JP7475069B2 - ライニングの溝部内の送風を備えたブレーキシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば道路車両もしくは鉄道車両または風力タービンなどの、その回転が減速される回転要素を含む機械内での使用を目的とする、無公害ブレーキシステムに関する。

そのようなブレーキシステムでは、回転要素に当接したブレーキパッドの磨耗の結果として、粒子およびダストが摩擦制動により放出される。この回転要素は、例えば、車両の車輪、または該車両の該車輪により駆動されるディスクである。周囲環境内へ分散されるこれらの粒子は人の健康に有害であることが知られている。さらに、自動車用の電気モータの成長は、摩擦ブレーキシステムの磨耗の結果として生じる粒子およびダストを処理する必要性を高めている。したがって、これらの粒子およびダストが周囲環境内へ放出される前に、それらを捕捉する必要がある。

したがって、ブレーキパッド１０を含むブレーキシステムを記載する既知の特許文献１が存在し、このパッドは、第１の面１３および第２の面１４を有する背板１と、摩擦材料で作製されておりかつ該第１の面１３に固定されているライニング２であって、摩擦面２６、取付け面２０、内縁部２３、外縁部２４、後縁部２１、および前縁部２２により範囲を定められている、ライニング２と、を含む。該ライニング２には、該摩擦面２６へ開いておりかつ内縁部２３に向かってその第１の端部に開口部を有しかつ外縁部２４に向かってその第２の端部３１に開口部を有する少なくとも１つの収集溝部３が設けられている。背板１は、収集溝部３と流体連通している穴部１７を含む。該穴部１７は、溝部３内で流動する空気ならびに粒子およびダストを吸入することができる吸入管４０により吸入システムに接続されている。

そのようなブレーキシステムは図１０および図１１に示されており、先行技術を示す。

しかし、このブレーキシステムは欠点を有する。

実際、粒子およびダストは、制動段階の間、望ましくない量で脱出し続ける。

仏国特許第３，０５７，０４０号明細書

本発明は、これらの欠点を改善することを目的とする。

本発明は、ライニングと回転要素とにより放出される粒子およびダストの捕捉が最適化されかつ構造が可能な限り簡単であるブレーキシステムを提供することを目的とする。

本目的は、ブレーキシステムが、空気が中を通って吸入されることが可能である吸入管と、空気が中を通って吹き込まれことが可能であるブロー管（ｂｌｏｗ ｐｉｐｅ）と、を含む吸入システムをさらに含むことにより達成され、吸入管の吸気口は、第１の端部および第２の端部の中から選択される、少なくとも１つの溝部の一方の端部に対向して配置されており、ブロー管の排気口は、第１の端部および第２の端部の中から選択される、該溝部の他方の端部に対向して配置されている。

これらの装置に因り、吸入システムによる空気の同時の吹込みおよび吸入は粒子およびダストを吸入管に向かって誘導することを可能にするので、吸入システムによる粒子およびダストの収集はより効率的である。したがって、粒子およびダストの大気中への放出は最小限にされる。

吸入管もブロー管もライニングまたは背板と接触していないことが有利である。

したがって、ライニングおよびパッドが回転要素から離された場合、制動段階の後、多かれ少なかれ重大な残留トルクの発生がない。

例えば、吸入管の吸気口は第２の端部に対向して配置されており、ブロー管の排気口は第１の端部に対向して配置されている。

したがって、空気が溝部内でライニングの内縁部から外縁部へ流動する。この方向は、遠心力の影響下で溝部内の空気流の（吸入／吹込みのない）自然な方向なので、吸入管内の粒子およびダストの収集はより効率的である。

第１の端部は内縁部上へ開いていることが有利である。

したがって、空気が溝部の延長部において溝部から（吸入管に向かって）脱出し、それにより吸入がより効率的になる。さらに、吸入管はライニングの主平面内に配置されているので、キャリパを修正してこの管をブレーキシステムの構造に統合する必要がない。

吸入管の吸気口は第１の端部に対向して配置されており、ブロー管の排気口は第２の端部に対向して配置されていることが有利である。

したがって、空気が溝部内でライニングの外縁部から内縁部へ流動する。

第２の端部は外縁部上へ開いていることが有利である。

したがって、空気が溝部の延長部において溝部から（吸入管に向かって）脱出し、それにより吸入がより効率的になる。さらに、吸入管はライニングの主平面内に配置されているので、キャリパを修正してこの管をブレーキシステムの構造に統合する必要がない。

吸入システムはポンプとフィルタとを含むことが有利であり、該ポンプ、該フィルタ、吸入管、およびブロー管は連続回路を形成する。

吸入システムはこのように簡略化される。さらに、フィルタにより濾過された空気は、溝部内へ吹き込み、（フィルタによりまだ捕捉されていない）粒子にフィルタを数回通過させるために再利用される。したがって、粒子がこのフィルタ内に格納される確率が高められる。

少なくとも１つの溝部が後縁部付近に配置されることが有利である。

粒子およびダストの捕捉はこのように最適化され、この流動方向が静止状態のライニングに対する回転要素の運動方向であるので、これらの粒子およびダストはライニングの前部から後部へ流動する傾向がある。

ライニングには、前縁部と後縁部との実質的に中間に配置されている第２の溝部が設けられることが有利である。

したがって、制動中のライニング-ディスクアセンブリの振動挙動は改善される。

ライニングには、前縁部付近に配置されている追加溝部が設けられることが有利である。

したがって、本発明によるシステムは、ライニングに対して回転要素の両回転方向に同様に効率的に動作し、それは、鉄道車両などの、両方向にブレーキをかけなければならない車両にとって有利である。

本発明は、非制限的例として示されている実施形態の下記の詳細な説明を読むと、よりよく理解され、その利点がより明らかになるであろう。該説明は添付図面を参照する。

本発明によるブレーキシステムのブレーキパッドの上面図である。 本発明によるブレーキシステムのブレーキパッドの斜視図である。 図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿った、本発明によるブレーキシステムのブレーキパッドの収集溝部を観察する断面図である。 変形形態による収集溝部を観察する断面図である。 本発明の別の実施形態によるブレーキシステムのブレーキパッドの斜視図である。 図５の線ＶＩ－ＶＩに沿った、本発明によるブレーキシステムのブレーキパッドの収集溝部を観察する断面図である。 本発明のさらに別の実施形態によるブレーキシステムのブレーキパッドの上面図である。 回転ディスク上に取り付けられている、本発明によるブレーキシステムの斜視図である。 本発明によるブレーキデバイスの吸入システムの例の概略図である。 既述の、先行技術によるパッドの上面図である。 既述の、先行技術によるパッドの斜視図である。

本発明は、機械の回転要素９を制動することを目的とするブレーキのブレーキパッド１０を含むブレーキシステムに関する。本発明は、該機械が（このブレーキがディスクブレーキである）道路車両である場合において後述されている。しかし、本発明は、線路上の車両（鉄道車両）において使用される、車輪上で擦れるシューブレーキ内のブレーキパッドの場合に、または任意の他の産業機械（例えば、風力タービンの場合）において使用されるブレーキパッドの場合に、同様に良好に適用される。全ての場合において、機械の回転要素の制動は、その動作中のこの回転要素上でのブレーキパッドの摩擦により達成される。

ディスクブレーキでは、制動は、車両の車輪と一体である（回転要素９である）ディスクと、それを間に挿むために各側に１つでこのディスク９を圧迫する２つのブレーキパッド１０と、の間の摩擦により達成される。該ディスク９は主平面内に延在しており、その回転軸として、この主平面に対して垂直な軸Ａを有する。

パッド１０の各々は、パッド１０の厚さが回転軸Ａに沿って延在するように、この主平面内に延在している。

ディスク９は、ディスク９の円周の接線でありかつ回転方向ＦＷに配向されている接線方向Ｔ、およびディスク９の主平面において回転軸Ａと直交する径方向Ｒ、を画定する回転方向ＦＷに、回転軸Ａを中心として回転する。

これらの要素は、ディスク9上に取り付けられているブレーキデバイスを示す図8に示されている。

後続する説明では、「内の」および「外の」という用語は、回転軸Ａに最も近接してかつ該回転軸から最も遠くにそれぞれ配置されている、ブレーキパッド１０（またはその構成要素）の縁部または領域を示し、「前の」および「後の」という用語は、回転方向ＦＷでもある、（後述される）ライニング２により放出される粒子２８の流動方向に対して上流にかつ下流にそれぞれ配置されている、ブレーキパッド１０（またはその構成要素）の縁部または領域を示す。

図１および図２に示されている通り、ブレーキパッド１０は、バックプレートとも呼ばれる背板１を含む。該背板１は例えば金属で作製されている。背板１は実質的に一定の厚さの（例えば３ｍｍと７ｍｍの間の）平板であり、その主平面におけるその全体の形状は、真っ直ぐなまたは湾曲した縁部を有する台形である。

背板１は、ライニング２が固定されている第１の面１３と、該第１の面１３の反対側の第２の面１４とを含む。該背板１は、その２つの外側端部に、背板１の平面に延在しておりかつパッド１０を保持し案内するのに役立つ２つの耳部（１１、１２）も含む。

ブレーキパッド１０は、摩擦材料で作製されているライニング２をさらに含む。例えば、この材料は「フェロード」と呼ばれる材料である。ライニング２は、摩擦（ｆｒｉｃｔｉｏｎ）面２６（「摩擦（ｒｕｂｂｉｎｇ）」面）、該摩擦面２６の反対側のかつ背板１に固定されている取付け面２０（これら２つの面は平行である）、内縁部２３、外縁部２４、後縁部２１、および前縁部２２により範囲を定められている。該外縁部２４、該後縁部２１、および該前縁部２２は凸状または直線状であり、該内縁部２３は凹状または直線状である。
摩擦面２６は、ライニング２がすり減るにつれて、背板１に徐々に接近する。したがって、（回転軸Ａに沿って測定される）ライニング２の厚さは、それが磨耗するにつれて減少する。動作中、ライニング２（と回転要素９と）は、ライニング２とディスク９との間の摩擦に因り、粒子２８を放出する。摩擦面２６に沿った粒子２８の経路は、図１および図２に点線で表されている。

ライニング２には、摩擦面２６へ開いている少なくとも１つの収集溝部３が設けられている。該溝部３は第１の端部３１と第２の端部３２とを有する。溝部３は、その内縁部２３に向かって第１の端部３１に、かつ外縁部２４に向かってその第２の端部３２に、開口部を有する。

「溝部３は縁部に向かってその端部に開口部を有する」は、溝部３が縁部の近傍にこの端部に連通開口部を有する、換言すれば背板１を貫通して延在することまたはこの縁部上へ直接開くことのどちらかにより有することを意味すると理解される。全ての場合において、溝部の各々は摩擦面２６でない表面上へ開いている。

溝部３の深さは例えばライニング２の高さに等しく、溝部３の底部は背板１の第１の面１３と一致することを意味する。あるいは、溝部３の深さはライニング２の高さよりも小さい。例えば、収集溝部３は、その上流端部からその下流端部まで一定の矩形断面を有し、したがって一定の厚さである。

例えば、収集溝部３は後縁部２１付近に配置されている。粒子がライニング２の前部から後部へ自然に流動すると仮定すると、この構造は、この溝部３内で、制動の結果として生じる粒子／ダストをより効率的に収集することを可能にする。実際、この流動方向は静止状態のライニング２に対する回転要素９の運動の方向である。

随意に、ライニング２は、前縁部２２と後縁部２１との実質的に中間に配置されている第２の収集溝部３をさらに含む。

第２の収集溝部３のこの位置は、ライニング２の望ましくない振動を最小限することを可能にする。

ブレーキシステムは、空気が中を通って引き込まれる吸入管４０と、空気が中を通って吹き込まれるブロー管５０と、を含む吸入システムを含む。吸入管４０は、その第１の端部３１およびその第２の端部３２の中から選択される、少なくとも１つの溝部３の一方の端部に対向して配置されている吸気口４１を含む。ブロー管５０は、その第１の端部３１およびその第２の端部３２の中から選択される、少なくとも１つの溝部３の他方の端部に対向して配置されている排気口５１を含む。

ここで、図１から図４までを参照して、第１の実施形態を説明する。吸入管４０の吸気口４１は第２の端部３２に対向して配置されており、ブロー管５０の排気口５１は第１の端部３１に対向して配置されている。本実施形態は、吸入システムにより押し進められる空気流は溝部３内の自然な空気流と同一方向に起こるという利点を有する。実際、遠心力の影響下で、空気は第１の端部３１から第２の端部３２へ自然に流動する。したがって、吸入システムはより効率的である。

図１から図３までに示されている通り、溝部３は内縁部２３上へ直接開かない。したがって、ライニング２により形成されている壁が内縁部２３から第１の端部３１を分離する。溝部３は背板１にある穴部１７を介して外側へ開いている。この穴部１７は、背板１の第１の面１３を第２の面１４と連通している状態に置く。ブロー管５０の排気口５１は第２の面１４にある穴部１７の口に対向している。ブロー管５０により吹き込まれる空気は穴部１７を通って背板１を横断し、溝部３に進入し、第１の端部３１から第２の端部３２へ流動する。外縁部２４上へ開いている第２の端部３２はその横断面に溝部３の横断面を有する。吸入管４０の吸気口４１は溝部３の延長部内に配置されている。溝部３内で流動する空気は、この吸気口４１を通って吸入管４０に進入する。

あるいは、内縁部２３において、図４に示されているように、溝部３は、溝部３の残部を内縁部２３と連通している状態に置くチャネル９０として成形されている。したがって、このチャネル９０は、ライニング２により取り囲まれている連続側壁を有し、その第１の端部は溝部３の残部内へ開いており、その第２の端部（したがって溝部３の第１の端部３１である）は内縁部２３上へ開いている。ブロー管５０の排気口５１はチャネル９０の第２の端部に対向している。空気はブロー管５０から、（溝部３の長手方向に）溝部の延長部に真っ直ぐに存在する吸入管４０に向かって流動し、それにより吸入システムの効率性が高まる。この構造は、ライニング２がすり減る場合を含めて、溝部３内の空気流を改善する。チャネル９０は、動作中のライニング２の実用厚さ（ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）を最大にするために、背板１に可能な限り近接していることが有利である。

さらに、（例えば、背板１は溝部３の全長に関して連続的であるので、穴部をドリルで開けることにより）背板１を修正する必要がなく、それによりブレーキシステムの製造が簡略化される。

チャネル９０は一定の横断面、例えば円形横断面、である。あるいは、チャネル９０は、その第１の端部に、その第２の端部におけるその横断面よりも大きい横断面を有し、その結果、空気がチャネル９０を通って溝部３により容易に進入する。

ここで、図５および図６を参照して、第２の実施形態を説明する。吸入管４０の吸気口４１は第１の端部３１に対向して配置されており、ブロー管５０の排気口５１は第２の端部３２に対向して配置されている。

吸入システムにより押し進められる空気流は、第２の端部３２から第１の端部３１に向かっている。

溝部３は外縁部２４上へ直接開かない。したがって、ライニング２により形成されている壁が外縁部２４から第２の端部３２を分離する。溝部３は背板１にある穴部１７を貫通して外側へ開いている。この穴部１７は背板１の第１の面１３を第２の面１４と連通している状態に置く。ブロー管５０の排気口５１は第２の面１４にある穴部１７の口に対向している。ブロー管５０により吹き込まれる空気は穴部１７を通って背板１を横断し、溝部３に進入し、第２の端部３２から第１の端部３１へ流動する。内縁部２３上へ開いている第１の端部３１は、その横断面に溝部３の横断面を有する。吸入管４０の吸気口４１は溝部３の延長部内に配置されている。溝部３内で流動する空気はこの吸気口４１を通って吸入管４０に進入する。

あるいは、外縁部２４において、溝部３は、溝部３の残部を内縁部と連通している状態に置くチャネル９０として成形されている。したがって、溝部３の第２の端部３２はチャネル９０により外縁部２４上へ直接開いている。ブロー管５０の排気口５１は、外縁部２４においてチャネル９０の端部に対向している。したがって、吹込みはブロー管５０から外縁部２４経由でかつチャネル９０を通って溝部３内へ起こる。背板１は溝部３の全長に関して連続的であるので、空気が背板１を通過しない。

全実施形態において、吸入管４０およびブロー管５０のライニング２または背板１との接触がないことが有利である。したがって、制動段階後、ライニング２および背板１が回転要素から離れた場合、多かれ少なかれ重大な残留トルクの生成がない。この残留トルクは、管がライニング２または背板１と接触していることにより生成される。この構造では、ブレーキパッド１０の全耐用年数の間に吸入管４０もブロー管５０もライニング２または背板１と接触していないように、吸入管４０およびブロー管５０は背板１の変位の領域（ブレーキパッド１０の寿命に亘ってライニング２の磨耗の結果として生じるこの変位の大きさ）の外側に配置されている。この構造では、一方では溝部３と、他方では吸入管４０およびブロー管５０と、の間の空気経路を最大にするために、吸入管４０の吸気口４１およびブロー管５０の排気口５１が、場合に応じて、内縁部２３または外縁部２４に可能な限り近接してさらに配置されることが有利である。

図７は、ライニング２に、後縁部２１付近に配置されている第１の溝部３に加えて、前縁部２２付近に配置されている追加溝部３が設けられている場合を示す。ライニング２は、その結果、２つの溝部３を含む。

したがって、吸入デバイスは、空気が第１の溝部３内で流動することを可能にする第１のブロー管５０および第１の吸入管４０と、空気が追加溝部３内で流動することを可能にする第２のブロー管５０および第２の吸入管４０と、を含む。これらの管の各々は、吸入デバイスの一部でありかつ空気を溝部３の各々の中で流動させる要素に接続されている。

この二重溝部３の構造は、鉄道車両などの、両方向の制動を受ける車両に適している。実際、この場合、回転要素上でのライニング２の摩擦により放出される粒子２８は前縁部２２から後縁部２１へ、または後縁部２１から前縁部２２へのどちらかで流動することができる。２つの溝部３の存在は、車両の制動方向に関わらず、溝部３内に粒子を捕捉することを可能にする。

さらに別の実施形態によれば、ライニング２は、前縁部２２と後縁部２１との実質的に中間に配置されている別の溝部３（第２の溝部）を含み、この第２の溝部３は前述されている。前縁部２２付近に配置されている追加溝部３は第３の溝部である。したがって、本実施形態は、ライニング２の望ましくない振動を最小限にすることと、車両のブレーキ方向に関わらず、粒子を溝部３内で捕捉することと、の両方を可能にする。

一般に、吸入システムは、ブロー管５０内に空気を吹き込むことができる要素と、吸入管４０経由で空気を吸入することができる要素（同一の要素または別個の要素）と、を含む。

図９は、（上記の要素である）ポンプ６０とフィルタ７０とを含む吸入システムの場合を示し、該ポンプ６０、該フィルタ７０、吸入管４０、およびブロー管５０は連続回路を形成する。例えば、単一ポンプ６０が存在する。

したがって、ポンプ６０、フィルタ７０、吸入管４０、およびブロー管５０は、溝部３と共に、空気が閉回路内で流動する回路を形成する。したがって、フィルタ７０により濾過された空気は再利用されて、溝部３内へ吹き込まれ、それにより（フィルタ７０によりまだ捕捉されていない）粒子がフィルタ７０を数回通過させられる。したがって、このフィルタ７０内に格納される粒子の確率は高められ、大気中へ放出される粒子およびダストの量は減少する。

変形形態によれば、吸入システムは、部分的に開いている回路を形成するために、ポンプ６０、フィルタ７０、吸入管４０、およびブロー管５０、ならびに放出弁を含む。この構造は、溝部３内での粒子およびダストの収集を最適化するために、吸入速度に対する吹き込まれる空気の速度を調節することを可能にするという利点を有する。

本変形形態では、吸入システムは、電磁弁である放出弁を制御することができる制御ユニットを含む。システムは、その結果、最適化され得る。したがって、車両の加速度または減速度に応じて、制御ユニットは吹込みを抑制する。例えば、制動の直後に車両を加速する場合、中に存在する粒子を分散させる可能性があると考えられるので、空気を溝部３内へ吹き込まず、もっぱら吸入することが好ましい。この場合、制御ユニットは、溝部３内へ吹き込むことなく該溝部から空気を吸入するために、放出弁を開く。

別の変形形態によれば、吸入管４０経由で空気を吸入することができる要素は、吸気口４１の下流の、吸入管４０内の空気の経路上に配置されているユニットであり、それはその下流出口よりも小さい横断面の上流入口を備えて設計されている。

１ 背板、バックプレート
２ ライニング
３ 収集溝部、第２の収集溝部、追加溝部、別の溝部、二重溝部、第３の溝部
９ 回転要素、ディスク
１０ ブレーキパッド
１１、１２ 耳部
１３ （背板１の）第１の面
１４ （背板１の）第２の面
１７ 穴部
２０ 取付け面
２１ 後縁部
２２ 前縁部
２３ 内縁部
２４ 外縁部
２６ 摩擦面
２８ 粒子
３１ （溝部３の）第１の端部
３２ （溝部３の）第２の端部
４０ 吸入管、第１の吸入管、第２の吸入管
４１ 吸気口
５０ ブロー管、第１のブロー管、第２のブロー管
５１ 排気口
６０ ポンプ
７０ フィルタ
９０ チャネル
Ａ 軸、回転軸
ＦＷ 回転方向
Ｒ 径方向
Ｔ 接線方向

Claims (10)

1. ブレーキパッド（１０）を含むブレーキシステムであって、前記パッドは、第１の面（１３）および第２の面（１４）を有する背板（１）と、摩擦材料で作製されておりかつ前記第１の面（１３）に固定されているライニング（２）であって、摩擦面（２６）、取付け面（２０）、内縁部（２３）、外縁部（２４）、後縁部（２１）、および前縁部（２２）により範囲を定められており、前記摩擦面（２６）へ開いておりかつ前記内縁部（２３）に向かってその第１の端部（３１）に開口部を有しかつ前記外縁部（２４）に向かってその第２の端部（３２）に開口部を有する、少なくとも１つの収集溝部（３）が設けられている、ライニング（２）と、を含む、ブレーキシステムにおいて、前記ブレーキシステムは、空気が中を通って吸入されることが可能である吸入管（４０）と、空気が中を通って吹き込まれることが可能であるブロー管（５０）と、を含む吸入システムをさらに含み、前記吸入管（４０）の吸気口（４１）は、前記第１の端部（３１）および前記第２の端部（３２）のうちから選択された前記少なくとも１つの溝部（３）の一方の端部に対向して配置されており、前記ブロー管（５０）の排気口（５１）は、前記第１の端部（３１）および前記第２の端部（３２）のうちから選択された前記少なくとも１つの溝部（３）の他方の端部に対向して配置されていることを特徴とする、ブレーキシステム。
2. 前記吸入管（４０）も前記ブロー管（５０）も前記ライニング（２）または前記背板（１）と接触していない、請求項１に記載のブレーキシステム。
3. 前記吸入管（４０）の前記吸気口（４１）は前記第２の端部（３２）に対向して配置されており、前記ブロー管（５０）の前記排気口（５１）は前記第１の端部（３１）に対向して配置されている、請求項１または２に記載のブレーキシステム。
4. 前記第１の端部（３１）は前記内縁部（２３）上へ開いている、請求項３に記載のブレーキシステム。
5. 前記吸入管（４０）の前記吸気口（４１）は前記第１の端部（３１）に対向して配置されており、前記ブロー管（５０）の前記排気口（５１）は前記第２の端部（３２）に対向して配置されている、請求項１または２に記載のブレーキシステム。
6. 前記第２の端部（３２）は前記外縁部（２４）上へ開いている、請求項５に記載のブレーキシステム。
7. 前記吸入システムはポンプ（６０）とフィルタ（７０）とを含み、前記ポンプ（６０）、前記フィルタ（７０）、前記吸入管（４０）、および前記ブロー管（５０）は連続回路を形成する、請求項１から６のいずれか一項に記載のブレーキシステム。
8. 前記少なくとも１つの溝部（３）は前記後縁部（２１）付近に配置されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のブレーキシステム。
9. 前記ライニング（２） には、前記前縁部（２２）と前記後縁部（２１）との実質的に中間に配置されている第２の溝部（３）が設けられている、請求項８に記載のブレーキシステム。
10. 前記ライニング（２） には、前記前縁部（２２）付近に配置されている追加溝部（３）が設けられている、請求項８または９に記載のブレーキシステム。

Images