JP2000220673A - 非金属摩擦環を持つ制動装置 - Google Patents

非金属摩擦環を持つ制動装置

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車輪ボスに直接結合されるセラミツク摩擦環
を持つ制御装置において、摩擦環とボスとの間の熱絶縁
を保証し、同時に摩擦環とボスとの間の均一なトルク伝
達を行う。 【構成】 制動装置１は、取付け素子７又はスプライン
結合により直接車輪ボス３に結合されるセラミツク摩擦
環２を持っている。摩擦環２とボス３の取付け素子７と
の接触面は、塑性変形可能な熱絶縁層１５′を備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載の非金属摩擦環を持つ制動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような制動装置はドイツ連邦共和国
実用新案第２９７１０５３３号明細書から公知である。
制動装置は、取付け素子により直接に従って鉢状制動円
板なしに車輪ボスに結合されるセラミツク摩擦環を含ん
でいる。このような構造の制動装置は、摩擦環の内径の
著しい縮小、従ってほぼ同じ外側半径の場合、摩擦ライ
ニングによりこすられる摩擦面の著しい増大を可能にす
る。ボスへの摩擦環の直接の結合は、中間素子のなくな
ることにより一層僅かな費用で制動円板の一層高い軸線
方向振れ精度が得られるという付加的な利点を持ってい
る。更に非金属摩擦環は、金属摩擦環に比較して、一層
耐摩耗性であり、従って著しく高い寿命を持っている。
直接ボスへ結合されるセラミツク摩擦環を持つ制動装置
は、従って大きい制動面従って大きい制動力の利点と共
に長い寿命の利点を兼ね備えている。
【０００３】しかしセラミツク複合材料から成る摩擦環
では、金属摩擦環を使用する場合より著しく高い温度が
生じる。その結果特にこの場合のように摩擦環が直接車
輪ボスに結合さ、従って放熱する中間片が摩擦環とボス
との間に設けられていない時、制動装置の周りにある部
材に著しい熱負荷が生じる。更にセラミツク摩擦環は非
常に脆く固い。摩擦環及びボスに設けられて摩擦環をボ
スに結合する取付け素子は、製造により生じる不正確さ
を持っているので、無視できる可塑性のため摩擦環は、
作動中にも、この不正確さが補償されるほど変形しな
い。その結果トルク伝達への取付け素子の関与が不均一
になり、それにより、トルク伝達の大部分を行い従って
作動中特に強い荷重を受ける取付け素子が速く摩耗す
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の基礎に
なっている課題は、直接車輪ボスに結合されるセラミツ
ク摩擦環を持つ最初にあげた種類の制動装置を発展させ
て、摩擦環とボスとの間の均一なトルク伝達が保証され
て、同時に摩擦環とボスとの間の高度の熱絶縁が保証さ
れるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は請求項１の特徴によって解決される。
【０００６】本発明によれば、摩擦環と取付け素子との
接触面が、塑性変形可能な熱絶縁層を備えている。この
層は摩擦環をボスから熱的に切離し、それにより摩擦環
からボスへの熱の導入を少なくする。更にこの層は塑性
のため荷重を受けて変形するので、作動中にすべての取
付け素子の均一な負荷が現われ、従って摩擦環とボスと
の間のトルク伝達へのすべての取付け素子の均一な関与
が行われる。
【０００７】環状に配置されかつ摩擦環とボスの重なり
合う縁を軸線方向に貫通する複数の取付けピンにより摩
擦環がボスへ結合される場合、摩擦環とピンとの間にあ
る塑性変形可能な熱絶縁層が、塑性変形可能な材料から
成るスリーブにより形成され、このスリーブが荷重を受
けて変形して、すべての取付け素子及び摩擦環のすべて
の穴内側面の均一な負荷が現われるようにする。その際
スリーブ材料として熱絶縁材料が選ばれるか、又は付加
的な熱絶縁被覆を設けられて、摩擦環からボスへの熱の
導入をできるだけ少なくする（請求項２参照）。
【０００８】ピンを受入れるため、ボスが目的にかなう
ように半径方向スリツトを持ち、摩擦環が対応する穴を
持ち、これらのスリツト及び穴が、ボスと摩擦環との間
の荷重の少ない伸びを可能にし、同時に摩擦環の心出し
を保証する（請求項３参照）。
【０００９】別の構成では、摩擦環の内縁がスプライン
結合によりボスに結合される（請求項４参照）。これ
は、従来の結合に比べて、個別部品の数が少ないという
利点を与え、従って費用低減を可能にする。この場合ボ
スと摩擦環との間のトルク伝達は、スプラインの歯側面
を介して行われる。この場合ボス上で摩擦環の自己心出
しが行われ、同時にボスの力の少ない半径方向膨張が保
証され、ボスの機械的及び熱的変形の際ボスと摩擦環と
の間にできるだけ小さい力が生じるように、歯側面輪郭
が選ばれている。摩擦環とボスとの接触面は、できるだ
け均一なトルク伝達を保証するため、塑性変形可能な層
を備えている。即ちボスと摩擦環との間の熱伝達を最小
にするため、ボスと摩擦環との接触面はできるだけ小さ
く形成され、熱絶縁層を備えている。
【００１０】セラミツク摩擦環の高い強度を保証するた
め、繊維材料の添加によりセラミツク材料を強化するこ
とが推奨される（請求項５参照）。
【００１１】車輪ボスへの摩擦環の直接取付けは、中間
片による摩擦環の従来の取付けに比較して、制動ライニ
ングによりこすられる摩擦面を４０％まで増大するのを
可能にする。２つ（又はそれ以上の）摩擦環をボス上に
設ける（請求項６参照）と、摩擦面の更に著しい増大を
行うことができる。制動過程において、摩擦環は、２つ
の外側制動ライニングにより、摩擦環の間に設けられる
制動ライニングへ押付けられる（請求項８参照）。制動
過程後摩擦環は、戻しばねにより互いに離されるので、
中間制動ライニングは両方の摩擦環の間で自由に動く
（請求項７参照）。ボス結合部を持つこのような二重円
板制動機の使用により、従来の制動円板に比べて摩擦面
を１４０％まで増大することができる。二重円板制動機
の利点は、費用のかかる通風をやめることができるの
で、摩擦環の簡単な構成である。
【００１２】本発明による制動装置は自動車における使
用に限定されず、航空機及び鉄道車両に同じ程度に適用
可能である。本発明による制動装置の重要な利点は、制
動機のために利用可能な空間が著しく限られる場合に
も、大きい制動面が利用可能なことである。
【００１３】図面に示されている実施例に基いて本発明
を以下に説明する。
【００１４】
【実施例】図１及び２は本発明による制動装置１を示し
ている。制動装置１は、ボス３上に取付けられる摩擦環
２を含んでいる。ボス３は軸頚４上に支持されている。
ボス３は、更に（図示しない）車輪を接続するねじ穴６
を持つフランジ５を持っている。摩擦環２は取付け素子
７によりボス３に取付けられている。各取付け素子７
は、取付けピン８、取付けピン８を通って延びる取付け
ねじ９、取付けねじ９の端部上へはめられるワツシヤ１
０及び六角ナツト１１から成っている。従って取付け素
子７の範囲に、ボス３と摩擦環２の半径方向重なり部が
存在する。
【００１５】摩擦環２はセラミツク複合材料から成って
いる。このような複合材料は、金属とは異なり極めて僅
かな熱膨張係数を持っている。摩擦環２は使用状態で強
い加熱を受け、この加熱により、熱伝導のため、摩擦環
２の熱膨張より大きいボスの熱膨張が生じる。摩擦環２
とボス３との力の少ない相互移動を保証し、摩擦環２及
びボス３の異なる強さの熱膨張による摩擦環２の損傷を
防止するため、ボス３は取付け素子７を受入れるため半
径方向スリツト（係合スリツト）１２を持ち、これらの
スリツト１２の中でそれぞれの取付けピン８が半径方向
に滑ることができる。スリツト１２の幅は、ボス３に接
触する範囲１３における取付けピン８の幅に一致してい
る。スリツト１２は、半径方向に、スリツト１２への取
付けピン８の最大半径方向進入深さより大きい深さ１４
を持っている。この最大半径方向進入深さは、摩擦環２
が冷たく、ボス３が暖かい場合に生じる。
【００１６】ボス３の滑り座は、摩擦環２とボス３との
間の半径方向移動を可能にする。このいわゆる浮動取付
けにより、摩擦環２は心出しされた状態に留まり、取付
け素子７を介してトルクをボス３へ伝達することができ
る。摩擦環２は取付けピン８により熱的に切離されるの
で、摩擦環２からボス３への熱導入は著しく減少され
る。
【００１７】摩擦環２にある取付け素子７の位置とボス
３にあるスリツトの位置との間に万一のピツチの不正確
さを保証するため、及び摩擦環２とボス３との間のトル
ク伝達にすべての取付け素子７を同じ程度に関与させる
ため、摩擦環２と取付け素子８との間に、約１ｍｍの肉
厚を持ちかつ全外被高さにわたって延びるスリツトを備
えているスリーブ１５が設けられている。これらのスリ
ーブ１５は金属材料特に銅から成るか、又は炭素繊維で
強化される炭素から作られることができる。スリーブ１
５は、摩擦環２と取付けピン８との間の塑性変形可能な
熱絶縁層１５′である。制動機の荷重によりスリーブ１
５が変形し、それによりすべての取付け素子７及び脆さ
のため比較的小さい損傷裕度を持つセラミツク摩擦環の
すべての穴内側面への均一な力を保証する。摩擦環２と
取付けピン８との間の熱絶縁スリーブ１５は、更に摩擦
環２とボス３との間の熱絶縁を行う。
【００１８】図３ないし６は、本発明による制動装置
１′の別の構成を示し、ボス３′への摩擦環２′の結合
はスプライン輪郭により行われる。摩擦環２′に面する
ボス３′の縁は、ボス３′に面する摩擦環２′の縁にあ
る内歯に係合する平歯をつけらえた軸として構成されて
いる。従って歯切り部の範囲で、ボス３′と摩擦環２′
は半径方向重なりを持っている。従って摩擦環２′とボ
ス３′との結合素子７は、この場合スプライン歯切り部
の歯１７により形成される。
【００１９】ボス３′の外縁にある歯の両方の歯側面１
６，１６′は、ボス３′と摩擦環２′の半径方向重なり
範囲１８で互いに平行に延びるように形成されている。
摩擦環２′は対応する切欠き１９を持ち、この切欠き１
９の側面２０，２０′もボス３′と摩擦環２′との半径
方向重なり範囲１８で互いに平行に延びている。側面１
６，１６′，２０，２０′のこの平行性は、熱によるボ
ス３′の膨張の際、摩擦環２′の切欠き１９内でボス
３′の歯側面１６，１６′が少ない力で滑るのを保証す
る。この少ない力の滑りは、ボス３′と摩擦環２′との
間に大きい熱膨張の相違が存在する時にも、保証されね
ばならない。これを保証するため、側面対１６，１６′
及び２０，２０′は、直接の重なり範囲１８外のある距
離にわたって互いに平行に延びていなければならない。
従って摩擦環歯切り部の側面対２０，２０′は、ボス歯
切り部の外端歯先円２１の半径方向外側で互いに平行に
延びていなければならず、ボス歯切り部の側面対１６，
１６′は、摩擦環歯切り部の外端歯先円２２の半径方向
内側で互いに平行に延びていなければならない。側面の
平行構成により、ボス３′のと摩擦環２′との間に半径
方向ひっかかりが生じないようにすることができる。
【００２０】摩擦環２′とボス３′との間のこのスプラ
イン歯切り部は、摩擦環２′とボス３′との力の少ない
半径方向相対運動を可能にし、側面１６，１６′，２
０，２０′の構成は摩擦環２′の心出しを保証する。摩
擦環２′からボス３′へのトルク伝達は、互いに対向す
る側面対１６，２０又は１６′，２０′を介して行われ
る。
【００２１】ボス３′上における摩擦環２′の軸線方向
位置ぎめのためボス３′は、軸線方向端部側で歯１７に
続くフランジ２３を持っている（図５及び６参照）。摩
擦環２′は、ボス３′に対して、半径方向対称に囲繞す
る止め環２４により固定され、この止め環２４は取付け
ねじ９′によりボス３′に対して締付けられている。
【００２２】ボス３′と摩擦環２′との間の接触面の減
少（従って熱伝達の減少）のため、フランジ２３は摩擦
環２′に対向する側にポケツト状切込み２５を持ってい
るので、摩擦環２′はフランジ２３の狭い連絡部２６に
のみ当たる。熱の導入を最小にするため、この連絡部２
６は熱絶縁材料で付加的に被覆されている。
【００２３】摩擦環２′とボス３′との間に形成される
スプライン軸のピツチの不正確さを修正し、摩擦環２′
からボス３′への熱の導入を最小にするため、対向する
側面対１６，２０又は１６′，２０′の接触面は、塑性
変形可能な熱絶縁層１５′を備えている。その層１５′
は制動機の荷重を受けて変形し、生じる力をすべての側
面対１６，２０又は１６′，２０′へ均一に分布するの
を保証する。この層１５′は局部的に挿入される板片か
ら成ることができる。その代わりに、摩擦環２′とボス
３′との間で歯切り部の範囲に、塑性変形可能な熱絶縁
環をいれることができ、この環がボス３′の外歯又は摩
擦環２′の内歯を覆う。ボス３′と摩擦環２′とを熱的
に切離すため、側面対１６，２０及び１６′，２０′２
０′及び連結部２６の範囲に、更に繊維絶縁材料を使用
することができる。
【００２４】図７ないし９は制動装置１″の別の構成を
示し、２つの摩擦環２ａ″及び２ｂ″がスプライン輪郭
によりボス３″に結合されている。両方の摩擦環２ａ″
及び２ｂ″はボス３″に面する縁に、ボス３″の外縁に
ある平歯付き軸に係合する内歯切り部を持っている。前
述した実施例におけるように、ここでもボス３″の外縁
にある歯１７″の側面１６″及び１６′′′は互いに平
行に延びている。これはボス３″に対する摩擦環２ａ″
及び２ｂ″の力の少ない滑りを保証し、同時に摩擦環２
ａ″及び２ｂ″の心出しを保証する。図３の実施例にお
いて説明したように、ここでも摩擦環２ａ″及び２ｂ″
とボス３″との間に形成されるスプラインの接触面に沿
って、塑性変形可能な熱絶縁材料から成る板片が設けら
れている。
【００２５】摩擦環２ａ″及び２ｂ″は、囲繞する止め
環２４″により、ボス３″に対して軸線方向に固定さ
れ、この止め環２４″は取付けねじ９″によりボス３″
に対して締付けられる。この場合摩擦環２ａ″はボス
３″に設けられかつ車輪を取付けるためのねじ穴６″を
含むフランジ５″へ押付けられている。両方の摩擦環２
ａ″及び２ｂ″の間には戻しばね２７があって不使用状
態で摩擦環２ａ″及び２ｂが特定の相互最小間隔をとる
のを保証している。戻しばね２７は金属クランプとして
構成され、摩擦環２ａ″及び２ｂ″の歯２８ａ及び２８
ｂの間に挿入されている。組立てるべき部品の数を最小
にするため、戻しばね２７を止め環２４に結合するか、
又は止め環２４″の突出片として構成することができ
る。
【００２６】図７は、固定キヤリパ制動機における２つ
の摩擦環２ａ″及び２ｂ″を持つ制動装置１″の使用を
示している。固定キヤリパ２９は３つの制動ライニング
３０ａ，３０ｂ及び３０ｃを含んでいる。外側の制動ラ
イニング３０ａ及び３０ｂは制動シリンダ３１，３１ｂ
に取付けられ、中間の制動ライニング３０は板３２を介
してキヤリパ２９の中央に取付けられている。制動機の
操作の際、外側の制動ライニング３０ａ及び３０ｂは制
動シリンダ３１及び３１ｂにより外側から摩擦環２ａ″
及び２ｂ″へ押付けられる。その際制動ライニング３０
ａ及び３０ｂにより及ぼされる押圧力によって、摩擦環
２ａ″及び２ｂ″が中間の制動ライニング３０ｃへ押付
けられる。この場合、各摩擦環２ａ″及び２ｂ″の両側
が制動作用に寄与する。従って図３による実施例と比較
して（同じ摩擦環の大きさで）２倍の摩擦面を実現する
ことができる。制動過程の終りに、制動シリンダ３１ａ
及び３１ｂを介して及ぼされる制動圧力がなくなると、
摩擦環２ａ″及び２ｂ″が戻しばね２７により押し離さ
れて、中間の制動ライニング３０ｃにもはや接触しなく
なる。これを行うため、戻しばね２７は、制動装置１″
の不使用状態で、中間の制動制動ライニング３０ｃの厚
さより少し大きい相互間隔に摩擦環２ａ″及び２ｂ″を
保持するように、大きさを定められている。適当な戻し
ばね２７の選択により、更に摩擦環２ａ″及び２ｂ″の
戻しが中間制動ライニング３０ｃのライニング厚さに合
わされて行われるようにすることができる。それにより
ライニングの摩耗が増大する場合にも、制動ライニング
３０ｃと摩擦環２ａ″及び２ｂ″との間に一定の空隙が
保証される。
【００２７】戻しばね２７を介して離される両方の摩擦
環２ａ″及び２ｂ″を設けることによって、これらの摩
擦環の間で空気が自由に循環できるので、制動装置１″
の良好な通風が行われる。
【００２８】図７に示す固定キヤリパ制動機の代わり
に、２つの摩擦環２ａ″及び２ｂ″を持つ制動装置１″
を可動キヤリパ制動機にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦環及びボスを含む制動装置の軸線に沿う断
面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線による断面図である。
【図３】制動装置の別の実施例の軸線に沿う断面図であ
る。
【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図である。
【図５】図３による実施例のボスの軸線に対して直角な
断面図である。
【図６】図５のＩＶ−ＩＶ線による断面図である。
【図７】固定キヤリパ制動機として構成されて２つの摩
擦環を持つ制動装置の軸線に沿う断面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図であ
る。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線による断面図である。
【符号の説明】
１，１′１″ 制動装置 ２，２′，２ａ″，２ｂ″ 摩擦環 ３，３′，３″ ボス ７′ 取付け素子 １５′ 塑性変形可能な熱絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス−ゲオルク・リーデル ドイツ連邦共和国プフオルツハイム・ホー ヘンツオレルンシユトラーセ104 (72)発明者 デトレフ・ソユロヴスキー ドイツ連邦共和国エスリンゲン・ランゲ ル・ヴエーク54 (72)発明者 ビヨルン・シユパンゲマツヘル ドイツ連邦共和国ジンデルフインゲン・ブ ライヒミユールシユトラーセ25

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制動装置のセラミツク材料から成る摩擦
    環が、ボスのすぐ近くに結合され、ボスが軸頚を包囲し
    て車輪に取付けられるスリーブの形に形成され、ボスの
    外縁が摩擦環の内縁と半径方向に重なり、この重なり範
    囲にボスへ摩擦環を取付けるための取付け素子を持って
    いるものにおいて、摩擦環（２，２′，２ａ，２ｂ）と
    取付け素子（７）との接触面が、塑性変形可能な熱絶縁
    層（１５′）を備えていることを特徴とする、非金属摩
    擦環を持つ制動装置。
  2. 【請求項２】 摩擦環（２）とボス（３）との間の取付
    け素子（７）が環状に配置される複数の取付けピン
    （８）により形成され、これらの取付けピン（８）が摩
    擦環（２）とボス（３）の重なり合う縁を貫通し、取付
    けピン（８）が塑性変形可能な熱絶縁スリーブ（１５）
    で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の
    制動装置。
  3. 【請求項３】 ボス（３）が取付けピン（８）を受入れ
    るため半径方向係合スリツト（１２）を持っていること
    を特徴とする、請求項２に記載の制動装置。
  4. 【請求項４】 ボス（３，３′）上の取付け素子（７）
    がボス（３，３′）の外縁にあるスプライン輪郭により
    形成され、摩擦環（２，２′，２ａ，２ｂ）の内縁に設
    けられる輪郭がボスの外縁のスプラインに係合し、摩擦
    環（２，２′，２ａ，２ｂ）とボス（３，３′）との接
    触面（１６，２０，１６′，２０′，２６）が、塑性変
    形可能な熱絶縁層（１５′）を備えていることを特徴と
    する、請求項１に記載の制動装置。
  5. 【請求項５】 摩擦環（２，２′，２ａ，２ｂ）が繊維
    強化セラミツク材料の群から成る摩擦材料から成ってい
    ることを特徴とする、請求項１に記載の制動装置。
  6. 【請求項６】 制動装置（１″）が、互いに平行に設け
    られかつボス（３″）に結合される２つの摩擦環（２
    ａ″，２ｂ″）を含んでいることを特徴とする、請求項
    １に記載の制動装置。
  7. 【請求項７】 両方の摩擦環（２ａ″，２ｂ″）の間に
    戻しばね（２７）が設けられて、不使用状態で摩擦環
    （２ａ″，２ｂ″）を互いに離した状態に保つことを特
    徴とする、請求項６に記載の制動装置。
  8. 【請求項８】 各摩擦環（２ａ″，２ｂ″）の両側にそ
    れぞれ１つの制動ライニング（３０ａ，３０ｂ，３０
    ｃ）が設けられ、制動ライニング（３０ａ，３０ｂ，３
    ０ｃ）がキヤリパ（２９）に取付けられ、摩擦環（２
    ａ″，２ｂ″）の間に設けられる両方の制動ライニング
    （３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）が互いに固定的に結合さ
    れ、かつ不使用状態で摩擦環（２ａ″，２ｂ″）の間隔
    より小さい厚さを持っていることを特徴とする、請求項
    ６に記載の制動装置。
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