JP2013534604A - カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク - Google Patents

カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク Download PDF

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Abstract

ブレーキディスクは、挿入空間(5)に向かって歪められた、主要羽根(4)を横切って延びる通過チャネル(7)を含む。ブレーキディスク本体(1)の少なくとも一部は、その中に二次羽根(9)のシステムが配置される、固定カバー(8)を備える。チャネル(7)は、好ましくは、列をなして配置され、その中でチャネル(7)は、ブレーキディスクの中心からの距離が増加するにつれて増大する穴部を有する。二次羽根(9)は、少なくとも主要羽根(4)の数の、数であり、それらの衝突表面(10)は、冷却気流の方向に対して向けられる。主要羽根(4)および二次羽根(9)は曲げられるが、逆向きである。二次羽根(9)とカバー(8)の外周壁(13)との間に主要空隙が存在し、主要空隙と相互連結された二次空隙は、ブレーキディスクとカバー(8)の支持壁(11)との間にある。ブレーキディスク本体(1)を中心とする空間は、チャネル(7)と相互連結され、ホイールディスクを通ってホイールの外側に引き出される。
【選択図】図1

Description

本技術的解決策は、フォーミュラ、レーシングカーおよびスポーツカー、航空機ならびに冷却の必要が極めて高いディスクブレーキを含む他の機器に特に適切な、カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスクに関する。
車両および回転ホイールを備えた他の機器のためのブレーキ装置は、現在ブレーキディスク(米国英語ではロータとも呼ばれる)を広く含み、ブレーキディスクは、ブレーキディスクがホイールハブに取付けられ、ブレーキライニングと嵌合されるホイールディスクの背後に配置される。ブレーキをかけている間、ブレーキディスクとそれぞれの摩擦ライニングとの間の強い摩擦は、著しい量の熱エネルギーを生成し、その熱エネルギーは特にブレーキディスクの温度の著しい上昇を引き起こす。温度の過度の上昇は、ブレーキ装置の重大な欠陥を引き起こす可能性があり、また車両の運行の安全または所与の機器の作動も低減する。これは、特に形状変形をもたらすことがあり、ブレーキディスクの歪み、ブレーキディスクの破裂または溶融さえも引き起こすことがある。これらの欠陥を修理すること、またはこれらの防止は、ブレーキディスク、ブレーキライニングなどの交換の必要性と関連があり、このことは、多大の費用、時間的負担および臨時閉鎖の必要性を表す。したがって、ブレーキディスクの冷却問題は、多くの注目を集めた。
フォーミュラ・ワン、レーシングカー、スポーツカーおよび航空機は、この問題が特に重大な装置である。これらのタイプの輸送手段に対して、高速からブレーキをかける際の作動温度は、1000℃まで達し、したがってブレーキディスクの迅速で高品質の冷却の必要性が急務である。これは特有な機器であり、こうした場合、修理は専用の特殊な作業場のみによって実行されることがあり、したがって、追加のサービスセンターを得るか、または修理のために長距離走行する、いずれかが必要であり、このことは、これらの輸送手段の所有者または操作者に対して必要な費用および時間を増やす。ここで作動の停止は特に望ましくなく、極限荷重であっても信頼性の必要がとりわけ高い。
ブレーキディスクの冷却は、通常、冷却空気の流れを向けられることによって達成される。ディスクに冷却空気の流れを供給すると、エアキャッチャを通して効果がもたらされ、エアキャッチャは、ホイールハブの中に流入する風洞装置を含む。ホイールハブは、空気の通路に対して少なくとも1つの風洞を含み、空気の通路はブレーキディスクの中心に入れられる。ブレーキディスクの構造設計は、冷却空気がディスクの本体を通って流れることができるように選択される。既存のブレーキディスクはカバーがなく、したがって冷却空気は、ブレーキディスクを通ってホイールディスクの空間の中に直接流れ、そこから環境空間の中に入る自由通路を有する。空気に対するディスクの処理能力(開通性)は、現在ブレーキディスクの固体を通過する風洞の軸システムによって、または中空ディスク内に生成された放射羽根によって達成され、これらの羽根の間の空間のみが空気の通路に使用される。放射羽根はまっすぐか、または湾曲している。
上述の背景技術は、たとえば、Skoda Auto a.s. companyのCZ PV 2006−202の適用において簡略に説明される。この適用は、リング形状のディスク以外の固体塊内に生成される、3つのタイプのチャネル、すなわちリングチャネル、放射チャネル、および放射軸0を中心に巻かれた螺旋形状のチャネルによって、ブレーキディスクの内部冷却を達成することを提案する。この場合、ブレーキディスクは、2つの円柱面、すなわち、流入円柱面と流出円柱面との間の環帯形状の本体として、リングの形をとる。ディスクの側壁は、ここでは側面摩擦面と呼ばれる。流入円柱面、流出円柱面、および側面摩擦面は、ブレーキディスクの本体を区切る。ブレーキディスクは、フランジによって使用場所に固定される。流入円柱面および流出円柱面は、軸0を中心に螺旋が巻かれる軸0によって相互連結され、軸0の螺旋上に放射冷却チャネルの断面積の重心が配置される。軸チャネルは、螺旋を用いて放射チャネルと連結される。この解決策の不利益は、すべてのタイプのチャネルの上述の相互連結であるのは、この解決策が暖流と冷流の気流の冷却の混合を引き起こし、これは冷却効果を著しく低減するからである。
公知の羽根のブレーキディスクの構造は、たとえばCZ Pat.140297で説明される。ブレーキディスクは、環状リングの形状を有する2つの板として配置され、2つの板は、そこに羽根を基本的に形成する放射リブを用いて連結され、羽根の間で冷却空気の通路が挿入空間内にあることが可能である。上述の設計は、ブレーキディスクの回転軸から放射状方向に冷却空気の直線流れを可能にするのみで、その結果、高品質な冷却空気の供給を必要としながら、低い冷却効果をもたらすという、著しい不利益が存在する。
上述の不利益は、提案される本発明によって大幅に解消される。
特にフォーミュラを含むレーシングカーおよびスポーツカーならびに航空機に対して、羽根のディスクブレーキを備える輸送手段に対して、ブレーキ装置の一部として設計された、カバーを備えた軸方向ならびに放射方向に冷却されるブレーキディスクが発明された。本発明は、車両のホイールハブの領域または他の輸送手段に装着するための、既存のブレーキディスクを著しく高め、これは、ブレーキディスクが環帯形状の2つの側壁をもつ本体の形を有するタイプであり、環帯形状の2つの側壁の間に空洞が配置され、挿入空間をもつ羽根の装置(以下主要羽根と呼ぶ)を含む。主要羽根は、たとえば、まっすぐまたは屈曲した翼の、楕円形などの形状を含む。羽根の間の挿入空間は熱交換面を生成し、冷却空気の通過を可能にする形状および寸法を有する。この空間は、ブレーキディスクの中央部からその外周に隣接する羽根の間に延びる。ブレーキディスクの中央領域は、冷却空気のための注入チャネルを受容し、冷却空気は挿入空間に流れ込む。新解決策の本質は、上のタイプのブレーキディスクが、その本体を横切って延び、その一端は1つの側壁の中に流れ込み、その第2の端部はブレーキディスクの第2の側壁の中に流れ込む、それ自体の中に生成された少なくとも1つの通過チャネルを有し、該チャネルは、挿入空間に向かって歪められた、ブレーキディスクの少なくとも1つの主要羽根を通過することである。新解決策の条件は、少なくとも一部のブレーキディスク本体が、同時に、二次羽根のシステムを含む固定されたカバーを備え、該二次羽根はブレーキディスク本体の外周に配置された空間内でカバー内部に装着されることである。
ブレーキディスクは、好ましくは、内部に生成されたチャネルを通るシステムを有し、内部でこれらのチャネルは少なくとも2つの総数であり、ブレーキディスクの少なくとも1つの主要羽根を通過する。
提案された解決策の好ましい別法は、チャネルがすべての主要羽根内に配置され、制限された場合は、ブレーキディスクの各主要羽根内の少なくとも1つのチャネルの数であることである。しかし、より有意に好ましくは、以下により詳細に説明するように、各主要羽根内により多くのチャネルを含むことである。
提案された解決策の別の制限された別法は、チャネルは1つの主要羽根内のみに配置されるが、2つ以上のチャネルの数である。チャネルは、好ましくは、主要羽根内のより多くまたはすべての中に配置され、ブレーキディスクの少なくとも1つの主要羽根内に少なくとも2つのチャネルの数がある。
2つ以上の数で主要羽根内にあるチャネルは、好ましくは1つまたは複数の列をなして主要羽根内に配置される。主要羽根を横切る断面上に、これらのチャネルの開口は、中心からブレーキディスクの外周方向に延びる少なくとも1つの列をなして配置される一方で、チャネルは、好ましくは、ブレーキディスクの中心からの距離が増加するにつれて増大する穴部を有する。
提案された解決策の最適設計は、ブレーキディスクのすべての主要羽根内に生成され、少なくとも1つの列内で、チャネルが、好ましくは、ブレーキディスクの中心からの距離が増加するにつれて増大する寸法を常に有することである。各列内に2〜105のチャネルが存在する。
カバー内に配置された二次羽根の数は、好ましくは、少なくともブレーキディスク内の主要羽根の数と等しいか、またはより多い。
二次羽根は、好ましくは、挿入空間から流れる冷却空気の方向に対して向けられる衝突表面を備える。
両方の羽根、主要羽根ならびに二次羽根は、好ましくは、曲げられ、二次羽根の湾曲は、好ましくは、主要羽根の湾曲に比べて反対側に向けられる。
カバーは、好ましくは、ホイールハブ側部上に配置された支持壁、ブレーキディスク本体の外周上に一定距離を置いて配置された外周壁、および2つのフランジを備える。第1のフランジは、外周壁からブレーキディスクの側壁を中心にブレーキディスクの側面に、支持壁が配置された側部と反対側に外に延び、第2のフランジは、支持壁の端部からブレーキディスクの残りの側壁に向かって外に延び、両方ともブレーキディスクの関連した側壁に対して一定距離を置く。
二次羽根は、好ましくは、その一方または両方の側端部をカバーに固定することにより、カバーの内側に装着される一方で、少なくとも1つの主要空隙は、各二次羽根とカバーの外周壁との間に配置され、少なくとも1つの二次空隙は、ブレーキディスクとカバーの支持壁との間に配置される。
二次空隙は、ブレーキディスクに沿って、少なくともブレーキディスクの中心から最も離れて配置されたチャネルの開口部から、ブレーキディスクの中心から最も近くに配置されたチャネルの開口部に延びる一方で、二次空隙は、主要空隙空間と相互連結される。
ブレーキディスクの外周を中心とする空間は、好ましくは、カバー内の主要および二次空隙により、チャネル内の空間と相互連結される一方で、チャネル内の空間は、ホイールディスクを通ってホイールの外側の自由周囲空間の中に引き出される。
提案された本発明は、特にレーシングカー、スポーツカーおよび航空機に対して、その中でブレーキディスクの冷却が極めて必要である、羽根のディスクブレーキを備えたブレーキシステムに適している。提案された解決策は、ブレーキディスクの軸方向および放射方向の冷却を同時にでき、ブレーキをかけている間に過度の高温の発生を防止する。提案された解決策は、ブレーキシステム内の空気での冷却を実質的に向上させる。これは、運行の安全性の著しい増加をもたらす。これにより、キャリパ、ブレーキライニングなどの他のブレーキ構成部品の冷却が可能になる。これは、材料の摩耗を低減し、修理および保守に対する材料、時間および費用の需要を削減させる。このことは、運行停止に必要な回数および期間を削減し、検査および修理をするために迂回する回数を制限する。提案された解決策により、より有効にブレーキをかけることが可能になる。
本発明は、図面を使用して示される。
カバーの支持壁を取り外したブレーキディスクの側面上の正面から見た、カバーを備えた個々の例示的ブレーキディスクの組立体を示す図である。 本組立体の断面図である。 本発明による、ブレーキディスクのみの斜視図である。 その一側面から見た際の、同じブレーキディスクを示す図である。 同じブレーキディスクの断面図である。 本発明による、カバーのみの例の斜視図である。 その第1のフランジを切り取った後の部分断面における、同じカバーの内部の正面図である。 カバー内の二次羽根の装着、および主要空隙と二次空隙との相互連結を実証する詳細な図である。 本発明による、ハブを備え、ブレーキディスクおよびカバーを備えたホイールの断面図である。 部分断面における同じ組立体の斜視図である。
最適配置における本発明の実施形態の例は、図1〜10に従ったブレーキシステムである。
ブレーキディスクは、環帯形状の2つの平行な側壁2、3によって生成された本体1を有し、平行な側壁2、3の間で空洞は、自由挿入空間5を伴う主要羽根4のシステムを含んで配置される。この具体例の実施形態では、ブレーキディスクの本体1は、主要羽根4を本体1の中心から放射方向に広がって配置された、曲げられた翼の形状の板からその内部に含む。主要羽根4の間の挿入空間5は、自由であり、このブレーキディスクの枠組み内で分割されず、冷却空気の流れを可能にする。この挿入空間5は、ブレーキディスクの中心部分からその外周に延び、そこでは挿入空間5は、自由に外方に開いている。ブレーキディスクをその使用する位置に装着後、ブレーキディスクの中心領域は、冷却空気に対して流入チャネル6を受容し、そこを通って冷却空気は挿入空間5の中に供給される。ブレーキディスクの本体1は、ブレーキディスクの主要羽根4内に配置され、側壁2、3に開いたチャネル7を通るシステムを内部に生成した。各チャネル7が通り、側壁2において開始し、全主要羽根4を通過し、ブレーキディスクの第2の側壁3において終了する。この具体的な例5では、すべての主要羽根4内に数個のチャネル7が存在し、これらのチャネル7のすべては、挿入空間5に向かって歪められる。
ブレーキディスク本体1の一部は、二次羽根9のシステムを含む固定カバー8を備える。二次羽根9は、カバー8内部に配置され、そこで二次羽根9は、ブレーキディスク付近の外周に沿って規則的な間隔で配置される。
チャネル7は、各主要羽根4内に列をなして配置される。主要羽根4の断面図の図面上、チャネル7の通路を示す開口が、湾曲に沿って中心からブレーキディスクの外周方向に延びる1つの列にすべてが常に配置される一方で、チャネル7は、ブレーキディスクの中心から距離が増加するにつれて増大する穴部を有する様子が明確に視認できる。例示目的で、チャネル7の明確に視認できる形状および大きさが図に示されているが、1列当たりのチャネル7の2〜10の範囲内の最適条件は、実際には著しくなる。
チャネル7は、チャネル7が円形断面を有し、まっすぐであり、互いに、ならびにブレーキディスクの軸に平行である際に、最も明瞭で最も説明的な変数で例示されているが、異なる断面形状および異なる方向のチャネル7を、実際には使用できる。
カバー8内の二次羽根9の数は、ブレーキディスク内の主要羽根4の数より多い。二次羽根9は、曲げられた板の形状であり、それらの衝突表面10は、挿入空間5から流れる冷却空気の方向に対して向けられる。
主要羽根4ならびに二次羽根9の両方の羽根4、9は、わずかに曲げられている。二次羽根9の湾曲は、主要羽根4の湾曲と反対方向に向けられ、これは発明された技術的解決策の最大効果を達成させる。
カバー8は、その一側部上にカバー8をホイールハブ12に装着可能な、横方向に延びた固体の支持壁11を含む。その外周側部上で、カバー8は、ブレーキディスクの本体1を中心に外周に一定距離をおいて延びる外周壁13を含む。カバー8の他の大部分は、2つのフランジ14、15である。第1のフランジ14は、外周壁13からブレーキディスクの第2の側壁3を中心にブレーキディスクの側壁に外に、指示壁11が配置された側部と反対側に延びる。第2のフランジ15は、支持壁11の端部でブレーキディスクの1の側壁2に向かって外に延び、両方は、ブレーキディスクの関連した側壁2、3に対して一定距離を置く。
二次羽根9は、カバー8の内側にそれらの側端部によって装着される一方で、主要空隙16は、各二次羽根9とカバー8の外周壁13との間に配置される。二次空隙17は、ブレーキディスクの第1の側壁2とカバー8の支持壁11との間に配置される。この二次空隙17は、ブレーキディスクの第1の側壁2に沿って、少なくともブレーキディスクの中心から最も離れて配置された最長のチャネル7の開口部から、ブレーキディスクの中心から最も近くに配置された最小のチャネル7の開口部まで延びる一方で、二次空隙17は、主要空隙16の空間と連結される。この連結は、カバー8の内部に配置された、遠心圧縮機の原則に基づく、流れバッフル突出部18の通過によって達成される、所与の特定の場合に存在する。流れバッフル突出部18は、扇形形状の表面領域を伴うリング区分の形であり、二次羽根9の側端部は、その中に装着される。二次羽根9の対向する側端部は、カバー8内の第1のフランジ14内に直接装着される。流れバッフル突出部18は、カバー8内の空間に吊るされ、二次羽根9により定位置に保持される。二次羽根9を装着し、主要空隙16の空間を二次空隙17と相互連結することは、図2および図8で明確に見ることができる。
挿入空間5の外側の空間は、ブレーキディスクの本体1の外周を中心とする領域において、カバー8の外周壁13によって閉囲される。この空間は、好ましくは、カバー8内の主要空隙16および二次空隙17によってチャネル7内の空間と相互連結される一方で、チャネル7内に配置された空間は、ホイールディスク19を通って、輸送手段のホイールの外側に見出される自由周囲空間の中に引き出される。
発明された技術的解決策の機能は、図9および10によって明確にされる。
チャネル7のシステムおよびカバー8を備えた本体1のブレーキディスクは、ホイールディスク19の背後に装着される。カバー8は、ホイールハブ12上に装着される。ブレーキディスクの中心領域は、冷却空気のために流入チャネル6を受容し、冷却空気は挿入空間5の中に流入される。流入チャネル6によりブレーキディスクの中心内に供給される冷却空気は、挿入空間5の中に流れる。冷却空気は、挿入空間5を通って、ブレーキディスクの本体1の回転効果により、遠心力に起因するブレーキディスクの外周の中に放出される。高運動エネルギーは、ここではブレーキディスクの外周領域における気流の高速および低圧をもたらすものである。空気は二次羽根の間を流れ、ここから主要空隙16を通って二次空隙17の中に流れる。二次空隙17に入る前に、空気は、より低速およびより高圧を獲得する。空気は、二次空隙17からチャネル7の中に、またホイールディスク19を通り自由周囲空間の中に外方に流れる。このことにより、ブレーキディスクが動いている間は、ブレーキシステム内の冷却空気の永続的な流れが確保される。

Claims (9)

  1. カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスクであって、ホイールディスク(19)とホイールハブ(12)との間に装着するための輸送手段のブレーキングシステムの一部として企図され、そこで前記ブレーキディスクは回転し、環帯形状の2つの側壁(2、3)を備える本体(1)の形であり、環帯形状の2つの側壁(2、3)の間に空洞が配置され、冷却空気の通過を可能にし、前記ブレーキディスクの中心部分からその外周に延びる、挿入空間(5)をもつ主要羽根(4)のシステムを含む一方で、前記ブレーキディスクの前記中心領域は、冷却空気のための前記流入チャネル(6)を受容し、冷却空気は、前記挿入空間(5)の中に注ぎ込まれ、前記ブレーキディスクは、その本体(1)を横切って延び、その一端は前記第1の側壁(2)の中に流れ込み、その第2の端部は前記ブレーキディスクの前記第2の側壁(3)の中に流れ込む、それ自体の中に生成された通過チャネル(7)のシステムを有し、前記チャネル(7)は、少なくとも2つの総数であり、前記挿入空間(5)に向かって歪められた、前記ブレーキディスクの主要羽根(4)を通過する一方で、前記ブレーキディスク本体(1)の少なくとも一部は、前記ブレーキディスクの外側に配置された二次羽根(9)のシステムを含む、固定カバー(8)を備え、前記カバー(8)は、前記ホイールハブ(12)の側部上に配置された支持壁(11)、前記ブレーキディスク本体(1)の前記外周上に一定距離を置いて配置された外周壁(13)、および2つのフランジ(14、15)を備えるが、前記第1のフランジ(14)は前記外周壁(13)から外に延び、前記第2のフランジ(15)は前記支持壁(11)から外に延びる前記2つのフランジ(14、15)から、両方のフランジ(14、15)は、前記ブレーキディスクの前記関連した側壁(2、3)に対して一定距離を置いて終了する、カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスクであって、前記二次羽根(9)は、少なくとも1つの側端部を前記カバー(8)に固定することにより、前記カバー(8)内部に装着される一方で、少なくとも1つの主要空間(16)は、各二次羽根(9)と前記カバー(8)の外周壁(13)との間に配置され、少なくとも1つの二次空隙(17)は、前記ブレーキディスクと前記カバー(8)の前記支持壁(11)との間に配置され、前記主要羽根(4)ならびに前記二次羽根(9)は曲げられるが、二次羽根(9)を前記湾曲は、主要羽根(4)の前記湾曲に比べて反対側に向けられ、前記二次羽根(9)は、前記挿入空間(5)から流れる前記冷却空気の方向に対して向けられる、それらの衝突表面(10)を有することを特徴とする、カバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  2. 前記二次空隙(17)は、前記ブレーキディスクに沿って、少なくとも前記ブレーキディスクの前記中心から最も離れて配置されたチャネル(7)の前記開口部から、前記ブレーキディスクの前記中心から最も近くに配置されたチャネル(7)の前記開口部まで延びる一方で、前記二次空隙(17)は、前記主要空隙(16)の前記空間と相互連結されることを特徴とする、請求項1に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  3. 前記ブレーキディスク本体(1)の前記外周を中心とする前記空間は、前記主要空隙(16)および前記二次空隙(17)により、チャネル(7)内の前記空間と相互連結され、チャネル(7)内の前記空間は、前記ホイールディスク(19)を通って、前記ホイールの外側の前記自由周囲空間の中に引き出されることを特徴とする、請求項2に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  4. 前記チャネル(7)は、主要羽根(4)内に配置され、前記ブレーキディスクのすべての主要羽根(4)内の少なくとも1つのチャネル(7)の数であることを特徴とする、請求項3に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  5. 前記チャネル(7)は、少なくとも1つの主要羽根(4)内に配置され、前記ブレーキディスクの少なくとも1つの主要羽根(4)内に少なくとも2つのチャネル(7)の数であることを特徴とする、請求項3に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  6. 前記チャネル(7)は、この主要羽根(4)を通る断面上で、これらのチャネル(7)の開口が、前記中心から前記ブレーキディスクの前記外周に前記主要羽根(4)のコースの方向に延びる1つの列内に配置されるように、少なくとも1つの列に少なくとも1つの主要羽根(4)内に配置される一方で、前記チャネル(7)の前記穴部は、前記ブレーキディスクの前記中心からの距離が増加するにつれて増大することを特徴とする、請求項5に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  7. 前記チャネル(7)は、前記ブレーキディスクのすべての主要羽根(4)内に生成され、ここでは常に少なくとも1つの列内で、前記チャネル(7)は、前記ブレーキディスクの前記中心からの距離が増加するにつれて増大する穴部の寸法を有する一方で、各列内に2〜10のチャネル(7)が存在することを特徴とする、請求項6に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  8. 前記カバー(8)内の二次羽根(9)の数は、少なくとも前記ブレーキディスク内の主要羽根(4)の数と等しいことを特徴とする、請求項7に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
  9. 前記カバー(8)の前記第1のフランジ(14)は、前記ブレーキディスクの一方の側壁(3)を中心に前記ブレーキディスクの前記側面に、前記支持壁(11)が配置された前記側部と反対側に延び、前記第2のフランジ(15)は、前記ブレーキディスクの前記残りの側壁(2)に向かって延びることを特徴とする、請求項7または8に記載のカバーを備えた軸方向および放射方向に冷却されるブレーキディスク。
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