JP2022027549A - キャリパーブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】閉状態におけるブレーキフォース低下が低減される、キャリパーブレーキの提供。【解決手段】キャリパーブレーキが、筐体と筐体内でブレーキをかけるべき構成部品の方向に動く２つのブレーキシューとアクチュエータを介して筐体内で可動の軸受部品とを備え、ブレーキシューはブレーキをかけるべき構成部品と反対側に各々１つのくさび面を備える。くさび面とブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品の両側で軸受部品を支持し、軸受部品に作用するブレーキフォースが方向転換及び力増幅しながらブレーキシューに伝達される。軸受部品がくさび面のくさび角度に対応する量だけずらされて配置されている２つのベアリングジャーナルを備え、くさび面がベアリングジャーナルの範囲にそれぞれ１つの段差を有し、この段差は、ブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品に当たる前に、ブレーキシューの閉運動により乗り越えられる。【選択図】図１

Description

本発明は、キャリパーブレーキに対して相対運動する構成部品を減速する及び／又は固定するためのキャリパーブレーキであり、ブレーキをかけるべき構成部品をＵ字形に取り囲む筐体と、筐体内でブレーキをかけるべき構成部品の方向に鉗子のように動く２つのブレーキシューと、アクチュエータによって筐体内で可動の軸受部品と、を備えており、ここでブレーキシューは、ブレーキをかけるべき構成部品と反対側にそれぞれ１つのくさび面を備え、このくさび面によってブレーキシューは、ブレーキをかけるべき構成部品の両側で軸受部品を支持し、及びこれらによって、軸受部品に作用するブレーキフォースが方向転換しながら及び力増幅しながらブレーキシューに伝達される。

ブレーキバネのバネ力が方向転換しながら及び力を増幅しながらくさび傾斜部を介してブレーキシュー及び軸受部品に伝達される、電磁的に操作可能なブレーキ装置は、特許文献１で公知である。ここでは、くさび面の間には、ボール又はローラーを備えたフラットケージが配設されている。バネ駆動のブレーキでは、この場合、ブレーキが閉じる際に、ブレーキシューがブレーキディスクに当たるまで及びブレーキシューとブレーキディスクとの間のエアギャップを克服するまで、バネが緩んだ状態になることは、不利である。したがって、開状態におけるバネ力の方が閉状態のそれよりも大きい。そのため、ブレーキを開くためのソレノイドは、開状態の最大バネ力に併せて設計される必要がある。

独国特許発明第１０１２７６６４号明細書

したがって、本発明の課題は、より大きなブレーキフォースを実現でき、及びバネ駆動のブレーキの場合には、バネストロークに起因する、閉状態におけるブレーキフォースの低下が、少なくとも低減される、キャリパーブレーキを提示することである。

この課題は、請求項１の特徴を備えたキャリパーブレーキにより解決される。有利な実施形態は、従属請求項に示される。

冒頭にあげられた種類のキャリパーブレーキは、本発明においては、軸受部品がブレーキシューそれぞれに、くさび面のくさび角度に対応する量だけずらして配置された２つのベアリングジャーナルを備え、このベアリングジャーナルにはくさび面が当たり、及びくさび面はベアリングジャーナルの範囲でそれぞれ１つの段差を備え、この段差はブレーキシューの閉じ運動の際、ブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品に当たる前に、乗り越えられることが企図される。

２つの対応するくさび面の代わりに、本発明ではスラスト軸受として、ずらして配置されている２つのベアリングジャーナルが使用される。これらは好ましくは、軸受部品内に支承された転動体、特にローラー又はボールから形成され得る。これによって軸受部品とブレーキシューのくさび面との間に作用する摩擦力が格段に低減される。したがって、くさび面は急勾配に形成され、ブレーキをかけた状態ではセルフロックが生じることがない。くさび面に形成された段差を使って、ブレーキシューとブレーキをかけるべき構成部品との間のエアギャップが、いわば急激に克服され、その結果、バネ駆動のブレーキの場合、ブレーキバネがより圧縮された状態になり、それによって同じバネで締付力がより高くなる。これにより、同じ締付力で最大バネ力が従来技術と比べて小さいため、ブレーキを開くために必要なアクチュエータ、例えばソレノイドは、より小さく、省資源なサイズにできる。本発明によるキャリパーブレーキは、さらに、非常にコンパクトで軽量に作られ得、その構造によって、外乱による影響から簡単かつ確実に守られる。

好ましい一実施形態では、キャリパーブレーキはセルフクロージングブレーキとして、ブレーキバネを備えている。この場合、軸受部品はブレーキフォースを加えるブレーキバネによって閉位置に移動され、閉位置ではブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品に当たり、及びアクチュエータがブレーキシューを開いて開位置にするために、ブレーキバネのバネ力を克服して軸受部品を動かし、開位置ではブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品によってリフトされる。さらに、ブレーキバネを使用する場合、適切には調整装置、特に調整ボルトを備えていてよく、これを使ってブレーキバネのプリテンションが調整可能である。これにより、ブレーキフォースはそれぞれの使用に適合され得る。

しかしまったく同様に、本願の範囲ではキャリパーブレーキをアクチュエータ駆動のブレーキとして実施することも可能である。この場合、軸受部品は、アクチュエータによってブレーキフォースを加えられながら閉位置まで動き、閉位置でブレーキシューがブレーキをかけるべき構成部品に当たる。さらに、戻しバネを備えていてよく、この戻しバネを介して、ブレーキを開く際にブレーキをかけるべき構成部品によってブレーキシューがリフトされる。別法として、ブレーキシューのリフトはアクチュエータそのものによっても行われ得、その場合これは二重作用する。

本発明の好ましい一実施例では、アクチュエータとして、電磁コイル及び軸受部品と接続されたアーマチュアを備えたソレノイドが形成され得る。しかし別法として、アクチュエータは油圧式又は空気圧式で駆動されるシリンダーピストンユニットとして形成されてもよい。

本発明の一発展形態では、アクチュエータが軸受部品と、ブレーキシューの動作方向に伸びるリニアガイドを介して接続されている。これにより、軸受部品はブレーキシューの動作方向に可動なままであり、それによって２つのブレーキシューとブレーキをかけるべき構成部品との間のエアギャップが異なっていても補正運動が行われ得、その結果ブレーキをかけるべき構成部品の両側に同じ力が作用する。エアギャップが同じでないと、組み立て誤差によって、及び特にブレーキディスクをブレーキをかけるべき構成部品として使用する場合に、回転軸オフセットが生じ得る。ブレーキディスクのブレーキシャフトへの曲げ力、又はブレーキパッドの不均等な摩耗は、これにより回避される。

さらに、好ましい一発展形態では、筐体にセンタリング装置が、特に内側の開位置範囲に配置された傾斜面が、備えられていてよく、これら傾斜面は、軸受部品を閉位置から開位置へ動く際に筐体内でセンタリングする。これにより、ブレーキシューが開いた状態で、軸受部品の自重が偏ってブレーキをかけるべき構成部品に押しつけられることが阻止される。ブレーキパッドは、開いた状態で定義された位置になる。センタリングは、好ましくはアクチュエータのわずかな操作ストローク、例えば数ミリメートル閉じると、軸受部品がブレーキ筐体との間に再び十分な遊びを備えるように仕上げられている。

アクチュエータと軸受部品との間でリニアガイドを使用する場合、プリテンションバネを備えているとさらに有利であり、このプリテンションバネを使って、ベアリングクリアランスを解消した状態で、リニアガイドにアクチュエータ動作方向へプリテンションがかけられる。

軸受部品とブレーキシューとの間の摩擦が小さいことにより、くさび面は力増幅が大きくなるように設計され得る。本発明の範囲では、力増幅は好ましくは２～１０倍の範囲の、特に５～６倍の範囲の力増幅である。

一実施形態では、ブレーキシューはそれぞれ１つのブレーキパッドと１つのくさびセグメントを備えている。この場合、特に有利には、くさびセグメントが摩耗調整のための調整装置を備えている。ブレーキパッドが摩耗するとブレーキシューの調整ストロークが大きくなるため、調整装置は開運動を利用してブレーキパッド付きくさび面の間隔を拡大し、その結果パッド摩耗が補正される。これに関して、くさびセグメントは例えば２つの部分からなり、これら２つの部分は１つのねじで接続されている。両方の部分を互いに回転させることで両部分の全長が拡大され得る。自動調整のために、ここではアクチュエータの垂直運動が使用されて回転動作が引き起こされる。パッド摩耗が大きくなればなるほど、垂直運動が長くなり、ねじの回転が強くなり、さらに再び摩耗調整される。

本発明の一発展形態ではさらに、ブレーキシューが、筐体の下側でそれぞれ１つのアキシャル転がり軸受及び／又は１つのスライドブッシュを介して直線的に可動に支承されていることが企図され得る。ブレーキパッドが外部状況によって斜めに摩耗し及びその際にブレーキシューの位置を変えてしまうかもしれない力が生じた場合でも、スラスト軸受及びブッシュによるガイドは一定不変のくさび角度をもたらし、それによって力増幅が一定に保たれる。加えてスライドブッシュは、汚れ及び湿気の侵入から保護され得る。

別の有利な一発展形態では、ブレーキシューのために前面側のストッパーを形成するサイドプレートが筐体に取り付けられている。これによってブレーキ時にブレーキシューに作用するブレーキフォースがブレーキ筐体にも伝達され得る。

さらに、本願の範囲では、好ましくはベアリングジャーナルがローラーから形成され、このローラーが軸受部品内で転がり軸受により支承されている。これによってフリクションロスが特に少なくなる。挙げられた転がり軸受の別法として、コスト低減のため、軸受部品内のローラーは滑り軸受によって支承されてよい。

本発明のその他の実施様態及び利点は、以下において、図を使用した実施例の説明で示される。

本発明によるキャリパーブレーキの一実施例の断面図である。 ブレーキシューの段付きくさび面とくさび面に当接している軸受部品のローラーの詳細図である。 アクチュエータと軸受部品との間にリニアガイドを備えた、図１の図面に対して垂直の部分断面図である。 図１に基づいた、ローラーを支承するための転がり軸受を備えた実施例の図である。 摩耗調整のための調整装置を備えたブレーキシューの実施例の図である。

図１に示されたブレーキ装置は、ブレーキディスク６のためのキャリパーブレーキである。ブレーキディスク６は、ここでは図面に対して垂直に回転する。しかしこのブレーキは、他の実施装置においては、リニアブレーキとしても採用されてよく、この場合ブレーキをかけるべき構成部品として、ブレーキディスク６の代わりにブレーキレールが備えられている。

キャリパーブレーキは筐体１１を備えており、この筐体はブレーキディスク６の周りにＵ字形に配置されている。筐体１１内にはブレーキディスク６の両側に２つのブレーキシュー３が備えられ、このブレーキシューはブレーキを閉じるために鉗子のようにブレーキディスク６の方向に内側へ動かされる。ブレーキシュー３は、ここではそれぞれ１つのくさびセグメント３’を備え、これらくさびセグメントには、ブレーキディスク６の方を向いた側にそれぞれ１つのブレーキパッド４が取り付けられ、ブレーキディスク６と反対側はくさび面３ａとして形成されている。このくさび面３ａはそれぞれ２つの段差乃至段付部２を有し、その機能は以下で説明される。

ブレーキの操作は、ブレーキバネ９を介して行われ、そのバネ力は軸受部品７を介してブレーキシュー３のくさび傾斜部３ａに伝達される。ここで軸受部品７は転がり軸受として形成され、この転がり軸受はスラスト軸受又はベアリングジャーナルとして、１つのブレーキシュー３に対してそれぞれ２つの、ずらして配置され回転自在に支承されたローラー１を有している。ローラーのＸ方向、すなわちブレーキシューの動作方向のオフセットは（図１参照）、くさび面３ａのくさび角度αに段差２の高さを加算したものに相当する。

図１には、ブレーキがその開位置で示され、ブレーキディスク６とブレーキパッド４の間にはエアギャップ５がある。これにより、回転するブレーキディスク６によってブレーキパッド４がすり減ることはない。開位置では、ローラー１はそれぞれ段差２の範囲でくさび面３ａに当たっている。転がり軸受７がブレーキバネ９の力によってブレーキ筐体１１の下部範囲に対して下方向に押しつけられると、くさび面３ａによってブレーキフォースがブレーキシュー３の方に向きを変えられ、その結果これがブレーキディスク６に対して内側へ動く。この場合、まず段差２が乗り越えられ、それによってブレーキシューが急激に内側へ向かって動かされる。この初期の急激な運動は、段差２があるために、ほぼエアギャップ５に相当し、その結果ブレーキパッド４が遅延なくブレーキディスク６に当たる。これにより、ブレーキバネ９のバネストロークがわずかであってもブレーキ作用が達成される。

図２には、ローラー１が段差２の少し前でくさび面３ａに当たっている状態の詳細図である。この位置は、ブレーキの開位置に相当する。くさび面３ａは段差２の前後のくさび角度が傾斜角αであり、この角度が力の方向転換と力増幅を生じさせる。段差の範囲では、この角度ははるかに緩勾配に、実際上９０°まで、形成される。段差の高さは、エアギャップ５の幅よりいくらか小さくされているため、ローラー１はブレーキが閉じる際に段差２の真上を越えて転がり、段差２の後の範囲でくさび面３ａと当たる。

本実施例のブレーキは、電磁式でリフト可能なブレーキとして仕上げられている。このために、電磁コイル１０ａ及び電磁コイル１０ａ内に軸方向に可動のアーマチュア８を備えたソレノイド１０の形でアクチュエータが備えられている。このアーマチュア８は、転がり軸受７と接続されている。マグネット１０の引きつけにより、アーマチュア８が上方へ電磁コイル１０ａの方向に引き上げられてブレーキバネ９が圧縮される。これによって転がり軸受７が持ち上げられ、その結果ブレーキシュー３がブレーキディスク６からリフトされるか、又は引き戻される。ブレーキシューの引き戻し又はリフトは、ブレーキディスク６のわずかなアンバランスによって又は図示されていない戻りバネによって行われ得る。

同様にして、電磁駆動式の能動ブレーキが実現される。この場合、通電状態でソレノイドがバネを介して転がり軸受７を押す。別のバネが、非通電状態でブレーキを常時開く。ソレノイドの別法として、同様に空気圧式又は油圧式シリンダーが考えられる。

図３は、転がり軸受７とソレノイド１０のアーマチュア８との間の連結の模式図である。これらはリニアガイド１８を介して、ここに図示されているようにＴ字形溝で接続されている。これにより、転がり軸受７はブレーキ操作時にブレーキシュー３の動作方向（Ｘ方向）に動かされる。これにより、エアギャップ５がさまざまに異なっている場合、ブレーキディスクで補正運動が行われ、その結果常に同じ力がブレーキディスク６の両側に作用し、それによってブレーキシャフトの曲がりが防止される。Ｔ字形溝の代わりに任意の別のリニアガイド、例えば燕尾状ガイドを使用し得る。リニアガイド１８は、引っ張りバネ１４によってプリテンションがかけられ、その結果任意のベアリングクリアランスが相殺される。引っ張りバネ１４は、ここではアーマチュア８内のくぼみ及び転がり軸受７の上部によって案内される。

ブレーキバネ９は、調整ボルト１６によってプリテンションがかけられる。これによって、バネストロークが、ひいてはブレーキフォースが、それぞれの使用に応じて調整される。

ブレーキを開く際、転がり軸受７は筐体１１の上部に引き戻される。側部傾斜面１５は、ここではセンタリング装置として作用し、転がり軸受７が開いた状態で筐体１１内で定義された中心位置になるようにする。

筐体１１の下部には、ブレーキシュー３が軸方向の軸受１３によって直線方向に可動に支承されている。スライドブッシュ１７は、ブレーキ筐体をシーリングするだけでなくブレーキシュー３をさらにガイドする。スラスト軸受１３及びスライドブッシュ１７は、ブレーキシュー３が閉じる際に傾斜不可能にし、且つくさび角度αが一定になるようにすることで、くさび角度αによって力増幅が一定に保たれる。

筐体１１のサイドプレート１２は前面がブレーキシュー３に当たっており、ブレーキディスク６からブレーキシュー３へ作用するブレーキフォースを筐体１１に伝達する。

キャリパーブレーキ別の一実施例は図４に示されている。図１に示された実施例に基づき、ここではローラー１がそれぞれラジアル転がり軸受１９によって、この場合は針状ころ軸受によって、支承されている。これによりローラー１がくさび面３ａに対して回転する際の摩擦が低減され、その結果より高いブレーキフォースを得ることができる。

すでに言及したように、ブレーキシュー３内へは、それぞれ１つの自動式パッド摩耗調整が、それ自体周知の構造で内蔵されている。これと対応する、このようなブレーキシュー３の実施例は図５に示されている。くさびセグメントは、ここでは２つの部分からなり、２つの部分３’、３”は１つのねじで接続されている。ブレーキシュー３が戻り運動する際には、ブレーキシュー３の内側の部分３’はそれぞれ小さく１段階緩められ、その結果ブレーキパッド４の摩耗が増大するとブレーキシュー３を形成する部分３’、３”の全長が延長される。

ブレーキシュー３の後ろ側の部分３’は、その裏面でくさび面３ａを支えており、反対側は円筒状に形成され、及び雄ねじを備えている。これは、雌ねじを備えたスリーブ形状の部分３”とともに作用し、これには図５には示されていないブレーキパッドが配置されている。調整リング２０は、一方向に回転自在に後ろの部分３”で動かされ、及び切り欠きを備えており、この切り欠きに軸受部品７がかみ合う。ブレーキが開くと、部分３”が調整リングによって回され、その際ねじ山によって外側へと動き、それによってパッド摩耗を抑制する。

Claims (15)

1. キャリパーブレーキに対して相対運動をする構成部品（６）、特にブレーキディスク又はブレーキレールを減速及び／又は固定するためのキャリパーブレーキであって、
   －ブレーキをかけるべき構成部品（６）をＵ字形に取り囲む筐体（１１）と、
   －前記筐体（１１）内で前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）の方向に鉗子のように可動の２つのブレーキシュー（３）と、
   －アクチュエータ（８、１０）によって前記筐体（１１）内で可動の軸受部品（７）と、を備え、
   その際前記ブレーキシュー（３）が、前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）と反対側に、それぞれ１つのくさび面（３ａ）を有し、該くさび面によって該ブレーキシューが前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）の両側で前記軸受部品（７）を支持し、及びこれらによって、前記軸受部品（７）に作用するブレーキフォースが方向転換しながら及び力増幅しながら前記ブレーキシュー（３）に伝達されるキャリパーブレーキにおいて、
   前記軸受部品（７）が、各ブレーキシュー（３）のために、前記くさび面（３ａ）のくさび角度（α）と対応する量だけずらされて配置されている２つのベアリングジャーナル（１）を備えており、
   該ベアリングジャーナルが前記くさび面（３ａ）に当たっており、及び前記くさび面（３ａ）がベアリングジャーナル（１）の範囲にそれぞれ１つの段差（２）を有しており、
   該段差は、前記ブレーキシュー（３）が前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）に当たる前に、ブレーキシュー（３）の閉運動により乗り越えられることを特徴とする、キャリパーブレーキ。
2. 前記ベアリングジャーナル（１）が、前記軸受部品（７）内に支承されている転動体、特にローラー又はボールから形成されている、請求項１に記載のキャリパーブレーキ。
3. 前記軸受部品（７）がブレーキフォースを加えるブレーキバネ（９）によって閉位置に駆動され、該位置で前記ブレーキシュー（３）が前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）に当たり、及び前記アクチュエータ（８、１０）が、前記ブレーキシュー（３）を開くために前記軸受部品（７）を前記ブレーキバネ（９）のバネ力を克服して開位置まで動かし、この位置では前記ブレーキシュー（３）が前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）によってリフトされる、請求項１又は２に記載のキャリパーブレーキ。
4. 前記ブレーキバネのプリテンションを調整するための調整装置、特に調整ボルトを備えた、請求項３に記載のキャリパーブレーキ。
5. 前記軸受部品（７）が前記アクチュエータ（８、１０）によってブレーキフォースを加えられて閉位置に動き、該位置で前記ブレーキシュー（３）が前記ブレーキをかけるべき構成部品（６）に当たる、請求項１又は２に記載のキャリパーブレーキ。
6. 前記アクチュエータ（８、１０）がソレノイドとして電磁コイル（１０）及び前記軸受部品（７）と接続されたアーマチュア（８）から形成されている、請求項１～５のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
7. 前記アクチュエータが油圧式又は空気圧式で作動されるシリンダーピストンユニットとして形成されている、請求項１～５のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
8. 前記アクチュエータ（８、１０）と前記軸受部品（７）が、ブレーキシューの動作方向に伸びるリニアガイド（１８）を介して互いに接続されている、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
9. 前記筐体がセンタリング装置を、特に内側に、開位置の範囲に配置されている傾斜面（１５）を有しており、該傾斜面が、閉位置から開位置への運動において前記軸受部品（７）を前記筐体内でセンタリングする、請求項８に記載のキャリパーブレーキ。
10. 前記リニアガイド（１８）を、ベアリングクリアランスを解消しながら前記アクチュエータ（８、１０）の運動方向に圧縮するプリテンションバネ（１４）を備えている、請求項８又は９に記載のキャリパーブレーキ。
11. 前記力増幅が、前記くさび面（３ａ）によって２～１倍、特に５～６倍の範囲の力増幅になる、請求項１～１０のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
12. 前記ブレーキシュー（３）がそれぞれ１つのブレーキパッド（４）及び１つのくさびセグメントを有し、前記くさびセグメントが摩耗調整のための調整装置（３”、２０）を含み、該調整装置がブレーキパッド（４）の摩耗が原因でブレーキシュー（３）の調整ストロークが大きくなると、開運動を利用してくさび面（３ａ）とブレーキパッド（４）との間隔を拡大する、請求項１～１１のうちのいずれか一項のキャリパーブレーキ。
13. 前記ブレーキシュー（３）が前記筐体（１１）の下側で、それぞれアキシャル転がり軸受（１３）及び／又はスライドブッシュ（１７）を介して直線的に可動に支承されている、請求項１～１２のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
14. 筐体に固定されたサイドプレート（１２）が備えられ、該サイドプレートが、ブレーキシュー（３）に作用するブレーキフォースを受けるためのストッパーをブレーキシュー（３）に形成する、請求項１～１３のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。
15. ベアリングジャーナル（１）がローラーから形成され、前記ローラーは前記軸受部品（７）内で転がり軸受（１９）により支承されている、請求項１～１４のうちのいずれか一項に記載のキャリパーブレーキ。

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