JP2022040741A - 車両用ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成にてディスクブレーキに作用する制動トルクを数値化できる車両用ディスクブレーキを提供する。
【解決手段】摩擦材５１及び摩擦材５１が取り付けられた裏板５０を有する摩擦パッド５ａ，５ｂを備え、摩擦パッド５ａ，５ｂをディスクロータ２の面に押圧して制動する車両用ディスクブレーキである。裏板５０は、ディスクロータ２と平行な面を有しており、平行な面にひずみゲージ５５が取り付けられている構成とした。制動時に摩擦パッド５ａ，５ｂからのトルクが入力されるトルク受面を備えている。ひずみゲージ５５は、摩擦パッド５ａ，５ｂのうちトルク受面に当接する部分５２の近傍位置に取り付けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用ディスクブレーキに関する。

近年、自動車社会の進化を図るために、通信機能の向上、自動運転技術の向上、共有とサービスの向上及び電動化技術の向上について検討が行われている。このような検討において車両用ディスクブレーキの制動トルクを数値化したいという要望がある。

従来、制動トルクの数値化に関する技術として特許文献１に開示された車両ブレーキシステムが知られている。

特許文献１の車両ブレーキシステムは、車両の制動中にディスクブレーキのブレーキパッドに作用する力の検出を可能にした統合型センサ付ブレーキパッドを備えている。

特表２０１６－５１６６３１号公報

しかしながら、特許文献１は、ディスクブレーキのブレーキパッドに作用する制動トルクの数値化の工程が煩雑であった。このため、より簡素な構成により制動トルクの数値化を行いたいという要望があった。

本発明は、前記した課題を解決し、簡素な構成にてディスクブレーキに作用する制動トルクを数値化できる車両用ディスクブレーキを提供することを課題とする。

本願発明者らは、前記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ディスクロータから摩擦材に作用した力に起因して摩擦材を支持する裏板に生じたひずみの大きさが制動トルクの大きさに相関するものであることを見出し、制動トルクを数値化する簡素な構成の車両用ディスクブレーキを発明するに至った。

前記課題を解決するために、本発明は、摩擦材及び当該摩擦材が取り付けられた裏板を有する摩擦パッドを備え、前記摩擦パッドをディスクロータの面に押圧して制動する車両用ディスクブレーキである。前記裏板は、前記ディスクロータの側面と平行な面を有しており、前記平行な面にひずみゲージが取り付けられていることを特徴とする。

本発明では、ディスクロータから摩擦材を介して裏板に作用した力により生じたひずみを、ひずみゲージにより検出できるので、簡素な構成にてディスクブレーキの制動トルクを数値化できる。制動トルクを数値化できれば車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつけることができる。
また、ひずみゲージは、ディスクロータの側面と平行な裏板の面に取り付けられているので、制動トルクをよりダイレクトに検出することができる。

また、制動時に前記摩擦パッドに作用した制動トルクが入力されるトルク受面を備え、前記ひずみゲージは、前記摩擦パッドのうち前記トルク受面に当接する部分の近傍位置に取り付けられていることが好ましい。このように構成することで、裏板の取付部位に生じるひずみを直接的に検出することができるので、より精度良く制動トルクを数値化することができる。

また、前記ひずみゲージは、前記裏板において、ディスク回出側となる部位及びディスク回入側となる部位の両方に取り付けられていることが好ましい。このように構成することによって、車両の前進時及び後退時の制動トルクを数値化することができる。

また、前記課題を解決するために、本発明は、摩擦材及び当該摩擦材が取り付けられた裏板を有する摩擦パッドを備え、前記摩擦パッドをディスクロータに押圧して制動する車両用ディスクブレーキである。前記裏板は、前記ディスクロータの面と垂直な面を有しており、前記垂直な面にひずみゲージが取り付けられていることを特徴とする。

本発明では、ディスクロータから摩擦材を介して裏板に作用した力によって生じたひずみを、ひずみゲージにより検出できるので、簡素な構成にてディスクブレーキの制動トルクを数値化できる。これにより、車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつけることができる。
また、裏板のディスクロータの面と垂直な面にひずみゲージを設けることにより、ディスクブレーキの制動トルクがひずみゲージの伸縮方向に沿って作用することとなるので、検出精度が向上する。

また、制動時に前記摩擦パッドに作用した制動トルクが入力されるトルク受面を備え、前記ひずみゲージは、前記摩擦パッドのうち前記トルク受面に当接する部分よりも前記ディスクロータの径方向外側となる部分に取り付けられていることが好ましい。このように構成することで、摩擦パッドの裏板の外周側のひずみ成分をひずみゲージで検出することができ、裏板の形状によってひずみが大きくなることにより、ひずみゲージの感度を高めつつ、ひずみゲージの耐久性を確保しながら、より精度よく制動トルクを数値化できる。

本発明に係る車両用ディスクブレーキによれば、簡素な構成にてディスクブレーキに作用する制動トルクを数値化できる。

本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキに備わる摩擦パッドの配置を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるひずみセンサーの取付位置を示す拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるキャリパブラケットを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるキャリパブラケット及び摩擦パッドを示す前面図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるキャリパブラケット及び摩擦パッドを示す右側面図である。 本発明の第１実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるキャリパブラケット及び摩擦パッドを示す左側面図である。 本発明の第２実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるひずみセンサーの取付位置を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態の車両用ディスクブレーキにおけるひずみセンサーの取付位置を示す拡大斜視図である。

以下では、本発明の実施形態について、適宜図面を参照して詳細に説明する。
以下の説明において、図５に示す矢印Ａは、車両前進時のディスクロータの回転方向である。また、以下で説明するディスク回出側及びディスク回入側とは車両前進時におけるものとする。また、車両用ディスクブレーキの前後左右上下を言うときは、図１に示す方向を基準とするが、車両に対する車両用ディスクブレーキの組み付け方向を限定する趣旨ではない。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の車両用ディスクブレーキ（以下、ディスクブレーキと称する）１は、ディスクロータ２（図４参照、以下同じ）と、キャリパブラケット３と、キャリパボディ４と、左右一対の摩擦パッド５ａ，５ｂと、ひずみゲージ５５（図２参照）と、を備えている。

ディスクロータ２は、車輪（不図示）に取り付けられており、車輪と一体回転する。キャリパブラケット３は、車体（不図示）に固定され、ディスクロータ２の一側部に配置されている。キャリパブラケット３は、キャリパボディ４を支持する上下のキャリパ支持腕３２，３２を備えている。キャリパボディ４は、キャリパ支持腕３２，３２に挿通された一対のスライドピン３２ａ，３２ａ（図７参照）を介してディスクロータ２の回転軸方向へ移動可能に支持されている。摩擦パッド５ａ，５ｂは、キャリパボディ４に備わる作用部４ａと反作用部４ｂとの内側において、ディスクロータ２を挟んで対向配置されている（図２参照）。

キャリパボディ４は、ディスクロータ２の左右両側部に配置される作用部４ａ及び反作用部４ｂと、これらをディスクロータ２の外縁を跨いで連結するブリッジ部４ｃとを備えている。作用部４ａの径方向内側には、図２に示すように、ディスクロータ２に対向する側に開口したシリンダ孔４ｄが形成されている。シリンダ孔４ｄには、有底円筒状のピストン７が収容されている。ピストン７は、シリンダ孔４ｄの底部側に形成された液圧室に供給される液圧によって、シリンダ孔４ｄをディスクロータ２に向けて移動させる。

作用部４ａの上側及び下側には、取付け腕４ｆ，４ｆが突設されている。各取付け腕４ｆの先端には、ボス部４ｇが形成されている。ボス部４ｇには、スライドピン３２ａを固定する固定ボルト３２ｂが挿入される。

反作用部４ｂには、上下方向に間隔を空けて反力爪４ｅ，４ｅが設けられている。反力爪４ｅ，４ｅは、右側の摩擦パッド５ｂの右側面に当接している。ピストン７と、反力爪４ｅ，４ｅとの間には、ディスクロータ２を挟んで左右一対の摩擦パッド５ａ，５ｂが対向配置されている。

キャリパブラケット３は、図４に示すように、上下方向に延在するブラケットロッド３１と、ブラケットロッド３１の上部及び下部から前方にそれぞれ延在する支持部３１ａ，３１ａと、各支持部３１ａ，３１ａに支持されたキャリパ支持腕３２，３２と、タイバー３３とを備えている。

ブラケットロッド３１の上部及び下部には、車体取付用のボス部３１ｂ，３１ｂが設けられている。キャリパブラケット３は、各ボス部３１ｂに挿通される固定ボルト（不図示）を車体に螺合することで車体に固定される。

各キャリパ支持腕３２は、図５に示すように、ディスクロータ２の回入側の外縁と回出側の外縁とをディスク軸方向に跨ぐようにして配置されている。各キャリパ支持腕３２には、スライドピン３２ａを収容するガイド孔が穿設されている。ガイド孔は、作用部４ａ側である左側に開口し、その開口部に、ピンブーツ３２ｅの一端部を嵌着する溝部（不図示）が形成されている。ピンブーツ３２ｅは、スライドピン３２ａの露出部分を覆っている。

また、図６，図７に示すように、各キャリパ支持腕３２には、左右の摩擦パッド５ａ，５ｂに対向する位置に、凹状のパッドガイド溝３７がそれぞれ設けられている。図６では、右側のパッドガイド溝３７，３７を示し、図７では、左側のパッドガイド溝３７，３７を示している。各パッドガイド溝３７は、制動時に摩擦パッド５ａ，５ｂからのトルクを受けるトルク受面を構成している。

タイバー３３は、キャリパ支持腕３２，３２の右端部同士を連結する部材である。タイバー３３は、キャリパ支持腕３２，３２の剛性力を高めるものであり、前方へ向けて湾曲状に膨出している。

各摩擦パッド５ａ，５ｂは、ディスクロータ２の側面と摺接する摩擦材としてのライニング５１と、ライニング５１を支持する金属製の裏板５０とを備えている。ライニング５１は、裏板５０の表面に貼着されている。裏板５０の上下両端部には、側面視で略四角形状の耳片５２，５２が突設されている。耳片５２，５２は、前記したトルク受面（パッドガイド溝３７）に当接する部分である。
以下では、ピストン７に近い左側の摩擦パッド５ａをイン側摩擦パッド５ａと称することがあり、また、これとは反対側となる右側の摩擦パッド５ｂをアウト側摩擦パッド５ｂと称することがある。イン側摩擦パッド５ａとアウト側摩擦パッド５ｂとは、ディスクロータ２を挟んで略対称形状であり、ライニング５１，５１をディスクロータ２に向けた状態で対向配置されている。

上下の耳片５２，５２は、パッドリテーナ５２ａ，５２ａを介してキャリパ支持腕３２，３２の各パッドガイド溝３７，３７にそれぞれ支承されている。摩擦パッド５ａ，５ｂからの力（制動トルク）は、これらの耳片５２を介して対応する各パッドガイド溝３７に伝達される。

耳片５２の前部には、図３に示すように、上下方向に延びる溝部５４が形成されている。パッドリテーナ５２ａには、図６に示すように、スペーサを介して、摩擦パッド５ｂを初期状態に復帰させるためのパッド弾発片３８が設けられている。パッド弾発片３８は、イン側摩擦パッド５ａをピストン７側に付勢し、アウト側摩擦パッド５ｂをピストン７から離れる側に付勢している。
耳片５２には、摩擦パッド５ａ，５ｂの摩耗（ライニング５１の摩耗）を警報するインジケータ５３（図２参照）が取り付けられている。インジケータ５３は、耳片５２を貫通して取り付けられている。

さらに、耳片５２には、図２，図３に示すように、ひずみゲージ５５が取り付けられている。ひずみゲージ５５は、制動時に摩擦パッド５ａ，５ｂに与えられたブレーキトルクの大きさに応じたひずみを検出するものであり、ブレーキトルクの大きさに応じたひずみ量を信号（電流値）として出力する。アウト側摩擦パッド５ｂにおいて、ひずみゲージ５５は、図２に示すように、上側の耳片５２の上部右側面、及び下側の耳片５２の下部右側面に取り付けられている。同様に、イン側摩擦パッド５ａにおいて、ひずみゲージ５５は、上側の耳片５２の上部左側面、及び下側の耳片５２の下部左側面に取り付けられている。つまり、ひずみゲージ５５は、ディスク回入側及びディスク回出側の両方において、各パッドガイド溝３７に挿入される各耳片５２の端部外側面にそれぞれ取り付けられている。各耳片５２の端部外側面は、比較的変形を生じ易い部分であり、各ひずみゲージ５５は、各耳片５２に生じた変形を直接的に精度の高い物理量（信号）として検出する。各ひずみゲージ５５から出力された信号は、不図示のハーネス等を介して車体側に備わる制御装置等にそれぞれ入力される。

このように、ひずみゲージ５５が取り付けられる各耳片５２の端部外側面は、ディスクロータ２の側面と平行に形成されている。つまり、ひずみゲージ５５は、各パッドガイド溝３７の近傍位置において、ディスクロータ２の側面と平行な面に生じるひずみを検出するように構成されている。

以上のような車両用ディスクブレーキ１において、図示しない周知の液圧マスタシリンダで発生した液圧が、キャリパボディ４のシリンダ孔４ｄに供給されると、ピストン７がシリンダ孔４ｄをディスクロータ２に向けて移動し、イン側摩擦パッド５ａをディスクロータ２の左側面へ押圧する。

そうすると、この押圧による反作用により、キャリパボディ４がスライドピン３２ａ，３２ａに案内されながら、作用部４ａ側に移動する。これにより、反作用部４ｂの反力爪４５ｆが、アウト側摩擦パッド５ｂをディスクロータ２の右側面へ向けて押圧する。以上のようなディスクロータ２に対する各摩擦パッド５ａ，５ｂの押圧によって、ディスクロータ２が制動される。

制動時の各摩擦パッド５ａ，５ｂは、ディスクロータ２とライニング５１との摺接によってディスク回出側へ引き摺られる。これにより、ディスク回出側の各耳片５２がトルク受面として機能する各パッドガイド溝３７，３７に当接する。これにより、ディスク回出側のひずみゲージ５５，５５に制動トルクが作用する。ひずみゲージ５５，５５は、作用した制動トルクの大きさに対応する電気信号を車体の制動装置等に出力する。制御装置等は、ひずみゲージ５５，５５から入力された電気信号に基づいて、車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつける制御を行う。

一方、車両後退時における制動では、各摩擦パッド５ａ，５ｂが、ディスクロータ２とライニング５１との摺接によってディスク回入側へ引き摺られる。これにより、ディスク回入側の各耳片５２がトルク受面として機能する各パッドガイド溝３７，３７に当接する。これにより、ディスク回入側のひずみゲージ５５，５５に制動トルクが作用する。ひずみゲージ５５，５５は、作用した制動トルクの大きさに対応する電気信号を車体の制動装置等に出力する。制御装置等は、ひずみゲージ５５，５５から入力した電気信号に基づいて、車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつける制御を行う。

次に、ひずみゲージ５５の取付態様について説明する。
はじめに、本実施形態のように、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの上下それぞれの耳片５２にひずみゲージ５５を計４個取り付けた場合には、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、前後進時の制動トルクをモニタすることができる。これにより、精度の高い制動トルクの検出が可能である。

また、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、ディスク回出側の耳片５２，５２にひずみゲージ５５を計２個取り付けた場合には、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、前進時の制動トルクをモニタすることができる。

また、片側のイン側摩擦パッド５ａにおいて、ディスク回出側の耳片５２にのみ、ひずみゲージ５５を１個取り付けた場合には、最小限の数のひずみゲージ５５により前進時の制動トルクをモニタすることができる。

以上説明した本実施形態のディスクブレーキ１は、ディスクロータ２からライニング５１を介して裏板５０に作用した力（制動トルク）によって生じたひずみを、ひずみゲージ５５により検出できるので、簡素な構成にてディスクブレーキ１の制動トルクを数値化できる。制動トルクの大きさを数値化できれば、車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつけることができる。

また、ひずみゲージ５５が取り付けられる耳片５２の端部外側面は、ディスクロータ２の側面と平行であるので、ディスクロータ２からライニング５１を介して裏板５０に伝わる制動トルクを、制動トルクに相関するひずみとしてより高精度に検出することができる。

また、ひずみゲージ５５は、パッドガイド溝３７（トルク受面）に当接する部分の近傍位置に取り付けられているので、裏板５０の取付部位に生じるひずみを直接的に検出することができる。したがって、より精度良く制動トルクを数値化することができる。

また、ひずみゲージ５５は、ディスク回出側及びディスク回入側の両方に取り付けられているので、車両の前進時及び後退時の制動トルクを数値化することができる。

（第２実施形態）
次に図８，図９を参照して第２実施形態のディスクブレーキについて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態と異なる位置にひずみゲージ５５を取り付けたものである。なお、その他の構成は前記第１実施形態と同様である。

ひずみゲージ５５は、図８に示すように、摩擦パッド５ａ，５ｂの上下の耳片５２，５２の前側にそれぞれ取り付けられている。上下のひずみゲージ５５，５５のうち、上側のひずみゲージ５５を例にとって説明すると、図９に示すように、ひずみゲージ５５は、耳片５２の前面５６ｂとこの前面５６ｂに連続する肩部５７の上面５６ａとで形成される隅部５６ｃに取り付けられている。

前面５６ｂ及び上面５６ａは、ディスクロータ２の側面と垂直に形成されている。ひずみゲージ５５の取付部位となる隅部５６ｃは、第１実施形態で説明した耳片５２の端部外側面におけるひずみゲージ５５の取付部位よりも、ディスクロータ２の径方向外側に位置している。図９において、太線矢印Ｘは、車両前進時のディスク回入側において摩擦パッド５ｂを回転させようとする力の外周側成分を示している。ひずみゲージ５５は、この外周側成分により耳片５２の根元部分に生じるひずみを検出する。

次に、ひずみゲージ５５の取付態様について説明する。
はじめに、本実施形態のように、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの上下それぞれの隅部５６ｃにひずみゲージ５５を計４個取り付けた場合には、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、前後進時の制動トルクをモニタすることができる。これにより、精度の高い制動トルクの検出が可能である。

また、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、ディスク回入側の隅部５６ｃ，５６ｃにひずみゲージ５５を計２個取り付けた場合には、イン側摩擦パッド５ａ及びアウト側摩擦パッド５ｂの両方において、前進時の制動トルクをモニタすることができる。

また、片側のイン側摩擦パッド５ａにおいて、ディスク回入側の隅部５６ｃにのみ、ひずみゲージ５５を１個取り付けた場合には、最小限の数のひずみゲージ５５により前進時の制動トルクをモニタすることができる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。すなわち、ディスクロータ２からライニング５１を介して裏板５０に作用した力によって生じたひずみを、ひずみゲージ５５により検出できるので、簡素な構成にてディスクブレーキ１の制動トルクを数値化できる。制動トルクの大きさを数値化できれば、車両の状況を判断し、車両の自動運転等に結びつけることができる。
また、裏板５０のディスクロータ２の面と垂直な面にひずみゲージ５５を設けることにより、ディスクブレーキ１の制動トルクがひずみゲージ５５の伸縮方向に沿って作用することとなるので、検出精度が向上する。

また、ひずみゲージ５５の取付部位となる隅部５６ｃは、第１実施形態で説明した耳片５２の端部外側面におけるひずみゲージ５５の取付部位よりも、ディスクロータ２の径方向外側に位置しているので、摩擦パッドの裏板の外周側のひずみ成分をひずみゲージで検出することができ、裏板の形状によってひずみが大きくなることにより、ひずみゲージの感度を高めつつ、ひずみゲージの耐久性を確保しながら、より精度よく制動トルクを数値化できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
例えば、前記第１実施形態では、耳片５２の端部外側面にひずみゲージ５５を取り付けたが、これに限られることはなく、耳片５２の外側面の他の位置にひずみゲージ５５を取り付けてもよい。

また、前記第２実施形態では、隅部５６ｃにひずみゲージ５５を取り付けたが、これに限られることはなく、耳片５２の前面５６ｂや、肩部５７の上面５６ａに対して取り付けてもよい。

また、ひずみゲージ５５は、制動トルクに相関するひずみを検出することができるものであれば、箔型ゲージ、線型ゲージ、半導体ゲージ等、何でもよく、種々の形態、形状等のものを採用することができる。

１ 車両用ディスクブレーキ
２ ディスクロータ
３ キャリパブラケット
４ キャリパボディ
５ａ イン側摩擦パッド（摩擦パッド）
５ｂ アウト側摩擦パッド（摩擦パッド）
３７ パッドガイド溝（トルク受面）
５０ 裏板
５１ ライニング（摩擦材）
５２ 耳片
５５ ひずみゲージ
５６ｃ 隅部

Claims (5)

1. 摩擦材及び当該摩擦材が取り付けられた裏板を有する摩擦パッドを備え、前記摩擦パッドをディスクロータの面に押圧して制動する車両用ディスクブレーキであって、
   前記裏板は、前記ディスクロータと平行な面を有しており、前記平行な面にひずみゲージが取り付けられていることを特徴とする車両用ディスクブレーキ。
2. 制動時に前記摩擦パッドに作用した制動トルクが入力されるトルク受面を備え、
   前記ひずみゲージは、前記摩擦パッドのうち前記トルク受面に当接する部分の近傍位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両用ディスクブレーキ。
3. 前記ひずみゲージは、前記裏板において、ディスク回出側となる部位及びディスク回入側となる部位の両方に取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ディスクブレーキ。
4. 摩擦材及び当該摩擦材が取り付けられた裏板を有する摩擦パッドを備え、前記摩擦パッドをディスクロータに押圧して制動する車両用ディスクブレーキであって、
   前記裏板は、前記ディスクロータの面と垂直な面を有しており、前記垂直な面にひずみゲージが取り付けられていることを特徴とする車両用ディスクブレーキ。
5. 制動時に前記摩擦パッドに作用した制動トルクが入力されるトルク受面を備え、
   前記ひずみゲージは、前記摩擦パッドのうち前記トルク受面に当接する部分よりも前記ディスクロータの径方向外側となる部分に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の車両用ディスクブレーキ。

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