JP2008089185A - 均一なトルク伝達分配を適切に促進するブレーキローター取り付けアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】車両に使用するためのブレーキアセンブリである。
【解決手段】ローターと、ハット部のように形成されボビンアセンブリでローターに固定された車輪のマウントとを備えている。ローターは、一連の離間したタブとして形成されたフランジを有していて、ボビンアセンブリは、それらの間にクランプされたローターフランジとともにハット部にボルト止めされている。スプリングクリップは、ローターの熱膨張を調整しローターのがたつきを除去するためにボビンとともに使用できる。ボビンは、１対のボルトを収容する双眼鏡の形状を有している。ローターとボビンとの間の破壊領域は、ローターの機械加工公差を調整するために、また、ハブへの均一なトルク伝達分配を促進するために譲歩可能である。トルクは、ファスナー接続部におけるねじれを阻止するために、共通の平面においてブレーキローターからハット部へ伝達される。
【選択図】 図１Ａ

Description

本発明は、２００３年1月１７日に出願された予備出願の出願番号題６０／４４０，６１１号および２００３年３月１２日に出願された出願番号題６０／４５３，５１９号の優先権を主張し、それらの内容をここで参照して取り込む。
本発明は、ブレーキアセンブリに関し、特に、車輪のハブ(hub)に取着されたブレーキローターを有する車両用ブレーキに関する。

車両用の一般的な従来のブレーキ構造の１つのタイプは、二部品(two piece)のハットローター(hat rotor)およびハブであって、ブレーキ面を保持するハットローターは車輪のハブに取外し可能に連結されている。一般的な従来のブレーキ構造の他のタイプは、結合された一部品(integrated one-piece)のローターとハブアセンブリ(hub assembly)である。

結合された一部品のローターとハブアセンブリは、ローターとハブとの間にファスナー(fastener)が全く必要がないという利点を有している。その結果、結合されたアセンブリは、ファスナー開口部の近傍の磨耗および疲労、ならびに、不完全な機械加工による位置的不整列のようなファスナーに関連する問題に直面しない。しかしながら、このアセンブリがローターの熱ひずみ(thermal distortion)に起因してハブで束縛されるという大きな問題がある。このような熱ひずみはローターを損傷し、ローターが損傷または磨耗した場合、結合されたアセンブリ全部を交換しなければならない。これは費用がかさみ時間の浪費になる。

全部の交換は、ローターの交換が容易な二部品ハットローターおよびハブアセンブリを使用することによって避けられる。ローターが磨耗したり破損した場合、ローターディスクは、結合された構造を有するものに比べてより安価で容易にハブから取外すことができる。ハットローターは、代表的には、ハット部(hat portion)と一体的に鋳造されたローター部を有する一部品金属鋳物である。ハットローターのハット部は、ハブの設置面上に係合する大きなフランジである。ハット部は、車輪スタッドがそこを通って通過できる車輪スタッド開口部を備えている。ハットローターはまた、ハット部に固定された平坦なローターディスクを有する二部品として製造できる。

しかしながら、ハットローターはまた幾つかの欠点を有している。特に、ハットローターとハブとは代表的には個別の金属鋳物である。鋳造に続いて、ローターとハブは、両方とも個別に機械加工されなければならない。機械加工されたローターハット部の面と、ローターブレーキ面と、ハブの設置面とは、ローターの回転的不整列であるローターの不整摩滅(ランアウト：run-out)を最小にするために、全て適切な平面にされなければならない。特に、ローターの不整摩滅は、ローターがハブとともに車輪のシャフトの周りを回転するので、ローターがぐらぐらする(wobble)か、または、回転の予定した面の外側にずれる程度の量による。ローターの不整摩滅は、ローターブレーキ面と、ローターブレーキ面と接触するブレーキパッドとの過度で不均一な磨耗を引き起こす。ローターの不整摩滅はまた、ブレーキローターの熱ひずみを増加する。熱ひずみは、不規則なブレーキ脈動(irregular braking pulsation)と同様に、ブレーキ作動中における熱震動(thermal judder)、騒音、および振動の結果となる。これは、完全な機械加工が非常に困難であるので、大きな問題である。

ハットローターハブアセンブリが有する他の欠点は、ハットローターと車輪とがハブに一体に設けられているというやり方から生ずる。このハットローターは、ハブの設置面上に設置され、次にハットローターは、車輪が引き続いてハブ上に設けられるまでハブ上に緩く設けられる。車輪の脚部ナット(lug nut)が車輪のスタッドに堅く固定されるので、ハットローターは車輪とハブとの間に狭持され、それによってハットローターをハブに取着する。しかしながら、車輪のラグナットが均一に堅く固定されていない場合、ハブに作用する不均一な力がハブの方向に生ずる。さらに、車輪のリムが不適切に製造されていた場合、ラグナットが堅く固定されるので、車輪のリムはハブにひずみを負わせる。潜在的にひずまされたハブの部分がまた全てのハットローターの構造におけるローター用の設置面であるので、ハブへのどのようなひずみもローターに直接伝達される。これはローターの応力(stress)を引き起こす。

結合されたローターハブとハットローターの両方のさらなる関心事は、これらの構造の両方におけるローターがハブに関して固定されていることである。ブレーキ作動中、そのようなアセンブリのローターは大きな摩擦力を受け、この力は、ローターに、熱膨張およびゆがみと、ローターの面を横断する温度変化と、およびハブとベアリングを含む隣接する構成要素への熱伝達の原因となる熱を発生する。ローターの熱膨張は、ローターとハブとの間の一体的結合の故に非常に限定される。これは、ローター面に熱コーニング(coning)と、熱亀裂に導く大きい熱応力を引き起こす大きな熱勾配を生成する。ブレーキ中と、熱膨張およびひずみの影響で発生された大きな熱勾配は、ブレーキ面を横断する振動と熱震動を起こすこととなり、粗いまたは不規則なブレーキ脈動の結果となる。この大きい熱応力と熱ひずみはまた、ローターの寿命と性能を減少し、維持費を増加する。

熱応力が処理される１つの方法は、ローターとハットまたはハブとの間の固定接続が熱望橋を許容する小さな間隙すなわち浮き上がり(浮動:float)を有して設けられた「浮動式(floating)」ローターを備えることである。二部品ローターはまた、そのローターディスクが異なったハブ部と使用できるので、異なったハブと一緒の使用に関してより大きいフレキシビリティーを許容する。これは、一般的なローターディスクが使用でき、ハット部のみが特別な鋳造、工具および機械加工処理を必要とするのでコストを減少する。しかしながら、この構成においてファスナーアセンブリによって引き起こされた応力は、二部品ハットローターにおいてもまた考慮することである。

二部品ハット構成における典型的なローターディスクは、ファスナーを受けるために穿孔された取り付けフランジ(attachment flange)を有している。ハット部は、取り付けフランジの一方の側に配置されていて、ファスナーは、ハット部を取り付けフランジのその側に接続する。ブレーキ中、摩擦力がローター面に適用され、これは、ハット部を通して取り付けフランジへ、ファスナーへ、そしてハブへ伝達されるトルクを生成する。ハット部が、摩擦ブレーキ面から軸線的に離間した面にある取り付けフランジの一方の側に取着されているので、モーメントアームがこの連結接合点に生成される。トルクがモーメントアームを通って伝達された場合、曲げ応力が連結部に形成される。これは、ファスナーに隣接する領域にひねり(twist)を生じ、割れや破壊につながる疲労を生成する。穿孔されたフランジは、例えば鋳鉄であるローターの材料が高温で弱められるので疲労しがちであり、疲労破壊に導く。これはまた、先に議論したように、連結部の構成要素の早すぎる破壊を伴う不整摩滅を有する問題を引き起こす。

トルク移動はまた、各開口部での機械加工公差(machine tolerance)が、他の接続部におけるよりもより多いトルクを受ける接続部となるので、特に浮動式構成において、穿孔されたフランジを通して不均一にされがちである。これは、大きい応力を個々の開口部に生成し、取り付けフランジが亀裂を生じたり破壊除去部を有することとなる。

上記で論じた二部品ハットローターアセンブリはまた、ハット部に関連する欠点を有していて、それは典型的には、ローター取り付けフランジの穿孔と合致するスロットを有している。ある浮動式タイプの二部品ハットローターアセンブリは、熱膨張を調整(accommodate)する間隙を備えた、時としてボビン(bobbin)と呼ばれるスペーサを使用する。このボビンは、ハット部品のスロット、または、ローターフランジのスロットに係合し、そして、トルクがローターを通してハットに適用された場合、ボビンはスロット内でねじれる。このねじれは、スロットに合致するために、典型的には矩形のボビンの端部がスロットの側部へのえぐり(gouge)を引き起こし、それによってスロットが設けられた部品を損傷する。これは、ハット部品が、高い達成度と競争的(racing)応用において一般的な、アルミニュームのような比較的低い硬度を有する材料から製造された場合、または、ローターが鋳鉄で作られた場合に特に事実である。

先行技術として次のものがある。
米国特許第４，１０２，４４３号明細書 米国特許第４，１０８，２８６号明細書 米国特許第４，６６２，４８２号明細書 米国特許第５，１９０，１２４号明細書 米国特許第５，５２０，２６９号明細書 米国特許第５，７８８，０２６号明細書 米国特許第６，０７６，８９６号明細書 米国特許第６，０９８，７６４号明細書 米国特許第６，１１６，３８６号明細書 米国特許第６，２６７，２１０号明細書 特開平９−１６６１６８号公報 特開昭６０−２０１１２７号公報 実開昭６４−１７０４１号公報 ドイツ特許（ＤＥ）４２ １１ ８６８ Ａ１ 特開昭６１−２４１５３８号公報 実公昭５０−４２３０２号公報 ヨーロッパ特許（ＥＰ）０ １２７ ９３２ イギリス特許（ＧＢ）１，０８０，０３５

要するに、従来技術のブレーキローターは、ブレーキ処理中に引き起こされる応力、特に、トルク移動中および機械加工公差によって生ずる不均一なトルク伝達中に起きる曲げ応力による磨耗と材料疲労に関連する問題をこうむる。ローター、および、二部品ローターの場合においては性能と耐久性を増加するためのハット部品によって遭遇される応力を減少することが望まれている。

それ故、曲げ応力を除去し均一なトルク移動を促進するブレーキローターと車輪のハブアセンブリとを提供したいという要望がある。ブレーキ装置の寿命と信頼性を増加するために、曲げ応力、疲労応力、および機械加工不一致の調整を最小にするブレーキローターアセンブリを提供することが望まれる。

本発明の特徴は、ローターディスクとハット部との間に、ファスナーアセンブリを有する二部品ハットローターを提供することであり、平面におけるトルク伝達を提供する。
本発明の他の特徴は、ローターの熱膨張を調整するローター用のファスナーアセンブリを提供することである。
本発明のさらに他の特徴は、ローターの製造上の不一致を調整するために譲歩(yield)または自己修正するファスナーアセンブリを提供することである。

本発明の付加的な特徴は、疲労と故障に関連して従来のローターよりもさらに耐久性のある構造を有するローターを提供することである。
本発明の他の特徴は、ローターを車輪のハブに確実にクランプするファスナーアセンブリを提供することである。
本発明のさらなる特徴は、フランジとハット部またはハブとの間に、均一なトルク伝達分配を促進するために、破壊可能な(crushable)構成要素または譲歩領域(yielding zone)を有する接続部を提供することである。

本発明の特徴はまた、使用中におけるローターアセンブリのがたつき(rattling)を最小にするか阻止するために、ファスナー接続部にスプリングを備えることである。
本発明の付加的な特徴は、ハット部にクランプされたタブ(tab)を有する取り付けフランジを持ったローターを提供することであり、性能と耐久性を促進するために、典型的には穿孔された取り付けフランジに関連する疲労破損、および／または、応力集中が除去できる。
本発明の他の特徴は、ローターに取り付けるためのハット部品であって、所望に応じて、小さい硬度を有する材料が使用できるのでファスナーアセンブリからの少ない応力を受けるために構成されている。

本発明は、ブレーキアセンブリに関し、ブレーキ面と取り付けフランジとを有するローターと；車両の車輪に取り付けるための設置面を有するハット部と；ハット部を取り付けフランジに結合するファスナーアセンブリとを備えている。ファスナーアセンブリは、複数のボビンとファスナーとを備えている。ファスナーは、ハット部とボビンとの間に取り付けフランジをクランプ(clamp)するために、ハット部と各ボビンを通って延びている。所望に応じて、スプリングが取り付けフランジとボビンとの間に設けられる。ファスナーアセンブリは、ねじれ(twist)を阻止するために、トルクをブレーキ面から共通の平面のハット部に伝達する。取り付けフランジからハット部への均一なトルク伝達分配を促進するために、ファスナーアセンブリに関連して破壊領域(crush zone)をさらに設けることできる。

本発明はさらに、ローターに関し、環状のブレーキ面を有するディスクと、ブレーキ面から径方向内方に延びた取り付けフランジとを備えている。取り付けフランジは、クランプできる円周的に離間した一連のタブである。取り付けフランジはまた、機械加工公差を調整するための譲歩する(yielding)表面を有する径方向の端部を有している。

本発明はさらに、ブレーキ面を有するローターディスクと組み合わされたハット部に関し、車両の車輪への接続用のファスナーを収容する複数の開口部を有する環状の設置面と、この環状の設置面の周りに延びた円筒状の壁とを備えている。円筒状の壁はローターディスクへの接続用のファスナーを収容する複数の開口部を有している。

本発明はさらに、ブレーキローターを車輪のマウント(mount)に接続するためのファスナーアセンブリであって、それぞれがボルト通路を有する１対のカラムを有するボビンと、カラムに接続されたブリッジとを備えている。カラムは第１の高さを有し、ブリッジは第１の高さより低くてカラムとの間にギャップを生成する第２の高さを有する。

本発明は、ブレーキアセンブリに関し、環状のブレーキ面を有するディスクと、ブレーキ面から径方向内方へ延びた取り付けフランジとを有したローターを備えている。取り付けフランジは円周的に離間した一連のタブである。アセンブリはまた、車両の車輪に接続するためのファスナーを収容する複数の開口部を有する環状の設置面と、この環状の設置面の周りに延びた円筒状の壁とを有するハット部を備えている。円筒状の壁はローターへの接続用のファスナーを収容する複数の開口部を有している。ファスナーアセンブリは、それぞれがボルト通路を有する１対のカラム(column)を各有する複数のボビンと、カラムに接続されたブリッジとを有し、ローターをハット部に接続する。カラムは第１の高さを有し、ブリッジは第１の高さより低くてカラムとの間にギャップを生成する第２の高さを有していて、１つのタブが各ギャップ内に保持されている。

本発明のこれらと他の特徴はここにおける詳細な記述と図面との観点から明らかになる。

本発明は、類似する参照符号が類似する部材に付された添付した図面と関連して述べられる。

図１Ａに見られるブレーキアセンブリ１０は、自動車、レーシング車両、トラック、重量物用(heavy duty)トラック、オートバイ、および類似のものを含む車両に使用するのに好適である。本発明とともに使用するのに適した車両は、全体の車両重量が約５、０００ポンド(約２、２６８ｋｇ)以下、全体の車両重量が約５、０００ポンド(約２、２６８ｋｇ)から約１２、０００ポンド（約５、４４３ｋｇ）、全体の車両重量が約１２、０００ポンド（約５、４４３ｋｇ）以上、例えば３０、０００ポンド(約１３、６０８ｋｇ)を有するような車両を含むことができる。しかしながら、ここで議論する発明のコンセプトは、自動車、他のタイプの自動用車両、またはレール車両を含むようなローターリーブレーキを使用するどのようなタイプの応用にでも使用できる。

図１Ａは、ブレーキ面１４と取り付けフランジ１６とを有する環状の板として形成されたローターディスク１２を示している。知られているように、ブレーキ面１４は好ましくは、高摩擦材料を保持しているか、または特別に処理される。ブレーキ面１４は、図に示されているように、それに形成された複数の狭い溝１８を有している。これらの溝１８は、ブレーキ性を促進するが必要なものではない。平滑なブレーキ面を含むどのような表面構造を使用することもできる。ローターディスク１２は、図１Ｂに見られるように、ベーン(vane)１９によって分離された１対の対向したブレーキ面１４を有する換気式(ventilated)ローターである。ローターディスク１２は、好ましくは鋳鉄で作られている。例えば、適切な材料はクラス３５の鋳鉄であり、これは、約３５ｋｓｉの引っ張り強度と、約２８ｋｓｉの降伏強度とを有している。

本発明によるローター１２と従来のローターとの間の１つの相異は、図４Ａに示されたように、取り付けフランジ１６が、一連の(series)離間した径方向のタブ２０を有していることである。このタブ２０は、好ましくは、堅い突起部として形成されていて、従来の二部品または浮動式ローターのようなファスナー用の開口部がない。しかしながら、タブ２０は、本発明の効力に影響することなく、所望に応じて開口部を有することができる。タブ２０の重要な特徴は、各タブが径方向に伸びていて、以下に述べるように車輪のハブによって駆動される側面に存在することである。

各タブ２０は、破壊領域(crush zone)すなわち譲歩領域(yielding zone)として機能するような、このケースにおいてはねじ部(thread)２１である端部処理部(edge treatment)を有している。従来において、ローター取り付けフランジは、例えば、ハット部またはハブである車輪のマウントのスロットと整列された一連の開口部を有している。次に、ファスナーが、ローターディスクを車輪のマウントに取着するために、整列された開口部とスロットとを通って取着される。しかしながら、従来の構造は、ローターを駆動する開口部に保持されたボルトを有する穿孔されたフランジを生来し、これは穿孔の端部を引き起こし、それゆえ、取り付けフランジの疲労破壊および故障につながる。本発明のタブ２０は、以下に述べるように、ローターディスク１２用の強力で耐久性の取り付けポイントを提供する。

本発明は、単一の平面(plane)または非換気式(non-vented)ディスクにもまた応用可能である。換言すれば、ローターディスク１２の構造は変えることができ、また本発明は、多くの公知のローターと共に使用できる。
ローターディスク１２は、取り付けフランジ１６に取着されたハット部２２を有している。ハット部２２は、図示されていないが、車輪のハブ用のマウントを備えている。図１Ｄと１Ｅに示されているように、ハット部２２は、肩部２４と、そこに形成されたファスナー開口部２８を有する高くなった(raised)環状の設置面２６を備えている。肩部２４は、円筒状の側壁３０によって設置面２６から離間されている。複数の開口部２５が肩部２４に形成されている。開口部２５が一連の円形の孔であるので、これらは、例えばドリルによって容易にまた安価に機械加工され、これは、付加的な時間と技能を必要とする機械加工する従来のスロットを超えた改良である。ハット部２２は、ローターディスク１２のように鋳鉄で作ることができ、または、所望に応じて、アルミニュームのような比較的低い硬度を有する材料を使用できる。

説明の目的のために、ローター１２は、ハット部２２への取り付けとして述べられる。しかしながら、本発明は、すでに述べたようにハット部との、またはハブとの、回転フランジとの、あるいはハブアセンブリの保持ハウジングとの接続部を生成するファスナーアセンブリを提供することを理解しなければならない。この応用において使用されるハット部２２は、これらの可能なすべての接続部をカバーし、単に部材用の名前として使用され、それが何であっても、ローター１２に接続する。操作において、車輪のハブに接続されるかまたは車輪のハブの部分を形成するかのいずれかのハット部２２は、車両の車輪（図示しない）を保持する。図示しないブレーキパッドは、ハット部１２の遅い回転または回転の停止のために、ローターディスク１２のブレーキ面１４に対して選択的に押圧され、そしてハット部２２の遅い回転または回転の停止がされ、車輪のハブおよび車両の車輪に取着される。

他のタイプのハット部もまたこの発明に使用できる。図２Ａ〜２Ｃは、ハット部３０２を有するローターディスク１２を備えたローターアセンブリ３００を示していて、円筒状の側壁３０４と、ローターアセンブリを車輪のハブに取着するためのファスナー開口部３０８を有する高くなった設置面３０６とを有している。側壁３０４は、図２Ｃに示されたように、終端部に形成された離間したチャンネルタイプの複数の開口部３１０を有している。各チャンネル３１０は、ローターディスク１２をハット部３０２に取着するためのファスナーを収容するために寸法が定められている。操作において、ファスナーは螺入される。そして、螺入された接続部は、ファスナーをチャンネル３１０に挿入し回転する際に形成される。これに替えて、チャンネル３１０はねじと共に備えることができる。図１Ａ〜１Ｃに示された実施例に類似したローターアセンブリの残りの部材は、詳細には述べられていない。

図３Ａ〜３Ｃは、一体的なハット部４０４を有する車輪のハブ４０２に取着されたローターディスク１２を備えたローターアセンブリ４００を示している。ハット部４０４は、図２Ａ〜２Ｃのハット部３０２に類似した円筒状の側壁４０６を有していて、ローターディスク１２をハブ４０２に取着するためのファスナーを収容するために寸法が定められた離間したチャンネル４０８を有している。再度、図１Ａ〜１Ｃに示された実施例に類似したローターアセンブリの残りの部材は、詳細には述べられていない。

次に、本発明によってローターディスク１２をハット部２２、３０２、４０４のいずれか１つに取着ための据え付け構造が詳細に述べる。
図５Ａから図５Ｄは、本発明によってローター１２をハット部２２に接続するファスナーアセンブリの詳細を示している。簡単にする目的のために、ローター１２とハット部２２との接続部が記述されるが、接続部はハット部３０２およびハット部４０４用と同様であることを理解しなければならない。後者の場合において、ファスナーは、開口部２５よりはむしろチャンネル３１０と４０８内に延びている。

ファスナーアセンブリは、ボビン３４(ドッグ駆動ラグとも呼ばれる)、任意の(optional)スプリング３６、およびこの場合はボルトであるファスナー３２を備えている。これらの部材は一体になって働き、開口部２５を通してローター１２の取り付けフランジ１６のタブ２０をハット部２２の肩部２４に確実にクランプする。上記で注記したように、ローターディスク１２は、従来技術の穴と異なりタブ２０を有している。このアセンブリと従来技術のアセンブリとの間の他の相異は、ハット部２２が、ファスナーを収容するために、真っ直ぐに縁をつけられたスロットではなく円形の開口部を有していることである。図１Ａに見られるように、この場合のローターディスク１２は１２個のタブ２０を有している。ハット部２２は、タブ２０の各側に２つのファスナー３２を収容するように構成された２４個の開口部を有している。これによって、ファスナーアセンブリによって遭遇されるあらゆるひねり(twisting)がタブ２０の周りで起きる。ファスナー３２に伝達されたひねりは、ハット部２２の開口部２５の磨耗を驚くほど減少する。これは、ハット部２２を、所望に応じてアルミニュームのような比較的低い硬度を有する材料で作ることを可能にする。

ボビン３４は、ブリッジ４０によって結合された双眼鏡(binocular)形状の一対のカラム３８として形成されている。各カラム３８は、この場合はボルト３２であるファスナーを収容するための貫通通路４２を有している。通路４２は、円形ではなく細長い孔形状を有していることが好ましく、その理由は後で述べるが、円形の開口部もまた使用できる。カラム３８の高さは、ブリッジ４０の高さよりも高く、それによって、カラム３８とブリッジ４０の下方との間にギャップ４４を形成する。

好ましくは、ボビン３４は、鋳鉄よりも大きい降伏強度と大きい疲労強度を有する材料で形成される。例えば、ボビン３４は、約７０ｋｓｉの引っ張り強度と約４５ｋｓｉの降伏強度を有するステンレススチール粉末金属(stain steel powdered metal)で作られる。これはローター１２用に使用される材料のほぼ２倍の強度である。ステンレススチールはまた、鋳鉄よりも高温に関してより耐久性がある。降伏強度は材料が加熱されると低下しがちであるが、しかし、ステンレススチールの降伏強度は、温度増加に対して急速に低下する鋳鉄の降伏強度よりも、温度増加に対してよりゆっくりと低下する。好ましくは、ボビン３４は、粉末ステンレススチールで作られ、これは製造コストを減少するためにモールドによって予備成形できる。ステンレススチールはまた、腐食抵抗を提供する。

図５Ａ〜５Ｄに見られるように、スプリングクリップ３６は、ボビン３４上に予め組み立てることができる。スプリングクリップ３６は、図６Ａ〜６Ｄに詳細に示されている。図示されたように、スプリングクリップ３６は、基部４６と１対の対向する脚部４８を備えて略Ｕ字状に形成されている。各脚部４８は、頂端部に形成された突出部５０を有する内面を備えている。突出部５０は、細長い隆起部として示されているが、しかし、例えば、１つのくぼみまたは一連のくぼみとして形成されることもできる。基部４６は、平坦な中央部５２と、脚部４８から離れて下方へ曲げられた１対のウイング５４とを有している。スプリングクリップ３６は、モールドされるかまたは板状金属から曲げられるか、あるいは、腐食抵抗を提供するステンレススチールのような他の適切などのような材料からでも製造できる。ウイング５４は、曲げ易くするために狭いネック部５６を有して形成されている。この構造によって、ウイング５４は、力が適用された際に基部４６に向かって偏倚され得る。

図５Ｂに戻って参照すると、スプリングクリップ３６は、基部４６をブリッジ４０の低い部分に対抗させ、また、脚部４８を各側部に跨がせてブリッジ４０上に配置することによりボビン３４に組み立てられる。突出部５０は、スプリングクリップ３６を確実に所定の位置に保持するためにブリッジ４０の上部に重なっていて、これは、図５Ｄに示されている。ウイング５４は、ギャップ４４内に突出している。スプリングクリップ３６は、ローター１２とハット部２２とが組み立てられる前にあらかじめ組み立てられることが望ましい。

図７は、本発明によってハット部２２に組み立てられたローター１２を示している。ローター１２がハット部２２に対して配置されているので、ローターの取り付けフランジのタブ２０は、開口部２５間で肩部２４に対して配置されている。スプリングクリップ３６を有するボビン３４は、各タブ２０上に配置されているので、タブ２０はブリッジ４０の下方で、また、ボビン３４のカラム３８間でギャップ４４内に着座している。スプリングクリップ３６のウイング５４は、タブ２０をハット部２２の肩部２４に対して確実に保持するために、タブ２０に対して偏倚されている。そして、ボルト３２が肩部２４の開口部２５を通ってボビン３４の通路４２内に配置され、ワッシャー５６、５８とともに取着される。この構成は、取り付けフランジ１６の周りの各タブ２０用に繰り返される。勿論、ファスナー３２がチャンネル３１０と４０８内に各直接螺入されるので、ハット部３０２および３０４用に、ナットまたはワッシャーは必要ではない。

本発明は、比較的少ないローター損傷割合を提案する。従来のローターにおける穿孔に対して、本発明によるローター１２が取り付け用のタブ２０を有しているので、取り付けフランジ１６の損傷は大きく減少する。従来のローターにおいて、取り付けフランジはファスナーを収容する複数の開口部を有している。鋳鉄が小さい疲労強度を有しているので、ローターがブレーキ力によって加熱されることによってフランジの強度は低下する。典型的には鋳鉄で作られた穿孔式フランジにおいて、ファスナーと穿孔式フランジとの間の接続は、穿孔の端部に応力集中を引き起こす。その結果、フランジは損傷する傾向がある。本発明において、接続部を作るための穿孔の使用は排除される。ローターはタブ２０の径方向側部によって駆動され、これは、より強力であり、それゆえ損傷に対して抵抗する。

本発明はまた、がたつき(rattle)を排除しながら、ローターの熱膨張を各方向に調整する。図７からわかるように、ボビン３４のカラム３８間に生成されたギャップ４４の内側の幅は、取り付けフランジ１６のタブ２０の外側の幅よりもわずかに大きい。これは、ボビン３４からタブ２０の各側部に間隙ａａを生成する。さらに、ｂｂとして示されたギャップ４４の高さは、ｃｃとして示されたタブ２０の厚さよりも大きい。スプリングクリップ３６ように可能な圧縮の程度は、ｄｄとして示されたウイング５４とスプリングクリップ３６の基部４６とタブ２０の厚さｃｃとの間の距離の合計と、ギャップの高さｂｂとの間の差によって画定される。これは、式：(ｃｃ＋ｄｄ)−ｂｂ＝スプリングクリップ３６の圧縮：によって表わされる。さらに、径方向外方に面した各タブ２０の外側端部は、ボビン３４またはスプリングクリップ３６によって束縛されない。これらの全ての間隙は、ローター１２のタブ２０の熱膨張を各方向へ許容する。

さらに、スプリングクリップ３６が組み立てに際してタブ２０に対して圧縮されるので、タブ２０は、間隙による上述したがたつきがない。この構造はまた、スプリングクリップ３６に負荷する圧縮のみである利点を有している。スプリングクリップ３６は、ローターの周面方向すなわち径方向に拘束されないので、スプリングの破損の原因となるねじれおよび曲げ負荷に遭遇しない。

本発明の他の特徴は、タブ２０とボビン３４との間の相互作用に関する。操作において、ローターディスク１２は、車両の車輪とともに回転する。ブレーキ面１４に対してブレーキパッドを押圧することによってブレーキ力を適用すると、摩擦力は、ピストンの中心からディスクの中心への距離を計り(time)、トルクを生成する。トルクは、ローター１２から、ハット部２２へ、車輪へ伝達され、ブレーキ（制動）が実行される。特に、トルクは、取り付けフランジ１６とタブ２０とによってボビン３４とボルト３２に伝達される。ボルト３２は、トルクをハット部２２の肩部２４に伝達し、ついでトルクは設置面２６を通して車輪に伝達される。タブ２０の側端部とボビン３４との間の相互作用は、適切な位置(in-place)でのトルク伝達によってのみ可能であり、ローターフランジ１６へのねじりモーメントを減少する。

この構成が、従来技術の構成を超えて有している優れた利点は、ハット部２２のローターディスク１２への接続がローターディスク１２と同一平面において実行されることである。ローターディスク１２の取り付けフランジ１６のタブ２０を、ファスナー３２とボビン３４を含むファスナーアセンブリとクランプすることによって、ブレーキ面１４によって遭遇される摩擦力は、同一平面においてトルクとしてハット部２２に直接伝達される。ファスナーアセンブリによって生じた接続が、ローターディスク１２と軸線的な整列であるので、モーメントアームは全く生じない。これは、不整摩滅および早期の破損を有する問題を生ずる曲げをしないでトルクを伝達する。

ブレーキ力によってアセンブリに生じた応力とトルク伝達とを、より強い材料で作られたボビン３４に移動することが望ましい。操作において、ボビンは、トルクをタブ２０からボルト３２に伝達する。ボビン３４はトルクを先導するボルトにのみ伝達するのが好ましい。後続のボルトがトルクを受ける場合、ボビン３４は、ボビン３４またはローター１２をねじり、最終的にはそれを破壊する曲げ力を受ける。このために、ボルト通路４２は、非円形に、好ましくは、断面が細長い孔に作られていている。これは図５Ａと５Ｃとに明瞭に見られる。図４Ａに示されたローターディスク１２が時計方向に回転するのを確実にするために、各ボルト３２は、図５Ｃの点線で示されたように、オフセット(offset)した構造に通路４２の内部に配置されている。これは、この場合において左側に見える先導ボルトが、左側の通路４２の右側を通って伝達されたトルクを受けるようにする。右側に見える後続のボルト３５は、右側の通路４２の右側に接触しないのでトルクを受けない。

本発明の他の特徴において、ボビン３４とタブ２０とは、アセンブリにおける不整列を自己修正する。回避不可能な機械加工の変化によって、各タブ２０は次のタブ２０と正確に同一の寸法ではなくまた正確に同一に位置付けできない。それゆえ、各タブ２０は、トルクを各ボビン３４に伝達するので、ある変化が不均一なトルク伝達を生ずる。これは、ローターディスク１２の取り付けフランジ１６に曲げ応力を生ずるような不均一な負荷分配を生ずる。本発明の他の特徴は、これらの変化を調整するために自己修正機構または破壊領域を使用する。

図４Ｂと７とを参照すると、駆動操作において、ローターディスク１２は、例えば時計方向に回転する。各タブ２０は導入端部６０と後続端部６２とを有している。この場合において左側に見える導入端部６０は、ブレーキを掛けた際にトルクを伝達するためにボビン３４の内面３４を接触しなければならない。しかしながら、ローターのフランジ１６、および／または、ボビン３４が完全でない場合、トルク伝達は均一ではない。幾つかの導入端部６０がボビン３４の内面と接触するが、幾つかはそうではないであろう。本発明によれば、タブ２０は、タブ２０の側部端部６０、６２とボビン３４の内面６４との間に変形可能で譲歩可能な(yieldable)表面または破壊領域を生成する端部処理部を有して備えられている。

図４Ｂと７とにおいて、ねじが切られた、すなわち鋸歯状にされた面２１は、各側部端部６０と６２とに形成されている。この接触領域が均一ではなくボビン３４よりも柔軟であるので、それがボビン３４の表面４２に対して押圧された場合、それは譲歩(yield)する。これは、ねじが切られた表面２１が譲歩性を推進する大きい局部的接触応力を生成するので、また、例えば鋳鉄のタブ２０の材料が例えばステンレススチールのボビン３４よりも低い降伏強度を有しているので起きる。各タブ２０は、機械的差異によって関連するボビンからわずかに異なった距離ａａ_ｎ離間している。ブレーキ力の適用に際し、導入端部とボビン３４との間に最小距離ａａ_ｍｉｎを有するタブ２０は、最初にボビン３４に対して押圧される。この表面は、一方のタブ２０の導入端部とそれに隣接するボビン３４との間の最小距離ａａ_ｍｉｎと最大距離ａａ_ｍａｘとの間の差の距離に等しいかまたはそれより大きい量譲歩する。ａａ_ｍｉｎとａａ_ｍａｘとの間の空間ａａ_ｎを有する他方のタブ２０は、対応する量譲歩する。表面２１は、最大の圧縮を有するように構成されていて、それは、タブ２０の導入端部とその隣接するボビン３４との間の最大の差、あるいは、ａａ_ｍｉｎとａａ_ｍａｘとの差に等しいか、またはわずかに超えている。

各タブ２０が、関連するボビン３４とのその特別な相互作用、およびボビン３４との距離によって変形するので、ブレーキ力が何回か適用された後で、タブ２０とボビン３４との間に均一な空間を得るためにボビンに近接して離間されたタブ２０に変形が生ずるであろう。この配置は、均一な空間を達成するために、各タブ２０を自己修正または自己機械加工し、そして、トルクの均一な伝達を分配しまたアセンブリの曲げ応力を減少する。理想的には、変形は最初の使用後に比較的速やかに起き、材料の機械的疲労が起きる前に必ず適切になる。

図８は、類似した配置を示していて、非均一な端部に替えて小さい降伏強度を有するワッシャー６８が使用されている。ワッシャー６８は、タブ２０の両側に配置されているので、それらは力が適用されると変形するであろう。ワッシャー６８の適切な材料の例は、銅である。

図９Ａ、９Ｃおよび９Ｄは、自己修正概念のさらなる変形例を示している。この場合において、タブ２０は、ねじ部に替えて、複数のくぼみ(dimple)７２を有していて、不均一な表面を形成し変形を可能にするように譲歩する。図９Ｄに示されたように、不均一な表面を、タブ２０にではなくボビン３４に形成することもまた可能である。くぼみ７４は、ボビン３４の内面６４に示されている。ぎざぎざ(鋸歯状部)を含む不均一な表面をボビン３４に生成する他の方法を使用することもまた可能である。これは、他の材料が使用された場合、または、ローターよりもボビンの機械加工が容易な場合に望ましい。

図９Ａはまた、ファスナーの変形を示している。図９Ａにみられる配置は、図７の配置と類似しているが、スプリングクリップ３６が皿ワッシャー７０のような単一のスプリング部材で置き換えられている。皿ワッシャー７０は、開示されたいずれの実施例においてもスプリングクリップ３６の替わりに使用され得る。皿ワッシャー７０は、スプリングクリップ３６と同一の方法で機能し、がたつきを阻止するためにタブ２０がハット部２２に対してしっかりと保持されているけれども、タブ２０がギャップ４４内で膨張することを可能にする。

図９Ａはまた、ローターディスク１２を示していて、これは、図２Ｂに示されたものに類似して、換気式ディスクに替えて中実(solid)または非換気式板部材であり、肩部のないハット部３０２である。これらの変形は、ここで開示された種々の着想が幾つかの組み合わせにおいて使用できることを単に示しているものである。

図１０において、ファスナーアセンブリは、スプリング３４または７０に替えて破壊可能な(crushable)くぼみ８２を有するボビン８０を使用する。破壊可能なくぼみ８２は、がたつきを阻止するために、ローターのタブ２０とハット部２２との間の接続に譲歩可能な表面を備えることによって、スプリング３４または７０と同様の方法で機能する。くぼみを、タブ２０上に同様の効果を有して形成することもまた可能である。

図１１は、破壊領域が同様の効果を有して移動可能であることを示している。図１１において、ボビン８４は、タブ２０の側にではなくボビンのファスナー開口部８６内に端部処理部を有している。端部処理部は、この場合において、機械加工するのが容易なねじ部８８を備えている。ねじ部８８は、ファスナー３２に対して力が与えられた場合に破壊可能である。これに替えて、ねじ部は、ボビンのファスナー開口部内にではなくファスナー上に形成することもできる。これは、製造コストを低減し、より堅い材料でボビンを作ることを可能にする。破壊領域を形成するために、ねじ部８８に替えてファスナー３２の周りに破壊可能なワッシャーを使用することもまた可能である。この構成において、ボビン３４におけるように、例えばねじ部またはワッシャーのような譲歩可能な面は、各タブ２０に均一にトルクを伝達するために、また、トルク伝達を先導ボルトに促進するために、トルクの適用に際して適切な形状に変形する。

図１２において、ボビン９０は、螺入されたボルト開口部を有するのに替えて、破壊可能なブッシング９２がボルトの孔内に配置されていることを除いてボビン８４に類似している。これによって、ボビン９０がファスナー３２に対して力を加えられた場合、ブッシング９２は、最初の不均一な力を調整するために譲歩し恒久的に変形し、そして、トルクが各接続部に均一に伝達されることを確実にする。ブッシング９２は、銅のようないかなる譲歩可能な材料ででも形成できる。この場合において、ブッシング９２がローター設置フランジ上でタブ２０よりも譲歩するので、ローターは、鋳鉄よりもむしろ非常に強固で高性能な材料で作ることができる。適切な材料は、カーボンファイバー、または、カーボンカーボンとして知られているカーボンマトリクスのような競争的(racing)応用における一般的に使用されるものを含んでいる。

図１３は、一体的ユニットに替えて分離した部品で形成された変形ボビン９４を示している。ボビン９４は、円筒状の形状の１対のカラム(column)９６と、１対の開口部１００を有する板状の形状のブリッジ９８を備えている。組み立てるために、ブリッジ９８は、開口部１００を円筒状の内部ボルトチャンネルと整列して、カラム９６上に設けられる。ファスナー３２はこれらの部品をユニットとして取着する。所望に応じて、組み立てに先立って、例えば溶接によってこれらの部品を一体に固定することもまた可能であり、これは、がたつきの可能性を減少する。

図１４〜１６は、例示の目的に限るが、本発明用の適切な種々の応用を示している。ローターアセンブリは、図１４に示されたように、道路用車両およびレーシングカーの両方の自動車に使用できる。これは、図１５に示されたように、オートバイにもまた適用できる。また、全地域(all terrain)車両１４０のようなオフロード車両、または、耕運機(earth moving equipment)１５０にさえも適用でき、これらは、図１６と１７に各示されている。簡単にいえば、本発明はどのような自動車用車両にでも適用できる。本発明がレールカーの鉄道環境においても使用できることをさらに想起できる。

本発明は、ここで述べられたこれらの実施例に限定されるものではなく、種々の改変と変更を包含する。ここで示された種々の変更は、ワッシャー７０を有する多部品ボビン９０等のようなどのような組み合わせにおいても使用できることが理解される。アセンブリの種々の構成要素を除去し、依然として効率的な接続を有することもまた可能である。例えば、スプリングは取り除くことができる。さらに、異なった材料が同様の結果を得るために使用され得る。例えば、ボビンのような異なった構成要素用の材料が、破壊領域の配置を変更し同様の結果を達成するために相対的硬度に関連して変更され得る。

本発明の実施例によるハット部を有するブレーキローターの正面図。 図１ＡのＩ−Ｉ線に沿った側面断面図。 図１ＢのＩＩの部分の拡大図。 図１Ａのハット部を示す図。 図１Ｄのハット部の断面図。 本発明の他の実施例によるハット部を有するブレーキローターの正面図。 図２ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った側面断面図。 図２ＢのＩＶの部分の拡大図。 本発明の他の実施例による結合されたハット部を有するハブに取着されたブレーキローターの正面図。 図３ＡのＶ−Ｖ線に沿った側面断面図。 図３ＢのＶＩの部分の拡大図。 本発明の実施例によるローターの正面図。 図４ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿ったローターの一部分の側面断面図。 本発明の実施例によるスプリングクリップを有するボビンの側面拡大斜視図。 図５Ａのボビンとスプリングクリップとの正面図。 図５Ａのボビンとスプリングクリップとの底面図。 図５Ａのボビンとスプリングクリップとの側面図。 図５Ａのスプリングクリップの側面拡大斜視図。 図６Ａのスプリングクリップの正面図。 図６Ａのスプリングクリップの平面図。 図６Ａのスプリングクリップの側面図。 図１Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 変更された形 状における図１Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 ある変更を有する図２Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 図９Ａに示されたワッシャーの部分の拡大側面図。 図９ＡのＶＩＩＩ部分の拡大図。 図９ＡのＩＸ部分の変形を示す拡大図。 変更された形状における図１Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 変更された形状における図１Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 変更した形状における図１１に類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 変更された形状における図１Ａに類似したファスナーアセンブリの部分的断面の拡大側面図。 レーシングカーに適用した本発明のローターアセンブリの概略図。 オートバイに適用した本発明のローターアセンブリの概略図。 オフロード車両に適用した本発明のローターアセンブリの概略図。 耕運機に適用した本発明のローターアセンブリの概略図。

符号の説明

１０…ブレーキアセンブリ、 １２、３００、４００…ローターディスク（ローター）、 １４…ブレーキ面、 １６…取り付けフランジ、 １８…溝、 ２０…タブ、 ２１、８８…ねじ部、 ２２、３０２、４０４…ハット部、 ２４…肩部、 ２５、１００、３１０…開口部、 ２６、３０６…設置面、 ２８、８６、３０８…ファスナー開口部、 ３０、３０４、４０６…側壁、 ３４、８０、９０、９４…ボビン、 ３６…スプリングクリップ、 ３８…カラム、 ４０…ブリッジ、 ４２…通路、 ４８…脚部、 ５０…突出部、 ５６、５８、６８、７０…ワッシャー、 ６０…導入端部、 ６２…後続端部、 ６４…内面、 ７４、８２…くぼみ、 ４０２…車輪のハブ。

Claims (1)

1. 環状のブレーキ面を有するディスクと、このブレーキ面から径方向内方に延びた取り付けフランジとを具備し、この取り付けフランジは、各々が径方向に延びた一対の側壁を備えた周方向に離間した一連のタブであり、前記各径方向に延びた側壁は、この側壁に形成された変形可能で降伏可能な表面を生じる端部処理部を有するローター。

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