JP7478125B2

JP7478125B2 - フローティング型ブレーキディスク並びに鞍乗り型車両用の車輪

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Publication number: JP7478125B2
Application number: JP2021184187A
Authority: JP
Inventors: 裕美子渡辺; 直樹冨沢
Original assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Current assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2041-11-11
Also published as: WO2023084934A1; JP2023071418A

Description

本発明は、主として自動二輪車等の鞍乗り型車両用の制動装置に用いられる、環状のロータと、このロータの内側に所定の隙間を存して、同心に配置されるハブとを備えるフローティング型ブレーキディスク並びにフローティング型ブレーキディスクを備える鞍乗り型車両用の車輪に関する。

従来、この種のフローティング型ブレーキディスクは例えば特許文献１で知られている。このものは、ロータとハブとが、周方向に等間隔で設けられた複数の結合部で結合され、ハブの中心に、ホイールに締結される環状の取付部を備える。

ところで、制動時には、ハブの回転する力とロータの止まろうとする力とによって、各結合部からハブに対して大きな荷重、即ち、剪断力が作用する。このため、この剪断力に耐え得るだけの強度を有しつつ、ハブ（即ち、ブレーキディスク）の軽量化を図ることが求められる。

そこで、上記従来のものは、上記各結合部から上記取付部に向けて周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびる２本の梁部で構成されるスポーク部を、周方向に等間隔で配列させたトラス構造とすることで、各結合部同士を連結する環状梁部を設けず、ハブを軽量化している。

ここで、ハブの更なる軽量化を図るには、各梁部の幅を細くすることが考えられるが、ハブの強度が低下する虞があり、ハブの強度を確保しながら、ハブの軽量化を図ることが難しかった。

特許第４４８１０７４号

本発明は、以上の点に鑑み、制動時の剪断力に耐え得る十分な強度を有しつつ、ハブの軽量化を実現できるフローティング型ブレーキディスク並びにこのフローティング型ブレーキディスクを備える鞍乗り型車両用の車輪を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、環状のロータと、このロータの内側に所定の隙間を存して、同心に配置されるハブとを備える本発明のフローティング型ブレーキディスクは、ロータとハブとが、周方向に等間隔で設けられた複数の結合部で結合され、ハブの中心に、ホイールに締結される環状の取付部を備え、ハブは、各結合部から取付部に向けて周方向間隔が次第に広がるように分岐してのび、且つ、所定の曲率で周方向に湾曲した２本の湾曲梁部で構成されるスポーク部を有し、このスポーク部が周方向に等間隔で配列され、前記スポーク部の周方向一方側の湾曲梁部を第１湾曲梁部、周方向他方側の湾曲梁部を第２湾曲梁部とし、第１湾曲梁部が周方向一方側に隣接するスポーク部の第２湾曲梁部と交差して、第１湾曲梁部の取付部側の先端部が、この隣接するスポーク部と周方向一方側で更に隣接するスポーク部の第２湾曲梁部の取付部側の先端部と接合する接合部を有することを特徴とする。

本発明によれば、各スポーク部を構成する周方向に湾曲した２本の湾曲梁部が、バネの様に作用して、周方向荷重を加えたときに、従来例の如き直線状の梁部と異なり、弾性的に変形することで、制動時にハブに衝撃的に作用する剪断力を弾性的に吸収することができる。その結果、制動時の剪断力に耐え得る十分な強度を維持しつつ、各スポーク部の各湾曲梁部の幅を細くすることができ、ハブの軽量化を実現できる。また、上記結合部と上記取付部との間で周方向に等間隔で配列されるスポーク部同士がトラス構造となることで、ハブにかかる荷重は、すべて各湾曲梁部に分力される圧縮力と引張力のみになり、ハブに大きな荷重が作用しても、ハブが変形するのを防ぐことができる。

また、本発明においては、前記湾曲梁部の幅は、前記スポーク部の結合部側の先端部の幅の２０％以上５０％以下であることが好ましい。前記湾曲梁部の幅が、前記スポーク部の結合部側の先端部の幅の５０％より大きいと、従来のハブよりも重くなるため、ハブの軽量化を図ることが難しい。一方、前記湾曲梁部の幅が、前記スポーク部の結合部側の先端部の幅の２０％より小さいと、ハブのマシニング加工時に発生する熱によって、各湾曲梁部に反りが生じてしまう。

また、本発明においては、前記取付部の外周から径方向外方に向かって突出して、前記接合部と連結する連結突部を有することが好ましい。これによれば、連結突部を設けずに、前記接合部を前記取付部に直接連結する場合に比べて、更にハブの軽量化を図ることができる。

また、本発明においては、前記連結突部は、前記ハブの中心と前記結合部とを結ぶ線上に設けられ、この線に対して、前記結合部、前記スポーク部の２本の湾曲梁部及び前記連結突部の夫々の形状が対称であることが好ましい。これによれば、前記結合部からハブにかかる荷重は、前記スポーク部の各湾曲梁部及び前記連結突部に均等に分力され、各湾曲梁部及び連結突部に同等の荷重が作用することで、ハブ全体の強度を向上させることができ、ブレーキディスクの制動性能や耐久性が向上する。

また、ホイールと、ホイールに装着したフローティング型ブレーキディスクとを備える本発明の鞍乗り型車両用の車輪は、フローティング型ブレーキディスクとして、上述した本発明のフローティング型ブレーキディスクが用いられる。

本発明の第１実施形態のフローティング型ブレーキディスクが装着された鞍乗り型車両の前輪の側面図。本発明の第１実施形態のフローティング型ブレーキディスクの軸方向一方から見た側面図。本発明の第１実施形態のフローティング型ブレーキディスクのロータとハブとの結合部の分解斜視図。本発明の第２実施形態のフローティング型ブレーキディスクの軸方向一方から見た側面図。本発明の第３実施形態のフローティング型ブレーキディスクの軸方向一方から見た側面図。本発明の第４実施形態のフローティング型ブレーキディスクの軸方向一方から見た側面図。本発明の第５実施形態のフローティング型ブレーキディスクの軸方向一方から見た側面図。

図１を参照して、ＦＷは、自動二輪車等の鞍乗り型車両の前輪である。この前輪ＦＷは、フロントフォークＦｆに懸架した車軸Ｆｓに軸受（図示せず）を介して回転自在に支持されるホイールＷｅと、ホイールＷｅの外周部に装着されるタイヤＴｒとを有する。図１中、Ｃｐは、ブレーキ装置の構成要素としてのキャリパである。そして、ホイールＷｅの軸方向片側の所定位置には、本発明の第１実施形態のブレーキディスクＢＤ_１が固定用ボルトＶｔにより取り付けられている。尚、ホイールＷｅ、ブレーキ装置及び固定用ボルトＶｔとしては、公知のものが利用できるため、これ以上の説明は省略する。

図２及び図３も参照して、ブレーキディスクＢＤ_１は、環状のロータ１と、ロータ１の内側に所定の隙間を存して、同心に配置されるハブ２とを備える。ロータ１は、例えばステンレス鋼板製である。ブレーキ操作時、ロータ１は、キャリパＣｐのブレーキパットで挟持され、ハブ２を介して車軸Ｆｓに制動力を伝達する。ロータ１には、軽量化等のため、板厚方向に貫通する円形の貫通孔１１が複数開設されている。また、ロータ１の内周縁部には、径方向内方にのびるほぼ矩形の舌片状の突片１２が周方向に所定間隔で複数形成されている。

ハブ２は、例えばアルミニウム合金製である。ハブ２の外周には、各突片１２に夫々対応させて、径方向内方に凹入して、各突片１２を受け入れる受入凹部２１が形成される。また、突片１２が受入凹部２１から軸方向に抜け出ないようにする抜け止め手段３を備える。これら突片１２、受入凹部２１及び抜け止め手段３により、ロータ１とハブ２とを結合する結合部４が構成される。また、ハブ２の中心には、軸孔２２ａが形成される環状の取付部２２が設けられている。そして、軸孔２２ａの周囲に形成した取付孔２２ｂに、固定用ボルトＶｔを挿通して、取付部２２をホイールＷｅに締結する。

受入凹部２１は、突片１２の径方向に沿う両側面に略平行な受入面を有し、両受入面間の幅は、突片１２の周方向の幅よりわずかに大きく形成されている。また、受入凹部２１は、軸方向一方のみが開放されるように設けられており、軸方向他方はハブ２と一体の壁２１１で閉塞されている。更に、受入凹部２１の軸方向一方の径方向内方の端部２１ａは、受入凹部２１の他の部分よりも大きな略円形状に形成され、この端部２１ａの内壁面には、その周方向に沿って溝２１２が形成されている。

抜け止め手段３は、突片１２の軸方向一方の面に対向するように設けられ、例えばアルミニウム合金製の円板状の押え板３１と、溝２１２に係合して押え板３１を軸方向一方に抜け止めする止め輪３２とで構成される。止め輪３２としては、公知のＣ型スナップリングを用いることができるため、詳細な説明は省略する。また、突片１２と受入凹部２１との間の隙間には、受入凹部２１の内壁面に沿うコの字形状の板部材５が挿入され、突片１２と押え板３１との間には、付勢手段としての皿バネ６が介設されている。

上記の如く、受入凹部２１の軸方向他方側がハブ２に一体の壁２１１で閉塞されていれば、即ち、受入凹部２１がハブ２の板厚方向に貫通していなければ、ハブ２の強度（剛性）を高めることができる。尚、ロータ１とハブ２との結合方式は、上記のものに限定されず、他の公知のものを用いることができる。例えば、ハブ２に、軸方向一方の面から他方の面まで貫通させた受入凹部を形成するともに、筒状の胴部の一端にフランジ部が形成された連結ピンを用いて、連結ピンを突片に形成されたピン孔に挿通して、連結ピンの他端をかしめることで、ロータ１とハブ２とを連結することもできる。

また、ハブ２の各結合部４と取付部２２との間には、周方向に等間隔で配置されるスポーク部２３が複数（本実施形態では１２個）形成されている。スポーク部２３は、各結合部４から取付部２２に向かって（即ち、径方向内方に向かって）、周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびるとともに、周方向に所定の曲率（Ｒ１５０）で湾曲した２本の湾曲梁部２３１，２３１を有する（以後、各スポーク部２３の周方向一方側の湾曲梁部２３１を第１湾曲梁部２３１_１、周方向他方側の湾曲梁部２３１を第２湾曲梁部２３１_２とも呼ぶ）。また、本実施形態では、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１は３ｍｍ、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２は１３ｍｍである。尚、本実施形態では、各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１は、径方向外方側から径方向内方側まで均一であるが、これに限定されず、各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１は、径方向外方側から径方向内方側まで均一でなくてもよい。

ここで、各第１湾曲梁部２３１_１は、周方向一方側に隣接するスポーク部２３の第２湾曲梁部２３１_２と交差している。更に、第１湾曲梁部２３１_１の取付部２２側の各先端部は、この隣接するスポーク部２３と周方向一方側で更に隣接するスポーク部２３の第２湾曲梁部２３１_２の取付部２２側の各先端部と接合し、各接合部２３２を形成する。

また、ハブ２の中心Ｏと各結合部４とを結ぶ線Ｌ上には、取付部２２の外周から径方向外方に向かって突出して、各接合部２３２と連結される連結突部２２１が、周方向に等間隔で形成されている。本実施形態では、各結合部４、各スポーク部２３の２本の湾曲梁部２３１，２３１及び連結突部２２１の夫々の形状は、線Ｌに対して対称である。

本実施形態によれば、各スポーク部２３を構成する周方向に湾曲した２本の湾曲梁部２３１，２３１が、バネの様に作用して、周方向荷重を加えたときに、従来例の如き直線状の梁部と異なり、弾性的に変形することで、制動時に衝撃的に作用するハブ２に作用する剪断力を吸収することができる。その結果、制動時の剪断力に耐え得る十分な強度を維持しつつ、各スポーク部２３の各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１を細くすることができ、ハブ２の軽量化を実現できる。この場合、各スポーク部２３の各湾曲梁部２３１，２３１の曲率は、スポーク部２３の個数等に応じて、Ｒ３５～Ｒ１５０の範囲とすることができる（後述する第２実施形態乃至第５実施形態も参照）。

また、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１は、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２の２０％以上５０％以下であることが好ましい。湾曲梁部２３１の幅Ｗ１が、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２の５０％より大きいと、従来のハブ２よりも重くなり、ハブ２の軽量化を図ることが難しい。一方、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１が、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２の２０％より小さいと、ハブ２のマシニング加工時に発生する熱によって、湾曲梁部２３１に反りが生じてしまう。

また、スポーク部２３の第１湾曲梁部２３１_１が周方向一方側に隣接するスポーク部２３の第２湾曲梁部２３１_２と交差して、第１湾曲梁部２３１_１の取付部２２側の先端部が、この隣接するスポーク部２３と周方向一方側で更に隣接するスポーク部２３の第２湾曲梁部２３１_２の取付部２２側の先端部と接合する接合部２３２を有することが好ましい。これによれば、結合部４と取付部２２との間で周方向に等間隔で配列されるスポーク部２３同士がトラス構造となることで、ハブ２にかかる荷重は、すべて各湾曲梁部２３１，２３１に分力される径圧縮力と引張力のみになり、ハブ２に大きな荷重が作用しても、ハブ２が変形するのを防ぐことができる。

また、取付部２２の外周から径方向外方に向かって突出して、接合部２３２と連結する連結突部２２１を有することが好ましい。これによれば、連結突部２２１を設けずに、接合部２３２を取付部２２に直接連結する場合に比べて、更にハブ２の軽量化を図ることができる。

更に、連結突部２２１は、ハブ２の中心Ｏと結合部４とを結ぶ線Ｌ上に設けられ、この線Ｌに対して、結合部４、スポーク部２３の各湾曲梁部２３１，２３１及び連結突部２２１の夫々の形状が対称であることが好ましい。これによれば、結合部４からハブ２にかかる荷重は、スポーク部２３の各湾曲梁部２３１，２３１及び連結突部２２１に均等に分力され、各湾曲梁部２３１，２３１及び連結突部２２１に同等の荷重が作用することで、ハブ２全体の強度を向上させることができ、ブレーキディスクＢＤ_１の制動性能や耐久性が向上する。

次に、図４乃至図７に示す第２実施形態乃至第５実施形態の自動二輪車用フローティング型ブレーキディスクＢＤ_２～ＢＤ_５ついて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の部材、部位には上記と同一の符号を付している。

図４に示す第２実施形態は、上記第１実施形態と同様、１２個のスポーク部２３を備える。各スポーク部２３は、各結合部４から取付部２２に向かって、周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびるとともに、周方向に所定の曲率（Ｒ７０）で湾曲する各湾曲梁部２３１，２３１を有する。また、本実施形態は、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１が３ｍｍ、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２が１３ｍｍである。尚、本実施形態では、各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１及び各連結突部２２１の幅は、径方向外方側から径方向内方側まで均一であるが、これに限定されず、各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１や各連結突部２２１の幅は、径方向外方側から径方向内方側まで均一でなくてもよい。

また、図５に示す第３実施形態は、４個のスポーク部２３を備える。各スポーク部２３は、各結合部４から取付部２２に向かって、周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびるとともに、周方向に所定の曲率（Ｒ１００）で湾曲する各湾曲梁部２３１，２３１を有する。本実施形態は、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１が４．５ｍｍ、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２が１３ｍｍである。また、本実施形態は、各湾曲梁部２３１，２３１の取付部２２側の各先端部が夫々接合する接合部及びこれに連結する連結突部を設けず、各湾曲梁部２３１，２３１の各先端部は取付部２２に接合される。

また、図６に示す第４実施形態では、３個のスポーク部２３を備える。各スポーク部２３は、各結合部４から取付部２２に向かって、周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびるとともに、周方向に所定の曲率（Ｒ９０）で湾曲する各湾曲梁部２３１，２３１を有する。本実施形態は、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１が３．５ｍｍ、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２は１２ｍｍである。また、本実施形態も、上記第３実施形態と同様、各湾曲梁部２３１，２３１の取付部２２側の各先端部が夫々接合する接合部及びこれに連結する連結突部を設けず、各湾曲梁部２３１，２３１の各先端部は取付部２２に接合される。

また、図７に示す第５実施形態では、１０個のスポーク部２３を備える。各スポーク部２３は、各結合部４から取付部２２に向かって、周方向間隔が次第に広がるように分岐してのびるとともに、周方向に所定の曲率（Ｒ３５）で湾曲する各湾曲梁部２３１，２３１を有する。本実施形態は、湾曲梁部２３１の幅Ｗ１は３ｍｍ、スポーク部２３の結合部４側の先端部２３ａの幅Ｗ２は１２ｍｍである。本実施形態も、上記第３及び第４実施形態と同様、各湾曲梁部２３１，２３１の取付部２２側の各先端部が夫々接合する接合部及びこれに連結する連結突部を設けず、各湾曲梁部２３１，２３１の各先端部は取付部２２に接合される。また、本実施形態の取付部２２には、取付孔２２ｂと取付孔２２ｂとの間に、孔径の異なる孔２２ｃが形成されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ハブ２の中心Ｏと各結合部４とを結ぶ線Ｌに対して、スポーク部２３の各湾曲梁部２３１，２３１の形状を対称としたが、各湾曲梁部２３１，２３１の形状を非対称とすることもできる。また、上述したように、各湾曲梁部２３１，２３１の曲率は、スポーク部２３の個数等に応じて、Ｒ３５～Ｒ１５０の範囲とすることができる。この場合、ロータ１の径の変更に伴って、ロータ１の摺動幅を確保するため、ハブ２の形状を小さくする必要が生じても、スポーク部２３の個数、各湾曲梁部２３１，２３１の幅Ｗ１や曲率を変更することで、環状の取付部２２の径を変えることなく、ハブ２を設計することができる。

また、図１では、鞍乗り型車両用の前輪ＦＷのホイールＷｅに、第１実施形態のブレーキディスクＢＤ_１を装着したものを例に説明したが、上記第２乃至第５実施形態のブレーキディスクＢＤ_２～ＢＤ_５を装着することもできる。尚、図１に示す車輪は、鞍乗り型車両用の前輪ＦＷであるが、鞍乗り型車両用の後輪のホイールにも、上記第１乃至第５実施形態のブレーキディスクＢＤ_１～ＢＤ_５を装着することができる。

ＢＤ_１～ＢＤ_５…フローティング型ブレーキディスク、ＦＷ…自動二輪車の前輪（鞍乗り型車両用の車輪）、Ｌ…ハブの中心と結合部とを結ぶ線、Ｒ…曲率、Ｗ１…湾曲梁部の幅、Ｗ２…スポーク部の結合部側の先端部の幅、Ｗｅ…ホイール、１…ロータ、１２…突片（結合部）、２…ハブ、２１…受入凹部（結合部）、２２…取付部、２２１…連結突部、２３…スポーク部、２３１…湾曲梁部、２３１_１…第１湾曲梁部、２３１_２…第２湾曲梁部、２３２…接合部、３…抜け止め手段（結合部）、４…結合部。

Claims

環状のロータと、このロータの内側に所定の隙間を存して、同心に配置されるハブとを備えるフローティング型ブレーキディスクであって、
ロータとハブとが、周方向に等間隔で設けられた複数の結合部で結合され、ハブの中心に、ホイールに締結される環状の取付部を備えるものにおいて、
ハブは、各結合部から取付部に向けて周方向間隔が次第に広がるように分岐してのび、且つ、所定の曲率で周方向に湾曲した２本の湾曲梁部で構成されるスポーク部を有し、このスポーク部が周方向に等間隔で配列され、
前記スポーク部の周方向一方側の湾曲梁部を第１湾曲梁部、周方向他方側の湾曲梁部を第２湾曲梁部とし、
第１湾曲梁部が周方向一方側に隣接するスポーク部の第２湾曲梁部と交差して、第１湾曲梁部の取付部側の先端部が、この隣接するスポーク部と周方向一方側で更に隣接するスポーク部の第２湾曲梁部の取付部側の先端部と接合する接合部を有することを特徴とするフローティング型ブレーキディスク。
前記湾曲梁部の幅は、前記スポーク部の結合部側の先端部の幅の２０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１記載のフローティング型ブレーキディスク。
前記取付部の外周から径方向外方に向かって突出して、前記接合部と連結する連結突部を有することを特徴とする請求項１又は２記載のフローティング型ブレーキディスク。
前記連結突部は、前記ハブの中心と前記結合部とを結ぶ線上に設けられ、この線に対して、前記結合部、前記スポーク部の２本の湾曲梁部及び前記連結突部の夫々の形状が対称であることを特徴とする請求項３記載のフローティング型ブレーキディスク。
ホイールと、ホイールに装着したフローティング型ブレーキディスクとを備える鞍乗り型車両用の車輪であって、
フローティング型ブレーキディスクとして、請求項１～４の何れか１項記載のフローティング型ブレーキディスクを用いることを特徴とする鞍乗り型車両用の車輪。