JPWO2008047840A1 - ディスクブレーキのブレーキキャリパ - Google Patents

Abstract

コンパクトな構造でありながら多数個ピストンのブレーキキャリパと同等の性能を有し、かつブレーキパッドとブレーキディスク間の引き摺り抵抗を極小とするとともに、ブレーキパッドの不均等磨耗やブレーキ鳴きの発生が起りがたく、重量増大やコスト上昇を抑えたブレーキキャリパを提供するため、ピストン２３は円環筒状に形成され円環状の押圧部によってディスクロータ１へ押圧力を作用するように構成され、キャリパ本体１００、１０５には前記ピストン２３をピストン軸方向に摺動可能に収納する円環状に凹設されたピストン収納穴２１が形成されるようにした。

Description

本発明は、自動車や自動二輪車等の走行車両に用いられるディスクブレーキのブレーキキャリパに関する。

車両用ブレーキキャリパ装置は、ブレーキディスクの片側だけにピストンのあるタイプとブレーキディスクを挟んで対向するようにピストンを設けたタイプがある。また、ピストンは片側あたり１個設けるタイプと２個以上の複数個設けるタイプがある。高性能車にはブレーキディスクを挟んで対向するようにピストンを設けるタイプが多く、レース用車両やラリー用車両ではピストンを片側３個（合計６個）以上設ける場合も知られている。

従来のブレーキキャリパの構造を図１３〜１５に示す。
図１３はブレーキキャリパ２の取付け状態を概略的に示した斜視図である。ブレーキのディスクロータ１を挟むようにブレーキキャリパ２が配置されている。このブレーキキャリパ２は通常アウターピース３、インナーピース４および両者を締結するボルト５で構成されている。

図１４はブレーキキャリパ２の断面図である。アウターピース３は、アウタキャリパ本体１００と、該アウタキャリパ本体１００に設けられたピストン収納穴１０１に摺動可能に収納される円筒形のピストン６によって構成され、ピストン収納穴１０１の底壁とピストン６の底部との間に油圧室７が画成され図示しない油圧マスタシリンダで昇圧した作動油が図示しない給油管を通って供給されるようになっている。ピストン６の外周とピストン収納穴１０１の周壁との間には作動油が漏洩しないようにシール部材の角シール８が設けられ、さらに外部からの塵等の浸入を防止するダストシール９が設けられている。

また、ブレーキパッド１０、１０は、裏板１０４に固着形成され、ピストン６の移動によって前記裏板１０４を介してブレーキパッド１０をディスクロータ１に押し付けて制動力を作用させている。
インナーピース４に対しても同様にインナキャリパ本体１０５にピストン収納穴１０１を設けて構成され、前記アウターピース３及びインナーピース４は統合してブレーキキャリパ２が形成されている。

図１５は従来構造におけるブレーキパッド１０とピストン６との相互関係を示す一部を破断した正面図である。この図に示すようにブレーキパッド１０に比べピストン６はかなり小さくピストン６の外側及び車両中心側（この図の下側）にはピストン６で押圧出来ていない部分が多く、ブレーキパッド１０の不均等磨耗の要因の一つになっていた。また、このピストン６で押圧出来ていない部分の自由振動がブレーキ鳴きの要因の一つになっていた。

これを防止するために、ピストンを片側３個以上設けたブレーキキャリパが種々提案されている。例えば、特許文献１では、片側３個のピストンを設けて確実にブレーキパッドを押圧するようにしている。

一方、ブレーキ作動時にその発生液圧によりブレーキパッドを介してブレーキディスクを押圧したブレーキピストンが、ブレーキ液圧解除後はブレーキピストン周上に設けた角シールの弾性復元力により押圧開始前の位置に復帰さるべく種々の工夫がなされている。例えば、特許文献２では、理想的な除圧時ピストン戻り量としてキャリパ撓み量とパッド圧縮歪量を足し合わせた二次曲線が開示されている。また角シールを収納する溝の面取り量と角シールのゴム硬度を変えることで前記の理想曲線に近づける工夫が開示されている。

特開２００２−２１３５０２号公報 特開平１０−３２５４３２号公報

しかしながら、上述した特許文献１においては、片側３個のピストンを設ける構造のため、ブレーキキャリパの構造が複雑化し加工工数が増大し、さらに、多数個のピストンを収納するための収納部が大きくなるのでブレーキキャリパ本体の剛性が低下し、それを補うための補強が必要になり、重量の増大やコストの上昇を招きやすいと言う欠点があった。

一般に、高性能車のブレーキキャリパは、ブレーキディスクを挟んで片側２個以上のピストンを対向させて配置したものが多いが、一方ブレーキパッドはピストンの数に関係なく車両重量に応じて面積が設定される。即ち、車両重量が重くなるに比例しブレーキパッド面積も増大する。従って、例えばピストンが片側２個の場合は、ピストンで押圧する部分からブレーキパッドがはみ出し、ブレーキパッドの不均等磨耗やブレーキ鳴きの原因になっていた。

また、ピストン押圧部からブレーキパッドがはみ出すのを回避する手段しては、ピストンを３個以上に増やしはみ出しを防ぐことは構造上可能だが、各ピストンを製作し、かつブレーキキャリパに各ピストンを収納する収納部を設ける必要があるので、重量増大やコスト上昇を招きやすい。更に各ピストン同士が接近してくるのでブレーキディスクに対するブレーキキャリパの強圧時の剛性が低下するので、これを補償するための周辺部分の補強が必要になり更なる重量増大やコスト上昇が発生する。

一方、前記特許文献２では、理想的な除圧時ピストン戻り量としてキャリパ撓み量とパッド圧縮歪量を足し合わせた二次曲線が開示され、角シールを収納する溝の面取り量と角シールのゴム硬度を変えることで前記の理想曲線に近づける工夫が開示されているが、十分と言えずさらなる改良が必要であった。
軽くブレーキを踏んだ時のような低液圧時とＡＢＳ（Ａｎｔｉ Ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が作動するような高液圧時の両方において、良好なブレーキペダルフィーリングの確保と通常走行時のブレーキパッドとブレーキディスク間の引き摺りを解消することを同時に達成することは困難という問題があった。

一般に、ブレーキキャリパは、ブレーキディスクを挟んで片側１個以上のピストンを配置し、油圧によりこのピストンを作動させブレーキパッドを介してブレーキディスクを挟むことにより制動力を発生させる。当該ピストンの周上には作動油の漏れを防ぐとともに、ブレーキを解除し作動油の圧力がなくなった時にピストンを作動前の位置に戻す目的で角シールが装着されている。

しかしながら、ブレーキの作動油圧は高かったり低かったりと一定ではなく、またブレーキパッドが磨耗してくるとブレーキ作動前のピストンの位置が当該パッドの磨耗に伴いブレーキディスク側に近づいてくるので、前記ピストンの周上に配置した角シールの変形の形態も一定ではなく、結果的に全てのブレーキ作動条件で漏れがなく、かつ必要とされるピストンの戻り特性を満足する角シールを構築することは困難であった。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな構造でありながら多数個ピストンのブレーキキャリパと同等の性能を有し、かつ通常走行時のブレーキパッドとブレーキディスク間の引き摺り抵抗を極小とし、さらに、ブレーキパッドの不均等磨耗やブレーキ鳴きの発生を回避し、重量増大やコスト上昇を抑えるとともに良好なブレーキペダルフィーリングが得られるブレーキキャリパを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、ディスクブレーキのブレーキキャリパにかかる第一発明は、ディスクロータを挟んでブレーキピストンを設けたディスクブレーキのブレーキキャリパにおいて、前記ピストンは円環筒状に形成され円環状の押圧部によってディスクロータへ押圧力を作用するように構成され、キャリパ本体には前記ピストンをピストン軸方向に摺動可能に収納する円環状に凹設されたピストン収納穴が形成されたことを特徴とする。

かかる第一発明によれば、従来技術においてはピストンの押圧部の形状が円形であるのに対して本発明においては押圧部が円環状であるため、ピストンの受圧面積が同じでも受圧部全体の外径を大きくすることができる。
このため、例えば、片側２個のピストンを具備したブレーキキャリパの場合、ブレーキパッドの面積は車両重量とパッド寿命から一義的に決まってくるので、従来技術では２個のピストンの押圧部の外側や車輪中心寄りの部分にはみ出し部が出来、当該パッドの不均一磨耗、ブレーキ鳴き等の問題が発生するのに対して、本発明によれば受圧部分の外径が大きくなるため当該はみ出し部が大幅に少なくなり、パッド全体を均等に押し付けることができ、パッドとロータとの間にあそび部分が生じることがなく優れた制動力を発揮し、かつパッド磨耗の均一化が計れてブレーキ鳴きの問題を解消できる。

さらに、はみ出し部を防ぐためにピストンを３個以上に増やさずに対応できるため、各ピストンの製作、各ピストンを収納する収納部の加工、さらに収納部の増加に伴う補強が不要になり、重量の増大やコストの上昇を抑えることができる。

また、第一発明において望ましくは、前記ピストン収納穴の内側周壁を形成する中央突起部が前記キャリパ本体と別部材によって形成されるとよい。

かかる構成によれば、前記ピストン収納穴の内側周壁を形成する中央突起部が前記キャリパ本体と一体的に構成したものに比べ、ピストン収納穴の複雑な中ぐり加工が不要で量産性が良く安価に製作することが出来る。
また、通常ブレーキキャリパ本体はインナーピースとアウターピースを各々別個に製作し、ボルト締めするのでキャリパ全体のブレーキディスクへの強圧時の剛性は十分な数値を確保し難いが、本発明の場合はインナーピースとアウターピースとを一体構造としても前記ピストン収納穴を形成することができるので、一体構造が採用可能となるためボルト締めに伴うブレーキディスクの強圧時の剛性の低下がなく、軽量でかつ高剛性となり優れた制動力を発揮することが出来る。

また、かかる別体構造において、前記中央突起部が前記キャリパ本体の一部を含みピストン軸方向に分離可能な別部材によって形成されてもよく、前記中央突起部の先端側部分だけを分離可能な別部材によって形成されてもよい。

前記中央突起部が前記キャリパ本体の一部を含みピストン軸方向に分離可能な別部材によって形成する場合には、前記したようにピストン収納穴の複雑な中ぐり加工が不要となり生産性が向上する。
また、前記中央突起部の先端側部分だけを分離可能な別部材によって形成する場合には、ピストン収納穴を加工する場合に、中央突起部がないので加工用の工具が中央突起部に干渉することがないため加工しやすい。さらに、干渉する恐れがないため加工工具の剛性を確保して加工精度を高めることができる。

また、かかる別体構造において、前記別部材がネジ要素、摩擦圧接、拡散接合、溶接、または接着剤によってキャリパ本体側に接合されるとよい。
各々がネジ要素で螺合されているかまたは摩擦圧接等で接合されているので、ピストン内周に中央突起部を有しない従来技術のブレーキキャリパの加工工程を大きく変更することなく中央突起部を形成することができる。

また、かかる別体構造において、前記別部材の中央突起部外周に前記ピストン内周に摺接する内側シール部材を収納する内側シール溝が形成されるとよい。
ピストン内周に摺接する内側シール部材を収納する溝をキャリパ本体とは別の別部材に形成するので、精度よく加工された内側シール溝を有する当該中央突起部を付加するだけで容易にピストン内周に摺接するシール部材を所定の位置に精度良く配置することが出来る。

また、前記中央突起部の先端側部分だけを分離可能な別部材によって形成する場合において、前記先端側部分の外径を前記中央突起部の基部側の外径より大きく形成するとよい。
かかる構成によれば、キャリパ本体の中央突起部が組み合わされる外径よりも当該先端側部分の外径の方が大きいので、キャリパ本体の中央突起部が組み合わされる突起部分の外径をさらに精度良く仕上げる等の工程が不要で、精度良く加工された中央突起部の先端側部分だけを付加するだけでよい。その結果、容易にピストン内周に摺接する内側シール部材を設けることができる。

さらに、第一発明において望ましくは、前記ピストンの外周と前記ピストン収納穴の外側周壁との間に隙間を形成するとともに、前記ピストンの内周と前記ピストン収納穴の内側周壁との間にも隙間を形成し、前記両隙間の大きさを異ならせるとよい。

かかる構成によれば、ブレーキキャリパにおけるピストン収納穴に対するピストン外周との隙間と、ピストン内周とピストン収納穴の内側周壁との隙間とを異なる設定としたので、ピストン収納穴の内側周壁によって形成される中央突起部を強度的に有利な設計とすることが出来る。詳細については第３実施形態において説明するが、中央突起部がピストンによる曲げモーメントを受けにくくなるので強度的に有利となる。
また、ブレーキを作動させるための油圧が解放された時に当該ピストンの元の位置への復元性を確実なものとすることが出来る。

さらに、第一発明において望ましくは、前記ピストンは、その内部に円環状の空洞部を設けるとよい。
かかる構成によれば、ピストンの内部に空洞部を設けたので、ブレーキキャリパの重量の増大を抑えることが出来、またブレーキキャリパがブレーキ作動する際に発生する熱に対するピストンの熱容量を適正なものに設定することが出来る。

次に、ディスクブレーキのブレーキキャリパにかかる第二発明は、ディスクロータを挟んでブレーキピストンを設けたディスクブレーキのブレーキキャリパにおいて、前記ピストンは円環筒状に形成され円環状の押圧部によってディスクロータへ押圧力を作用するように構成され、キャリパ本体には前記ピストンをピストン軸方向に摺動可能に収納する円環筒状のピストン収納穴が設けられ、前記ピストンの外周と前記ピストン収納穴の外側周壁との間に外側シール部材を設けるとともに、前記ピストンの内周と前記ピストン収納穴の内側周壁との間に内側シール部材を設けたことを特徴とする。

かかる第二発明によれば、ピストンの外周に外側シール部材を設ける他に、内周側にも内側シール部材を設けたので、これら両シール部材がブレーキディスクを押圧するための油圧が作用した時に変形し、押圧するための油圧が解放された時に当該両シール部材の変形に対する復元力でピストンを押し戻す働きが確実になり、ブレーキディスクとブレーキパッドの引き摺り現象が生じ難くなる。

また、かかる第二発明において、好ましくは、前記外側シール部材のせん断剛性を前記内側シール部材のせん断剛性よりも大きくするとよい。
このようにせん断特性を設定することによって、径が大きい外側シール部材を高せん断特性に、かつ径が小さい内側シール部材を低せん断特性として、特性が異なるシール部材を組み合わせることで、狙いとする理想的なシール部材の特性を得ることができる。
すなわち、ピストンが戻りすぎてブレーキペダルを踏んだときには遊びが生ずることがなく、またピストンが十分に戻らずにいわゆる引き摺り現象が生じないように、除圧時にピストンを理想とする適切な位置に、軽くブレーキを踏んだ時のような低液圧時とＡＢＳ（Ａｎｔｉ Ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）が作動するような高液圧時の両方において、正確に戻すことができるようなシール部材のせん断特性とすることが可能になる。

第一発明によれば、従来技術においてはピストンの押圧部の形状が円形であるのに対して本発明においては押圧部が円環状であるため、ピストンの受圧面積が同じでも受圧部全体の外径を大きくすることができ、コンパクトな構造でありながら多数個ピストンのブレーキキャリパと同等の性能を有することができる。

例えば、片側２個のピストンを具備したブレーキキャリパの場合、ブレーキパッドの面積は車両重量とパッド寿命から一義的に決まってくるので、従来技術では２個のピストンの押圧部の外側や車輪中心寄りの部分にはみ出し部が出来、当該パッドの不均一磨耗、ブレーキ鳴き等の問題が発生するのに対して、本発明によれば受圧部分の外径が大きくなるため当該はみ出し部が大幅に少なくなり、パッド全体を均等に押し付けることができ、パッドとロータとの間にあそび部分が生じることがなく優れた制動力を発揮し、かつパッド磨耗の均一化が計れてブレーキ鳴きの問題を解消できる。

さらに、はみ出し部を防ぐためにピストンを３個以上に増やさずに対応できるため、各ピストンの製作、各ピストンを収納する収納部の加工、さらに収納部の増加に伴う補強が不要になり、重量の増大やコストの上昇を抑えることができる。

また、第二発明によれば、ピストンの外周に外側シール部材を設ける他に、内周側にも内側シール部材を設けたので、これら両シール部材がブレーキディスクを押圧するための油圧が作用した時に変形し、押圧するための油圧が解放された時に当該両シール部材の変形に対する復元力でピストンを押し戻す働きが確実になり、ブレーキディスクとブレーキパッドの引き摺り現象が生じ難くなる。

第１実施形態におけるブレーキキャリパを示す断面図である。 第１実施形態におけるブレーキパッドとピストンの配置状況を示す正面図である。 第２実施形態におけるブレーキキャリパを示す断面図である。 ピストンに摺接する角シールの収納状態を示す断面図である。 ピストンに摺接する角シールの作動時の変形状態を示す断面図である。 ブレーキキャリパの除圧時ピストン戻り量と負荷液圧の関係を示す特性図である。 第３実施形態におけるピストンと摺接するキャリパ本体及び中央突起部との隙間状態を示す断面図である。 第４実施形態におけるブレーキキャリパを示す断面図である。 第５実施形態におけるブレーキキャリパを示す断面図である。 第５実施形態における他のブレーキキャリパを示す断面図である。 第６実施形態における中央突起部の詳細を示す断面図である。 第７実施形態におけるブレーキキャリパを示す断面図である。 従来技術のブレーキキャリパの取付け状態を概略的に示す斜視図である。 従来技術のブレーキキャリパの構造を示す断面図である。 従来技術におけるブレーキパッドとピストンの配置状況を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、図１、２を参照して説明する。従来技術の図１３〜１５で説明した部品と同一構成には同一符号を付する。
ブレーキキャリパ２の全体構成は、図１３で示したブレーキキャリパ２の取付け状態と同様であり、ブレーキキャリパ２はブレーキのディスクロータ１を挟むように配置されている。このブレーキキャリパ２はアウターピース３、インナーピース４および両者を締結するボルト５で構成されている。

図１に示すように。アウターピース３は、アウタキャリパ本体１００と、該アウタキャリパ本体１００に設けられたピストン収納穴２１に摺動可能に収納されるピストン２３によって構成され、ピストン収納穴２１の底壁とピストン２３の底部との間に油圧室２５が画成され図示しない油圧マスタシリンダで昇圧した作動油が図示しない給油管を通って供給されるようになっている。
このピストン２３は円環筒状に形成され、円環状の押圧部２７によってディスクロータ１へ押圧力を作用するように構成され、アウタキャリパ本体１００に形成されたピストン収納穴２１は、前記ピストン２３をピストン軸方向に摺動可能に収納するように円環状の溝が凹設されて形成されている。

また、ブレーキパッド１０、１０は、裏板１０４に固着形成され、ピストン２３の移動によって前記裏板１０４を介してブレーキパッド１０をディスクロータ１に押し付けて制動力を作用させている。
インナーピース４に対しても同様にインナキャリパ本体１０５にピストン収納穴２１を設けて構成され、前記アウターピース３及びインナーピース４は統合してブレーキキャリパ２が形成されている。

図２に示すように、本実施形態のブレーキキャリパ２は、インナーピース４及びアウターピース３の各々のピストン２３のピストン収納穴２１の中央には、ピストン収納穴２１の内側周壁を形成する中央突起部２２が形成され、かつピストン２３の中央には該中央突起部２２に対応する個所に、図２に示すような嵌合穴２９が設けられている。
即ちピストン２３は中空であり、外周がピストン収納穴２１の外側周壁と摺接すると同時に、内周がピストン収納穴２１の内側周壁を形成する中央突起部２２とも摺接するドーナツ状、または円環筒状に形成されている。
なお、インナーピース４とアウターピース３は図２に示すようにボルト５によって結合されている。

また、ピストン２３の外周とピストン収納穴２１の外側周壁との間には作動油が漏洩しないように外側シール部材の角シール３１が設けられると共に、その角シール３１の外側には外部からの塵等の浸入を防止するダストシール３３が設けられ、さらに中央突起部２２の先端には外部からの泥や埃の侵入を防止するダストブーツ６０が嵌合されている。

ピストン２３は、図１に示すインナーピース４及びアウターピース３の中央突起部２２に対して、図２に示すように中央突起部２２に対応する嵌合穴２９の面積に相当する分だけ従来の構造のピストンに比べブレーキ油圧の受圧面積が減少する。車両としてのブレーキ力を低下させることは出来ないので、この減少分を補償するためにピストン２３の外径を増大する必要が生ずる。従って、図２に示すように、ピストン２３の受圧面積が同じでも受圧部全体の外径を従来のＤ１（図１５）から大きくＤ２（図２）とすることができる。前述のブレーキパッド１０のピストン２３で押圧し切れない部分がおのずと減少する構成とすることが出来る。

また、円環状の押圧部２７における外径Ｄ２と内径Ｐとの比は、Ｐ／Ｄ２が３５％〜６５％の範囲にあることが好ましい。
３５％以下であると、外径が大きくなることによる受圧作用面積の拡大効果が得られにくく、かつ６５％以上であると、中心部の押圧力が低下して均一な押し付け作用が得られなくなる。

また、ピストン２３の内部は、中実状態でもよいが、本実施形態では空洞部２４が設けられている。
ピストン２３そのものがその内部に空洞部２４を有しているので、ピストン２３が軽量となりブレーキキャリパ全体の軽量化に寄与するとともに、ブレーキを作動させるブレーキ油圧の印加速度が速い場合でもピストン２３が軽いので十分な追従性を確保することが出来る。

また、ピストン２３が空洞部２４を有しているので、ピストン２３の重量を任意に調整することができ、ブレーキを作動させる時に発生する熱に対して最適な熱容量に設定することが出来る。なおこの空洞部２４は、ピストン２３が金属の場合はピストン２３を二分割して成形して溶接する、ロー付けする、摩擦圧接する等の方法で製作出来、樹脂の場合は二分割し成形した後で溶着等の方法が考えられる。

以上詳述した本実施形態によれば、車両の前輪、後輪のブレーキ力のバランスを崩すことなく、ブレーキキャリパのピストン２３の外径を大きくすることが出来るため、ブレーキパッド１０に対するピストン２３で押圧し切れない部分が少なくなりブレーキパッド１０の不均等磨耗やブレーキ鳴きの発生を防止することが出来る。

また、本実施形態によれば、従来技術の図１５のようにブレーキキャリパ２のピストン６の個数を無闇に増やしたりせずに、ブレーキパッド１０を有効に押圧することが出来る。従って、隣り合うピストンの間隔を多数個のピストンで構成されるブレーキキャリパよりも広くとることが出来、ブレーキディスクに対するブレーキキャリパの強圧時の剛性を十分確保することが出来る。この結果、従来技術のような重量やコストの増大を招くことがない。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図３〜図６を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態の外側シール部材の角シール３１が、ピストン２３の外周とピストン収納穴２１の外側周壁との間に設けられているのに対して、ピストン２３の内周が嵌合する中央突起部２２の外周部にも内側シール部材の角シール３６が設けられている構成を特徴とするものである。
この角シール３６はピストン２３側に溝を設けピストン２３側に移設しても機能上は問題ないことは言うまでもない。

ピストン２３は、図３に示すようにその外周において角シール３１と、その内周において角シール３６と接触している。図４はブレーキを作動させていない初期状態でのピストン２３の外周で接触している角シール３１の様子を模式的に表したものである。図示しないブレーキペダルを踏むと図示しないブレーキ油圧回路における油圧が上昇し、油圧室２５にこの油圧が作用する。その結果ピストン２３は図４の左方向へ移動しピストン２３に摺接する角シール３１は図５のように弾性変形する。この弾性変形量は図４の面取り３８の大きさや角シールの材料等によって決定される。この作動形態は図５に図示しないピストン２３の内周側で摺接する角シール３６においても同様である。

図６に示すとおり、従来設計のシール（図１４に示す角シール８）を使用した場合は、負荷液圧がP２の場合には従来設計でのシール特性（図６Ｃ線）が示す除圧時ピストン変位量が理想的ピストン戻し量Bとほぼ合致しているので問題はないが、それより液圧の低いP１の場合は必要なピストン戻し量に対して実際のピストン戻し量がδ１だけ大きいので、除圧時にピストンはピストンの作動前の位置よりδ１だけ大きく戻る。従って、次にブレーキを踏んだ時にはこのδ１をなくす分だけブレーキペダルの遊びが増えたようになり運転者に違和感を感じさせてしまう。

なお、図６のＡ線は最小必要戻し量＝Ｄ線値＋Ｅ線値を示し、Ｂ線は理想的ピストン戻し量、Ｃ線は前記のように従来設計でのシール特性、Ｄ線はブレーキキャリパの撓み量、Ｅ線はパッドの圧縮変形量をそれぞれ示す。

一方、負荷液圧がＰ２より高いＰ３の場合は、必要なピストン戻し量に対して実際のピストン戻し量がδ３だけ不足するので、除圧時にピストンはピストンの作動前の位置よりδ３だけ戻りきらない。従って、ブレーキペダルを踏むのをやめたにもかかわらずδ３だけブレーキパッドがブレーキディスクに押付けられる、いわゆる引き摺り現象が発生しブレーキパッドの早期磨耗や走行抵抗が増えたために燃費の悪化を招くという不具合が発生する。

本実施形態の場合には、ブレーキピストンの外周および内周に各々特性の違う角シール３１、３６を具備しているので、各々の角シール３１、３６の特性を重ね合わせることで図６に示す理想的ピストン戻し量曲線Bに近いシール特性を得ることが出来、ブレーキペダルに違和感を感じることなく、またブレーキパッドの引き摺り現象も発生しないブレーキキャリパを得ることが出来る。

特に、ピストン外径側に摺接する角シール３１は径が大きいのでシールの弾性変形に対する抵抗が大きく、更にゴム硬度を上げ面取り量を多くとることでより図６に示す直線Dに近い特性が得られ易い。またピストン内径側に摺接する角シール３６は径が小さいのでシールの弾性変形に対する抵抗が小さく、面取り量を小さくしゴム硬度を下げることで図６に示す早期収束型の曲線Eに近い特性が得られる。
すなわち、外側シール部材の角シール３１のせん断剛性を、前記内側シール部材の角シール３６のせん断剛性よりも大きい特性とするように材料、形状を変更することがよい。
これらの各々特性の違うシールを同一のピストンに組み込むことで狙いとする図６に示す曲線Bに近似したシール特性を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７を参照して説明する。
第３実施形態は、ピストン収納穴２１内に収納されるピストン２３と、該ピストン収納穴２１との隙間の関係を設定したものである。

ピストン２３とピストン収納穴２１との関係を詳しく書くと、図７に示すとおりピストン２３はキャリパ本体１００、１０５のピストン収納穴２１及び中央突起部２２との間で所定の隙間δ１およびδ２をもって収納されている。本実施形態のブレーキキャリパ２は、この隙間δ１とδ２が同一でない、すなわち異ならせて設定している。

図７に示すとおり、インナキャリパ本体１０５の油圧室２５にブレーキ油圧が印加された時は、ピストン２３がブレーキパッド１０を介してディスクロータ１を強く押圧する。
一方ディスクロータ１は紙面直角方向に動いているのでピストン２３も同様に紙面直角方向に移動することを余儀なくさせられる。この時図７に示すピストン２３の外周の隙間δ１は紙面直角方向で０に近づく。この二つの隙間δ１及びδ２の関係に関しては二つの隙間設定方法が考えられる。

まず、ピストン２３の外周位置での隙間δ１よりピストン２３の内周位置での隙間δ２を大きく設定する場合がある。この場合δ１が０、即ちピストン２３がインナキャリパ本体１０５に接触した時でもδ２が０より大きく中央突起部２２との間で隙間があるので、中央突起部２２はピストン２３の紙面直角方向の力による曲げモーメントを受けないので強度的に有利となる。

一方、ピストン２３の外周位置での隙間δ１よりピストン２３の内周位置での隙間δ２を小さく設定することも可能である。この場合δ２が０、即ちピストン２３が中央突起部２２に接触した時でもδ１が０より大きくピストン収納穴２１の外側壁面との間で隙間があるので、ピストン２３とキャリパ本体１００、１０５は接触することないので、ブレーキ油圧が無くなった時に角シール３１及び角シール３６の変形復元力でピストン２３は容易に元の位置に復帰することが可能となり、図１に示すディスクロータ１とブレーキパッド１０との隙間が確保出来、通常走行状態でもディスクロータ１がブレーキパッド１０と摺動する引き摺り現象が発生することが防止される。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態から第７実施形態まで、ピストン収納穴２１の内側周壁を形成する中央突起部２２がキャリパ本体１００、１０５と別部材によって形成される場合を説明する。

第４実施形態を、図８を参照して説明する。
アウターピース３及びインナーピース４は二分割構造ではなく、アウターピース３とインナーピース４が一体で形成されている。言うまでも無く両ピースを結合するボルト５は存在しない。
この場合、ピストン収納穴２１の加工の容易性を確保するためにインナキャリパ本体１０５に形成された中央突起部２２に相当する部分をインナキャリパ本体１０５から分離可能なように、インナキャリパ本体１０５に、中央突起部２２が形成されたエンドプラグ４０を収納するための加工穴４３が設けられている。このエンドプラグ４０が収納する加工穴４３が設けられた以外は図３に示した前記第２実施形態におけるブレーキキャリパ２と基本構成は同じである。

本実施形態のブレーキキャリパにおいても、前記第１、２の実施の形態におけるブレーキキャリパの場合と同様に、アウターピース３のアウタキャリパ本体１００、またインナーピース４のインナキャリパ本体１０５に相当する部分には中央突起部２２がそれぞれ形成されている。
しかしながら、インナキャリパ本体１０５の中央突起部２２はエンドプラグ４０と一体的に形成されている。インナキャリパ本体１０５とエンドプラグ４０は図８の場合は結合ネジ４５で螺合されている。ネジ要素以外の結合要素であっても本実施例が成立することは言うまでもない。

結合ネジ４５は図８に示すように、エンドプラグ４０の外側端部に形成されている。そして、その結合ネジ４５よりブレーキパッド１０側には段差部４７が設けられ一段外径側に位置した面に嵌合面４９が形成されている。この段差部４７の縦面によってエンドプラグ４０のインナキャリパ本体１０５に対する抜け止めおよび位置決めがされる。

以上詳述した第４実施形態によれば、インナキャリパ本体１０５の中央突起部２２をインナキャリパ本体１０５と一体的に加工する必要がない。従って、加工性、組立性がよく安価に生産することが出来る。また、アウターピース３及びインナーピース４が二分割構造ではなく、アウターピース３とインナーピース４が一体で形成されているので信頼性が高く、また、ディスクロータ１へのブレーキキャリパ２の強圧剛性を高くすることが出来るので安定したブレーキ力を確保することが出来る。

さらに、図８に示すように、エンドプラグ４０を組付ける前には、加工穴４３を通してアウターピース３側のピストン収納穴２１の加工工具を挿入することができるため、アウターピース３側のピストン収納穴２１の加工が容易になり、アウターピース３とインナーピース４が一体で形成されている構造であってもピストン収納穴２１を容易に加工できる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について図９、１０を参照して説明する。
第５実施形態は、ピストン収納穴２１の中央に形成される中央突起部２２が、中央突起部２２の先端側部分だけを分離可能な別部材のガイド部材５０を組み付けて形成される。
なお、第１実施形態〜第３実施形態で説明した構成部品と同一構成については同一符号付して説明を省略する。

図９に示すように、インナキャリパ本体１０５の中央部に形成された中央突起部２２は、基部５２と、先端側部分のガイド部材５０とをネジ要素５４で螺合して結合されている。また、図１０に示すようにネジ要素５４でなく、摩擦圧接５５によって接合してもよい。
さらに、拡散接合、溶接、または接着剤等によって接合しても良いことは勿論である。
ガイド部材５０の頂部には、ガイド部材５０を螺合、または圧接するための工具が嵌合するリセス部５６が凹設されている。
また、ガイド部材５０の外周には、内側シール部材の角シール３６を収納する内側シール溝５８が形成され、該内側シール溝５８内に角シール３６が嵌合している。

ピストン２３の内径側に摺接する角シール３６が設けられたガイド部材５０は、中央突起部２２の基部５２に組み合わされるので、インナキャリパ本体１０５のピストン収納穴２１を加工する時にガイド部材５０に相当する部分がないため、加工がしやすいだけでなく、加工用の工具が中央突起部２２に干渉する恐れもないので、十分な加工工具の剛性を確保できるから加工精度がよく、かつ生産性が高い。
また、別個に精度良く加工したガイド部材５０を組み付けるだけで、ピストン２３を収納する部分の外径、内径とも精度良く提供出来るので、生産性を阻害することなく精度を高めることが出来る。

また、インナキャリパ本体１０５のピストン収納穴２１の内径とピストン２３の外径、およびピストン２３の内径とガイド部材５０の外径との隙間は、角シール３１および３６の性能を設計値どおりに発揮させるために隙間ばらつきを極限まで抑える必要がある。そこでばらつきを抑える手段としてピストン２３の外径加工寸法の許容差内の部品を加工仕上がり寸法毎に例えば３段階に層別管理し、インナキャリパ本体１０５のピストン収納穴２１の内径の加工寸法を計測した結果により前記３段階に層別したピストンのうちどの区分のものを組み付けるか決定する手法をとる。なお、この手法を以下選択嵌合という。

ピストン２３は中空であるが故にその外径と内径に嵌合部を有する。従って、角シール３１および３６の性能を確保するために、外径にも内径にも選択嵌合を実施する必要があることになる。ピストン２３の内径側に嵌合する前記ガイド部材５０までを一体とした場合、ピストン収納穴２１の内径寸法と中央突起部２２の外径寸法を各々計測し、ピストン２３の外径および内径寸法を例えば各々３段階に層別しておき選択嵌合をすることになり、３×３の９種類の寸法のピストンを層別準備する必要があるため現実的ではない。

一方、ピストン２３の内径側に嵌合する中央突起部２２を、本実施形態のように中央突起部２２の基部５２とガイド部材５０とに分離し組み立てる手法をとると、インナキャリパ本体１０５のピストン収納穴２１の内径加工寸法を計測し、予め外径を３種類に層別しておいたピストン２３を選択して組み合わせる。なお、ここまでは従来技術の製造方法と同じであるが、本実施形態ではこの時に、ピストン２３の内径寸法も計測して予め別に３種類に層別しておいたガイド部材５０を選択する。そして、選択した寸法のガイド部材５０を中央突起部２２の基部５２にネジ要素で螺合させるか、摩擦圧接で接合して前記の寸法のピストン２３を組み立てる。
これにより、３×３の９種類の寸法のピストンを層別準備する必要がなく、生産性を阻害することなく角シール３１および３６の所望の性能を得ることが出来る。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態を、図１１を参照して説明する。
第６実施形態は、第５実施形態に対して図１１に示すようにガイド部材５０の外径ｄ１が中央突起部２２の基部５２の外径ｄ２に対して大きく設定している。第５実施形態で示した構成部品と同一構成については同一符号付して説明を省略する。
図１１に示すように、中央突起部２２の基部５２の外径は、根元部のｄ３から先端部のｄ２にかけてテーパ状に変化している。基部５２の外径ｄ２、ｄ３はいずれも、ガイド部材５０の外径ｄ１より小径となっている。また、ガイド部材５０の先端には外部からの泥や埃の侵入を防止するダストブーツ６０が嵌合されている。

以上の実施形態によれば、ガイド部材５０の外径ｄ１に対して中央突起部２２の基部５２の外径ｄ２を小さく構成したので、ブレーキ作動時に中心線Ｘ−Ｘに対してピストン２３がピストン収納穴２１の内径とピストン２３の外径の隙間分だけ紙面に直角方向にＹのように回転運動した場合でも、ピストン２３と中央突起部２２の基部５２が干渉することが無い。
従って、中央突起部２２の基部５２はピストン２３による曲げモーメントを受けることがないので、細くとも強度的に問題となることがない。また、中央突起部２２の基部５２はガイド部材５０の外径より小さいので、中央突起部２２の基部５２を機械加工することなくダイキャスト等による素材寸法のまま使用することが出来、安価に製造することが出来る。

さらに、当該ピストン２３の内周に摺接するように設ける角シール３６を収納するガイド部材５０は、別の部材で構成され、中央突起部２２の基部５２の外径より大きいので、組み合わされるガイド部材５０の外径をさらに精度良く仕上げる等の工程が不要で、精度良く加工された当該ガイド部材５０を付加するだけで容易にピストン２３内周に摺接する角シール３６を設けることが出来る。

（第７実施形態）
次に、第７実施形態を、図１２を参照して説明する。
第７実施形態は、図９、１０に示した第５実施形態の外側シール部材の角シール３１の配置を、インナキャリパ本体１０５側から、ピストン２３側に移設して、角シール６１としたものである。
このように角シール６１をピストン２３の外周に形成したシール溝に収納して配置することによって、シール機能上においては、前記第５実施形態で示したインナキャリパ本体１０５側に配置した場合と同等であるが、本第７実施形態においては、インナキャリパ本体１０５に形成するピストン収納穴２１の加工が、シール溝がないため加工が容易になる。

本発明によれば、従来技術においてはピストンの押圧部の形状が円形であるのに対して本発明においては押圧部が円環状であるため、ピストンの受圧面積が同じでも受圧部全体の外径を大きくすることができ、コンパクトな構造でありながら多数個ピストンのブレーキキャリパと同等の性能を有することができる。その結果、パッド全体を均等に押し付けることができ、パッドとロータとの間にあそび部分が生じることがなく優れた制動力を発揮し、かつパッド磨耗の均一化が計れてブレーキ鳴きの問題を解消できる。
さらに、ピストンの外周に外側シール部材を設ける他に、内周側にも内側シール部材を設けたので、これら両シール部材がブレーキディスクを押圧するための油圧が作用した時に変形し、押圧するための油圧が解放された時に当該両シール部材の変形に対する復元力でピストンを押し戻す働きが確実になり、ブレーキディスクとブレーキパッドの引き摺り現象が生じ難くなる。
従って、自動車や自動二輪車等の走行車両に用いられるディスクブレーキのブレーキキャリパへの利用に適する。

Claims (11)

1. ディスクロータを挟んでブレーキピストンを設けたディスクブレーキのブレーキキャリパにおいて、
   前記ピストンは円環筒状に形成され円環状の押圧部によってディスクロータへ押圧力を作用するように構成され、キャリパ本体には前記ピストンをピストン軸方向に摺動可能に収納する円環状に凹設されたピストン収納穴が形成されたことを特徴とするディスクブレーキのブレーキキャリパ。
2. 前記ピストン収納穴の内側周壁を形成する中央突起部が前記キャリパ本体と別部材によって形成され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のブレーキキャリパ。
3. 前記中央突起部が前記キャリパ本体の一部を含みピストン軸方向に分離可能な別部材によって形成されることを特徴とする請求項２記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
4. 前記中央突起部の先端側部分だけを分離可能な別部材によって形成されることを特徴とする請求項２記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
5. 前記別部材がネジ要素、摩擦圧接、拡散接合、溶接、または接着剤によってキャリパ本体側に接合されることを特徴とする請求項３または４に記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
6. 前記別部材の中央突起部外周に前記ピストン内周に摺接する内側シール部材を収納する内側シール溝が形成されることを特徴とする請求項３または４に記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
7. 前記先端側部分の外径を前記中央突起部の基部側の外径より大きく形成したことを特徴とする請求項４記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
8. 前記ピストンの外周と前記ピストン収納穴の外側周壁との間に隙間を形成するとともに、前記ピストンの内周と前記ピストン収納穴の内側周壁との間にも隙間を形成し、前記両隙間の大きさを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
9. 前記ピストンは、その内部に円環状の空洞部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。
10. ディスクロータを挟んでブレーキピストンを設けたディスクブレーキのブレーキキャリパにおいて、
    前記ピストンは円環筒状に形成され円環状の押圧部によってディスクロータへ押圧力を作用するように構成され、キャリパ本体には前記ピストンをピストン軸方向に摺動可能に収納する円環筒状のピストン収納穴が設けられ、前記ピストンの外周と前記ピストン収納穴の外側周壁との間に外側シール部材を設けるとともに、前記ピストンの内周と前記ピストン収納穴の内側周壁との間に内側シール部材を設けたことを特徴とするディスクブレーキのブレーキキャリパ。
11. 前記外側シール部材のせん断剛性を前記内側シール部材のせん断剛性よりも大きくしたことを特徴とする請求項１０に記載のディスクブレーキのブレーキキャリパ。

Images