JP3767073B2 - ディスクブレーキ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非制動時にもディスクロータと摩擦パッドを常時接触させて、非舗装路走行中にディスクロータの表面に付着する土砂や泥水を排除し、舗装路走行中は軽微で安定した引きずりトルクに維持することでディスクロータの偏摩耗を防止するディスクブレーキに関する。
【0002】
【従来の技術】
非舗装路走行中のディスクロータの表面に付着する土砂や泥水を排除する手段としては、キャリパボディの周辺に別体のスクレーパを配置したり、ウォーターフェードに鈍感な焼結金属材の摩擦パッドを採用していた。しかし、前者はスクレーパの摩耗に追従するアジャスタ機構や別途スクレーパ装置を設けること自体が不経済である。又、後者はウォーターフェードを緩和することはできても、焼結金属材のディスクロータ攻撃性や使用条件毎の摩擦係数が不安定で且つ、低いこと、更に摩擦パッドの重量が重くなることから周辺部材の耐振性を向上しなければならない等の問題があった。
【0003】
一方、ディスクロータが摩擦パッドにより攻撃されて偏摩耗が進行する過程で発生する不具合としてジャダーが知られている。ジャダーは、ディスクロータが傾いて組み付けられるのが原因で、ディスクロータの1回転中に周期的に摩擦パッドと接触する箇所が摩滅し、結果的にディスクロータの肉厚変動を招き、高速や中速の抑速制動中に液圧シリンダ内の液圧が変動しブレーキペダルやハンドルに機械振動となって伝達される現象である。
【0004】
この現象を防止するには、ディスクロータの傾き(フレ)を極力小さくすることである。さらに、液圧開放時のピストンのリトラクタ機能を疎外しないよう、ディスクロータと摩擦パッドの間隙を充分に確保することである。この範疇に属する先行技術として本出願人の出願する特願平7ー137973号では、摩擦パッドとピストンの間に平板シムを介在させ、この平板シムに摩擦パッドとピストンの連結機能を付与して、ピストンの後退ストロークに追従して摩擦パッドがディスクロータから確実に離間する技術が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
自動車の走行する路面環境は、様々に変化する。特に、RV車では泥濘地や湿地帯の走行があるかと思えば、舗装路面を高速で走行することもある。ディスクロータは、通常、大気中に露出しているため環境の変化を受け易い。つまり、非舗装路走行中は、ディスクロータと摩擦パッドの隙間に土砂や泥水が侵入し、摩擦係数の変動や摺動部材同志の異常摩耗を招き易い。従って、まずはディスクロータ表面を常に安定した界面に保つことが大切である。
【0006】
その手段が、摩擦パッド自体でディスクロータ表面をスクレーパする形態にあるとすれば、次は、常に接触している摺動部材同志の摩耗やエネルギーロスが発生しないような、摩擦材の選定や摺動条件を達成することである。
【0007】
つまり、従来技術の思想とは逆に摩擦パッドをディスクロータに常時、予め設定する面圧で接触させ土砂や泥水の侵入を防ぐため、摩擦パッド自体にディスクロータのスクレーパ機能を付与すると共に、摺動部材同志が常時接触していても実害のない摺動条件を達成する機構を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
ディスクロータを中心に摩擦パッドを対向配置し、キャリパに設ける液圧シリンダに摺動自在に嵌合するピストンにて、前記摩擦パッドを押圧してディスクロータに摺接させ、ディスクロータの回転抑制、停止、保持を行い液圧開放時に前記ピストンをリトラクタ機構により後退させるようにしてあるディスクブレーキにおいて、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に、任意のストロークだけ摩擦パッドをディスクロータ側に押圧する弾性体を介在させ、非制動時にも常時、摩擦パッドをディスクロータに予め設定した面圧にて接触させる。
【0009】
ピストンと摩擦パッドの間に介在する弾性体が、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に介在する平板シムの一部を切り起した舌片から成り、そのストロークを平板シムの一部が摩擦パッドの裏板を跨いだ係止爪にて規制されるようにすれば、平板シムの形態を変更するだけで弾性体の機能とストロークの設定が達成でき経済的である。
【0011】
ピストンと摩擦パッドの間に介在する弾性体は、前記ピストンと前記摩擦パッドの中間に介在する平板シムに、複数の板バネを有する部材をカシメて成り、そのストロークを平板シムの一部を切り起したアンカーをピストンのピストンブーツ溝に係合して設定されるようにすれば、平板シムに設ける係止爪にて摩擦パッドの裏板を跨いで、ストロークを設定する必要はなく、弾性体の耐久性が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下は、便宜上ディスクブレーキの一形態である対向型ディスクブレーキを対象に説明する。図1は、本発明の実施形態を示す対向型ディスクブレーキの平面図である。1はキャリパ、2は液導入口3に連通する液圧シリンダ、4は前記液圧シリンダ2に摺動自在に嵌合しているピストンであり、液導入口3から伝達される液圧は、ディスクロータDに対向して配置される液圧シリンダ2への連絡路(図示せず)を経て、ピストン4の背面に至る。ピストン4の外周は、リトラクタ機能を有するピストンシール5によって液封されている。
【0013】
ディスクロータD両側面に対向配置される摩擦パッド6は、キャリパ1の窓穴部7に横架したパッドピン8が裏板6aに設けたピン穴6bに対しルーズに通され、前記パッドピン8でディスクロータDの軸方向にスライド可能に支持されており、前記摩擦パッド6をピストン4に作用する液圧によりディスクロータDに摺接させ、摩擦パッド6に生ずる制動トルクをキャリパ1のトルク受け部9で受けてディスクロータDと一体に回転する車輪等を制動するようになっている。
【0014】
本発明の特徴である非制動時にも常時、摩擦パツド6をディスクロータDに予め設定した面圧にて接触させるため、図2に示すようにピストン4と摩擦パッド6の間に平板シム10を設け、平板シム10の一部を切り起した複数の舌片10aにて、ピストン4の端面と摩擦パッド6の裏板6aの間を弾性的に離間させ、裏板6aを跨いだ係止爪10bにて、そのストロークLを設定する。
【0015】
ストロークLの値は、ディスクロータのフレを基準に設定する。例えば代表的なRV車のディスクロータDの有効制動半径(車軸の中心からディスクブレーキのピストンの中心までの距離に相当)はr=130mm内外である。そしてディスクロータ片側のフレは、有効制動半径上でサービスマニュアルでは0.05mm以下となっている。これに制動中の運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて到達するディスクロータDにおける300℃近傍の熱変形フレ0.15mmを加算すればL≒0.2mm程度が妥当となる。
【0016】
次に、前記RV車における引きずりトルクについて説明する。ディスクロータD有効制動半径r=130cm、片側のフレ=0.15mm、摩擦パッドの摩擦係数μ=0.35、の図1の対向型ディスクブレーキに対し、入力液圧=70kgf/cm2を加圧後に液圧を開放した際の、ディスクロータD1回転毎の引きずりトルクの変化状況を縦軸に記録して図6に示す。
【0017】
図6中Xは、周知の対向型ディスクブレーキのトルク変動をロードセルにて電気信号に変換して記録したものである。引きずりトルクが3.5kgf・cmをこえるピークX1、X2は、ピストン4がリトラクタ機構により0.2〜0.3mm後退している筈なのに摩擦パッド6の圧縮歪やキヤリパ1の撓みに相殺されるため、ピストン4と裏板6a間に適正なクリアランスが生じないから、X1、X2ではピストン4を押し戻す抵抗が瞬間的に加担され引きずりトルクのピークが現れる。このピークの存在によりディスクロータDが周期的に攻撃され、ディスクロータの偏摩耗が進行することになる。
【0018】
この対策として公知技術では、摩擦パッド6の圧縮歪やキャリパ1の撓み以上のピストンの後退量を確保し、且つ、摩擦パッド6とピストン4とに連結機能を付与し、ピストン4の後退に追従して摩擦パッド6をディスクロータDから離間する方法もある。しかし、この場合はディスクロータDの偏摩耗は抑制できるが、ディスクロータDと摩擦パッド6間に隙間ができるため土砂や泥水の侵入により、摩擦パッド6の早期摩耗が発生し易い。
【0019】
従って、ディスクロータDの安定した界面を保ち、且つ、偏摩耗の進行をジャダーの抑制圏である15μm以下にするには、ディスクロータ攻撃性の大きいセミメタリック系の摩擦材を仕様した場合でも、図6より引きずりトルクは3kgf・cm以下に設定する必要がある。
【0020】
図6中Yは、本発明のピストン4と摩擦パッド6の間に弾性体を介在させ、摩擦パツド6を常時ディスクロータD側に設定面圧にて接触させた対向型ディスクブレーキのトルク変動を記録したものである。引きずりトルク変動巾は小さくなり値そのものも2kgf・cm近傍に安定している。本発明では、摩擦パッド6の圧縮歪やキヤリパ1の撓みが発生したとしても、裏板6aを基準として弾性体のストロークL分だけピストン4のリトラクタ作用は助勢され、確実にピストン4の端面の隙間は確保され、ピストン4を押し戻すような抵抗が加担されないからである。
【0021】
又、ディスクロータDの材質は、一般的にFC20相当のねずみ鋳鉄が用いられるが、摩擦パッド6の摩擦材には、様々な部材が用いられてきた。従来は、アスベスト繊維を主体とし熱硬化性樹脂であるフェノールで加熱成形したアスベスト系の摩擦材が大半であったが、アスベストの発癌性が問題となり現在はほとんど使用されていない。金属繊維を主体とするセミメタリック系の摩擦材も、特に鉄系の金属繊維を含むものは使用中の発錆や錆のディスクロータ攻撃性の増大が嫌われる。従って、アスベスト繊維を有機繊維であるアラミド繊維に置き換えたノンアスベスト系の摩擦材が、昨今は多用されている。
【0022】
ピストンと摩擦パット間に介在させた弾性体に設定する面圧の大小と前記摩擦材の組み合わせで、ディスクロータの摩耗はどのように変化するかについて説明する。ディスクロータDの材質をFC20に選定し、有効制動半径r=96.5mmのところに、アスベスト系、セミメタリック系、ノンアスベスト系各2種類のテストピース(押圧面積3.125cm2)を面圧0.2〜1.0kgf/cm2の範囲で押し付け、車両が130km/hの高速で20時間走行したことに相当する条件でディスクロータDの摩耗量を計測した結果を図7に示す。
【0023】
図7中、摩擦材の摩擦係数により変動するものの、横軸の面圧1kgf/cm2が引きずりトルク10kgf・cmに相当する。本発明の設定の引きずりトルクは3kgf・cm以下、すなわち面圧0.3kgf/cm2以下の範囲であるから、摩擦材をノンアスベスト系に選定する限り、ディスクロータDは殆ど摩耗されないと判断してよい。
【0024】
引きずりトルクを3kgf・cm以下に抑えるための、弾性体の仕様の設定方法について説明する。引きずりトルクT値は、次の数式により計算できる。
T=2μPr ここで μ;摩擦材の摩擦係数
P;弾性体の押圧荷重
r;ディスクロータDの有効制動半径
【0025】
上式にセミメタリック系の数値、μ=0.35、P=0.1kgf、r=13cmを代入するとT=0.91kgf・cmとなる。これにディスクロータDのフレを吸収する弾性体のストロークL=0.2mmとして、弾性体のバネ常数k=0.5kgf/mmとすれば、ストロークLが消費された時点で増加する弾性体の取付荷重P′は0.1kgfとなるので、Tmax=2μ(P+P′)rの値は1.82kgf・cmとなる。
【0026】
弾性体の取付荷重が50%増加側に片寄っても、Tmax値は2.275kgf・cmとなり、目標の3kgf・cm以下の引きずりトルクに抑えることが可能である。
【0027】
以下に、前述の実施の形態を具体化する弾性体の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。便宜上いずれも、キャリパ1の一方にピストン4が1個存在する形態について説明する。
【0028】
(実施例1) 図2は、第1の実施例の断面図を示したもので、キャリパ1の液圧シリンダ2に摺動自在にピストン4が嵌合し、液圧シリンダ2内の液封と液圧開放時のリトラクタ機能を果たすためピストンシール5が配置される。液圧シリンダ2の開放端からの土砂や泥水の侵入を防ぐため伸縮自在のピストンブーツ11は、一方をブーツ溝4aに他方をキャリパ1のクリップ溝12にタイトに装着される。ピストン4と摩擦パッド6の間には、平板シム10が任意のストロークだけ常時、摩擦パッド6をディスクロータD側に設定した面圧にて接触されている。
【0029】
面圧は、平板シム10の一部を切り起こした複数の舌片10aの可撓性により、ストロークLは、平板シム10の一部が摩擦パッド6の裏板6aを跨ぐ係止爪10bにより設定される。この形態であれば、周知の対向型ディスクブレーキの部品を流用し平板シム10の仕様のみ変更することで、本発明の特徴部分が具体化できるので経済的である。
【0030】
(実施例2) 図3は第2の実施例の断面図を示し、ピストン4と摩擦パッド6の間には、段差13aの存在する深絞りのキャップ13がピストン4の内径に嵌挿され、キャップ13の内側にコイルスプリング14が収納される。尚、図には示さないが、摩擦パッド6とキャップ13の間に平板シムを介在させ、鳴き現象の低減を計ることも可能である。
【0031】
摩擦パッド6の面圧は、コイルスプリング14の取付荷重により、ストロークLは、ピストン4の内径部に設けられるスナップリング15と段差13aの位置にて設定される。この形態であれば、弾性体の耐久性と組付けの容易性は向上する。
【0032】
(実施例3) 図4は第3の実施例の断面図を示し、ピストン4と摩擦パッド6の間に平板シム10を介して板バネ16を有する部材を配し平板シム10の一部を切り起こした複数のアンカー10cで係着する。摩擦パッド6の面圧は、板バネ16の可撓性により、ストロークLは、アンカー10cの寸法により設定される。
【0033】
平板シム10とピストン4の組み付けは、図4をA−A断面から見た図5a、5bに示すように、先ず図5aの状態で、ピストン4に設けたブーツ溝4aにつながるアンカー溝4bをアンカー10cが通過する。この時板バネ16は、アンカー溝4bとは位相をずらして配置される固定溝4cの線イまで撓む。次に、ピストン4を矢印の方向に回転さすと図5bの如く板バネ16は線イ上を滑りながら、やがて固定溝4cの線ロ上に至りロックされるようにしてもよい。この形態であれば、弾性体の耐久性が向上する上、部品点数が少なく組付けも容易で経済的である。
【0034】
なお、本発明の効果は、RV車に用いられる対向型ディスクブレーキを対象に説明したが、液圧シリンダが一方にしか存在しない浮動型ディスクブレーキにあっても、本発明を液圧シリンダ側に実施することにより同様の効果を発揮することができる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、泥濘地や湿地帯の走行中常時、摩擦パッドとディスクロータを予め設定した面圧にて接触させることにより、摩擦パッドとディスクロータの間に侵入する土砂や泥水を防ぎ、安定した制動力を確保すると共に摺動部材の異常摩耗を防止する。又、舗装路走行中は、適正な引きずりトルク範囲に設定する摩擦パッドへの押圧機構と適切な摩擦材の選定により、ディスクロータの偏摩耗を防止しジャダーの発生を未然に回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の対向型ディスクブレーキの平面図である。
【図2】本発明の実施例1の弾性体の構成を示す断面図である。
【図3】本発明の実施例2の弾性体の構成を示す断面図である。
【図4】本発明の実施例3の弾性体の構成を示す断面図である。
【図5】a、bは、本発明の実施例3のピストンに対する弾性体の組み付け状態を説明するA−A断面図である。
【図6】本発明と従来例の引きずりトルクの変動を比較したパターンである。
【図7】特定の引きずりトルクの基における各摩擦材のディスクロータ攻撃性の比較データーである。
【符号の説明】
1:キャリパ
2:液圧シリンダ
3:液導入口
4:ピストン
4a:ブーツ溝
4b:アンカー溝
4c:固定溝
5:ピストンシール
6:摩擦パッド
6a:裏板
6b:ピン穴
7:窓穴部
8:パッドピン
9:トルク受け部
10:平板シム
10a:舌片
10b:係止爪
10c:アンカー
11:ピストンブーツ
12:クリップ溝
13:キャップ
13a:段差
14:コイルスプリング
15:スナップリング
16:板バネ
Claims (2)
- ディスクロータを中心に摩擦パッドを対向配置し、キャリパに設ける液圧シリンダに摺動自在に嵌合するピストンにて、前記摩擦パッドを押圧してディスクロータに摺接させ、ディスクロータの回転抑制、停止、保持を行い液圧開放時に前記ピストンをリトラクタ機構により後退させるようにしてあるディスクブレーキにおいて、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に、摩擦パッドをディスクロータ側に押圧する弾性体を介在させ、この弾性体は、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に介在する平板シムの一部を切り起した舌片から成るとともに、ストロークが摩擦パッドの裏板を跨いだ平板シムの一部からなる係止爪によって設定されており、非制動時にも常時、摩擦パッドをディスクロータに予め設定した面圧にて接触させていることを特徴とするディスクブレーキ。
- ディスクロータを中心に摩擦パッドを対向配置し、キャリパに設ける液圧シリンダに摺動自在に嵌合するピストンにて、前記摩擦パッドを押圧してディスクロータに摺接させ、ディスクロータの回転抑制、停止、保持を行い液圧開放時に前記ピストンをリトラクタ機構により後退させるようにしてあるディスクブレーキにおいて、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に、摩擦パッドをディスクロータ側に押圧する弾性体を介在させ、この弾性体は、板バネを有する部材から成るとともに、ストロークが、前記ピストンと前記摩擦パッドの間に存在する平板シムに平板シムの一部を切り起したアンカーをピストンのピストンブーツ溝に係合することによって設定されており、非制動時にも常時、摩擦パッドをディスクロータに予め設定した面圧にて接触させていることを特徴とするディスクブレーキ。
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