(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する摺動板間に、ロータ径方向に延在させたフィンをロータ周方向に複数配設し、前記２枚の摺動板間で、且つ、隣接するフィン間にロータ径方向内外端が開口したベンチホールを有するブレーキディスクロータにおいて、
前記フィンとして、フィン長さが長い長フィンとフィン長さが短い短フィンとを備え、
前記フィンを、前記長フィン、前記短フィン、前記長フィン及び前記短フィンの順でロータ周方向に１列に並べて、これらの４本のフィンをセットとして構成するとともに、このセットを構成する前記長フィンの内の１本に幅方向に拡張させた拡張部を設け、
前記セットをロータ周方向に周期的に配列して、前記フィンをロータ周方向に等間隔で１列に配置したことを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項２】
請求項１記載のブレーキディスクロータであって、
前記拡張部は、前記フィンの外周側に配置したことを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のブレーキディスクロータであって、
前記フィンのフィン総数は、ｎをロータ直径節モードの次数とすると、４×２ｎ枚であることを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３記載のブレーキディスクロータであって、
前記長フィンの方が、前記短フィンよりもロータ内周側に突出し、
前記拡張部を有する長フィンは、ロータ内周側の内端からロータ外周側へフィン長の１／３を上回って位置するフィン中央部の幅が、ロータ内周側の端部のフィン幅以上となるよう構成し、且つ、前記拡張部を外周端に向かうに従って徐々に幅広に構成したことを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項５】
請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは５で、フィン総数が４０枚であることを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項６】
請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは６で、フィン総数が４８枚であることを特徴とするブレーキディスクロータ。
【請求項７】
請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは７で、フィン総数が５６枚であることを特徴とするブレーキディスクロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のディスクブレーキ装置のブレーキディスクロータに係り、特に、対向する摺動板間に放射状にフィン部を設けることでフィン部間にベンチホールを構成したベンチレーテッド型のブレーキディスクロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のブレーキディスクロータとしては、図９及び図１０に示すものが提案（機械学会論文５５巻１２２号Ｎｏ８８−０６２２Ａ参照）され、図９はブレーキディスクロータの一部断面図、図１０は図９のＡ−Ａ線相当断面図である。図９及び図１０において、ブレーキディスクロータは、アウタ側の摺動板１と、これに対向するインナ側の摺動板２と、これらの間に配置された複数のフィン部３とを有し、制動時には両摺動板１、２が左右から摩擦パッドで挾圧されるものである。
【０００３】
前記複数のフィン部３はロータ径方向に間隔を置いて配置され、隣接するフィン部３間にはロータ径方向内外端が開口するベンチホール４が構成されている。又、複数のフィン部３の一部３ａは、隣接するフィン部間を埋設することによって幅広に構成されている。
【０００４】
この構成において、ブレーキディスクロータの回転により冷却風がベンチホール４をロータ内周側からロータ外周側へと通過することによって、ブレーキディスクロータが冷却されるものである。
【０００５】
しかし、前記従来例の構成では、一部のフィン部３ａが幅広に構成されているので、冷却性に問題があると共に、ロータ周方向の熱的な偏りが生じて熱強度上にも問題がある。
【０００６】
そこで、本出願人は上記問題点を解決するべく他の従来例として特開平９−２８０２７８号公報に開示された図１１及び図１２に示すものを提案した。図１１はブレーキディスクロータの一部断面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ線相当断面図である。図１１及び図１２において、複数のフィン部３Ａ、３Ｂはフィン長さが長い長フィン３Ａと、フィン長さが短い短フィン３Ｂとが交互に配列されて構成されている。又、各長フィン３Ａの外周側は幅広の拡張部５として構成されている。他の構成は前記従来例と同様なので、図面に同一符号を付してその説明を省略する。
【０００７】
このようにベンチホール４の数及び面積を多くして冷却性の向上が図られると共に、フィン部３Ａ、３Ｂを極端に広くしないため、ロータ周方向の熱的な偏りが極力防止されて熱強度上でも有利な構成となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記他の従来例においては、ブレーキ鳴きを有効に抑制できないという問題がある。つまり、通常ブレーキ鳴きで問題となる周波数は５〜１０ｋＨｚのものが多く、フィン部３Ａ、３Ｂが長フィン３Ａと短フィン３Ｂの交互の配列であるブレーキディスクロータでは非常に高い周波数のものにしか抑制効果がないため、有効にブレーキ鳴きを抑制できず、不快な騒音を発生する可能性がある。
【０００９】
また、ブレーキディスクロータの熱変形に起因するグローン音を有効に抑制できないという問題もある。つまり、図１３に示すように、ブレーキディスクロータが制動熱の影響によってフィン部３Ａ、３Ｂを有する箇所の肉厚が厚く、ベンチホール４を有する箇所の肉厚が相対的に薄くなる熱変形を起こし、この肉厚変動が起振力となって自動車キャビン内で異音として聞こえるものがグローン音である。上記変形は基本的にフィン部３Ａ、３Ｂの本数と長さ／幅（摺動部１、２の剛性）によって決まり、例えば、４８枚の等長フィンでは４８次の変形となって現れる。上記他の従来例のように、長フィン３Ａと短フィン３Ｂの交互の配列では、図１４に示すように、基本的の４８次以外に２４次の成分しか現れないため、振動の振幅ピーク値が２つの次数だけとなり、グローン音を有効に抑制できない可能性がある。
【００１０】
そこで、本発明は、ブレーキ鳴き及びグローン音が共に有効に抑制できるブレーキディスクロータの提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、対向する摺動板間に、ロータ径方向に延在させたフィンをロータ周方向に複数配設し、前記２枚の摺動板間で、且つ、隣接するフィン間にロータ径方向内外端が開口したベンチホールを有するブレーキディスクロータにおいて、
前記フィンとして、フィン長さが長い長フィンとフィン長さが短い短フィンとを備え、
前記フィンを、前記長フィン、前記短フィン、前記長フィン及び前記短フィンの順でロータ周方向に１列に並べて、これらの４本のフィンをセットとして構成するとともに、このセットを構成する前記長フィンの内の１本に幅方向に拡張させた拡張部を設け、
前記セットをロータ周方向に周期的に配列して、前記フィンをロータ周方向に等間隔で１列に配置したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載のブレーキディスクロータであって、
前記拡張部は、前記フィンの外周側に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載のブレーキディスクロータであって、
前記フィンのフィン総数は、ｎを直径節モードの次数とすると、４×２ｎ枚であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３記載のブレーキディスクロータであって、
前記長フィンの方が、前記短フィンよりもロータ内周側に突出し、前記拡張部を有する長フィンは、ロータ内周側の内端からロータ外周側へフィン長の１／３を上回って位置するフィン中央部の幅が、ロータ内周側の端部のフィン幅以上となるよう構成し、且つ、前記拡張部を外周端に向かうに従って徐々に幅広に構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは５で、フィン総数が４０枚であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは６で、フィン総数が４８枚であることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項３又は請求項４記載のブレーキディスクロータであって、
直径節モードの次数ｎは７で、フィン総数が５６枚であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１の発明では、ブレーキディスクロータの固有振動の直径節モードは１／４波長位相差を持つ重根モードとなり、拡張部を有する長フィンの位置が重根モードの一方のモードに対して節となり、他方のモードに対して腹となる。ここで、拡張部近傍は、それを持たないフィン部に対し拡張部の効果により質量、剛性共に増加しており、これによって他方のモードの固有値は変化するが、一方のモードの固有値は変化しないため、重根モードは２つの固有値に分離され、ブレーキ鳴きの発生要因である摩擦パッドとの間に発生する起振力に対して振動の連成が回避され、これによりブレーキ鳴きの発生が抑制される。
【００１９】
また、フィン部の１セットを構成する４本のフィン部はその長さ／幅（摺動部の剛性）が３種類に分類されるため、フィン部の総数をＭとすると、Ｍ次、（Ｍ／２）次、（Ｍ／４）次の成分が現れ、振動の振幅ピーク値が３つの次数に分散されることによりグローン音が有効に抑制される。
【００２０】
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加え、拡張部が外周部に位置するので、振幅が大きい外周部の剛性及び質量の変化に大きく寄与するため、直径節モードに対して有効に作用する。
【００２１】
請求項３の発明では、請求項１又は請求項２の発明の効果に加え、ｎの数を選択することによってその次数の直径節モードが選択できるため、所望の周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。
【００２２】
請求項４の発明では、請求項２又は請求項３の発明の効果に加え、ブレーキディスクロータの回転に伴い遠心力によってベンチホール内をロータ内周側からロータ外周側に向かって冷却風が流れ、これによってフィン部及び摺動板が冷却される。
【００２３】
ここで、フィン部は長フィンと短フィンが交互に配置されて内周側長さが交互に形成されているため、冷却風の入口面積が広くなり、良好な冷却性能が得られる。又、拡張部を有するフィン部に沿って流入した冷却風は、この流れの後半部分では、対向するフィン部の傾斜面が位置しているため、流体のコアンダー効果により流れが傾斜面に引き寄せられ、傾斜面側に偏向することになる。流れの偏向により、傾斜面付近の剥離流領域の圧力が上昇して、傾斜面からフィン部の側面に沿ってロータ内周側へ向かう流れが生じる。この結果、冷却風の主流と相俟って渦領域が形成される。渦領域の回転流による誘起速度が主流の流速に加わる。このため、主流の流速が上昇する。又、外周側の偏向する流れにより、流路幅は、拡張部がない場合の流れの状態に比べて拡大する。この結果、この部分での通気抵抗が低減して、主流の流速が増大する。このように、冷却風は渦による誘起速度の上昇及び流路面積の拡大により冷却効率が向上する。
【００２４】
また、フィン部は長フィンと短フィンが交互に配置されて内周側長さが交互に形成されているため、冷却風の流速は短フィン手前の流路より長フィン手前の流路の方が速く、且つ、長フィン手前の２つの流路については、拡張部に隣接する流路の方が速くなり、一方、冷却風で冷却されるフィン部は質量が小さいほど冷却され易く、その順番は上記流速と逆の順序であるため、各フィン部の冷却性はほぼ同等となり、ロータ周方向での熱的な偏りが生じず熱強度上も有利である。
【００２５】
請求項５の発明では、請求項３又は請求項４の発明の効果に加え、５次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。
【００２６】
請求項６の発明では、請求項３又は請求項４の発明の効果に加え、６次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。
【００２７】
請求項７の発明では、請求項３又は請求項４の発明の効果に加え、７次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は本発明の一実施形態に係るブレーキディスクロータの一部切欠正面図、図２はその断面図、図３（ａ）はブレーキディスクロータの要部断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線相当断面図である。図１〜図３において、この実施形態にあって前記従来例又は他の従来例と同一構成部分は図面に同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成部分のみを説明する。
【００３０】
即ち、この実施形態では、フィン部３Ａ、３Ｂは、フィン長さが長い長フィン３Ａ、短い短フィン３Ｂ、長い長フィン３Ａ及び短い短フィン３Ｂの順で、且つ、長フィン３Ａの内の１本が幅方向に拡張された拡張部５を有するものである４本をセットＳとして構成し、このセットＳをロータ周方向に周期的に配列して構成されている。
【００３１】
このフィン部３Ａ、３Ｂのフィン総数は、ｎを直径節モードの次数とすると、４×２ｎ枚となるよう設定されており、この実施形態ではｎ＝６でフィン総数が４８枚として構成されている。隣接するフィン部３Ａ、３Ｂの間隔ｄは７．５ｄｅｇである。
【００３２】
長フィン３Ａと短フィン部３Ｂとのフィン長さは、外周側を略同一とし、内周側を異ならせることで異なる長さに構成されている。つまり、長フィン３Ａの方が短フィン３Ｂより内周側に突出したものとなっている。
【００３３】
前記拡張部５を有する長フィン３Ａは、ロータ内周側の内端からロータ外周側へフィン長Ｌの略１／３（Ｌ／３）を上回って位置する｛Ｘ＞（Ｌ／３）｝フィン中央部の幅Ｗ2 が、ロータ内周側の端部のフィン幅Ｗ1 に対して同等以上（Ｗ2 ≧Ｗ1 ）となるよう構成されている。又、前記拡張部５はフィン外周側に配置され、且つ、外周端に向かうに従って徐々に幅広に構成されている。一方、拡張部５を有さない長フィン３Ａ及び短フィン３Ｂは、ロータ内周側の内端からロータ外周側の外端までほぼ同一幅で構成されている。
【００３４】
尚、図１〜図３において、６はブレーキディスクロータを車軸側のハブ部に取付けるためのハット部であり、ハット部６はアウタ側の摺動板１と一体に構成されている。
【００３５】
次に、上記構成の作用を図４〜図８に基づき説明する。図４は、拡張部５を有する長フィン３Ａの位置と、ブレーキ鳴きで問題となる直径節モード（本実施形態では６次）の面外方向振動とを示す図である。図４において、ブレーキディスクロータの固有振動の直径節モードは１／４波長位相差を持つ重根モードとなり、拡張部５を有する長フィン３Ａの位置が重根モードの一方のモードＭ１に対して節となり、他方のモードＭ２に対して腹となる。
【００３６】
ここで、拡張部近傍は、それを持たないフィン部に対し拡張部５の効果により質量、剛性共に増加しており、これによって他方のモードＭ２の固有値は変化するが、一方のモードＭ１の固有値は変化しないため、重根モードは２つの固有値に分離され、ブレーキ鳴きの発生要因である摩擦パッド（図示せず）との間に発生する起振力に対して振動の連成が回避される。これによりブレーキ鳴きの発生が抑制される。
【００３７】
通常ブレーキ鳴きで問題となる周波数は５〜１０ｋＨｚのものが多く、ロータ次数としては５〜７次に相当するため、本発明で有効にブレーキ鳴きを抑制できる。この実施形態では、６次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きの発生が抑制される。
【００３８】
拡張部５が外周部に位置するので、振幅が大きい外周部の剛性及び質量の変化に大きく寄与するため、直径節モードに対して有効に作用することになる。
【００３９】
図５は、フィン部３Ａ、３Ｂの配列と、制動熱によるブレーキディスクロータの肉厚変動との関係を示す図、図６は、熱変形時における振動の周波数特性を示す図である。図５に示すように、ブレーキディスクロータが制動熱の影響によってフィン部３Ａ、３Ｂを有する箇所の肉厚が厚く、ベンチホール４を有する箇所の肉厚が相対的に薄くなる熱変形を起こす。
【００４０】
この変形は基本的にフィン部３Ａ、３Ｂの本数と長さ／幅（摺動部１、２の剛性）によって決まり、セットＳを構成する４本のフィン部３Ａ、３Ｂは、その長さ／幅（摺動部の剛性）が３種類に分類、つまり、拡張部５を有する長フィン３Ａと拡張部５を有さない長フィン３Ａと短フィン３Ｂに分類される。従って、フィン部３Ａ、３Ｂの総数をＭ（＝４８）とすると、Ｍ（＝４８）次、Ｍ／２（＝２４）次、Ｍ／４（＝１２）次の成分が現れる。制動による入力エネルギーは一定のため、振動の振幅ピーク値が３つの次数に分散されることより図６に示すような２種類以下のフィンを組合わせた従来ロータ形状に比べてグローン音が有効に抑制される。
【００４１】
図７は冷却風のベンチホール４への流入状態を示すブレーキディスクロータの要部断面図、図８はベンチホール４内での気流の状態を示すブレーキディスクロータの要部拡大断面図である。図７及び図８において、ブレーキディスクロータの反時計方向Ｒの回転に伴い遠心力によってベンチホール４内をロータ内周側からロータ外周側に向かって冷却風が流れ、これによってフィン部３Ａ、３Ｂ及び摺動板１、２が冷却される。
【００４２】
ここで、フィン部３Ａ、３Ｂは長フィン３Ａと短フィン３Ｂが交互に配置されて内周側長さが交互に形成されているため、冷却風の入口面積が広くなり、良好な冷却性能が得られる。又、拡張部５を有するフィン部３Ａに沿って流入した冷却風は、図８に示すように、この流れの後半部分では、対向するフィン部３Ａの傾斜面１０が位置しているため、流体のコアンダー効果により流れが傾斜面１０に引き寄せられ、傾斜面側に偏向することになる。流れの偏向により、傾斜面付近の剥離流領域の圧力が上昇して、傾斜面１０からフィン部３Ａの側面に沿ってロータ内周側へ向かう流れが生じる。
【００４３】
この結果、冷却風の主流と相俟って渦領域が形成され、渦領域の回転流ｒによる誘起速度が主流の流速に加わる。このため、主流の流速が上昇する。又、外周側の偏向する流れにより、流路幅は、拡張部５がない場合の流れの状態に比べて拡大する。この結果、この部分での通気抵抗が低減して、主流の流速が増大する。このように、冷却風は渦による誘起速度の上昇及び流路面積の拡大により冷却効率が向上する。
【００４４】
また、図７に示す如く、説明の便宜上各ベンチホール４をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに区別すると、フィン部３Ａ、３Ｂは長フィン３Ａと短フィン３Ｂが交互に配置されて内周側長さが交互に形成されているため、冷却風の流速は短フィン３Ｂ手前の流路Ａ、Ｃより長フィン３Ａ手前の流路Ｂ、Ｄの方が速く、且つ、長フィン３Ａ手前の２つの流路Ｂ、Ｄについては、拡張部５に隣接する流路Ｄの方が速くなり、流速の順序はＤ＞Ｂ＞Ａ（Ｃ）となり、ＡとＣはほぼ同じとなる。
【００４５】
一方、図７に示すごとく、説明の便宜上各フィン部３Ａ、３Ｂをａ、ｂ、ｃ、ｄに区別すると、冷却風で冷却されるフィン部３Ａ、３Ｂは質量が小さいほど冷却され易く、その順番は上記流速と逆の順序ａ＝ｃ＞ｂ＞ｄとなる。ここで、各フィン部３Ａ、３Ｂの冷却性は流速とフィン部３Ａ、３Ｂ自体の質量で決定されることから、各フィン部３Ａ、３Ｂの冷却性はほぼ同等となり、ロータ周方向での熱的な偏りが生じず熱強度上も有利な構造である。
【００４６】
また、通常ブレーキ鳴きで問題となる周波数は５〜１０ｋＨｚであり、現実的には５次〜７次付近の振動モードをコントロールできれば効果的である。この実施形態では、直径節モードの次数がｎ＝６でフィン総数が４８枚として構成されているが、ｎ＝５でフィン総数が４０枚として構成することによって５次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。又、ｎ＝７でフィン総数が５６枚として構成することによって７次の直径節モードに対応する周波数近傍のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。つまり、直径節モードの次数を可変して振動モードの固有値を、抑制したい周波数に合わせることにより、所望の周波数のブレーキ鳴きを有効に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るブレーキディスクロータの一部切欠正面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るブレーキディスクロータの断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態に係るブレーキディスクロータの要部断面図、（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線相当断面図である。
【図４】拡張部５を有する長フィン３Ａの位置と、ブレーキ鳴きで問題となる直径節モード（本実施形態では６次）の面外方向振動とを示す図である。
【図５】フィン部３Ａ、３Ｂの配列と、制動熱によるブレーキディスクロータの肉厚変動との関係を示す図である。
【図６】上記熱変形時における振動の周波数特性を示す図である。
【図７】冷却風のベンチホール４への流入状態を示すブレーキディスクロータの要部断面図である。
【図８】ベンチホール４内での気流の状態を示すブレーキディスクロータの要部拡大断面図である。
【図９】従来例のブレーキディスクロータの要部断面図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線相当断面図である。
【図１１】他の従来例のブレーキディスクロータの要部断面図である。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ線相当断面図である。
【図１３】フィン部３Ａ、３Ｂの配列と、制動熱によるブレーキディスクロータの肉厚変動との関係を示す図である。
【図１４】上記熱変形時における振動の周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１、２  摺動板
３Ａ  長フィン
３Ｂ  短フィン
４  ベンチホール
５  拡張部
Ｓ  セット
【図１】
0003777811.tif 000002
【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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