くすために、原形ブレーキディスク１０の設計を一部変更して、原形ブレーキディスク１０の摺動部１２とアーム部１３の少なくとも一方に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部２１を形成したものでる。

ここで、ノイズ低減部２１の好適な形成位置や形成個数を設定するために行った振動解析について簡単に説明する。

原形ブレーキディスク１０では、これを実車に搭載して、制動試験を行ったところ、１０２６Ｈｚの周波数のブレーキ鳴きが発生した。そこで、原形ブレーキディスク１０の固有値（固有振動数）をモーダル解析により求め、表１、図２に示すような結果を得た。この結果から、１０２６Ｈｚにおいて原形ブレーキディスク１０が車体と共振して、ブレーキ鳴きが発生していることが分かる。

また、共振周波数１０２６Ｈｚで、原形ブレーキディスク１０を振動させたときの、原形ブレーキディスク１０の各部における振幅を解析すると、図３に示すように、摺動部１２の外周部に振幅の大きな高振幅部位１９が８箇所形成された。

そこで、図４に示すように、模様孔１５から摺動部１２の外周側へ放射状に延びる切欠部からなるノイズ低減部２１Ａを、高振幅部位１９に対応させて形成した低ノイズブレーキディスク２０Ａと、図５に示すように、模様孔１５から摺動部１２の外周側へ放射状に延びる切欠部からなるノイズ低減部２１Ｂを周方向に一定間隔おきに形成した低ノイズブレーキディスク２０Ｂと、図６に示すように、アーム部１３の途中部に貫通孔からなるノイズ低減部２１Ｃを形成した低ノイズブレーキディスク２０Ｃに関して、固有値（固有振動数）をモーダル解析により求めたところ、表１、図２に示すような結果が得られた。

表１、図２から、３つの低ノイズブレーキディスク２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、車体との共振周波数１０２６Ｈｚを有していないことから、ブレーキ鳴きが解消されていることが分かる。また、低ノイズブレーキディスク２０Ａにおける車体との共振周波数に最も近い固有値が、他の低ノイズブレーキディスク２０Ｂ、２０Ｃと比較して、離れた周波数になっていることから、高振幅部位１９に対応させてノイズ低減部２１を形成すると、効果的にブレーキ鳴きを防止できることが分かる。但し、低ノイズブレーキディスク２０Ｃのように、共振周波数で振動させたときの振幅が比較的小さいアーム部１３であっても、ノイズ低減部２１を形成することで、ブレーキ鳴きを防止できることが分かる。

以上のことから、ノイズ低減部２１は、原形ブレーキディスク１０の意匠性を大幅に変更しない範囲であれば、摺動部１２とアーム部１３の少なくとも一方の任意の位置に任意の個数設けることで、ブレーキ鳴きなどのノイズを低減できる。また、一定角度毎に回転対称に形成すると意匠性が高くなり、高振幅部位１９に形成すると、比較的小さな寸法のノイズ低減部２１であっても効果的にブレーキ鳴きを防止できる。

また、ノイズ低減部２１としては、原形ブレーキディスク１０の重量を部分的に調整できるものであれば、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部と突起とから選択された少なくとも１種を形成することができる。また、別部材を原形ブレーキディスク１０に取り付けて、重量を部分的に調整することも可能であるが、低ノイズブレーキディスク２０のプレス成形時に同時成形できることから、貫通孔と切欠部と突起とから選択された少なくとも１種を形成することがより好ましい。ノイズ低減部２１の寸法は、原形ブレーキディスク１０の意匠に対する影響を極力少なくするため、ブレーキ鳴きを防止可能な範囲内で最小寸法に設定することが好ましい。

ノイズ低減部２１の形成位置及び形成個数を変更した他の具体例としては、図７に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｄのように、複数の突出部１４のうちの、共振周波数で原形ブレーキディスク１０を振動させたときに振幅が大きくなる５つの突出部１４に、切欠部からなるノイズ低減部２１Ｄを形成すること、図８に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｅのように、１０個の突出部１４のそれぞれに周方向に延びる長孔からなるノイズ低減部２１Ｅを形成すること、図９に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｆのように、５本のアーム部１３に半径方向に延びる長孔からなるノイズ低減部２１Ｆを形成すること、図１０に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｇのように、高振幅部位１９に対応させて摺動部１２に模様孔１５側へ突出する突起からなるノイズ低減部２１Ｇを形成すること、図１１に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｈのように、高振幅部位１９に対応させて摺動部１２の外周部に切欠部からなるノイズ低減部２１Ｈを形成すること、図１２に示す低ノイズブレーキディスク２０Ｊのように、アーム部１３の途中部に貫通孔を形成するとともに、貫通孔の口縁部に座ぐり部を形成し、これをノイズ低減部２１Ｊとすること、一部又は全部の模様孔１５の開口縁の一部又は全周に角部を面取りした面取部からなるノイズ低減部を形成することができる。また、前記ノイズ低減部２１は任意に組み合わせて設けることもできる。

原形ブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図 原形ブレーキディスクと低ノイズブレーキディスクの固有値を示すグラフ 原形ブレーキディスクの共振周波数で共振させたときの振幅を示す解析図 低ノイズブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの正面図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの正面図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの正面図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの正面図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの正面図 他の構成の低ノイズブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は斜視図

符号の説明

Ｐ ブレーキパッド
１０ 原形ブレーキディスク １１ 取付部
１２ 摺動部 １３ アーム部
１４ 突出部 １５ 模様孔
１６ 小孔 １７ 取付孔
１８ ボルト挿通孔 １９ 高振幅部位
２０ 低ノイズブレーキディスク ２１ ノイズ低減部
２０Ａ 低ノイズブレーキディスク ２１Ａ ノイズ低減部
２０Ｂ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｂ ノイズ低減部
２０Ｃ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｃ ノイズ低減部
２０Ｄ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｄ ノイズ低減部
２０Ｅ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｅ ノイズ低減部
２０Ｆ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｆ ノイズ低減部
２０Ｇ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｇ ノイズ低減部
２０Ｈ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｈ ノイズ低減部
２０Ｊ 低ノイズブレーキディスク ２１Ｊ ノイズ低減部

Claims (8)

1. 車体への取付部と、ブレーキパッドとの摺動部と、取付部と摺動部とを連結するアーム部とを有するブレーキディスクであって、車体との共振周波数を有する固有振動数の原形ブレーキディスクの摺動部とアーム部の少なくとも一方における、前記車体との共振周波数による高振幅部位に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部を形成し、車体との共振周波数を有さないように固有振動数を調整したことを特徴とする低ノイズブレーキディスク。
2. 前記ノイズ低減部として、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部と突起とから選択された少なくとも１種を形成した請求項１記載の低ノイズブレーキディスク。
3. 前記ノイズ低減部を一定角度毎に回転対称に複数形成した請求項１または２記載の低ノイズブレーキディスク。
4. １枚ものの金属板をプレス成形してなる請求項１〜３のいずれか１項記載の低ノイズブレーキディスク。
5. 車体への取付部と、ブレーキパッドとの摺動部と、取付部と摺動部とを連結するアーム部とを有する原形ブレーキディスクを製作し、この原形ブレーキディスクを実車に組み付けて制動試験を行い、ノイズが発生する場合には、車体との共振周波数による原形ブレーキディスクの高振幅部位を振動解析により算出して、原形ブレーキディスクの摺動部とアーム部の少なくとも一方における高振幅部位に、重量調整によりノイズを低減するノイズ低減部を付加するように設計変更することを特徴とする低ノイズブレーキディスクの製造方法。
6. 前記ノイズ低減部として、貫通孔と切欠部と座ぐり部と面取部と凹部と突起とから選択された少なくとも１種を形成するように設計変更する請求項５記載の低ノイズブレーキディスクの製造方法。
7. 前記ノイズ低減部を一定角度毎に回転対称に複数形成するように設計変更する請求項５または６記載の低ノイズブレーキディスクの製造方法。
8. 前記低ノイズブレーキディスクが１枚ものの金属板をプレス成形してなる請求項５〜７のいずれか１項記載の低ノイズブレーキディスクの製造方法。

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