(57)【要約】【課題】  制動解除時のピストンの移動量のばらつきを抑えて制動フィーリングを高く維持できるようにする。【解決手段】  ディスクブレーキ装置は、キャリパ２１と、ピストン２２ａ，２２ｂと、ピストンリング２３ａ，２３ｂとを備えたものである。キャリパは、フロントフォークに装着され、ディスクロータを挟むように配置され内周面にシール溝３１ａ，３１bを有するシリンダ部を有する。ピストンは、シリンダ部に進退自在に装着され、油圧により制動方向に移動してディスクロータを挟持可能な少なくとも１つのものである。ピストンリングは、シール溝に装着されシリンダ部とピストンとのすきまをシールするとともに、その弾性復元力によりピストンを制動解除方向に移動させる。シリンダ部のシール溝は、ピストンが制動方向に移動するとき、ピストンリグの移動を規制する移動規制部３５ａ，３５ｂと、移動規制部に対して段差３６ａ，３６ｂを持って凹んで形成されピストンリングの移動を許容する移動許容部３７ａ，３７ｂとを制動方向の側面に有する。【選択図】      図４Ｃ
2005249190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のフレームに回転自在に装着される車輪に回転不能に装着されるディスクロータを挟んで前記車輪を制動する油圧ディスクブレーキ装置であって、
前記フレームに装着され、前記ディスクロータを挟むように配置され内周面にシール溝を有する少なくとも１つのシリンダ部を有するキャリパと、
前記シリンダ部に進退自在に装着され、油圧により制動方向に移動して前記ディスクロータを挟持可能な少なくとも１つのピストンと、
前記シール溝に装着され前記シリンダ部と前記ピストンとのすきまをシールするとともに、その弾性復元力により前記ピストンを制動解除方向に移動させる弾性部材からなるピストンリングとを備え、
前記シール溝は、前記ピストンが前記制動方向に移動するとき、前記ピストンリングの移動を規制する移動規制部と、前記移動規制部に対して段差を持って凹んで形成され前記ピストンリングの移動を許容する移動許容部とを前記制動方向の側面に有する、油圧ディスクブレーキ装置。
【請求項２】
前記移動規制部と前記移動許容部とは平行に配置された平面で構成されている、請求項１に記載の油圧ディスクブレーキ装置。
【請求項３】
前記移動規制部と前記移動許容部との境界部分の段差の両端はアール面取りされている、請求項１又は２に記載の油圧ディスクブレーキ装置。
【請求項４】
前記移動規制部側の段差の端部の前記アール面取りの半径は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である、請求項３に記載の自転車用ディスクブレーキ装置。
【請求項５】
前記段差は前記ピストンに平行な直線によって形成されている、請求項１から４のいずれかに１項に記載の油圧ディスクブレーキ装置。
【請求項６】
前記シール溝の内周面は、前記制動方向に向かって拡径するテーパ面である、請求項１から５のいずれか１項に記載の油圧ディスクブレーキ装置。
【請求項７】
前記ピストンリングは、水素化ニトリルゴム（HNBR）を含むニトリルゴム（ＮＢＲ）製の前記弾性部材を用いている、請求項１から６のいずれかに１項に記載の油圧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、ディスクブレーキ装置、特に、車両のフレームに回転自在に装着される車輪に回転不能に装着されるディスクロータを挟んで車輪を制動するピストンリトラクション方式の油圧ディスクブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車などの車両を制動するディスクブレーキ装置は、車輪に回転不能に装着されたディスクロータを挟んで車輪を制動するものである。このようなディスクブレーキ装置として、シリンダ部を有するキャリパと、シリンダ部に進退自在に装着されたピストンと、ピストンに圧接されピストンとシリンダ部とのすきまをシールする弾性部材からなるピストンリングとを備えたピストンリトラクション方式のものが従来知られている（特許文献１参照）。ピストンリトラクション方式では、油圧を解除して解除方向にピストンを引き戻すのにピストンリングの弾性復元力を利用している。シリンダ部の内周面には、ピストンリングを装着するための環状のシール溝が形成されている。ピストンリトラクション式のディスクブレーキ装置では、シール溝の制動方向の側面に、ピストンリングの制動方向への移動を規制する移動規制部と、移動を許容する移動許容部とが形成されている。従来のディスクブレーキ装置の移動許容部は、移動規制部から内径側にいくに従い徐々に制動方向に向かって傾くように面取りされたテーパ面で構成されている。
【０００３】
このような構成のピストンリトラクション式のディスクブレーキ装置では、ピストンが制動方向へ移動したときに、ピストンに追随して移動許容部に向かって曲がるピストンリングの内周側の制動方向への移動による弾性変形を利用して油圧解除時にピストンを解除方向に移動させている。
【特許文献１】特開平１０−３２５４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記従来のディスクブレーキ装置では、移動許容部が制動方向に向けて先細りのテーパ面で構成されている。このようなテーパ面で移動許容部を構成すると、ピストンリングのピストンと接触する内周部が移動許容部側に曲がって弾性変形するとき、移動許容部に接触する部分と離反している部分との境界である弾性変形の支点となる支点位置が移動規制部と移動許容部との境界部分でからで徐々に中心側に移動することがある。このように、支点位置が移動すると、弾性係数（ばね定数）が高くなり、変位に対する荷重の変位が大きくなる。この結果、制動解除時のピストンの移動量、つまりシュークリアランスがばらつき、制動タイミングが変動して制動フィーリングが悪くなるおそれがある。
【０００５】
本発明の課題は、制動解除時のピストンの移動量のばらつきを抑えて制動フィーリングを高く維持できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る油圧ディスクブレーキ装置は、自転車のフレームに回転自在に装着される車輪に回転不能に装着されるディスクロータを挟んで車輪を制動する装置であって、キャリパと、ピストンと、ピストンリングとを備えたものである。キャリパは、フレームに装着され、ディスクロータを挟むように配置され内周面にシール溝を有する少なくとも１つのシリンダ部を有する。ピストンは、シリンダ部に進退自在に装着され、油圧により制動方向に移動してディスクロータを挟持可能な少なくとも１つのものである。ピストンリングは、シール溝に装着されシリンダ部とピストンとのすきまをシールするとともに、その弾性復元力によりピストンを制動解除方向に移動させる弾性部材からなるものである。シリンダ部のシール溝は、ピストンが制動方向に移動するとき、ピストンリグの移動を規制する移動規制部と、移動規制部に対して段差を持って凹んで形成されピストンリングの移動を許容する移動許容部とを制動方向の側面に有する。
【０００７】
この油圧ディスクブレーキ装置では、油圧によりピストンが押圧されると、ピストンがシリンダ部内を制動方向に移動してディスクロータを挟持して制動する。このとき、ピストンリングのピストンとの摺動部分が摩擦により制動方向に引っ張られ、ピストンリングの移動許容部に面した部分がピストンとともに制動方向に変形する。ここでは、ピストンリングの変形時に移動許容部が移動規制部に対して段差を持って凹んで形成されているので、移動許容部に接触する部分と離反している部分との境界である弾性変形の支点となる支点位置が常に段差と移動規制部とが交わる交点付近となる。このため、支点位置が変化しにくくなり、ピストンリングの弾性係数が変化しにくくなる。この結果、荷重に対する変位のばらつきが小さくなり、制動解除時のピストンの移動量のばらつきを抑えて制動フィーリングを高く維持できるようになる。
【０００８】
発明２に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明１に記載の装置において、移動規制部と移動許容部とは平行に配置された平面で構成されている。この場合には、移動規制部や移動許容部を機械加工しやすくなり、製造コストを低減できる。
【０００９】
発明３に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明１又は２に記載の装置において、移動規制部と移動許容部との境界部分の段差の両端はアール面取りされている。この場合には、段差の両端がアール面取りされているので、支点位置である段差の一端にピストンシールが接触してもピストンシールが傷つきにくくなる。
【００１０】
発明４に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明３に記載の装置において、移動規制部側の段差の端部のアール面取りの半径は０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。この場合には、段差の両端の半径が小さいので、小さい段差にできる。
【００１１】
発明５に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明１から４のいずれかに記載の装置において、段差はピストンに平行な直線によって形成されている。この場合には、段差とピストンとが平行になるので、段差の形成が容易である。
【００１２】
発明６に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明１から５のいずれかに記載の装置において、シール溝の内周面は、制動方向に向かって拡径するテーパ面である。この場合には、矩形断面のピストンリングを用いた場合、ピストンリングの制動方向と逆側の内周面が制動方向側の内周面よりピストンの外周面に対して強く圧接される。このため、組み立て時にピストンを挿入しやすい。また組み立て後はシール効果が上がるととともに、制動方向の移動に応じピストンリングの内周部が制動方向に変形しやすくなる。
【００１３】
発明７に係る油圧ディスクブレーキ装置は、発明１から６のいずれかに記載の装置において、ピストンリングは、水素化ニトリルゴム（HNBR）を含むニトリルゴム（ＮＢＲ）製の弾性部材を用いている。これは、弾性係数（バネ定数）の低い部材として選択されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ピストンリングの変形時に移動許容部が移動規制部に対して段差を持って凹んで形成されているので、移動許容部に接触する部分と離反している部分との境界である弾性変形の支点となる支点位置が常に段差と移動規制部とが交わる交点付近となる。このため、支点位置が変化しにくくなり、ピストンリングの弾性係数が変化しにくくなる。この結果、荷重に対する変位のばらつきが小さくなり、制動解除時のピストンの移動量のばらつきを抑えて制動フィーリングを高く維持できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において、本発明の一実施形態を採用した自転車は前後サスペンション付きのマウンテンバイクであり、リアサスペンション１３ｒ付きのフレーム体２及びフロントサスペンション１３ｆ付きのフロントフォーク３を有するフレーム１と、ハンドル部４と、前後の変速装置８，９を含む駆動部５と、フロントフォーク３に装着された前輪６と、フレーム体２の後部に装着された後輪７と、本発明の一実施形態による前後のディスクブレーキ装置１２ｆ，１２ｒとを備えている。
【００１６】
フレーム１のフレーム体２は、異形角パイプを溶接して製作されたものである。フレーム体２には、サドル１８や駆動部５を含む各部が取り付けられている。フロントフォーク３は、フレーム体２の前部に斜めに傾いた軸回りに揺動自在に装着されている。
【００１７】
前後のディスクブレーキ装置１２ｆ，１２ｒは略同様な構成であるため、以降の説明では、前ディスクブレーキ装置１２ｆについて説明する。
【００１８】
前ディスクブレーキ装置１２ｆは、ピストンリトラクション式のものであり、フロントフォーク３の先端に回転自在に装着される前輪６のハブ６ａに回転不能に装着されるディスクロータ２０ｆを挟んで前輪６を制動するものである。つまり、ディスクロータ２０ｆは、フロントフォーク３の先端に回転自在に装着される前輪６のハブ６ａに回転不能に装着されている。前ディスクブレーキ装置１２ｆは、図２に示すように、フロントフォーク３の途中に装着されたキャリパ２１と、キャリパ２１に進退自在に装着された１対のピストン２２ａ，２２ｂと、１対のピストンリング２３ａ，２３ｂとを有している。
【００１９】
キャリパ２１は、たとえば２分割構成の部材であり、分割部分である中間部にディスクロータ２０ｆの外周部が侵入可能な溝部２１ａを有するともに、溝部２１ａに開口してディスクロータ２０ｆを挟むように配置された筒状の１対のシリンダ部３０ａ，３０ｂを有している。このシリンダ部３０ａ，３０ｂにピストン２２ａ，２２ｂがそれぞれ進退自在に挿入されている。キャリパ２１内部には、２つのシリンダ部３０ａ，３０ｂに連通する油路（図示せず）が形成されており、右側のシリンダ部３０ｂには、ハンドル部４に装着されたブレーキレバー１５のオイルタンクからブレーキ配管１６を経由して制動操作に応じて圧油が供給される。左側のシリンダ部３０ａは、キャリパ２１自体で塞がれており、右側のシリンダ部３０ｂは、キャリパ２１にねじ込まれたキャップ部材３４により塞がれている。シリンダ部３０ａ，３０ｂの内周面には、ピストンリング２３ａ，２３ｂを装着するための環状のシール溝３１ａ，３１ｂがそれぞれ形成されている。
【００２０】
ピストン２２ａ，２２ｂは、先端にフランジ部３２ａ，３２ｂを有する鍔付き円柱状の部材である。ピストン２２ａ，２２ｂのフランジ部３２ａ，３２ｂには、ディスクロータ２０ｆの両面に接触するブレーキパッド３３ａ，３３ｂが取り付けられている。
【００２１】
ピストンリング２３ａ，２３ｂは、シリンダ部３０ａ，３０ｂとピストン２２ａ，２２ｂとのすきまをそれぞれシールするとともに、弾性復元力によりピストン２２ａ，２２ｂを制動解除位置側に戻すためのものである。ピストンリング２３ａ，２３ｂは、断面が略矩形の環状部材であり、たとえば、水素化ニトリルゴム（HNBR）を含むニトリルゴム（ＮＢＲ）製の弾性部材を用いている。ピストンリング２３ａ，２３ｂは、ピストン２２ａ，２２ｂの外周面に圧接するようにシール溝３１ａ，３１ｂに装着されている。
【００２２】
シール溝３１ａ，３１ｂは、図３に示すように、ピストン２２ａ，２２ｂが制動方向（ディスクロータ２０ｆに向かう方向）に移動するときピストンリング２３ａ，２３ｂの移動を規制する移動規制部３５ａ，３５ｂと、移動規制部３５ａ，３５ｂに対して凹んで形成されピストンリング２３ａ，２３ｂの移動を許容する移動許容部３７ａ，３７ｂとを制動方向の側面に有している。なお、図３では、シール溝３１ｂだけを図示しており、シール溝３１ａは、シール溝３１ｂと鏡像の関係になっているので説明を省略する。シール溝３１ａ，３１ｂの内周面３１ｃは、制動方向に向かって拡径するテーパ面である。このように、内周面３１ｃを形成すると、矩形断面のピストンリング２３ａ，２３ｂを用いた場合、ピストンリング２３ａ，２３ｂの制動方向と逆側の内周面が制動方向側の内周面よりピストン２２ａ，２２ｂの外周面に対して強く圧接される。このため、制動方向の移動に応じピストンリングの内周部が制動方向に変形しやすくなる。
【００２３】
移動許容部３７ａ，３７ｂは、ピストン２２ａ，２２ｂの移動方向と直交する平面で形成されている。移動許容部３７ａ，３７ｂは、移動規制部３５ａ，３５ｂと平行な平面で構成され、移動規制部３５ａ，３５ｂに対して段差３６ａ，３６ｂを持って凹んで形成されている。移動規制部３５ａ，３５ｂと移動許容部３７ａ，３７ｂとの境界部分である段差３６ａ，３６ｂは、ピストン２２ａ，２２ｂと平行な直線を有する円筒形状に形成され、その両端角部はアール面取りされている。移動規制部３５ａ，３５ｂ側の角部のアール面取り部分の半径Ｒ１は０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲であり、移動許容部３７ａ，３７ｂ側の角部のアール面取り部分の半径Ｒ２も０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲である。この場合には、段差３６ａ，３６ｂの両端の半径Ｒ１，Ｒ２が小さいので、長さが短い小さい段差３６ａ，３６ｂにできる。
【００２４】
なお、後輪用のディスクブレーキ装置１２ｒも同様な構成であり、ディスクブレーキ装置１２ｒは、後輪７に回転不能に装着されたディスクロータ２０ｒを挟持して後輪７を制動する。
【００２５】
このように構成されたディスクブレーキ装置１２ｆでは、ブレーキレバー１５をハンドル部４側に制動操作すると、圧油がシリンダ部３０ａ，３０ｂに供給され、ピストン２２ａ，２２ｂが制動方向に移動してブレーキパッド３３ａ，３３ｂがディスクロータ２０ｆを挟んで前輪６を制動する。このとき、ピストンリング２３ａ，２３ｂの内周面がピストン２２ａ，２２ｂに追随して制動方向に前進し、ピストンリング２３ａ，２３ｂの内周側が移動許容部３７ａ，３７ｂに向かって移動する。このときの支点位置は、常に段差３６ａ，３６ｂの角部近辺となりあまり移動しない。そして、油圧を解除すると、ピストンリング２３ａ，２３ｂの弾性復元力よりピストン２２ａ，２２ｂは後退してブレーキパッド３３ａ，３３ｂがディスクロータ２０ｆから離反する。
【００２６】
支点位置があまり変化しないことを確認するために行ったシミュレーションによるピストンシールの弾性変形状態を図４Ａ〜図４Ｅ（本実施形態）及び図６Ａ〜図６Ｅ（従来例）に示すとともに、その結果をまとめたグラフを図５に示す。このシミュレーションでは、ピストンに１ｋｇｆ〜１０ｋｇｆの荷重を作用させてそのときのピストンリングの変形状態を図４Ａ〜図４Ｅ及び図６Ａ〜図６Ｅに図示するとともに、その結果の荷重（ピストンとピストンリングとの間の摩擦力）と変位（ピストンの移動量）との関係を図５においてグラフにまとめている。
【００２７】
図４Ａ〜図４Ｅ及び図６Ａ〜図６Ｅは、図５に示したグラフの符号４Ａ〜４Ｅ及び符号６Ａ〜で６Ｅ示した荷重での変形状態を示している。また、図５において、白抜き三角は本実施形態によるシール溝に装着されたピストンリング２３ｂの荷重と変位との関係を示し、黒丸は従来例のシール溝に装着されたピストンリングの荷重と変位との関係を示している。さらに、図５において、ＦＭＡＸは、あらゆる条件におけるピストンリングとピストンｂとの間の最大摩擦力を示し、ＦＭＩＮは、あらゆる条件におけるピストンリングとピストンとの間の最小摩擦力を示している。したがって、摩擦力ＦＭＡＸとＦＭＩＮとの間での変位が小さい方が制動解除時のピストンの移動量（ロールバック量）、つまりシュークリアランスのばらつきを抑えることができ、制動フィーリングを向上させることができる。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｅから明らかなように、本実施例では、移動許容部３７ｂを段差３６ｂを持って凹んで形成しているので、荷重が増加してもピストンリング２３ｂが弾性変形する丸印で囲んだ支点位置４０が径方向に変化せず、常に段差３６ｂ付近にある。これにより、ピストンリング２３ｂのばね定数を小さく抑えることができる。また、０．３５ｍｍ付近でピストンリングが移動許容部３７ｂに接触し、このため、変位の変曲点があり、荷重（摩擦）に対する変位のばらつきが小さくなる。これらの結果、摩擦力ＦＭＡＸと摩擦力ＦＭＩＮとの間での変位ＲＢ１は０．０５ｍｍ程度になる。
【００２９】
一方、従来のようにテーパ面で移動許容部１３７ｂを構成すると、図６Ａ〜図６Ｅに示すように、荷重が大きくなるにつれて丸印で示すピストンリング１２３ｂの支点位置１４０が径方向内方に移動する。この結果、図５に示すように、ピストンリング１２３ｂのばね定数が高くなり、０．５ｍ付近まで荷重が上昇し続けるとともに、摩擦力ＦＭＡＸと摩擦力ＦＭＩＮとの間での変位ＲＢ２は０．１８ｍｍ程度になる。
【００３０】
これらの結果、本実施例による動解除時のピストンの移動量のばらつきを従来例に比べて６０〜７０％減少させることができた。
【００３１】
〔他の実施形態〕
（ａ）前記実施形態では、移動許容部３７ａ，３７ｂを移動規制部３５ａ，３５ｂと平行な平面で構成したが、移動許容部３７ａ，３７ｂは、移動規制部３５ａ，３５ｂに対して段差３６ａ，３６ｂを持って凹んで形成されていれば平行な平面でなくてもよい。たとえば、移動許容部はテーパ面でもよく、曲面でもよい。
【００３２】
（ｂ）前記実施形態では、段差３６ａ，３６ｂをピストン２２ａ，２２ｂと平行な直線を有する円筒状に形成したが、段差３６ａ，３６ｂをテーパ状に形成してもよい。また、段差３６ａ，３６ｂの両端をアール面取りしなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態が採用された自転車の側面図。
【図２】そのディスクブレーキ装置の断面部分図。
【図３】シール溝の構造を示す断面拡大図。
【図４Ａ】本実施形態によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図４Ｂ】本実施形態によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図４Ｃ】本実施形態によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図４Ｄ】本実施形態によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図４Ｅ】本実施形態によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図５】荷重に対するピストンリングの変位を示すグラフ。
【図６Ａ】従来例によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図６Ｂ】従来例によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図６Ｃ】従来例によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図６Ｄ】従来例によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【図６Ｅ】従来例によるシール溝に対するピストンリングの変形状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３４】
３ｆ  フロントフォーク（フレームの一例）
１２ｆ，１２ｒ  ディスクブレーキ装置
２０ｆ，２０ｒ  ディスクロータ
２１  キャリパ
２２ａ，２２ｂ  ピストン
２３ａ，２３ｂ  ピストンリング
３０ａ，３０ｂ  シリンダ部
３１ａ，３１ｂ  シール溝
３１ｃ  内周面
３５ａ，３５ｂ  移動規制部
３６ａ，３６ｂ  段差
３７ａ，３７ｂ  移動許容部
【図１】
2005249190.tif 000003
【図２】
2005249190.tif 000004
【図３】
2005249190.tif 000005
【図４Ａ】
2005249190.tif 000006
【図４Ｂ】
2005249190.tif 000007
【図４Ｃ】
2005249190.tif 000008
【図４Ｄ】
2005249190.tif 000009
【図４Ｅ】
2005249190.tif 000010
【図５】
2005249190.tif 000011
【図６Ａ】
2005249190.tif 000012
【図６Ｂ】
2005249190.tif 000013
【図６Ｃ】
2005249190.tif 000014
【図６Ｄ】
2005249190.tif 000015
【図６Ｅ】
2005249190.tif 000016