JP6803706B2 - ディスクブレーキ装置用のブレーキパッド並びにディスクブレーキ装置およびディスクブレーキユニット - Google Patents

Description

本発明は、ディスクブレーキ装置に関する。特に、摺動面が水平方向にレイアウトされたディスクを持つディスクブレーキ装置用のブレーキパッド、並びにディスクブレーキ装置、及びディスクブレーキユニットに関する。

摺動面が水平方向にレイアウトされたディスクを持つディスクブレーキ装置としては、特許文献１に開示されているような風車のナセル固定用として用いられるディスクブレーキ装置が知られている。このような用途に用いられるディスクブレーキ装置は、大型であり、一般的な車両ブレーキと比較すると、ディスクの回転速度（キャリパとディスクとの相対的な回転速度）が遅く、摺動時に生じる鳴きやジャダーといった問題は少ない。

特開平８−８２２７７号公報

しかし、ヨーブレーキと呼ばれる上記のようなディスクブレーキ装置では、ディスクの回転速度が遅く、かつディスクの摺動面が水平に配置されているために、ディスクの上面に摩擦部材の摩耗カス（塵埃）が堆積され易いといった問題がある。ディスクの摺動面に堆積した摩耗カスは、ブレーキパッドの摩擦部材と摺動面との間に介入し、ブレーキパッドの摩耗量が増加し、ディスクの上面側に位置するブレーキパッドが下面側に位置するブレーキパッドよりも早く摩耗してしまうという問題が生じている。

一般的な車両用のディスクブレーキの場合、ディスクの摺動面が鉛直方向に配置されていると共に、その回転速度が速いため、摩耗カスが摺動面に堆積するという事は生じえない。これに対し、風車用のディスクブレーキでは、ディスクの摺動面が水平方向に配置されると共に、その回転速度が遅く遠心力による払拭効果を得難い。また、ディスクが固定され、キャリパが回動するタイプの場合には、遠心力による払拭効果を得る事ができない。さらに、ナセル内は遮風空間とされているため、外乱による堆積物の払拭効果も期待する事ができないという実状がある。

そこで本発明では、ディスクの摺動面が水平に配置されているディスクブレーキ装置において、ディスクの上面側に位置するブレーキパッドの片減りを抑制することのできるディスクブレーキ装置用のブレーキパッド、並びにディスクブレーキ装置、及びディスクブレーキユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るディスクブレーキ装置用のブレーキパッドは、水平方向にレイアウトされたディスクを有するディスクブレーキ装置用のブレーキパッドであって、前記ブレーキパッドには、前記ディスクの半径方向に対して角度を持つ方向の溝が設けられていることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置用のブレーキパッドにおいて前記溝は、前記ブレーキパッドに対して複数設けられているようにすると良い。このような特徴を有する事により、摺動面から塵埃を排除する効果を高めることができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置用のブレーキパッドでは、前記溝が設けられており、前記ディスクの上面側に配置される上面側ブレーキパッドと、前記溝が設けられておらず、あるいは摺動面における前記溝の占有面積が前記上面側ブレーキパッドよりも小さく、前記ディスクの下面側に配置される下面側ブレーキパッドと、を有するように構成することができる。塵埃が堆積し易いのは、ディスクの上面側である。このため、上面側に配置されるブレーキパッドのみに溝を設ける構成としても、ブレーキパッドの片減りを抑制する効果を得ることができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るディスクブレーキ装置は、水平方向にレイアウトされたディスクを有するディスクブレーキ装置であって、前記ディスクと前記ブレーキパッドの摺動面には、前記ディスクと前記ブレーキパッドの少なくとも一方に、前記ディスクの半径方向に対して角度を持つ方向の溝を設けたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置における前記ディスクは、遮風空間に配置されていても良い。本発明では、ディスクの摺動面に堆積した塵埃の除去を、ディスク、またはキャリパのうちのいずれか一方の回転と、溝の傾斜の相対的な力によって成すこととなる。よって、外乱としての風が無い空間であっても、塵埃排除効果を得る事ができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置において前記溝は、複数設けられているようにすると良い。このような特徴を有する事により、摺動面から塵埃を排除する効果を高めることができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置において前記溝は、少なくとも、前記ディスクの上面側接触面と、前記ディスクの上面側に接触する上面側ブレーキパッドの前記摺動面のいずれか一方に設けられ、前記ディスクの下面側、及び前記ディスクの下面側に接触する下面側ブレーキパッドの摺動面には、前記溝が備えられていない、あるいは前記摺動面における前記溝の占有面積が前記ディスクの上面側または前記上面側ブレーキパッドの前記摺動面に設けられた溝よりも小さいものとすると良い。塵埃が堆積し易いのは、ディスクの上面側である。このため、上面側に配置されるブレーキパッド、あるいはディスクの上面側のみに溝を設ける構成としても、ブレーキパッドの片減りを抑制する効果を得ることができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置における前記ディスクには、前記溝に替えて貫通孔が設けられているようにすることもできる。このような特徴を有する事によれば、ディスクの上面側に堆積した塵埃を貫通孔に落とし込む事で、塵埃をディスクの下方へ排除することができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置では、前記ディスク、またはキャリパのいずれか一方における相対的な回転の角速度が、０．１ｒａｄ／ｓ以下とする事ができる。本発明では、ディスクの摺動面に堆積した塵埃の除去を、ディスク、またはキャリパのいずれか一方の回転と、溝の傾斜の相対的な力によって成すこととなる。よって、ディスク、またはキャリパの回転速度（角速度）が低速である場合であっても、塵埃排除効果を得ることができる。

また、上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置では、前記ディスクは固定されており、当該ディスクに対して前記キャリパが回動する構成とすることもできる。上記特徴を有するディスクブレーキ装置であれば、このような構成とした場合であっても、ディスク上面側に対する塵埃の堆積を防ぐ事ができるからである。

さらに、上記目的を達成するための本発明に係るディスクブレーキユニットは、水平方向にレイアウトされた単一のディスクと、前記ディスクの摺動面に沿って配置された複数のキャリパと、複数の前記キャリパの少なくとも１つに対して、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置用のブレーキパッドを組み付けたことを特徴とする。

上記のような特徴を有するディスクブレーキ装置用のブレーキパッド、ディスクブレーキ装置、およびディスクブレーキユニットによれば、ディスクの摺動面が水平に配置されているディスクブレーキ装置において、ディスクの上面側に位置するブレーキパッドの片減りを抑制することができる。

実施形態に係るディスクブレーキ装置の断面構成を示す図である。 第１の実施形態に係るディスクブレーキ装置に適用されるブレーキパッドの構成の一例を示す図である。 実施形態に係るディスクブレーキ装置を適用する発電用風車と、ディスクブレーキ装置の配置位置の関係を示す斜視図である。 実施形態に係るディスクブレーキ装置の全体構成を示す斜視図である。 第１、第２の実施形態に係るブレーキパッドのライニングによる塵埃排除効果を説明するための図である。 第２の実施形態に係るディスクブレーキ装置に適用されるブレーキパッドの構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係るディスクブレーキ装置に適用されるディスクの構成を示す平面図である。 第３の実施形態に係るディスクブレーキ装置に適用されるディスクの応用形態を示す平面図である。 実施形態に係るディスクブレーキユニットの構成例を示す平面図である。

以下、本発明のディスクブレーキ装置用のブレーキパッド、並びにディスクブレーキ装置、及びディスクブレーキユニットに係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図１は実施形態に係るディスクブレーキ装置の断面構成を示す図であり、図２は、ディスクに接するブレーキパッドの様子を示す図である。また、図３は実施形態に係るディスクブレーキ装置が配置されている発電用風車の構成を示す斜視図であり、図４は実施形態に係るディスクブレーキ装置の全体構成を示す斜視図である。

まず、本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０（図１、図４参照）について、風力発電用の風車（以下、発電用風車１００と称する：図３参照）のナセル１０２を固定するためのヨーブレーキを例に挙げて説明する。発電用風車１００におけるヨーブレーキは、図３に破線で示す位置、すなわち支柱となるタワー１０４と、翼１０６を備える本体であるナセル１０２との間に設けられる。風向きの変化応じて翼１０６の向きを変えるナセル１０２を固定する役割を担うためである。

具体的には、タワー１０４の上部に固定されたディスク４０と、図示しない軸受けを介してタワー１０４に接続されているナセル１０２に固定され、前記ディスク４０を挟持するキャリパ１２とを有する。ディスク４０の回転軸（不図示）は、ナセル１０２の回転軸（不図示）と一致する。このため、ディスク４０の摺動面は、水平方向にレイアウトされることとなる。キャリパ１２は、シリンダ１４ａを備えるボディ本体１４と、このシリンダ１４ａに配置されるピストン１６、およびピストン１６を介してディスク４０の摺動面に押圧されるブレーキパッド１８，２４を基本として構成される。なお、一般的にナセル１０２の内部は、遮風空間とされている。また、発電用風車１００に適用されるディスクブレーキ装置１０におけるディスク４０の角速度は、概ね０．１ｒａｄ／ｓ以下とされている。

第１の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０のキャリパ１２は、所謂オポーズドタイプのものである。このため、ブレーキパッド１８，２４には、ディスク４０の上面側に位置するもの（ブレーキパッド１８）と、ディスク４０の下面側に位置するもの（ブレーキパッド２４）の双方がそれぞれ、ピストン１６によりディスク４０の摺動面に押し当てられることとなる。

ブレーキパッド１８，２４は、詳細な構成を図２に示すように、プレッシャプレート２０，２６と、摩擦材であるライニング２２，２８とを備えて構成されている。また、本実施形態に係るブレーキパッド１８，２４では、ライニング２２，２８に、ディスク４０の半径方向に対して所定の角度θ（例えば、θ＝４５度±２５度の範囲）を持つ溝２２ａ，２８ａが形成されている。溝２２ａ，２８ａは、少なくとも１つ設けられていれば良いが、望ましくは複数形成されていると良い。なお、図２は、ディスク４０を透過した状態のブレーキパッド１８，２４を示すものである。

ライニング２２，２８のディスク４０に対する当接面に、ディスク４０の半径方向に対して所定の角度θを有する溝２２ａ，２８ａを設けることにより、接触物に対する排除効果を得ることができる。通常、ディスク４０の摺動面が水平方向に沿うようにレイアウトされたディスクブレーキ装置１０の場合、制動効果を奏する事によって生ずるライニング２２，２８等の摩耗カス（塵埃）が、摺動面の盤面に堆積することとなる。よって、ライニング２２，２８に対して上記のような溝２２ａ，２８ａを設ける事により、ディスク４０の回転作用によって、摺動面に堆積した塵埃を摺動面（少なくともライニング２２，２８と摺動面の接触箇所）から排除することができる。これにより、摺動面に堆積した塵埃に起因して生ずるディスク４０の上面側に位置するブレーキパッド１８のライニング２２の摩耗量増大を抑制することができる。

このような作用を成す溝２２ａ，２８ａは、所謂鳴きを防止する事を目的として、一般的な車両用ブレーキパッドのライニングに設けられる溝に比べて、その幅が広い。例えば、鳴き防止のために設けられる溝の幅が３ｍｍ程度であるのに対し、本実施形態に係る溝２２ａ，２８ａは、その３倍以上（例えば１０ｍｍ）の幅を有するように構成されている。このような構成とする事で、溝２２ａ，２８ａが塵埃により目詰まりする事を防止する事ができるからである。なお、溝の形成は、ライニングにおける摩擦面の面積を減らすこととなる。よって、通常は、鳴き防止のための溝の幅を必要以上に広げる事はない。本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０では、ディスク４０の回転速度が比較的低速であるため、溝２２ａ，２８ａの幅を目詰まりを生じさせない程度に広げたとしても、その制動力に与える影響は少ない。

次に図５を参照して、ライニング２２に設けられた溝２２ａによる塵埃の排除効果について説明する。まず、図５（Ａ）に、ライニング２２に形成された溝２２ａに塵埃（小さな丸で示す粒）が入った状態を示す。なお、図５中において矢印Ａは、ディスク４０の回転方向を示すものとする。

図５（Ａ）に示す状態からディスク４０が回転すると、図５（Ｂ）に示すように塵埃は、各溝２２ａにおけるディスク４０の回出側に位置する壁面へと押し寄せられることとなる。ディスク４０の摺動面に堆積した塵埃が、溝２２ａの壁面により掻き取られる状態となるからである。

図５（Ｂ）に示す状態からさらにディスク４０が回転すると、図５（Ｃ）に示すように塵埃は、各溝２２ａにおけるディスク４０の回出側に位置する壁面の傾斜に沿って傾斜方向（図中上側）へと移動して行く。ディスク４０の回転により塵埃が溝２２ａの壁面に押し付けられる力が加えられた時、溝２２ａの壁面に傾斜があると、塵埃には壁面の傾斜方向に逃げる力が生じるからである。

図５（Ｃ）に示す状態からさらにディスク４０の回転が加えられると、図５（Ｄ）に示すように、塵埃は各溝２２ａの外部へと排出される。さらにディスク４０の回転が続くと、図５（Ｅ）に示すように、溝２２ａから排出された塵埃は、ライニング２２の外側面に沿ってディスク４０の盤面に堆積し、ディスク４０の回転と共に流れて行くこととなる。ディスク４０の盤面に塵埃が残っている場合でも、ライニング２２が接触する摺動面から塵埃が排除されることにより、ライニング２２の摩耗量増大を抑制する効果を得ることができる。

次に、図６を参照して、第２の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ａについて説明する。本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ａも、その殆どの構成は、上述した第１の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０と同様である。相違点としては、ディスク４０の上面側に配置されるブレーキパッド１８と、ディスク４０の下面側に配置されるブレーキパッド２４の形態を異ならせた点にある。よって、図６には、相違点であるブレーキパッド１８，２４のみを示し、ディスクブレーキ装置１０Ａの全体構成は、図１を援用することとする。

具体的には、ディスク４０の上面側に配置したブレーキパッド１８のライニング２２には、上記第１の実施形態と同様に、ディスク４０の半径方向に対して所定の角度θを有する溝２２ａを設ける構成としている。一方、ディスク４０の下面側に配置したブレーキパッド２４には、そのライニング２８に溝を設けない構成としている。

本発明に係るディスクブレーキ装置１０，１０Ａにおけるブレーキパッド１８のライニング２２に設けられる溝は、ディスク４０の上面側の摺動面に堆積される塵埃を除去するための役割を担うものである。このため、塵埃の堆積が生じない、あるいは生じ難いディスク４０の下面側に配置されるブレーキパッド２４には、溝を設け無くとも、上記第１の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０と同様の効果を得る事ができるからである。

なお、本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ａには、ディスク４０の下面側に配置されるブレーキパッド２４のライニング２８に溝を設けていたとしても、摺動面に対する溝の占有面積が、ディスク４０の上面側に配置されるブレーキパッド１８のライニング２２の溝２２ａの占有面積よりも小さい物を含むこととする。ディスク４０の上面側と下面側において、ライニング２２，２８の形態が異なるブレーキパッド１８，２４を採用しているという点、及びディスク４０の上面側に配置されたブレーキパッド１８の方が塵埃の排除効果が大きいという点において共通するからである。

次に、図７を参照して、第３の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ｂについて説明する。本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０も、その基本的な構成は、上記第１、第２の実施形態に係るディスクブレーキ装置１０，１０Ａと同様である。相違点としては、本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ｂでは、ブレーキパッド１８，２４のライニング２２，２８では無く、ディスク４０の摺動面に溝４２を設ける構成としている。よって、ディスクブレーキ装置１０Ｂの全体構成は、図１を援用するものとする。

具体的には、ディスク４０の摺動面のうち、上面側に位置する摺動面のみに溝４２を設ければ足りる。制動時に生ずる塵埃を溝４２に落とし込む事で、摺動面の摩擦係数が上昇し、ライニング２２の早期摩耗を抑制する事ができるからである。なお、溝４２には、その底面にディスク４０の内周側、あるいは外周側に向けた傾斜を持たせ、僅かな振動や回転力により、溝４２に落とし込まれた塵埃がディスク４０から排除されるように構成しても良い。

また、ディスク４０の摺動面には、溝４２の変わりに図８に示すような貫通孔４４を設けるようにしても良い。貫通孔４４であれば、孔内に落とし込まれた塵埃はディスク４０の下面側へ落下し、ブレーキパッド２４が存在しない位置では、ディスク４０の下方へ落下することとなり、塵埃の影響によるライニング２２の早期摩耗を抑制することができるからである。なお、ディスク４０に貫通孔４４を設ける場合には、ディスク４０の円周方向に沿って並ぶこととなる貫通孔４４の配置位置をずらし、摺動面のどの位置においても、周回上に少なくとも１つの貫通孔４４が存在するようにすると良い（図８参照）。このような構成とすることによれば、少なくともディスク４０が１周するうちに、摺動面上の塵埃は、必ず貫通孔４４に落とし込まれることとなるからである。

また、本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ｂでは、ブレーキパッド１８，２４に関しては、上述した第１、第２の実施形態に係るブレーキパッド１８，２４は採用しない旨記載した。しかしながら、発明を実施する上で、本実施形態に係るディスクブレーキ装置１０Ｂに対して、上記第１、第２の実施形態に係るブレーキパッド１８，２４を適用する事は、除外するべき事項では無く、相乗効果によってより高い塵埃排除効果、及びライニング２２の早期摩耗抑制効果を得ることができる。

次に、図９を参照して、本発明に係るディスクブレーキユニット５０について説明する。本実施形態に係るディスクブレーキユニット５０は、図９に示すように１つのディスク４０に対して複数のキャリパ１２を備える構成としている。

１つのディスク４０に対して複数のキャリパ１２を備える構成とする事で、制動力を高め、ナセル１０２の位置固定を安定させることができる。また、個々のキャリパ１２への負荷荷重を低減する事ができるため、押圧力の低減、すなわちキャリパ１２の小型化を図る事ができる。

このような基本構成を有するディスクブレーキユニット５０では、少なくとも１つのキャリパ１２に組み付けるブレーキパッド１８，２４を図２に示すような溝２２ａ，２８ａを備えたブレーキパッド１８，２４としている。少なくとも１つのキャリパ１２に組み付けるブレーキパッド１８，２４について、ライニング２２，２８に溝２２ａ，２８ａを備えているものとする事で、ディスク４０の摺動面に対する塵埃排除効果、およびライニング２２の早期摩耗抑制効果を得ることができる。

なお当然に、複数配置したキャリパ１２の全てに、ライニング２２，２８に溝２２ａ，２８ａを備えたブレーキパッド１８，２４を採用しても良い。また、ブレーキパッド１８は、ディスク４０の上面側に配置するブレーキパッド１８のライニング２２のみに溝２２ａが設けられていても良く、ディスク４０の下面側に配置するブレーキパッド２４のライニング２８に設けられた溝２８ａの摺動面に対する占有率が、上面側のブレーキパッド２４のライニング２８の溝２８ａの摺動面に対する占有率よりも小さくても良い。

上記実施形態では、いずれも回転体であるナセル１０２側にディスク４０が固定され、固定体であるタワー１０４に固定されたキャリパ１２に対してディスク４０が回転するということを前提として説明を行っている。しかしながら、本発明に係るブレーキパッドやディスクブレーキ装置、及びディスクブレーキユニットは、ナセル１０２側にキャリパ１２を配置する構成、すなわち、固定状態にあるディスク４０に対してキャリパ１２が回転するという構成に対しても適用することができる。

これらの違いは、回転する主体が相対的に反転しただけに過ぎず、ディスク４０の摺動面が水平に配置されているディスクブレーキ装置１０，１０Ａ，１０Ｂにおいて、ディスク４０の上面側に位置するブレーキパッド１８の片減りを抑制するという発明の効果を発揮する事に支障が無いからである。

１０，１０Ａ，１０Ｂ………ディスクブレーキ装置、１２………キャリパ、１４………ボディ本体、１４ａ………シリンダ、１６………ピストン、１８………ブレーキパッド、２０………プレッシャプレート、２２………ライニング、２２ａ………溝、２４………ブレーキパッド、２６………プレッシャプレート、２８………ライニング、２８ａ………溝、４０………ディスク、４２………溝、４４………貫通孔、５０………ディスクブレーキユニット、１００………発電用風車、１０２………ナセル、１０４………タワー、１０６………翼。

Claims (10)

1. 水平方向にレイアウトされディスクを有し、前記ディスクとキャリパとの相対的な回転の角速度が０．１ｒａｄ／ｓ以下とするディスクブレーキ装置用のブレーキパッドであって、
   前記ブレーキパッドには、摺動面の盤面に堆積した塵埃を排除するための溝が設けられ、
   前記溝は、前記ディスクの半径方向に対して角度を持つ方向に形成されていることを特徴とするディスクブレーキ装置用のブレーキパッド。
2. 前記溝は、前記ブレーキパッドに対して複数設けられており、
   各溝の端部が位置するライニングの外周辺には、前記溝の延設方向に凹状を成す円弧状の切欠きが設けられてい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装置用のブレーキパッド。
3. 前記溝が設けられており、前記ディスクの上面側に配置される上面側ブレーキパッドと、
   前記溝が設けられておらず、あるいは摺動面における前記溝の占有面積が前記上面側ブレーキパッドよりも小さく、前記ディスクの下面側に配置される下面側ブレーキパッドと、を有することを特徴とする請求項１または２に記載のディスクブレーキ装置用のブレーキパッド。
4. 水平方向にレイアウトされたディスクを有し、前記ディスクとキャリパとの相対的な回転の角速度が０．１ｒａｄ／ｓ以下とするディスクブレーキ装置であって、
   前記ディスクとブレーキパッドの摺動面には、前記ディスクと前記ブレーキパッドの少なくとも一方に、前記摺動面の盤面に堆積した塵埃を排除するための溝が設けられ、
   前記溝は、前記ディスクの半径方向に対して角度を持つ方向に形成されていることを特徴とするディスクブレーキ装置。
5. 前記ディスクは、遮風空間に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のディスクブレーキ装置。
6. 前記溝は、複数設けられており、
   前記溝が前記ブレーキパッドに設けられる場合、各溝の端部が位置するライニングの外周辺には、前記溝の延設方向に凹状を成す円弧状の切欠きが設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載のディスクブレーキ装置。
7. 前記溝は、少なくとも、前記ディスクの上面側接触面と、前記ディスクの上面側に接触する上面側ブレーキパッドの前記摺動面のいずれか一方に設けられ、
   前記ディスクの下面側、及び前記ディスクの下面側に接触する下面側ブレーキパッドの摺動面には、前記溝が備えられていない、あるいは前記摺動面における前記溝の占有面積が前記ディスクの上面側または前記上面側ブレーキパッドの前記摺動面に設けられた溝よりも小さいことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置。
8. 前記ディスクには、前記溝に替えて貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置。
9. 前記ディスクは固定されており、当該ディスクに対して前記キャリパが回動することを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置。
10. 水平方向にレイアウトされた単一のディスクと、
    前記ディスクの摺動面に沿って配置された複数のキャリパと、
    複数の前記キャリパの少なくとも１つに対して、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディスクブレーキ装置用のブレーキパッドを組み付けたことを特徴とするディスクブレーキユニット。