JP6500287B2 - 湿式ブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、産業車両用の湿式ブレーキシステムに関する。

従来から、フォークリフト等の産業車両にはドラムブレーキ等の乾式ブレーキシステムが用いられることが多い。そして、産業車両は運転中におけるブレーキの使用頻度が高いので、乾式ブレーキシステムの場合にはブレーキライニングの交換頻度も高く、ブレーキシステムのメンテナンス作業に多大な工数を要していた。

これに対し、乾式ブレーキと比較して耐摩耗性に優れる湿式ブレーキを用いることが特許文献１に開示されている。

特許３９７８０８４号公報

しかしながら、上記文献に記載の構成は、一般的なドラムブレーキを湿式ブレーキシステムに置き換えたものに過ぎない。すなわち、ドラムブレーキが設けられていた左右のドライブアクスルに湿式ブレーキシステムを装着している。

このため、ブレーキ交換作業や定期点検等のために分解する場合に、過大な工数を要することとなる。

そこで本発明では、交換作業等に要する工数を低減し得るブレーキシステムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、差動装置を介して駆動源の出力を左右の駆動輪に伝達する走行用動力伝達経路を備える産業車両に装着される湿式ブレーキシステムであって、ブレーキ入力軸が回転可能に挿通されるブレーキハウジングと、ブレーキハウジング内でブレーキ入力軸と一体回転する回転ブレーキ板と、ブレーキハウジング内に回転ブレーキ板と対向しかつ回転不能に配設される非回転ブレーキ板と、回転ブレーキ板と非回転ブレーキ板とを圧接させるブレーキピストンと、を含んで構成されるディスクカートリッジを備え、ブレーキ入力軸は変速機の被動軸に係合部材を介して連接された回転軸であり、かつその一部が変速機ケースから突出しており、ディスクカートリッジはブレーキ入力軸の突出部分が挿通された状態で変速機ケースの外壁に固定されており、走行用動力伝達経路上の、差動装置よりも駆動源側の一の回転軸に制動力を付与するブレーキシステムが提供される。

上記態様によれば、一箇所で制動力を付与するので、左右のドライブアクスルにブレーキシステムを配置する構成に比べて、ブレーキ交換作業等に要する工数を削減できる。

図１は、本発明のブレーキシステムを適用する変速機ケースの斜視図である。 図２は、ディスクカートリッジの外観を示す斜視図である。 図３は、本発明のブレーキシステムを適用する変速機ケースの断面図である。 図４は、ディスクカートリッジの断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、フォークリフトに搭載される変速機ケース１の外観図である。図２は本実施形態に係るブレーキシステムのディスクカートリッジ２１の外観図である。

なお、本実施形態では産業車両としてフォークリフトを例に挙げて説明するが、これに限られるわけではない。

変速機ケース１には、トルクコンバータ１０と、湿式多板クラッチからなる変速ユニット４と、油圧シリンダ等の荷役用のポンプを駆動するＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）ユニット６と、出力軸７と、が収容されている。変速ユニット４については後述する。

出力軸７は、その一部が変速機ケース１から突出しており、図示しないプロペラシャフトを介して差動装置２と連結される。差動装置２には左右の駆動輪のアクスルシャフトがスプライン結合される。また、差動装置２は、公知の歯車機構により左右の駆動輪に回転差を与えることができる。

変速機ケース１には、本実施形態に係るブレーキシステムのブレーキ入力軸３が収容されている。ブレーキ入力軸３は、変速ユニット４の被動軸１３（図３参照）にギヤまたはチェーンスプロケット等の係合部材を介して連接された回転軸であって、その一部が変速機ケース１から突出している。この突出した部分が図２に示すディスクカートリッジ２１の挿通孔２１Ａに挿通される。ディスクカートリッジ２１は、ブレーキ入力軸３が挿通された状態で変速機ケース１の外壁にボルト等により固定される。そして、作動液を供給するために、ディスクカートリッジ２１には図示しない液圧配管が接続される。

ディスクカートリッジ２１の具体的な構成については図４を参照して後述するが、ディスクカートリッジ２１はいわゆる湿式ブレーキ機構のブレーキディスク４５とブレーキパッド４４とピストン４０とを収容している。すなわち、本実施形態のブレーキシステムは、ブレーキ入力軸３を介して被動軸１３に制動力を加えるものである。被動軸１３が制動されれば出力軸７およびプロペラシャフトも制動され、結果的に駆動輪が制動されることとなる。

次に、変速機ケース１及びディスクカートリッジ２１の構造について説明する。

図３は変速機ケース１の断面図である。なお、図１ではブレーキ入力軸３がＰＴＯユニット６から独立している構成となっているが、図３はブレーキ入力軸３がＰＴＯユニット６の一部を流用した構成について示している。

変速機ケース１は、トルクコンバータ１０と、トルクコンバータ１０からの動力を変速する変速ユニット４と、トルクコンバータ１０から変速ユニット４へ動力を伝達する被動軸１３と、を含んで構成されている。トルクコンバータ１０はトルクコンバータハウジング２０に収容され、変速ユニット４はトランスミッションハウジング２５に収容されている。

トルクコンバータハウジング２０には、トルクコンバータ１０の他に、ＰＴＯ用油圧ポンプ５のポンプ軸がスプライン結合されるＰＴＯギヤ１６と、ＰＴＯギヤ１６とトルクコンバータ１０のインペラハブ２６とに歯車連結されるカウンターギヤ１５とが収容されている。

エンジンのクランクシャフト端部２２にはドライブプレート１１が連結されており、ドライブプレート１１にはトルクコンバータ１０のカバーシェル１０Ａが連結されている。これにより、エンジンの駆動力によりカバーシェル１０Ａと係合するポンプインペラ１０Ｂが回転する。また、ステータシャフト２３がトルクコンバータハウジング２０に固定され、ステータシャフト２３にワンウェイクラッチ２４を介してステータ１０Ｄが一方向にのみ回転可能に取り付けられている。タービンライナ１０Ｃは被動軸１３と連結され、被動軸１３はトランスミッションハウジング２５内に延びて変速ユニット４と連結されている。

トランスミッションハウジング２５には、変速ユニット４の他に出力軸７も収容されている。変速ユニット４で変速された動力は、図示しないカウンターギヤを介してドライブギヤ１７に伝達され、ドライブギヤ１７から出力軸７に固定支持されるドリブンギヤ１８へ伝達される。なお、出力軸７の一端には図示しないプロペラシャフトとの連結のためのフランジ１９が設けられている。

カバーシェル１０Ａと連結されたインペラハブ２６にはハブギヤ１４がスプライン結合され、ハブギヤ１４にはカウンターギヤ１５が噛み合っている。カウンターギヤ１５は、トルクコンバータハウジング２０に回転自在に支持されたカウンターシャフト１２に固定支持されている。

カウンターシャフト１２の一端は変速機ケース１から突出してブレーキ入力軸３となっており、このブレーキ入力軸３に後述するディスクカートリッジ２１が装着される。

変速ユニット４は、液圧を利用した湿式多板クラッチの接続・切り替えにより変速を行うものであり、湿式多板クラッチが接続したときに動力を出力軸７に伝達する。具体的な構成については、公知の構成と同様なので説明を省略する。

以上説明した被動軸１３、変速ユニット４、差動装置２等を含むエンジンから駆動輪までの動力伝達経路を、走行用動力伝達経路という。また、走行用動力伝達経路から分岐した、ハブギヤ１４、カウンターギヤ１５、ＰＴＯギヤ１６等を含む動力伝達経路を、架装用動力伝達経路という。

図４はディスクカートリッジ２１の断面図である。

ブレーキハウジング２１Ａ内には、ブレーキパッド４４とブレーキディスク４５とが収容されるブレーキ収容部４６と、ピストン４０が収容されるピストン収容部４７と、が形成されている。

ブレーキディスク４５は、内周部にキー溝を有する円環状の部材である。ブレーキ収容部４６には、複数枚のブレーキディスク４５が、キー溝とブレーキ入力軸３の外周部に設けたキーとが係合するようにブレーキ入力軸３の回転軸方向に沿って配置されている。したがって、ブレーキディスク４５はブレーキ入力軸３と一体として回転し、また、キー溝に沿ってブレーキ入力軸３の軸方向に移動可能である。

ブレーキパッド４４は円環状の部材であり、各ブレーキディスク４５を挟むように配置されている。ブレーキ収容部４６には、ブレーキ入力軸３の回転軸と平行かつブレーキディスク４５と干渉しないようにピン４３が配置されている。ブレーキパッド４４の外周部には、ピン４３と係合する係合部４４Ａが設けられている。したがって、ブレーキパッド４４はブレーキ入力軸３に対して相対回転不能であり、また、ピン４３に沿ってブレーキ入力軸３の軸方向に移動可能である。なお、図中にはピン４３が一本のみ記載されているが、円周方向に複数本のピン４３を配置しても構わない。

また、ピン４３の外周の、ブレーキディスク４５を挟んで隣り合うブレーキパッド４４の係合部４４Ａの間には、図示しない反力部材（例えばＯリングや皿バネ等の弾性力を有する部材）が外嵌されている。これにより、ブレーキペダルが踏み込まれていない状態では、隣り合うブレーキパッド４４とブレーキディスク４５との間に隙間が確保されている。

ピストン４０はピストン収容部４７にブレーキ入力軸３の軸方向に移動可能に収容されている。ピストン収容部４７には、ピストン４０をブレーキ収容部４６から遠ざかる方向に付勢するリターンスプリング４２も収容されている。

また、ピストン収容部４７は、図示しない液圧配管からブレーキ液が供給されるブレーキ液圧室４１としても機能する。

運転者がブレーキペダルを踏み込むと、踏み込み量に応じたブレーキ液が図示しないマスターシリンダからブレーキ液圧室４１に供給される。これによりブレーキ液圧室４１内の圧力が上昇して、リターンスプリング４２の付勢力に抗してピストン４０がブレーキ収容部４６側へ移動する。移動したピストン４０のブレーキ収容部４６側の端部（以下、先端部ともいう）は、ピストン４０に最も近い位置にあるブレーキパッド４４と接触し、ブレーキパッド４４を図中右側へ押圧する。ブレーキ入力軸３の軸方向に移動可能なブレーキパッド４４は、ピストン４０に押圧されることで反力部材の弾性力に抗して図中右側へ移動し、隣り合うブレーキディスク４５と接触する。ブレーキディスク４５もブレーキ入力軸３の軸方向に移動可能なので、接触したブレーキパッド４４とともに図中右側へ移動し、ピストン４０に二番目に近いブレーキパッド４４と接触する。以降、この動作が繰り返され、最終的には図中右端のブレーキパッド４４がブレーキ収容部４６の内壁面と当接して図中右側への移動が制限される。上記のようにブレーキ入力軸３に対して相対回転可能なブレーキパッド４４とブレーキ入力軸３に対して相対回転不能なブレーキディスク４５とが接触することにより、ブレーキ入力軸３に対して制動力が作用することとなる。

運転者がブレーキペダルから足を離すと、ブレーキ液圧室４１の圧力が低下して、ピストン４０はリターンスプリング４２の付勢力によって図中左側へ移動し、その先端部がブレーキパッド４４から離れる。ピストン４０による押圧力が作用しなくなると、各ブレーキパッド４４は反力部材の弾性力によって図中左側へ移動し、隣り合うブレーキパッド４４とブレーキディスク４５との間に隙間が生じて、ブレーキ入力軸３に制動力が作用しなくなる。

次に、本実施形態のブレーキシステムの作用及び効果について説明する。

（１）上述した動作によってブレーキ入力軸３に制動力が作用すると、カウンターギヤ１５及びハブギヤ１４を介してブレーキ入力軸３と連接される被動軸１３にも制動力が作用する。つまり、本実施形態のブレーキシステムは、走行用動力伝達経路上で差動装置２よりもエンジン側の回転軸である被動軸１３に制動力を付与させるものといえる。

被動軸１３に制動力が作用すれば、走行用動力伝達経路上の被動軸１３よりも駆動輪側の各回転部材にも制動力が作用し、結果的に駆動輪に制動力が作用する。停車する場合には、ブレーキ入力軸３の回転が止まるまで制動力をかければよい。左右の駆動輪に回転差が無い状態でプロペラシャフトの回転が止まれば、差動装置２は各ドライブシャフトの回転を許容しないので、停車することができる。

なお、本実施形態の構成では、制動中に左右の駆動輪に回転差が生じ得るが、これは一般的な車両においていわゆるエンジンブレーキを作用させた場合でも同じであり、走行に支障はない。また、差動装置２は、プロペラシャフトの回転が止まっている状態でも左右の駆動輪が互いに逆向きに回転するモードを許容するが、そのようなモードは、その場で旋回できる程度に大きな操舵輪の切れ角を有する特殊な車両でのみ実施可能なモードであり、本実施形態を適用する車両では生じ得ないモードである。

上記のように、本実施形態は走行用動力伝達経路上で差動装置２よりもエンジン側の回転軸に制動力を付与する構成なので、一つのブレーキ装置（ディスクカートリッジ２１）で車両を制動することができる。すなわち、本実施形態の構成は、左右のアクスルハウジングにそれぞれブレーキ装置を設ける構成（以下、従来の構成ともいう）に比べると、ブレーキ装置の数が減った分だけ、点検や交換のための分解作業に要する時間を短縮できる。

また、フォークリフトのような産業車両は、最高速度が２０ｋｍ/ｈ程度と低いことに加え、操舵輪の切れ角が大きいという特徴を有する。そして、従来の構成では、低μ路で旋回中にブレーキ操作をすると左右両輪がロックするおそれがある。車輪がロックしてしまうと、車両は操舵方向には進まなくなり、運転者の想定していた走行ラインよりも外側に膨らんだ走行ラインをとる。これに対して本実施形態のように走行用動力伝達経路上の差動装置２よりもエンジン側に制動力を付与する構成では、差動装置２が左右の車輪の差動を許容するので、制動力を付与した場合に車輪はロックし難い。このように車輪がロックし難いという特性は、一方の車輪が低μ路、他方の車輪が通常路を通る場合も同様であり、一方の車輪だけがロックしてスピンモードに陥るという事態を回避することができる。このように、本実施形態の構成によれば、運転者の想定していた走行ラインから外れることなく旋回することができる。すなわち、本実施形態の構成は、従来の構成に比べて、旋回性に優れる。

（２）本実施形態ではブレーキパッド４４、ブレーキディスク４５及びピストン４０を収容したディスクカートリッジ２１を変速機ケース１に外付けする構成としたので、点検や交換が容易である。例えば、交換用のディスクカートリッジ２１を予め準備しておけば、ディスクカートリッジ２１を交換するだけでブレーキパッド４４等の交換作業が完了する。これにより、定期交換作業等のためにフォークリフトの稼働時間が減少することを抑制できる。

（３）図３の構成では、架装用動力伝達経路上のカウンターシャフト１２の一部を変速機ケース１から突出させて、ディスクカートリッジ２１に挿通されるブレーキ入力軸３として兼用している。したがって、従来からあるフォークリフト用の変速機に対する部品の追加や設計変更によるコストアップを抑制できる。

さらに、図３の構成では変速ユニット４よりもエンジン側で制動力を付与することになる。つまり、変速ユニット４で変速される前の位置で制動力を付与する構成である。これにより、変速された後の位置、例えばドライブアクスルのようにタイヤに近い位置で制動力を付与する場合に比べて、制動に必要な力は小さくて済むので、ブレーキパッド等を小径化したり、枚数を低減することが可能となり、ブレーキシステムの大型化及びこれに伴うコストアップを抑制できる。また、ブレーキシステムの大型化が抑制されることにより、ディスクカートリッジ２１を外付けすることによる変速機ケース１の車両への搭載性悪化を抑制できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

例えば、上記の実施形態では駆動源が内燃エンジン（以下、単に「エンジン」という）であるフォークリフトについて説明したが、駆動源は電動モータであってもよい。

また、上記の実施形態ではブレーキパッド４４等を収容したディスクカートリッジ２１を変速機ケース１に外付けする構成について説明したが、ディスクカートリッジ２１を変速機ケース１に内蔵する構成であってもよい。さらには、カートリッジ式ではなく、ブレーキパッド４４等の個々の部品を変速機ケース１内に配置する構成であってもよい。これらの構成でも上述した（１）の作用効果を奏する。

また、図１に示すようにブレーキ入力軸３が架装用動力伝達経路とは独立して設けられている構成であっても、上述した（１）、（２）の作用効果を奏する。

１ 変速機ケース
２ 差動装置
３ ブレーキ入力軸
４ 変速ユニット
６ ＰＴＯユニット
１０ トルクコンバータ
１２ カウンターシャフト
１３ 被動軸
２１ ディスクカートリッジ
４０ ピストン
４３ ピン
４４ ブレーキパッド
４５ ブレーキディスク

Claims (2)

1. 差動装置を介して駆動源の出力を左右の駆動輪に伝達する走行用動力伝達経路を備える産業車両に装着される湿式ブレーキシステムにおいて、
   ブレーキ入力軸が回転可能に挿通されるブレーキハウジングと、
   前記ブレーキハウジング内で前記ブレーキ入力軸と一体回転する回転ブレーキ板と、
   前記ブレーキハウジング内に前記回転ブレーキ板と対向しかつ回転不能に配設される非回転ブレーキ板と、
   前記回転ブレーキ板と前記非回転ブレーキ板とを圧接させるブレーキピストンと、
   を含んで構成されるディスクカートリッジを備え、
   前記ブレーキ入力軸は変速機の被動軸に係合部材を介して連接された回転軸であり、かつその一部が変速機ケースから突出しており、
   前記ディスクカートリッジは前記ブレーキ入力軸の突出部分が挿通された状態で前記変速機ケースの外壁に固定されており、
   前記走行用動力伝達経路上の、前記差動装置よりも駆動源側の一の回転軸に制動力を付与することを特徴とする湿式ブレーキシステム。
2. 請求項１に記載の湿式ブレーキシステムにおいて、
   前記ブレーキ入力軸は、前記走行用動力伝達経路から分岐して架装装置へ動力を伝達する架装用動力伝達経路上の回転軸であることを特徴とする湿式ブレーキシステム。

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