JP4509599B2 - ブレーキディスクロータ - Google Patents

Description

本発明は自動車のブレーキ装置に関するものであり、特に、ベンチレーテッドディスクブレーキにおけるブレーキディスクロータに関するものである。

ベンチレーテッド型のブレーキディスクロータには、冷却性能、耐振動性能といった諸性能が要求され、これらは主にベンチホールを形成するフィンの形態に左右される。そこで、フィンの形態については種々のものが提案されている。例えば、特許文献１には、ブレーキ鳴きの発生等の要因となるロータの振動を抑制すべく、４種類のフィンを１セットとしてロータ回りに繰り返し配置した構造が提案されている。また、４種類のフィンのうちの一つについて、外周側の端部を幅広とすることで、ロータの振動の抑制に加えて、ベンチホールの途中に渦流が生じて主流の流速を上昇させ、冷却効率を向上できることが記載されている。

特開２０００−４６０８０号公報

しかし、特許文献１の構造では、主流の流速が上昇するとしても、ベンチホールの途中に渦流が生じるため、その部位において熱がこもり易く、必ずしも冷却効率が最適ではないと考えられる。また、特許文献１の構造では４種類のフィンのうちの一つのフィンだけの外周側端部が幅広となっているため、ブレーキディスクロータの外周側において、周方向の質量変化が大きくなる。ブレーキディスクロータの外周側は摩擦パッドにより挟持を受け、摩擦熱により最も加熱される部位であり、周方向の熱容量変化を最小限に抑えることが望ましいが、特許文献１のものは周方向の質量変化が大きいため、熱容量の変化も大きくなる。このため、熱容量の変化に起因してブレーキ性能の低減や鳴きの要因ともなる。

従って、本発明の目的は、冷却性能を向上すると共に、ロータ外周部の周方向の熱容量変化を低減し、しかも、耐振動性能を向上するブレーキディスクロータを提供することにある。

上述した特許文献１に記載の構造では、ベンチホールの途中に渦流を形成して主流の偏向により流速を上昇すると共にベンチホールから空気が流出する際に、その流速を増大することに着目して４種類のフィンのうちの一つについて外周側の端部を幅広とし、当該フィンと隣接する他のフィンとにより形成されるベンチホールの形状を左右非対称としている。

これに対して本発明は、ベンチホールを空気が通過中、その流速が一定となる方が冷却性能が向上できるという知見に基づくものである。本発明によれば、各々のフィンは、ディスクの径方向に沿う当該フィンの中心線がそれぞれ前記ディスクの中心回りに等角度離隔するように放射状に配設され、各々の前記フィンは、ベンチホールの空気流入部から空気流出部に渡って前記ベンチホールの幅が略同じ幅となり、かつ、前記ベンチホールが前記ディスクの径方向に沿う当該ベンチホールの中心線に対して左右対称となるように設定される。

ディスク間の間隔は一定であるため、ベンチホールの幅が略一定であればベンチホールの断面積も略一定となり、これを通過する空気の流速も略一定となる。このため、冷却性能を向上できる。

また、この構成の場合、フィンの幅はディスクの内周側で狭く、外周側で広くなる。つまり、フィンの外周側端部が幅広となり、かつ、各フィンの中心線がディスクの中心回りに等角度離隔するように放射状に配設されるから、当該外周側端部において、熱容量が大きく、しかも、周方向の各フィン間の質量変化が小さい。従って、ディスク外周部の周方向の熱容量変化を低減し、ブレーキ性能の低減防止や鳴きの抑制を図ることができる。

一方、ベンチホールを通過する空気の流速を一定にするには、ベンチホールの幅を完全に一定にすることが理想的である。しかし、この場合は各フィンの幅がディスク内周側から外周側へ向かって単純に増加することになる。とすると、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化が線形となり、当該半径方向において振動の伝播が一定となる。そうすると、制動時に共振を生じ易く耐振動性能に欠ける。

そこで、本発明では、各々のフィンの側面がフィンの中心線側に凹となるように窪んでいる。このため、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化が非線形となり、当該半径方向において振動の伝播が一定とならない。従って、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができる。更に、フィンの側面が窪んでいても上述した通りベンチホールは左右対称であるから渦流が生じたとしても左右で対称的に生じるから主流が偏向せず、全体として流速を略一定にできる。つまり、本発明では、ベンチホール内での空気の流速の変化を抑えつつ、耐振動性能を向上することができる。
また、請求項１に係る本発明では、各々の前記フィンの幅は、その最外端直近の内周側の部位から該最外端に向かって徐々に狭くなっていると共に、各々の前記フィンの外周側の端面が平坦であるため、ベンチホールの空気流出口が幅広となり、フィンの側面に対する気流の剥離が抑制されてドラッグの発生を抑制し、ベンチホールから空気が流出し易くなる。加えて、フィンの外周側の端面を平坦とすることで、外気とフィンの外周側の端面との接触面積が大きくなり、熱交換を促進する。従って、冷却性能が更に向上する。

また、請求項２に係る本発明においては、前記空気流入部と前記空気流出部との中央部分に一つの曲折点を有することで前記フィンの前記中心線側に凹となるように窪んでいる。曲折点を一つとすることで、当該曲折点において前記フィンの幅がより大きく変化するから、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化が急になる。とりわけ、中央部分に曲折点を設定することで、外周側や内周側の端部に設定する場合よりも振動の低減を効果的に得られる。従って、より一層、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができると共にディスク外周部の周方向の熱容量変化を低減し、ブレーキ性能の低減防止や鳴きの抑制を図ることができる。なお、前記曲折点の前後において、前記フィンの側面の輪郭は、曲線−曲線としてもよいし、曲線−直線又は直線−曲線としてもよい。

また、請求項２に係る本発明においては、各々の前記フィンの側面は、前記空気流入部側の端部と前記曲折点との間と、前記曲折点と前記空気流出部側の端部との間と、がそれぞれ直線状に形成されたくの字形をなしている。この構成によれば、前記曲折点において前記フィンの幅がより大きく変化するから、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化が急になると共に外周側におけるフィンのより顕著な質量増大が図れる。従って、より一層、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができると共にディスク外周部の周方向の熱容量変化を低減し、ブレーキ性能の低減防止や鳴きの抑制を図ることができる。

また、請求項２に係る本発明においては、各々の前記フィンの幅は、前記空気流入部での前記ベンチホールの幅よりも前記曲折点での前記ベンチホールの幅の方が広く、かつ、前記曲折点から前記空気流出部側の端部までの間では、前記ベンチホールの幅が一定となるように変化している。この構成によれば、前記曲折点から前記空気流出部側の端部までの間では、前記ベンチホールの幅が一定となるように変化するため、前記ベンチホールから空気が略真っ直ぐに外部へ流出する。このため、前記ベンチホールの幅が前記空気流出部側へ向かって狭く構成する場合よりも渦流が生じにくく、流速の一定化が図れる。
また、請求項３に係る本発明においては、各々の前記フィンの幅は、前記空気流入部側の端部から前記曲折点までの間では一定である。

この構成によれば、各々の前記フィンの幅が前記空気流入部側の端部から前記曲折点までの間では一定であるため、その断面積も一定となり、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化がほとんどない。従って、前記曲折点を境にして急激な質量変化又は剛性変化が生じ、より一層、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができる。

以上述べた通り、本発明のブレーキディスクロータは、冷却性能を向上すると共に、ロータ外周部の周方向の熱容量変化を低減し、しかも、耐振動性能を向上することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に形態に係るブレーキディスクロータＡの一部破断外観斜視図である。ブレーキディスクロータＡは相互に中心が同心となるように対向して配置された円盤状のディスク１及び２を備え、このディスク１及び２の間に複数のフィン３を介在させることでベンチホール４が形成されたものである。ディスク１には、ブレーキディスクロータＡを車軸側のハブに取り付けるためのハット部１ａが一体に取り付けられている。しかして、ブレーキディスクロータＡは、自動車の制動時にディスク１及び２がキャリパーの摩擦パッドにより挟持され、自動車の制動力を発揮させることになる。

次に、図２はブレーキディスクロータＡの背面図（ブレーキディスクロータＡをディスク２側から見た図）であり、図３は図２の線ＸＸに沿う端面図である。ディスク１とディスク２とは平行に配置されており、両者の間隙を埋めるようにしてフィン３がディスク１及びディスク２の双方に一体的に設けられている。フィン３は２種類のフィン３１、３２から構成され（以下、両者を区別しない時は単にフィン３という）、図２に示すように各フィン３は、ディスク１及び２の径方向に沿う当該フィンの中心線Ｃ１に対して左右対称の形状で構成され、かつ、各フィン３の中心線がそれぞれディスク１及び２の中心回りに等角度θだけ離隔するように放射状に配設されている。また、フィン３１とフィン３２とは交互に配設されている。図４はフィン３の詳細図である。

フィン３１とフィン３２とはディスク１及び２の内周側の形状が異なるが、ベンチホール４を形成する他の部分は同じ形状をなしている。より詳細には、ディスク１及び２の内周側のフィン３１の端部は、フィン３２の端部よりもより内側にまで延設されており、他の部分よりも厚さが僅かに薄い段差部３１’を有している。しかし、フィン３１とフィン３２とは、ベンチホール４の空気流入部４ａから空気流出部４ｂに渡る、ベンチホール形成領域においては実質的に同じ形状をなしている。このため、隣接するフィン３により形成されるベンチホール４はディスク１及び２の径方向に沿う当該ベンチホールの中心線Ｃ２に対して実質的に左右対称となる。なお、フィン３１とフィン３２とは全く同じ形状にしてベンチホール４を完全に左右対称とすることが本来最適であるが、本実施形態のようにフィン３１とフィン３２の端部の長さに差があっても、ベンチホール４の左右対称性は実質的に維持される。

次に、フィン３の幅（具体的にはベンチホール形成領域の幅。以下同じ。）について説明する。フィン３の幅は、ベンチホール４の空気流入部４ａから空気流出部４ｂに渡ってベンチホール４の幅が略同じ幅となるように設定されている。ここで、ディスク１及び２の間の間隔は一定であるため、ベンチホール４の幅が略一定であれば空気流入部４ａから空気流出部４ｂに渡ってベンチホール４の断面積も略一定となる。従って、ブレーキディスクロータＡが回転することにより、空気流入部４ａからベンチホール４へ流入し、空気流出部４ｂから流出する空気の流速も略一定となる。このため、冷却性能を向上できる。

一方、本実施形態の場合、各フィン３は、ディスク１及び２の径方向に沿う当該フィンの中心線Ｃ１に対して左右対称の形状で構成され、かつ、各フィン３の中心線がそれぞれディスク１及び２の中心回りに等角度θだけ離隔するように放射状に配設されているので、ベンチホール４の幅が略一定となるようにフィン３の幅を設定すると、フィン３の幅は図４に示すようにディスク１及び２の内周側で狭く、外周側で広くなる。つまり、フィン３の外周側端部が幅広となり、かつ、各フィン３の中心線Ｃ１がディスクの中心回りに等角度θだけ離隔するように放射状に配設されるから、当該外周側端部において熱容量が大きく、しかも、周方向の各フィン３間の質量変化が小さい。従って、ディスク１及び２の外周部の周方向の各フィン３間の熱容量変化を低減し、ブレーキ性能の低減防止や鳴きの抑制を図ることができる。

さて、ベンチホール４を通過する空気の流速を一定にするには、ベンチホール４の幅を完全に一定にすることが理想的である。しかし、この場合は各フィン３の幅がディスク内周側から外周側へ向かって単純に増加することになる。つまり、図４に示すフィン３の側面３ａが直線状になる。とすると、ブレーキディスクロータＡの半径方向の質量変化又は剛性変化が線形となり、当該半径方向において振動の伝播が一定となる。そうすると、制動時に共振を生じ易く耐振動性能に欠ける。そこで、本実施形態では、各々のフィン３の側面３ａがフィン３の中心線Ｃ１側に凹となるように窪ませ、フィン３の幅が単純に増加しないようにしている。このため、ブレーキディスクロータＡの半径方向の質量変化又は剛性変化が非線形となり、当該半径方向において振動の伝播が一定とならない。従って、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができる。つまり、本実施形態のブレーキディスクロータＡではベンチホール４内での空気の流速の変化を抑えて冷却性能を好適に保ちつつ、耐振動性能を向上することができる。また、フィン３の側面が窪んでいても上述した通りベンチホール４は左右対称であるから渦流が生じたとしても左右で対称的に生じるから主流が偏向せず、全体として流速を略一定にできる。
フィン３の側面３ａの窪ませ方は種々の態様が採用できるが、本実施形態においては、各々のフィン３の側面３ａは、図４に示すように、空気流入部４ａと空気流出部４ｂとの中央部分に曲折点Ｐが設定され、空気流入部４ａ側の端部と曲折点Ｐとの間と、曲折点Ｐと空気流出部４ｂ側の端部との間と、がそれぞれ直線状に形成されたくの字形をなしている。曲折点Ｐを一つとすることで、当該曲折点においてフィン３の幅がより大きく変化するから、ロータの半径方向の質量変化又は剛性変化が急になる。とりわけ、中央部分に曲折点Ｐを設定することで、外周側や内周側の端部に設定する場合よりも振動の低減を効果的に得られる。ここで、ブレーキディスクロータＡの外周側では熱容量が大きいことが望ましい。図４の例では、曲折点Ｐを空気流入部４ａと空気流出部４ｂとの真中よりも若干内側に設定している。このため、ブレーキディスクロータＡの外周側でフィン３がより大きくなるから当該外周側でより大きな熱容量を確保できる。更に、曲折点Ｐの前後が直線となっていることからより一層顕著な質量増大が図れる。曲折点Ｐの前後は、曲線−曲線としてもよいし、曲線−直線又は直線−曲線としてもよい。曲線−曲線の場合、曲折点Ｐは変曲点となる。

ここで、ベンチホール４の空気流入部４ａの幅ｄ１、空気流出部４ｂの幅ｄ２並びに曲折点Ｐにおけるベンチホール４の幅ｄ３は、ベンチホール４を流れる流速の一定化とフィン３の半径方向の質量変化との兼ね合いにより設定され、望ましくはｄ１＜ｄ３≒ｄ２とされる。本実施形態ではｄ１＜ｄ３＝ｄ２とされており、少なくともｄ１≧０．９×ｄ２（ｄ３）の範囲であれば、冷却性能を向上できる程度の流速の略一定化を図れる。また、本実施形態においては、各々のフィン３の幅は、空気流入部４ａ側の端部から曲折点Ｐまでの間では一定であり、曲折点Ｐから空気流出部４ｂ側の端部までの間ではベンチホール４の幅が一定（ｄ３＝ｄ２）となるように変化している。この構成によれば、各々のフィン３の幅が空気流入部４ａ側の端部から曲折点Ｐまでの間では一定であるため、その断面積も一定となり、ブレーキディスクロータＡの半径方向の質量変化又は剛性変化がほとんどない。一方、曲折点Ｐから空気流出部４ｂ側の端部までの間では前記ベンチホールの幅が一定となるように変化するため、各々のフィン３の幅は増加し、曲折点Ｐを境にして急激な質量変化又は剛性変化が生じる。従って、より一層、制動時に共振を生じ難くなり、耐振動性能を向上することができる。しかも、曲折点Ｐから空気流出部４ｂ側の端部までの間では、ベンチホール４の幅が一定となるので、ベンチホール４から空気が略真っ直ぐに外部へ流出する。このため、ベンチホール４の幅が空気流出部４ｂ側へ向かって狭く構成する場合よりも渦流が生じにくく、流速の一定化が図れる。

更に、本実施形態の場合、各々のフィン３の幅は、その最外端３ｂにおいて、その直近の内周側の部位よりも狭くしている。このため、ベンチホール４の空気流出口が幅広となり、フィン３の側面に対する気流の剥離が抑制されてドラッグの発生を抑制し、ベンチホール４から空気が流出し易くなる。従って、冷却性能が更に向上する。加えて、図４に示すように最外端３ｂの端面は平坦としているので、外気とフィン３の最外端３ｂの端面との接触面積が大きくなり、熱交換を促進する。従って、冷却性能が更に向上する。つまり、ブレーキディスクロータＡの回転により、相対的に見れば、ブレーキディスクロータＡの外周に当該外周に沿う外気の気流が発生していることになる。この最外端３ｂの端面が丸みを帯びていると、当該端面の半分しか外気が接触しないが、平坦とすることで当該端面全体に外気が接触するため接触面積が大きくなる。

本発明の一実施形態に形態に係るブレーキディスクロータＡの一部破断外観斜視図である。 ブレーキディスクロータＡの背面図である。 図２の線ＸＸに沿う端面図である。 フィン３の詳細図である。

符号の説明

Ａ ブレーキディスクロータ
１、２ ディスク
３（３１、３２） フィン
４ ベンチホール

Claims (3)

1. 対向して配置されたディスク間に複数のフィンを介在させることで、該フィン間にベンチホールを形成したブレーキディスクロータにおいて、
   各々の前記フィンは、前記ディスクの径方向に沿う当該フィンの中心線がそれぞれ前記ディスクの中心回りに等角度離隔するように放射状に配設され、
   各々の前記フィンは、
   前記ベンチホールの空気流入部から空気流出部に渡って前記ベンチホールの幅が略同じ幅となり、かつ、前記ベンチホールが前記ディスクの径方向に沿う当該ベンチホールの中心線に対して左右対称となるように設定され、
   各々の前記フィンの側面が、前記フィンの前記中心線側に凹となるように窪んでおり、
   各々の前記フィンの幅は、その最外端直近の内周側の部位から該最外端に向かって徐々に狭くなっていると共に、各々の前記フィンの外周側の端面が平坦であることを特徴とするブレーキディスクロータ。
2. 対向して配置されたディスク間に複数のフィンを介在させることで、該フィン間にベンチホールを形成したブレーキディスクロータにおいて、
   各々の前記フィンは、前記ディスクの径方向に沿う当該フィンの中心線がそれぞれ前記ディスクの中心回りに等角度離隔するように放射状に配設され、
   各々の前記フィンは、
   前記ベンチホールの空気流入部から空気流出部に渡って前記ベンチホールの幅が略同じ幅となり、かつ、前記ベンチホールが前記ディスクの径方向に沿う当該ベンチホールの中心線に対して左右対称となるように設定され、
   各々の前記フィンの側面は、
   前記空気流入部と前記空気流出部との中央部分に一つの曲折点を有することで前記フィンの前記中心線側に凹となるように窪んでいると共に、前記空気流入部側の端部と前記曲折点との間と、前記曲折点と前記空気流出部側の端部との間と、がそれぞれ直線状に形成されたくの字形をなしており、
   各々の前記フィンの幅は、
   前記空気流入部での前記ベンチホールの幅よりも前記曲折点での前記ベンチホールの幅の方が広く、かつ、前記曲折点から前記空気流出部側の端部までの間では、前記ベンチホールの幅が一定となるように変化していることを特徴とするブレーキディスクロータ。
3. 各々の前記フィンの幅は、前記空気流入部側の端部から前記曲折点までの間では一定であることを特徴とする請求項２に記載のブレーキディスクロータ。

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