JP5299569B2 - ブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッド - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドに関する。

従来のディスクブレーキなどのブレーキ装置として、特許文献１には例えば車輪と共に回転するディスクロータのディスク摩擦平面にブレーキパッドのパッド摩擦平面を押圧して、ディスク摩擦平面とパッド摩擦平面との摺動に伴って両者の間に生じる摩擦力によって車輪に制動力を与えるブレーキ装置の摩擦材用摩擦面コーティングが開示されている。

特開２０００−２２６５５２号公報

ところで、上述のような特許文献１に記載されているブレーキ装置の摩擦材用摩擦面コーティングは、例えば、摩擦面の投影面積に応じて摩擦性能や耐摩耗性能が決まってしまうため改善の余地がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、好適に性能を設定することができるブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレーキ装置は、転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器を有する第１部材と、前記転動体と接触して設けられ前記第１部材との相対変位に伴って前記転動体を前記保持器で回転させる第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを押し付ける押付機構とを備え、前記第１部材と前記第２部材とが押し付けられた状態で、前記第１部材と前記第２部材との相対変位に伴って前記第２部材が前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする。

また、上記ブレーキ装置では、前記第１部材は、車輪と共に回転不能であり、前記第２部材は、前記車輪と共に回転可能であるものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記保持器と前記第２部材とは、前記第２部材によって前記転動体を回転させる力が前記保持器によって前記転動体を保持する力より大きくなる構成を有するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記保持器と前記第２部材とは、前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて前記第２部材によって前記転動体を回転させる力と前記保持器によって前記転動体を保持する力との大小関係が逆転する構成を有するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記保持器は、前記転動体との接触部分の摩擦係数が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて上昇するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記第２部材は、前記転動体との接触部分の摩擦係数が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて低下するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記保持器は、前記転動体を保持する保持溝を有するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記転動体は、球体であり、前記保持溝は、円錐形状又は円錐台形状であり、前記保持器と前記第２部材とは、前記第２部材と前記転動体との接触部分の摩擦係数μ１と、前記保持器と前記転動体との接触部分の摩擦係数μ２と、前記保持器の前記転動体との接触部分における壁面の法線と前記押付機構による押し付け方向とがなす角度βとの関係がμ１＞（μ２／２）・［（２β／ｓｉｎ２β）＋１］を満たすように形成されるものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記保持器は、前記転動体との接触部分における壁面の法線と前記押付機構による押し付け方向とがなす角度が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて大きくなるものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記第２部材は、前記転動体との接触部分に前記相対変位の方向に沿って形成され前記転動体の一部分を収容する収容溝を有するものとすることができる。

また、上記ブレーキ装置では、前記第１部材は、複数の前記転動体及び複数の前記保持器を有し、前記押付機構からの押し付け力が作用する支持部材と前記複数の保持器との間に前記押し付け力を分散する分散部が設けられるものとすることができる。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレーキ装置用摩擦対は、転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器を有する第１部材と、前記転動体と接触して設けられ前記第１部材との相対変位に伴って前記転動体を前記保持器で回転させる第２部材とを備え、前記第１部材と前記第２部材とが押し付けられた状態で、前記第１部材と前記第２部材との相対変位に伴って前記第２部材が前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るブレーキパッドは、車輪と共に回転するディスクロータに押し付けられる側の面に、転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器を有し、前記ディスクロータに押し付けられた状態で、前記ディスクロータとの相対変位に伴って前記ディスクロータが前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする。

本発明に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対、ブレーキパッドは、好適に性能を設定することができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るブレーキ装置用摩擦対の概略構成を示す部分断面図である。 図２は、実施形態１に係るブレーキ装置の概略構成を示す模式的断面図である。 図３は、実施形態１に係るブレーキパッドの層構造を示す模式的な分解斜視図である。 図４は、実施形態１に係る保持器の転動体との接触壁面の表面形状を模式的に示す斜視図である。 図５は、実施形態１に係るディスクロータの転動体との当接面の表面形状を模式的に示す斜視図である。 図６は、実施形態１に係るディスクロータと転動体との間に作用する力について説明する模式図である。 図７は、実施形態１に係る転動体と保持器との接触部分の模式的な斜視図である。 図８は、実施形態１に係る保持器と転動体との間に作用する力について説明する模式図である。 図９は、実施形態１に係るブレーキパッドのディスクロータに押し付けられる側の面の正面図である。 図１０は、変形例に係る保持器の転動体との接触壁面の表面形状を模式的に示す斜視図である。 図１１は、変形例に係る保持器の転動体との接触壁面の表面形状を模式的に示す斜視図である。 図１２は、変形例に係るディスクロータの転動体との当接面の表面形状を模式的に示す斜視図である。 図１３は、変形例に係る転動体を模式的に示す斜視図である。 図１４は、実施形態２に係るブレーキ装置における温度と摩擦係数との関係を表す線図である。 図１５は、実施形態２に係るブレーキ装置における温度とトルクとの関係を表す線図である。 図１６は、実施形態３に係るブレーキ装置の保持器について説明する模式図である。 図１７は、実施形態３に係るブレーキ装置における温度と角度との関係を表す線図である。 図１８は、実施形態３に係るブレーキ装置における温度とトルクとの関係を表す線図である。

以下に、本発明に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係るブレーキ装置用摩擦対の概略構成を示す部分断面図、図２は、実施形態１に係るブレーキ装置の概略構成を示す模式的断面図、図３は、実施形態１に係るブレーキパッドの層構造を示す模式的な分解斜視図、図４は、実施形態１に係る保持器の転動体との接触壁面の表面形状を模式的に示す斜視図、図５は、実施形態１に係るディスクロータの転動体との当接面の表面形状を模式的に示す斜視図、図６は、実施形態１に係るディスクロータと転動体との間に作用する力について説明する模式図、図７は、実施形態１に係る転動体と保持器との接触部分の模式的な斜視図、図８は、実施形態１に係る保持器と転動体との間に作用する力について説明する模式図、図９は、実施形態１に係るブレーキパッドのディスクロータに押し付けられる側の面の正面図、図１０、図１１は、変形例に係る保持器の転動体との接触壁面の表面形状を模式的に示す斜視図、図１２は、変形例に係るディスクロータの転動体との当接面の表面形状を模式的に示す斜視図、図１３は、変形例に係る転動体を模式的に示す斜視図である。

本実施形態のブレーキ装置１は、図１、図２に示すように、典型的には、車両に搭載され、車両の車体に回転可能に支持された車輪に制動力を付与するものであり、ブレーキ装置用摩擦対２と、押付機構としてのアクチュエータ３とを備える。

ブレーキ装置用摩擦対２は、車輪に制動力を付与する際に摩擦要素間に所定の摩擦力（摩擦抵抗力）を発生させるためのものである。ブレーキ装置用摩擦対２は、第１部材としてのブレーキパッド４と、第２部材としてのディスクロータ５とを含んで構成される。ブレーキパッド４は、車輪と共に回転不能に車体側に一対で設けられる。ディスクロータ５は、車輪と共に一体的に回転可能に車輪側に設けられる。これにより、ブレーキパッド４とディスクロータ５とは、相対変位可能な構成となり、すなわち、ディスクロータ５の回転方向に相対回転可能な関係となる。一対のブレーキパッド４は、ディスクロータ５の両側に配置され、ディスクロータ５の両側の当接面５ａに対向する。一対のブレーキパッド４は、アクチュエータ３の動作に応じてディスクロータ５の両側を挟持する。

アクチュエータ３は、車輪に制動力を付与する際にブレーキパッド４とディスクロータ５とを押し付けるものである。アクチュエータ３は、キャリパ６と、ピストン７とを有する。キャリパ６は、ディスクロータ５を跨いだＵ字形状をなし、車体側に固定されたブラケットにより支持されている。キャリパ６は、一対のブレーキパッド４をディスクロータ５の当接面５ａに対して接近離間可能に支持する。キャリパ６は、ピストン７を前後に移動可能とするシリンダ機構８が設けられるシリンダ部９と、ディスクロータ５を挟んでシリンダ部９とは反対側に配置するリアクション部１０と、シリンダ部９とリアクション部１０とを連結する連結部１１とから構成されている。一対のブレーキパッド４は、このキャリパ６におけるシリンダ部９側に配置されるインナパッドと、リアクション部１０側に配置されるアウタパッドとからなる。シリンダ機構８は、シリンダ部９にピストン７が移動自在に支持され、シリンダ部９とピストン７とシールなどにより液圧室１２が区画される。ピストン７は、先端部がブレーキパッド（インナパッド）４に対向している。

したがって、ブレーキ装置１は、例えば運転者によるブレーキペダルの踏み込み操作に応じて液圧室１２に作動液が供給され加圧されると、ピストン７が矢印Ａ方向（ブレーキパッド（インナパッド）４がディスクロータ５に接近する方向）に前進し、このピストン７の先端が一方のブレーキパッド４を押圧し、この一方のブレーキパッド４をディスクロータ５の一方の当接面５ａに接近させることができる。またこのとき、キャリパ６は、ピストン７が前進するその移動反力によりこのピストン７とは逆方向、つまり、矢印Ｂ方向（ブレーキパッド（アウタパッド）４がディスクロータ５に接近する方向）に前進し、他方のブレーキパッド４をディスクロータ５の他方の当接面５ａに接近させることができる。そして、ブレーキ装置１は、各ブレーキパッド４がディスクロータ５の各当接面５ａに当接し押し付けられてディスクロータ５を挟持すると、車輪と共に回転するディスクロータ５に対して所定の回転抵抗力が作用し、このディスクロータ５及びこれと一体で回転する車輪に制動力を付与することができる。ブレーキ装置１は、液圧室１２の除圧時には、ピストン７、キャリパ６が所定の位置に戻され、各ブレーキパッド４がディスクロータ５から離間する。

ところで、本実施形態のブレーキ装置１は、図１に示すように、ブレーキ装置用摩擦対２をなすブレーキパッド４が、ディスクロータ５に押し付けられる側の面に、転動体４１と接触しこの転動体４１を回転可能に保持する保持器４２を有することで、例えば、ブレーキパッド４がディスクロータ５に押し付けられる側の面の投影面積などにかかわらず、摩擦性能や耐摩耗性能などの性能を好適に設定することができるようにしている。ここで、ブレーキパッド４においてディスクロータ５に押し付けられる側の面とは、ブレーキパッド４においてディスクロータ５の当接面５ａと対向する側の面である。

なお、図１では、図中奥行き方向がブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位の方向、すなわち、ディスクロータ５の回転方向である。また、ブレーキパッド４は、インナパッドとアウタパッドとがほぼ同じ構成であるので、インナパッドとアウタパッドとを特に区別する必要がない限り、共通の構成であるものとしてする。

このブレーキ装置１は、回転するディスクロータ５にブレーキパッド４が押し付けられた際に、転動体４１が保持器４２で保持されながら回転することで、転動体４１の回転に応じて転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力（摩擦抵抗力）によって、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位、すなわち、ディスクロータ５の回転を制動する制動力を発生させる。このブレーキ装置１は、ブレーキパッド４においてディスクロータ５に押し付けられる側の面に配列された転動体４１がその場で転動（回転）できるような構造を採用する。ブレーキ装置１は、車輪と共に回転するディスクロータ５によって転動体４１を回転させると共に、保持器４２側でこの回転する転動体４１を摩擦制動する。

具体的には、ブレーキパッド４は、図１、図３に示すように、転動体４１、保持器４２、ガイド板４３、抜け防止具４４、支持部材としての裏金４５、弾性部材４６などを有する。ブレーキパッド４は、ディスクロータ５に押し付けられる面（当接面５ａと対向する面）側から抜け防止具４４、保持器４２及びガイド板４３、弾性部材４６、裏金４５の順で層構造をなし、保持器４２に転動体４１が保持される。

転動体４１は、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位の方向、すなわち、ディスクロータ５の回転方向に沿って回転可能なものである。転動体４１は、ディスクロータ５の当接面５ａと後述する保持器４２の接触壁面４２ａとの間に配置され、ディスクロータ５にブレーキパッド４が押し付けられた際に当接面５ａ及び接触壁面４２ａに接触する。ここでは、転動体４１は、球体（球状部材）である。

保持器４２は、上述したように、転動体４１と接触しこの転動体４１をその場で回転可能に保持するものである。保持器４２は、転動体４１を相対変位不能かつ自転（回転）可能に保持する。保持器４２は、転動体４１の回転軸線がディスクロータ５の回転方向及びにアクチュエータ３による押し付け方向とほぼ直交するように転動体４１を保持する。転動体４１は、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位（相対回転）に伴ってブレーキパッド４とディスクロータ５とに接触しながら、保持器４２によってその回転軸線が移動しないようにその場で保持された状態で回転軸線周りに回転する。

ここでは、保持器４２は、転動体４１の形状にあわせて円筒状に形成されるとともに、ディスクロータ５に押し付けられる側の面、すなわち、転動体４１と接触する側の面に転動体４１を保持する保持溝４２ｂを有する。ここでの保持溝４２ｂは、転動体４１との接触壁面４２ａが転動体４１の回転軸線方向及びアクチュエータ３による押し付け方向に対して傾斜している。これにより、このブレーキ装置１は、後述するように、保持器４２の転動体４１との接触面の表面形状が平坦である場合と比較して、転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力を保持溝４２ｂの溝角度などに応じて相対的に大きくすることができ、この結果、発生させることができる制動力を相対的に大きくすることができる。

本実施形態の保持溝４２ｂは、図４にも示すように、上記のように傾斜した接触壁面４２ａが曲面をなす形状に形成される。ここでは、保持溝４２ｂは、円錐形状に形成されるものとして説明するが円錐台形状に形成されるものであってもよい。保持溝４２ｂは、円錐形状の底面側がディスクロータ５に押し付けられる側に位置する。保持溝４２ｂは、円錐形状の底面の内径が転動体４１の外径より大きくなっている。転動体４１は、この保持溝４２ｂの内部にその一部分が保持される。したがって、保持溝４２ｂと転動体４１とは、保持溝４２ｂの内面である接触壁面４２ａと転動体４１の外面とが接触し、この接触部分が円形をなす（後述の図７も参照）。

ガイド板４３は、保持器４２を所定の位置に位置決めするためのものである。ここで、ブレーキパッド４は、転動体４１とこれを保持する保持器４２との組み合わせを複数組有しており、すなわち、転動体４１、保持器４２を複数個有している。ガイド板４３は、これら複数の保持器４２をそれぞれ所定の位置に位置決めする。

ガイド板４３は、板状の部材により構成され、アクチュエータ３による押し付け方向に貫通する設置孔４３ａが設けられる。設置孔４３ａは、複数の保持器４２に対応して複数設けられる。各保持器４２は、各設置孔４３ａ内に挿入され位置決めされる。これにより、ガイド板４３は、各保持器４２がアクチュエータ３による押し付け方向以外の方向に相対移動しないように各保持器４２の動きを拘束することができる。

そして、転動体４１、保持器４２及びガイド板４３は、各保持器４２が各設置孔４３ａ内に挿入され、各転動体４１が各保持溝４２ｂ内に保持された状態で、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、ディスクロータ５に押し付けられる側の抜け防止具４４と、反対側（背面側）の裏金４５とによって挟み込まれて相対的な位置関係が固定される。

抜け防止具４４は、保持器４２に保持されている転動体４１が抜け落ちないようにするためのものである。抜け防止具４４は、板状の蓋部材により構成され、アクチュエータ３による押し付け方向に貫通する露出口４４ａが設けられる。露出口４４ａは、複数の転動体４１に対応して複数設けられる。各転動体４１は、各保持器４２に保持された状態で、各露出口４４ａを介して外面の一部が露出する。各転動体４１は、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、抜け防止具４４を挟んで各保持器４２とは反対側に外面の一部が突出するようにして露出する。これにより、抜け防止具４４は、転動体４１が保持器４２から抜け落ちることを防止することができると共に各露出口４４ａから露出した転動体４１の外面をディスクロータ５の当接面５ａに接触可能とすることができる。

裏金４５は、アクチュエータ３からの押し付け力が作用する板状の支持部材であり、ブレーキパッド４の基端部をなすものである。ブレーキパッド４は、図２にも示すように、この裏金４５がピストン７やリアクション部１０に当接するようにキャリパ６に設けられる。裏金４５は、アクチュエータ３からの押し付け力を複数の保持器４２の全体に伝えるものである。

ここで、本実施形態のブレーキパッド４は、複数の保持器４２の背面側、すなわち、ディスクロータ５に押し付けられる側とは反対側に分散部４７が設けられる。分散部４７は、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、裏金４５と複数の保持器４２との間に設けられ、アクチュエータ３による押し付け力を分散するものである。分散部４７は、弾性部材４６を含んで構成される。

弾性部材４６は、シート状の弾性体であり、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、ガイド板４３と裏金４５との間に挟み込まれている。弾性部材４６は、例えば、シート状のゴムあるいは板バネなどによって構成される。弾性部材４６は、裏金４５と複数の保持器４２との間に介在し、アクチュエータ３による押し付け力が作用した際に弾性的に変形し、この変形に応じて上記押し付け力を分散し、複数の保持器４２に対してほぼ均一にこの押し付け力を作用させる。

なお、分散部４７は、例えば、弾性部材４６が板バネなどである場合には、図１、図３に示すように、上記変形に応じた弾性部材４６の逃げ部４５ａを含んで構成されることが好適である。これにより、分散部４７は、アクチュエータ３による押し付け力の分散効果をさらに向上することができる。逃げ部４５ａは、裏金４５の弾性部材４６側の面に設けられる。逃げ部４５ａは、裏金４５に設けられる凹部溝状の穴であってもよいし、裏金４５を貫通する孔であってもよい。逃げ部４５ａは、複数の保持器４２に対応して複数設けられる。

ブレーキパッド４は、上記のように構成される転動体４１、保持器４２、ガイド板４３、抜け防止具４４、裏金４５、弾性部材４６の相対的な位置関係が固定された状態で、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、露出口４４ａ、転動体４１、保持器４２及び設置孔４３ａ、逃げ部４５ａがそれぞれ対向する。

ディスクロータ５は、図１、図５に示すように、転動体４１と接触して設けられブレーキパッド４との相対変位に伴って転動体４１を保持器４２で回転させる。ディスクロータ５は、回転軸心回りに回転可能な円板状に形成される。ディスクロータ５は、転動体４１との接触部分、すなわち、当接面５ａに収容溝５１を有する。収容溝５１は、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位の方向、すなわちディスクロータ５の回転方向に沿って形成され転動体４１の一部分を収容する。ここでの収容溝５１は、ディスクロータ５の回転方向に対して垂直な方向の断面がＶ型の断面形状をなす。収容溝５１は、アクチュエータ３による押し付け方向に対して、転動体４１と対向しうる位置に複数本設けられる。これにより、ディスクロータ５は、ブレーキパッド４との相対変位に伴って転動体４１の回転（転動）を適正に案内することができると共に、転動体４１の一部分が収容溝５１内に収容されることで、その分、ブレーキ装置用摩擦対２の押し付け方向の厚みを薄くすることができる。

そして、このブレーキ装置１は、上記のように構成されるブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位に伴って、ディスクロータ５が保持器４２で転動体４１を回転させるための構成として、言い換えれば、車輪と共に回転するディスクロータ５によって転動体４１を回転させると共に保持器４２側で転動体４１を摩擦させるための構成として、以下の構成を有する。すなわち、保持器４２とディスクロータ５とは、ディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力が保持器４２によって転動体４１を保持する力より大きくなる構成を有する。ここでのブレーキ装置１は、ディスクロータ５と転動体４１との接触部分の摩擦係数μ１と、保持器４２と転動体４１との接触部分の摩擦係数μ２と、保持器４２の転動体４１との接触部分における接触壁面４２ａの法線とアクチュエータ３による押し付け方向とがなす角度βとの関係が所定の条件を満たすように設定されることで、上記の構成を実現している。

ここで、図６、図７、図８を参照してブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位に伴って、ディスクロータ５が保持器４２で転動体４１を回転させるための構成について詳細に説明する。なお、図７においては、ｘ軸方向はブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位方向すなわちディスクロータ５の回転方向、ｙ軸方向は転動体４１の回転軸線方向、ｚ軸方向はアクチュエータ３による押し付け方向に相当する。また、図８は、図７におけるｘ＝ｘ１のｙ−ｚ断面に相当する。

また、以下の図６、図７、図８及び下記の各数式の説明では、「Ｆ１」は転動体４１とディスクロータ５との間の摩擦力、「Ｆ２」は転動体４１と保持器４２との間の摩擦力、「Ｔ１」は転動体４１とディスクロータ５との間で発生するトルク、「Ｔ２」は転動体４１と保持器４２との間で発生するトルク、「μ１」は転動体４１とディスクロータ５との動摩擦係数、「μ２」は転動体４１と保持器４２との動摩擦係数、「Ｆ’１」は転動体４１とディスクロータ５との反力、「Ｆ’２」は転動体４１と保持器４２との反力、「Ｗ」はアクチュエータ３からブレーキパッド４への押し付け力、「Ｗ’」は１つの転動体４１が受ける押し付け力、「ｌ」はトルクのアーム長、「Ｒ」は転動体４１の球半径、「α」は収容溝５１のＶ溝の半角度、「β」は保持溝４２ｂの円錐頂点角度、「ａ」は転動体４１と保持器４２との接触円半径、「Ｎ」はブレーキパッド４における転動体４１の数を表す。なお、角度α（０°＜α＜９０°）は、ディスクロータ５の転動体４１との接触部分における当接面５ａの法線とアクチュエータ３による押し付け方向とがなす角度に相当する（図６参照）。角度β（０°＜β＜９０°）は、保持器４２の転動体４１との接触部分における接触壁面４２ａの法線とアクチュエータ３による押し付け方向とがなす角度に相当する（図８参照）。

そして、上記の摩擦力Ｆ１は、Ｆ１＝μ１・Ｆ’１で表すことができる。摩擦力Ｆ２は、Ｆ２＝μ２・Ｆ’２で表すことができる。トルクＴ１は、ディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力に相当するトルクであり、車輪と共に回転するディスクロータ５によって転動体４１を回転させる際に発生するロータ付与トルクである。トルクＴ１は、Ｔ１＝Ｆ１・ｌで表すことができる。トルクＴ２は、保持器４２によって転動体４１を保持する力、言い換えれば、保持器４２によって転動体４１の回転をとめる力に相当するトルクであり、転動体４１が保持器４２で保持されながら回転することで生じる保持器制動トルクである。トルクＴ２は、Ｔ２＝Ｆ２・∫ｌ（ｚ）ｄｚで表すことができる。

ブレーキ装置１は、ディスクロータ５と転動体４１との接触部分に作用するトルクＴ１が保持器４２と転動体４１との接触部分に作用するトルクＴ２を上回ることで、つまり、Ｔ１＞Ｔ２を満たすことで、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位に伴って、ディスクロータ５が保持器４２で転動体４１を回転させることができる。

まず、反力Ｆ’１、摩擦力Ｆ１及びアーム長ｌは、それぞれ下記の数１に示す数式（１）で表すことができる（図６参照）。

したがって、トルクＴ１は、下記の数２に示す数式（２）で表すことができる。

一方、トルクＴ２は、下記の数３に示す数式（３）で表すことができる（図７、図８参照）。

ここで、ｌ²（ｙ）＝Ｒ²−ｙ²、すなわち、ｌ（ｙ）＝√（Ｒ²−ｙ²）を数式（３）に代入すると、この数式（３）を下記の数４に示す数式（４）に変形することができる。

そして、（１／Ｒ）・ｙ＝ｃｏｓ（ｔ）とおくと、ｙ→０；ｔ→π／２、ｙ→ａ＝ｓｉｎ（β）；ｔ→ｃｏｓ^-1（ｓｉｎβ）で、数式（４）を下記の数５に示す数式（５）に変形することができる。

そして、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位に伴って、ディスクロータ５が保持器４２で転動体４１を回転させるための条件は、上述のようにＴ１＞Ｔ２を満たすことであることから、数式（２）及び数式（５）をこの条件式に代入すると、当該条件式を下記の数６に示す数式（６）で表すことができる。

そして、この数式（６）の両辺からＷ’及びＲを消去することで、数７に示す数式（７）で表される条件式を得ることができる。

ブレーキ装置１は、摩擦係数μ１と摩擦係数μ２と角度βとの関係が上記の数式（７）の条件式を満たすように、保持器４２の保持溝４２ｂの形状、転動体４１の外面の摩擦係数、保持器４２の接触壁面４２ａの摩擦係数、ディスクロータ５の当接面５ａの摩擦係数などが設定される。つまり、保持器４２とディスクロータ５とは、摩擦係数μ１と摩擦係数μ２と角度βとの関係が数式（７）を満たす形状に形成される。したがって、ブレーキ装置１は、摩擦係数μ１と摩擦係数μ２と角度βとの関係が上記の数式（７）の条件を満たすように設定されることで、トルクＴ１がトルクＴ２を上回る構成、さらに言えば、車輪と共に回転するディスクロータ５によって転動体４１を回転させると共に保持器４２側で転動体４１を摩擦させるための構成を実現することができる。

上記のように構成されるブレーキ装置１は、回転するディスクロータ５にブレーキパッド４が押し付けられた際にこのディスクロータ５の回転が転動体４１に伝達されることで、転動体４１が保持器４２で回転（転動）する。つまり、ブレーキ装置１は、ディスクロータ５で転動体４１を転動させブレーキパッド４の保持器４２側で転動体４１を摩擦させることができる。ブレーキ装置１は、転動体４１が保持器４２で保持されながら回転することで、転動体４１の回転に応じて転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力（摩擦抵抗力）によって、ディスクロータ５の回転を制動する制動力を発生させることができる。ブレーキ装置１は、ブレーキパッド４とディスクロータ５とが押し付けられた状態で、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位に伴ってディスクロータ５が転動体４１を転動させる際に転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力により上記相対変位を制動することができる。この結果、ブレーキ装置１は、ディスクロータ５、ひいては車輪に所定の制動力を付与することができる。

このとき、ブレーキ装置１が発生させる制動力ｆは、数８に示す数式（８）で表すことができる。

ブレーキ装置１は、本実施形態のように接触壁面４２ａが角度βに応じて傾斜している場合、保持器４２の転動体４１との接触面の表面形状が平坦である場合の制動力（＝μ２・Ｗ）と比較して、（１／２）・［（２β／ｓｉｎ２β）＋１］倍程度の制動力ｆを発生させることができる。ブレーキ装置１は、保持器４２の転動体４１との接触面の表面形状が平坦である場合の制動力と比較して、例えば、β＝３０°で１．１倍程度、β＝４５°で１．２９倍程度、β＝６０°で１．７倍程度の制動力ｆを発生させることができ、制動性能を相対的に向上することができる。

この結果、ブレーキ装置１は、例えば、ブレーキパッド４のディスクロータ５に押し付けられる側の面の投影面積などにかかわらず、摩擦性能や耐摩耗性能などの性能を好適に設定することができる。つまり、ブレーキ装置１は、転動体４１の数、保持器４２の保持溝４２ｂの形状、転動体４１の外面の摩擦係数、保持器４２の接触壁面４２ａの摩擦係数、ディスクロータ５の当接面５ａの摩擦係数などを適宜調節することで、ブレーキパッド４の保持器４２側の投影面積にかかわらず、摩擦性能や耐摩耗性能などの性能を適正に変更することができ、これらの性能がブレーキパッド４の保持器４２側の投影面積に依存しないブレーキ装置１、ブレーキ装置用摩擦対２、ブレーキパッド４を実現できる。

例えば、ブレーキ装置１は、ディスクロータ５が転動体４１を転動させる際に転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力によりディスクロータ５の回転を制動する構成を備えることで、図９に例示するように、各転動体４１の外面全体の面積をブレーキパッド４における摩耗面積とすることができる。この結果、ブレーキ装置１は、ブレーキパッド４の保持器４２側の投影面積以上に摩耗面積を大きくすることができ、耐摩耗性能を向上することができる。

図９に例示するブレーキパッド４は、ディスクロータ５に押し付けられる側の面の長辺方向長さが１００ｍｍ、短辺方向長さが５７．２ｍｍであり、この面に縦４列、横９列、合計３６個の転動体４１が配列されている。各転動体４１は、半径が４．５ｍｍであり、隣接する転動体４１間での中心間距離が７．１５ｍｍに設定されている。従来のブレーキパッドでは、ディスクロータ５に押し付けられる側の面の寸法が図９のブレーキパッド４と同等である場合、摩耗面積Ａ１は、Ａ１＝１００×５７．２＝５７２０ｍｍ^２となる。これに対して、ブレーキパッド４では、摩耗面積Ａ２は、Ａ２＝（４／３）×π×（４．５）^３×３６＝１３７４１ｍｍ^２となり、Ａ２／Ａ１≒２．４倍の摩耗面積増加の効果をもたらす。

また、ブレーキ装置１は、ディスクロータ５が転動体４１を転動させる際に転動体４１と保持器４２との間に生じる摩擦力によりディスクロータ５の回転を制動する構成を備えることで、例えば、平面同士の摩擦によりディスクロータ５の回転を制動する場合と比較して、摩擦接触点における荷重を安定化することができ、摩擦性能を向上することができる。加えて、このブレーキ装置１は、裏金４５にアクチュエータ３による押し付け力が作用した際に、この押し付け力が分散部４７によって分散され複数の保持器４２に対してほぼ均一に作用するので、各摩擦接触点における荷重をさらに安定化することができ、摩擦性能をさらに向上することができる。またこれにより、ブレーキ装置１は、各転動体４１の摩耗状態をより均一化することができる。

以上で説明した実施形態に係るブレーキ装置１によれば、転動体４１と接触しこの転動体４１を回転可能に保持する保持器４２を有するブレーキパッド４と、転動体４１と接触して設けられブレーキパッド４との相対変位に伴って転動体４１を保持器４２で回転させるディスクロータ５と、ブレーキパッド４とディスクロータ５とを押し付けるアクチュエータ３とを備える。以上で説明した実施形態に係るブレーキ装置用摩擦対２によれば、転動体４１と接触しこの転動体４１を回転可能に保持する保持器４２を有するブレーキパッド４と、転動体４１と接触して設けられブレーキパッド４との相対変位に伴って転動体４１を保持器４２で回転させるディスクロータ５とを備える。以上で説明した実施形態に係るブレーキパッド４によれば、車輪と共に回転するディスクロータ５に押し付けられる側の面に、転動体４１と接触しこの転動体４１を回転可能に保持する保持器４２を有する。したがって、ブレーキ装置１、ブレーキ装置用摩擦対２、ブレーキパッド４は、例えば、ブレーキパッド４のディスクロータ５に押し付けられる側の面の投影面積などにかかわらず、好適に性能を設定することができる。

なお、以上で説明したブレーキ装置１は、保持溝４２ｂが円錐形状に形成されるものとして説明したが、これに限らず、図１０に示すように直方体形状や立方体形状であってもよいし、図１１に示すように三角柱形状であってもよい。

また、以上で説明したブレーキ装置１は、保持器４２が保持溝４２ｂを有するものとして説明したが保持面が平坦であってもよい。この場合、ブレーキ装置１は、転動体４１とディスクロータ５との摩擦係数と、転動体４１と保持器４２との摩擦係数とを適宜調節することで、トルクＴ１がトルクＴ２を上回る構成、さらに言えば、車輪と共に回転するディスクロータ５によって転動体４１を回転させると共に保持器４２側で転動体４１を摩擦させるための構成を実現すればよい。

また、以上で説明したブレーキ装置１は、ディスクロータ５が当接面５ａに収容溝５１を有するものとして説明したがこれに限らず、図１２に示すように、当接面５ａが平坦であってもよい。

また、以上で説明したブレーキ装置１は、転動体４１が球体であるものとして説明したがこれに限らない。転動体４１は、ブレーキパッド４とディスクロータ５との相対変位の方向、すなわち、ディスクロータ５の回転方向に回転可能なものであれば、図１３に示すように、樽形状や紡錘形状、あるいは、円柱形状のコロであってもよい。

また、以上で説明したブレーキ装置１は、弾性部材４６や分散部４７を備えない構成であってもよい。また、分散部４７は、弾性部材４６がシート状のゴム部材である場合には、逃げ部４５ａを設けなくても十分な押し付け力分散効果を得ることができる。

［実施形態２］
図１４は、実施形態２に係るブレーキ装置における温度と摩擦係数との関係を表す線図、図１５は、実施形態２に係るブレーキ装置における温度とトルクとの関係を表す線図である。実施形態２に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドは、状況に応じてトルクＴ１とトルクＴ２との大小関係が逆転する点で実施形態１とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。また、主要な構成については、実施形態１で説明した図を適宜参照する（以下の実施形態でも同様である）。

図１４、図１５で説明する本実施形態のブレーキ装置２０１、ブレーキ装置用摩擦対２０２及びブレーキパッド２０４は、保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じてディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力と保持器４２によって転動体４１を保持する力との大小関係が逆転する構成を有する。上述のように、ディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力は、トルクＴ１に相当し、保持器４２によって転動体４１を保持する力は、トルクＴ２に相当する。つまり、本実施形態の保持器４２とディスクロータ５とは、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係が逆転する構成を有する。

本実施形態の保持器４２とディスクロータ５とは、保持器４２の接触壁面４２ａの摩擦係数、ディスクロータ５の当接面５ａの摩擦係数が保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じて変化することで、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係が逆転する構成を実現している。

ディスクロータ５は、図１４に点線Ｌ１１で示すように、転動体４１との接触部分の摩擦係数が保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じて低下するように構成される。ディスクロータ５は、全体が温度上昇に応じて摩擦係数が低下する素材で構成されてもよいし、当接面５ａに温度上昇に応じて摩擦係数が低下する表面処理が施されていてもよい。保持器４２は、図１４に実線Ｌ１２で示すように、転動体４１との接触部分の摩擦係数が保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じて上昇するように構成される。保持器４２は、全体が温度上昇に応じて摩擦係数が上昇する素材で構成されてもよいし、接触壁面４２ａに温度上昇に応じて摩擦係数が上昇する表面処理が施されていてもよい。

上記のように構成されるブレーキ装置２０１は、ディスクロータ５で転動体４１を転動させブレーキパッド４の保持器４２側で転動体４１を摩擦させると、この摩擦熱によって、保持器４２、転動体４１の温度が上昇する。すると、ブレーキ装置２０１は、保持器４２、転動体４１の温度上昇に伴って、図１４の点線Ｌ１１に示すように、ディスクロータ５と転動体４１との接触部分の摩擦係数が低下する一方、図１４の実線Ｌ１２に示すように、保持器４２と転動体４１との接触部分の摩擦係数が上昇する。そして、ブレーキ装置２０１は、図１５の点線Ｌ２１に示すように、温度の上昇に伴って、すなわち、ディスクロータ５と転動体４１との接触部分の摩擦係数の低下に伴って、トルクＴ１が低下する。また、ブレーキ装置２０１は、図１５の実線Ｌ２２に示すように、温度が上昇に伴って、すなわち、保持器４２と転動体４１との接触部分の摩擦係数の上昇に伴って、トルクＴ２が上昇する。これにより、ブレーキ装置２０１は、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係を逆転させることができる。

この結果、ブレーキ装置２０１は、保持器４２、転動体４１の温度が所定の温度ｔ１１に達すると、トルクＴ１がトルクＴ２以下、すなわち、Ｔ１≦Ｔ２となる。これにより、ブレーキ装置２０１は、転動体４１の回転が停止し保持器４２側での転動体４１の摩擦が停止し、ディスクロータ５側で転動体４１が摩擦するようになる。つまり、ブレーキ装置２０１は、保持器４２、転動体４１の温度が所定の温度以上に上昇すると、転動体４１の保持器４２での回転が停止することで、ディスクロータ５の回転に応じてディスクロータ５と転動体４１との間に生じる摩擦力（摩擦抵抗力）によって、ディスクロータ５の回転を制動する制動力を発生させる。このとき、ブレーキ装置２０１は、転動体４１の保持器４２での回転が停止し、転動体と４１と保持器４２との摩擦が停止することで、保持器４２側への摩擦熱の伝熱を抑制することができ、ブレーキパッド２０４側の温度上昇を抑制することができる。よって、ブレーキ装置２０１は、例えば、いわゆるベーパロック現象の発生を確実に防止することができる。

以上で説明した実施形態に係るブレーキ装置２０１、ブレーキ装置用摩擦対２０２、ブレーキパッド２０４によれば、保持器４２とディスクロータ５とは、保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じてディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力と保持器４２によって転動体４１を保持する力との大小関係が逆転する構成を有する。したがって、ブレーキ装置２０１、ブレーキ装置用摩擦対２０２、ブレーキパッド２０４は、ブレーキパッド２０４側の温度上昇を抑制することができる。

なお、以上の説明では、保持器４２の接触壁面４２ａの摩擦係数とディスクロータ５の当接面５ａの摩擦係数との両方が保持器４２又は転動体４１の温度上昇に応じて変化するものとして説明したが、これに限らず、どちらか一方だけであってもよい。

［実施形態３］
図１６は、実施形態３に係るブレーキ装置の保持器について説明する模式図、図１７は、実施形態３に係るブレーキ装置における温度と角度との関係を表す線図、図１８は、実施形態３に係るブレーキ装置における温度とトルクとの関係を表す線図である。実施形態３に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドは、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係を逆転させるための構成が実施形態２とは異なる。

図１６、図１７、図１８で説明する本実施形態のブレーキ装置３０１、ブレーキ装置用摩擦対３０２及びブレーキパッド３０４は、保持器４２にかえて保持器３４２を備える。本実施形態の保持器３４２は、転動体４１との接触部分における接触壁面４２ａの法線とアクチュエータ３による押し付け方向とがなす角度βが保持器３４２又は転動体４１の温度上昇に応じて大きくなることで、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係が逆転する構成を実現している。

本実施形態の保持器３４２は、図１６に示すように、例えば、保持器３４２自体の熱膨張を利用して角度βが大きくなる構造とする。保持器３４２は、線膨張係数が方向によって異なるいわゆる異方性を有する素材、例えば複合材料などによって構成される。この場合、保持器３４２は、転動体４１の回転軸線に沿った方向の熱膨張率が相対的に小さくなる一方、アクチュエータ３による押し付け方向の熱膨張率が相対的に大きくなるように構成される。

上記のように構成されるブレーキ装置３０１は、保持器３４２、転動体４１の温度上昇に伴って、図１７の点線Ｌ３１に示すように、当接面５ａ側の角度αがほぼ一定であるものの、図１７の実線Ｌ３２に示すように、保持器３４２の角度βが大きくなる（図１６の角度β’参照）。そして、ブレーキ装置３０１は、図１８の点線Ｌ４１に示すように、トルクＴ１が一定であるものの、図１８の実線Ｌ４２に示すように、温度の上昇に伴って、すなわち、保持器３４２の角度βの増加に伴ってトルクＴ２が上昇する。これにより、ブレーキ装置３０１は、トルクＴ１とトルクＴ２との大小関係を逆転させることができる。

この結果、ブレーキ装置３０１は、保持器３４２、転動体４１の温度が所定の温度ｔ２１に達すると、トルクＴ１がトルクＴ２以下、すなわち、Ｔ１≦Ｔ２となり、保持器３４２側での転動体４１の摩擦が停止し、ディスクロータ５側で転動体４１が摩擦するようになる。

以上で説明した実施形態に係るブレーキ装置３０１、ブレーキ装置用摩擦対３０２、ブレーキパッド３０４によれば、保持器３４２とディスクロータ５とは、保持器３４２又は転動体４１の温度上昇に応じてディスクロータ５によって転動体４１を回転させる力と保持器３４２によって転動体４１を保持する力との大小関係が逆転する構成を有する。したがって、ブレーキ装置３０１、ブレーキ装置用摩擦対３０２、ブレーキパッド３０４は、ブレーキパッド３０４側の温度上昇を抑制することができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドは、上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

以上の説明では、ブレーキパッド４が第１部材であり、ディスクロータ５が第２部材であるものとして説明したが、これに限らず、ディスクロータが第１部材、ブレーキパッドが第２部材であってもよく、すなわち、ディスクロータ側に設けられる保持器に転動体が保持される構成であってもよい。この場合、転動体は、ブレーキパッドとディスクロータとの相対変位に伴ってブレーキパッドによって転動され、ディスクロータの保持器と転動体との間に生じる摩擦抵抗力によって車輪に制動力を付与することが可能となる。

以上のように本発明に係るブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドは、車両に用いられる種々のブレーキ装置、ブレーキ装置用摩擦対及びブレーキパッドに適用して好適である。

１、２０１、３０１ ブレーキ装置
２、２０２、３０２ ブレーキ装置用摩擦対
３ アクチュエータ（押付機構）
４、２０４、３０４ ブレーキパッド（第１部材）
５ ディスクロータ（第２部材）
５ａ 当接面
４１ 転動体
４２、３４２ 保持器
４２ａ 接触壁面
４２ｂ 保持溝
４５ 裏金（支持部材）
４６ 弾性部材
４７ 分散部
５１ 収容溝

Claims (13)

1. 転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器を有する第１部材と、
   前記転動体と接触して設けられ前記第１部材との相対変位に伴って前記転動体を前記保持器で回転させる第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材とを押し付ける押付機構とを備え、
   前記第１部材と前記第２部材とが押し付けられた状態で、前記第１部材と前記第２部材との相対変位に伴って前記第２部材が前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする、
   ブレーキ装置。
2. 前記第１部材は、車輪と共に回転不能であり、
   前記第２部材は、前記車輪と共に回転可能である、
   請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 前記保持器と前記第２部材とは、前記第２部材によって前記転動体を回転させる力が前記保持器によって前記転動体を保持する力より大きくなる構成を有する、
   請求項１又は請求項２に記載のブレーキ装置。
4. 前記保持器と前記第２部材とは、前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて前記第２部材によって前記転動体を回転させる力と前記保持器によって前記転動体を保持する力との大小関係が逆転する構成を有する、
   請求項３に記載のブレーキ装置。
5. 前記保持器は、前記転動体との接触部分の摩擦係数が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて上昇する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
6. 前記第２部材は、前記転動体との接触部分の摩擦係数が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて低下する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
7. 前記保持器は、前記転動体を保持する保持溝を有する、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
8. 前記転動体は、球体であり、
   前記保持溝は、円錐形状又は円錐台形状であり、
   前記保持器と前記第２部材とは、前記第２部材と前記転動体との接触部分の摩擦係数μ１と、前記保持器と前記転動体との接触部分の摩擦係数μ２と、前記保持器の前記転動体との接触部分における壁面の法線と前記押付機構による押し付け方向とがなす角度βとの関係がμ１＞（μ２／２）・［（２β／ｓｉｎ２β）＋１］を満たすように形成される、
   請求項７に記載のブレーキ装置。
9. 前記保持器は、前記転動体との接触部分における壁面の法線と前記押付機構による押し付け方向とがなす角度が前記保持器又は前記転動体の温度上昇に応じて大きくなる、
   請求項７又は請求項８に記載のブレーキ装置。
10. 前記第２部材は、前記転動体との接触部分に前記相対変位の方向に沿って形成され前記転動体の一部分を収容する収容溝を有する、
    請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
11. 前記第１部材は、複数の前記転動体及び複数の前記保持器を有し、前記押付機構からの押し付け力が作用する支持部材と前記複数の保持器との間に前記押し付け力を分散する分散部が設けられる、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のブレーキ装置。
12. 転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器
    を有する第１部材と、
    前記転動体と接触して設けられ前記第１部材との相対変位に伴って前記転動体を前記保持器で回転させる第２部材とを備え、
    前記第１部材と前記第２部材とが押し付けられた状態で、前記第１部材と前記第２部材との相対変位に伴って前記第２部材が前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする、
    ブレーキ装置用摩擦対。
13. 車輪と共に回転するディスクロータに押し付けられる側の面に、転動体と接触し当該転動体を回転可能に保持する保持器を有し、
    前記ディスクロータに押し付けられた状態で、前記ディスクロータとの相対変位に伴って前記ディスクロータが前記転動体を回転させる際に前記転動体と前記保持器との間に生じる摩擦力により前記相対変位を制動することを特徴とする、
    ブレーキパッド。

Images