JP5057174B2

JP5057174B2 - ディスクブレーキ

Info

Publication number: JP5057174B2
Application number: JP2009040665A
Authority: JP
Inventors: 映井上; 洋一久米村; 聖子坪田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-02-24
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2029-02-24
Also published as: JP2010196749A

Description

本発明は、ディスクブレーキに関するものである。

自動車等の車両の制動装置に使用される液圧式ディスクブレーキは、例えば特許文献１に記載されているように、車輪と共に回転するディスクロータと、ディスクロータを挟んでその両側に配置された一対のブレーキパッドと、車体側に支持され、ブレーキパッドの背面側に対向するシリンダボアを有するキャリパと、シリンダボアに摺動可能に挿入されたピストンとから大略構成されている。そして、マスタシリンダ等の液圧源からシリンダボアに液圧を供給してピストンを前進させ、ブレーキパッドをディスクロータを押付けて制動力を発生させる。

特開２００８−２４９１２３号公報

従来、このようなディスクブレーキにおいては、制動時のブレーキ鳴きが問題となっている。ブレーキ鳴きの原因は、制動時のディスクロータとブレーキパッドとの間の摩擦力の変動によって生じるブレーキパッドの振動であり、この振動がディスクブレーキの各部に伝達されることによって騒音を発生する。

本発明は、ブレーキ鳴きの原因となる制動時のブレーキパッドの振動を抑制するようにしたディスクブレーキを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、ディスクロータに、ブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるディスクブレーキにおいて、
前記ブレーキパッドの前記ディスクロータに押圧される摩擦ライニングに取付開口を設け、該取付開口に質量要素及びバネ要素を含む動吸振器を取付け、前記質量要素は、少なくとも一部が摩擦材であり、該摩擦材が前記ブレーキパッドの摩擦ライニングと共に前記ディスクロータに押圧されることを特徴とする。

本発明に係るディスクブレーキによれば、動吸振器によって制動時のブレーキパッドの振動を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るディスクブレーキのブレーキパッドの斜視図である。図１に示すブレーキパッドのＡ−Ａ線による縦断面図である。図１に示すブレーキパッドに装着される動吸振器の斜視図である。図３に示す動吸振器のＢ−Ｂ線による縦断面図である。本発明の一実施形態に係るディスクブレーキの縦断面図である。ディスクブレーキのブレーキパッドの１次曲げ振動を示す図である。ディスクブレーキのブレーキパッドの１次捩り振動を示す図である。ディスクブレーキのブレーキパッドの２次捩り振動を示す図である。本発明の一実施形態に係るディスクブレーキのブレーキパッドの共振曲線を表すグラフ図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図５に示すように、本実施形態に係るディスクブレーキ１は、キャリパ浮動型ディスクブレーキであって、車輪と共に回転するディスクロータ２と、車体側に固定されるキャリア３と、キャリア３に対して、ディスクロータ２の軸方向に沿って移動可能に支持されるキャリパ本体４と、ディスクロータ２を挟んで両側に配置されて、キャリア３によってディスクロータ２の軸方向に沿って移動可能に支持される一対のブレーキパッド５とを備えている。

キャリパ本体４には、一方のブレーキパッド５に対向してシリンダボア６が設けられ、また、ディスクロータ２を跨いで、他方のブレーキパッド５に対向して爪部７が一体に形成されている。シリンダボア６には、ピストンシール８を介して、ピストン９が摺動可能に挿入されている。シリンダボア６の開口縁部とピストン９との間には、ダストブーツ１０が設けられている。シリンダボア６の底部には、シリンダボア６内に液圧を供給するためのポート１１が設けられている。

そして、マスタシリンダ等の液圧源からポート１１を通してシリンダボア６内に液圧を供給すると、ピストン９が前進して、一方のブレーキパッド５をディスクロータ２に押しつけ、その反力によってキャリパ本体４が移動し、爪部７が他方のブレーキパッド５をディスクロータ２に押しつけ、これにより制動力が発生する。液圧源からの液圧を解除すると、ピストン９が後退して、ブレーキパッド５がディスクロータ２から離間して制動が解除される。

次に、本発明の要部であるブレーキパッド５について、更に図１から図４を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、ブレーキパッド５は、ディスクロータ２の摺動面に沿った略円弧形の平板状の部材である裏板１１の片面に、裏板１１とほぼ同形状で裏板１１よりもやや小さい摩擦ライニング１２が固着されている。裏板１１のディスクロータ２の回転方向両端部は、キャリア３のトルク受面（図示せず）に当接して制動トルクを受けるトルク受部となっており、これらのトルク受部に矩形の案内部１３が突出している。そして、案内部１３が、キャリア３のトルク受面に形成された案内溝に挿入されて、ブレーキパッド５がディスクロータ２の軸方向に沿って摺動可能に支持される。

摩擦ライニング１２は、ディスクロータ２に接触して摩擦力すなわち制動力を発生させるものである。摩擦ライニング１２は、ディスクロータ２の回転方向両端部の角部に面取り部１２Ａが形成され、中央部に径方向に沿って延びる摩耗警告溝１４が形成されている。一対のブレーキパッド５は、摩擦ライニング１２をディスクロータ２に対向させ、裏板１１をパッドスプリング１５を介してピストン９又は爪部７に対向させて、キャリア３によって支持される。

ブレーキパッド５には、２つの動吸振器１６が設けられている。図３及び図４に示すように、動吸振器１６は、有底円筒状のベース部材１７と、ベース部材１７の底部に固着された円柱状の摩擦マス部材１８とから構成されている。

ベース部材１７は、可撓性を有する鋼鉄製であり、底部の外周部を円弧状に切欠いて、円筒部１９から一部を残して底部の円板部２０を切離し、切残された部分を片持ち梁２１として、円板部２０を弾性的に支持する形状となっている。ベース部材１７の円筒部１９は、軸方向の長さがブレーキパッド５の裏板１１の板厚と一致し、また、開口側の端部に外側フランジ２２が形成されている。

摩擦マス部材１８は、ブレーキパッド５の摩擦ライニング１２と同じ摩擦材で、直径がベース部材１７の円板部２０と一致し、また、軸方向の長さが摩擦ライニング１２の厚さと一致している。摩擦マス部材１８は、ベース部材１７の円板部２０に固着されている。そして、動吸振器１６は、摩擦マス部材１８を質量要素とし、片持ち梁２１をバネ要素として振動系を構成している。片持ち梁２１をバネ要素としたことにより、片持ち梁２１の断面積を調整することで、ばね定数の調整を容易に行なうことが可能となっている。

図１及び図２に示すように、ブレーキパッド５には、裏板１１から摩擦ライニング１２まで貫通する円形の取付開口２３が設けられている。動吸振器１６は、摩擦マス部材１８を裏板１１側から取付開口２３に挿入し、ベース部材１７の円筒部１９を裏板１１の取付開口２３に、外側フランジ２２が裏板１１に当接するまで、圧入、ネジ込み、又は接着等で固定することにより、ブレーキパッド５に取付けられている。このとき、摩擦マス部材１８と摩擦ライニング１２の表面が面一となっている。ここで、動吸振器１６を組立体としておくことにより、簡単にブレーキパッド５へ取付ることができ、ブレーキパッドの製造が容易になっている。なお、取付開口２３は、裏板１１を貫通せず、円筒部１９の外側フランジ２２を省略して、動吸振器１６を摩擦ライニング１２側から取付けるようにしてもよい。この場合でも、摩擦マス部材１８と摩擦ライニング１２の表面が面一となるように、動吸振器１６を固定する。

本実施形態は、図６に示すように、ブレーキパッド５のディスクロータ２の回転方向中央部に対して両端部がディスクロータ２の軸方向に沿って変位する１次曲げ振動を主に抑制するためのものである。このため、２つの動吸振器１６は、この１次曲げ振動によって大きく変位するブレーキパッド５の両端部の案内部１３を結ぶ直線上の案内部１３に近接した部位に配置されている。また、動吸振器１６は、上述のブレーキパッド５の１次曲げ振動に対して、ブレーキパッド５と固有振動数が一致するように摩擦マス部材１８の質量及び片持ち梁２１のバネ定数が設定されている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ディスクブレーキ１の制動時に、ブレーキパッド５に図６に示す１次曲げ振動が生じると、ブレーキパッド５と固有振動数が一致する２つの動吸振器１６がブレーキパッド５と逆位相で振動することにより、ブレーキパッド５の振動を抑制する。これにより、制動時のブレーキ鳴きの発生を抑制することができる。

ディスクブレーキ１の制動時には、ブレーキパッド５は、ピストン９及び爪部７の押圧によって中央部が拘束されるため、両端部が変位して、図６に示す１次曲げ振動を生じ易いので、この１次曲げ振動を動吸振器１６によって抑制することにより、ブレーキ鳴きの発生を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態は、上述のように、主に図６に示す１次曲げ振動に対応するものであるが、有限要素法を用いたシミュレーションの結果、図７に示すブレーキパッド５の１次捩じり振動及び図８に示す２次捩じり振動に対しても、動吸振器１６が作用して、振動を抑制することが分かった。

図９は、縦軸（対数）に周波数応答関数の加速度／力、横軸に周波数をとったブレーキパッド５の共振曲線を表している。図９において、実線は動吸振器１６を設けた場合を表し、破線は動吸振器１６を設けていない場合を表している。図９から、１次曲げ振動（領域ａ参照）、１次捩じり振動（領域ｂ参照）及び２次捩じり振動（領域ｃ参照）に対して、ブレーキパッド５の振動を効果的に抑制することがわかる。

また、制動を繰返してブレーキパッド５の摩擦ライニング１２が摩耗すると、ブレーキパッド５の質量が減少し、また、摩擦パッド５の固有振動数は高くなる。これに対して、動吸振器１６の摩擦マス部材１８も、摩擦ライニング１２と共にディスクロータ２に接触して摩耗し、その質量が減少するので、動吸振器１６の固有振動数も高くなる。その結果、摩擦ライニング１２の摩耗量にかかわらず、ブレーキパッド５と動吸振器１６の固有振動数をほぼ一致させることができ、制振効果を維持することができる。

このとき、図４中に仮想線で示すように、摩擦マス部材１８をテーパ状に形成し、テーパ角によって摩耗に対する質量の変化を調整してもよい。この場合、摩擦ライニング１２の取付開口２３の内周面を摩擦マス部材１８のテーパ角に沿ったテーパ面としてもよい。摩擦マス部材１８の材質は、上記実施形態では、ブレーキパッド５の摩擦ライニング１２と同じ摩擦材としているが、摩擦ライニング１２の摩耗とともに質量が減少していくものであれば、異なる材質としてもよく、これにより、摩擦ライニング１２に対する摩耗量を調整してもよい。また、質量要素である摩擦マス部材１８は、全体が摩擦材でなくてもよく、ブレーキパッド５の摩擦ライニング１２と共にディスクロータに接触する先端側の部分が摩擦材であれば、基端側は、金属や石、セラミック等の他の材質の質量要素としてもよい。

本発明は、従来のディスクブレーキに対して、ブレーキパッドの必要部位に取付開口２３を設けて動吸振器１６を装着することにより、容易に適用することができるので、既存のディスクブレーキにも容易に適用することができ、コストが低廉である。また、上記実施形態では、一例としてキャリパ浮動型の液圧式ディスクブレーキについて説明しているが、本発明は、これに限らず、ディスクロータにブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるディスクブレーキであれば、キャリパ浮動型、対向ピストン型等の形式を問わず、また、液圧式、電動式、機械式等を問わず、いかなるものにも適用することが可能である。

上記実施形態では、動吸振器１６は、片持ち梁２１をバネ要素としているが、必要な固有振動数が得られれば、バネ要素は、複数の片持ち梁、両持ち梁等、他の形状としてもよい。また、上記実施形態では、上述のように、主に図６に示す１次曲げ振動に対応して動吸振器１６を設けているが、このほか、ブレーキパッド５の振動形態に応じて、大きく変位する部位に、適当な固有振動数を有する動吸振器１６を配置することにより、ブレーキパッド５の振動を抑制することができる。

１ディスクブレーキ、２ディスクロータ、５ブレーキパッド、１２摩擦ライニング、１６動吸振器、１８摩擦マス部材（質量要素）、１２片持ち梁（バネ要素）、２３取付開口

Claims

ディスクロータに、ブレーキパッドを押圧して制動力を発生させるディスクブレーキにおいて、
前記ブレーキパッドの前記ディスクロータに押圧される摩擦ライニングに取付開口を設け、該取付開口に質量要素及びバネ要素を含む動吸振器を取付け、前記質量要素は、少なくとも一部が摩擦材であり、該摩擦材が前記ブレーキパッドの摩擦ライニングと共に前記ディスクロータに押圧されることを特徴とするディスブレーキ。