(57)【要約】【課題】車両用ディスクブレーキのブレーキパッドに関する。【解決手段】車両５０用ディスクブレーキ１のライニング１１と裏板１３を有するブレーキパッド１０において、ライニング１１は、ディスクロータ３半径方向の表面から裏板に向かって第１切り込み溝１５を有し、第１切り込み溝は１５、車両５０の前進方向のディスクロータ３の回転方向の反対方向に傾斜している。また、ブレーキパッド１１の中心線に対して左右対称に、第１切り込み溝１５及び第１切り込み溝１７を有することを特徴とするブレーキパッド１０である。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用ディスクブレーキのライニングと裏板を有するブレーキパッドにおいて、前記ライニングは、ディスクロータの半径方向の表面から裏板に向かって切り込み溝を有し、前記切り込み溝は、前記車両の前進方向の前記ディスクロータの回転方向の反対方向に、傾斜していることを特徴とするブレーキパッド。
【請求項２】
前記ブレーキパッドの中心線に対して左右対称に、前記切り込み溝を２つ有することを特徴とする請求項１に記載されるブレーキパッド。
【請求項３】
前記切り込み溝により、略三角形の空隙を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載されるブレーキパッド。
【請求項４】
前記切り込み加工後、前記ライニングに表面加工をすることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載されることを特徴とするブレーキパッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ディスクブレーキのブレーキパッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディスクブレーキは、車両の非回転部分に取付けられるキャリパーと、キャリパー内に移動可能に支持されたピストンと、油圧等によりピストンを駆動しディスクロータの両面に押圧される一対のブレーキパッドとから構成されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図1３に、車両５０の一般的なディスクブレーキ１０１の構造を示す。車両５０を走行中にブレーキを解除（非制動）すると、ディスクロータ３へのピストン２１の油圧によるブレーキパッド１１０の押圧が解除される。この際、ピストン２１側のブレーキパッド１１０は、ゴムシール２３の反発力により非制動時にディスクロータ３から離れることもあるが、キャリパー２０側のブレーキパッド１１０は、キャリパー２０とのしゅう動抵抗およびディスクロータ３の面振れのため、ディスクロータ３に接触することが多い。この接触による損失を引き摺り抵抗と呼び、発明者らはこの引き摺り抵抗を０とすれば車両の燃料消費を２．５％削減できることを示している（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１０−１９６７４９号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】中村：トライボロジー技術の進展による自動車の省エネ，トライボロジスト，６１, ２ （２０１６） ３.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は上記のような従来の問題を解決し、車両を走行中にブレーキを解除すると、ディスクロータとブレーキパッドが離れて、引き摺り抵抗を低減される車両用ディスクブレーキのブレーキパッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明１は、車両用ディスクブレーキのライニングと裏板を有するブレーキパッドにおいて、ライニングは、ディスクロータの半径方向の表面から裏板に向かって切り込み溝を有し、切り込み溝は、車両の前進方向のディスクロータの回転方向の反対方向に傾斜していることを特徴とするブレーキパッドである。
発明２は、ブレーキパッドの中心線に対して左右対称に、切り込み溝を２つ有することを特徴とする発明１に記載されるブレーキパッドである。
発明３は、切り込み溝により、略三角形の空隙を構成することを特徴とする発明１又は２に記載されるブレーキパッドである。
発明４は、切り込み加工後、ライニングに表面加工をすることを特徴とする発明１乃至３の１つに記載されることを特徴とするブレーキパッドである。
【発明の効果】
【０００８】
発明１によれば、ライニングとディスクロータの間に発生するクエット流によりライニングに発生する浮上力により、ライニングとディスクロータを離れさせることができる。よって、車両の走行燃費を改善できる。また、ライニングが摩耗しても浮上力を確保できる。
発明２によれば、左右対称となるため、１つの車両用ディスクブレーキに、一対のブレーキパッドとして使用することができる。
発明３によれば、切り込み溝の加工パターンを多様化できる。
発明４によれば、車両に搭載された初期から発明の効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】浮上力発生の原理を示す。
【図２】本発明の原理を示す。
【図３】第１実施形態を示す。
【図４】第１実施形態の応力解析を示す。
【図５】第２実施形態を示す。
【図６】第３実施形態を示す。
【図７】第１実施形態の確認用として製作したブレーキパッドの全体図を示す。
【図８】図７のブレーキパッドの制動使用したライニングの形状ブロファイルを示す。
【図９】図７のライニングの自由端部の盛り上がり量の変化を示す。
【図１０】浮上力測定用のブレーキパッドの形状を示す。
【図１１】図９のブレーキパットによる接線力の測定結果を示す。
【図１２】図９のブレーキパットによる浮上力の測定結果を示す。
【図１３】車両の一般的ディスクブレーキの構造である。
【図１４】従来のブレーキパッドの摩耗形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１１】
（従来技術の課題）
ブレーキパッドは、車両の制動、特に長い下り坂での強い制動によりディスクロータに当接するライニングの表面は発熱し膨張しつつ摩耗する。特に、ブレーキパッドのライニング表面中央部は、放熱されにくいので高温になり摩耗が大きい。そのため冷却されるとライニングの表面の中央部は凹部となる。ディスクロータが回転するとライニングとの隙間には、クエット流が発生し、凹部は負圧になり、ブレーキパッドは、ディスクロータに吸着される。
図１４に、従来のブレーキパッド１１０を用いて、強い制動試験の後に穏やかな接触摩擦をさせた場合の摩耗形状を示す。ライニング１１１には、熱膨張の影響を緩和させるため中心部にディスクロータ３の半径方向、即ちブレーキパッド１１０の中心線に沿って溝１１５（スリット）を有しているが、溝１１５の左右の表面に、凹部１３１、１３３が形成され、ブレーキパッドはディスクロータに吸着される。よって、溝１１５により、凹部の面積、深さは低減されているが、その効果は限定的であり引き摺り抵抗削減には寄与していない。
【００１２】
ここで、溝１１５は、摩耗量が大きいことの警告も兼ねており（特許文献１参照）、溝１１５の深さは、裏板１１３の近傍迄となっている。溝１１５が浅くなった場合、ブレーキパッドが交換される。
【００１３】
（浮上力発生の原理）
ハードディスクのヘッドと同様に、ディスクロータ３の回転に伴う空気流れ（クエット流）でブレーキパッド１０が浮き上がるように、ライニング１１の表面に微細構造を付与することを考えた。
図１に、浮上力発生の原理を示す。浮上力Ｆｆは、式（２）で示される。ディスクロータ３とライニング１１に発生する空気圧力が小さいことから、本件は上記の非圧縮性流体のレイリーステップ軸受での圧力発生に近似できる。
ディスクロータ３が速度Ｕ（ｍ/ｓ）で移動する。この際、ライニング１１との間に発生するクエット流は、入り口側のクリアランスｈｉ（ｍｍ）が出口側のクリアランスｈo（ｍｍ）より大きいので、入り口側のクエット流速度Ｖ１（ｍ/ｓ）は、出口側のクエット流速度Ｖ２（ｍ/ｓ）より小さくなり、ライニング１１には、接線力Ｆｔ、浮上力Ｆｆが発生する。
接線力Fｔは、式（１）で計算できる。
Fｔ＝ηU b｛（Bi／hi）+（Bo／ho）｝              （１）
ここで、ηは空気の粘性係数、ｂはライニング１１の幅（ｍｍ）、Bi（ｍｍ）及びBo（ｍｍ）は、図１に示すライニングの長さである。
また、浮上力Fｆは、式（２）で計算できる。
Fｆ＝3ηB b U Bi Bo (hi−ho)／(Bo hi2−Bi ho2)       （２）
【００１４】
（本発明の原理）
図２に、本発明の原理を示す。図２（a）は、車両が制動されている状態を示す。ブレーキパッド１０は、ピストン２１の油圧による垂直力Ｆ１により、ディスクロータ３に押し付けられ、ディスクロータ３の回転（ア）が制動されている。ライニング１１は高温になり摩耗している。図２（ｂ）は、制動されていない状態を示す。ライニング１１の後流端部に突起１１ａを有すれば、ライニング１１には、式（１）の接線力及び式（２）の浮上力が発生する。
【００１５】
本発明は、突起１１ａについては、制動時にライニング１１が摩耗することにより、制動しない時にライニング１１の一部が突起１１ａを形成して、自動的に浮上に適した表面微細構造が形成する。本発明により、引き摺り抵抗を低減することができる。
【００１６】
本発明は、 従来のブレーキパッドと同一材料が使用でき、制動力を低下させることも無い。また、左右対称とすることも可能で、一対で提供されるのでサービス性も良い。
【００１７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、図３に示す。ブレーキパッド１０は、裏板１３の上ライニング１１を有する。中心線４０は、ディスクロータ３の半径方向に垂直である。第１切り込み線１６は、ディスクロータ３の回転方向（ア）に対して後ろ側のライニング１１表面の角部の第１自由端部１６ａから、前側（回転方向（ア）の反対方向、回転方向（ア）に対抗する方向と同じ）に傾斜している。傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°である。第１切り込み線１６は、裏板１３近傍の第１切り込み端部１８ｂまで形成されている。よって、図３に示すようにライニング１１の一方の端部（回転方向（ア）の反対方向、又は回転方向（ア）に対抗する方向）には、第１切り込み線１６と裏板１３の間からなる三角形状の空隙１９を形成している。
ディスクロータ３が、（ア）の方向に回転すると、ライニング１１の表面は高温になり摩耗し薄くなるが、第１自由端部１６ａは常に形成される。
【００１８】
制動時に第１実施形態にてライニング１１の表面全体が摩耗する。この際、第１切り込み線１６の上部部は空隙１９側へ撓むので、他のライニング１１の表面に比べて摩耗量が相対的に少なくなる。一方、制動しない時（摩擦熱は発生しなく、大気により冷却され常温に近づく）は、第１切り込み線１６の上部は、摩耗量が少ないためライニング１１の他の表面よりも高くなり、凹状の窪みも発生しない。
ここで、第１切り込み溝１５の上部（第１自由端部１６ａ含む）は、図２（ｂ）の突起１１ａに相当する。よって、浮上力Ｆｆが発生する。
【００１９】
尚、第１切り込み線１６の傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°に限らない。また、上述の三角形状の空隙１９に変えて、後述する第１切り込み溝１５で行っても良い。
中心線４０に対して非対称なので、ディスクブレーキには、ライニング１１の他方の側に、三角形状の空隙を有するブレーキパッド１０を一対として使用する必要がある。
【００２０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に示す。ブレーキパッド１０は、裏板１３の上ライニング１１を有する。中心線４０は、ディスクロータ３の半径方向に垂直である。第１切り込み線１６は、ライニング１１表面と中心線４０の交点から、車両の前進方向のディスクロータ３の回転方向（ア）の反対方向（対抗する方向と同じ）に傾斜している。傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°である。第１切り込み線１６と第２切り込み線１８とは、中心線４０に対して線対称である。第１切り込み線１６と第２切り込み線１８とは、裏板１３近傍まで形成されている。よって、図４に示すようにライニング１１の中央部には、第１切り込み線１６、第２切り込み線１８、及び裏板１３からなる三角形状の空隙１９を形成している。
ディスクロータ３が、（ア）の方向に回転すると、ライニング１１の表面は高温になり摩耗し薄くなるが、第１自由端部１６ａと第２自由端部１８ａは常に形成される。
【００２１】
制動時に第２実施形態にてライニング１１の表面全体が摩耗する。よって、第１切り込み線１６の上部及び第２切り込み線１８の上部は、空隙１９側へ撓むので他のライニング１１の表面に比べて摩耗量が相対的に少なくなる。一方、制動しない時は、第１切り込み線１６の上部（第１自由端部１６ａ含む）、及び第２切り込み線１８の上部（第２自由端部１８ａ含む）は、摩耗量が少ないためライニング１１の他の表面よりも高くなり、凹状の窪みも発生しない。
ここで、第１切り込み線１６の上部（第１自由端部１６ａ含む）は、図２（ｂ）の突起１１ａに相当する。よって、浮上力Ｆ２が発生する。
【００２２】
第２実施形態は、第１切り込み線１６及び第２切り込み線１８が、中心線４０に対して左右対称に形成されるので、市場に同一形状のブレーキパッド１０が一対で提供させることができサービス性が良い。
尚、第１切り込み溝１５と第２切り込み溝１７の傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°に限らない。
【００２３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を、図５に示す。ブレーキパッド１０は、裏板１３の上ライニング１１を有する。中心線４０は、ディスクロータ３の半径方向に垂直である。第１切り込み溝１５は、ライニング１１表面の中心線４０の交点から、車両の前進方向のディスクロータ３の回転方向（ア）の反対方向（対抗する方向と同じ）に、傾斜している。傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°である。第１切り込み溝１５と第２切り込み溝１７とは、中心線４０に対して線対称である。第１切り込み溝１５と第２切り込み溝１７とは、裏板１３近傍まで形成されている。
ディスクロータ３が、（ア）の方向に回転すると、ライニング１１の表面は高温になり摩耗し薄くなるが、第１自由端部１６ａと第２自由端部１８ａは常に形成される。
【００２４】
図６に、第３実施形態の応力解析を示す。これは、ライニング１１に垂直力Ｆ１と摩擦力が同時に作用した時の応力分布をＦＥＭで解析した結果である。ディスクロータ３とライニング１１との接触すべりは摩擦係数を０．６とし、全体での垂直力Ｆ１に対する接線力の比は０.５として安定するまでの繰り返し計算を実行した。左側の斜め４５°の第１切り込み溝１５の上部（第１自由端部１６ａ含む）、及び第２切り込み溝１７の上部（第２自由端部１８ａ含む）では応力が低くなり、第１切り込み端部１６ｂ及び第２切り込み端部１８ｂで応力が高くなった。これは、第１切り込み溝１５の上部又は第２切り込み溝１７の上部にかかる垂直力Ｆ１は、第１切り込み溝１５の上部又は第２切り込み溝１７の上部においては、第１切り込み溝１５側又は第２切り込み溝１７側に撓んで応力が緩和される。一方、第１切り込み端部１６ｂ又は第２切り込み端部１８ｂでは、第１切り込み溝１５の上部又は第２切り込み溝１７の上部にかかる垂直力によるモーメントの起点になるため、応力が集中することになる。
【００２５】
よって、制動時に第２実施形態にてライニング１１の表面全体が摩耗するならば、第１切り込み溝１５の上部及び第２切り込み溝１７の上部は、第１切り込み溝１５側又は第２切り込み溝１７側の空隙側へ撓むので他のライニング１１の表面に比べて摩耗量が相対的に少なくなる。一方、制動しない時は、第１切り込み溝１５の上部（第１自由端部１６ａ含む）、及び第２切り込み溝１７の上部（第２自由端部１８ａ含む）は、摩耗量が少ないのでライニング１１の他の表面よりも高くなる．
ここで、第１切り込み溝１５の上部（第１自由端部１６ａ含む）は、図２（ｂ）の突起１１ａに相当する。よって、浮上力Ｆ２が発生する。
【００２６】
第３実施形態は、第１切り込み溝１５及び第２切り込み溝１７が、中心線４０に対して左右対称に形成されるので、市場に同一形状のブレーキパッド１０が一対で提供されサービス性が良い。
尚、第１切り込み溝１５と第２切り込み溝１７の傾斜の角度は、中心線４０に対して４５°に限らない。
第１切り込み溝１５及び第２切り込み溝１７の加工は、第２実施形態に比べて容易である。
【００２７】
（第４実施形態）
第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態は、車両に搭載されることにより、ディスクロータ３によりライニング１１の表面が摩耗することにより発明の効果が達成される。これに対して４実施形態は、車両に搭載された初期から発明の効果が達成される。
具体的に第３実施形態で説明すると、まずライニング１１に第１切り込み溝１５、及び第２切り込み溝１７を加工し、その後ライニング１１の表面をフェイスミル加工等すればよい。ライニング１１表面の切削時の背分力（工具がライニング１１の表面を押し付ける力）により切り込み溝部が撓み、加工後は切り込み溝部が高くなることで、車両に搭載されて摩耗した時と同様の効果があるからである。
【００２８】
（実施例）
図７に、第３実施形態の確認用として製作したブレーキパッドの全体図を示す。ライニング中央に垂直に入る溝１１５は市販品に最初から付けられたものである。
【００２９】
図８に、図７のブレーキパッドの摩擦試験したライニング１１の形状プロファイルの測定結果を示す。摩擦試験は、旋盤を利用した試験装置のφ２６０のディスクロータ３を５６０ ｒｐｍで回転させ、図７のブレーキパット１１を取り付けた刃物台を、手送りしてディスクロータを接触させた。摩擦と冷却を繰り返し、摩擦試験時（高温時）にライニング全体を１ ｍｍ摩耗させた。図８は、冷却後のライニング表面の形状プロファイルである。
同時に、ディスクロータ３と回転方向（ア）を模式的に示す。ライニング１１には、第１摩耗部３１、第２摩耗部３３が生じ、自由端部１６ａ，１８ａは、第１摩耗部３１、第２摩耗部３３に対して、６０μｍ程度盛り上がり，前方の自由端部１６ａが、後方の自由端部１８ａよりも高い。よって、凹形状の窪みは発生しない。ライニング１１の摩耗に伴い発生する第１自由端部１６ａは、図２（ｂ）の突起１１ａに相当する。よって、浮上力Ｆ２が発生する。  クリアランス４１は、第１自由端部１６ａとディスクロータ３との距離を示す。
【００３０】
なお，自由端部１６ａ，１８ａの盛り上がりには発熱の影響も含まれていて，第３実施形態は中央が高くなり，ライニング中央のくさび形状で浮上するところに特徴がある。よって、凹形状の窪みは発生しない。これは、左右対称に第１切り込み溝１５、第２切り込み溝１７を設けた効果である。よって、市場に同一形状のブレーキパッド１０が一対で提供することができるのでサービス性が良い。第２実施形態も同様である。
【００３１】
図９に、摩耗試験による図６のライニングの自由端部６ａ，１８ａの盛り上がり量の変化を示す。ライニングの平均摩耗量が０．２ ｍｍ程度から、自由端部６ａ，１８ａ盛り上がり量はそれぞれ一定となる。
【００３２】
（浮上力の測定）
図１０に、浮上力測定用のブレーキパッド１１の形状を示す。これは、市販のブレーキパッドのライニングにエンドミル加工にて製作した。
旋盤を利用した試験装置のディスクロータ３を回転させ、図１０のブレーキパット１１を取り付けた刃物台を、手送りしてディスクロータ３に近接させた。ディスクロータ３とライニング１１との隙間を変え、平行板ばねを組み合わせた動力計で接線力と浮上力を測定した。
【００３３】
図１１に、図１０のブレーキパットによる接線力の測定結果を示す。横軸のクリアランスは、ディスクロータ３とライニング１１の第１自由端部との間隔を示す（図８参照）。同時に、クエット流れによる理論式（１）による接線力を示す。理論式（１）と測定結果はほぼ等しい値を示す。これは、ディスクロータ３とライニング１１が接触していないことを示している。
【００３４】
図１２に、図１０のブレーキパットによる浮上力の測定結果を示す。横軸のクリアランスは、ディスクロータ３とライニング１１の第１自由端部との間隔を示す（図８参照）。浮上力は隙間が２０μｍ以下では５ Ｎ以上の値を示し、ブレーキキャリパをスライドさせるに十分な値である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のブレーキパッドは、市販品に施される溝加工を別の形に置き換えることで、ライニング１１の摩耗に伴い浮上に必要な表面形状が自動的に生成される。本発明により、引き摺り抵抗を削減することができる。これに伴う車両燃費の向上が図れる。
また、本発明は、車両用のドラムブレーキのリーディングシューにも適用可能であり、ブレーキパッドをこれに交換するだけで燃費が改善することから、極めて有効なトライボロジー技術となる。
【符号の説明】
【００３６】
１                  ディスクブレーキ
３                  ディスクロータ
１０                ブレーキパッド
１１                ライニング
１３                裏板
１５                第１切り込み溝
１６                第１切り込み面
１６a               第１自由端部
１６ｂ              第１切り込み端部
１７                第１切り込み溝
１８                第１切り込み面
１８a               第１自由端部
１８ｂ              第１切り込み端部
１９                空隙
２０                キャリパー
２１                ピストン
２３                ラバーシール
２５                ポート
３１                第１摩耗部（前部）
３３                第２摩耗部（後部）
４０                中心線（ブレーキパッド、ディスクロータ）
４１                クリアランス
５０                車両
【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】
2018135940.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018135940.tif 000011
【図１０】
2018135940.tif 000012
【図１１】
2018135940.tif 000013
【図１２】
2018135940.tif 000014
【図１３】
2018135940.tif 000015
【図１４】
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