JP2004211894A - １ピースブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる素材を用いて２ピース鋳造していたブレーキディスクを１ピースで製作することを課題とする。
【解決手段】 ブレーキディスク（１０）は、所定幅を有するハブ（１４）を備える。複数の連結スポーク（１６）は、それぞれ、その第１の端がハブ（１４）の外周の所定位置に連結される。２つの半径方向に対向する環状部材を有する摩擦リング（１２）が設けられ、この摩擦リング（１２）のそれぞれは、外側制動面（３８）および所定の複数の連結スポーク（１６）の半径方向に対向する外縁面（４４）につながる内面を（４２）有する。複数のフィン（３２）が、２つの半径方向に対向する環状部材（３４、３６）の内面間および連結スポーク（１６）の近接して配置される面間に配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、包括的にブレーキディスクに関する。より詳細には、本発明は、追従性のある（compliant）スポークを有する１ピースブレーキディスクに関する。

従来の１ピース車軸に取り付けたブレーキディスクは、ハブを摩擦リングに連結する放射状スポークを組み込んでいた。摩擦リングは、制動中に発生する熱によりハブに対して膨張する。このような構成の場合、摩擦リングが膨張する全体の量の伸びがスポークには要求される。このことは、ハブと摩擦リングの間の距離によって長さが制限されているスポークに大きな力がかかる。さらに、連結スポークの引張は、ハブを車軸から引き離そうとし、それによって、制動トルクに抗するのに必要とされるプレス嵌め（press-fit）力を減ずる。これらの２つの要因は、このように設計されたブレーキディスクの動作温度を制限する。

従来の、別のブレーキディスク製造法は、摩擦リングとハブを取り付けるのに連続ベル形フランジを用いることを要件としていた。摩擦リングの熱膨張下、ベル形フランジは、ある程度の熱膨張を許容するが、その素材にはかなりのフープ応力（hoop stress）を生じる傾向がある。この従来法は、摩擦リングおよび連結フランジ／ハブについて異なる素材を有する２ピース鋳造を用いていた。２ピース法により、素材がディスクでのそれぞれの機能を最適化することが可能となるが、この方法には製造上の問題があった。

本発明の一つの態様は、概して、１ピースブレーキディスクを特徴とする。このブレーキディスクは、所定幅を有するハブを含む。所定の構成を有する所定の複数の連結スポークがあり、この連結スポークの第１の端は、ハブの外周の所定位置に配置されて連結される。ブレーキディスクはまた、半径方向に対向する２つの環状部材を有する摩擦リングであって、この環状部材のそれぞれは、外側制動面、および所定の複数の連結スポークの、半径方向に対向する外縁面につながる内面を有する、摩擦リングを備える。所定の構成を有する所定の複数のフィンが、２つの半径方向に対向する環状部材の内面間、および連結スポークの、近接して配置される面間に配置される。

本発明の別の態様は、概して、ブレーキディスクにおいて使用するための連結スポークを特徴とする。このスポークは、その第１の端がハブと係合可能であるとともに該ハブに連結可能である細長い部材である。この細長い部材は、所定の構成および所定横断面を有する。連結スポークの第２の端は、ディスクブレーキ内に組み立てられる際に、２つの半径方向に対向する環状部材の内面間に該環状部材の外周に密接して配置される。

本発明の目的は、ブレーキディスクが機能可能な動作温度を上昇させることにある。

本発明の別の目的は、熱膨張が必要な方向には追従するが衝撃に抗するのに必要な方向には剛性がある、ブレーキディスクのスポークを製作することにある。

本発明のさらに他の目的は、ブレーキディスクのスポークにかかる応力を減少させることにある。

本発明のさらに別の目的は、湾曲で負荷がかかった時の、材料のより優れた疲労特性により利益を得るブレーキディスクを得ることにある。

上述したブレーキディスクの目的および利点のほかに、本発明の様々の目的および利点が、本発明の以下のさらに詳細な説明により、特に、かかる説明を添付の図面および添付の特許請求の範囲とともに考慮すれば、同技術分野および関連技術分野の当業者にはより容易に分かるであろう。

次に本発明を、添付の図面（複数）を参照しながら、特定の好適な実施形態により説明する。

本発明のさらにより詳細な説明に進む前に、本発明の理解を明瞭にするため、図面に示された複数の図中、同一の機能を有する同一の構成部品は同一の参照符号で識別されることに留意されたい。

図１は、摩擦リング（１２）、ハブ（１４）、および複数の連結スポーク（１６）から構成される本発明の１ピースブレーキディスク（１０）を示している。摩擦リング（１２）は、それぞれが外側制動面（３８）を有する２つの半径方向に対向する環状部材（３４、３６）を有する。内面（４２）が、連結スポーク（１６）の半径方向に対向する外縁面（４４）につながっており、かつ複数の放射状フィン（３２）にもつながっている。ハブ（１４）部分は、車軸にプレス嵌めするように作製され得る。連結スポーク（１６）は、ディスクの半径に略直角であり、摩擦リング（１２）が熱負荷下で自由に膨張できるように成形される。

本発明は、熱膨張が必要な方向には追従的であるが衝撃に抗するに必要な方向には剛性がある連結スポーク（１６）（図１および図２）を製作することにより、従来技術のブレーキディスクの欠点を改善する。これらの好ましい特質は、連結スポーク（１６）の形状および横断面の効用である。連結スポーク（１６）は、ハブ（１４）から出て、直線部分に移行する弧状部分を含む。この直線部分は、ブレーキディスク（１０）の半径に略直角である。連結スポーク（１６）の第２の部分は、直線部分から摩擦リング（１２）へスムースに移行するとともにハブから所定角度で半径方向外向きに一続きになっている弧状部分を含む。摩擦リング（１２）が熱膨張を受けると、連結スポーク（１６）は外向きに湾曲する。この動きにより、ハブ（１４）に対する摩擦リング（１２）のわずかな回転が得られる。膨張方向（略直角な方向）に対する連結スポーク（１６）の長さおよび角度により、膨張している摩擦リング（１２）に対応するのに必要とされる角度変位量が最小となる。このように変位が制限されることで連結スポーク（１６）にかかる応力が減少する。

さらに、連結スポーク（１６）の横断面は、その厚さよりもかなり幅が広い。このような形状によっても、摩擦リング（１２）が膨張した際に連結スポーク（１６）にかかる応力が減少する。さらに、このような構成は、湾曲で負荷がかかった時の、より優れた疲労特性により利益を得る。

連結スポーク（１６）の形状は概ね直線である。この形状により、ブレーキディスク（１０）にかかる半径方向の衝撃負荷が、衝撃方向と概ね一致する一組の連結スポーク（１６）の引張／圧縮の際に吸収される。連結スポーク（１６）は、湾曲の際よりも引張／圧縮の際によりいっそう剛性が高まり、そのため、衝撃負荷に対するブレーキディスク（１０）の追従性が最小となる。

同様に、制動中に発生するトルク力もまた、引張／圧縮の際に連結スポーク（１６）に影響を及ぼす。摩擦リング（１２）およびハブ（１４）の剛性は連結スポーク（１６）に比較して非常に高く、そのため、連結スポーク（１６）間に制動トルクが均一に分散することが確実となる。

連結スポーク（１６）を、特にえり抜きの追従性のあるデザインとしたことにより、半径方向直線スポークを用いる場合に可能であるよりも高い温度で、ブレーキディスクを用いることが可能となる。また、摩擦リング（１２）の膨張により、従来技術の場合に比べて、車軸からハブ（１４）が引き離される程度がかなり小さくなる傾向にある。

本発明のデザインにより、所望の場合に当該ブレーキディスクを単一ユニットとして鋳造することが可能であり、金属、セラミックス、または炭素繊維等、種々の材料から製造することができる。

本発明を、特定の好適な実施形態の詳細な説明により説明してきたが、当業者には、添付の特許請求項に記載の精神または範囲から逸脱することなく等価物の各種代替形態がなされ得ることは容易に分かるであろう。それゆえ、本発明は、添付の請求項だけではなく、下記の項目に記載の概念も、その保護対象とすることができる。
（１）前記連結スポークは、少なくとも２つの直線部分および少なくとも２つの弧状部分を有する、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
（２）単一ピースとして鋳造される、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
（３）所定の金属組成物からなる、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
（４）炭素繊維からなる、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
（５）所定のセラミック組成物からなる、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
（６）ブレーキディスクにおいて使用するための連結スポークであって、ハブと係合可能であるとともに該ハブに連結可能である第１の端を有する細長い部材であって、所定の外形、所定の横断面、およびディスクブレーキ内に組み立てられたときに２つの半径方向に対向する環状部材の内面間に該環状部材の外周に密接して配置される第２の端を有する細長い部材を備える、ブレーキディスクにおいて使用するための連結スポーク。
（７）前記連結スポークは、第１の端が所定角度で前記ハブに連結され、所定角度で直線部分の第１の端となるように弧状になっており、前記直線部分は、前記ブレーキディスクの半径に対して略直角に配置され、第２の端が所定角度で摩擦リングに向って弧状になっており、該連結スポークは、前記第２の端まで半径方向外向きにひと続きになっており、前記第２の端は、前記２つの半径方向に対向する環状部材の前記内面間、および近接して配置される連結スポーク間に配置される、上記（６）項に記載のブレーキディスクにおいて使用するための連結スポーク。
（８）厚さよりかなり幅が広い横断面を有する、上記（７）項に記載の連結スポーク。
（９）前記環状部材のそれぞれの外端に近接した第２の端を有する、上記（７）項に記載の連結スポーク。
（１０）所定の金属組成物からなる、上記（７）項に記載の連結スポーク。
（１１）炭素繊維からなる、上記（７）項に記載の連結スポーク。
（１２）所定のセラミック組成物からなる、上記（７）項に記載の連結スポーク。

ブレーキディスクの側面部分断面図である。 ブレーキディスクの端部断面図である。

符号の説明

１０ ブレーキディスク、１２ 摩擦リング、１４ ハブ、１６ 連結スポーク、３２ フィン、３４ 環状部材、３８ 外側制動面、４４ 外縁面。

Claims (5)

1. １ピースブレーキディスクであって、
   所定幅を有するハブと、
   複数の連結スポークであって、この連結スポークの第１の端は前記ハブの外周の所定位置に配置されて連結される、複数の連結スポークと、
   半径方向に対向する２つの環状部材を有する摩擦リングであって、前記環状部材のそれぞれは、外側制動面、および前記複数の連結スポークの、半径方向に対向する外縁面につながる内面を有する、摩擦リングと、
   複数のフィンであって、前記２つの半径方向に対向する環状部材の前記内面間、および前記連結スポークの近接して配置される面間に配置される、複数のフィンと
   を備える１ピースブレーキディスク。
2. 前記連結スポークは、前記環状部材のそれぞれの外周縁に近接する第２の端を有する、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
3. 前記フィンの外縁は、前記環状部材のそれぞれの外周縁に密接する、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
4. 前記連結スポークは、少なくとも１つの直線部分および少なくとも１つの弧状部分を有する、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。
5. 前記ハブの前記所定幅は、前記摩擦リングの前記制動面の幅よりも大きい、請求項１に記載の１ピースブレーキディスク。

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