【発明の詳細な説明】
ディスクブレーキのロータ
本発明はディスクブレーキのロータに関するものである。
ディスクブレーキのロータは自動車の車輪のハブあるいは機械の回転部分のよ
うな部材とともに回転するように配置されている。そのようなロータは２つの反
対方向に面した環状の摩擦表面を有し、これらは、ブレーキを使用する時には、
２つの摩擦材料のブロックによって係合され、該ブロックは（普通は油圧装置あ
るいは空気圧装置によって）前記２つの摩擦表面と互いに接触するような方向へ
駆動され、これによって摩擦力が発生して前記ロータの回転、従って前記部材の
回転を減速させる。
前記摩擦力によって発生するディスクブレーキのロータの温度上昇を減少させ
るために、従来から、ロータが前記環状摩擦表面のうちの１つを提供する第１の
全体的に環状の摩擦部分と、前記環状摩擦表面のうちの他を提供する第２の全体
的に環状の摩擦部分とを有するように、該ロータを形成している。前記第１摩擦
部分と第２摩擦部分とは、従来的には、一定の厚さを有しており、従って、それ
らはすべての点においてほぼ等しい熱容量を有している。前記摩擦部分は離隔平
行的に配置されている。これらの摩擦部分はベーンによって連結されており、該
ベーンの間で冷却ダクトがロータの半径方向外側に延在している。該冷却ダクト
は、ロータが回転されている時には、空気がダクトの中を通過し、前記摩擦部分
を冷却作用するように配置されている。前記ダクトへの空気入口は前記第１摩擦
部分と第２摩擦部分との内側エッジに設けられており、ロータは空気を前記摩擦
部分の外側エッジにおける出口へ向かって外側へ駆動するための遠心ファンとし
て機能する。
自動車に用いられる最も一般的なディスクブレーキのロータはいわゆる“トッ
プハット（top hat）”型ロータである。このタイプのロータは、上述したよう
な第１摩擦部分、第２摩擦部分に加えて、ロータとともに回転し、かつロータに
固定された部材と係合するように配置された環状の取り付け部分を有している。
該ロータはまた、軸線方向に延在し、かつ該取り付け部分を該第１摩擦部分に連
結している全体的に円筒状の結合部分を有している。該第１摩擦部分は、従って
、取り付け部分に関して軸線方向に配置され、前記結合部分によって支持されて
いる。該第２摩擦部分は前記ベーンによって支持されている。
“トップハット”型のロータの大部分は、取り付け部分に対して第２摩擦部分
よりも近いところに位置した第１摩擦部分を有している。このことは、第１摩擦
部分と第２摩擦部分の内側エッジの間に、冷却空気のための自由接近路が存在し
ていることを意味している。しかしながら、この設計は“コーニング”現象とし
て知られる問題を有している。コーニング現象は、摩擦部分が熱くなり膨張し、
他方、結合部分がそれほど熱くなく、膨張も少ない場合に生じる。この場合、前
記結合部分は第１摩擦部分によって少し円錐形状になって引っ張られ、第２摩擦
部分の膨張がこの影響を強化する。この結果、摩擦部分がその初期平面から外側
へ曲げられる。この曲がりによってブレーキ作用中に摩擦部分のどこかの場所に
おいてより大きな圧力が発生することになり、より多くの熱が発生する。摩擦部
分のこれらの部分は他の部分よりも多くの熱を吸収しなければならない。このこ
とによって、温度差が生じ、ブレーキ性能に影響を与え、またロータやブレーキ
パッドの摩耗にも影響を与える。またそのような温度差はロータがひび割れする
結果ともなることがある。
コーニング現象の問題は、米国特許明細第３、３７８、１１４号および第４、
６５１、８５１号で議論されている。後者の特許においては、第１摩擦部分を結
合部分に取りつける場合の取り付け部分からの距離を、該取り付け部分と第２摩
擦部分との間の距離よりも長くするという解決策を提案している。この設計は、
第２摩擦部分の膨張が、第１摩擦部分の膨張によって生じる傾斜現象を助長する
よりもむしろ抵抗するので、コーニング問題には部分的な対策となる。さらに、
結合部分がより長くなっているので、与えられた膨張に対する傾斜現象はより小
さくなる。この設計は摩擦表面にかかる圧力を均等化して、温度差を減少させる
という点で、部分的には成功している。しかしながら、これらの温度差は依然と
して残っており、さらに、この設計は前記結合部分が摩擦部分の間への空気の流
入を妨害しているという欠点を有している。
本発明の目的は、温度差を減少させるディスクブレーキのロータを提供するこ
とにある。
本発明は、軸線の周りで部材とともに回転するように配置され、かつ２つの反
対方向に面した環状の摩擦表面を形成しているディスクブレーキのロータにおい
て、前記部材と係合し、かつそれに固定されるように配置された取り付け部分と
、前記環状表面のうちの１つを形成する第１摩擦部分、および該環状表面のうち
の他を形成する第２摩擦部分であって、該第１摩擦部分と第２摩擦部分とが前記
取り付け部分に関して軸線方向に配置され、かつ離隔された平行な態様で配置さ
れ、該第１摩擦部分が、軸線方向に延在し、かつ前記取り付け部分を該第１摩擦
部分に連結しているロータの結合部分によって支持されており、該第２摩擦部分
が、該摩擦部分の間で延在し、かつロータの半径方向外側へ延在した冷却ダクト
を形成するベーンによって支持されており、該ダクトが、ロータが回転されてい
る時には、空気が該ダクトを通過してロータを冷却するように配置されている、
その第１摩擦部分と、第２摩擦部分とを有し、該第１摩擦部分と第２摩擦部分の
厚さが半径方向において変化し、該第１摩擦部分の厚さが最大になる半径方向の
位置における半径が、第２摩擦部分の厚さが最大になる半径方向の位置における
半径より大きくなっていることを特徴とするディスクブレーキのロータを提供す
る。
本発明によるロータにおいては、摩擦部分は可変的な熱容量を有しており、よ
り大きな圧力がかかると予想される部分の熱容量はより大きくなっている。最大
の熱容量を必要とする部分を計算し、摩擦部分のその部分を最大の厚さにするよ
うにすることが可能である。本発明は、第１摩擦部分の方が第２摩擦部分よりも
取り付け部分に対してより近くに位置しているロータに対しても、また第２摩擦
部分の方が取り付け部分に対してより近くに位置しているロータに対しても適用
することができる。本発明はまた冷却ダクトが直線状であるよりも曲がっている
ようなロータに対して適用することができる。ＷＯ ９５／０８７２７は、摩擦
部分がその厚さを漸増させて、その外側エッジにおいて最大厚さになっているロ
ータを説明している。この構成は一定の断面を有する冷却ダクトを提供しようと
するものであり、必要とされる熱容量に対して厚さを合致させるものではない。
本発明は半径方向に延在するベーンを備えたロータ、および前方あるいは後方に
曲がったベーンを備えたロータに適用することができる。
好ましくは、本発明によるロータにおいては、前記第１摩擦部分は、ダクトの
中間点の半径である中間半径より大きな半径位置において最大厚さを有し、前記
第２摩擦部分が、該中間半径より小さな半径位置において最大厚さを有している
。
本発明によるロータにおいては、前記第１摩擦部分はその半径方向外側のエッ
ジに近いところで最大厚さとなり、第２摩擦部分はその半径方向内側のエッジに
近いところで最大厚さとなっていてもよい。その半径方向内側のエッジに近いと
ころで最も薄くなり、第２摩擦部分はその半径方向外側のエッジに近いところで
最も薄くなっていてもよい。前記第１摩擦部分と第２摩擦部分の厚さが、それら
の最大厚さ部分と最も薄い部分との間で均等的に変化してもよい。例えば、前記
第１摩擦部分と第２摩擦部分とを組み合わせた厚さが、冷却ダクトの長さ方向に
沿ってほぼ等しくてもよい。
冷却効果を強化するために、本発明によるロータにおいては、該第１摩擦部分
と第２摩擦部分の厚さが、各々のダクトの横断面が、ダクトへの入口とその中間
領域との間において漸減し、該中間領域とダクトからの出口との間において漸増
するように変化している。このように、この設計においては、各々のダクトに流
入する空気は、空気が前記中間領域へ到達する時に最大速度にまで加速され、そ
の後、減速される。従って、最大の冷却効果は、ロータの温度が最高となる第２
摩擦部分の最大厚さ部分の領域において得られる。前記ダクトはその中間領域に
のど部を有したベンチュリ管と考えることができる。該ベンチュリ管の前記摩擦
表面に対する半径方向位置および軸線方向位置は、他とのダクトの傾斜度と一緒
になって、局所的な熱容量と冷却とを最適化するために、個々の適用例に適する
ように変化することができる。
以下は、本発明の例示となる３つのディスクブレーキのロータを、添付図面を
参照しながら説明する詳細な説明である。
図１は第１の例示的なロータの断面図であり、図１の頂部と底部はロータの摩
擦部分の形態における２つの異なった変形例を示している。
図２は第２の例示的なロータの断面図である。
図３は第３の例示的なロータの断面図である。
図１に示した第１の例示的なディスクブレーキのロータ１０は、軸線１２の周
りにおいてハブ（図示せず）と一緒になって回転するように配置されている。該
ロータ１０は、軸線１２の周りで環状になっていて、かつ該ハブと係合するよう
に配置された平旦な半径方向に延在する側面１５を有する取付部分１４を有する
。前記取付部分１４は、該取付部分１４の中の孔１６を貫通するボルトによって
一緒に回転するように前記ハブに固定されるように配置されている。これらのボ
ルトはまた車輪を該ハブに固定している。
前記ロータ１０はまた第１摩擦部分１８と、第２摩擦部分２０とを有している
。該部分１８と２０は、ロータの２つの反対側に面する環状の摩擦表面２２、２
４をなしている。該ロータ１０はまた前記取り付け部分１４を前記第１摩擦部分
１８に結合する連結部分２６を有している。該連結部分２６は軸線１２の周りで
円筒状になっている。前記部分１４、１８、２０及び２６は一体構造的になって
おり、鉄から鋳造されて１体物となっている（鉄の代わりに他の金属あるいは複
合材料も可能である）。
環状の摩擦表面２２をなす第１摩擦部分１８と、環状の摩擦表面２４をなす第
２摩擦部分２０とは、第１摩擦部分１８の方が第２摩擦部分２０よりも取付部分
１４に近くなるようにして、該取付部分１４に関して軸線方向に配置されている
。前記部分１８と２０は、表面２２と２４が軸線１２から半径方向に延在するよ
うにして、離隔された平行な態様で配置されている。前記第１摩擦部分１８はそ
れを取付部分１４に結合する連結部分２６によって支持されている。前記第２摩
擦部分２０は該摩擦部分１８と２０との間に延在するベーン２８によって支持さ
れている。該ベーン２８は前記部分１８、２０と一体的に鋳造され、ロータ１０
から半径方向外側へ延在する冷却ダクト２９を形成している。
前記ベーン２８は、前記第１摩擦部分１８の表面２２とは反対側の、該部分１
８の表面３０を、前記第２摩擦部分２０の表面２４とは反対側の、該部分２０の
表面３２に結合している。前記ダクト２９は、前記表面３０と３２の間、および
ベーン２８の間を通っており、また、ロータ１０が回転している時に、空気がダ
クトの半径方向内端における入口を通って該ダクト２９の中へ入ってくるように
配置され、該入口は摩擦部分１８、２０の半径方向内側のエッジに隣接している
。
この空気がダクト２９を通過した後は、部分１８、２０の外側エッジに隣接した
出口を通って出ていく。ダクト２９を通過する空気はロータ１０を冷却する作用
を果たす。
図１でわかるように、第１摩擦部分１８と第２摩擦部分２０は半径方向におい
てその厚さが変化しており、即ち、異なった半径位置においてその厚さが異なる
が、ある与えられた半径位置においては、軸線１２の周りで各摩擦部分１８、２
０の厚さは一定となっている。図１の下半分に示した変化と図１の上半分に示し
た変化との両方において、第１摩擦部分１８の最大厚さ部分の半径方向の位置は
、第２摩擦部分２０の最大厚さ部分の半径方向の位置より遠い所に位置している
。詳細にいうと、第１摩擦部分１８の最大厚さ部分の半径方向の位置は、ダクト
２９の中間点までの半径、即ち、中間半径３４より大きいところに位置している
。第２摩擦部分２０の最大厚さ部分の半径方向の位置は、前記中間半径３４より
小さいところに位置している。
ロータ１０においては、第１摩擦部分１８と第２摩擦部分２０の厚さは、各々
のダクト２９の横断面が、ダクトの入口とその中間領域との間においては漸減し
、また中間領域とダクトの出口との間においては漸増するように、変化している
。従って、各々のダクトはベンチュリ管形態をしている。図１の下半分に示した
変化においては、前記ベンチュリ管ののど部分は、摩擦表面２２と２４の間の中
央に位置している。しかしながら、図１の上半分においては、前記ベンチュリ管
は第１摩擦部分１８の摩擦表面２２に向かって偏倚している。このことによって
第２摩擦部分２０の厚さが増加し、該第２摩擦部分が前記結合部分２６に連結さ
れていないために（該結合部分は第１摩擦部分１８に対するヒートシンクとして
作用する）、該第２摩擦部分２０において発生することのあるより高温の部分を
補償している。
ロータ１０の部分１８、２０における厚さを変化させるために、前記表面３０
と３２は、半径方向断面において、軸線１２に対して直角に延在した中心の周り
で弓型になった部分を形成している。図１の下半分に示した変化においては、各
各の表面３０、３２は単一の弓形に形成されているが、図１上半分に示した変化
においては、各々の該表面は一緒に併合する２つの弓形に形成されている。これ
らの曲線によって、前記摩擦部分１８、２０はほぼ飛行機の翼の形状となり、ダ
クト２９を通る空気の流れが容易になる。
前記ロータ１０は、使用中は、従来のロータに比べて、ピーク温度と平均温度
が低下していて、コーニング現象とひび割れの危険性とを減少させる。
図２に示した第２の例示的なディスクブレーキのロータ１００は、後述するこ
とを例外として前記ロータ１０と類似しており、同一の部品に対しては同一の番
号が付されている。該ロータ１００は取り付け部分１４と、第１および第２の摩
擦部分１８、２０と、結合部分２６と、ベーン２８とを有している。
前記ロータ１００の第１摩擦部分１８は結合部分２６との連結分においては比
較的薄くなっており、ダクト２９の出口付近、即ち部分１８の半径方向の外側エ
ッジに隣接した部分において最も厚くなるまで、半径方向外側に向かって均等に
その厚さを増加している。半径方向外側に向かってダクト２９の出口を過ぎると
、部分１８の厚さは減少する。このような厚さの変化を得るために、表面３０は
、半径方向外側に向かって、ダクト２９の出口付近に到達するまでは、表面２２
から離れるように傾斜し、次に該表面に近づいていく。
ロータ１００の第２摩擦部分２０はその半径方向外側エッジにおいて比較的薄
くなっており、ダクト２９の入口付近における最大厚さ部分まで半径方向内側に
向かって厚さを増加させており、即ち該部分２０はその半径方向内側のエッジに
近いところで厚さが最大となる。その後は部分２０の厚さは減少する。このよう
な厚さの変化を得るために、表面３２は半径方向内側に向かって最大厚さの点に
到達するまでは、表面２４から離れるように傾斜し、次に該表面に近づいていく
。このように、ロータ１００においては、第１摩擦部分１８の最大厚さ部分は、
第２摩擦部分２０が最大厚さになる半径方向位置よりも半径の大きい半径方向位
置に位置している。
ロータ１００の表面３０と３２との傾斜度は同一であり、従って第１摩擦部分
１８と第２摩擦部分２０とを組み合わせた厚さは、冷却ダクト２９の長さ方向に
沿ってほぼ同一である。さらに、該冷却ダクトはその長さ方向に沿ってほぼ同一
の巾を有している。図２からわかるように、前記冷却ダクト２９はその主な部分
がその入口および出口に向かって傾斜して、わずかにヘビ状になっている。
ロータ１００においては、第１摩擦部分１８は、その半径方向外側のエッジに
近いその最大厚さ部分において、最大の熱容量を有しており、この部分は通常使
用条件において最大の熱を吸収する必要のある部分である。第２摩擦部分２０は
、その半径方向内側のエッジに近いその最大厚さの部分において、最大の熱容量
を有しており、この部分は通常使用条件において最大の熱を吸収する必要のある
部分である。
第２の例示的なロータ１００は、使用中は、従来のロータに比べてピーク温度
と平均温度が低下していて、コーニング現象とひび割れの危険性とを減少させる
。
図３に示された第３の例示的なディスクブレーキのロータ２００は、後述する
ことを例外として前記ロータ１００と類似しており、同一の部品に対しては同一
の番号が付されている。該ロータ２００は取り付け部分１４と、第１および第２
の摩擦部分１８、２０と、結合部分２６と、ベーン２８とを有している。
前記ロータ２００は、摩擦部分１８と２０が取り付け部分１４に関して逆にな
っている点、即ち、第１摩擦部分１８の方が第２摩擦部分２０よりも取り付け部
分１４から離れていて、その表面２２が取り付け部分１４から離れた方を向いて
いるという点において、前記ロータ１００とは異なっている。結合部分２６はや
はり前記取り付け部分１４を前記第１摩擦部分１８に連結しているが、（該取り
付け部分１４が表面２２、２４から与えられた長さだけ偏倚しているので）ロー
タ１０の場合より長くなっている。前記第２摩擦部分２０は前記結合部分２６の
周りで延在しているが、該部分からは離隔しており、ベーン２８によって支持さ
れている。
ロータ２００が回転されると、空気は第２摩擦部分２０と結合部分２６との間
のギャップを通って、部分１８、２０の半径方向内側のエッジに隣接したダクト
２９の入口へ入りダクト２９の中へ入る。この空気はダクト２９を通過して、表
面３０、３２の外側エッジに隣接した出口から出ていく。
図３からわかるように、ロータ２００の第１摩擦部分１８と第２摩擦部分２０
の厚さはロータ１００の場合と同じようにして変化する。詳細にいうと、第１摩
擦部分１８は結合部分２６との連結部においては比較的薄くなっており、ダクト
２９の出口付近、即ち部分１８の半径方向外側エッジに隣接した部分において最
も厚くなるまで、均等にその厚さを増加している。その後、厚さは減少する。こ
のような厚さの変化を得るために、前記表面３０はその半径方向の大部分に亘っ
て、半径方向外側に向かって表面２２から離れるように傾斜している。第２摩擦
部分２０はその半径方向外側エッジに近いところで比較的薄くなっており、ダク
ト２９の入口付近における最大厚さ部分まで厚さを増加させており、即ち該部分
２０はその半径方向内側エッジに近いところで厚さが最大となる。その後、厚さ
は減少する。このような厚さの変化を得るために、表面３２はその半径方向の大
部分に亘って、半径方向内側に向かって表面２４から離れるように傾斜している
。
【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項
【提出日】平成９年１２月４日（１９９７．１２．４）
【補正内容】
請求の範囲
１．軸線（１２）の周りで部材とともに回転するように配置され、かつ２つの
反対側に面した環状の摩擦表面（２２、２４）を形成しているディスクブレーキ
のロータ（１０；１００；２００）において、前記部材と係合し、かつそれに固
定されるように配置された取り付け部分（１４）と、前記１つの環状表面（２２
）のうちの１つを形成する第１摩擦部分（１８）、および該環状表面（２４）の
うちの他を形成する第２摩擦部分（２０）であって、該第１摩擦部分と第２摩擦
部分とが前記取り付け部分に関して軸線方向に配置され、かつ離隔された平行な
態様で配置され、該第１摩擦部分（１８）が、軸線方向に延在し、かつ前記取り
付け部分（１４）を該第１摩擦部分（１８）に連結しているロータの結合部分（
２６）によって支持されており、該第２摩擦部分（２０）が、該摩擦部分（１８
）と（２０）との間で延在し、かつロータの半径方向外側へ延在した冷却ダクト
（２９）を形成しているベーン（２８）によって支持されており、該ダクトが、
ロータが回転されている時には、空気が該ダクトを通過してロータを冷却するよ
うに配置されており、該第１摩擦部分（１８）と第２摩擦部分（２０）の厚さが
半径方向において変化し、該第１摩擦部分（１８）の厚さが最大になる半径方向
の位置における半径が、第２摩擦部分（２０）の厚さが最大になる半径方向の位
置における半径より大きくなっている、その第１摩擦部分と、第２摩擦部分とを
有し、該第１摩擦部分（１８）と第２摩擦部分（２０）の厚さが、各々のダクト
（２９）の横断面が、ダクトへの入口とその中間領域との間において漸減し、該
中間領域とダクトからの出口との間において漸増するように変化していることを
特徴とするディスクブレーキのロータ。
２．前記第１摩擦部分（１８）が、ダクト（２９）の中間点の半径である中間
半径（３４）より大きな半径位置において最大厚さを有し、前記第２摩擦部分（
２０）が、該中間半径（３４）より小さな半径位置において最大厚さを有してい
る請求の範囲第１項に記載されたディスクブレーキのロータ。
３．前記第１摩擦部分（１８）がその半径方向外側のエッジに近いところで最
大厚さとなり、第２摩擦部分（２０）がその半径方向内側のエッジに近いところ
で最大厚さとなっている請求の範囲第１項あるいは第２項に記載されたディスク
ブレーキのロータ。
４．前記第１摩擦部分（１８）がその半径方向内側のエッジに近いところで最
も薄くなり、第２摩擦部分（２０）がその半径方向外側のエッジに近いところで
最も薄くなっている請求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載されたデ
ィスクブレーキのロータ。
５．前記第１摩擦部分（１８）と第２摩擦部分（２０）の厚さが、それらの最
大厚さ部分と最も薄い部分との間で均等的に変化する請求の範囲第１項から第４
項のいずれか１項に記載されたディスクブレーキのロータ。
６．前記第２摩擦部分（１８）と第２摩擦部分（２０）とを組み合わせた厚さ
が、冷却ダクト（２９）の長さ方向に沿ってほぼ等しい請求の範囲第１項から第
５項のいずれか１項に記載されたディスクブレーキのロータ。