JP2005090757A - ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクブレーキの負荷液圧に応じてピストン戻し量が変わり、パッドとピストンとの間の非制動時隙間が過不足の無い大きさで常時ほぼ一定に保たれるようにすることである。
【解決手段】キャリパ２のシリンダ３内面にシール溝５を設け、そのシール溝５に納めるピストンシール１をピストン４の前進時に面取り部６の範囲でピストン４に追従させ、それによって生じるピストンシール１の弾性復元力でピストン４を除圧時に引き戻すリトラクション機構において、シール溝５の溝深さＬの２５〜７０％に相当する外径側領域でシール溝５の溝幅を狭くしてピストンシール１の外径部とシール溝５との軸方向隙間を零にするか又はピストンシール１に軸方向の締代をもたせた。この技術と周知技術である面取り部６の大きさの選択を組み合わせてピストンシール１によるピストン戻し量を負荷液圧に応じたものにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車・二輪車等の車両用或いは産業用のピストンリトラクション（ピストン戻し）機構を持ったディスクブレーキ装置に関する。

液圧作動の一般的なディスクブレーキにおいては、制動時に前進して摩擦パッド（以下、単にパッドと云う）をディスクロータ（以下、ディスクと云う）に押し付けたブレーキピストン（以下、ピストンと云う）を、除圧時（制動解除時）にピストンシールと称されるゴムリングで引き戻すピストンリトラクション機構が設けられている。

この機構は、図１に示すように、キャリパ２に加工されるシリンダ３の内面にシール溝５を設け、この溝５にピストンシール１を納めてこのシールの内径側をシリンダ３に挿入したピストン４の外周に圧接させるもので、シール溝５の反液圧側（ディスクに近い側）の溝縁が適度に面取りされ（図１（ｂ）の６が面取り部）、その面取りの範囲でピストンシール１の内径側が前進するピストン４に追従して図２（ｂ）のように弾性変形し、それによって生じる弾性復元力で除圧後にピストン４が図２（ｃ）のように引き戻されるようになっている。

なお、ピストンシール１の弾性変形がシール溝５の面取り部６によって制限された位置からピストン４が更に押し出されるとシールとピストン間に滑りが生じ、これにより、パッドの摩耗に対する補償がなされてピストンの戻しが常時、同じ条件のもとで行われるようになっている。

この機構によるピストン戻し量は、後述する理由からディスクブレーキの仕様に合わせてそれぞれにその値を定める必要があるが、これまでは、上述したシール溝の反ディスク側溝縁の面取りの大きさ（図２（ａ）のＷ）を変える方法でその戻し量の調整を行っていたため、下記の問題が生じていた。

制動時の負荷液圧によるキャリパの撓み量とパッドの圧縮変形量はブレーキの仕様によって異なる。図６に、あるブレーキにおける任意の液圧Ｐでのパッドの圧縮変形量とキャリパの撓み量の関係を示す。ピストン戻し量はパッドの圧縮変形量とキャリパの撓みが大きくなればその分大きくする必要があるが、従来のリトラクション機構による戻し量は、線Ｃ₁ 、Ｃ₂ で示すようにやや傾斜した直線或いはこれに近似した曲線で表され、曲線Ａ（最少必要戻し量）から大きくかけ離れている。

従来の機構では、ピストンの進み量がシール溝の面取り量よりも小さいときにもピストンシールが液圧に押されて面取り部による移動規制位置まで変形し、それによりピストン戻し量が平均化（低圧域では液圧増に応じて急増し、高圧域では殆ど増加しない、の意。）されてしまう結果、戻し量が負荷液圧に対応しない。

従って、今、図１中のブレーキについてピストン戻し量が線Ｃ₁に沿うように設定されているとしたら、負荷液圧Ｐ₁ 時を境にして、また、設定戻し量が線Ｃ₂に沿うものである場合には負荷液圧Ｐ₂時を境にしてそれぞれピストン戻し量が液圧大の領域で不足し、液圧小の領域で過大になってしまう。

このうち、戻し量不足はパッドによる引きずりトルク増大の原因となり、一方、戻し量過大は、パッドとピストンとの間の非制動時隙間が必要以上にあいてブレーキペダルの遊び（無効ストローク）を大きくし、かつ、ペダルフィーリングを悪化させる原因となる。

そこで、下記特許文献１、２等に示されるような改善策が考えられているが、これ等は、広い範囲でピストン戻り量が液圧に応じて理想的に変わるものにはなっていないか、又は部品点数が増し手段が複雑である等の問題がある。
特開平５−１３３４２９号公報 特開平６−２４９２７５号公報

本発明は、上記の問題を無くすために、ピストン戻り量を簡単かつ確実に理想曲線に近づけられるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明においては、ピストンシールを納めるシール溝の外径側（シール溝深さの２５〜７０％に相当する領域）でピストンシールをシール溝との軸方向隙間が零又は適度な締代が生じる状態にして固定する。この構造の場合、シールのゴム硬度は８０ＩＲＨ以下であってもよい。

なお、ここで云うシール溝深さとは、シール溝中間点の深さＬ（図３参照）を云う。また、適度な締代とは軸方向圧縮率が１５％程度までを云う。

この発明ではピストンシールの外径側をシール溝に固定するので、シール外周部からシール溝との間に軸方向隙間が生じる位置に至る空気抜き路を備えさせておくのが望ましい。

ピストン戻り量を理想曲線に近づけるためには、従来のピストン戻し特性において、低液圧負荷時のピストン戻し量（イニシャル値）を低減させ、かつ、負荷液圧に対するピストン戻し量の増加割合（図６の線Ｃ₁ 、Ｃ₂ の傾き度合）を大きくしなければならない。そこで、一般にピストン戻し量の決定因子となるシール溝溝縁の面取り量、ピストンシールの材料硬度、ピストン及びピストンシールの相互接触面の面粗度、ピストンシールの径方向圧縮率（締め代）の４つの因子のうち、ピストン戻し量とその戻し量の増加割合に及ぼす影響が特に大きいものについて調べた。図７がその結果である。ここでのピストン戻し量は、自動車における制動液圧を考慮し、０〜１４０ｋｇｆ／ｃｍ² の間でピストン戻し量及びその変化割合を調べた。この試験結果から、ピストン戻し量とその戻し量の増加割合を大きく左右するのは、シール溝の面取り量とピストンシールの硬度であることが判る。

そこで、本発明においては、ピストンシールの外径側をシール溝に（シリンダに）固定するようにした。これによりシールの拘束点が内径面に近づき、ゴム硬度を高めたときと同様、シールの腰が強くなるため、ブレーキ作動時のシール変形が少なくなり、「ピストンの進み量がシール溝面取り量よりも小さいときにもシールが液圧に押されて面取り部による移動規制位置まで変形してしまう」不具合が改善される。また、シールの外径側が固定されていることでピストンをゴム弾性力で戻すときの復元スピードが速くなり、復元位置もより確実に元の位置に戻るようになる。これは、速いスピードでブレーキを繰り返し踏んだ時、ブレーキのストロークの変化が少なくなってペダルフィーリングの変化が生じ難いと云う効果に結びつく。

図１乃至図５を参照して本発明のピストンリトラクション機構付きディスクブレーキ装置の具体例について説明する。

図１は、浮動型ディスクブレーキを示しており、キャリパ２のインナ側に形成されるシリンダ３にピストン４が挿入されている。また、シリンダ３の内径面にはシール溝５が設けられ、その溝にリング状のピストンシール１が納められている。そのピストンシール１は、ピストン４の外周に締め代をもたせて嵌めてあり、ピストン外周の液封がこのピストンシール１によって行われる。なお、図１（ａ）の７はパッド、８はディスクを示している。

シール溝５の反液圧側には、溝縁を図２（ａ）に示すＷの大きさに除去する面取り部６が設けられている。

以上の構成は、従来のピストンリトラクション機構のディスクブレーキと同じである。即ち、例示のブレーキは、従来品との相違点として、ピストンリトラクション機構を構成するシール溝５の溝底側の幅を狭くしその部分にピストンシール１の外径側をシール溝との間の軸方向隙間がほぼ零となるか又は適度の締代が生じる状態に挿入している。

従来の機構の場合、ピストンシールの硬度が低い（即ち剛性が低い）ため、ピストン変位量が小さい低液圧負荷時にも図２（ｂ）のように、ピストンシール１が面取り部６に規制される位置まで動いてしまうが、本発明では、そのピストンシール１の低負荷液圧時の変形量が小さく、ピストン変位が小さければ図２（ｄ）のようにピストンシール内径側の変形も小さく抑えられる。また、負荷液圧が高まって図２（ｄ）の位置からピストン４がさらに左方に動くとピストンシール１は面取り部６による移動規制を受けるところまで追従して変形し、その変形が負荷液圧に対応したものになる。したがって液圧変動巾の増加に従い、ピストン戻し量も大きくなる。

図３は、本発明のブレーキの要部を示している。このディスクブレーキは、ピストンリトラクション機構を構成するシール溝５の溝底側の幅を狭くしてその部分にピストンシール１の外径側を、シール溝との間の軸方向隙間がほぼ零となるか又は適度の締代が生じる状態に挿入している。

これにより、ピストンシール１の外径側がキャリパ２に固定され、低液圧負荷時にシール内径側が必要以上に変形することが抑制される。また、図のように、溝幅を狭くした部分とそうでない部分に段差ｈができるため、その部分に生じる隙間ｇによりピストンシール１に続いてピストン４を組付ける時、溝のエッジとピストン間にシール１が挾まれて傷付くと云う問題も解消される。

なお、ピストンシール１の外径側の固定領域は、シール溝巾（軸方向）中間点における溝深さＬの２５〜７０％程度とする。固定領域がそれより狭いと変形抑制の効果が充分でなく、逆に広過ぎると変形抑制の効果が過大になって負荷液圧に対するピストン戻し量の増加割合を大きくするのが難しくなる。

また、この図３のピストンシール１をシール溝５に組付ける時、溝の狭幅部の入口がシールに塞がれると溝内の空気の逃げ場がなくなってシールの組付けに支障が出る。従って、逃げ道となる空気抜き路をピストンシール１に設けておくのがよく、その空気抜き路は、図４に示すように、外径側から内径側に向かって延びる溝９（この溝は最低ひとつあればよい）を設けて、或いは図５に示すように、複数の突起１０を設けて作り出すことができる。シールの外周から端面の途中に抜ける孔を設けてそこから空気を抜くことも可能であるが、シールの加工性を考えると、図４、５の溝や突起の方が有利である。

以上述べたように、本発明によれば、ディスクブレーキの負荷液圧に応じてピストン戻し量が理想的に変わるので戻し量の過不足が抑えられてパッドとピストンとの間の非制動時隙間が常時ほぼ一定に保たれ、ブレーキペダルの遊び量の増加やペダルフィーリングの悪化を懸念することなく引きずりトルクの低減を図ることができる。

従って、引きずりトルクの低減による燃費改善やブレーキペダル（或いはブレーキレバー）のフィーリングが重視される自動車・二輪車用ディスクブレーキに適用すると特に大きな効果を期待できる。

（ａ）：浮動型ディスクブレーキの断面図、（ｂ）：同上のブレーキのピストンリトラクション機構の拡大図 ピストンリトラクション機構によるピストン引戻しの原理を、（ａ）：液圧無負荷時、（ｂ）：液圧負荷時、（ｃ）：液圧解除時、（ｄ）本発明での低液圧負荷時の４状態に分けて示す図 ピストンシールの外径側をシール溝に固定したこの発明のブレーキの要部拡大断面図 （ａ）：図３のピストンシールを溝付きのものにした状態の断面図、（ｂ）：同上の溝付きピストンシールの背面図 （ａ）：図３のピストンシールを突起付きのものにした状態の断面図、（ｂ）：同上の突起付きピストンシールの背面図 ディスクブレーキのピストン変化量の違いと従来の機構によるピストン戻し量を示す図表 ピストン戻し量と戻し量の変化割合に対する変動因子の影響度合を示す図表

符号の説明

１ ピストンシール
２ キャリパ
３ シリンダ
４ ピストン
５ シール溝
６ 面取り部
７ パッド
８ ディスク
９ 溝
１０ 突起
ｈ 段差
ｇ 隙間

Claims (2)

1. キャリパに加工されるシリンダの内面に、反液圧側溝縁を面取りしたシール溝を設け、そのシール溝にゴム製ピストンシールを嵌め、このピストンシールを前記シリンダに挿入されるブレーキピストンの外周に圧接させて前記シリンダとブレーキピストン間を液封すると共に、ブレーキピストンによるパッド加圧時に前記面取り部の範囲でピストンシールの内径側をブレーキピストンに追従させて弾性変形させ、シリンダの除圧時にそのシールの弾性復元力で前記ピストンを引き戻すピストンリトラクション機構のディスクブレーキ装置において、前記シール溝の溝深さＬの２５〜７０％に相当する外径側領域でシール溝の溝幅を狭くしてピストンシールとシール溝との軸方向隙間を零にするか又はピストンシールに軸方向の締代をもたせ、ブレーキピストンによるパッド加圧時に前記面取り部の範囲でピストンシールの内径側をブレーキピストンに追従させて弾性変形させるピストンシールの低負荷液圧時の液圧による変形量を小さくしたことを特徴とするディスクブレーキ装置。
2. 前記ピストンシールに、そのシールの内周側からシール外周に至る空気抜き路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ装置。

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