JP2007010066A

JP2007010066A - ディスクブレーキ

Info

Publication number: JP2007010066A
Application number: JP2005192491A
Authority: JP
Inventors: Junichi Ikeda; 純一池田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-01-18

Abstract

【課題】液圧補助式駐車ブレーキ機構を備えたディスクブレーキにおいて、キャリパ等の剛性を低下させることなく、駐車ブレーキとして充分な制動力を得る
【解決手段】常用ブレーキの場合、液圧に応じてピストン１１がブレーキパッド３、４をディスクロータ２に押圧して制動力を発生する。このとき、皿バネ１８の予圧により、推力蓄圧ピストン１５が後退しないので、必要なブレーキ液の量が増大しない。駐車ブレーキの場合、液圧を供給して、ピストン１１を推進すると共に、皿バネ１８のバネ力に抗して推力蓄圧ピストン１５を後退させる。ロック機構１４のナット２１をピストン１１に当接させた後、液圧を解除し、皿バネ１８のバネ力でロック機構１４を介してピストン１１をブレーキパッド３に押圧して制動力を維持する。推力蓄圧ピストン１５の大径化で必要な液圧を低減し、皿バネ１８の大径化で弾性係数を小さくし、制動力の低下を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、駐車ブレーキ機構を備えた液圧式のディスクブレーキに関するものである。

従来、自動車等の車両に搭載される液圧式のディスクブレーキにおいては、例えば特許文献１に記載されているように、液圧によらず制動状態を維持することができる駐車ブレーキ機構を備えたものが知られている。特許文献１に記載されたディスクブレーキは、常用ブレーキとして使用する場合には、液圧によってシリンダ内のピストンを作動させて、ブレーキパッドをディスクロータに押圧して、制動力を発生させる。また、駐車ブレーキとして使用する場合には、電動モータによって、歯車機構を介して、ねじ機構を回転させて、ピストンを推進して制動力を発生させる。
特開平８−２４４５９６号公報

また、駐車ブレーキ機構を備えた液圧式のディスクブレーキには、駐車ブレーキとして使用する際、液圧ポンプ等の液圧供給源によってシリンダ内に液圧を供給し、ピストンを推進してブレーキパッドをディスクロータに押し付けた後、電動モータによってロック機構を作動させてピストンを制動状態で保持するようにした液圧補助式駐車ブレーキ機構を備えたものがある。これにより、電動モータの負荷を大幅に軽減することができ、電動モータの小型化及び省電力化を達成することができる。

上記従来の液圧補助式駐車ブレーキ機構を備えたディスクブレーキの問題点について、図８及び図９を参照して説明する。
図８は、従来の液圧補助式駐車ブレーキ機構を備えたキャリパ浮動型液圧式ディスクブレーキの構造を概略的に示すものである。図８（Ａ）に示すように、駐車ブレーキを作動させるため、先ず、キャリパ１０１のシリンダ１０２内に液圧を供給して、ピストン１０３を図中左方へ移動させ、一方のブレーキパッド１０６をディスクロータ１０７へ押圧し、その反力によってキャリパ１０１を図中右方へ移動させ、ツメ部１０５によって他方のブレーキパッド１０６をディスクロータ１０７へ押圧する。このとき、ロック機構１０８は、作動しておらず、ピストン１０３から所定のギャップをもって離れている。

次に、図８（Ｂ）に示すように、ロック機構１０８を作動させてピストン１０３に当接させた後、シリンダ１０２内の液圧を解除する。これにより、液圧解除後もロック機構１０８によってピストン１０３を制動位置で保持することができ、駐車時に必要な制動力を維持することができる。

ここで、当該ディスクブレーキの構成部材であるキャリパ１０１、ピストン１０３、ブレーキパッド１０６、ディスクロータ１０７及びロック機構１０８は、厳密には剛体ではなく弾性体である。そこで、図８（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれの状態について、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、キャリパ１０１及びピストン１０３を剛体とみなし、キャリパ１０１、ピストン１０３、ブレーキパッド１０６、ディスクロータ１０７の弾性を弾性係数Ｋ_Cのキャリパバネ１１０に置換え、また、ロック機構１０８の弾性を弾性係数Ｋ_Lのロック機構バネ１１１に置換えてモデル化する。

図８(Ｃ)に示すように、液圧印加状態では、ピストン１０３の推力Ｆ_C（液圧とピストン受圧面積との積）によってキャリパバネ１１０は、ピストン１０３の変位δの分だけ圧縮される。このとき、ロック機構１０８とピストン１０３とのギャップは、変位δの分だけ増大する。図８（Ｄ）に示すように、ロック機構１０８の動作後、液圧を解除した状態では、ロック機構バネ１１１が圧縮されてピストン１０３の変位はδ’（＜δ）に減少し、キャリパバネ１１０の圧縮量もその分だけ減少する。このとき、ロック機構バネ１１１の圧縮量は、δ−δ’となり、これにより、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBが生じることになる。

ここで、液圧によるピストン１０３の変位δ（キャリパバネ１１０の変形量）は、
δ＝Ｆ_C/Ｋ_C
であり、また、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBは、
Ｆ_PKB＝δ’×Ｋ_C＝（δ−δ’）×Ｋ_L
と表されるので、これらの式から、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBは、
Ｆ_PKB＝Ｆ_C/（１＋Ｋ_C/Ｋ_L）
であることがわかる。

次に、実際に得られる駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBについて、図９を参照して説明する。キャリパバネ１１０及びロック機構バネ１１１は、非線形特性を有しており、これらの推力と変位との関係をそれぞれ図９中の曲線Ｋ_C及び曲線Ｋ_Lで示す。液圧印加時は、ピストン１０３の推力はＦ_Cであり、キャリパバネ１１０の変形量はδである（曲線Ｋ_C上の点ａ参照）。その後、ロック機構１０８を作動させ、液圧を解除すると、ロック機構バネ１１１が圧縮される分だけキャリパバネ１１０の変形量が減少してδ’となる。このとき、曲線Ｋ_Lをその原点が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がキャリパバネ１１０の変形量δ’及び駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBを示しており、駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBは、液圧による推力Ｆ_Cの７５％程度となる。

更に、駐車ブレーキには、ブレーキパッドの熱収縮の問題がある。長い降坂等でブレーキを酷使した直後においては、ブレーキパッド１０６及びディスクロータ１０７は、非常に高温になっており、キャリパ１０１及びピストン１０３の温度も上昇している。この高温状態のまま駐車ブレーキを作動させて長時間放置した場合、主にブレーキパッド１０６の熱収縮によって、液圧によるキャリパバネ１１０の変形量δがΔＸだけ減少したのと同等の影響を受ける。

この場合、液圧によるピストン１０３の変位δ（キャリパバネ１１０の変形量）は、熱収縮量ΔＸの影響を考慮すると、
δ＝Ｆ_C/Ｋ_C−ΔＸ
となる。また、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
となる。これらの式から、
Ｆ_PKB’＝（Ｆ_C−ΔＸ×Ｋ_C）/（１＋Ｋ_C/Ｋ_L）
であることがわかる。

実際には、図９において、曲線Ｋ_Lをその原点がδ−ΔＸ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ｃがキャリパバネ１１０の熱収縮後の変形量δ’’及び駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB’を示しており、熱収縮後の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB’ は、液圧による推力Ｆ_Cの６０％程度以下となってしまう。

このため、駐車ブレーキ機構によって充分な制動力を得るには、印加する液圧を充分に高める必要があり、液圧発生ポンプの負荷が大きくなり、消費動力の増大及びポンプの大型化という問題を生じる。ここで、液圧解除後の駐車ブレーキ推力Ｆ_PKBの低下を小さく抑えるためには、Ｋ_C／Ｋ_Lを小さく、すなわち、キャリパ１０１、ブレーキパッド１０６、ディスクロータ１０７及びピストン１０３の剛性を下げ、また、ロック機構１０８の剛性を上げることが考えられるが、常用ブレーキの性能（制動力、操作性、耐久性及びブレーキ鳴き等）の観点から、キャリパ１０１、ブレーキパッド１０６、ディスクロータ１０７及びピストン１０３の剛性を低下させることには問題があり、また、ロック機構１０８の剛性を上げることにも限界がある。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、キャリパ等の剛性を低下させることなく、駐車ブレーキとして充分な制動力を得ることができる液圧補助式駐車ブレーキ機構を備えたディスクブレーキを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、ディスクロータと、該ディスクロータを挟んでその両側に配置された一対のブレーキパッドと、シリンダ及び該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンを有し、前記シリンダ内への液圧の導入によって前記ピストンを推進して、前記一対のブレーキパッドを前記ディスクロータに押圧して制動力を発生させるキャリパと、前記ピストンを制動位置で保持する駐車ブレーキ機構とを備えたディスクブレーキにおいて、
前記駐車ブレーキ機構は、前記シリンダに連通する該シリンダよりも大径の大径シリンダと、該大径シリンダに摺動可能に嵌装された推力蓄積ピストンと、該推力蓄積ピストンを介して前記シリンダ内の液圧を受けて圧縮される前記推力蓄積ピストンよりも大径の皿バネと、前記ピストンと前記推力蓄積ピストンとの間の距離を固定及び固定解除可能なロック機構とを備えていることを特徴とする。
請求項２の発明に係るディスクブレーキは、上記請求項１の構成において、前記皿バネは、突出した内周部が前記推力蓄積ピストンに当接し、突出した外周部が前記キャリパに支持されるように配置されていることを特徴とする。
請求項３の発明に係るディスクブレーキは、上記請求項１又は２の構成において、前記皿バネは、その初期隙間の板厚に対する比が１．０〜１．４である並列に組合わされた複数の皿バネであることを特徴とする。
請求項４の発明に係るディスクブレーキは、上記請求項１乃至３のいずれかの構成において、前記皿バネに予圧を付与する予圧手段が設けられ、前記シリンダ内の液圧が所定圧力に達してから前記推力蓄積ピストンが移動し始めることを特徴とする。
請求項５の発明に係るディスクブレーキは上記請求項１乃至４のいずれかの構成において、前記推力蓄積ピストンの移動量を制限するストッパが設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明に係るディスクブレーキによれば、液圧によって皿バネのバネ力に抗して推力蓄積ピストンを後退させた後、ロック機構によってピストンと推力蓄積ピストンと間の距離を固定し、その後、液圧を解除することにより、皿バネのバネ力によって、ピストンをブレーキパッドに押圧した状態で保持して制動力を維持することができる。このとき、推力蓄積ピストンを大径にすることにより、駐車ブレーキに必要な液圧を軽減することができ、また、皿バネを大径にすることにより、その弾性係数を小さくして、駐車ブレーキの制動力の低下を抑制することができる。
請求項２の発明に係るディスクブレーキによれば、推力蓄積ピストンの変形を抑制して、駐車ブレーキに必要な液量を低減するとともに、皿バネのバネ力を効率よくピストンに伝達して、駐車ブレーキの制動力の低下を抑制することができる。
請求項３の発明に係るディスクブレーキによれば、皿バネの弾性係数を小さくして、駐車ブレーキの制動力の低下を抑制することができる。
請求項４の発明に係るディスクブレーキによれば、常用ブレーキの通常使用状態では、シリンダ内の液圧が所定圧力に達せず、推力蓄積ピストンが移動しないので、制動に必要なブレーキ液の量が増大せず、制動力を迅速に立ち上げることができる。
請求項５の発明に係るディスクブレーキによれば、皿バネが過度の変形による損傷を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係るディスクブレーキ１は、キャリパ浮動型液圧ディスクブレーキであって、車輪（図示せず）とともに回転するディスクロータ２の両側に配置された一対のブレーキパッド３、４（パッド）と、ディスクロータ２を跨ぐキャリパ５と、車両の非回転部分に固定されてブレーキパッド３、４及びキャリパ５を移動可能に支持するキャリア（図示せず）とを備えている。

キャリパ５には、一方のブレーキパッド３に対向する部位に段付のシリンダボア６が設けられ、また、ディスクロータ２を跨いで他方のブレーキパッド４に対向するツメ部７がが形成されている。シリンダボア６は、ブレーキパッド３側から順に、シリンダ８、シリンダ８に連通し、シリンダ８よりも大径の大径シリンダ９及び大径シリンダ９よりも更に大径のバネ収容部１０が形成された段付形状となっている。

シリンダ８には、有底円筒状のピストン１１がフォールバックシール１２を介して摺動可能に嵌装されており、ピストン１１とシリンダ８との間は、更に、ダストシール１３によってシールされている。また、ピストン１１の内部には、駐車ブレーキ機構を構成するロック機構１４が設けられている。大径シリンダ９には、推力蓄積ピストン１５がＯリング１６を介して摺動可能に嵌装されている。これにより、ピストン１１と推力蓄積ピストン１５との間に液圧室１７が形成され、キャリパ５には、液圧室１７に、マスタシリンダ、液圧ポンプ等の液圧供給源を接続するための液圧ポート（図示せず）が設けられている。バネ収容部１０には、複数枚重ねられた皿バネ１８が設けられ、キャリパ５のバネ収容部１０側の開口部には、モータ／減速機１９が取付けられている。

ロック機構１４は、先端部にネジ部が形成された軸状の送りネジ２０及び送りネジ２０のネジ部に螺合する円筒状のナット２１を備えている。送りネジ２０の基端側は、推力蓄積ピストン１５に、Ｏリング２２を介して液密的かつ回転可能に挿通され、更に、バネ収容部１０を通って延ばされ、モータ／減速機１９の駆動軸に連結されている。送りネジ２０のネジ部の基部には、フランジ部２３が形成され、フランジ部２３の端面がスラスト軸受２４を介して推力蓄積ピストン１５の前端面に当接している。また、送りネジ２０の推力蓄積ピストン１５に挿通された軸部には、予圧機構２５が取付けられ、予圧機構２５がスラスト軸受２６を介して推力蓄積ピストン１５の後端面に当接して、スラスト軸受２４、２６に所定の予圧を付与している。これにより、送りネジ２０は、推力蓄積ピストン１５に対して、軸回りに回転可能であり、かつ、軸方向に固定されている。また、送りネジ２０とモータ／減速機１９の駆動軸とは、スプライン等によって軸方向に移動可能に連結されている。

ナット２１は、回り止め２７によって、推力蓄積ピストン１５に対して、軸方向に移動可能であり、かつ、軸回りの回転方向に固定されている。これにより、送りネジ２０を回転させることによって、その回転方向に応じてナット２１を軸方向に移動させることができ、ナット２１の先端部をピストン１１の底部に当接させることができる。このとき、ロック機構１４のネジ部のリードは、充分小さく設定されており、送りネジ２０とナット２１との間に軸方向の荷重がかかっても、これらが相対回転することはない。

推力蓄積ピストン１５は、前端中央部にスラスト軸受２４を支持する凹部が形成され、後端央部に円筒部２８が形成されて中央部の剛性が充分高くなっている。また、推力蓄積ピストン１５の前端面外周部には、突起部２９が形成され、突起部２９が小径シリンダ８と大径シリンダ９との境界の段部に形成された係合部に係合して、推力蓄積ピストン１５の前端位置を規定すると共に、軸回りの回り止めを行っている。

皿バネ１８は、同じ方向（並列）に組合せて積層され、内周側が突出した面の内周部が推力蓄積ピストン１５の後端面に当接するように円筒部２８の外周に嵌合されている。バネ収容部１０の内周面には、ネジ部が形成され、ネジ部には環状の予圧リング３０（予圧手段）が螺合されている。そして、予圧リング３０によって皿バネ１８の外周側が突出した面の外周部を押圧して、皿バネ１８を圧縮し、皿バネ１８のバネ力によって推力蓄積ピストン１５を付勢してシリンダ８側の係合部に押圧している。なお、推力蓄積ピストン１５及び予圧リング３０の皿バネ１８との当接部は、段付形状にして突出されて、皿バネ１８が最大限に撓んでも干渉しないようになっている。

そして、皿バネ１８は、予圧リング３０によって予め圧縮された状態で保持されており、液圧室１７内の液圧が所定の圧力に達しないと推力蓄積ピストン１５が移動しないようになっている。皿バネ１８の予圧は、組立時に、油圧シリンダ等を用いて予圧リング３０よりも小径のプランジャを所定の推力で押付けて皿バネ１８を圧縮し、予圧リング３０をバネ収容部１０のネジ部に締付けた後、所定の回転角度だけ戻すことによって、設定、調整することができる。

また、バネ収容部１０のネジ部には、予圧リング３０に隣接して環状のストッパ３１が螺着されている。ストッパ３１は、原位置にある推力蓄積ピストン１５の円筒部２８の先端部に対して所定の間隔Ｃをもって配置されており、円筒部２８に当接することによって推力蓄積ピストン１５の後退位置を規定して、皿バネ１８の過度の変形による損傷を防止している。

モータ／減速機１９は、電動モータとギヤ減速機とを組合わせたものであり、モータの出力軸の回転を所定の減速比で減速して駆動軸を回転させるようになっている。モータ／減速機１９の駆動軸は、送りネジ２０の軸部にスプライン結合等によって連結されており、送りネジ２０が軸方向に移動できるようになっている。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
常用ブレーキとして使用する場合、マスタシリンダ、油圧ポンプ等の液圧供給源から液圧室１７へ液圧を供給すると、ピストン１１は、フォールバックシール１２を撓ませながら前進して、一方のブレーキパッド３をディスクロータ２に押圧し、その反力によってキャリパ５が移動して、爪部９によって他方のブレーキパッド４をディスクロータ２に押圧する。これにより、ブレーキパッド３、４によってディスクロータ２を挟みつけて制動力を発生させる。このとき、通常の使用状態では、液圧室１７に供給される液圧が所定圧力に達せず、皿バネ１８のバネ力によって付勢された推力蓄積ピストン１５が後退しないので、制動に必要な液量が増大せず、制動力を迅速に立ち上げることができる。液圧の供給を解除すると、ピストン１１は、フォールバックシール１１の弾性によって原位置まで後退して、制動が解除される。ブレーキパッド３、４に磨耗が生じると、制動時にピストン１１とフォールバックシール１１との間に滑りが生じることにより、ブレーキパッド３、４とディスクロータ２とのクリアランを一定に調整する。

駐車ブレーキとして使用する場合には、先ず、液圧供給源から液圧室１７へ液圧を供給して、ピストン１１を前進させてブレーキパッド３、４をディスクロータ２に押付ける。このとき、所定圧力に達する液圧を供給して、推力蓄積ピストン１５を皿バネ１８のバネ力に抗して後退させる。次に、この状態で、モータ／減速機１９を作動させ、送りネジ２０を回転させて、ナット２１を前進させてピストン１１の底部に押圧する。その後、液圧室１７への液圧の供給を解除すると、推力蓄積ピストン１５の後退によって圧縮された皿バネ１８のバネ力がスラスト軸受２４及びロック機構１４を介してピストン１１をブレーキパッド３に押圧するので、制動状態を保持することができる。このとき、ロック機構１４のネジ部のリードが充分小さいため、送りネジとナットとの相対回転は、これらの間の摩擦力によってロックされるので、ピストン１１と推力蓄積ピストン１５との間隔を一定に保持することができる。このようにして、駐車ブレーキとして制動力を維持することができる。

駐車ブレーキを解除する場合には、先ず、液圧室１７に液圧を供給して、ピストン１１を図１中左方へ、また、推力蓄積ピストン１５を図１中右方へ付勢し、ロック機構１４のネジ部に作用する皿バネ１８のバネ力を解除する。次に、この状態で、モータ／減速機１９によって送りネジ２０を制動時とは逆回転させて、ナット２１を所定位置まで後退させる。その後、液圧室１７に供給した液圧を解除する。このようにして、駐車ブレーキを解除することができる。

次に、本実施形態の作用について、図３乃至図７を参照して更に詳細に説明する。ディスクブレーキ１の構造を図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に概略的に示す。図３（Ａ）に示すように、常用ブレーキとして使用する場合には、液圧室１７に供給される液圧は、所定圧力に達しておらず、推力蓄積ピストン１５は移動しない。また、ロック機構１４とピストン１１との間にギャップが設けられており、ピストン１１は液圧に応じて移動し、ブレーキパッド３、４をディスクロータ２に押圧して制動力を発生させる。このとき、推力蓄積ピストン１５が移動せず、制動に必要なブレーキ液の量が増大しないので、制動力を迅速に立ち上げることができる。

駐車ブレーキとして使用する場合には、先ず、図３（Ｂ）に示すように、液圧室に所定圧力よりも高い液圧を供給して、ピストン１１を移動させてブレーキパッド３、４をディスクロータ２に押圧すると共に、皿バネ１８のバネ力に抗して推力蓄積ピストン１５を後退（変位量δ_S）させる。次に、図３（Ｃ）に示すように、この状態で、ロック機構１４を伸長させてピストン１１に当接させた後、液圧を解除する。このとき、推力蓄積ピストン１５の変位量δ_Sは、各部の弾性変形の分だけ減少するが、皿バネ１８のバネ力によってロック機構１４を介しピストン１１を押圧して、制動力を維持することができる。

ここで、ディスクブレーキ１の構成部材であるキャリパ５、ピストン１１、ブレーキパッド３、４、ディスクロータ２、ロック機構１４、推力蓄積ピストン１５及び予圧リング３０等の各部材は、厳密には剛体ではなく弾性体である。そこで、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のそれぞれの状態について、図３（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、キャリパ５及びピストン１１、推力蓄積ピストン１５及び予圧リング３０を剛体とみなし、キャリパ５、ピストン１１、ブレーキパッド３、４及びディスクロータ２の弾性をキャリパバネＫ_Cに置換え、ロック機構１４、推力蓄積ピストン１５及びスラスト軸受２４の弾性をロック機構バネＫ_Lに置換え、また、皿バネ１８及び予圧リング３０の弾性を支持バネＫ_Sに置換えてモデル化する。

図３（Ｄ）に示すように、常用ブレーキの通常使用状態（低液圧時）では、ピストン１１の推力（液圧とピストン受圧面積との積）によってキャリパバネＫ_Cが圧縮され、その分だけピストン１１とロック機構バネＫ_Lとのギャップが増大する。図３（Ｅ）に示すように、駐車ブレーキ用の液圧印加時には、ピストン１１は液圧による推力Ｆ_Cによって図中左方へ付勢されてキャリパバネＫ_Cを変位δだけ圧縮し、また、推力蓄積ピストン１５は、液圧によって図中右方へ付勢されて支持バネＫ_Sをδ_Sだけ圧縮し、これにより、ピストン１１とロック機構Ｋ_Lとのギャップがδ＋δ_Sだけ増大する。図３（Ｆ）に示すように、ロック機構１４を作動させた後、液圧を解除すると、キャリパバネＫ_C及び支持バネＫ_Sの圧縮量δ及びδ_SがキャリパバネＫ_C、支持バネＫ_S及びロック機構ばねＫ_Lの３つのバネで分担されて、キャリパバネＫ_Cの圧縮量はδ’に減少し、支持バネＫ_Sの圧縮量はδ_S’に減少し、ロック機構バネＫ_Lは（δ＋δ_S）−（δ’＋δ_S’）だけ圧縮される。

次に、図６を参照して、駐車ブレーキ作動時に得られるブレーキパッド３、４をディスクロータ２に押圧する力（駐車ブレーキ推力Ｆ_PKB）について説明する。キャリパバネＫ_C、ロック機構バネＫ_L及び支持バネＫ_Sは、非線形特性を有しており、これらの各バネによる推力と変形量との関係をそれぞれ図６中の曲線Ｋ_C、曲線Ｋ_L及び曲線Ｋ_Sで示す。そして、曲線Ｋ_L及び曲線Ｋ_Sを合成したものを曲線Ｋ_L／／Ｋ_Sで表す。

図３（Ａ）及び（Ｄ）に示す常用ブレーキの通常作動状態では、液圧によるピストン１１の推力（液圧とピストン受圧面積との積）に応じてキャリパバネＫ_Cが変形するが、液圧が所定圧力に達するまでは支持バネＫ_Sは変形しない。また、ロック機構バネＫ_Lは、ピストン１１とロック機構１４との間にギャップがあるため、変形しない。図３（Ｂ）及び（Ｅ）に示す駐車ブレーキ用液圧印加時には、ピストン１０３の推力はＦ_Sであり、キャリパバネの変形量はδである（曲線Ｋ_C上の点Ａ参照）。また、推力蓄積ピストン１５の推力はＦ_Sであり、支持バネＫ_Sの変形量はδ_Sである（曲線Ｋ_S上の点Ｂ参照）。その後、ロック機構１４を作動させ、液圧を解除すると、ロック機構バネＫ_Sが圧縮変形される分だけキャリパバネＫ_C及び支持バネＫ_Sの変形量が減少して、それぞれδ’及びδ_S’となる。このとき、曲線Ｋ_L／／Ｋ_Sをその原点が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ＣがキャリパバネＫ_Cの変形量δ’及び駐車ブレーキ推力Ｆ_pkbを表しており、この駐車ブレーキ推力Ｆ_pkbにおける曲線Ｋ_S上の点Ｄが支持バネＫ_Sの変形量δ_S’を表している。

更に、この状態から、ブレーキパッド３、４がΔＸだけ熱収縮した場合については、曲線Ｋ_L／／Ｋ_Sをその原点がδ＋δ_S−ΔＸ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ＥがキャリパバネＫ_Cの熱収縮後の変形量及び駐車ブレーキ推力Ｆ_pkb’を示している。

図６を参照すると、駐車ブレーキ推力Ｆ_pkbを増大させるためには、推力蓄積ピストン１５の推力Ｆ_Sを大きくし、支持バネＫ_Sすなわち皿バネ１８の弾性係数（荷重／変位の傾き）を小さくし、ロック機構バネＫ_Lすなわちロック機構１４の弾性係数（剛性）を大きくすることが有効であることがわかる。

推力蓄積ピストン１５の推力を増大させるためには、推力蓄積ピストン１５を大径化してその受圧面積を大きくすることが有効であるから、本実施形態では、推力蓄積ピストン１５をピストン１１よりも充分大径にしている。また、ロック機構１４の剛性を高めるため、本実施形態では、ロック機構１４の送りネジ２０及びナット２１の各部材の剛性及びネジ部の剛性を充分高めている。

次に、皿バネ１８の荷重特性について、図４及び図５を参照して説明する。図４に示す寸法の皿バネ１８を軸方向に圧縮した場合の荷重と変位との関係（弾性係数）は、図５に示すように、ほぼ３次曲線になることが知られている。ここで、荷重は、荷重Ｐを変位δが初期隙間ｈに等しくなる（δ＝ｈ）ときの荷重Ｐ₀で除した値Ｐ／Ｐ₀で表し、変位は、変位δを初期隙間ｈで除した値δ／ｈで表している。皿バネの弾性係数（荷重／変位の傾き）は、荷重が大きくなる（δ／ｈが１（変曲点）に近づく）ほど、小さくなり、その傾向は、ｈ／ｔ（初期隙間／板厚）が１．０から１．５へ近づくほど顕著である。そこで、皿バネ１８の弾性係数を小さくするためには、ｈ／ｔ＝１．０〜１．４とすることが望ましい。例えば、皿バネ１８をｈ／ｔ＝１．２で、δ／ｈ＝０．６となるように予圧を付与して、０．６＜δ／ｈ＜１．０の範囲で使用した場合、平均弾性係数は、線形バネの場合の約１／２となる。なお、ｈ／ｔ＝１．５では、変位δ／ｈに対する荷重Ｐ／Ｐ₀の増減が逆転する不安定な領域があるため、実用上望ましくない。

また、皿バネ１８は、大径化することによって、弾性係数を小さくすることができるので、本実施形態では、バネ収容部１０を大径シリンダ９よりも大径にして、推力蓄積ピストン１５よりも大径の皿バネ１８を使用している。

次に、皿バネ１８の配置について、図２を参照して説明する。皿バネ１８は、複数の皿バネを図２（Ａ）に示すように同じ方向（並列）に重ね、図２（Ｂ）に示すように異なる方向（直列）に重ね、又は、これらを組合せて重ねて、内周部が突出する側を推力蓄積ピストン１５に当接させ、外周部が突出する側を予圧リング３０に当接するように配置することができる。このとき、並列に重ねた場合には、単品に対して重ね枚数倍の荷重が得られ、直列に重ねた場合には、単品に対して重ね枚数倍の変位が得られる。したがって、図１の例では、３枚皿バネ１８を並列に配置しているが、所望の特性が得られるように、皿バネ１８の配置を適宜変更してもよい。

なお、皿バネ１８が圧縮されたとき、推力蓄積ピストン１５及び予圧リング３０との接触部分が増大すると、特性が不安定になるので、推力蓄積ピストン１５及び予圧リング３０の皿バネ１８との当接部に突出部１５Ａ、３０Ａ（図２参照）を形成して、皿バネ１８との接触部分の増大を防止するとよい。

次に、推力蓄積ピストン１５の形状と皿バネ１８の配置について図７を参照して説明する。駐車ブレーキ作動時に、液圧室１７内の供給されるブレーキ液、皿バネ１８及びロック機構１４の間で相互に荷重を効率よく伝達するためには、推力蓄積ピストン１５は剛体であることが望ましい。しかしながら、推力蓄積ピストンは、液圧による推力を増大させるために大径化されているので、荷重が作用したとき撓みが生じやすくなっている。そして、推力蓄積ピストン１５は、中央部に円筒部２８が設けられているため、中央部の剛性が高く、外周部が撓みやすくなっている。

駐車ブレーキ作動時に、推力蓄積ピストン１５は、液圧室１７に供給されたブレーキ液の液圧を受けて皿バネ１８を圧縮し、また、ロック機構１４を作動させた後、液圧を解除すると、皿バネ１８のバネ力をスラスト軸受２４を介してロック機構１４に伝達する。このとき、ブレーキ液の液圧は等分布荷重として推力蓄積ピストン１５の受圧面に一様に作用するのに対して、ブレーキパッド３からロック機構１４を介して作用する反力は、推力蓄積ピストン１５の中央部に集中荷重として作用する。

このため、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、皿バネ１８の外周部が突出する側を推力蓄積ピストン１５の外周部に当接させた場合、皿バネ１８の荷重Ｆ（バネ力）が同じでも、液圧（等分布荷重ｐ）が作用したときよりも（図７（Ａ）参照）、ロック機構１４の反力（集中荷重Ｐ）が作用したときのほうが（図７（Ｂ）参照）、推力蓄積ピストン１５の撓みＷが大きくなる。したがって、この場合には、液圧を解除した後、推力蓄積ピストン１５に撓みが残ることになり、その分だけピストン１１に伝達される推力が低下して制動力が低下してしまう。また、液圧を供給する際に、推力蓄積ピストン１５に撓みが生じる分だけ多くのブレーキ液を供給する必要がある。

これに対して、本実施形態では、図７（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、皿バネ１８の中央部が突出する側を推力蓄積ピストン１５の中央部に当接させており、このようにした場合、液圧（等分布荷重ｐ）が作用したとき（図７（Ｃ）参照）、推力蓄積ピストン１５に撓みＷが生じるが、上記図７（Ａ）の場合よりも撓みが小さいので、供給するブレーキ液の供給量が少なくてすむ。また、液圧が解除されて、ロック機構１４の反力（集中荷重Ｐ）が作用した場合（図７（Ｄ）参照）、剛性の高い中央部に荷重が作用するため、推力蓄積ピストン１５に撓みが生じないので、ピストン１１に伝達される推力が低下せず、制動力を維持することができる。

本発明の一実施形態に係るディスクブレーキの縦断面図である。図１に示すディスクブレーキの皿バネの配置を示す概略図である。図１に示すディスクブレーキの構造を概略化及びモデル化して示す図である。皿バネの各部の寸法を示す縦断面図である。図４の皿バネの荷重特性を示すグラフ図である。図１に示すディスクブレーキにおいて、各部の推力と変位との関係を示すグラフ図である。図１に示すディスクブレーキの推力蓄積ピストンの荷重に対する変形を示す説明図である。従来の液圧補助式駐車ブレーキを備えたディスクブレーキの構造を概略化及びモデル化して示す図である。図８に示す従来のディスクブレーキにおいて、各部の推力と変位との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１ディスクブレーキ、２ディスクロータ、３、４ブレーキパッド、５キャリパ、８シリンダ、９大径シリンダ、１１ピストン、１４ロック機構、１５推力蓄積ピストン、１８皿バネ、３０予圧リング（予圧手段）、３１ストッパ

Claims

ディスクロータと、該ディスクロータを挟んでその両側に配置された一対のブレーキパッドと、シリンダ及び該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンを有し、前記シリンダ内への液圧の導入によって前記ピストンを推進して、前記一対のブレーキパッドを前記ディスクロータに押圧して制動力を発生させるキャリパと、前記ピストンを制動位置で保持する駐車ブレーキ機構とを備えたディスクブレーキにおいて、
前記駐車ブレーキ機構は、前記シリンダに連通する該シリンダよりも大径の大径シリンダと、該大径シリンダに摺動可能に嵌装された推力蓄積ピストンと、該推力蓄積ピストンを介して前記シリンダ内の液圧を受けて圧縮される前記推力蓄積ピストンよりも大径の皿バネと、前記ピストンと前記推力蓄積ピストンとの間の距離を固定及び固定解除可能なロック機構とを備えていることを特徴とするディスクブレーキ。
前記皿バネは、突出した内周部が前記推力蓄積ピストンに当接し、突出した外周部が前記キャリパに支持されるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキ。
前記皿バネは、その初期隙間の板厚に対する比が１．０〜１．４である並列に組合わされた複数の皿バネであることを特徴とする請求項１又は２に記載のディスクブレーキ。
前記皿バネに予圧を付与する予圧手段が設けられ、前記シリンダ内の液圧が所定圧力に達してから前記推力蓄積ピストンが移動し始める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。
前記推力蓄積ピストンの移動量を制限するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のディスクブレーキ。