特許 7601902 ブレーキディスク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】ブレーキディスク

(51)【国際特許分類】

   F16D 65/12 20060101AFI20241210BHJP

【ＦＩ】

F16D65/12 S

F16D65/12 M

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022563785

(86)(22)【出願日】2021-11-17

(86)【国際出願番号】 JP2021042150

(87)【国際公開番号】W WO2022107785

(87)【国際公開日】2022-05-27

【審査請求日】2023-04-13

(31)【優先権主張番号】P 2020191643

(32)【優先日】2020-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】305032254

【氏名又は名称】サンスター技研株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(72)【発明者】

【氏名】久保田 哲史

(72)【発明者】

【氏名】大畑 章人

【審査官】久米 伸一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０９２９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５１５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０９４４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国実用新案第９４０３７４７（ＤＥ，Ｕ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｄ ６５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブレーキパッドが当接する領域に正面視でそれぞれ円形に形成される複数の水切凹部を備えるブレーキディスクであって、
ブレーキパッドが当接する摩擦面と前記水切凹部の開口部の内周面とが形成する肩部の角度は１５５°以上１７５°以下である、ブレーキディスク。

【請求項2】

ブレーキパッドが当接する領域に形成される複数の円錐状の水切凹部を備えるブレーキディスクであって、
ブレーキパッドが当接する摩擦面と前記水切凹部の開口部の内周面とが形成する肩部の角度は１５５°以上１７５°以下である、ブレーキディスク。

【請求項3】

前記水切凹部は、一方の前記摩擦面と他方の前記摩擦面とで異なる位置に形成される、請求項１又は２に記載のブレーキディスク。

【請求項4】

前記水切凹部の開口径は７ｍｍ以上１５ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれかに記載のブレーキディスク。

【請求項5】

引張強度が８００ＭＰａ以下である炭素鋼、鋳鉄又はステンレス鋼から形成される、請求項１から４のいずれかに記載のブレーキディスク。

【請求項6】

炭素鋼又は鋳鉄から形成される、請求項１から５のいずれかに記載のブレーキディスク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ブレーキディスクに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば車両用の制動装置として、回転軸と共に回転するブレーキディスクをブレーキパッドで挟み込むことによって、摩擦力で回転軸の回転を制止するディスクブレーキ装置が広く利用されている。このようなディスクブレーキ装置において、水や埃等の異物がブレーキディスクとブレーキパッドとの間に入り込むと制動力が低下するため、このような異物を取り除くための水切穴をブレーキディスクに設ける技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－３８０３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、自動二輪車用ブレーキディスクは高い強度を有する特殊なステンレス鋼等を用いて形成されるが、比較的安価な炭素鋼を用いてブレーキディスクを形成する場合もある。ブレーキディスクに水切穴を形成すると、熱応力が集中しやすくなるため、水切り穴を起点としたクラックが発生するおそれがある。そこで、本発明は、耐クラック性に優れたブレーキディスクを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るブレーキディスクは、ブレーキパッドが当接する領域に形成される複数の水切凹部を備えるブレーキディスクであって、ブレーキパッドが当接する摩擦面と前記水切凹部の開口部の内周面とが形成する肩部の角度は鈍角である。

【0006】

上述のブレーキディスクにおいて、前記肩部の角度は１３５°以上１７５°以下であってもよい。

【0007】

上述のブレーキディスクにおいて、前記水切凹部は円錐状であってもよい。

【0008】

上述のブレーキディスクにおいて、前記水切凹部は、一方の前記摩擦面と他方の前記摩擦面とで異なる位置に形成されてもよい。

【0009】

上述のブレーキディスクにおいて、前記水切凹部の開口径は７ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。

【0010】

上述のブレーキディスクは、引張強度が８００ＭＰａ以下である炭素鋼、鋳鉄又はステンレス鋼から形成されてもよい。

【0011】

上述のブレーキディスクは、炭素鋼又は鋳鉄から形成されてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、耐クラック性に優れたブレーキディスクを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１実施形態に係るブレーキディスクの正面図である。

【図2】図１のブレーキディスクの部分断面図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係るブレーキディスクの部分断面図である。

【図4】本発明の第３実施形態に係るブレーキディスクの部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明をする。図１は、本発明の第１実施形態に係るブレーキディスク１の正面図（軸方向視図）である。図２は、図１のブレーキディスク１の部分断面図である。

【0015】

ブレーキディスク１は、ディスクブレーキ装置に用いられる。具体的には、ブレーキディスク１は、正面視でドーナツ型の平板環状に形成され、不図示の回転軸（典型的には車軸）に固定されることにより回転軸と共に回転し、不図示のブレーキパッドに挟み込まれることによって回転軸を制動する。つまり、ブレーキディスク１の両面は、ブレーキパッドが当接する摩擦面１１，１２を構成する。

【0016】

ブレーキディスク１は、正面視で、内周側に回転軸に設けられるハブに固定するための複数の取付孔２と、取付孔２の外側のブレーキパッドが当接する領域に形成される複数の水切凹部３と、を有する。

【0017】

ブレーキディスク１の厚みとしては、制動する回転軸の出力等にもよるが、例えば２ｍｍ以上６０ｍｍ以下とすることができる。ブレーキディスク１の内径としては、回転軸に設けられるハブ等に応じて選択され、例えば４０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることができる。ブレーキディスク１の外径としては、ディスクブレーキ装置の設置スペースの中で、必要な制動力を得るために必要なブレーキパッドの当接面積を確保できるよう選択され、例えば１００ｍｍ以上４００ｍｍ以下とすることができる。

【0018】

ブレーキディスク１は、例えば炭素鋼、鋳鉄、ステンレス鋼等から形成することができるが、比較的安価な構造用炭素鋼、典型的には例えばＳ５０Ｃ、Ｓ５３Ｃ、Ｓ５５Ｃ、Ｓ５８Ｃ（ＪＩＳ－Ｇ４０５１：２０１６）等の機械構造用炭素鋼、又は鋳鉄、典型的にはねずみ鋳鉄品（ＪＩＳ－Ｇ５５０１：１９９５）、球状黒鉛鋳鉄品（ＪＩＳ－Ｇ５５０２：２００７）等から形成される場合など、機械的性質における引張強度が８００ＭＰａ以下の材質から形成される場合に、本発明により耐クラック性を向上する効果が顕著となる。

【0019】

取付孔２は、通常、ボルトによってブレーキディスク１をハブに固定するために使用される。このため、取付孔２の径及び数は、必要とされる制動トルクに応じて選択される。一般的に、取付孔２は、ブレーキディスク１の中心から等距離、且つ周方向に等間隔に形成される。

【0020】

水切凹部３は、ブレーキディスク１の表面に付着した水を排出する水切り効果や埃等の噛み込みによりブレーキパッドの荒れた表面を整えるクリーニング効果を発揮することで、ブレーキディスク１とブレーキパッドとの間に生じる摩擦力が低下したり、異常な摩耗を発生させることを抑制したりできる。

【0021】

水切凹部３は、正面視でそれぞれ円形に形成される。水切凹部３は、一方の摩擦面１１と他方の摩擦面１２とで異なる位置に形成されることが好ましい。これにより、摩擦面１１，１２によって応力が集中する位置を異ならせることができるので、熱応力の最大値を抑制できる。一方の摩擦面１１の水切凹部３と他方の摩擦面１２の水切凹部３とは、両面の水切り効果を均等にするために、同じパターンで周方向に角度をずらして形成されることが好ましい。

【0022】

ブレーキディスク１は、中心からの距離が異なる複数組の水切凹部３の群を備えてもよい。本実施形態では、それぞれの摩擦面１１，１２に、中心から第１の距離且つ周方向に等間隔に形成される５つの水切凹部３からなる第１の群と、中心から第２の距離且つ周方向に等間隔に形成される５つの水切凹部３からなる第２の群と、が形成されている。このように中心からの距離が異なる水切凹部３を設けることにより、水切効果を向上できる。

【0023】

水切凹部３の径は、少なくとも開口部においてブレーキパッドが当接する摩擦面１１，１２に向かって拡径し、ブレーキパッドが当接する摩擦面１１，１２と水切凹部３の開口部の内周面とが形成する肩部３１の角度αは、鈍角である。これにより、肩部３１への応力集中が緩和されるため、摩擦熱により生じる熱応力の最大値が抑制される。なお、開口部の内周面とは、微細面取りによって形成されるような小さな面を意味せず、１ｍｍ以上の幅を有する実質的に形状を画定する面を意味するものとする。

【0024】

本実施形態では、水切凹部３は、円錐状に形成され、全体的に内周面の傾斜角度が一定である。このように、水切凹部３を円錐状にすれば、熱応力の最大値を効果的に低減することができる。また、円錐状の水切凹部３は形成が容易である。具体的には、円錐形状の水切凹部３は、ドリル加工によって単一工程で容易に形成することができる。

【0025】

肩部３１の角度αの下限としては、１３５°が好ましく、１５５°がより好ましい。一方、肩部３１の角度αの上限としては、１７５°が好ましく、１６５°がより好ましい。肩部３１の角度αを前記下限以上とすることによって熱応力の最大値を小さくすることができる。また、肩部３１の角度αを前記上限以下とすることによって、水切凹部３の容積を確保して十分な水切り効果を得られる。また、肩部３１の角度αを小さくすることで水切凹部３の形成が容易となる。例えば、ドリルの先端角は最大１４０°程度であるため、１６０°以下の角度αを有する肩部３１を形成する水切凹部３であれば、ドリルを用いて容易に形成できる。

【0026】

水切凹部３の開口径の下限としては、７ｍｍが好ましく、８ｍｍがより好ましい。一方、水切凹部３の開口径の上限としては、１５ｍｍが好ましく、１２ｍｍがより好ましい。水切凹部３の開口径を前記下限以上とすることによって、水切凹部３の容積を確保して有効な水切り効果が得られる。また、水切凹部３の開口径を前記上限以下とすることによって、ブレーキディスク１とブレーキパッドとの摩擦力を安定させられる。

【0027】

図３は、本発明の第２実施形態に係るブレーキディスク１Ａの部分断面図である。以降の説明において、先に説明した実施形態と重複する説明は省略することがある。

【0028】

ブレーキディスク１Ａは、ブレーキパッドが当接する領域に形成される複数の水切凹部３Ａを有する。図３のブレーキディスク１Ａは、それぞれの水切凹部３Ａの形状が、図１，２のブレーキディスク１の水切凹部３の形状と異なるだけである。

【0029】

本実施形態の水切凹部３Ａは、球の一部を切り取ったような形状である。より詳しくは、水切凹部３Ａの内面は、中心が摩擦面１１，１２よりも大きく外側に存在する球面状である。このような水切凹部３Ａは、例えばボールエンドミル等によって形成することができる。ブレーキディスク１Ａの全体の厚みが小さい場合等には、このような球状の水切凹部３Ａを形成することによって、厚みが部分的に小さくなり過ぎることによる強度低下を防止できる。

【0030】

図４は、本発明の第３実施形態に係るブレーキディスク１Ｂの部分断面図である。ブレーキディスク１Ｂは、ブレーキパッドが当接する領域に形成される複数の水切凹部３Ｂを有する。図４のブレーキディスク１Ｂは、それぞれの水切凹部３Ｂの形状が、図１，２のブレーキディスク１の水切凹部３の形状と異なるだけである。

【0031】

本実施形態の水切凹部３Ｂは、円筒状の凹部の開口部を円錐状に拡径したものである。この水切凹部３Ｂは、円錐状の開口部を形成するドリルによる加工と、円筒状の奥部を形成するスクエアエンドミルによる加工と、を組み合わせることにより形成できる。本実施形態の水切凹部３Ｂは、図１の水切凹部３と比べて容積を大きくできるので、熱応力の最大値を抑制しつつ、水切り効果を大きくできる。

【0032】

以上、本発明の各実施形態のブレーキディスクについて説明したが、本発明に係るブレーキディスクの構成及びその効果は、上述したものに限定されない。例として、本発明に係るブレーキディスクは、例えばカップ状のハブが一体に接続されたものであってもよく、例えば外周部の切り欠き等、他の構造を有するものであってもよい。

【実施例】

【0033】

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0034】

Ｓ５０Ｃから形成され、厚み７．５ｍｍ、内径１５５ｍｍ、外形２６２ｍｍのブレーキディスクのモデル１～６について、シミュレーションにより、摩擦面にブレーキパッドを圧接することにより生じる摩擦熱によって作用する熱応力の最大値を求めた。

【0035】

なお、モデル１は、開口径１０ｍｍ、肩部の角度が１７５°の水切凹部を有するものとした。モデル２は、開口径１０ｍｍ、肩部の角度が１６０°の水切凹部を有するものとした。モデル３は、開口径１０ｍｍ、肩部の角度が１３５°の水切凹部を有するものとした。モデル４は、直径１０ｍｍの円筒状の非貫通穴を有するものとした。モデル５は、直径１０ｍｍの貫通穴を有するものとした。モデル６は、直径１２ｍｍの貫通穴を有するものとした。

【0036】

モデル１の熱応力の最大値は４５０ＭＰａであった。モデル２の熱応力の最大値は５９８ＭＰａであった。モデル３の熱応力の最大値は７９８ＭＰａであった。モデル４の熱応力の最大値は８９３ＭＰａであった。モデル５の熱応力の最大値は９８９ＭＰａであった。モデル６の熱応力の最大値は１０１３ＭＰａであった。

【0037】

以上の結果から、肩部の角度が大きい水切凹部を形成したブレーキディスクは、熱応力の最大値が小さく、耐クラック性に優れることが確認できた。

【符号の説明】

【0038】

１，１Ａ，１Ｂ ブレーキディスク
１１，１２ 摩擦面
２ 取付孔
３，３Ａ，３Ｂ 水切凹部
３１ 肩部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】