JP2005537440A - ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

自己サーボ効果を有する電子制御式ディスクブレーキであって、ブレーキディスク（１）に連動するブレーキパッド（３）を備えた斜面プレート（２）と、ブレーキディスクを横切る制御力を傾斜プレートに適用するアクチエータ（１４）と、斜面ブリッジ（４）と、斜面プレート（２）と傾斜ブリッジ（４）の互いに対向する表面上の斜面（２’、４’）の間で移動自在に設けられるローラー（６）とを備える。これらの各部材による構造によれば、斜面プレート（２）のブレーキディスク（１）の接線方向に沿う動きにより、斜面プレートがブレーキディスクから離れるか近づくようになる。

Description

本発明は、自己サーボ効果を有する電子制御式ディスクブレーキに関連する。

従来より乗り物に設けられるディスクブレーキは、回転するブレーキディスクに対してブレーキパッドを適用することにより自己サーボ効果が得られることが知られており、ブレーキディスクに対してブレーキパッドが斜面手段または同様の手段の上で接線方向に相対的に移動できるように設けられている。

特に油圧式または空圧式のブレーキのアクチエータが使用される場合において、大きな自己サーボ効果が望まれるときには、上記の設計における問題点として、比較的に操縦性が乏しくなる点が挙げられる。

近年になり、電子制御式ブレーキのアクチエータの使用が増加してきており、ブレーキの操縦性を大きく改良するために電動モータの使用を見かける。

本発明は、この種のディスクブレーキにおいて、極力簡単、安価および効果的であり、低レベルの作動エネルギーと、軽量さ、および高い信頼性を提供することができ、常用ブレーキ制動時ばかりでなく駐車制動時にも重要となるブレーキディスクの正逆の回転方向の自己サーボ効果を得ることのできるディスクブレーキの提供を目的としている。

上記の目的は、以下の構成を具備するディスクブレーキにより得られる、すなわちブレーキディスクと連動するブレーキパッドを有する斜面プレートと、
制御力をブレーキディスクを実質的に横切るように斜面プレートに適用するためのアクチエータと、
斜面ブリッジと、
斜面プレートと斜面ブリッジの互いに面する表面の斜面で移動自在のローラーとを具備し、ブレーキディスクの接線方向の斜面プレートの動きにより、斜面プレートがブレーキディスク側に向かうかあるいは離れるように構成される。

斜面プレートがブレーキディスクと実質的に常時平行となる位置関係にできるようにするために、望ましくは斜面プレートと斜面ブリッジの間には、２つの斜面プレートと２つのローラーの構成が設けられると良く、他の構成の場合にはこのような構成部品の数はより多く設定されることになる。

通常、斜面ブリッジはブレーキディスクを跨ぐように配置されるブレーキキャリパーに取り付けられる。

ディスクブレーキに必要となる特性に応じて、斜面は平面あるいは曲面で形成されることになる。

特に、斜面が曲面で形成される場合には、各ローラーの動きは共通のローラーケージにより同期して移動されるであろう。

アクチエータが空圧式または油圧式であることは既に述べたが、このアクチエータとして電動モータを使用することが望ましい。

第１の代替手段として、制御棒によって制御力が適用されるであろう。

しかしながら、現段階で望ましい第２の代替手段としては、斜面プレートと斜面ブリッジの間に設けられる偏芯機構に制御力が適用され、この偏芯機構の偏芯度から決定される斜面プレートと斜面ブリッジとの間の距離が電動モータにより調節されることで、制御力が適用されることになる。

望ましくは、電動モータからの動力伝達系において、電動モータへの通電が行われず正逆回転方向のいずれにも回転しないときに、電動モータの出力軸を非回転可能に保つためのブレーキ手段が設けられると良い。

実際的な実施形態によれば、電動モータの回転力は、電動モータ軸から傘歯車ディスクまでの間で形成される角度伝達系を介して偏芯機構に伝達される一方、この角度伝達系は斜面ブリッジに対して回転可能に取り付けられており、偏芯機構の一部を構成する。

望ましくは、電動モータの回転力は、傘歯車ディスクと噛合する電動モータ軸上の傘歯車を介して偏芯機構に伝達されるか、または傘歯車と傘歯車ディスクの代わりに設けられるウォームギヤ機構が使用され、偏芯機構に対して回転力が伝達されるであろう。

斜面ブリッジは固定された電動モータに相対的に移動できるので、傘歯車は電動モータの出力軸に対してスプライン嵌合されることで軸方向に移動できる。

ディスクブレーキのブレーキクリアランスの調整機能を得ることで、ブレーキパッドの摩耗に伴う制動時の補正を行うために、斜面ブリッジのブレーキキャリパーに対する相対的な位置については２つの調整ねじによりブレーキディスを横切る方向に調整されるであろう。

望ましくは、２つの調整ねじはチェーンあるいは同様のものによって同期回転できるように接続される。

ディスクブレーキの制御システムを提供するために、接線方向のブレーキ力を示す信号を発生し伝達するための力計測手段を斜面ブリッジとブレーキキャリパーの間に配置することができる。

もしも力計測手段が、斜面ブリッジのいずれの側にも配置される場合には、正逆の双方の回転方向で信号を得ることができ、ディスクブレーキは任意の位置に取り付けることができる。

ブレーキディスクの軸方向の力を示す信号を発生し伝達するための力計測手段が、調節ねじとブレーキキャリパーの間に配置される。

第１の実施形態では、偏心機構のクランクロッドの一端が斜面プレートにまた他端が傘歯車ディスクに対して偏心して回動自在に設けられる。

第２の実施形態では、偏心機構のローラーが、偏心されて回動自在に傘歯車に取り付けられ、ローラーは、ブレーキディスクに実質的に平行となるように斜面プレートに形成されたスロットと係合する。

図１に図示されるように、ブレーキディスク１が矢印１’の向きに回転している。このブレーキディスク１と任意に制動連動するブレーキパッド３が斜面プレート２に設けられている。この斜面プレート２は斜面ブリッジ４に対して可動自在に接続されており、ここでは説明の簡素化のために線で図示されている接続手段５により、斜面ブリッジは固定されていると見なすことができる。

これらの互いに面している表面において、曲面または平面的な斜面２’と４’がそれぞれの斜面プレート２と斜面ブリッジ４に設けられる。ローラー６は斜面２’と４’の間で自由に回転自在に設けられる。

静止位置(または、制動されない非適用のブレーキ位置)では、斜面プレート２(ブレーキパッド３を有する)と、ローラー６および斜面ブリッジ４とを具備するユニットは、回転するブレーキディスク１からブレーキパッド３がわずかな距離だけ離れ、ローラー６が斜面２’と４’の「底部」に位置する。

制動時には、ブレーキディスク１（換言すれば、実質的な軸方向)の板厚方向を横切る向きの制御力が、斜面プレート２に適用され、図示の場合にはブレーキパッド３とディスク１との間での接触状態が確立されるまで、接続手段５の上方の矢印方向に制御力が適用される。摩擦力の手段によって、斜面プレート２が図面の左側に移動されると、ローラー６は関連する斜面２’と４’上を転がることで、この制御力以外にはいかなる外部の制動力を適用することなく、制動に必要な適用力を得ることができる。換言すると、このブレーキ装置は自己サーボ効果を有することになる。

適用力は、制御力によって制御される場合があり、この制御力は正または負である。この正負の制御力は、接続手段５の下側の矢印で図示されているが、図１では詳しくは図示されておらずまた記述もされていない。

ブレーキディスク１が逆方向に回転する場合にも、それぞれに二重の斜面２’と４’が設けられているので、上記と同様の方法で機能する。

図示される構成の場合には、斜面２’と４’が曲面を形成しているが、この代わりに平面で形成されることもある。斜面が特定の反りを有することによって、ブレーキ制動に必要となる所定の特性を得ることができる。

図２では、ブレーキディスク（不図示）を跨ぐように配置されるブレーキキャリパ７が模式的に図示されている。このキャリパー７では斜面プレート２のブレーキパッド３の反対側になるようにしてブレーキディスクのブレーキパッド８が設けられている。ローラー６は斜面プレート２の上の両側の斜面２’と、キャリパー７の上の対応する斜面７’の間に配置されている。軸方向の制御力を、ローラーまたはボール１０を介して斜面プレート２に対して制御棒９により適用することができる結果、斜面プレート２がブレーキディスク(不図示）に対する垂直方向または接線方向に移動できる。

上述と同様の方法により、ブレーキディスク(不図示）とブレーキパッド３の間の摩擦力により斜面プレート２は移動され、自己サーボ効果を伴う制動が斜面２’と７’を転がり上がるローラー６によって達成されることになる。

２つのローラー６は、ブレーキパッド３を有する斜面プレ−ト２のプレーキパッド３がブレーキディスクに対して実質的に平行になるように支持するために必要となる。

この構成では、制御力は制御棒９によって適用される。ブレーキディスク１にブレーキパッド３を自動的にロックさせないようにするために、傾斜角の適切な選択を行えば、常時正になる制御力によって適用力を制御することができる。

図３は、図２と実質的に同じ種類のブレーキ構成を図示しており、より多くの特徴点とより高度の構成を備えている。

ここでも、ディスクブレーキキャリパー７はブレーキディスク(不図示）を跨ぐように配置される。このキャリパー７にはブレーキパッド８が設けられる。ブレーキディスクの反対側にブレーキパッド３を備える斜面プレート２が設けられる。斜面ブリッジ４が２つの調整ねじ１１によってキャリパー７で支えられる。２つのローラー６は、斜面プレート２と斜面ブリッジ４の斜面２’と４’の間にそれぞれ配置される。

制御棒９は、斜面ブリッジ４の中で軸方向に可動に案内され、ボールまたはローラー１０に作用する制御力を、ロッドプレート９’を介して適用する。

また、斜面プレート２に適用される負の制御力は、斜面プレート２にケージ２’が設けられており、このケージ２’に制御棒プレート９’と接触するリターンローラ１２を内蔵することで、負の制御力を制御棒９に作用できるようにしている。実際には、電動モータ(不図示）によって制御棒は回転されることで、制御棒の軸方向の運動は斜面ブリッジ４と制御棒９の間に配置されるボールねじ構成１３により実行されるであろう。

調整ねじ１１の目的は、ブレーキパッド３がブレーキディスク（不図示）からわずかに離れた状態となるように斜面プレート／斜面ブリッジのユニットを、適性な位置に配置することにより制動のための準備をすることである。

図３に図示の構成によれば、制御棒９を回転させる電動モータへの通電と非通電を行うことにより即時の制動制御が可能となり、また制御可能な自己サーボ効果が２個のブレーキパッド３の間に配置されたブレーキディスクの正逆方向の回転時に得られる。

図４に図示されるディスクブレーキ構成は、図３に図示される構成と機能的に類似する構成を備えている。この図では、キャリパーは付属物かあるいはサポート部分として図示される一方で、ブレーキディスク１が、斜面プレート２の上のブレーキパッド３と協働する様子が示されている。

斜面ブリッジ４は、斜面ブリッジ４の２つのねじ穴に２つの調節ねじ１１の手段が螺合されることにより図示のようにキャリパーに接続される。２つのローラー６は、斜面プレート２と斜面ブリッジ４にそれぞれ形成された斜面２’と４’の間に配置される。

図４または他の図では図示されていないが、特に曲面を形成した斜面２’と４’を備えるときに、ローラー６のための共通のローラーのケージを設けることは、各ローラー６（実際の各ローラの個数如何にかかわらず）の完全な制御と完全な同期運動を得るために有利となるであろう。

この図４の構成では制御力を得るための機構は、図３の構成の機構と異なっている。

電動モータ１４は回転速度減速ギヤボックス１６により出力軸１５を、正逆方向のいずれの方向にも回転速度で回転させることができる。斜面ブリッジ４からの腕１８により支持される傘歯車１７は、出力軸１５により回転させることができる上にスプライン嵌合により軸方向に移動できる。この傘歯車１７は、傾斜ブリッジ４により回転自在に支持された傘歯車ディスク１９に対して連動するように噛合している。この傘歯車ディスク１９に対して、斜面プレート２において一端が回転自在に設けられたクランクロッド２０が偏心して接続されている。

電動モータ１４からの回転力をギアボックス１６を介して傘歯車１７に正逆方向に伝え、傘歯車ディスク１９を回転することで、斜面ブリッジ４に対する斜面プレート２の相対位置を設定することができる。この場合、制御力はクランクロッド２０によって伝えられることになる。ブレーキパッド３とブレーキディスク１との間で摩擦による一体化が確立されたときに、ブレーキ作動力の増幅は、ブレーキディスク１との摩擦連動によって斜面プレート２が接線方向に移動されるにともない斜面２’と４’を登るように回転するローラー６によって達成されることになる。ブレーキ作動力は、電動モータ１４を正逆方向のいずれかに回転させることで正確に制御される。

調整ねじ１１は、ブレーキパッド３(および、ブレーキディスク１の反対側の対応するブレーキパッド)の摩耗の度合いに関連させて、斜面ブリッジ４の位置を調整するために設けられる。これらの調整ねじ１１を同期して回転させることは、ギヤボックス１６からチェーン２１を介して実施される。

電動モータ１４からの動力伝達系において、乗り物の運転手またはブレーキの制御システムから命令が無いときに、電動モータ１４が正逆方向に回転することを停止して電動モータ１４の電流消費するのを防ぐ目的で積極的または受動的なブレーキ手段１４’が設けられている。ちなみに、このブレーキ手段１４’は、電動モータ１４が正逆方向のいずれにも回転しないように通電されないときに、回転するモータ軸を非回転可能に保つ機能を有している。

ここに記述した種類の自己サーボ効果を有するディスクブレーキでは、必要なブレーキ機能を得るために電動モータ１４の回転制御を司るための制御システムを組み込むことがかなり重要となる。この制御機能における重要なパラメータの一つは、実際に得られる接線方向のブレーキ力である。本実施形態の場合では、このパラメータは以下の方法により評価されるであろう。

適当な種類の力計測手段が、単に図示されるキャリパー７と斜面ブリッジ４の間に配置される。このような力計測手段によれば、接線方向のブレーキ力を示す信号を送信することができる。

例えば、望ましくはゴムのような圧力伝達媒質２２が斜面ブリッジ４を横切る端部の穴部の中に配置されており、プランジャー２３によりキャリパーに対して接触するように作用している。プッシュ棒２４は、その一端が上記の媒質２２に接触しており、他端がセンサ要素２５に接触している。このプッシュ棒２４により伝達される力を示す信号であって、媒質２２に作用する圧力は、このセンサ要素２５からブレーキの制御システムに伝達することができる。

また、ブレーキディスク１が逆方向への回転するときにもブレーキ信号を得ることができるように、これに類似した力計測手段が斜面ブリッジ４の反対側の端部にも配置されるか、あるいは換言すればブレーキ構成が取り付けられる乗り物の左右反対側の駆動系に配置されるであろう。この構成におけるさらなる利点は、ディスクブレーキは乗り物の右側または左側に取り付けることができる点である。

さらに、これに類似した力計測手段（不図示）がキャリパー７と調整ねじ１１の間に配置されることで、ブレーキディスク１を横切る力を示す信号を得るか、あるいは換言すれば軸方向の力をブレーキシステムの制御のために印加することができる。

図５は、図４に図示した構成例を多少変更した様子を示している。説明の簡略化のために、図４と図５とで異なる構成部品についてのみ符号を附してある。（ただし、図５と後述する図６において、電動モータブレーキ手段１４’とギヤボックス１６は省略されている。)
図５による構成例によれば、調整ねじ１１は非回転状態でキャリパーに取り付けられる一方で、斜面ブリッジ４には２本の調節ねじ１１において斜面ブリッジが同期移動できるようにするためにチェーン２１が連結された回転可能なナット２６が設けられている。

図６に示したさらなる実施形態によれば、図４に示した構成と多くの類似個所があるので、ここでも説明の簡略化のために、２つの実施形態で異なる構成部品についてのみ符号を附してある。

図６の実施形態では、斜面プレート２と斜面ブリッジ４との間の距離を偏心により制御するために斜面ブリッジ４の傘歯車ディスク１９に接続されるクランク棒２０は設けられていない。この代わりに、傘歯車ディスク１９上には偏心して配設される偏心ローラー２７が設けられており、この偏心ローラー２７を通過するように斜面プレート２の一部から延設されたスロット２８とともに協働し、このスロットはブレーキディスク１と実質的に平行であり、偏心ローラー２７の直径に対応する幅を有している。傘歯車ディスク１９が回転されることでこれに伴う偏心ローラー２７がスロット２８内で移動することで、斜面プレート２と斜面ブリッジ４との相互間の距離が変化する。

特定のブレーキ特性を得るために、スロット２８は図示の直線に代えて所定の曲面を有するように構成されるであろう。

ここで、本発明はその特許請求の範囲に規定される範囲において、様々な修正と変更が可能であることは言うまでもない。例えば、図２〜図６に図示された実施形態によれば、斜面プレート２がブレーキディスク１に対して平行に保たれることを確実にするために、斜面２’、４’とローラー６は２つであったが、これらの構成の数は特定の目的のためにはより多く設定されるであろう。さらにまた、図４と図５に図示された実施形態では、動力伝達は傘歯車１７と傘歯車ディスク１９により実施されるが、これらに代えてウォームギヤ機構等あらゆるタイプの角度伝達手段に置き換えることもできる。

は、本発明の原理を例証するためにディスクブレーキ構成をかなり模式的に図示した平面図である。 と は、本発明の実施形態のディスクブレーキキャリパを模式的に図示した平面図である。 、 、 は、本発明のディスクブレーキの実施形態を模式的に図示した平面図である。

Claims (21)

1. 自己サーボ効果を有する電子制御式ディスクブレーキであって、
   ブレーキディスク（１）に接触するブレーキパッド(３)を備える斜面プレート（２）と、
   前記ブレーキディスクを実質的に横切る制御力を前記斜面プレートに加えるアクチエータ（１４）と、
   斜面ブリッジ（４）と、
   前記斜面プレート(２）と前記斜面ブリッジ（４）の互いに面する表面の斜面(２’、４’)の間で移動自在に設けられるローラー(６）とを備え、
   前記斜面プレート（２）を前記ブレーキディスク（１）の接線方向に動かすことにより、前記斜面プレートが前記ブレーキディスクに向かうかまたは離れる構造にしたことを特徴とする自己サーボ効果を有する電子制御式ディスクブレーキ。
2. 前記斜面プレート(２)と前記斜面ブリッジ(４)の間に少なくとも２つの斜面（２’、４’）と、ローラー（６）とが設けられることを特徴とする請求項１に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
3. 前記斜面ブリッジ（４）は、ブレーキディスク(１)を跨ぐように配置されるブレーキキャリパー(７)に取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
4. 前記斜面（２’、４’）は、平面的であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
5. 前記斜面（２’、４’）は、曲面的であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
6. 前記ローラー(６）のために、共通のローラーケージが備えられることを特徴とする請求項２に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
7. 前記アクチエータは、電動モータ(１４)であることを特徴とする請求項１に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
8. 前記制御力は、制御棒(９)によって加えられることを特徴とする請求項１に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
9. 前記制御力が、前記斜面プレート(２)と前記斜面ブリッジ(４)の間に配設される偏芯機構（１９、２０；１９，２７，２８）に対して加えられ、前記偏心機構の偏心量と前記電動モータ(１４)とにより前記斜面プレート(２)と前記斜面ブリッジ(４)の間の距離が調整されることを特徴とする請求項７に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
10. 前記電動モータの動力伝達系には、前記電動モータが正逆方向に回転されない非通電時において、出力軸を非回転状態に保持するためのブレーキ手段が設けられることを特徴とする請求項７に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
11. 前記電動モータ（１４）の出力軸（１５）の回転力は、角度伝達手段（１７、１９)を介して前記斜面ブリッジ（４）で回転可能に取り付けられ、偏心機構の一部となる傘歯車ディスク（１９）に伝達され偏芯機構（１９、２０；１９、２７，２８）に伝達されることを特徴とする請求項９に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
12. 前記電動モータ（１４）の回転力は、出力軸（１５）に固定されるとともに前記傘歯車ディスク（１９)に噛合する傘歯車（１７）を介して前記偏芯機構（１９、２０；１９、２７，２８）に伝達されることを特徴とする請求項１１に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
13. 前記電動モータ（１４）の回転力は、ウォームギヤ機構を介して前記偏芯機構（１９、２０；１９、２７，２８）に伝達されることを特徴とする請求項１１に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
14. 前記傘歯車（１７）は、スプライン嵌合により前記モータ軸（１５）の軸方向に可動式に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
15. 前記傾斜ブリッジ（４）の前記ブレーキキャリパー（７）に対する相対位置は、２つの調節ねじ（１１）によりブレーキディスク(１)を横切る方向に調整されることを特徴とする請求項９に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
16. 前記２つの調整ねじ（１１）は、同期回転のためのチェーン(２１)または同様の構成により連動されることを特徴とする請求項１５に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
17. 接線方向の力を示す信号を発生し伝達するための力計測手段（２２〜２５）が、前記斜面ブリッジ（４）と前記ブレーキキャリパー（７）の間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
18. 前記力計測手段（２２〜２５）は、前記斜面ブリッジ(４)のいずれの側にも配置されることを特徴とする請求項１７に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
19. 軸方向の力を示す信号を発生し伝達するための力計測手段が、前記調節ねじ（１１）と前記ブレーキキャリパー（７）の間に配置されることを特徴とする請求項９または１５に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
20. クランクロッド(２０)の一端が前記斜面プレート(２)にまた他端が前記傘歯車ディスク(１９)に対して偏心して回動自在に設けられることを特徴とする請求項９に記載の電子制御式ディスクブレーキ。
21. ローラー（２７）が、偏心されて回動自在に前記傘歯車(１９)に取り付けられ、前記ローラーは、前記ブレーキディスク（１）に実質的に平行となるように前記斜面プレート（２）に形成されたスロット（２８）と係合することを特徴とする請求項９に記載の電子制御式ディスクブレーキ。

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