JPH08128478A - ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車の制動時に発するブレーキ鳴き（「キ
ィーッ」という不快音響）を有効な形態で低減できるよ
うにする。 【構成】 ブレーキパッドに変位を与えるためのカップ
形状のピストンを備え、このピストンの内部空間に弾性
体を介して重りを取付ける。その重りの質量をｍ、弾性
体のバネ定数をｋとするとき、弾性体を介して取付けた
重りの固有振動周波数 ｆ₀ ＝（１／（２π））√（ｋ／ｍ） をブレーキシューによる鳴き周波数ｆ_S とほぼ等しくも
しくはその鳴き周波数ｆ_S より低く設定する。 【効果】 安価な部品を追加するだけで、ディスクブレ
ーキのサイズが大きい大型車両のブレーキ鳴きを実用的
に十分な程度に低減することができ、ブレーキパッドの
交換を行っても本来の性能を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のブレーキに利
用する。本発明は、ディスクブレーキに利用する。本発
明は、自動車の制動時に発するいわゆる「ブレーキ鳴
き」を低減する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の制動時に発するブレーキ鳴き
（「キィーッ」という不快音響）を低減するために、従
来から多くの研究と提案が行われた。本願出願人も長ら
くこの問題を追求している。

【０００３】特開平３−２８８０２８号公報に開示する
技術は、本願出願人の先願であり、これはドラム式ブレ
ーキにおけるブレーキシューの振動を抑圧するために、
ブレーキシューのリム内面に摩擦部材を介して抑え部材
を装着するものである。特開平１−６５９４４号公報に
開示する技術は、さらに旧い技術であり、これも本願出
願人の先願に当たる技術で、リムの内面に摩擦部材を取
付けたものである。

【０００４】実開平３−８４４３６号公報に開示する技
術は、同じく本願出願人の先願に係る実用新案登録出願
であり、リムの内面に重りを取付けることにより、ブレ
ーキシューの振動を抑圧するものである。この技術を開
示した時点では、重りに弾性部材を介在させることにつ
いては気付いていない。

【０００５】前記の特開平３−２８８０２８号公報で説
明されているブレーキ鳴きの現象についての解析および
説明、特に同公報第８図で説明されている現象は、その
後の実験的な検討でも正しいものであると考えられる。
すなわち、ブレーキの鳴きの主な原因は、ブレーキシュ
ーの振動により発生しているものであり、ブレーキシュ
ーが半径方向に振動していることがわかった。

【０００６】このような実験的検討に基づき本願出願人
はドラム式ブレーキについての振動を抑圧する技術をす
でに提案した（特願平６−２１０２０４、本願出願時未
公開）。

【０００７】さらに、本願発明者は、ディスクブレーキ
についても同様に具体的な検討を行った。その結果ディ
スクブレーキの場合、図１０および図１１に示すよう
に、制動時にディスクロータ３とこのディスクロータ３
を挟持するインナ・パッド１およびアウタパッド２が２
点鎖線で示すように振動しブレーキ鳴きが発生している
ことがわかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような技術によ
りブレーキ鳴きは改善され、特に小型乗用車では通常の
都市道路を走行する状態では、ほとんど実用上に問題の
ないところまで改善された。しかし、大型自動車では条
件によってはなおブレーキ鳴き現象が発生する状態にあ
り、その対策にはまだ研究すべき課題が残されている。

【０００９】そこで、本願発明者は、ディスクブレーキ
のブレーキ鳴きについてその現象を観測し、その観測し
た内容をさまざまに解析した。振動について実験解析を
行い、ディスクブレーキの振動を抑圧する具体的な方策
について検討した。実験解析はコンピュータ画面で振動
を誇張して表示させ、その発生音響の周波数特性と対応
させるなどの新しい方法で検討した。その結果、本願で
開示するディスクブレーキについての技術を提案し、実
験を行ったところ従来の方策に対してきわめて有用であ
ることが実証された。さらに、実測に基づくデータを解
析して、提案する技術についてドラム式ブレーキ同様に
その有効な範囲を数式化することに成功し、その範囲で
きわめて有効な対策が採れることを確認した。

【００１０】本発明は、ディスクブレーキにおけるブレ
ーキ鳴きを低減することを目的とする。本発明は、さま
ざまなサイズのブレーキパッドに対して、単に経験的な
形状ではなく最も有効な形態でブレーキ鳴きを低減する
ことができる技術を提供することを目的とする。本発明
は、ブレーキパッドのサイズが大きい大型車両における
ブレーキ鳴きを実用的に十分な程度に低減させることを
目的とする。本発明は、ディスクブレーキのパッド交換
が行われても、その性能に変化がないブレーキ鳴き低減
の技術を提供することを目的とする。本発明は、安価な
追加部品によりブレーキ鳴きを低減させることを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディスクブレ
ーキを備えた自動車の制動時におけるブレーキ鳴きを低
減するもので、ディスクロータを両側面から二つのブレ
ーキパッドにより挟持して制動力を与えるディスクブレ
ーキにおいて、前記ブレーキパッドに変位を与えるピス
トンを備えこのピストンはカップ形状であり、このピス
トンの内部空間に弾性体を介して重りを取付けられたこ
とを特徴とする。

【００１２】前記重りの質量をｍ、前記弾性体のバネ定
数をｋとするとき、前記弾性体を介して取付けられた前
記重りの固有振動周波数 ｆ₀ ＝（１／（２π））√（ｋ／ｍ） がこのディスクブレーキによる鳴き周波数ｆ_S の主たる
成分周波数とほとんど等しくあるいはそれより低く設定
すると効果的であることが実験的に確認された。その関
係は、 ｆｓ＞２ｆ₀ とすることにより鳴き周波数ｆｓの広い周波数範囲にわ
たり有効である。

【００１３】逆に、ディスクブレーキの構造から鳴き周
波数ｆｓがほぼ一定の周波数となるような場合には、重
りの質量ｍを小さくして、上記固有振動周波数ｆ₀ を鳴
き周波数ｆｓに接近させるように設計することにより、
装置の軽量化をはかることができることもわかった。

【００１４】すなわち重りの質量ｍを小さく設定するた
めに、 ｆ_S ≒ｆ₀ としてみると周波数ｆｓの振動吸収が有効に行われるこ
とがわかった。すなわち、リムの形状から鳴き周波数が
ほとんど一定の値として取り扱ってよい場合には、ディ
スクブレーキによる鳴き周波数ｆ_S にほとんど等しく、
あるいはわずかながら逆に、 ｆ_S ＜ｆ₀ となることがあっても効果があることもわかった。

【００１５】前記弾性体のバネ定数は、取付けられた重
りの質量が影響する範囲で上記式を満足するように設定
する。

【００１６】

【作用】本願発明者はさまざまな条件を設定して実験を
繰り返し、これにより、自動車の制動時に発するブレー
キの鳴きを有効に低減することができることを実験的に
確認した。鳴きを発生する構造のディスクブレーキに上
記のような重りを弾性体を介して取付けると、鳴きがい
ちじるしく低減され、それを取り外すと鳴きが発生する
ことを何度も確認した。

【００１７】弾性体および重りは安価な部品であるの
で、本願発明により多くの費用を要せずに実用的に十分
な程度にブレーキの鳴きを低減させることができ、ディ
スクブレーキの交換が行われてもその性能に変化を生じ
ることはない。

【００１８】さらに具体的な態様では、一般にブレーキ
鳴きの周波数は、一様な周波数ではなく複数の周波数が
混在する状態にあるが、実測により概ね１０００Ｈｚを
超える周波数成分が多く含まれる。さらに詳しくは、１
４００Ｈｚないし２０００Ｈｚの範囲の周波数成分が耳
障りな音響となっている。

【００１９】したがって、前記弾性体を介して取付けら
れた重りの固有振動周波数ｆ₀ を１０００Ｈｚ近傍もし
くはそれより小さく設定することが望ましい。これをさ
まざまに条件を変更して実験的な確認を行ったところ、
固有振動周波数ｆ₀ を５００Ｈｚ程度にすると広い周波
数範囲で有効であることがわかり、さらに小さくして固
有振動周波数ｆ₀ を１００Ｈｚにすると、さらに広い周
波数範囲の鳴きを低減するために有効であることが確か
められた。さらにこの固有振動周波数ｆ₀ を小さくする
ことも考えられるが、現実には弾性材料が柔らかくなる
とともに重りの質量が大きくなることから、工業的にこ
れが有効であるか否か、よい弾性材料が安価に得られる
か否かの問題が生じる。

【００２０】一方、ブレーキパッドは発熱する部材であ
るから、弾性材としても相応の耐熱性および耐久性を有
する材料を選択することが必要である。この要素からも
固有振動周波数ｆ₀ を極端に小さい値に選択することに
は困難な問題がある。この実験は、弾性材としてさまざ
まな弾性係数を有する合成ゴム（またはプラスチック材
料）を選択し、重りとして金属材料（具体的には鉛）を
利用して行った。

【００２１】このような検討から、耐熱性に優れた合成
ゴム（またはプラスチック材料）の中から適当なものを
選択することが可能であり、重りの質量は実用的に便利
な数百グラム程度とすることにより、固有振動周波数ｆ
₀ が１００Ｈｚ前後、あるいはもう少し高い２００Ｈｚ
前後に設定することが工業的に優れていると判断され
る。

【００２２】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２３】（第一実施例）図１は本発明第一実施例の
外観形状を示す斜視図、図２は本発明実施例における要
部の構成を示す部分拡大断面図である。

【００２４】本発明第一実施例は、インナ・パッド１
と、アウタ・パッド２と、このインナ・パッド１および
アウタ・パッド２に挟持され車軸に固着され制動力を受
けるディスクロータ３と、ブレーキ・ブースタで発生し
た高圧力によりインナ・パッド１に変位を与えるカップ
形状のピストン４と、このピストン４を内蔵しディスク
ロータ３の挟持動作を支持するキャリパ５とを備え、さ
らに、本発明の特徴として、ピストン４の内部空間に弾
性体６を介して重り７が取付けられる。

【００２５】重り７の質量をｍ、弾性体６のバネ定数を
ｋとするとき、弾性体６を介して取付けられた重り７の
固有振動周波数 ｆ₀ ＝（１／（２π））√（ｋ／ｍ） はディスクブレーキによる鳴き周波数ｆ_S よりも低くな
るように設定される。

【００２６】ここで、弾性体６および重り７の試料によ
る基礎実験およびその結果について説明する。

【００２７】（実験１）図３（ａ）に示す供試品（１）
および同図（ｂ）に示す供試品（２）を用いて打撃テス
トを行った。供試品の重りには鉛を使用し、弾性体には
硬度６０度のニトリルゴムを使用した。また、ブレーキ
の鳴きが発生する周波数は経験的に１３００Ｈｚ前後で
あるとされているので、少くとも１０００Ｈｚ以上で振
動を抑圧するような位相運動を与える効果が得られるよ
うに寸法を設定した。これにより、供試品（１）は６０
ｍｍ×２８ｍｍ×１０ｍｍの３００ｇの鉛を重りとし、
これに６０ｍｍ×２８ｍｍ×５ｍｍのニトリルゴムを弾
性体として接着した。また、供試品（２）は２７ｍｍ×
２２ｍｍ×１０ｍｍの１００ｇの鉛を重りとし、これに
２７ｍｍ×２２ｍｍ×５ｍｍのニトリルゴムを弾性体と
して接着した。

【００２８】この供試品（１）および（２）を個別に大
きい定盤の上にはりつけておき、ピックアップを取付け
てその近傍を打撃し振動波形を測定記録した。その測定
結果は図４（ａ）および（ｂ）に示すように、供試品
（１）および供試品（２）ともに、２００Ｈｚを越えた
ところで位相効果が顕著に現れ、これに伴ってマグニチ
ュードを示す振幅も減衰の傾向を示し、１０００Ｈｚ以
上で発生するブレーキ鳴き対策に有効であることが証明
された。

【００２９】（実験２）図２に示すように、ピストン４
の内部空間に弾性体６を介して重り７を取付けた供試品
を準備し、この供試品を取付けない状態および供試品を
取付けた状態でスポンジの上におき打撃試験を行った。
その結果、供試品を取付けない状態では図５（ａ）に示
すように、打撃直後にブレーキ鳴きの周波数に対応する
大きな振動が記録され減衰に時間を要したのに対し、供
試品を取付けた状態では打撃直後の振幅は同図（ｂ）に
示すように小さく、かつ直ちに減衰し振動の吸収が効果
的に行われていることを示した。

【００３０】（実験３）上記実車を走行させ試験を行っ
た。本発明に係る重りおよび弾性体をいっさい取外して
走行させブレーキをかけると大きい鳴きが発生している
が、本発明のように措置すると鳴きがまったく発生しな
いことを確認した。これはさまざまな走行状態で、さま
ざまなブレーキ状態で確認した。本発明に係る重りおよ
び弾性体をふたたび取外すとまたブレーキ鳴きが発生す
ることも確認した。

【００３１】（第二実施例）図６は本発明第二実施例に
おける要部の構成を示す部分拡大断面図である。

【００３２】本発明第二実施例は、ピストン４ａの内部
空間に所定の深さをもつ段差が設けられ、この段差に重
り７ａを弾性体６ａを介在して内包する固定リング８が
突き当てられて固定される。ピストン４ａの内周面と固
定リング８の外周面とは圧入または螺合により固定され
る。本第二実施例の場合は、部品点数は増えるが重り７
ａがリング状の弾性体６ａに固着されるので、重り７ａ
を保持する面積が大きく固定強度を増加できる利点があ
る。

【００３３】（第三実施例）図７は本発明第三実施例に
おける要部の構成を示す部分拡大断面図である。

【００３４】本発明第三実施例は、ピストン４ｂの内部
空間中央部に凸部が形成され、この凸部にねじ穴が設け
られて、保持リング９に弾性体６ｂを介して固定された
重り７ｂがボルト１０により固定される。本第三実施例
の場合は、あらかじめ保持リング９に弾性体６ｂおよび
重り７ｂを取付けた交換部品を準備しておけば、ボルト
を操作するだけで容易に交換できる利点がある。

【００３５】（第四実施例）図８は本発明第四実施例に
おける要部の構成を示す部分拡大断面図である。

【００３６】本発明第四実施例は、ピストン４ｃの内部
空間中央部に凸部が形成され、この凸部に嵌合穴が設け
られて、この嵌合穴にその外周に弾性体６ｃを介して重
り７ｃが取付けられたスタッド１１が圧入される。

【００３７】（第五実施例）図９は本発明第五実施例に
おける要部の構成を示す部分拡大断面図である。

【００３８】本発明第五実施例は、ピストン４ｄの内部
空間中央部に凸部が形成され、この凸部を加工すること
によって嵌合ピンが設けられる。この嵌合ピンに弾性体
６ｄを介して重り７ｄが取付けられた固定リング１２が
圧入される。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、安
価な部品を追加するだけで、自動車の制動時に発生する
ブレーキの鳴きを最も有効な形態で低減することができ
る。特に、ディスクブレーキのサイズが大きい大型車両
に適用した場合にその効果が大きく、ブレーキパッドの
交換が行われても性能に変化を与えることなく鳴き発生
の低減を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の外観形状を示す斜視図。

【図２】本発明第一実施例における要部の構成を示す部
分拡大断面図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
る供試品の外観形状を示す斜視図。

【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
る打撃テストの結果を示す図。

【図５】（ａ）および（ｂ）は従来例および本発明第一
実施例における打撃テストの結果を示す図。

【図６】本発明第二実施例における要部の構成を示す部
分拡大断面図。

【図７】本発明第三実施例における要部の構成を示す部
分拡大断面図。

【図８】本発明第四実施例における要部の構成を示す部
分拡大断面図。

【図９】本発明第五実施例における要部の構成を示す部
分拡大断面図。

【図１０】制動時におけるディスクブレーキの変形を説
明する図。

【図１１】（ａ）は制動時におけるディスクロータの変
形を説明する図、（ｂ）は制動時におけるインナ・パッ
ドおよびアウタ・パッドの変形を説明する図。

【符号の説明】

１ インナ・パッド ２ アウタ・パッド ３ ディスクロータ ４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ ピストン ５ キャリパ ６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 弾性体 ７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 重り ８、１２ 固定リング ９ 保持リング １０ ボルト １１ スタッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブレーキパッドに変位を与えるためのピ
   ストンを備え、このピストンはカップ形状であり、この
   ピストン内部空間に弾性体を介して重りが取付けられた
   ことを特徴とするディスクブレーキ。
2. 【請求項２】 前記重りの質量をｍ、前記弾性体のバネ
   定数をｋとするとき、前記弾性体を介して取付けられた
   前記重りの固有振動周波数 ｆ₀ ＝（１／（２π））√（ｋ／ｍ） がこのディスクブレーキによる鳴き周波数ｆｓとほぼ等
   しくもしくはその鳴き周波数ｆｓより低く設定された請
   求項１記載のディスクブレーキ。