(57)【要約】【課題】ブレーキ鳴きを効果的に抑制することのできるパッドを提供する。【解決手段】ディスクロータＲに押圧されて制動力を発生する摩擦材１１を有するディスクブレーキ用パッド１０であって、摩擦材１１は、ロータ周方向に順に並設された第一部位１〜第四部位４を有し、第二部位２は、ロータ周方向の幅の略中心に位置している。第一部位１〜第四部位４のヤング率をＥ１〜Ｅ４、ディスクロータＲに摺接する摺接面積をＡ１〜Ａ４とした際に、Ｅ２＞Ｅ１  、Ｅ１≒Ｅ３  、Ｅ２≒Ｅ４  、Ｅ４／Ｅ１≧１．２  、０．８≦（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））≦１．２になるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクロータ（Ｒ）に押圧されて制動力を発生する摩擦材（１１）を有するディスクブレーキ用パッド（１０）であって、
前記摩擦材（１１）は、ロータ周方向に順に並設された第一部位（１）〜第四部位（４）を有し、
第二部位（２）は、ロータ周方向の幅の略中心に位置し、
前記第一部位（１）〜第四部位（４）のヤング率をＥ１〜Ｅ４、ディスクロータ（Ｒ）に摺接する摺接面積をＡ１〜Ａ４とした際に、
Ｅ２＞Ｅ１  、Ｅ１≒Ｅ３  、Ｅ２≒Ｅ４  、Ｅ４／Ｅ１≧１．２  、
０．８≦（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））≦１．２
になるように構成されていることを特徴とするディスクブレーキ用パッド（１０）。
【請求項２】
請求項１に記載のディスクブレーキ用パッド（１０）であって、
第二部位（２）は、ディスクロータ（Ｒ）の回転中心を中心とする中心角（２ｃ）２０°以内の領域内に収まる幅を有していることを特徴とするディスクブレーキ用パッド（１０）。
【請求項３】
請求項１または２に記載のディスクブレーキ用パッド（１０）であって、
第一部位（１）〜第四部位（４）は、原料が同じで圧縮密度が異なることを特徴とするディスクブレーキ用パッド（１０）。
【請求項４】
請求項１または２に記載のディスクブレーキ用パッド（１０）であって、
第一部位（１）と第四部位（４）が同一の原料から形成されており、第二部位（２）と第三部位（３）が同一の原料から形成されていることを特徴とするディスクブレーキ用パッド（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクロータに押圧されて制動力を発生する摩擦材を有するディスクブレーキ用パッドに関する。とりわけ摩擦材が異なる特性を有する複数の部位を有しているディスクブレーキ用パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々のパッドが従来知られている。例えば特許文献１に記載のパッドの摩擦材は、厚み方向に母材と矯正材と母材を積層状に有しており、矯正材が母材よりも硬度が低くかつ摩耗量が多い材料から構成されている。そして矯正材は、断面三角形状であって、厚みがロータ周方向に異なっている。これにより摩擦材の硬度がディスクロータの回入側と回出側とにおいて異なる構成になる。そしてこの構成によってパッドが偏摩耗することを抑制できる構成になっている。また特許文献２に記載のパッドは、ブレーキ鳴きの発生を抑制するために、ロータ周方向の両側部の内、少なくとも一方の表面に表面焼きが施されている。しかしこのパッドであってもブレーキ鳴きを完全に抑制することはできず、また表面焼きの効果は、パッドの使用によって経時的に消失うという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１５３２３７号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明は、ブレーキ鳴きを効果的に抑制することのできるパッドを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するために本発明は、各請求項に記載の通りの構成を備えるディスクブレーキ用のパッドであることを特徴とする。すなわち請求項１に記載の発明によると、摩擦材は、ロータ周方向に順に並設された第一部位〜第四部位を有しており、第二部位は、ロータ周方向の幅の略中心に位置している。第一部位〜第四部位のヤング率をＥ１〜Ｅ４、ディスクロータに摺接する摺接面積をＡ１〜Ａ４とした際に、Ｅ２＞Ｅ１  、Ｅ１≒Ｅ３  、Ｅ２≒Ｅ４  、Ｅ４／Ｅ１≧１．２  、０．８≦（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））≦１．２になるように構成されている。
【０００５】
したがって本発明によると、ディスクロータの固有振動が原因となるブレーキ鳴きと、パッドの不安定振動が原因で生じるブレーキ鳴きとを効果的に抑制することができる。前者のメカニズムは、図３に示すように制動時にディスクロータに厚み方向の振動が現れ、その振動は、複数の固定節（６ｂ１〜６ｂ５）を有している。そして固定節の一つ（６ｂ１）は、必ずパッドの略中心に現れ、本発明では、その固定節（６ｂ１）に硬い第二部位を位置させている。そのためディスクロータの固有振動が原因となるブレーキ鳴きを効果的に抑制することができる。
【０００６】
後者は、Ｅ４／Ｅ１≧１．２に設定されているために、摩擦材の両端部に所定の固さの差が形成されるためである。そしてＥ４／Ｅ１≧１．２によって、パッドの不安定振動を抑制してブレーキ鳴きを抑制できることが、本発明者によって理論式から求められた。同時に実験からも求められた。また本発明は、（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））が１近傍（０．８〜１．２）に設定されている。そのため第一部位〜第四部位の磨耗量をほぼ同じにすることができ、摩擦材の偏磨耗を防止することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明によると、第二部位は、ディスクロータの回転中心を中心とする中心角２０°以内の領域内に収まる幅を有している。したがって図３に示すようにパッドの略中心に現れる固定節（６ｂ１）に硬い第二部位を位置させ、固定節（６ｂ１）の近傍のみを第二部位によって押さえることができる。これによりディスクロータの固有振動が原因となるブレーキ鳴きの発生を効果的に抑制することができる。
【０００８】
請求項３に記載の発明によると、第一部位〜第四部位は、原料が同じで圧縮密度が異なる。したがって圧縮密度を変えることで、ヤング率および硬度を変えることができる。そのため原料の共通化によって安価にパッドを製造することができる。
【０００９】
請求項４に記載の発明によると、第一部位と第四部位が同一の原料から形成されており、第二部位と第三部位が同一の原料から形成されている。したがってヤング率がほぼ同じ部位を同じ材料で形成することができる。そして原料の種類を二種類にすることで、パッドを安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態を図１〜４にしたがって説明する。本形態に係るパッド１０は、図１に示すようにディスクブレーキ用のパッドであって、摩擦材１１と裏板１２を一体に有している。裏板１２は、金属性または樹脂製であって、摩擦材１１の裏面を支持している。
【００１１】
摩擦材１１は、ディスクロータＲに押圧されることで制動力を発生する部材であって、図１，２に示すように異なる特性を有する部位１〜４を有している。第二部位２は、硬質であって、摩擦材１１のロータ周方向の略中央に位置している。第二部位２の大きさは、ディスクロータＲの回転中心１３を中心とする中心角（２ｃ）２０°以内に収まる大きさになっている。そして第二部位２の領域内には、摩擦材１１の図心１１ａが位置している。
【００１２】
第一部位１と第三部位３は、第二部位２に比べて軟質である。第一部位１は、第二部位２のロータ周方向の一側に隣接しており、第二部位２の他側に第三部位３が隣接している。第一部位１は、摩擦材１１のロータ周方向の最端部に位置しており、第一部位１の領域に摩擦材１１の端縁１１ｂが含まれている。端縁１１ｂは、ディスクロータＲが摩擦材１１に回入する縁または回出する縁であって、径方向最外位置の外端部１１ｃから径方向最内位置の内端部１１ｄに渡っている。
【００１３】
第四部位４は、第一部位１に比べて硬質であって、第二部位２とほぼ同じ硬さを有している。この第四部位４は、第三部位３のロータ周方向に隣接しており、摩擦材１１のロータ周方向の最端部に位置している。第四部位４の領域には、摩擦材１１の端縁１１ｅの全長、もしくはほぼ全長が含まれている。端縁１１ｅは、ディスクロータＲが摩擦材１１に回入する縁または回出する縁であって、径方向最外位置の外端部１１ｆから径方向最内位置の内端部１１ｇに渡っている。
【００１４】
第一部位１〜第四部位４は、図１，２に示すようにロータ周方向に順に並設されている。第一部位１〜第四部位４の径方向の長さは、摩擦材１１の径方向長さと同じになっている。第一部位１〜第四部位４の厚みは、摩擦材１１の厚みと同じになっている。
【００１５】
第一部位１〜第四部位４のヤング率をそれぞれＥ１〜Ｅ４、摩擦係数をμ１〜μ４、ディスクロータに摺接する摺接面積をＡ１〜Ａ４、硬度（ＨＲＳ）をＨ１〜Ｈ４とした場合に、第一次近似としてヤング率と硬度が比例することが期待でき、下記の式を得ることができる。
Ｅ２＞Ｅ１  つまり、Ｈ２＞Ｈ１  …（式１）
Ｅ１≒Ｅ３  つまり、Ｈ１≒Ｈ３  …（式２）
Ｅ２≒Ｅ４  つまり、Ｈ２≒Ｈ４  …（式３）
Ｅ４／Ｅ１≧１．２  つまり、Ｈ４／Ｈ１≧１．２  …（式４）
０．８≦（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））≦１．２    …（式５）
【００１６】
ところでブレーキ鳴きは、複数の原因によって発生する。そして本形態によると、少なくとも二つの原因を同時に効果的に抑制することができる。一つは、ディスクロータＲの固有振動を原因とするブレーキ鳴きであり、もう一つは、パッド１０自体の不安定振動によるブレーキ鳴きである。先ず、ディスクロータＲの固有振動を原因とするブレーキ鳴きを抑制するメカニズムを説明する。図３，４に示すように回転しているディスクロータＲにパッド１０を押し当てると、ディスクロータＲが厚み方向に振動する。その結果、例えば点ＡＢ間と、点ＢＣ間と、点ＤＥ間において＋方向（紙面手前側）の振動が現れる。点ＣＤ間と点ＥＡ間においては−方向（紙面奥側）の振動が現れる。そして厚み方向に振動しない複数の固定節（空間固定節，振動節）６ｂ１〜６ｂ５がディスクロータＲに現れる。これら固定節６ｂ１〜６ｂ５は、パッド１０に対してほぼ一定の位置に現れ、一つの固定節６ｂ１は、常にパッド１０の略中央位置に現れる。
【００１７】
固定節６ｂ１の近傍には、図３，４に示すように振動変位がゼロ近傍である振動ゼロ領域６ｃが現れる。そして振動ゼロ領域６ｃ内に第二部位２が配設されている。なお第二部位２は、振動ゼロ領域６ｃに合わせて、中心角２ｃが２０°以内に収まることが好ましく、さらに好ましくは１８°、１５°、１０°以内である。これにより硬い第二部位２によって固定節の一つ６ｂ１の近傍のみを押さえることができる。そしてディスクロータＲの固有振動を原因とするブレーキ鳴きの発生を効果的に抑制することができる。
【００１８】
次に、パッド１０自体の不安定振動によるブレーキ鳴きを抑制するメカニズムを説明する。パッド１０の不安定振動は、クーロン摩擦による自励振動である考えられており、２自由度以上の多自由度系において生じる。そして図５に示すように発明者は、先ず、摩擦材１１の摺動面に対して垂直方向な振動のみが発生すると仮定し、さらに摩擦材１１がディスクロータＲの回入側と回出側の二接点（第一部位１と第四部位４）においてディスクロータＲに面当りし、一端部がｙ方向に動作許容された状態にてトルク受部に当ると仮定した。
【００１９】
その条件の下に発明者が独自に不安定領域の計算を行った結果、下記の（式６）を満たす場合に不安定領域が現れ、この領域において不安定振動が発生することを予測することができた。なおＬは、裏板１２厚み中心から摩擦材１１の摺動面との距離であり、ｋｐ１、ｋｐ４は、第一部位１および第四部位４のばね定数である。
Ｘ１＜ｋｐ４／ｋｐ１＜Ｘ２    …（式６）
Ｘ１＝（ａ−μ１Ｌ−μ４μ５ａ）／（ａ＋μ４Ｌ＋μ４μ５ａ）
Ｘ２＝（１＋μ１μ５）／（１＋μ４μ５）
【００２０】
次に（式６）に実際に用いるパッド１０の数値を代入し、ｋｐ４／ｋｐ１＝Ｅ４／Ｅ１の関係から、Ｅ４／Ｅ１≧１．２を満たす場合において不安定領域を脱し得ることを理論的に予測することができた。またＥ４／Ｅ１を１．５以上、２以上の場合において、さらに確実に不安定領域から脱し得ることが予測できた。そして不安定領域から脱することで、パッド１０の不安定振動によるブレーキ鳴きを抑制できることが予測できた。
【００２１】
図１に示すように第四部位４は、他の部位に比べて小さいが、裏板１２との接合強度の観点から摩擦材１１の表面積全体の７〜１５％であることが好ましい。すなわち摺接面積Ａ４が摩擦材１１の摺接面積全体の７〜１５％であることが好ましい。
【００２２】
図１，２に示すように摩擦材１１は、複数の部位を有しているが、製造コストの面から原料が共通していることが好ましい。したがって硬質である第二部位２と第四部位４を同じ原料から形成し、軟質である第一部位１と第三部位を同じ原料から形成することが好ましい。あるいは、第一部位１〜第四部位４をすべて同じ原料から形成し、原料の圧縮率を変えることでヤング率を調整することが好ましい。これにより原料の共通化によって安価にパッド１０を製造することができる。
【００２３】
また第一部位１〜第四部位４は、磨耗量が同じなるように設定されており、これによって摩擦材１１の偏磨耗が抑制され得る構成になっている。すなわちＥ１＝Ｅ３、Ｅ２＝Ｅ４と仮定して、第一部位１〜第四部位４の各ひずみεを同じとし、応力とひずみの関係式から下記の（式７）を得た。
ε＝（Ｆ１＋Ｆ３）／（（Ａ１＋Ａ３）×Ｅ１）＝（Ｆ２＋Ｆ４）／（（Ａ２＋Ａ４）×Ｅ２）    ・・・（式７）
Ｆ１〜Ｆ４：第一部位１〜第四部位４に加わる荷重
【００２４】
そして（式７）と（式８）から（式９）〜（式１１）を得た。
Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４  ・・・（式８）
Ｆ１＋Ｆ３＝Ｆ／（１＋ｑ）  ・・・（式９）
Ｆ２＋Ｆ４＝Ｆ・ｑ／（１＋ｑ）  ・・・（式１０）  
ｑ＝（Ｅ２／Ｅ１）×（（Ａ２＋Ａ４）／（Ａ１＋Ａ３））  ・・・（式１１）
【００２５】
また摩擦材１１の磨耗は、下記の（式１２）で表されることが提示されており（トライボロジーの解析と対策、2005.5.31発行、P441参照）、その（式１２）の対数をとり微分することで（式１３）を得た。
Ｗ＝ＣＰα・Ｖβ・Ｔγ  ・・・（式１２）
Ｗ：磨耗量    Ｐ：加圧力    Ｖ：制動初速    Ｔ：摩擦面温度
ΔＷ／Ｗ＝αΔＰ／Ｐ＋βΔＶ／Ｖ＋γΔＴ／Ｔ  ・・・（式１３）
（式１３）においてΔＶ＝０、ΔＴ＝０とし、ΔＰ／Ｐ＝（Ｆ１＋Ｆ３−Ｆ２−Ｆ４）／Ｆとし、（式９）（式１０）から（式１４）を得ることができた。
ΔＷ／Ｗ＝α・（１−ｑ）  ・・・（式１４）
【００２６】
第一部位１〜第四部位４の間の段付き磨耗を抑制するためには、ΔＷ＝０が必要になる。したがって（式１４）から下記の（式１５）を得ることができ、（式１１）と（式１５）から（式１６）を得た。
１−ｑ＝０  ・・・（式１５）
ｑ＝（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））＝１  ・・・（式１６）
以上から（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））を１近傍にすることによって、第一部位１〜第四部位４の磨耗量をほぼ等しくすることができることが理論上、推測できた。例えばｑを０．８以上、１．２以下、すなわち（式５）を満たすことで磨耗量をほぼ等しくすることができ、ｑを０．９以上、１．１以下にすることでさらに磨耗量を等しくし得ることがわかった。
【００２７】
そして第一部位１〜第四部位４の磨耗量がほぼ等しくなることで、制動時に第一部位１〜第四部位４がほぼ同時にディスクロータＲに摺接し始め得る。その結果、ブレーキペダルの踏み込み力に応じてリニアに制動力が発生し、ブレーキフィーリング特性が向上する。しかもこの状態は、パッド１０を使用した後においても維持され得る。
【００２８】
次に、本形態に係るパッドＡ〜Ｃと、比較のためのパッドＤ，Ｅを準備して、これらの実験を試みた。パッドＡ〜Ｃは、表１に記載するように第一部位１と第四部位４のヤング率の比（Ｅ４／Ｅ１）の値が異なっている。パッドＤは、摩擦材の特性を全部同じにした従来の一般的なパッドである。パッドＥは、パッドＢと同じ特性を有する第一部位１〜第三部位３を有しているが、第四部位４を有していない点でパッドＢと異なっている。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
ブレーキ鳴きの試験としては、クリープグローン（坂道においてブレーキを解除した時に発生する鳴き）を含む実車試験により鳴きを測定した。その結果、パッドＡ〜Ｃでは、ブレーキ鳴きが観測できなかった。一方、パッドＤでは、ブレーキ鳴きが発生し、パッドＥでは、小さなブレーキ鳴きが発生した。したがって中央に硬い部位を設けることでブレーキ鳴きを抑制でき、ヤング率の異なる第一部位１と第四部位４を両側に配設することによってさらにブレーキ鳴きを抑制できることがわかった。制動を繰り返した後に磨耗量を測定した結果、パッドＡ〜Ｃの各部位１〜４は、ほぼ同じ磨耗量であった。そのためパッドＡ〜Ｃには段付磨耗が生じず、ブレーキフィーリングが良好であることがわかった。パッドＤ，Ｅにおいても同様の結果が得られた。
【００３１】
また表１への記載は省略しているが、パッドＦも作成した。パッドＦは、パッドＡと表１において同じ特性を有しているが、パッドＡは、第一部位１と第三部位３を同じ原料から成形され、その原料と異なる原料から第二部位２と第四部位４を成形したものである。一方、パッドＦは、第一部位１〜第四部位４を同じ原料において圧縮比を変えることで成形した。このパッドＦも実験し、実験の結果パッドＡと同じになることがわかった。
【００３２】
以上のように、摩擦材１１は、第一部位１〜第四部位４を有している。そしてＥ４／Ｅ１≧１．２  、０．８≦（Ｅ２×（Ａ２＋Ａ４））／（Ｅ１×（Ａ１＋Ａ３））≦１．２の関係を有している。したがって本形態によると、ディスクロータＲの固有振動が原因となるブレーキ鳴きと、パッド１０の不安定振動が原因で生じるブレーキ鳴きの発生を効果的に抑制することができる。さらに摩擦材１１の偏磨耗を防止することができる。
【００３３】
また第二部位２は、ディスクロータＲの回転中心１３を中心とする中心角２０°以内の領域内に収まる幅を有している。したがって図３に示すようにパッド１０の略中心に現れる固定節６ｂ１に硬い第二部位２を位置させ、固定節６ｂ１の近傍のみを第二部位２によって押さえることができる。これによりディスクロータＲの固有振動が原因となるブレーキ鳴きの発生を効果的に抑制することができる。
【００３４】
（他の実施の形態）
本発明は、上記実施の形態に限定されず、以下の形態であっても良い。
（１）例えば第一部位１と第三部位３が同じ原料ではなく、異なる原料から形成され、ヤング率の相違が５％以下に設定されている形態であっても良い。
（２）第二部位２と第四部位４が同じ原料ではなく、異なる原料から形成され、ヤング率の相違が５％以下に設定されている形態であっても良い。  
（３）上記実施の形態は、図１に示すように第二部位２が扇形に形成されていた。しかし第二部位が長方形に形成され、ロータ周方向の幅長さが摩擦材全体の幅長さの１０〜３０％に形成されている形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】パッドの正面図である。
【図２】図１の矢印II方向からのパッドの側面図である。
【図３】ディスクロータ、キャリパおよびパッドの正面図である。
【図４】制動時におけるディスクロータの振動の模式図である。
【図５】パッドの不安定振動を考察したときの模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…第一部位
２…第二部位
２ｃ…中心角
３…第三部位
４…第四部位
１０…パッド
１１…摩擦材
１２…裏板
【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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