JP6001165B2 - 粒子捕捉機を備えたブレーキアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、とりわけ道路車両もしくはレール車両に使用することを目的とした無公害ブレーキアセンブリに関する。本発明は特に、摩擦ブレーキによって排出される摩耗に起因した粒子および埃を吸引することによって捕捉することが可能なブレーキアセンブリに関する。これらの粒子が周囲環境に放出された場合に、健康に有害であることが知られている。

摩擦ブレーキの摩耗に起因した埃粒子を捕捉するためのシステムまたはデバイスは、特に特許文献１および特許文献２においてすでに提案されている。これらの既知の解決策は実行するのには複雑であり、ブレーキディスクの適切な冷却、したがってブレーキ性能において悪影響を与える。

仏国特許第２８１５００９号明細書 米国特許第８１９１６９１号明細書

したがって、前述の欠点のいくつかまたはすべてを排除するために、ブレーキに起因した埃および粒子を捕捉するための解決策を改善する必要がある。

この目的のために、本発明は無公害ブレーキアセンブリを提案しており、このブレーキアセンブリは、
ロータと、
ロータにブレーキをかけるために、ロータに対して押し付けられることを目的とした可動式パッドであって、摩耗に起因した粒子を放出する可能性を有する摩擦材を具備した可動式パッドと、
粒子を吸引するための自立した吸引デバイスと、を具備し、この吸引デバイスは、
入口開口部と、
粒子を収集するための収集チャンバと、
入口開口部から収集チャンバに通じたパイプと、
粒子を吸引し、且つそれらを収集チャンバ内へと進行させる、ローラのロータへの押し付けを利用して、ロータによって駆動されたインペラと、を具備しており、
入口開口部はパッドおよびロータの直近に配置され、吸引デバイスはパッドの近傍に統合され、粒子は粒子が放出される位置の可能な限り近くで捕捉される。

これらの手段を伴って、吸引デバイスは粒子が放出される位置の可能な限り近くで粒子を捕捉し、粒子の捕捉のためにロータを収容することを回避している。本発明においては、ロータ冷却は吸引デバイスの存在によって概略低下されておらず、したがって、ブレーキ性能は吸引デバイスの存在によって影響されない。

さらに、寸法が減じられた吸引デバイスは、ロータの周囲に、特にブレーキパッドの近傍に良好に統合されることを可能にしている。

さらに、吸引デバイスの構成は特に単純であり、インペラ駆動手段は外部動力源および保守を必要としない。実際に、吸引デバイスは外部パイプ、外部接続を必要とせず、したがって自立しており、このことは信頼性において有利である。

本発明の多様な実施形態においては、１つ以上の以下の特徴が使用されてもよい。
ロータ面に対する入口開口部の高さは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの間、好適に約１ｍｍであってよく、この特徴は収集される粒子の量を最大化している。
入口開口部の周方向寸法は、１０ｍｍよりも小さく、好適に約４ｍｍであってよく、ブレーキ性能への影響が最小化されている。
ローラは、ロータのパッドによって掃かれる領域の外側を押圧することが可能であり、これによって駆動ローラはパッドによって掃かれるロータ面に影響を与えず、ブレーキ性能を低下させない。
デバイスはチェックバルブをさらに具備してもよく、収集チャンバからの粒子の任意の逆流を防止しており、これによってバックする動作の場合の所望されない逆動作を防止している。
インペラおよびローラは同軸に配置されてもよく、寸法および製造コストが最小化されている。
収集チャンバはフィルタまたは繊維媒体を具備してもよく、すべての粒子がフィルタ内に捕捉される。
収集デバイスは、支持ブラケットを利用してキャリパまたはブレーキアンカープレートに接続されており、これによってデバイスの組み込みを容易にしている。
収集デバイスは、ロータに向かった付勢力を伴って、キャリパまたはブレーキアンカープレートに接続されており、ローラのロータ上における支持圧力は適切に制御されている。
デバイスは、ロータディスクの反対側に対称に配置された、補助的な入口開口部をさらに具備してもよく、１つのインペラのみがディスクの両側を処理するために必要とされる。
インペラは、入口開口部と内部にフィルタを備えた収集チャンバとの間に好適に挿入されてもよく、これによってインペラが空気をフィルタ内に押し込む（およびフィルタから空気を吸わない）ために、吸引損失は減少されている。

本発明の他の特徴、目的、および利点は、非限定的な実施例を通じて与えられた、本発明の２つの実施形態の以下の記載から明らかになるだろう。本発明は添付図を参照することによってもより良好に理解されるだろう。

吸引デバイスを備えた、本発明の第１実施形態によるブレーキアセンブリを示した側面図である。 図１のブレーキアセンブリを概略的に示した斜視図である。 図１の吸引デバイスを示した部分的な縦断面図である。 吸引領域の詳細を示した断面図である。 吸引デバイスを備えた、本発明の第２実施形態によるブレーキアセンブリを示した側面図である。 本発明の第１実施形態を変化させたブレーキアセンブリを概略的に示した斜視図である。

様々な図において、同様の参照符号は同一または類似の要素を示している。

図１は、ディスクブレーキ構造に関する本発明の第１実施形態によるブレーキアセンブリ２を示している。そのようなディスクブレーキ構造は、自動車、商用車、大型トラック、バス、レール車両、および二輪車において非常に普及している。この構造において、ブレーキ動作は「ディスク」と称されるロータに作動され、ディスクはホイールのリムを備えた、または軸を備えた剛体であるが、ホイールリム自身とは異なっている。

しかしながら、本発明はブレーキ構造にも関し、この構造においては、ブレーキは例えば路面軌道電車、地下鉄、または従来の電車のような鉄道車両に使用されるホイールリムに直接作動する。本発明をドラムブレーキのような他の構造に応用することも可能である。

特に都市の領域において、自動車交通の増大により、ブレーキシステムによって排出される粒子の量が増大している。医学的研究は、人々の呼吸器官および一般的な健康に対するこれらの粒子の毒性を確認している。したがって、これらの粒子の環境への放出を顕著に減少することが重要であり、それが本発明の目的である。

可能であればいつでも、回生ブレーキまたは渦電流ブレーキのような無摩擦ブレーキシステムを使用する努力さえも、摩擦ブレーキシステムを完全に排除することができず、それは摩擦ブレーキシステムがすべての速度において有効であり、静止している間に自動車をその場に維持するために使用されることが可能なためである。

摩擦ブレーキは回転軸Ｘの周りに回転するロータをベースにしており、そのロータに対してパッドが押し付けられて減速するための摩擦を生じる一方で、動的エネルギを熱に変換する。問題のロータはホイールリム自身、またはブレーキ機能に寄与するディスクであってもよく、これは前述のとおりである。

図１〜４に示された実施例においては、ブレーキアセンブリ２は、ブレーキがかけられるホイール（またはブレーキがかけられる軸のホイール）に堅固に固定された、均一な厚さのディスク形状のロータ６、およびこのロータにブレーキをかけるためにロータ上に軸方向Ｘにおいて押圧されることを目的とされたパッド５を具備し、パッド５はブレーキキャリパ４に対して移動可能に組み付けられている。図示された従来の構成においては、実際に２つのパッド５が存在し、それらはピストン７の影響によって互いに向かって付勢され、ロータを挟み込み、これによってホイールの軸方向Ｘに平行な力を生じることが可能である。図２においては、ディスクの上に配置された要素のみが示されており、第２パッドは図示されていない。

各ブレーキパッド５（または「ブレーキシュー」）は、金属基体５０および摩擦体５１を具備し、摩擦体５１は摩擦による摩耗に起因した粒子３０を放出する可能性を有する摩擦材３を具備している。

図示されていない他の構造においては、ホイール軸Ｘの方向に径方向力を負荷する１つのみのパッドが存在していてもよく、例えばそれは従来の鉄道車両に使用されており、ブレーキ力がホイールリムの周囲の環状領域に発生する。この場合、実際には「キャリパ」ではなく、むしろパッドサポート４´である。

より具体的には、ブレーキアセンブリ２は、ブレーキに起因した摩耗の残差を構成した埃および粒子を捕捉することが可能な吸引デバイス１を含んでいる。吸引デバイス１は小型化されており、キャリパ４の直近の周囲に容易に統合される。

より詳細には、吸引デバイス１は、
パッド５およびロータ６の直近に配置された入口開口部１１と、
摩擦材３の粒子を収集するための収集チャンバ１３であって、フィルタを具備したチャンバ１３と、
入口開口部１１から収集チャンバ１３に通じたパイプ１２であって、場合により「ケース」または「ハウジング」と称されるパイプ１２と、
入口開口部１１を通じて粒子を吸引し、それらを収集チャンバ内へと進行させる、ロータを押圧したローラ１５を利用してロータによって駆動されたインペラ１４であって、パイプ１２の内側に配置されたインペラ１４と、を具備している。

入口開口部１１（「入口ポート」とも称され得る）は、図示されたようにロータ面６０に平行な面に配置された口部２１であり、したがってロータの軸Ｘに直交している。この口部２１は好適にロータの面から５ｍｍよりも近く、より好適にロータの面から２ｍｍよりも近くに配置されている。

図４に示されたように、ロータ面に対する入口開口部１１の口部２１の高さＨは、０．５ｍｍ〜２ｍｍの間で、特に１ｍｍに選択され、粒子の吸引を最適化している一方で、ディスクとの接触を回避し、非常に高温となり得るディスクと接触する口部のプラスチック材料の劣化を防止し得る。

入口開口部１１の口部２１は略長方形の形状であり、例えば一般的に３ｃｍ〜６ｃｍの、パッドに掃かれるロータの半径方向距離Ｄの全体にわたって半径方向に延び、且つ１０ｍｍよりも小さい、好適に５ｍｍよりも小さい距離Ｅだけ周方向に延びている。特に、約４ｍｍの周方向の寸法が選択されてもよい。壁の厚さは、この周方向の寸法Ｅに対して小さくされていることが理解される。

入口開口部１１は、パッド５の摩擦体５１の下流の周方向の距離Ｋの位置に配置されており（図４参照）、その距離は好適に２ｍｍ〜１０ｍｍの間であり、約５ｍｍの最適距離Ｋを選択することが可能である。入口開口部１１がパッド５の摩擦体５１の下流側端縁に平行な場合、距離Ｋは一定であるが、特に開口部１１が径方向に整列されていた場合、もしくはパッド５の摩擦体５１の下流側端縁が厳密に径方向でない場合、それ以外となり得る。

これまでに挙げられた寸法によって、入口開口部１１の口部２１の面積は５ｃｍ^２よりも小さく、好適に２ｃｍ^２よりも小さくなり得る。この規則において、入口開口部の存在はロータの冷却の効果に対して無視できる。

粒子３０は放出された位置においてパッド５とロータ面６０との間の界面で直接吸引されるので、このことはロータの部分を収容する任意の追加の要素の組み込みの必要性を排除し、したがって冷却性能を維持している。

したがって、磁気的であろうと非磁気的であろうと、ブレーキの摩耗によるほぼすべての粒子３０、特に全粒子の９５％以上を吸引することが可能である。任意のサイズの粒子または埃が捕捉され、マイクロメータおよびナノメータの寸法のものさえも含まれる。

有利な態様においては、ローラ１５からの押し付けはパッドによって掃かれる領域６５の外側に配置された環状領域６６上に生じ（図３）、パッドによって掃かれるロータ面６０と干渉することなく、したがってブレーキ性能へのローラ１５の存在の影響を最小化している。

好適な態様においては、インペラ１４およびローラ１５は、ホイール軸Ｘに直交したインペラ軸Ｙに関して同軸に配置されている。

図示された例におけるインペラ１４は、インペラハウジング１７内に配置されたベアリング１６に回転可能に組み付けられている。インペラは、収集チャンバ１３に向かって空気を流すように作用する遠心力動作を発生するための複数のブレード２４、およびベアリング１６に受容され且つローラと接続するための端部１９を備えた中心シャフト１８を具備している。図示された実施例においては、インペラ直径は５ｃｍであるが、この直径はディスクとホイールリムとの間に得られる空間によって、ならびにインペラの軸長さ、およびパッド５のサイズおよび考慮されたブレーキ機器に関連した吸引条件によっても調節されることが可能である。

駆動ローラ１５はシャフト１８の接続端部１９に組み付けられ、軸Ｙに関してインペラとともに回転する。ローラの周端６６は、ロータの面を押圧している。駆動ローラ１５は例えばアルミニウム製であるが、高性能プラスチックも選択され得る。軸Ｙは軸Ｘを通過し、ローラが最小抵抗とともに回転することを可能にしている。

有利な態様においては、インペラ１４およびローラ１５は、例えば高温プラスチック材料によって形成された単一部品を形成することも可能である。

パイプ１２およびハウジング１７はＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）プラスチックから形成されてもよく、入口開口部１１は例えば高温ＰＶＣもしくはフッ化ビニリデン樹脂もしくはＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）から形成されてもよく、２５０℃を越えるまたは３００℃を越える温度に耐えられるものである。

連結アセンブリの動作がここに説明される。ロータが回転すると、特に自動車の前進動作に対応した回転「Ｆ」の方向において、ローラ１５は回転され、これによってインペラを駆動する。次いで、遠心インペラは入口開口部において負圧を生じさせる。

ローラの直径およびインペラの容量を調節して、粒子の排出速度に対応した、概略ロータ面の線形速度である吸引速度を得ることが可能である。この吸引速度が最適値に対応していることを出願人は見出しており、その速度はすべての粒子を多少なりとも捕捉することを可能にしており、摩擦材の早すぎる摩耗の原因となることが無い。高すぎる速度値は不利となり、それはパッドとロータ面との間に配置された不安定な粒子を強制的に吸引し、パッドの早すぎる摩耗に帰結するためである。

多くの可能な選択の中の特別な例においては、インペラの回転速度は自動車の５０ｋｍ／ｈの速度に関して１７０００ｒｅｖ／ｍｉｎとされることが可能であり、ディスクの直径は従来の自動車における直径である。

ブレーキ装置から放出される粒子３０の多くは、中間速度または高速度におけるブレーキの場合に生じ、低速度において放出される粒子の量はあまり顕著ではない。

随意的に好適な態様においては、吸引デバイス１はパイプに配置された、例えば入口開口部１１とインペラ１４との間、もしくは図示されたようにインペラと収集チャンバとの間に配置されたチェックバルブ９をさらに具備している。したがって、ホイールおよびロータ（したがってインペラ）が自動車のバック動作に対応した方向「Ｒ」に回転した場合、この手段は粒子が収集チャンバから吸い出されることを防止している。

もちろん、ディスクの各側に吸引デバイス１を配置することが可能であり、ディスクのいずれか一側に配置された吸引デバイスと類似の２つの吸引デバイスが対称に配置されることを意味している。

しかしながら、随意的に好適な態様においては、図６に示されたように、吸引デバイス１は補助的な入口開口部１１０を含んでいてもよく、それはロータディスクの反対側に対称に配置されている。この様式においては、単一のインペラはディスクを挟み込んだ２つのパッド５、５´からの粒子を吸引することが可能である。補助的なパイプ１２０は、ディスクの径方向外側領域を迂回することによって、補助的な開口部１１０を主パイプ１２に接続している。

吸引デバイス１の組み付けに関連して、吸引デバイスはキャリパに固定されるか、またはパッドに直接固定されてもよい。それとは異なり、吸引デバイス１はブレーキアンカープレートまたはスタブアクスルに固定され得る。図示された実施例においては、吸引デバイス１は支持ブラケット８によってキャリパに固定されている（図２参照）。吸引デバイスを軸方向Ｘに沿ったロータの方向に付勢するように、この支持ブラケット８が所定の弾性を有するように構成され得る。

有利には、そのようなロータに向かった付勢力「Ｐ」は、ローラ１５のロータ面への保持圧力を維持することに寄与しており、製造公差および組立公差にかかわらずほぼ一定である。

しかしながら、この付勢の効果は、より慣習的なバネ（図示略）を備えたアセンブリによって得られる。

有利な態様においては、吸引デバイス１の重量は５０グラムを超えることはなく、それは使用される材料に依存しており、場合によっては３０グラムである。このことはホイールアセンブリおよび自動車アセンブリの動的挙動へのデバイスの存在の影響を制限することが可能である。

図５においては、ブレーキパッドはホイール軸に向かった径方向内向きの圧力を負荷する。前述の構成のように、吸引デバイス１は、通常の移動方向「Ｆ」においてパッド５の下流に配置されており、これまでに述べたものに類似して、パッドサポート４´に固定されてもよい。

都市鉄道車両のような、双方向に移動し得る車両に関して、パッドの各側に吸引デバイスを備えることが可能であり、それらは前述のチェックバルブ９を備えている。

複数の代替案が本発明の範囲内に置いて考えられ得ることが、理解されるべきである。例えば、駆動ローラ１５はパッド５によって掃かれる領域内の環状面上に位置し得る。別の例においては、ローラはディスク端縁上に位置し得る。ローラとインペラとの間に、例えば回転速度を最適に調節するための中間ギアを備えるように、またはローラの回転軸から独立したインペラ軸を備えるように構成されることも可能である。

パイプおよびハウジングの形状はパッドの周囲の空間的制限に適合されることが可能であり、入口開口部の口部はディスク面に対してわずかに傾斜されていてもよく、入口開口部に隣接した領域は任意の適切な形状を有し得る。

収集チャンバは、図示されたものとは異なった任意の適切な位置に配置され得る。

摩擦体５１は任意の形状とすることが可能であり、不連続な要素を含んでいてもよい。

システムの保守に関して、パッドを交換する、収集チャンバを空にする、繊維フィルタを交換する、または吸引デバイスを交換することさえも計画し得る。

１ ・・・吸引デバイス
２ ・・・ディスクブレーキアセンブリ
３ ・・・摩擦材
４ ・・・ブレーキキャリパ
５ ・・・パッド
６ ・・・ロータ
８ ・・・支持ブラケット
１１ ・・・入口開口部
１２ ・・・パイプ
１３ ・・・収集チャンバ
１４ ・・・インペラ
１５ ・・・ローラ
１６ ・・・ベアリング
１７ ・・・インペラハウジング
１８ ・・・中心シャフト
２１ ・・・口部
２４ ・・・ブレード
３０ ・・・粒子
５０ ・・・金属基体
５１ ・・・摩擦体
６０ ・・・ロータ面
１１０ ・・・補助的な入口開口部
１２０ ・・・補助的なパイプ

Claims (12)

1. 無公害ブレーキアセンブリであって、
   ロータ（６）と、
   該ロータにブレーキをかけるために、該ロータに対して押し付けられることを目的とした可動式パッド（５）であって、摩耗に起因した粒子を放出する可能性を有する摩擦材を具備した可動式パッド（５）と、
   前記粒子を吸引するための自立した吸引デバイス（１）と、を具備し、該吸引デバイス（１）は、
   入口開口部（１１）と、
   前記粒子を収集し且つ捕捉するための収集チャンバ（１３）と、
   前記入口開口部から前記収集チャンバに通じたパイプ（１２）と、
   前記入口開口部を通じて粒子を吸引し、それらを前記収集チャンバ内へと進行させる、ローラ（１５）の前記ロータへの押し付けを利用して、前記ロータによって駆動されたインペラ（１４）と、を具備しており、
   前記入口開口部は前記パッドおよび前記ロータの直近に、ロータ面から５ｍｍよりも近くに配置され、前記吸引デバイス（１）は前記パッドの近傍に統合され、前記粒子は前記粒子が放出される位置の可能な限り近くで捕捉されることを特徴とするブレーキアセンブリ。
2. 前記ロータ面に対する前記入口開口部の高さ（Ｈ）は、０．５ｍｍ〜２ｍｍの間であることを特徴とする請求項１に記載のブレーキアセンブリ。
3. 前記入口開口部の周方向寸法（Ｅ）は、１０ｍｍよりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキアセンブリ。
4. 前記ローラは、前記ロータの前記パッドによって掃かれる領域の外側を押圧していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
5. チェックバルブ（９）をさらに具備し、前記収集チャンバからの粒子の任意の逆流を防止していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
6. 前記インペラおよび前記ローラは同軸に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
7. 前記収集チャンバはフィルタまたは繊維媒体を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
8. 前記収集デバイスは、支持ブラケット（８）を利用してキャリパまたはブレーキアンカープレートに接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
9. 前記収集デバイスは、前記ロータに向かった付勢力を伴って、キャリパまたはブレーキアンカープレートに接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
10. 前記ロータディスクの反対側に対称に配置された、補助的な入口開口部（１１０）をさらに具備していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
11. 前記インペラは、前記入口開口部（１１）と内部にフィルタを備えた収集チャンバ（１３）との間に挿入されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。
12. 前記ロータはディスクであり、前記ローラ（１５）は、前記パッドによって掃かれない環状領域（６６）上で前記ディスクの側面を押圧していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のブレーキアセンブリ。

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