JP3302798B2 - ベンチレーテッドロータに使用するディスクブレーキのパッド - Google Patents

ベンチレーテッドロータに使用するディスクブレーキのパッド

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JP3302798B2
JP3302798B2 JP23729593A JP23729593A JP3302798B2 JP 3302798 B2 JP3302798 B2 JP 3302798B2 JP 23729593 A JP23729593 A JP 23729593A JP 23729593 A JP23729593 A JP 23729593A JP 3302798 B2 JP3302798 B2 JP 3302798B2
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幹夫 松崎
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株式会社曙ブレーキ中央技術研究所
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00Parts or details
    • F16D65/0006Noise or vibration control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D2069/004Profiled friction surfaces, e.g. grooves, dimples

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ベンチレーテッドロ
ータに使用するディスクブレーキのパッドに関し、特に
ダイナミックグローンと呼ばれる低周波ノイズを防止す
るのに有効なスリットを設けたパッドに関する。
【0002】
【従来の技術】ディスクブレーキは、制動しようとする
車輪と連動して回転するロータの両側面にパッドを押付
け、パッドのライニングとロータとの摩擦によりロータ
を制動し、ロータを介して車輪を制動するブレーキであ
る。
【0003】このようにパッドのライニングと摩擦する
ため、制動時にはロータは摩擦熱により高温になる。ベ
ンチレーテッドロータは、ロータの温度上昇を抑えるた
めに構成されたもので、図5、図6に例示するように構
成される。図5は全体の斜視図、図6は一部の平面図で
ある。
【0004】ベンチレーテッドロータ1(以下単にロー
タという)内には、半径方向外端がロータの周面に開口
し、内端をロータ外に開口した多数の風路2が形成され
ている。図6に見るように、風路2の両側においてロー
タは肉薄になり、ロータの厚さ方向の剛性は弱くなる。
風路を外れた位置では、ロータの両側面を連結するフィ
ン3が形成されるので、ロータの厚さ方向の剛性は大き
い。
【0005】このようなロータでは、制動回数が増すに
従って、ロータ温度が上昇し、それに伴ないロータは熱
膨張する。この膨張量は風路2とフィン3の部分とで異
なり、風路2の部分において大きい。つまりロータは、
摩擦熱により風路2の外壁がフィン3の部分より大きく
膨らむ。このためその状態で制動をすると、大きく膨ら
んでいる風路2の外壁にパッドにより加えられる圧力は
フィン3の両側に加えられる圧力よりも大となり、風路
2の両側での摩擦仕事がフィン3の両側でのそれよりも
大となる。これが繰返されることにより、ロータは風路
2の外壁でより大きく摩耗し、ロータの冷却時には、風
路外壁が収縮するため、ロータの側面にフィン3のピッ
チに等しい微小な凹凸を生じる。この凹凸のロータ軸方
向の高さ(厚さ)の差が、ロータの片面で1.7μm 程
度となったロータでは、制動時にダイナミックグローン
(Dynamic Groan、以下単にグローンとい
う)と呼ばれる特有の低周波ノイズを発生する。このノ
イズの周波数f(Hz)は、車速をV(km/hr、ロータと
車輪とは直結する)、車輪のタイヤ径をD(m)、nを
フィンの数(通常25〜37)とすると、f=nV/
3.6πDで表される。
【0006】このようなロータのフィン3のピッチと同
周期の振動が生じる理由は、ロータのフィン3のピッチ
に等しい凹凸が制動中、パッドに連続的に進入し、ブレ
ーキトルク振動を生じ、これが加振力となるからであ
る。このような現象があるため、未だ凹凸の無い新品の
ロータではグローンの発生はなく、使用によって凹凸を
生じたロータでは、凹凸が大きい冷却時ではグローンが
大きく、使用と共にロータが温度上昇するとグローン発
生も無くなって行くという実験結果が得られている。
【0007】図7は、ロータの凹凸が温度によって変化
する状態の実験結果を示す線図であって、温度上昇と共
にロータの凹凸は減少しているのが判る。
【0008】前記のように制動に伴ってロータと共に高
温となるパッドのライニングには、摩耗粉や水を排出し
たり、材質によっては熱膨張によりひびが発生するの
で、これを逃げるために種々の形のスリットを形成する
ことが行なわれている。
【0009】図8は、ライニング4の中央に、ロータ径
方向のスリット5を設けた通常のパッド6を例示する。
7は裏金である。このようにスリットを設けると、上記
の摩耗粉の排出やライニングの熱膨張を逃すことの外
に、スリットを通る空気のため、スリットの縁部のライ
ニングを冷却することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、ロータに
使用してグローン発生を防止する、スリットを持つパッ
ドを得ようとするものである。
【0011】
【課題を解決する為の手段】この発明は、ディスクブレ
ーキのスリットの位置を、インナパッドとアウタパッド
とに形成されるロータのフィンのピッチをLとしたと
き、L/2ないしL/2の奇数倍だけロータの周方向に
ずらせることにより、グローン発生を防止したものであ
る。
【0012】
【作用】ライニングのスリットの縁がフィン部分に当る
毎に大きな振動トルクが発生し、フィン部分を通過する
と振動トルクは弱くなる。本発明ではインナパッドのス
リットとアウタパッドのスリットとの位置をロータの周
方向にずらせて、一方のパッドのスリットの縁がフィン
部分に当っているとき、他方のパッドのスリットの縁は
風路の位置にあるようにしたため、大きな振動トルクが
重畳せず、一方のパッドで発生する振動トルクの山の間
に他方のパッドで発生する振動トルクの山が位置するよ
うになり、全体として振動トルクが平滑化され、グロー
ンが発生し難くなる。
【0013】本発明者の探究した処によると、図8のよ
うな中央部にロータ径方向のスリットを持つ従来のパッ
ドのライニングでは、使用が進むと、スリットの縁部及
び周囲部と、それ以外の個所とで摩耗量に差が生じる。
これを測定すると、図9に示すように、外気に接する周
囲部4aとスリット5の縁部とで厚く(図9には+で示
す)、内方部4bで薄く(図9には−で示す)なること
が知られた。内方部4bの薄くなる部分はほぼ円形のパ
ターンを示す。スリットがない場合は、ライニングの全
面に広がった楕円状となる。又、前記のような原因で凹
凸を生じたロータを用いても、パッドが新品の場合はグ
ローンを発生し難い。このことから、本発明者は、パッ
ドのライニングの摩耗によりライニング面に生じる上記
のようなパターンがグローン発生に関係があるものと考
えた。
【0014】このようなパターンを生じるのは、制動時
にライニングが発熱するときに、ライニング4の周囲部
4a及びスリット5の縁部は冷却され、相対的に内方部
4bの温度が高くなるため、図10に誇張して示すよう
に、内方部4bが膨張し、ロータと強く摩擦して摩耗が
進み、制動を止めて温度低下すると、図11のように内
方部4bが凹むからである。従って、ロータ、ライニン
グが冷えている時の制動時には、ロータとライニングと
の当りが、内方部4bよりもスリットの縁部及び周囲部
4aで強くなることになる。
【0015】これを調べるために、本発明者は、ライニ
ングの場所別の温度を測定し、温度とグローン発生状況
との関連を調べた。温度を測定したのは、パッドとロー
タとの当りの部分的強弱は測定できないので、当りの強
い部分では弱い部分より温度が高くなることから、温度
を測定して当りの強弱を判断したのである。
【0016】ライニングの温度測定部分は、図12に示
したように、周囲部4aのスリット5に近い下部(黒丸
で示す)と内方部4bの中央(白丸で示す)である。グ
ラフ中の両部分の測定温度も黒丸、白丸で示している。
15回程度の制動を繰返すと、温度が120℃位まで上
昇し、この間は周囲部4aの方が温度が高く、グローン
を生じる。更に制動を繰返すと、温度は上昇するが内方
部の温度の方が高くなり、グローンは止る。
【0017】このことから、ライニングの周囲部及びス
リットの縁部がロータに強く当ること(これを縁当りと
いうことにする)がグローン発生の一つの条件であると
考えられる。即ち、風路2の両側の壁が凹み、フィン3
の部分が突出したロータに、内方部が凹んだライニング
が縁当りすることによりグローンが発生すると考えられ
る。
【0018】このことから、グローン発生の必要十分条
件は、 (1) ロータにフィンピッチに相当するピッチの凹凸があ
ること (2) ライニングがロータと縁当りしていること であると考えられる。
【0019】次にグローンを発生させる加振力を調査
し、摩擦力の変動が加振力となっていることが判った。
加振力を調べるには、摩擦力そのものを測定しても、ロ
ータに加わる制動トルクを測定してもよい(摩擦力はト
ルクをロータの作用半径で割ったものであるから、実際
にはどちらでも同じことになる。)が、本発明者は、測
定しやすいことからトルクを測定した。この測定におい
て次の現象が認められた。即ち、1個のフィンがパッド
を通過する毎にトルク振動が生じ、その大きさは最大で
40kgcmであった。これはインナパッド、アウタパッド
の制動トルクの合計を測定しているので、1個のパッド
については20kgcmである。
【0020】図13〜図14はこの状況を示し、図13
のように、ライニング4の凹入した内方部4bより高く
なったスリット5の縁部が、ロータの突出したフィン
(A〜Eで示す)の部分を通過すると、図14のように
各フィンの位置A〜E毎にアウタパッド6及びインナパ
ッド6´にそれぞれ20kgcmの振動トルクが発生し、合
計40kgcmの全振動トルクがスリットの縁部においてパ
ッドに加わる。
【0021】本発明は、インナパッド及びアウタパッド
で発生する振動トルクが重畳しないようにすることによ
り、ディスクブレーキに加わる振動トルクを平滑化して
グローンの発生を防止したものである。その状況を次の
実施例において説明する。
【0022】
【実施例】第一実施例を示す図1は、一定のピッチLで
風路2及びフィン3が形成されたロータ1に、中央部に
スリット5aを形成してロータ1に押当てられるインナ
パッド6aと、中央部から外れてロータの径方向にスリ
ット5bを形成した、インナパッド6aの反対側でロー
タ1に押当てられるアウタパッド6bとを示す略図であ
る。インナパッドのスリット5aが1つのフィンの上に
位置するとき、アウタパッドのスリット5bは、2つの
フィンの間、即ち風路の側方に重なって位置する。
【0023】この状態でロータ1が回転すると、インナ
パッドのスリット5aがフィン3を通過する毎に、図2
のAに示すように、振動トルクT1 が発生する。又、ア
ウタパッドのスリット5bがフィン3を通過する毎に、
図2のBに示すように、振動トルクT2 が発生する。
【0024】両トルクT1、2 の発生時期は時間的にず
れており、図2のようにインナパッドによる振動トルク
1 の発生時期の中間にアウタパッドによる振動トルク
2が発生するようになる。従って両トルクの合計は、
図2のCに示したT1 +T2線のように平滑になり、グ
ローンが発生し難くなる。スリットの形状は、インナパ
ッドとアウタパッドとで上記と逆にしてもよい。
【0025】第二実施例を示す図3は、インナパッドの
スリット5aとアウタパッドのスリット5bとを平行に
形成して、スリット5aが1つのフィンに重なったと
き、スリット5bが概略風路の上に来るようにしたもの
である。
【0026】第三実施例を示す図4は、ロータ径方向に
形成したインナパッドのスリット5aが2つのフィン
3、3の中間に(風路の側方)に位置したとき、ロータ
の径方向に形成したアウタパッドのスリット5bが1つ
のフィンの上に位置するようにスリットを形成したもの
で、両スリット5a、5bの間隔は、フィンのピッチL
の3/2になっている。
【0027】上記各実施例のパッドを使用してグローン
発生の状態を実験した所、表1の結果を得た。
【0028】
【表1】
【0029】この表において、従来例は、図8のように
パッドの中央にロータ径方向のスリット5を設けた同形
のインナパッド及びアウタパッドを使用したものであ
る。この実験は、1600回の制動をしたときのグロー
ン発生率を%で示し、1%以下は四捨五入している。
【0030】
【発明の効果】本発明のベンチレーテッドロータに使用
するディスクブレーキのパッドは、側面に微小凹凸を生
じるロータ及びこのロータと摩擦してライニングの内方
部が凹入するパッドの性質を探究した結果、グローンを
生じ難いパッドを得たものであって、ロータの半径方向
に延びるフィンが形成する凸部とスリットの縁との当り
の時期をインナパッドとアウタパッドとでずらせること
により、この当りによる加振力を平滑化させてグローン
の発生を抑えることができたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ロータの風路とフィンとに関連してインナパッ
ドとアウタパッドとに形成するスリットの位置を示す第
一実施例の略図。
【図2】図1のパッドが発生する振動トルクを示す線
図。
【図3】インナパッドとアウタパッドとに形成するスリ
ットの第二実施例の略図。
【図4】インナパッドとアウタパッドとに形成するスリ
ットの第三実施例の略図。
【図5】ロータを例示する斜視図。
【図6】このロータの拡大部分平面図。
【図7】ロータの温度と側面の凹凸量との関係を示す線
図。
【図8】従来のスリットを持つパッドの斜視図。
【図9】ライニングの凹入状況を示すパッドの正面図。
【図10】温度上昇したときのライニングの膨張状態を
示すパッドの側面図。
【図11】冷却したときのライニングを示す図9のA−
A断面図。
【図12】制動時のロータ温度の昇降とグローン発生状
況とを示す線図。
【図13】ロータとライニングとの接触状態を示す略側
面図。
【図14】このとき作用する制動トルクを示す略図。
【符号の説明】
1 ベンチレーテッドロータ 2 風路 3 フィン 4 ライニング 4a 周囲部 4b 内方部 5、5a、5b スリット 6、6´ パッド 6a、6b ライニング 7 裏金
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16D 65/092 F16D 69/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 風路(2)とフィン(3)とを一定のピ
    ッチ(L)で交互に形成したベンチレーテッドロータを
    使用する、インナパッド(6a)及びアウタパッド(6
    b)のライニングにスリット(5a)(5b)を形成し
    たディスクブレーキのパッドであって、インナパッドの
    スリット(5a)とアウターパッドのスリット(5b)
    との位置を、ほぼL/2だけロータの周方向にずらせる
    ことにより、制動時に、インナパッドのスリット(5
    a)とアウタパッドのスリット(5b)とが、ロータの
    風路(2)の側面及びフィン(3)の側面に同時に位置
    しないようにしたことを特徴とするベンチレーテッドロ
    ータに使用するディスクブレーキのパッド。
  2. 【請求項2】 インナパッドのスリット(5a)とアウ
    ターパッドのスリット(5b)との位置をずらせる量
    を、ほぼL/2の奇数倍とした請求項1に記載のベンチ
    レーテッドロータに使用するディスクブレーキのパッ
    ド。
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