(57)【要約】【課題】繁雑な製造工程を必要としない断熱性に優れたディスクブレーキ装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】  ロータ１４側に開口するシリンダ穴２を有するキャリパ１と、ロータ１４を中心に対向配置する摩擦パッド１３、１８と、シリンダ穴２内に摺動可能に設けられ、少なくとも一方の摩擦パッド１３、１８をロータ１４に向けて押圧し、ロータ側に開口する収容穴６を有する金属製のピストン3と、収容穴６の内周壁７に圧入される圧入部９と摩擦パッド１３をロータ側に押し出す突出部１０からなるセラミックス製のインサート部材８とからなるディスクブレーキ装置において、圧入部９の外周壁１１がローレット形状となっていることを特徴とするディスクブレーキ装置とする。【選択図】  図４
2010078097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪とともに回転するロータと、
前記ロータの側面に対向配置される摩擦パッドと、
前記ロータ側に開口するシリンダ穴を有するキャリパと、
前記シリンダ穴内に摺動可能に設けられ、ロータ側に開口する収容穴を有する金属製のピストンと、
前記収容穴の内周壁に圧入される圧入部と、前記摩擦パッドを前記ロータ側に押し出す突出部からなるセラミックス製のインサート部材と、
からなるディスクブレーキ装置において、
前記圧入部の外周壁がローレット形状となっていることを特徴とするディスクブレーキ装置。
【請求項２】
前記インサート部材は筒状であり、
前記ピストンには前記収容穴よりも径が小さく、前記収容穴に連続する連続穴が設けられており、前記連続穴の内径が前記インサート部材の内径よりも小さい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。
【請求項３】
前記連続穴と前記インサート部材内周のうち少なくとも一方が、前記ロータ側に向かって拡径していることを特徴とする請求項２に記載のディスクブレーキ装置。
【請求項４】
前記インサート部材がジルコニアであることを特徴とする請求項１から３いずれか一項に記載のディスクブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキシリンダ用ピストンに関するものであり、特に過酷な条件で用いられるレース用自動車のブレーキ等にも使用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のディスクブレーキ装置では、キャリパのシリンダ穴内に摺動可能に設けられたピストンがロータ側に押し出されることにより、金属製ピストンと一体に動く摩擦パッドをロータに押し付けることによってロータ、つまりロータが固定されている車輪を制動する。このときロータと摩擦パッドの間には、摩擦熱が発生する。この為、車両の走行状態によっては、非常に高い摩擦熱が発生し、熱伝導率の高い金属製ピストンを介してブレーキ液に伝わり、ベーパーロック現象を引き起こすという問題が生じていた。この問題を解決するものとして、特許文献１、２には、ロータを制動する為に生じた摩擦熱をピストンに伝わりにくくすることを目的として、インサート部材を摩擦パッドとピストンの間に設ける技術が開示されている。特許文献１では、摩擦パッドとピストンの間に樹脂で形成されたインサート部材を固定している。詳細には、キャリパのシリンダ穴内を摺動するピストンにロータ側に開口する収容穴を形成し、収容穴の内壁にインサート部材を螺合して固定している。特許文献２では、摩擦パッドとピストンの間にセラミックスで形成されたインサート部材を固定している。詳細には、キャリパのシリンダ穴内を摺動するピストンにロータ側に開口する収容穴を形成し、収容穴の内壁にインサート部材を圧入して固定している。
【特許文献１】特開２０００−１８６７２９号
【特許文献２】WO２００４／０５９１８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１では、摩擦パッドからピストンへの熱伝導を妨げるためのインサート部材として樹脂を用いている。従って、摩擦熱が非常に高いとき、その摩擦熱がインサート部材に伝わり、インサート部材が膨張する。膨張したインサート部材は、ピストン収容穴を圧迫し、ピストン外径を拡げ、ピストンの摺動運動時にシリンダ穴にピストンが引っ掛かるなどの問題を発生させる。
また、特許文献１では、インサート部材のピストンの接合にねじを用いており、インサート部材とピストンの収容穴との螺合部分に、複雑なねじ加工を施す必要がある上、ねじを締め付ける工程においても、ねじの締め付けトルクを制御する必要があり、製造工程が複雑になり、コストが高くなるといった問題がある。加えて、特許文献１には、インサート部材をピストンに接着剤を用いて接合する技術も開示されているが、接着剤の特性により、高温時または低温時の接合強度が低下する問題が生じる。
一方で、特許文献２では、ピストンに設けた収容穴に圧入部が円筒状のセラミックス製のインサート部材を圧入することで、インサート部材をピストンに接合している。この方法で、金属製ピストンとセラミックス製インサート部材を接合させるとき、ピストンの収容穴の内径寸法はインサート部材の外径寸法よりも若干小さくして、インサート部材を押し込む力でピストンの収容穴の内径を拡径させることになる。ここで、金属はセラミックスよりも硬度が低い為、セラミックス製のインサート部材をピストンに圧入すると硬度が低い金属製のピストンの内周壁が径方向に均一な圧力で押し拡げられ、その結果、ピストンの外径寸法が拡がる。よって、ピストンとインサート部材を接合後に拡がったピストン外径を研磨し、寸法を再調整する工程を設ける必要があった。
【０００４】
本発明は、従来技術の有する前記問題に鑑みなされたものであって、簡易な製造方法で断熱性に優れたディスクブレーキ装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明では、車輪とともに回転するロータと、ロータの側面に対向配置される摩擦パッドと、ロータ側に開口するシリンダ穴を有するキャリパと、シリンダ穴内に摺動可能に設けられ、ロータ側に開口する収容穴を有する金属製のピストンと、収容穴の内周壁に圧入される圧入部と、摩擦パッドをロータ側に押し出す突出部からなるセラミックス製のインサート部材とからなるディスクブレーキ装置において、圧入部の外周壁がローレット形状としている。
【０００６】
本発明では、セラミックス製インサート部材のローレット形状の圧入部を金属製ピストンの収容穴に圧入する際に、ローレット形状外周壁の凸部近傍の内周壁（凸部に対向する内周壁）では圧入部から高い圧力がかかり、凹部近傍の内周壁では凸部近傍と比較し圧入部から受ける圧力が低くなる。また、金属はセラミックスに比べ硬度が低いため、凸部近傍の内周壁の金属が凹部近傍へ押し出される。これによって、ピストン収容穴を形成する径方向の金属部分の厚みは、凸部近傍の肉厚が薄く、凹部近傍の肉厚が厚くなるように変形するため、インサート部材の圧入によってピストンの収容穴の外径寸法が拡径することなく、ピストン収容穴とインサート部材を接合させ得る。
【０００７】
また、インサート部材を筒状とし、ピストンには収容穴よりも径が小さく、収容穴に連続する連続穴が設けられており、連続穴の内径は筒状のインサート部材の内径よりも小さい構成としてもよい。これにより、ピストンの連続穴よりも筒状のインサート部材の内径が大きくなり、インサート部材の内径からピストンの連続穴に水が浸入したとしても、重力によりインサート部材内周を介して外部へ排出し得る。
【０００８】
また、連続穴の内径とインサート部材内周の内径のうち少なくとも一方が、ロータ側に向かって拡径していてもよい。これにより、ロータ側から浸入した水が拡径した連続穴の内周またはインサート部材内周を伝って外側へ排出されやすく、ピストンの連続穴に浸入した水の排出効率を向上し得る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ピストンの収容穴にインサート部材を圧入する際に、ローレット形状外周壁の凸部近傍に位置するピストン収容穴の内周壁の金属が凹部に押し出され、凸部近傍の内周壁の肉厚が薄く、凹部近傍の内周壁の肉厚が厚くなるように内周壁がローレット形状の外周壁に沿って変形し、インサート部材を固定するため、ピストンの外径寸法が拡がるのを抑制できる。
したがって、インサート部材をピストンの収容穴に組付け後、ピストン外径寸法を調整する工程を廃止することも可能となる。
【００１０】
また、インサート部材を筒状とし、ピストンに収容穴よりも径が小さく、かつ収容穴に連続する連続穴を設け、そして筒状のインサート部材内周の内径よりも連続穴の内径を小さくすることで、ロータ側から浸入してきた水をピストンの連続穴内部に滞留するのを防ぎ、ピストンの錆を防止することができる。特に、ローレット嵌合部の錆の進行をできる為、ピストンとインサートの接合が長期にわたり安定する。
以下、本発明を添付の図面に基づいて説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の実施形態
本発明を適用した第１の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図1は、本発明のディスクブレーキ装置の図であり、図２は、図１のA−A断面部分のインサート部材８の単品断面図である。
図１に示されるように、周知のロータ１４の外周を跨ぐように金属製のキャリパ1が配置し、キャリパ１にはロータ１４側に開口したシリンダ穴２が設けられている。シリンダ穴２にはアルミニウム製ピストン３が摺動自在に配置され、シリンダ穴２とピストン３との摺動部に周知のピストンシール４、ピストン３の図１における左側端部に周知のピストンブーツ５が設けられている。ピストン３にはロータ１４側に開口した収容穴６が形成されており、収容穴６には後述する圧入によってジルコニア製の略円筒形状のインサート部材8が離脱不能に固定されている。インサート部材８は、収容穴６に圧入される圧入部９と、ロータ１４に対向して突出する突出部１０とよりなり、突出部１０には、裏板１２と摩擦パッド１３が周知の方法で接合されている。また、摩擦パッド１３と対向するロータ１４の反対側には、摩擦パッド１８がロータ１４とキャリパ１との間に配置されている。
【００１２】
図２にピストン３の収容穴６に圧入前のインサート部材８の圧入部９の断面形状を示すように、圧入部９の最大外径は、ピストン３の収容穴６の内径よりも若干大きくなるように圧入部９の外周壁１１はローレット形状を施してある。ローレット加工が施された圧入部９を収容穴６に圧入するとき、ピストン3の内周壁７には、圧入部９に施したローレット形状の凹凸により収容穴６の径方向に不均一な圧力が発生する。つまり、硬度の高いセラミックスよりなるインサート部材８の圧入部９に施したローレット形状の凸部は、セラミックスよりも硬度の低い金属よりなる収容穴６の内周壁７を変形させる。具体的には、ローレット形状の外周壁１１の凹部近傍よりも凸部近傍の方が圧力が高くなり、凸部近傍の内周壁７の金属を凹部近傍へ押し出すので、外周壁１１の凸部近傍の内周壁７では肉厚が薄くなり、凹部近傍の内周壁７では肉厚が厚くなるように収容穴６の内周壁７がローレット形状の外周壁１１に沿って変形し、インサート部材８をピストン３に圧入し固定する。
つまり、本実施の形態によれば、インサート部材８をピストン３の収容穴６に圧入してもピストン３の外径が変形、つまり拡径することを防止する為、インサート部材８を接合した後にピストン３の外径寸法を調整する必要性を低減することができる。
【００１３】
ピストン３の材料としては、アルミ、鉄、チタンなどの金属が挙げられるが、インサート部材８の圧入時に変形しやすいことや軽量であることからアルミが望ましい。さらに、アルミからなるピストン３の場合、アルマイト処理などの防錆表面加工を施すことが望ましい。また、ピストン３の材料として鉄を用いた場合には、防錆性等を目的として表面処理を行うことが望ましい。
一方で、インサート部材８の材料としては、シリンダ内のブレーキ液やピストンシールに伝わる熱を小さくするため、耐熱性が高く、熱伝導率が低いセラミックスが求められることから、ジルコニアが望ましい。
なお、上記実施形態においては、セラミックスでインサート部材８全体を成形しているが、圧入部９の外周壁１１のみをインサート部材８の他の部分よりも更に硬度の高いセラミックスで構成しても良い。
【００１４】
ここで、上記実施形態の作動について説明する。運転者のブレーキを操作すると、シリンダ穴２内に充填されているブレーキ液に圧力が掛かり、ピストン３がロータ方向に押し出されることにより摩擦パッド１３がロータ１４の片面を押圧する。それにより、他方の摩擦パッド１８もロータ１４の他面を押圧するため、摩擦パッド１３、１８がロータ１４を挟持し、ロータ１４が制動される。
【００１５】
第２の実施形態
図３を用いて、本発明を適用した第２実施形態を説明する。第２の実施形態は、インサート部材８の圧入部９の部分に、気孔率を３５％としたセラミックス材料用いたことを除き、第１の実施形態の構造と同様で、図３には図１で用いた符号と同じ符号を付与してある。
【００１６】
本実施形態のインサート部材８には、第１の実施形態と同様に、圧入部９の外周壁１１にローレット加工が施されている。本実施形態では、気孔率２０％以上５０％以下のセラミックスをインサート部材８に用いることで、インサート部材８の断熱性をさらに向上させる効果を有する。このときの圧入部の気孔率は、２０％未満であると断熱性の効果が現れにくく、５０％より大きいとインサート部材として必要な強度が保てなくなるため、２０％以上５０％以下が望ましい。
【００１７】
また、突出部１０は、圧入部９よりも強度が要求される為、その気孔率は圧入部９より低いことが望ましく、具体的には気孔率を０％から５％以下とすることが望ましい。
インサート部材８の気孔率は圧入部９からロータ１４側に向かって徐々に小さくなっていても良いし、圧入部９と突出部１０は別材料で構成されていても良い。
【００１８】
第３の実施形態
図４を用いて、本発明の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、ピストン３の連続穴１５の内径がインサート部材８の内周１６の内径よりも小さいことを除き、第１の実施形態の構造と同様で、図４には図１で用いた符号と同じ符号を付与してある。
【００１９】
図４に示すように、ピストン３の連続穴１５の内径は、インサート部材８の内周１６の内径よりも小さい。つまり、連続穴１５の図４における下端部に位置する内周面は、インサート部材８の内周１６の図４における下端部に位置する内周面よりも高い。これにより、雨天時に車両を走行した際などに、ロータ１４側からインサート部材８の内周１６へ水が浸入してきたとしても、連続穴１５へ水が入り込むことを防止する。また、仮に、連続穴１５に水が浸入しても、水は低い位置にあるインサート部材８の内周１６へ移動し、排出され易くなる。
本実施の形態による構造は、ロータ１４側から水が浸入してきたとしても、ピストン３の連続穴１５に滞留させることを防止でき、ピストン３の錆防止に有効である。また、ピストン3とインサート部材８の接合状態も維持される。
なお、ピストン３に防錆表面処理を施して防錆膜を形成したとしても、圧入部９を収容穴６に圧入し、内周壁７を変形させた際に防錆膜が破壊され得るため、防錆表面処理を施したピストンであっても本実施形態の構造は有効である。
【００２０】
第４の実施形態
図５を用いて、本発明の第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態の変形であり、圧入部９の気孔率を突出部よりも大きくし、インサート部材内周１６の内径をロータ１４側に向かって拡径したテーパー部１７を設けたことを除き、第３の実施形態の構造と同様で、図５には図４で用いた符号と同じ符号を付与してある
【００２１】
本実施の形態においては、インサート部材８のテーパー部１７の内径が連続的に拡径している、つまりテーパー部１７が傾斜しているので、第３の実施形態のように水平である場合と比較し、ロータ１４側からインサート部材８のテーパー部１７に水が浸入してきたとしても効率的に外側へ排出され易い。
なお、ピストン３の連続穴１５も、インサート部材８のテーパー部１７と同様にロータ１４側に向けて徐々に拡径したテーパー形状とする（図示省略）ことで浸入してきた水を、積極的に外部に排出することができる構成とすることができる。なお、この場合には、テーパー形状とした連続穴１５の最大内径部分（テーパー部１７との接合部分）の内径は、インサート部材８のテーパー部１７の最小内径部分（連続穴１５との接合部分）の内径よりも小さくすると、より効率的にピストン３の内部に浸入した水を外部に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態であるディスクブレーキ装置の全体概要を示す図面。
【図２】インサート部材の圧入部の断面を示す図面。
【図３】本発明の第２の実施形態を適応したディスクブレーキ装置のピストン部分の拡大図。
【図４】本発明の第３の実施形態を適応したディスクブレーキ装置のピストン部分の拡大図。
【図５】本発明の第４の実施形態を適応したディスクブレーキ装置のピストン部分の拡大図。
【符号の説明】
【００２３】
１…キャリパ    ２…シリンダ穴  ３…ピストン  ６…収容穴  ７…内周壁  ８…インサート部材  ９…圧入部    １０…突出部  １１…外周壁  １２…裏板  １４…ロータ  １５…連続穴  １６…インサート部材内周
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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