JP2006144854A - ブレーキディスク - Google Patents

Abstract

【課題】制動時における摺動体の熱倒れを極力防止することができるブレーキディスクを提供する。
【解決手段】ブレーキディスクは、車軸に取り付けられる本体部１１及びその周囲の外周フランジ部１６を具備してなるハブ１と、当該ハブの外周フランジ部１６に対して複数の締結ボルト４により固着される環状の摺動体３とを備える。前記外周フランジ部１６には、締結ボルト４を装着するための複数の締結孔１７が設けられると共に、一群の締結孔１７とハブ本体部１１との間の環状帯領域には、ディスクの半径方向に対して周方向へ一様に傾斜した複数の連結枝１８が設けられている。各連結枝１８のディスク半径方向に対する傾斜角度θ１は４５°以上９０°以下に設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディスクブレーキ用のブレーキディスクに関するものである。

一般にブレーキディスクは、車軸への取付部であるハブと、ブレーキキャリパの制輪子（ブレーキシューやブレーキライニング）と摩擦接触させるべく前記ハブの周囲に設けられた環状円盤形の摺動部（制動部）とから構成されている。従来、ハブと摺動部とを一体鋳造したブレーキディスクが知られている。一体型のディスクでは図６に示すように、摺動部の内周側根元部がハブに強固に固定されているために、制動時の摩擦熱で摺動部が熱膨張した際、ディスクの中心軸線Ｃと平行な方向へのモーメントが生じ、摺動部が車軸方向に傾くように変形する現象（この現象を「熱倒れ」と呼ぶ）が知られている。熱倒れは、それ単独で又はディスクの取付精度の低さに起因した摺動面振れと相俟ってディスクの偏摩耗を生じさせ、ひいては制動時における制動トルクの不安定化や不快なブレーキ振動の原因となる。このため、熱倒れを極力防止するための対策が種々提案されている。

特許文献１のディスクブレーキ用ディスクプレートは、「円環状の制動部材の内周部に、制動部材と別体にされた取付部材の端部が重ねられ、前記両部材がそれらを貫通する連結ピンで連結されたものにおいて、連結ピンを挿通する両部材の孔の一方または両方が径方向に長い長孔になっている」ものである。つまり、連結ピン用の孔を径方向に長孔化することで、制動部材の熱膨張時における取付部材（ハブ）による拘束を緩和し、制動部材がディスクの半径方向外向きに熱膨張することを容易にして、制動部材の熱倒れを極力防止せんとするものである。しかしながら、特許文献１のように連結ピン用の孔を長孔化すると、取付部材（ハブ）に対する制動部材の姿勢保持力が低下し、摺動面の振れ精度を高精度に保つことが難しくなる。このため、特許文献１の技術も、総合的な評価としてはディスク偏摩耗の回避につながらない。

特許文献２のディスクブレーキ用ベンチレーテッドディスクは、摺動部たる摩擦トラックが支持ディスクハブに対して、その支持ディスクハブの周囲に放射状に配設された複数のピンを介して連結されたものであって、各ピンの外端部が摩擦トラック内に埋設・固定される一方で、各ピンの内端部が支持ディスクハブ内に半径方向に摺動可能なインサートとして収容されているものである。つまり、摩擦トラックの内周側に固定されたピンを、支持ディスクハブに対して半径方向に摺動可能としておくことにより、摩擦トラックの熱膨張時における支持ディスクハブによる拘束を緩和し、摩擦トラックがディスクの半径方向外向きに熱膨張することを容易にして、摩擦トラックの熱倒れを極力防止せんとするものである。この構造によれば、支持ディスクハブによる複数のピンを介した摩擦トラックの姿勢保持性も悪くなく、摺動面の振れ精度を高精度に保つことも可能である。

しかしながら、特許文献２のディスクを製造するためには、複数のピンを砂型（中子）内に収めた状態で摩擦トラック及び支持ディスクハブを一体鋳造し、その後に機械加工によって摩擦トラックと支持ディスクハブとを切り離し、両者間に残された一群のピンによって両者を連結した状態に導くという複雑な工程を経る必要がある。この製造方法には、ピンを中子内に仮保持する際の位置決め精度をいかに確保するかという問題や、型内にピンを含んだ状態で鋳造することに起因してピンと他の肉部との界面に生じた酸化物が、ピンの固定強度を低下させたりピンの摺動性を悪化させたりするおそれがあるなど製造上多くの問題がある。このため、特許文献２のディスクは、製造コストが高くつく一方で、そのコストに見合うだけの品質や性能を確保することが難しいという欠点がある。

実開昭６１−１０４８４２号の全文明細書及び図面 特表２００３−５２６０５８号

本発明の目的は、従来の技術とは異なる解決手法により、制動時における摺動部又は摺動体の熱倒れを極力防止することができるブレーキディスクを提供することにある。

請求項１の発明は、ハブと、その周囲に設けられた環状の摺動部とを備えたブレーキディスクにおいて、前記摺動部の内周部が前記ハブの本体部に対し複数の連結枝を介して連結されるとともに、各連結枝がディスクの半径方向に対して周方向へ傾斜した状態で設けられていることを特徴とするブレーキディスクである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のブレーキディスクにおいて、前記各連結枝のディスク半径方向に対する傾斜角度（θ１）が、４５°以上９０°以下であることを特徴とする。

請求項３の発明は、車軸に取り付けられる本体部及びその本体部の周囲に設けられた外周フランジ部を具備してなるハブと、当該ハブの外周フランジ部に対して複数の締結具により固着される環状の摺動体とから構成されるブレーキディスクにおいて、前記ハブの外周フランジ部には、前記各締結具を装着するための複数の締結部がハブの中心軸線（Ｃ）を中心として等角度間隔で設けられると共に、当該外周フランジ部における前記一群の締結部とハブの本体部との間の領域において、ディスクの半径方向に対して周方向へ一様に傾斜した複数の連結枝が設けられており、各連結枝のディスク半径方向に対する傾斜角度（θ１）が、４５°以上９０°以下であることを特徴とするブレーキディスクである。

［作用］
制動時の摩擦熱でディスクの摺動部又は摺動体の全体が半径方向外向き（拡径方向）に熱膨張すると、摺動部又は摺動体の内周部をハブの本体部に連結している各連結枝が拡径方向に引っ張られる。すると、ディスクの半径方向に対して周方向へ傾斜した状態で設けられた各連結枝は、摺動部又は摺動体の拡径方向への熱膨張に追従して連結枝の傾斜角度が小さくなる方向に変形する。この変形により、摺動部又は摺動体の内周部とハブ本体部との間隔が微増調整され、摺動部又は摺動体の熱膨張に起因する拡径方向への引っ張り力がハブ本体部に及ぶことが緩和される。その後、一旦膨張した摺動部又は摺動体が半径方向内向き（縮径方向）に収縮するときには、各連結枝が元の傾斜角度に復帰する方向に変形することで、摺動部の内周部とハブ本体部との間隔が膨張前の状態に戻される。

このように、ディスクの摺動部又は摺動体を一群の傾斜した連結枝を介してハブ本体部に連結するという構成を採用することで、摺動部又は摺動体はハブ本体部に過度に拘束されることなく拡径方向又は縮径方向への変形自由度をある程度確保されている。それ故、制動時の摩擦熱で摺動部又は摺動体が熱膨張する場合でも、ハブ本体部が摺動部又は摺動体の内周部（つまり根元部）を過度に拘束することがないため、摺動部又は摺動体の熱倒れが効果的に防止又は抑制される。

本発明では、各連結枝のディスク半径方向に対する傾斜角度（θ１）が、４５°以上９０°以下であることが好ましい（図３参照）。連結枝の傾斜角度（θ１）が４５°未満になると、ディスク半径方向に対する連結枝の傾斜角度が小さいために、熱膨張する摺動部又は摺動体に追従して連結枝が変形する余地があまりない。このため、一群の連結枝が摺動部又は摺動体をハブ本体部に拘束する度合いが依然としてかなり高いままとなり、摺動部又は摺動体の熱倒れを防止又は抑制する効果が得られ難くなる。

他方、連結枝の傾斜角度（θ１）が９０°を超えると、連結枝の実質的な長さを確保することが難しくなり、摺動部又は摺動体の熱倒れを防止又は抑制する効果が得られ難くなる。つまり、連結枝は摺動部又は摺動体の内周部とハブ本体部とを連結するための枝状部であることから、連結枝の内側端とハブ本体部との結合領域及び連結枝の外側端と摺動部又は摺動体の内周部との結合領域のそれぞれに、例えばＲ形状に縁取られた補強用肉部を設定するのが通例である（図３の一部拡大図参照）。この点、連結枝の傾斜角度（θ１）が９０°を超えるほど大きくなると、連結枝の内外両端における補強用肉部の範囲を広くする必要が生じ、その分、連結枝が枝状部として存在する実質的な長さが目減りしてしまう。連結枝の実質的な長さがあまりに短いと、熱膨張する摺動部又は摺動体に追従して連結枝が変形する余地がなくなってしまい、摺動部又は摺動体の熱倒れを防止又は抑制する効果が得られ難くなる。

［付記］本発明の更に好ましい態様や追加的構成要件を以下に列挙する。
イ．請求項３において、前記ハブがアルミニウム又はその合金製であること。
ロ．請求項３において、前記摺動体が鉄系の金属製であること。
ハ．請求項１〜３において、前記連結枝が弾性変形可能であること。

本発明によれば、ディスクの摺動部又は摺動体を一群の傾斜した連結枝を介してハブ本体部に連結するという構成を採用することで、摺動部又は摺動体の内周部（根元部）がハブ本体部によって過度に拘束されることがなく、摺動部又は摺動体の熱倒れを効果的に防止又は抑制することができる。

また、一群の傾斜した連結枝によってディスクの摺動部又は摺動体がハブ本体部に対し確実に姿勢保持されるので、本発明を採用することで摺動部又は摺動体における摺動面の振れ精度を高精度に保つことが困難になるということはない。

本発明をベンチレーテッド型ブレーキディスクに具体化した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１〜図４に示すように、ブレーキディスクは、ハブ１と、その周囲に設けられた環状の摺動部としての環状の摺動体３とから構成されている。

図２及び図３に示すように、ハブ１は、鋳造によりアルミニウム合金を一体成形したものであり、車軸に取り付けられる本体部１１と、その本体部１１の周囲に設けられた外周フランジ部１６とを具備する。

ハブの本体部１１は、円板状の車軸取付け用フランジ１２を主体とし、そのフランジ１２の外周縁部に短円筒状の円筒壁１３を設けたものである。車軸取付け用フランジ１２はハブの中心軸線Ｃに対し直交する方向（半径方向）に展開する。円筒壁１３は、その長さは短いものの、車軸取付け用フランジ１２の外周縁から中心軸線Ｃと平行に後方向に向けて突設されている。車軸取付け用フランジ１２には、その中心位置において車軸を通すための中央大穴１４と、その中央大穴１４を取り囲む位置において複数のボルト挿通穴１５（本例では５個）が等角度間隔（本例では７２°間隔）にて配列・形成されている。

ハブの外周フランジ部１６は、ハブ本体部１１の円筒壁１３の後端縁からハブの半径方向外向きに当該円筒壁１３の全周にわたって突設されている。外周フランジ部１６の最外周部１６ａ付近には、締結部としての複数の締結孔１７（本例では１０個）がハブの中心軸線Ｃを中心として等角度間隔（本例では３６°間隔）にて配列・形成されている。各締結孔１７は、単なるボルト通し孔であってその内側にネジ溝は形成されていない。外周フランジ部１６には更に、前記一群の締結孔１７と、ハブ本体部１１の円筒壁１３の後端縁につながる外周フランジ部１６の最内周部１６ｂとの間の環状帯領域において、複数の連結枝１８（本例では３０本）が設けられている。これらの連結枝１８は、前記一群の締結孔１７が配列された外周フランジ部の最外周部１６ａと、外周フランジ部の最内周部１６ｂとを連結するための枝状又はスポーク状の連結要素である。

前記一群の連結枝１８は、ディスク又はハブの半径方向（例えば中心軸線Ｃから各締結孔１７に向かう方向）に対してディスク又はハブの特定の周方向へ一様に傾斜した状態で設けられている。そして、ディスク又はハブの半径方向に対する各連結枝１８の傾斜角度θ１は４５°以上９０°以下に設定されている。本実施形態では、傾斜角度θ１＝６０°である（図３参照）。

なお、図３に一部拡大して示すように、各連結枝１８の内側端の付け根付近にはＲ形状に縁取られた補強用肉部１９が設けられている。同様に、各連結枝１８の外側端の付け根付近にはＲ形状に縁取られた補強用肉部２０が設けられている。前述のように連結枝１８の傾斜角度θ１は６０°程度に過ぎず、連結枝１８が極端に寝ているわけではないから、内側端及び外側端における各補強用肉部１９，２０をさほど広い範囲又は面積に設定する必要が無い。それ故、各連結枝１８の実質的な長さＥは、連結枝１８が後述するように変形可能な枝要素として機能するに十分な長さとなっている。

図２及び図４に示すように、環状の摺動体３は、鋳造により片状黒鉛鋳鉄を一体成形したものである。この摺動体３は、第１の環状円板部３１と第２の環状円板部３２とを、両環状円板部３１，３２間にあって放射方向に延びる複数の連結リブ３３で相互に連結したものであり、隣り合う連結リブ３３間に放射方向に延びる通気路３４が確保されたベンチレート構造を有するものである。第１及び第２の環状円板部３１，３２における各外側面が、ブレーキキャリパの制輪子と摩擦接触する摺動面となる。

第１の環状円板部３１の内周側には、幅ｈ２の内周フランジ部３５が、第１の環状円板部３１の全内周にわたって突設されている。この内周フランジ部３５には、複数の締結ネジ孔３６（本例では１０個）が摺動体３の中心軸線Ｃを中心として等角度間隔（本例では３６°間隔）にて配列・形成されている。各締結ネジ孔３６の内側には、締結ボルト４の雄ネジに対応する雌ネジが形成されている。なお、摺動体３の中心軸線Ｃから内周フランジ部３５の各締結ネジ孔３６までの距離は、前記ハブ１の中心軸線Ｃから外周フランジ部１６の各締結孔１７までの距離に一致しており、締結ネジ孔３６と締結孔１７とを一致させつつ、摺動体３の内周フランジ部３５とハブ１の外周フランジ部１６とを相互に接合可能となっている（図２参照）。

図１及び図２に示すように、締結具としての締結ボルト４を用いて、ハブ１の外周フランジ部１６に対して環状の摺動体３を固着することにより、ブレーキディスクが組み立てられる。即ち、ハブの外周フランジ部１６における１０個の締結孔１７と、摺動体の内周フランジ部３５における１０個の締結ネジ孔３６とを一致させながらハブ１の周囲に環状摺動体３を位置合わせすると共に、各締結孔１７及び締結ネジ孔３６に対し、ハブの車軸取付け用フランジ１２側から締結ボルト４をワッシャー５とともに螺合する。すると、合計１０本の締結ボルト４の締付力により、ハブ１と摺動体３とが一体結合される。なお、締結ボルト４を取り付ける際に、締結ボルト４の螺子目にボルト緩み防止剤を予め塗布しておくことは好ましい。

ブレーキディスクの組み立て完了後に、ハブ１の車軸取付け用フランジ１２や摺動体３の各摺動面に対して、精度向上のための追加加工（例えば表面切削や研磨加工）を適宜施してもよい。

次に、本実施形態のディスクを車輌に取り付けた場合の作用及び効果を説明する。
制動時の摩擦熱で環状の摺動体３の全体が半径方向外向き（拡径方向）に熱膨張した場合、各締結ボルト４を介して、ハブ１の外周フランジ部１６が各締結孔１７の位置で拡径方向に引っ張られ、その結果、外周フランジ部１６に設けられた各連結枝１８も拡径方向に引っ張られる（図５参照）。すると、傾斜した各連結枝１８は、摺動体３の拡径方向への熱膨張に追従して、傾斜角度θ１が小さくなる方向、つまり各連結枝１８がディスクの半径方向線（例えば中心軸線Ｃと各締結孔１７とを結ぶ線）と平行な状態に近づく方向に変形する。この連結枝１８の変形は、好ましくは弾性変形である。これにより、各締結ボルト４又は締結孔１７とハブ本体部１１の円筒壁１３との間隔が微増調整されるため、摺動体３の熱膨張に起因する拡径方向への引っ張り力が、ハブ本体部１１の円筒壁１３（つまり外周フランジ部１６の根元）に及ぶことが緩和される。従って、環状の摺動体３を中心軸線Ｃの方向に熱倒れさせるようなモーメントもほとんど生じない。

その後、ブレーキキャリパの制輪子によるディスクの押圧が解除されて、一旦膨張した摺動体３が放熱することで半径方向内向き（縮径方向）に収縮するときには、各連結枝１８が元の傾斜角度θ１に復帰する方向に変形する。そして、各締結ボルト４又は締結孔１７とハブ本体部１１の円筒壁１３との間隔が熱膨張前の状態に戻される。

このように本実施形態によれば、環状の摺動体３は、一群の傾斜した連結枝１８の角度調節的な変形可能性のために、ハブ本体部１１に過度に拘束されることなく拡径方向又は縮径方向への変形自由度をある程度確保されている。つまり、制動時の摩擦熱で摺動体３が熱膨張する場合でも、ハブ本体部１１が、実質的に摺動体３の内周側根元に相当する部分（本例では外周フランジ部１６と円筒壁１３との結合部分）を過度に拘束しない。このため、摺動体３の熱倒れを効果的に防止又は抑制することができる。そして、摺動体３の熱倒れをほとんど生じないことで、ディスクの偏摩耗を極力回避でき、制動時における制動トルクの不安定化や不快なブレーキ振動を低減することができる。

本実施形態によれば、一群の傾斜した連結枝１８によって摺動体３がハブ本体部１１に確実に支持され、連結枝群による摺動体３の姿勢保持力も非常に高い。特に、全ての連結枝１８をディスク又はハブの特定の周方向に一様に傾斜させた状態で設けているので、隣り合う連結枝１８間の間隔を縮めて連結枝１８の配設密度を高めること（ひいては連結枝１８の本数を増やすこと）が可能であり、連結枝群による摺動体３の姿勢保持力を比較的自由に調節することができる。それ故、本実施形態のブレーキディスクには、摺動体３における各摺動面の振れ精度を長期間にわたり高精度に保つことを困難にするような事情は存在しない。

本実施形態によれば、ハブ１の外周フランジ部１６には、連結枝１８間において溝状の開口が存在しており、これらの開口の分だけハブ１の減肉による軽量化を図ることができる。それに加えて、外周フランジ部１６の最外周部１６ａ付近に配列された締結孔１７と締結孔１７との間には、それぞれ減肉のための凹部又は肉盗部２１が形成されているので（図３参照）、その分だけハブ１の減肉による軽量化を図ることができる。また、ハブ１と摺動体３とを別体としているので、摺動体３が摩耗又は破損した場合でも摺動体３のみを交換することができ、保守管理性に優れている。

［変更例］上記実施形態では、ハブ１と摺動体３とを別部材として構成し、締結ボルト４を用いて両者を一体結合するタイプのブレーキディスクを示したが、本発明は、ハブと摺動部とが予め一体形成されたタイプのブレーキディスクにも適用可能であることは言うまでもない（請求項１及び２は、ハブと摺動部とが予め一体形成されたブレーキディスクをも技術的範囲に含む意味である）。

［変更例］本発明における締結具は、締結ボルト４に限定されるものではなく、リベット等のピン状の機械要素であってもよい。また、締結具の全部又は一部が、ハブ１又は摺動体３のいずれかに予め一体化されていてもよい。

［変更例］本発明における各連結枝１８が、弾性変形可能な幅又は太さに設定され、あるいは弾性変形可能な素材で構成されてもよい。

ブレーキディスクの一例を示す正面図。 図１のＣ−Ａ線での半径方向断面図。 図１のブレーキディスクの一構成部品であるハブの正面図。 図１のブレーキディスクの一構成部品である摺動体の正面図。 本発明の作用を説明するための概念図。 従来のブレーキディスクの半径方向断面図。

符号の説明

１…ハブ、３…摺動体（摺動部）、４…締結ボルト（締結具）、１１…ハブの本体部、１６…ハブの外周フランジ部、１７…ハブ外周フランジ部の締結孔（締結部）、１８…連結枝、Ｃ…中心軸線、θ１…傾斜角度。

Claims (3)

1. ハブと、その周囲に設けられた環状の摺動部とを備えたブレーキディスクにおいて、
   前記摺動部の内周部が前記ハブの本体部に対し複数の連結枝を介して連結されるとともに、各連結枝がディスクの半径方向に対して周方向へ傾斜した状態で設けられていることを特徴とするブレーキディスク。
2. 前記各連結枝のディスク半径方向に対する傾斜角度（θ１）が、４５°以上９０°以下であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキディスク。
3. 車軸に取り付けられる本体部及びその本体部の周囲に設けられた外周フランジ部を具備してなるハブと、当該ハブの外周フランジ部に対して複数の締結具により固着される環状の摺動体とから構成されるブレーキディスクにおいて、
   前記ハブの外周フランジ部には、前記各締結具を装着するための複数の締結部がハブの中心軸線（Ｃ）を中心として等角度間隔で設けられると共に、当該外周フランジ部における前記一群の締結部とハブの本体部との間の領域において、ディスクの半径方向に対して周方向へ一様に傾斜した複数の連結枝が設けられており、
   各連結枝のディスク半径方向に対する傾斜角度（θ１）が、４５°以上９０°以下であることを特徴とするブレーキディスク。

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