JPH04503239A - デユアルデイスクブレーキ - Google Patents

デユアルデイスクブレーキ

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JPH04503239A
JPH04503239A JP1501213A JP50121389A JPH04503239A JP H04503239 A JPH04503239 A JP H04503239A JP 1501213 A JP1501213 A JP 1501213A JP 50121389 A JP50121389 A JP 50121389A JP H04503239 A JPH04503239 A JP H04503239A
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ケイシー,ゲイリイ・リー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デュアルディスクブレーキ 発明の背景及び概要 本発明はディスクブレーキ、特に固定のキャリパに対して摺動可能に複数のロー タまたはディスクを取り付けたディスクブレーキに関するものである。
従来形ディスクブレーキに関連した本来的な問題の1つは、あるトルクに対して 必要な締め付は荷重が非常に高いことである。そのような締め付は荷重を発生す るためには、大きなキャリパが必要である。
そのような大きさのキャリパの場合、小径のディスクまたはロータを使用する必 要がある。締め付は荷重が高いことから、キャリパ内のシリンダを大径にするこ とにもなシ、キャリパのねじりと相まって、ブレーキに「スポンジイ」感を与え る。また、高い締め付は荷重は高熱を発生する。従来形ディスクブレーキはこの 熱を発散させるために多量の金属を使用しており、そのため、同等のドラムブレ ーキよシも重くなっている。
デュアルディスクブレーキの中心的利点は、締め付は荷重が低いことである。締 め付は荷重を低くすることによシ、重さを軽減できると共に、おそらくはデュア ルディスクブレーキのコストも軽減できる。
従来形デュアルディスクブレーキの大きな問題点は、それらがハブに固着してが たつきを発生しやすいことである。
本発明の好適な実施例では、環状形の複数のロータがディスクハブにスプライン 結合されている。複数のロータにより表面積が大きくなるので、熱の分散が速く なるため、それに比例してライニングの熱が低くなり、フェードの回復が速くな る。特に、本発明の一実施例のスプライン構造では、複数の溝がディスクハブに 形成されており、それに対応した数の歯が2つのロータの各々に形成されている 。本発明の別の実施例では、歯がディスクハブに形成されておシ、溝がロータに 形成されている。硬化ステンレス鋼のライナーが溝に嵌め込まれておシ、対応の 歯を、その歯からの荷重を比較的軟質のディスクツ・ブ全体に分散できるように 収容している。このライナーは弓形をしておシ、変形可能な壁を備えて、トルク の吸収及びロータの緩衝ができるようにしている。非常に高いトルクレベルでは 、この変形可能な壁が底につくため、ディスクツ・ブへの力の分散が促進される 。一実施例では、これらのライナーは、荷重を受ける平坦な側部と、制動中の「 くねり」の量を減少させる方向でディスクに荷重を加える湾曲側部とを備えてい る。別の実施例では、平行な側部を備えたロータ歯を使用している。このように 、ロータの位置決めは溝の底部ではなく、ディスクツ・ブに押し付けられた歯の 側部のみによって行われるため、誘導損失を伴わずに熱膨張を大きくすることが できる。本発明のすベシデュアルロータ構造を用いることにより、キャリパーツ ・ウジングの構造に対して幾つかのオプションが可能となる。これらのオプショ ンの1つは、プレス加工鋼製のキャリノ(−ブリッジを使用することである。こ れが可能となるのは、キャリパ−と各ロータとの間に発生する締め付は荷重が2 つの要因で減少するからである。さらに、第1に注目すべき点として、本発明で はキャリパ−がステアリングナックルに固定されているのに対して、従来構造で は、キャリパ−がステアリングナックルに書動可能に取シ付けられた状態でトル クを吸収する必要があった。
ブレーキの重要な特徴の1つに流体こわさ、すなわち適用トルクをある量だけ変 化させるために加減する必要がある流体の体積がある。この流体こわさはキャリ パーの剛度、すなわち構造こわさの影響を受けるが、これは、キャリパ−が多少 とも流体をたわませるので、場合によっては適用トルクを変化させるために必要 である。本実施例では、ピストン面積を単式ディスク構造のT積の半分にするこ とができるので、装置全体のこわさを同じにするためにはキャリパーのブリッジ を半分のこわさにすることができる。実際には、複式ディスク構造は従来のブレ ーキよりもおよそ30〜501硬い。デュアルディスクブレーキが示めす反対要 因は、2つではなく4つのパッドが直列状に使用されているので、)(ラドの総 圧締力が増加する。しかし、実際にはパッドの総面積が大きくなっているので、 厚さを減じることができ、この効果を相殺している。
また、ブレーキに必要な摩擦材のほぼ全体が摩耗特性及び希望寿命によって決定 される。本発明の複式ディスクブレーキでは、制動力が4つのパッドに分割され るので、各パッドは(2パツドブレーキに比べて)摩耗が半分になる。その結果 、作動温度が低下し、摩耗が減少する。従って、本発明に使用されるライニング 材の厚さを従来形ブレーキの半分にすることができることは当然である。
従って、本発明の好適な実施例は、車輪に取シ付けるディスクハブと、複数の環 状ロータまたはディスクと、ロータがディスクハブと共転すると共に、回転方向 にほぼ垂直な第1方向へ摺動自在となるように、ロータをディスク/−プに取シ 付ける手段と、各ロータに1つずつ対応させて対向配置された複数のブレーキパ ッドと、ブレーキパッドをロータと順次摩擦係合するように押し付ける手段とを 設けたディスクブレーキを有している。特殊な形状のライナーがディスクハブの 溝と各ロータの歯との間に配置されている。第2組のライナーがキャリノく一ブ リッジと複数のブレーキパッドとの間に嵌められて、摺動性を高め、摩擦を軽減 できるようにしている。
本発明のその他の多くの目的は、図面を参照した以下の詳細な説明から明らかに なるであろう。
図面の簡単な説明 第1図は、本発明による構造のディスクブレーキの横断面図である。
第2図は、第1図に示されている様々な部品の前面図である。
第3図は、インサートの斜視図である。
第4rgJは、第1及び第2図に示されているキャリパー・ブリッジを切シ離し て示す平面図である。
第5図は、第1図に示されている4つのブレーキパッドの1つの平面図である。
第6図は、第2図に示されている別のインサートの斜視図である。
第7図は、第1図の一部分の拡大図である。
第8図は、概略的な自由体の力線図である。
第9図は、本発明の変更例を示す。
図面の簡単な説明 第1及び第2図は、一般的な車両の車輪21内に取シ付けられたデュアルディス クブレーキ20を示している。ディスクブレーキ20には円筒形のディスクハブ 22が設けられている。ディスクハブは、軸方向に延出した円筒形の壁2Jと、 半径方向に延出し九はぼ平坦な壁26とを有している。第1図に示されている構 造は、前輪駆動車両に使用されるものの典型的な例である。車輪21はホイール ハブ28に取シ付けられて、複数の耳部30でそれに固定されている。ホイール ハブは、公知の形式のステアリングナックル32で支持されている。ホイールハ ブは駆動軸34に駆動連結されている。本発明を前輪駆動車両について説明する が、本発明はそれに限定されるものではなく、車両のどの車輪にも適用できるこ とを理解されたい。
第1図が不必要に煩雑にならないようにするため、車輪21、ホイールハブ28 、駆動軸34及び耳部3aは第1図に示されていない。ディスクハブ22はホイ ールハブ28及び車輪21に取シ付けられる。
そのような取り付は手段は、複数の開口40にそれぞれの耳部30を挿通したも のでもよい。壁24の外側は多角形構造に形成されている。すなわち第2図に示 すように、この構造は5つの側部44が半径方向壁に垂直に延出している5角形 をしている。これらの側部の各々の交差部分には、軸方向に延出した溝またはス ロット46h〜・が形成されている。各#146には底部47とそれから外向き に延出した壁49とが設けられている。溝またはスロット46内には、第1及び 第20−タすなわちディスク50aおよび50bが摺動可能に収容されている。
ここではロータおよびディスクの言葉を交換可能に使用する。
好ましくは、ロータは鋳鉄製にするが、その他の素材で形成してもよく、まなほ ぼ環状のリング形構造である。各ロータ50aおよびbの内縁部54から内向き に複数の歯5gameおよび59a −eが延出している。第1図はロータ5a &の平面図であシ、それの歯56の配置を示している。同数の歯(58a =  e )が同様にロータ50bに形成されている(第2図には歯58eのみが示さ れている)。前述したように、本発明の好適な実施例では5つの溝46と5つの 同じ形状の歯56または58とが用いられている。ブレーキを掛けた時のロータ 50aおよびbの振動を最小にするためには奇数の溝及び歯を用いることが好ま しいことがわかっている。第2図に示されている溝及び歯の数も5であるが、そ れ以上またはそれ以下、また偶数または奇数の溝及び歯にしたものも本発明の範 囲内にあると考えるべきである。
本発明により製造されたディスクブレーキのコスト及び重量を減少させるために 、ディスクハブ22はロータに使用する素材の寿命を持った素材で作製する必要 はない。さらに、ロータが$46内を摺動しやすくするため、ロータの圧縮荷重 をディスクハブの大きい面積に分散させるため、接触応力及び腐食を減するため 、さらにディスクハブに対するO −タの振動及びがたつきを軽減するため、複 数のばねインサート60a〜eがディスクツ・ブに嵌め付けられて、各スロット 46とロータの歯56.58との間に配置されている。図面では各インサート6 0をわかシやすく示すため、それらの厚さが大きくなっていることに注意された い。
インサート60のような典型的なインサートが第3図に示されている。各インサ ートの外形はほぼU字形であって、底部62から弾性の壁64及び66が延出し ている。第2.第3及び第8図かられかるように、少なくとも一方の壁、例えば 壁66が弓形をしており、ロータをディスクハブ22に対してばね付勢できるよ う罠なっている。組み立てる際は、インサート60を6溝46に嵌め付けて、複 数の延出耳部68mおよびbによってディスクハブ22に取り付ける。ブレーキ が掛かった時、ロータがディスクハブ22に押し付けられて弓形壁66を圧縮す るため、圧縮荷重が溝46の長さ方向に分散される。
ここで、本発明の構造を従来のディスクブレーキと比較して説明する。前述した ように、本発明のロータ50はディスクハブ26に対して摺動する構造になって いる。また、各ロータの内表面54全体がブレーキハブに接触しているのではな い。それに対して、従来形ロータは横方向に移動できない(摺動するのはキャリ パ−である)。さらに、これらの従来形ロータは、車両または車輪の他の部材に 全面的に接触しているので、内向きに膨張できない。その結果、これらの従来形 ロータが膨張する時にはひずみが生じ、このようなひずみのため急ブレーキの際 に振動を感じることが多い。それに対して、第2図かられかるように、環状のロ ータ50の内側の、延出歯を除いたほとんどの部分がディスクハブ22の側部4 4から離れているので、本発明のロータは膨張自在であシ、ひずみを軽減または 完全になくすことができる。さらに、従来形ディスクブレーキは、ロータのひず みが一因になって、急ブレーキ時にキーという音を発生する。本発明のロータは ひずみが小さいので、非常に静かである。ブレーキを掛けた時、大量の熱が発生 する。この熱はロータを介して発散させて、熱によるひずみの発生を防止しなく てはならず、従来形ロータでは熱の発散を促進するために換気装置が設けられて いることが多いが、これKよってロータ重量が増加する。本発明のロータでも熱 の発散が必要である。重量の点での犠牲を払わなくても、2つのロータの表面積 が大きいことによシ、発散が促進される。
第7図は溝の1つ46bの拡大図であり、底部4γbとそれから延出した壁49 b及びb′ とを示している。
溝46bには、底部57b及び側部59b及びb′を備え7’? m 56bが 嵌め込まれている。歯56bとスロット46bとの間にインサート60bが配置 されている。歯の側部59の角度及び溝46bの側部49の角度は、接触圧力を 最小にし、ロータの「くねり」の傾向を最小にできるように選択されている。こ の効果は、(摩擦接触がキャリパ−に集中しているので)ロータからハブに伝達 される力が横方向の力とトルクとの合力であることから発生する。従って、各歯 は、回転中に大きさ及び方向が変化する合力ベクトルを持った一連の力を受ける のである。本発明では、歯の角度が、最大の大きさとなる回転位置における合力 ベクトルに対して垂直になっているので、ロータが回転中に絶えず変位する傾向 をなくすことができる。上記角度を決定する方法について、ディスクハブ22及 び一方のロータ50の概略的自由体線図である第8図を参照しながら説明する。
(以下に説明する)ブレーキキャリパ−70の作動時に、各ロータ50に反力ベ クトルFが発生する。この反力ベクトルはディスクハブ22の中心へ平行移動さ せることができ、対応の摩擦力PR及びねじりカTRとして表される。軸方向摩 擦力FRの分力は、第2図に示されている各歯56の概略位置における水平力ベ クトルで示されている。ねじシ反動トルクTRの分力は、各歯56の設置位置に おいて半径方向に作用するベクトルTR1として示されている。軸方向及びねじ シ反動ベクトル分力の各々を従来のベクトル表記法を用いて合計することによシ 、各歯の位置において合成反力が得られる。図示のように、ブレーキを掛けた時 に各歯に加えられるそれぞれの反力81〜R5は、大きさ及び方向共に異なって いる。ブレーキを掛けている間の最大合力は点A及びBの間のい°ずれかの位置 で発生することがわかっている。そのため、側壁59b′の角度及び壁49b′ の角度は、合力ベクトルR5に垂直になるように選択され、反対側の側壁59b 及び49bの角度は、向きは反対であるがそれと同じ大きさである。上記関係を 決定すれば、それ以外の歯及び溝の配置も同じである。
前述したように、第1及び第2図に示されている本発明の実施例の変更例として 、歯及び溝の壁を平行に形成することもできる。歯の底部57はライナー60か らなシ離れるので、その底部がディスクハブ22の溝内の中心にロータを配置す るのに役立ってはいないように思われる。ディスクハブに対するロータの中心配 置または位置決めは、ライナーの全てのばねすなわち湾曲側部がロータの歯を溝 の対向壁へ押し付けることによって達成されている。このため、ロータは、温度 の上昇に伴って、自由に膨張することができる。
第9図は、ディスクハブ22′、に複数の半径方向に延出した歯200が設けら れ、2つのディスク、例えば50a′及び50b′の各々に歯200を収容する 溝202が形成されている本発明の変更実施例を示している。
第9図はディスク508′のみを示している。
再び第1及び第2図を参照しながら説明する。車輪21の動きを低速にするため 、本発明はブレーキキャリバーアセンブリ70を用いている。キャリパ−アセン ブリに設けられたハウジングT2によって形成されたシリンダ74内に、ブレー キ流体が入口ホ−トr sを介して収容されている。シリンダ内には、ピストン 76が往復動可能に配置されている。
ハウジング72とピストン76との間に適当なシール部材を使用して、流体がそ れから漏出しないようにしている。ピストンの延出面γBが第1保合面を形成し ている。ハウジングT2からは、キャリパ−ブリッジ80が延出している。キャ リパ−ブリッジ80には、ブリッジ部すなわち軸方向延出部86と、端面84と が設けられている。端面84は、ブリッジ部の一部として一体化してもよいし、 それとは別体にしてもよい。端面は第2保合面84にもなっている。ブリッジ部 86はほぼ弓形をしておシ、ボルト82などでハウジングT2に締結することが できる。ブリッジ部86が、第4図に個別に取り出して示されている。ブリッジ 部86は、湾曲した上下表面90及び91を有している。表面9a及び91は、 端部92a及び92bがテーパ状になっている。第2図かられかるように、ブリ ッジ部86の端部96が、ハウジングの上部分98の対応表面96′と係合して いる。
キャリパ−ブリッジ8aのテーパ側部92a及びbは複数のブレーキパッド10 8a−dを支持している。
各ブレーキパッド108a−dは、受は板110e及び摩擦材からなるパッド1 12t−有している。第2図かられかるように1第10−タ50bはブレーキパ ッド1 osa及びbの間に嵌め込まれているのに対して、第20−タ50&は ブレーキパッド108c〜dの間に嵌め込まれている。
前述したように、キャリバーブリッジ80のブリッジ部86はテーパ側部92m 及び92bを備えている。
好ましくは鋼製にした受け板110&〜dの各々は、内向きに突出した耳部11 2&及びbと、キャリバーブリッジ80の弓形の下表面91と一致した弓形の中 間表面124とを備えている。耳部122と中間表面124とによって、側部9 2a 、 bと同じ形状の溝120&〜bが形成されている。各々の受け板11 0s〜dは、ハウジング12に取シ付ける前はキャリパ−ブリッジ80上を摺動 する。各々の受け板110の接線及び半径方向の固定は、テーバ端部92と溝1 20との協働によって行われる。インサート130 (第2.第4及び第6図参 照)等のインサートまたはライナーが各テーパ側部92&及び92bと受け板の 溝との間に配置されている。組み立て時に、インサート130は6受は板をキャ リパ−ブリッジから離れる方向へ軽く付勢して、がたつきを防止できるようにす る。また、そのようなインサート130は硬化ステンレス鋼製で、6受は板の圧 縮荷重をテーパ側部92m及び92bの長手方向へ分散させ、さらに受け板が摺 動する表面を滑らかにして、キャリパ−ブリッジ及びブレーキパッドの摩耗を減 少させると共に腐食を防止すると考えられる。
前述したように、溝120& 、 bはそれぞれテーパ側部92& 、 bに嵌 め付けられている。側部sza 、 bの表面の角度、従って溝120の角度は 、各パッド10B(すなわち受け板108の耳部122)に加わる摩擦力FF( 第4図参照)に対する反作用が溝の上下表面に直角になるように、設定される。
この関係は、側部92& 、 bの表5面に垂直方向に作用する2つの力Fl及 びF2に分解されている典型的なブレーキパッド108に加わる摩擦力FFに対 する反作用を示している第4図から明かである。
次に作用を説明すると、ピストン76の作動前は、車輪21.ディスクハブ27 およびその他の各部材が自由に回転できるようになっている。また、ディスクハ ブ26に取り付けられているロータ50a及びbは、6対のブレーキパッド10 8に対して回転している。ブレーキペダルを踏むと、ピストン76がハウジング T2から外向きに移動して、各々のブレーキパッドを順次ロータと係合させる。
例えば、摩擦材のパッド112d がピスト/76によってロータ50aに押し 付けられる。この作用でロータが移動して、対向配置された摩擦材パッド112 Cと接触する。
その後も同様にして、受は板110Cが摩擦材バッド112bをロータ50bと 接触するように押し付け、さらにこれによってロータ50bが摩擦材パッド11 2鳳に押し付けられる。上記動きによって、各摩擦パッドとそれに対応したロー タとの間が摩擦係合するため、車輪の動きが減速される。ブレーキペダルを解放 すると、シリンダ74内の圧力が低下して、各摩擦パッドとロータとの間の上記 摩擦係合が解除される。その後、各摩擦パッドはロータに対して近接した位置に 保持される。
以上の説明から、本発明が、順次係合して各ロータの回転速度を減じる4つの摩 擦表面を用いていることがわかる。2対のブレーキパッドを用いることによシ、 1つのロータと対向配置された1対の摩擦バンドとを用いた従来形ディスクブレ ーキに比べて、本発明は2倍の制動力を発生することができる。そのため、従来 形キャリバー/ディスクブレーキ装置で必要とされたものと同じ制動力を得るた めには、従来使用された力の半分を加えるだけでよい。ブレーキを作動させるた めに必要な力をこのように減少させることによって、動力式ブレーキブースタを 用いる必要性をなくすこともできる。さらに、制動力が4つの受け板によってキ ャリパ−ブリッジ全体に分散されるので、キャリバーハウジング及びブリッジは 薄く軽量に製造できるため、車両の重量効率全体を向上させることができる。
このブレーキの基本的な利点は、制動力を2つではなく4つの摩擦表面に分散で きることである。この特徴は幾つかの面で好都合である。第1に、締め付は荷重 が半分になるので、ブレーキトルクにおいである変化を発生させるために必要な 流体の容積によって決まる同じ有効こわさを維持しながら半分の強度のキャリパ ーを使用することができる。ロータの表面積が増加することによシ、空気への熱 の放射を高めることができる。また、ロータの内径を大きくできることから、ブ リッジ構造のオーバハング150を減少させ、またブリッジを薄くすることがで きる。例えば、ロータの内径を大きくすることKより、ブレーキパッドに作用す 偉圧縮力をキャリハーブリッジの近くへ移動させることができるので、キャリバ ーブリッジが受けるねじシカを減することができる。ブリクジを薄くすることで 、さらに大径のロータを使用することができ、さらに締め付は力の必要量を減少 させ、ロータの表面積を増加することができる。ロータの内径を大きくすること により、大径のスプライン歯を使用することができ、各歯に加わる荷重を低減す ることができる。優れた冷却効果によって発生温度が低くなるので、ライニング 材の寿命が長くなシ、薄い摩擦材のパッドを使用することができる。また、摩耗 が4つの摩耗材パッドに分散されるので、パッドの厚さをさらに薄くすることが できる。摩擦表面当りの熱入力が減少することハ、各ロータを従来のロータの半 分の質量にできることを意味し、換気付きのロータが必要なくなる。
さらに、ロータは形状が簡単になり、プレス加工鋼、鋼またはアルミニウムなど の別の素材を使用することもできる。
もちろん、本発明の上記実施例に対して、本発明の範囲内において様々な変更を 加えることができる。
従って、その範囲は、添付の請求の範囲のみによって限定される本のである。
ff。
FI6.6 国際調査報告 国際調査報告 PC丁/US8B104479 SA 26168

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)車輪(21)に取り付けるデイスクハプ(22)と、複数の環状の平板形ロ ータたはデイスク(50a,b)と、 ロータがデイスクハプ(22)と共転すると共に、車輪の回転方向にほぼ垂直な 第1方向へ摺動自在となるように、ロータ(50a,b)をデイスクハプに取り 付けるための、デイスクハプ及びロータによつて形成された手段と、 各ロータ(50a,b)に1対ずつ対応させて対向配置された複数対のブレーキ バツド(108a,b,c,d)、及びブレーキバツドをそれぞれのロータに摩 擦係合するように押し付ける手段とを有しており、取り付け手段が、第1方向に 延出した複数の溝(46)と、対応の溝内摺動可能に収容された同数の対芯歯( 56,58)とを設けており、各溝が、平坦な底部(47)と、その底部(47 )から角度をつけて外向きに延出した壁(49)とを有しており、取り付け手段 がさらに、各溝(46)と対応の歯(56,58)との間にインサートまたはラ イナー(60)を設けており、 インサートが、溝(46)の底部(47)に当接する底部(62)及びそれから 外向きに延出した壁(64,66)を備えた薄壁構造を有しており、インサート (60)の壁(64,66)の一方が弓形をして、対応の歯をそれに対応した溝 の対向側部に押し付けることがてきるようにしたことを特徴としているデイスク ブレーキ(20)。 2)弓形のインサート壁がロータを回転方向の反対の方向へ名目上押し付けるよ うにした請求項1に記載のブレーキ。 3)インサートが、それをブレーキハブに固定する手段を備えており、該固定手 段が、インサートの一方の壁から延出して各デイスクハプ(22)の端部壁に嵌 め付けられる複数の耳部(68)を備えている請求項1に記載のブレーキ。 4)複数の溝(46)がデイスクハプ(22)に形成されて第1方向に延出して おり、また各ロータの内縁部(54)から複数の対応する歯(56,58)が延 出している請求項1に記載のブレーキ(20)。 5)壁の一方の角度が、最大合成摩擦反力に垂直になるように選択されており、 他方の壁の角度は、向きが反対であるが同じ大きさである請求項1に記載のブレ ーキ。
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