JP2017519954A - 大型車用縮小径ブレーキローター - Google Patents
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Abstract
Description
本願は2014年6月20日に出願された米国仮特許出願62/014871の利益を請求する。
本発明は大型車のディスクブレーキ技術分野に関する。さらに詳しくは、本発明は大型車のディスクブレーキのローターに関する。さらに詳しくは、本発明は以下において、ブレーキローターというディスクブレーキローターに関する。このブレーキローターは縮小径車輪端形状と連結して使用するための縮小径を包含し、且つローターの最高温度を低減させ、ブレーキをかけている間にローターが円錐形になるのを低減しそして望ましくは脆化を低減させ且つローターの高温強度を改善しつつローター伝熱性能を維持するという特徴を有する。
それぞれのディスクブレーキアセンブリはキャリアを包含し、キャリアは以下において詳しく説明するキャリパーを支え、トルク板に、典型的にはボルトの如き機械的止め具によって、取り付けられている。このトルク板は、溶接などによって、車の車軸/サスペンションシステムの車軸へと固く結合されている。トルク板はブレーキ負荷中に生じるトルクに対抗し且つキャリアとキャリパーの正常な配列を維持してブレーキアセンブリの各構成員が最適に作動するのを保証する。
ローターはディスク部分を包含し、ディスク部分はディスクパッドの間に、それぞれのパッドの摩擦材がディスク部分のそれぞれの表面と向き合うように、配置されている。ローターも取付部分を包含し、取付部分は車のそれぞれの車輪端アセンブリに対してボルトの如き機械的止め具によって取付けるのに適合している。スリーブは、典型的には、ディスク部分とローターの取付部分と一体に形成され且つそれらの間に伸長している。この構造はローターが車輪端アセンブリに従ってそれぞれの車輪に強固に結合されることを可能とする。
従来技術では、17.5インチ径車輪についてドラムブレーキシステムを用いることが普通であった。ドラムブレーキシステムと比較したとき空気ディスクブレーキシステムが改良された性能特性を持つために、縮小径17.5インチ車輪でもドラムブレーキシステムよりも空気ディスクブレーキシステムの使用を可能とすることが望ましい。しかしながら、17.5インチ車輪に空気ディスクブレーキシステムを使用するには、確かな挑戦が必要とされる。
さらに詳しくは、17.5インチ径車輪に採用されている、ブレーキローターを含む、空気ディスクブレーキは、それらの外径が17.5インチ車輪径の内に納まるように詰め込まなければならないので、それらの外径が制限される。そのような空気ディスクブレーキは、20,000ポンドGAWRを適切に支持するため約5インチの外径で推奨される、車軸の外径をもクリアしなければならないので、その内径もまた制限される。そのような大型車の空気ディスクブレーキシステムがブレーキローターとブレーキパッドの許容し得る性能と寿命を備えることも
望まれる。
さらに、ブレーキローターと車輪ハブとの間の機械的接続はローターから車輪ハブへの伝熱を可能とする。ローターが高い温度を経験すると、今度はその伝熱が車輪ハブに高温度を生み出す。車輪ハブの高温度は車輪シールとハブ中の潤滑剤を早過ぎに老化させ、それによって車輪端アセンブリのサービス間隔を望まないのに短縮することになる。結果として、車輪ハブへ伝わる熱を少なくしそして望ましくはハブシールと潤滑剤の寿命を引き延ばす、ローターのピーク温度を低くする構造を備えた、縮小された径のブレーキローターを提供することは再度望ましいことになる。
その結果、ローターのピーク温度を下げる構造を与え、ブレーキ付与中のローターのコーニングを抑えそして望ましくはローターの熱伝導性を維持する冶金組成を含み、他方では脆さを低減させ且つローターの高温強度を改善する大型車のための縮小された径のブレーキローターに対する要求が当該技術分野に存在する。本発明の大型車用の縮小された径のブレーキローターは、以下に詳細に記載するとおり、これらの要求を満足する。
ハブキャップ24は複数のボルト26によりハブ22のアウトボード端に取付けられている。各ボルトはハブキャップに形成された複数の開口28のそれぞれを通過し、ハブに形成された複数の配列したネジ開口30のそれぞれに係合する。このようにして、ハブキャップ24は車輪端アセンブリ12のアウトボード端を閉鎖する。主連続シール32は、車輪端アセンブリ12のインボード端に回転可能に取付けられそしてアセンブリのインボード端を閉鎖する。典型的な大型車の複輪形態では、複数のネジボルト34と係合ナット36とは、車輪端アセンブリ12に、特定のデザインを考慮して、1つのタイヤリムまたは一対のタイヤリム(図示されていない)を取り付けるのが普通である。一対のタイヤ(図示されていない)のそれぞれは、当該技術分野で知られているとおり、タイヤリムのそれぞれに取付けられている。
ローター40は、径方向に伸びるディスク部分50を包含する。その構造を以下に詳細に記載する。ディスク部分50は、当該技術分野で知られた方法で一対の対向するブレーキパッド(図示されていない)の間に配置されている。軸方向に伸びるロータースリーブ52はディスク部分50と取付けフランジ42と共に一体に形成され且つそれらの間に伸びている。スリーブ52は、ローターディスク部分50が取付けフランジ42、従って車輪端アセンブリ12に堅固に接続されることを可能とする。
従来のローター40は、典型的にはブレーキ操作中の摩擦によって生成される熱を放散させるために、ディスク部分50の熱伝導性能を維持するため高炭素含量の鋳鉄で形成されている。例えば、従来のローター40は約4重量%炭素よりも多い炭素含量を有している。
同様に、ローター40と車輪ハブ22の間の機械的接続は、ローターから車輪ハブへの高い熱移動を可能にし、車輪ハブに高い温度を作り出す。そのような高温度は主シール32、ハブキャップ24のシールおよびハブ22中の潤滑油を永続的に老化させ、それによって、望ましくないことに、車輪端アセンブリの修理間隔を短くすることになる。
さらに、従来のローター40は約4重量%炭素よりも多い炭素含量を示す。それは良好な熱伝導性を提供する炭素含量であるか、ローターを望ましくなく脆くし、従って望ましくないことに、ローターがクラックを起しかつ成長することを可能とし且つ望ましくないことに、ローターの高温強度を低くする。
その結果として、大型車用の縮小された径のブレーキローターについての当該技術分野においては、ローターのピーク温度を低くし、ブレーキを掛けている間のコーニングを低下させそしてローターの脆さを低減し且つ高温強度を改良しつつ、ローターの熱伝導性を望ましく維持する冶金組成を包含する構造を提供する要望が存在する。本発明の大型車用縮小された径のブレーキローターは要望を満足する。以下に説明する。
インボード端102に、ローター100は径方向に伸びるディスク112を有する。その構造は下記に詳しく説明する。ディスク112は当該技術分野で知られているように、一対の対向するブレーキパッド(図示されていない)の間に配置される。軸方向に伸びるロータースリーブ114は、ディスク112と取付けフランジ106と共に一体に形成され、その間に伸びている。スリーブ114は、ローターディスク112が取付けフランジ106に従って車輪端アセンブリ12(図1)に堅固に接続されるのを可能にする。比較的小さな径のスリーブ114からより大きな径の取付けフランジ106への移行を提供するのは、角度ついたベルの部分110であり、これは取付けフランジの一部であると考えてもよい。
ローターディスク112の質量をさらに増加させるために、ディスクの厚みが増加されていてもよい。図4に示されているように、ローターディスク112の厚みは、120で示される、インボード表面116とアウトボード表面118間の距離である。例えば、ローターディスク112が約320mm〜約330mmの外径122を有すると、厚み120は約30mm〜約45mmとなり、好ましい厚みは約34mmである。ローター100の質量がローターディスク112の厚み120を増加させることによって増やすことは、ローターの、ブレーキ操作による熱を取り扱う能力を改善し、望ましいことに、ベアリング16、18および主シール32の性能と寿命を増加させるように熱伝導を低下させる。
比率R2とR3のそれぞれは、そのテスト必要条件の観点からローター100の質量を示しており、それが今度は大型車のブレーキ操作による熱スパイクに対抗する本発明のローターの望ましい能力を説明する。
さらに、本発明のローター100の凸起124とボルト開口108は車輪スタッド34(図1)から分離している。車輪ハブ22のためのボルト開口108が車輪スタッド34から離れている配置を採ることによって、ハブ留めボルト46はベアリング16、18から径方向に離れ且つ車輪スタッドの間に存在する。ハブ留めボルト46をベアリング16、18から径方向に離れ且つ車輪スタッド34間に位置させることによって、ハブ22からローター100を比較的容易に外すことができ、そして好ましくは、ハブ中の潤滑油、ベアリングおよび主シール32へのローター100からの熱移動を低減させる。特に、このような熱移動の低減は、熱移動点を車輪塊により近く且つベアリング16、18から離れるように移動させることによって達成され、そして望ましくは潤滑油、ベアリングおよびメインシール32の寿命を延ばす。
本発明のローター100は、好ましくは、ディスク112の熱伝導性を維持し、他方では脆さを低減し且つ温熱強度を改良するため、ねずみ鋳鉄の合金を包含する組成から作られる。例えば、ローター100の組成は、ローターを形成するために用いられる炭素、珪素およびバナジウムの比を最適化して包含する。さらなる実施例によれば、本発明のローター100は、約4%以上ではなく約2.80〜約3.20重量%の炭素含量を有する。このような炭素含量は、もっと多い炭素含量より付与される脆さを低下させ且つローター100の熱強度を改良しつつ、ローターディスク112の硬さを維持する。ディスク112の熱伝導性を維持するため、本発明のローター100は約1.80〜約1.95重量%の珪素含量と約0.05〜約0.15重量%のバナジウム含量を有する。
本発明のローター100のこの組成、特にねずみ鋳鉄の合金および炭素含量、珪素含量およびバナジウム含量の任意の概念は、望ましくは、従来の高炭素組成と結び付く脆さを低減させつつ、ローターの熱伝導性を維持する。このような脆さの低減は、望ましいことに、ディスク112のクラックの急速な開始と成長を低下させてローター100の性能と寿命を改善する。また、ローター100の組成は、さらにその性能と寿命を改善することになる、ローターの熱強度を改善する。加えて、ローター100の上記組成に関連した費用は、望ましいことに、従来のローターのそれよりもさらに経済的である。上記したとおり、ローター100の上記組成は、実施例によるものであり、ねずみ鋳鉄のいかなるものでもローターに用いられると理解されるべきである。
ブレーキローター40、100は、PAN17システム(PANは、WabcoIPホールディングLLCの登録商標である)として当該技術分野で知られている、同じ全空気ディスクブレーキシステム機構において、Jurid539−20(JuridはHoneywellインターナショナルInc.の登録商標である)として当該技術分野で知られている、同じ摩擦材とともに採用され、その結果唯一違うのはローターであった。従来のローター40は、325mmの外径とディスク厚34mmの空気循環ローターでありそして本発明のローター100は外径325mm、ディスク厚34mmの中実ディスクローターであった。
試験の第2ラウンドでは、車輪(図示されていない)が取付けられた。この試験では、従来のローター40は、車輪なしで必要とされた減速レベルを維持するために、さらに高い圧力を必要とした。また、本発明のローター100は、車輪が取付けられたときに性能の低下は無かった。
加えて、ローター100は切り込み128および任意のリリーフ域134を伴って形成され、これらはディスク112の径方向膨張がスリーブ114の角度ある膨張とバランスすることを可能とし、それによってコーニングを低減あるいは除去する。コーニングのこのような低減や除去は、インボード表面116とその隣接するブレーキパッドおよびアウトボード表面118とその隣接するブレーキパッドとの間の均一な接触を促進させ、それによってブレーキシステムの効率を最適化し且つブレーキパッドの寿命を増大させる。コーニングのような低減あるいは除去は、同様に、望ましいことに、従来のローター40と比較すると、ブレーキパッドとディスク112のそれぞれのインボード表面116とアウトボード表面118との間の接触の各点における応力を低下させ、ディスク中にクラックが形成される傾向を低下させ、それによってローター100の寿命を増す。
従って、本発明の大型車用縮径ブレーキローターは、簡素化され、全ての種々の目的を達成する、効果的な、安全な、経済的な且つ効率的な構造を提供し、従来の縮径ディスクブレーキローターが直面した困難を除去することを提供し且つ当該技術分野における問題を解決しそして新しい結果を得るものである。
本発明の特徴・発見および原則、本発明の大型車用縮径ブレーキローターが組立てられ、整理され且つ用いられる仕方、構造と整理の特徴並びに得られる利点、新規且つ有用な結果が今や記載されたので、新規且つ有用な構造、装置、要素、配列、部品および組合せが下記請求項に記載される。
Claims (20)
- 大型車用の縮小された径のブレーキローターであって、該ローターは、径方向に伸びるディスク、該ディスクはインボード表面、アウトボード表面および該インボード表面と該アウトボード表面の間の中実で、一定の断面とを有し;該車の車輪ハブに該ローターを取り付けるための径方向に伸びる取付けフランジ;ならびに該ディスクと該取付けフランジと一緒に合体して形成され且つそれらの間に伸びている軸方向に伸びるスリーブ、
からなる上記ブレーキローター。 - 該スリーブから該取付けフランジへの遷移を提供する角度が付けられたベル部分をさらに有する、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクが約320mm〜約330mmの外径を有する、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクが約30mm〜約45mmの厚みを有する、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクが約34mmの厚みを有する、請求項4の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの外径の値によって該ローターの全重量を除した値が約4.2ポンド/インチである、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの全重量によって、10,000ポンドのテスト必要条件の値で除した値が最大で約280である、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの全重量によって10,000ポンドのテスト必要条件の値で除した値が最大で約190である、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの外径によって該取付けフランジのボルトサークルの直径を除した値が約0.77である、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 上記取付けフランジが径方向に伸びる複数の凸起を有し、それぞれの凸起は開口と共に形成されており、そして該凸起と開口は該車の車輪端アセンブリの車輪スタッドから離れている、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの該アウトボード表面が切り込みを有して形成されている、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該切込みが該ディスクの該アウトボード表面が該スリーブと出合う位置に形成されている請求項11の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該切込みが約8mmの最小深さを有する、請求項12の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクの該インボード表面が該切り込みと反対側のリリーフ域と共に形成されている、請求項12の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該リリーフ域は、該切り込みの深さよりも浅い深さを有する、請求項14の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクは約2.80重量%〜約3.20重量%炭素の炭素含量および約1.80重量%〜約1.95重量%シリコンのシリコン含量を有する、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ディスクは約0.05重量%〜約0.15重量%バナジウムのバナジウム含量を有する、請求項16の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該ローターディスクの該インボード表面に合体して形成されているトーンリングをさらに有する、請求項1の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- ABSセンサを受け入れ且つ取付けるための開口と共に好ましく形成されている該ローターと結合して用いられるトルク板をさらに有し、該ABSセンサは150mmピッチサークルを目標として約15度の、トーンリング用の角度を付けた配向を有する、請求項18の大型車用縮小された径のブレーキローター。
- 該トルク板は連続溶接を備えた車軸に溶接されている、請求項19の大型車用縮小された径のブレーキローター。
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