JP6886817B2 - ベンチレーテッド型ブレーキ・ディスク - Google Patents

Description

本発明は、動力車のための、また限定しないが詳細には、自動車及び商用車のための、ベンチレーテッド型ブレーキ・ディスク（ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ ｂｒａｋｅ ｄｉｓｃ）に関する。

ベルと、そこから延在し、キャリパのパッドと協働することが意図される制動帯と呼ばれる環状部分と、を備えるブレーキ・ディスクが知られている。ベンチレーテッド型ディスク（ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ ｄｉｓｃ）では、制動帯が、通常はピン又はタブの形態である複数の接続要素により互いに接続される、相互に面する一対のプレートで作られる。２つのプレートの外側表面が両側の制動面を画定する。内側の対向する表面が、ピン又はタブと共に、ディスクの回転運動中に空気がその中で遠心方向に流れるようにディスクを冷却するための通気ダクト（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｄｕｃｔ）を画定する。

通気を改善するために及び温度変化による亀裂を低減するために、通気ダクトの有効性を向上させるための成形される接続要素を有するベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクが提案されている。

本出願人の名義の国際公開第２００８／１３６０３２（Ａ２）号が、２つの同心アレイに分配されるタブの形態の接合要素を備えるベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクを開示しており、これらのタブは実質的に径方向に細長く、ディスクの好適な回転方向の方を向く凹状部分を有する。

国際公開第２００８／１３６０３２（Ａ２）号のベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクは、３つの同心アレイに分配されるピンの形態の接続要素を提供しており、ここでは、径方向において最も外側のアレイが涙滴形状の断面を有するピンを備え、径方向において最も内側のアレイが径方向に細長いピンを備え、径方向において中間のアレイがひし形断面を有するピンを備え、このひし形の頂点は丸みを有し、その主対角線が実質的に径方向となるように方向付けられる。

国際公開第２０１２／１６４４６５（Ａ１）号が、３つの同心アレイに分配されるピンの形態の接続要素を備えるベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクを開示しており、ここでは、径方向において中間のアレイのピンが、４つの丸みのある点を有する星形などの成形される断面を有する。径方向において最も外側のアレイのピンの間に、軸方向において位置合わせされる突出部が配置され、これが、制動帯の２つのプレートの２つの対向する内側表面から突出する。

国際公開第２００８／１３６０３２（Ａ２）号 国際公開第２０１２／１６４４６５（Ａ１）号

本発明の目的はベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクの動作寿命を延ばすことである。本発明の具体的な目的は、可能な限り、熱亀裂の発生を低減又は排除することである。具体的には、ベンチレーテッド型のタイプのブレーキ・ディスク内での通気が、その機械的特性に影響することなくその動作温度を低下させることにより最適化及び改善されることが望まれる。

本発明の態様によれば、ブレーキ・ディスクの熱伝達面を拡大させてそれにより請求項１のプリアンブルで定義されるタイプのベンチレーテッド型ブレーキ・ディスク内で交換される熱出力（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｗｅｒ）を増大させることにより、上述の目的が達成される。要約すると、上記プレート接続要素のうちの少なくとも複数のプレート接続要素が、１つ又は複数の所与の方向に従って接続要素の端部から延在する細長い頂部に関連付けられる。これらの細長い頂部は接続要素及びプレートと一体に形成され、２つのプレートの対向する表面から隆起する。好適で有利な特徴は従属請求項で定義される。

単に非限定的な実例として与えられる例示の実施例を用いて、本発明によるブレーキ・ディスクの複数の実施例を以下で説明する。添付図面を参照する。

ベル側のプレートが部分的に切り取られている、ベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクを示す斜視図である。 図１の細部を示す拡大斜視図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う、ブレーキ・ディスクを示す部分断面図である。 図２の細部の別の実施例を示す斜視図である。 図２の細部の別の実施例を示す斜視図である。 図２の細部の別の実施例を示す斜視図である。

図面を参照すると、例えば自動車などの動力車に対して装着されることが意図される本発明によるベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクが、全体として１で示される。ディスク１が概略円形構成を有し、図においてＺで示される軸の周りに展開される。

本文脈では、「軸方向」という表現は軸Ｚに平行な方向を示す。「径方向」は軸方向又は軸Ｚに対して垂直な方向を示す。ディスクに対しての「接線方向又は円周方向」は、Ｚ軸上にその中心を有する円周に一致する方向を示す。

ディスク１が、支持ベル（ｓｕｐｐｏｒｔ ｂｅｌｌ）２０と、ベル２０と同軸である制動帯２とを備える。車両に対して制動動作を作用させるためのブレーキ・キャリパ（図示せず）と協働することが意図される制動帯２が、軸Ｚと同軸である２つのプレート３、４によって画定される。第１のプレート３が支持ベル２０の側に配置され、対して、第２のプレート４が反対側に配置される。２つのプレートは相互に面し、軸方向において離間されて間隙５を形成する。

２つのプレート３、４は対向する表面６、７を有し、これらの表面６、７から、接続要素８、９、１０がプレート間を横方向又は軸方向に延在する。対向する表面６、７が、接続要素８、９、１０と共に、間隙５内に、ディスクの回転中にその中で空気を遠心方向に流すためのディスク冷却通気ダクト（ｄｉｓｃ−ｃｏｏｌｉｎｇ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｄｕｃｔ）５０を画定する。接続要素がプレート３、４と同じ材料で作られ、好適には、プレートと共に一部品として作られる（具体的には、融着される）。

添付図に示される実施例では、プレート３、４の間の接続要素８、９、１０がピラー状又はピン状の要素である。有利には、接続要素８、９、１０が２つのプレート３、４の対向する表面６、７に沿って均等に分配される。

接続要素が、外側アレイ２１すなわち軸Ｚから遠いアレイと、内側アレイ２２すなわち軸Ｚに近いアレイとを含む、少なくとも２つの同心円形アレイに沿うように構成される。

本明細書で説明される実施例によれば、接続要素８、９及び１０は、外側アレイ２１、中間アレイ２３及び内側アレイ２２に相当する、３つの同心円形アレイ上に構成される。

好適には、最も外側のアレイ２１の各要素１０が、最も内側のアレイ２２の対応する要素８に対して径方向において位置合わせされ、対して、中間アレイ２３の要素９が内側の接続要素８及び外側の接続要素１０を基準として円周方向にジクザグ状である。

遠心方向の空気流れを通過させるのを促進するために、接続要素８、９、１０は、好適には、軸平面において径方向に細長い断面又は軸方向断面を有する。

示されない別の実施例によれば、２つのプレートの間の接続要素が実質的に径方向に細長いタブを備えることができる。

各接続要素８、９、１０が２つの個別の端部１１、１２すなわちベース部分を有し、ここで、同じ接続要素がプレート３、４に対して接合される。

この実例では接続要素９である、複数の接続要素が、そのベース部分から少なくとも１つの所与の方向に延在する細長い頂部１３に関連付けられる。細長い頂部１３は接続要素９及びプレート３、４と一体に形成され、２つのプレートの対向する表面６、７から隆起する。

各細長い頂部は、２つの対向する表面６、７の間の軸方向の距離より短い高さでそれぞれの表面６又は７から浮き出る。

一実施例では、細長い頂部のうちの少なくとも複数の細長い頂部が表面６と表面７との間の距離の半分より短い高さでそれぞれの表面６又は７から浮き出る。

好適には、細長い頂部１３はプレート３、４及び接続要素８、９、１０と同じ材料で作られ、好適には、プレート及び接続要素と共に一部品として作られる（具体的には、融着される）。

図１〜３に示される実施例では、細長い頂部１３は中間アレイ２３の接続要素９のみで形成される。示されない他の実施例では、細長い頂部１３は内側アレイ２２の接続要素８によって形成されてよい。

特定の有利な実施例によれば、各接続要素９（或いは、８又は１０）に対して３つの細長い頂部１３ａ、１３ｂ、１３ｃが備え付けられ、これらのうちの２つ１３ａ、１３ｂが円周方向又は接線方向において２つの反対方向に延在し、第３のより細長い頂部１３ｃがプレートの外側周囲縁部Ｃの近傍まで径方向外向きに延在する。

図４に示される別の実施例によれば、１つの細長い頂部１３ｃのみが各接続要素９（或いは、８又は１０）に備え付けられ得、これは径方向外向きに延在する。

図５に示される別の実施例によれば、１つのより長い頂部１３ａのみが各接続要素９（或いは、８又は１０）に備え付けられ得、これは接線方向又は円周方向に延在する。

図６に示される別の実施例によれば、２つの細長い頂部１３ａ、１３ｂが各接続要素９（或いは、８又は１０）に備え付けられ得、これらは接線方向又は円周方向において２つの反対方向に延在する。

好適には、軸方向の断面平面（ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ ｐｌａｎｅ）において、各細長い頂部１３は丸みのある自由端１５を有し、凸形のプロフィールを有する。

好適には、各細長い頂部１３は凹面円弧（ｃｏｎｃａｖｅ ｒａｄｉｕｓ）１４によりプレートのそれぞれの表面６又は７に対して接合される。

図３に見られるように、各細長い頂部１３は、好適には、間隙５を通過し且つ軸Ｚに対して垂直である幾何学的な中央面を基準とした実質的な鏡面構造に従って、反対側の対向する表面上に設けられる対応する細長い頂部の反対側にあり、それに対して軸方向において位置合わせされる。図３では、上記の構成を細長い頂部１３ｃに関連させて見ることができるが、この鏡面の幾何形状が、設けられる場合は細長い頂部１３ａ及び／又は１３ｂにも適用され得ることを理解されたい。この実施例では、各細長い頂部は、表面６と表面７との間の距離の半分より短い高さでそれぞれの表面６又は７から浮き出る。

図１及び２の実施例では、径方向において中間のアレイ２３の接続要素９がひし形として好適には成形される断面を有し、このひし形が、丸みのある頂点と、わずかに凹形である辺と、径方向に方向付けられる主対角線とを有する。

この実施例では、第３の頂部が外側アレイ２１の２つの接続要素１０の間を延在し、その断面が、好適には、径方向外側に広がるか又は分岐する三角形として成形される。

図１及び２の例示の実施例では、径方向において内側のアレイ２２の接続要素８が好適には涙滴形状の断面を有し、これは径方向の外向きの方向を向くその一部分が細長い。

機能的観点では、細長い頂部１３が、結果として質量を増大させることなく、間隙５内の熱伝達面を全体として増大させることになる。同時に、細長い頂部１３は通気ダクトを通過する空気流れの乱流を増大させ、それにより、対流によりブレーキ・ディスクの熱をより多く除去する。このようにして、交換される熱出力を増加させることが達成され、それにより動作温度が低下し、ブレーキ・ディスクの動作寿命が延びる。

概して、本発明がその達成を可能にする有利な結果を得るのに、接続要素の軸方向断面のこの特定の幾何形状が義務的であったり極めて重要であったりするわけではない。しかし、この断面は、その幾何形状に関係なく、好適には、丸みのある頂点を有し、また、先細の全体形状、又は、通気ダクトを通る空気の良好なアクセス、分布及び流れを促進するような形状、のいずれかを有する。

図１及び２に示される実施例では、８で示される外側アレイ２１のカラム状の要素が、概略ダイヤモンド形状又はひし形の断面を有し、丸みのある頂点と、実質的に径方向に方向付けられる主対角線とを有する。

また、好適には、細長い頂部１３を備えない接続要素がその根元部分又はベース部分に凹面円弧１６を有し、ここで、接続要素が２つのプレートのうちの１つのプレートに対して接合される。

接続要素８、９及び１０のサイズは、このディスクの意図される対象の車両のタイプに基づいて変更され得る。

本出願人によって実行された比較試験により以下のことが実証された：
− 質量、材料、及び、縁部の状態が同じ場合、上で考察したタイプの細長い頂部を有するブレーキ・ディスクがより良好な熱放出を確実にする（出力除去がおよそ１０％向上する）；
− 従来の接続要素を有するブレーキ・ディスクと比較すると、上で考察したタイプの細長い頂部を有するディスクは、機械的応力（およそ１０÷３０％低下する）と、熱放出（出力除去がおよそ２％向上する）との両方において有利となり得る。

本発明を用いて得られるディスクの物理的性能、機械的性能及び熱的性能を評価するために、従来のタイプの２つのベンチレーテッド型ブレーキ・ディスク（以下の表で、ディスクＩ及びディスクＩＩとして示される）と、本発明によるブレーキ・ディスク（以下で、ディスクＩＩＩとして示される）との間で比較解析を行った。ディスクＩは３１個の円形カラムの接続ピンを備える「標準的」なベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクであり、ディスクＩＩは国際公開第２０１２／１６４４６５（Ａ１）号に示されるタイプの３１ピンのベンチレーテッド型ディスクである。ディスクＩＩＩは図１〜３による３１個の接続ピンを備えるベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクである。

以下の表に記載される値は、標準的なディスクと比較して本発明によるディスクでは除去される熱出力が有意に＋２３．４％増加することを示している。ディスクＩＩＩが標準的なディスクＩより約１ｋｇ小さい質量を有することに留意されたい。

以下のグラフが、標準的なディスクＩ（５１１℃）と比較した場合の、試験中にディスクＩＩＩ（４４０℃）上で検出された動作温度の７１℃の低下（すなわち、１４％）を示す。この有意な温度低下により直ちに、制動帯の耐性及び剛性に影響することなく、熱亀裂の形成が大きく低減されることになる。

最後に、本発明によるベンチレーテッド型ブレーキ・ディスクは、従来のディスクのように融着されることにより作られ得ることから、製造が容易であり、製造の費用対効果が高い。外部の構成要素が使用されることはなく、また、ブレーキ・ディスクの材料以外の材料が使用されることもないことから、追加の後作業を必要とすることなく融着プロセス中のディスクの製造が最適化される。

本発明によるブレーキ・ディスクの種々の態様及び実施例を説明してきた。各実施例が任意の他の実施例と組み合わされても又は任意の他の実施例から独立して作られてもよいことを理解されたい。また、本発明は本明細書で説明される実施例のみに限定されず、本明細書に添付される特許請求の範囲の範囲内で変更され得る。

Claims (6)

1. 軸（Ｚ）と同軸である２つのプレート（３、４）によって画定される制動帯（２）を備える、ベンチレーテッド型のタイプのブレーキ・ディスクにおいて、前記プレートが相互に面し、間隙（５）を形成するように離間され、前記プレート（３、４）が対向する表面（６、７）を有し、前記対向する表面（６、７）からプレート接続要素（８、９、１０）が前記プレート（６、７）を接続するために軸方向に延在し、前記対向する表面（６、７）が、前記間隙（５）内に前記接続要素（８、９、１０）と共に前記ディスクを冷却するための通気ダクトの境界を画定し、各接続要素が２つの端部（１１、１２）を有し、前記２つの端部（１１、１２）で前記接続要素が前記プレート（６、７）の１つに対してそれぞれ接合される、ブレーキ・ディスクであって、
   複数の前記接続要素（８、９、１０）が、前記端部（１１、１２）から少なくとも１つの所与の方向に延在する細長い頂部（１３）に関連付けられ、
   前記細長い頂部（１３）が前記接続要素及び前記プレートと一体に形成され、
   前記細長い頂部（１３）が前記２つのプレートの前記対向する表面（６、７）を基準として隆起し、各々が、前記２つの対向する表面の間の軸方向の距離より短い高さで前記２つの対向する表面（６又は７）の一方から隆起し、
   前記細長い頂部（１３）が、径方向外向きの方向に延在する細長い頂部（１３ｃ）を含み、
   径方向外向きの方向に延在する前記細長い頂部（１３ｃ）は、前記プレートの外側周囲縁部（Ｃ）まで延在し、
   前記細長い頂部（１３）が、円周方向又は接線方向に延在する細長い頂部（１３ａ、１３ｂ）を含み、
   前記接続要素（８、９、１０）が、外側アレイ（２１）、中間アレイ（２３）及び内側アレイ（２２）を含む３つの同心円形アレイ上に構成され、前記細長い頂部（１３）が前記中間アレイ（２３）の前記接続要素（９）のみによって形成され、
   前記細長い頂部（１３）のうちの少なくとも一部が、前記間隙（５）を通過し且つ前記軸（Ｚ）に対して垂直である幾何学的な中央面を基準とした実質的な鏡面構造に従って、反対側の前記対向する表面（６、７）によって形成される対応する突出部の反対側にあり、前記表面（６、７）に対して軸方向において位置合わせされることを特徴とする、ブレーキ・ディスク。
2. 前記複数の接続要素（９）の各々が３つの細長い頂部（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）に関連付けられ、前記細長い頂部のうちの２つ（１３ａ、１３ｂ）が円周方向において２つの反対方向に延在し、第３の細長い頂部（１３ｃ）が前記プレートの前記外側周囲縁部（Ｃ）まで径方向外向きに延在することを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ディスク。
3. 各細長い頂部（１３）が丸みのある自由端（１５）を有することを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ディスク。
4. 各細長い頂部（１３）が軸方向の断面平面で見た場合に凸形のプロフィールを有することを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ディスク。
5. 各細長い頂部（１３）が凹面円弧（１４）により前記プレートのそれぞれの前記対向する表面（６、７）に対して接合されることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ディスク。
6. 前記細長い頂部（１３）が、前記プレート（３、４）及び前記接続要素（８、９、１０）と同じ材料から成型されることによって作られることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキ・ディスク。

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