JP6419683B2 - 自動車用ディスクブレーキのディスクローター - Google Patents

Description

本発明は、回転するディスクローターにブレーキパッドを押しつけることでブレーキの制動を行うディスクブレーキ装置に関し、特に制動の際に発生する摩擦熱を冷却するためのディスクローターの構造に関する。

自動車のブレーキ装置として、ディスクブレーキ装置がよく知られている。ディスクブレーキ装置は、車輪とともに回転する金属の円盤であるディスクローターを、摩擦材が貼られたブレーキパッドで挟み込むことにより摩擦を発生し、ディスクローターの回転を止めることでブレーキ制動を行う装置である。

ブレーキ制動の際に発生する摩擦熱により、ブレーキパッドに貼られた摩擦材が高温になって気化すると、摩擦が小さくなるフェード現象が生じ、ブレーキの効果が低下する。さらにブレーキ本体が過熱するとブレーキオイルが沸騰して液系統内部に気泡が生じ、力の伝達が行えなくなるベーパーロック現象が生じるため、ブレーキを踏んでも全く効かなくなる。

このような問題を解決するため、ブレーキ制動により生じた摩擦熱による過熱を防ぐ必要がある。摩擦熱を放熱し、効率よく冷却するための構造として、図５に示すベンチレーテッドディスクローターが知られている。

図４は、一般的なディスクローターの基本的な形状を模式的に示した図である。ディスクローター１００は、金属製であり、円盤形状を有する。ここでは詳細な構造は示さないが、タイヤ及びホイールの回転軸である車軸２０がディスクローター１００の中心で一体となっており、ディスクローターは車軸２０とともに回転する。

図５は、従来のベンチレーテッドディスクローターの一部の切り欠き図であり、図４のＩ−Ｉ断面の一部にほぼ相当する図である。ディスクローター１００の回転方向は符号Ｘで示す。ベンチレーテッドディスクローター１００は、所定の間隔を空けて対向配置された環形状の２枚のディスク１１１と、両ディスク１１１の間に配置された多数のフィン１１２とを具備する。さらに、２枚のディスク１１１と、隣り合う２枚のフィン１１２によって囲まれた空間である多数のベンチレーション空間１１５を備える。

図５では、ディスクローター１００の内部のフィン１１２の構造を示すために、一方のディスク１１１を切り欠いた状態で示している。各フィン１１２の両側縁は、２枚のディスク１１１のそれぞれの対向面と一体的に繋がっている。各フィン１１２は、側面断面において、ディスク１１１の内周縁から外周縁まで略放射方向に延在している。２枚のディスク１１１と、隣り合う２枚のフィン１１２によってベンチレーション空間１１５が形成される。ディスクローター１００が回転すると、内周開口部１１５Ａから外部の空気が入り込み、ベンチレーション空間１１５を通り、外周開口部１１５Ｂから排出される。このように、外部の空気を通すことにより、ブレーキパッドとディスクローター１００の摩擦により生じた摩擦熱は放熱され、冷却される。

フィンの形状に特徴があるものとして、特許文献１に示すディスクローターが知られている。これは、フィンの個数を締結部の個数のｎ倍とすることにより、ディスクローターの全周に亘って剛性の均一化を図ることができ、ブレーキ制動時に摩擦面に生じるうねりを抑制することができる。
また、ブレーキ制動の際に発生する摩擦熱を効率よく放出するためにフィンの形状と配置に特徴を持たせたものとして、特許文献２に示すベンチレーテッドディスクローターが知られている。これは、ディスクローターのフィンを、外周側接線より内周側接線の方を、よりディスクの中心を指向している曲線形状とし、かつ、内周側先端部を先細りに複数形成することにより、冷却空気の流入を多くし、また取り入れた空気をフィンに効率よく接触させることができ、効率よく熱交換を行うことができる。

特開２０１４−２１９０９１号公報 特開２０００−７４１０９号公報

一般的には、フィンの数を増やして表面積を増やすことにより、ディスクの冷却性能を高めることができる。しかし、このようなディスクは、高回転で使用するとディスク温度が低くなりすぎてしまい、ブレーキパッドの性能を十分に発揮できないという問題があった。また、そのような過冷却を避けるために冷却性能を低下させると、低回転での冷却が不足し、オーバーヒートするという問題があった。

本発明の目的は、高回転使用時には冷却性能が低く過冷却になりにくく、かつ低回転使用時には充分に冷却性能が高い、自動車用ディスクブレーキのベンチレーテッドディスクローターを提供することである。

上記の目的を達成するために本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の符号は、後述する図面中の符号であり、参考のために付するものである。
本発明の態様は、間隔を空けて対向配置された２枚の環形状のディスク（11）と、
前記２枚のディスク（11）のそれぞれの対向面と一体に繋がりかつ略放射状に延在し多数のフィン（12）と、
前記２枚のディスク（11）及び隣り合う２つの前記フィン（12）に囲まれた多数のベンチレーション空間（15）と、を備える自動車用ディスクブレーキのベンチレーテッドディスクローター（10）であって、
少なくとも一部のフィン（12A）において回転方向（Ｘ）とは反対側の面にのみ突起（13）が設けられ、
前記突起（13）が設けられた前記フィン（12A）の、該突起（13）のある側に隣接する別のフィン（12B）には、該突起（13）に対向する位置に孔（14）が穿設されていることを特徴とする。

上記の態様において、前記突起（13）が、放射方向における前記フィン（12A）の中央の位置よりも内周側寄り及び外周側寄りの少なくとも一方の位置に設けられていることを特徴とする。

上記の態様において、前記突起（13）が、１枚の前記フィン（12A）に対し１又は２以上設けられていることを特徴とする。

本発明のベンチレーテッドディスクローターによれば、高回転使用時にはフィンの突起と孔により空気の流れを乱し、風量を少なくすることにより冷却効果を低下させることができ、過冷却になりにくい。また、低回転使用時には、突起及び孔による空気の乱れが少ないので冷却性能が従来と同等又は同等以上に確保できる。

本発明のベンチレーテッドディスクローターによれば、突起とそれに対向する孔の個数や位置を変更したり、組み合わせたりすることで、表面積と風量を調整することができ、それにより冷却性能をコントロールすることができる。

図１は、本発明によるベンチレーテッドディスクローターの実施形態における構成例の一方のディスクを切り欠いた部分斜視図である。 図２は、図１に示した構成例のベンチレーテッドディスクローターの水平断面図である。 図３は、本発明によるベンチレーテッドディスクローターと従来のディスクローターの冷却性能を比較したグラフである。 図４は、一般的なディスクローターの基本的な形状を模式的に示した概略斜視図である。 図５は、従来のベンチレーテッドディスクローターの構成例の一方のディスクを切り欠いた部分斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明によるベンチレーテッドディスクローターについて詳細に説明する。なお、各図面において共通又は類似する構成要素については同じ符号を付している。

図１は、本発明によるベンチレーテッドディスクローター（以下、「ディスクローター」と略称する場合がある）の実施形態における構成例を概略的に示した部分切り欠き斜視図であり、図４に示した一般的なディスクローターの形状のＩ−Ｉ断面の一部にほぼ相当する図である。ディスクローター１０の内部のフィン１２の構造を示すために、一方のディスク１１を切り欠いた状態で示している。図２は、図１に示したディスクローター１０の概略的な水平断面図である。図４に示した一般的なディスクローターの形状のＩＩ−ＩＩ断面の一部に相当する。なお、以下ではディスクローター１０の径方向を「放射方向」と称し、厚さ方向を「幅方向」と称する。ディスクローター１０の回転方向は符号Ｘで示す。

ディスクローター１０は、金属製であり、所定の間隔を空けて対向配置された環形状の２枚のディスク１１と、両ディスク１１の間において周方向に略等間隔にて配置された多数のフィン１２とを有する。各フィン１２の幅方向の両側縁は、２枚のディスク１１のそれぞれの対向面と一体的に繋がっている。これにより、２枚のディスク１１と隣り合う２枚のフィン１２とによって囲まれた空間である多数のベンチレーション空間１５が形成されている。

フィン１２の基本的形状について説明する。フィン１２は、側面断面において、ディスク１１の内周側から外周側に向かって略放射方向に延在している。各フィン１２の放射方向の長さ、幅及び厚さ、並びに、フィン１２の全数、配置の間隔等は特に限定しないが、本発明の原理に沿う限りにおいて、従来のベンチレーテッドディスクローターの設計思想に基づいて設計可能である。

本発明では、少なくとも一部のフィン１２Ａにおいて、放射方向の中間位置を基点として延在する突起１３が設けられている。突起１３は、回転方向Ｘとは反対側の面であるフィン第１面１２１Ａ側に設けられている。突起１３は、フィン１２Ａから滑らかな曲線に沿うように分岐し、フィン第１面１２１Ａ側に隣接するフィン１２Ｂの方向に延びている。図１に示すように、フィン１２Ａの内周側方向と突起１３の延在方向とがなす角度αは、鈍角であることが好ましい。突起１３の長さは特に限定しない。但し、突起１３の先端は、隣接するフィン１２Ｂまで到達せず、その間には隙間がある。

さらに、隣接するフィン１２Ｂには、突起１３に対向する位置に孔１４が穿設されている。図１に示すように、フィン１２Ａの突起１３に沿って延びる仮想的な延長線上に、フィン１２Ｂの孔１４の外周側境界が位置することが好適である。

突起１３は、図示の例ではフィン１２Ａの外周側寄りに設けられているが、これに限定されることはなく、内周側寄りに設けてもよく、また、中央の位置に設けてもよい。隣接するフィン１２Ｂにおける孔１４は、基本的に、フィン１２Ａの突起１３に対向する位置に設けられる。また別の例として、ひとつのフィン１２Ａに複数の突起１３を設けてもよく、その場合は隣接するフィン１２Ｂにも、複数の突起１３にそれぞれ対向する複数の孔１４を穿設する。さらに別の例として、孔１４が穿設されたフィン１２Ｂの、孔１４とは別の箇所に突起１３を設け、フィン１２Ａとフィン１２Ｂを兼ねてもよい。さらに別の例として、本発明によるフィン１２Ａとフィン１２Ｂのみでなく、突起１３及び孔１４のいずれも具備しない従来のフィンが混在していてもよい。突起１３を設けたフィン１２Ａの数、すべてのフィン１２に対する突起を設けたフィン１２Ａの割合は特に限定しない。

２枚のディスク１１と、隣り合う２つのフィン１２によってベンチレーション空間１５が形成される。各ベンチレーション空間１５は、内周開口部１５Ａから外周開口部１５Ｂにそれぞれ貫通している。ディスクローター１０が回転すると、内周開口部１５Ａから外部の空気が入り込み、ベンチレーション空間１５内部を通り外周開口部１５Ｂから排出される。このときの、突起１３と孔１４の作用については、後述する実施例で説明する。

ベンチレーション空間１５からの空気の排出量は、ディスクローター１０の回転の速度、突起１３の位置・形状・数、フィン１２Ａと突起１３の角度、孔１４の大きさ等に影響される。

以上に述べた本発明の実施形態は一例を示したものであり、これら以外にも種々の公知技術を適用した多様な変形形態が可能であり、それらについても本発明に含まれるものとする。

本発明によるディスクローターと、従来のディスクローターを用いて、低回転使用時及び高回転使用時における冷却性能を比較した。冷却性能を示す指標として、ベンチレーション空間から放出される風速（ｍ／ｓ）を測定した。半径０．３５５ｍのタイヤを用い、１００ｋｍ／ｈ、１２５ｋｍ／ｈ、１５０ｋｍ／ｈ、１７５ｋｍ／ｈ、２００ｋｍ／ｈ、２２５ｋｍ／ｈ、２５０ｋｍ／ｈ、２７５ｋｍ／ｈ、３００ｋｍ／ｈにおける風速（ｍ／ｓ）をそれぞれ測定した。

図３は測定の結果を示すグラフである。１００ｋｍ／ｈ〜２００ｋｍ／ｈの低回転使用時では、本発明によるディスクローターの方が従来のディスクローターよりも風速が速く、冷却性能が良いことが示された。一方、２２５ｋｍ／ｈ〜３００ｋｍ／ｈの高回転使用時では、本発明によるディスクローターの方が従来のディスクローターよりも風速が遅く、冷却性能が劣ることが示された。

高回転使用時には、ベンチレーション空間の内周側から大量の空気が流入しようとするが、流入した空気は、フィンの突起に衝突するため、スムーズにベンチレーション空間を通り抜けることができない。突起を迂回したり、隣接するフィンの孔を通って隣のベンチレーション空間に流入したりすることにより、空気の流れに乱れが生じる。その結果、ベンチレーション空間の外周側から排出される風量が、突起や孔が無いフィンに比べて少なくなり、冷却性能が落ちる。

低回転使用時には、ベンチレーション空間の内周側から流入しようとする空気の量が少ないため、突起及び孔による空気の流れの乱れが生じにくいので、従来と同等又は同等以上の冷却性能を確保できる。

この結果から、本発明のディスクローターは低回転使用時には充分な冷却性能を発揮する一方、高回転使用時には過冷却を引き起こし難いことが示された。

１０、１００：ベンチレーテッドディスクローター
１１、１１１：ディスク
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１１２：フィン
１２１Ａ：フィン第１面
１３：突起
１４：孔
１５、１１５：ベンチレーション
１５Ａ、１１５Ａ：内周側開口部
１５Ｂ、１１５Ｂ：外周側開口部
２０：車軸
Ｘ：回転方向
α：フィンと突起の角度

Claims (3)

1. 間隔を空けて対向配置された２枚の環形状のディスク（11）と、
   前記２枚のディスク（11）のそれぞれの対向面と一体に繋がりかつ略放射状に延在し多数のフィン（12）と、
   前記２枚のディスク（11）及び隣り合う２つの前記フィン（12）に囲まれた多数のベンチレーション空間（15）と、を備える自動車用ディスクブレーキのベンチレーテッドディスクローター（10）であって、
   少なくとも一部のフィン（12A）に、前記ディスク（11）の回転方向（Ｘ）とは反対側の面にのみ突起（13）が設けられ、
   前記突起（13）が設けられた前記フィン（12A）の、該突起（13）のある側に隣接する別のフィン（12B）には、該突起（13）に対向する位置に孔（14）が穿設されていることを特徴とする、
   ディスクローター。
2. 前記突起（13）が、放射方向における前記フィン（12A）の中央の位置よりも内周側寄り及び外周側寄りの少なくとも一方の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のディスクローター。
3. 前記突起（13）が、１枚の前記フィン（12A）に対し、１又は２以上設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスクローター。