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JP2003172385A - ブレーキ装置用摩擦材 - Google Patents

ブレーキ装置用摩擦材

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JP2003172385A
JP2003172385A JP2001374477A JP2001374477A JP2003172385A JP 2003172385 A JP2003172385 A JP 2003172385A JP 2001374477 A JP2001374477 A JP 2001374477A JP 2001374477 A JP2001374477 A JP 2001374477A JP 2003172385 A JP2003172385 A JP 2003172385A
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friction
friction material
brake device
sliding speed
brake
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真人 山口
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幸夫 高井
Hidetoshi Suzuki
英俊 鈴木
Hideto Murakami
秀人 村上
Takahiro Sanbe
隆宏 三部
Takeshi Ito
毅 伊藤
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Nissan Motor Co Ltd
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/0006—Noise or vibration control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制動操作時における運転者の安心感をより増
加させるような制動動作と、制動時の振動や異音の発生
を防ぐことを可能とするブレーキ装置用摩擦材を提案す
る 【解決手段】 回転体と摩擦材とを具え、これらの摺動
により制動動作を行う車両のブレーキ装置に用いる摩擦
材であって、ブレーキ装置動作時における摺動速度が所
定値以上の場合には摺動速度が大きいほど摩擦係数が小
さくなり、前記摺動速度が前記所定値未満の場合には摩
擦係数がほぼ一定となるような所望の特性を具える摩擦
材料を用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はドラムブレーキ、デ
ィスクブレーキなどの、回転体と摩擦材との摺動により
制動動作を行う車両用ブレーキ装置に用いる摩擦材に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図9および図10は、従来の摩擦材に用い
る摩擦材料の特性を示すものであり、摺動速度と摩擦係
数との関係を示すものである。ここで、摺動速度とは、
制動動作時にブレーキドラムまたはブレーキディスクな
どの回転体とブレーキパッド、ブレーキシューなどの摩
擦材とが摺動する際の回転体の速度のことである。
【０００３】図9に特性を示す従来の摩擦材料は摺動速
度が大きいほど摩擦係数が小さくなる、すなわち車両の
減速に伴って摩擦係数が増加するという特性を有し、一
方図10に特性を示す従来の摩擦材料は摺動速度の大きい
領域では摩擦係数がほぼ一定で、摺動速度の小さい領域
では摺動速度が大きいほど摩擦係数が大きくなるという
特性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者の摩擦材料を用い
た場合、ブレーキ操作の際の踏力一定時に減速度が上昇
するため、停止直前にはブレーキペダルを踏み増ししな
くても減速度が上昇することから、運転者の安心感をよ
り増加させる良好なフィーリングの制動動作を実現でき
るが、停止直前にブレーキ振動や異音が発生し易く、こ
れが運転者や搭乗者に不快感を与えることがあった。
【０００５】一方後者の摩擦材料を用いた場合には、停
止直前においても摩擦係数がほぼ一定であるため振動や
異音が発生しにくいが、摩擦係数が常にほぼ一定である
ため踏力一定時に減速度も一定であることから、前者の
摩擦材料ほど良好なフィーリングの制動動作が実現でき
なかった。
【０００６】本発明の目的は、両者の利点を併せ持ち、
それぞれの欠点を解消したブレーキ装置用摩擦材、すな
わち、運転者に安心感を与えるような良好なフィーリン
グの制動動作を実現しつつ、制動時の振動や異音の発生
を防ぐことを可能とするブレーキ装置用摩擦材を提案す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】すなわち請求項１に記載
の第１発明によるブレーキ装置用摩擦材は、回転体と摩
擦材とを具え、これらの摺動により制動動作を行う車両
のブレーキ装置に用いる摩擦材であって、ブレーキ装置
動作時における摺動速度が所定値以上の場合には摺動速
度が大きいほど摩擦係数が小さくなり、前記摺動速度が
前記所定値未満の場合には摩擦係数がほぼ一定となるよ
うな所望の特性を具える摩擦材料を用いることを特徴と
するものである。
【０００８】請求項２に記載の第２発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、第１発明において、前記摺動速度の所
定値が前記ブレーキ装置に自励振動が生じる速度である
ことを特徴とするものである。
【０００９】請求項３に記載の第３発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、第１または第２発明において、摺動速
度に対する摩擦係数の特性が異なる二つ以上の摩擦材料
を組み合わせることにより前記所望の特性を得ることを
特徴とするものである。
【００１０】請求項４に記載の第４発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、第３発明において、前記各摩擦材料が
制動時には常に前記回転体と摺動するように配置したこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項５に記載の第５発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、第３または第４発明において、同じ特
性を有する摩擦材料を前記回転体を挟んで対向するよう
に配置したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の効果】請求項１に記載の第１発明によるブレー
キ装置用摩擦材は、摺動速度すなわち制動動作時におけ
る回転体の速度が所定値以上の場合、摺動速度が大きい
程摩擦係数が低く、逆に摺動速度が所定値より小さい場
合には摩擦係数が一定となる、換言すれば車両の減速に
伴って摩擦係数が増加するが、所定の速度よりも小さく
なった場合には摩擦係数が一定となるような特性を有す
る材料を用いることとしている。
【００１３】それによって、ブレーキ操作の際の踏力が
一定の時には減速度が上昇するので、制動時に運転者の
安心感をより増加させることができ、また所定の速度未
満では摩擦係数が一定であるため振動や異音の発生を抑
制することが可能となる。
【００１４】請求項２に記載の第２発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、摺動速度に対する摩擦係数の傾向を、
ブレーキ装置に自励振動が発生する速度を境界として変
化させる、すなわち、この自励振動が発生するような摺
動速度以上では、摺動速度が大きいほど摩擦係数が低下
するようにし、逆に自励振動が発生するような摺動速度
未満では、摺動速度の値に係わらず摩擦係数を一定とし
ている。
【００１５】それによって、車両の停止直前におけるブ
レーキ装置の自励振動の発生や、それによって発生する
異音を効果的に抑制して、上述の第１発明の効果をより
高めることができる。
【００１６】請求項３に記載の第３発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、前述したような摩擦係数の特性を、特
性が異なる二つ以上の材料を組み合わせて行うこととし
ている。
【００１７】それによって、所望の特性を得るために既
存の材料を活用することも可能となり、上述した第１お
よび第２発明の効果が容易に得られる。
【００１８】請求項４に記載の第４発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、特性の異なる複数の材料を用いて摩擦
材を形成した場合に、ブレーキ装置の回転体が制動時に
は各摩擦材と常に摺動するように各摩擦材を配置するこ
ととしている。
【００１９】それによって、制動時の熱等によって回転
体の変形が生じた場合でも、所望の特性の摩擦係数を有
する摩擦材による制動を確実に行うことができ、前述の
第３発明の効果を高めることができる。
【００２０】請求項５に記載の第５発明によるブレーキ
装置用摩擦材は、特にディスクブレーキのように回転体
を対向する二つの摩擦材で挟み込む形式のブレーキ装置
において、同じ特性を有する摩擦材料が常に対向する位
置になるように配置することとしている。
【００２１】それによって、制動時の熱等によって回転
体の変形が生じた場合でも、所望の特性の摩擦係数を有
する摩擦材による制動を確実に行うことができ、前述の
第３および第４発明の効果を高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。
【００２３】図1は本発明による摩擦材に用いる摩擦材
料の特性を示すものであり、摺動速度と摩擦係数との関
係を示すグラフである。ここで摺動速度とは、前述した
ように、制動動作時にブレーキドラムまたはブレーキデ
ィスクなどの回転体とブレーキパッドまたはブレーキシ
ューなどの摩擦材とが摺動する際の回転体の速度のこと
である。
【００２４】図示のように、この摩擦材料は、摺動速度
Ｖが０から所定値Ｖc未満までの範囲では摩擦係数μが
ほぼ一定の値を保ち、摺動速度ＶがＶc以上でＶc より
も大きくなるほど摩擦係数μは小さくなるという特性を
有している。ここで所定値Ｖ cとはブレーキ装置に自励
振動が発生する速度である。
【００２５】このような特性を有する摩擦材料を摩擦材
に用いた場合、ブレーキ操作の際に踏力が一定の時に減
速度が上昇するため、停止直前、すなわち摺動速度がＶ
Ｃとなるときにはブレーキペダルを踏み増ししなくても
減速度が上昇することから、運転者の安心感をより増加
させる良好なフィーリングの制動動作を実現でき、また
同時に、停止直前において摩擦係数がほぼ一定であるた
め、自励振動および、それによる異音の発生を抑制する
ことができるようになる。
【００２６】図2は、図1に特性を示した摩擦材料を摩擦
材に用いたブレーキ装置において、ブレーキペダルの踏
力を一定として制動を行った場合の、時間経過に伴う摩
擦材の摩擦係数の変化を示すグラフである。
【００２７】図より明らかなように、運転者がブレーキ
ペダルを踏んだ直後から摩擦係数μは急上昇し、その後
緩やかな上昇を続け、時刻Ｔc 以降はほぼ一定となって
いる。ここで時刻Ｔcとは、図1における摺動速度Ｖの値
がＶc となった時の時刻である。
【００２８】図3は、図2における時間経過に伴う車両の
速度（車速）および摺動速度の変化を示すグラフであ
る。図示のように、運転者がブレーキペダルを踏んだ直
後から車速は時間と共に曲線を描いて減少している。一
方ブレーキ装置の回転体と摩擦材との摺動面での速度で
ある摺動速度は振幅ΔＶで振動しながら減少している。
【００２９】ここで、車速Ｖと摺動速度の振幅ΔＶとの
差Ｖ−ΔＶが０より小さくなると、ブレーキ装置におい
て発生した自励振動が大きくなり、それによって生じる
異音も大となる。そのため、車速Ｖと摺動速度の振幅Δ
Ｖとの差Ｖ−ΔＶが０となる車速、すなわち前述のＶＣ
以降において、ブレーキ装置における自励振動を抑制
し、異音の発生を防ぐために摩擦材の摩擦係数μを一定
に保つのである。
【００３０】図4は図2の特性曲線に加え、ブレーキ装置
における制動エネルギーＥの時間変化および温度変化、
ならびに摩擦係数μの温度変化を併せて示すグラフであ
る。図より、これらの特性がそれぞれ関連を有している
ことが理解される。すなわち、前述した摩擦材の摺動速
度と摩擦係数との関係で示される特性に代えて、ブレー
キ装置が吸収する制動エネルギー量と摩擦係数との関係
において、制動エネルギー量が予め設定した値になるま
での領域では摩擦係数μが増加し、設定値以上では摩擦
係数をほぼ一定とすることとしても同等の効果を得るこ
とが可能である。
【００３１】本発明による摩擦材においては、上述した
特性を有する単一の摩擦材料を用いることが好適である
が、特性の異なる既存の複数の摩擦材料を組み合わせて
所望の特性を得ることとしても良い。図5はかかる組み
合わせの一例を示すものである。
【００３２】図5(a)のグラフで特性を示す第一の摩擦材
料Ａは、摺動速度Ｖが大きいほど摩擦係数μが小さくな
る、すなわち車両の減速に伴って摩擦係数μが増加する
という特性を有している。一方図5(b)のグラフで特性を
示す第二の摩擦材料Ｂは、摺動速度Ｖの大きい領域では
摩擦係数μがほぼ一定であり、摺動速度Ｖが小さい領域
では、摺動速度Ｖが大きいほど摩擦係数μが大きくなる
という特性を有している。
【００３３】これら二つの材料を組み合わせることによ
り、図5(c)のグラフに実線で示すような特性が得られ
る。すなわち、摺動速度Ｖが０から所定値Ｖc未満まで
の範囲では摩擦係数μがほぼ一定の値を保ち、摺動速度
ＶがＶc以上でＶc よりも大きくなるほど摩擦係数μは
小さくなるという特性が得られることとなる。ここで所
定値Ｖcとはブレーキ装置に自励振動が発生する速度で
ある。なお、図5(c)のような特性を得るためには、特性
を示す曲線が摺動速度Ｖcの点で交差するような材料
Ａ，Ｂを選択することが必要であることは言うまでもな
い。
【００３４】図6は、図5に示す特性を有する二種類の材
料Ａ，Ｂにより構成した摩擦材（ディスクブレーキ用の
ブレーキパッド）の例を示すものである。図6(a)に示す
ブレーキパッド10は、第一の摩擦材料Ａ11と第二の摩擦
材料Ｂ12とを左右に並べ、両者の間に隙間13を設けた構
成としている。このような配置とすることにより、制動
時において図5(c)に示すような特性を得るものである。
【００３５】次に図6(b)に示すブレーキパッド20は、図
6(a)に示すブレーキパッド10と同様の構成を取っている
が、第一の摩擦材料Ａ21と第二の摩擦材料Ｂ22の間に隙
間を設けず、両者を一体化させている。それによって所
望の特性をより得られ易いものとしている。
【００３６】図6(c)に示すブレーキパッド30は、２枚の
第一の摩擦材料Ａ31，32と２枚の第二の摩擦材料Ｂ33，
34を上下互い違いに、いわゆる市松模様状に並べたもの
としている。さらに図6(d)に示すブレーキパッド40もま
た、２枚の第一の摩擦材料Ａ41，42と２枚の第二の摩擦
材料Ｂ43，44を交互に並べたものとしている。こうした
配置にすることにより、図5(c)に示す特性を得ることと
している。
【００３７】さて、前述したように複数の異なる特性を
有する摩擦材料を用いてディスクブレーキ用のブレーキ
パッドを構成する場合、ディスクロータを挟んで対向す
る２個のブレーキパッドにおいて、異なる特性を有する
摩擦材料が互いに向かい合うように配置すると、摩擦力
のアンバランスによって振動が発生したり、偏摩耗する
おそれがあるため、同じ特性を有する摩擦材料が互いに
向かい合うように配置することが好ましい。図7はその
例を示すものであり、対向する２個のブレーキパッド30
A，30Bをディスクロータ50を挟んで配置した状態を展開
した図によって示している。
【００３８】ここでは、ブレーキパッド30A側の摩擦材
料31Aとブレーキパッド30B側の摩擦材料31B、同じく摩
擦材料32Aと摩擦材料32B、同じく摩擦材料33Aと摩擦材
料33Bおよび、摩擦材料34Aと摩擦材料34Bがそれぞれ互
いに向かい合って配置されており、互いに向かい合う各
摩擦材料はいずれも同じ特性を有するものである。
【００３９】このような配置とする理由を図8を参照し
て説明する。非制動時および制動動作が行われた直後に
おいては、図8(a)に示すようにディスクロータ50は２個
のブレーキパッド30A，30Bの間で中立を保った状態にあ
る。しかしながら、制動動作に伴うブレーキパッド30
A，30Bとディスクロータ50との摩擦による熱の発生に伴
うディスクロータ50の変形などにより、図8(b)に示すよ
うにディスクロータ50がブレーキパッドの一方の側（図
ではブレーキパッド30B側）に倒れて接触し、そのため
所望の特性とそれによる制動動作が得られなくなるおそ
れがある。こうしたことを防ぐため、摩擦材料を先の図
7に示すような配置とするものである。
【００４０】以上説明したように、本発明によるブレー
キ装置用摩擦材は、車両の減速に伴って摩擦係数が増加
するが、所定の速度未満では摩擦係数が一定となるよう
な特性を有する材料を用いることとしていることから、
ブレーキ操作の際の踏力が一定の時には減速度が上昇す
るので、制動時における運転者の安心感をより増加させ
る良好なフィーリングの制動動作を実現することがで
き、また所定の速度以下では摩擦係数が一定であるため
振動や異音の発生を抑制することが可能となる。
【００４１】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。例えば特性の異なる複数の摩擦材料
の組み合わせも、三種類以上の材料を組み合わせること
も可能であり、また上述の実施形態の説明はディスクブ
レーキ用のブレーキパッドを例を用いているが、ドラム
ブレーキ用のブレーキシューについても同様に構成する
ことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図1は本発明による摩擦材に用いる摩擦材料
の特性を示すグラフであり、摺動速度と摩擦係数との関
係を示す。
【図２】 図1に特性を示した摩擦材料を摩擦材に用い
たブレーキ装置において、ブレーキペダルの踏力を一定
として制動を行った場合の、時間経過に伴う摩擦材の摩
擦係数の変化を示すグラフである。
【図３】 図2に示す制動動作における、時間経過に伴
う車両の速度（車速）および摺動速度の変化を示すグラ
フである。
【図４】 図2の特性曲線に加え、本発明における制動
エネルギーＥの時間変化および温度変化、ならびに摩擦
係数μの温度変化を併せて示すグラフである。
【図５】 特性の異なる複数の摩擦材料を組み合わせて
本発明に係る摩擦材の特性を得る場合を示すグラフであ
る。
【図６】 本発明の実施形態に係るディスクブレーキ用
のブレーキパッドの例を示す図である。
【図７】 本発明の実施形態に係るディスクブレーキ用
のブレーキパッドとディスクロータとの位置関係を示す
展開図である。
【図８】 図6に示すブレーキパッドとディスクロータ
の関係を、非制動時および制動動作によってディスクロ
ータが倒れた状態をそれぞれ概略示す図である。
【図９】 従来の摩擦材料の例の特性を示すグラフであ
る。
【図１０】 従来の摩擦材料の他の例の特性を示すグラ
フである。
【符号の説明】
10，20，30，40 ディスクブレーキ用ブレーキパッド 11，21，31，32，41，42 第一の摩擦材料Ａ 12，22，33，34，43，44 第二の摩擦材料Ｂ 13 隙間 50 ディスクロータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 英俊 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 村上 秀人 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 三部 隆宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 伊藤 毅 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3J058 BA21 BA23 BA76 CA03 CA43 CA45 FA01 GA92

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転体と摩擦材とを具え、これらの摺動
    により制動動作を行う車両のブレーキ装置に用いる摩擦
    材であって、 ブレーキ装置動作時における摺動速度が所定値以上の場
    合には摺動速度が大きいほど摩擦係数が小さくなり、前
    記摺動速度が前記所定値未満の場合には摩擦係数がほぼ
    一定となるような所望の特性を具える摩擦材料を用いる
    ことを特徴とするブレーキ装置用摩擦材。
  2. 【請求項２】 前記摺動速度の所定値が前記ブレーキ装
    置に自励振動が生じる速度であることを特徴とする請求
    項１記載のブレーキ装置用摩擦材。
  3. 【請求項３】 摺動速度に対する摩擦係数の特性が異な
    る二つ以上の摩擦材料を組み合わせることにより前記所
    望の特性を得ることを特徴とする請求項１または２記載
    のブレーキ装置用摩擦材。
  4. 【請求項４】 前記各摩擦材料が制動時には常に前記回
    転体と摺動するように配置したことを特徴とする請求項
    ３記載のブレーキ装置用摩擦材。
  5. 【請求項５】 同じ特性を有する摩擦材料を前記回転体
    を挟んで対向するように配置したことを特徴とする請求
    項３または４記載のブレーキ装置用摩擦材。
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