JP2013060992A - 制動力調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の高いサービスブレーキを実現する機構を提供する。
【解決手段】トグルリンク１８は、少なくとも２つのリンクを有する第１のリンク機構２２と、第１のリンク機構２２と接続され、少なくとも２つのリンクを有する第２のリンク機構２４と、第１のリンク機構２２および第２のリンク機構２４の少なくともいずれか一方と連結されている摩擦部材と、を備える。第１のリンク機構２２は、ブレーキ操作に応じた外力が入力される第１の入力部２２ａを有する。第２のリンク機構２４は、アクチュエータによる外力が入力される第２の入力部２４ａを有する。第１のリンク機構２２および第２のリンク機構２４は、ブレーキ操作に応じた外力およびアクチュエータによる外力の少なくともいずれか一方によって各リンクが変位し、摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、制動力調整装置に関する。

従来、ブレーキキャリパのシリンダと同等の機構として、トグルリンクを用いた車両ブレーキが考案されている（特許文献１参照）。このブレーキは、圧電アクチュエータにより発生した力をトグル機構でピストンの推進力に変換し、制動力を発生させている。

特表２０００−５１４５３３号公報

しかしながら、上述の車両ブレーキは、圧電アクチュエータ単独で制動力を発生させる機構であり、操作入力とは別のアシスト入力については考慮されていない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、精度の高いサービスブレーキを実現する機構を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の制動力調整装置は、少なくとも２つのリンクを有する第１のリンク機構と、前記第１のリンク機構と接続され、少なくとも２つのリンクを有する第２のリンク機構と、前記第１のリンク機構および前記第２のリンク機構の少なくともいずれか一方と連結されている摩擦部材と、を備える。前記第１のリンク機構は、ブレーキ操作に応じた外力が入力される第１の入力部を有する。前記第２のリンク機構は、アクチュエータによる外力が入力される第２の入力部を有する。前記第１のリンク機構および前記第２のリンク機構は、前記ブレーキ操作に応じた外力および前記アクチュエータによる外力の少なくともいずれか一方によって各リンクが変位し、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されている。

この態様によると、ブレーキ操作に応じた外力が入力される第１の入力部とは別の部分にアクチュエータによる外力が入力されるため、第１の入力部に大きな反力を生じさせることなく、摩擦部材を移動させ、ディスクロータとの間で制動力を発生させることができる。

前記第２のリンク機構は、前記第１のリンク機構と前記摩擦部材との間に配置されていてもよい。これにより、ブレーキ操作に応じた外力により発生する出力に対して、アクチュエータによる外力により発生する力を用いた精度の高い調整が可能となる。

前記第１のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鈍角となるように連結されており、該成す角が大きくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されており、前記第２のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鈍角となるように連結されており、該成す角が大きくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されていてもよい。

前記第１のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、該成す角が小さくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されており、前記第２のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、該成す角が小さくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されていてもよい。これにより、２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、リンク軸方向のスペースを小さくできる。また、制動力を発生させるべく摩擦部材を前記ディスクロータに向けて移動させる際には、２つのリンクが成す角が小さくなるように構成されているため、制動時においてもリンク軸方向のスペースを小さくできる。ここで、リンク機構は、例えば、トグルリンクであってもよい。

本発明によれば、精度の高いサービスブレーキを実現することができる。

第１の実施の形態に係るディスクブレーキの側面図である。 図１の範囲Ａに含まれているトグルリンクの拡大図である。 各リンク機構における力点と作用点との関係を説明するための模式図である。 図３に示すリンク機構における変位と出力との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係るトグルリンクの概略構成を示す模式図である。 第２の実施の形態の変形例に係るトグルリンクの概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。以下の実施の形態で説明する制動力調整機構は、車両のブレーキに適用することができる。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るディスクブレーキの側面図である。図１に示すように、ディスクブレーキ１０は、回転軸Ａｘを中心とする円板状のディスクロータ１２と、車両に支持されるキャリパ１４と、キャリパ１４が備える一対のブレーキパッド１６ａ，１６ｂと、ブレーキパッド１６ａとシリンダ１７とを連結するトグルリンク１８と、を備える。キャリパ１４は、前述の一対のブレーキパッド１６ａ，１６ｂと、一対のブレーキパッド１６ａ，１６ｂがディスクロータ１２に向かって移動できるようにガイドするスライドピン２０と、を有する。ブレーキパッド１６ａ，１６ｂは、ディスクロータ１２に付勢されることでディスクロータ１２との摩擦力により制動力を発生させる摩擦部材として機能する。

制動力調整装置として機能するトグルリンク１８は、シリンダ１７に連結されている第１のリンク機構２２と、第１のリンク機構２２と接続されるとともにブレーキパッド１６ａと連結されている第２のリンク機構２４と、を備える。なお、第１のリンク機構２２や第２のリンク機構２４が、シリンダ１７やブレーキパッド１６ａと連結されているとは、各リンク機構を構成するリンクが直接シリンダやブレーキパッドに連結されている場合だけでなく、他の部材（例えば、ピストン、キャリパ、その他のリンク等）を介して連結している場合も含まれる。

次に、トグルリンクについて説明する。トグルリンクが有する特徴としては、例えば、（ｉ）入力はリンク系によって伝達される、（ｉｉ）入力によって部材が入力方向に移動する、（ｉｉｉ）リンクが一直線になったときには入力が除去されても、部材は反入力方向に戻らず位置が保持される、（ｉｖ）位置が保持された後、反入力方向の外力に対して大きな抗力を持つ、などが挙げられる。このようなトグルリンクを実施の形態に係るディスクブレーキに適用することで、通常の油圧で作動するブレーキキャリパの（ａ）力を発生させる機能、（ｂ）ストロークする機能を置き換えることができる。また、前述の（ｉｉｉ）の特徴により、駐車ブレーキとしての使用にも適している。

図２は、図１の範囲Ａに含まれているトグルリンクの拡大図である。図２に示すように、トグルリンク１８は、少なくとも２つのリンクを有する第１のリンク機構２２と、第１のリンク機構２２と接続され、少なくとも２つのリンクを有する第２のリンク機構２４と、を備えている。なお、第２のリンク機構２４の一端には、前述のブレーキパッド１６ａが連結されている。

第１のリンク機構２２は、互いに回動可能に端部で接続されているリンク２６およびリンク２８から構成されている。また、第１のリンク機構２２は、ブレーキペダルなどのブレーキ操作に応じた外力Ｆ１が入力される第１の入力部２２ａを有する。

第２のリンク機構２４は、互いに回動可能に端部で接続されているリンク３０およびリンク３２から構成されている。また、第２のリンク機構２４は、アクチュエータによる外力Ｆ２が入力される第２の入力部２４ａを有する。ここで、アクチュエータは、油圧装置やモータなどの駆動装置が挙げられる。

第１のリンク機構２２および第２のリンク機構２４は、外力Ｆ１および外力Ｆ２の少なくともいずれか一方によって各リンクが変位し、ブレーキパッド１６ａがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。

本実施の形態に係るトグルリンク１８においては、第１のリンク機構２２は、２つのリンク２６，２８が成す角が鈍角となるように連結されており、その成す角が大きくなる場合に、ブレーキパッド１６ａがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。また、第２のリンク機構２４は、２つのリンク３０，３２が成す角が鈍角となるように連結されており、その成す角が大きくなる場合に、ブレーキパッド１６ａがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。

図３は、各リンク機構における力点と作用点との関係を説明するための模式図である。図４は、図３に示すリンク機構における変位と出力との関係を示す図である。なお、第１のリンク機構２２と第２のリンク機構２４とはその構成が同じため、以下では第１のリンク機構について説明する。図３に示す第１のリンク機構２２は、２つのリンク２６，２８が角度θで連結されている。リンク２６は、その一端が支点に支持されており、その他端がリンク２８と連結されている。リンク２６の他端とリンク２８の一端との連結部は力点として機能し、その力点に矢印の方向から力Ｆが入力されると、リンク２８の他端である作用点において力Ｐが矢印の方向に出力される。

ここで、力Ｆと力Ｐとの関係は以下の式（１）で示される。
Ｐ＝（１／２）×Ｆ×ｔａｎ（θ／２）・・・式（１）

図４は、力点の変位に対する作用点の変位、および、力点の変位に対する入力／出力の比の関係を示したグラフである。図４に示すように、力点の変位の増加に伴い入力／出力の比は増加する。そして、２つのリンクが成す角θが１７０°を超えた辺りで入力／出力の比が１０倍程度となる。したがって、力点の変位が５．５ｍｍ前後、２つのリンクが成す角θが１７０°を超えた辺りまでの範囲では、通常のサービスブレーキに適した制御が可能となる。

力点の変位が大きな範囲では、力点の変位に対する作用点の変位は徐々に小さくなり、２つのリンクが成す角θが１８０°前後ではほとんど変化しなくなる。このように、トグル機構の不可逆特性を利用して、パーキングブレーキ作動時の入力を低減するためには、そのストローク（力点変位）が最大となる付近で利用することになる。

次にトグルリンク１８の動作について説明する。第１のリンク機構２２のリンク２６の一端２６ａは、シリンダ１７に固定され支点として機能する。一方、第２のリンク機構２４のリンク３２の一端３２ａは、ブレーキパッド１６ａに固定され作用点として機能する。また、第１のリンク機構２２のリンク２８の一端と第２のリンク機構２４のリンク３０一端とは移動部材３４に互いに接続されている。そして、移動部材３４は、各リンクの動きに応じてガイド３６に沿って移動する。

このように構成されたトグルリンク１８は、第１のリンク機構２２の第１の入力部２２ａに外力Ｆ１が入力されると、リンク２６とリンク２８との成す角が広がり、移動部材３４がガイド３６に沿って、図の右方向に向かって移動する。その結果、第２のリンク機構２４を介してブレーキパッド１６ａも右方向へ移動し、ディスクロータ１２に押圧されることで制動力が発生する。

また、トグルリンク１８は、外力Ｆ１が入力される第１の入力部２２ａとは別の部分である第２の入力部２４ａに外力Ｆ２が入力されるため、第１の入力部２２ａに大きな反力を生じさせることなく、ブレーキパッド１６ａを移動させ、ディスクロータ１２との間で制動力を発生させることができる。

より詳述すると、トグルリンク１８は、液圧によって伝達されたブレーキペダルの踏力が外力Ｆ１として入力されると、外力Ｆ１を増幅して出力することができる。また、ブレーキペダルの動作をセンサなどにより検出し、その検出結果に基づいてＥＣＵ（Electronic Control Unit）がブレーキペダルを踏み込む速度や量を算出し、緊急ブレーキが必要な状態か否かを判別する。緊急ブレーキが必要な状態と判別されると、アクチュエータを駆動し、発生した外力Ｆ２が第２の入力部２４ａに入力され、ブレーキペダルによる直接的な踏力に加えてアシスト力がブレーキパッド１６ａに伝達される。このように、図１に示すディスクブレーキ１０と、センサと、ＥＣＵと、アクチュエータとを組み合わせることで、ブレーキアシストシステムを構成することができる。

また、このようなシステムは、車輪速センサや車速センサなどにより車輪のスリップを検出することで、各輪のディスクブレーキの制動力を調整し、タイヤロックを制御するＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）としても機能することができる。このような場合は、スリップ量の情報に基づいてアクチュエータにより発生する外力Ｆ２を制御すればよい。

なお、本実施の形態に係るトグルリンク１８では、第１のリンク機構２２および第２のリンク機構２４が直列に接続されており、第２のリンク機構２４は、第１のリンク機構２２とブレーキパッド１６ａとの間に配置されている。これにより、ブレーキ操作部材などから伝達された外力Ｆ１により発生する出力に対して、アクチュエータによる外力Ｆ２により発生する力を用いた精度の高い調整が可能となる。

このように、本実施の形態に係るトグルリンク１８は、精度の高いサービスブレーキを実現することができる。

（第２の実施の形態）
前述の第１の実施の形態に係るトグルリンク１８は、２つのリンク機構を直列に接続してある。一方、第２の実施の形態に係るトグルリンクは、２つのリンク機構を並列に接続している点が大きく異なる。図５は、第２の実施の形態に係るトグルリンクの概略構成を示す模式図である。

トグルリンク４０は、少なくとも２つのリンクを有する第１のリンク機構４２と、第１のリンク機構４２と接続され、少なくとも２つのリンクを有する第２のリンク機構４４と、を備えている。

第１のリンク機構４２は、互いに回動可能に端部で接続されているリンク４６およびリンク４８から構成されている。また、第１のリンク機構４２は、ブレーキペダルなどのブレーキ操作部材の操作に応じた外力Ｆ１が入力される第１の入力部４２ａを有する。

第２のリンク機構４４は、互いに回動可能に端部で接続されているリンク５０およびリンク５２から構成されている。また、第２のリンク機構４４は、前述のアクチュエータによる外力Ｆ２が入力される第２の入力部４４ａを有する。

第１のリンク機構４２のリンク４６と第２のリンク機構２４のリンク５２の端部は、共に移動部材５４ａに接続されている。また、第１のリンク機構４２のリンク４８と第２のリンク機構２４のリンク５０の端部は、共に移動部材５４ｂに接続されている。移動部材５４ａには、図１に示すブレーキパッド１６ａが連結されている。また、移動部材５４ｂには、図１に示すブレーキパッド１６ｂが連結されている。

第１のリンク機構４２および第２のリンク機構４４は、外力Ｆ１および外力Ｆ２の少なくともいずれか一方によって各リンクが変位し、ブレーキパッド１６ａがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。

本実施の形態に係るトグルリンク４０においては、第１のリンク機構４２は、２つのリンク４６，４８が成す角が鋭角となるように連結されており、成す角が小さくなる場合に、ブレーキパッド１６ａがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。また、第２のリンク機構４４は、２つのリンク５０，５２が成す角が鋭角となるように連結されており、成す角が小さくなる場合に、ブレーキパッド１６ｂがディスクロータ１２に向けて移動するように構成されている。

このようにトグルリンク４０の各リンク機構は、２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、リンク軸方向のスペースを小さくできる。また、制動力を発生させるべくブレーキパッド１６ａ，１６ｂをディスクロータ１２に向けて移動させる際には、２つのリンクが成す角が小さくなるように構成されているため、制動時においてもリンク軸方向のスペースを小さくできる。

次にトグルリンク４０の動作について説明する。トグルリンク４０は、第１のリンク機構４２の第１の入力部４２ａに外力Ｆ１が入力されると、リンク４６とリンク４８との成す角が狭まり、移動部材５４ａがガイド５６に沿って、図の右方向に向かって移動する。一方、移動部材５４ｂがガイド５６に沿って、図の左方向に向かって移動する。その結果、ブレーキパッド１６ａは右方向へ移動し、ブレーキパッド１６ｂは左方向へ移動し、ディスクロータ１２にそれぞれ押圧されることで制動力が発生する。このように、２つのブレーキパッド１６ａ，１６ｂによりディスクロータ１２が挟圧されることで安定した制動が可能となる。

また、トグルリンク４０は、外力Ｆ１が入力される第１の入力部４２ａとは別の部分である第２の入力部４４ａに外力Ｆ２が入力されるため、第１の入力部４２ａに大きな反力を生じさせることなく、ブレーキパッド１６ａ，１６ｂを移動させ、ディスクロータ１２との間で制動力を発生させることができる。

図６は、第２の実施の形態の変形例に係るトグルリンクの概略構成を示す模式図である。図６に示すトグルリンク６０は、２つのリンク機構がガイド５６を挟んで図６の上下に配置されている点が、図５に示すトグルリンク４０と大きく異なる。ただし、トグルリンク６０を構成している個々の部材は、レイアウトを除いてトグルリンク４０と同じである。したがって、図６におけるトグルリンク６０において、トグルリンク４０と同じ部材については同じ符号を付して説明を省略する。

図６に示すトグルリンク６０は、ガイド５６を挟んで２つのリンク機構が上下に配置されているため、ディスクロータ１２の回転軸方向の配置スペースを小さくできる。また、トグルリンク６０は外力Ｆ２が図の下側から加わる構成のため、アクチュエータを下方に配置することが可能となり、レイアウトの自由度が向上する。

上述のように、各実施の形態に係るディスクブレーキは、トグルリンクにおいて２つのリンク機構が直列又は並列に配置されている。そして、各リンク機構に入力部を設け、一方の入力部にはドライバの操作などに応じた力が入力され、他方の入力部にはアクチュエータによるアシスト力が入力される。そのため、アクチュエータによるアシスト力が直接リンク機構に伝わるため、ドライバの操作などに応じた入力側に大きな反力を生じさせることなく、力の追加、制御ができる。その結果、制動時の操作フィーリングが向上する。

また、ブレーキパッド１６ａ，１６ｂの摩耗を考慮し、各リンク機構の基準位置における２つのリンクの成す角を調整できるように、各トグルリンクは、第２の入力部とアクチュエータとの距離を調整する摩耗調整機構を兼ね備えてもよい。

以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

なお、上述のディスクブレーキは、車両だけではなく、産業用の設備において制動力が必要な用途にも適用できる。

Ｆ１，Ｆ２ 外力、 １０ ディスクブレーキ、 １２ ディスクロータ、 １６ａ，１６ｂ ブレーキパッド、 １８ トグルリンク、 ２２ 第１のリンク機構、 ２２ａ 第１の入力部、 ２４ 第２のリンク機構、 ２４ａ 第２の入力部、 ２６，２８，３０，３２ リンク、 ３４ 移動部材、 ３６ ガイド。

Claims (4)

1. 少なくとも２つのリンクを有する第１のリンク機構と、
   前記第１のリンク機構と接続され、少なくとも２つのリンクを有する第２のリンク機構と、
   前記第１のリンク機構および前記第２のリンク機構の少なくともいずれか一方と連結されている摩擦部材と、を備え、
   前記第１のリンク機構は、ブレーキ操作に応じた外力が入力される第１の入力部を有し、
   前記第２のリンク機構は、アクチュエータによる外力が入力される第２の入力部を有し、
   前記第１のリンク機構および前記第２のリンク機構は、前記ブレーキ操作に応じた外力および前記アクチュエータによる外力の少なくともいずれか一方によって各リンクが変位し、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されている、
   ことを特徴とする制動力調整装置。
2. 前記第２のリンク機構は、前記第１のリンク機構と前記摩擦部材との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の制動力調整装置。
3. 前記第１のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鈍角となるように連結されており、該成す角が大きくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されており、
   前記第２のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鈍角となるように連結されており、該成す角が大きくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制動力調整装置。
4. 前記第１のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、該成す角が小さくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されており、
   前記第２のリンク機構は、前記２つのリンクが成す角が鋭角となるように連結されており、該成す角が小さくなる場合に、前記摩擦部材がディスクロータに向けて移動するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制動力調整装置。

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