JP2007285344A - ディスクブレーキ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦撹拌接合の終了位置にできる窪み状の痕を、別部材を充填することなく消失できるようにして、製造コストの高騰や製品の経時劣化を招くことなく、シリンダ強度の低下防止と外観品質の向上を図ることのできるディスクブレーキ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】キャリパボディ本体４６のボア２６の底部に開口部を形成し、この開口部の周縁部にボア２６の軸方向外側に突出する余肉部５２を形成する。この余肉部５２に径方向外側の頂部から開口部側に向かって傾斜するテーパ面５３を形成する。開口部に蓋部材４３を摩擦撹拌接合し、その摩擦撹拌接合の終了位置を余肉部５２のテーパ面５３上まで延長する。余肉部５２を切除することによって工具の痕５７を取り除く。
【選択図】図４

Description

この発明は、車両の車軸回転の制動等に用いられるディスクブレーキとその製造方法に関するものである。

車両の車輪制動に用いられるディスクブレーキは、ブレーキキャリパにシリンダが設けられ、シリンダのボア内に収容されたピストンが液圧を受けてブレーキパッドをディスクに押圧する構造となっている。
このようなディスクブレーキにおいて、例えばシリンダ内の加工を容易にする等の目的のために、シリンダを、底部の蓋部材と、この蓋部材で閉塞される開口部を有する筒状のシリンダ本体とに分割し、開口部を介してシリンダ本体内のシール溝の形状やボアの切削等の加工を行った後に、開口部を閉塞するように開口部に蓋部材を取り付けるものがある。この場合、蓋部材の取り付けは、シリンダ本体の開口部に蓋部材を螺合することによって行われている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、このディスクブレーキの場合、シリンダ本体の開口部と蓋部材にネジ溝とネジ山を切らなければならないため、両者の結合を確実にするためには螺合部の軸長をある程度長く確保しなければならない。このため、シリンダの底部の肉厚が厚くなり、ブレーキキャリパが大型・重量化することが懸念されている。

ところで、この種のディスクブレーキにおいては、製造の容易化と小型・軽量化を図るためにシリンダ本体の開口部と蓋部材を溶接によって固着することが検討されている。この溶接方法としては、現在、摩擦撹拌接合（例えば、特許文献２参照。）が検討されているが、摩擦撹拌接合は溶接の終了位置に工具の形状が窪み状の痕として残ることが知られている。このため、既存の摩擦撹拌接合技術をそのまま利用した場合には、シリンダの強度低下や美観の低下を招くことが懸念される。

この摩擦撹拌接合の終了位置にできる窪み状の痕を無くす対策としては、摩擦撹拌接合の終了後に窪み部分に樹脂材料を充填することが検討されている（例えば、特許文献３参照。）。
実開平６−６９４５６号公報 特表平７−５０５０９０号公報 特開２００２−１２００７７号公報

しかし、このように摩擦撹拌接合の終了後に窪み部分に別材料を充填する場合には、製造工数が多くなり、製造コストの高騰に繋がるうえ、経時使用によって充填材料が剥離することが懸念される。

そこで、この発明は、摩擦撹拌接合の終了位置にできる窪み状の痕を、別部材を充填することなく消失できるようにして、製造コストの高騰や製品の経時劣化を招くことなく、シリンダ強度の低下防止と外観品質の向上を図ることのできるディスクブレーキとその製造方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ピストンをシリンダのボア内で摺動させて該ピストンによりブレーキパッドをディスクに押圧するディスクブレーキであって、前記シリンダが、底部の蓋部材と、該蓋部材で閉塞される開口部を有するシリンダ本体とによって構成されるディスクブレーキにおいて、前記シリンダに、前記シリンダ本体の開口部と前記蓋部材の嵌合部に向かって傾斜したテーパ面を有する余肉部を設け、前記蓋部材を、前記シリンダ本体の開口部に摩擦撹拌接合によって接合し、前記余肉部のテーパ面をこの摩擦撹拌接合の終了位置とし、摩擦撹拌接合後の前記余肉部を切除するようにした。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記余肉部を、前記シリンダ本体の開口部のある側の端面に形成するようにした。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記余肉部を、前記蓋部材に形成するようにした。

請求項４に記載の発明は、ピストンをシリンダのボア内で摺動させて該ピストンによりブレーキパッドをディスクに押圧するディスクブレーキであって、前記シリンダが、底部の蓋部材と、該蓋部材で閉塞される開口部を有するシリンダ本体とによって構成されるディスクブレーキの製造方法において、前記シリンダに、前記シリンダ本体の開口部と前記蓋部材の嵌合部に向かって傾斜したテーパ面を有する余肉部を設け、前記シリンダ本体の開口部に前記蓋部材を嵌合し、該開口部と蓋部材の嵌合部の周域を摩擦撹拌接合によって接合するとともに、この摩擦撹拌接合の終了位置を前記余肉部のテーパ面上まで延ばし、その後に前記余肉部を切除するようにした。

この発明によれば、シリンダ本体の開口部と蓋部材を摩擦撹拌接合する際の終了位置が余肉部のテーパ面上に設定され、摩擦撹拌接合の終了位置にできる窪み状の痕が余肉部の切除ともに消失するため、摩擦撹拌接合によってできた窪み状の痕を別部材の充填で塞ぐ場合に比較して製造が容易になるとともに、製造後の製品の経時劣化のおそれも生じなくなる。そして、余肉部の切除の後には、シリンダ上から摩擦撹拌接合に伴う窪み状の痕が消失するため、窪み状の痕によるシリンダ強度の低下や外観品質の低下を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、シリンダ本体に余肉部を形成したため、摩擦撹拌接合の終了位置の配置の自由度が高まり、その結果、摩擦撹拌接合やその後の加工を容易にすることが可能になる。

請求項３に記載の発明によれば、余肉部を、比較的小型で構造がシンプルな蓋部材に形成したため、余肉部を有するシリンダを型成形で容易に形成することが可能になる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、図１〜図６に示す第１の実施形態について説明する。
この実施形態のディスクブレーキは自動二輪車等に用いられるブレーキであり、制動対象となる車輪（回転体）と一体回転するディスク１２（図１，図２参照。）と、このディスク１２に摩擦抵抗を付与するキャリパを備えている。キャリパは、ディスク１２を跨いだ状態で車体に取り付けられるキャリパボディ１６（シリンダ）と、ディスク１２を挟んで互いに対向するようにキャリパボディ１６に摺動可能に設けられる図示しない一対のピストンを有する対向ピストン型のものである。

キャリパボディ１６は、図２に示すように、ディスク１２を挟んでアウタ側（車輪に対し反対側）に配置されるアウタ側シリンダ部２０と、インナ側（車輪側）に配置されるインナ側シリンダ部２１と、アウタ側シリンダ部２０とインナ側シリンダ部２１をディスク１２の半径方向外側で結ぶディスクパス部２２とを有している。

アウタ側シリンダ部２０及びインナ側シリンダ部２１には、互いにディスク軸線方向において対向する一対のボア２６が形成され、この各ボア２６に前記ピストンが摺動可能に収容されている。

また、キャリパボディ１６のディスク１２側に臨む各ボア２６の前面側には、キャリパボディ１６にパッドピン（図示せず。）を介してディスク軸線方向に移動可能に支持されたブレーキパッド（図示せず。）が夫々配置されている。この各ブレーキパッドは背部に配置されるピストンによって押圧操作され、ディスク１２を両側から挟圧することにより制動力を発生するようになっている。

キャリパボディ１６は、前述したアウタ側及びインナ側のシリンダ部２０，２１とディスクパス部２２を主要素とし、これらのほぼ全域がアルミニウム鋳造によって一体に形成されている。ただし、インナ側シリンダ部２１のボア２６の底部位置には開口部４５が形成され、この開口部４５に円板状の蓋部材４３が取り付けられている。なお、以下では、キャリパボディ１６のうちの蓋部材４３を除く部分、つまり、この発明におけるシリンダ本体に相当する部分をキャリパボディ本体４６と呼ぶものとする。
開口部４５は、内周面に段差部等のないストレートな形状とされ、蓋部材４３も同様に外周面がストレート形状とされている。

なお、キャリパボディ本体４６の開口部４５は、キャリパボディ本体４６の鋳造後に内部の加工を行うための加工孔として利用される。例えば、この開口部４５は、開口部４５自体の加工を終えた時点、または、鋳造直後の開口部４５の下孔の段階で、インナ側及びアウタ側のシリンダ部２１，２０のボア２６の内面を切削する際に切削工具の挿入孔として用いられる。

また、キャリパボディ本体４６のインナ側シリンダ部２１は、ボア２６の周壁部に径方向外側に突出するリブ５１が一体に形成されている。キャリパボディ本体４６のインナ側シリンダ部２１の外側底面、つまり、キャリパボディ本体４６の開口部４５のある側の外側底面は、図１に示すように開口部４５を取り囲む円形状の周縁部５０からリブ５１がディスク１２の径方向内側に突出した形状となっている。

インナ側シリンダ部２１の底面は、図２に示すように、キャリパボディ本体４６の鋳造段階において、シリンダ軸方向（ボア２６の軸方向）に沿って外側に突出する余肉部５２がリブ５１部分に形成され、残余の部分がシリンダ軸方向と直交するように偏平に形成されている。そして、余肉部５２には、インナ側シリンダ部２１の径方向外側端付近が頂部となり、その頂部から開口部４５方向に向かって傾斜するテーパ面５３が形成されている。

また、インナ側シリンダ部２１の開口部４５には、蓋部材４３が以下のようにして摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）によって取付けられている。
この摩擦撹拌接合で使用される接合工具５４は、図４に示すように、円柱状の大径軸部５５とこの大径軸部５５よりも小径の先端軸部５６を有し、これらの軸部５５，５６を接合箇所に沿わせて移動させて溶接を行う。なお、上記接合工具５４を用いた摩擦攪拌接合の具体的な方法に関しては、例えば、米国特許第5,460,317号のFig12A〜Cに示されている。
この接合工具５４を用いた接合においては、接合箇所が溶融後にほぼ平坦になって凝固するが、摩擦撹拌接合の終了位置は平坦ではなく、窪み状の工具の痕５７、具体的には、大径軸部５５と先端軸部５６に対応した二段の穴が不可避的に形成される。

実際に、開口部４５に蓋部材４３を取り付けるにあたっては、まず、インナ側シリンダ部２１のボア２６内に図示しない支持台を設置して開口部４５に蓋部材４３を嵌合し、その状態において開口部４５と蓋部材４３の接合境界５８に対して摩擦撹拌接合を行う。なお、図中のクロスハッチングを入れた部分は摩擦撹拌接合が行われた領域を示す。この摩擦撹拌接合の際には、接合工具５４の先端部を開口部４５と蓋部材４３の接合境界５８に沿わせてループ状に連続して接合を行うが、この接合の開始点は開口部４５と蓋部材４３の接合境界５８のうちの余肉部５２の付根部付近となる。そして、接合工具５４は、蓋部材４３の外周の接合開始点位置に戻ったところで、接合境界５８から余肉部５２のテーパ面５３を頂部側に向かって上るようにディスク１２の径方向内側に移動させ、頂部に近接した設定位置に達したところで余肉部５２から引き抜く。こうして、接合工具５４が余肉部５２から引き抜かれると、図３，図４に示すようにその引き抜き箇所には前述の窪み状の工具の痕５７が形成される。
なお、余肉部５２上の接合工具５４の引き抜き箇所は、テーパ面５３に形成される工具の痕５７の最深部が、インナ側シリンダ部２１の外側底面の一般部と同一高さに達しない位置に設定されている。すなわち、余肉部５２の高さは工具の痕５７よりも高く設定されている。

この後、インナ側シリンダ部２１の底部には切削加工が施され、インナ側シリンダ部２１の外側底面のほぼ全域が同一高さになるように余肉部５２が切削加工によって切除される。これにより、工具の痕５７は、図５，図６に示すようにインナ側シリンダ部２１の底面からは余肉部５２とともに完全に取り除かれる。また、余肉部５２を切除する際には、開口部４５と蓋部材４３の溶接箇所に生じたバリを同時に除去するようにして良い。また、リブ５１には、この後、図６に示すようにボア２６内に作動液を給排するためのオイル給排孔５９が形成される。

こうして形成されたキャリパボディ１６には、ピストンやブレーキパッド等の部品が組み付けられ、それによってキャリパが組み立てられる。キャリパは図示しないブラケットを介して車体に組み付けられ、車輪と一体回転するディスク１２とともディスクブレーキを構成する。

以上のように、この実施形態のディスクブレーキは、蓋部材４３がキャリパボディ本体４６の開口部４５に摩擦攪拌接合によって固定されるため、ネジ止めの場合ようにキャリパボディ本体４６の底部の肉厚を厚くする必要がなく、しかも、蓋部材４３をキャリパボディ本体４６に密封状態で一体化させることができる。
そして、このディスクブレーキの場合、蓋部材４３を開口部４５に摩擦撹拌接合する際の終了位置を余肉部５２のテーパ面５３上に設定し、摩擦撹拌接合の終了後にテーパ面５３上に残った工具の痕５７を余肉部５２とともに完全に切除するようにしているため、工具の痕５７を別部材を充填して塞ぐ場合に比較して製造が容易であるうえ、経時使用によって充填材料が剥離する等の不具合も生じない。また、上記のようにして製造されたキャリパボディ１６では工具の痕５７が完全に消失するため、キャリパボディ１６の肉厚が工具の痕５７のために部分的に薄肉になったり、外観品質が低下する不具合も生じない。

また、この実施形態の場合、余肉部５２をキャリパボディ本体４６側に形成するようにしているため、摩擦撹拌接合の終了位置となるテーパ面５３を比較的高い自由度をもって配置することができ、このことから摩擦撹拌接合作業や余肉部５２の切除作業の容易化を図ることができるという利点がある。

つづいて、この発明の第２の実施形態を７図〜図１２に基づいて説明する。なお、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して重複する説明を一部省略するものとする。
この実施形態のディスクブレーキは、ディスク（図示せず）を挟んで対向配置されるアウタ側シリンダ部（図示せず。）とインナ側シリンダ部２１に夫々２つのボア２６が設けられ、インナ側シリンダ部２１の底部に各ボア２６に対応する２つの開口部４５が形成されている点と、余肉部５２がキャリパボディ本体１４６側ではなく蓋部材１４３側に形成されている点で第１の実施形態と大きく異なっている。

余肉部５２は、蓋部材１４３の表面の中央位置に蓋部材１４３の直径方向に沿って配置されるとともに、その直径方向の一端側に配置された頂部から他端側に向かって傾斜するようにテーパ面５３が形成されている。

各開口部４５に蓋部材１４３を摩擦撹拌接合する際には、開口部４５と蓋部材１４３の接合境界５８に沿わせてループ状に連続して接合を行った後、接合工具５４が接合開始点位置に戻ったところで、余肉部５２のテーパ面５３を頂部側にかけ上がるように、接合工具５４を蓋部材１４３の内側方向に移動させる。そして、接合工具５４はテーパ面５３の頂部に近接した設定位置まで移動させた後に余肉部５２から引き抜かれるが、この引き抜き位置には工具の痕５７が形成される。なお、接合工具５４の引く抜き位置やテーパ面５３の角度等は、形成される工具の痕５７が最深部でも蓋部材１４３の表面の一般部よりも高くなるように設定されている。
こうして摩擦撹拌接合が行われた後には、第１の実施形態と同様に余肉部５２が切削加工によって切除され、このときに工具の痕５７も取り除かれる。

この実施形態のディスクブレーキは、第１の実施形態とほぼ同様の基本的な効果を得ることができるが、摩擦撹拌溶接の終了位置となる余肉部５２が比較的小型で構造がシンプルな蓋部材１４３側に形成されていることから、型成形が容易であるとともに、型費の高騰も抑制できるという利点がある。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の各実施形態は、ディスクの両面を対向配置された対をなすピストンによって押圧するタイプのディスクブレーキであるが、この発明は、ディスクの片側に配置されたピストンと、それに対向する固定爪によってディスクを押圧するタイプにも適用することは可能である。

この発明の第１の実施形態を示すものであり、ディスクブレーキのキャリパボディ本体の正面図（Ａ）と、蓋部材の正面図（Ｂ）を併せて記載した図。 同実施形態のキャリパボディ本体と蓋部材の図１のＡ−Ａ断面に対応する断面図。 同実施形態のキャリパボディの製造工程を示す正面図。 同実施形態のキャリパボディの図３のＢ−Ｂ断面に対応する断面図。 同実施形態のキャリパボディを示す正面図。 同実施形態のキャリパボディの図５のＣ−Ｃ断面に対応する断面図。 この発明の第２の実施形態を示すものであり、ディスクブレーキのキャリパボディ本体の正面図（Ａ）と、蓋部材の正面図（Ｂ）を併せて記載した図。 同実施形態のキャリパボディ本体と蓋部材の図７のＤ−Ｄ断面に対応する断面図。 同実施形態のキャリパボディの製造工程を示す正面図。 同実施形態のキャリパボディの図９のＥ−Ｅ断面に対応する断面図。 同実施形態のキャリパボディを示す正面図。 同実施形態のキャリパボディの図１１のＦ−Ｆ断面に対応する断面図。

符号の説明

１２…ディスク
１６…キャリパボディ（シリンダ）
２６…ボア
４３，１４３…蓋部材
４５…開口部
４６，１４６…キャリパボディ本体（シリンダ本体）
５２…余肉部
５３…テーパ面

Claims (4)

1. ピストンをシリンダのボア内で摺動させて該ピストンによりブレーキパッドをディスクに押圧するディスクブレーキであって、前記シリンダが、底部の蓋部材と、該蓋部材で閉塞される開口部を有するシリンダ本体とによって構成されるディスクブレーキにおいて、
   前記シリンダに、前記シリンダ本体の開口部と前記蓋部材の嵌合部に向かって傾斜したテーパ面を有する余肉部を設け、
   前記蓋部材を、前記シリンダ本体の開口部に摩擦撹拌接合によって接合し、
   前記余肉部のテーパ面をこの摩擦撹拌接合の終了位置とし、摩擦撹拌接合後の前記余肉部を切除したことを特徴とするディスクブレーキ。
2. 前記余肉部を、前記シリンダ本体の開口部のある側の端面に形成し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。
3. 前記余肉部を、前記蓋部材に形成し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。
4. ピストンをシリンダのボア内で摺動させて該ピストンによりブレーキパッドをディスクに押圧するディスクブレーキであって、前記シリンダが、底部の蓋部材と、該蓋部材で閉塞される開口部を有するシリンダ本体とによって構成されるディスクブレーキの製造方法において、
   前記シリンダに、前記シリンダ本体の開口部と前記蓋部材の嵌合部に向かって傾斜したテーパ面を有する余肉部を設け、
   前記シリンダ本体の開口部に前記蓋部材を嵌合し、
   該開口部と蓋部材の嵌合部の周域を摩擦撹拌接合によって接合するとともに、
   この摩擦撹拌接合の終了位置を前記余肉部のテーパ面上まで延ばし、
   その後に前記余肉部を切除することを特徴とするディスクブレーキの製造方法。
   
   

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