JP2781805B2 - ブレーキユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、車輪のブレーキユニットに関するもので
ある。

従来の車両用車輪のディスクブレーキユニットは鋳鉄
製または銑鉄製の回転ディスクを具えており、これが車
輪を支持するハブ及びベアリングと一体になっていて、
車軸への取付けを容易にしている。また車輪に取付けら
れたとき、車輪と一緒に回転する。この取付けの後、ブ
レーキカリパスがディスクの両側に張り出すようにして
取付けられる。

このカリパスは通常鋳鉄または鋳造合金製の本体を有
しており、これがディスクに対してブレーキ摩擦材パッ
ドを正しい位置に保持しており、このパッドはディスク
の各面に取付けられる。このカリパス本体中には、１個
以上のピストンが摺動可能に収容されている。このカリ
パスは主シリンダユニットから油圧作用で駆動されるも
ので、ブレーキ流体は主シリンダからブレーキラインを
経てカリパスに送られる。このブレーキ流体は高圧下に
カリパス中に導入され、これによりピストンがカリパス
中でディスク面に向けて移動する。

このピストンは研磨材パッドに作用してディスクに押
付ける。これらのピストンは銑鉄やアルミニウムから製
造され、仕上げとしてクロムメッキまたは陽極化処理が
施される。

銑鉄製の油圧ピストンにおいて問題となるのは、通
常、非常に熱伝導性が高いという点である。従って車輪
に続けてブレーキを掛けると、摩擦パッドに非常な熱が
発生し、これが油圧ピストンとカリパス本体により伝導
されて、ブレーキ流体とシールに伝わることになる。こ
のようにブレーキ流体の蒸発を招く熱伝導を小さくする
には、ブレーキ流体の沸騰点を高くすることが必要とな
る。

現在入手できるディスクブレーキ用流体の公称沸騰点
は、略270℃である。この沸騰点は、カリパス本体から
ピストンを油圧作用でシールしている合成ゴムシールの
分解点より僅か30℃低いだけである。もしブレーキ流体
が少しでも水によって汚染されていると、その沸騰点は
140℃に下がる。

多くのブレーキ流体は吸湿性であって、急速に水分を
吸収し、その沸騰点が顕著に低下する。これにより「ペ
ーパーロック」と呼ばれるブレーキ不良が発生する。こ
れはディスクパッドからブレーキ流体への熱伝導によっ
て、蒸気の小さなポケットが生じたときに起こる現象で
ある。

ディスクブレーキ装置における最も普通のピストンと
してクロムメッキ銑鉄が知られているが、特殊な場合に
はアルミニウムやチタニウムにも使われている。アルミ
ニウムやチタニウム製のピストンは軽量であって、鉄に
比べて腐食が少ないという利点があるが、その熱伝導は
高い。

従来のピストンの場合には、さらに環境条件や汚染さ
れたブレーキ流体によりピストンやカリパスの表面に腐
食や孔が発生するという欠点がある。このような腐食が
起きるとピストンの表面が粗くなり、摩耗により油圧作
用によるシールの劣化が促進されることになる。

また車両のサスペンションの重量を減らすため、多く
の努力が払われている。ピストンが軽くなるとブレーキ
システムの慣性も減少し、反応が早くなると共に重量も
減少する。上記したようにアルミニウムやチタニウムを
ピストンに用いると、軽量化はするものの腐食や熱伝導
の問題が出てくる。

これらの諸問題を解決すべく、この発明にあっては非
金属のピストンを用いるものであって、これは熱伝導が
低くて耐腐食性に富み、且つ、ブレーキ流体から水分を
吸収してペーパーロックの危険を低減するものである。

このため、この発明のブレーキユニットは、少なくと
も１個の摩擦パッドと、このパッドに作用する少なくと
も１個のピストンを具えており、このピストンが光沢を
施されていない粘土をベースとした材料または低熱伝導
性のカオリンなどの通常のセラミック材料を有するもの
であり、セラミック材料が水分および／または水蒸気に
対しては有孔性（透通性）であるが、油圧流体に対して
はそうではないものである。

この発明の他の形式の油圧ブレーキピストンは、粘土
をベースとした材料又はカオリンをベースとしたセラミ
ックなどのセラミック材料からなるものである。

以下、添付図面に示した実施態様により、さらにこの
発明について説明すると、図面はこの発明のセラミック
ピストンを構成するブレーキカリパスの概要の側断面図
である。

図示の実施態様は、車両用のディスクブレーキに関す
るものである。このブレーキユニットのカリパス本体10
にシリンンダが設けられており、これにセラミックピス
トン11が収容されている。油圧ブレーキ流体は、圧力下
でピストンとハウジングとの間に形成されたカリパス本
体中の間隙12に導入され、その結果、ピストンがハウジ
ングから離間移動する。ハウジングとピストン間におい
て、シリンダ壁の中にシール13が設けられていて、ブレ
ーキ流体がピストンを通ってカリパス本体から外部に流
出するのを防止している。ピストンの外面近くにはディ
スクパッド14が支持されており、ピストンとこのディス
クパッドの間に、詰材15が必要に応じて介装されてい
る。ブレーキ流体がカリパスハウジング内に導入される
と、ピストンがハウジングから外方に駆動され、ディス
クパッドを押圧してディスクに圧接させる。

ピストンはカップ状で、その閉鎖端は間隙12の一方を
画定している。ピストンの壁は外端に向けて収斂してお
り、これによりピストンとパッド14との間に不注意によ
って浸入した水分を除くようになっている。ピストンが
形成されているセラミックは、粘土をベースとした材料
や、カオリンをベースとしたセラミックなどのセラミッ
ク材料を含んでいる。典型的な粘土をベースとしたセラ
ミックの組成としては下記のようなものがある。

SiO₂ 50−70％ Al₂O₃ 10−40％ K₂O 0−10％ CaO 0− 5％ Na₂O 0−10％ この他にも長石、ネフェリンシェナイト、コーンウォ
ール石、シリカおよび／またはタルクなどの融剤を含む
こともでき、例えば下記のように組成となる。

SiO₂ 50−70％ Al₂O₃ 10−40％ K₂O 0−10％ CaO 0− 5％ Na₂O 0−10％ Fe₂O₃ 0− 2％ MgO 0− 5％ TiO₂ 0− 2％ MnO 0− 1％ ピストンに使われるセラミックの特殊の例としては、
グーマリング粘土をベースとする標準食器用セラミック
がある。

このセラミックの組成は、高級な透状食器を製造する
ためのもので、グーマリング粘土に他の材料を添加し、
次のような組成としたものである。

ScO₂ 62.4 Al₂O₃ 27.7 Fe₂O₃ 0.33 CaO 0.14 MgO 0.84 Na₂O 0.60 K₂O 1.90 TiO₂ 0.63 LOI（＊） 6.00 ＊LOT;点火損失 ついで、これを1200℃で燃やして計量によって決まる
調節された有孔性を与え、さらに水を浸して４時間沸騰
させる、最後に水中で冷却し、表面水を除いてから再計
量する。

このようにセラミックピストンの性能を、現在使用さ
れている金属性ピストン（クロムメッキ鉄、稀にアルミ
ニウムやチタニウムを使用）のそれと比べると次のよう
になる。

またピストンをダイナモメータ上の回転ディスクに対
持して摩擦を測定した。

このようにピストンの製造方法としては、以下のよう
に種々の方法がある。

「方 法１」 粘土に他の成分わ加えたものをアーク中で混ぜ、スク
リーンにかけてフィルタで圧し、乾燥してから粉引きす
る。

乾燥した粉末を鉄型中に13790Kt/m²で圧入する。この
プレスされた脆いピストンを型から外して炉中に入れ、
温度1200℃で８時間燃焼させる。この後、ピストンを仕
上寸法とする。

「方 法２」 方法１と同じようにするが、ガムなどの有機バインダ
ーを少量添加してプレス本体の強度を増加させる。

「方 法３」スリップ鋳造 方法１及び２と同じ固形分を約60％含んだ非凝固スリ
ップをけい酸ナトリウムおよび炭酸ナトリウムで処理す
る。このスリップを12〜24時間ねかせて、プラスター型
に注ぎ込んで大体の外径を形成する。壁厚は時間により
調節する。流体状スリップは壁厚が10〜15mmになってか
らデカントされる。ついで、型を緩慢に乾燥して十分に
収縮させ、鋳造物を型から除く。ついでこれを燃焼乾燥
させてから、方法１、２と同じように粉末とする。

「方 法４」 方法１、２と同じ組成の混合物を混ぜ、スクリーンに
掛けてフィルタープレスし、脱気ミルにおいて80％位の
固形分として加工性を改良する。ついで、押出しにより
得た柱体を所定の長さに切断してピストンを製造するの
に十分な量とする。このスラグをローラヘッドカップ機
に掛け、所望の形状に展開する。このカップを通常のト
ンネルキルン中で燃焼乾燥させる。

この他にも種々の製造法を採用することができるが、
いずれの場合もピストンが、水蒸気は通すがブレーキ流
体は通さなくなるようにその有孔性を調節する。この有
孔性（透通性）は、燃焼中に飛んでしまうような成分を
加えるか、完全に透状とならないように燃焼温度を調節
することにより得られる。

セラミック体の透通性は、注意深く調節し、水蒸気は
通るがブレーキ流体は失なわれないようにする。即ち、
ピストンがフィルタとして機能し、高圧流体とブレーキ
ユニットに集まった水を分離するようにする。

ピストンとブレーキパッドとの境界面で熱が発生する
と、ブレーキを利かせたときに接触しているピストン面
が熱くなる。ブレーキが緩められると、ディスクとパッ
トとはカリパス本体より早く冷却し、ピストンの内側か
ら外側に向けて温度勾配ができる。この温度勾配により
水蒸気はセラミック体から追い出され、毛細管現象によ
り、ピストンの孔はブレーキ流体中の水分や水蒸気を引
き込む。ピストンの外面は大気と接触しているのでここ
で蒸発が起きる。

この発明のようにセラミックピストンを採用すると、
セラミックピストンが熱いディスクパッドと接触してブ
レーキ流体への熱伝導を遅らせ、この結果、ペーパーロ
ックが減少する。加えてセラミックピストンは、ピット
が生じたり腐食したり発錆したりすることがなく、ピス
トンを取り巻いている油圧作用によるシールの劣化が促
進されることがなくなる。さらに熱伝導が低いので、シ
ールと接触しているピストン部分の熱が低くなってシー
ルの熱劣化も減少する。

また、この発明のセラミックピストンは湿気を吸収す
るが、それによって機能が損なわれることがない。これ
によりペーパーロックが顕著に少なくなるという利点が
ある。加えて鉄やアルミニウムのピストンに比べて、セ
ラミックピストンは熱膨張が小さく、カリパス本体の働
きを損ねることもない。

またセラミック材料は電気分解的には中性であるの
で、シリンダが電気分解的に損傷されることが少なくな
る。

以上記載した他にも、この発明は種々の変更が可能で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コルテセ、ステファン ミハエル アン ソニー オーストラリア国、6018 ウエスタン オーストラリア州、ダブルビュー、ハン トリス ロード 319 (56)参考文献 特開 昭56−80533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−147963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−99130（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−291468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−135169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−133810（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−22634（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16D 65/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボア内でスライド自在であり、前記ボア内
   の加圧された作動油により動作される油圧ブレーキピス
   トンにおいて、光沢を施こされていない粘土をベースと
   したセラミックまたはセラミック材料からなり、且つ、
   セラミック材料が水分および／または水蒸気に対して有
   孔性であるが，油圧流体に対してはそうではないことを
   特徴とする油圧ブレーキピストン。
2. 【請求項２】セラミック材料が、カオリンをベースとし
   たセラミックであることを特徴とする請求項１記載の油
   圧ブレーキピストン。
3. 【請求項３】セラミックが、下記の組成 SiO₂ 50−70％ Al₂O₃ 10−40％ K₂O 0−10％ CaO 0− 5％ Na₂O 0−10％ を有することを特徴とする請求項１又は２記載の油圧ブ
   レーキピストン。
4. 【請求項４】少なくとも１個の摩擦パッドと、これに作
   用する少なくとも１個のピストンとを含んでなり、ピス
   トンが光沢を施されていない粘土をベースとしたセラミ
   ックまたは低熱伝導性のセラミック材料からなり、且
   つ、セラミック材料が水分および／または水蒸気に対し
   ては有孔性であるが、油圧流体に対してはそうではない
   ことを特徴とする油圧ブレーキユニット。
5. 【請求項５】セラミックが、カオリンをベースとしたセ
   ラミックであることを特徴とする請求項４記載の油圧ブ
   レーキユニット。
6. 【請求項６】セラミックが、下記の組成 SiO₂ 50−70％ Al₂O₃ 10−40％ K₂O 0−10％ CaO 0− 5％ Na₂O 0−10％ を有していることを特徴とする請求項４又は５記載の油
   圧ブレーキユニット。