JP2022040742A - 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。
【解決手段】摩擦材５１及び当該摩擦材５１が取り付けられた裏板５０を有する摩擦パット５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１である。摩擦パッド５ａ，５ｂを支持する支持部材を備えており、支持部材にひずみゲージ５５ａ～５５ｄが取り付けられている。支持部材は、キャリパボディ４をディスクロータ２の回転軸方向に摺動可能に支持するキャリパブラケット３である。キャリパブラケット３においてひずみゲージ５５ａ～５５ｄは、ディスクロータ２の径方向の内側となる部位に取り付けられている。
【選択図】図３

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パッドに作用した力に起因して、摩擦パッドの支持部材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トを備え、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。車両用ディスクブレーキは、前記摩擦パッドを支持する支持部材を備えている。前記支持部材には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、摩擦パッドを介して支持部材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。
特に、支持部材に生じたひずみにより制動トルクを数値化できるので、制動時に生じる熱の影響を比較的受け難く、精度のよい制動トルクの数値化が可能である。

また、前記支持部材は、キャリパボディを前記ディスクロータの回転軸方向に摺動可能に支持するキャリパブラケットであり、前記キャリパブラケットにおいて前記ひずみゲージは、前記ディスクロータの外周縁よりも径方向の内側となる部位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、例えば、ピンスライド型のディスクブレーキにひずみゲージを好適に取り付けることができる。また、ひずみゲージは、キャリパブラケットにおいて、ディスクロータの外周縁よりも径方向の内側となる部位（ディスクロータの面と平行な仮想面に投影したときに、ディスクロータの外周縁よりも内側となる部位）に取り付けられているので、ディスクロータの側面と略垂直な面に生じるひずみを検出することができ、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、制動トルクを精度よく数値化できる。

また、前記キャリパボディは、前記摩擦パッドを前記ディスクロータの面に押圧するための作用部及び反作用部を有しており、前記キャリパブラケットは、作用部側に設けられたブラケットロッド及び反作用部側に設けられたタイバーとを備えており、前記ひずみゲージは、前記ブラケットロッド及び前記タイバーの少なくとも一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で、作用部または反作用部の近傍位置にてひずみを検出することができるようになるので、制動トルクを精度よく数値化できる。

また、前記ひずみゲージは、前記ディスクロータのディスク回入側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、前進時の制動トルクを簡素な構成にて検出することができ、制動トルクの数値化が可能である。
また、ディスク回入側のキャリパブラケットのひずみは、ディスク回出側を支点とした摩擦パッドを回転させようとす力によってディスク回入側のトルク受けに制動トルクが加わって変形となって現れる。これにより、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。

本発明の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。

本発明の実施形態に係る車両用ディスクブレーキを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る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。 本発明の実施形態に係る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。 本発明の実施形態に係る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前面図である。 本発明の実施形態に係る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。 本発明の実施形態に係る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。 本発明の実施形態に係る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。

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。

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５参照、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５５ａ～５５ｄ（図４，図５参照）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に対向する側を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、スライドピン３２ａを固定する固定ボルト３２ｂが挿入されるボス部４ｇが形成されている。

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３，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（図３参照）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、図３に示すように、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回転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。

ブラケットロッド３１及びタイバー３３には、図３，図４に示すように、ひずみゲージ５５ａ～５５ｄが取り付けられている。ひずみゲージ５５ａ～５５ｄの詳細は、後記する。

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。

次に、ひずみゲージ５５ａ～５５ｄについて説明する。
ひずみゲージ５５ａ～５５ｄは、図３，図４に示すように、キャリパブラケット３のブラケットロッド３１及びタイバー３３に取り付けられている。ひずみゲージ５５ａ～５５ｄ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。

ブラケットロッド３１において、ひずみゲージ５５ａは、図３～図５，図７に示すように、上側のボス部３１ｂの前部に形成された傾斜面３９ａに取り付けられている。傾斜面３９ａは、後方へ緩やかに凹む湾曲面であり、上方に向かうにつれて前方に向けて傾斜し、ディスクロータ２の側面に垂直である。つまり、ひずみゲージ５５ａは、作用部４ａ側においてディスク回入側に配置され、ディスクロータ２の側面と垂直な面に生じるひずみを検出する。

また、ひずみゲージ５５ｂは、下側のボス部３１ｂの前部に形成された傾斜面３９ｂに取り付けられている。傾斜面３９ｂは、後方へ緩やかに凹む湾曲面であり、下方に向かうにつれて前方に向けて傾斜し、ディスクロータ２の側面に垂直である。つまり、ひずみゲージ５５ｂは、作用部４ａ側においてディスク回出側に配置され、ディスクロータ２の側面と垂直な面に生じるひずみを検出する。

一方、タイバー３３において、ひずみゲージ５５ｃは、図３～図５，図６に示すように、上側の支持腕３２に連結される部分の近傍に形成された略平らな面３９ｃに取り付けられている。略平らな面３９ｃは、ディスクロータ２の側面に垂直である。つまり、ひずみゲージ５５ｃは、反作用部４ｂ側においてディスク回入側に配置され、ディスクロータ２の側面と垂直な面に生じるひずみを検出する。

また、ひずみゲージ５５ｄは、下側の支持腕３２に連結される部分の近傍に形成された略平らな面３９ｄに取り付けられている。略平らな面３９ｄは、ディスクロータ２の側面に垂直である。つまり、ひずみゲージ５５ｄは、反作用部４ｂ側においてディスク回出側に配置され、ディスクロータ２の側面と垂直な面に生じるひずみを検出する。

これらの傾斜面３９ａ，３９ｂ及び略平らな面３９ｃ，３９ｄは、比較的変形を生じ易い部分であり、各ひずみゲージ５５ａ～５５ｄは、これらの面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５５ａ～５５ｄ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。

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。そうすると、ディスク回出側を支点とした摩擦パッド５ａ，５ｂを回転させようとする力によってディスク回入側のトルク受けに制動トルクが加わって、ディスク回入側のキャリパブラケット３に変形が生じて、ブラケットロッド３１及びタイバー３３のディスク回入側にひずみが生じ、このひずみがディスク回入側のひずみゲージ５５ａ，５５ｃに検出される。

ひずみゲージ５５ａ，５５ｃは、生じたひずみ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。そうすると、ディスク回入側を支点とした摩擦パッド５ａ，５ｂを回転させようとする力によってディスク回出側のトルク受けに制動トルクが加わって、ディスク回出側のキャリパブラケット３に変形が生じて、ブラケットロッド３１及びタイバー３３のディスク回出側にひずみが生じ、このひずみがディスク回出側のひずみゲージ５５ｂ，５５ｄに検出される。

次に、ひずみゲージ５５ａ～５５ｄ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、ブラケットロッド３１及びタイバー３３の上下それぞれの部位にひずみゲージ５５ａ～５５ｄを計４個取り付けた場合には、ブラケットロッド３１及びタイバー３３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、ブラケットロッド３１及びタイバー３３の両方において、ディスク回入側にひずみゲージ５５ａ，５５ｃを計２個取り付けた場合には、ブラケットロッド３１及びタイバー３３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、片側のブラケットロッド３１において、ディスク回入側にのみ、ひずみゲージ５５ａを１個取り付けた場合には、最小限の数のひずみゲージ５５ａにより前進時の制動トルクをモニタすることができる。
一方、片側のブラケットロッド３１において、ディスク回出側にのみ、ひずみゲージ５５ｂを１個取り付けた場合には、最小限の数のひずみゲージ５５ｂにより後進時の制動トルクをモニタすることができる。

また、ディスク回入側のキャリパブラケット３のひずみは、ディスク回出側を支点とした摩擦パッドを回転させようとする力によってディスク回入側のトルク受けに制動トルクが加わって変形となって現れる。これにより、ひずみゲージ５５ａ（５５ｃ）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。
また、ディスク回出側のキャリパブラケット３のひずみは、ディスク回入側を支点とした摩擦パッドを回転させようとする力によってディスク回出側のトルク受けに制動トルクが加わって変形となって現れる。これにより、ひずみゲージ５５ｂ（５５ｄ）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。

なお、タイバー３３に対して、ディスク回入側のみひずみゲージ５５ｃを１個取り付けた場合にも、最小限の数のひずみゲージ５５ｃにより前進時の制動トルクをモニタすることができる。
同様に、タイバー３３に対して、ディスク回出側のみひずみゲージ５５ｄを１個取り付けた場合にも、最小限の数のひずみゲージ５５ｄにより後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、摩擦パッド５ａ，５ｂを介してキャリパブラケット３に作用した力により生じたひずみを、ひずみゲージ５５ａ～５５ｄ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。
特に、キャリパブラケット３に生じたひずみにより制動トルクを数値化できるので、制動時に生じる熱の影響を比較的受け難く、精度のよい制動トルクの数値化が可能である。

また、キャリパブラケット３においてひずみゲージ５５ａ～５５ｄは、取り付け易く、生産性が高い。

また、キャリパブラケット３においてひずみゲージ５５ａ～５５ｄは、ディスクロータ２の外周縁よりも径方向の内側となる部位に取り付けられているので、ディスクロータ２の側面と略垂直な面に生じるひずみを検出することができ、ディスクブレーキ１の制動トルクがひずみゲージ５５ａ～５５ｄの伸縮方向に沿って作用することとなるので、制動トルクを精度よく数値化できる。

また、本実施形態では、ブラケットロッド３１及びタイバー３３の両方に取り付けられているので、作用部４ａ及び反作用部４ｂの近傍位置にてひずみを検出することができ、精度のよい制動トルクの数値化が可能である。

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、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（支持部材）
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）
３１ ブラケットロッド（支持部材）
３３ タイバー（支持部材）
５０ 裏板
５１ ライニング（摩擦材）
５２ 耳片
５５ａ～５５ｄ ひずみゲージ
５６ｃ 隅部

Claims (4)

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トを備え、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、
   前記摩擦パッドを支持する支持部材を備えており、前記支持部材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. 前記支持部材は、キャリパボディを前記ディスクロータの回転軸方向に摺動可能に支持するキャリパブラケットであり、
   前記キャリパブラケットにおいて前記ひずみゲージは、前記ディスクロータの外周縁よりも径方向の内側となる部位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. 前記キャリパボディは、前記摩擦パッドを前記ディスクロータの面に押圧するための作用部及び反作用部を有しており、
   前記キャリパブラケットは、作用部側に設けられたブラケットロッド及び反作用部側に設けられたタイバーとを備えており、
   前記ひずみゲージは、前記ブラケットロッド及び前記タイバーの少なくとも一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. 前記ひずみゲージは、前記ディスクロータのディスク回入側に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用ディスクブレーキ。

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