JP4125783B2 - 重量車両用のホイールハブ及びブレーキディスク - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、傾斜した歯元の面をもつ溝及び歯を交互に伴う形状で作られた外部横断面輪郭をもつ部分を有し、中央シャフト（１０）のまわりの軸受内に回転可能な形で取りつけられたシャフト部分上のホイールハブ、及び、ブレーキディスクがハブ上に回転不能な形で固定され、ディスクとハブの間にすべりばめが存在するような形で、ハブの溝と歯に適合された対応する歯及び溝を伴って形成されている同心的開口部を有する前記部分の上のホイールハブによって支持されているブレーキディスクを含んで成る、車のホイール用のホイールハブ及びブレーキディスク配置に関する。
【０００２】
背景技術
重量車両用のディスクブレーキのためのブレーキディスクは、従来、ハブ上の円形フランジ上にしっかりとネジ留めされることによって、概してハブ上に固定されてきたが、最重量級の重量物運搬車両においては約２０００ｋｐｍにも達し得る非常に高い最大制御モーメントにおけるディスクとハブの間の剛性連結が、ここであてはまる高い制動力の結果である強力な加熱に起因するディスクの変形をひき起こし得ることを理由として問題を発生させている。
【０００３】
ディスクとハブの間の剛性連結の代わりになる好ましい代替案は、従って、導入部で述べたとおり、インタロック形状を用いることによってハブとディスクを接合させることにある。この構造によると、制動に起因する加熱の結果としての変形を回避する可能性は、互いに適合された歯及び溝の実際の構成及びハブの形状に応じてブレーキディスクとハブの間の熱伝導を制御することができるようになるのと同時に、改善される。
【０００４】
上述のマイナス効果を大幅に低減する前述のタイプのホイール及びブレーキディスク配置は、これまでに、最重量級の重量物運搬車両における使用のために提案されてきた。かくして、本願発明者によるＳＥ９２００２０２−１（４６９６５５）は、溝及び歯の数が３０個にもなり得る序文中に示したタイプの配置を示し記述している。半径方向内向きに方向づけされたスリットを伴う応力緩和穴が、中に形成された通気用開口部を用いて冷却されるディスク内の接線方向応力の均等化を確実なものにしている。ハブ材料の中を通る熱伝達経路を長くする目的で、歯から半径方向内向きに、ハブ内に円形溝路が形成されている。
【０００５】
この既知のホイールハブ及びブレーキディスク配置では、加熱中にディスクがねじれやそりが無く容易に膨張できるという利点が達成されるばかりでなく、最重量級の車両内で発生しうる非常に大きい制動力においてさえ、急速な食い込みの危険性が排除されるのと同時にディスクの上の半径方向破裂力ならびに輪郭上のねじれ及び曲げひずみを許容可能なレベルまで保持できるという多大な利点が達成される。同時に、ブレーキディスク内に形成された通気用溝路及び円形溝路を用いて、軸受に対する熱伝達を制限することが可能である。
【０００６】
発明が解決しようとする課題
しかしながら、既知のホイールハブ及びブレーキディスク配置に従うと、応力緩和穴のための開口部及びスリット及び通気溝路の開口部は、半径方向にその中央開口部からその摩擦表面内に一定の距離だけ延びている部分の中でブレーキディスク内に形成されていることから、摩擦ライニングがこれらの開口部の上に来ることになり、開口部内のブレーキダスト及び汚れの収集及びライニング摩耗の増大が生じ、定期的な清浄の必要性が生じ、極端なケースでは破損がひき起こされる可能性がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、
（１）ディスク内の温度分布によってひき起こされる応力を許容可能なレベルまで下げること、且つ、ハブへの熱伝達を上述のものに比べより単純かつより信頼性の高い形に制限すること、
（２）横断面輪郭上のねじり及び曲げひずみ及び破裂力に関して最適なホイールハブとブレーキディスクの間の改善されたインタロック形状での連結及び上述の既知のホイールハブ及びブレーキディスク配置に比べて低いメンテナンス必要条件をもつホイールハブ及びブレーキディスク配置を提供すること、
にある。
【０００８】
課題を解決するための手段
上記目的は、請求項１に記載の、傾斜した歯元の面をもつ溝（１６）及び歯（１４）を交互に伴う形状で作られた外部横断面輪郭をもつ部分を有し、中央シャフト（１０）のまわりの軸受内に回転可能な形で取りつけられたシャフト部分上のホイールハブ（１１）；及び、ブレーキディスク（１２）がホイールハブ（１１）上に回転不能な形で固定され、ブレーキディスク（１２）とホイールハブ（１１）の間にすべりばめが存在するような形で、ホイールハブ（１１）の溝と歯に適合された対応する歯及び溝を伴って形成されている同心的開口部を有する前記部分の上のホイールハブによって支持されているブレーキディスク（１２）を含んで成る、車のホイール用のホイールハブ及びブレーキディスク配置において、ブレーキディスク（１２）上で各歯（２０）についての先端部円弧長（ＢＳ１）が、隣接する歯上の２つの相対する歯元の面（３０）によって限定されているそれぞれの溝（１８）について谷底円弧長（ＳＳ１）よりも小さくなること、歯の谷底側にある各歯上の歯元の面（３０）が第1の半径Ｒaに合流すること、そして全ての第１の半径が今度は、溝（１８）の底面（２４）を形成し２つの相対する歯元の面（３０）に共通である第２の半径Ｒbに合流することを特徴とするホイールハブ及びブレーキディスクの配置、によって達成される。
【０００９】
本発明の好ましい実施態様においては、請求項２に記載のように、ブレーキディスク（１２）上の各々の歯（２０）についての先端部円弧長（ＢＳ１）が、ブレーキディスク（１２）の各溝（１８）についての谷底円弧長（ＳＳ１）よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の好ましい実施態様においては、請求項３に記載のように、ホイールハブ（１１）上の前記横断面輪郭上の各歯（１４）についての先端部円弧長が、隣接する歯上の２つの相対する歯元の面（３０）によって限定されている各々の溝（１６）についての谷底円弧長よりも大きいこと、そしてホイールハブ（１）上の歯のそれぞれの谷底側にある歯元の面が溝（１６）の中の丸味を帯びた底面（２２）に合流することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の好ましい実施態様においては、請求項４に記載のように、ホイールハブ（１１）上の前記横断面輪郭の隣接する歯の上で２つの相対する歯元の面（５１）により限定されている各々の溝（４２）についての谷底円弧長が少なくとも各歯（４０）についての先端部円弧長と等しい大きさをもつことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明の好ましい実施態様においては、請求項５に記載のように、ホイールハブ（１１）の半径方向外側部分の歯（１４）、ブレーキディスク（１２）の半径方向内側のハブ部分の歯（２０）が、ブレーキディスク（１２）とホイールハブ（１１）の連動する平坦な歯元の面（３０）及びこれらの平坦な歯元の面に連結され中央シャフト（１０）との関係における半径として形成されている，ホイールハブ（１１）の先端部表面（２６）、ブレーキディスク（１２）の先端部表面（２８）を有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の好ましい実施態様においては、請求項６に記載のように、ブレーキディスク（１２）の材料よりも品質の低い材料で作られた陽極（３２）がブレーキディスク（１２）内の溝（１８）のうちの少なくとも１つの溝の底面に設置されていることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明の好ましい実施態様においては、請求項７に記載のように、陽極材料が亜鉛であることを特徴とする。
【００１５】
発明の効果
本願の請求項に係る発明によれば、ディスクのハブ部分の中の応力緩和穴を省き、その代りに、ブレーキディスク（１２）内の溝（１８）の谷底円弧長（ＳＳ１）と、ブレーキディスクの歯（２０）の先端部円弧長（ＢＳ１）の間の関係が、１未満である（ＢＳ１／ＳＳ１＜１）歯及び溝をもつブレーキディスク内の大きい同心的開口部を配置することにより、また、ブレーキディスクの摩擦部分と半径方向内部部分の間の不均等な温度分布によりひき起こされる制動中の接線方向応力が２つの隣接する歯の２つの谷底側の間に実質的に延びる大きい半径Ｒｂを用いて最小限にされ、生成される機械的応力が、歯のそれぞれの谷底側で歯元の面と大きい半径を連結する小さな半径Ｒａを用いて最小限にされている場合、熱勾配における差の縮小ならびに応力緩和穴及び付随するスリットの場合に比べて、接線方向及び半径方向の応力の吸収能力の改善が達成される。
【００１６】
さらに、本願の請求項に係る発明によれば、ブレーキディスクとホイールハブの間の熱伝達は、溝内及び歯上で互いに接触状態にある歯元の面の合計表面積に対し正比例し、溝及び歯の数により左右されるため、溝及び歯の数を変更することにより、ハブに対する熱伝達を制御することが可能である。
【００１７】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態の、重量車両用のホイール及びブレーキディスクについて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
第１実施形態
参照番号１０は、従来の形では、例えば貨物自動車の図示されていないフロント又はリアアクスル上で軸受内に支持されているホイールハブ１１を通る中央シャフトを示しており、ここでこのアクスルは、ブレーキカリパ又は起動機構を含む同様に示されていないユニットを有している。ホイールハブ１１は、既知の要領でインタロック形状を用いてホイールハブ１１に固定されているブレーキディスク１２を支持する。この目的で、ホイールハブ１１は、傾斜した歯元の面をもつ溝１６及び歯１４を交互に伴う形状に作られている、半径方向外側部分を有する。ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分１７は、ホイールハブの半径方向外側部分の歯１４及び半径方向外側部分の溝１６と嵌め合うように、対応する、半径方向内側のハブ部分の溝１８及び半径方向内側のハブ部分の歯２０を伴う形状で作られている。
【００１９】
図２から分かるように、ホイールハブ１１の半径方向外側部分の溝１６及びブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の溝１８の深さは、ハブの半径方向外側部分の歯１４及びブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の歯２０の高さよりも幾分か大きい。ホイールハブ及びブレーキディスクの両方において、ホイールハブ１１の半径方向外側部分の溝１６及びブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の溝１８は、それぞれ丸味のついた底面２２及び２４を有し、一方、ホイールハブ１１の歯１４及びブレーキディスク１２の歯２０は、それぞれの歯の上の平坦な傾斜した歯元の面３０に連結する中央シャフト１０との関係において半径方向に形成された、先端部表面２６及び２８を有する。この配置を通して、歯元の面の表面部域全体にわたり、表面接触が既知の要領で確保される。ブレーキディスク１２及びホイールハブ１１は、この場合、無負荷条件でブレーキディスク１２とホイールハブ１１の連動する歯元の面の表面３０の間に０．２〜０．３ｍｍのあそびが存在するような形で寸法決定されている。図２に示す第１実施形態においては、ホイールハブ１１及びブレーキディスク１２は各々２０個の歯及び溝を有する。
【００２０】
図１及び図２に示す第１実施形態においては、亜鉛又はその他適切な材料の、幾つかの電気防食用陽極３２が、ホイールハブ１１上におけるブレーキディスク１２の急速な錆の発生を防ぐ目的で、ブレーキディスクの半径方向内側のハブ部分の溝１８、ブレーキディスク上の溝３６の底面に置かれている。必要に応じて、ブレーキディスク上の複数又は全ての溝上に、このような電気防食用陽極３２を設置することができる。
【００２１】
後述するように、或る種の利用分野においては、溝及び歯の個数を幾分か増大することが適切であるが、２４個を超えてはならない。これらの数値の変動を伴って、且つ、ブレーキディスクのサイズに応じて、溝の深さは、ディスク内の開口部の半径の約７．５〜９％の範囲内とする。
【００２２】
図１及び２に示す第１実施形態においては、ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の溝１８は、谷底円弧長ＳＳ１で形成され、ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の歯２０は、先端部円弧長ＢＳ１で形成されている。歯は円周のまわりに均等に分布され、ＢＳ１／ＳＳ１の関係は１より小さい。従来の構成とは異なり、関係するスリットを伴う応力緩和穴は削除されている。
【００２３】
それに替えて、ブレーキディスクの摩擦部分と半径方向内部部分の間の不均等な温度分布によってひき起こされる制動中の接線方向応力は、その第１の半径Ｒａへの合流により溝の２つの相対する歯元の面３０内に合流する直前に、第２の半径Ｒｂを有する、ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の各溝１８の丸味のついた底面２４を通して、最小限におさえられている。第１の半径Ｒａを用いて、横断面輪郭上のねじれ及び曲げひずみといったような機械的ひずみは最小限におさえられる。本実施形態に従って熱及び機械的ひずみの両方を最適に減少させるためのＲｂ及びＲａという２つの半径の値は、Ｒａ＝５ｍｍ及びＲｂ＝２４ｍｍ（Ｒｂ＞Ｒａ）であるのが好ましい。ブレーキディスクのサイズに応じて、Ｒａは、３〜８ｍｍの範囲で、Ｒｂは１５〜３０ｍｍの範囲内で、各々変動させることができる。
【００２４】
上述したように、本実施形態におけるホイールハブ及びブレーキディスクは、円周上に分布される３０個の歯及び溝を伴う従来技術に比べて、歯及び溝の数がさらに少ないことによって、ホイールハブに対する熱伝導を最小限におさえることができる。また、歯及び溝の数を変動させることによって、ブレーキディスク１２からハブ１１への熱伝達を最適化し、ディスク温度の上昇中の過熱を避けるべく充分な冷却を達成すると同時に、ホイールの軸受が損傷を受けないようにすることができる。
【００２５】
ブレーキディスクが充分な冷却を受けなかった場合は、溝及び歯の数が２０個であれば、第１実施形態に記載の２４個までの範囲、２２個に増やすことが適切である。一方、軸受が損傷を受ける危険性がある場合、溝及び歯の数を減らすことが適切である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
図１・・・本願発明の第１実施形態におけるブレーキディスクの半径方向内部部分の端面を示す概略図である。
図２・・・本願発明の第１実施形態におけるホイールハブ及びディスクの一部分を拡大して示す概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０・・・・ホイールハブの中央シャフト
１１・・・・ホイールハブ
１２・・・・ブレーキディスク
１４・・・・ホイールハブ１１の半径方向外側部分の歯
１６・・・・ホイールハブ１１の半径方向外側部分の溝
１７・・・・ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分
１８・・・・ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の溝
２０・・・・ブレーキディスク１２の半径方向内側のハブ部分の歯
２２・・・・溝１６の底面
２４・・・・溝１８の底面
２６・・・・ホイールハブ１１の歯１４において、中央シャフトとの関係で半径方向に形成される先端部表面
２８・・・・ブレーキディスク１２の歯２０において、中央シャフトとの関係で半径方向に形成される先端部表面
３０・・・・ブレーキディスク１２とホイールハブ１１の連動する歯元の面
３２・・・・電気防食用陽極
ＢＳ１・・・歯２０についての先端部円弧長
ＳＳ１・・・溝１８についての谷底円弧長

Claims (7)

1. 傾斜した歯元の面をもつ溝（１６）及び歯（１４）を交互に伴う形状で作られた外部横断面輪郭をもつ部分を有し、中央シャフト（１０）のまわりの軸受内に回転可能な形で取りつけられたシャフト部分上のホイールハブ（１１）；及び、ブレーキディスク（１２）がホイールハブ（１１）上に回転不能な形で固定され、ブレーキディスク（１２）とホイールハブ（１１）の間にすべりばめが存在するような形で、ホイールハブ（１１）の溝と歯に適合された対応する歯及び溝を伴って形成されている同心的開口部を有する前記部分の上のホイールハブによって支持されているブレーキディスク（１２）を含んで成る、車のホイール用のホイールハブ及びブレーキディスク配置において、ブレーキディスク（１２）上で各歯（２０）についての先端部円弧長（ＢＳ１）が、隣接する歯上の２つの相対する歯元の面（３０）によって限定されているそれぞれの溝（１８）について谷底円弧長（ＳＳ１）よりも小さくなること、歯の谷底側にある各歯上の歯元の面（３０）が第1の半径Ｒaに合流すること、そして全ての第１の半径が今度は、溝（１８）の底面（２４）を形成し２つの相対する歯元の面（３０）に共通である第２の半径Ｒbに合流することを特徴とするホイールハブ及びブレーキディスクの配置。
2. ブレーキディスク（１２）上の各々の歯（２０）についての先端部円弧長（ＢＳ１）が、ブレーキディスク（１２）の各溝（１８）についての谷底円弧長（ＳＳ１）よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の配置。
3. ホイールハブ（１１）上の前記横断面輪郭上の各歯（１４）についての先端部円弧長が、隣接する歯上の２つの相対する歯元の面（３０）によって限定されている各々の溝（１６）についての谷底円弧長よりも大きいこと、そしてホイールハブ（１１）上の歯のそれぞれの谷底側にある歯元の面が溝（１６）の中の丸味を帯びた底面（２２）に合流することを特徴とする請求項１又は２に記載の配置。
4. ホイールハブ（１１）上の前記横断面輪郭の隣接する歯の上で２つの相対する歯元の面（５１）により限定されている各々の溝（４２）についての谷底円弧長が少なくとも各歯（４０）についての先端部円弧長と等しい大きさをもつことを特徴とする請求項１に記載の配置。
5. ホイールハブ（１１）の半径方向外側部分の歯（１４）、ブレーキディスク（１２）の半径方向内側のハブ部分の歯（２０）が、ブレーキディスク（１２）とホイールハブ（１１）の連動する平坦な歯元の面（３０）及びこれらの平坦な歯元の面に連結され中央シャフト（１０）との関係における半径として形成されている、ホイールハブ（１１）の先端部表面（２６）、ブレーキディスク（１２）の先端部表面（２８）を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の装置。
6. ブレーキディスク（１２）の材料よりも品質の低い材料で作られた陽極（３２）がブレーキディスク（１２）内の溝（１８）のうちの少なくとも１つの溝の底面に設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の装置。
7. 陽極材料が亜鉛であることを特徴とする請求項６に記載の装置。

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