JP2018087586A - 自転車用ディスクブレーキロータ - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化に貢献できる自転車用ディスクブレーキロータを提供する。【解決手段】自転車用ディスクブレーキロータは、アルミ合金によって形成される外周部と、前記外周部よりも径方向の内側に配置され、自転車のホイールに連結可能に設けられる内周部と、前記外周部に設けられる窒化物を含む被膜と、を備え、前記被膜は、ブレーキパッドに対応する制動面の少なくとも一部を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、自転車用ディスクブレーキロータに関する。

特許文献１に開示される自転車用ディスクブレーキロータは、外周部にブレーキパッドに接する制動面を有する。

特開２００５−３０５６５号公報

上記自転車用ディスクブレーキロータの制動面は、外周部の母材上に設けられる耐摩耗性の高い部材によって形成される。このような制動面を構成する部材の材料は重いため、自転車用ディスクブレーキロータ全体としても重量が重くなる。

本発明の目的は、軽量化に貢献できる自転車用ディスクブレーキロータを提供することである。

（１）本発明に従う自転車用ディスクブレーキロータの一形態は、アルミ合金によって形成される外周部と、前記外周部よりも径方向の内側に配置され、自転車のホイールに連結可能に設けられる内周部と、前記外周部に設けられる窒化物を含む被膜と、を備え、前記被膜は、ブレーキパッドに対応する制動面の少なくとも一部を構成する。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、窒化物を含む被膜を外周部の制動面に設けることによって外周部に軽量なアルミ合金を用いても耐摩耗性を高めることができる。このため、軽量化に貢献できる。

（２）前記（１）に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記窒化物は、窒化クロムである。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、窒化クロムを含む被膜によって耐摩耗性が好適に高められる。

（３）本発明に従う自転車用ディスクブレーキロータの一形態は、外周部と、前記外周部よりも径方向の内側に配置され、自転車のホイールに連結可能に設けられる内周部と、前記外周部に設けられる窒化クロムを含む被膜と、を備え、前記被膜は、ブレーキパッドに対応する制動面の少なくとも一部を構成する。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、窒化クロムを含む被膜を外周部の制動面に設けることによって外周部に軽量な材料を用いても耐摩耗性を高めることができる。このため、軽量化に貢献できる。

（４）前記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記制動面は、当該自転車用ディスクブレーキロータの軸方向において、一方側に面する第１制動面と、前記軸方向の他方側に面する第２制動面とを含み、前記被膜は、前記第１制動面および前記第２制動面の両方それぞれの少なくとも一部を構成する。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、第１制動面および第２制動面の両方それぞれの少なくとも一部が被膜で構成されるため、第１制動面および第２制動面のいずれにおいても高い耐摩耗性を得ることができる。

（５）前記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記外周部と連続し、前記外周部よりも前記径方向の内側および外側の少なくとも一方に設けられる冷却部をさらに備える。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、冷却部によって自転車用ディスクブレーキロータの放熱を促進できる。

（６）前記（５）に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記冷却部は、前記外周部よりも前記径方向の内側に設けられる。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、外周部の径方向内側に設けられるため、自転車用ディスクブレーキロータの径方向のサイズが大きくなることを抑制できる。

（７）前記（６）に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記外周部と前記内周部とを接続するアームを有する接続部をさらに備え、前記冷却部は、前記アームを挟んで配置される第１冷却部および第２冷却部を含む。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、アームの両側に第１冷却部および第２冷却部が設けられるため、放熱性能を向上できる。

（８）前記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記被膜は、前記制動面の全体を構成する。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、被膜によって制動面全体の耐摩耗性を高めることができる。

（９）前記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記被膜の厚さは１μｍ以上、かつ、５００μｍ以下である。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、薄肉の外周部を有するディスクブレーキロータを実現できる。

（１０）前記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記外周部の厚さは、１ｍｍ以上、かつ、５ｍｍ以下である。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、薄肉の外周部を有するディスクブレーキロータを実現できる。

（１１）前記（１）に記載の自転車用ディスクブレーキロータにおいて、前記被膜の硬さは、ＨＶ１０００以上、かつ、ＨＶ４０００以下である。なお、「ＨＶ」は、ビッカース硬度を示す。
上記自転車用ディスクブレーキロータによれば、硬い被膜によって制動面を構成することができる。

本自転車用ディスクブレーキロータは、軽量化に貢献できる。

第１実施形態の自転車用ディスクブレーキロータを備える自転車の一部を示す左側面図。 図１の自転車用ディスクブレーキロータの右側面図。 図２の３−３線に沿う断面図。 第１実施形態の自転車用ディスクブレーキロータの右側面図。 図４の５−５線に沿う断面図。

（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態の自転車用ディスクブレーキロータ３０（以下、単に「ロータ３０」）を搭載する自転車１０について説明する。

自転車１０は、フレーム１２、ホイール１４、ハブ１６、および、ディスクブレーキ２０を備える。フレーム１２は、ハブ１６が取り付けられる端部１２Ａを含む。フレーム１２の端部１２Ａは、フロントフォーク（図示略）のフォークエンド、または、チェーンステー（図示略）のリアエンドである。

ディスクブレーキ２０は、ディスクブレーキキャリパ２２（以下、単に「キャリパ２２」）、および、ロータ３０を備える。
キャリパ２２は、フレーム１２の端部１２Ａに取り付けられる。キャリパ２２には、ブレーキパッド２４（図２参照）が設けられる。キャリパ２２は、操作装置（図示略）の操作に基づいて内部のブレーキパッド２４でロータ３０を挟み込むことによってホイール１４を制動する。ブレーキパッド２４は、金属材料、または、金属材料を含む樹脂材料によって形成される。ディスクブレーキ２０は、油圧によって動作する。別の例では、ディスクブレーキ２０は、ボーデンケーブルなどのケーブルの張力によって動作する。

図１〜図３を参照して、ロータ３０について説明する。
図１に示されるロータ３０は、フレーム１２に対して回転可能である。ロータ３０は、ハブ１６を介してホイール１４に取り付けられて、ハブシェル（図示略）と一体に回転する。

図２に示されるとおり、ロータ３０は、外周部３２と、内周部３４と、被膜３６とを備える。一例では、ロータ３０は、接続部３８と、冷却部４０とをさらに備える。
外周部３２は、アルミ合金によって形成される。一例では、アルミ合金は、ジュラルミン、超ジュラルミンまたは超々ジュラルミンなどである。外周部３２の厚さは、１ｍｍ以上、かつ、５ｍｍ以下である。外周部３２は、径方向の内側に突出するタブ３２Ａを備える。タブ３２Ａは、複数設けられることが好ましい。複数のタブ３２Ａは、周方向において所定の間隔を置いて配置される。

図３に示されるとおり、外周部３２は、第１面４２および第２面４４を備える。第１面４２は、ロータ３０の中心軸Ｃに沿う軸方向において、一方側に面する。第２面４４は、軸方向の他方側に面する。第１面４２および第２面４４には、それぞれブレーキパッド２４に対応する制動面４６が設けられる。

図２に示されるとおり、内周部３４は、外周部３２よりも径方向の内側に配置され、自転車１０のホイール１４に連結可能に設けられる。内周部３４は、円環形状を有する。内周部３４の内周面には、スプライン３４Ａが形成される。スプライン３４Ａは、ハブ１６に形成されるスプライン１６Ａと係合可能である。ハブ１６のスプライン１６Ａにロータ３０のスプライン３４Ａを係合した状態でロックリング（図示略）の中心軸線まわりにハブ１６に取り付けることで内周部３４がホイール１４に連結される。ロックリングの中心軸線は、ロータ３０の中心軸Ｃと一致する。なお、図１において、スプライン１６Ａおよびスプライン３４Ａは簡略化され図示されている。

接続部３８は、外周部３２と内周部３４とを接続する。接続部３８は、内周部３４と一体的に形成される。一例では、内周部３４および接続部３８は、アルミ合金、または、ステンレス鋼を含むスチール鋼によって形成される。

接続部３８は、アーム３８Ａを有する。接続部３８は、複数のアーム３８Ａを有することが好ましい。複数のアーム３８Ａは、周方向において所定の間隔を置いて配置される。アーム３８Ａは、内周部３４から径方向の外方に向かって延びる。アーム３８Ａの外方の端部は、タブ３２Ａと取付部材４８によって連結される。取付部材４８は、例えばリベットまたはボルトである。

図３に示されるとおり、被膜３６は、外周部３２に設けられる。被膜３６は、窒化物を含む。窒化物は、窒化クロムである。被膜３６は、制動面４６の少なくとも一部を構成する。好ましくは、被膜３６は、制動面４６の全体を構成する。制動面４６は、第１制動面４６Ａと第２制動面４６Ｂとを含む。第１制動面４６Ａは、ロータ３０の軸方向において、一方側に面する。第２制動面４６Ｂは、軸方向の他方側に面する。第１制動面４６Ａは、第１面４２のうちの径方向の外側部分に設けられる。第２制動面４６Ｂは、第２面４４のうちの径方向の外側部分に設けられる。被膜３６は、第１制動面４６Ａおよび第２制動面４６Ｂの両方それぞれの少なくとも一部を構成する。好ましくは、被膜３６は、第１制動面４６Ａおよび第制動面４６Ｂの全体を構成する。被膜３６は、外周部３２よりも薄いことが好ましい。被膜３６の厚さは１μｍ以上、かつ、５００μｍ以下である。より好ましくは、被膜３６の厚さは２μｍ以上、かつ３００μｍ以下である。被膜３６は、外周部３２よりも耐摩耗性が高いことが好ましい。被膜３６の硬さは、ＨＶ１０００以上、かつ、ＨＶ４０００以下である。より好ましくは被膜３６の硬さは、ＨＶ１５００以上、かつ、ＨＶ２５００以下である。

冷却部４０は、外周部３２と連続し、外周部３２よりも径方向の内側に設けられる。冷却部４０は、ロータ３０の周方向において隣り合う２つのタブ３２Ａの間に設けられる。冷却部４０は、アーム３８Ａを挟んで配置される第１冷却部４０Ｘおよび第２冷却部４０Ｙを含む。第１冷却部４０Ｘと第２冷却部４０Ｙとは同様の形状を有する。第１冷却部４０Ｘは、１つのアーム３８Ａの周方向の一方側に設けられる。第２冷却部４０Ｙは、１つのアーム３８Ａの周方向の他方側に設けられる。冷却部４０は、全てのロータ３０の周方向において隣り合う２つのタブ３２Ａの間に設けられる。１つのアーム３８Ａについての第１冷却部４０Ｘは、このアーム３８Ａよりも周方向の一方側に設けられるアーム３８Ａについての第２冷却部４０Ｙである。冷却部４０は、それぞれ複数の溝４０Ａを有する。溝４０Ａは、外周部３２の第１面４２から第２面４４に向かって凹む。溝４０Ａは、ロータ３０の径方向の外側から内側に向かうにつれてロータ３０の回転方向に沿って延びる。

ロータ３０の製造方法について説明する。
ロータ３０の製造方法は、第１工程、第２工程、第３工程、および、第４工程を含む。なお、第３工程は、第１工程および第２工程と並行して行われてもよく、第１工程および第２工程よりも前に行われてもよい。

第１工程は、外周部３２および冷却部４０を形成する工程を含む。外周部３２は、鍛造または鋳造によって形成される。
第２工程は、外周部３２に被膜３６をＰＶＤ（Physical Vaper Deposition）法によって蒸着させる工程を含む。ＰＶＤ法は、例えば、イオンプレーティング法である。イオンプレーティング法は、アーク放電法またはＨＤＣ（Hollow Cathode Discharge）法である。第２工程は、より具体的には、第１面４２および第２面４４のうちの制動面４６を形成したい部分のみを露出させた状態で、窒化クロムの被膜３６を蒸着させる。このため、被膜３６に含まれる窒素およびクロムは、外周部３２の材料に由来しない。

第３工程は、内周部３４および接続部３８を形成する工程を含む。内周部３４および接続部３８は、鍛造または鋳造によって形成される。
第４工程は、第２工程によって得られた被膜３６が設けられた外周部３２と、第３工程によって得られた接続部３８とを取付部材４８によって連結する工程を含む。

（第２実施形態）
図４および図５を参照して、第２実施形態のロータ３０Ａについて説明する。第１実施形態と実質的に共通する部分については、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

ロータ３０Ａは、外周部３２と、内周部３４と、被膜３６とを備える。一例では、ロータ３０Ａは、接続部３８と、冷却部５０とをさらに備える。
冷却部５０は、外周部３２と連続し、外周部３２よりも径方向の内側に設けられる。冷却部４０は、ロータ３０Ａの周方向において隣り合う２つのタブ３２Ａの間に設けられる。冷却部５０は、アーム３８Ａを挟んで配置される第１冷却部５０Ｘおよび第２冷却部５０Ｙを含む。第１冷却部５０Ｘと第２冷却部５０Ｙとは同様の形状を有する。第１冷却部５０Ｘは、１つのアーム３８Ａの周方向の一方側に設けられる。第２冷却部５０Ｙは、１つのアーム３８Ａの周方向の他方側に設けられる。冷却部５０は、全てのロータ３０Ａの周方向において隣り合う２つのタブ３２Ａの間に設けられる。１つのアーム３８Ａについての第１冷却部５０Ｘは、このアーム３８Ａよりも周方向の一方側に設けられるアーム３８Ａについての第２冷却部５０Ｙである。冷却部５０は、複数の凹部５０Ａを有する。凹部５０Ａは、第１面４２から第２面４４に向かって凹んだ形状を有する。凹部５０Ａは、ロータ３０Ａの径方向の外側から内側に向かうにつれて周方向の長さが短くなる。冷却部５０のロータ３０Ａの周方向の一方の端部はタブ３２Ａと連続し、他方の端部とはタブ３２Ａと不連続である。

（変形例）
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う自転車用ディスクブレーキロータが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う自転車用ディスクブレーキロータは、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合わせられた形態を取り得る。以下の変形例において、各実施形態の形態と共通する部分については、各実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。

・第１面４２に設けられる被膜３６および第２面４４に設けられる被膜３６の一方を省略することもできる。この場合、被膜３６を省略する側の面４２，４４に、外周部３２とは別体の部材を取り付けて被膜３６を省略する側の面４２，４４の制動面４６の少なくとも一部を構成することもできる。この場合も、一方の面４２，４４の制動面４６の少なくとも一部は被膜３６によって構成されるため、両方の面４２，４４に別体の部材を取り付ける場合と比較して、ロータ３０，３０Ａの軽量化に貢献できる。

・被膜３６が第１制動面４６Ａまたは第２制動面４６Ｂの一部のみを構成するようにしてもよい。例えば、外周部３２にロータ３０，３０Ａの周方向において不連続に被膜３６を設けることができる。

・被膜３６は、真空蒸着法またはスパッタリング法によって設けることもできる。要するに、外周部３２の第１面４２または第２面４４に、外周部３２とは別体の窒化クロムの被膜３６を付着させることのできる方法であればいずれの方法を採用することもできる。

・冷却部４０，５０を、外周部３２よりも径方向の外側に設けることもできる。また、冷却部４０，５０を、外周部３２よりも径方向の外側および内側の両方に設けることもできる。

・被膜３６は、窒化クロムに代えてまたは加えて窒化チタン、炭化窒化チタン、または、窒化チタンアルミを含んでもよい。この場合も、被膜３６の材料は、外周部３２の材料に由来しない。

・外周部３２の材料をアルミ合金以外に変更することもできる。例えば、スチール鋼を選択することができる。この場合も、窒化クロムを含む被膜３６によって外周部３２の剛性を高めることができるため、外周部３２の薄肉化によってロータ３０，３０Ａの軽量化に貢献できる。

１０…自転車、２４…ブレーキパッド、３０,３０Ａ…ロータ（自転車用ディスクブレーキロータ）、３２…外周部、３４…内周部、３６…被膜、３８…接続部、３８Ａ…アーム、４０，５０…冷却部、４０Ｘ，５０Ｘ…第１冷却部、４０Ｙ，５０Ｙ…第２冷却部、４６…制動面、４６Ａ…第１制動面、４６Ｂ…第２制動面。

Claims (11)

1. アルミ合金によって形成される外周部と、
   前記外周部よりも径方向の内側に配置され、自転車のホイールに連結可能に設けられる内周部と、
   前記外周部に設けられる窒化物を含む被膜と、を備え、
   前記被膜は、ブレーキパッドに対応する制動面の少なくとも一部を構成する、自転車用ディスクブレーキロータ。
2. 前記窒化物は、窒化クロムである、請求項１に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
3. 外周部と、
   前記外周部よりも径方向の内側に配置され、自転車のホイールに連結可能に設けられる内周部と、
   前記外周部に設けられる窒化クロムを含む被膜と、を備え、
   前記被膜は、ブレーキパッドに対応する制動面の少なくとも一部を構成する、自転車用ディスクブレーキロータ。
4. 前記制動面は、当該自転車用ディスクブレーキロータの軸方向において、一方側に面する第１制動面と、前記軸方向の他方側に面する第２制動面とを含み、
   前記被膜は、前記第１制動面および前記第２制動面の両方それぞれの少なくとも一部を構成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
5. 前記外周部と連続し、前記外周部よりも前記径方向の内側および外側の少なくとも一方に設けられる冷却部をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
6. 前記冷却部は、前記外周部よりも前記径方向の内側に設けられる、請求項５に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
7. 前記外周部と前記内周部とを接続するアームを有する接続部をさらに備え、
   前記冷却部は、前記アームを挟んで配置される第１冷却部および第２冷却部を含む、請求項６に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
8. 前記被膜は、前記制動面の全体を構成する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
9. 前記被膜の厚さは１μｍ以上、かつ、５００μｍ以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
10. 前記外周部の厚さは、１ｍｍ以上、かつ、５ｍｍ以下である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。
11. 前記被膜の硬さは、ＨＶ１０００以上、かつ、ＨＶ４０００以下である、請求項１に記載の自転車用ディスクブレーキロータ。

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