(57)【要約】  本発明は、２枚のブレーキディスク構成板の軽減孔に関する諸元に差を持たせることで、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を効果的に抑制し得るブレーキディスクを提供することを目的とする。  本発明に係るブレーキディスクでは、制動時の振動により相互に摺動するように、２枚のブレーキディスク構成板（２、３）を重ね合わせて設け、両ブレーキディスク構成板（２、３）間において、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させた。また、ブレーキディスク構成板（２、３）の少なくとも一方に軽減孔（４）を設け、前記諸元として、軽減孔（４）の個数、軽減孔（４）の形状、軽減孔（４）の大きさ、軽減孔（４）の配設位置の中から選択した１種又は２種以上を相違させた。
2012111771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動時の振動により相互に摺動するように、複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせて設け、
前記複数枚のブレーキディスク構成板のうちの少なくとも１組のブレーキディスク構成板における、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させてなる、
ことを特徴とするブレーキディスク。
【請求項２】
前記諸元として、軽減孔の個数、軽減孔の形状、軽減孔の大きさ、軽減孔の配設位置の中から選択した１種又は２種以上を相違させてなる請求項１記載のブレーキディスク。
【請求項３】
前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板として軽減孔を形成した同一構成のものを用い、前記軽減孔の配設位置を周方向にずらして、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなる請求項１記載のブレーキディスク。
【請求項４】
前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の厚さ方向への振動の位相差が大きくなるように、前記軽減孔の配設位置を周方向にずらして、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなる請求項３記載のブレーキディスク。
【請求項５】
前記諸元として、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の板厚を相互に相違させてなる請求項１〜４のいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項６】
前記諸元として、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の直径を相互に相違させてなる請求項１〜５のいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項７】
前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板のうちの第１のブレーキディスク構成板にブレーキパッドとの摺動部を形成し、第２のブレーキディスク構成板を前記摺動部よりも小径に構成した請求項６記載のブレーキディスク。
【請求項８】
前記第１のブレーキディスク構成板を第２のブレーキディスク構成板よりも厚肉に構成した請求項７記載のブレーキディスク。
【請求項９】
前記複数枚のブレーキディスク構成板のうちの少なくとも１枚のブレーキディスク構成板に反りを形成し、該ブレーキディスク構成板の外周部が隣接するブレーキディスク構成板に圧接されるように、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなる請求項１〜８のいずれか１項記載のブレーキディスク。
【請求項１０】
隣接する１組のブレーキディスク構成板として反りを有する同一構成のものを用い、前記１組のブレーキディスク構成板の外周部が圧接されるように、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなる請求項１〜８のいずれか１項記載のブレーキディスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用又は自動二輪車用として好適に利用可能なブレーキディスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動二輪車のブレーキディスクとして、ホイールへの取付部と、ブレーキパッドとの摺動部とを有し、１枚物の金属板をプレス成形してなるブレーキディスクや、ブレーキパッドが圧接される摺動部を有する環状の摺動ディスクと、摺動ディスクの内側に装着されるハブディスクと、両ディスクをフローティング状態に連結する複数の連結手段とを有する、フローティングブレーキディスクが広く実用化されている。【０００３】
また、ブレーキディスクとして、全体的な重量軽減と、摺動部における放熱性の向上と、ブレーキパッドのクリーニングなどを目的として、摺動部に複数の軽減孔を所定の配置で形成したものも広く採用されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００４】
更に、制動時におけるノイズの発生を防止するため、ブレーキディスクを２枚のブレーキディスク構成板で構成し、両ブレーキディスク構成板を一体的に重ね合わせたブレーキディスク（例えば、特許文献２参照。）や、一方のブレーキディスク構成板の対抗面に環状の凹溝を形成し、該凹溝に減衰材が配置されるように、両ブレーキディスク構成板を一体的に重ね合わせてなるブレーキディスク（例えば、特許文献３参照。）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−７４６０４号公報
【特許文献２】特開平８−２００４１０号公報
【特許文献３】特開２００４−１１８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献２、３には、２枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなるブレーキディスクが記載されているが、２枚のブレーキディスク構成板の摺動部には軽減孔が形成されておらず、また２枚のブレーキディスク構成板が同じ厚さに設定されるとともに、同じ直径に構成され、しかも反りのない平板状に形成されており、両ブレーキディスク構成板間において、軽減孔の有無や形成個数、形成位置や位相など、軽減孔に関する諸元に差を持たせたり、ブレーキディスク構成板の厚さや直径や反りに関する諸元に差を持たせたりしてなるブレーキディスクは提案されていない。【０００７】
本発明の目的は、重ね合される少なくとも１組のブレーキディスク構成板の諸元に差を持たせることで、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を効果的に抑制し得るブレーキディスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願人は、複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせて使用すると、制動時における厚さ方向や周方向や半径方向への振動で、隣接するブレーキディスク構成板が相互に摺動することで、鳴きなどの異音の発生を抑制できることに着目し、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させることによって、ブレーキディスクの構成を複雑にすることなく、隣接するブレーキディスク構成板の摺動を適正に調整して、鳴きを効果的に防止できるとの発想を得て、本発明を完成するに至った。【０００９】
本発明に係るブレーキディスクは、制動時の振動により相互に摺動するように、複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせて設け、前記複数枚のブレーキディスク構成板のうちの少なくとも１組のブレーキディスク構成板における、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させてなるものである。なお、反りの諸元を相互に相違させるとは、反りを有するブレーキディスク構成板と反りを有さないブレーキディスク構成板とを用いたり、反りの大きさが相違するブレーキディスク構成板を用いたり、反りの向きを逆にしたブレーキディスク構成板を用いたり、半径方向に対する反りの形成範囲を相違させたりすることを意味する。【００１０】
このブレーキディスクでは、ブレーキディスクの摺動部をブレーキパッドで挟持して制動力を付与すると、このときの厚さ方向や周方向や半径方向への振動で、隣接するブレーキディスク構成板が相互に摺動して、ブレーキ鳴きなどの異音の発生が抑制される。しかも、少なくとも１組のブレーキディスク構成板における、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させているので、ブレーキディスクの構成を複雑にすることなく、隣接するブレーキディスク構成板の制動時における摺動を調整して、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を効果的に防止できる。なお、軽減孔は、ブレーキパッドが摺接する摺動部に形成することが好ましいが、摺動部以外に形成することもできる。また、軽減孔や板厚や直径や反りに関する諸元と併用して、例えばブレーキディスク構成板の形状や材質などの諸元が異なるように構成することも可能である。更に、これら複数のブレーキディスク構成板は、制動時の振動により、相互に摺動するように部分的に結合することになり、例えば複数のブレーキディスク構成板を重ね合わせて、ホイールへの取付ボルトで結合したり、リベットやボルト等で結合したり、溶接により結合したり、１枚のブレーキディスク構成板に形成した折り返し部により他のブレーキディスク構成板の外周部等を抱き込むことで結合したりすることができる。【００１１】
ここで、前記諸元として、軽減孔の個数、軽減孔の形状、軽減孔の大きさ、軽減孔の配設位置の中から選択した１種又は２種以上を相違させることができる。なお、軽減孔の個数を相違させるとは、少なくとも１組のブレーキディスク構成板に軽減孔を形成し、その個数が異なるように設定したブレーキディスクと、軽減孔を有するブレーキディスク構成板と、軽減孔を有さないブレーキディスク構成板とからなるブレーキディスクの２通りのブレーキディスクを含むものとする。【００１２】
前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板として軽減孔を形成した同一構成のものを用い、前記軽減孔の配設位置を周方向にずらして、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなることも好ましい実施の形態である。この場合には、軽減孔を形成した同一構成のブレーキディスク構成板を用いてブレーキディスクを構成でき、ブレーキディスク構成板を製作するための設備を複数設ける必要がないので、設備経済的に有利になる。【００１３】
前記１組のブレーキディスク構成板として軽減孔を形成した同一構成のものを用いる場合には、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の厚さ方向への振動の位相差が大きくなるように、前記軽減孔の配設位置を周方向にずらして、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせることも好ましい実施の形態である。ブレーキディスク構成板の厚さ方向への振動は、複数枚のブレーキディスク構成板が接触と離間を繰り返すことで減衰されるが、少なくとも１組のブレーキディスク構成板の厚さ方向への振動の位相差が大きくなるように設定すると、両ブレーキディスク構成板の接触時におけるエネルギー吸収作用を高めて、鳴きなどの異音の発生を一層効果的に防止できる。【００１４】
前記諸元として、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の板厚を相互に相違させたり、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板の直径を相互に相違させたりすることも好ましい実施の形態である。このように構成すると、該１組のブレーキディスク構成板の固有振動数を相違させて、共振点の個数を少なくでき、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を効果的に抑制できる。【００１５】
また、ブレーキディスク構成板の直径を相違させる場合には、前記少なくとも１組のブレーキディスク構成板のうちの第１のブレーキディスク構成板にブレーキパッドとの摺動部を形成し、第２のブレーキディスク構成板を前記摺動部よりも小径に構成することが好ましく、前記第１のブレーキディスク構成板を第２のブレーキディスク構成板よりも厚肉に構成することがより好ましい。つまり、複数枚のブレーキディスク構成板を積層する場合には、ブレーキパッドとの摺接面側の温度が、ブレーキディスク構成板の重ね合せ面側の温度よりも高温になることから、ブレーキディスク構成板が制動時における熱で反りかえることがある。本発明では、第１のブレーキディスク構成板にはブレーキパッドとの摺動部が設けられるが、第２のブレーキディスク構成板には摺動部が設けられないので、制動時の熱により、ブレーキディスク構成板が反るという不具合を効果的に防止できるとともに、第１のブレーキディスク構成板の板厚を厚く設定することで、摺動部の板厚を無理なく厚く設定でき、十分な制動性能を確保できる。【００１６】
前記複数枚のブレーキディスク構成板のうちの少なくとも１枚のブレーキディスク構成板に反りを形成し、該ブレーキディスク構成板の外周部が隣接するブレーキディスク構成板に圧接されるように、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせることが好ましい実施の形態である。本発明では、制動時に隣接するブレーキディスク構成板が相互に摺動してブレーキ鳴きなどの異音の発生が抑制されるが、本発明のようにブレーキディスク構成板の外周部を相互に圧接させると、ブレーキディスク構成板同士の摺動時におけるエネルギー消費量を増大して、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を一層効果的に抑制できる。【００１７】
隣接する１組のブレーキディスク構成板として反りを有する同一構成のものを用い、前記１組のブレーキディスク構成板の外周部が圧接されるように、前記複数枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせることも好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るブレーキディスクによれば、ブレーキディスクの摺動部をブレーキパッドで挟持して制動力を付与すると、このときの厚さ方向や周方向や半径方向への振動で、隣接するブレーキディスク構成板が相互に摺動して、ブレーキ鳴きなどの異音の発生が抑制される。しかも、少なくとも１組のブレーキディスク構成板における、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させているので、ブレーキディスクの構成を複雑にすることなく、隣接するブレーキディスク構成板の制動時における摺動を調整して、ブレーキ鳴きなどの異音の発生を効果的に防止できる。なお、軽減孔は、ブレーキパッドが摺接する摺動部に形成することが好ましいが、摺動部以外に形成することもできる。また、軽減孔や板厚や直径や反りに関する諸元と併用して、例えばブレーキディスク構成板の形状や材質などの諸元が異なるように構成することも可能である。更に、これら複数のブレーキディスク構成板は、制動時の振動により、相互に摺動するように部分的に結合することになり、例えば複数のブレーキディスク構成板を重ね合わせて、ホイールへの取付ボルトで結合したり、リベットやボルト等で結合したり、溶接により結合したり、１枚のブレーキディスク構成板に形成した折り返し部により他のブレーキディスク構成板の外周部等を抱き込むことで結合したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のI-I線断面図
【図２】他の構成のブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のII-II線断面図
【図３】他の構成のブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のIII-III線断面図
【図４】他の構成のブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV線断面図
【図５】他の構成のブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のV-V線断面図
【図６】他の構成のブレーキディスクの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のVI-VI線断面図
【図７】比較例１のディスクＳの（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のVII-VII線断面図
【図８】比較例２のディスクＤの（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ａ）のVIII-VIII線断面図
【図９】比較例のブレーキＤ０の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のIX-IX線断面図
【図１０】ハンマリング試験の説明図
【図１１】制動試験機の説明図
【図１２】ディスクＳ、Ｄ、ＤＭの周波数と減衰比の関係を示すグラフ
【図１３】ディスクＤ、ＤＭの周波数と位相差の関係を示すグラフ
【図１４】ディスクＳ、Ｄ、ＤＭの減衰比の平均値を示す棒グラフ
【図１５】ディスクＤ、ＤＭの位相差の平均値を示す棒グラフ
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれディスクＳ、Ｄ、ＤＭの周波数と鳴き音圧の関係を示すグラフ
【図１７】ディスクＤ０、Ｄ６、Ｄ１２の周波数と減衰比の関係を示すグラフ
【図１８】ディスクＤ０、Ｄ６、Ｄ１２の周波数と位相差の関係を示すグラフ
【図１９】ディスクＤ０、Ｄ６、Ｄ１２の減衰比の平均値を示す棒グラフ
【図２０】ディスクＤ０、Ｄ６、Ｄ１２の位相差の平均値を示す棒グラフ
【図２１】（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれディスクＤ０、Ｄ６、Ｄ１２の周波数と鳴き音圧の関係を示すグラフ
【図２２】ハンマリング試験の説明図
【図２３】ディスクＳ、Ｄ３．００の周波数と鳴き音圧との関係を示すグラフ
【図２４】ディスクＳ、Ｄ３．００の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ
【図２５】ディスクＤ３．７５の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ
【図２６】固有振動数での（ａ）はディスクＤ３．００のモードシェイプ、（ｂ）はディスクＤ３．７５のモードシェイプ
【図２７】（ａ）はディスクＤ３．００の周波数と表裏の位相差との関係を示すグラフ、（ｂ）は、ディスクＤ３．７５の周波数と表裏の位相差との関係を示すグラフ
【図２８】（ａ）はディスクＤ３．００の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ、（ｂ）は、ディスクＤ３．７５の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ
【図２９】ディスクＤ３．７５の２枚のガスケット構成板の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ
【図３０】ディスクＤ３．００、Ｃ０．４の周波数と周波数伝達関数のゲインとの関係を示すグラフ
【図３１】ディスクＤ３．００、Ｃ０．４の周波数と表裏の位相差との関係を示すグラフ
【図３２】ディスクＤ３．００、Ｃ０．４の周波数と減衰率との関係を示すグラフ
【図３３】積層ディスクの層間に生じる接触面圧の解析モデルの説明図
【図３４】ハンマリング試験の説明図
【図３５】ディスクＤ３．００、Ｃ０．４の半径方向距離と接触面圧及び平均されたコンプライアンスの関係を示すグラフ
【図３６】摺動部と内周部における制動時間と温度の関係を示すグラフ
【図３７】単層ディスクと複動ディスクの制動時間と厚さ方向の振れの大きさの関係を示すグラフ
【図３８】ディスクＳの平均の鳴き音圧及び減衰率とディスクＭＤの平均の鳴き音圧及び減衰率とを対比した棒グラフ
【図３９】ディスクＭＤ、ＭＤＦ、Ｓの周波数と減衰率との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
先ず、軽減孔の諸元を相違させたブレーキディスクについて説明する。
図１〜図３に示すように、ブレーキディスク１は、自動二輪車用のブレーキディスクであり、制動時における厚さ方向や周方向や半径方向への振動により相互に摺動するように重ね合わせた、２枚のブレーキディスク構成板２、３からなり、ブレーキディスク構成板２、３の少なくとも一方に軽減孔４を設け、両ブレーキディスク構成板２、３間において軽減孔４の諸元が相互に相違するように構成したものである。
【００２１】
両ブレーキディスク構成板２、３は、耐熱性に優れたステンレス鋼や炭素鋼からなる平坦な略円板状の金属板で構成され、略隙間なく重ね合わされている。両ブレーキディスク構成板２、３の中央部には車軸が挿通する貫通孔５が形成されるとともに、貫通孔５を取り囲むように複数個の取付孔６が形成され、ブレーキディスク１はこれら複数の取付孔６にボルトを挿通させてホイールのハブ部に固定されている。なお、取付孔６の個数は、図１〜図３に示すブレーキディスク１では５個設けたが、５個以外の任意の個数設けることが可能である。
【００２２】
ブレーキディスク１の外周部にはブレーキ装置のブレーキパッドＰに対面するように摺動部が形成され、ブレーキディスク１の摺動部をブレーキパッドＰで挟持することで、ブレーキディスク１を介してホイールに制動力が付与されるように構成されている。なお、摺動部には耐摩耗性に優れたライニング層を一体的に形成することが好ましい。
【００２３】
両ブレーキディスク構成板２、３は、制動時の振動により、相互に摺動するように、部分的に結合することになる。具体的には、両ブレーキディスク構成板２、３を重ね合わせて、ホイールへの取付ボルトで結合したり、リベットやボルト等で結合したり、溶接により結合したり、一方のブレーキディスク構成板の折り返し部により他方のブレーキディスク構成板の外周部等を抱き込むことで結合したりすることができる。
【００２４】
ブレーキディスク構成板２、３の少なくとも一方には軽減孔４が形成されている。軽減孔４の個数、軽減孔４の形状、軽減孔４の大きさ、軽減孔４の配設位置などは任意に設定することができる。また、軽減孔４は、ブレーキパッドＰが摺接する摺動部上に形成することが好ましいが、それ以外の位置に形成することも可能である。
【００２５】
両ブレーキディスク構成板２、３間において軽減孔４の諸元が相互に相違するように構成されている。具体的には、軽減孔４の個数、軽減孔４の形状、軽減孔４の大きさ、軽減孔４の配設位置の中から選択した１種又は２種以上を相違させることができる。ただし、軽減孔４の個数を相違させるとは、両ブレーキディスク構成板２、３に軽減孔４を形成し、その個数が異なるように設定した場合と、ブレーキディスク構成板２、３の一方に軽減孔４を設け、他方に軽減孔４を設けないように構成した場合の２通りの構成を含むものとする。また、両ブレーキディスク構成板２、３間において軽減孔４の配設位置を相違させるとは、軽減孔４の半径方向位置や周方向位置が相違するように、２枚のブレーキディスク構成板２、３に軽減孔４を設けた場合以外に、軽減孔４の配設位置を同じに設定した場合であっても、軽減孔４の位相が周方向に一定角度だけずれるように、両ブレーキディスク構成板２、３を重ね合わせて使用する場合も含むものとする。
【００２６】
軽減孔４のいずれの諸元を相違させる場合においても、周方向の各部における両ブレーキディスク構成板２、３の厚さ方向の振動の位相差の平均値が極力大きくなるように、軽減孔４の諸元を設定することが、ブレーキ鳴きを防止する上で好ましい。つまり、制動時には、両ブレーキディスク構成板２、３が厚さ方向や周方向や半径方向へ振動することになるが、両ブレーキディスク構成板２、３の厚さ方向への振動は、両ブレーキディスク構成板２、３が接触と離間を繰り返すことで減衰されるので、両ブレーキディスク構成板２、３の厚さ方向への振動の位相差が大きくなるように設定することで、両ブレーキディスク構成板２、３の接触時におけるエネルギー吸収作用を高めて、鳴きなどの異音の発生を一層効果的に防止できる。
【００２７】
ブレーキディスク１を構成する両ブレーキディスク構成板２、３の具体例としては、図１に示すブレーキディスク１Ａのように、１２個の円形の軽減孔４を有する円板状のブレーキディスク構成板２Ａと、軽減孔４を有しない円板状のブレーキディスク構成板３Ａとを用い、軽減孔４以外において同一構造に構成したブレーキディスク構成板２Ａ、３Ａを採用できる。
【００２８】
また、図２に示すブレーキディスク１Ｂのように、取付孔６の位置を一致させた状態で、軽減孔４の位相が周方向に６°ずれるように、１２個の円形の取付孔６を周方向に一定間隔おきに設けた両ブレーキディスク構成板２Ｂ、３Ｂを採用することもできる。なお、両ブレーキディスク構成板２Ｂ、３Ｂは、軽減孔４の位相を６°ずらした以外は、同一構造に構成できる。
【００２９】
更に、図３に示すブレーキディスク１Ｃのように、取付孔６の位置を一致させた状態で、軽減孔４の位相が周方向に１２°ずれるように、１２個の円形の取付孔６を周方向に一定間隔おきに設けた両ブレーキディスク構成板２Ｃ、３Ｃを採用することもできる。なお、両ブレーキディスク構成板２Ｃ、３Ｃは、軽減孔４の位相を１２°ずらした以外は、同一構造に構成できる。
【００３０】
次に、軽減孔４以外の諸元を相違させてなるブレーキディスク１について説明する。
相互に相違可能な軽減孔４以外の諸元としては、ブレーキディスク構成板２、３の板厚や直径や反りの諸元を相互に相違させることが可能で、軽減孔４と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させることができる。
【００３１】
板厚を相違させる場合には、図４に示すブレーキディスク１Ｄのように、一方のブレーキディスク構成板２Ｄの板厚を他方のブレーキディスク構成板３Ｄの板厚よりも小さく設定することになる。この場合には、両ブレーキディスク構成板２Ｄ、３Ｄの固有振動数に差を持たせ、重ね合せたときの共振点の個数を少なくして、鳴きの発生を防止できる。
【００３２】
また、反りに関する諸元を相違させる場合には、図５に示すブレーキディスク１Ｅのように、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの外周部と中央部間に厚さ方向の隙間ｔがそれぞれ形成されるように、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅに反りを形成して、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの外周部が圧接されるように、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅを重ね合わせて、平板状に結合することになる。この場合には、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの外周部が圧接されることで、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅが摺接するときにおける外周部の消費エネルギーを増大させて、鳴きの発生を効果的に防止できる。
【００３３】
なお、反りに関する諸元を相違させる場合には、反りを形成したブレーキディスク構成板の外周部が隣接するブレーキディスク構成板に圧接されるように構成してあれば、前述のように反りの向きを逆にしたブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅを用いる場合以外に、反りを有するブレーキディスク構成板と反りを有さないブレーキディスク構成板とを用いたり、反りの大きさが相違するブレーキディスク構成板を用いたり、半径方向に対する反りの形成範囲が相違するブレーキディスク構成板を用いたりすることも可能である。ただし、反り以外の構成、例えば一方のブレーキディスク構成板の外周部の板厚を厚く設定したり、該一方のブレーキディスク構成板の外周部に薄肉なリング状のシム板を固定したりして、一方のブレーキディスク構成板の外周部が隣接する他方のブレーキディスク構成板に圧接されるように構成することも可能である。
【００３４】
ここで、ブレーキディスク１のように、ブレーキディスク構成板２、３の直径を同じに設定すると、ブレーキパッドＰとの摺動面側と、それに対応するブレーキディスク構成板２、３の重ね合せ面側とで温度差が生じて、ブレーキディスク構成板２、３が熱変形し易くなる。そこで、図６に示すブレーキディスク１Ｆのように、外周部にブレーキパッドＰが摺接する摺動部を有する厚肉で反りのない平坦な第１のブレーキディス構成板２Ｆと、ブレーキパッドＰに接触しないように摺動部よりも小径な第２のブレーキディスク構成板３Ｆを用いることができる。この場合には、直径の異なるブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆを重ね合わせることで、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆの固有振動数に差を持たせて共振点の個数を少なくし、鳴きの発生を防止できる。しかも、第１のブレーキディスク構成板２Ｆにのみ摺動部を形成し、第２のブレーキディスク構成板３ＦはブレーキパッドＰに接触しないので、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆの重ね合せ面側とその外面側との温度差を小さくして、ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆが温度差により反ることを防止できる。特に、第２のブレーキディスク構成板３Ｆとして、第１のブレーキディスク構成板２Ｆよりも薄肉で且つ反りを有する第２のブレーキディスク構成板３Ｆを用い、第２のブレーキディスク構成板３Ｆの外周部が第１のブレーキディスク構成板２Ｆに圧接されるように、第２のブレーキディスク構成板３Ｆに反りを形成することが好ましい。この場合には、直径及び板厚の異なるブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆを重ね合わせることで、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆの固有振動数に差を持たせて共振点の個数を少なくし、鳴きの発生を防止できるとともに、第２のブレーキディスク構成板３Ｆの外周部が第１のブレーキディスク構成板２Ｆに圧接されることで、ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆの摺接時における消費エネルギーを増大させて、鳴きの発生を一層効果的に防止できる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、２枚のブレーキディスク構成板２、３を積層してブレーキディスク１を構成したが、３枚以上のブレーキディスク構成板を積層して構成することも可能で、この場合には少なくとも１組のブレーキディスク構成板における、軽減孔と板厚と直径と反りの中から選択した１種又は２種以上に関する諸元を相互に相違させることになる。また、本発明は、摺動ディスクと、摺動ディスクの内側に装着されるハブディスクと、両ディスクをフローティング状態に連結する複数の連結手段とを備えたフローティングブレーキディスクに対しても、摺動ディスクを２枚のブレーキディスク構成板で構成することで容易に適用できる。また、自動車用のブレーキディスクに対しても本発明を同様に適用することができる。
【００３６】
次に、軽減孔の諸元に差を持たせたブレーキディスクの性能評価試験について説明する。
先ず、試験ディスクとして次のような構成のブレーキディスクを製作した。
実施例１のブレーキディスク（ディスクＤＭ）として、図１に示すブレーキディスク１Ａのように、２枚のブレーキディスク構成板２Ａ、３ＡからなるディスクＤＭを製作した。具体的には、外径２９２ｍｍで厚さ３ｍｍの円板状のステンレス製の金属板の中央部に直径５６ｍｍの貫通孔５を形成するとともに、半径４１ｍｍの円周上に周方向に一定間隔をあけて直径１２ｍｍの取付孔６を５個形成した２枚の金属板を製作し、一方の金属板の半径９０ｍｍの円周上に直径２０ｍｍの軽減孔４を周方向に一定間隔をあけて１２個形成して、ブレーキディスク構成板２Ａを製作し、他方の金属板は軽減孔４を形成しないでそのままブレーキディスク構成板３Ａとして用いた。そして、両ブレーキディスク構成板２Ａ、３Ａを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ａ、３Ａを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＤＭが得られるように構成した。
【００３７】
実施例２のブレーキディスク（ディスクＤ６）として、図２に示すブレーキディスク１Ｂのように、２枚のブレーキディスク構成板２Ｂ、３ＢからなるディスクＤ６を製作した。具体的には、前記実施例１のブレーキディスク構成板２Ａと同一構成のブレーキディスク構成板２Ｂと、このブレーキディスク構成板２Ｂに対して軽減孔４の形成位置を周方向に６°ずらしたブレーキディスク構成板３Ｂを製作した。そして、両ブレーキディスク構成板２Ｂ、３Ｂを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ｂ、３Ｂを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＤ６が得られるように構成した。
【００３８】
実施例３のブレーキディスク（ディスクＤ１２）として、図３に示すブレーキディスク１Ｃのように、２枚のブレーキディスク構成板２Ｃ、３ＣからなるディスクＤ１２を製作した。具体的には、前記実施例１のブレーキディスク構成板２Ａと同一構成のブレーキディスク構成板２Ｃと、このブレーキディスク構成板２Ｃに対して軽減孔４の形成位置を周方向に１２°ずらしたブレーキディスク構成板３Ｃを製作した。そして、両ブレーキディスク構成板２Ｃ、３Ｃを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ｃ、３Ｃを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＤ１２が得られるように構成した。
【００３９】
比較例１のブレーキディスク（ディスクＳ）として、図７に示すブレーキディスク１０Ａのように、外径２９２ｍｍで厚さ６ｍｍの円板状の金属板からなり、該金属板の中央部に直径５６ｍｍの貫通孔５を形成するとともに、半径４１ｍｍの円周上に周方向に一定間隔をあけて直径１２ｍｍの取付孔６を５個形成して、ディスクＳを製作した。
【００４０】
比較例２のブレーキディスク（ディスクＤ）として、図８に示すブレーキディスク１０Ｂのように、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａと同一構成の２枚のブレーキディスク構成板１１Ｂ、１２Ｂを製作した。そして、両ブレーキディスク構成板１１Ｂ、１２Ｂを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板１１Ｂ、１２Ｂを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＤが得られるように構成した。
【００４１】
比較例３のブレーキディスク（ディスクＤ０）として、図９に示すブレーキディスク１０Ｃのように、実施例１のブレーキディスク構成板２Ａと同一構成の２枚のブレーキディスク構成板１１Ｃ、１２Ｃを２枚製作した。そして、両ブレーキディスク構成板１１Ｃ、１２Ｃを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板１１Ｃ、１２Ｃを隙間なく一体的に結合することで、ブレーキディスク構成板１１Ｃ、１２Ｃ間における軽減孔４の位相がずれていない、ディスクＤ０が得られるように構成した。
【００４２】
（ハンマリング試験）
円柱状の固定部をその軸心を略水平にして設けてなる支持台を用い、該固定部にブレーキディスクを同心状に位置合わせし、取付孔６にボルトを挿通させてブレーキディスク１を固定部に５本のボルトで固定した。そして、図１０に示すように、ブレーキディスク１の中心を通る水平な半径方向位置であって、中心から１３１ｍｍの半径方向位置を加振点Ｆに設定した。また、加振点Ｆを通る円周上において、加振点Ｆを基準にブレーキディスク１を周方向に２０等分する、加振点Ｆを含まない１９個の位置を測定点Ｍに設定し、これら１９個の測定点Ｍにおけるブレーキディスクの表裏面に対面させて計３８個の加速度センサーを設けた。
【００４３】
そして、加振点Ｆに対してハンマーで衝撃を加えたときにおける１９個の測定点Ｍにおけるブレーキディスクの表裏面の加速度をそれぞれ測定し、各測定点Ｍの表裏面の加速度から周波数応答関数（ＦＲＦ）を算出して、固有振動数における減衰比を半値幅法で算出し、表１、図１２、図１７に示す結果を得た。また、ブレーキディスク毎の減衰定数の加算平均を求めて、図１４、図１９の結果を得た。
【００４４】
また、各測定点Ｍの表裏面の加速度を周波数分析して、固有振動数における位相から、各測定点Ｍの表裏面の位相差を算出し、表２、図１３、図１８に示す結果を得た。また、ブレーキディスク毎の位相差の加算平均を求めて、図１５、図２０の結果を得た。
【００４５】
【表１】
2012111771.tif 000003
【００４６】
【表２】
2012111771.tif 000004
【００４７】
（ブレーキ鳴き試験）
試験機として、図１１に示すような台上試験機２０を用いた。この台上試験機２０は、ベルト２１及びイナーシャ２２を介してブレーキディスク１を回転駆動する交流モータ２３と、交流モータ２３の回転数を制御するインバータ２４と、ブレーキディスク１に対して制動力を付与するためのキャリパ２５と、キャリパ２５にブレーキ液圧を供給するマスターシリンダ２６と、ブレーキディスク１から３０ｃｍ離間させて設けたマイクロフォン２７と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザー２８とを備えている。
【００４８】
そして、交流モータ２３によりブレーキディスク１を１０ｒｐｍで回転させながら、キャリパ２５のパッドをブレーキディスク１に０．６ＭＰａで圧接させ、このときに生じたブレーキ鳴き音をマイクロフォン２７で測定し、ＦＦＴアナライザー２８を用いて周波数分析した。こうして、ブレーキ鳴き音の測定後、パッドの圧接を解除して、ブレーキディスク１及びパッドを冷却してから、次のブレーキ鳴き音を測定するという測定作業を各ブレーキディスクに対して５０回ずつ行い、表３、表４、図１６、図２１に示す結果を得た。
【００４９】
【表３】
2012111771.tif 000005
【００５０】
【表４】
2012111771.tif 000006
【００５１】
図１２、図１４から、軽減孔４を有するブレーキディスク構成板と、軽減孔４を有さないブレーキディスク構成板を重ね合わせたディスクＤＭは、１枚構成のブレーキディスクからなるディスクＳや、軽減孔４を有さない２枚のブレーキディスク構成板を重ね合わせてなるディスクＤよりも、減衰比が大きく、振動が迅速に減衰しており、また図１３、図１５に示すように、ディスクＤＭは、ディスクＤよりもブレーキディスクの表裏面の振動の厚さ方向の位相差が大きいことが分かる。そして、ディスクＤＭでは、図１６に示すように、ディスクＳやディスクＤと比較して、ブレーキ鳴きの音圧レベルが低く、ブレーキ鳴きが改善されていることが分かる。
【００５２】
つまり、制動時には表裏のブレーキディスク構成板が厚さ方向に振動して、相互に摺動することで、振動が減衰されることになるが、軽減孔４の有無のように、軽減孔４の諸元を表裏のブレーキディスク構成板で相違させることで、制動時における表裏のブレーキディスク構成板の振動の厚さ方向の位相差及び減衰比を大きく設定して、ブレーキ鳴きを改善できることが分かる。
【００５３】
また、図１７、図１９から、表裏のブレーキディスク構成板の軽減孔４の位相を６°ずらしたディスクＤ６及び１２°ずらしたディスクＤ１２は、軽減孔４の位相をずらしていないディスクＤ０よりも、３０００Ｈｚ以上の周波数帯で減衰比が大きく、振動が迅速に減衰しており、また図１８、図２０に示すように、ディスクＤ６、Ｄ１２は、ディスクＤ０よりもブレーキディスクの表裏面の厚さ方向の振動の位相差が大きいことが分かる。そして、ディスクＤ６、Ｄ１２では、図２１に示すように、ディスクＤ０と比較して、ブレーキ鳴きの音圧レベルが低く、ブレーキ鳴きが改善されていることが分かる。
【００５４】
つまり、制動時における表裏のブレーキディスク構成板の振動の厚さ方向の位相差が大きくなるように、軽減孔４の位相をずらすことで、ブレーキ鳴きの音圧レベルを低く設定して、ブレーキ鳴きを改善できることが分かる。
【００５５】
次に、板厚、反り、直径に差を持たせたブレーキディスクの性能評価試験について説明する。
先ず、試験ディスクとして次のような構成のブレーキディスクを製作した。
実施例４のブレーキディスク（ディスクＤ３．７５）として、図４に示すブレーキディスク１Ｄのように、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａにおける板厚のみを３．７５ｍｍに設定し、その他は同じ構成にしたブレーキディスク構成板２Ｄと、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａにおける板厚のみを２．２５ｍｍに設定し、その他は同じ構成にしたブレーキディスク構成板３Ｄを製作した。そして、両ブレーキディスク構成板２Ｄ、３Ｄを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ｄ、３Ｄを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＤ３．７５が得られるように構成した。
【００５６】
実施例５のブレーキディスク（ディスクＣ０．４）として、図５に示すブレーキディスク１Ｅのように、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａと同一構成の２枚のブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅを製作し、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの厚さ方向に０．４ｍｍの隙間ｔがそれぞれ形成され、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの外周端を重ね合わせた状態で、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅの中央部間に０．８ｍｍの隙間が形成されるように、ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅに反りを形成した。そして、外周部が当接するように両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ｅ、３Ｅを隙間なく一体的に結合することで、ディスクＣ０．４が得られるように構成した。
【００５７】
実施例６のブレーキディスク（ディスクＭＤ）として、図６に示すブレーキディスク１Ｆのように、板厚を６ｍｍに設定した以外は、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａと同じ構成のブレーキディスク構成板２Ｆと、板厚を１ｍｍに設定するとともに、直径を２３０ｍｍに設定した以外は、実施例１のブレーキディスク構成板３Ａと同じ構成のブレーキディスク構成板３Ｆとを製作し、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆを重ね合わせた状態で、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆの中央部間に２ｍｍの隙間が形成されるように、ブレーキディスク構成板３Ｆに反りを形成した。そして、ブレーキディスク構成板３Ｆの外周部がブレーキディスク構成板２Ｆの側面に当接するように、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆを重ね合わせて取付孔６にボルトを挿通させ、両ブレーキディスク構成板２Ｆ、３Ｆを隙間なく平板状に一体的に結合することで、ディスクＭＤが得られるように構成した。
【００５８】
実施例７のブレーキディスク（ディスクＭＤＦ）として、ブレーキディスク構成板３Ｆを平坦に構成した以外は、前記実施例６のブレーキディスク１Ｆと同様に構成したディスクＭＤＦを用いた。
【００５９】
（ブレーキ鳴き試験）
前記と同様の台上試験機２０を用いた。鳴き試験では、ディスクの回転数を３０ｒｐｍ一定とし、油圧を０．２ＭＰａから１．０ＭＰａまで０．２ＭＰａ毎に変化させ、それぞれの面圧の場合での鳴き音圧を各１０回ずつ計８０回記録した。鳴き音圧のＦＦＴ解析の窓関数としてHanning窓を用い、サンプリング長を２０４８に設定し、周波数レンジを２００００Ｈｚに設定した。鳴き試験を行う前に、ディスクとパッドの接触状態を一定とするために摺り合わせを行った。なお、試験中ではディスクの表面温度が１００℃を超えないように、試験後に十分ディスクを冷却した。
【００６０】
（ハンマリング試験）
インパルスハンマーによりディスクの厚み方向にそれを加振し、加速度ピックアップを用いてその際の加速度を測定した。人の可聴域の上限である２０ｋＨｚまでのディスクの周波数応答を得るために、２０ｋＨｚまで加振をすることの可能なインパルスハンマーを選定した。制動時のディスクの境界条件を想定するため、制動試験機のシャフトにディスクが拘束された状態で試験を行った。
【００６１】
図２２に示すように、インパルスハンマーによる加振点Ｆは、ブレーキディスク１の中心を通る水平な半径方向位置であって、中心から１３０ｍｍの半径方向位置に設定した。また、加振点Ｆを通る円周上において、加振点Ｆを基準にブレーキディスク１を周方向に２４等分する、加振点Ｆを含まない２３個の位置と、半径７０ｍｍの円周を２４等分する２４個の位置とを測定点Ｍに設定し、これら４７個の測定点Ｍにおける加速度を測定した。積層ディスクを対象にする場合には、加振する面と反対の面の加速度もまた測定し、合わせて計９５ヶ所の加速度を測定した。厚みの異なる円板から構成される積層ディスクを対象にする場合、ディスクの厚みの大きい面を加振面とした。ハンマリング試験のＦＦＴ解析の窓関数としてForce and exponential窓を用い、サンプリング長を４０９６に設定し、周波数レンジを２００００Ｈｚに設定した。ノイズの影響を小さくするために、ハンマリングによって得られた周波数応答関数を５回加算平均した。またコヒーレンス関数を用いて５回のハンマリングの信頼性を確保した。測定された周波数応答関数のゲイン及び位相を実験モード解析ソフトウェアＭＥ’ｓｃｏｐｅにより分析し、ハンマリング時のディスクのモードシェイプの同定を行った。また、周波数応答関数のゲインの測定結果から、下記の式を用いて各固有振動数の減衰比を算出した。
【００６２】
ξ=（Δｆ／２ｆ）×１００
ここで、ξ、Δｆ、２ｆは、それぞれ減衰比、共振周波数の３ｄＢ下の周波数の幅、共振周波数を表している。
【００６３】
（制動試験）
高周波誘導加熱装置のコイルをブレーキディスク１の摺動部の周方向の適当箇所に、ブレーキディスク１に接触しないように対面配置させて、ブレーキパッドＰをブレーキディスク１に摺接させながら、高周波誘導加熱装置を用いて摺動部をさらに加熱した。そして、ブレーキディスク１の側面の振れをデジタルダイヤルゲージにより測定し、またブレーキディスク１の表面の温度を回転用熱電対により測定した。ブレーキパッドＰの接触面の中心の直径２６２ｍｍの場所にダイヤルゲージを設置し、また、直径２６２ｍｍ及び１４０ｍｍの場所に回転式熱電対を取り付けた。制動試験では、ディスクの回転数を２４０ｒｐｍ、油圧を０．９ＭＰａ、制動時間を１８０ｓとした。
【００６４】
（ブレーキ鳴き試験の結果）
ブレーキ鳴き試験によって得られたディスクＳ及びディスクＤ３．００のディスクの鳴き音圧レベルの散布図を図２３に示す。ディスクＳ及びディスクＤ３．００の鳴きの周波数は幅広く存在し、ディスクＤ３．００の鳴き音圧レベルはディスクＳと比較して、全体的に低減していることが確認できた。また、ディスクＤ３．７５及びディスクＣ０．４に関しては鳴きが発生しなかった。
【００６５】
（ハンマリング試験結果）
ハンマリング試験により得られたディスクＳ及びディスクＤ３．００の周波数応答関数のゲインを図２４に示す。各固有振動数において平均された減衰比は、ディスクＤ３．００が０．１８％で、ディスクＳが０．１４％であった。
【００６６】
ディスクＳ及びディスクＤ３．００の各固有振動数におけるゲインの平均値はそれぞれ４３．４ｄＢ、４２．７ｄＢとなり、またディスクＤ３．００の減衰比は一枚のディスクＳのそれと比べて大きくなった。二枚の板材を重ねた積層板においては、前述のように表裏の振動変位に位相差が生じて衝突減衰をするので、それによりディスクＤ３．００の減衰比が向上して、鳴き音圧が低減したものと考えられる。しかし、図２４に示すように、２０ｋＨｚまでのディスクＤ３．００の共振点の個数はディスクＳのそれと比べて多くなった。積層ディスクの実用上での使用を考えると、２０ｋＨｚまでのディスクの共振点の個数は少ないほうが望ましい。そこで、積層ディスクのそれぞれの円板の固有振動数を変化させるために、それぞれ厚みの異なる二枚の円板から成るディスク(ディスクＤ３．７５)を制作した。図２５にディスクＤ３．７５の周波数応答関数のゲインを示す。ディスクＤ３．００においては２０ｋＨｚまで明確な共振点が確認できたことに対して、ディスクＤ３．７５に関しては４ｋＨｚから２０ｋＨｚまで明確な共振が存在しなくなることが確認できた。図２６に固有振動数でのディスクＤ３．００及びディスクＤ３．７５のモードシェイプを示す。ディスクＤ３．００に関しては、２０ｋＨｚまでの表裏面のモードシェイプの形に概ね差がなかったが、ディスクＤ３．７５に関しては、明確な共振点が存在しない４ｋＨｚ以降の周波数の範囲では表裏面のモードシェイプに違いが存在することが分かった。
【００６７】
ディスクＤ３．７５の共振点の数が減少する原因を調べるために、ディスクに加振力を与えた後の積層ディスクの表面（右面）で得られた加速度と裏面（左面）で得られた加速度の位相の差を調べた。その位相差は下記の式を用いて算出した。
【００６８】
ΔΦ(ｆ)＝Φright(ｆ)―Φleft(ｆ)
ここでΔΦは位相差、Φrightは右面のディスクの振動の位相、Φleftは左面のディスクの振動の位相、fは周波数を表している。
【００６９】
次に、前記式によりディスクにおける直径２６０ｍｍ上の２３点の場所の位相差を算出し、それらを加算平均した。図２７（ａ）、（ｂ）にディスクＤ３．００、ディスクＤ３．７５の平均された位相差をそれぞれ示す。図２７より、ディスクＤ３．００に関して１０ｋＨｚまでの範囲では位相差が３０ｄｅｇと小さかったことに対し、ディスクＤ３．７５に関しては２．５ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの範囲で大きな位相差が確認できた。また、図２８（ａ）、（ｂ）に、右面で得られた加速度と左面で得られた加速度のゲインの違いを示す。また、図２８よりディスクＤ３．００の表裏面のゲインの違いは概ね存在しなかったのに対して、ディスクＤ３．７５の表裏面のゲインに差が大きく存在することが確認できた。また、ディスクＤ３．７５のそれぞれの円板のそれ自体の固有振動数は異なる(図２９)が、それをボルトにより重ねると両面のディスクの固有振動数が一致することが分かった(図２８)。これらの結果より、ディスクＤ３．７５のどちらの面に関しても同じ振動数で振動しているにもかかわらず、ゲイン及び位相が異なることから、二枚が互いに大きく衝突し合って振動していることと言える。その衝突振動により減衰比が大きくなり、ディスクＤ３．７５の高周波数の範囲で明確な共振点が存在しなくなったと考えられ、その結果、ディスク３．７５を用いた場合において鳴きが発生しなかったと言える。しかし、このように積層ディスクの周波数応答関数は従来のディスクのそれと比べて改善したものの、摺動時に積層ディスクの層間に開口変位が見られた。それにより摺動時において積層ディスクの摩擦減衰の効果が無くなる可能性がある。
【００７０】
（組み付けにより接触初期応力を層間に付与したディスクの周波数応答関数）
積層ディスクの層間の開口変位を抑制すると共に鳴き防止の効果をより一層高めるために、組み付けにより接触初期応力がディスクの外周近傍に付与されるような形状の積層ディスク(ディスクＣ０．４)を製作し、その振動特性を調べた。図３０にディスクＤ３．００及びディスクＣ０．４の周波数応答関数のゲインを比較した結果を示す。ディスクＣ０．４のゲインはディスクＤ３．００のそれと比べて低減したことが分かった。図３１にディスクＤ３．００及びディスクＣ０．４の位相差を比較した結果を示す。０Ｈｚから５ｋＨｚまでの範囲ではディスクＣ０．４の位相差はディスクＤ３．００のそれと比較して小さくなることが分かったが、それ以降の周波数では、ディスクＤ３．００との差は顕著に見られなかった。この結果より、低周波数においては、ディスクＣ０．４の二枚の円板は一体となって振動していたと言える。図３２にディスクＤ３．００及びディスクＣ０．４のモード減衰比を比較した結果を示す。位相差の小さい周波数域（０〜５ｋＨｚ）ではディスクＣ０．４の減衰比が大きくなり、それ以降の周波数域では、ディスクＤ３．００との差は顕著に見られなかった。これらの結果より、積層ディスクの層間の接触面圧が振動特性に大きく影響を及ぼし、ディスクＣ０．４の減衰比の大きい５ｋＨｚまでの周波数の範囲では位相差が小さかったことから、衝突減衰により減衰比が高くなったのではなく、クーロン摩擦減衰により減衰比が高くなったと考えられる。
【００７１】
そこで、これらのディスクの減衰比に違いが生じた理由を調べるために、汎用有限要素コードＡＢＡＱＵＳ６．１１より積層ディスクの層間に生じる接触面圧を算出した。図３３にその解析モデルを示す。ディスクは１／５ディスクモデルとボルトとシャフトから構成され、シャフトは剛体としてモデル化を行った。接触面の面圧分布を算出するにあたり、ディスク-ディスクの接触及び摩擦を考慮した。ここでは、ボルト押し付け力を実際の締め付け時のボルトの軸力と同様の７０００Ｎとし、ディスクのヤング率を２０５ＧＰａ、ポアソン比を０．３、摩擦係数を０．３とした。境界条件として、シャフトを完全固定とし、そのシャフトをディスクと結合し、ディスクの内周及び外周をｚ方向のみ移動可能とした。また、積層ディスクのコンプライアンスを調べるために、図３４に示すように、ブレーキディスク１の中心を通る水平な半径方向位置であって、中心から１３０ｍｍの半径方向位置を加振点Ｆに設定し、中心を挟んで加振点Ｆとは反対側の半径方向位置に１０ｍｍ間隔で加速度ピックアップによる測定点Ｍを設けてハンマリング試験を行った。コンプライアンスを以下の式を用いて算出をした。
【００７２】
Ｃ（ｆ）＝Ａ（ｆ）／４π2ｆ2
ここで、Ｃはコンプライアンス、Ａはアクセレランス、ｆは周波数を表している。なお、コンプライアンスとは、変位を力で除した関数であり、力に依存しない変位の大きさと考えることができる。
【００７３】
ディスクの変位の大きさを平均的に表すために、５ｋＨｚ以内の範囲の各固有振動数におけるコンプライアンスを平均した。図３５に各ディスクの半径座標に対する接触面圧及び平均されたコンプライアンスの結果を示す。半径座標がディスクの外径（１４６ｍｍ）に近づくほどディスクの振幅が大きくなることが分かった。また、椀型のディスクを重ね、それをボルトで締結することにより、ディスクの外径近傍に接触面圧が作用されることも分かった。これらの結果より、組み付けにより振動時のディスクの振幅が大きい場所に接触面圧が作用され、それにより摩擦力のする仕事量が増え、ディスクＣ０．４の減衰比が大きくなったと考えられる。
【００７４】
（制動試験結果）
制動試験時にディスクに与えた一枚ディスクの直径２６２ｍｍ位置での摺動部の熱履歴と直径１４０ｍｍ位置での摺動部よりも内側の内周部での熱履歴を図３６に示す。図より、摺動部の温度が約５３０℃まで上昇し、摺動部と内周部で測定温度に３６０度差が生じることが分かった。このコイルとパッドの両方を使用することにより得られたこの摺動部の温度は二輪車の急制動試験に相当する温度であることが知られている。次に、制動試験により得られた各ディスクの厚み方向の振れの振幅を図３７に示す。ただし、ここでの振幅はディスクが一周する間の振れの振幅の大きさを表している。単層ディスクに関しては外周の温度が５００℃を超え、内周部の温度との温度差が３６０℃まで達しても、振れの大きさはほとんど変化しなかったことに対して、積層ディスクに関しては、摺動部の温度が１３０℃以上、温度差が１００℃になると、指数関数的に振れが大きくなることが分かった。この理由として、ディスクが熱変形すると、ディスクとパッドの当たり方が均一でなくなり、当たりの強い部分だけで摩擦を負担するようになる。このことにより局部的なディスクの温度上昇が発生してしまい、ある温度を境に急激に振れが大きくなると考えられる。積層ディスクのみ振れが顕著に大きくなった理由として、ディスクの内周にボルトを締結させているため、ディスクの外周部で二枚が拘束されていないことや、厚みを低減させたために曲げ剛性が一枚構造のディスクと比べて小さくなったからであると考えられる。一般にディスクの側面の振れが０．０５ｍｍを超えると、制動トルク変動が大きくなりブレーキの効きにむらが生じると言われており、安全性の面からそれ以内に必ず抑える必要がある。よって、実用上を想定した積層ディスクの開発が望まれる。
【００７５】
（実用上での使用を想定した積層ディスクの鳴き音圧の低減）
前記問題を解決するために、図６に示すような積層構造のディスクＭＤを制作した。ディスクの締結方式は内周締結方式であるため、積層構造のディスクでは外周近傍の熱変形が抑えられないと考えた。そこで、摺動面を覆わない直径の薄い円板を用意し、それを単層ディスクに重ね、ボルトで締結した。また、積層ディスクの減衰比を向上させるために、この円板を椀型に曲げた。このディスクの効果の確認をするために、各試験を行った。制動試験により得られたディスクＭＤの振れの大きさはディスクＳ同様の０．０５ｍｍ程度であり、実用上で使用できる範囲にあった。また、図３８にディスクＳ及びディスクＭＤのハンマリング試験により得られた減衰比の結果と鳴き試験により得られた鳴き音圧との比較を示す。また、比較のため、ディスクＭＤにおける椀型に曲げた円板に代えて、同じ大きさの平坦な円板を重ね合わせたディスクＭＤＦを制作した。図３９に、ディスクＭＤ、ＭＤＦ、Ｓの周波数と減衰率の関係を示す。
【００７６】
これらの結果より、摺動面を覆わない直径の椀型の薄い円板を従来の厚みの単層ディスクに重ねた積層ディスクは、摺動部の温度上昇によって生じるディスクの側面の振れが小さく、高い減衰比を持ち、鳴き音圧に有効な構造であることが分かった。
【００７７】
以上のことから、次のことが明確になった。
１．一枚の円板から構成される単層ディスク(ディスクＳ)及びそれぞれ同形状の二枚の円板から成る積層ディスク(ディスクＤ３．００)の鳴きの周波数は幅広く存在し、ディスクＤ３．００の鳴き音圧レベルはディスクＳと比較して、全体的に低減していることが確認できた。また、それぞれ厚みの異なる二枚の円板から成る積層ディスク(ディスクＤ３．７５)及び椀型の０．４ｍｍの高さの円板から成る積層ディスク(ディスクＣ０．４)に関しては鳴きが発生しなかった。
【００７８】
２．ディスクＳ及びディスクＤ３．００の各固有振動数におけるゲインの平均値はそれぞれ４３．４ｄＢ、４２．７ｄＢとなり、またディスクＤ３．００の減衰比は一枚のディスクＳのそれと比べて大きくなった。
【００７９】
３．ディスクＤ３．００においては２０ｋＨｚまで明確な共振点が確認できたことに対して、ディスクＤ３．７５に関しては４ｋＨｚから２０ｋＨｚまで明確な共振が存在しなくなることが確認できた。
【００８０】
４．ディスクＤ３．７５の表裏面のゲイン及び位相が異なることから、二枚が互いに大きく衝突し合って振動していることと言え、その衝突振動により減衰比が大きくなり、ディスクＤ３．７５の高周波数の範囲で明確な共振点が存在しなくなったと考えられる。
【００８１】
５．組み付けにより振動時のディスクの振幅が大きい場所に接触面圧が作用され、それにより摩擦力のする仕事量が増え、ディスクＣ０．４の減衰比が大きくなったと考えられる。
【００８２】
６．単層ディスクに関しては温度が外周の温度が５００℃を超え、内周の温度との温度差が３６０℃まで達しても、振れの大きさはほとんど変化しなかったことに対して、積層ディスクに関しては、摺動面の温度が１３０℃以上、温度差が１００℃になると、指数関数的に振れが大きくなることが分かった。
【００８３】
７．摺動面を覆わない直径の椀型の薄い円板を従来の厚みの単層ディスクに重ねた積層ディスクは、摺動部の温度上昇によって生じるディスクの側面の振れが小さく、高い減衰比を持ち、鳴き音圧に有効な構造であった。
【符号の説明】
【００８４】
１      ブレーキディスク          ２      ブレーキディスク構成板
３      ブレーキディスク構成板    ４      軽減孔
５      貫通孔                    ６      取付孔
１Ａ    ブレーキディスク          ２Ａ    ブレーキディスク構成板
３Ａ    ブレーキディスク構成板
１Ｂ    ブレーキディスク          ２Ｂ    ブレーキディスク構成板
３Ｂ    ブレーキディスク構成板
１Ｃ    ブレーキディスク          ２Ｃ    ブレーキディスク構成板
３Ｃ    ブレーキディスク構成板
１Ｄ    ブレーキディスク          ２Ｄ    ブレーキディスク構成板
３Ｄ    ブレーキディスク構成板
１Ｅ    ブレーキディスク          ２Ｅ    ブレーキディスク構成板
３Ｅ    ブレーキディスク構成板
１Ｆ    ブレーキディスク          ２Ｆ    ブレーキディスク構成板
３Ｆ    ブレーキディスク構成板
１０Ａ  ブレーキディスク
１０Ｂ  ブレーキディスク          １１Ｂ  ブレーキディスク構成板
１０Ｃ  ブレーキディスク          １１Ｃ  ブレーキディスク構成板
２０    台上試験機                ２１    ベルト
２２    イナーシャ                ２３    交流モータ
２４    インバータ                ２５    キャリパ
２６    マスターシリンダ          ２７    マイクロフォン
２８    アナライザー
Ｆ      加振点                    Ｍ      測定点
Ｐ      ブレーキパッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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