(57)【要約】【課題】本願の目的は、冷却の改良およびロータ寿命の延長のために内部冷却通路を備える積層造形ブレーキロータを提供することである。【解決手段】ブレーキロータ（１０２）およびブレーキロータ（１０２）を製造する方法（２００）が提供される。ブレーキロータ（１０２）は、第１のディスク（１２０）および第２のディスク（１２２）を備え、これらのディスクはそれぞれ、制動プレート（１３０、１３４）および入口リップ（１３２、１３６）を画定し、エアギャップ（１２４）を画成するように離間される。内部構造部（１６０）が、エアギャップ（１２４）内に位置決めされ、複数の内部通路（１６２）を画成するように第１の制動プレート（１３０）と第２の制動プレート（１３４）との間に延在する。複数のベーン（１８４）が、エアギャップ（１２４）内に位置決めされ、外方入口リップ（１３２）と内方入口リップ（１３６）との間に延在する。【選択図】図４
2019203601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向（Ａ）、径方向（Ｒ）、および周方向（Ｃ）を画定する積層造形ブレーキロータ（１０２）であって、
第１の制動プレート（１３０）および外方入口リップ（１３２）を画定する第１のディスク（１２０）と、
第２の制動プレート（１３４）および内方入口リップ（１３６）を画定する第２のディスク（１２２）であって、エアギャップ（１２４）を画定するように前記第１のディスク（１２０）から離間された第２のディスク（１２２）と、
複数の内部通路（１６２）を画成するように前記第１の制動プレート（１３０）と前記第２の制動プレート（１３４）との間に延在する内部構造部（１６０）と、
前記外方入口リップ（１３２）と前記内方入口リップ（１３６）との間に延在する複数のベーン（１８４）と、
を備える、積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項２】
前記内部構造部（１６０）は、隔壁（１７０）を備え、前記隔壁（１７０）は、前記径方向（Ｒ）に沿って延在し、前記エアギャップ（１２４）を複数の軸方向延在通路（１６２）へと区分するように分割エッジ（１７２）を画定する、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項３】
前記隔壁（１７０）の前記分割エッジ（１７２）は、前記ベーン（１８４）の後縁部（１８８）の近傍に位置決めされる、請求項２に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項４】
前記内部構造部（１６０）は、前記内部通路（１６２）を画成する複数のフィン（１７４）を備える、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項５】
前記内部構造部（１６０）は、前記径方向（Ｒ）に沿って前記フィン（１８４）からオフセットされて位置決めされたタービュレータ（１７８）を備える、請求項４に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項６】
前記内部構造部（１６０）は、前記内部通路（１６２）と流体連通状態にある複数の排出ポート（１８０）を画成し、前記排出ポート（１８０）は、前記積層造形ブレーキロータ（１０２）の周囲エッジ（１８２）を貫通して前記径方向（Ｒ）に沿って延在する、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項７】
各内部通路（１６２）が、複数の排出ポート（１８０）と流体連通状態にある、請求項６に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項８】
前記複数の排出ポート（１８０）は、前記複数の内部通路（１６２）よりも小さな断面積を画定する、請求項６に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項９】
前記ベーン（１８４）は、前記軸方向（Ａ）に対して湾曲される、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１０】
前記外方入口リップ（１３２）は、外方前方端部（１４８）を画定し、前記内方入口リップ（１３６）は、内方前方端部（１５０）を画定し、前記外方前方端部（１４８）および前記内方前方端部（１５０）は、前記軸方向（Ａ）に沿って前記第１の制動プレート（１３０）を越えて延在する、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１１】
前記外方前方端部（１４８）および前記内方前方端部（１５０）は、単一の径方向面（１５２）内に位置決めされる、請求項１０に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１２】
前記第１のディスク（１２０）および前記第２のディスク（１２２）のそれぞれが、ディスク厚さ（１４０）を画定し、前記エアギャップ（１２４）は、エアギャップ厚さ（１４２）を画定し、前記ディスク厚さ（１４０）は、前記エアギャップ厚さ（１４２）と略同等である、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１３】
前記第１の制動プレート（１３０）および前記第２の制動プレート（１３４）は、略前記径方向（Ｒ）に沿って延在する、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１４】
前記第１のディスク（１２０）、前記第２のディスク（１２２）、前記内部構造部（１６０）、および前記複数のベーン（１８４）は、単体モノリシック構成要素として積層造形される、請求項１に記載の積層造形ブレーキロータ（１０２）。
【請求項１５】
ブレーキロータを製造する方法（２００）であって、
積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積するステップ（２１０）と、
前記積層材料層の一部分を溶解し前記ブレーキロータを形成するために結合剤により前記積層材料層を選択的に結合するステップ（２２０）であって、前記ブレーキロータは、
第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスク、
第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように前記第１のディスクから離間された第２のディスク、
前記エアギャップ内に位置決めされ、複数の内部通路を画成するように前記第１の制動プレートと前記第２の制動プレートとの間に延在する内部構造部、及び
前記エアギャップ内に位置決めされ、前記外方入口リップと前記内方入口リップとの間に延在する複数のベーン、
を備える、ステップ（２２０）と、
を含む、方法（２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般的にはブレーキロータに関し、さらに詳細には冷却を改良するための特徴を備える積層造形ブレーキロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブレーキアセンブリは、自動車産業、航空機産業、および他の産業において、例えば車輪を減速するために摩擦を利用することなどにより、回転質量からエネルギーを吸収することによって動作中の車両または機械構成要素を減速または停止させるために使用される。例えば、１つの普通のタイプのブレーキアセンブリは、ディスクブレーキであり、これは、ホイールの回転構成要素すなわちブレーキロータに対して一対のブレーキパッドを押圧するためにキャリパーを使用する。このブレーキロータおよびしたがって車両は、その回転運動エネルギーが摩擦により熱エネルギーへと変換されることによって減速されそれにより廃熱を発生するが、この廃熱は放散されなければならない。特に、過剰な熱は、ブレーキロータの変形、熱クラック、表面欠陥、またはブレーキアセンブリの制動能力および信頼性に影響を及ぼす他の問題を引き起こし得る。
【０００３】
したがって、いくつかの従来のブレーキロータは、ベンチレーション通路などの放熱するための特徴部を備える。しかし、かかるベンチレーション通路は、典型的には中実ディスク中に穴または通路を穿孔または機械加工することによって作製される。代替的には、ベンチレーション通路が、あるディスクの内部側に画成され、第２のディスクが、第１のディスクに対して装着されて完成体のブレーキロータを形成する。特に、このようにしてブレーキロータを形成することは、より多数のパーツを必要とし、結果として信頼性の低下、作製時間の延長、およびコストの上昇をもたらす。さらに、ベンチレーション通路のサイズ、ジオメトリ、および構成は、ベンチレーション通路を形成する作製プロセスによってしばしば限定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、改良された放熱特徴部を有する改良されたブレーキアセンブリが有用である。より具体的には、冷却の改良およびロータ寿命の延長のために内部冷却通路を備える積層造形ブレーキロータが、特に有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様および利点が、以下の説明において部分的に示される、またはその説明から明らかになり得る、または本発明の実施を通じて認知され得る。
【０００６】
本開示の例示の一実施形態では、積層造形ブレーキロータが、軸方向、径方向、および周方向を画定する。このブレーキロータは、第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスクと、第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように第１のディスクから離間された第２のディスクとを備える。内部構造部が、複数の内部通路を画成するように第１の制動プレートと第２の制動プレートとの間に延在する。複数のベーンが、外方入口リップと内方入口リップとの間に延在する。
【０００７】
本開示の別の例示の態様では、ブレーキロータを製造する方法が提供される。この方法は、積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積するステップと、積層材料の一部分を溶解しブレーキロータを形成するために積層材料層上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に送るステップとを含む。このブレーキロータは、第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスクと、第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように第１のディスクから離間された第２のディスクとを備える。内部構造部が、エアギャップ内に位置決めされ、複数の内部通路を画成するように第１の制動プレートと第２の制動プレートとの間に延在する。複数のベーンが、エアギャップ内に位置決めされ、外方入口リップと内方入口リップとの間に延在する。
【０００８】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点が、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによりさらに理解されよう。本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、本説明と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
【０００９】
当業者を対象とする、ベストモードを含む本発明の完全かつ実施可能な程度の開示が、添付の図面を参照とする本明細書において示される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本主題の例示の一実施形態によるブレーキアセンブリの斜視図である。
【図２】本主題の例示の一実施形態による図１の例示のブレーキアセンブリのブレーキロータの部分斜視図である。
【図３】本主題の例示の一実施形態による図２の例示のブレーキロータの別の部分斜視図である。
【図４】本主題の例示の一実施形態による図２の例示のブレーキロータの断面図である。
【図５】本主題の例示の一実施形態による図２の例示のブレーキロータの拡大部分斜視図である。
【図６】本主題の例示の一実施形態によるブレーキロータを製造する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書および図面において繰り返し使用される参照符号は、本発明の同一または同様の特徴または要素を表すように意図される。
【００１２】
以下、本発明の実施形態を詳細に参照するが、これらの実施形態の中の１つまたは複数の例が添付の図面に示される。詳細な説明は、図面内の特徴を示すために数字または文字の符号を用いる。図面および説明の中における同様または類似の符号は、本発明の同様または類似のパーツを示すために使用されている。本明細書において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」という用語は、構成要素を相互に識別するために交換可能に使用される場合があり、個々の構成要素の位置または重要性を表すことを意図されない。「前方の」および「後方の」という用語は、熱管理システム内における相対位置を示し、前方は、構成要素入口により近い位置を示し、後方は、構成要素排出口により近い位置を示す。「上流」および「下流」という用語は、流体経路内の流体流に対する相対方向を示す。例えば、「上流」は、流体が流れてくる方向を示し、「下流」は、流体が流れていく方向を示す。さらに、本明細書において、「およそ」、「実質的に」、または「約」などの近似用語は、１０％の許容誤差内にあることを示す。
【００１３】
本開示は、一般的にはブレーキロータと、ブレーキロータを製造する方法とに関する。ブレーキロータは、第１のディスクおよび第２のディスクを備え、これらはそれぞれ、制動プレートおよび入口リップを画定し、エアギャップを画定するように離間される。内部構造体が、エアギャップ内に位置決めされ、第１の制動プレートと第２の制動プレートとの間に延在することにより複数の内部通路を画成し、複数のベーンが、エアギャップ内に位置決めされ、外方入口リップと内方入口リップとの間に延在する。
【００１４】
次に図面を参照すると、図１は、本開示の例示の一実施形態によるブレーキアセンブリ１００の斜視図である。より具体的には、ブレーキアセンブリ１００は、ディスクブレーキアセンブリであり、このディスクブレーキアセンブリは、例えばホイールスタッド１０６などにより車両のホイールハブ１０４上に取り付けられ回転的に固定されたブレーキロータ１０２を一般的に備える。このようにして、ブレーキロータ１０２は、ホイールハブ１０４とおよびしたがって車両のタイヤと共に回転する。ブレーキロータ１０２が減速または停止されると、ホイールハブ１０４、タイヤ、およびしたがって車両は対応して減速する。
【００１５】
ブレーキロータ１０２を減速するために、ブレーキアセンブリ１００は、ブレーキロータ１０２の軸方向両側に位置決めされたブレーキパッド１１２を受けるキャリパー１１０を備える。ブレーキロータ１０２が自由旋回する場合に、ブレーキパッド１１２は、ブレーキロータ１０２に接触しない。しかし、車両のユーザが、例えばブレーキペダルを押圧することなどによりブレーキを適用すると、キャリパー１１０に対して結合された油圧ピストン（図示せず）内の圧力が、可撓性ブレーキホース１１４を介して上昇される。ブレーキパッド１１２の中の少なくとも１つが、摺動ピン１１６上に取り付けられ、油圧ピストンに対して動作可能に結合される。このようにして、ブレーキペダルを押圧することにより、キャリパー１１０は、ブレーキロータ１０２に対してブレーキパッド１１２を挟むまたはクランプすることによって摩擦を発生させ車両を減速する。
【００１６】
図１に示す例示のブレーキアセンブリ１００は例にすぎず、他の例示の実施形態では、ブレーキアセンブリ１００は任意の他の適切な構成を有し得る点を理解されたい。例えば、他の例示の実施形態では、ブレーキアセンブリ１００は、任意の適切な車両において使用される任意の他の適切なタイプのブレーキとして代わりに構成されてもよい点を理解されたい。さらに、ブレーキロータ１０２は、異なるサイズ、構成、および内部特徴を有する任意の他の適切な構成を有してもよい。
【００１７】
一般的に、本明細書において説明されるブレーキロータ１０２の例示の実施形態は、任意の適切なプロセスを利用して製造または形成され得る。しかし、本主題のいくつかの態様によれば、ブレーキロータ１０２は、３Ｄプリンティングプロセスなどの積層造形プロセスを利用して形成され得る。かかるプロセスの利用により、ブレーキロータ１０２は、単体のモノリシック構成要素としてまたは任意の適切な個数の下位構成要素として一体的に形成されることが可能となり得る。特に、この製造プロセスにより、ブレーキロータ１０２は、一体的に形成され、以前の製造方法を利用した場合には不可能であった様々な特徴を備えることが可能となり得る。例えば、本明細書において説明される積層造形方法は、以前の製造方法を利用した場合には不可能であった複数の内部通路とこれらの流体通路内に画定された様々な特徴部とを有する、任意の適切なサイズおよび形状を有するブレーキロータの製造を可能にする。これらの新規の特徴のいくつかを、本明細書において説明する。
【００１８】
本明細書において、「積層造形された」または「積層造形技術もしくは積層造形プロセス」という用語は、三次元構成要素を層ごとに「作り上げる」ために連続的な材料層が相互の上に形成される製造プロセスを一般的に示す。一般的には、これらの連続層は、共に溶着して、様々な一体的な下位構成要素を有し得るモノリシック構成要素を形成する。本明細書では、典型的には垂直方向において点ごとに層ごとに物体を構築することにより複雑な物体の製造を可能にするものとして積層造形技術を説明するが、他の製造方法が可能であり、本主題の範囲内に含まれる。例えば、本明細書における論考では、連続層を形成するための材料積層に関して言及するが、本明細書において開示される方法および構造は、任意の積層造形技術または製造技術と共に実施され得る点が当業者には理解されよう。例えば、本発明の実施形態は、層アディティブプロセス、層サブトラクティブプロセス、または折衷プロセスを利用し得る。
【００１９】
本開示による適切な積層造形技術としては、例えば熱溶解積層法（ＦＤＭ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、インクジェットおよびレーザジェットなどによる３Ｄプリンティング、光造形法（ＳＬＡ）、直接選択的レーザ焼結法（ＤＳＬＳ）、電子ビーム焼結法（ＥＢＳ）、電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）、レーザ直接積層法（ＬＥＮＳ）、レーザネットシェイプ成形法（ＬＮＳＭ）、直接金属積層法（ＤＭＤ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、直接選択的レーザ溶融法（ＤＳＬＭ）、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、直接金属レーザ溶融法（ＤＭＬＭ）、および他の既知のプロセスが含まれる。
【００２０】
エネルギー源が粉末層の部分を選択的に焼結または溶融するために使用される直接金属レーザ焼結（ＤＭＬＳ）プロセスまたは直接金属レーザ溶融（ＤＭＬＭ）プロセスの利用に加えて、代替的な実施形態によれば、積層造形プロセスは「結合剤噴射」プロセスであってもよい点を理解されたい。これに関して、結合剤噴射は、上述と同様の方法において積層粉末層を連続的に堆積することを伴う。しかし、積層粉末を選択的に溶融または溶解するためのエネルギービームを発生させるためにエネルギー源を使用する代わりに、結合剤噴射法は、各粉末層に対して液体結合剤を選択的に堆積することを伴う。この液体結合剤は、例えば光硬化性ポリマーまたは別の液体結合剤などであってもよい。他の適切な積層造形方法およびその変形例が、本主題の範囲内に含まれるように意図される。
【００２１】
本明細書において説明される積層造形プロセスは、任意の適切な材料を使用して構成要素を形成するために使用され得る。例えば、材料は、プラスチック、金属、コンクリート、セラミック、ポリマー、エポキシ、感光性樹脂、または固体、液体、粉末、シート材料、ワイヤ、もしくは任意の他の適切な形態であり得る任意の他の適切な材料であってもよい。さらに具体的には、本主題の例示の実施形態によれば、本明細書において説明される積層造形構成要素は、純金属、ニッケル合金、クロム合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、およびニッケルベース超合金またはコバルトベース超合金を含むがそれらに限定されない材料（例えばＳｐｅｃｉａｌ  Ｍｅｔａｌｓ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）の名称で市販されているものなど）から部分的に、全体的に、またはそのいくつかの組合せにおいて形成されてもよい。これらの材料は、本明細書において説明される積層造形プロセスでの使用に適した材料例であり、「積層材料（ａｄｄｉｔｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）」と一般的に呼ばれ得る。
【００２２】
さらに、様々な材料およびこれらの材料を結合するための方法が、本開示の範囲内において利用され実施され得る点が当業者には理解されよう。本明細書において、「溶解」という言及は、上記の材料のいずれかの結合層を形成するための任意の適切なプロセスを示し得る。例えば、物体がポリマーから作製される場合には、溶解は、ポリマー材料間に熱硬化性ボンドを形成することを示し得る。物体がエポキシである場合には、このボンドは架橋プロセスにより形成され得る。材料がセラミックである場合には、ボンドは焼結プロセスにより形成され得る。材料が粉末金属である場合には、ボンドは、溶融プロセスまたは焼結プロセスにより形成され得る。積層造形法により構成要素を作製するために材料を溶解する他の方法が可能であり、本開示の主題はそれらの方法を用いて実施されてもよい点が、当業者には理解されよう。
【００２３】
さらに、本明細書において開示される積層造形プロセスにより、複数の材料から単体構成要素を形成することが可能となる。したがって、本明細書において説明される構成要素は、上述の材料の任意の適切な混合物から形成されてもよい。例えば、構成要素が、種々の材料を使用して、プロセスを利用して、および／または種々の積層造形機械を使用して形成された複数の層、セグメント、またはパーツを備えてもよい。このようにすることで、任意の特定の用途の要件を満たすために種々の材料および材料特性を有する構成要素が構成され得る。さらに、本明細書において説明される構成要素は、積層造形プロセスにより全体が構成されるが、他の実施形態では、これらの構成要素の全てまたは一部分が、成形、機械加工、および／または任意の他の適切な製造プロセスを介して形成されてもよい点を理解されたい。実際に、材料および製造方法の任意の適切な組合せが、これらの構成要素を形成するために利用され得る。
【００２４】
次に、例示の積層造形プロセスを説明する。積層造形プロセスは、構成要素の例えば三次元コンピュータモデルなどの三次元（３Ｄ）情報を利用して構成要素を作製する。したがって、構成要素の三次元設計モデルが、作製の前に画定され得る。これに関して、構成要素のモデルまたはプロトタイプが、構成要素の三次元情報を決定するためにスキャンされ得る。別の例では、構成要素のモデルが、構成要素の三次元設計モデルを画定するために適切なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムを使用して構成され得る。
【００２５】
設計モデルは、構成要素の外部表面および内部表面の両方を含む構成要素の構成全体の３Ｄ数値座標を含み得る。例えば、設計モデルは、本体、表面、および／または開口、支持構造体等の内部通路を画定し得る。例示の一実施形態では、三次元設計モデルは、例えば構成要素の中心（例えば垂直）軸または任意の他の適切な軸などに沿って複数のスライスまたはセグメントへと変換される。各スライスは、スライスの所定の高さに関して構成要素の薄い断面を画定し得る。複数の連続断面スライスが、共に３Ｄ構成要素を形成する。次いで、この構成要素は、仕上がるまでスライスごとまたは層ごとに「作り上げ」られる。
【００２６】
このようにして、本明細書において説明される構成要素は、積層造形プロセスを利用して作製され得るか、またはより具体的には各層が、例えばレーザエネルギーもしくは熱を利用してプラスチックを溶解または重合することにより、または金属粉末を焼結もしくは溶融することにより、連続的に形成される。例えば、ある特定のタイプの積層造形プロセスが、例えば電子ビームまたはレーザビームなどの電磁放射などの、エネルギービームを利用して、粉末材料を焼結または溶融してもよい。電力、レーザビームスポットサイズ、およびスキャン速度に関する考慮要件を含む任意の適切なレーザおよびレーザパラメータが、利用され得る。構成材料は、特に高温における強度、耐久性、および耐用寿命の向上を目的として選択された任意の適切な粉末または材料によって形成され得る。
【００２７】
各連続層は、例えば約１０μｍ〜２００μｍの間であってもよいが、厚さは、任意の個数のパラメータに基づき選択されてもよく、代替的な実施形態によれば任意の適切なサイズであってもよい。したがって、上述の積層形成法を利用することにより、本明細書において説明される構成要素は、積層形成プロセス中に利用される例えば１０μｍなどの当該粉末層の１つの厚さと同等の厚さの個々の断面を有し得る。
【００２８】
さらに、積層プロセスを利用することにより、構成要素の表面仕上げおよび表面特徴部が、必要に応じて用途によって変更することができる。例えば、表面仕上げは、特にパーツ表面に相当する断面層の周縁部において、積層プロセスの最中に適切なレーザスキャンパラメータ（例えばレーザ出力、スキャン速度、レーザ焦点サイズ等）を選択することによって調節することができる（例えばより平滑にまたはより粗状にすることができる）。例えば、より粗い仕上げは、レーザスキャン速度を上昇させるまたは形成される溶融プールのサイズを縮小することにより実現され、より平滑な仕上げは、レーザスキャン速度を低下させるまたは形成される溶融プールのサイズを拡大することにより実現され得る。また、スキャンパターンおよび／またはレーザ出力が、選択されたエリアにおける表面仕上げを変更するために変更され得る。
【００２９】
特に、例示の実施形態では、本明細書において説明される構成要素のいくつかの特徴は、製造上の制約により以前は不可能であった。しかし、本発明者らは、本開示に一般的にしたがってかかる構成要素の例示の実施形態を展開するために、積層造形技術における現行の進歩を有利に利用した。本開示は、一般的にこれらの構成要素を形成するための積層造形法の利用に限定されず、積層造形法は、製造の容易化、コスト削減、精度の上昇等を含む様々な製造上の利点をもたらす。
【００３０】
これに関して、積層製造方法を利用することにより、複数パーツ構成要素を単体の連続金属片として形成することがさらに可能となり、したがって以前の設計に比べてより少数の下位構成要素および／または接合部を備えることができる。積層造形法によるこれらの複数パーツ構成要素の一体形成により、組立プロセス全体が有利に改善され得る。例えば、一体形成は、組み立てられる必要のある個々のパーツの個数を削減し、したがって関連時間および全体の組立コストを抑制する。さらに、有利には、例えばリーク、個別のパーツ間の接合品質、および全体性能などにおける既存の問題が削減され得る。
【００３１】
また、上述の積層造形方法により、本明細書において説明される構成要素の形状および輪郭をはるかにより複雑かつ精緻なものにすることが可能となる。例えば、かかる構成要素は、薄い積層造形層と、一体の入口マニホルドおよび出口マニホルドを有する独特な流体通路とを備え得る。さらに、積層造形プロセスにより、構成要素の種々の部分がそれぞれ異なる性能特徴を示し得るような、種々の材料を有する単体構成要素の製造が可能となる。製造プロセスのこの連続的な積層性により、これらの新規の特徴を構成することが可能となる。結果として、本明細書において説明される構成要素は、改良された性能および信頼性を示し得る。
【００３２】
上記において簡単に説明したように、ブレーキロータ１０２などのブレーキロータは、典型的にはその回転機械エネルギーを例えば廃熱などの熱エネルギーへと変換することにより車を減速させるために使用される。したがって、典型的には、ブレーキロータは、例えば変形、熱クラック、もしくは欠陥などのブレーキロータに対する損傷を防止するために、または完全なブレーキ故障を防止するために、放熱するための特徴部を備えなければならない。上述するような積層造形技術を利用することにより、ブレーキロータ１０２は、単体のモノリシック片として一体的に形成され、過熱リスクを最小限に抑えることを確保するためにブレーキロータ１０２の冷却性能を改善する様々な特徴部を備え得る。
【００３３】
次に図２〜図５を参照として、本主題の例示の一実施形態によるブレーキロータ１０２が説明される。特に、図２および図３は、ブレーキロータ１０２の部分斜視図を示し、図４および図５は、例示の一実施形態によるブレーキロータ１０２の断面図を示す。図示するように、ブレーキロータ１０２は、一般的には軸方向Ａ、径方向Ｒ、および周方向Ｃを画定する。
【００３４】
図示するように、ブレーキロータ１０２は、第１の円形ディスク１２０および第２の円形ディスク１２２を備え、これらは、一般的には相互から離間されてエアギャップ１２４を画成する。より具体的には、第１のディスク１２０は、第１の制動プレート１３０および外方入口リップ１３２を画定し、第２のディスク１２２は、第２の制動プレート１３４および内方入口リップ１３６を画定する。一般的には、制動プレート１３０、１３４は、ブレーキアセンブリ１００のキャリパー１１０間に位置決めされるように実質的に径方向Ｒに沿って延在する。こうすることで、動作中に、ブレーキパッド１１２が、ブレーキロータ１０２を減速させるために制動プレート１３０、１３４の外方表面に係合するように構成される。
【００３５】
図示する実施形態によれば、各制動プレート１３０、１３４は、軸方向Ａに沿って測定されるディスク厚さ１４０を画定する。図示する実施形態によれば、第１の制動プレート１３０のディスク厚さ１４０は、第２の制動プレート１３４のディスク厚さ１４０と実質的に同等である。しかし、これらの厚さは代替的な実施形態によれば変更されてもよい点を理解されたい。さらに、エアギャップ１２４は、一般的には軸方向Ａに沿って測定されるエアギャップ厚さ１４２を画定する。代替的な実施形態によれば、エアギャップ厚さ１４２のサイズは、所与の用途に対する十分な冷却を与えるためにより高いまたはより低い空気流を実現するように変更されてもよい。しかし、図示する実施形態によれば、エアギャップ厚さ１４２は、ディスク厚さ１４０と実質的に同等である。
【００３６】
一般的に、外方入口リップ１３２および内方入口リップ１３６は、径方向Ｒに沿った延在から軸方向Ａに沿った延在へと概ね移行することにより流入口１４４を画成する。これに関して、内方入口リップ１３６は、径方向Ｒに沿って外方入口リップ１３２の内方に概ね位置決めされる。ブレーキロータ１０２が旋回することにより、冷却空気流（参照数字１４６により示すような）が、流入口１４４内へとおよびエアギャップ１２４を通るように付勢されて、ブレーキロータ１０２を冷却する。特に、本明細書において説明されるように、流入口１４４および／またはエアギャップ１２４は、ブレーキロータ１０２を通過する空気流１４６を改善するために任意の適切なサイズ、ジオメトリ、および空気力学的プロファイルを有し得る。
【００３７】
図示する実施形態によれば、外方入口リップ１３２は、外方前方端部１４８を画定し、内方入口リップ１３６は、内方前方端部１５０を画定する。図示するように、入口リップ１３２、１３６は、軸方向Ａに沿って制動プレート１３０、１３４の外部に延在する。これに関して、例えば外方入口リップ１３２および内方入口リップ１３６は、同一の径方向入口面１５２内の位置まで延在する。
【００３８】
図示する実施形態によれば、ブレーキロータ１０２は、中央ハブ１５４をさらに備えてもよく、この中央ハブ１５４は、第２のディスク１２２から延在し、ホイールハブ１０４上に取り付けるための取付けフランジ１５６を画定する。より具体的には、図示するように、中央ハブ１５４は、軸方向Ａに沿って概ね延在し、取付けフランジ１５６は、中央ハブ１５４の遠位端部から径方向Ｒに沿って概ね延在する。さらに、取付けフランジ１５６は、ホイールハブ１０４およびブレーキロータ１０２を回転可能に結合するためにホイールスタッド１０６を受けるように一般的に構成される複数の取付け穴１５８を画成し得る。
【００３９】
これらの図面に示すように、ブレーキロータ１０２は、内部構造部１６０をさらに備えてもよく、この内部構造部１６０は、エアギャップ１２４内に位置決めされ、例えばブレーキロータ１０２の構造的支持を与えるようになど、第１の制動プレート１３０と第２の制動プレート１３４との間に延在する。さらに、内部構造部１６０は、第１の制動プレート１３０および第２の制動プレート１３４と共に、エアギャップ１２４内に複数の内部通路１６２を画成し、冷却空気流１４６は、これらの複数の内部通路１６２を通りブレーキロータ１０２を通過し得る。特に、ブレーキロータ１０２が積層造形されるため、内部通路１６２は、任意の適切な断面形状を有することができる。これに関して、例えば、内部通路１６２は、冷却空気流１４６を改善するために円形、非円形、または任意の他の適切な形状であってもよい。
【００４０】
図示する実施形態によれば、内部構造部１６０は、隔壁１７０を備え、この隔壁１７０は、実質的に径方向Ｒに沿って延在し、エアギャップ１２４を実質的に半分に区分するようにエアギャップ１２４の中間内に位置決めされた分割エッジ１７２を画定する。代替的には、内部構造部１６０は、複数の隔壁１７０を備えることが可能であり、これらの複数の隔壁１７０は、径方向Ｒに沿って延在し、エアギャップ１２４を複数の軸方向延在通路へと区分するように分割エッジ１７２を画定する。例示の実施形態によれば、分割エッジ１７２は、内部通路１６２を通過する際の空気流１４６の停滞を防止するように丸みをつけられる。隔壁１７０は、第１の制動プレート１３０と第２の制動プレート１３４との間にのみ延在するものとして図示されるが、隔壁１７０は、代替的な実施形態によれば入口リップ１３２、１３６間に延在してもよい点を理解されたい。さらに、ブレーキロータ１０２が２つ以上の隔壁１７０を備えてもよく、または隔壁１７０が制動プレート１３０、１３４間の任意の他の適切な位置に位置決めされてもよい。
【００４１】
さらに、内部構造部１６０は、径方向に延在する内部通路１６２の側部を概ね画定する複数のフィン１７４を備え得る。さらに、フィン１６０が、隣接し合う内部通路１６２同士の間に空気流１４６が通過するのを可能にするように径方向Ｒに沿って離間された複数の間隙１７６を画成し得る。さらに、内部構造部１６０は、複数のタービュレータ１７８を備えてもよく、これらのタービュレータ１７８は、内部通路１６２内に位置決めされ、熱エネルギー伝達の改善のために空気流１４６の表面積を改善するように概ね構成される。例えば、タービュレータ１７８は、隣接し合う内部通路１６２同士の間における流れを混合するために、例えば間隙１７６にて各内部通路１６２の中間になど、径方向Ｒに沿ってフィン１７４からオフセットされて位置決めされ得る。
【００４２】
さらに、内部構造部１６０は、径方向Ｒに沿ってブレーキロータ１０２の周囲エッジ１８２上に位置決めされた複数の排出ポート１８０を画成し得る。一般的に、これらの排出ポート１８０は、空気流１４６がブレーキロータ１０２から退出するのを可能にするために内部通路１６２と流体連通状態にある。さらに具体的には、図示する実施形態によれば、内部構造部１６０は、複数の内部通路１６２のそれぞれと流体連通状態にある２つの排出ポート１８０を画成し、これらの排出ポート１８０は、実質的に径方向Ｒに沿って延在する。さらに、排出ポート１８０は、複数の内部通路１６２よりも小さな断面積を集合的に画定し得る。本明細書において示されるこれらの排出ポート１８０は、例示にすぎず、異なる個数、サイズ、配向等を有してもよい点を理解されたい。
【００４３】
図４および図５に最もよく示すように、内部構造部１６０は、複数の入口ベーン１６４をさらに備えてもよく、これらの入口ベーン１６４は、エアギャップ１２４内に位置決めされ、外方入口リップ１３２と内方入口リップ１３６との間に延在する。一般的に、ベーン１８４は、軸方向Ａに対して湾曲され、エアギャップ１２４に進入する空気流１４６の流量を上昇させるように構成された空気力学的プロファイルを画定する。図示する実施形態によれば、ベーン１８４は、隔壁１７０の上流に概ね位置決めされ、流入口１４４の近傍に位置決めされた前縁部１８６と、後縁部１８８とを画定する。例えば、隔壁１７０の分割エッジ１７２は、ベーン１８４の後縁部１８８の近傍にまたは下流に位置決めされる。例示の一実施形態によれば、ベーン１８４の前縁部１８６は、径方向入口面１５２まで延在してもよく、またはさらには径方向入口面１５２を越えて延在してもよい（例えば軸方向Ａに沿って第１の制動プレート１３０からさらに離れるように）。このようにすることで、ベーン１８４は、ブレーキロータ１０２が旋回することにより空気を取り込むように概ね構成され、これにより空気流１４６を発生させ、この空気流１４６は、ベーン１８４により内部通路１６２内におよび排出ポート１８０外へと送られて動作中のブレーキロータ１０２を冷却する。
【００４４】
一般的に、本明細書において説明されるようなブレーキロータ１０２は、単体の一体片として積層造形され得る。より具体的には、第１のディスク１２０および第２のディスク１２２が、内部構造部１６０およびベーン１８４と共にすべて、単一の製造プロセスにおいて一体的に形成され得る。追加の構成要素を保管する必要性が解消されることに加えて、ブレーキロータ１０２は、製造コストの低下、パーツ信頼性の改善、およびより良好な流れ性能を実現する流動ジオメトリを有するパーツを製造する能力に概ね寄与し得る。
【００４５】
ブレーキロータ１０２は、本主題の態様を説明することのみを目的として本明細書において説明される点を理解されたい。例えば、ブレーキロータ１０２は、例示の構成、構造、およびブレーキロータ１０２を製造する方法を説明するために本明細書において使用される。本明細書において論じた積層造形技術は、任意の適切なデバイスにおける使用のために、任意の適切な目的のために、および任意の適切な産業において、他のブレーキロータを製造するために使用されてもよい点を理解されたい。したがって、本明細書において説明される例示の構成要素および方法は、本主題の例示の態様を説明するためにのみ使用され、本開示の範囲をいかなる点においても限定することを意図されない。
【００４６】
本主題の例示の一実施形態によるブレーキロータ１０２の構造および構成を示したので、本主題の例示の一実施形態によるブレーキロータを形成するための例示の一方法２００を示す。方法２００は、ブレーキロータ１０２または任意の他の適切なブレーキロータを形成するために製造業者により利用され得る。例示の方法２００は、本主題の例示の態様を説明するためにのみ本明細書において論じられ、限定的なものとしては意図されない点を理解されたい。
【００４７】
次に図６を参照すると、方法２００は、ステップ２１０において、積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積することを含む。ステップ２２０は、積層材料層上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に送ることにより積層材料の一部分を溶解しブレーキロータを形成することを含む。上記の例から敷衍すると、積層造形ブレーキロータは、ブレーキロータ１０２であってもよい。これに関して、ブレーキロータは、エアギャップにより離間された第１のディスクおよび第２のディスクを備え得る。内部構造部が、エアギャップ内に位置決めされ、第１の制動プレートと第２の制動プレートとの間に延在して複数の内部通路を画成し得る。複数のベーンが、エアギャップ内に位置決めされ、外方入口リップと内方入口リップとの間に延在し得る。
【００４８】
図６は、図示および論考を目的としてある特定の順序で実施されるステップを示す。本明細書において論じられる方法のいずれかのステップも、本開示の範囲から逸脱することなく様々な方法で適合化、再構成、拡張、省略、または修正され得るものであることが、本明細書において示される開示を利用することにより当業者には理解されよう。さらに、方法２００の態様が、一例としてブレーキロータ１０２を使用して説明されるが、これらの方法は、任意の適切なブレーキロータを作製するために適用され得る点を理解されたい。
【００４９】
ブレーキロータ、およびこのブレーキロータを積層造形するための方法を上述した。特に、ブレーキロータ１０２は、本明細書において説明されるように実際の実装が積層造形プロセスにより容易化される性能強化ジオメトリおよび流通路を概ね備え得る。例えば、本明細書において説明される積層造形方法を利用することにより、ブレーキロータ１０２は、冷却空気流を最適化し、ブレーキロータの構造剛性を改善するために個別に形成されたベーンおよび内部構造部を備えることができる。これらの特徴部は、作製プロセス中に低い追加コストまたは追加コスト無しでブレーキロータへと容易に一体化されるように、ブレーキロータの設計中に導入され得る。さらに、ディスク、内部構造部、ベーン、および全ての他の特徴部を備えるブレーキロータ全体が、単体モノリシック構成要素として一体的に形成され得る。
【００５０】
本明細書の説明は、ベストモードを含む本発明を開示するために、ならびに任意のデバイスまたはシステムの作製および使用と任意の組み込まれる方法の実施とを含む本発明を任意の当業者が実施できるようにするために、例を使用する。本発明の特許請求可能範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者により想起される他の例を含み得る。かかる他の例は、特許請求の範囲の文言から逸脱しない構造要素を備える場合には、または特許請求の範囲の文言から実質的に相違のない均等な構造要素を備える場合には、特許請求の範囲内に含まれるように意図される。
【００５１】
さらに、本開示は、以下の項による実施形態を含む。
１．軸方向、径方向、および周方向を画定する積層造形ブレーキロータであって、
第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスクと、
第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように前出の第１のディスクから離間された第２のディスクと、
複数の内部通路を画成するように前出の第１の制動プレートと前出の第２の制動プレートとの間に延在する内部構造部と、
前出の外方入口リップと前出の内方入口リップとの間に延在する複数のベーンと
を備える、積層造形ブレーキロータ。
２．前出の内部構造部は、隔壁を備え、前出の隔壁は、前出の径方向に沿って延在し、前出のエアギャップを複数の軸方向延在通路へと区分するように分割エッジを画定する、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
３．前出の隔壁の前出の分割エッジは、前出のベーンの後縁部の近傍に位置決めされる、項２に記載の積層造形ブレーキロータ。
４．前出の内部構造部は、前出の内部通路を画成する複数のフィンを備える、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
５．前出の内部構造部は、前出の径方向に沿って前出のフィンからオフセットされて位置決めされたタービュレータを備える、項４に記載の積層造形ブレーキロータ。
６．前出の内部構造部は、前出の内部通路と流体連通状態にある複数の排出ポートを画成し、前出の排出ポートは、前出のブレーキロータの周囲エッジを貫通して前出の径方向に沿って延在する、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
７．各内部通路が、複数の排出ポートと流体連通状態にある、項６に記載の積層造形ブレーキロータ。
８．前出の複数の排出ポートは、前出の複数の内部通路よりも小さな断面積を画定する、項６に記載の積層造形ブレーキロータ。
９．前出のベーンは、前出の軸方向に対して湾曲される、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１０．前出の外方入口リップは、外方前方端部を画定し、前出の内方入口リップは、内方前方端部を画定し、前出の外方前方端部および前出の内方前方端部は、前出の軸方向に沿って前出の第１の制動プレートを越えて延在する、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１１．前出の外方前方端部および前出の内方前方端部は、単一の径方向面内に位置決めされる、項１０に記載の積層造形ブレーキロータ。
１２．前出の複数のベーンのそれぞれが、前出の単一の径方向面の実質的に近傍に延在する前縁部を画定する、項１１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１３．前出の第１のディスクおよび前出の第２のディスクのそれぞれが、ディスク厚さを画定し、前出のエアギャップは、エアギャップ厚さを画定し、前出のディスク厚さは、前出のエアギャップ厚さと実質的に同等である、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１４．前出の第１の制動プレートおよび前出の第２の制動プレートは、実質的に前出の径方向に沿って延在する、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１５．前出のブレーキロータは、
前出の第２のディスクから延在し、複数の取付け穴を有する取付けフランジを画定する中央ハブ
を備える、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１６．前出の第１のディスク、前出の第２のディスク、前出の内部構造部、および前出の複数のベーンは、単体モノリシック構成要素として積層造形される、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１７．前出のブレーキロータは、複数の層を備え、前出の複数の層は、
積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積することと、
前出の積層材料の一部分を溶解するために結合剤により前出の材料を選択的に結合することと
によって形成される、項１に記載の積層造形ブレーキロータ。
１８．ブレーキロータを製造する方法であって、
積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積するステップと、
前出の積層材料の一部分を溶解し前出のブレーキロータを形成するために前出の積層材料層上にエネルギー源からのエネルギーを選択的に送るステップであって、前出のブレーキロータは、
第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスクと、
第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように前出の第１のディスクから離間された第２のディスクと、
前出のエアギャップ内に位置決めされ、複数の内部通路を画成するように前出の第１の制動プレートと前出の第２の制動プレートとの間に延在する内部構造部と、
前出のエアギャップ内に位置決めされ、前出の外方入口リップと前出の内方入口リップとの間に延在する複数のベーンと
を備える、ステップと
を含む、方法。
１９．前出の内部構造体は、隔壁を備え、前出の隔壁は、径方向に沿って延在し、前出のエアギャップを複数の軸方向延在通路へと区分するように分割エッジを画定し、前出の分割エッジは、前出のベーンの後縁エッジの近傍に位置決めされる、項１８に記載の方法。
２０．ブレーキロータを製造する方法であって、
積層造形機械のベッド上に積層材料層を堆積するステップと、
前出の積層材料の一部分を溶解し前出のブレーキロータを形成するために結合剤により前出の材料を選択的に結合するステップであって、前出のブレーキロータは、
第１の制動プレートおよび外方入口リップを画定する第１のディスクと、
第２の制動プレートおよび内方入口リップを画定する第２のディスクであって、エアギャップを画定するように前出の第１のディスクから離間された第２のディスクと、
前出のエアギャップ内に位置決めされ、複数の内部通路を画成するように前出の第１の制動プレートと前出の第２の制動プレートとの間に延在する内部構造部と、
前出のエアギャップ内に位置決めされ、前出の外方入口リップと前出の内方入口リップとの間に延在する複数のベーンと
を備える、ステップと
を含む、方法。
【符号の説明】
【００５２】
１００  ブレーキアセンブリ
１０２  ブレーキロータ
１０４  ホイールハブ
１０６  ホイールスタッド
１１０  キャリパー
１１２  ブレーキパッド
１１４  可撓性ブレーキホース
１１６  摺動ピン
１２０  第１の円形ディスク
１２２  第２の円形ディスク
１２４  エアギャップ
１３０  第１の制動プレート
１３２  外方入口リップ
１３４  第２の制動プレート
１３６  内方入口リップ
１４０  ディスク厚さ
１４２  エアギャップ厚さ
１４４  流入口
１４６  冷却空気流、空気流
１４８  外方前方端部
１５０  内方前方端部
１５２  径方向入口面
１５４  中央ハブ
１５６  取付けフランジ
１５８  取付け穴
１６０  内部構造部、フィン
１６２  内部通路
１６４  入口ベーン
１７０  隔壁
１７２  分割エッジ
１７４  フィン
１７６  間隙
１７８  タービュレータ
１８０  排出ポート
１８２  周囲エッジ
１８４  ベーン
１８６  前縁部
１８８  後縁部
【図１】
2019203601.tif 000003
【図２】
2019203601.tif 000004
【図３】
2019203601.tif 000005
【図４】
2019203601.tif 000006
【図５】
2019203601.tif 000007
【図６】
2019203601.tif 000008
【外国語明細書】
2019203601000001.pdf