JP2007057029A - ピン結合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 十分な強度を有しつつ効果的な軽量化を図ることを可能にするブレーキディスクのピン結合構造を提供する。
【解決手段】 制動ロータ２の内側にハブ３を同心に配置し、制動ロータの内周面とハブの外周面とにそれぞれ設けた半円形の結合用凹部２３、２４を突合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、中空ピン４を挿入し、中空ピンの柱状部４３の一端をかしめて制動ロータとハブとを結合する。この場合、中空ピン４は、柱状部のうち打抜き加工された制動ロータのせん断面の一部に当接する箇所を肉厚にすると共に、中空ピンの中心孔を、この肉厚箇所４３ａから柱状部の一端に向かって末拡がりに拡径し、少なくとも中心孔の一端周面を凸の湾曲面としたものである。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば自動二輪車の制動に用いられるフローティング型のブレーキディスクのピン結合構造に関する。

フローティング型のブレーキディスクでは、制動ロータとハブとを所定の間隙を介して結合することで、ブレーキ操作による制動時に、発熱に起因した制動ロータの熱膨張を制動ロータとハブとの間に設けた間隙で吸収し、制動ロータ自体が変形する等の不具合を解消している。

この場合、制動ロータの内側にハブを同心に配置し、制動ロータの内周面に形成した突出片とハブの外周面とにそれぞれ設けた半円形の結合用凹部を突合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、制動ロータ及びハブに軸方向で当接するフランジ部を有する結合用ピンを挿入し、挿入方向に延びる結合用ピンの円筒形状の柱状部の一端をかしめて拡径し、制動ロータとハブとを結合している。

結合用ピンとしては、ディスクブレーキの軽量化を図るべく、例えばアルミニウム合金製の中空ピンを用いると共に、耐蝕性を図るべくその表面全体にアルマイトなどの耐蝕性の表面処理層を形成することが考えられている。この中空ピンを用いた場合、結合用ピンの端部をかしめる際に表面処理層が破れて地肌が現れないようにする必要がある。

このことから、表面処理層を形成した中空ピンの中心孔の一端周面に凸の円弧形をなしている面取り部を設け、中空ピンの柱状部の先端をかしめて拡径することが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１８７９１０号公報（例えば、特許請求の範囲の記載参照）

上記中空ピンでは、かしめ箇所である柱状部の一端に屈曲した箇所がないため、かしめる際にその圧力が分散され、表面処理層の損傷を防止できるものの、中心孔のうちかしめ箇所を除く部分をフランジ部に略直角な直線状に、即ち、中空円筒形状の柱状部の肉厚を略一定に形成していた。

このため、柱状部の肉厚を増加させずに（中空ピン自体の重量の増加を招かず）、制動時の軸方向、捩り方向の荷重を受けるには、中空ピンの使用数を多くすること、つまり、中空ピンによる制動ロータとハブとの結合箇所を多くすることでその荷重を分配し、中空ピン１個当たりの負荷を軽減する必要があった。この場合、結合用ピンの使用数が多くなって結局中空ピンの総重量が多くなり、また、結合箇所が多いことで制動ロータ、ハブの形状が制約され、ブレーキディスクを効果的に軽量化できない。

そこで、本発明の課題は、十分な強度を有しつつ、ブレーキディスクを効果的に軽量化できるピン結合構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のピン結合構造は、制動ロータの内側にハブを同心に配置し、制動ロータの内周面とハブの外周面とにそれぞれ設けた半円形の結合用凹部を突合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、制動ロータ及びハブに軸方向で当接するフランジ部を有する中空ピンを挿入し、挿入方向に延びる中空ピンの柱状部の一端をかしめて制動ロータとハブとを結合したピン結合構造において、前記中空ピンとして、柱状部のうち打抜き加工された制動ロータのせん断面の一部に当接する箇所を肉厚にすると共に、中空ピンの中心孔を、この肉厚箇所から柱状部の一端に向かって末拡がりに拡径し、少なくとも中心孔の一端周面を凸の湾曲面としたものを用いたことを特徴とする。

本発明によれば、例えばキャリパーにセットしたブレーキパッドに制動ロータを挟み込んで制動力を発揮させる際、制動ロータから中空ピンの柱状部に軸方向、捩じり方向の荷重が加わるが、この荷重が加わる箇所に肉厚箇所が存するため、従来のものと比較して中空ピン１個当たりの強度が向上し、捩じり方向の荷重に対しても十分な強度を有する。このため、中空ピンの使用数を少なく、つまり、制動ロータとハブとの結合箇所を少なくできる。

他方、肉厚箇所から柱状部一端までを末拡がりに拡径したため、柱状部の体積が小さくなり、柱状部の一部を肉厚することによる一個当たりの中空ピンの重量増加を最小限にできる。このため、使用する結合用ピンの総重量を少なくできると共に、結合箇所を少なくできることで制動ロータ、ハブの面積を小さくする等、それらの設計の自由度が増加し、その結果、ブレーキディスクの効果的な軽量化が図れる。

また、柱状部の一端の肉厚が小さくなるため、小さな荷重で柱状部の一端をかしめることができ、その上、かしめる際にその圧力が分散されるように少なくとも中心孔の一端周面を凸の湾曲面としたため、かしめる際に表面処理層が損傷することはない。

この場合、前記中心孔のうち肉厚箇所から柱状部の一端までを凸の湾曲面で結んでおけば、中心孔を柱状部の一端に向かって末拡がりに拡径する際に、屈曲した箇所ができなくてよい。

前記中心孔のうち肉厚箇所から柱状部の他端までを末拡がりな凸の湾曲面で結んでおけば、中空ピンの強度を低下させることなく、一個当たりの中空ピンの重量をさらに軽減できる。

また、一個当たりの中空ピンの重量をさらに軽減するため、前記肉厚箇所の内周面は、前記フランジ部に略直角であることが好ましい。

ところで、制動ロータとハブとを結合する場合、制動ロータは表裏を使い分けずに使用される。このため、制動ロータに対する結合用ピンの取付方向に依存しないように、前記肉厚箇所の外周面は、前記フランジ部に略直角であることが好ましい。

前記肉厚箇所の厚さを、前記フランジ部の半径方向の長さより大きく設定しておけば、軸方向の荷重より大きい捩じり方向の荷重を効率よく受けとめることができる。

また、前記柱状部とフランジ部との境界に、制動ロータ、ハブの偏あたりを防止する溝部を設けることが好ましい。

尚、前記中空ピンは、例えば、耐蝕性の表面処理層を設けたアルミニウム合金製である。

以上説明したように、本発明のピン結合構造は、十分な強度を有しつつ、ブレーキディスクを効果的に軽量化できるという効果を奏する。

図１を参照して説明すれば、１は、本発明のピン結合構造を有するフローティング型のブレーキディスクである。ブレーキディスク１は、制動ロータ２とハブ３とから構成され、結合用ピン４によってフローティング状態に結合される。

制動ロータ２は、アルミニウム合金などの耐磨耗性を有する金属材料から構成され、円板のワークを出発材料とし打抜き加工により形成される。この場合、制動ロータ２は、平板で環状に形成されたロータ部２１と、後述するハブ３の軸部の数に一致させてロータ部２１の内周縁部に所定の間隔を置いて形成された半径方向内側に向かって突出する突出片２２とから構成されている。

各突出片２２の先端には半円形の結合用凹部２３が形成され、ロータ部２１の軸方向の面には、例えば制動性能の向上や重量軽減を図るため径が同一である円形の貫通孔２４が複数形成されている。そして、ブレーキ操作時にキャリパーにセットしたブレーキパッドに挟み込まれて制動力を発揮する。

ハブ３は、アルミニウム合金などの制動時の荷重に耐え得る金属材料から形成され、図示しない車軸への装着を可能とする中央開口３１ａを設けた平板で円形の基部３１と、この基部３１から半径方向外側に延出させた軸部３２と、軸部３２の先端の近傍で両軸部３２相互の間を直線状に連結する梁部３３とから構成されている。

この場合、基部３１を形成した円板のワークを出発材料とし、その軸方向の面に略台形状の貫通孔を同一円周上に等間隔で打抜き加工すると共に、直線状の梁部３３が形成されるようにワークの外周縁部を打抜き加工してハブ３が形成され、各軸部３２の先端には半円形の結合用凹部３４が形成されている。

そして、制動ロータ２の内側にハブ３を同心に配置し、制動ロータ２の突出片２２とハブ３の軸部３２とに設けた半円形の結合用凹部２３、３４を突合わせて断面略円形の挿入孔を形成し、この挿入孔に、後述する結合用ピン４を挿入し、反対側に突出した一端に、ワッシャ５ａ、５ｂ及び皿ばね６を挿設した後、図示しないローラーかしめ機を用いて、その一端をかしめて拡径し、制動ロータ２とハブ３とがフローティング状態に結合される。

図２及び図３に示すように、結合用ピン４としては、ブレーキディスク１の軽量化を図るべく、中心孔４１を有するアルミニウム合金製の中空ピンが用いられ、中空ピン４は、制動ロータ２、ハブ３に軸方向で当接するフランジ部４２と、このフランジ部４２から一方に向かって延びる柱状部４３とから構成されている。また、耐蝕性を高めるべく、中空ピン４の表面がアルマイト（酸化被膜）などの公知の耐蝕性の表面処理層で覆われている。

ところで、制動ロータ２を挟み込んで制動力を発揮させるとき、中空ピン４には制動ロータ２から軸方向や捩じり方向の荷重が加わるため、中空ピン４の使用数を多くすること、つまり、中空ピン４による制動ロータ２とハブ３との結合箇所を多くすることでその荷重を分配するのでは、中空ピン４の使用数が多くなって重量軽減を図れないばかりか、制動ロータ２、ハブ３の形状が制約され、ブレーキディスク１の効果的に軽量化が図れない。

本実施の形態では、制動ロータ２を打抜き加工した際に、この制動ロータ２の軸方向面に対し垂直であって断面視において直線状のせん断面（図３において長さｌで示す領域）のうち一部に当接する柱状部４３の箇所を肉厚箇所４３ａとした。この場合、肉厚箇所４３ａを含む柱状部４３の外周面は、結合用凹部２３、３４により形成された挿入孔の径に略一致する外形を有し、フランジ部４２に略直角に形成されている。また、中心孔４１のうち肉厚箇所４３ａの内周面はフランジ部４２に略直角に形成されている。

制動ロータ２とハブ３とを組付ける際、制動ロータ２はその表裏を使い分けず使用されることから、制動ロータ２に対する中空ピン４の取付方向に依存せず、結合用凹部２３、３４により形成された挿入孔に中空ピン４を挿入したとき、せん断面の一部に肉厚箇所４３ａが常に存し、かつ肉厚箇所４３ａの長さが最小となるように、柱状部４３における肉厚箇所４３ａの挿入方向の長さが設定されている。

肉厚箇所の厚さｔ１は、制動時の軸方向の荷重より大きい捩じり方向の荷重を効率よく受けとめるように、フランジ部４２の半径方向の長さｄ１より大きく設定している。これにより、従来のものと比較して中空ピン４の１個当たりの強度が向上し、捩じり方向の荷重に対しても十分な強度を有し、その結果、中空ピン４の使用数を少なくできる。

また、中空ピン４の中心孔４１を、肉厚箇所４３ａから柱状部４３の一端に向かって末拡がりに（断面視においてテーパ状に）拡径し、中心孔４１の一端周面を、全体に亘って凸の湾曲面４３ｂとした。これにより、柱状部４３の一部を肉厚することによる一個当たりの中空ピン４の重量増加を最小限にでき、また、柱状部４３の一端の厚さｔ２が小さくなるため（この場合、ｔ２はｄ１より小さくできる）、小さな荷重で柱状部４３の一端をかしめることができ、その上、かしめる際に表面処理層が損傷することはない。

他方で、中心孔４１のうち肉厚箇所４３ａから柱状部４３の他端までを末拡がりな凸の湾曲面４４で結んでいる。これにより、屈曲した箇所がないことで応力集中を防止して中空ピン４の強度を低下させることなく、一個当たりの中空ピン４の重量をさらに軽減できる。この場合、フランジ部４２と柱状部４３との境界面から湾曲面４４までの距離ｄ２を、フランジ部４２の長さｄ１より大きく設定している。

また、フランジ部４２と柱状部４３との境界に、制動ロータ２、ハブ３の偏あたりを防止するように溝部４５を設けている。この場合、溝部４５の内周端部側には、凹の円弧状面が形成され、応力集中を防止している。

尚、本実施の形態では、肉厚箇所４３ａから柱状部４３の一端に向かってテーパ状に拡径したものについて説明したが、肉厚箇所４３ａから柱状部４３の一端までを、その全体に亘って凸の湾曲面で結んでもよい。この場合、中心孔４１を、肉厚箇所４３ａから柱状部４３の一端に向かって末拡がりに拡径する際に屈曲した箇所ができなくなり、柱状部一端の肉厚ｔ２がさらに小さくなるように、拡径する量を大きくでき、中空ピン４自体のさらなる軽量化が可能になる。

また、本実施の形態では、中空ピンをアルミニウム合金製としたものについて説明したが、ブレーキディスク１の軽量化を可能とするものであれば、その材質は問わない。

本発明のフローティング型のブレーキディスクの結合（組付け）を説明する斜視図。 結合用ピンを説明する断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、制動ロータとハブとの結合した状態を示す断面図。

符号の説明

１ フローティング型のブレーキディスク
２ 制動ロータ
３ ハブ
４ 結合用ピン
４１ 中心孔
４２ フランジ部
４３ 柱状部
４３ａ 肉厚箇所

Claims (8)

1. 制動ロータの内側にハブを同心に配置し、制動ロータの内周面とハブの外周面とにそれぞれ設けた半円形の結合用凹部を突合わせて挿入孔を形成し、この挿入孔に、制動ロータ及びハブに軸方向で当接するフランジ部を有する中空ピンを挿入し、挿入方向に延びる中空ピンの柱状部の一端をかしめて制動ロータとハブとを結合したピン結合構造において、前記中空ピンとして、柱状部のうち打抜き加工された制動ロータのせん断面の一部に当接する箇所を肉厚にすると共に、中空ピンの中心孔を、この肉厚箇所から柱状部の一端に向かって末拡がりに拡径し、少なくとも中心孔の一端周面を凸の湾曲面としたものを用いたことを特徴とするピン結合構造。
2. 前記中心孔のうち肉厚箇所から柱状部の一端までを凸の湾曲面で結んだことを特徴とする請求項１記載のピン結合構造。
3. 前記中心孔のうち肉厚箇所から柱状部の他端までを末拡がりな凸の湾曲面で結んだことを特徴とする請求項１または請求項２記載のピン結合構造。
4. 前記肉厚箇所の内周面を、前記フランジ部に略直角としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のピン結合構造。
5. 前記肉厚箇所の外周面を、前記フランジ部に略直角としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のピン結合構造。
6. 前記肉厚箇所の厚さを、前記フランジ部の半径方向の長さより大きく設定したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のピン結合構造。
7. 前記柱状部とフランジ部との境界に、制動ロータ、ハブの偏あたりを防止する溝部を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のピン結合構造。
8. 前記中空ピンは、耐蝕性の表面処理層を設けたアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずかに記載のピン結合構造。
   

Images