JP2006349161A - ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】低い印加液圧で高い駐車ブレーキ制動力を維持できる、液圧補助式電動駐車ブレーキ付きのディスクブレーキを提供する。
【解決手段】駐車ブレーキの制動力は電動駐車ブレーキ機構の動作前に、シリンダ部２ａへ導入した液圧による弾性変形量を大きくして、大きな変位量をロック機構で保持することにより、液圧除去後やパッド４，４の熱収縮後も制動力が維持される。キャリパ２の一部を大径にすることにより、低い液圧で高い駐車ブレーキ制動力を得ることができる。さらに、予め所定量弾性変形させておくことにより通常ブレーキ使用時の液量増加を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制動に用いられる駐車ブレーキ付きディスクブレーキに関する。

ディスクブレーキは、一般にディスクを挟んでその両側に配置される一対のパッドと、有底のシリンダ内に摺動可能に配設したピストンを、前記シリンダ内への液圧導入により推進し、前記一対のパッドをディスクに押圧させて制動力を発生するキャリパとを備えた構成となっている。駐車ブレーキ機構を設けるにはピストンが１個で、キャリパのシリンダ底部にピストンを押す機構を１個設けるだけで済むフローティングキャリパ構造のディスクブレーキが適しており、駐車ブレーキ付きのものが多数生産されている。

上述した駐車ブレーキ機構を付加したディスクブレーキの一例として、特許文献１に示されるディスクブレーキがある。
特許文献１の駐車ブレーキは、駐車ブレーキ時に液圧ポンプによりキャリパに液圧を導入してピストンを推進させパッドをロータに押し付けた後に、電動モータによりピストンの保持機構（ロック機構）を駆動してピストンを制動状態に維持させるようにして、モータ所要動力を低減した液圧補助式駐車ブレーキ機構が付加されたものである。
特開平８−２４４５９６号

上述した従来技術による構造の動作と問題点を図９及び図１０により説明する。
図９(Ａ）は駐車ブレーキをかけるために、従来技術による液圧補助式駐車ブレーキにおけるキャリパ１０１のシリンダ１０２内に液圧を印加した状態の模式図である。このとき、液圧によりピストン１０３が図中左方へ、また、キャリパ１０１のシリンダ底部１０４が図中右方へ、液圧にピストン受圧面積を乗じた推力と等しい推力で付勢され、キャリパ１０１のツメ部１０５とピストン１０３間に挟まれた一対のパッド１０６とロータ１０７との間の摩擦力により制動力を発生する。この状態では、シリンダ底部１０４に基端を固定されたロック機構１０８の先端は、ピストン１０３から所定のギャップを持って離れている。図９(Ｂ）はロック機構１０８を動作させて先端をピストン１０３に当接した後にシリンダ１０２内の液圧を解除した状態である。このとき、液圧に代わってロック機構１０８がピストン１０３を図中左方へ、シリンダ底部１０４を図中右方へ付勢して駐車時の制動力を得ている。ここで、キャリパ１０１、パッド１０６，１０６、ロータ１０７、ピストン１０３、およびロック機構１０８はそれぞれ弾性係数に応じた剛性を持っており、駐車時のピストン推力（ピストン１０３の推力）つまり制動力は各部品の剛性により決まるようになっている。

図９(Ｃ)、(Ｄ）は、それぞれ図９(Ａ)、(Ｂ)を簡略化したモデルであり、キャリパ１０１、パッド１０６，１０６、ロータ１０７、およびピストン１０３の剛性をバネ定数Ｋ_Cのキャリパバネ１１０に置き換えてキャリパ１０１およびピストン１０３を剛体とみなし、ロック機構１０８の剛性をバネ定数Ｋ_Lのロック機構バネ１１１に置き換えて示したものである。図９(Ｃ)の液圧印加状態では力Ｆ_C（液圧にピストン受圧面積を乗じた力）の推力により、キャリパバネ１１０は変形量δだけ圧縮され、ピストン１０３は液圧を加えない位置から変位量δだけ図中左方へ変位する。ロック機構１０８の先端はピストン１０３から離れており変位量δには無関係である。図９(Ｄ)のロック機構１０８を動作させて先端をピストン１０３に当接させた後に液圧を解除した状態では、ピストン１０３が変位量δ’（δ’＜δ）の位置に移動、すなわち、キャリパバネ１１０の圧縮変形量がδ’に減少し、ロック機構バネ１１１が（δ−δ’）だけ圧縮されてピストン１０３を挟んで駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBでバランスするようになっている。
このバランス状態について、キャリパバネ１１０及びロック機構バネ１１１とも線形を仮定して計算すると、液圧によるキャリパバネ１１０の変形量δは、
δ＝Ｆ_C/Ｋ_C
となり、また、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBでバランスするので、
Ｆ_PKB＝δ’×Ｋ_C＝（δ−δ’）×Ｋ_L
となり、前記両式から
Ｆ_PKB＝Ｆ_C/（１＋Ｋ_C/Ｋ_L）
である。

実際にはキャリパバネ１１０、ロック機構バネ１１１とも非線形の特性を有するため、推力と変位との関係は図１０のような曲線になる。曲線Ｋ_Cはキャリパバネ１１０のピストン推力による変形量、曲線Ｋ_Lはロック機構バネ１１１のロック機構推力（ロック機構１０８の推力）による変形量である。キャリパ底部１０４およびピストン１０３の変形量は、液圧の等分布荷重による変形とロック機構１０８の推力の略集中荷重による変形とでは若干異なるが、この差は微少であるので無視することができる。
図１０により上述した動作との関係を説明すると、ピストン１０３の推力と変位との関係は、液圧印加時には推力Ｆ_Cかつキャリパバネ変形量（キャリパバネ１１０の変形量）δのａ（○印）の位置にある。その後、ロック機構１０８をピストン１０３に接触させて液圧を解除すると、キャリパバネ１１０の変形量δの一部がロック機構バネ１１１に分担され、曲線Ｋ_Lを推力０かつ変形量δを通るように横軸に平行に移動した曲線と曲線Ｋ_Cとの交点ｂ（●印）の位置に移り、キャリパバネ１１０の変形量はδ’に減少し、駐車ブレーキ推力はＦ_PKBのレベルに下がってしまう。

さらに、駐車ブレーキにはパッド熱収縮の問題がある。長い降坂直後にはパッド１０６，１０６とロータ１０７は非常な高温になっており、キャリパ１０１とピストン１０３も温度上昇している。この高温状態のまま駐車して長時間放置した場合、主にパッド１０６，１０６の熱収縮により、液圧によるキャリパバネ１１０の変形量δが図１０に示すΔＸだけ減少したのと同等の影響を受ける。前述の線形バネを仮定した計算式に熱収縮量ΔＸを考慮すると、
δ＝Ｆ_C/Ｋ_C−ΔＸ
になり、熱収縮後のキャリパバネ変形量をδ”とすると、熱収縮後の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB’は
Ｆ_PKB’＝δ”×Ｋ_C＝（δ−δ”）×Ｋ_L
となり、前記両式から
Ｆ_PKB’＝（Ｆ_C−ΔＸ×Ｋ_C）/（１＋Ｋ_C/Ｋ_L）
である。
図１０ではピストンの推力（ピストン１０３の推力）と変位との位置は、曲線Ｋ_Lを推力０かつ変形量δ-ΔＸを通るように平行移動した曲線と曲線Ｋ_Cとの交点ｃ（□印）の位置に移り、駐車ブレーキ推力はＦ_PKB’のレベルまで下がってしまう。図１０の例ではＦ_PKBはＦ_Cの７５％であるが、Ｆ_PKB’はＦ_Cの６０％以下となってしまう。

次に駐車ブレーキ推力の維持に必要な液圧について説明する。ブレーキキャリパの通常ブレーキにおける制動力は、前後輪の重量配分にほぼ比例して設定されるが、乗用車では後輪ブレーキは前輪ブレーキの１／２程度しか負担しないのが一般的である。また、通常ブレーキのピストン面積は１００気圧程度の液圧で、タイヤと路面間の摩擦係数に起因する最大減速度１Ｇが出せるように設定することも一般的であり、後輪ブレーキは１００気圧で全制動力の３３％を負担する。このため、駐車ブレーキは通常後輪のブレーキにのみ設けられているので、後輪の駐車ブレーキのみで減速度０.３Ｇ相当の制動力を得るには、１００×０.３／０.３３≒９０気圧の液圧を印加したのと同等の駐車ブレーキ推力が必要である。前述のように液圧推力Ｆ_Cの６０％の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB’しか得られないため、駐車ブレーキのロック機構１０８を動作させる際の印加液圧は９０／０.６＝１５０気圧、減速度１.５Ｇ相当という高圧が必要になってしまう。

このように従来技術による液圧補助式駐車ブレーキでは、ブレーキシステムの通常ブレーキにおける最大液圧の１.５倍もの液圧を印加することが必要になるため、後輪キャリパの耐久性向上だけでなく、液圧発生ポンプ、ＥＳＣ・ＡＢＳユニットなど全液圧系統の高圧化、耐久性向上が必要になってしまう。駐車ブレーキの電動化を目的としてこのような大変更を行うことは現実には不可能であり、通常ブレーキにおける最大液圧の範囲内で十分な駐車ブレーキ推力を得ることが必要である。

ところで従来技術でも、上述の計算式と図９から、液圧解除後の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBを維持するには、Ｋ_C／Ｋ_Lを小さく、つまりキャリパ１０１、パッド１０６，１０６、ロータ１０７、およびピストン１０３の剛性を下げて、ロック機構１０８の剛性を上げ、熱収縮後の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB’を維持するためにもＫ_Cを小さくすれば改善を図ることが可能である。しかし、ロータ１０７およびピストン１０３の剛性は他の剛性に比べて大きく、また下げることが困難である。一方、パッド１０６，１０６は摩擦特性を優先するため剛性を下げることができず、パッド１０６，１０６の裏面にシム等を追加して組み合わせ剛性を若干下げることしかできない。したがって、対策できるのはキャリパ１０１の剛性とロック機構１０８の剛性のみである。しかしながら、堅牢さが要求されるキャリパ１０１の剛性を下げるには限界があり、ツメ部１０５の剛性を下げるとブレーキ鳴きの原因になりやすい。また、ロック機構１０８は剛性の高い送りネジが使用されるようになっており、さらに、剛性を上げるには断面積を増す必要があるが、ピストン受圧面積と液圧に耐えられるピストン肉厚が決まっており、直動部材（めねじ）とおねじの断面積をほぼ等しくして組み合わせ剛性を高くすることしかできない。
以上のような理由により従来構造では大幅な必要液圧の低減は困難であった。

請求項１記載の発明は、ディスクを挟んでその両側に配置される一対のパッドと、有底のシリンダ内に摺動可能に配設したピストンを、前記シリンダ内への液圧導入により推進し、前記一対のパッドをディスクに押圧させて制動力を発生するキャリパと、前記シリンダの外に設けられた電動モータにより作動し、前記シリンダ内への液圧供給により推進した前記ピストンを前記シリンダ内の液圧解除後も機械的に制動位置に保持させる駐車ブレーキ機構とを備えたディスククブレーキにおいて、前記駐車ブレーキ機構は、前記ピストン内に該ピストンと相対移動可能に配設された直動部材と、前記シリンダの軸心上に回動可能に配設され、一端側に前記直動部材のねじ部に螺合するねじ部を有し他端側が前記電動モータに接続される回転部材とを有しており、前記シリンダの底部側に、シリンダヘの液圧導入により前記ピストンの推進方向と反対側に弾性変形するとともに、前記回転部材を支持するシリンダ底部を前記ピストンの推進方向と反対方向に移動させる弾性変形部を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のディスクブレーキにおいて、前記弾性変形部およびシリンダ底部の液圧を受ける面積は、前記ピストンの液圧を受ける面積よりも大きいことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載のディスクブレーキにおいて、前記弾性変形部およびシリンダ底部は、前記キャリパにおける前記シリンダの底部側部分であり、一体成形されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のディスクブレーキにおいて、前記シリンダ底部の移動は、前記シリンダ内が所定の液圧になったときに開始するように、前記弾性変形部を予め変形させておくことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のディスクブレーキにおいて、前記シリンダ底部の変位量を、キャリパの組み立て時に予め調整可能であることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項４または５に記載のディスクブレーキにおいて、前記シリンダ底部の変位量が、所定量未満となるようにストッパ機構を設け、その所定量がキャリパの組み立て時に調整可能であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、ディスクを挟んでその両側に配置される一対のパッドと、シリンダ内に摺動可能に配設したピストンを、前記シリンダ内への液圧導入により推進し、前記一対のパッドをディスクに押圧させて制動力を発生するキャリパと、前記シリンダの外に設けられた電動モータにより作動し、前記シリンダ内への液圧供給により推進した前記ピストンを前記シリンダ内の液圧解除後も機械的に制動位置に保持させる駐車ブレーキ機構とを備えたディスククブレーキにおいて、前記シリンダは、前記ピストンを摺動可能に配設するシリンダ筒部及び該シリンダ筒部から延設された延長筒部からなるシリンダ本体と、該シリンダ本体と共に液圧を密封するように前記延長筒部内に配置される弾性材料からなるウォール部材と、を備え、前記駐車ブレーキ機構は、前記ピストン内に前記ピストンと相対移動可能に配設された直動部材と、前記シリンダの軸心上に回動可能に配設され、一端側に前記直動部材のねじ部に螺合するねじ部を有し他端側が前記ウォール部材を挿通して前記電動モータに接続される回転部材とを有しており、前記ウォール部材は、内周側部分で前記回転部材を支持し、外周側部分がシリンダ本体に支持され、前記シリンダヘの液圧導入により、前記ウォール部材が、前記ピストンの推進方向と反対方向に弾性変形し、前記内周側部分が、前記ピストンの推進方向と反対方向に移動することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項７記載のディスクブレーキにおいて、前記ウォール部材は、縦弾性係数が、前記シリンダ本体の縦弾性係数より小さい材料で構成されたことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、キャリパのシリンダ底部を、ピストン移動方向と反対の方向に意図的に剛性を下げた弾性変形部のシリンダヘの液圧導入による変形で移動させるため、シリンダからの液圧解除後にその変形分だけピストンへ加圧するので、駐車ブレーキの推力維持を図ることができる。
請求項２記載の発明によれば、大径部を設けて、低い液圧で高い駐車ブレーキの推力を維持することができる。
請求項３記載の発明によれば、弾性変形部およびシリンダ底部をキャリパと一体成形するので、部品数の増加および原価の上昇を抑えることが可能となる。

請求項４記載の発明によれば、弾性変形部を予変形させておくことにより、通常ブレーキ時の液量増加の低減を図ることができる。
請求項５記載の発明によれば、上記予変形量をキャリパ組み立て時に調整することで、部品バラツキの影響を吸収することが可能となる。
請求項６記載の発明によれば、弾性変形部の過大な変形を防止することにより、印加液圧の変動による影響を低減することができるとともに、過大な液圧印加による弾性変形部の特性変化を防ぐことができる。

請求項７記載の発明によれば、ウォール部材をシリンダヘの液圧導入により変形させ、ウォール部材の内周側部分が、ピストンの推進方向と反対方向に移動させることで、シリンダからの液圧解除後にその変形分だけピストンを加圧するので、駐車ブレーキの推力維持を図ることができる。
請求項８記載の発明によれば、ウォール部材は、縦弾性係数が、前記シリンダ本体の縦弾性係数より小さい材料で構成されているので、ウォール部材中間部分の変形量は大きく、一層の駐車能力の向上が期待できる。

第１の実施形態について図１乃至図３に示して説明する。図１は、液圧補助式駐車ブレーキ１の構造図であり、キャリパ２はシリンダ部２ａ、キャリパツメ部２ｂ、シリンダ底部２ｃ、および弾性変形部２ｄで構成され、キャリパツメ部２ｂとピストン５の間にロータ３、および２枚のパッド４を挟んで、ロータ３の摺動面に対し垂直の方向に移動可能に取り付けられている。本実施の形態では弾性変形部２ｄは、その最大内径がピストン５の外径の1.33倍、断面積がピストン５の断面積の1.77倍である。シリンダ部２ａとピストン５の間はシールリング６により、ブレーキ液をシールしている。シリンダ部２ａ内の液圧によって図１左方へ付勢され、大径のシリンダ底部２ｃは右方へ付勢される。液圧補助式駐車ブレーキ１に備えられる駐車ブレーキ機構６１はモータ/減速機８、送りネジ９、ナット１０、回り止め１１、およびスラスト軸受け１２により構成され、モータ/減速機８はシリンダ底部２ｃの外側に固定され、また、モータ/減速機８には、送りネジ９の一端側がシリンダ底部２ｃを貫通して接続されており、さらに、送りネジ９は、モータ/減速機８により図中右方に軽く引張られ、かつ回転可能に保持されている。シリンダ底部２ｃと送りネジ９の一端側との間には回転シール１３が設けられて、シリンダ部２ａをシールしている。
送りネジ９の軸方向中央部には、フランジ部９ａが形成されており、このフランジ部９ａとシリンダ底部２ｃとの間に、スラスト軸受け１２が設けられるようになっており、これにより送りネジ９は、スラスト軸受け１２を介してシリンダ底部２ｃに支持されるようになっている。また、送りネジ９の他端側にはおねじ部９ｂが形成されており、このおねじ部９ｂにナット１０が螺合している。
ナット１０には、その内側にめねじ部１０ａが形成され、上述のように送りねじ９のおねじ部９ｂに螺合するようになっており、外側には軸方向溝１０ｂが形成され、この軸方向溝１０ｂに回り止め１１が当接してナット１０が回転不能となっている。また、ナット１０のロータ３側には、送りネジ９の回転によりナット１０がロータ３方向へ移動したときにピストン５に当接するピストン当接部１０ｃが設けられている。
本実施の形態では、ナット１０が直動部材を構成し、送りネジ９が回転部材を構成している。また、送りねじ９及びナット１０によりピストン５を制動状態に維持するためのロック機構１４が構成され、後述の駐車ブレーキ時にシリンダ底部２ｃとピストン５との間隔を一定に保持するようになっている。

駐車ブレーキをかけるときは、まずシリンダ部２ａ内に液圧を印加し、ピストン５を図１中左方へ、同時に大径のシリンダ底部２ｃを図中右方へ付勢して弾性変形部２ｄを変形させてシリンダ底部２ｃをロータ３から離間する方向へ移動する。所定液圧の印加後、モータ/減速機８を動作させて送りネジ９を回転させると、ナット１０は回り止め１１によって回転を止められているのでロータ３方向（図中左方）へ前進し、ナット１０の先端、すなわちピストン当接部１０ｃがピストン５に当接する。この当接をモータ電流により検知してモータ/減速機８を停止する。この後、液圧を解除すると、ピストン５とシリンダ底部２ｃとの間隔は、ナット１０、送りネジ９、およびスラスト軸受け１２により保持されて一定間隔となり、上記弾性変形部２ｄの復元力分だけピストン５がキャリパ２により押圧されることになる。このとき、送りネジ９のリードは十分に小さいので、ナット１０と送りネジ９との間の摩擦力でロックするため、ピストン５とシリンダ底部２ｃとの間隔は一定間隔となるようになっている。
駐車ブレーキを解除するときは、まず、シリンダ部２ａ内に液圧を印加し、ピストン５を図１中左方へ、また大径のシリンダ底部２ｃを図中右方へ付勢してピストン５のピストン当接部１０ｃによる押圧を解除する。その後、モータ/減速機８を逆回転させて、ナット１０をピストン５から引き離し、離れた後も余分に逆回転を続けて、ナット１０とピストン５間に所定のギャップを設けた後にモータ/減速機８を停止し、液圧を解除する。

上記構成部品を図２（Ａ）〜(Ｄ)に対比して説明すると、キャリパバネ５１に含まれる部品はキャリパ２のシリンダ部２ａ、キャリパツメ部２ｂ、ロータ３、パッド４、およびピストン５、ロック機構バネ５２に含まれる部品はナット１０、送りネジ９、およびスラスト軸受け１２、支持バネ５３に含まれる部品はキャリパ２の弾性変形部２ｄ、およびシリンダ底部２ｃである。
ピストン５のナット１０と当接する部分、およびシリンダ底部２ｃのスラスト軸受け１２と接する部分の剛性はロック機構バネ５２に含まれるが、この２箇所の変形は無視できる程度に小さい。またシリンダ底部２ｃは円輪形状のため、液圧による等分布荷重とスラスト軸受け１２から受ける集中荷重とでは、変形の様子が異なり集中荷重を受ける場合の方が剛性が低く、ロック時の液圧解除により保持推力が低下するが、シリンダ底部２ｃを厚くすることにより低下量を無視できる程度に小さくしている。

まず、キャリパ剛性を下げるには、図９(Ａ)のキャリパ１０１のシリンダ部１０２より前部ではなく、後部すなわちロック機構１０８を支持するシリンダ底部１０４の剛性を下げる方が、ブレーキ鳴きへの影響がなく、ホイールなどの他部品との干渉を避けることも容易である。次に図１０のように駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBは、印加液圧によるピストン推力Ｆ_Cから下がるため、高い推力を得るにはピストン受圧面積を大きくすれば良く、直径を２０％増すだけで１.４４倍の推力が得られるが、通常ブレーキ時の制動力および消費液量も１.４４倍になり、前後輪の制動力バランスが崩れてしまうし、ペダルストロークも約１５％増えてしまう。しかし、本実施形態のように、シリンダ後部（シリンダ部１０２の後部）と底部（シリンダ底部１０４）の間を大面積にするとピストン５の断面積は同じなので、制動力バランスを変えずに、推力を増大することができる。さらにシリンダ部１０２から底部（シリンダ底部１０４）中央のロック機構１０８を支持する部分までの剛性が低ければ、増大した推力により大きな変位を得ることができる。径を大きくすれば剛性が下がるので、ピストン５の断面積よりも大きな面積を有する大径部を設けると２重の効果が得られる。

本実施形態の動作と効果を図２(Ａ)〜(Ｄ)並びに図３（それぞれ図９(Ａ)〜(Ｄ)並びに図１０に対応する）で説明する。
図２(Ａ)はキャリパのシリンダ部２ａとシリンダ底部２ｃ間に弾性変形部２ｄを設けた構造の模式図であり、駐車ブレーキ用の液圧を印加した状態を示す。ピストン５を左方に付勢する液圧による推力は図９(Ａ)と同じであるが、シリンダ底部２ｃを右方に付勢する推力は大径部の面積に比例して大きくなり、弾性変形部２ｄの変形により底部は右方に移動する。この状態ではロック機構左端とピストン５間に所定のギャップがあり、送りネジ９及びナット１０からなるロック機構１４がピストン５の推力に無関係であるのは図９(Ａ)と同じである。図２(Ｂ)はロック機構１４を動作して左端をピストンに当接させた後に液圧を解除した状態で、図９(Ｂ)と同様、液圧に変わってロック機構１４がピストンを左方へ、シリンダ底部２ｃを右方へ付勢して駐車時の制動力を得ている。

図２(Ｃ)，(Ｄ）はそれぞれ図２(Ａ)、(Ｂ)を簡略化したモデルを示し、キャリパ２のシリンダ部２ａから左の部分、パッド４，４、ロータ３、およびピストン５の剛性をバネ定数Ｋ_Cのキャリパバネ５１に置き換え、さらにキャリパ２の弾性変形部２ｄおよびシリンダ底部２ｃの剛性をバネ定数Ｋ_Sの支持バネ５３に置き換えてキャリパ２およびピストン５を剛体とみなし、ロック機構１４の剛性をバネ定数Ｋ_Lのバネ（ロック機構バネ５２）に置き換えたものである。図２(Ｃ)の液圧印加状態では、図９(Ｃ)と同じＦ_C＝液圧×ピストン受圧面積の推力により、キャリパバネ５１は変形量δだけ圧縮され、ピストン５は液圧を加えない位置からδ左方へ変位する。また、Ｆ_S＝液圧×大径部面積の推力により、支持バネ５３はδ_S延伸され、シリンダ底部２ｃは液圧を加えない位置からδ_S右方へ移動する。またロック機構１４の左端（ロック機構バネ５２の左端）はピストン５から離れており、δおよびδ_Sには無関係である。

図２(Ｄ)のロック機構１４の左端（ロック機構バネ５２の左端）をピストン５に当接した後に液圧を解除した状態では、ピストン５がδ’の位置に移動してキャリパバネ変形量（キャリパバネ５１の変形量）がδ’に減少し、支持バネ変形量（支持バネ５３の変形量）はδ_S’に減少し、またロック機構バネ５２が（δ−δ’）＋（δ_S−δ_S’）圧縮されて、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBでバランスする。図９(Ｃ)ではキャリパバネ変形量δをキャリパバネ１１０とロック機構バネ１１１で分担したのに対し、図２(Ｃ)ではキャリパバネ５１と支持バネ５３の合計変形量（δ＋δ_S）をキャリパバネ５１、支持バネ５３およびロック機構バネ５２の３つのバネで分担するため、キャリパバネ変形量δ’は図９(Ｄ)〔キャリパバネ変形量δ〕とは異なる。３つのバネを線形として計算すると、液圧によるキャリパバネ変形量 δ＝Ｆ_C/Ｋ_C 、支持バネ変形量 δ_S＝Ｆ_S/Ｋ_S 、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBで３つのバネが平衡するので
Ｆ_PKB＝δ’×Ｋ_C＝δ_S’×Ｋ_S＝（δ−δ’＋δ_S−δ_S’）×Ｋ_L
となり、両式から
Ｆ_PKB＝（Ｆ_C/Ｋ_C＋Ｆ_S/Ｋ_S）/（1/Ｋ_L＋1/Ｋ_C＋1/Ｋ_S）
となる。
また、熱収縮がΔＸのとき、
Ｆ_PKB’＝δ’×Ｋ_C＝δ_S’×Ｋ_S＝（δ−δ’＋δ_S−δ_S’−ΔＸ）×Ｋ_L
Ｆ_PKB’＝（Ｆ_C/Ｋ_C＋Ｆ_S/Ｋ_S−ΔＸ）/（1/Ｋ_L＋1/Ｋ_C＋1/Ｋ_S）
となる。

図１０と同様に、キャリパバネ５１、支持バネ５３、およびロック機構バネ５２を非線形の特性を有するものとして、推力/変形量の関係を図示すると図３のようになる。
曲線Ｋ_Cはキャリパバネ５１のピストン推力（ピストン５の推力）による変形量、また曲線Ｋ_Lはロック機構バネ５２のロック機構推力による変形量で、どちらも図１０と同じ曲線である。
曲線Ｋ_Sは支持バネ５３の大径部推力による変形量で、図３では大径部の直径はピストン直径の１.２倍、面積は１.４４倍とした。Ｆ_S＝1.44×Ｆ_Cである。
キャリパ５の弾性変形部２ｄおよび底部の変形量は、剛性を下げたため液圧の等分布荷重による変形とロック機構推力の略集中荷重による変形とで、かなり異なる変形状態になるが、ここでは、この違いを無視して説明する。また図３には支持バネ５３とロック機構バネ５２の変形量を加算した曲線Ｋ_L//Ｋ_Sを描いている。

液圧印加時のピストンの推力/変位は○印の位置にあり、シリンダ底部２ｃの推力/変位は推力Ｆ_Sかつ支持バネ５３変形量δ_Sの◇印の位置にあるが、ピストン当接部１０ｃ、すなわちロック機構１４の左端（ロック機構バネ５２の左端）をピストン５に当接した後液圧を解除すると、キャリパバネ５１変形量δ＋支持バネ５３変形量δ_Sの一部がロック機構バネ５２に分担され、ピストン５の推力/変位は曲線Ｋ_L//Ｋ_Sを推力０かつ変形量δ＋δ_Sを通るように横軸に平行に移動した曲線と曲線Ｋ_Cとの交点●印の位置、またキャリパ底部の推力/変位は◆印の位置に移り、駐車ブレーキ推力はＦ_PKBのレベルになる。図１０と同じ熱収縮量ΔＸを考えるとピストンの推力/変位は□印の位置に移り、駐車ブレーキ推力はＦ_PKB’のに下がる。Ｆ_PKBはＦ_Cの９３％、Ｆ_PKB’は７９％で従来例に比べて大幅な改善が得られた。
また図３では大径部をピストン径の1.2倍としたが、同じ支持バネ５３で1.4倍に拡大するとδ_Sが1.36倍になり、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBを液圧印加時のピストン推力Ｆ_C以上にでき、Ｆ_PKB’がほぼＦ_Cに等しくできることも判る。

以上の構造で常用ブレーキの液圧範囲内で十分な駐車ブレーキ推力が得られ、通常ブレーキの前後輪制動力バランスも守れる。
しかしながら、上記第１の実施形態では、シリンダ底部２ｃが後退する分、常用ブレーキでの消費液量が増加してペダルストロークが増えてしまう問題が残っている。
この常用ブレーキでの消費液量増加を低減する手段として、支持バネ５３を予変形させることが第２の実施形態である。

次に第２の実施形態について図４乃至図７により説明する。
第２の実施形態では予変形量を設定するために、弾性変形部１５ｃの剛性を大幅に下げる必要がある。しかしキャリパは堅牢であることが重要であるため容易ではなく、例えば400気圧の耐圧強度を持ちながら、100気圧で0.5ｍｍ以上変形するように設計する。このためキャリパ材質として使うダクタイル鋳鉄または高強度アルミ鋳物での一体成形は不可能で、弾性変形部１５ｃとシリンダ底部２ｃとはバネ鋼で別体に構成した。図４では図１と同一機能の部品は同じに付番して、第１の実施形態に対応付けており、差異を中心に説明して同一部分の説明は省略する。

キャリパ後部１５はキャリパ２のシリンダ部２ａに、ネジ部１５ａで締結され、弾性変形部１５ｃおよびシリンダ底部１５ｂにより構成され、キャリパ２との間はＯリング１７、また送りネジ９との間は回転シール１３によりブレーキ液をシールする。弾性変形部１５ｃは低い応力で変形量が大きくできるベローズ形状とし、エア抜きの都合から１山とした。弾性変形部１５ｃの最大内径はピストン５の直径の１.75倍、断面積は3.06倍と大幅に拡大している。また、予変形を加えるためネジ部１５ａの内側にさらにネジを設け、与圧ナット１６によりシリンダ底部１５ｂを押すようにした。本実施の形態では液圧による変形とロック機構１４の推力による変形の状態がかなり異なり、ロック機構１４の左端であるナット１０のピストン当接部１０ｃ（ロック機構バネ５２の左端）をピストン５に当接させた後の液圧解除で推力が下がるが、大径にしたことにより変形量が大幅に増えているので多少の低下は許容できる。
モータ/減速機８はシリンダ底部１５ｂの外側に取り付けられ、駐車ブレーキをかける操作、および解除する操作は第１の実施形態と同様である。

実用上重要な予変形量の設定方法は、ネジ部１５ａの右側の平坦部１５ｄを支持して、シリンダ底部１５ｂのスラスト軸受け支持面（スラスト軸受け１２）を所定の荷重で図４中右方に付勢し、その状態で与圧ナット１６を回転してシリンダ底部１５ｂに当接させた後、液圧印加時に必要な変形量δｓに相当する回転角度だけ戻して緩み止め（図示せず）を施すようにすることである。このように組み立てることにより、弾性変形部１５ｃの加工誤差、あるいは材質バラツキによる剛性の変動を吸収して、均一な変形量を得ることができる。
さらに印加液圧の変動によるδｓのバラツキを抑えるには、図５に示すような与圧ナット１６とシリンダ底部１５ｂとの間隔をδｓに制限するストッパナット１８を追加すると、キャリパ後部１５の耐圧強度も向上できることになる。ただし、印加液圧の調節により、駐車ブレーキ制動力Ｆ_PKBを路面勾配に合わせて変更する、というような制御自由度は失われてしまう。予変形により図３の曲線Ｋ_Sの低推力域の初期変形部分の液量が低減できるが、さらに予変形量の設定により底部変位の開始液圧を緊急制動の下限減速度０.７Ｇ程度に相当する液圧に設定して、それ以下の強いブレーキの範囲までの常用ブレーキの液量増加を解消することができる。
将来液圧ユニットの高圧化が進み、耐久性も確保された時には、変位開始液圧を常用ブレーキの最大液圧に設定して、緊急制動時まで液量増加を解消でき、運転者の操作する常用ブレーキへの影響を皆無にできる。

この第２の実施形態の動作および効果を図６（Ａ）〜（Ｄ）及び図７に示し、図２（Ｂ），（Ｄ）及び図３に対応させて説明する。
図６(Ａ)は無加圧または変形開始設定圧以下の液圧時の状態で、図２には対応する図がない。予変形量設定機構７０はシリンダ部２ａに固定され、予め弾性変形部１５ｃを延伸して、シリンダ底部１５ｂを予変形量分、シリンダ部２ａから離間している。図６(Ｂ)は駐車ブレーキ用の液圧を印加した状態で、予変形量設定機構７０の右端がシリンダ底部１５ｂから離れており、シリンダ底部１５ｂには影響を及ぼさず、図２(Ａ)と等価である。ピストン５とピストン当接部１０ｃとを当接させて液圧を解除した状態は図２(Ｂ)と同じなので省略した。

図６(Ｃ)は第２実施形態の簡略モデルであるが、キャリパバネ５１（バネ定数Ｋ_C）、ロック機構バネ５２（バネ定数Ｋ_L）、および支持バネ５３（バネ定数Ｋ_S）の定義は図２(Ｃ)、(Ｄ)と同じである。図６(Ｃ)で予変形量がΔのとき、予変形量設定機構７０がシリンダ底部１５ｂに与える右方への推力Ｆ_Aは、Ｆ_A＝Δ×Ｋ_S であり、設定液圧＝Ｆ_A/大径部面積より大きな液圧が加わるまで、シリンダ底部１５ｂは移動せず、ピストン５のみ液圧に応じて左方へ移動する。
図６(Ｄ)は駐車ブレーキ用の液圧を印加した状態の簡略モデルで、図２(Ｃ)と等価で、液圧による推力Ｆ_C、Ｆ_S、およびピストン変位δ、δ_Sも図２(Ｃ)と同じである。ロックして液圧を解除した状態は図２(Ｄ)と同じなので省略した。

図７は第２の実施形態の推力/変位の関係を表した図で、図３と対比するため、ピストン面積、大径部面積、駐車ブレーキ用印加液圧、曲線Ｋ_C、曲線Ｋ_Lおよび熱収縮量ΔＸなどの条件を図３と合わせたので、Ｆ_C、Ｆ_Sおよびδも同じである。
大幅に変えたのは支持バネ５３の特性であり、第２の実施形態の支持バネ５３は、図７の太い曲線Ｋ_Sのように変形開始液圧を駐車ブレーキ用液圧の70％とし、駐車ブレーキ用液圧印加時の支持バネ変形量δ_Sについては図３に示す特性と同等になるようにした。図３の曲線Ｋ_Sにあった低液圧時の初期変形が無く、直線部のバネ定数は約1/2である。曲線Ｋ_Sをこの様に変更したことにより、駐車ブレーキ用液圧印加時のピストン５の推力/変位○印、およびシリンダ底部１５ｂの推力/変位◇印の位置は図３と同じであるのに、ロック機構１４を作動させた後に液圧を解除したときのピストン５の推力/変位は●印の位置になり、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBは液圧印加時のピストン推力Ｆ_Cよりも大きく、熱収縮後□印の推力Ｆ_PKB’の下がりも小さくなり、ほぼ目的通りに駐車ブレーキ推力が維持できるものとなる。
以上の構造で常用ブレーキの液圧範囲内で十分な駐車ブレーキ推力が得られ、通常ブレーキの前後輪制動力バランスも守れるとともに、常用ブレーキではシリンダ底部１５ｂが移動しないので、常用ブレーキ時の消費液量増加を低減することが可能となる。

次に第３の実施形態について図８により説明する。
図８では図１と同一機能の部品は同じに付番して、第１の実施形態に対応付けており、差異を中心に説明して同一部分の説明は省略する。
図８において、液圧補助式駐車ブレーキ（ディスクブレーキ）１のキャリパ２は、シリンダ２Ｆと、シリンダ２Ｆに連接されるキャリパツメ部２ｂとで大略構成され、キャリパツメ部２ｂとピストン５の間にロータ３、および２枚のパッド４を挟んで、ロータ３の摺動面に対し垂直の方向に移動可能に取り付けられている。

シリンダ２Ｆは、ピストン５を摺動可能に配設するシリンダ筒部２Ｇ及びシリンダ筒部２Ｇから延設され、内径寸法がシリンダ筒部２Ｇの内径寸法に比して大径の延長筒部２Ｈからなるシリンダ本体２Ｊと、Ａ６０８２−Ｔ６等のアルミ合金（弾性材料）からなるウォール部材５０と、から構成されている。
ウォール部材５０は、内周側部分５１で後述するように送りネジ９を支持し、外周側部分５２が後述するように延長筒部２Ｈ（シリンダ本体２Ｊ）に支持されている。ウォール部材５０における内周側部分５１及び外周側部分５２の間のウォール部材中間部分５３は、両者に比して薄肉とされている。そして、ウォール部材５０は、シリンダ２Ｆヘの液圧導入により、外周側部分５２が延長筒部２Ｈに支持されて、ウォール部材中間部分５３が、ピストン５の推進方向と反対方向（図８右方向）に弾性変形し、内周側部分５１が、ピストン５の推進方向と反対方向に移動するようになっている。キャリパ２のうち、キャリパツメ部２ｂ、シリンダ２Ｆのシリンダ筒部２Ｇ及び延長筒部２Ｈ〔キャリパ本体（符号省略）〕は、ダクタイル鋳鉄（ＦＣＤ４５０）製で一体に形成されている。

ウォール部材５０と延長筒部２Ｈとの間にはシール部材５６が介在されており、シリンダ２Ｆの内外を密封するようにしている。延長筒部２Ｈの内部には、キャリパ２にボルト５７により結合されたモータ/減速機８の一部８ａが挿入されている。モータ/減速機８の一部８ａと延長筒部２Ｈとの間にはシール部材５８が介在されており、内部への水等の浸入を防止するようにしている。
シリンダ筒部２Ｇ及び延長筒部２Ｈの内側の段差部６０とウォール部材５０との間にはウェーブワッシャ６１が介在されている。ウォール部材５０は、外周側部分５２が、ウェーブワッシャ６１と共に、段差部６０とモータ/減速機８の一部８ａとに挟まれることにより、延長筒部２Ｈに支持されている。

ウォール部材５０は、シリンダ２Ｆ内ヘの液圧導入により、ウォール部材中間部分５３がピストン５の推進方向と反対方向（図８右方向）に弾性変形可能とされている。また、ウォール部材５０は、シリンダ２Ｆ内ヘの液圧導入によるウォール部材中間部分５３の前記弾性変形に伴い、内周側部分５１が、ピストン５の推進方向と反対方向に移動するようになっている。

駐車ブレーキ機構６１は、モータ/減速機８、送りネジ９、ナット１０、回り止め１１Ａ、およびスラスト軸受け１２により構成されている。
モータ/減速機８は、延長筒部２Ｈの外側に固定され、また、モータ/減速機８には、送りネジ９の一端側がウォール部材５０を貫通して接続されている。送りネジ９は、モータ/減速機８により図８中、右方に軽く引張られ、かつ回転可能に保持されている。ウォール部材５０と送りネジ９の一端側との間には回転シール１３が設けられて、シリンダ２Ｆ内をシールしている。

送りネジ９の軸方向中央部には、フランジ部９ａが形成されており、このフランジ部９ａとウォール部材５０との間に、スラスト軸受け１２が設けられるようになっており、これにより送りネジ９は、スラスト軸受け１２を介してウォール部材５０の内周側部分５１に支持されるようになっている。また、送りネジ９の他端側にはおねじ部９ｂが形成されており、このおねじ部９ｂにナット１０が螺合している。

ナット１０には、その内側にめねじ部１０ａが形成され、上述のように送りねじ９のおねじ部９ｂに螺合するようになっている。ピストン５の内周側には軸方向溝５ａが形成され、軸方向溝５ａに、ナット１０の外周側に形成された回り止め１１Ａが当接してナット１０が回転不能となっている。また、ナット１０のロータ３側には、送りネジ９の回転によりナット１０がロータ３方向へ移動したときにピストン５に当接するピストン当接部１０ｃが設けられている。図８中、６１は、ブーツを示す。

上述したように構成した第３実施の形態の作用を説明する。
送りネジ９は、モータ/減速機８の図示しないモータが通電されて回転すると、この回転力をモータ/減速機８の図示しない減速機を介して受けて、回転する。
ナット１０は、ピストン５に対して回転できないように構成され、送りネジ９とねじ結合している。従って、送りネジ９の回転に応じてナット１０は前後進する。シリンダ２Ｆのパッド４と反対側も開口しており、ここにウォール部材５０が密封、嵌装されている。ウォール部材５０は液圧を受けたとき、その外周側部分５２が延長筒部２Ｈに受けられて、ウォール部材中間部分５３が撓むようになる。

液圧補助式駐車ブレーキ１は、液圧を加え、モータを駆動してピストン５が前進し、ナット１０がピストン５に当接したとき、モータの駆動が停止され、これにより、送りネジ９がピストン５の移動した状態を保つ（即ち、駐車ブレーキ機能を発揮する）ようにしている。そして、ナット１０ひいてはピストン５に対する送りネジ９の相対変位量は、シリンダ本体２Ｊの弾性変形、パッド４の圧縮量にウォール部材５０の弾性変形量を加えた合計値となる。即ち、液圧を解除したときにピストン５に対する送りネジ９による駐車ブレーキ力を発揮させる力（以下、軸力という。）がウォール部材５０の弾性変形だけ増加し、この分、駐車能力を増加することになる。

本実施の形態では、ウォール部材５０は、縦弾性係数が、シリンダ本体２Ｊのそれより小さい材料で構成されている。このため、ウォール部材５０の弾性変形が大きくなり、一層の駐車能力の向上が期待できる。
また、液圧補助式駐車ブレーキでは、一般に、駐車後、パッド４温度が下がりパッドが収縮した際にも適切な駐車ブレーキ力を発揮することが必要とされる。これに対して、本実施の形態で説明した上述したシリンダ本体２Ｊの弾性変形、パッド４の圧縮量にウォール部材５０の弾性変形量を加えた合計値（トータルの変形量）を大きくする方策が、上記対策として有効な手段となる。
なお、ウォール部材５０が変形すると、ディスクブレーキ１のキャリパ２の所要液量が増え、ペダルストロークが増える傾向になるが、ウォール部材５０は、円錐状に変形するので、ウォール部材５０の中心部の変形量に比べて増加する所要液量は少なく、ペダルスロットへの影響は少ない。

なお、上記第３実施の形態（図８）において、延長筒部２Ｈに代えてハウジング部材を設け、該ハウジング部材内にウォール部材５０を配置するように構成してもよい。

本発明の第１の実施形態によるディスクブレーキを示す断面図である。 第１の実施形態の動作を示す模式図および簡略モデル図である。 第１の実施形態のディスクブレーキにおける推力と変位の関係を示す特性図である。 第２の実施形態によるディスクブレーキを示す断面図である。 第２の実施形態によるディスクブレーキの変形例の要部を示す断面図である。 第２の実施形態の動作を示す模式図および簡略モデル図である。 第２の実施形態のディスクブレーキにおける推力と変位の関係を示す特性図である。 第３の実施形態によるディスクブレーキを示す断面図である。 従来技術のディスクブレーキの動作を示す模式図および簡略モデル図である。 従来技術のディスクブレーキにおける推力と変位の関係を示す特性図である。

符号の説明

２…キャリパ、 ２ｂ…キャリパツメ部、 ２ｃ…シリンダ底部、 ２ｄ…弾性変形部、 ５…ピストン、 ８…モータ/減速機、 ９…送りネジ（回転部材）、 １０…ナット（直動部材）、 １２…スラスト軸受け、 １４…ロック機構、 １５…キャリパ後部、 １５ｂ…シリンダ底部、 １５ｃ…弾性変形部、 １６…与圧ナット、 １８…ストッパナット、 ５０…ウォール部材。

Claims (8)

1. ディスクを挟んでその両側に配置される一対のパッドと、
   有底のシリンダ内に摺動可能に配設したピストンを、前記シリンダ内への液圧導入により推進し、前記一対のパッドをディスクに押圧させて制動力を発生するキャリパと、
   前記シリンダの外に設けられた電動モータにより作動し、前記シリンダ内への液圧供給により推進した前記ピストンを前記シリンダ内の液圧解除後も機械的に制動位置に保持させる駐車ブレーキ機構とを備えたディスククブレーキにおいて、
   前記駐車ブレーキ機構は、前記ピストン内に該ピストンと相対移動可能に配設された直動部材と、前記シリンダの軸心上に回動可能に配設され、一端側に前記直動部材のねじ部に螺合するねじ部を有し他端側が前記電動モータに接続される回転部材とを有しており、前記シリンダの底部側に、シリンダヘの液圧導入により前記ピストンの推進方向と反対側に弾性変形するとともに、前記回転部材を支持するシリンダ底部を前記ピストンの推進方向と反対方向に移動させる弾性変形部を設けたことを特徴とするディスクブレーキ。
2. 前記弾性変形部およびシリンダ底部の液圧を受ける面積は、前記ピストンの液圧を受ける面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ。
3. 前記弾性変形部およびシリンダ底部は、前記キャリパにおける前記シリンダの底部側部分であり、一体成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載のディスクブレーキ。
4. 前記シリンダ底部の移動は、前記シリンダ内が所定の液圧になったときに開始するように、前記弾性変形部を予め変形させておくことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のディスクブレーキ。
5. 前記シリンダ底部の変位量を、キャリパの組み立て時に予め調整可能であることを特徴とする請求項４に記載のディスクブレーキ。
6. 前記シリンダ底部の変位量が、所定量未満となるようにストッパ機構を設け、その所定量がキャリパの組み立て時に調整可能であることを特徴とする請求項４または５に記載のディスクブレーキ。
7. ディスクを挟んでその両側に配置される一対のパッドと、シリンダ内に摺動可能に配設したピストンを、前記シリンダ内への液圧導入により推進し、前記一対のパッドをディスクに押圧させて制動力を発生するキャリパと、前記シリンダの外に設けられた電動モータにより作動し、前記シリンダ内への液圧供給により推進した前記ピストンを前記シリンダ内の液圧解除後も機械的に制動位置に保持させる駐車ブレーキ機構とを備えたディスククブレーキにおいて、
   前記シリンダは、前記ピストンを摺動可能に配設するシリンダ筒部及び該シリンダ筒部から延設された延長筒部からなるシリンダ本体と、該シリンダ本体と共に液圧を密封するように前記延長筒部内に配置される弾性材料からなるウォール部材と、を備え、
   前記駐車ブレーキ機構は、前記ピストン内に前記ピストンと相対移動可能に配設された直動部材と、前記シリンダの軸心上に回動可能に配設され、一端側に前記直動部材のねじ部に螺合するねじ部を有し他端側が前記ウォール部材を挿通して前記電動モータに接続される回転部材とを有しており、
   前記ウォール部材は、内周側部分で前記回転部材を支持し、外周側部分がシリンダ本体に支持され、前記シリンダヘの液圧導入により、前記ウォール部材が、前記ピストンの推進方向と反対方向に弾性変形し、前記内周側部分が、前記ピストンの推進方向と反対方向に移動することを特徴とするディスクブレーキ。
8. 前記ウォール部材は、縦弾性係数が、前記シリンダ本体の縦弾性係数より小さい材料で構成されたことを特徴とする請求項７記載のディスクブレーキ。
   
   

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