JP2005090748A - ブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性能を改善できるとともに重量を減少可能な、ブレーキパッド（２２）と合わせて使用される、車両（１２）または回転システム（transrotary system）に設置して使用されるブレーキディスク（１０）を提供する。
【解決手段】 ディスク（１０）は、表側（４０）と裏側（４２）と有し、そのそれぞれに、一連の交互に並んで突出した分割面(protruding segment)（４４）及び窪んだ分割面(indented segment)（４６）が設けられる。ディスク（１０）の一方の側の窪んだ分割面（４６）は、他方の側の突出した分割面（４４）の反対側に位置する。それぞれの突出した分割面（４４）は、ブレーキパッド（２２）に係合するトレーディング面（５２）を有す。交互に並んだ分割面の特定の形状及び相対的な周方向の幅は、使用法により変化する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、輸送車両、より詳細には、ブレーキディスク装置を用いたブレーキシステムに関する。

どのような移動車両、または回転運動（transrotary movement）を行うどのような部材も、回転速度を減少させるために、エネルギーを吸収するためのある種の機構を必要とする。車両を制動するための、最も一般的で最も効果的な方法の１つが、ディスクブレーキシステムである。この種のシステムでは、車輪に固定され、それらと共に回転し、かつ制動した時にディスクの側部に摩擦係合するブレーキパッドが係合される。この種のブレーキ機構が、多くの種類の車両で使用されているが、特にモーターサイクルで人気がある。

最も初期の最も簡単な形式のディスクブレーキは、滑らかな表面と規則的な形状とを有する、簡単で平らなディスクを利用している。しかし、性能に対する要求がより厳しくなるにつれて、様々な修正形態が採用されるようになってきた。より長い制動時間に渡ってより良い摩擦を維持し、パッド及びディスクの寿命を延ばすために、ディスク材料の冷却を改善することを特に目的とした改良がなされてきた。その上、高い強度及び整合性を維持しつつ、特に高性能サイクルのための、ディスクの重量を減少させるための修正が行われてきた。

ディスク表面の換気穴及び不規則な端部の構造を含む、様々なディスク構造が利用されてきた。より人気のある技術革新の１つが、１９９８年に本発明者により導入されたが、これには、ディスクの幅がブレーキパッドの幅より小さく、一度にパッドの一部分のみがディスクに接触する、波状のパターン（indulating pattern）で形成されたディスクリムを備えるものである。このような多様性を有するディスクが、ブレーキング イタリア社（Ｂｒａｋｉｎｇ Ｉｔａｌｉａ）及びその関連会社より、ＷＡＶＥという登録商標で販売されている。

制動システム及びディスクブレーキにおける大きな課題に、制動により多量の熱エネルギーが生成するので、そのエネルギーの吸収により、特に過熱及び摩擦損失を処理しなければならない。放散及び熱の吸収の処理は、依然、本業界における懸念事項であり、改良すべき事項である。

改良された構造を求める要求が依然根強くあり、したがって、優れた冷却特性と合わせて、改良された制動特性と最適化された重量及び強度とを提供するディスク形態が必要とされている。

したがって、本発明の一目的は、先行技術による入手可能なものと比べて、より良い熱放散特性を実現する、車両、特にモーターサイクル用の、新規で改良されたブレーキディスクを提供することである。

本発明の別の目的は、より素早い制動作用を促進するために、効果的な摩擦を増加させるブレーキディスクを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、多様な車両において利用され得るブレーキディスクを提供することである。

本発明のさらなる目的は、多種多様なシステムに装着するよう適応でき、かつ多種多様なパッド構造で使用されるブレーキディスクを提供することである。

簡単に言えば、本発明の１つの好ましい実施形態が、車輪のハブに設置されるよう適応されたブレーキディスクである。好ましいブレーキディスクは、モーターサイクル及びモーター駆動サイクル（motor-driven cycles）で使用されるよう、特に適応されている。このブレーキディスクは、多様なハブ及び車輪と結合し、かつそれらに設置され、異なる種類の従来のブレーキキャリパ及びパッドに係合するよう適応されている。

好ましいブレーキディスクは、放射状及び側方に、不規則な形状を有し、交互に並んだ分割面(segment)により、異なる表面がブレーキパッドに接触する（またはそれから分離される）。ディスクは、車両に装着される時には、ハブ車軸の周囲に中心軸が並べられる。ディスクはまた、中心軸に垂直であり、かつディスク本体と交わるディスク基準面を有する。

ディスクは、外側のリムと内側のリムとを有し、内側のリムは、様々な間隔を置いた場所に、ハブに取り付けるのを容易にするためのボルトノッチ（bolt notches）を有す。ディスクはまた、表面（側）と裏面（側）を有し、表面は車輪から離れた面となっている。ディスクの板厚は、どの点においても、ディスク基準面と交わらないようになっている。好ましいディスクは、実際には、どのようにハブに装着されたかにより、少なくともいずれかの面が表または裏となるような、左右対称である。しかし、ディスクは、決してディスク基準面を中心とした表裏対称ではない。

ディスクのそれぞれの面は、ディスク基準面から異なる軸方向の距離に延在する、突出した分割面(protruding segment)と窪んだ分割面(indented segment)の形で、交互に並んだ分割面(segment)を含む。突出した分割面は、さらに軸方向に延在して、制動した時にはブレーキパッドに当接し、窪んだ分割面は、突出した分割面より少なく延在し、ブレーキパッドには接触しない（過剰に磨耗した場合を除く）。突出した分割面は、窪んだ分割面より周方向の幅が広く、キャリパが作動した時には、ディスクのより大きな部分がブレーキパッドに接触する。様々な分割面は、表の窪んだ分割面は裏側の突出した分割面の反対側となり、裏の窪んだ分割面は表の突出した分割面の周方向の反対側となり、全体に一貫性のある本体強度が維持されるよう配置される。

本発明の利点は、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面及び窪んだ分割面により、連続的な表面構成と比べて、改良された熱放散及びより良い冷却が実現されることである。

本発明の別の利点は、不規則な形状の突出した分割面により、ブレーキパッドの磨耗の釣り合いがとれ、かつ最適化され、したがってその寿命が延びることである。

本発明のさらなる利点は、窪んだ分割面により、ブレーキパッドの一部分が制動中にブレーキディスクと摩擦接触しないので、パッド及びディスクが冷却され得ることである。

本発明の別の利点は、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面及び窪んだ分割面により、ディスク上にパッドによって加えられる特定の圧力に急速に変更がなされる。したがって、他のディスク設計と比べて、より良い初期グリップが実現されることである。

本発明のさらに別の利点は、ムラ（variegated）のある表面により、使用中にブレーキパッド表面のクリーニング（beading）が促進される。したがって、本体の平滑化が防止され、パッドの寿命が延びる助けとなる。

本発明のなお別の利点は、ディスク全体には延在する穴または開口部がなく、したがって、ブレーキシステムの動作を妨げる恐れのある様々なごみ(debris)などによる障害を起こす可能性が最小限に抑えられることである。

本発明のなおさらなる利点は、不規則な外側のリム表面、及びそれより少ない度合いの不規則な内部リム表面により、より大きい表面領域が設けられ、周囲への熱放散が増加し、その結果、冷却が改善されることである。

本発明のさらに別の利点は、窪んだ分割面により、ディスク全体がより軽くなり、その結果、製造材料が節約され、使用中の車両に対する全重量が減少することである。

本明細書に記載し、かつ図面内のいくつかの図で例示した、現在知られている、好ましい実施形態についての発明を実施するための最良の形態及び産業上の利用可能性における記述から、当業者には、本発明の上記の及び他の目的及び利点が自明となろう。

本発明の目的及び利点は、添付図面と合わせた以下の詳細な記述により、自明となろう。

本発明の好ましい実施形態は、ディスクタイプのブレーキを備えた、車両において、特にモーターサイクル、モーター駆動サイクル（motor-driven cycles）、及び自転車に適応されるブレーキディスク装置である。本発明の好ましい実施形態は、図面内のいくつかの図に例示され、一般参照符号１０で識別される。

車両１２（一部のみ示されている）に設置された、好ましいブレーキディスク１０が、図１に例示されている。好ましい実施形態１０の他の図が、図面の図２、図３、及び図４に例示されており、ここでの記述は、これらの図のすべてについて言及するものである。車両１２は、一般にモーターサイクルであるが、ディスクブレーキを利用する他の車両及び回転機構（transrotary mechanisms）も、本発明から便益を得ることができよう。図１の透視図は、車輪１８の車軸１６のハブ１４に装着されたディスク１０を示す図である。ブレーキパッド２２を含むキャリパ２０を含む、従来のディスクブレーキ機構のその他のものが、本発明によるディスク１０と合わせて例示されている。これらの機構は、図３に、より明確に例示されている。ディスク１０以外のブレーキ機構は従来のものであり、本発明の一部を形成するものではないことを理解されたい。

ディスク１０は、設置された場合に車軸１６を貫通する中心軸２４を中心として配置されている（図２及び図３参照）。ディスク１０は中心軸２４を中心として放射形対称であるとは断定できないが、一般に、ディスク１０自体に中心穴を有する平らなリングの形である場合は、そうである。ディスク自体は、中心軸２４に垂直に交わり、かつディスク１０の本体を放射状に貫通するようにディスク基準面２６を中心として並べられている（図２及び図４参照）。

ディスク１０は、不規則な外側のリム２８と不規則な内側のリム３０とを有す。内側のリム３０は、ボルト３４を受け、かつハブ１４への装着を容易にする複数のボルトノッチ３２（bolt notches）を有す。外側のリム２８と内側のリム３０の両方が、規則的な表面に比べて、表面領域を増加するようにされた不規則な端部表面を有する。この実施形態は、周方向に交互に並んだ、湾曲した端部部分３６及び角のある端部部分３８を示している。リム上の増加した表面領域により、制動中及び制動後の周囲（空気）への熱放散が改善され、したがって、冷却が改善され、ディスク及びブレーキパッドの寿命が延びる。

ディスク基準面２６に対して互いに対向する、表側４０と裏側４２とを有するディスク１０が見られる（図２及び図４参照）。表及び裏という呼称はやや恣意的なものであり、少なくとも最初の４枚の図に示されている実施形態においては、ディスク１０がハブ１４に装着される方向によって決まる。表側４０及び裏側４２は、同じパターンの形状がそれぞれの上に現れているという点で、機能的に見て対称である。しかし、このパターンは、少し(a few degrees)回転されている。

本発明の主な特徴は、ディスク１０の表面が、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面４４と窪んだ分割面４６とを含むことである。これらの周方向に交互に並んだ分割面により、ブレーキパッド２２との係合の度合いが異なり、効果的な制動作用及び冷却特性が促進される。ディスク表面の一方の側の窪んだ分割面４６は、反対面の突出した分割面４４の常に反対側にあるが、その逆の場合はない。

この実施形態１０は、２つの形式の突出した分割面４４を含む。これらの外見がアメリカ合衆国の州の形状に類似していることから、この２種の分割面を、本明細書においては、「オハイオ（Ｏｈｉｏ）」分割面４８及び「インディアナ（Ｉｎｄｉａｎａ）」分割面５０と呼ぶ（特に、図３参照）。インディアナ分割面５０は、さらに内側のリムに延在し、ボルトノッチ３２内で終了する。

それぞれの突出した分割面４４が、リーディングエッヂ（leading edge）５２とトレーリングエッヂ（trailing edge）５４とを有する。これらの呼称は、ブレーキパッド２２（図１及び図３参照）との界面を指し、車両１２の移動方向及びハブ１４に対するディスク１０の向きにより変化する。リーディングエッヂ５２により、ブレーキパッド２２の表面との「係合（gripping）」が増加し、車両１２のより素早い減速が促進される。リーディングエッヂ５２及びトレーリングエッヂ５４の部分により、熱放散を助けるための本体表面も増加する。

窪んだ分割面４６は、１つの突出した分割面の隣接するトレーリングエッヂ５４と、その次の突出した分割面４４のリーディングエッヂ５２との間に介在する区域を画定する。ブレーキパッド２２は、窪んだ分割面４６の反対側に位置する場合には、ディスク１０に物理的に接触せず、冷却及び熱放散がなされる。図２〜図４の実施形態においては、それぞれの窪んだ分割面は、その端部で（外側のリム２８及び内側のリム３０で）開放され、これにより、そこを通る水平方向の空気流が促進され、冷却プロセスが助けられる。図１及び図５〜図８に例示されている代替実施形態に示されるように、リーディングエッヂ５２及びトレーリングエッヂ５４は、常にブレーキパッド２２に放射状に配置されるわけではない。使用される種類により、０°〜４５°の間の角度が、その入射角として許容されることが分かっている。

表側４０及び裏側４２のブレーキパッド係合表面に、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面４４と窪んだ分割面４６とが設けられる。窪んだ分割面４６は、突出した分割面４４より周方向の幅が狭い。図４の横断面図に特に明らかであるが、分割面のパターンは、ディスク１０の対向する側で回転し、それぞれの窪んだ分割面４６が、突出した分割面４４の軸方向の反対側となる。このことにより、最小の厚さ部分５６を含むディスクのすべての部分で最小の本体の厚さが維持され、ディスク自体の強度が窪みによって損なわれることがない。ディスクのある部分が、最大の厚さ部分５８で、より大きい本体の厚を有することに留意されたい。ここで、ディスク１０のそれぞれの側の突出した分割面４４は放射対称である。窪んだ分割面４６が、突出した分割面４４の幅の１０％〜４０％の間の円周幅を有する場合に、最良の結果が得られると信じられている。つまり、制動中、ブレーキパッドとの接触面が非接触面より大きいことが、常に維持されるということである。

図５は、符号６０で表された、本発明の第１の代替実施形態に係るブレーキディスクを示す図である。このブレーキディスク６０は、本質的に互いに類似な突出した分割面４４を有し、入射時にブレーキパッド２２に本質的に放射状に直角のリーディングエッヂ５２を有する。その上、ボルトノッチ３２は、他の実施形態に係るブレーキディスクに比べて、内側のリム３０からより離れた距離で、ハブに接続するためのボルト穴と置き換わる。このような設計は、ある種の車両における特殊な使用のためのものである。

図６は、符号６２で表された、本発明の第２の代替実施形態に係るブレーキディスクを示す図である。このブレーキディスク６２は、不規則な形状の突出した分割面４４を含み、内側のリム３０に到達する前に切られた、ある窪んだ分割面４６を有する。さらに、リーディングエッヂ５２及びトレーリングエッヂ５４は、前の実施形態に係るブレーキディスクに比べて、それ程規則的な形状ではなく、ブレーキパッドに対して角度が付いている。

図７は、符号６４で表された、本発明の第３の代替実施形態に係るブレーキディスクを示す図である。このブレーキディスク６４は、非常に不規則な形状の突出した分割面４４と窪んだ分割面４６とを含む。リーディングエッヂ５２及びトレーリングエッヂ５４もまた、ブレーキパッド２２に対して角度が付いている。

図８は、符号６６で表された、本発明の第４の代替実施形態に係るブレーキディスクを示す図である。このブレーキディスク６６においては、突出した分割面４４はやや不規則であり、窪んだ分割面４６は、すべてが内側のリム３０に貫通しているわけではない。さらに、リーディングエッヂ５２及びトレーリングエッヂ５４は、規則的ではあるが、角度が付いており、示されている他の実施形態に係るブレーキディスクとは異なった配向である。

本発明の好ましいブレーキディスク１０、６０、６２、６４、及び６６は、ＡＩＳＩステンレス鋼から構築されるが、他の種類の鉄鋼、鋳鉄、軽合金、チタン、他の構造金属、及びセラミックスなどの、他の様々な素材からも作られ得る。ディスクの軸方向の厚さは、一般に、最小の厚さ部分５６で１〜１９ミリメートル、及び最大の厚さ部分５８で２〜２０ミリメートルである。しかし、これは、ディスク１０が使用されるブレーキ機構の種類および提案される使用法により、異なり得る。さらに、ディスクの代表的な直径は、約１６０〜６００ミリメートルであり、外側のリム２８と内側のリム３０との間の軸方向の幅間隔は、約１５〜１００ミリメートルである。しかし、すべての材料及び寸法は、関係する使用法及びブレーキ機構により、変化し得る。

突出した分割面４４及び窪んだ分割面４６の特定の配置は、所望の使用法により変化し得、酷使する場合には、冷却を最大限にするために、より広い窪んだ分割面４６を有する。さらに、突出した分割面の形状は、多様な環境により、変化し得る。特定のハブ１４に対するボルト３４の位置は、ボルトノッチ３２の位置により決められる。

上述した好ましいディスク１０は、ＡＩＳＩステンレス鋼から構築されるが、他の様々な素材を開発し、または利用しても、同様の結果が得られることを理解されたい。同様に、上述した正確な形状及び寸法は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、変更されることがある。さらに、様々な実施形態について上記に記載してきたが、これらは単に例として示したものであり、限定的なものではないことを理解されたい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に記述し、かつ表した単なる実施形態ではなく、本発明の趣旨及び範囲全体を包含するものであると解釈すべきである。

本発明は、従来のディスクブレーキシステム、特にモーターサイクルで使用されるものと合わせて使用されるよう適応されている。本発明によるブレーキディスク１０は、ブレーキディスクに特別の応力がかかる、競争用及び高性能サイクル類で使用されるよう特に適応される。この応力は、物理的応力や熱応力の両方である。したがって、突出した分割面のリーディングエッヂ５２とのブレーキパッド２２の係合によって実現される、改良された制動特性により、使用中の制動が改善され、一方、窪んだ分割面４６によって実現される、改善された冷却及び熱放散により、ブレーキシステムが、使用中、より長い時間に渡って効果的に機能し続け、構成部品の寿命が延びる。その上、本発明によるブレーキディスク１０の構成全体がより軽くなるため、グラム単位の重さが重要である高性能車両に対して利点が得られる。

上記の理由、及び他の理由により、本発明によるブレーキディスクは、産業上の利用可能性及び商業の有用性を有することが期待され、これらは共に、有効でありかつ持続性のあるものである。

車両のハブに設置された、本発明によるブレーキディスクを示す側部立面図である。 独立して示された、好ましいブレーキディスクを示す斜視図である。 図２のディスクを示す前部平面図である。 図３のライン３−３に沿った横断面図である。 本発明の第１の代替実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。 本発明の第２の代替実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。 本発明の第３の代替実施形態に係るブレーキディスクの平面図である。 本発明の第４の代替実施形態に係るブレーキディスクの前部平面図である。

符号の説明

１０ ブレーキディスク
１２ 車両（モーターサイクル／自転車）
１４ ハブ
１６ 車軸
１８ 車輪
２０ ブレーキキャリパ
２２ ブレーキパッド
２４ 中心軸
２６ ディスク平面
２８ 外側のリム
３０ 内側のリム
３２ ボルトノッチ
３４ ボルト
３６ 湾曲した縁部分
３８ 角のある縁部分
４０ 表側
４２ 裏側
４４ 突出した分割面
４６ 窪んだ分割面
４８ 「オハイオ」分割面
５０ 「インディアナ」分割面
５２ リーディングエッヂ(leading edge)
５４ トレーリングエッヂ(trailing edge)
５６ 最小の厚さ部分
５８ 最大の厚さ部分
６０ ブレーキディスク
６２ ブレーキディスク
６４ ブレーキディスク
６６ ブレーキディスク

Claims (15)

1. ディスクに軸方向に係合するブレーキパッドを備えたディスクブレーキシステムと共に使用されるブレーキディスクであって、
   中心軸を中心として軸方向に並べられ、かつ内側のリムと外側のリムとを有するディスク部材と、ディスク基準面に対して表面及び裏面とを備え、
   それぞれの前記表面及び裏面に、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面（prot ududing segment）及び窪んだ分割面(indented segment)が設けられ、前記突出した分割 面が、前記ブレーキパッドに物理的に係合するよう適応されるブレーキディスク。
2. それぞれの前記突出した分割面は、前記ブレーキパッドと係合し、握持されるリーディングエッヂ（leading edge）を有す請求項１に記載のブレーキディスク。
3. それぞれの前記リーディングエッヂは、＋４５°〜−４５°の間の範囲で、前記ブレーキパッドとの入射角を有する請求項２に記載のブレーキディスク。
4. それぞれの前記窪んだ分割面は、前記外側のリム及び前記内側のリムに開放され、そこを通る空気流が促進される請求項１に記載のブレーキディスク。
5. 前記外側のリム及び前記内側のリムのそれぞれの形状は、熱放散のために増加された表面領域を提供するよう貝殻状である請求項１に記載のブレーキディスク。
6. それぞれの前記突出した分割面は、隣接して窪んだ分割面よりも、周方向の幅が広い請求項１に記載のブレーキディスク。
7. 前記突出した分割面に対する前記窪んだ分割面の前記周方向の幅の比が、１０％〜４０％の範囲である請求項６に記載のブレーキディスク。
8. 回転運動（transrotary motion）の適用形態において使用されるディスク制動システムにおいて、
   ブレーキディスクの表面に係合するブレーキパッドを有し、該ディスク制動システムでは、
   前記ブレーキディスクの前記ブレーキパッド係合表面に、周方向に交互に並んで配置した、前記ブレーキパッドに係合するための突出した分割面と、冷却を促進するための窪んだ分割面とを設けたディスク制動システム。
9. それぞれの前記突出した分割面は、それに隣接する前記窪んだ分割面よりも、周方向の幅が広い請求項８に記載のディスク制動システム。
10. それぞれの前記窪んだ分割面は、前記突出した分割面の幅の４０％未満の周方向の幅を有する請求項９に記載のディスク制動システム。
11. そこからの熱放散を助けるために、拡大された表面領域が設けられるよう、不規則な形状の外側のリムと不規則な形状の内側のリムとをさらに含む請求項８に記載のディスク制動システム。
12. 前記ディスクの対向する面は、両面とも、周方向に交互に並んで配置した、突出した分割面及び窪んだ分割面を有し、１つの表面上の前記窪んだ分割面が、前記対向する表面上の突出した分割面の軸方向の反対側に位置する請求項８に記載のディスク制動システム。
13. それぞれの前記突出した分割面は、それに隣接する前記窪んだ分割面よりも、周方向の幅が広い請求項８に記載のディスク制動システム。
14. それぞれの前記突出した分割面は、前記ブレーキパッドの表面に係合し、握持されるリーディングエッヂを有する請求項８に記載のディスク制動システム。
15. それぞれの前記リーディングエッヂが、４５°未満の放射状の角度で、前記ブレーキパッドに係合するよう適応された請求項１４に記載のディスク制動システム。
    

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