JP2002533634A

JP2002533634A - ブレーキ・ユニット

Info

Publication number: JP2002533634A
Application number: JP2000591343A
Authority: JP
Inventors: ブライアト，アントニオ; パッハネル，アンドレアス; リーデル，ハンス−ゲオルグ; ゾコロフスキー，デトレフ; スパンゲマッヒェル，ビョルン
Original assignee: ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2002-10-08
Also published as: US6857509B1; EP1141572A1; EP1141572B1; ES2215419T3; ES2215419T5; DE59908602D1; EP1141572B2; WO2000039477A1; DE19859839A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、それぞれが摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）を伴う少なくとも２つのブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）、および少なくとも１つのブレーキ・ディスク・ロータ（１１）を有し、ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の外面がそれぞれ少なくとも部分的に、個々の摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）のために金属／セラミック複合材料（ＣＭＣ）で構成された摩擦表面（１２ａ、１２ｂ）を有し、さらに少なくとも１つの圧着装置（３０）を有し、これが制動操作中にブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用するブレーキ・ユニット（１０）に関する。本発明によると、ブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）の摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）が、ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の摩擦表面（１２ａ、１２ｂ）の少なくとも１５％を覆い、少なくとも１つの圧着装置（３０）は、ブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用する圧力が制動操作中に摩擦表面（１２ａ、１２ｂ）に基本的に均一に作用するような方法で設計される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、それぞれが摩擦ライニングを伴う少なくとも２つのブレーキ・シュ
ー、および少なくとも１つのブレーキ・ディスク・ロータを有し、ブレーキ・デ
ィスク・ロータの外面がそれぞれ少なくとも部分的に、個々の摩擦ライニングの
ために金属／セラミック複合材料（ＣＭＣ）で構成された摩擦表面を有し、さら
に少なくとも１つの圧着装置を有し、これが制動操作中にブレーキ・シューに作
用するブレーキ・ユニットに関する。

【０００２】従来のブレーキ・ユニットは、特に自動車では、概ね鋳鉄材料またはねずみ鋳
鉄から作成したブレーキ・ディスク・ロータを有する。しかし、セラミック／金
属複合材料から作成したブレーキ・ディスク・ロータを使用するか、ブレーキ・
ディスク・ロータの少なくとも摩擦表面をセラミック／金属複合材料で構成した
ものを使用する傾向がある。この種の構成要素が、例えばドイツ特許第４４３８
４５６Ａ１で開示されている。

【０００３】しかし、この種のブレーキ・ディスク・ロータを従来の設計のブレーキ装置に
使用すると、摩擦表面で発生する温度が、特に高い制動力を含む制動操作中に、
鋳鉄材料で作成した同等のブレーキ・ディスク・ロータで発生する温度よりはる
かに高くなり、通常使用するブレーキ・シューの摩擦ライニングでは許容するこ
とができない。その結果、ブレーキ・ライニングに「フェード現象」および高い
摩耗が生じる。

【０００４】したがって、セラミック／金属複合材料から作成した摩擦表面を備えたブレー
キ・ディスク・ロータと、通常のブレーキ・ライニングを、互換性のある方法で
組み合わせた、上述したタイプのブレーキ・ユニットを提供することが、本発明
の目的である。

【０００５】解決法は、ブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面の少なくとも１５％を覆う
ブレーキ・シューの摩擦ライニングを備え、少なくとも１つの圧着装置を、ブレ
ーキ・シューに作用する圧力が、制動操作中に、摩擦表面に基本的に均一に作用
するよう設計することである。

【０００６】したがって、本発明によると、ブレーキ・シューの摩擦ライニングの比較的劣
った熱許容範囲は、ブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面に作用する摩擦ライ
ニングの表面積を増加させ、それと同時に、圧着力を均等に導入することによっ
て、摩擦ライニングを可能な限り均一にブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面
に押し付け、その結果、熱流束密度の局所的増加がなくなることによって補償さ
れる。

【０００７】有利な改良点が、従属請求項から明確になる。本発明の有利な実施形態は、ブ
レーキ・シューの各摩擦ライニングの平均高さ対平均幅の比率が、約１：１から
１：１．６であることに存する。

【０００８】別の有利な改良点は、少なくとも２つのブレーキ・シューに作用する圧着装置
を設け、ブレーキ・シューごとに少なくとも２つのピストンを設けることである
。したがって、２つ以上、好ましくは２つから４つのピストンの作用で、制動ト
ルクが作用しても均一な圧力が確保されるような方法で、ブレーキ・シュー同士
を押し付けて接触させる。本発明の別の実施形態では、少なくとも４つのブレー
キ・シューに作用する圧着装置を設け、ブレーキ・シューごとに少なくとも２つ
のピストンを設ける。したがって、これらは、複数ピストンのキャリパー、好ま
しくはピストンが２つ、３つまたは４つのキャリパーを伴う比較的単純な形状の
圧着装置である。各キャリパーに設けるピストンの数が多いほど、摩擦ライニン
グとキャリパーの間に圧縮性の摩擦ライニングまたは圧縮性の中間層を設けると
有利になり、いずれの場合も、１μｍ／ｂａｒのブレーキ液圧より大きい圧縮性
であることが好ましい。

【０００９】本発明の別の有利な改良点は、それぞれが関連する個々の圧着装置を伴う複数
の個々の摩擦ライニングを設けることにある。これは、単ピストンのキャリパー
または複数ピストンのキャリパーによって達成することができ、１つ以上、好ま
しくは２つから６つ、特に好ましくは４つまたは６つのブレーキ・シューを配置
する。これらのブレーキ・シューの摩擦表面は、半径方向に大きいが、周方向に
は比較的小さいと有利である。

【００１０】少なくとも１つの圧着装置は、さらに、機械的および／または電子的補償エレ
メントを備えることが可能であり、これは、平衡レバーの原理を用いて圧着力を
複数の摩擦ライニングに均一に分布させるよう設計される。圧力の改善は、この
手段によって達成される。ブレーキ・ディスク・ロータとブレーキ・シュー間の
圧力の改善も、ブレーキ液圧が１μｍ／ｂａｒを上回る圧縮性を有する摩擦ライ
ニングおよび／または摩擦ライニングと圧着装置との間に設けた、ブレーキ液圧
１μｍ／ｂａｒを上回る圧縮性の中間層を使用することにより、達成することが
できる。

【００１１】特に２つ以上の液圧作動のピストン、例えば８つのピストンを、圧着装置当た
り４つの摩擦ライニングと組み合わせて使用する場合、特に約０．４０から０．
４５の作動摩擦係数で、ブレーキ・シューに作用する圧力が可能な限り均一であ
るよう、ピストンを配置すると有効である。

【００１２】制動の騒音を抑制するために、ブレーキ・ディスク・ロータの振動波の節と腹
との両方で臨界のＫ０／３振動が防止されるよう、ブレーキ・ディスク・ロータ
が摩擦ライニングの作用を受ける方法を構成すると、さらに有効である。これは
、ブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面ごとに２つのブレーキ・シューを、そ
の作用線が約１１０から１３０°の角度αを囲むような方法で配置することによ
って達成される。

【００１３】別の有利な改良点は、少なくともブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面また
はブレーキ・ディスク・ロータ全体またはブレーキ・ディスク全体をセラミック
／金属複合材料、例えばドイツ特許出願第１９７０６９２５．８−４５号に記載
されているような、好ましくは、例えば酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化
硼素、および／または硼化チタンをアルミニウムと共に基材とするアルミニウム
／セラミック複合材料、または例えばシリコン・カーバイドを基材とするような
シリコン／セラミック複合材料で構成することである。例えば強化繊維として炭
素繊維および／またはシリコン・カーバイド繊維を有する繊維強化複合材料が、
特に好ましい。しかし、炭素、窒素、シリコンまたは硼素を基材とする他の繊維
も適切である。

【００１４】好ましくは織物繊維構造または不織スクリムの形態である長い繊維が、強化繊
維として適切である。好ましくは等方性の短い繊維（ドイツ特許第１９７１１８
２９Ｃ１号参照）が特に好ましく、摩擦表面および／またはブレーキ・ディスク
が等方性を有する、つまり縦方向にも横方向にも均一な特性を有することを保証
する。

【００１５】セラミック構成材として、複合材料は例えばシリコン・カーバイド・セラミッ
クまたは酸化アルミニウムのセラミックを含むことができる。しかし、他のセラ
ミックも適切である。

【００１６】ブレーキ・ディスク・ロータの摩擦表面およびブレーキ・ディスク・ロータは
、一体で形成し、同じ材料、つまりＣＭＣ材料で構成することが好ましい。ブレ
ーキ・ディスク全体をＣＭＣ材料の１つの部片で作成し、製造を特に単純かつ経
済的にすることが、特に好ましい。

【００１７】本発明を、添付図面に関して、以下でさらに詳細に説明する。

【００１８】図１は、セラミック／金属複合材料で構成されたブレーキ・ディスク・ロータ
またはブレーキ・ディスク１１を有するブレーキ・ユニット１０を示し、その外
面は摩擦表面１２ａ、１２ｂで形成されている。ブレーキ・ディスク１１は、公
知の方法（特に図示せず）で、ブレーキ・ディスク・チャンバまたはアダプタ１
３によって固定される。ブレーキ・ユニット１０は、さらに、制動操作中にブレ
ーキ・ディスク１１の摩擦表面１２ａ、１２ｂに作用する摩擦ライニング２１ａ
、２１ｂを伴う２つのブレーキ・シュー２０ａ、２０ｂを有する。公知の概略的
に図示された圧着装置３０を使用して、ブレーキ・ピストン３１、３２のピスト
ン圧力面に作用し、ブレーキ・シュー２０ａ、２０ｂを摩擦表面１２ａ、１２ｂ
に作用させ、制動操作を開始する。この配置構成では、摩擦ライニングは、おお
よそ摩擦表面の少なくとも１５％を覆い、ブレーキ・シュー２０ａ、２０ｂに作
用する圧力は可能な限り均一である。つまり、摩擦ライニングは、その面積全体
に均一に作用を受ける。

【００１９】図２は、本発明による摩擦ライニングのサイズ比の実施形態を示す。平均幅ｂ
に対する平均高さ（ｈ）の比率は、図示された台形の摩擦ライニング２１ａの場
合では明確であり、摩擦表面１２ａと半径方向の大きい重複を確保するため、約
１：１から１：１．６であることが好ましい。したがって、摩擦表面２１ａは、
半径方向に大きいが、周方向には比較的小さくなる傾向がある。

【００２０】図３は、摩擦表面１２ａに２つの摩擦ライニング２１ａ’および２１ａ”が配
置された本発明の実施形態を示す。圧力を改善するため、摩擦ライニングごとに
２つの液圧作動のピストン３１ａ’、３１ｂ’または３１ａ”、３１ｂ”を使用
する。例示された実施形態では、ピストンは均一に分布し、特に作動摩擦係数が
約０．４０と０．４５の間で、ブレーキ・ディスク１１が矢印Ｄの方向に回転し
ている場合に、摩擦表面全体にわたって均一な作用があるよう配置され、熱流束
密度に局所的増加がないことを保証する。これは、例えば圧着装置ごとに４つの
ライニングと組み合わせて８つのピストンを使用することによっても達成するこ
とができる。不均一な力の分布を回避するため、それぞれが個々の圧着装置を伴
う複数の個々の摩擦ライニングを使用することが好ましい。これは、単ピストン
のキャリパーまたは複数ピストンのキャリパーによって達成することができ、こ
れには１つ以上、好ましくは２つから６つ、特に好ましくは４つまたは６つの摩
擦ライニングを配置する。これらの摩擦ライニングは、制動トルクが作用してい
ても均一な圧力が確保されるような方法で、２つから４つのピストンによってそ
れぞれ押しつけられ、接触することが好ましい。前述したように、これらのブレ
ーキ・シューの摩擦ライニングは、半径方向に大きいが、周方向に比較的小さい
と有利である。

【００２１】図示されていない１つの構成要素は、少なくとも１つの圧着装置が、さらに機
械的および／または電子的補償エレメントを有することができ、これは、平衡レ
バーの原理を用いて、圧着力が複数の摩擦ライニングに均一に分布するような方
法で設計されることである。その結果を図４で概略的に示す。ブレーキ・ディス
ク１１が矢印Ｄの方向に回転した状態で、任意の摩擦係数μにおける理想的圧力
の作用線を、Ｗｉで表す。ピストンの作用線をＷｋで表す。ピストンの作用によ
って導入されたエネルギーεは、摩擦係数μの関数として前述した理想的圧力が
達成されるような方法で制御される。これにより、個々のブレーキ・シューでの
平衡、したがって圧力の改善が達成される。ブレーキ・ディスク・ロータとブレ
ーキ・シュー間の圧力の改善も、ブレーキ液圧１μｍ／ｂａｒを超える圧縮性を
有する摩擦ライニングおよび／または摩擦ライニングと圧着装置との間に設け、
ブレーキ液圧１μｍ／ｂａｒを超える圧縮性を有する中間層を使用することによ
って達成することができる。

【００２２】言うまでもなく、摩擦表面１２ｂにも、必要な変更を加えた状態で同じ事が当
てはまる。

【００２３】制動騒音を抑制するため、図５で示すように、ブレーキ・ディスク１１の摩擦
表面ごとに２つのブレーキ・シュー２０ａ’、２０ａ”を、その作用線が約１１
０から１３０°の角度αを囲むような方法で配置する。その結果を図６に示す。
これは、ロータの回転角度の関数としてブレーキ・ディスク・ロータの典型的な
Ｋ０／３の振動を示し、Ｋ０／３の振動波の腹は、摩擦表面２１ａ’、２１ａ”
の配置によって防止される。ブレーキ・シューが適切に配置されていれば、振動
波の節にも、必要な変更を加えた状態で同じ事が当てはまる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブレーキ・ユニットの一定の縮尺ではない概略図を示す。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図を示す。

【図３】本発明の別の実施形態の、図２に対応する図を示す。

【図４】シュー圧力の作用線の概略図を示す。

【図５】本発明の別の実施形態の概略図を示す。

【図６】ブレーキ・ディスク・ロータのＫ０／３振動波の概略図を示す。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１１月２８日（２０００．１１．２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者リーデル，ハンス−ゲオルグドイツ連邦共和国ディー−75177 プローツハイム，ホッヘンツォルレーンシュトラッセ 104 (72)発明者ゾコロフスキー，デトレフドイツ連邦共和国ディー−73760 オストフィルデーン，インデンホルツヴィーゼン３ (72)発明者スパンゲマッヒェル，ビョルンドイツ連邦共和国ディー−71065 ジンデルフィンゲン，ブレイッヒミュールシュトラセ 25 Ｆターム(参考） 3J058 AA48 AA53 AA66 AA77 AA84 AA87 BA21 BA34 CA43 CA44 CA45 CB27 CC03 CC33 EA08 EA14 EA17 EA28 FA01 GA92

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれが摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）を伴う少なく
とも２つのブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）、および少なくとも１つのブレ
ーキ・ディスク・ロータ（１１）を有し、ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）
の外面がそれぞれ少なくとも部分的に、個々の摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ
）のために金属／セラミック複合材料（ＣＭＣ）で構成された摩擦表面（１２ａ
、１２ｂ）を有し、さらに少なくとも１つの圧着装置（３０）を有し、これが制
動操作中にブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用するブレーキ・ユニット
（１０）であって、ブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）の摩擦ライニング（２
１ａ、２１ｂ）が、ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の摩擦表面（１２ａ、
１２ｂ）の少なくとも１５％を覆い、少なくとも１つの圧着装置（３０）が、ブ
レーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用する圧力が制動操作中に摩擦表面（１
２ａ、１２ｂ）に基本的に均一に作用するような方法で設計されることを特徴と
するブレーキ・ユニット。
【請求項２】ブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）の各摩擦ライニング（
２１ａ、２１ｂ）の平均高さ（ｈ）対平均幅（ｂ）の比率が約１：１から１：１
．６であることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項３】少なくとも１つ、好ましくは複数の圧着装置（３０）を設け
、これが少なくとも２つのブレーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用し、ブレ
ーキ・シュー（２０ａ、２０ｂ）ごとに少なくとも２つのピストン（３１、３２
）を設けることを特徴とする、請求項１ないし２のいずれか一項に記載のブレー
キ・ユニット。
【請求項４】少なくとも１つ、好ましくは複数の圧着装置（３０）を設け
、これが少なくとも４つのブレーキ・シューに作用し、ブレーキ・シューごとに
少なくとも２つのピストン（３１、３２）を設けることを特徴とする、請求項１
ないし３のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項５】ブレーキ・シューに個々の摩擦ライニングを設け、それぞれ
が個々の圧着装置を伴うことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に
記載のブレーキ・ユニット。
【請求項６】圧着装置ごとに、単数または複数ピストンのキャリパーを設
け、これに１つ以上、好ましくは２つから６つ、特に好ましくは４つまたは６つ
のブレーキ・シューを配置することを特徴とする、請求項５に記載のブレーキ・
ユニット。
【請求項７】ブレーキ・シューの摩擦表面が、半径方向に大きく、周方向
に比較的小さいことを特徴とする、請求項５および６のいずれか一項に記載のブ
レーキ・ユニット。
【請求項８】少なくとも１つの圧着装置（３０）が機械的および／または
電子的補償エレメントを有し、これは、平衡レバーの原理を用いて圧着力が複数
の摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）に均一に分布するような方法で設計される
ことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニッ
ト。
【請求項９】特に約０．４０から０．４５の作動摩擦係数で、ブレーキ・
シュー（２０ａ、２０ｂ）に作用する圧力が可能な限り均一であるような方法で
、少なくとも２つのピストン（３１、３２）を配置することを特徴とする、請求
項３ないし８のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１０】ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の摩擦表面（１２ａ
、１２ｂ）ごとに２つのブレーキ・シューを、その作用線が約１１０から１３０
°の角度αを囲むような方法で配置することを特徴とする、請求項４ないし９の
いずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１１】摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）がブレーキ液圧１μｍ
／ｂａｒを超える圧縮性を有することを特徴とする、請求項１ないし１０のいず
れか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１２】ブレーキ液圧が１μｍ／ｂａｒを超える中間層を、ブレー
キ・シュー（２０ａ、２０ｂ）の摩擦ライニング（２１ａ、２１ｂ）と圧着装置
（３０）との間に設けることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれか一項
に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１３】ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の少なくとも摩擦表
面（１２ａ、１２ｂ）を、アルミニウム／セラミック複合材料またはシリコン／
セラミック複合材料で形成することを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれ
か一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１４】ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の少なくとも摩擦表
面（１２ａ、１２ｂ）を、繊維強化複合材料で形成することを特徴とする、請求
項１ないし１３のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１５】複合材料が、強化繊維として炭素繊維および／またはシリ
コン・カーバイド繊維を含むことを特徴とする、請求項１４に記載のブレーキ・
ユニット。
【請求項１６】複合材料が、強化繊維として、好ましくは織物繊維構造ま
たは不織スクリムの形態で、長い繊維を含むことを特徴とする、請求項１４およ
び１５のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１７】複合材料が、強化繊維として、好ましくは等方性の短い繊
維である短い繊維を含むことを特徴とする、請求項１４および１５のいずれか一
項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１８】複合材料が、セラミック構成要素としてシリコン・カーバ
イド・セラミックまたは酸化アルミニウム・セラミックを含むことを特徴とする
、請求項１ないし１７のいずれか一項に記載のブレーキ・ユニット。
【請求項１９】ブレーキ・ディスク・ロータ（１１）の摩擦表面（１２ａ
、１２ｂ）およびブレーキ・ディスク・ロータ（１１）が一体形成され、同じ材
料で構成されることを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の
ブレーキ・ユニット。