JP6581543B2 - ブレーキキャリパー及びブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキキャリパー及びブレーキ装置に関する。

一般的に所定以上の速度で移動する車両、車いす等には、減速又は停止を目的とした制動機構が設けられる。一般的には、マスターシリンダーを用いた油圧にてブレーキキャリパーを移動して制動力を付与するものが多い。この場合、倍力装置にて踏力を増幅するとはいえ、人の力によってキャリパーを動かすものであり、人の操作力がブレーキ力に直結するため、操作インターフェイスのあり方が限定されるという問題点があった。

これに対し、近年の車両の制御技術の向上や自動運転技術の登場により、電気的に制御が可能な電動ブレーキシステムが提案されている。例えば、ボールねじがブレーキキャリパーを押す構造をしており、ボールねじの周囲に配された遊星ローラがサンローラに入力された駆動トルクにより自転しながらボールねじの周囲を公転することでボールねじが回転し、キャリパーを押す構造のものがある。この構造は、ボールねじがキャリパーからの反力に対し、逆転止めが成立しており、駆動トルクなしので自己保持が可能である。しかし、駆動力の入力が途絶えた場合、機構部のたわみの分キャリパーを押す荷重が減少し、ブレーキ力が低下する懸念がある。また入力トルクとキャリパーへの印加荷重が必ずしも線形にならず、トルクの厳密な制御は難しいため、最適なブレーキ力の制御が困難であるという課題があった（特許文献１）。

ＷＯ２０１１／０４０２１７号公報

本発明は、ブレーキキャリパー及びブレーキ装置において、電動モータの出力が停止した際に、ブレーキキャリパーその他の部材による撓みが発生したとしてもブレーキの制動力への影響を低減することができるブレーキキャリパー及びブレーキ装置を提供することにある。

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

本発明にかかるブレーキキャリパーは、
車体側に取り付けられる車体取付用ブラケットと、
略Ｕ字型に形成され、前記車体取付用ブラケットに取り付けられてなり、かつディスクロータの前記車体取付用ブラケットに対して反対側の面に摩擦材を有する第１ブレーキパッドと、
前記ディスクロータに第１ブレーキパッドが配置される側と反対側に配置される第２ブレーキパッドと、
前記第２ブレーキパッドをディスクロータ側に押圧する第２ブレーキパッド用スプリングと、
前記第２ブレーキパッド用スプリングを圧縮するための可動部材と、
前記可動部材を移動させる移動部材と、
を備えていることを特徴とする。

本発明にかかるブレーキキャリパーは、第２ブレーキパッドを可動部材によって第２ブレーキパッド用スプリングを介して移動させる構成を採用している。そのため、第２ブレーキパッド用スプリングの圧縮量によって制動力を制御するものである為、調整が容易な可動部材の移動量によって制動力の制御が可能であり、ＰＷＭ制御等を用いたトルク制御による制動力の制御と比較して、簡単な手段で容易にかつ精密に制動力を制御することができる。ＤＣモータを使用する場合、トルクを制御する手段としてＰＷＭ制御が一般的であるが、モータ特性等にばらつきがあり、精密なコントロールが難しい。しかし、本発明では、検出・コントロールが容易な可動部材の移動量によって制動力を制御することで、こうした欠点を解消したものである。また、可動部材は、比較的長い圧縮行程を有するため、電動モータの出力を停止し、台形ねじが自己保持したときに発生するたわみの影響を第２ブレーキパッド用スプリングが相殺することができるので、たわみの影響を無視できるほど小さくすることができる。

また、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記第１ブレーキパッドと前記第２ブレーキパッドとの間には、それぞれ前記第１ブレーキパッドと前記第２ブレーキパッドを離れる方向へ付勢し、かつ前記第２ブレーキパッド用スプリングより付勢力の弱い第１ブレーキパッド用スプリングを備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、前記第２ブレーキパッド用スプリングが第１ブレーキパッド用スプリングの付勢力より強い力が加わるまでは、第１ブレーキパッド及び第２ブレーキパッドがディスクロータに対して離れる方向へ付勢されているため、電動モータを作動させていないときに、意図しない制動力がかかることを防止することができる。

さらに、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記車体取り付け用ブラケットと第１ブレーキパッドとの間には、皿ばね、ウェーブワッシャー等の弾性体を備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、第１ブレーキパッドをディスクロータ側に移動させることができ、より確実にディスクロータを両側から挟み込み、制動力を発揮させることができる。

さらに、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記移動部材は、台形ねじ及び前記台形ねじを可動させる電動モータ等の電動アクチュエータであることを特徴とするものであってもよい。台形ねじを使用することで、電動モータ等の電動アクチュエータを使用して容易に可動部材を移動させることができる。

さらに、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記台形ねじ及び前記電動アクチュエータとの間には減速機を有することを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、減速機において電動モータを停止させた際に、台形ねじが回転することを防止して、ブレーキの制動力が弱まることを防止することができる。

さらに、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記台形ねじは、前記電動アクチュエータの停止時に可動部材の移動を防止するものであることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、電動モータを停止させた際に、台形ねじが回転することを防止して、ブレーキの制動力が弱まることを防止することができる。

さらに、本発明にかかるブレーキキャリパーにおいて、前記可動部材の可動位置を規制するロック部材を備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、電動モータによって可動部材が必要以上に移動することを防止することができる。

さらに、本発明にかかるブレーキ装置は、前述したブレーキキャリパーと、ディスクロータと、
を有することを特徴とするものである。かかる構成を採用することによって、前述した効果を有するブレーキ装置を提供することができる。

本発明にかかるブレーキキャリパー及びブレーキ装置によれば、電動モータの出力が停止した際に、ブレーキキャリパーその他の部材による撓みが発生したとしてもブレーキの制動力への影響を低減することができるブレーキキャリパー及びブレーキ装置を提供することができる。

図１は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の斜視図である。 図２は、実施形態にかかるブレーキキャリパー１００の斜視図である。 図３は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の非制動時の状態を示す上面図である。 図４は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の非制動時の状態を示す正面図である。 図５は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の制動時の状態を示す上面図である。 図６は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の制動時の状態を示す正面図である。 図７は、実施形態にかかるブレーキ装置を車輪に使用した状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。また、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。なお、以下、ブレーキ装置２００の説明をすることにより、同時にブレーキキャリパー１００の説明をすることになるので、ブレーキ装置２００の説明により、ブレーキキャリパー１００の説明に代える。

本実施形態にかかるブレーキキャリパー１００が、主として図１又は図２に示されている。図１は、ブレーキキャリパー１００の斜視図である。図２は、ディスクロータ１０にブレーキキャリパー１００を取り付けた状態を示す斜視図である。図３は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の非制動時の状態を示す上面図である。図４は、実施形態にかかるブレーキ装置２００の非制動時の状態を示す正面図である。

本実施形態にかかるブレーキ装置２００は、図１又は図２に示すように、主としてディスクロータ１０と、ブレーキキャリパー１００と、を備えている。

ディスクロータ１０は、本実施形態においては、中心側が繰り抜かれたドーナッツ状の形態をしており、内側からブレーキパッド２０で挟み込む形態のものを採用している。勿論、これに限定するものではなく、円形のディスクロータの外周から挟み込む形態のものであってもよい。ディスクロータの素材としては、摩擦熱に強く、放熱効果が高い鉄、ステンレス鋼又は炭素繊維強化炭素複合材料等を使用することができる。

ブレーキキャリパー１００は、主としてディスクロータ１０を挟持して制動力を発揮するブレーキパッド２０とこのブレーキパッド２０を駆動する駆動機構を備えている。

ブレーキパッド２０は、摩擦材を有する制動器具であり、ディスクロータ１０の裏側に配置される一方側に配置される第１ブレーキパッド２１と、他方側に配置される第２ブレーキパッド２２とを備えている。第１ブレーキパッド２１と第２ブレーキパッド２２は、それぞれ摩擦材２１ａ、２２ａとこの摩擦材２１ａ、２２ａを保持する金属板２１ｂ、２２ｂとを備えている。第１ブレーキパッド２１の金属板２１ｂは、図４に示すように、側面から見た場合に略Ｕ字状に形成されており、摩擦材２０ａが設けられていない側の金属板２１ｃ（２１ｂ）が車体側に取り付けられる車体取付用ブラケット３０にウェーブワッシャー又は皿ばね等の弾性体を介して取り付けられている。車体取付用ブラケット３０と第１ブレーキパッド２１の金属板２１ｃとを固定するボルト３６は、ストリッパーボルトであり、第１ブレーキパッド２１の金属板２１ｃは、車体取付用ブラケット３０に対してストリッパーボルトを移動可能に設けられている。第１ブレーキパッド２１の金属板２１ｂの摩擦材２１ａ側には、立設された立設ピン２３が設けられており、第２ブレーキパッド２２がこの立設ピン２３に対して摺動可能に対向するように取り付けられている。立設ピン２３には、第１ブレーキパッド用スプリング２５が設けられており、第１ブレーキパッド２１及び第２ブレーキパッド２２が互いに離れる方向に付勢されている。

第２ブレーキパッド２２は、摩擦材２２ａのある面に対して反対側の面に摺動ピン２４が立設されており、この摺動ピン２４に対して摺動可能に設けられた可動部材５０が設けられている。可動部材５０は、台形ねじ４０の雌ねじが螺刻された雌ねじ孔が設けられており、この雌ねじ孔に雄ねじが螺刻された台形ねじ４０（図ではねじ溝は省略してある。）が螺合されている。台形ねじ４０は、少なくとも第２ブレーキパッド２２と金属板２０ｃとの間に配置されており、台形ねじ４０を回転させることによって、可動部材５０を第２ブレーキパッド２２側又は反対側へ移動させることができる。摺動ピン２４には、第２ブレーキパッド２２と可動部材５０との間に第２ブレーキパッド用スプリング５５が設けられている。第２ブレーキパッド用スプリング５５は、第１ブレーキパッド用スプリング２５より付勢力が強いものが使用されており、可動部材５０を第２ブレーキパッド２２側に移動することで、第１ブレーキパッド用スプリング２５の付勢力に勝って、第２ブレーキパッド用スプリング５５の力によって第２ブレーキパッド２２をディスクロータ１０側へ押圧することができる。第２ブレーキパッド用スプリング５５は、可動部材５０が最も第２ブレーキパッド２２から離れた位置に配置された状態で、第１ブレーキパッド用スプリング２５の付勢力より弱い力で第２ブレーキパッド２２を押圧できるものが使用される。好ましくは、第２ブレーキパッド用スプリング５５は、可動部材５０が最も第２ブレーキパッド２２から離れた位置に配置された状態の可動部材５０と第２ブレーキパッド２２との距離が自由長さのものを使用するとよい。すなわち、可動部材５０が最も第２ブレーキパッド２２から離れた位置に配置された状態（図３の状態）では、第１ブレーキパッド用スプリング２５の付勢力が第２ブレーキパッド用スプリング５５より強い状態にあり、ブレーキパッド２０が最も離れた状態になる。

また、第２ブレーキパッド２２には、可動部材５０が所定の距離以上第２ブレーキパッド２２側に移動することを防止するためのロック部材６０が設けられている。本実施形態においては、ロック部材６０は、台形ねじ４０の雌ねじが螺刻された円柱状の円柱部材を第２ブレーキパッド２２に立設させて、可動部材５０のロックの機能と台形ねじ４０の軸受けの２つ機能を有するものとしている。

電動アクチュエータは、電動モータ７０を使用しており、台形ねじ４０を回転させて可動部材５０を移動させるものであり、台形ねじ４０と移動部材を構成する部材である。電動モータ７０は、手元や足元にあるブレーキレバー又はスイッチの操作によって、オンオフ及び正回転及び逆回転を制御できるようにするとよい。電動モータ７０は、任意に所定の減速を行なう減速機９０を介して台形ねじ４０と連動させてもよい。ここで使用される減速機は特に限定するものではなく、種々のものを使用することができる。

以上のように構成されたブレーキ装置２００は、以下のように作動する。図３又は図４には、可動部材５０が第２ブレーキパッド２２から最も遠い位置に配置された状態、すなわち、ブレーキが解除された状態が示されている。この状態では、第２ブレーキパッド用スプリング５５は、自由長にあるか、第１ブレーキパッド用スプリング２５より弱い力で第２ブレーキパッド２２を押している状態にあるので、第２ブレーキパッド２２及び第１ブレーキパッド２１のいずれもディスクロータ１０に接触することなく、制動力を全く発揮していない状態となる。この状態から手元や足元のブレーキレバー等を操作することによって、電動モータ７０を可動させることにより、台形ねじ４０が回転し、可動部材５０が第２ブレーキパッド２２の方へ移動していく。この移動により、第２ブレーキパッド用スプリング５５が蓄勢され、第２ブレーキパッド用スプリング５５の押圧力が第１ブレーキパッド用スプリング２５の力よりも強くなったときに、第２ブレーキパッド２２がディスクロータ１０側に移動し、押圧することになる。これにより、第２ブレーキパッド用スプリング５５の圧縮分に相当する力がディスクロータ１０に伝達される。ディスクロータ１０に当接した後は、これ以上、第２ブレーキパッド２２は、移動することができないので、第１ブレーキパッド２１に反力としてディスクロータ１０側へ移動する力が加わる。この力によって、第１ブレーキパッド２１の金属板２１ｂ（２１ｃ）と車体取付用ブラケット３０との間に設けられたウェーブワッシャー又は皿ばねの弾性力より強い力が加わることにより、第１ブレーキパッド２１がディスクロータ１０側に移動し、ディスクロータ１０を押圧することになる。これにより、図５又は図６に示すように、ディスクロータ１０を第１ブレーキパッド２１及び第２ブレーキパッド２２によって両側から挟み込むことになり、制動力を発揮させることができる。可動部材５０は、ロック部材６０に当接することにより必要以上に移動することが制御される。そのため、ロック部材６０に当接した状態で第２ブレーキパッド用スプリング５５の圧縮量は最大となり、制動力も最大となる。

この状態で、電動モータ７０の出力を停止すると、台形ねじ４０のリード角が、摩擦角より小さいものが使用されており、台形ねじ４０の逆転止めがなされているか、又は減速機９０で逆転止めが成立している場合には、台形ねじ４０が可動部材５０を自己保持し、第２ブレーキパッド用スプリング５５の圧縮が保たれ、制動力は一定に保たれることになる。この状態から電動モータ７０を逆回転させることで、第１ブレーキパッド用スプリング２５及びウェーブワッシャー又は皿ばね等の弾性体によって初期位置に復帰する。

このように構成された本実施形態にかかるブレーキ装置２００は、主として、第２ブレーキパッド用スプリング５５の圧縮による圧縮分の弾性力に相当する力がディスクロータ１０に伝達され、制動力は、第２ブレーキパッド用スプリング５５の圧縮力に比例することになる。従って、可動部材５０の位置、ひいては、電動モータ７０の回転数によってブレーキの制動力を制御することができる。このように、調整が容易な可動部材５０の移動量によって制動力の制御が可能とすることで、ＰＷＭ制御等を用いたトルク制御による制動力の制御と比較して、簡単な手段で容易にかつ精密に制動力を制御することができる。また、本実施形態にかかるブレーキ装置２００は、比較的長い圧縮行程を有するため、電動モータ７０の出力を停止し、台形ねじ４０が自己保持したときに発生するたわみの影響を第２ブレーキパッド用スプリング５５が相殺することができるので、たわみの影響を無視できるほど小さくすることができる。

このような本実施形態にかかるブレーキ装置２００は、図７に示すように、車輪に対するブレーキ装置として好適に使用することができる。例えば、車、二輪自動車、自転車又は電動車椅子等の一般的な車輪に取り付けて使用することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

上述した実施形態で示すように、ブレーキ装置として、産業上利用可能である。

１０…ディスクロータ、２０…ブレーキパッド、２０ａ…摩擦材、２０ｃ…金属板、２１…第１ブレーキパッド、２１ａ…摩擦材、２１ｂ…金属板、２１ｃ…金属板、２２…第２ブレーキパッド、２２ａ…摩擦材、２３…立設ピン、２４…摺動ピン、２５…第１ブレーキパッド用スプリング、３０…車体取付用ブラケット、３６…ボルト、４０…台形ねじ、５０…可動部材、５５…第２ブレーキパッド用スプリング、６０…ロック部材、７０…電動モータ、９０…減速機、１００…ブレーキキャリパー、２００…ブレーキ装置

Claims (7)

1. 車体側に取り付けられる車体取付用ブラケットと、
   略Ｕ字型に形成され、前記車体取付用ブラケットに取り付けられてなり、かつディスクロータの前記車体取付用ブラケットに対して反対側の面に摩擦材を有する第１ブレーキパッドと、
   前記ディスクロータに前記第１ブレーキパッドが配置される側と反対側に配置される第２ブレーキパッドと、
   前記第２ブレーキパッドを前記ディスクロータ側に押圧する第２ブレーキパッド用スプリングと、
   前記第２ブレーキパッド用スプリングを圧縮するための可動部材と、
   前記可動部材を移動させる移動部材と、
   を備え、
   前記第１ブレーキパッドと前記第２ブレーキパッドとの間には、それぞれ前記第１ブレーキパッドと前記第２ブレーキパッドを離れる方向へ付勢し、かつ前記第２ブレーキパッド用スプリングより付勢力の弱い第１ブレーキパッド用スプリングを備えていることを特徴とするブレーキキャリパー。
2. 前記車体取付用ブラケットと前記第１ブレーキパッドとの間には、皿ばね又はウェーブワッシャーからなる弾性体を備えていることを特徴とする請求項１に記載のブレーキキャリパー。
3. 前記移動部材は、台形ねじ及び前記台形ねじを可動させる電動アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のブレーキキャリパー。
4. 前記台形ねじ及び前記電動アクチュエータとの間には減速機を有することを特徴とする請求項３に記載のブレーキキャリパー。
5. 前記台形ねじは、前記電動アクチュエータの停止時に可動部材の移動を防止するものであることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載のブレーキキャリパー。
6. 前記可動部材の可動位置を規制するロック部材を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキキャリパー。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のブレーキキャリパーと、
   ディスクロータと、を有することを特徴とするブレーキ装置。

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