JP5123853B2 - 脆性材料から形成されたブレーキディスクリングを備えたディスクブレーキおよびかかる種類の１または複数のディスクブレーキを取り付けた車両 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック等の引張強度が低く破断伸びが小さい脆弱材料から形成されたブレーキディスクリング（２）と、その目的に適した支持装置とを備えたディスクブレーキに関する。

ブレーキディスクリングは、その重みのため、軽量の支持装置と共にホイールリムまたは回転軸に固定されることが多い。かかる支持装置は主として軽金属から成ると共に妥当な場合にはフローティング軸受を備え、より好ましくはオートバイの製造に使用される。ブレーキディスクリングの材料は、大半は、重い鋳鉄またはステンレス鋼である。

最近、加熱によりセラミック化された軽量のシリコン処理炭素繊維複合材料が利用できるようになってきており、すでに鉄道や自動車の製造に使用されている。オートバイ製造への適用には、引張強度と破断伸びがそれぞれわずか２０−３０Ｎ／ｍｍ²および０．１
−０．２％にしか相当せず、熱膨張係数が事実上ゼロまたは場合によってはマイナスであることから、問題が生じている。約１４００℃以下の可能な熱負荷を利用すると、軽金属から成る支持構造に断熱、強度、および熱膨張の問題が生じる。内側に向かって開いているブレーキディスクリングの半円形の力伝達表面における通常のフローティング軸受で生じる圧力は、ディスク材料の引張強度を超え、大きなブレーキ力がかかった場合にはかかるディスク材料が破砕されることさえある。支持装置に対するブレーキディスクリングの接続部材として、径方向に移動可能な鋼ねじ接続も知られてはいるが、プロセス中の径方向の逃げが避けられないため、バランスの問題とブレーキの不規則さを生じさせる。

本発明の目的は、破砕の危険を負わずに高い費用対効果で製造可能な、高い熱負荷性、低い摩耗性、および高い摩擦の値の利点を最大限に利用した軽量のセラミック材料のブレーキディスクリングとしての使用および好ましくはさらにオートバイにおいての使用も許容する、支持構造を備えたディスクブレーキを提供することにある。

本発明によれば、上記目的は、ブレーキディスクリングが径方向内側に５〜１２個の受け入れ孔を備え、受け入れ孔はホイールから離れたディスク外側にステンレス鋼または同様な材料から成る皿リベットのためのカウンタボアを有し、かかる受け入れ孔を内側で包囲するディスク材料がその断面積が一定であり、狭窄部を有していないことにより解決される。

ステンレス鋼または同様な材料から成る星形内側リムは、各々、互いに対して好ましくは平面角をなし、受け入れ孔に向かって延びる２つの星形平面スポークを備え、接合部に前記受け入れ孔と適合するカウンタホールを有し、内側でリングを備えたリムと適合し、ステンレス鋼または同様な材料から成る皿リベットによりセラミック製のブレーキディスクリング上にリベット留めされ、角リベットの頭部が内側リムにのみ延び、ディスク材料の膨張によるセラミックディスクリングの破壊が起こらないようにゆっくり揺動またはロゼット状に軌跡を描いてリベット留めされる。

皿リベットが少量（例えば約０．５ｍｍ）だけディスク表面上に突出し、力が上記の押
し下げによるがリベット留めによる衝撃によらずにディスク材料にのみ作用するように、ブレーキディスクリングのカウンタボアに皿リベットを適合させることが特に実用的である。

平面スポークの接合部におけるこのリベット留めにより、内側リムの小さい支持面積と内側での径方向の大きな孔領域とが達成される。ディスクが厚い場合、リベット周囲の小さなリム領域のみが加熱される一方、孔領域の空気冷却によりスポークは非常にわずかにしか加熱されず、従って熱膨張も非常にわずかしか起こらない。このことは、スポーク角が平面であるために、ステンレス鋼または同様な材料と、セラミックとの熱膨張係数の違いによるブレーキディスクリングの径方向の破裂作用を起こさない。さらに、適合された寸法を有する平面スポークは側方または軸方向の移動を可能にし、結果として熱応力をさらに低減する。

より好ましくはセラミックブレーキパッドと組み合わされた、セラミックブレーキディスクは、従来のブレーキライニングを備えた鋼製のディスクと比較すると２〜３倍高い摩擦値を有するため、かかるセラミックブレーキディスの側方の逃げがたとえ小さなものであってもブレーキがガタガタと音をたてたり、ブレーキ力が振動したりする。従って、内側リムの製造において特定の軸方向の弾性を与えることは不可欠である。軸方向の弾性はブレーキディスクリングの曲げ負荷をも防止する。この曲げ負荷は、ブレーキキャリーａ−をクランプする際に、引張強度の低さによる破砕を生じさせる。ディスク径は３２０ｍｍであり、これは約８ｍｍのブレーキディスクリング厚さと２ｍｍの内側リム厚さとを有するオートバイにとって一般的である。かかる弾性はブレーキティスクリングと内側リムとの間の厚さの比によって達成される。すなわちディスク径が３２０ｍｍの場合、約８ｍｍのブレーキディスクリング厚さと２ｍｍの内側リム厚さであり、これがオートバイにとって一般的である。

ホイールリムと内側リムとの間に軽金属または同様な材料から成る中間リングを設けることもさらに有利である。実際には、かかる中間リングは内側リムにリベット留めされ、セラミックブレーキディスクリングと、内側リムおよび中間リングから成るリベット留めされた支持装置とから成るディスクブレーキを完成させた後で、中間リングは切削加工によりホイールリムに対して支持表面上で側方に逃げがないように適合される。

本発明の例証的な実施形態を図面に示し、図面を参照しながらより詳細に説明する。

図１〜３を参照しながら本発明の以下の実施形態を説明する。
内側リム４は、ゆっくりと、すなわち約２０−５０Ｈｚのリベット振動数および約６秒以下のリベット時間で、皿リベット３によりセラミックブレーキディスクリング２上にリベット留めされる。その結果、リベットの膨張は内側リム４でのみ起こり、脆性セラミック材料が勢いよく開くことはない。その後、ホイールの受入輪郭に適合された中間リング６がホイール内部に配置され、リム側で内側リム４にリベット留めされる。ホイールの受入輪郭に関する中間リング６の接触表面１２はここでセラミックブレーキディスク２の外側１３に正確に平行に切削加工され、回転中にブレーキキャリパーに関して軸方向の逃げが存在することはない。ディスクブレーキ１はねじ接続７によりホイールに固定され得る。

２つのディスクブレーキ８，９を備えた車両１４は、図ではキャビン型のオートバイであるが、ディスクブレーキ８を備えた操縦可能な前方ホイール１５と、第２のディスクブレーキ９を備えた後方ホイール１６とを有し、同様に、本体１０と、乗車時に引っ張ることができる複数の支持ローラを備えた支持装置１１とを有する。

本発明のディスクブレーキ１の拡大斜視図。ディスクブレーキ１は脆性材料から形成されたブレーキティスクリング２、皿リベット３、ステンレス鋼または同様な材料から形成された内側リム４、丸頭リベット５、および軽金属または同様な材料から形成された中間リング６から成り、中間リング６はホイールリムのリム上にねじ接続７するための受け入れ孔を有するように切削加工される。 動作の準備が整った状態の本発明のディスクブレーキ１の斜視図。 本発明による２つのディスクブレーキ８，９を備えた車両。

Claims (7)

1. 脆性材料から形成されたブレーキディスクリング（２）と、
   該ブレーキディスクリング（２）の支持装置（１７）であって、ステンレス鋼から形成された内側リム（４）と、軽金属から形成され該内側リム（４）にリベット固定されるかねじ留めされる中間リング（６）とから成る支持装置（１７）とを備える、ホイール用のディスクブレーキ（１）において、
   前記内側リム（４）が、ステンレス鋼から形成された沈頭リベット（３）によって前記ブレーキディスクリング（２）と一体にリベット固定され、
   前記ブレーキディスクリング（２）は、その径方向内側に受け入れ孔（１８）を有し、該受け入れ孔（１８）は、前記ブレーキディスクリング（２）においてホイールから離れた面に前記沈頭リベット（３）用のカウンタボア（１８．１）を有し、前記受け入れ孔（１８）を包囲するディスク材料は一定の断面を有し狭窄部を有していないことを特徴とする、前記ホイール用のディスクブレーキ（１）。
2. 前記脆性材料は、セラミックを含むことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ（１）
3. 各沈頭リベット（３）は、前記ブレーキディスクリング（２）において対応するカウンタボア（１８．１）から突出していることを特徴とする請求項１または２記載のディスクブレーキ（１）。
4. 前記沈頭リベットは、ブレーキディスクリング（２）から０．５ｍｍ突出していることを特徴とする請求項３に記載のディスクブレーキ（１）。
5. 前記内側リム（４）は、各受け入れ孔（１８）に向かって互いに対して平面角をなす２つの星形平面スポーク（２０）を備え、同２つのスポーク（２０）はそれらの接合部に前記受け入れ孔（１８）と適合するカウンタホール（２１）を有し、ハブ側で前記ホイールのリムに適合されたリング（２２）と合一し、
   前記内側リム（４）の材料の厚さは、側方または軸方向における前記平面スポーク（２
   ０）の一定の弾性が許容されるように選択されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のディスクブレーキ（１）。
6. 内側リム（４）にリベット固定されるかねじ留めされる中間リング（６）が、前記ブレーキディスクリング（２）の外側（１３）に平行な一側面（１２）で再度機械加工され、前記ホイールのリムへのねじ接続（７）を含めて逃げ無しに適合されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のディスクブレーキ（１）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の１または複数のディスクブレーキ（８，９）を備えた車両（１４）。

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