WO2016203895A1 - ピストンおよびこれを用いたディスクブレーキ - Google Patents

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WO2016203895A1
WO2016203895A1 PCT/JP2016/064770 JP2016064770W WO2016203895A1 WO 2016203895 A1 WO2016203895 A1 WO 2016203895A1 JP 2016064770 W JP2016064770 W JP 2016064770W WO 2016203895 A1 WO2016203895 A1 WO 2016203895A1
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piston
region
surface portion
thickness
axial direction
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PCT/JP2016/064770
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English (en)
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Inventor
定知 松村
映 井上
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • F16D55/225Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members the braking members being brake pads
    • F16D55/226Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with axially-movable discs or pads pressed against axially-located rotating members by clamping an axially-located rotating disc between movable braking members, e.g. movable brake discs or brake pads with a common actuating member for the braking members the braking members being brake pads in which the common actuating member is moved axially, e.g. floating caliper disc brakes

Definitions

  • the present invention relates to a piston and a disc brake using the same.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-121130 filed in Japan on June 16, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the above piston has a shape with a high strength against the load from the outside (brake hydraulic pressure), but there is a possibility that the weight will increase.
  • the present invention provides a high-strength piston while suppressing an increase in weight and a disc brake using the same.
  • the piston has a ring-shaped first region in which the bottom portion is provided on the radially inner side of the wall portion and connected to the wall portion, and on the radially inner side of the first region. And a second region having a concave shape in the axial direction.
  • the second region has a variable thickness region in which the axial thickness becomes thinner toward the radially inner side.
  • Sectional drawing which shows the disc brake using the piston of 1st Embodiment.
  • Sectional drawing of the piston of 1st Embodiment. The partial expanded sectional view of the piston of 1st Embodiment.
  • the stress distribution figure of the piston of a 1st embodiment. The stress distribution map of other pistons.
  • Sectional drawing of the piston of 2nd Embodiment. Sectional drawing of the piston of 3rd Embodiment. Sectional drawing of the piston of 4th Embodiment.
  • FIG. 1 shows a disc brake 11 using a piston 10 according to the first embodiment.
  • the disc brake 11 is for a vehicle such as an automobile, specifically for a four-wheel automobile, and includes a carrier 12, a pair of brake pads 13, and a caliper 14.
  • the disc brake 11 brakes the vehicle by stopping the rotation of the disc 15 that rotates with a wheel (not shown) to be braked.
  • the carrier 12 is disposed so as to straddle the outer diameter side of the disk 15 and is fixed to the non-rotating portion of the vehicle.
  • the pair of brake pads 13 are supported by the carrier 12 so as to be slidable in the axial direction of the disk 15 in a state of being opposed to both surfaces of the disk 15.
  • the caliper 14 is supported by the carrier 12 so as to be slidable in the axial direction of the disk 15 while straddling the outer diameter side of the disk 15.
  • the caliper 14 stops the rotation of the disk 15 by pressing the pair of brake pads 13 against the disk 15.
  • the caliper 14 is a caliper body 20 that is supported by the carrier 12 across the disk 15, and the piston 10 according to the first embodiment that is held in the caliper body 20 and arranged to face one surface of the disk 15. And have.
  • the caliper body 20 includes a cylinder 25, a bridge portion 26, and a claw portion 27, and is configured integrally.
  • the cylinder 25 is disposed so as to face the inner side (vehicle width direction inside) surface of the disk 15 in the axial direction.
  • the cylinder 25 is formed in a bottomed cylindrical shape having a cylindrical cylinder wall 31 that opens to the disk 15 side and a cylinder bottom 32 that closes the opposite side of the cylinder wall 31 from the disk 15.
  • the cylinder 25 has an accommodation hole 33 inside the cylinder wall 31 and the cylinder bottom 32.
  • the accommodation hole 33 opens to the disk 15 side and extends along the axial direction of the disk 15.
  • the piston 10 is slidably inserted into the accommodation hole 33.
  • the bridge 26 extends from the cylinder 25 in the axial direction of the disk 15 so as to straddle the disk 15.
  • the claw portion 27 extends from the opposite side of the bridge portion 26 to the cylinder 25 so as to face the cylinder 25, and is disposed to face the outer side surface (the vehicle width direction outer side) of the disk 15.
  • a pipe connection hole 35 connected to a brake pipe (not shown) is formed on the central axis of the accommodation hole 33.
  • the caliper 14 advances the piston 10 toward the disk 15 by the brake fluid pressure introduced into the accommodation hole 33 through the pipe connection hole 35, and presses the inner brake pad 13 with the piston 10 to contact the disk 15.
  • the caliper 14 slides in a direction in which the cylinder 25 is separated from the disk 15 with respect to the carrier 12 by the pressing reaction force of the piston 10, and the outer side brake pad 13 is pressed by the claw portion 27 to contact the disk 15.
  • the brake pads 13 on both sides are sandwiched between the piston 10 and the claw portion 27 and pressed against the disk 15 to generate a frictional resistance, thereby generating a braking force.
  • An annular seal groove 37 that is recessed radially outward is formed at an intermediate position on the opening side in the axial direction of the inner peripheral surface of the cylinder wall 31 that forms the accommodation hole 33.
  • An annular boot groove 38 that is recessed radially outward is formed on the opening side of the inner peripheral surface of the cylinder wall 31 relative to the seal groove 37.
  • An annular piston seal 39 that seals the gap with the piston 10 is fitted in the seal groove 37.
  • One end of an annular boot 40 interposed between the piston 10 and the piston 10 is fitted to the opening side of the cylinder wall portion 31.
  • the piston 10 includes a cylindrical piston wall portion 52 (wall portion) having an opening 51 at one end in the axial direction and a piston bottom portion 53 (bottom portion) that closes the other axial end of the piston wall portion 52. ).
  • the piston wall portion 52 has a wall main body portion 61 and an inner flange portion 62 extending radially inward from the entire circumference opposite to the piston bottom portion 53 of the wall main body portion 61.
  • An inner side of the inner flange portion 62 in the radial direction is an opening 51.
  • a boot groove 64 is formed on the opening 51 side in the axial direction.
  • the boot groove 64 is recessed inward in the radial direction from the cylindrical outer peripheral main surface 63.
  • the wall main body 61 is formed with a bulging portion 66 bulging inward in the radial direction from the cylindrical inner peripheral main surface 65 so that the position in the axial direction matches the boot groove 64.
  • the boot groove 64 is formed by pressing the cylindrical outer peripheral main surface 63 of the wall main body portion 61 radially inward to plastically deform the wall main body portion 61, and surplus space generated at that time Is a bulging portion 66.
  • the piston bottom portion 53 is connected to the first region 71 in an annular shape provided on the radially inner side of the piston wall portion 52 and connected to the piston wall portion 52, and to the first region 71 on the radially inner side of the first region 71. And a circular second region 72 extending across the entire radial inner side of the first region 71.
  • an inner bottom surface 75 on the opening 51 side in the axial direction is formed of an inner bottom surface portion 76 provided in the first region 71 and an inner bottom surface portion 77 provided in the second region 72.
  • the inner bottom surface portion 76 provided in the first region 71 has an annular surface portion 81 on the radially outer side and an annular surface portion 82 on the radially inner side.
  • the surface portion 81 extends from the end edge portion of the cylindrical inner peripheral main surface 65 of the wall main body portion 61 opposite to the opening portion 51 while reducing the diameter in a direction away from the opening portion 51.
  • the surface portion 82 extends radially inward from the inner peripheral edge of the surface portion 81 opposite to the opening 51.
  • the surface portion 82 is a plane orthogonal to the central axis of the piston 10.
  • the inner bottom surface portion 77 provided in the second region 72 has an annular surface portion 83 on the radially outer side and a circular surface portion 84 on the radially inner side.
  • the surface portion 83 is a tapered surface that extends radially inward from the radially inner inner peripheral edge of the surface portion 82 of the inner bottom surface portion 76 so as to be away from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side. Are continuous with the inner peripheral edge of the surface portion 83 and spread over the entire radial inner side of the surface portion 83.
  • the surface portion 84 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10.
  • the piston bottom 53 has an outer bottom surface 91 on the side opposite to the opening 51 in the axial direction, formed from an outer bottom surface portion 92 provided in the first region 71 and an outer bottom surface portion 93 provided in the second region 72.
  • the outer bottom surface portion 92 provided in the first region 71 is a plane orthogonal to the central axis of the piston, and is disposed on the same plane as the surface 95 opposite to the opening 51 in the axial direction of the piston wall 52. Has been.
  • the outer bottom surface portion 93 provided in the second region 72 has a radially outer surface portion 98 and a radially inner surface portion 99.
  • the surface portion 98 is a tapered surface that extends radially inward from the inner peripheral edge portion on the radially inner side of the outer bottom surface portion 92 and away from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side.
  • the surface portion 99 is a surface portion.
  • the inner peripheral edge of 98 extends to the entire inside of the surface 98 in the radial direction.
  • the surface portion 99 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10.
  • the outer bottom surface portion 92 provided in the first region 71 overlaps the surface portion 81 of the inner bottom surface portion 76 provided in the first region 71 in the radial direction.
  • the outer bottom surface portion 92 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10, and the surface portion 81 has a shape that decreases in diameter as the distance from the opening 51 increases. Therefore, in the portion between the outer bottom surface portion 92 and the surface portion 81, the axial thickness becomes thinner toward the radially inner side.
  • a portion between the outer bottom surface portion 92 and the surface portion 81 is a first variable thickness region 101 that is provided in the first region 71 and has a thickness in the axial line direction that becomes thinner toward the inner side in the radial direction.
  • the outer bottom surface portion 92 provided in the first region 71 overlaps with the surface portion 82 of the inner bottom surface portion 76 provided in the first region 71 in the radial direction.
  • the outer bottom surface portion 92 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10, and the surface portion 82 is also a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10. Accordingly, the axial thickness of the portion between the outer bottom surface portion 92 and the surface portion 82 is constant regardless of the radial position.
  • a portion between the outer bottom surface portion 92 and the surface portion 82 is provided in the first region 71 and becomes a first constant thickness region 102 (constant thickness region) in which the axial thickness is constant regardless of the radial position. ing.
  • the surface portion 83 of the inner bottom surface portion 77 provided in the second region 72 overlaps the surface portion 98 of the outer bottom surface portion 93 provided in the second region 72 in the radial direction.
  • the surface portion 83 is a tapered surface that is separated from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side.
  • the surface portion 98 is also a tapered surface that is separated from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side.
  • the angle ⁇ a formed by the surface portion 82 that is a surface orthogonal to the center axis of the piston 10 and the extension line of the surface portion 83 is an extension line of the surface portion 99 that is a surface orthogonal to the center axis of the piston 10.
  • the angle ⁇ b formed by the surface portion 98 is larger.
  • the taper ratio of the surface portion 83 (the diameter difference divided by the axial distance) is smaller than the taper ratio of the surface portion 98. Therefore, in the portion between the surface portion 83 and the surface portion 98, the axial thickness is thinner toward the radially inner side.
  • a portion between the face portion 83 and the face portion 98 is a second thickness change region 103 (a thickness change region) provided in the second region 72 and having a thickness in the axial direction that becomes thinner toward the inner side in the radial direction.
  • the surface portion 84 of the inner bottom surface portion 77 provided in the second region 72 overlaps the surface portion 99 of the outer bottom surface portion 93 provided in the second region 72 in the radial direction.
  • the surface portion 84 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10, and the surface portion 99 is also a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10. Therefore, in the portion between the surface portion 84 and the surface portion 99, the axial thickness is constant regardless of the radial position.
  • a portion between the surface portion 84 and the surface portion 99 is provided so as to be included in the second region 72, and the second constant thickness region 104 (third region) in which the axial thickness is constant regardless of the radial position. It has become.
  • the second constant thickness region 104 is a portion on the radially inner side of the second region 72.
  • the thickness t2 of the second constant thickness region 104 in the axial direction is thinner than the thickness t1 of the first constant thickness region 102 in the axial direction.
  • the radially outer surface 83 is a tapered surface that is separated from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side.
  • the radially inner surface portion 84 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10.
  • the radially outer surface portion 98 is a tapered surface that is separated from the opening 51 in the axial direction toward the radially inner side.
  • the radially inner surface 99 is a flat surface orthogonal to the central axis of the piston 10.
  • the second thickness change region 103 in which the axial thickness becomes thinner toward the inner side in the radial direction increases the angle ⁇ a formed by the surface portion 83 and the surface orthogonal to the central axis of the piston 10 while suppressing an increase in the protrusion amount h. it can.
  • the piston 10 is inserted into the accommodation hole 33 in the cylinder wall 31 with the piston bottom 53 at the top.
  • the piston 10 has the piston bottom 53 close to the cylinder bottom 32 and the opening 51 is disposed on the opposite side of the cylinder bottom 32.
  • the piston 10 is fitted into a piston seal 39 disposed in the seal groove 37 of the cylinder wall portion 31, and is supported by the piston seal 39 and the inner peripheral surface of the cylinder wall portion 31.
  • the other end of the boot 40 is fitted into the boot groove 64 of the piston 10.
  • the disc brake piston described in Patent Document 1 is composed of an outer member and an inner member, and these bottoms have a convex shape that protrudes smoothly so as to be positioned outward in the axial direction toward the center side,
  • the bottom has a high strength shape against the load (brake hydraulic pressure) from the outside.
  • load brake hydraulic pressure
  • the piston 10 of the first embodiment includes an annular first region 71 in which the piston bottom portion 53 is provided on the radially inner side of the piston wall portion 52 and connected to the piston wall portion 52, and the first region. 71, a second region 72 provided on the radially inner side of 71 and having a concave inner side in the axial direction and a convex shape on the outer side in the axial direction.
  • the piston 10 has a high-strength shape that can reduce stress against a load (brake hydraulic pressure) from the outside.
  • the second region 72 includes the second thickness changing region 103 in which the axial thickness becomes thinner toward the inner side in the radial direction, the center side becomes thinner and an increase in weight can be suppressed.
  • the piston 10 is formed from a single component, an increase in cost can be suppressed, and manufacture is facilitated.
  • the second thickness change region 103 whose axial direction thickness becomes thinner toward the inner side in the radial direction is a surface orthogonal to the surface portion 83 and the central axis of the piston 10 while suppressing an increase in the protrusion amount h of the second region 72. Can be increased. For this reason, in particular, the stress on the inner bottom surface 75 side of the piston bottom 53 can be reduced.
  • first region 71 has a first constant thickness region 102 in which the axial thickness is constant regardless of the radial position, and the second region 72 also has an axial thickness at the radial position. Regardless, it has a constant second constant thickness region 104. For this reason, the weight increase of the piston bottom part 53 can further be suppressed.
  • the weight increase of the piston bottom 53 can be suppressed, the mass of the piston 10 is reduced as a whole, the natural frequency is increased, and the brake squeal suppression effect is increased.
  • the position of the center of gravity of the piston 10 can be brought close to the opening 51, and the piston seal 39 can be brought close. Therefore, the position of the center of gravity of the piston 10 is brought close to the piston seal 39 which is the main support position of the piston 10, and the brake noise suppression effect is enhanced.
  • FIG. 4A shows the simulation result of the stress distribution of the piston 10 when such brake fluid pressure is applied.
  • the portion shown in black in FIG. 4A shows a range where compressive stress is generated, and the portion shown in white in FIG. 4A shows a range where tensile stress is generated.
  • the piston 10 of the first embodiment shown in FIG. 4A is mainly composed of compressive stress, not tensile stress, in the stress distribution in the second region 72 of the piston bottom 53 in particular. Yes. Therefore, it can be seen that the piston 10 of the first embodiment has a shape with high strength against the brake hydraulic pressure.
  • the reliability of the disc brake 11 including the piston 10 is improved by increasing the strength of the piston 10, the cost reduction of the piston 10 leads to the overall cost reduction, and the weight reduction of the piston 10 leads to the overall weight reduction.
  • the piston 10A of the second embodiment has a piston bottom 53A that is partly the same as the first region 71 of the first embodiment and the second region 72 of the first embodiment that extends over the entire inside in the radial direction.
  • the second region 72A has a different shape.
  • the second region 72A is not provided with the second constant thickness region 104 of the first embodiment and the surface portions 84 and 99 on both sides thereof.
  • the second region 72A has a shape obtained by extending the second variable thickness region 103 of the first embodiment in a conical shape up to the central axis of the piston 10A. That is, the second region 72A is a variable thickness region in which the thickness in the axial direction becomes thinner toward the inner side in the radial direction.
  • the second region 72A has an inner bottom surface portion 77A having a shape in which the surface portion 83 of the first embodiment extends conically to the central axis of the piston 10A, and a surface portion 98 of the first embodiment conical to the central axis of the piston 10A. And an outer bottom surface portion 93 ⁇ / b> A having a shape extending to the center.
  • the inner bottom surface portion 77 ⁇ / b> A is continuous with the inner peripheral edge portion of the surface portion 82 of the inner bottom surface portion 76 and extends over the entire inside in the radial direction of the surface portion 82.
  • the outer bottom surface portion 93 ⁇ / b> A continues to the inner peripheral edge portion of the outer bottom surface portion 92 and extends over the entire inside in the radial direction of the outer bottom surface portion 92. Therefore, the piston bottom portion 53A has an inner bottom surface 75A formed from the inner bottom surface portion 76 and the inner bottom surface portion 77A, and an outer bottom surface 91A formed from the outer bottom surface portion 92 and the outer bottom surface portion 93A.
  • the second region 72A includes an inner bottom surface portion 77A and an outer bottom surface portion 93A, which are conical surfaces whose apexes are arranged on the central axis of the piston bottom portion 53A.
  • the piston 10B of the third embodiment has a shape in which the piston bottom 53B is different from the first region 71 similar to the first embodiment and the second region 72 of the first embodiment spreading over the entire inside in the radial direction.
  • the second region 72 ⁇ / b> B includes an inner bottom surface 77 ⁇ / b> B that extends to the entire inner periphery in the radial direction of the surface portion 82 and continues to the inner peripheral edge of the outer bottom surface portion 92.
  • an outer bottom surface portion 93 ⁇ / b> B extending across the entire radial inner side of 92.
  • the inner bottom surface portion 77B and the outer bottom surface portion 93B are both spherical surfaces centered on the central axes of the piston 10B and the piston bottom portion 53B, and the spherical diameter of the inner bottom surface portion 77B is larger than the spherical diameter of the outer bottom surface portion 93B. Is also getting smaller.
  • the second region 72B between the inner bottom surface portion 77B and the outer bottom surface portion 93B is a variable thickness region in which the thickness in the axial direction becomes thinner as a whole becomes radially inner. Therefore, the piston bottom portion 53B has an inner bottom surface 75B composed of the inner bottom surface portion 76 and the inner bottom surface portion 77B, and an outer bottom surface 91B composed of the outer bottom surface portion 92 and the outer bottom surface portion 93B.
  • the piston 10 ⁇ / b> C of the fourth embodiment has a protruding portion 111 that protrudes on the boundary position between the piston wall portion 52 and the piston bottom portion 53, on the side opposite to the opening portion 51 in the axial direction from the outer bottom surface portion 92 of the piston bottom portion 53. Are formed at intervals in the circumferential direction of the piston 10C.
  • the protrusion 111 protrudes in a spherical shape and has a tapered shape.
  • the protruding height of the protruding portion 111 from the outer bottom surface portion 92 is higher than the height from the outer bottom surface portion 92 to the surface portion 99.
  • the piston 10 ⁇ / b> C restricts the surface portion 99 from closing the pipe connection hole 35 when it is disposed in the cylinder 25 of the caliper 14 shown in FIG. 1.
  • the piston 10C can be prevented from obstructing the flow of the brake fluid from the pipe connection hole 35, and a stable brake fluid supply can be achieved. it can.
  • Such a protrusion 111 may be provided in the piston of the first to third embodiments.
  • the position of the pipe connection hole 35 is not limited to the position shown in FIG. 1, and may be located at a position shifted from the center of the piston.
  • the position of the protrusion 111 can be set at any position on the outer bottom surface 91 as long as it can restrict the piston bottom 53 from blocking the pipe connection hole 35, and the shape thereof can also be set arbitrarily.
  • the piston for a disc brake having a cylindrical wall portion having an opening at one end in the axial direction and a bottom portion closing the other end in the axial direction of the wall portion, the bottom portion
  • the first region is an annular first region that is provided on the inner side in the radial direction of the wall portion, and the second region that is provided on the inner side in the radial direction of the first region and is concave in the axial direction.
  • the second region has a thickness change region in which the axial thickness becomes thinner toward the radially inner side.
  • the 2nd field formed in the shape of a concave in the direction of an axis, it becomes a shape with high intensity to the load from the outside.
  • the second region has a thickness change region in which the axial thickness becomes thinner toward the radially inner side, an increase in weight can be suppressed.
  • the first region has a constant thickness region in which the axial thickness is constant regardless of the radial position. According to the said 2nd aspect, the weight increase of a piston can be suppressed.
  • the second region is a third region in which the axial thickness is constant on the radially inner side regardless of the radial position. Includes area.
  • the second region includes a conical surface having an apex arranged on a central axis of the bottom.
  • the second region includes a spherical surface centered on the central axis of the bottom.
  • a plurality of projecting portions are provided on the outer bottom surface of the bottom portion so as to project on the side opposite to the opening in the axial direction.
  • a disc brake including the piston according to any one of the first to fifth aspects is conceivable.
  • the reliability is improved by increasing the strength of the piston, and the suppression of the weight increase of the piston leads to the suppression of the overall weight increase.
  • the above-described piston is not limited to the disc brake shown in FIG. 1, but can be applied to a fixed caliper type (opposing piston type), a two-piston type floating caliper type, or the like.

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Abstract

軸線方向一端に開口部(51)を有する筒状の壁部(52)と、壁部(52)の軸線方向他端を閉塞する底部(53)と、を有し、底部(53)は、壁部(52)の径方向内側に壁部(52)に連なって設けられる環状の第1の領域(71)と、第1の領域(71)の径方向内側に設けられて軸線方向に凹状に形成された第2の領域(72)と、を備え、第2の領域(72)は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域(103)を有する。

Description

ピストンおよびこれを用いたディスクブレーキ
 本発明は、ピストンおよびこれを用いたディスクブレーキに関する。
 本願は、2015年6月16日に、日本に出願された特願2015-121130号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 ディスクブレーキ用ピストンとして、外側部材と内側部材とで構成され、これらの底部の中央が外側へ突き出す凸形状のものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開平10-122280号公報
 上記のピストンは、底部が外側からの負荷(ブレーキ液圧)に対し高強度な形状となっているが、重量増となってしまう可能性がある。
 本発明は、重量増を抑制しつつ高強度なピストンおよびこれを用いたディスクブレーキを提供する。
 本発明の第一の態様によれば、ピストンは、底部が、壁部の径方向内側に該壁部に連なって設けられる環状の第1の領域と、前記第1の領域の径方向内側に設けられて軸線方向に凹状をなす第2の領域と、を備える。前記第2の領域は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域を有する。
 上述のピストンおよびこれを用いたディスクブレーキによれば、重量増を抑制しつつ高強度化を図ることができる。
第1実施形態のピストンを用いたディスクブレーキを示す断面図。 第1実施形態のピストンの断面図。 第1実施形態のピストンの部分拡大断面図。 第1実施形態のピストンの応力分布図。 他のピストンの応力分布図。 第2実施形態のピストンの断面図。 第3実施形態のピストンの断面図。 第4実施形態のピストンの断面図。
「第1実施形態」
 第1実施形態について図1~図4Bを参照して以下に説明する。図1は、第1実施形態に係るピストン10を用いたディスクブレーキ11を示す。このディスクブレーキ11は、自動車等の車両用のもの、具体的には四輪自動車用のもので、キャリア12と、一対のブレーキパッド13と、キャリパ14とを備えている。ディスクブレーキ11は、制動対象となる図示略の車輪とともに回転するディスク15の回転を止めて車両を制動する。
 キャリア12は、ディスク15の外径側を跨ぐように配置されて車両の非回転部に固定される。一対のブレーキパッド13は、ディスク15の両面に対向配置された状態でディスク15の軸線方向に摺動可能となるようにキャリア12に支持される。キャリパ14は、ディスク15の外径側を跨いだ状態でディスク15の軸線方向に摺動可能となるようにキャリア12に支持される。
 キャリパ14は、一対のブレーキパッド13をディスク15に押圧することによりディスク15の回転を止める。キャリパ14は、ディスク15を跨いだ状態でキャリア12に支持されるキャリパボディ20と、キャリパボディ20内に保持されてディスク15の一面側に対向するように配置される第1実施形態のピストン10とを有している。
 キャリパボディ20は、シリンダ25と、ブリッジ部26と、爪部27とを有して一体的に構成されている。
 シリンダ25は、ディスク15の軸線方向のインナ側(車幅方向内側)の面に対向配置されている。シリンダ25は、ディスク15側に開口する筒状のシリンダ壁部31と、シリンダ壁部31のディスク15とは反対側を閉塞するシリンダ底部32とを有する有底筒状に形成されている。
 シリンダ25は、これらシリンダ壁部31およびシリンダ底部32の内側が収容穴33となっている。収容穴33はディスク15側に開口してディスク15の軸線方向に沿っている。ピストン10は、収容穴33内に摺動可能に挿入されている。ブリッジ部26は、ディスク15を跨ぐためにシリンダ25からディスク15の軸線方向へ延びて形成されている。爪部27は、ブリッジ部26のシリンダ25と反対側からシリンダ25と対向するように延出しており、ディスク15のアウタ側(車幅方向外側)の面に対向配置されている。
 シリンダ底部32には、収容穴33の中心軸線上に図示略のブレーキ配管に接続される配管接続穴35が形成されている。キャリパ14は、配管接続穴35を介して収容穴33内に導入されるブレーキ液圧によりピストン10をディスク15側に前進させ、ピストン10でインナ側のブレーキパッド13を押圧してディスク15に接触させる。また、キャリパ14は、ピストン10の押圧反力でキャリア12に対してシリンダ25をディスク15から離す方向に摺動して、爪部27でアウタ側のブレーキパッド13を押圧してディスク15に接触させる。このようにして、ピストン10と爪部27とで両側のブレーキパッド13を挟持してディスク15に押圧して摩擦抵抗を発生させ、制動力を発生させる。
 なお、収容穴33を形成するシリンダ壁部31の内周面の軸線方向における開口側の中間位置には、径方向外方に凹む円環状のシール溝37が形成されている。シリンダ壁部31の内周面のシール溝37よりも開口側には、径方向外方に凹む円環状のブーツ溝38が形成されている。シール溝37には、ピストン10との隙間をシールする円環状のピストンシール39が嵌合されている。シリンダ壁部31の開口側には、ピストン10との間に介装される円環状のブーツ40の一端が嵌合されている。
 以下、第1実施形態のピストン10について説明する。図2に示すように、ピストン10は、軸線方向一端に開口部51を有する筒状のピストン壁部52(壁部)と、ピストン壁部52の軸線方向他端を閉塞するピストン底部53(底部)とを有する有底筒状に形成されている。
 ピストン壁部52は、壁本体部61と、壁本体部61のピストン底部53とは反対端の全周から径方向内方に延出する内フランジ部62とを有している。内フランジ部62の径方向内側が開口部51となっている。壁本体部61には、その円筒面状の外周主面63よりも径方向内方に凹むブーツ溝64が軸線方向の開口部51側に形成されている。壁本体部61には、その円筒面状の内周主面65よりも径方向内方に膨出する膨出部66が軸線方向の位置をブーツ溝64に合わせて形成されている。ブーツ溝64は、壁本体部61の円筒面状の外周主面63を径方向内方に押圧して壁本体部61を塑性変形させることにより形成されることになり、その際に生じる余肉が膨出部66となっている。
 ピストン底部53は、ピストン壁部52の径方向内側にピストン壁部52に連なって設けられる円環状の第1の領域71と、第1の領域71の径方向内側に第1の領域71に連なって、第1の領域71の径方向内側全体に広がる円形状の第2の領域72とを有している。
 ピストン底部53は、軸線方向の開口部51側の内底面75が、第1の領域71に設けられる内底面部76と、第2の領域72に設けられる内底面部77とから形成されている。第1の領域71に設けられる内底面部76は、径方向外側の円環状の面部81と、径方向内側の円環状の面部82とを有している。面部81は、壁本体部61の円筒状の内周主面65の開口部51とは反対側の端縁部から、開口部51から離れる方向に縮径しつつ延出する。面部82は、面部81の開口部51とは反対側の内周縁部から径方向内方に延出する。面部82は、ピストン10の中心軸線に直交する平面となっている。
 第2の領域72に設けられる内底面部77は、径方向外側の円環状の面部83と、径方向内側の円形の面部84とを有している。面部83は、内底面部76の面部82の径方向内側の内周縁部から径方向内方に、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるように延出するテーパ面であり、面部84は、面部83の内周縁部に連なって面部83の径方向内側全体に広がっている。面部84は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面となっている。
 ピストン底部53は、軸線方向の開口部51とは反対側の外底面91が、第1の領域71に設けられる外底面部92と、第2の領域72に設けられる外底面部93とから形成されている。第1の領域71に設けられる外底面部92は、ピストンの中心軸線に直交する平面となっており、ピストン壁部52の軸線方向における開口部51とは反対側の面95と同一平面に配置されている。
 第2の領域72に設けられる外底面部93は、径方向外側の面部98と、径方向内側の面部99とを有している。面部98は、外底面部92の径方向内側の内周縁部から径方向内方に、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるように延出するテーパ面であり、面部99は、面部98の内周縁部に連なって面部98の径方向内側全体に広がっている。面部99は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面となっている。
 第1の領域71に設けられる外底面部92は、第1の領域71に設けられる内底面部76の面部81と径方向の位置を重ね合わせている。外底面部92は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面であり、面部81は、開口部51から離れるほど縮径する形状を有している。よって、外底面部92と面部81との間の部分は、軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなっている。外底面部92と面部81との間の部分が、第1の領域71に設けられて軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなる第1の変厚領域101となっている。
 第1の領域71に設けられる外底面部92は、第1の領域71に設けられる内底面部76の面部82とも径方向の位置を重ね合わせている。外底面部92は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面であり、面部82も、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面である。よって、外底面部92と面部82との間の部分は、軸線方向厚さが径方向位置によらず一定となっている。外底面部92と面部82との間の部分が、第1の領域71に設けられて軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第1の定厚領域102(定厚領域)となっている。
 第2の領域72に設けられる内底面部77の面部83は、第2の領域72に設けられる外底面部93の面部98と径方向の位置を重ね合わせている。面部83は、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるテーパ面である。面部98も、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるテーパ面である。図3に示すように、ピストン10の中心軸線に直交する面である面部82と面部83の延長線とが形成する角度θaは、ピストン10の中心軸線に直交する面である面部99の延長線と面部98とが形成する角度θbよりも大きくなっている。言い換えれば、面部83のテーパ率(径差を軸線方向距離で割ったもの)は、面部98のテーパ率よりも小さくなっている。よって、面部83と面部98との間の部分は、軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなっている。面部83と面部98との間の部分が、第2の領域72に設けられて軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなる第2の変厚領域103(変厚領域)となっている。
 第2の領域72に設けられる内底面部77の面部84は、第2の領域72に設けられる外底面部93の面部99と径方向の位置を重ね合わせている。面部84は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面であり、面部99も、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面である。よって、面部84と面部99との間の部分は、軸線方向厚さが径方向位置によらず一定となっている。面部84と面部99との間の部分が、第2の領域72に含んで設けられて軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第2の定厚領域104(第3の領域)となっている。第2の定厚領域104は、第2の領域72の径方向内側の一部分である。
 軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなる第2の変厚領域103を介して配置される第1の定厚領域102と第2の定厚領域104とは、図3に示すように、第1の定厚領域102の軸線方向の厚さt1よりも第2の定厚領域104の軸線方向の厚さt2の方が薄くなっている。
 図2に示すように、第2の領域72の内底面部77において、径方向外側の面部83は、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるテーパ面である。径方向内側の面部84は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面である。これにより、第2の領域72は、開口部51に向く内底面部77側が軸線方向に凹状をなしている。
 第2の領域72の外底面部93において、径方向外側の面部98は、径方向内側ほど軸線方向において開口部51から離れるテーパ面である。径方向内側の面部99は、ピストン10の中心軸線に直交する平坦面である。これにより、第2の領域72は、開口部51とは反対方向に向く外底面部93側が、軸線方向に図3に示す突出量hで突出する凸状に形成されている。軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなる第2の変厚領域103は、突出量hの増大を抑制しながら、面部83とピストン10の中心軸線に直交する面とが形成する角度θaを大きくできる。
 図1に示すように、ピストン10は、ピストン底部53を先頭にしてシリンダ壁部31内の収容穴33に挿入される。これにより、ピストン10は、ピストン底部53がシリンダ底部32に近接し、開口部51がシリンダ底部32とは反対側に配置される。このとき、ピストン10は、シリンダ壁部31のシール溝37に配置されたピストンシール39に嵌合され、このピストンシール39とシリンダ壁部31の内周面とに支持される。また、ピストン10は、そのブーツ溝64にブーツ40の他端が嵌合される。
 特許文献1に記載のディスクブレーキ用ピストンは、外側部材と内側部材とで構成され、これらの底部が、中心側ほど軸線方向外側へ位置するように滑らかに湾曲して突き出す凸形状を有し、底部が外側からの負荷(ブレーキ液圧)に対し高強度な形状を有している。しかしながら、外側部材と内側部材とで構成されるため、重量増となってしまう可能性がある。また、外側部材と内側部材とで構成されるため、コストが増大するとともに、製造が煩雑になってしまう。
 これに対して、第1実施形態のピストン10は、ピストン底部53が、ピストン壁部52の径方向内側にピストン壁部52に連なって設けられる環状の第1の領域71と、第1の領域71の径方向内側に設けられて軸線方向内側が凹状に形成されるとともに軸線方向外側が凸状に形成された第2の領域72と、を備えている。このため、ピストン10は、外側からの負荷(ブレーキ液圧)に対し応力を低減できる高強度な形状を有している。しかも、第2の領域72は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる第2の変厚領域103を有しているため、中心側が薄くなり重量増を抑制できる。加えて、ピストン10は一部品から形成されているため、コスト増を抑制することができ、製造も容易となる。
 また、軸線方向厚さが径方向内側ほど薄くなる第2の変厚領域103は、第2の領域72の突出量hの増大を抑制しながら、面部83とピストン10の中心軸線に直交する面とが形成する角度θaを大きくできる。このため、特にピストン底部53の内底面75側の応力を低減することができる。
 また、第1の領域71は、軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第1の定厚領域102を有しており、第2の領域72も軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第2の定厚領域104を有している。このため、ピストン底部53の重量増をさらに抑制できる。
 また、ピストン底部53の重量増を抑制できることから、ピストン10の全体としても質量減となり、固有振動数が高くなり、ブレーキ鳴き抑制効果が高くなる。
 また、ピストン壁部52およびピストン底部53のうちのピストン底部53の重量増を抑制できることから、ピストン10の重心位置を開口部51に近づけることができ、ピストンシール39に近づけることができる。よって、ピストン10の主体的な支持位置であるピストンシール39にピストン10の重心位置を近づけることになり、ブレーキ鳴き抑制効果が高くなる。
 ここで、図1に示すシリンダ25に配管接続穴35からブレーキ液を導入した場合、ピストン10のピストン壁部52およびピストン底部53には図4Aに矢印で示すようなブレーキ液圧が加わることになる。図4Aは、このようなブレーキ液圧が加わった場合のピストン10の応力分布のシミュレーション結果を示す。図4Aに黒色で示す部分が圧縮応力が発生する範囲を示し、図4Aに白色で示す部分が引張応力が発生する範囲を示している。図4Aに示す第1実施形態のピストン10は、図4Bに示す他のピストンと比較して、ピストン底部53の特に第2の領域72の応力分布が引張応力ではなく圧縮応力が主体となっている。よって、第1実施形態のピストン10は、ブレーキ液圧に対し高強度な形状となっていることがわかる。
 ピストン10を含むディスクブレーキ11は、ピストン10の高強度化により信頼性が向上し、ピストン10の低コスト化が全体の低コスト化に繋がり、ピストン10の軽量化が全体の軽量化に繋がる。
「第2実施形態」
 第2実施形態を主に図5を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
 第2実施形態のピストン10Aは、そのピストン底部53Aが、第1実施形態と同様の第1の領域71と、その径方向内側全体に広がる第1実施形態の第2の領域72とは一部異なる形状の第2の領域72Aとを有している。第2の領域72Aは、第1実施形態の第2の定厚領域104およびその両側の面部84および面部99が設けられていない。そして、第2の領域72Aは、第1実施形態の第2の変厚領域103を、ピストン10Aの中心軸線まで円錐状に延ばした形状となっている。つまり、第2の領域72Aは、全体が径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域となっている。
 第2の領域72Aは、第1実施形態の面部83をピストン10Aの中心軸線まで円錐状に延ばした形状の内底面部77Aと、第1実施形態の面部98をピストン10Aの中心軸線まで円錐状に延ばした形状の外底面部93Aとを有している。言い換えれば、内底面部77Aは、内底面部76の面部82の内周縁部に連なって面部82の径方向内側全体に広がっている。外底面部93Aは、外底面部92の内周縁部に連なって外底面部92の径方向内側全体に広がっている。よって、ピストン底部53Aは、内底面部76と内底面部77Aとから形成された内底面75Aと、外底面部92と外底面部93Aとから形成された外底面91Aとを有している。第2の領域72Aは、ピストン底部53Aの中心軸線上に頂点を配した円錐面である内底面部77Aおよび外底面部93Aを含んでいる。
 このような第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
「第3実施形態」
 第3実施形態を主に図6を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
 第3実施形態のピストン10Bは、そのピストン底部53Bが、第1実施形態と同様の第1の領域71と、その径方向内側全体に広がる第1実施形態の第2の領域72とは異なる形状の第2の領域72Bとを有している。第2の領域72Bは、内底面部76の面部82の内周縁部に連なって面部82の径方向内側全体に広がる内底面部77Bと、外底面部92の内周縁部に連なって外底面部92の径方向内側全体に広がる外底面部93Bとを有している。
 内底面部77Bおよび外底面部93Bは、いずれもピストン10Bおよびピストン底部53Bの中心軸線上に中心を配した球面であり、内底面部77Bの球径の方が外底面部93Bの球径よりも小さくなっている。これにより、内底面部77Bと外底面部93Bとの間の第2の領域72Bは、全体が径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域となっている。よって、ピストン底部53Bは、内底面部76と内底面部77Bとからなる内底面75Bと、外底面部92と外底面部93Bとからなる外底面91Bとを有している。
 このような第3実施形態においても、第1実施形態と同様の効果を奏する。
「第4実施形態」
 第4実施形態を主に図7を参照して第1実施形態との相違部分を中心に以下に説明する。なお、第1実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。
 第4実施形態のピストン10Cは、そのピストン壁部52とピストン底部53との境界位置に、ピストン底部53の外底面部92よりも軸線方向の開口部51とは反対側に突出する突出部111がピストン10Cの周方向に間隔をあけて複数形成されている。突出部111は球面状に突出しており、先細の形状を有している。外底面部92からの突出部111の突出高さは、外底面部92から面部99までの高さよりも高くなっている。これにより、ピストン10Cは、図1に示すキャリパ14のシリンダ25内に配置されたときに、面部99が配管接続穴35を閉塞するのを規制する。その結果、キャリパ14とピストン10Cとの間に真空引きでブレーキ液を充填する際にピストン10Cが配管接続穴35からのブレーキ液の流れを阻害することを防止でき、安定したブレーキ液の供給ができる。このような突出部111を、第1乃至第3実施形態のピストンに設けても良い。また、配管接続穴35の位置は、図1の位置に限られたものではなく、ピストンの中心からずれた位置にあってもよい。更に、突出部111の位置は、ピストン底部53が配管接続穴35を閉塞するのを規制できる位置であれば、外底面91の任意の位置に設定でき、その形状も任意に設定できる。
 以上に述べた実施形態に基づくピストンとして、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。ピストンの第1の態様では、軸線方向一端に開口部を有する筒状の壁部と、前記壁部の軸線方向他端を閉塞する底部と、を有するディスクブレーキ用のピストンであって、前記底部は、前記壁部の径方向内側に該壁部に連なって設けられる環状の第1の領域と、前記第1の領域の径方向内側に設けられて軸線方向に凹状に形成された第2の領域と、を備え、前記第2の領域は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域を有する。これにより、軸線方向に凹状に形成された第2の領域を備えているため、外側からの負荷に対し高強度な形状となる。しかも、第2の領域は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域を有しているため、重量増を抑制できる。
 また、第2の態様では、第1の態様において、前記第1の領域は、軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の定厚領域を有する。上記第2の態様によれば、ピストンの重量増を抑制できる。
 また、第3の態様では、前記第1の態様または第2の態様のいずれかにおいて、前記第2の領域は、径方向内側に軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第3の領域を含む。
 また、第4の態様では、前記第1の態様または第2の態様のいずれかにおいて、前記第2の領域は、前記底部の中心軸線上に頂点を配した円錐面を含む。
 また、第5の態様では、前記第1の態様または第2の態様のいずれかにおいて、前記第2の領域は、前記底部の中心軸線上に中心を配した球面を含む。
 また、第6の態様では、前記第1の態様乃至第5の態様のいずれかにおいて、前記底部の外底面における、軸線方向の開口部とは反対側に突出する複数の突出部を備える。
 また、第7の態様として、前記第1の態様乃至第5の態様のいずれかのピストンを含むディスクブレーキが考えられる。上記第7の態様によれば、ピストンの高強度化により信頼性が向上し、ピストンの重量増抑制が全体の重量増抑制に繋がる。
 尚、上記のピストンは、図1のディスクブレーキに限定されるものではなく、固定キャリパ型(対向ピストン型)や、2ピストン式の浮動キャリパ型などにも適用できることは言うまでもない。
 上述のピストンおよびこれを用いたディスクブレーキによれば、重量増を抑制しつつ高強度化を図ることができる。
 10,10A,10B,10C ピストン
 11 ディスクブレーキ
 51 開口部
 52 ピストン壁部(壁部)
 53,53A,53B ピストン底部(底部)
 71 第1の領域
 72 第2の領域
 72A,72B 第2の領域(変厚領域)
 102 第1の定厚領域(定厚領域)
 103 第2の変厚領域(変厚領域)

Claims (7)

  1.  軸線方向一端に開口部を有する筒状の壁部と、
     前記壁部の軸線方向他端を閉塞する底部と、
    を有するディスクブレーキ用のピストンであって、
     前記底部は、
     前記壁部の径方向内側に該壁部に連なって設けられる環状の第1の領域と、
     前記第1の領域の径方向内側に設けられて軸線方向に凹状に形成された第2の領域と、を備え、
     前記第2の領域は、径方向内側ほど軸線方向厚さが薄くなる変厚領域を有する、ピストン。
  2.  前記第1の領域は、軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の定厚領域を有する、請求項1記載のピストン。
  3.  前記第2の領域は、径方向内側に軸線方向厚さが径方向位置によらず一定の第3の領域を含む、請求項1又は2に記載のピストン。
  4.  前記第2の領域は、前記底部の中心軸線上に頂点を配した円錐面を含む、請求項1又は2に記載のピストン。
  5.  前記第2の領域は、前記底部の中心軸線上に中心を配した球面を含む、請求項1又は2に記載のピストン。
  6.  前記底部の外底面における、軸線方向の開口部とは反対側に突出する複数の突出部を備える、請求項1乃至5何れか一に記載のピストン。
  7.  請求項1乃至6何れか一に記載のピストンを含むディスクブレーキ。
PCT/JP2016/064770 2015-06-16 2016-05-18 ピストンおよびこれを用いたディスクブレーキ WO2016203895A1 (ja)

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