JP3744416B2

JP3744416B2 - ブレーキ装置用摩擦材

Info

Publication number: JP3744416B2
Application number: JP2001374477A
Authority: JP
Inventors: 真人山口; 幸夫高井; 英俊鈴木; 秀人村上; 隆宏三部; 毅伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-12-07
Filing date: 2001-12-07
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-12-07
Also published as: EP1318320A3; KR100484470B1; US6672433B2; EP1318320B1; CN1424211A; JP2003172385A; EP1318320A2; CN1226539C; US20030106749A1; KR20030047779A; DE60227336D1

Description

【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車速が当該ブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度より大きい場合には摺動速度が大きいほど摩擦係数が小さくなり、前記車速が前記ブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度以下の場合には摩擦係数が一定となる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。
【０００９】
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、
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３に記載の第３発明によるブレーキ装置用摩擦材は、第２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４に記載の第４発明によるブレーキ装置用摩擦材は、第２または第３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、車速がブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度より大きい場合、摺動速度が大きい程摩擦係数が低く、逆に車速がブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度以下の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、所定の速度以下となった場合には摩擦係数が一定となる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。
【００１４】
特に第１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、車速が当該摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度のときを境界として変化させる、すなわち、車速がこのような摺動速度の振動の振幅より大きい場合には、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以下では、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することができる。
【００１６】
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、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発明の効果が容易に得られる。
【００１８】
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、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２発明の効果を高めることができる。
【００２０】
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２または第３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Ｖ _c 以下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Ｖ _c 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Ｔ_c 以降はほぼ一定となっている。ここで時刻Ｔ_cとは、図1における摺動速度Ｖの値がＶ_c 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 _vと摺動速度の振幅ΔＶとの差Ｖ _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 _vと摺動速度の振幅ΔＶとの差Ｖ _v−ΔＶが０となる車速、すなわち前述のＶ _c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Ｖ _c 以下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Ｖ _c 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。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Ｖ_c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30A，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30A，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、所定の速度以下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

Claims

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車速が当該ブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度より大きい場合には摺動速度が大きいほど摩擦係数が小さくなり、前記車速が前記ブレーキ装置の摺動速度の振動の振幅の大きさに等しい速度以下の場合には摩擦係数が一定となる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。
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記載のブレーキ装置用摩擦材。
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２記載のブレーキ装置用摩擦材。
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２または３記載のブレーキ装置用摩擦材。