JP4757791B2

JP4757791B2 - ディスクブレーキのモノブロックキャリパおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4757791B2
Application number: JP2006353952A
Authority: JP
Inventors: 圭介南里; 知司佐藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008164050A

Description

この発明は、車両の車輪制動等に用いられるディスクブレーキのモノブロックキャリパおよびその製造方法に関するものである。

車両の車輪制動に用いられるディスクブレーキは、ブレーキキャリパにシリンダ部が設けられ、このシリンダ部のボア内に収容されたピストンが液圧を受けてブレーキパッドをブレーキディスクに押圧する構造となっている。
この種のディスクブレーキとして、ブレーキディスクの両側にブレーキパッドを配置し、そのブレーキパッドを対を成して対向配置されたピストンによって押圧する対向ピストン型のディスクブレーキが知られている。このディスクブレーキは、ブレーキディスクを挟んでインナ側とアウタ側に配置された別体のキャリパブロックがボルトによって結合されていたが、近年、一体のキャリパブロックにインナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部を形成したモノブロックキャリパを採用したものが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

このモノブロックキャリパは、鋳造によって一体に形成されたキャリパブロックに、パッド押圧用のピストンを摺動自在に嵌合するボアを夫々備えたインナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部が設けられ、このインナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部の間に、ブレーキディスクの通過を許容する断面略コ字状のディスク通過リセスが設けられている。このディスク通過リセスは、キャリパブロックにサイドカッター等で形成された一定の軸方向幅の溝によって構成され、こうしてディスク通過リセスを加工して形成されたキャリパボディには、インナ側シンダ部とアウタ側シリンダ部をブレーキディスクの外周側で相互に連結するディスクパス部が残されている。そして、キャリパボディに形成されるディスク通過リセスは、ブロックの肉厚が薄くなるディスクパス部に応力集中が発生するのを回避するため、ブレーキディスクの外周面に臨む内側底面が円弧状に湾曲して形成されている。
特開平２００５−１６３８０８号公報

しかし、この従来のモノブロックキャリパにおいては、キャリパボディに形成されるディスク通過リセスが一定の軸方向幅の溝によって形成されているため、ディスク通過リセスの内側底面に形成する湾曲部の円弧がディスク通過リセスの溝幅によって制限を受け、ディスクパス部の応力集中の緩和を図るのに限界を生じる。
このため、ディスクパス部の強度をさらに高めるためには、ディスクパス部やその周辺部の肉厚を増加せざるを得なくなり、その肉厚の増加によってキャリパ全体の大型化や重量の増加を招くとともに、大型化によってキャリパの脱着性が悪化することが懸念される。

そこでこの発明は、肉厚の増加を招くことなくディスクパス部の応力集中をさらに緩和できるようにして、小型・軽量化と強度の向上を図ることのできるディスクブレーキのモノブロックキャリパおよびその製造方法を提供しようとするものである。

上記の課題を解決する請求項１に記載の発明は、ブレーキディスクの両側に配置されたブレーキパッドを、対を成して対向配置されたピストンによって押圧する対向ピストン型のディスクブレーキに用いられ、前記ピストンを摺動自在に嵌合するボアをそれぞれ備えたインナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部が鋳造によって一体に形成されるとともに、前記インナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部の間に、前記ブレーキディスクが通過するディスク通過リセスが設けられたモノブロックキャリパにおいて、前記ディスク通過リセスは、前記ブレーキディスクの外周側に対応する内側底部を半円以上の円弧角をもつ円弧形状とし、該円弧形状の直径を前記ブレーキディスクの内周側に対応する部位の軸方向幅よりも大きく設定したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディスクブレーキの対向型モノブロックキャリパにおいて、前記ディスク通過リセスは、前記ブレーキディスクの内周側に対応する位置において一定の軸方向幅に形成された定幅領域と、前記ブレーキディスクの外周側に対応する内側底部において、前記定幅領域の幅よりも大きい直径で半円以上の円弧角をもつ円弧形状の空間が前記ブレーキディスクの接線方向に沿って直線状に延出する円形断面領域と、を備えて成ることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモノブロックキャリパを製造する方法において、鋳造によって形成したキャリパブロックに、前記定幅領域の軸方向幅よりも大きな直径の孔あけ工具によって直線状の円形孔を形成し、この円形孔の形成前または形成後に、この円形孔に連続する一定の軸方向幅の溝を前記キャリパブロックに形成し、前記直線状の円形孔と一定の軸方向幅の溝によって前記円形断面領域と定幅領域を構成することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ディスク通過リセスのブレーキディスクの外周側に対応する内側底部を半円以上の円弧角をもつ円弧形状とし、該円弧形状の直径を前記ブレーキディスクの内周側に対応する部位の軸方向幅よりも大きく設定したため、ディスク通過リセスの内側底面の形状変化を緩やかにして、インナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部を連結するディスクパス部の応力集中を緩和することができる。したがって、ディスクパス部や周辺部の肉厚増加を招くことなく、ディスクパス部の応力集中を緩和することができることから、モノブロックキャリパの小型・軽量化と強度の向上を両立させることができる。そして、充分な強度を確保しつつ、モノブロックキャリパの小型化を図ることができることから、モノブロックキャリパの脱着性を高めることができる。
また、ディスク通過リセスの底部とブレーキディスクの間のクリアランスが大きく確保されるため、冷却風の流れが良好になり、制動時におけるキャリパの温度抑制効果を高めることが可能になる。

請求項２，３に記載の発明によれば、ディスク通過リセスの定幅領域と円形断面領域をそれぞれサイドカッターやドリル等の汎用性のある工具によって容易に形成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。

以下、この発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
最初に、図１〜図８に示す第１の実施形態について説明する。
図１は、この発明にかかるモノブロックキャリパ１１を採用したディスクブレーキ１を、自動二輪車の車体に取り付けた状態を示す。ディスクブレーキ１は、制動対象となる車輪と一体回転するブレーキディスク１２と、制動時に、このブレーキディスク１２に摩擦抵抗を付与するこの発明にかかるモノブロックキャリパ１１とを備えている。

モノブロックキャリパ１１は、ブレーキディスク１２を跨いだ状態で車両の非回転部９５にブラケット９６を介して取り付けられるキャリパボディ１６と、ブレーキディスク１２を挟んで互いに対向するようにキャリパボディ１６に摺動可能に設けられる複数対、具体的には二対のピストン（図１では図示せず）とを有する対向ピストン型のものである。なお、以下においては、車両への取付状態をもって説明し、この取付状態におけるブレーキディスク１２の半径方向をディスク半径方向と称し、ブレーキディスク１２の軸線方向をディスク軸線方向と称し、ブレーキディスク１２の円周方向をディスク円周方向と称す。また、図１において、矢印Ｆは、車両前進時におけるブレーキディスク１２の回転方向を示す。

キャリパボディ１６は、図１〜図６に示すように、ブレーキディスク１２を挟んでアウタ側（ブレーキディスク１２に対し車輪と反対側）に配置されるアウタ側シリンダ部２０と、インナ側（ブレーキディスク１２に対し車輪側）に配置されるインナ側シリンダ部２１と、ディスク円周方向に離間した３箇所でアウタ側シリンダ部２０とインナ側シリンダ部２１をブレーキディスク１２の半径方向外側で結ぶディスクパス部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、を有している。

アウタ側シリンダ部２０とインナ側シンダ部２１のディスク軸線方向で相互に対向する面には、対を成すボア２６がディスク円周方向に離間して複数対、具体的には二対設けられており、これらのボア２６のそれぞれに前記ピストン１７が摺動自在に収容されている。そして、アウタ側とインナ側の各シリンダ部２０，２１のボア２６の形成位置のディスク円周方向の前後には、図４〜図６に示すように、対向する相手シリンダ部２１，２０側に突出するトルク受部５０が設けられている。両シリンダ部２０，２１のディスク円周方向の前後のトルク受部５０，５０間には、車輪制動時に、ブレーキディスク１２に圧接される略長方形状の摩擦部材であるブレーキパッド３１（図３，図４参照）と、このブレーキパッド３１を保持する裏金３２（図３，図４参照）が配置されている。

キャリパボディ１６のディスク円周方向で隣接するディスクパス部２２Ａ，２２Ｂと２２Ｂ，２２Ｃの各間には、ディスク径方向に貫通するパッド組付用の開口３３（図３，図５参照）が形成されている。この各開口３３に臨む両シリンダ部２０，２１の側壁間には、ディスク軸線方向に沿うようにパッドピン２４が架設され、このパッドピン２４にブレーキパッド３１を保持する前記裏金３２が摺動自在に支持されている。そして、このように裏金３２とパッドピン２４を介してキャリパボディ１６に支持された各ブレーキパッド３１は、各シリンダ部２０，２１のピストン１７によってブレーキディスク１２方向に押圧されるようになっている（図４参照）。また、各ブレーキパッド３１がピストン１７によってブレーキディスク１２に圧接されるときには、各ブレーキパッド３１に作用するトルク反力はトルク受部５０によって支持される。
なお、図２，図３中、３４は、キャリパボディ１６の開口３３に配置されて、ブレーキパッド３１をディスク半径方向内方に付勢するパッドスプリングである。

ここで、キャリパボディ１６は、車両に取付けられた状態において、両シリンダ部２０，２１がブレーキディスク１２の両側に配置されるが、キャリパボディ１６のディスク円周方向の中央位置ではブレーキパッド３１がブレーキディスク１２の側面に対峙し、ディスク円周方向の前後位置ではトルク受部５０がブレーキディスク１２の側面に対峙するようになっている。そして、両シリンダ部２０，２１のディスク軸線方向で対向するトルク受部５０，５０は、図６に示すように、これらのトルク受部５０，５０を連結するディスクパス部２２Ａ，２２Ｃとともにブレーキディスク１２の通過を許容するディスク通過リセス５１を構成している。

ディスク通過リセス５１は、図５，図６に示すように、キャリパボディ１６の下端から略円弧状に切り欠かれた概略形状とされているが、ブレーキディスク１２の外周側に対応する部位から径方向内側（内周側）に対応する部位にかけては一定の軸方向幅ではなく、ブレーキディスク１２の外周側に対応する部位の軸方向幅が、それよりもディスク径方向内側に対応する部位の軸方向幅よりも広く形成されている。さらに詳細には、ディスク通過リセス５１のうちのブレーキディスク１２の外周側に対応する領域は断面が円形状の円形断面領域５２とされ、それよりもディスク径方向内側の領域は軸方向幅が一定の定幅領域５３とされており、円形断面領域５２の軸方向幅Ｄ（直径）は、定幅領域５３の軸方向幅Ｗよりも広く設定されている。

なお、図中３９は、ブレーキ液の供給通路（図示せず）からエアを排出するためのブリーダプラグである。

この実施形態のモノブロックキャリパ１１のキャリパボディ１６は以下のようにして形成される。
最初に、アウタ側シリンダ部２０とインナ側シリンダ部２１のディスク円周方向の両縁が相互に結合された（ディスク円周方向両側のトルク受部５０にディスク通過リセス５１が形成されていない）キャリパブロックを鋳造によって一体に形成し、そのキャリパブロックのディスク通過リセス５１の形成位置に、図７に示すように、サイドカッターやエンドミル等の横引き工具によって一定の軸方向幅の溝６０を形成する。なお、図７中、６１は、溝６０を形成したキャリパブロックである。

そして、この後にキャリパブロック６１の溝６０の底部に、例えば、図８に示すような工具６５によってさらなる切削加工を行う。ここで用いる工具６５は、回転駆動と旋回移動が可能な軸部６６と、球状の切削歯６７とを有し、軸部６６とともに回転させた切削歯６７をキャリパブロック６１の溝６０の底部に押し当て、その状態で軸部６６を溝６０の底部に沿って旋回移動させることにより、図７中の鎖線で示すように溝６０の底部に溝６０の軸方向幅Ｗよりも直径Ｄの大きい断面円形状の窪み部６２を連続させて形成する。こうして形成された窪み部６２と溝６０が前述したキャリパボディ１６のディスク通過リセス５１のうちの円形断面領域５２と定幅領域５３となる。
この例のように溝６０を形成した後に図８に示すような特殊な工具６５で窪み部６２を切削する場合には、工具６５によるディスク通過リセス５１の底部側の切削抵抗を小さくすることができるため、加工の高速化を図れるというメリットがある。

以上のように構成されたモノブロックキャリパ１１は、ディスク通過リセス５１のうちの、ブレーキディスク１２の外周側に対応する部位（円形断面領域５１）の軸方向幅Ｄが、それよりもディスク半径方向内側に対応する部位（定幅領域５３）の軸方向幅Ｗよりも広く形成されているため、ディスク軸線方向で対向するトルク受部５０，５０間の軸方向幅Ｗによって制限を受けることなく、ディスク通過リセス５１の内側底面の湾曲形状を緩やかに設定することができる。したがって、このモノブロックキャリパ１１によれば、各部を肉厚増加によって大幅に補強することなく、キャリパボディ１６のディスクパス部２２Ａ，２２Ｃに作用する応力を充分に緩和することができることから、キャリパボディ１６の小型・軽量化と強度の向上を両立させることができる。

特に、この実施形態のモノブロックキャリパ１１においては、ディスク通過リセス５１のうちの、ブレーキディスク１２の外周側に対応する部位が、定幅領域５３の軸方向幅よりも大きい直径の円形断面に形成されているため、キャリパボディ１６のディスクパス部２２Ａ，２２Ｃとその周辺部に作用する応力集中をより有効に緩和することができる。

そして、このモノブロックキャリパ１１においては、上記のようにディスクパス部２２Ａ，２２Ｃとその周辺部の強度を充分に確保しつつ、キャリパボディ１６の小型・軽量化を図ることができるため、車両部品との干渉を無くし、キャリパ１１の脱着性を高めることができる。

さらに、このモノブロックキャリパ１１の場合、ブレーキディスク１２の外周側に対応するディスク通過リセス５１の内側底面部分に充分な直径の円形断面領域が設けられ、ディスク通過リセス５１とブレーキディスク１２の外周部の間に大きなクリアランスが確保されているため、車両走行時等におけるブレーキパッド３１部分への冷却風の流れ込みを良好にし、制動時におけるキャリパ１１の温度抑制効果を高めることができるという利点もある。

また、この実施形態のモノブロックキャリパ１１においては、制動時にブレーキパッド３１が接触するトルク受部５０の一部がディスク通過リセス５１の円形断面領域５２によって肉抜きされるかたちとなるため、制動時にブレーキパッド３１からトルク受部５０を通してキャリパボディ１６に伝達される熱量を低減することができる。このため、モノブロックキャリパ１１の断熱構造を簡略化し、製造コストを低減できるという利点もある。

次に、この発明の第２の実施形態を図９〜図１２を参照して説明する。なお、以下の説明においては、第１の実施形態と同一部分に同一符号を付し、重複する部分については説明を一部省略するものとする。
この実施形態のモノブロックキャリパ１１１は、ディスクブレーキとして車両に用いられた場合の基本的な機能と基本構造は第１の実施形態とほぼ同様であるが、キャリパボディ１１６のディスク円周方向の前後に形成されるディスク通過リセス１５１の形状が第１の実施形態のものと異なっている。

即ち、このモノブロックキャリパ１１１の場合、第１の実施形態と同様に、キャリパボディ１１６のディスク円周方向の前後に、ディスク軸線方向で相互に対向するトルク受部５０，５０とこれらを連結するディスクパス部２２Ａ，２２Ｃによってディスク通過リセス１５１が形成され、この各ディスク通過リセス１５１がブレーキディスクの径方向内側に対応する定幅領域１５３と、ブレーキディスクの外周側に対応する円形断面領域１５２とから構成されているが、円形断面領域１５２がブレーキディスクの接線方向に沿って直線状に延出するように形成されている。ただし、このモノブロックキャリパ１１１の場合も、円形断面領域１５２の直径Ｄは定幅領域１５３の軸方向幅Ｗよりも大きく設定されている。

このモノブロックキャリパ１１１のキャリパボディ１１６は、例えば、以下のようにして形成される。
最初に、アウタ側シリンダ部２０とインナ側シリンダ部２１のディスク円周方向の両縁が相互に結合された（ディスク円周方向両側のトルク受部５０にディスク通過リセス１５１が形成されていない）キャリパブロックを鋳造によって一体に形成し、そのキャリパブロックのうちの、形成しようとするディスク通過リセス１５１の内側底部に対応する位置に、キャリパブロックのディスク円周方向の端面側からドリル等の孔あけ工具により、ブレーキディスクの接線方向に沿うように直線状の円形孔７０を形成する（図１１参照）。なお、図１１中、１６１は、円形孔７０を形成したキャリパブロックである。
この後、キャリパブロック１６１のディスク通過リセス１５１の形成位置に、図１１中の鎖線で示すようにサイドカッターやエンドミル等の横引き工具によって一定の軸方向幅（孔あけ工具の直径よりも狭い軸方向幅）の溝７１を形成し、その溝７１の底部を既にキャリパブロック１６１に形成されている円形孔７０に連通させる。
こうして、キャリパブロック１６１に円形孔７０と溝７１が形成されると、これらの円形孔７０と溝７１が、ディスク通過リセス１５１の円形断面領域１５２と定幅領域１５３となる。

なお、鋳造されたキャリパブロックに対する円形孔７０と溝７１の加工順序は上記の順序に限らず、図１２に示すように、最初に、サイドカッターやエンドミル等の横引き工具によって溝７１を形成し、その後にドリル等の孔あけ工具により、溝７１の底部に交差するように直線状に円形孔７０を形成するようにしても良い。なお、図１２中、２６１は、溝７１を形成したキャリパブロックである。

この実施形態のモノブロックキャリパ１１１は、各ディスク通過リセス１５１がブレーキディスクの内周縁部に対応する定幅領域１５３と、その定幅領域１５３よりも径方向外側に位置され、定幅領域１５３の幅Ｗよりも直径Ｄの大きい円形断面領域１５２を備えた構成とされているため、前述した第１の実施形態とほぼ同様の基本的な効果を得ることができる。

そして、さらにこの実施形態のモノブロックキャリパ１１１においては、第１の実施形態のような特殊な工具を用いることなく、各ディスク通過リセス１５１をドリルやサイドカッター等の汎用工具のみで容易に形成することができるため、製造コストの削減を図ることができる。

また、キャリパボディ１１６の製造にあたって、鋳造したキャリパブロックに図１１に示すようにドリル等の孔あけ工具で直線状の円形孔７０を形成し、その後にサイドカッター等の横引き工具で溝７１を形成するようにした場合には、先に形成されている溝による孔あけ工具の逃げが発生せず、その分精度の高い孔あけを容易に行なうことができる。

一方、キャリパボディ１１６の製造にあたって、鋳造したキャリパブロックに図１２に示すようにサイドカッター等の横引き工具で溝７１を形成し、その後にドリル等の孔あけ工具で円形孔７０を形成する場合には、円形孔７０を形成する際の切削抵抗が小さくなり、その分加工の高速化を図れるというメリットがある。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

この発明の実施形態のディスクブレーキの取付例を示す正面図。この発明の第１の実施形態を示す正面図。同実施形態を示す平面図。同実施形態を示す側面図。同実施形態を示す図４のＡ−Ａ断面に対応する断面図。同実施形態を示す図５のＢ−Ｂ断面に対応する断面図。同実施形態の製造方法を説明するための図５のＢ−Ｂ断面に対応する断面図。同実施形態の製造方法で用いる工具の斜視図。この発明の第２の実施形態を示す図４のＡ−Ａ断面に対応する断面図。同実施形態を示す図９のＣ−Ｃ断面に対応する断面図。同実施形態の製造方法を説明するための図９のＣ−Ｃ断面に対応する断面図。同実施形態の別の製造方法を説明するための図９のＣ−Ｃ断面に対応する断面図。

符号の説明

１…ディスクブレーキ
１１，１１１…モノブロックキャリパ
１２…ブレーキディスク
１７…ピストン
２０…アウタ側シリンダ部
２１…インナ側シリンダ部
２２Ａ，２２Ｃ…ディスクパス部
３１…ブレーキパッド
５１，１５１…ディスク通過リセス
７０…円形孔
７１…溝
１５２…円形断面領域
１５３…定幅領域
Ｄ…軸方向幅
Ｗ…軸方向幅

Claims

ブレーキディスクの両側に配置されたブレーキパッドを、対を成して対向配置されたピストンによって押圧する対向ピストン型のディスクブレーキに用いられ、
前記ピストンを摺動自在に嵌合するボアをそれぞれ備えたインナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部が鋳造によって一体に形成されるとともに、前記インナ側シリンダ部とアウタ側シリンダ部の間に、前記ブレーキディスクが通過するディスク通過リセスが設けられたモノブロックキャリパにおいて、
前記ディスク通過リセスは、前記ブレーキディスクの外周側に対応する内側底部を半円以上の円弧角をもつ円弧形状とし、該円弧形状の直径を前記ブレーキディスクの内周側に対応する部位の軸方向幅よりも大きく設定したことを特徴とするディスクブレーキのモノブロックキャリパ。
前記ディスク通過リセスは、前記ブレーキディスクの内周側に対応する位置において一定の軸方向幅に形成された定幅領域と、前記ブレーキディスクの外周側に対応する内側底部において、前記定幅領域の幅よりも大きい直径で半円以上の円弧角をもつ円弧形状の空間が前記ブレーキディスクの接線方向に沿って直線状に延出する円形断面領域と、を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキのモノブロックキャリパ。
請求項２に記載のモノブロックキャリパを製造する方法において、
鋳造によって形成したキャリパブロックに、前記定幅領域の軸方向幅よりも大きな直径の孔あけ工具によって直線状の円形孔を形成し、この円形孔の形成前または形成後に、この円形孔に連続する一定の軸方向幅の溝を前記キャリパブロックに形成し、前記直線状の円形孔と一定の軸方向幅の溝によって前記円形断面領域と定幅領域を構成することを特徴とするモノブロックキャリパの製造方法。