JP2009515105A - 相互に逆向きに移動する楔要素を備えた楔式ブレーキ - Google Patents

Abstract

アクチュエータ（１７）と、該アクチュエータ（１７）で発生した力を増強する自己倍力装置（２ａ、３）とを備えた、特に自動車用のブレーキ装置に関する。この自己倍力装置（２ａ、３）は、被制動要素（６）の摩擦面（２０）に作用する楔要素（２ａ）と、支え台（３）に接触支持される楔面（４ａ）を備える。ブレーキ装置（１）が少なくとも２個の楔要素（２ａ、２ｂ）を有し、両楔要素（２ａ、２ｂ）が摩擦面（２０）に対し平行に延びる方向（Ｘ）に逆向きに移動するよう、該両楔要素（２ａ、２ｂ）を、連結装置（７、８、１５、１８）を介して相互に駆動機構的に連結することにより、ブレーキ装置（１）における楔要素（２ａ）の自己締付けを防止できる。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の、特に自動車の自己倍力装置付きブレーキ装置並びに請求項１２の前文に記載の自動車用のブレーキ設備に関する。

自己倍力式ブレーキは、例えば独国特許出願公告第１０１５４１７８号明細書や独国特許出願公開第１０２１８８２５号明細書のような多くの文献で知られている。かかるブレーキは主に、摩擦素子（ブレーキライニング）を例えばブレーキディスクのような被制動部品の摩擦面に対して押し付ける楔要素を作動する電気式アクチュエータを有している。楔要素は、背面に摩擦面に対して傾き角αを成して傾斜している楔面を有している。その楔面は制動力を受ける支え台に接触支持されている。

ブレーキ作動時、楔要素は被制動要素の運動方向に対し平行に動かされ、その際、楔要素はその楔面のために同時に被制動要素の方向にも押し付けられる。楔要素は、摩擦素子と摩擦面との摩擦のために自動的に運動方向に引きずられ、被制動要素に対して一層強く押し付けられる（自己倍力）。制動作用が所定値に達するや否や、楔要素はアクチュエータによって拘束されるか、最良位置に戻される。

楔要素は、通常、予測される摩擦係数μの仮定の下では押圧力も引張り力も楔に与えられず、楔要素の僅かな変位時に制動作用の最大変化が得られる作動点で運転される。しかし、摩擦係数は一定ではなく、例えば温度、湿り、汚れ、腐食等の種々の周辺条件に左右される。摩擦係数μが高まるに伴い、楔要素は開口の中に強く引き込まれ、このため、制動力を低減し又は楔要素を解除すべく、逆向きに益々強い引張り力が必要となる。特に温度が非常に低く被制動要素の速度が高い場合、使用アクチュエータはその出力限界に達する。このため、楔式ブレーキに利用されるアクチュエータは、楔式ブレーキをそのような条件の下でも解除できるようにすべく、相応して強力に設計せねばならない。しかし、大出力アクチュエータは高価であり、大きな構造空間を必要とする。

本発明の課題は、大きな摩擦係数の際に楔要素を被制動要素の運動方向と逆向きに動かすために僅かな作動力しか必要としない楔式ブレーキを提供することにある。

この課題は、請求項１に記載の特徴および請求項１２に記載の特徴によって解決される。本発明の他の実施態様は、その従属請求項に示す。

本発明の主要な観点は、楔要素の締付け方向における運動を自動的に抑制し、もって、アクチュエータにより逆向きに与えるべき力を自動的に減少する自己抑制機構を備えた自己倍力楔式ブレーキを提供することにある。

本発明の有利な実施態様では、ブレーキ装置は少なくとも２個の楔要素を有し、その一方の楔要素は自己倍力形に、他方の楔要素は自己解除形に設計される。即ち、一方の楔要素は、被制動要素の運動方向における移動時、制動力を増強する作用を有し、他方の楔要素は、被制動要素の運動方向における移動時、制動を解除する作用を有する（両楔要素が非連結状態で、互いに別個のものと見なされる状態において）。しかし両楔要素は、摩擦面に対して平行に延びる方向において逆向きに動くように、連結装置によって相互に駆動機構的に結合されている。即ち、一方の楔要素が被制動要素の運動方向に移動したとき、他方の楔要素は全く逆向きに移動する。その場合、両楔要素は摩擦面に対し垂直に延びる方向に被制動要素に向かって、又はそれと逆向きに同じように動く。

装置全体の自己抑制作用は以下の考察から生ずる。即ち、制動過程時、一方の楔は自己倍力効果により被制動要素の運動方向に引きずられ、被制動要素に向けて一層強く押し付けられる。被制動要素の方向への運動は、駆動機構的連結のために、他方の楔要素でも共に生じ、従って、この楔要素も同様に被制動要素に向けて一層強く押し付けられる。被制動要素に対する垂直押付力が増大するにつれて、自己解除形の第２楔要素が同様に益々強く運動方向に引きずられ、このため、第１楔要素の運動に自動的に対抗する力を生ずる。即ち、第２楔要素は、連結装置を介して第１楔に、この第１楔を被制動要素の運動方向と逆向きに動かそうとする力を伝える。

ここでは用語「楔要素」とは、楔状要素だけでなく、一般に例えば対応した支え台と協働する複数の突起と窪みとを有する（洗濯板の形態の）所謂楔板のような楔作用をするあらゆる要素を意味する。

有利な実施態様において、楔式ブレーキは支え台の異なった傾斜楔面上を滑る２個の楔要素を有している。その一方の楔面は、被制動要素の運動方向に見て摩擦面に近づく方向に延び、他方の楔面は、摩擦面から離れる方向に延びている。

連結装置は、本発明の第１実施態様では、２個のレバー要素を有し、各レバー要素は第１部位において各々対応した楔要素に連結され、互いに隣接する他の部位においてかみ合い係合している。それらレバーは、ブレーキ作動時、好適には、被制動要素の運動方向に対し垂直に且つ摩擦面に対し平行に位置する軸線を中心として旋回する。

レバーの第１部位における楔要素との継手は、好適には、長孔内を滑るピンを有する。その長孔は、好適には、レバーの旋回軸線に向けて延びている。

連結装置は、本発明の第２実施態様では、例えば摩擦面に対し垂直に延びる２本の軸を有し、各軸は各々対応した楔要素と協働し、両軸の回転時、両楔要素は逆向きに動く。軸機構は、好適には、両軸が同じ方向に回転する際、楔要素が逆向きに（被制動要素の運動方向に対し平行に）動くように設計されている。

各軸は、各々第１部位で対応した楔要素に結合され、他の部位で歯車を介して相互に結合されている。該歯車は、好適には、例えば電動機等のアクチュエータで駆動される。

各軸を対応した楔要素に結合すべく、各軸は各々、例えば摩擦面の側の端面に偏心して配置された連動体（ピン）を有し、該連動体は、例えば楔要素に設けた長孔内を滑る。

本発明に基づく楔式ブレーキは、対称に形成され、即ち、特に楔要素、楔角および連結装置の構成部品が、摩擦面に対し垂直な中心軸線に関して対称であるとよい。しかし、楔要素ないし支え台の対応した楔面は異なる形状でもよい。その他に、楔要素の摩擦ライニングを異なって設計することもできる。異なった幾何学的および物理的パラメータの適当な選定によって、ブレーキ装置の特に所望の抑制作用が設定できる。

本発明に基づくブレーキ装置は、ブレーキライニング摩耗を補償するための再調整装置も備えるとよい。該再調整装置は従来から良く知られている。

本発明に基づくブレーキ装置は、好適には、楔要素を作動するために唯一のアクチュエータを備える。該アクチュエータは、一方の楔要素に直接作用するが、連結装置の要素にも作用するものであるとよい。選択的に、２個以上のアクチュエータを設けることもできる。該アクチュエータは、好適には、電動機である。

本発明に基づくブレーキ装置は、全体的に見て、押圧楔として設計するとよい。これによって、そのブレーキ装置は自己解除形である。

以下、図を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、２個の楔要素２ａ、２ｂを備えた楔式ブレーキ１の第１実施例を側面図で示している。各楔要素２ａ、２ｂは、各々支え台３の対応した楔面５ａ、５ｂ上をそれぞれ滑る。それら楔面５ａ、５ｂは被制動要素（例えばブレーキディスク）６の摩擦面２０に対して異なった方向に傾斜している。また、両楔要素２ａ、２ｂは連結機構（レバー７ａ、７ｂ）を介して相互に結合されている。

ここでは、支え台３の両楔面５ａ、５ｂは、その一方の楔面５ａが運動方向２１に見て摩擦面２０に近づく方向に延び、他方の楔面５ｂは摩擦面から離れる方向に延びるように形成されている。従って、第１楔２ａが運動方向２１に移動する際、この楔２ａはブレーキ１を締め付ける作用を実行し、他方の楔２ｂはブレーキを解除する作用を行う。このため、第１楔２ａは自己倍力形、第２楔２ｂは自己解除形とも呼べる（運動方向２１と逆の運動方向においては、両楔２ａ、２ｂは逆の作用をする）。

両楔要素２ａ、２ｂは、上述の如く、連結機構７、８を介して相互に駆動機構的に結合されている。この連結機構は、両楔要素２ａ、２ｂが摩擦面２０に対し平行な方向（Ｘ方向）において常に逆向きに動くように設計されている。しかしその場合、両楔要素２ａ、２ｂは摩擦面２０に対し垂直な方向（Ｙ方向）には同じように動く。従って、両楔要素２ａ、２ｂはブレーキ１を同期して締め付け又は同期して解除する。

制動過程時に次のことが当てはまる。即ち、第１楔２ａがそのブレーキライニング（図示せず）で被制動要素６の摩擦面２０に接触した際、この楔２ａが摩擦力のために運動方向に更に引きずられ、この結果アクチュエータ１７で与えられた作動力を自動的に増強する（自己倍力）。第１楔要素２ａとほぼ同時に摩擦面２０に接触する第２楔要素２ｂも又運動方向２１に引きずられる。この結果、力Ｆ＝μ×Ｆ_S2が作用し、この力Ｆは連結装置７、８を介して第１楔２ａに伝達され、全く逆向きに第１楔２ａに作用する。従って、第１楔２ａの自己倍力効果は、第２楔２ｂにより抑制される。このため、特に摩擦係数μが非常に高く、被制動要素６の速度が高い場合、自己倍力楔２ａが過度に引きずられるのを防止できる。アクチュエータ１７により逆向きに与えるべき力は、相応して減少する。

連結装置は、この実施例の場合、各々軸線９ａ、９ｂを中心として旋回可能に支持された２個のレバー要素７ａ、７ｂを有する。旋回軸線９ａ、９ｂは、運動方向Ｘに対し垂直で摩擦面２０に対し平行な軸線内を延びている。レバー要素７ａ、７ｂは、その上端でピンと長孔継手１１ａ、１０ａ、１１ｂ、１０ｂにより対応した楔要素２ａ、２ｂに結合されている。これらピン１１ａ、１１ｂは各々旋回軸線９ａ、９ｂの方向に延びる対応した長孔１０ａ、１０ｂ内を滑る。また両レバー要素７ａ、７ｂは各々曲率半径ｒ₁、ｒ₂の円弧状部位８を備える。これら両円弧状部位８は互いにかみ合い係合し、例えばセクター歯車として形成できる。

自己倍力楔（ここでは２ａ）は選択的に押圧楔ないし引張り楔として形成できる。自己解除楔（２ｂ）は、その配置のために常に押圧楔である。

ブレーキ装置１全体は、押圧楔として設計できる。即ち、装置全体を見ると、楔要素２ａ、２ｂは押圧楔の如く振る舞う。従って、楔式ブレーキ１は常に自己解除形である。

ここでは楔式ブレーキ１を摩擦面２０に対し垂直な中心軸線に関し、対称に形成している。この結果、特に両楔要素２ａ、２ｂが同期し、同じ速度でＹ方向に動くことになる。

数学的に以下の力平衡が成り立つ。即ち、楔２ａに対して次式が適用される。
ΣＦ_X＝０（即ち、Ｆ_M＋μ×Ｆ_S／２−Ｆ_N1×ｓｉｎα−Ｆ_H×ｓｉｎβ＝０）
ΣＦ_Y＝０（即ち、−Ｆ_S／２＋Ｆ_N1×ｃｏｓα−Ｆ_H×ｃｏｓβ＝０）

また、楔２ｂに対して次式が適用される。
ΣＦ_X＝０（即ち、μ×Ｆ_S／２＋Ｆ_N2×ｓｉｎα−Ｆ_H×ｓｉｎβ＝０）
ΣＦ_Y＝０（即ち、−Ｆ_S／２＋Ｆ_N2×ｃｏｓα＋Ｆ_H×ｃｏｓβ＝０）

この公式の解析後に次式が得られる。即ち、
Ｆ_S／Ｆ_M＝１／ｔａｎα

ここで、０＜α＜９０°およびμ＞０において、Ｆ_B＝μ×Ｆ_Sを当てはめると、次式が生ずる。
Ｃ^*＝Ｆ_B／Ｆ_M＝１／ｔａｎα＞０

これによって、楔連結は常に押圧・楔挙動を呈する。従って、これは自己解除形であり、自己拘束形ではない。

図２は、逆向きに動く２個の楔要素２ａ、２ｂを備えた楔式ブレーキ１の第２実施例を斜視図で示し、該ブレーキは解除状態にある。図１と同じ部分に同一符号を付している。

この楔式ブレーキ１は２個の楔要素２ａ、２ｂを有し、各楔要素２ａ、２ｂは支え台３に支持され、逆向きに傾斜した面５ａ、５ｂ上を各々滑る。各楔要素２ａ、２ｂは前面に各々被制動要素（図示せず）の側のブレーキライニング１２ａ、１２ｂを有している。楔要素の背面に楔面４ａ、４ｂが形成され、該楔面４ａ、４ｂは支え台３の対応した面５ａ、５ｂと協働する。楔機構の機能と構造は図１の実施例と本質的に同じであり、従って、それについては図１を参照されたい。

ここで連結装置は、図１の実施例と異なり、レバー要素７ａ、７ｂが存在せず、２本の軸１５ａ、１５ｂを有し、該軸１５ａ、１５ｂはピンと長孔継手１１ａ、１６ａ、１１ｂ、１６ｂを介して楔要素２ａ、２ｂに結合されている。連結機構はここではケース１３によって覆われ、以下、図４〜７を参照して詳細に説明する。

図３は、制動機構を締め付けた状態にある図２のブレーキを示す。この図から解るように、楔要素２ａ、２ｂが互いに近接し、更に被制動要素（図示せず）に向けて前方に移動している。被制動要素６は、ここでは理解し易くするため図示していない。

図４は図２の楔式ブレーキを水平断面図で示し、この図から連結機構が良く解る。該連結機構は２本の軸１５ａ、１５ｂを有し、軸１５ａ、１５ｂは、互いに平行に且つ被制動要素６の摩擦面２０に対し略垂直に延びている。軸１５ａ、１５ｂにおける摩擦面２０の側の端面に、各々偏心支持されたピン１１ａ、１１ｂが配置され、これらピン１１ａ、１１ｂは楔要素２ａ、２ｂの相応した長孔１６ａ、１６ｂと協働する。両軸１５ａ、１５ｂは歯車１８を介して駆動される。この歯車１８は両軸１５ａ、１５ｂ間に直に隣接して配置され、電動機１７によって駆動される。この電気駆動機構装置１７は軸１５ａ、１５ｂの背面に配置されている。更に、２個の歯車１９ａ、１９ｂが配置され、これらの歯車１９ａ、１９ｂは軸１５ａ、１５ｂの横方向案内のために設けられている。

両ピン１１ａ、１１ｂ、従って両楔要素２ａ、２ｂは、ここでは外側位置に在る。

図５は図４と同じ断面図を示すが、ここでは制動機構を締め付けている。ピン１１ａ、１１ｂおよび対応した楔要素２ａ、２ｂは内側位置に在る。このためブレーキライニング１２ａ、１２ｂは被制動要素６に押し付けられ、最大制動作用を生じている。

図６は図４におけるＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図を示す。特に、両軸１５ａ、１５ｂおよび両者間に位置する駆動機構歯車１８が良好に理解できる。矢印Ａは駆動機構歯車１８の回転方向を表している。矢印Ｂと矢印Ｃから、両軸１５ａ、１５ｂがそれらの軸線を中心として同方向に回転することが解る。軸１５ａ、１５ｂにおけるピン１１ａ、１１ｂの偏心支持のため、楔要素２ａ、２ｂは並進運動を行い、互いに接近する。その結果としての楔要素２ａ、２ｂの軸方向の運動を矢印ＤとＥで表している。

図７は完全に締め付けた状態にあるブレーキ装置を示す。両軸１５ａ、１５ｂの運動方向を矢印ＢとＣで、両楔要素２ａ、２ｂの軸方向運動を矢印ＤとＥで表している。

図１から７に示すブレーキ装置１は、例えば自動車の車輪ブレーキとして使用できる。これは、基本的には任意の別の対象物にも普遍的に採用できる。

連結機構の上述した実施例は、本発明の幾つかの有利な実施例を挙げたに過ぎない。基本的には、両楔要素の逆向き運動を生じさせる他の任意の連結機構も形成できる。

本発明の第１実施例に係るブレーキ装置の側面図。 本発明の第２実施例に係るブレーキ装置の斜視図。 制動機構が締め付けられた状態にある図２のブレーキ装置の斜視図。 制動機構が解除された状態にある図２のブレーキ装置の水平断面図。 制動機構が締め付けられた状態にある図２のブレーキ装置の水平断面図。 図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図。

符号の説明

１ ブレーキ装置、２ａ、２ｂ 楔装置、６ 被制動要素、７ａ、７ｂ レバー、８ レバー部位、１１ａ、１１ｂ 連動体、１５ａ、１５ｂ 軸、１７ アクチュエータ、１８ 歯車、２０ 摩擦面

Claims (12)

1. アクチュエータ（１７）と、被制動要素（６）の運動エネルギを利用して制動作用を自動的に増強し被制動要素（６）の摩擦面（２０）に作用する自己倍力式の第１楔要素（２ａ）とを備えたブレーキ装置において、
   ブレーキ装置（１）が、自己解除形の第２楔要素（２ｂ）と、両楔要素（２ａ、２ｂ）を相互に駆動機構的に結合する連結装置（７、８、１５、１８）とを有し、これにより、第２楔要素（２ｂ）が、第１楔要素（２ａ）の自己倍力運動に対抗して作用することを特徴とするブレーキ装置。
2. 両楔要素（２ａ、２ｂ）が摩擦面（２０）に対し平行に延びる方向（Ｘ）において互いに逆向きに動くように、連結装置（７、８、１５、１８）が設計されていることを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
3. 両楔要素（２ａ、２ｂ）が、摩擦面（２０）に対し垂直に延びる方向（Ｙ）において同じように動き、ブレーキ装置（１）を同期して締付け又は解除することを特徴とする請求項１記載のブレーキ装置。
4. 連結装置（７、８、１５、１８）が２個のレバー要素（７ａ、７ｂ）を有し、各レバー要素（７ａ、７ｂ）が第１部位において各々対応した楔要素（２ａ、２ｂ）に連結され、第２部位（８）において両レバー要素（７ａ、７ｂ）が互いにかみ合い係合することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のブレーキ装置。
5. 楔要素（２ａ、２ｂ）とレバー要素（７ａ、７ｂ）との継手が、ピン（１１ａ、１１ｂ）と長孔（１０ａ、１０ｂ）とからなる継手であることを特徴とする請求項４記載のブレーキ装置。
6. 連結装置（７、８、１５、１８）が、摩擦面（２０）に対し垂直に延びかつ第１楔要素（２ａ）に対応する第１軸（１５ａ）と、該第１軸（１５ａ）に対し平行に延びかつ第２楔要素（２ｂ））に対応する第２軸（１５ｂ）とを有することを特徴とする請求項１から３の１つに記載のブレーキ装置。
7. 両軸（１５ａ、１５ｂ）が各々第１部位で対応した楔要素（２ａ、２ｂ）に結合され、他の部位で歯車（１８）を介して相互に結合されていることを特徴とする請求項６記載のブレーキ装置。
8. 両軸（１５ａ、１５ｂ）が各々その摩擦面（２０）の側の端面に、偏心して配置され対応した楔要素（２ａ、２ｂ）に係合する連動体（１１ａ、１１ｂ）を有していることを特徴とする請求項６又は７記載のブレーキ装置。
9. ブレーキライニング摩耗を補償するための再調整装置が設けられていることを特徴とする請求項１から８の１つに記載のブレーキ装置。
10. 楔要素（２ａ、２ｂ）を作動するために唯一のアクチュエータ（１７）が設けられていることを特徴とする請求項１から９の１つに記載のブレーキ装置。
11. アクチュエータ（１７）が一方の楔要素（２ａ、２ｂ）又は連結装置（７、８、１５、１８）に直接作用することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載のブレーキ装置。
12. 複数の車輪ブレーキを備えた自動車用のブレーキ設備において、
    車輪ブレーキが請求項１から１１の１つに記載のブレーキ装置（１）を有することを特徴とする自動車用のブレーキ設備。

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