JP4278519B2 - ブレーキ装置のための冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの軸方向に変位可能な油圧作動式ピストンを備えているブレーキ装置に関する。そのピストンによって、少なくとも１つブレーキパッドが、ブレーキディスクに押し付けられる。本発明はまた、そのブレーキ装置に利用されるピストンと、そのブレーキ装置に利用されるブレーキパッドにも関する。

ブレーキが作動する間、ブレーキ装置の中で、ブレーキライニング、即ち、ブレーキパッドは、自動車の車輪と一緒に回転しているブレーキディスクに押さえ付けられる。その結果として摩擦が起き、その摩擦によって、回転エネルギーは熱へと変わる。そして、発生した熱によって、ブレーキディスクや、ブレーキパッドや、ブレーキ装置の温度が上昇する。熱伝導や熱放射によって、ピストンや、油圧式ピストンに用いられる圧力流体や、圧力流体を収容している空間、ならびに圧力流体を外界から遮断している封止部材は熱せられる。

ブレーキディスクとパッドの組合せは、ブレーキが作動することで生じた熱を、消散させるために冷却されている。多くの場合、熱くなった部分とその周囲の間の温度勾配によって、十分に熱を消散させることができる。熱くなった部分を流れている空気に晒せば、より大きな冷却効果が得られる。内部換気式ディスクブレーキはこの一例である。
主として、この冷却法により、ブレーキディスクやパッドから熱を取り除く。こうした熱消散により、パッドの温度は下がり、その結果として、ピストンや圧力流体や封止部材の温度も下がる。

ブレーキディスクとパッドの組合せ、または、ブレーキディスクとパッド群の組合せが十分に冷却されれば、ブレーキディスクやパッドが達し得る最高温度を一定の限度以下に抑制することができる。しかし、ブレーキの信頼できる動作や作動を保証できないほどにピストンの温度が上昇してしまう可能性を完全には排除することができない。

圧力流体と外界を遮断している封止部材を、極端な高温に晒せば、封止部材から液体が漏れ出す危険性は大きくなる。そうなると、一方では、ブレーキ流体が外に出てしまうことが起こり得る。また一方では、空気が封止部材からブレーキ流体内に入り込むことも起こり得る。そうした事態は避けられるべきである。
ブレーキ流体を極端な高温に晒してはならない。もし、極端な高熱が入った結果としてブレーキ流体の温度が沸点を越えてしまったら、沸騰して気泡が生じてしまう。こうした状況では、ブレーキ流体の圧力を制御することはできなくなる。ブレーキは正確には働かなくなる。

本発明の目的は、低温に保つことを可能にするブレーキ装置を作り出すことである。特に、ディスクブレーキ装置のピストン近傍の領域を低温に保つことを可能にするブレーキ装置を作り出すことである。

本発明の一つの態様では、上記の目的が下記のブレーキ装置で達成される。この態様のブレーキ装置は、少なくとも１つの軸方向に変位可能な油圧作動式ピストンであって、ブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけるピストンに、空洞を設ける。その空洞は、空洞に冷却媒質を供給するための少なくとも１つの入口と、空洞から冷却媒質を排出するための少なくとも１つの出口を備えている。その入口は、ピストンのブレーキパッドから離反した位置に配置されており、その出口は、ピストンのブレーキパッドに隣接する位置に配置されている。

冷却媒質が入口からピストン内の空洞に入ることによって、ピストンは冷却される。ピストンの表面が冷却されることで、封止部材や圧力流体も冷却される。こうして、ピストンやブレーキ流体や封止部材の温度に影響を与えることが可能となり、ピストンの近傍に存在する他の部材の温度にも影響を与えることが可能となる。結果として、非常な高エネルギーが入力されても、圧力流体の温度を通常範囲内に保つことができるようになった。
冷却媒質に用いるのは、できれば空気がよいが、他にふさわしい冷却媒質があるなら、それでもよい。ピストン中での冷却媒質の流れは、入口よりも上流の圧力を調整することによって制御できる。

本発明では、ピストン内をパッドまたはパッド群に向かって流れる、冷却媒質の主要な流れをつくりだす。パッドは冷却媒質の流れによっても冷却される。しかし、パッドの熱は、ブレーキライニングとピストン間の熱伝導によっても除去される。
冷却媒質の流れを制御するために、ピストンの空洞中に、例えば反射板といった適切な装置を用いることができる。結果として、特によく冷却する必要がある部位に向けて、冷却媒質を流すことができる。一対の封止部材の間に挟まれているピストンの領域は、特によく冷却する必要がある部位の一例である。とりわけ、冷却されなければならない加圧流体と直接に接するピストンの壁が、この方法で冷却される。

ピストンは、２つの、中空の、同軸に配置された、直径を異にする円筒を備えているのが望ましい。この場合、ピストンによりブレーキディスクに押さえ付けられるパッドは、直径が大きい円筒の端面に配置されている。
直径の大きい円筒のパッドから離反した側の端面は、直径の小さい円筒のパッド側の端面と、同一平面上に位置することができる。この場合、ピストンの壁は、円筒の軸に対して垂直な面内を、直径が大きい円筒の側面から直径が小さい円筒の側面にまで伸びている。結果として、２つの中空の円筒は、１つの空洞を形成している。円筒の２つの側面の間に形成された環状のピストンの壁は、ピストンをパッドとともにブレーキディスクに押し付けることができるように、圧力を受けることができる。

冷却媒質がピストン内の空洞に入るための入口は、直径が小さい方の円筒のパッドから離れている側の端面に形成することができる。この場合、冷却媒質は、直径が小さい方の円筒から、直径が大きい方の円筒に流れていく。
もう１つ別の実用的な例では、ピストンは１つの円筒を含んでいる。パッドは円筒の一方の端面にある。円形の開口が、円筒の他方の端面に備えられている。その開口の中心は円筒の軸上に位置している。導入装置はこの開口を貫通している。冷却媒質は、この導入装置を通ってピストン内の空洞へ流れ込む。この導入装置は管の一部を利用して設計することができる。
パッドに向かい合う円筒の端面の縁には、多くの出口が形成されており、その端面にパッドが配置されている。出口は、円筒の周囲に等間隔で配置されている。

本発明のもう一つの態様として、ブレーキ装置で用いられ、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けるために用いるピストンが提供される。そのピストン内には、空洞が設けられている。そのピストンは内部に空洞を持ち、第１の端と、第１の端またはその近傍に位置していて空洞へ冷却媒質を供給するための入口と、ブレーキパッドに押し付けられる第２の端と、第２の端またはその近傍に位置している出口を備えている。第１の端は第２の端から隔てられている。

本発明のさらなる一態様として、ブレーキ装置で用いるためのブレーキパッドが提供される。そのブレーキパッドは、ブレーキ装置のピストンが取り付けられる表面を備えており、その表面の内側には、ピストンからの冷却媒質を受け取り、ピストンから冷却媒質を排出するための、冷却媒質の流路が形成されている。

本発明に関するブレーキ装置とピストンとブレーキパッドを、図を参照して、より詳細に説明する。

図１のピストン１は、２つの中空の円筒２，４を備えており、その円筒の２つの側面は、環状のピストンの壁３によってつながれている。内部の空間７は、圧力流体を収容しており、その空間の中に連通口６から圧力流体が供給され、環状封止部材５ａ，５ｂによって外界から遮断されている。
ピストン１とパッド８は、内部の空間７の圧力が高められると、ブレーキディスク９に押し付けられる。パッド８とブレーキディスク９の間に起きる摩擦力は、回転軸１０に周りに回転しているブレーキディスク９の速度を減速する。

直径が小さい方の円筒４のパッドから離れている側の端面に、入口１２が形成されている。入口１２は、円筒の全長に亘って伸びている。冷却媒質は、入口１２から、ピストン１の空洞へ流れる。直径が大きい方の円筒２の端面に、スリット状の出口１１が複数個形成されている。その端面にパッド８が配置されている。冷却媒質（できれば空気が望ましい）は、ピストン１の空洞から出口群１１を通過して流れ出る。
好ましくは、出口１１から流れ出た空気が、さらに冷却効果を与えるため、ブレーキディスク９に当ることが好ましい。

図２のピストン１は、図１のものとほぼ同じであり、図１の部分に相当する部分は、同じ参照番号を用いている。
図２で示されるように、ピストン１のパッド側の端面に形成されている出口１１は、図１のスリット状の出口よりも幅が広い。図２では、２つの出口が描かれている。出口は、１つでも、３つでも、それ以上でもよい。
もう１つの実施例では（図には示されていない）、ピストン１には出口１１が形成されていない。その代わりに、両方の端面が開いている。その場合ピストン１には、以下に詳細に説明する図６，７に示されるブレーキパッド８が取り付けられる。

図３は本発明のもう１つの実施例の縦断面図である。圧力流体は連通口６を通って内部空間７に入り、その空間７内に圧力流体が収容される。ピストン１は円筒形で、パッド８が一方の端面に配置されている。導入装置１３は、煙突のような管の一部分の形をしており、その中を通って冷却媒質が円筒形のピストンの内部に流れていく。導入装置１３は、入口１２を通過している。管のその一部分と入口の間に備えられているのが、環状の封止部材５ｂであり、その封止部材がピストンの空洞を内部空間７から分離している。内部空間７の中には圧力流体が存在している。パッド８が位置している端面の縁に、複数のスリット状の出口１１が形成されている。さらに、ピストンを形成している円筒の外周面と、内部空間７の壁との間に、環状の封止部材５ａが配置されている。
スリット状の出口の代わりに、パッド８に隣接するピストンの壁に穴を穿くことによって出口を作ってもよい。

図４に示されているブレーキ装置は、図３と同様であり、図３の部分に相当する部分には、同じ参照番号を用いている。
図３に示されているように、図４のピストン４は円筒型であり、煙突型の導入装置１３がブレーキ装置の壁からピストン１の内部にまで伸びている。
図４では、ピストン１が２つの部品１ａ、１ｂから形成されている。第１のピストン部品１ａは、中空の円筒で、その内側の表面には環状溝１４が作られている。環状溝１４は、導入装置１３の外側の表面を封止する封止部材５ｂを取り付けるためのものである。

環状溝１４は、中空のピストン１の内壁から少し突き出ており、ピストンの一端から少し内側に入っており、内部空間７をつくっている。その内部空間７へ、ブレーキ流体の貯蔵器（図示されていない）からブレーキ流体が入っていく。
ピストン１は、孔１５中でスライド可能であり、ピストン１の外壁は、孔１５の開口に隣接する位置において孔１５に作られた環状溝１６の中に形成されている環状封止部材５ａによって、孔１５から封止されている。

第２のピストン部品１６は、端部を覆う蓋（エンドキャップ）を備えており、エンドキャップは、第１のピストン部品１ａの環状溝１４から離れた側の端部に固定されている。エンドキャップは、エンドキャップ１ｂの周りに形成されている環状溝１７ａと、第１のピストン部品１ａの内面に形成されている環状溝１７ｂと、（図示されていない）輪によって、第１のピストン部品に強固に固定されている。エンドキャップ１ｂは、一塊として動くように、第１のピストン部品１ａに固定されている。エンドキャップ１６は追加の熱障壁として備えられている。

エンドキャップ１ｂは、内部の環状溝１４から離れた側の端部から第１のピストン部品１ａの内側の空洞内にまで伸びている円筒部１８を含んでいる。さらに、エンドキャップ１ｂは、環状肩部１９を備えており、その部分は円筒部１８から外側に伸びている。環状肩部１９は、第１のピストン部品１ａと接している。肩部１８の周辺からピストン１の軸方向に伸びているのは、複数の等間隔に形成されたギザギザ２０であり、それによってその間に空間が確保される。ギザギザ間の隙間は、前述の出口１１の一部を成す。図４の破線で示された輪郭は、ピストンの最大移動範囲を表している。ギザギザの頂点は、ブレーキパッド８（図には示されていない）の後方の表面と接している。油圧式のブレーキ流体は、圧力を加えられた状態で空間７に供給され、そのブレーキ流体は、ピストン１を孔１５から軸方向にの外側に押し出し、パッド８をブレーキディスク９（図示されていない）に押し付ける。加圧された空気が、導入装置１３を通って供給され、ピストン１の内側を冷却する。空気はピストン１を通り、パッド８（図には示されていない）の後方の表面に当たり、ギザギザ２０の間の出口を通って、ピストン１から抜ける。

図２のピストンと図４の構造の別の実施例では、ピストン１の側壁、または、ギザギザ２０間に形成されている出口１１を、除去することができる。この場合、ピストンからの空気の出口は、ピストン１の開いている端面を利用する。ブレーキパッド８の後方の表面に接するピストン１の端面は、パッドの後方の表面にぴったり密着するように、滑らかな方がよい。そうした場合には、図６，７に示されるパッド８が利用される。

図６，７のパッド８は、簡略のため、長方形として描かれているが、どのような形でも構わない。パッド８の前方の表面８ａは、ブレーキディスク９に押し付けられるようにできている。さらに、パッド８の後方の表面８ｂは、ピストン１に接している。正面からは見えない孔２１は、ピストンの軸の中央に位置するように、パッドに作られている。孔２１は、後方の表面８ｂから垂直に伸びていて、パッド８（図７参照）中の道筋の一部である。

冷却媒質の流路２２は、孔２１から放射状に外側へ向かって伸びるように作られており、その中を媒質が伝わって行く。流路２２のそれぞれは、孔２１からパッド８の外周まで伸びている。図示の例では、冷却媒質の流れの流路２２は、等角度で４本伸びているが、後方の表面を加工して、放射溝を作っても構わない。
ピストン１は、パッド８の後方の表面８ｂに接しており、前方の表面８ａを摩擦熱を生ずるディスク９に押し付ける。

図２，４を参照して説明したように、冷却空気はピストン１の内を流れる。しかし、冷却空気は、ピストン１の出口１１から抜ける代わりに、孔２１に入り、流路２２から外気へと流れていく。そうしてピストン１だけでなくパッド８も冷却する。
上記の実施例では、ピストン１の上流の冷却媒質の圧力を制御することで、ピストンを通る冷却媒質の流れが調節される。例えば、冷却媒質が空気の場合、ピストンへ送りこむ圧力を調整することができて、ピストンに空気を圧送する圧縮装置を備えてもよい。また、空気を外界から取り入れ、ピストン内を流すために、空気取り入れ装置を備えていてもよい。空気取り入れ装置は、車が進むときに空気を取り入れ、取り入れた空気をブレーキ装置へ送る。ブレーキ装置の上流に、入ってくる空気量を調節するための調節弁を設けてもよいし、冷却の必要に応じてその大きさを変える空気取り入れ孔を備えていてもよい。

本発明のブレーキ装置の縦断面の概要図である。 図１のブレーキ装置で用いられる、本発明のピストンの縦断面図である。 本発明の第２のブレーキ装置の縦断面の概要図である。 本発明の第３のブレーキ装置の縦断面図である。 図４のＶ方向から見た、図４のブレーキ装置の正面図である。 本発明に関するブレーキ装置とピストンに用いられる、本発明のブレーキパッドを後方から見た背面図である。 図６のＶｌｌ−Ｖｌｌ線に沿った、図６のブレーキパッドの断面図である。

Claims (16)

1. ブレーキ装置であって、
   円筒を形成するブレーキ装置の壁を備え、
   その円筒に受け入れられる少なくとも１つの軸方向に変位可能な油圧作動式ピストンを備え、
   そのピストンは、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けるものであり、
   そのピストンの内部には空洞が形成されており、
   その空洞は、その空洞に冷却媒質を供給するための少なくとも１つの入口と、その空洞から冷却媒質を排出するための少なくとも１つの出口を備えており、
   その入口は、前記ピストンの前記ブレーキパッドから離反した位置に配置されており、
   その出口は、前記ピストンの前記ブレーキパッドに隣接する位置に配置されており、
   導入装置が前記ブレーキ装置の壁から前記ピストンの前記空洞まで前記入口を通過して伸び、そのブレーキ装置の壁の外側からその空洞への冷却媒質の通過を可能としており、
   前記ピストンは、中空の円筒を備えており、
   前記ブレーキパッドは、前記中空の円筒の一方の端面に隣接して配置されており、
   前記導入装置が通過する前記入口は、前記中空の円筒の他方の端面に設けられていることを特徴とするブレーキ装置。
2. 前記導入装置は、前記ブレーキ装置の壁と一体であることを特徴とする請求項１のブレーキ装置。
3. 前記ピストンは、２つの部品から形成されていることを特徴とする請求項１または２のブレーキ装置。
4. 第１のピストン部品は、中空の円筒で、その内側の表面には環状溝が作られていることを特徴とする請求項３のブレーキ装置。
5. 前記環状溝は、前記導入装置の外側の表面を封止する封止部材を取り付けるように配置されていることを特徴とする請求項４のブレーキ装置。
6. 前記第２のピストン部品は、エンドキャップを備えており、
   そのエンドキャップは、エンドキャップの周りと、第１のピストン部品の内側の表面に形成されている環状溝の内部の輪を用いて、前記内部の環状溝から離れた側の端部で第１のピストン部品に固定されていることを特徴とする請求項４または５のブレーキ装置。
7. 前記出口は、ブレーキパッドが隣接して配置される前記中空の円筒の端面の縁に等間隔で並んでいる、あるいは
   前記出口は、ブレーキパッドに隣接するピストンの壁に穴を開けられていることを特徴とする請求項１から６の何れかのブレーキ装置。
8. 冷却媒質の流れに影響を与えるための装置が、前記ピストンの前記空洞の内部に設けられていることを特徴とする請求項１から７の何れかのブレーキ装置。
9. ブレーキ装置であって、
   円筒を形成するブレーキ装置の壁を備え、
   その円筒に受け入れられる少なくとも１つの軸方向に変位可能な油圧作動式ピストンを備え、
   そのピストンは、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けるものであり、
   そのピストンの内部には空洞が形成されており、
   その空洞は、その空洞に冷却媒質を供給するための少なくとも１つの入口と、その空洞から冷却媒質を排出するための複数の出口を備えており、
   その入口は、前記ピストンの前記ブレーキパッドから離反した位置に配置されており、
   その各々の出口は、前記ピストンの前記ブレーキパッドに隣接する位置に配置されており、
   前記ピストンは、２つの、中空の、同軸に配置された、直径を異にする円筒を備えており、
   その円筒の１つは前記ブレーキ装置の壁を貫いて伸び、前記ブレーキ装置の壁の外側から前記空洞への冷却媒質の流路の役割を果たすことを特徴とするブレーキ装置。
10. 前記２つの円筒のうち直径の大きい円筒のブレーキパッドから離反した側の端面は、直径の小さい円筒のブレーキパッド側の端面と、同一平面上にあり、
    前記２つの円筒の内側の空洞が、ピストンの前記空洞を形成していることを特徴とする請求項９のブレーキ装置。
11. ブレーキパッドを備え、
    そのブレーキパッドは、ブレーキ装置のピストンが押し付けられる表面を備えており、
    その表面の内側には、前記ピストンからの冷却媒質を受け取り、前記ピストンから前記冷却媒質を排出するための、冷却媒質の流路が形成されていることを特徴とする請求項１から１０の何れかのブレーキ装置。
12. 正面からは見えない孔が、前記ピストンの軸の中央に位置するように、前記ブレーキパッドに形成されており、
    その孔は、後方の表面から垂直に伸びており、
    その孔は、ブレーキパッドの内部への道筋の一部であることを特徴とする請求項１１のブレーキ装置。
13. 前記孔から放射状に外側へ向かって伸びるように、冷却媒質の流路が形成されており、その中を冷却媒質が伝わって行くことを特徴とする請求項１２のブレーキ装置。
14. ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けるために、ブレーキ装置において用いられるピストンであって、
    前記ピストンは、内部に空洞を備えており、第１の端と、前記第１の端またはその近傍に位置していて前記空洞へ冷却媒質を供給するための入口と、ブレーキパッドを押し付ける第２の端と、各々が前記第２の端またはその近傍に位置している複数の出口を備えており、
    第１の端が第２の端から隔てられており、
    前記ピストンは、２つの、中空の、同軸に配置された、直径を異にする円筒を備えており、
    その円筒の１つは前記ブレーキ装置の壁を貫いて伸び、前記ブレーキ装置の壁の外側から前記空洞への冷却媒質の流路の役割を果たすことを特徴とするブレーキ装置用ピストン。
15. ブレーキ装置において用いられるブレーキパッドであって、
    ブレーキ装置のピストンが押し付けられる表面を備えており、
    その表面の内部には、前記ピストンから前記ピストンを冷却した冷却媒質を受け取り、前記ピストンから前記冷却媒質を排出するための、冷却媒質の流路が形成されていることを特徴とするブレーキパッド。
16. 前記ピストンから排出された前記冷却媒質が、さらに前記ブレーキパッドを冷却することを特徴とする請求項１５のブレーキパッド。

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