JP2009531628A - 電気機械的な自己倍力式の摩擦ブレーキ - Google Patents

Abstract

本発明は、楔機構を有する自己倍力装置（１０）を備えた電気機械的なディスクブレーキ（１）に関する。本発明は、摩擦ブレーキライニング（４）に対する自動的に解除する位置固定可能な支持部材（１７）を備えたディスクブレーキ（１）を形成することを提案する。これによって、負のブレーキ特性値Ｃ^＊を備えたディスクブレーキ（１）のセルフロック式の構成が可能となる。なぜならば、ディスクブレーキ（１）が、欠陥事例において、支持部材（１７）の解除によって解除可能となるからである。これによって、高い自己倍力が可能となる。これによって、低い操作力と操作エネルギとがディスクブレーキ（１）に対して必要となる。

Description

背景技術
本発明は、自己倍力式の電気機械的な摩擦ブレーキであって、摩擦ブレーキライニングが設けられており、該摩擦ブレーキライニングが、当該摩擦ブレーキの操作のために、操作装置によって、制動したい制動体に向かって押圧可能であり、さらに、自己倍力装置が設けられており、該自己倍力装置が、回転する制動体から、制動時に制動体に向かって押圧される摩擦ブレーキライニングに加えられる摩擦力を圧着力に変換するようになっており、該圧着力が、操作装置によって加えられる圧着力に対して付加的に摩擦ブレーキライニングを制動体に向かって押圧するようになっている形式のものに関する。

ディスクブレーキの形のこのような形式の摩擦ブレーキは、国際公開第０２／４０８８７号パンフレットに基づき公知である。この公知の摩擦ブレーキは、車両ホイールを制動するための車両ブレーキとして設けられている。摩擦ブレーキは電気機械的な操作装置を有している。この操作装置によって、摩擦ブレーキの操作のために、摩擦ブレーキライニングがブレーキディスクに向かって押圧可能となる。これによって、このブレーキディスクが制動される。ブレーキディスクは、一般的に制動体と呼ぶことができる。ドラムブレーキの事例では、制動体はブレーキドラムである。公知の摩擦ブレーキの電気機械的な操作装置は、電動モータと、この電動モータの回転運動を、摩擦ブレーキライニングをブレーキディスクに向かって押圧するための並進運動に変換するためのボールねじ伝動装置の形のねじ伝動装置とを有している。別の回転／並進変換伝動装置も考慮される。電動モータと回転／並進伝動装置との間には、減速装置が介在されていてよい。たとえば電磁石または圧電素子を備えたリニア駆動装置も、摩擦ブレーキライニングをブレーキディスクに向かって押圧するための電気機械的な操作装置として可能である。リニア駆動装置は伝動装置を不要にする。

制動力の増幅のためには、公知の摩擦ブレーキが自己倍力装置を有している。この自己倍力装置は、回転する制動体から、制動のために制動体に向かって押圧される摩擦ブレーキライニングに加えられる摩擦力を圧着力に変換する。この圧着力は、操作装置によって加えられる圧着力に対して付加的に摩擦ブレーキライニングを制動体に向かって押圧し、これによって、摩擦ブレーキライニングの制動力を高める。

公知の自己倍力装置は、１つまたはそれ以上の楔面を備えた楔機構を有している。楔面は摩擦ブレーキライニングをブレーキディスクに対して斜めに所定の角度を成して支持している。制動時に、回転する制動体から、この制動体に向かって押圧される摩擦ブレーキライニングに加えられる摩擦力は、この摩擦ブレーキライニングを、楔面とブレーキディスクとの間のより狭くなる楔ギャップに負荷する。ブレーキディスクに対して斜めに延びる楔面に対する摩擦ブレーキライニングの支持は、楔面に対して垂直な支持力を生ぜしめる。この支持力はブレーキディスクに対して垂直な成分を有している。ブレーキディスクに対して垂直なこの力成分は付加的な圧着力である。この圧着力は摩擦ブレーキライニングを、操作装置によって加えられる圧着力に対して付加的にブレーキディスクに向かって押圧する。

公知の摩擦ブレーキは、ブレーキディスクの両回転方向に上昇する楔面を備えたダブルランプメカニズムを有しており、これによって、自己倍力がブレーキディスクの両回転方向に有効となる。楔角は、ブレーキディスクの両回転方向に対して等しくてもよいし、異なっていてもよく、後者の事例では、自己倍力がそれぞれ異なる高さとなる。

また、楔機構の代わりに、この楔機構と異なり、変化するランプ勾配を有するランプメカニズムも可能となる。摩擦ブレーキライニングの移動の初期における大きなランプ角によって、ブレーキ操作の開始時のブレーキディスクに対する摩擦ブレーキライニングの迅速な送りを達成することができる。摩擦ブレーキライニングの移動の終了時の小さなランプ角は、高い自己倍力と同時に大きな制動力に繋がる。楔機構は、ランプ面もしくは楔面の経過にわたってコンスタントなランプ角もしくは楔角を備えたランプメカニズムの特殊事例である。

ランプメカニズムおよび楔機構は、機械的な自己倍力装置である。たとえばレバー機構を備えた別の機械的な自己倍力装置も同じく公知である。この自己倍力装置は、ブレーキディスクに対して斜めに位置する、引き負荷されるかまたは押し負荷される、摩擦ブレーキライニングを制動時に支持するレバーを有している。このレバーが摩擦ブレーキライニングをブレーキディスクに対して支持する支持角は楔角またはランプ角に相当している。このような自己倍力装置は機械的な等価の自己倍力装置である。たとえばハイドロリック式の別の自己倍力装置も公知であり、可能である。

発明の開示
本発明の摩擦ブレーキの構成によれば、当該摩擦ブレーキが、摩擦ブレーキライニングに対する解除可能な支持部材を有しており、該支持部材が、解除されていない状態では摩擦ブレーキライニングを圧着力に対する反力に抗して支持しているが、解除後には前記反力に屈して従動するようになっている。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、支持部材が、自動的に解除するようになっている。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、支持部材が、制動体からそれぞれ異なる間隔を置いて位置固定可能である。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、支持部材が、解除された状態で自動的に送られるようになっている。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、自己倍力装置が、ブレーキ特性値Ｃ^＊の極箇所に対して設計されている。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、当該摩擦ブレーキが、負のブレーキ特性値Ｃ^＊を有している。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、自己倍力装置が、制動体の両回転方向に有効である。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、当該摩擦ブレーキが、ディスクブレーキである。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、自己倍力装置が、ランプメカニズムを有している。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、支持部材が、冗長的に解除可能である。

本発明の摩擦ブレーキの有利な構成によれば、摩擦ブレーキライニングと制動体との間のエアクリアランスを調整するために、摩擦ブレーキライニングが、操作装置によって、所望のエアクリアランスに相当するストロークだけ移動させられるようになっており、支持部材が解除されるようになっていて、制動体への摩擦ブレーキライニングの当付け後に位置固定されるようになっており、摩擦ブレーキライニングが、次いで、操作装置によって出発位置に戻されるようになっている。

請求項１の特徴を備えた本発明による摩擦ブレーキは、摩擦ブレーキライニングに対する解除可能な支持部材を有しており、この支持部材が、解除されていない状態では摩擦ブレーキライニングを圧着力に対する反力に抗して支持しているが、解除後には前記反力に屈して従動するようになっている。支持部材は摩擦ブレーキライニングを直接的にまたは間接的に支持していてよく、たとえばブレーキディスクの、摩擦ブレーキライニングと反対の側で、たとえば浮動式に支承されたブレーキキャリパ内に配置されていてもよい。支持部材が解除されていない場合には、摩擦ブレーキライニングが間接的にまたは直接的に支持部材を介して、慣用のように、たとえばブレーキキャリパ内に支持されている。支持部材が解除されている場合には、摩擦ブレーキライニングがその支持を失い、摩擦ブレーキが解除される。支持部材の解除時の摩擦ブレーキの操作は不可能であるかまたは制限されてのみ可能となる。

発明の利点
本発明は、摩擦ブレーキの解除が、操作装置の故障時でも、エネルギ供給装置の故障時でも、支持部材の解除によって可能となるという利点を有している。本発明による摩擦ブレーキの構成に応じて、この摩擦ブレーキはエネルギ供給装置の故障時に自動的に解除される。摩擦ブレーキがセルフロック式に作用する場合、このセルフロックが大きな摩擦係数の場合にしか生ぜしめられない場合でも、摩擦ブレーキの解除可能性が重要となる。摩擦ブレーキのセルフロックは、摩擦ブレーキの操作時に制動力が自動的に増加し、摩擦ブレーキライニングが操作装置によって拘束されない場合には、摩擦ブレーキのロックに繋がる恐れがあるほど自己倍力が大きい場合に生ぜしめられる。制動力の減少および摩擦ブレーキの解除は、この事例では、摩擦ブレーキライニングを解除方向に負荷する操作装置によってしか可能とならない。摩擦ブレーキのロックは支持部材の解除によって回避することができ、ブレーキを操作装置の故障時でも解除することができる。これによって、摩擦ブレーキと自己倍力装置との運転もしくは構造的な設計とが少なくとも部分的にセルフロック範囲内で可能となる。これによって、高い自己倍力が可能となる。これによって、操作力と操作エネルギとが低くなる。減少させられたエネルギ需要のほかに、このことは、比較的軽量のかつ小型の操作装置の使用可能性の利点を有している。

従属請求項は、請求項１に記載した本発明の有利な構成および改良形の対象である。

図面の簡単な説明
以下に、本発明を、図面に示した実施例につき詳しく説明する。ただ１つの図面には、本発明による摩擦ブレーキが示してある。図面は、本発明を説明するための概略的なかつ簡単な描出と解されたい。

発明の実施形態
図面に示した本発明による摩擦ブレーキはディスクブレーキ１である。このディスクブレーキ１はブレーキキャリパ２を備えている。このブレーキキャリパ２内には、２つの摩擦ブレーキライニング３，４がブレーキディスク５の両側に配置されている。一方の摩擦ブレーキライニング３は不動にブレーキキャリパ２内に位置している。以下、この摩擦ブレーキライニング３を固定の摩擦ブレーキライニング３と呼ぶ。他方の摩擦ブレーキライニング４は、ブレーキディスク５と反対の側の裏面に設けられた楔体６を有している。この楔体６は、ブレーキディスク５と反対の側の裏面に設けられた２つの楔面７を有している。両楔面７は逆方向に傾けられている。この楔面７を介して、摩擦ブレーキライニング４が対向支承体９の相応の斜面８に支持されている。楔面７と斜面８とはブレーキディスク５に対して所定の楔角αを成して斜めに延びている。摩擦ブレーキライニング４は斜面８に沿って移動可能にガイドされている。すなわち、摩擦ブレーキライニング４は仮想の螺旋状の軌道でブレーキディスク５に対して楔角αを成して移動可能である。この場合、螺旋状の軌道の仮想の軸線はブレーキディスク５の回転軸線に合致している。操作のためには、摩擦ブレーキライニング４がブレーキディスク５の回転方向に移動させられ、この場合、一方の斜面８に支持される。ブレーキディスク５の逆回転方向では、摩擦ブレーキライニング４が他方の斜面８に支持される。両方の楔面７と斜面８との楔角αは等しくてもよし、異なっていてもよい。

ディスクブレーキ１の操作のためには、摩擦ブレーキライニング４が、すでに述べたように、一方の斜面８に沿って移動させられ、これによって、摩擦ブレーキライニング４がブレーキディスク５に当て付けられる。摩擦ブレーキライニング４がさらに移動させられる。これによって、ブレーキキャリパ２がブレーキディスク５に対して横方向に移動させられ、これによって、反対の側に位置する固定の摩擦ブレーキライニング３もブレーキディスク５に向かって押圧され、このブレーキディスク５が制動される。ブレーキキャリパ２は、シンボリックに図示した支承手段２３でブレーキディスク５に対して横方向に移動可能である。これは、浮動式の支承とも呼ばれる。ブレーキディスク５に向かって押圧された両摩擦ブレーキライニング３，４がブレーキディスク５を制動する。回転するブレーキディスク５は、このブレーキディスク５に向かって押圧された摩擦ブレーキライニング３，４に摩擦力を加える。この摩擦力は、以下、可動の摩擦ブレーキライニング４と呼ぶ移動可能な摩擦ブレーキライニング４を、斜面８とブレーキディスク５との間のより狭くなる楔ギャップの方向に負荷する。斜面８に対する楔体６を介した摩擦ブレーキライニング４の支持は、ブレーキディスク５に対して横方向の成分を有する支持力を生ぜしめる。ブレーキディスク５に対して横方向のこの力成分は、あとで説明する操作装置によって加えられる圧着力に対して付加的に摩擦ブレーキライニング４をブレーキディスク５に向かって押圧する。これによって、制動力が高められる。楔面７を備えた楔体６と、斜面８を備えた対向支承体９とは、ディスクブレーキ１の自己倍力装置１０を形成している。この自己倍力装置１０は、ディスクブレーキ１の操作時に、回転するブレーキディスク５から可動の摩擦ブレーキライニング４に加えられる摩擦力を、ディスクブレーキ１の制動力を増幅させる圧着力に変換する。自己倍力装置１０は、説明した二重楔機構を有している。この二重楔機構はブレーキディスク５の両回転方向に有効となる。

楔体６は斜面８に転がり支承されていてよい。図示の実施例では、楔体６が滑り支承されている。

ブレーキキャリパ２の弾性と、場合により、ディスクブレーキ１の別の部材、たとえば摩擦ブレーキライニング３，４の弾性とは、図面にばねシンボル１１によって示してある。

ディスクブレーキ１の操作装置は電気機械的である。この操作装置は、楔体６に設けられたラック１２を有している。このラックは２つの区分を有している。両区分は、それぞれ一方の楔面７もしくは斜面８に対して平行に延びている。中間では、ラック１２が折り曲げられているかまたは湾曲させられている。このラック１２には、歯車１３が噛み合っている。この歯車１３はブレーキキャリパ２に回転可能に支承されていて、電動モータ（図示せず）によって歯車減速装置（図示せず）を介して駆動可能である。歯車１３の回転駆動によって、楔体６と可動の摩擦ブレーキライニング４とが、前述した形式で移動させられ、これによって、ディスクブレーキ１が操作される。

対向支承体９の、ブレーキディスク５と反対の側の裏面に配置された支持体１４を介して、可動の摩擦ブレーキライニング４が楔体６と対向支承体９とを介してブレーキキャリパ２内に支持されている。支持体１４は、雄ねじ山１５を備えた回転対称的な部材である。この雄ねじ山１５はブレーキキャリパ２の雌ねじ山１６にねじ込まれている。ねじ山ピッチは、ねじ山１５，１６がセルフロック機能を有していないように大きく選択されている。支持体１４に対する対向支承体９の支持はスラスト円錐ころ軸受け１８を介して行われ、これによって、支持体１４が易動性に回転可能となる。この支持体１４は、可動の摩擦ブレーキライニング４に対する支持部材１７を成している。この支持部材１７は、セルフロック機能を有していないねじ山１５，１６に基づき自動的に解除するように形成されている。支持体１４の外側領域に設けられた孔内に係合したロックピン１９が支持体１４を相対回動不能に保持しており、これによって、ロックピン１９が可動の摩擦ブレーキライニング４をディスクブレーキ１の操作時にブレーキキャリパ２内に支持している。ロックピン１９は電磁石２０によって支持体１４の孔内に保持される。電磁石２０の無通電時には、図面に見ることができないばねエレメントがロックピン１９を支持体１４から引き出し、これによって、支持体１４が自由に回転可能となり、支持部材１７が自動的に解除される。これによって、この支持部材１７とディスクブレーキ１とが、ディスクブレーキ１の操作装置１２，１３の故障時またはエネルギ供給装置の故障時でも、常に解除可能となる。電磁石２０は、直列に接続された２つのスイッチ、たとえばトランジスタ２１を有しており、これによって、解除がスイッチの短絡時でも確保される。こうして、電磁石２０の望ましくない操作を阻止することができる。

圧縮コイルばねの形のばねエレメント２２がブレーキキャリパ２内に支持されていて、対向支承体９をブレーキディスク５の方向に負荷している。圧縮コイルばねとして形成されたばねエレメント２２は支持体１４を取り囲んでいる。ばねエレメント２２は、ディスクブレーキ１が操作されていない場合にロックピン１９の引戻しによって解除された支持部材１７の自動的な送りを生ぜしめる。ロックピン１９の引戻しによる支持部材１７の解除後、この支持部材１７は従動する。すなわち、支持部材１７が可動の摩擦ブレーキライニング４をもはやブレーキディスク５に対する圧着力に抗して支持しておらず、これによって、ディスクブレーキ１が解除されている。

支持体１４は、仮想円に配置された、ロックピン１９の係合のための孔を有しており、これによって、支持体１４が短い回転角ステップで位置固定可能となる。孔内に係合したロックピン１９による支持体１４の位置固定は形状接続的である。この支持体１４の力接続的なもしくは摩擦接続的なかつ無段式の位置固定も可能である（図示せず）。

ディスクブレーキ１のエアクリアランスの調整のためには、支持部材１７が、無通電の電磁石２０による支持体１４からのロックピン１９の引出しによって解除される。ばねエレメント２２が対向支承体９をブレーキディスク５に向かって運動させ、これによって、摩擦ブレーキライニング４がブレーキディスク５に接触する。操作装置１２，１３によって、摩擦ブレーキライニング４が、所望のエアクリアランス、すなわち、摩擦ブレーキライニング４とブレーキディスク５との間のギャップに相当するまで移動させられる。摩擦ブレーキライニング４は支持部材１７の解除前に移動させられてもよい。電磁石２０の通電によって、支持部材１７が位置固定され、摩擦ブレーキライニング４がその出発位置に戻される。この場合、所望のエアクリアランスが生ぜしめられる。こうして、摩耗後調整が達成される。エアクリアランスの調整は、原理的には、ブレーキディスク５の回転時に行われ得る。有利には、エアクリアランスの調整は、ブレーキディスク５の静止時、すなわち、ディスクブレーキ１を装備した車両の停止時に行われる。エアクリアランスの調整は、たとえば常に車両の点火装置の作動時に行われ得る。

本発明によるディスクブレーキ１の図説した構成の楔角αは、ディスクブレーキ１のセルフロックが生ぜしめられるように鋭角に選択されている。これは、いずれにせよ、実際に生ぜしめられ得る、摩擦ブレーキライニング４とブレーキディスク５との間の摩擦係数μの範囲の一部に対して有効となる。有利には、これは、摩擦係数μのより大きな範囲または全範囲に対して有効となる。なぜならば、これによって、ディスクブレーキ１の所要の操作力および操作エネルギがより僅かとなるからである。ディスクブレーキ１は、負のブレーキ特性値Ｃ^＊に対して設計されているかまたはブレーキ特性値Ｃ^＊がその記号を変換する極箇所の領域におけるブレーキ特性値Ｃ^＊に対して設計されている。ブレーキ特性値Ｃ^＊とは、ブレーキディスク５における周方向力と、可動の摩擦ブレーキライニング４を移動させるかもしくは保持するための操作力との間の比である。セルフロック運転時には、ディスクブレーキ１の自己倍力が制動力をブレーキディスク５のロックにまで増加させる恐れがある。摩擦ブレーキライニング４は、所望の制動力でブレーキディスク５による後続運動に抗して操作装置によって拘束されなければならない。制動力を減少させるためには、摩擦ブレーキライニング４が、操作装置による操作力の印加によって解除方向に移動させられなければならない。制動力の増加は力・エネルギなしに行われる。

ばねエレメント２２のばね力は、可動の摩擦ブレーキライニング４が、無視できる程度の制動力を発生させるほんの低い圧着力でブレーキディスク５に接触する程度に小さい。ディスクブレーキ１を装備した車両は、ディスクブレーキ１の故障時に、可動の摩擦ブレーキライニング４がばねエレメント２２によってブレーキディスク５に向かって押圧される場合でも使用することができる。

本発明による摩擦ブレーキを示す図である。

符号の説明

１ ディスクブレーキ、 ２ ブレーキキャリパ、 ３ 摩擦ブレーキライニング、 ４ 摩擦ブレーキライニング、 ５ ブレーキディスク、 ６ 楔体、 ７ 楔面、 ８ 斜面、 ９ 対向支承体、 １０ 自己倍力装置、 １１ ばねシンボル、 １２ ラック、 １３ 歯車、 １４ 支持体、 １５ 雄ねじ山、 １６ 雌ねじ山、 １７ 支持部材、 １８ スラスト円錐ころ軸受け、 １９ ロックピン、 ２０ 電磁石、 ２１ トランジスタ、 ２２ ばねエレメント、 ２３ 支承手段、 α 楔角

Claims (11)

1. 自己倍力式の電気機械的な摩擦ブレーキであって、摩擦ブレーキライニング（４）が設けられており、該摩擦ブレーキライニング（４）が、当該摩擦ブレーキ（１）の操作のために、操作装置（１２，１３）によって、制動したい制動体（５）に向かって押圧可能であり、さらに、自己倍力装置（１０）が設けられており、該自己倍力装置（１０）が、回転する制動体（５）から、制動時に制動体（５）に向かって押圧される摩擦ブレーキライニング（４）に加えられる摩擦力を圧着力に変換するようになっており、該圧着力が、操作装置（１２，１３）によって加えられる圧着力に対して付加的に摩擦ブレーキライニング（４）を制動体（５）に向かって押圧するようになっている形式のものにおいて、当該摩擦ブレーキ（１）が、摩擦ブレーキライニング（４）に対する解除可能な支持部材（１７）を有しており、該支持部材（１７）が、解除されていない状態では摩擦ブレーキライニング（４）を圧着力に対する反力に抗して支持しているが、解除後には前記反力に屈して従動するようになっていることを特徴とする、自己倍力式の電気機械的な摩擦ブレーキ。
2. 支持部材（１７）が、自動的に解除するようになっている、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
3. 支持部材（１７）が、制動体（５）からそれぞれ異なる間隔を置いて位置固定可能である、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
4. 支持部材（１７）が、解除された状態で自動的に送られるようになっている、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
5. 自己倍力装置（１０）が、ブレーキ特性値Ｃ^＊の極箇所に対して設計されている、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
6. 当該摩擦ブレーキ（１）が、負のブレーキ特性値Ｃ^＊を有している、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
7. 自己倍力装置（１０）が、制動体（５）の両回転方向に有効である、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
8. 当該摩擦ブレーキが、ディスクブレーキ（１）である、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
9. 自己倍力装置（１０）が、ランプメカニズム（６，７，８，９）を有している、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
10. 支持部材（１７）が、冗長的に解除可能である、請求項１記載の摩擦ブレーキ。
11. 摩擦ブレーキライニング（４）と制動体（５）との間のエアクリアランスを調整するために、摩擦ブレーキライニング（４）が、操作装置（１２，１３）によって、所望のエアクリアランスに相当するストロークだけ移動させられるようになっており、支持部材（１７）が解除されるようになっていて、制動体（５）への摩擦ブレーキライニング（４）の当付け後に位置固定されるようになっており、摩擦ブレーキライニング（４）が、次いで、操作装置（１２，１３）によって出発位置に戻されるようになっている、請求項４記載の摩擦ブレーキ。

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