JPH0158779B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に、デイスクブレーキ、さらに詳
しくは、ロータまたはデイスクに熱平衡集合体
（themal balancing mass）を設けたデイスクブ
レーキに関する。熱集合体は（heet mass）は、
ロータまたはデイスクを車輪ハブに固定するため
使用される支持取付構造体により得られるヒート
シンク（熱だめ）を平衡させるヒートシンクとし
て作用する。

車両におけるデイスクブレーキの摩擦加熱と熱
発散機能はサイクル状に正確に描かれる。ブレー
キは間欠的かつ時折作動して車両を停止させ、こ
の反復使用により摩擦加熱部分が冷却するかなり
の間隔を生ずる。中実デイスクブレーキの集合体
は、ブレーキパツドとの摩擦係合によりデイスク
の壁に沿つて発生する熱が伝達される実質的で利
用可能なヒートシンクである。デイスクの内縁に
はほぼ隣接するかなりのヒートシンクとなる支持
構造体があるが、デイスクの外縁には対応するま
たは補償的ヒートシンクを有しないので、デイス
クに半径方向温度勾配を生ずる。

もちろんデイスクブレーキを長期間使用すると
多量の熱を発生し、複数個の半径方向配置の通気
通路を、デイスクすなわちロータ内に組入れるこ
とにより良好に発散することができる。（ここで
ブレーキデイスクとは普通、一般に、中実と通気
両ブレーキロータアセンブリを言うが、正しくは
デイスクとは中実アセンブリのみを言い、ロータ
とは通気アセンブリを言う。この区別は以下の説
明に大体適用するが、デイスクを中実ロータと称
し、ブレーキについてはデイスクブレーキと一般
に呼ばれているのでそれに従う。半径方向通路に
より、ロータ内に更なる伝熱面と空気循環とが得
られる。従つて。通気ロータは一般に、その大き
な伝熱面と空気循環とにより中実デイスクよりも
早急に熱を周囲空気内に発散する。中実デイスク
の単一集合体であるのにたいし、通気ロータの内
外壁は別々の熱集合体であり、これらは複数個の
半径方向リブまたはウエブにより分離されている
ので異なる熱環境におかれる。さらにまた、ロー
タハブおよび（または）取付構造は一般に２つの
ロータ壁の少なくとも１つに固定され、実質的な
熱集合体またはヒートシンクとなる。従つて、通
気ロータも取付支持構造体に隣接または接続され
る壁体において半径方向熱温度勾配を生ずる。

本発明はヒートシンク（熱だめ）として作用す
るよう熱平衡集合体を設けてロータまたはデイス
ク取付構造体により本質的に得られる集合体従つ
てヒートシンクを補償する新規なブレーキロータ
またはデイスクに関する。以下で明らかになるよ
うに、平衡集合体は適当な固着手段により製造方
法の任意な工程でロータまたはデイスクに一体鋳
造されるかまたはロータまたはデイスクに固定さ
れる。さらにまた、平衡集合体の材料はデイスク
またはロータ自身の材料でよいが同り材料でなく
てもよい。例えば、スペースを考える場合、高い
熱容量（比熱）を有する材料を使用する。他の場
合、軽量材が望ましい。ロータまたはデイスク支
持構造体のヒートシンク集合体を平衡させるよう
な変更例も本発明の範囲に入る。

通気ロータにおいて、外壁の厚みがロータ中心
からの半径方向長さの増大に伴い増大するよう
に、平衡集合体は支持手段、一般に外壁にもつと
も近いロータの壁体に配設される。また他の実施
例において、ヒートシンク集合体は、所望のヒー
トシンク平衡が得られかつ半径方向温度勾配を小
さくするように、ロータ壁に沿つて配設される。

さらにまた、通気ロータまたは中実デイスク
は、ブレーキパツドが作用しない周囲の部分にあ
る集合体すなわち物質を含む。このようにするに
は、パツドの半径方向幅を小さくすることにより
ブレーキパツドとロータまたはデイスク壁との間
の摩擦係合面積を減少し、よつてヒートシンクと
して作用するロータまたはデイスクの外周に非係
合環状体を形成するかまたは、任意な形状でデイ
スクの周囲にさらに材料を付加すればよい。周方
向集合体の分配（すなわち、横断面）は特定の空
間および熱平衡条件に合うように調節される。

従つて、本発明の目的は半径方向温度勾配が小
さいブレーキまたはデイスクを提供することにあ
る。

本発明の他の目的は従来の通常の製造方法によ
り製造される、半径方向温度勾配が小さい通気ブ
レーキロータを提供することにある。

本発明の他の目的および利益は以下の説明およ
び図面より当業者にとつて明らかになる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図において、１０は本発明によるデイスク
ブレーキアセンブリである。このデイスクブレー
キアセンブリ１０はキヤリパーアセンブリ１２と
ロータアセンブリ１４とを有する。ロータアセン
ブリ１４は、夫々大体平面状平行な外内壁１８，
２０を備えたロータ部１６を有する。ロータアセ
ンブリ１４はさらに、一般にロータ部１６と一体
に鋳造される裁頭蓋部２２を有する。支持構造な
いし蓋部２２は複数個の開口２４を形成し、これ
ら開口は車輪ハブ２８の、複数個の耳ボルト２６
および他の部材と協同して普通の方法でロータア
センブリ１４を車輪ハブ２８に固定する。ロータ
部１６の支持構造体はもとより車輪ハブ２８に接
続する手段は多くの形式を有しかつ、例示の方法
の他種々の製造方法で製造される。例えば、支持
構造体はロータまたはデイスクの平面状内向き延
長部よりなり、このデイスクは縦みぞ付相接続部
材、一体鋳造を含み適当な固定手段によりロータ
またはデイスクに固定される特殊な挿入子また
は、デイスクまたはロータの周囲に取り付ける横
断面がＵ形状の構造体によつてスピンドルないし
車軸に軸方向摺動可能に取り付けられる。本発明
は前述の取付方法、その他の取付形態が実施され
る。

第１図および第２図において、キヤリパーアセ
ンブリ１２は大体Ｃ形状であり、外脚３２と内脚
３４とを相互接続するキヤリパーブリツジ３０を
有する。このキヤリパブリツジ３０はロータ部１
６を横断し、かつ、ロータアセンブリ１４の軸線
に平行して配設され引留板３５に固定される（図
示せざる）ガイドによつて位置決め保持されてい
る。これらガイドは従来デイスクブレーキ手段に
よりキヤリパーアセンブリ１２を浮動取付けす
る。キヤリパーアセンブリ１２の内脚３４にシリ
ンダ３６が形成され、シリンダ内に相手ピストン
３８が配設されている。従来の手順によれば、加
圧流体がシリンダ３６に供給されピストン３８を
ロータ部１６に向けて前進させる。シリンダ３６
の口部に隣接して環状みぞ４０が設けられそこに
配設した環状シール部材４２を着座させる。この
環状シール部材４２はなるべくゴム等弾性材料に
より形成されシリンダ３６からの圧力流体の損失
を防止している。ピストン３８は環状みぞ４４を
有し、このみぞはダストブーツ４６の相補形状部
分の保持部材となる。ダストブーツ４６はゴム等
弾性材料で成形される一体ワンピースシールを有
する。折曲げベロー状ダストブーツ４６はキヤリ
パーアセンブリ１２にたいするピストン３８の周
囲の保護シールとなる一方、それら間をほぼ相対
的軸方向運動をさせる。外側デイスクブレキパツ
ドアセンブリ４８と内側デイスクブレーキパツド
アセンブリ５０とは引留板３５に摺動可能に配設
されかつ、ロータ部１６の外壁１８と内壁２０と
に摺接する。

以下で明らかになるように、本発明はキヤリパ
ーアセンブリ１２およびその関連部分に係るもの
ではないので、前記の説明はキヤリパーに組合わ
される構成部分を示すにすぎない。本発明は空気
装置、機械装置または電気装置等原動エネルギ源
はもとより大幅に変形されたキヤリパーアセンブ
リおよびピストン形状に良好に実施される。さら
にまた、キヤリパーアセンブリ１２およびその関
連部分の構造と機能は従来のものでデイスクブレ
ーキ分野の者にとつて十分理解されているので、
これらについてはさらに説明しない。

つぎに第２図および第３図において、前述のよ
うに、ロータ部１６は外壁１８と内壁２０とを有
する。ロータ部１６は通気され、それ自体、複数
個の半径方向通路５４と同じく複数個のリブ５６
とを有し、これらリブはロータ部１６の外壁１８
と内壁２０との間を横断する。本発明によれば、
内壁２０、さらに広く言えば、取付構造ないし蓋
部２２よりもつとも離れそこからリブ５６により
分野されている壁部の肉厚は均一である。しか
し、外壁１８、さらに広く言えば、取付部ないし
蓋部２２にもつとも近く接続されているロータ部
１６の壁部の厚みは、ロータアセンブリ１４の中
心から離れるに伴い増大する。外壁１８のくさび
形状体は蓋部２２体と熱平衡するので、ロータ部
１６の外壁１８にわたる半径方向温度勾配を少な
くする。

さらに第２図において、特に第３図において、
外壁１８の厚みの増大に伴い空気通路５４の幅が
減少する。通路５４の入口と出口の長さが等しい
とすれば、このような通路５４の幅の減少により
出口を小さくして通路５４内の空気流を閉そくま
たは阻止する。もちろん、このような空気流の閉
そくは、空気通路出口の面積を空気通路入口の面
積とほぼ等しくまたはそれより大きくすれば排除
される。リブ５６の横断面積を調節することによ
つて、空気通路をほぼ一定または半径方向に増大
する横断面積に保持できる。従つて、取付構造体
のヒートシンクを熱平衡させることも、半径方向
空気通路内の空気流を良好に保持することもでき
る。

つぎに第４図において、ロータ６０の他の実施
例が示されている。

ここで、変型ロータ６０は、最薄部分の厚みが
一定の内壁６２と外方に厚みが増大する外壁６４
とを有する。ロータ６０は横断面が大体長だ円形
の空気通路６６を有する。長だ円通路６６の主軸
線はロータ６０の周囲に円周状に配設される。ロ
ータ６０の内面における長だ円通路６６の主軸線
はロータ６０の軸線に平行、従つて、ロータ６０
の外面における長だ円通路６６の主軸線にたいし
直角になつている。なお、このような形状によつ
ても、ヒートシンク体に加えて空気通路は一定ま
たは半径方向に増大する横断面積となりかつ、取
付構造体に隣接するロータ６０の壁部の半径方向
温度勾配は小さくなり一方、長だ円通路６６内の
空気流を良好に維持する。

さらになお、蓋部に隣接する実施例によるロー
タの均一テーパ壁およびその大体長方形空気通路
も変形ロータの扇形切欠きテーパ壁および大体長
だ円空気通路も本発明の範囲を限定するよう解釈
してはならない。むしろ、集合体を平衡させるヒ
ートシンク体と、ロータ内の半径方向温度勾配を
小さくするためロータ取付構造体のヒートシンク
効果とを含むロータの壁形状はどれも本発明の範
囲内に入ると思われる。

第５図は、ロータ取付構造体により得られる固
有ヒートシンクを平衡させ従つてロータ内の半径
方向温度勾配を小さくするため集合体を通気ブレ
ーキロータの壁部に設けることによつて達成され
る熱平衡のもう１つの例示である。なお、下記の
計算は例示および説明であり本発明をさらに明確
にしかつ説明するためのものにすぎない。その結
果の正確さは数学的分析の見掛上の複雑性に比例
している。その結果は概算であつて、さらに複雑
な数学的かつ経験的分析ならびに動力計による試
験等実験的試験により改善される。

第５図は高荷重車両ブレーキに使用されるのと
同じ様な外側ロータ壁と蓋部を示す。リブとロー
タの内壁は参考にのみ鎖線で示され、下記の計算
に含まれていないがそれは、それらの熱伝達と温
度勾配特性が取付構造体に隣接するロータの壁部
の半径方向熱伝達と温度勾配特性にたいする影響
が無視できるためである。記述のように、第５図
に示すロータの蓋部の要素１，２，３は、要素４
で示す、ロータの隣接外壁の表面に発生、吸収さ
れる摩擦熱のヒートシンクとなる。第５図の要素
５はロータ壁に配設されるテーパ集合体で、要素
４の集合体と共に、蓋部の要素１，２および３に
より得られるヒートシンクを平衡させる。

下記の計算はこの平衡関係を定量化すると共
に、夫々蓋部とロータ部との要素１，２，３およ
び４の一定寸法についての三角形要素５の大体の
幅または厚みを設定する。蓋部とロータとにおけ
る要素の半径と他の寸法とは第５図に示されてい
る。パツポスの定理によれば、回転固体の体積は
生成面積と面積の中心軌跡により移動する長さと
の積であると述べており、この定理を利用して
種々要素の体積、従つて、ロータの密度と比熱と
は一定と推定されるから、これら要素の質量と熱
容量とを計算している。

蓋部の要素１において、面積（A₁）は0.5イン
チ×2.4インチに等しく、すなわちA₁＝1.2平方イ
ンチ、中心軌跡半径（Y₁）は1.5インチ＋1.2イン
チに等しく、すなわちY₁＝2.7インチで、中心軌
跡（D₁）による移動長さは5.4πインチである。パ
ツポスの定理によれば、積A₁D₁は要素１の体積
（V₁）に等しく、A₁D₁は6.46π立方インチである。
同様に、要素２において、面積（A₂）は0.5イン
チ×2.0インチ、すなわちA₂＝1.0平方インチ、中
心軌跡半径（Y₂）は3.9インチ＋0.25インチに等
しく、すなわちY₂＝4.15インチで、中心軌跡
（D₂）による移動長さは8.3πインチである。積
A₂D₂は、要素２の体積（V₂）である、8.3π立方
インチに等しい。また、要素３において、面積
（A₃）は0.5インチ×1.2インチ、すなわちA₃＝0.6
平方インチ、中心軌跡半径（Y₃）は3.9インチ＋
0.6インチ、すなわち、Y₃＝4.5インチで、中心軌
跡（D₃）による移動長さは9.0πインチである。積
A₃D₃は、要素３の体積（V₃）である。5.4π立方
インチに等しい。最後に要素１，２および３
（V₁₂₃）の全体積（および比例的質量）はΣADに
等しく、すなわち、6.48π立方インチ＋8.3π立方
インチ＋5.4π立方インチ＝30.18π立方インチであ
る。

ロータ部の要素４と５についてこれら同じ計算
を行つた所、要素４（A₄）の面積は0.5インチ×
2.6インチ、すなわちA₄＝1.3平方インチ、中心軌
跡半径Y₄は5.1インチ＋1.3インチに等しく、すな
わちY₄＝6.4インチで、中心軌跡D₄による移動長
さは12.8πインチである。積A₄D₄は16.6π立方イン
チに等しい。同様に要素５において、面積（A₅）
は0.5×2.6インチ×Ｔに等しく、すなわちA₅＝
1.3Tインチ、中心軌跡半径Y₅は5.1インチ＋0.667
×2.6インチ、すなわちY₅＝6.8インチで、中心軌
跡D₅による移動長さは13.6πインチである。要素
５の体積（V₅）は積A₅D₅すなわち17.7πT立方イ
ンチに等しい。

静熱平衡を得るために、要素１，２および３の
体積（および質量）は要素４と５の体積（および
質量）に近似させる。すなわち、 V₁＋V₂＋V₃V₄＋V₅ 20.18π立方インチ16.6π立方インチ ＋17.7πT立方インチ 3.56π立方インチ17.7πT立方インチ 0.2インチＴ 従つて、0.2インチのロータ部の三角要素５の
最大幅は、上記寸法のロータアセンブリに熱平衡
が得られる厚みの第１近似値である。

以上の好ましい実施例および変型実施例につい
ての説明は、大体半径方向に配向した空気通路を
ブレーキロータの壁間に設けた通気ロータについ
てなされている。しかし、集合体をブレーキロー
タに設けて取付構造体の固有ヒートシンク特性を
補償する本発明の概念は中実ブレーキデイスクに
も適用できる。このように、本発明は、特殊構成
の周延長部をもつ中実デイスクまたは、取付溝造
体に近いデイスクの片側だけもしくは、少なくと
もデイスクの側壁全体と摺接しないで周辺帯にブ
レーキパツドと接触しない部分を両側に設けたブ
レーキデイスクを包含する。このような形状にす
ると、デイスクのこの区域は、ブレーキパツドと
の摩擦接触での熱源ではなく、ヒートシンクとし
て作用して取付構造体の固有ヒートシンク特性を
補償する付加的集合体の役割だけになる。

第６図、第７図、第８図および第９図は本発明
の実施に使用される４つの中実デイスク形状を示
す。さらに詳しく言えば、第６図は、一体鋳造蓋
部７２に固定される中実デイスク７０を示す。
（図示せざる）ブレーキパツドの半径方向有効幅
に相当するデイスク７０の摩擦係合部分は、かつ
こ符号７４で示されている。デイスク７０がこの
係合区域をこえていることは明らかである。さら
に説明すると、デイスク７０の外縁部は斜めに形
成され、その周囲を中心に鋭い三角形部７６を形
成する。蓋部にもつとも近接するデイスク７０側
に隣接して集合体の大半を設けた三角形部７６は
このロータ側においてその反対側よりもわずかに
大きなヒートシンクが得られ、デイスク７０を熱
的に平衡させる。

同様に、第７図は蓋部８２と係合ロータ面８４
とを有する他に実施例によるデイスク８０を示
す。デイスク８０に集合体が配設されている。第
６図に示す中実デイスクの実施例と同じような態
様で、集合体８６はデイスク８０の外面の周囲に
不均一に配設され、蓋部８２にもつとも近いデイ
スク８０の部分よりもいく分大きなヒートシンク
を得る。

性質として、中実デイスクは通気ロータよりも
均一な温度になりやすいので、熱平衡集合体をデ
イスクの周囲に均一に付加させる場合に適用され
る。さらにまた、前記の半径方向に延長する平面
構造体等取付構造体がデイスクの軸方向中間面を
中心にほぼ対称して固定されると、この構造体は
対応配置のヒートシンク集合体によつて一般に最
適に平衡される。第８図において、中実ブレーキ
デイスク９０には上記のように一体平面取付部９
２が形成される。また、デイスク９０の摩擦係合
区域は、かつこ符号９４で示されている。横断面
が大体長方形の環体９６はデイスク９０の周囲に
均一に配設されている。この環体９６は一体に鋳
造されるかまたはその後、デイスク９０に固定さ
れ、また、デイスク９０と同じまたは異種の材料
で製造される。なお、環体９６の集合体は、デイ
スク９０の軸方向中間面の周囲に材料が均一に分
配されるので平面取付部９２のように、中実デイ
スク９０の左右面についてヒートシンクとしてか
ななり均一に機能を果す。

第９図は、周囲に集合体を配設し、一体鋳造蓋
部１０２をなす固有ヒートシンクを熱平衡させる
中実デイスク１００の第３の実施例を示す。この
実施例において、付加集合体は三角形部１０４に
形成され、第８図に示した第２実施例の環体９６
と同じようにデイスク１００の左右両面から熱を
均一に吸収かつ発散する。従つて、中実デイスク
または通気ロータのいずれかに組入れた付加集合
体は、ロータの取付構造体により得られる固有ヒ
ートシンクを熱平衡させる目的と一致する態様で
ロータの周囲に配設される。所定の熱平衡熱伝達
特性が一度設されれば、具体的材料、熱容量、集
合体、横断面または厚みは鋳造、製造技術、コス
トまたはエネルギ保有等を考慮して求められる。

前述のように、本発明思想はまた、取付構造体
にもつとも近接するデイスクまたはロータの片側
または、ブレーキパツドが摩擦係合するデイスク
またはロータの両側の表面量を減少しても実施ば
できる。第９図は一べつすると、従来のブレーキ
バツド係合面１０６が右側に示されている。デイ
スク１００の反対側に、小さな摩擦係合区域１０
８が使用され本発明を実施するが、これは、非係
合区域１１０は摩擦熱源ではなく、事実上、ヒー
トシンクとして作用する。なお半径方向の幅従つ
て左右両ブレーキパツドの摩擦係合区域を減少す
ることによりブレーキデイスクまたはロータの両
面にヒートシンクを設けることができる。

以上の開示は本発明を実施するため発明者が考
案した最良の態様である。しかし、本発明にたい
し変型および変更を組入れた装置はデイスクブレ
ーキ分野の者にとつて自明である。以上の開示は
当業者に本発明を実施させ得るように企図したの
で、本発明はそれに限定されず、前記自明の変更
を含むものと解釈し、さらに特許請求の範囲の精
神と範囲によつてのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を使用するデイスクブレーキと
通気ロータの斜視図、第２図は第１図の線２−２
に沿つて破断した通気ブレーキロータとキヤリパ
アセンブリの部分横断面図、第３図は半径方向空
気通路を示す本発明による通気ブレーキロータの
部分斜視図、第４図は他の実施例による集合体分
配と半径方向通路を示す本発明による通気デイス
クブレーキ・ロータの部分斜視図、第５図は本発
明の一般的伝熱理論を説明する通気ブレーキロー
タの一部の横断面線図、第６図は本発明を組入れ
た中実ブレーキデイスクの部分横断面図、第７図
は本発明を組入れた中実ブレーキデイスクの他の
実施例の部分横断面図、第８図は本発明の第２の
変型例を組入れた中実ブレーキデイスクの部分横
断面図、第９図は本発明の第３変型例を組入れた
中実ブレーキデイスクの部分横断面図である。 １０……デイスクブレーキ・アセンブリ、１２
……キヤリパアセンブリ、１４……ロータアセン
ブリ、１６，６０……ロータ部、１８，６４……
外壁、２０，６２……内壁、２２，７２，８２，
１０２……蓋部、３２……外脚、３４……内脚、
３６……シリンダ、３８……ピストン、４０，４
４……環状みぞ、４２……シール部材、４８……
外側デイスクブレーキパツドアセンブリ、５０…
…内側デイスクブレーキパツドアセンブリ、５
４，６６……通路、５６……リブ、７０，８０，
９０，１００……デイスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸線を有するロータアセンブリと、１対のブ
   レーキパツドを有するキヤリパアセンブリと、前
   記パツドに作動リンク結合され前記パツドを前進
   させて前記ロータアセンブリと摩擦接触させる装
   置との組合せよりなり、前記ロータアセンブリが
   ロータ部と中央配置の蓋部とを含む自動車用デイ
   スクブレーキアセンブリであつて、前記蓋部から
   ロータの半径方向外向きに離れているブレーキパ
   ツドと係合しないロータ部の部分に配置されて前
   記蓋部により得られるヒートシンクと熱平衡して
   前記ロータ部の半径方向の温度勾配を小さくする
   ヒートシンク部材を有することを特徴とするデイ
   スクブレーキアセンブリ。 ２ 前記ロータ部が中実であり、前記ヒートシン
   ク部材を前記ロータ部の外周部に配設した特許請
   求の範囲第１項記載のデイスクブレーキアセンブ
   リ。 ３ 前記部分のロータ軸線に平行な横断面はほぼ
   三角形である特許請求の範囲第２項記載のデイス
   クブレーキアセンブリ。 ４ 前記部分のロータ軸線に平行な横断面はほぼ
   長方形である特許請求の範囲第２項記載のデイス
   クブレーキアセンブリ。 ５ 前記ロータアセンブリは第１と第２の間隔を
   おいた円形壁体と、その内部に半径方向に配置さ
   れた空気通路とを含み、前記ヒートシンク部材が
   前記壁体の相対向している内側面の少なくとも１
   つに沿つて配置される特許請求の範囲第１項記載
   のデイスクブレーキアセンブリ。 ６ 前記ヒートシンク部材の軸線方向の厚みが前
   記軸線からの距離の増大に伴い増大する特許請求
   の範囲第５項記載のデイスクブレーキアセンブ
   リ。 ７ 前記第１壁体と第２壁体を相互接続する複数
   個のリブ部材を有し、前記リブ部材の横断面がロ
   ータの半径方向長手に沿いほぼ均一である特許請
   求の範囲第６項に記載のデイスクブレーキアセン
   ブリ。