車両の制動方法及び制動装置
【課題】車両の制動において、被摩擦材と摩擦材とを変更することなく制動力を向上させることを可能とする車両の制動方法及び制動装置を提供する。
【解決手段】制動体と当接する押圧板を押圧して制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて被制動体を制動する車両の制動方法であって、被制動体及び押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、制動体の体積抵抗率を被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、被制動体と押圧板との間に電圧を印加するようにした。
【解決手段】制動体と当接する押圧板を押圧して制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて被制動体を制動する車両の制動方法であって、被制動体及び押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、制動体の体積抵抗率を被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、被制動体と押圧板との間に電圧を印加するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制動方法及び制動装置に関し、特に、車両の制動体及び被制動体間に生じる摩擦力を向上させ、制動力を高めることが可能な方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自転車の制動装置は、車輪のリム側面をゴム基材からなる制動体としての摩擦材を有するブレーキシューで挟持して、ブレーキシューとホイールとの間の摩擦力により被制動体としてのリムを制動するものが知られている。
また、自動車やオートバイ等の制動装置としては、樹脂等で固めた制動体としての摩擦材を板状の基台に接着したディスクパッドにより、車輪とともに回転する被制動体としての回転ディスクを挟持することで車輪を制動する制動装置や、車輪とともに回転する円筒状のブレーキドラムにブレーキシューと呼ばれる円弧状の基台の外周面に接着された摩擦材をドラム内周面に押圧して制動する制動装置が知られている。
上記のような制動装置の制動力を向上させる方法として、特許文献１では、自転車のゴム基材からなる摩擦材に酸化アルミニウムを散在させることで、車輪のリム表面が乾燥状態であるか、湿潤状態であるかに関わらず制動力が大きくなるようにしている。また、特許文献２では、ブレーキパッドの重量を１００重量％としたときに、ブレーキパッドをスチール繊維、又は、ステンレス繊維が１５重量％よりも多く５０重量％以下とし、摩擦調整剤として銅や亜鉛等のスチール以外の金属が１重量％以上１０重量％以下とし、酸化鉄が１重量％以上１０重量％以下とすることにより、摩擦材による被摩擦材の回転ディスクへの攻撃性を抑制するとともにブレーキパッドの耐摩耗性を良好にしつつ制動力の向上を図るものが開示されている。
【０００３】
しかしながら、摩擦材と被摩擦材との間の摩擦力は互いの素材の関係に依存するため、摩擦材に対して最適な組合せの被摩擦材から異なる素材の被摩擦材に変更すると、期待する制動力が得られなかったり、被摩擦材に対する摩擦材の攻撃性が問題となったり、摩擦材の摩耗が著しく早くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８６４７５号公報
【特許文献２】特開２００５−０３６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、車両の制動において、被摩擦材と摩擦材とを変更することなく制動力を向上させることを可能とする車両の制動方法及び制動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための方法として、制動体と当接する押圧板を押圧して制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて被制動体を制動する車両の制動方法であって、被制動体及び押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、制動体の体積抵抗率を被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、被制動体と押圧板との間に電圧を印加するようにした。
本方法によれば、被制動体と押圧板との間に電圧を印加した状態で、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動することにより、押圧板と被制動体との間の制動体に電流が流れ、制動体に吸着力（ジョンセンラーベック効果）が作用して被制動体に対する制動体の摩擦力が大きくなるので、被制動体と制動体とを変更することなく制動力を向上させることができる。
また、他の方法によれば、被制動体が制動体に接触したときに電圧を印加するようにした。
本方法によれば、被制動体に制動体が接触したとき、即ち、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動するときに電圧を印加することで、電圧を印加するための電源の負荷を小さくすることができる。つまり、効率よく電圧を印加して制動力を向上させることができる。
また、前記課題を解決するための構成として、導体により形成された押圧板と当接する制動体と、制動体と対向し、押圧板の押圧により制動体と接触するとともに、導体と電気的に絶縁された導体により形成された被制動体と、被制動体と押圧板との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、制動体の体積抵抗率が被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きく構成した。
本構成によれば、電圧印加手段が被制動体と押圧板との間に電圧を印加した状態で、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動することにより、制動体と被制動体との間の制動体に電流が流れ、制動体に吸着力（ジョンセンラーベック効果）が作用して被制動体に対する制動体の摩擦力が大きくなるので、被制動体と制動体とを変更することなく制動力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の制動装置を自転車に適用したときの概略構成図。
【図２】制動装置の部分拡大図。
【図３】制動装置の装着の有無による制動試験の試験結果を示す図。
【図４】他の形態の制動装置に本発明の制動装置を適用したときの概略構成図。
【図５】他の形態の制動装置の部分拡大図及び制動部分の分解構成図。
【０００８】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態１
図１は、制動装置１を自転車の前輪に適用したときの概略構成図を示す。図２は、制動装置１の部分拡大図を示す。以下、図１及び図２を用いて自転車３０の前輪の構造とともに制動装置１について説明する。
まず、制動装置１が適用される自転車３０の前輪部分の構造について説明する。図１に示すように、自転車３０の前輪３１は、フレーム３２のヘッドチューブ３２ａに回転可能に軸支されるフロントフォーク３３の下端に装着される。フロントフォーク３３の左右に分岐する分岐部３３Ａの中央には、前輪３１を制動するブレーキキャリパ５０を取り付ける取付軸３８が車体前方に延長する。なお、ブレーキキャリパ５０については後述する。
前輪３１は、ハブ３４と、スポーク３５と、ホイールリム３６（以下リム３６と記す）とにより構成される。ハブ３４は、フロントフォーク３３に固定され、前輪３１の回転軸となるハブ軸４１と、ハブ軸４１の周りを回転するハブ体４２とにより構成される。ハブ軸４１とハブ体４２との間には、ハブ軸４１の円周方向に沿って軸受け球４３が配設される。軸受け球４３は、ハブ軸４１と螺合する球押し４４によってハブ体４２を押圧することで、ハブ体４２をハブ軸４１周りに回転可能に支持する。そして、ハブ軸４１と螺合するロックナット４５を球押し４４に外側から接触させることでハブ体４２に対する球押し４４の位置が固定される。ハブ体４２は、両側にフランジ状に成形されるスポーク固定部４２ａを備え、スポーク固定部４２ａの円周方向に沿って複数のスポーク３５の一端が取り付けられる。スポーク３５の他端には、タイヤＴを固着するリム３６が取り付けられる。
【００１０】
ハブ軸４１，ハブ体４２，軸受け球４３，球押し４４，スポーク３５は、例えば鉄を主成分とする合金、リム３６は、例えばアルミを主成分とする合金により構成される。つまり、ハブ軸４１，ハブ体４２，軸受け球４３，球押し４４，スポーク３５，リム３６は、電気的に導通状態に構成される。そして、上記前輪３１は、フロントフォーク３３の下端に形成されるＵ字状の溝にハブ軸４１が嵌め込まれ、端子８，ワッシャ４７の順にハブ軸４１に介挿した後にナット４６をハブ軸４１に螺合して締め付けることでフロントフォーク３３に固定される。つまり、ロックナット４５とフロントフォーク３３、フロントフォーク３３と端子８、端子８とワッシャ４７、ワッシャ４７とナット４６とは互いに接触した状態となる。端子８は、導体を平板円環状に成形したものであって、ハブ軸４１及びフロントフォーク３３と接触する円環部８Ａと後述の出力端子２２ｂから延長する配線２８の端子２８Ａが接続される舌片８Ｂとを備える。端子８は、例えば鉄や銅等の素材からなる。また、ワッシャ４７，ナット４６は、例えば鉄を主成分とする素材からなる。よって、ロックナット４５，フロントフォーク３３，端子８，ワッシャ４７，ナット４６及びハブ軸４１は、電気的に導通状態にある。
【００１１】
前輪３１を制動するための制動装置１は、ブレーキキャリパ５０と、ブレーキレバー３９と、制動を検知する検知スイッチ１１と、電圧印加手段１２とを備える。
ブレーキキャリパ５０は、リム３６の側面を挟持する一対のアーム５１，５２と、リム３６の側面と摺動するブレーキシュー５５と、アーム５１，５２を駆動するためのブレーキワイヤ６１とを備える。ブレーキキャリパ５０の一対のアーム５１，５２は、一方のアーム５１はＣ字状、他方のアーム５２はＹ字状に成形され、取付軸３８に重なるように取り付けられる。一方のＣ字状のアーム５１は、一端にブレーキシュー５５を取り付けるための長孔５１Ａと、他端にブレーキワイヤ６１のインナーワイヤ６１Ａを固定するためのインナーワイヤ固定部５３とを備える。また、他方のＹ字状のアーム５２は、Ｙ字状に分岐する一方の端部側にブレーキシュー５５を取り付けるための長孔５２Ａと、他方の端部側にブレーキワイヤ６１のアウターワイヤ６１Ｂの一端を保持するアウターワイヤ固定部５４とを備える。
ブレーキキャリパ５０がフロントフォーク３３の取付軸３８に取り付けられると、長孔５１Ａと長孔５２Ａとが前輪３１のリム３６を挟んで互いに対向し、インナーワイヤ固定部５３とアウターワイヤ固定部５４とが直線上に配置される。
【００１２】
ブレーキキャリパ５０に取り付けられるブレーキシュー５５は、リム３６と当接する摩擦材５６と、摩擦材５６を保持するためのシューホルダ５７とにより構成される。摩擦材５６は、ゴム素材を主体としてシューホルダ５７に取り付け可能に略直方体状に成形したものであって、摩擦材５６の体積抵抗率が、リム３６と後述のシューホルダ５７の体積抵抗率よりも大きくなるように構成される。リム３６と摩擦材５６との当接面には複数の溝を備える。シューホルダ５７は、例えば、ステンレスや鉄等の素材を略板状に成形したものである。シューホルダ５７には、摩擦材５６を固定する固定面５７Ａと、固定面５７Ａの裏面側において固定面５７Ａに対して略垂直に延長し、外周面がねじ切りされた軸部５７Ｂとを備える。
軸部５７Ｂは、ブレーキシュー５５をブレーキキャリパ５０のアーム５１，５２に取り付けるためのものであって、長孔５１Ａ，５２Ａを貫通可能な長さを有する。軸部５７Ｂには、筒状の絶縁カラー５８が外挿される。絶縁カラー５８は、絶縁性を有する素材からなり、円筒部５８Ｂと、当該円筒部５８Ｂの一側面にフランジ部５８Ａとが形成される。円筒部５８Ｂは、長孔５１Ａ，５１Ｂの奥行きよりも短い長さを有し、内径が軸部５７Ｂよりも大きく、外径が長孔５１Ａ，５２Ａに介挿可能な寸法を有する。絶縁カラー５８は、フランジ部５８Ａがシューホルダ５７と接触するように軸部５７Ｂに介挿される。
絶縁カラー５８とともに軸部５７Ｂが長孔５１Ａ，５２Ａを貫通するようにブレーキシュー５５を配設したときに、長孔５１Ａ，５２Ａから突出する軸部５７Ｂには絶縁ワッシャ５９、端子９が順番に介挿される。
絶縁ワッシャ５９は、絶縁性を有する素材からなり、端子９の円環部９Ａよりも大きな外径を有するように形成される。端子９は、導体を平板円環状に成形したものであって、円環状の円環部９Ａと、後述の出力端子２２ａから延長する配線２９の端子２９Ａが接続される舌片９Ｂとを備える。端子９は、例えば鉄や銅等の素材からなる。
そして、ナット６０を軸部５７Ｂに螺合させ、摩擦材５６の延長方向がリム３６の円周方向に沿うように整列させてブレーキシュー５５を固定することで摩擦材５６がリム３６の側面と対向し、アーム５１，５２に対して電気的に絶縁状態でブレーキシュー５５が取り付けられる。より詳細には、ブレーキシュー５５は、自転車のフレームや車輪に対して電気的に絶縁状態で取り付けられる。
即ち、前輪３１はブレーキキャリパ５０に対する被制動体、ブレーキキャリパ５０のブレーキシュー５５は前輪３１に対する制動体、シューホルダ５７が制動体を押圧する押圧板に相当する。
【００１３】
ブレーキレバー３９は、レバーホルダ３９Ａを介してハンドル３７に取り付けられ、レバーホルダ３９Ａに対して回動自在に保持される。ブレーキレバー３９にはアーム５１の一端から延長するインナーワイヤ６１Ａの他端が固定され、レバーホルダ３９Ａにはアウターワイヤ６１Ｂの他端が固定される。また、レバーホルダ３９Ａには、ブレーキレバー３９の操作を検知する検知スイッチ１１が取り付けられる。検知スイッチ１１は、ハンドル３７にブレーキレバー３９を装着するためのレバーホルダ３９Ａ内に固着され、ブレーキレバー３９の操作によりスイッチがオンとなり、ブレーキレバー３９を解放したときにオフとなる。
具体的には、ブレーキレバー３９によって制動操作がなされ、摩擦材５６がリム３６の側面と接触したときに検知スイッチ１１が導通し、制動操作が解放されたときに開放される。検知スイッチ１１には、例えば、マイクロスイッチと呼ばれる小型のスイッチが採用され、容易にレバーホルダ３９Ａ内に収容できる。検知スイッチ１１から延長する信号線１３は、先端に２極の端子１７が取り付けられ、後述の電源装置１４から延長する電源線１４ｂに割り込むように接続される。
なお、摩擦材５６がリム３６の側面と接触したときに検知スイッチ１１が導通し、制動操作が解放されたときに開放されるようにブレーキレバー３９に対して検知スイッチ１１を設けたが、ブレーキレバー３９を操作しても摩擦材５６がリム３６の側面と接触しないときから検知スイッチ１１が導通するようにしても良い。
【００１４】
電圧印加手段１２は、電源装置１４と、昇圧装置１５とにより概略構成される。
電源装置１４は、例えば、９Ｖ乾電池を５個直列に接続した直流電圧を供給する。なお、電源装置１４に用いる乾電池及び乾電池の個数は、上記に限らず適宜設定すれば良いが、少なくとも１０Ｖ以上の電圧が得られるように構成することが好ましい。
【００１５】
昇圧装置１５は、電源装置１４が出力する直流電圧を昇圧して出力する、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。本例では、４５Ｖの直流電圧を１００Ｖの直流電圧に昇圧して出力する。昇圧装置１５の入力部１８には、電源装置１４から延長する電源線１４ａ，１４ｂが接続され、電力が供給される。
電源線１４ａは、電源装置１４のプラス側と接続され、電源線１４ｂは、電源装置１４のアース側（接地側）と接続されることで、直流電圧を昇圧装置１５に供給する。
電源線１４ｂは、昇圧装置１５側と電源装置１４側とに分岐し、２極の端子１６に電気的に非導通状態で接続される。端子１６には、検知スイッチ１１から延長する信号線１３の端子１７が接続され、検知スイッチ１１がオンのときに電源線１４ｂの昇圧装置１５側と電源装置１４側とが導通することで昇圧装置１５に電源装置１４の電圧が入力される。
昇圧装置１５の出力する電圧は、昇圧装置１５の出力部１９から出力される。電源装置１４と昇圧装置１５とは、例えば、防水ケース内部に設けられる。防水ケースには、出力端子２２ａ，２２ｂが設けられ、出力部１９から延長する出力線２１ａ，２１ｂが出力端子２２ａ，２２ｂに接続される。詳細には、出力線２１ａが出力端子２２ａと、出力線２１ｂが出力端子２２ｂと接続される。
出力端子２２ａには、自転車のブレーキシュー５５のシューホルダ５７の端子９と接続される配線２９が延長する。配線２９の先端には、端子９と接続するための端子２９Ａを備える。また、出力端子２２ｂには、ハブ３４をフロントフォーク３３に固定するときのハブ軸４１に介挿される端子８と接続される配線２８が延長する。配線２８の先端には、端子８と接続するための端子２８Ａを備える。
そして、電源装置１４と昇圧装置１５とを内蔵するケースが自転車のフロントフォークに固定され、出力端子２２ａから延長する配線２９の端子２９Ａが端子９と接続され、出力端子２２ｂから延長する配線２８の端子２８Ａが端子８と接続される。
【００１６】
よって、ブレーキレバー３９により前輪を制動すると、検知スイッチ１１がブレーキレバー３９の操作を検知し、電源装置１４から昇圧装置１５に電圧が供給される。そして、ブレーキレバー３９の操作がブレーキワイヤ６１に伝達され、一方のアーム５２に固着されたブレーキシュー５５と他方のアーム５１に固着されたブレーキシュー５５とがリム３６の側面に当接する。一方のブレーキシュー５５と他方のブレーキシュー５５とがリム３６の側面に当接すると昇圧装置１５から出力される電圧がリム３６とシューホルダ５７とに供給され、リム３６とシューホルダ５７との間の摩擦材５６に電圧が印加され、摩擦材５６に電流が流れる構成である。
具体的には、制動時のブレーキレバー３９の操作が検知スイッチ１１によって検知されることで信号線１３が導通し、電源装置１４の電圧が昇圧装置１５の入力部１８に出力される。そして、昇圧装置１５によって昇圧された電圧が出力部１９から出力端子２２ａ，２２ｂを介して出力される。出力端子２２ａから出力されるプラス電圧は、配線２９を経路として端子９に供給され、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７に供給される。また、出力端子２２ｂから延長する配線２８と接続される端子８、及び、当該端子８と電気的に導通状態で接触するハブ軸４１，ロックナット４５，球押し４４，軸受け球４３，ハブ体４２，スポーク３５，リム３６は、上記プラス電圧に対する基準電圧の０Ｖとなる。
【００１７】
なお、電源装置１４は乾電池だけでなく、例えば、図外の発電装置が内蔵されたハブにより前輪３１を構成し、発電装置で発電された電圧を整流して蓄電可能に発電装置と整流装置と蓄電装置とにより構成しても良い。
【００１８】
以下、本発明の制動装置１の効果を調べるため、制動装置１をスポーツ自転車に装着し、制動試験を行った。
制動試験は、ＪＩＳ Ｄ９２０１に準拠するように実施し、時速３０ｋｍの一定速度から全制動を５回行い、制動距離の平均を求めた。図３に制動試験の試験結果を示す。
図３に示すように、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７とリム３６とに電圧を印加することにより、制動距離が５％短くなる結果が得られた。換言すれば、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７とリム３６とに電圧を印加したことで摩擦材５６に電流が流れ、摩擦材５６とリム３６との間にジョンセンラーベック効果が作用し、摩擦材５６とリム３６との摩擦が大きくなり、制動力が向上したことを示している。
【００１９】
実施形態２
図４は、オートバイや自動車のような油圧により動作するディスクブレーキを装着した自転車に制動装置１を適用した場合の概略構成図を示す。図５（ａ）は、制動装置１の部分拡大図、図５（ｂ）は、制動部分の分解構成図を示す。
実施形態１では、リム３６の側面を挟持するブレーキキャリパ５０で制動する制動装置１について説明したが、実施形態２では、オートバイや自動車のような油圧により動作するブレーキキャリパ７５と回転ディスク７１とにより構成されるディスクブレーキ７０を備える制動装置１について、図４及び図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。なお、制動装置１の構成において、実施形態１と同一構成については説明を省略する。
ディスクブレーキ７０は、車輪とともに回転する回転ディスク７１と、油圧の作動により突出するピストンにより押圧されるブレーキパッド７２と、ブレーキパッド７２を介して回転ディスク７１を挟持するブレーキキャリパ７５と、ブレーキキャリパ７５に油圧を発生させる油圧発生装置８０とにより構成される。
回転ディスク７１は、ハブ３４のハブ体の一側にフランジ状に形成されるディスク固定部７６に固着される。回転ディスク７１は、平板円板状に成形され、ハブ３４の回転中心と同心にディスク固定部７６にボルト等によって固着される。上記ハブ３４は、実施形態１と同様にフロントフォーク３３に取り付けられ、ハブ軸４１が固定されるフロントフォーク３３との固定部には端子８を備える。ここで、端子８と回転ディスク７１とは、電気的に導通状態にある。
【００２０】
ブレーキキャリパ７５は、回転ディスク７１を挟んでピストンが対向して配置される対向ピストン型である。ブレーキキャリパ７５は、フロントフォーク３３の一方に設けられるキャリパ取付部７８にボルトによって取り付けられる。ブレーキキャリパ７５は、後述の油圧発生装置８０により発生する油圧によってブレーキキャリパ７５の有するシリンダに配置されるピストンが突出する油圧式である。
【００２１】
ブレーキキャリパ７５のピストンと回転ディスク７１との間には、ブレーキパッド７２と、電極板８１と、絶縁板８２とが配設される。
ブレーキパッド７２は、基台７３と摩擦材７４とにより構成される。基台７３は、スチール製の素材からなる平板を矩形状に成形したものであって、摩擦材７４が固着する固着面７３Ａと、ブレーキキャリパ７５にブレーキパッド７２を装着したときに位置決め兼脱落防止のピンが挿入される取付孔７３Ｂとを備える。
また、摩擦材７４は、基材と摩擦調整材と結合材とにより構成される。基材は、例えば、アラミドファイバ，スチールファイバ（鉄）ファイバ，銅ファイバ，セラミックファイバ，ガラスファイバ，カーボンファイバ等を単独又は組み合わせて用いられ、摩擦材全体に占める割合（重量比）に対して、約１０％から数１０％含むように構成される。また、摩擦調整材は、回転ディスクとの潤滑を良くし摩擦係数，摩耗を調整する素材であって、目標とする摩擦係数や摩擦の安定を得るために用いられる。例えば、摩擦材の摩擦係数を上げるためには研磨剤のような粒子状のものを加え、摩擦材の基材がスチールファイバのように回転ディスク７１（通常は鉄鋳物）との摩擦係数が高すぎるときには、摩擦係数を下げたり摩擦を安定させたりするために粒子状のカーボンブラック（グラファイト）が混合される。また、結合材は、摩擦材と摩擦調整剤とを混合し、摩擦材に成形するときに、熱と圧力を加えて押し固めるときの接着剤として用いられる。結合材は、一般に熱を加えると固まるレジンが用いられる。レジンによって固められた摩擦材は、レジン系の摩擦材と呼ばれる。
例えば、摩擦材を重量比で約１０％から数１０％の導電性のあるスチールファイバ、摩擦調整材に粒子状のカーボンブラック、残りに導電性のない樹脂でスチールファイバとカーボンブラックとを混合し、固めることにより構成すると、摩擦材は一種の半導体と考えることができる。また、上記以外の基材，摩擦調整材，結合材により摩擦材を構成しても、摩擦材は、一種の半導体と考えることができる。上記のように構成される摩擦材７４は、体積抵抗率が回転ディスク７１と基台７３の体積抵抗率よりも大きい。この摩擦材７４は、基台７３に対して、例えば接着材等により接着される。
なお、摩擦材７４の体積抵抗率が絶縁体と等しいか、又は、略絶縁体に等しい抵抗値の時には、例えば、１０３〜１０６Ω・ｍの範囲の体積抵抗率が得られるように摩擦材に導体成分の銅等を混ぜて構成すれば良い。
【００２２】
電極板８１は、導電性を有する素材からなり、基台７３の大きさと略同一の大きさの平板状に形成される。電極板８１は、基台７３と密着する平板部８１Ａと出力端子２２ａから延長する配線の端子を接続する舌片８１Ｂとを備える。電極板８１は、例えば、鉄，銅やスチール等により構成される。
絶縁板８２は、絶縁性を有する素材からなり、ブレーキパッド７２の基台７３の背面側に配置される電極板８１を包囲するように断面コ字状に成形される。具体的には、基台７３の長手方向の両端面と背面とを包囲して、電極板８１と基台７３とがブレーキキャリパ７５に接触しないように包囲する。つまり、ブレーキパッド７２と電極板８１とが、ブレーキキャリパ７５に対して電気的に絶縁状態でブレーキキャリパ７５に組み付けられる。
【００２３】
そして、ブレーキキャリパ７５の備える図外のピン挿入孔と取付孔７３Ｂとの軸線が一致するようブレーキパッド７２を配置し、ピン７９をピン挿入孔と取付孔７３Ｂとに挿入することで、ブレーキパッド７２はブレーキキャリパ７５に対してピストンの移動方向に沿って移動可能に支持される。ピン７９は、電気的に絶縁性を有するように被覆されたもの、又は、絶縁性素材を成形したものにより構成される。
【００２４】
ブレーキキャリパ７５のピストンを駆動する油圧発生装置８０は、マスターシリンダと呼ばれ、ハンドルに装着される。油圧発生装置８０は、ブレーキレバー３９と、ブレーキレバー３９の操作により作動流体に油圧を生じさせる油圧発生部８５と、油圧発生部８５に作動流体を供給するために作動流体を貯留するリザーバータンク８６と、ブレーキレバー３９の操作を検知する検知スイッチ１１とにより構成される。油圧発生装置８０の油圧発生部８５のシリンダとブレーキキャリパ７５のシリンダとは、ブレーキホース８７により接続される。
油圧発生部８５は、概略、シリンダとピストンにより構成され、シリンダに作動流体を供給するリザーバータンク８６から供給される作動流体をピストンによって押し出すことにより油圧を生じさせ、シリンダから押し出された作動流体が、ブレーキキャリパ７５のピストンを押し出してブレーキパッド７２を回転ディスク７１方向に移動させる。そして、回転ディスク７１をブレーキパッド７２で挟持することにより回転ディスク７１が固着する車輪に制動力が作用する。
即ち、回転ディスク７１がブレーキキャリパ７５に対する被制動体であり、ブレーキキャリパ７５によって回転ディスク７１と摺動するブレーキパッド７２の摩擦材７４が回転ディスク７１に対する制動体であり、ブレーキキャリパ７５のピストンによって押圧されるブレーキパッド７２の基台７３が摩擦材７４を回転ディスク７１に押圧する押圧板に相当する。
【００２５】
よって、ブレーキレバー３９を操作すると、ブレーキレバー３９の操作を検知スイッチ１１が検知して電圧印加手段の昇圧装置１５に電圧が供給される。そして、昇圧装置１５によって昇圧された電圧が回転ディスク７１と基台７３との間に印加され、摩擦材７４に電流が流れることで回転ディスク７１と摩擦材７４との間にジョンセンラーベック力が作用して回転ディスク７１と基台７３との間の摩擦材７４が大きくなり自転車の制動力を向上させることができる。
【００２６】
なお、実施形態１及び実施形態２では、ブレーキレバー３９の操作を検知スイッチ１１によって検知して電圧を印加するように説明したが、被摩擦材に対して押圧される摩擦材の押圧力の大きさによって電圧を印加するように構成しても良い。例えば、実施形態１の場合、シューホルダとアーム５１，５２との間に圧力を検知可能なセンサを設けて、摩擦材とリムとが接触して所定値以上の圧力が摩擦材に加えられたときにシューホルダとリムとの間に電圧を印加するようにしても良い。また、実施形態２の場合、基台７３とピストンとの間に圧力を検知可能なセンサを設けてピストンが基台７３を押圧する圧力が、所定値以上となったときに基台７３と回転ディスク７１との間に電圧を印加するようにしても良い。
【００２７】
上記実施形態１及び実施形態２では、自転車を用いて説明したが自動車，オートバイ，電車，エレベータや産業機械の制動装置であっても良い。
自動車，オートバイ，電車，エレベータ等の産業用機械のディスクブレーキの場合、上記実施形態２のように制動体を含むブレーキパッドが被制動体の回転ディスクに対して電気的に絶縁状態となるように構成し、回転ディスクとブレーキパッドの基台に電圧を印加する電圧印加手段と接続すれば良い。そして、自動車やオートバイの場合には、電圧印加手段の電源装置に自動車やオートバイに搭載されるバッテリーからの電圧を供給するように構成すれば良く、電車やエレベータ等の産業用機器に使用されるディスクブレーキの場合、整流された直流電圧を供給するように構成すれば良い。
【００２８】
また、ディスクブレーキに限らずドラムブレーキであっても良い。
ドラムブレーキの一例としては、一方開放の円筒状に成形され、車両の出力軸に取り付けられて出力軸とともに回転する被制動体としての回転ドラムと、回転ドラムの内周面と対向し、回転ドラムの内周面に沿った接触面を有する制動体としてのライニングと、ライニングが固着される基台とからなるブレーキシューとを備える。そして、回転ドラムとブレーキシューとが互いに電気的に絶縁状態となるように構成し、電圧印加手段から延長する配線の一方を回転ドラム、他方をブレーキシューの基台と接続し、回転ドラムと基台との間のライニングに電圧を印加可能に構成すれば良い。なお、ライニングは、実施形態２で示した摩擦材と同一の素材からなる。
よって、回転ドラムと基台とに電圧を印加した状態で、基台を押圧してライニングを回転ドラムに接触させると、ライニングに電流が流れ、ライニングにジョンセンラーベック効果が生じ、回転ドラムとライニングとの間の摩擦力が大きくなり、制動力を向上させることができる。
【００２９】
以上、説明したように、本発明の制動装置は、ブレーキシューやブレーキパッドに固着される制動体をリムや回転ディスク等のような被制動体に押圧して制動する装置において、制動体と直接接触し、制動体を被制動体に対して押圧するシューホルダや基台に相当する押圧板と、被制動体とを電気的に絶縁状態に構成し、さらに、被制動体と押圧板とに電圧印加手段から電圧を印加可能に接続して、制動時に制動体に電圧を印加することで制動体にジョンセンラーベック効果を生じさせ、被制動体と制動体との摩擦力が大きくなり、制動力を向上させることができる。
なお、上記例では、直流電圧を制動体に印加するとして説明したが、交流電圧を制動体に印加するようにしても良い。また、制動体に印加する電圧は、一定である必要はなく、被制動体と制動体との接触する圧力によって電圧を可変にするように電圧印加手段を構成しても良い。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３１】
１ 制動装置、９ 端子、９Ａ 円環部、９Ｂ 舌片、１１ 検知スイッチ、
１２ 電圧印加手段、１３ 信号線、１４ 電源装置、１４ａ；１４ｂ 電源線、
１５ 昇圧装置、１６；１７ 端子、１８ 入力部、１９ 出力部、
２１ａ；２１ｂ 出力線、２２ａ，２２ｂ 出力端子、
３０ 自転車、３１ 前輪、３２ フレーム、３２ａ ヘッドチューブ、
３３ フロントフォーク、３３Ａ 分岐部、３４ ハブ、３５ スポーク、
３６ ホイールリム、３７ ハンドル、３８ 取付軸、
３９ ブレーキレバー、３９Ａ レバーホルダ、４１ ハブ軸、
４２ ハブ体、４２ａ スポーク固定部、４３ 軸受け球、４４ 球押し、
４５ ロックナット、４６ ナット、４７ ワッシャ、５０ ブレーキキャリパ、
５１；５２ アーム、５１Ａ；５２Ａ 長孔、５３ インナーワイヤ固定部、
５４ アウターワイヤ固定部、５５ ブレーキシュー、５６ 摩擦材、
５７ シューホルダ、５７Ａ 固定面、５７Ｂ 軸部、
５８ 絶縁カラー、５８Ａ フランジ部、５９ 絶縁ワッシャ、６０ ナット、
６１Ａ インナーワイヤ、６１Ｂ アウターワイヤ、７０ ディスクブレーキ、
７１ 回転ディスク、７２ ブレーキパッド、
７３ 基台、７３Ａ 固着面、７３Ｂ 取付孔、７４ 摩擦材、
７５ ブレーキキャリパ、７６ ディスク固定部、７８ キャリパ取付部、７９ ピン、
８０ 油圧発生装置、８１ 電極板、８１Ａ 平板部、８１Ｂ 舌片、８２ 絶縁板、
８５ 油圧発生部、８６ リザーバータンク、８７ ブレーキホース、Ｔ タイヤ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の制動方法及び制動装置に関し、特に、車両の制動体及び被制動体間に生じる摩擦力を向上させ、制動力を高めることが可能な方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、自転車の制動装置は、車輪のリム側面をゴム基材からなる制動体としての摩擦材を有するブレーキシューで挟持して、ブレーキシューとホイールとの間の摩擦力により被制動体としてのリムを制動するものが知られている。
また、自動車やオートバイ等の制動装置としては、樹脂等で固めた制動体としての摩擦材を板状の基台に接着したディスクパッドにより、車輪とともに回転する被制動体としての回転ディスクを挟持することで車輪を制動する制動装置や、車輪とともに回転する円筒状のブレーキドラムにブレーキシューと呼ばれる円弧状の基台の外周面に接着された摩擦材をドラム内周面に押圧して制動する制動装置が知られている。
上記のような制動装置の制動力を向上させる方法として、特許文献１では、自転車のゴム基材からなる摩擦材に酸化アルミニウムを散在させることで、車輪のリム表面が乾燥状態であるか、湿潤状態であるかに関わらず制動力が大きくなるようにしている。また、特許文献２では、ブレーキパッドの重量を１００重量％としたときに、ブレーキパッドをスチール繊維、又は、ステンレス繊維が１５重量％よりも多く５０重量％以下とし、摩擦調整剤として銅や亜鉛等のスチール以外の金属が１重量％以上１０重量％以下とし、酸化鉄が１重量％以上１０重量％以下とすることにより、摩擦材による被摩擦材の回転ディスクへの攻撃性を抑制するとともにブレーキパッドの耐摩耗性を良好にしつつ制動力の向上を図るものが開示されている。
【０００３】
しかしながら、摩擦材と被摩擦材との間の摩擦力は互いの素材の関係に依存するため、摩擦材に対して最適な組合せの被摩擦材から異なる素材の被摩擦材に変更すると、期待する制動力が得られなかったり、被摩擦材に対する摩擦材の攻撃性が問題となったり、摩擦材の摩耗が著しく早くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２８６４７５号公報
【特許文献２】特開２００５−０３６９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、車両の制動において、被摩擦材と摩擦材とを変更することなく制動力を向上させることを可能とする車両の制動方法及び制動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための方法として、制動体と当接する押圧板を押圧して制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて被制動体を制動する車両の制動方法であって、被制動体及び押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、制動体の体積抵抗率を被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、被制動体と押圧板との間に電圧を印加するようにした。
本方法によれば、被制動体と押圧板との間に電圧を印加した状態で、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動することにより、押圧板と被制動体との間の制動体に電流が流れ、制動体に吸着力（ジョンセンラーベック効果）が作用して被制動体に対する制動体の摩擦力が大きくなるので、被制動体と制動体とを変更することなく制動力を向上させることができる。
また、他の方法によれば、被制動体が制動体に接触したときに電圧を印加するようにした。
本方法によれば、被制動体に制動体が接触したとき、即ち、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動するときに電圧を印加することで、電圧を印加するための電源の負荷を小さくすることができる。つまり、効率よく電圧を印加して制動力を向上させることができる。
また、前記課題を解決するための構成として、導体により形成された押圧板と当接する制動体と、制動体と対向し、押圧板の押圧により制動体と接触するとともに、導体と電気的に絶縁された導体により形成された被制動体と、被制動体と押圧板との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、制動体の体積抵抗率が被制動体及び押圧板の体積抵抗率よりも大きく構成した。
本構成によれば、電圧印加手段が被制動体と押圧板との間に電圧を印加した状態で、制動体が被制動体に接触して被制動体を制動することにより、制動体と被制動体との間の制動体に電流が流れ、制動体に吸着力（ジョンセンラーベック効果）が作用して被制動体に対する制動体の摩擦力が大きくなるので、被制動体と制動体とを変更することなく制動力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の制動装置を自転車に適用したときの概略構成図。
【図２】制動装置の部分拡大図。
【図３】制動装置の装着の有無による制動試験の試験結果を示す図。
【図４】他の形態の制動装置に本発明の制動装置を適用したときの概略構成図。
【図５】他の形態の制動装置の部分拡大図及び制動部分の分解構成図。
【０００８】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態１
図１は、制動装置１を自転車の前輪に適用したときの概略構成図を示す。図２は、制動装置１の部分拡大図を示す。以下、図１及び図２を用いて自転車３０の前輪の構造とともに制動装置１について説明する。
まず、制動装置１が適用される自転車３０の前輪部分の構造について説明する。図１に示すように、自転車３０の前輪３１は、フレーム３２のヘッドチューブ３２ａに回転可能に軸支されるフロントフォーク３３の下端に装着される。フロントフォーク３３の左右に分岐する分岐部３３Ａの中央には、前輪３１を制動するブレーキキャリパ５０を取り付ける取付軸３８が車体前方に延長する。なお、ブレーキキャリパ５０については後述する。
前輪３１は、ハブ３４と、スポーク３５と、ホイールリム３６（以下リム３６と記す）とにより構成される。ハブ３４は、フロントフォーク３３に固定され、前輪３１の回転軸となるハブ軸４１と、ハブ軸４１の周りを回転するハブ体４２とにより構成される。ハブ軸４１とハブ体４２との間には、ハブ軸４１の円周方向に沿って軸受け球４３が配設される。軸受け球４３は、ハブ軸４１と螺合する球押し４４によってハブ体４２を押圧することで、ハブ体４２をハブ軸４１周りに回転可能に支持する。そして、ハブ軸４１と螺合するロックナット４５を球押し４４に外側から接触させることでハブ体４２に対する球押し４４の位置が固定される。ハブ体４２は、両側にフランジ状に成形されるスポーク固定部４２ａを備え、スポーク固定部４２ａの円周方向に沿って複数のスポーク３５の一端が取り付けられる。スポーク３５の他端には、タイヤＴを固着するリム３６が取り付けられる。
【００１０】
ハブ軸４１，ハブ体４２，軸受け球４３，球押し４４，スポーク３５は、例えば鉄を主成分とする合金、リム３６は、例えばアルミを主成分とする合金により構成される。つまり、ハブ軸４１，ハブ体４２，軸受け球４３，球押し４４，スポーク３５，リム３６は、電気的に導通状態に構成される。そして、上記前輪３１は、フロントフォーク３３の下端に形成されるＵ字状の溝にハブ軸４１が嵌め込まれ、端子８，ワッシャ４７の順にハブ軸４１に介挿した後にナット４６をハブ軸４１に螺合して締め付けることでフロントフォーク３３に固定される。つまり、ロックナット４５とフロントフォーク３３、フロントフォーク３３と端子８、端子８とワッシャ４７、ワッシャ４７とナット４６とは互いに接触した状態となる。端子８は、導体を平板円環状に成形したものであって、ハブ軸４１及びフロントフォーク３３と接触する円環部８Ａと後述の出力端子２２ｂから延長する配線２８の端子２８Ａが接続される舌片８Ｂとを備える。端子８は、例えば鉄や銅等の素材からなる。また、ワッシャ４７，ナット４６は、例えば鉄を主成分とする素材からなる。よって、ロックナット４５，フロントフォーク３３，端子８，ワッシャ４７，ナット４６及びハブ軸４１は、電気的に導通状態にある。
【００１１】
前輪３１を制動するための制動装置１は、ブレーキキャリパ５０と、ブレーキレバー３９と、制動を検知する検知スイッチ１１と、電圧印加手段１２とを備える。
ブレーキキャリパ５０は、リム３６の側面を挟持する一対のアーム５１，５２と、リム３６の側面と摺動するブレーキシュー５５と、アーム５１，５２を駆動するためのブレーキワイヤ６１とを備える。ブレーキキャリパ５０の一対のアーム５１，５２は、一方のアーム５１はＣ字状、他方のアーム５２はＹ字状に成形され、取付軸３８に重なるように取り付けられる。一方のＣ字状のアーム５１は、一端にブレーキシュー５５を取り付けるための長孔５１Ａと、他端にブレーキワイヤ６１のインナーワイヤ６１Ａを固定するためのインナーワイヤ固定部５３とを備える。また、他方のＹ字状のアーム５２は、Ｙ字状に分岐する一方の端部側にブレーキシュー５５を取り付けるための長孔５２Ａと、他方の端部側にブレーキワイヤ６１のアウターワイヤ６１Ｂの一端を保持するアウターワイヤ固定部５４とを備える。
ブレーキキャリパ５０がフロントフォーク３３の取付軸３８に取り付けられると、長孔５１Ａと長孔５２Ａとが前輪３１のリム３６を挟んで互いに対向し、インナーワイヤ固定部５３とアウターワイヤ固定部５４とが直線上に配置される。
【００１２】
ブレーキキャリパ５０に取り付けられるブレーキシュー５５は、リム３６と当接する摩擦材５６と、摩擦材５６を保持するためのシューホルダ５７とにより構成される。摩擦材５６は、ゴム素材を主体としてシューホルダ５７に取り付け可能に略直方体状に成形したものであって、摩擦材５６の体積抵抗率が、リム３６と後述のシューホルダ５７の体積抵抗率よりも大きくなるように構成される。リム３６と摩擦材５６との当接面には複数の溝を備える。シューホルダ５７は、例えば、ステンレスや鉄等の素材を略板状に成形したものである。シューホルダ５７には、摩擦材５６を固定する固定面５７Ａと、固定面５７Ａの裏面側において固定面５７Ａに対して略垂直に延長し、外周面がねじ切りされた軸部５７Ｂとを備える。
軸部５７Ｂは、ブレーキシュー５５をブレーキキャリパ５０のアーム５１，５２に取り付けるためのものであって、長孔５１Ａ，５２Ａを貫通可能な長さを有する。軸部５７Ｂには、筒状の絶縁カラー５８が外挿される。絶縁カラー５８は、絶縁性を有する素材からなり、円筒部５８Ｂと、当該円筒部５８Ｂの一側面にフランジ部５８Ａとが形成される。円筒部５８Ｂは、長孔５１Ａ，５１Ｂの奥行きよりも短い長さを有し、内径が軸部５７Ｂよりも大きく、外径が長孔５１Ａ，５２Ａに介挿可能な寸法を有する。絶縁カラー５８は、フランジ部５８Ａがシューホルダ５７と接触するように軸部５７Ｂに介挿される。
絶縁カラー５８とともに軸部５７Ｂが長孔５１Ａ，５２Ａを貫通するようにブレーキシュー５５を配設したときに、長孔５１Ａ，５２Ａから突出する軸部５７Ｂには絶縁ワッシャ５９、端子９が順番に介挿される。
絶縁ワッシャ５９は、絶縁性を有する素材からなり、端子９の円環部９Ａよりも大きな外径を有するように形成される。端子９は、導体を平板円環状に成形したものであって、円環状の円環部９Ａと、後述の出力端子２２ａから延長する配線２９の端子２９Ａが接続される舌片９Ｂとを備える。端子９は、例えば鉄や銅等の素材からなる。
そして、ナット６０を軸部５７Ｂに螺合させ、摩擦材５６の延長方向がリム３６の円周方向に沿うように整列させてブレーキシュー５５を固定することで摩擦材５６がリム３６の側面と対向し、アーム５１，５２に対して電気的に絶縁状態でブレーキシュー５５が取り付けられる。より詳細には、ブレーキシュー５５は、自転車のフレームや車輪に対して電気的に絶縁状態で取り付けられる。
即ち、前輪３１はブレーキキャリパ５０に対する被制動体、ブレーキキャリパ５０のブレーキシュー５５は前輪３１に対する制動体、シューホルダ５７が制動体を押圧する押圧板に相当する。
【００１３】
ブレーキレバー３９は、レバーホルダ３９Ａを介してハンドル３７に取り付けられ、レバーホルダ３９Ａに対して回動自在に保持される。ブレーキレバー３９にはアーム５１の一端から延長するインナーワイヤ６１Ａの他端が固定され、レバーホルダ３９Ａにはアウターワイヤ６１Ｂの他端が固定される。また、レバーホルダ３９Ａには、ブレーキレバー３９の操作を検知する検知スイッチ１１が取り付けられる。検知スイッチ１１は、ハンドル３７にブレーキレバー３９を装着するためのレバーホルダ３９Ａ内に固着され、ブレーキレバー３９の操作によりスイッチがオンとなり、ブレーキレバー３９を解放したときにオフとなる。
具体的には、ブレーキレバー３９によって制動操作がなされ、摩擦材５６がリム３６の側面と接触したときに検知スイッチ１１が導通し、制動操作が解放されたときに開放される。検知スイッチ１１には、例えば、マイクロスイッチと呼ばれる小型のスイッチが採用され、容易にレバーホルダ３９Ａ内に収容できる。検知スイッチ１１から延長する信号線１３は、先端に２極の端子１７が取り付けられ、後述の電源装置１４から延長する電源線１４ｂに割り込むように接続される。
なお、摩擦材５６がリム３６の側面と接触したときに検知スイッチ１１が導通し、制動操作が解放されたときに開放されるようにブレーキレバー３９に対して検知スイッチ１１を設けたが、ブレーキレバー３９を操作しても摩擦材５６がリム３６の側面と接触しないときから検知スイッチ１１が導通するようにしても良い。
【００１４】
電圧印加手段１２は、電源装置１４と、昇圧装置１５とにより概略構成される。
電源装置１４は、例えば、９Ｖ乾電池を５個直列に接続した直流電圧を供給する。なお、電源装置１４に用いる乾電池及び乾電池の個数は、上記に限らず適宜設定すれば良いが、少なくとも１０Ｖ以上の電圧が得られるように構成することが好ましい。
【００１５】
昇圧装置１５は、電源装置１４が出力する直流電圧を昇圧して出力する、例えばＤＣ−ＤＣコンバータにより構成される。本例では、４５Ｖの直流電圧を１００Ｖの直流電圧に昇圧して出力する。昇圧装置１５の入力部１８には、電源装置１４から延長する電源線１４ａ，１４ｂが接続され、電力が供給される。
電源線１４ａは、電源装置１４のプラス側と接続され、電源線１４ｂは、電源装置１４のアース側（接地側）と接続されることで、直流電圧を昇圧装置１５に供給する。
電源線１４ｂは、昇圧装置１５側と電源装置１４側とに分岐し、２極の端子１６に電気的に非導通状態で接続される。端子１６には、検知スイッチ１１から延長する信号線１３の端子１７が接続され、検知スイッチ１１がオンのときに電源線１４ｂの昇圧装置１５側と電源装置１４側とが導通することで昇圧装置１５に電源装置１４の電圧が入力される。
昇圧装置１５の出力する電圧は、昇圧装置１５の出力部１９から出力される。電源装置１４と昇圧装置１５とは、例えば、防水ケース内部に設けられる。防水ケースには、出力端子２２ａ，２２ｂが設けられ、出力部１９から延長する出力線２１ａ，２１ｂが出力端子２２ａ，２２ｂに接続される。詳細には、出力線２１ａが出力端子２２ａと、出力線２１ｂが出力端子２２ｂと接続される。
出力端子２２ａには、自転車のブレーキシュー５５のシューホルダ５７の端子９と接続される配線２９が延長する。配線２９の先端には、端子９と接続するための端子２９Ａを備える。また、出力端子２２ｂには、ハブ３４をフロントフォーク３３に固定するときのハブ軸４１に介挿される端子８と接続される配線２８が延長する。配線２８の先端には、端子８と接続するための端子２８Ａを備える。
そして、電源装置１４と昇圧装置１５とを内蔵するケースが自転車のフロントフォークに固定され、出力端子２２ａから延長する配線２９の端子２９Ａが端子９と接続され、出力端子２２ｂから延長する配線２８の端子２８Ａが端子８と接続される。
【００１６】
よって、ブレーキレバー３９により前輪を制動すると、検知スイッチ１１がブレーキレバー３９の操作を検知し、電源装置１４から昇圧装置１５に電圧が供給される。そして、ブレーキレバー３９の操作がブレーキワイヤ６１に伝達され、一方のアーム５２に固着されたブレーキシュー５５と他方のアーム５１に固着されたブレーキシュー５５とがリム３６の側面に当接する。一方のブレーキシュー５５と他方のブレーキシュー５５とがリム３６の側面に当接すると昇圧装置１５から出力される電圧がリム３６とシューホルダ５７とに供給され、リム３６とシューホルダ５７との間の摩擦材５６に電圧が印加され、摩擦材５６に電流が流れる構成である。
具体的には、制動時のブレーキレバー３９の操作が検知スイッチ１１によって検知されることで信号線１３が導通し、電源装置１４の電圧が昇圧装置１５の入力部１８に出力される。そして、昇圧装置１５によって昇圧された電圧が出力部１９から出力端子２２ａ，２２ｂを介して出力される。出力端子２２ａから出力されるプラス電圧は、配線２９を経路として端子９に供給され、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７に供給される。また、出力端子２２ｂから延長する配線２８と接続される端子８、及び、当該端子８と電気的に導通状態で接触するハブ軸４１，ロックナット４５，球押し４４，軸受け球４３，ハブ体４２，スポーク３５，リム３６は、上記プラス電圧に対する基準電圧の０Ｖとなる。
【００１７】
なお、電源装置１４は乾電池だけでなく、例えば、図外の発電装置が内蔵されたハブにより前輪３１を構成し、発電装置で発電された電圧を整流して蓄電可能に発電装置と整流装置と蓄電装置とにより構成しても良い。
【００１８】
以下、本発明の制動装置１の効果を調べるため、制動装置１をスポーツ自転車に装着し、制動試験を行った。
制動試験は、ＪＩＳ Ｄ９２０１に準拠するように実施し、時速３０ｋｍの一定速度から全制動を５回行い、制動距離の平均を求めた。図３に制動試験の試験結果を示す。
図３に示すように、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７とリム３６とに電圧を印加することにより、制動距離が５％短くなる結果が得られた。換言すれば、ブレーキシュー５５のシューホルダ５７とリム３６とに電圧を印加したことで摩擦材５６に電流が流れ、摩擦材５６とリム３６との間にジョンセンラーベック効果が作用し、摩擦材５６とリム３６との摩擦が大きくなり、制動力が向上したことを示している。
【００１９】
実施形態２
図４は、オートバイや自動車のような油圧により動作するディスクブレーキを装着した自転車に制動装置１を適用した場合の概略構成図を示す。図５（ａ）は、制動装置１の部分拡大図、図５（ｂ）は、制動部分の分解構成図を示す。
実施形態１では、リム３６の側面を挟持するブレーキキャリパ５０で制動する制動装置１について説明したが、実施形態２では、オートバイや自動車のような油圧により動作するブレーキキャリパ７５と回転ディスク７１とにより構成されるディスクブレーキ７０を備える制動装置１について、図４及び図５（ａ），（ｂ）を用いて説明する。なお、制動装置１の構成において、実施形態１と同一構成については説明を省略する。
ディスクブレーキ７０は、車輪とともに回転する回転ディスク７１と、油圧の作動により突出するピストンにより押圧されるブレーキパッド７２と、ブレーキパッド７２を介して回転ディスク７１を挟持するブレーキキャリパ７５と、ブレーキキャリパ７５に油圧を発生させる油圧発生装置８０とにより構成される。
回転ディスク７１は、ハブ３４のハブ体の一側にフランジ状に形成されるディスク固定部７６に固着される。回転ディスク７１は、平板円板状に成形され、ハブ３４の回転中心と同心にディスク固定部７６にボルト等によって固着される。上記ハブ３４は、実施形態１と同様にフロントフォーク３３に取り付けられ、ハブ軸４１が固定されるフロントフォーク３３との固定部には端子８を備える。ここで、端子８と回転ディスク７１とは、電気的に導通状態にある。
【００２０】
ブレーキキャリパ７５は、回転ディスク７１を挟んでピストンが対向して配置される対向ピストン型である。ブレーキキャリパ７５は、フロントフォーク３３の一方に設けられるキャリパ取付部７８にボルトによって取り付けられる。ブレーキキャリパ７５は、後述の油圧発生装置８０により発生する油圧によってブレーキキャリパ７５の有するシリンダに配置されるピストンが突出する油圧式である。
【００２１】
ブレーキキャリパ７５のピストンと回転ディスク７１との間には、ブレーキパッド７２と、電極板８１と、絶縁板８２とが配設される。
ブレーキパッド７２は、基台７３と摩擦材７４とにより構成される。基台７３は、スチール製の素材からなる平板を矩形状に成形したものであって、摩擦材７４が固着する固着面７３Ａと、ブレーキキャリパ７５にブレーキパッド７２を装着したときに位置決め兼脱落防止のピンが挿入される取付孔７３Ｂとを備える。
また、摩擦材７４は、基材と摩擦調整材と結合材とにより構成される。基材は、例えば、アラミドファイバ，スチールファイバ（鉄）ファイバ，銅ファイバ，セラミックファイバ，ガラスファイバ，カーボンファイバ等を単独又は組み合わせて用いられ、摩擦材全体に占める割合（重量比）に対して、約１０％から数１０％含むように構成される。また、摩擦調整材は、回転ディスクとの潤滑を良くし摩擦係数，摩耗を調整する素材であって、目標とする摩擦係数や摩擦の安定を得るために用いられる。例えば、摩擦材の摩擦係数を上げるためには研磨剤のような粒子状のものを加え、摩擦材の基材がスチールファイバのように回転ディスク７１（通常は鉄鋳物）との摩擦係数が高すぎるときには、摩擦係数を下げたり摩擦を安定させたりするために粒子状のカーボンブラック（グラファイト）が混合される。また、結合材は、摩擦材と摩擦調整剤とを混合し、摩擦材に成形するときに、熱と圧力を加えて押し固めるときの接着剤として用いられる。結合材は、一般に熱を加えると固まるレジンが用いられる。レジンによって固められた摩擦材は、レジン系の摩擦材と呼ばれる。
例えば、摩擦材を重量比で約１０％から数１０％の導電性のあるスチールファイバ、摩擦調整材に粒子状のカーボンブラック、残りに導電性のない樹脂でスチールファイバとカーボンブラックとを混合し、固めることにより構成すると、摩擦材は一種の半導体と考えることができる。また、上記以外の基材，摩擦調整材，結合材により摩擦材を構成しても、摩擦材は、一種の半導体と考えることができる。上記のように構成される摩擦材７４は、体積抵抗率が回転ディスク７１と基台７３の体積抵抗率よりも大きい。この摩擦材７４は、基台７３に対して、例えば接着材等により接着される。
なお、摩擦材７４の体積抵抗率が絶縁体と等しいか、又は、略絶縁体に等しい抵抗値の時には、例えば、１０３〜１０６Ω・ｍの範囲の体積抵抗率が得られるように摩擦材に導体成分の銅等を混ぜて構成すれば良い。
【００２２】
電極板８１は、導電性を有する素材からなり、基台７３の大きさと略同一の大きさの平板状に形成される。電極板８１は、基台７３と密着する平板部８１Ａと出力端子２２ａから延長する配線の端子を接続する舌片８１Ｂとを備える。電極板８１は、例えば、鉄，銅やスチール等により構成される。
絶縁板８２は、絶縁性を有する素材からなり、ブレーキパッド７２の基台７３の背面側に配置される電極板８１を包囲するように断面コ字状に成形される。具体的には、基台７３の長手方向の両端面と背面とを包囲して、電極板８１と基台７３とがブレーキキャリパ７５に接触しないように包囲する。つまり、ブレーキパッド７２と電極板８１とが、ブレーキキャリパ７５に対して電気的に絶縁状態でブレーキキャリパ７５に組み付けられる。
【００２３】
そして、ブレーキキャリパ７５の備える図外のピン挿入孔と取付孔７３Ｂとの軸線が一致するようブレーキパッド７２を配置し、ピン７９をピン挿入孔と取付孔７３Ｂとに挿入することで、ブレーキパッド７２はブレーキキャリパ７５に対してピストンの移動方向に沿って移動可能に支持される。ピン７９は、電気的に絶縁性を有するように被覆されたもの、又は、絶縁性素材を成形したものにより構成される。
【００２４】
ブレーキキャリパ７５のピストンを駆動する油圧発生装置８０は、マスターシリンダと呼ばれ、ハンドルに装着される。油圧発生装置８０は、ブレーキレバー３９と、ブレーキレバー３９の操作により作動流体に油圧を生じさせる油圧発生部８５と、油圧発生部８５に作動流体を供給するために作動流体を貯留するリザーバータンク８６と、ブレーキレバー３９の操作を検知する検知スイッチ１１とにより構成される。油圧発生装置８０の油圧発生部８５のシリンダとブレーキキャリパ７５のシリンダとは、ブレーキホース８７により接続される。
油圧発生部８５は、概略、シリンダとピストンにより構成され、シリンダに作動流体を供給するリザーバータンク８６から供給される作動流体をピストンによって押し出すことにより油圧を生じさせ、シリンダから押し出された作動流体が、ブレーキキャリパ７５のピストンを押し出してブレーキパッド７２を回転ディスク７１方向に移動させる。そして、回転ディスク７１をブレーキパッド７２で挟持することにより回転ディスク７１が固着する車輪に制動力が作用する。
即ち、回転ディスク７１がブレーキキャリパ７５に対する被制動体であり、ブレーキキャリパ７５によって回転ディスク７１と摺動するブレーキパッド７２の摩擦材７４が回転ディスク７１に対する制動体であり、ブレーキキャリパ７５のピストンによって押圧されるブレーキパッド７２の基台７３が摩擦材７４を回転ディスク７１に押圧する押圧板に相当する。
【００２５】
よって、ブレーキレバー３９を操作すると、ブレーキレバー３９の操作を検知スイッチ１１が検知して電圧印加手段の昇圧装置１５に電圧が供給される。そして、昇圧装置１５によって昇圧された電圧が回転ディスク７１と基台７３との間に印加され、摩擦材７４に電流が流れることで回転ディスク７１と摩擦材７４との間にジョンセンラーベック力が作用して回転ディスク７１と基台７３との間の摩擦材７４が大きくなり自転車の制動力を向上させることができる。
【００２６】
なお、実施形態１及び実施形態２では、ブレーキレバー３９の操作を検知スイッチ１１によって検知して電圧を印加するように説明したが、被摩擦材に対して押圧される摩擦材の押圧力の大きさによって電圧を印加するように構成しても良い。例えば、実施形態１の場合、シューホルダとアーム５１，５２との間に圧力を検知可能なセンサを設けて、摩擦材とリムとが接触して所定値以上の圧力が摩擦材に加えられたときにシューホルダとリムとの間に電圧を印加するようにしても良い。また、実施形態２の場合、基台７３とピストンとの間に圧力を検知可能なセンサを設けてピストンが基台７３を押圧する圧力が、所定値以上となったときに基台７３と回転ディスク７１との間に電圧を印加するようにしても良い。
【００２７】
上記実施形態１及び実施形態２では、自転車を用いて説明したが自動車，オートバイ，電車，エレベータや産業機械の制動装置であっても良い。
自動車，オートバイ，電車，エレベータ等の産業用機械のディスクブレーキの場合、上記実施形態２のように制動体を含むブレーキパッドが被制動体の回転ディスクに対して電気的に絶縁状態となるように構成し、回転ディスクとブレーキパッドの基台に電圧を印加する電圧印加手段と接続すれば良い。そして、自動車やオートバイの場合には、電圧印加手段の電源装置に自動車やオートバイに搭載されるバッテリーからの電圧を供給するように構成すれば良く、電車やエレベータ等の産業用機器に使用されるディスクブレーキの場合、整流された直流電圧を供給するように構成すれば良い。
【００２８】
また、ディスクブレーキに限らずドラムブレーキであっても良い。
ドラムブレーキの一例としては、一方開放の円筒状に成形され、車両の出力軸に取り付けられて出力軸とともに回転する被制動体としての回転ドラムと、回転ドラムの内周面と対向し、回転ドラムの内周面に沿った接触面を有する制動体としてのライニングと、ライニングが固着される基台とからなるブレーキシューとを備える。そして、回転ドラムとブレーキシューとが互いに電気的に絶縁状態となるように構成し、電圧印加手段から延長する配線の一方を回転ドラム、他方をブレーキシューの基台と接続し、回転ドラムと基台との間のライニングに電圧を印加可能に構成すれば良い。なお、ライニングは、実施形態２で示した摩擦材と同一の素材からなる。
よって、回転ドラムと基台とに電圧を印加した状態で、基台を押圧してライニングを回転ドラムに接触させると、ライニングに電流が流れ、ライニングにジョンセンラーベック効果が生じ、回転ドラムとライニングとの間の摩擦力が大きくなり、制動力を向上させることができる。
【００２９】
以上、説明したように、本発明の制動装置は、ブレーキシューやブレーキパッドに固着される制動体をリムや回転ディスク等のような被制動体に押圧して制動する装置において、制動体と直接接触し、制動体を被制動体に対して押圧するシューホルダや基台に相当する押圧板と、被制動体とを電気的に絶縁状態に構成し、さらに、被制動体と押圧板とに電圧印加手段から電圧を印加可能に接続して、制動時に制動体に電圧を印加することで制動体にジョンセンラーベック効果を生じさせ、被制動体と制動体との摩擦力が大きくなり、制動力を向上させることができる。
なお、上記例では、直流電圧を制動体に印加するとして説明したが、交流電圧を制動体に印加するようにしても良い。また、制動体に印加する電圧は、一定である必要はなく、被制動体と制動体との接触する圧力によって電圧を可変にするように電圧印加手段を構成しても良い。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３１】
１ 制動装置、９ 端子、９Ａ 円環部、９Ｂ 舌片、１１ 検知スイッチ、
１２ 電圧印加手段、１３ 信号線、１４ 電源装置、１４ａ；１４ｂ 電源線、
１５ 昇圧装置、１６；１７ 端子、１８ 入力部、１９ 出力部、
２１ａ；２１ｂ 出力線、２２ａ，２２ｂ 出力端子、
３０ 自転車、３１ 前輪、３２ フレーム、３２ａ ヘッドチューブ、
３３ フロントフォーク、３３Ａ 分岐部、３４ ハブ、３５ スポーク、
３６ ホイールリム、３７ ハンドル、３８ 取付軸、
３９ ブレーキレバー、３９Ａ レバーホルダ、４１ ハブ軸、
４２ ハブ体、４２ａ スポーク固定部、４３ 軸受け球、４４ 球押し、
４５ ロックナット、４６ ナット、４７ ワッシャ、５０ ブレーキキャリパ、
５１；５２ アーム、５１Ａ；５２Ａ 長孔、５３ インナーワイヤ固定部、
５４ アウターワイヤ固定部、５５ ブレーキシュー、５６ 摩擦材、
５７ シューホルダ、５７Ａ 固定面、５７Ｂ 軸部、
５８ 絶縁カラー、５８Ａ フランジ部、５９ 絶縁ワッシャ、６０ ナット、
６１Ａ インナーワイヤ、６１Ｂ アウターワイヤ、７０ ディスクブレーキ、
７１ 回転ディスク、７２ ブレーキパッド、
７３ 基台、７３Ａ 固着面、７３Ｂ 取付孔、７４ 摩擦材、
７５ ブレーキキャリパ、７６ ディスク固定部、７８ キャリパ取付部、７９ ピン、
８０ 油圧発生装置、８１ 電極板、８１Ａ 平板部、８１Ｂ 舌片、８２ 絶縁板、
８５ 油圧発生部、８６ リザーバータンク、８７ ブレーキホース、Ｔ タイヤ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動体と当接する押圧板を押圧して前記制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて前記被制動体を制動する車両の制動方法であって、
前記被制動体及び前記押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、前記制動体の体積抵抗率を前記被制動体及び前記押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、
前記被制動体と前記押圧板との間に電圧を印加することを特徴とする車両の制動方法。
【請求項２】
前記被制動体が前記制動体に接触したときに電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の車両の制動方法。
【請求項３】
導体により形成された押圧板と当接する制動体と、
前記制動体と対向し、前記押圧板の押圧により前記制動体と接触するとともに、前記導体と電気的に絶縁された導体により形成された被制動体と、
前記被制動体と前記押圧板との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記制動体の体積抵抗率が前記被制動体及び前記押圧板の体積抵抗率よりも大きいことを特徴とする車両の制動装置。
【請求項１】
制動体と当接する押圧板を押圧して前記制動体を当該制動体と対向する被制動体に対して接触させて前記被制動体を制動する車両の制動方法であって、
前記被制動体及び前記押圧板を互いに電気的に絶縁された導体により形成するとともに、前記制動体の体積抵抗率を前記被制動体及び前記押圧板の体積抵抗率よりも大きくし、
前記被制動体と前記押圧板との間に電圧を印加することを特徴とする車両の制動方法。
【請求項２】
前記被制動体が前記制動体に接触したときに電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の車両の制動方法。
【請求項３】
導体により形成された押圧板と当接する制動体と、
前記制動体と対向し、前記押圧板の押圧により前記制動体と接触するとともに、前記導体と電気的に絶縁された導体により形成された被制動体と、
前記被制動体と前記押圧板との間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
前記制動体の体積抵抗率が前記被制動体及び前記押圧板の体積抵抗率よりも大きいことを特徴とする車両の制動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１７６２３（Ｐ２０１２−１１７６２３Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８９５９（Ｐ２０１０−２６８９５９）
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【出願人】（０００００５２７８）株式会社ブリヂストン (11,469)
【Ｆターム（参考）】
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