JP7400318B2 - 車両用ブレーキのディスクロータ - Google Patents

Description

この発明は、ディスクロータの内部に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数設けたような車両用ブレーキのディスクロータに関する。

従来、インナ摺動面部とアウタ摺動面部とを備えたベンチレーテッド型のディスクロータが知られている。
すなわち、特許文献１に開示されているように、ディスクロータのインナ摺動面部とアウタ摺動面部との間における内周端から外周端まで連続して放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数備えたものである。

このディスクロータは、当該ディスクロータの内周から取り入れた走行風を、周方向に隣接する冷却フィン間の通気孔に取り込んでディスクロータ外周から排出させることで、ディスクロータの冷却を図るよう構成したものである。
しかしながら、上記ディスクロータの冷却効率をさらに向上させたいという要請があり、斯る観点で改善の余地があった。

特開２００８－９５９４１号公報

そこで、この発明は、冷却フィン間を流れる空気流速の確保と、冷却フィンの表面積の確保と、第２フィンによる乱流の発生との相乗効果により、ディスクロータの冷却効率向上を図ることができる車両用ブレーキのディスクロータの提供を目的とする。

この発明による車両用ブレーキのディスクロータは、ディスクロータの内部に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数設け、上記複数の各冷却フィンが、ディスクロータの内周端側から放射状に延びる長円形状の長円フィンと、該長円フィンに対して放射方向に間隔を隔てて設けられる２つの第２フィンとを備え、上記２つの第２フィンは、上記長円フィンに略同じ周方向の幅を有するとともに、上記長円フィンよりもディスクロータの径方向で短い長さに形成され、上記２つの第２フィンのうち、ディスクロータの径方向内側に位置する第２フィンは、ディスクロータの径方向の長さがディスクロータの径方向外側に位置する第２フィンよりも長い形状に形成されたものである。

上記構成によれば、冷却フィンを、長円フィンと第２フィンとに分割することで、周方向に隣接する冷却フィン間を流れる空気流速の確保と、フィン表面積の確保と、第２フィンによる乱流発生との相乗効果により、ディスクロータの冷却効率向上を図ることができる。
特に、第２フィンにより乱流を発生させることができ、この乱流による熱伝達率は、層流による熱伝達率に対して著しく大きいので、ディスクロータの冷却効率向上を図ることができるものである。

またこの発明は、上記第２フィンが上記長円フィンよりディスクロータの径方向で短く形成され、上記長円フィンが内周側に、上記第２フィンが外周側にそれぞれ設けられたものである。
上記構成によれば、内周側に位置する長円フィンによるポンプ性能にて空気流速の向上を図り、流速が向上した風により第２フィンにて乱流を発生することができる。

この発明の一実施態様においては、上記長円フィンがディスクロータの径方向でその半分以上の長さに設けられ、上記２つの第２フィンは、上記ディスクロータの径方向外側に位置する第２フィンが、真円形状に形成され、上記ディスクロータの径方向内側に位置する第２フィンが、真円に近似する近似真円形状に形成されたものである。
上記構成によれば、長円フィンの長さを、ディスクロータの径方向でその半分以上としたので、充分なポンプ性能が得られ、これにより、充分な空気流速を確保することができる。

そして、この空気流速の確保と、長円フィンと第２フィンとによる表面積の確保と、複数の第２フィンによる乱流発生と、の相乗効果により、ディスクロータのさらなる冷却効率向上を図ることができる。

この発明によれば、冷却フィン間を流れる空気流速の確保と、冷却フィンの表面積の確保と、第２フィンによる乱流の発生との相乗効果により、ディスクロータの冷却効率向上を図ることができる効果がある。

本発明の車両用ブレーキのディスクロータを備えた車両左側前部の構造を示す概略平面図。 車両用ブレーキを備えた車輪の断面図。 図２の要部拡大断面図。 車輪を車幅方向内側から見た状態で示す内側面図。 車両用ブレーキを車幅方向外側から見た状態で示す外側面図。 ディスクロータおよびハブを取外した状態の外側面図。 図１のＸ－Ｘ線に沿う要部の矢視断面図。 図７の部分拡大図。 実施例２の部分拡大図。 比較例を示す部分拡大図。 比較例の数値を１００％とした場合の各実施例の熱伝達率、表面積、冷却効率の比率を示す説明図。

冷却フィン間を流れる空気流速の確保と、冷却フィンの表面積の確保と、第２フィンによる乱流の発生との相乗効果により、ディスクロータの冷却効率向上を図るという目的を、車両用ブレーキのディスクロータであって、ディスクロータの内部に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数設け、上記複数の各冷却フィンが、放射状に延びる放射状フィンと、該放射状フィンに対して放射方向に間隔を隔てて設けられる第２フィンと、を備えるという構成にて実現した。

この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。
図面は車両用ブレーキのディスクロータを示し、図１は当該車両用ブレーキを備えた車両左側前部の構造を示す概略平面図、図２は車両用ブレーキを備えた車輪の断面図、図３は図２の要部拡大断面図である。また、図４は車輪を車幅方向内側から見た状態で示す内側面図、図５は車両用ブレーキを車幅方向外側から見た状態で示す外側面図、図６はディスクロータおよびハブを取外した状態の外側面図である。

本発明の車両用ブレーキのディスクロータは左右の前輪および左右の後輪の何れにも適用できるが、以下の実施例においては車両左側の前輪に適用した構造について説明する。
図１において、フロントバンパフェース１の車幅方向外端後部にはフロントフェンダパネル２を連設形成し、このフロントフェンダパネル２の車幅方向内側にはホイールハウス３を設けている。

ホイールハウス３には車輪４が配設されている。車輪４は、図２に拡大図で示すように、ディスク部５Ｄ、並びに、当該ディスク部５Ｄの外周に一体形成されたリム部５Ｒから成るホイール５（詳しくは、ディスク・ホイール）と、該ホイール５のリム部５Ｒに保持されたタイヤ６と、を備えている。

図２、図３に示すように、上記ホイール５のディスク部５Ｄ中心の車幅方向内側には、ハブ７が設けられている。このハブ７は、筒状の軸部７ａと、該軸部７ａの車幅方向外側寄りに一体形成されたフランジ部７ｂと、このフランジ部７ｂに対して車幅方向外側に位置し、かつ上記軸部７ａよりも大径で、かつ、筒状の大径軸部７ｃと、を一体形成したものである。

図３に示すように、上述のハブ７の軸部７ａ外周には、ホイールベアリング８（詳しくは、外輪フランジ付き複列アンギュラ玉軸受）を配設している。
ここで、アンギュラ玉軸受は、アンギュラ・コンタクト・ベアリングのことで、当該ホイールベアリング８は、軸方向と半径方向の双方から荷重を受けて回転する部位に用いられる斜接のボールベアリングである。

図３に示すように、該ホイールベアリング８は、回転要素としてのインナレース９と、固定要素としてのアウタレース１０との間に複数のボール１１を介設したものである。図６に示すように、上述のアウタレース１０外部には上下方向に延びるフランジ部１２が一体形成されている。

図４、図６に示すように、上述のホイールベアリング８におけるアウタレース１０のフランジ部１２には、複数の締結部材１３を用いて、ハブキャリア１４を連結している。
このハブキャリア１４は、図３、図４に示すように、ハブ７の上下方向中心部と対応する位置から車両前方に延びるタイロッド連結部１４ａと、ハブ７の中心部に対して上下方向に離間した位置から車両後方に膨出状に延びる上下のキャリパ連結部１４ｂ，１４ｃとを備えている。

また、上述のハブキャリア１４は、図３に示すように、ハブ７と対応する位置に開口形成された開口部１４ｄと、図４に示すように、該開口部１４ｄの上方部に形成された軽量化用の開口部１４ｅとを備えている。

図３に示すように、上述のハブキャリア１４のタイロッド連結部１４ａには、タイロッドエンド１５を介してタイロッド１６が連結される。また、図４に示すハブキャリア１４の上部は、フロントサスペンション装置を構成するアッパアーム（図示せず）に連結されるものである。
図２、図３に示すように、ホイール５のディスク部５Ｄ中央と、ハブ７のフランジ部７ｂとの間には、図５に示す複数の締結部材１９を用いて、鋳鉄製のディスクロータ２０（ブレーキロータと同意）が締結固定されている。

すなわち、ホイール５のディスク部５Ｄと、ハブ７のフランジ部７ｂとディスクロータ２０との三者は、図５の締結部材１９により共締め固定されたものである。
詳しくは、上記締結部材１９は、ボルトとナットから成り、ボルトをハブ７のフランジ部７ｂに立設して、該ボルトを車幅方向外側に向けて延ばしている。ディスクロータ２０のハット部２０ａ、ホイール５のディスク部５Ｄの各ボルト挿通孔（図示せず）から上記ボルトを外方へ突出させ、このボルトの突出部に対して車外側から上記ナットを締付けるように構成している。

図２、図３に示すように、上述のディスクロータ２０は、当該ディスクロータ２０の中心部に位置する有底円筒形状のハット部２０ａと、このハット部２０ａの外周側に位置するリング形状のアウタ摺動面部２０ｂと、このアウタ摺動面部２０ｂの車幅方向内側に位置するインナ摺動面部２０ｃと、を備えている。

上述のハット部２０ａと、アウタ摺動面部２０ｂと、インナ摺動面部２０ｃとは、砂型鋳造により一体形成されている。そして、上述のアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの両者により、ベンチレーテッドディスクを構成している。

図２、図４、図５に示すように、上述のディスクロータ２０のハブセンタ（ハブ７の径方向中心）よりも後方側において、当該ディスクロータ２０には鞍形のキャリパ２１を配設している。
このキャリパ２１は、図２に示すように、車幅方向内側に位置する内側部２１ａと、車幅方向外側に位置する外側部２１ｂと、これら両者２１ａ，２１ｂを車幅方向に連結する連結部２１ｃと、を備えている。該キャリパ２１は制動時に後述するブレーキパッド２３，２４によりディスクロータ２０を挟持するものである。

図６に示すように、上述のキャリパ２１の内側部２１ａの上下には、ハブキャリア１４のキャリパ連結部１４ｂ，１４ｃと対応するように、車両前方に突出する突出部２１ｄ，２１ｅが一体形成されている。

そして、図４、図６に示すように、ハブキャリア１４のキャリパ連結部１４ｂ，１４ｃと、キャリパ２１の突出部２１ｄ，２１ｅと、を締結部材２２で連結することで、キャリパ２１をハブキャリア１４に固定している。

また、図２に示すように、キャリパ２１の内側部２１ａと、ディスクロータ２０のインナ摺動面部２０ｃとの間には、インナ側ブレーキパッド２３を配設している。同様に、キャリパ２１の外側部２１ｂと、ディスクロータ２０のアウタ摺動面部２０ｂとの間には、アウタ側ブレーキパッド２４を配設している。
これらの各ブレーキパッド２３，２４は、制動時にディスクロータ２０を両面から挟む制動用の摩擦部材であって、非スチール系のノンアスベスト摩擦材が用いられている。

図２、図３に示すように、上述のディスクロータ２０の車幅方向内面側には、当該ディスクロータ２０の外径よりも大径のダストカバー３０が取付けられている。
このダストカバー３０はプレート状に形成されると共に、当該ダストカバー３０はディスクロータ２０と離間し、かつ当該ディスクロータ２０の車幅方向内側に隣接して配置されている。

図４、図６に示すように、上述のダストカバー３０の中心部は、締結部材１３を兼用して、ホイールベアリング８のフランジ部１２に締結固定されている。このダストカバー３０は板金部材にて形成されており、ディスクロータ２０の防錆を図るカバー部材である。

図６に示すように、上述のダストカバー３０のハブセンタ（ハブ７の径方向中心）後方側を、キャリパ２１の取付けに要する長さだけ上下方向に切欠いて、当該ダストカバー３０の後部には切欠き部３１が形成されている。上述のキャリパ２１はこの切欠き部３１に配設されている。つまり、当該切欠き部３１はキャリパ２１との干渉を防止するためのものである。

また、図６に示すように、上述のダストカバー３０には、ホイールベアリング８のフランジ部１２の外側と対応する前部、上部および下部に、前部開口部３２、上部開口部３３、下部開口部３４がそれぞれ開口形成されている。

これらの各開口部３２，３３，３４は、ディスクロータ２０の内周面、詳しくは、インナ摺動面部２０ｃとアウタ摺動面部２０ｂとの間に走行風を取入れて、ディスクロータ２０の冷却を図るための開口である。さらに、図６に示すように、前部開口部３２、上部開口部３３、下部開口部３４のうちの上記前部開口部３２の開口面積が他の開口部３３，３４の開口面積に対して、最も大きくなるように形成されている。

また、図６に示すように、上述のダストカバー３０には、周方向に連続して延びる内周側のビード３０ａと、外周側のビード３０ｂと、これら各ビード３０ａ，３０ｂ間に位置して周方向に連続する中間ビード３０ｃと、が一体形成されている。

さらに、同図に示すように、上述のダストカバー３０には上記各ビード３０ｂ，３０ｃ，３０ａを径方向に連結し、内周側のビード３０ａよりもさらに径方向内方に向けて延びる放射状の複数のビード３０ｄ，３０ｅが一体形成されている。この実施例では、放射状の２つのビード３０ｄ，３０ｅの開角を１１０～１２０度に設定しているが、上記各ビード３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅの数量、および各ビード３０ｄ，３０ｅの開角は、これに限定されるものではない。

上記各ビード３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは、ダストカバー３０の剛性向上を図るものである。なお、図示の便宜上、図４、図５においては、これら各ビード３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅの図示を省略している。

図３に示すように、上述のダストカバー３０の外周端は、ホイール５のリム部５Ｒの内周面に非接触状態で近接させており、ダストカバー３０の外周端と、リム部５Ｒの内周面との間には、クリアランスＣＬが形成されている。

上述のクリアランスＣＬは８～１５ｍｍの範囲に設定されている。
すなわち、ダストカバー３０とホイール５のリム部５Ｒとの間のクリアランスＣＬを２２ｍｍとしたものと、クリアランスＣＬを１０ｍｍとしたものと、クリアランスＣＬを０ｍｍとしたものと、についてＣＥＤ解析（ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ、計算流体力学による解析）した結果を次に示す。

ＣＬ＝２２ｍｍのものの、熱伝達率ｈの比率を１００％とした場合、ＣＬ＝１０ｍｍのものは、１０３％であり、ＣＬ＝０ｍｍのものは、１１０％であった。

つまり、クリアランスＣＬを２２ｍｍから１０ｍｍに縮小すると、熱伝達率は３％向上し、クリアランスＣＬを２２ｍｍから０ｍｍに縮小すると、熱伝達率は１０％向上する。

クリアランスＣＬの上限は熱伝達率ｈの性能から１５ｍｍ以下とする。クリアランスＣＬの下限は生産性を考慮して８ｍｍとする。クリアランスＣＬを８ｍｍ未満とすると、生産時のばらつきにより、ダストカバー３０の外周端がリム部５Ｒと干渉する懸念がある。したがって、上記クリアランスＣＬは８～１５ｍｍの範囲内に設定するものである。

図３に示すように、ダストカバー３０の外周端をホイール５のリム部５Ｒの内周面に近接させることで、リム部５Ｒ内周をダストカバー３０の車幅方向内側から車幅方向外側にかけて素通りする走行風の流れを抑制することができる。これにより、図３に示すように、ダストカバー３０の車幅方向内側が正圧領域αとなり、ダストカバー３０の車幅方向外側におけるディスクロータ２０の外周端側が負圧領域βとなる。

上述の開口部３２，３３，３４は、ディスクロータ２０の車幅方向内面側に位置するダストカバー３０に設けられているので、当該開口部３２，３３，３４を正圧領域αに位置させ、ディスクロータ２０の外周部を負圧領域βに位置させることができる。

上述の正圧と負圧との圧力差により、空気流速を向上させ、これにより、ディスクロータ２０の冷却効率向上を図るよう構成したものである。
詳しくは、車両前方からバンパ下部を通ってホイール５内側のダストカバー３０車幅方向内側に入った走行風は、図３に矢印で示すように、ダストカバー３０の各開口部３２，３３，３４（但し、図３では前部開口部３２のみを示す）から、インナ摺動面部２０ｃとアウタ摺動面部２０ｂとの間に流入する。

これら両摺動面部２０ｃ，２０ｂ間に流入した走行風は、図３に矢印で示すように、正圧と負圧との圧力差と、ディスクロータ２０回転時の遠心力との相乗効果にて、空気流速が向上し、両摺動面部２０ｃ，２０ｂ間の外周端から流出した後に、流速が速い車体側面流によりホイール５外側に吸出される。

図２、図３においてカバー部材３５はハブキャリア１４の開口部１４ｄを閉塞するカバー部材、キャップ部材３６はホイール５におけるディスク部５Ｄの中央開口部を閉塞するキャップ部材である。また、図３において、ロアアーム３７は車輪４を懸架するところのサスペンション装置の一部を構成するサスペンションアームとしてのロアアームである。

図７は図１のＸ－Ｘ線に沿う要部の矢視断面図、図８は図７の部分拡大図である。
図７、図８に示すように、ディスクロータ２０の内部としてのアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの間には、その内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィン４０を、周方向に等間隔を隔てて複数設けている。

図７、図８に示す実施例（実施例１）では、周方向に隣接する冷却フィン４０，４０間の開角θ１（図８参照）を８．４度（厳密には、３６０°／４３）に設定し、合計４３の冷却フィン４０を形成している。該冷却フィン４０は、ディスクロータ２０のアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとを、車幅方向に連結するものである。

上述の複数の各冷却フィン４０は、放射状に延びる放射状フィン４１と、この放射状フィン４１に対して放射方向に間隔ｇを隔てて設けられる複数（この実施例では２つ）の乱流発生用の第２フィン４２，４２と、を備えている。

図８に示すように、この実施例では、上述の放射状フィン４１および第２フィン４２の周方向の幅Ｗを４．８ｍｍとしている。また、放射状フィン４１の放射方向外端と第２フィン４２の放射方向内端との間の間隔ｇを６．０ｍｍとしている。同様に、各第２フィン４２，４２間の放射方向の間隔も６．０ｍｍとしている。ディスクロータ２０を鋳造する際に、用いる砂型中子強度の関係上、すなわち、製造限界の関係上、上記間隔ｇは６．０ｍｍ以上必要であるが、放射状フィン４１および第２フィン４２の周方向の幅Ｗは、４．８ｍｍに限定されるものではない。また、冷却フィン４０，４０間の開角θ１も、砂型中子強度の確保と、ポンプ性能の確保との両立が図れるならば、８．４度に限定されるものではない。

このように、冷却フィン４０を、放射状フィン４１と第２フィン４２とに分割することで、周方向に隣接する冷却フィン４０，４０間を流れる空気流速の確保と、フィン表面積の確保と、第２フィン４２による乱流発生との相乗効果により、ディスクロータ２０の冷却効率向上を図るよう構成している。

特に、第２フィン４２により乱流を発生させている。この乱流による熱伝達率は、層流による熱伝達率に対して著しく大きく、これにより、ディスクロータ２０の冷却効率向上を図るものである。

図８に示すように、上述の放射状フィン４１は長円形状の長円フィンにより構成されており、上述の第２フィン４２は長円フィン（放射状フィン４１）よりもディスクロータ２０の径方向でその長さが短く形成されている。
また、図８に示すように、上述の長円フィン（放射状フィン４１）がディスクロータ２０の内周側に位置し、第２フィン４２がディスクロータ２０の外周側に位置するように設けられている。

このように、長円フィン（放射状フィン４１）を内周側に位置させることで、周方向に隣接する長円フィン相互間（放射状フィン４１，４１間）によるポンプ性能にて、空気流速の向上を図り、流速が向上した風により、第２フィン４２にて乱流が発生すべく構成したものである。

さらに、図８に示すように、上述の長円フィン（放射状フィン４１）がディスクロータ２０の径方向でその半分以上の長さに設けられている。詳しくは、長円フィン（放射状フィン４１）はアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの間における径方向でその半分以上の長さに設けられている。また、第２フィン４２は真円または真円に近似する形状で長円フィン（放射状フィン４１）の延長線方向（長円フィンの径方向外方）に複数（この実施例では２つ）設けられている。
この実施例では、径方向に並ぶ２つの第２フィン４２，４２のうち内周側の第２フィン４２は近似真円形状に形成されており、外周側の第２フィン４２は真円形状に形成されている。

このように、長円フィン（放射状フィン４１）の長さを、ディスクロータ２０の径方向でその半分以上とすることにより、充分なポンプ性能を確保し、これにより、充分な空気流速を得るよう構成している。そして、この空気流速の確保と、長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２とによる表面積の確保と、複数の第２フィン４２による乱流発生と、の相乗効果により、ディスクロータ２０のさらなる冷却効率向上を図るよう構成している。

この実施例では、図８に示すように、長円フィン（放射状フィン４１）の長さは、ディスクロータ２０の径方向の長さに対して、５２～５６％の長さに設定している。そして当該長円フィン（放射状フィン４１）によるポンプ性能の確保で、空気流速向上を図るよう構成している。すなわち、熱伝達率ｈは空気流速Ｕ_Ｔに比例（ｈ∝Ｕ_Ｔ）するので、空気流速Ｕ_Ｔ向上により熱伝達率ｈの向上を図るものである。
なお、長円フィン（放射状フィン４１）の長さの割合（５２～５６％）は上記数値に限定されるものではない。

また、図８に示すように、長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２との間、並びに、複数の第２フィン４２，４２間において、周方向に隣接する冷却フィン４０，４０間には、第３フィン４３が設けられている。
そして、長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２，４２と第３フィン４３との外周面積の合計が、冷却フィンを放射状フィン一本から形成した際の外周面積よりも大きくなるように形成している。

上述の第３フィン４３を設けることで、放射状に延びる長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２との間、並びに内外周の第２フィン４２，４２間の切目の制動時におけるブレーキ面圧の低下を、上記第３フィン４３で補完するように構成している。加えて、外周表面積の増大によりディスクロータ２０の冷却効率をより一層向上させるように構成している。さらに、上記第３フィン４３でも乱流を発生することで、熱伝達率のさらなる向上を図るように構成している。

図８に示すように、上述第３フィン４３の径方向内端側および径方向外端側は、周方向からみて、放射方向で隣接する長円フィン（放射状フィン４１）および第２フィン４２の径方向端部に対して径方向でオーバラップさせている。これにより、ディスクロータ２０の径方向において切目なくフィン４１，４２，４３が存在することになり、この結果、制動時のブレーキ面圧のさらなる安定化を図るように構成したものである。

図８に示すように、ディスクロータ２０のアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの対向面部間において、上述の各フィン４１，４２，４３が存在しない部分には、走行風を内周から外周に向けて流通させる通気孔４４（いわゆる内部流路）が形成されている。

要するに、図８に示すように、ディスクロータ２０の径方向でその半分以上の長さを有する複数の長円フィン（放射状フィン４１）により、通気孔４４の内周端から外周方向に向けて流れる走行風をポンプ機能によりその風速の向上を図っている。そして、風速が向上した走行風を複数の第２フィン４２，４２、第３フィン４３，４３に当てて、乱流を発生することで、熱交換機能の向上を図るように構成したものである。

図９は実施例２を示す部分拡大図、図１０は比較例を示す部分拡大図である。図１１（ａ）は比較例と各実施例１、２の熱伝達率ｈ、表面積Ａ、冷却効率ｈ×Ａの差異を示す説明図である。図１１（ｂ）は比較例の数値を１００％とした場合の各実施例１，２の熱伝達率ｈ、表面積Ａ、冷却効率ｈ×Ａの比率を百分率にて示す説明図である。

図７、図８で示した実施例を実施例１とし、この実施例１に対する熱伝達率ｈ、表面積Ａ、冷却効率ｈ×Ａの差異を示すために、図９に示す実施例２のディスクロータと、図１０に示す比較例のディスクロータとを構成した。

図９に示す実施例２の車両用ブレーキのディスクロータは、図７、図８で示した実施例１の構成から全ての第３フィン４３を取り除いたものである。
図１０に示す比較例の車両用ブレーキのディスクロータは、図７、図８で示した実施例１の各フィン４１，４２，４３に代えて、ディスクロータ２０のインナ摺動面部２０ｃとアウタ摺動面部２０ｂとの間における内周端から外周端まで連続して放射状かつ直線状に延びる冷却フィン５０を、周方向に等間隔を隔てて複数備えたものである。

この比較例における周方向に隣接する冷却フィン５０，５０間の開角θ２は実施例１，２の開角θ１に対して小さく形成されている。つまり、θ２＜θ１の関係式が成立する。
なお、図９、図１０において、図８と同一の部分には同一符号を付している。

図８に示す実施例１と、図９に示す実施例２と、図１０に示す比較例とのディスクロータ２０を車輪４（図１参照）に装着し、同一条件にてシミュレーションした解析結果を、図１１に示す。
熱伝達率ｈはヌセルト数（Ｎｕｓｓｅｌｔ ｎｍｂｅｒ）に比例する。つまり、次の［数１］の関係式が成立する。

ここに、Ｎｕはヌセルト数で、熱伝達率ｈの大小を示す無次元数（値が単位系に依存しない物理量）である。詳しくは、ヌセルト数Ｎｕは、流体が静止しているときに熱伝導のみにより移動すると考えられる熱量に対して、流体が流動しているときに熱伝達により移動する熱量の比で与えられる無次元数である。

また、上記ヌセルト数Ｎｕは通気孔４４を流れる走行風が、層流の場合よりも乱流の場合の方が大きくなる。すなわち、熱伝達率ｈは層流か乱流かによって大小が変化し、乱流の方が大きい値となる。走行風が層流の場合のヌセルト数Ｎｕは次の［数２］で表すことができ、走行風が乱流の場合のヌセルト数Ｎｕは次の［数３］で表すことができる。

ここに、Ｒｅはレイノルズ数（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ ｎｕｍｂｅｒ）、Ｐｒはプラントル数（Ｐｒａｎｄｔｌ ｎｕｍｂｅｒ）である。詳しくは、レイノルズ数Ｒｅは、流れの粘性力と慣性力の比を表す無次元数で、レイノルズ数Ｒｅがある値よりも低ければ、整然と流れる層流となり、レイノルズ数Ｒｅがある値よりも高ければ、速度や圧力に不規則な変動成分を含む乱流となる。

また、上記プラントル数Ｐｒは、熱エネルギ拡散の度合と運動エネルギ拡散の度合との比である。つまり、プラントル数Ｐｒは、運動量の拡散係数である動粘性係数と、熱拡散係数との比で定義される無次元数である。当該プラントル数Ｐｒは流体に固有の物性値であり、因に、空気のプラントル数Ｐｒは０．７である。
さらに、冷却改善効果を示す放熱量Ｑは次の［数４］で表すことができる。

ここに、ｈは熱伝達率、Ａは表面積（全てのフィンの外周表面積の合計）、ΔＴはディスクロータ２０の温度と大気温（つまり、外気温）との差である。

図１０に示す比較例のフィン構造では、乱流が殆ど発生せず、通気孔４４を流れる走行風は層流となる。ここで、この熱伝達率ｈを１００％とする。これに対して、図９に示す実施例２のフィン構造では、２つの乱流発生用の第２フィン４２，４２により、乱流が発生するので、熱伝達率ｈは約１０３％に向上した。

さらに、図８に示す実施例１のフィン構造では、第２フィン４２，４２に加えて２つの第３フィン４３，４３が設けられており、この第３フィン４３，４３によっても乱流が発生するので、熱伝達率ｈは約１０６％にさらに向上した。
つまり、比較例の熱伝達率ｈを基準とする時、実施例２では３％向上、実施例１では６％向上した。

放熱量Ｑに影響を与える表面積Ａについては、比較例のものを１００％とすると、実施例２のものも同等となった。つまり、実施例２においては、各フィン４１，４２間、４２，４２間の間隔と幅Ｗとの関係でフィン４１，４２の表面積は減少するものの、各フィン４１，４２間、４２，４２間の間隔に対応するベンチ部の車幅方向内外両面の表面積が増加することで、比較例の物と同等となった。さらに、図８に示す実施例１のフィン構造では、２つの第３フィン４３，４３により全体の表面積Ａは約１０５％に増加した。
つまり、比較例の表面積Ａを基準とする時、実施例２では比較例の表面積Ａと同等であり、実施例１では５％増加した。

さらに、熱伝達率ｈと表面積Ａとの積（ｈ×Ａ）で示される冷却効率については、図１０の比較例のものを１００％とすると、図９の実施例２のものは約１０３％に向上し、図８の実施例１のものは約１１１％にさらに向上した。
つまり、図１０に示す比較例の冷却効率ｈ×Ａを基準とする時、図９に示す実施例２では３％向上し、図８に示す実施例１ではさらに１１％向上した。

このように、上記実施例の車両用ブレーキのディスクロータは、ディスクロータ２０の内部（詳しくは、アウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの間）に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィン４０を、周方向に間隔を隔てて複数設け、上記複数の各冷却フィン４０が、放射状に延びる放射状フィン４１と、該放射状フィン４１に対して放射方向に間隔ｇを隔てて設けられる第２フィン４２と、を備えたものである（図７、図８、図９参照）。

上記構成によれば、冷却フィン４０を、放射状フィン４１と第２フィン４２とに分割することで、周方向に隣接する冷却フィン４０，４０間を流れる空気流速の確保と、フィン表面積の確保と、第２フィン４２による乱流発生との相乗効果により、ディスクロータ２０の冷却効率向上を図ることができる。
特に、第２フィン４２により乱流を発生させることができ、この乱流による熱伝達率ｈ（図１１参照）は、層流による熱伝達率に対して著しく大きいので、ディスクロータ２０の冷却効率向上（図１１のｈ×Ａ参照）を図ることができるものである。

また、この発明の一実施形態においては、上記放射状フィン４１は長円形状の長円フィンにより構成され、上記第２フィン４２は上記長円フィン（放射状フィン４１）よりディスクロータ２０の径方向で短く形成され、上記長円フィン（放射状フィン４１）がディスクロータ２０の内周側に、上記第２フィン４２がディスクロータ２０の外周側にそれぞれ設けられたものである（図８、図９参照）。

この構成によれば、ディスクロータ２０の内周側（詳しくは、アウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの間の内周側）に位置する長円フィン（放射状フィン４１）によるポンプ性能にて空気流速の向上を図り、流速が向上した風により第２フィン４２にて乱流を発生することができる。

さらに、この発明の一実施形態においては、上記長円フィン（放射状フィン４１）がディスクロータ２０の径方向でその半分以上の長さに設けられ、上記第２フィン４２が、真円または真円に近似する形状で長円フィン（放射状フィン４１）の延長線方向に複数設けられたものである（図８、図９参照）。

この構成によれば、長円フィン（放射状フィン４１）の長さを、ディスクロータ２０の径方向（詳しくは各摺動面部２０ｂ，２０ｃの径方向）でその半分以上としたので、充分なポンプ性能が得られ、これにより、充分な空気流速を確保することができる。

そして、この空気流速の確保と、長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２とによる表面積Ａ（図１１参照）の確保と、複数の第２フィン４２による乱流発生と、の相乗効果により、ディスクロータ２０のさらなる冷却効率（図１１のｈ×Ａ参照）向上を図ることができる。

さらにまた、この発明の一実施形態においては、上記長円フィン（放射状フィン４１）と上記第２フィン４２との間と、上記複数の第２フィン４２，４２間とのうちの少なくとも何れか一方において、周方向に隣接する冷却フィン４０，４０間には、第３フィン４３が設けられ、上記長円フィン（放射状フィン４１）と上記第２フィン４２と上記第３フィン４３との外周面積の合計が、冷却フィンを放射状フィン一本から形成した際の外周面積よりも大きくなるように形成されたものである（図８参照）。

この構成によれば、放射状に延びる長円フィン（放射状フィン４１）と第２フィン４２との間、または、第２フィン４２，４２間の切目のブレーキ面圧の低下を、上記第３フィン４３で補完することができる。また、外周表面積（図１１の表面積Ａ参照）の増大によりディスクロータ２０の冷却効率（図１１のｈ×Ａ参照）をより一層向上させることができる。
さらに、上述の第３フィン４３においても乱流を発生することができるので、熱伝達率ｈのさらなる向上を図ることができる。

加えて、この発明の一実施形態においては、上記第３フィン４３の内端および外端は、周方向から見て、放射方向で隣接する長円フィン（放射状フィン４１）および第２フィン４２の端部に対して径方向でオーバラップさせたものである（図８参照）。
この構成によれば、ディスクロータ２０の径方向において切目なくフィン４１，４２，４３が存在することになり、これにより、ブレーキ面圧のさらなる安定化を図ることができる。

この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明のディスクロータ２０の内部は、実施例のアウタ摺動面部２０ｂとインナ摺動面部２０ｃとの間に対応し、
以下同様に、
長円フィンは、放射状フィン４１に対応するも、
この発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるものではない。

例えば、上記実施例においては、上述の各フィン４１，４２，４２が放射方向に一直線上に並んだ構造を例示したが、この構造に代えて、ディスクロータ２０の内周端から外周端まで放射状で、かつ、湾曲形状に延びる仮想湾曲線に沿って各フィン４１，４２，４２を配列形成してもよい。

以上説明したように、本発明は、ディスクロータの内部に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数設けたような車両用ブレーキのディスクロータについて有用である。

２０…ディスクロータ
４０…冷却フィン
４１…放射状フィン（長円フィン）
４２…第２フィン
４３…第３フィン

Claims (2)

1. 車両用ブレーキのディスクロータであって、
   ディスクロータの内部に内周端から外周端まで放射状に延びる冷却フィンを、周方向に間隔を隔てて複数設け、
   上記複数の各冷却フィンが、
   ディスクロータの内周端側から放射状に延びる長円形状の長円フィンと、
   該長円フィンに対して放射方向に間隔を隔てて設けられる２つの第２フィンとを備え、
   上記２つの第２フィンは、
   上記長円フィンに略同じ周方向の幅を有するとともに、上記長円フィンよりもディスクロータの径方向で短い長さに形成され、
   上記２つの第２フィンのうち、ディスクロータの径方向内側に位置する第２フィンは、
   ディスクロータの径方向の長さがディスクロータの径方向外側に位置する第２フィンよりも長い形状に形成された
   車両用ブレーキのディスクロータ。
2. 上記長円フィンがディスクロータの径方向でその半分以上の長さに設けられ、
   上記２つの第２フィンは、
   上記ディスクロータの径方向外側に位置する第２フィンが、真円形状に形成され、
   上記ディスクロータの径方向内側に位置する第２フィンが、真円に近似する近似真円形状に形成された
   請求項１に記載の車両用ブレーキのディスクロータ。

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