車両用制動装置
【課題】 簡単な構成により熱容量を変化させて、車両を適切に制動するとともに制動に伴って発生する熱エネルギーの回収を効率よく行う車両用制動装置を提供すること。
【解決手段】 ブレーキドラム１１はディスク部１１ａおよび摩擦摺動部１１ｂを備えている。摺動部１１ｂの外方にはエアギャップ２１ｅを介して同心状に熱容量増加リング２１が設けられている。これにより、摺動部１１ｂは、温度が低温であるときにはリング２１とエアギャップ２１ｅを介して離間することができ、温度が高温である場合には熱膨張してリング２１と接続することができて、熱容量を変化させることができる。また、ディスク部１１ａと摺動部１１ｂとの間には熱電変換部２２が挟持されている。これにより、熱電変換部２２は摺動部１１ｂに接触する加熱面２２ａとディスク部１１ａに接触する冷却面２２ｂとの温度差に応じて熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【解決手段】 ブレーキドラム１１はディスク部１１ａおよび摩擦摺動部１１ｂを備えている。摺動部１１ｂの外方にはエアギャップ２１ｅを介して同心状に熱容量増加リング２１が設けられている。これにより、摺動部１１ｂは、温度が低温であるときにはリング２１とエアギャップ２１ｅを介して離間することができ、温度が高温である場合には熱膨張してリング２１と接続することができて、熱容量を変化させることができる。また、ディスク部１１ａと摺動部１１ｂとの間には熱電変換部２２が挟持されている。これにより、熱電変換部２２は摺動部１１ｂに接触する加熱面２２ａとディスク部１１ａに接触する冷却面２２ｂとの温度差に応じて熱エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両用制動装置に関し、特に、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の熱源から熱エネルギーを回収し、この回収した熱エネルギーを、例えば、電気エネルギーに変換して利用することが盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、回転部にブレーキパッドを圧着してブレーキをかけるブレーキキャリパと、ブレーキキャリパに接続するヒートパイプと、ヒートパイプの放熱側端に接続する熱電変換素子と、熱電変換素子の冷却側面に接続する放熱器と、熱電変換素子に接続する蓄電池とを備えた回生ブレーキ装置が示されている。この回生ブレーキ装置においては、制動によりブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱がヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達される一方で熱電変換素子の冷却面が放熱器によって冷却されるため、熱電変換素子は加熱面側と冷却面側との間の温度差により電力を発生することができる。したがって、制動により運動エネルギーを熱エネルギー（摩擦熱）として回収して電気エネルギーに変換できるようになっている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、排気マニホールドの周囲に熱媒体を流通させて、排気マニホールドを通過する排気から熱媒体を介して排気熱を回収する排気熱回収装置が示されている。この排気熱回収装置においては、上流側排気浄化触媒の触媒温度に基づき、上流側排気浄化触媒が非活性状態であるときに、水などの流体状の熱触媒の流通を規制して排気マニホールドの熱容量を低下させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２２０８０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８６３９号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に示された回生ブレーキ装置においては、ブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱をヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達する。このため、熱電変換素子の発電効率が良好となる温度域で加熱面を加熱することが難しい。すなわち、通常、ブレーキ装置においては、適切な制動力を確保する観点から、構成部材の熱容量を大きくしておき、摩擦によって発生する熱による温度上昇を抑制するようになっている。このため、上記特許文献１に示された回生ブレーキ装置のように、一定の熱容量である場合には、例えば、良好な発電効率となる温度域までの温度上昇に時間がかかり、発電効率が上がらない場合がある。
【０００７】
この点に関し、上記特許文献２に示された排気熱回収装置のように、構成部品の熱容量を可変することが考えられる。しかしながら、一般的にブレーキ装置（制動装置）においては、回転部（回転部材）を主要な構成部品とするものであるため、上記特許文献２に示された排気熱回収装置のような流体状の熱媒体を流通させたり、この熱媒体の流通を規制したりして熱容量を可変とすることは、無用に装置を複雑化させることになり現実的ではない。
【０００８】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成により熱容量を変化させることができ、車両を適切に制動するとともに制動に伴って発生する熱エネルギーの回収を効率よく行う車両用制動装置を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、前記車輪と一体的に回転する回転部材とこの回転部材に対して押圧される摩擦部材とを設けて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、前記摩擦によって前記回転部材に発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、前記回転部材に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じて前記回転部材の熱容量を変化させる熱容量可変手段とを備えたことにある。
【００１０】
この場合、前記熱容量可変手段を、前記回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成するとよい。この場合、前記接続手段は、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化が増加する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続し、前記体積変化が減少する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に離間させるようにするとよい。そして、これらの場合、前記接続手段は、例えば、前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に形成されて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間であるとよい。
【００１１】
また、これらの場合、前記制動力付与手段は、例えば、前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムとこのブレーキドラムに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキシューとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するドラムブレーキユニットであり、前記熱容量可変手段を前記ブレーキドラムの摩擦摺動部に対して同心状に設けるようにするとよい。また、前記制動力付与手段は、例えば、前記車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキキャリパとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するディスクブレーキユニットであり、前記熱容量可変手段を前記ディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に収容するようにするとよい。
【００１２】
さらに、これらの場合、前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【００１３】
これらによれば、制動力付与手段における回転部材（具体的には、ブレーキドラムやディスクロータに形成された摩擦摺動部）の摩擦に伴う温度変化に応じて、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させることができる。これにより、制動力の付与が開始されて回転部材の温度が低温である場合には、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させないようにすることができ、回転部材の温度が高温である場合には、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させるようにすることができる。具体的には、熱容量可変手段を、回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、回転部材と熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成し、回転部材の温度が低温である場合には接続手段が回転部材と熱容量増加部材とを互いに離間させて回転部材の熱容量を変化させず、回転部材の温度が高温である場合には接続手段が回転部材と熱容量増加部材とを互いに接続させて回転部材の熱容量を増加させることができる。
【００１４】
これにより、回転部材の温度が低温である場合には、摩擦によって発生する熱エネルギーが小さくても、熱容量の小さな回転部材の温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換手段の加熱面を速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換手段は、摩擦による熱エネルギーの発生量が小さい状況であっても、効率よく発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。そして、このように熱電変換手段によって変換された電気エネルギーは蓄電手段に蓄電されて、例えば、車両に搭載された他の機器により利用することができる。
【００１５】
一方、回転部材の温度が高温である場合には、熱容量増加部材との接続によって熱容量の増加することにより、回転部材の過剰な温度上昇を抑制することができ、その結果、熱電変換手段の加熱面を発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換手段は、効率よく発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、変換した電気エネルギーを蓄電手段に蓄電することができる。さらに、回転部材の温度上昇を抑制することができるため、高温時に摩擦係数が急減する所謂フェード現象の発生を抑制することもでき、適切な制動力を付与することができる。
【００１６】
また、接続手段としては、回転部材と熱容量増加部材との間に形成されて、回転部材の温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間を採用することができる。これにより、回転部材の温度が低温である場合には隙間を存在させて回転部材と熱容量増加部材とを離間させることができ、また、回転部材の温度が高温である場合には回転部材の体積変化（熱膨張）により回転部材と熱容量増加部材とを接続させることができる。したがって、別途複雑な機構を設ける必要がなく、極めて簡単な構造によって回転部材の熱容量を変化させることができる。
【００１７】
さらに、制動力付与手段がドラムブレーキユニットである場合にはブレーキドラムの摩擦摺動部に対して熱容量可変手段（より具体的には、熱容量増加部材）を隙間を有して同心状に設けることができる。また、制動力付与手段がディスクブレーキユニットである場合にはディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に熱容量可変手段（より具体的には、熱容量増加部材）を隙間を有して収容することができる。これらにより、車両に極めて容易に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図２】図１の制動部および熱回収部の組み付け状態を示す一部断面構成図である
【図３】図１の制動部および熱回収部の構成を詳細に示す一部断面構成図である。
【図４】図２の熱回収部（熱容量増加リング）の低温時における作動を説明するための図である。
【図５】図２の熱回収部（熱容量増加リング）の高温時における作動を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図７】図６の制動部および熱回収部の構成を詳細に示す一部破断構成図である。
【図８】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の低温時における作動を説明するための図である。
【図９】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の制動に伴う高温時における作動を説明するための図である。
【図１０】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の制動後の高温時における作動を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の実施形態に係る車両用制動装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用制動装置Ｓのシステム構成を概略的に示している。この車両用制動装置Ｓは、車両を制動することに加えて、制動に伴って運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、さらに、この回収した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電するものである。
【００２０】
このため、車両用制動装置Ｓは、図１に示すように、車輪Ｗに対して制動力を付与する制動部１０と、この制動部１０による制動に伴って発生する熱エネルギーを回収するとともに回収された熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電する熱回収部２０とを備えている。なお、図１においては、１輪に車両用制動装置Ｓを設けた場合を図示するが、例えば、車両の左右前輪側に車両用制動装置Ｓを設けたり、車両の左右後輪側や全輪に車両用制動装置Ｓを設けて実施可能であることはいうまでもない。
【００２１】
制動力付与手段としての制動部１０は、ブレーキドラム１１と２個一対のブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットである。ブレーキドラム１１は、図示しないサスペンション装置を構成するナックルＮに回転可能に支持されたハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転する回転部材である。ブレーキドラム１１は、図２および図３に示すように、ハブＨに対して組み付けられる円盤状のディスク部１１ａと、ブレーキシュー１２と摩擦摺動する円環状の摩擦摺動部１１ｂとから形成されている。
【００２２】
ディスク部１１ａは、図２および図３に詳細に示すように、外周部分に肉厚部１１ａ１が周状に形成されている。そして、この肉厚部１１ａ１には、摩擦摺動部１１ｂおよび後述する熱回収部２０を構成する熱容量増加リング２１をディスク部１１ａに対して相対回転不能に同心状に組み付けるための嵌合溝１１ａ２が複数形成されている。なお、嵌合溝１１ａ２は、例えば、十字状となるように、互いに平行となることなく形成される。また、嵌合溝１１ａ２には、図３に示すように、摩擦摺動部１１ｂおよび熱容量増加リング２１を一体的に固着するためのボルトを挿通するための挿通孔１１ａ３が形成されている。なお、挿通孔１１ａ３の内径はボルトの外径に比して大きな内径とされている。
【００２３】
摩擦摺動部１１ｂは、例えば、ＦＣ１５０などの鋳鉄製であり、図２および図３に示すように、内周面にはフランジ部１１ｂ１が形成されている。そして、図３に示すように、このフランジ部１１ｂ１には、ディスク部１１ａに形成された嵌合溝１１ａ２に嵌合する突部１１ｂ２が形成されている。さらに、突部１１ｂ２には、ネジ部１１ｂ３が形成されており、摩擦摺動部１１ｂは、ボルトがネジ部１１ｂ３に螺着されることによって、ディスク部１１ａに対して一体的に組み付けられるようになっている。ここで、摩擦摺動部１１ｂをディスク部１１ａに組み付ける際には、図２に示すように、ディスク部１１ａ側に配置された滑りワッシャー１１ｃを介してボルトがネジ部１１ｂ３に螺着される。これにより、後述するように発生する摩擦摺動部１１ｂの体積変化、より詳しくは、熱膨張に伴う寸法変化が許容される。
【００２４】
ブレーキシュー１２は、図１に示すように、ブレーキドラム１１内に収容されており、車体側に回転不能に固定されるバックプレートＢＰに対して組み付けられている。そして、ブレーキシュー１２は、ホイールシリンダＷＳの作動により、摩擦部材をブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対して摩擦係合させるようになっている。なお、ドラムブレーキユニットの作動については、周知のドラムブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００２５】
このように構成された制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ホイールシリンダＷＳにブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキシュー１２は、供給されるブレーキ液圧の増圧に伴って、摩擦部材をブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対して圧着させて摩擦係合させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１すなわち摩擦摺動部１１ｂに対して摩擦部材を摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。
【００２６】
このように、車輪Ｗの回転に対して制動力すなわち摩擦力を付与することに伴い、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦部材には摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。したがって、制動部１０は、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動することができる。
【００２７】
次に、熱回収部２０を説明する。熱回収部２０は、図１および図２に示すように、ブレーキドラム１１、より詳しくは、摩擦摺動部１１ｂの径方向外側にて同心状に設けられた熱容量可変手段を構成する熱容量増加部材としての熱容量増加リング２１を備えている。熱容量増加リング２１は、例えば、ＦＣ１５０などの鋳鉄製であり、図２および図３に示すように、内周面上には摩擦摺動部１１ｂの外周面に向けて突出する凸段部２１ａが形成されている。また、熱容量増加リング２１の一側周面には、ブレーキドラム１１を構成するディスク部１１ａに形成された嵌合溝１１ａ２に嵌合する突部２１ｂが形成されている。そして、突部２１ｂには、ネジ部２１ｃが形成されており、熱容量増加リング２１は、図２に示すように、ボルトがネジ部２１ｃに螺着されることによって、ディスク部１１ａに対して一体的に組み付けられるようになっている。ここで、熱容量増加リング２１をディスク部１１ａに組み付ける際には、図２に示すように、嵌合溝１１ａ２と突部２１ｂとの間に配置された断熱ワッシャー２１ｄを介してボルトがネジ部２１ｃに螺着される。これにより、熱容量増加リング２１からディスク部１１ａに向けての伝熱が抑制されるようになっている。
【００２８】
また、図２に示すように、熱容量増加リング２１に形成された凸段部２１ａの内周面と摩擦摺動部１１ｂの外周面との間には、ブレーキドラム１１の低温時において、熱容量可変手段を構成する接続手段としての隙間すなわちエアギャップ２１ｅが形成されるようになっている。ここで、形成されるエアギャップ２１ｅについて、詳細に説明する。
【００２９】
エアギャップ２１ｅは、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張の大きさに基づいて、その大きさすなわちエアギャップ量Ｇが決定される。具体的には、上述したように、制動部１０においては、ブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂとブレーキシュー１２との摩擦係合に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。この場合、摩擦摺動部１１ｂは、ディスク部１１ａの嵌合溝１１ａ２に対して突部１１ａ２が嵌合して組み付けられているため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）によって熱膨張して半径方向外方、言い換えれば、熱容量増加リング２１と接触する方向に向けて寸法変化が生じる。
【００３０】
したがって、このような摩擦摺動部１１ｂの熱膨張に伴う寸法変化を加味してエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇを決定することにより、摩擦摺動部１１ｂの温度に応じて、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを接触させたり、離間させたりすることができる。これにより、ブレーキドラム１１（より詳しくは、摩擦摺動部１１ｂ）の熱容量を温度に応じて変更することができ、摩擦熱（熱エネルギー）を適切に回収することができる。
【００３１】
ところで、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇは、次のように決定することができる。今、理解を容易とするために、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが同一の鋳鉄から形成されており、例えば、それぞれのリングの板厚を異ならせることにより、摩擦摺動部１１ｂの熱容量に比して熱容量増加リング２１の熱容量が大きい場合を想定する。そして、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを互いに接触させる温度をそれぞれＴmおよびＴn（ただし、Ｔm＞Ｔn）とし、熱膨張した摩擦摺動部１１ｂが熱容量増加リング２１と接触する直径をＬmとする。このとき、摩擦摺動部１１ｂの線膨張係数をＫとすると、温度差Ｔm−Ｔnのときにおけるエアギャップ量Ｇは下記式１によって計算することができる。
Ｇ＝Ｌm／２×Ｋ×（Ｔm−Ｔn） …式１
【００３２】
すなわち、前記式１により計算されるエアギャップ量Ｇがブレーキドラム１１の低温時に生じるように、摩擦摺動部１１ｂの外径寸法または熱容量増加リング２１の内径寸法を設定することにより、摩擦摺動部１１ｂの温度がＴmまで上昇したときに摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを互いに接触させることができる。そして、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが互いに接触することにより、摩擦摺動部１１ｂに発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱容量増加リング２１に伝熱させることができるため、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。したがって、発生した摩擦熱（熱エネルギー）による摩擦摺動部１１ｂの温度に応じて、ブレーキドラム１１の熱容量を変化させることができる。
【００３３】
また、熱回収部２０は、図２に詳細に示すように、ディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１と摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１との間に挟持された熱電変換部２２を備えている。熱電変換部２２は、物質（具体的には、半導体金属）が有する周知のゼーベック効果を利用して、付与された熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、この熱電変換部２２は、図３に示すように、一面側２２ａが制動部１０の発熱部分である摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１に接触し、他面側２２ｂが外気と接触するディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１に接触するように組み付けられている。なお、図２に示すように、ディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１と摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１との間に熱電変換部２２を配置することにより、ディスク部１１ａの嵌合溝１１ａ２と摩擦摺動部１１ｂの突部１１ｂ２とは互いに接触しないようになっている。これにより、摩擦摺動部１１ｂからディスク部１１ａに向けて摩擦熱（熱エネルギー）が移動する際には、熱電変換部２２を介して伝熱されるようになっている。
【００３４】
このように、熱電変換部２２が組み付けられることにより、熱電変換部２２は、後述するように、周知のゼーベック効果によって一面側２２ａ（以下、加熱面２２ａという）と他面側２２ｂ（以下、冷却面２２ｂという）との間の温度差に応じた起電力（電気エネルギー）を発電することができる。なお、以下の説明においては、熱電変換部２２によって発電された起電力を回生電力（電気エネルギー）という。
【００３５】
さらに、熱回収部２０は、図１に示すように、変圧回路２３とバッテリ２４とを備えている。変圧回路２３は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサなどを主要構成部品として熱電変換部２２とバッテリ２４とを電気的に接続する電気回路である。そして、変圧回路２３は、熱電変換部２２によって発電された回生電力を変圧してバッテリ２４に出力する。バッテリ２４は、変圧回路２３から出力された回生電力を蓄電するものである。なお、熱電変換部２２と変圧回路２３との電気的な接続に関しては、本発明に直接関係しないため、いかなる方法を採用してもよい。例えば、変圧回路２３が非接触により電磁的に熱電変換部２２から回生電力を集電したり、スリップリングなどを介して変圧回路２３が接触により熱電変換部２２から回生電力を集電したりするとよい。
【００３６】
このように、構成された車両用制動装置Ｓにおいては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して制動力を付与する。すなわち、制動部１０においては、上述したように、ブレーキペダルの操作に応じたブレーキ液圧がホイールシリンダＷＳに供給される。そして、ホイールシリンダＷＳは、供給されたブレーキ液圧により、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対してブレーキシュー１２の摩擦部材を圧着させて摩擦係合させる。これにより、摩擦摺動部１１ｂと摩擦部材との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００３７】
一方、摩擦力による制動に伴ってブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。以下、熱回収部２０による摩擦熱（熱エネルギー）の回収について詳細に説明する。
【００３８】
まず、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１１ｂの温度が上述した温度Ｔm未満となる比較的低温の場合から説明する。この場合には、摩擦によって発生する摩擦熱（熱エネルギー）が小さく、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張は小さい。したがって、図４に示すように、摩擦摺動部１１ｂの半径方向外方にて熱容量増加リング２１との間に形成されたエアギャップ２２ｅは、エアギャップ量Ｇを有して存在する。このため、このように摩擦摺動部１１ｂの温度が比較的小さい状況においては、すなわち、熱容量増加リング２１と接触しない状況においては、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は摩擦摺動部１１ｂによってのみ蓄熱される。この場合、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を小さくしておくことによって、摩擦摺動部１１ｂが速やかに摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する、言い換えれば、摩擦摺動部１１ｂの温度を速やかに上昇させることができる。
【００３９】
そして、摩擦摺動部１１ｂに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、フランジ部１１ｂ１に接触している熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが摩擦摺動部１１ｂに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱されるとともに、例えば、走行風によって相対的に低温に保たれるディスク部１１ａに接触している冷却面２２ｂが冷却される。
【００４０】
したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。このように、バッテリ２４に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００４１】
次に、摩擦によって摩擦摺動部１１ｂの温度が温度Ｔmまで上昇した場合を説明する。この場合には、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張が大きくなり、図５に示すように、前記式１により計算されるエアギャップ量Ｇが「０」となって、エアギャップ２１ｅが存在しない。したがって、摩擦摺動部１１ｂは、熱容量増加リング２１に対して熱的に接触する。このように、摩擦摺動部１１ｂが熱容量増加リング２１に接触すると、摩擦摺動部１１ｂにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）は熱容量増加リング２１に向けて伝熱し、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する。すなわち、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが互いに接触した状態においては、摩擦摺動部１１ｂの熱容量と熱容量増加リング２１の熱容量とを合計した熱容量により摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。
【００４２】
そして、摩擦摺動部１１ｂおよび熱容量増加リング２１によって蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、低温時の場合と同様に、摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１を介して熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。これにより、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。
【００４３】
ところで、摩擦摺動部１１ｂの温度が温度Ｔmまで上昇した場合には、上述したように、摩擦熱（熱エネルギー）は、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とによって蓄熱される。この場合、熱容量増加リング２１の熱容量を摩擦摺動部１１ｂの熱容量に比して大きくしておくことによって、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制することができる。これにより、熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率が良好となる温度域で加熱することができる。さらに、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制することができるため、温度上昇に伴ってブレーキシュー１２の摩擦部材との間の摩擦係数が急減する現象、所謂、フェード現象の発生を抑制することができる。
【００４４】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１１ｂにおける摩擦熱（熱エネルギー）の発生がなくなる。しかしながら、制動部１０は、ドラムブレーキユニットであるため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は比較的長時間に渡りブレーキドラム１１の内部に籠り、熱容量の小さな摩擦摺動部１１ｂの温度は緩やかに低下する。さらには、一旦熱容量増加リング２１と接触した摩擦摺動部１１ｂの温度は、熱容量の大きな熱容量増加リング２１によって維持される。これにより、摩擦摺動部１１ｂの収縮（体積変化）がより緩やかになり、その結果、熱容量増加リング２１と接触している状態が比較的長く継続する。
【００４５】
このため、制動力の付与が解除された状態においても、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）を摩擦摺動部１１ｂに向けて伝熱させることができる。これにより、制動力の付与が解除された状態であっても、摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１を介して熱電変換部２２の加熱面２２ａを引き続き加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力を、変圧回路２３によって変圧して、バッテリ２４に蓄電することができる。
【００４６】
以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、ブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂの摩擦に伴う温度変化に応じて、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させることができる。具体的に、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１１ｂの温度が比較的低温である場合には、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇを確保して摩擦摺動部１１ｂに対して同心状に配置した熱容量増加リング２１から離間させることによって、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させない。これにより、摩擦摺動部１１ｂの温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換部２２の加熱面２２ａを速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）の発生量が小さい状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００４７】
一方、摩擦摺動部１１ｂの温度が高温である場合には、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張（体積変化）によって、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇが０となり摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを熱的に接続することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１の合計した熱容量によって蓄熱することができるため、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制して熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、効率よく回生電力を発電することができる。
【００４８】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１との熱的な接続を維持することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）が発生しない状況であっても、引き続き効率よく回生電力を発電することができる。
【００４９】
さらに、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１との熱的な接続または離間は、摩擦摺動部１１ｂにおける熱膨張によってエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇが変化することによって実現することができる。したがって、極めて簡単な構造によって摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させることができるため、車両に極めて容易に搭載することができる。
【００５０】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、制動部１０として、ブレーキドラム１１とブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットを採用して実施した。そして、ブレーキドラム１１を構成する摩擦摺動部１１ｂの外周側にエアギャップ２１ｅを確保して熱容量増加リング２１を同心状に設け、温度に応じて摩擦摺動部１１ｂにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する熱容量が変化するように実施した。
【００５１】
この場合、制動部１０として、図６に示すように、ディスクロータ１３とブレーキキャリパ１４とを備えたディスクブレーキユニットを採用して実施することも可能である。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
ディスクロータ１３は、図６に示すように、ハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転する回転部材である。また、ディスクロータ１３は、その外周部にて、後述するブレーキキャリパ１４に組み付けられる摩擦部材としてのブレーキパッドと摩擦摺動する摩擦摺動部１３ａを備えている。そして、この摩擦摺動部１３ａには、図６および図７に示すように、熱回収部２０の熱容量増加リング２１を収容する収容空間１３ｂが形成されている。また、ディスクロータ１３は、ハブＨに対して接触して固定されるハブ部１３ｃを備えている。
【００５３】
ブレーキキャリパ１４は、２枚一対のブレーキパッドを収容しており、ブレーキパッドを回転するディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対して押し付けて（圧着させて）摩擦力を発生するものである。なお、ディスクブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のディスクブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００５４】
このように構成された第２実施形態の制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ブレーキキャリパ１４にブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキキャリパ１４は、供給されるブレーキ液圧の増加に伴ってブレーキパッドをディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対して圧着させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対してブレーキパッドを圧着させて摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。したがって、この第２実施形態の制動部１０も、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動する。
【００５５】
そして、このように発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。この第２実施形態においては、図７に示すように、熱回収部２０の熱容量増加リング２１がディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに形成された収容空間１３ｂ内に収容される。このため、この第２実施形態における熱容量増加リング２１は、上記第１実施形態の場合に比して凸段部２１ａ、突部２１ｂ、ネジ部２１ｃおよび断熱ワッシャー２１ｄが省略される。一方、この第２実施形態の熱容量増加リング２１は、図７に示すように、固定ピン２１ｆにより、収容空間１３ｂ内にてディスクロータ１３の回転方向に対して変位不能に固定されるようになっている。さらに、この第２実施形態の熱容量増加リング２１においては、図７および図８に示すように、収容空間１３ｂを形成する壁面１３ｂ１，１３ｂ２（すなわち、摩擦摺動部１３ａに対応する壁面）との間にて伝熱を抑制するための断熱板２１ｇが設けられている。
【００５６】
また、この第２実施形態では、図８に示すように、ディスクロータ１３の低温時において、熱容量増加リング２１の内周面２１ｈと収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３との間にてエアギャップ２１ｅ１が形成され、熱容量増加リング２１の外周面２１ｉと収容空間１３ｂを形成する外周面１３ｂ４との間にてエアギャップ２１ｅ２が形成されるようになっている。すなわち、この第２実施形態の熱容量増加リング２１は、ディスクロータ１３の低温時において、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３と外周面１３ｂ４と接触しない状態とされている。
【００５７】
ここで、この第２実施形態におけるエアギャップ２１ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２について説明する。これらのエアギャップ２１ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ量Ｇ２も、上記第１実施形態のエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇと同様に決定されるものである。具体的に、エアギャップ２１ｅ１は、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３の熱膨張の大きさに基づいて決定される。すなわち、上述したように、制動部１０においては、ディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａとブレーキキャリパ１４のブレーキパッドとの摩擦係合に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。この場合、発生した摩擦熱（熱エネルギー）により、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４には、熱膨張に伴う半径方向外方に向けての寸法変化が生じる。より詳しくは、内周面１３ｂ３は収容空間１３ｂ内に固定された熱容量増加リング２１の内周面２１ｈと接触する方向に向けて熱膨張し、外周面１３ｂ４は熱容量増加リング２１の外周面２１ｉから離間する方向に熱膨張する。したがって、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１は、例えば、上記第１実施形態で説明した式１に従い、内周面１３ｂ３の熱膨張の大きさに基づいて計算することができる。
【００５８】
これにより、エアギャップ量Ｇ１がディスクロータ１３の低温時に生じるように、熱容量増加リング２１の内径寸法を確保することにより、例えば、摩擦摺動部１３ａの温度がＴmまで上昇したときには、図９に示すように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとを互いに接触させることができる。そして、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが互いに接触することにより、摩擦摺動部１３ａに発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱容量増加リング２１に伝熱させることができるため、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。したがって、発生した摩擦熱（熱エネルギー）による摩擦摺動部１３ａの温度に応じて、ディスクロータ１３の熱容量を変化させることができる。
【００５９】
一方、エアギャップ２１ｅ２は、熱容量増加リング２１の熱膨張の大きさに基づいて決定される。すなわち、上述したように、熱容量増加リング２１に摩擦熱（熱エネルギー）が伝熱すると、熱容量増加リング２１にも熱膨張に伴う半径方向外方に向けての寸法変化が生じる。より詳しくは、熱容量増加リング２１の外周面２１ｉは、外周面１３ｂ４と接触する方向に向けて熱膨張する。したがって、エアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２も、例えば、上記第１実施形態で説明した式１に従い計算することができる。
【００６０】
ここで、ディスクロータ１３（より詳しくは、摩擦摺動部１３ａ）の熱容量に比して熱容量増加リング２１の熱容量が大きい場合、同一の温度においては、熱容量増加リング２１の熱膨張量は外周面１３ｂ４の熱膨張量よりも小さくなる。したがって、例えば、摩擦摺動部１３ａにて摩擦熱（熱エネルギー）が発生している状況においては、図９に示したように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１とが接触するものの、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１とは接触しない。ところが、摩擦摺動部１３ａにて摩擦熱（熱エネルギー）が発生していない状況においては、ディスクロータ１３が走行風などによって冷却されるため、熱容量の小さい内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４は収縮（体積変化）する。
【００６１】
これにより、エアギャップ量Ｇ２が低温時に生じるように、熱容量増加リング２１の外径寸法を確保することにより、摩擦摺動部１３ａ（より詳しくは、外周面１３ｂ４）の温度が低下したときに、図１０に示すように、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとを互いに接触させることができる。そして、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとが互いに接触することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱した摩擦熱（熱エネルギー）をディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに伝熱させることができる。言い換えれば、熱容量増加リング２１は、蓄熱した摩擦熱（熱エネルギー）を放熱することができる。なお、熱容量増加リング２１の熱膨張量は、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張量に比して小さいため、エアギャップ２１ｅ２はエアギャップ２１ｅ１よりも小さく設定されることが好ましい。
【００６２】
また、この第２実施形態においては、熱回収部２０を構成する熱電変換部２２は、図６および図７に示すように、摩擦摺動部１３ａとハブ部１３ｃとの間に挟持される。これにより、この第２実施形態における熱電変換部２２は、加熱面２２ａが制動部１０の発熱部分である摩擦摺動部１３ａに接触し、冷却面２２ｂが外気と接触するハブ部１３ｃに接触するように組み付けられている。したがって、熱電変換部２２は、周知のゼーベック効果によって加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じた回生電力（電気エネルギー）を発電することができる。
【００６３】
このように構成された第２実施形態における車両用制動装置Ｓにおいても、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して摩擦による制動力を付与する。そして、制動に伴ってディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。以下、この第２実施形態における熱回収部２０による摩擦熱（熱エネルギー）の回収について詳細に説明する。
【００６４】
まず、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、上述した温度Ｔm未満となる比較的低温の場合から説明する。この場合には、摩擦摺動部１３ａにて発生する摩擦熱（熱エネルギー）が小さく、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張は小さい。したがって、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈおよび外周面２１ｉとの間に形成されたエアギャップ２２ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２は、図８に示したように、エアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ量Ｇ２を有して存在する。このため、摩擦摺動部１３ａの温度が比較的小さい状況においては、すなわち、熱容量増加リング２１と接触しない状況においては、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は摩擦摺動部１３ａによってのみ蓄熱される。この場合、摩擦摺動部１３ａの熱容量を小さくしておくことによって、摩擦摺動部１３ａが速やかに摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する、言い換えれば、摩擦摺動部１３ａの温度を速やかに上昇させることができる。なお、この場合、収容空間１３ｂ内に収容された熱容量増加リング２１は、断熱板２１ｇによって断熱されている。したがって、摩擦摺動部１３ａにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）が壁面１３ｂ１，１３ｂ２を介して熱容量増加リング２１に向けて伝熱することが抑制される。
【００６５】
そして、摩擦摺動部１３ａに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが摩擦摺動部１３ａに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱されるとともに、例えば、走行風によって相対的に低温に保たれるハブ部１３ｃに接触している冷却面２２ｂが冷却される。
【００６６】
したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。このように、バッテリ２４に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００６７】
次に、摩擦によって摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、上述した温度Ｔmまで上昇した場合を説明する。この場合には、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張が大きくなり、図９に示したように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが接触してエアギャップ量Ｇ１が「０」となってエアギャップ２１ｅ１が存在しない。このように、内周面１３ｂ３が熱容量増加リング２１の内周面２１ｈに接触すると、摩擦摺動部１３ａにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）は熱容量増加リング２１に向けて伝熱し、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する。すなわち、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが互いに接触した状態においては、摩擦摺動部１３ａの熱容量と熱容量増加リング２１の熱容量とを合計した熱容量により摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。
【００６８】
そして、摩擦摺動部１３ａおよび熱容量増加リング２１によって蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、低温時の場合と同様に、摩擦摺動部１３ａを介して熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。これにより、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。
【００６９】
ところで、この第２実施形態においても、摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、温度Ｔmまで上昇した場合には、摩擦熱（熱エネルギー）は、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１とによって蓄熱される。この場合、熱容量増加リング２１の熱容量を摩擦摺動部１３ａの熱容量に比して大きくしておくことによって、摩擦摺動部１３ａの温度上昇を抑制することができる。これにより、熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率が良好となる温度域で加熱することができるとともに、制動部１０においてはフェード現象の発生を抑制することができる。
【００７０】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１３ａにおける摩擦熱（熱エネルギー）の発生がなくなる。さらに、走行風などによってディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａが冷却される。これにより、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４はともに半径方向内方に向けて収縮する。しかしながら、熱容量増加リング２１は、収容空間１３ｂ内に収容されているため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を比較的長時間に渡り蓄熱することができ、熱膨張した状態を維持することができる。このため、図１０に示したように、収縮する外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとが接触してエアギャップ量Ｇ２が「０」となる。このように、外周面１３ｂ４が熱容量増加リング２１の外周面２１ｉに接触することによって、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）を摩擦摺動部１３ａに向けて伝熱させることができる。
【００７１】
これにより、制動力の付与が解除された状態であっても、摩擦摺動部１３ａを介して熱電変換部２２の加熱面２２ａを引き続き加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力を、変圧回路２３によって変圧して、バッテリ２４に蓄電することができる。
【００７２】
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態においては、ディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａの摩擦に伴う温度変化に応じて、摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させることができる。具体的に、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１３ａの温度が比較的低温である場合には、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２を確保して収容空間１３ｂ内に収容した熱容量増加リング２１から離間させることによって、摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させない。これにより、摩擦摺動部１３ａの温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換部２２の加熱面２２ａを速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）の発生量が小さい状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７３】
一方、摩擦摺動部１３ａの温度が高温である場合には、摩擦摺動部１３ａの熱膨張（体積変化）によって、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１が０となり摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１とを熱的に接続することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１の合計した熱容量によって蓄熱することができるため、摩擦摺動部１３ａの温度上昇を抑制して熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７４】
また、制動力の付与が解除された場合においては、エアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２が０となり、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１との熱的な接続を維持することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）が発生しない状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７５】
さらに、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１との熱的な接続または離間は、摩擦摺動部１３ａにおける熱膨張によってエアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２が変化することによって実現することができる。したがって、極めて簡単な構造によって摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させることができるため、車両に極めて容易に搭載することができる。
【００７６】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００７７】
例えば、上記各実施形態においては、摩擦熱（熱エネルギー）を回収して回生電力（電気エネルギー）に変換する熱電変換部２２を設けて実施した。そして、熱容量増加リング２１を設けることにより、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度を最適化することができるため、熱電変換部２２が良好な発電効率によって回生電力を発電することができるようにした。
【００７８】
このように、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度に応じて熱容量増加リング２１が熱的に接続または離間することができるため、例えば、熱電変換部２２を有していない通常の車両用制動装置に熱容量増加リング２１を設けることも可能である。これにより、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度が上昇した場合には、熱容量増加リング２１によって温度上昇が抑制されるため、通常の車両用制動装置においても発生するフェード現象を効果的に抑制することができる。したがって、この場合には、通常の車両用制動装置が適切な制動力を付与することができるという効果が得られる。
【００７９】
また、上記各実施形態においては、熱電変換部２２の冷却面２２ｂがハブＨとほぼ等しい温度に冷却されるように実施した。この場合、より熱電変換部２２の発電効率を向上させるために、例えば、ハブＨなどに放熱フィンを設けて実施することも可能である。この場合には、熱電変換部２２の加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの温度差をより確実に確保することができるため、例えば、制動力の付与直後において摩擦摺動部１１ｂ，１３ａの温度が比較的低温である場合であっても、熱電変換部２２は効率よく回生電力を発電することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…制動部、１１…ブレーキドラム、１１ａ…ディスク部、１１ｂ…摩擦摺動部、１１ｂ１…フランジ部、１２…ブレーキシュー、１３…ディスクロータ、１３ａ…摩擦摺動部、１３ｂ…収容空間、１３ｃ…ハブ部、１４…ブレーキキャリパ、２０…熱回収部、２１…熱容量増加リング、２１ｅ，２１ｅ１，２１ｅ２…エアギャップ、２２…熱電変換部、２２ａ…加熱面、２２ｂ…冷却面、２３…変圧回路、２４…バッテリ、Ｓ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、Ｎ…ナックル、ＢＰ…バックプレート、ＷＳ…ホイールシリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両用制動装置に関し、特に、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の熱源から熱エネルギーを回収し、この回収した熱エネルギーを、例えば、電気エネルギーに変換して利用することが盛んに研究されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、回転部にブレーキパッドを圧着してブレーキをかけるブレーキキャリパと、ブレーキキャリパに接続するヒートパイプと、ヒートパイプの放熱側端に接続する熱電変換素子と、熱電変換素子の冷却側面に接続する放熱器と、熱電変換素子に接続する蓄電池とを備えた回生ブレーキ装置が示されている。この回生ブレーキ装置においては、制動によりブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱がヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達される一方で熱電変換素子の冷却面が放熱器によって冷却されるため、熱電変換素子は加熱面側と冷却面側との間の温度差により電力を発生することができる。したがって、制動により運動エネルギーを熱エネルギー（摩擦熱）として回収して電気エネルギーに変換できるようになっている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、排気マニホールドの周囲に熱媒体を流通させて、排気マニホールドを通過する排気から熱媒体を介して排気熱を回収する排気熱回収装置が示されている。この排気熱回収装置においては、上流側排気浄化触媒の触媒温度に基づき、上流側排気浄化触媒が非活性状態であるときに、水などの流体状の熱触媒の流通を規制して排気マニホールドの熱容量を低下させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２２０８０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８６３９号公報
【発明の概要】
【０００６】
ところで、上記特許文献１に示された回生ブレーキ装置においては、ブレーキキャリパのブレーキパッドに生じた摩擦熱をヒートパイプを介して熱電変換素子の加熱面に伝達する。このため、熱電変換素子の発電効率が良好となる温度域で加熱面を加熱することが難しい。すなわち、通常、ブレーキ装置においては、適切な制動力を確保する観点から、構成部材の熱容量を大きくしておき、摩擦によって発生する熱による温度上昇を抑制するようになっている。このため、上記特許文献１に示された回生ブレーキ装置のように、一定の熱容量である場合には、例えば、良好な発電効率となる温度域までの温度上昇に時間がかかり、発電効率が上がらない場合がある。
【０００７】
この点に関し、上記特許文献２に示された排気熱回収装置のように、構成部品の熱容量を可変することが考えられる。しかしながら、一般的にブレーキ装置（制動装置）においては、回転部（回転部材）を主要な構成部品とするものであるため、上記特許文献２に示された排気熱回収装置のような流体状の熱媒体を流通させたり、この熱媒体の流通を規制したりして熱容量を可変とすることは、無用に装置を複雑化させることになり現実的ではない。
【０００８】
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、簡単な構成により熱容量を変化させることができ、車両を適切に制動するとともに制動に伴って発生する熱エネルギーの回収を効率よく行う車両用制動装置を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、前記車輪と一体的に回転する回転部材とこの回転部材に対して押圧される摩擦部材とを設けて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、前記摩擦によって前記回転部材に発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、前記回転部材に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じて前記回転部材の熱容量を変化させる熱容量可変手段とを備えたことにある。
【００１０】
この場合、前記熱容量可変手段を、前記回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成するとよい。この場合、前記接続手段は、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化が増加する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続し、前記体積変化が減少する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に離間させるようにするとよい。そして、これらの場合、前記接続手段は、例えば、前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に形成されて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間であるとよい。
【００１１】
また、これらの場合、前記制動力付与手段は、例えば、前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムとこのブレーキドラムに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキシューとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するドラムブレーキユニットであり、前記熱容量可変手段を前記ブレーキドラムの摩擦摺動部に対して同心状に設けるようにするとよい。また、前記制動力付与手段は、例えば、前記車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキキャリパとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するディスクブレーキユニットであり、前記熱容量可変手段を前記ディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に収容するようにするとよい。
【００１２】
さらに、これらの場合、前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えるとよい。
【００１３】
これらによれば、制動力付与手段における回転部材（具体的には、ブレーキドラムやディスクロータに形成された摩擦摺動部）の摩擦に伴う温度変化に応じて、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させることができる。これにより、制動力の付与が開始されて回転部材の温度が低温である場合には、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させないようにすることができ、回転部材の温度が高温である場合には、熱容量可変手段は回転部材の熱容量を変化させるようにすることができる。具体的には、熱容量可変手段を、回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、回転部材と熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成し、回転部材の温度が低温である場合には接続手段が回転部材と熱容量増加部材とを互いに離間させて回転部材の熱容量を変化させず、回転部材の温度が高温である場合には接続手段が回転部材と熱容量増加部材とを互いに接続させて回転部材の熱容量を増加させることができる。
【００１４】
これにより、回転部材の温度が低温である場合には、摩擦によって発生する熱エネルギーが小さくても、熱容量の小さな回転部材の温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換手段の加熱面を速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換手段は、摩擦による熱エネルギーの発生量が小さい状況であっても、効率よく発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。そして、このように熱電変換手段によって変換された電気エネルギーは蓄電手段に蓄電されて、例えば、車両に搭載された他の機器により利用することができる。
【００１５】
一方、回転部材の温度が高温である場合には、熱容量増加部材との接続によって熱容量の増加することにより、回転部材の過剰な温度上昇を抑制することができ、その結果、熱電変換手段の加熱面を発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換手段は、効率よく発生した熱エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、変換した電気エネルギーを蓄電手段に蓄電することができる。さらに、回転部材の温度上昇を抑制することができるため、高温時に摩擦係数が急減する所謂フェード現象の発生を抑制することもでき、適切な制動力を付与することができる。
【００１６】
また、接続手段としては、回転部材と熱容量増加部材との間に形成されて、回転部材の温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間を採用することができる。これにより、回転部材の温度が低温である場合には隙間を存在させて回転部材と熱容量増加部材とを離間させることができ、また、回転部材の温度が高温である場合には回転部材の体積変化（熱膨張）により回転部材と熱容量増加部材とを接続させることができる。したがって、別途複雑な機構を設ける必要がなく、極めて簡単な構造によって回転部材の熱容量を変化させることができる。
【００１７】
さらに、制動力付与手段がドラムブレーキユニットである場合にはブレーキドラムの摩擦摺動部に対して熱容量可変手段（より具体的には、熱容量増加部材）を隙間を有して同心状に設けることができる。また、制動力付与手段がディスクブレーキユニットである場合にはディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に熱容量可変手段（より具体的には、熱容量増加部材）を隙間を有して収容することができる。これらにより、車両に極めて容易に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図２】図１の制動部および熱回収部の組み付け状態を示す一部断面構成図である
【図３】図１の制動部および熱回収部の構成を詳細に示す一部断面構成図である。
【図４】図２の熱回収部（熱容量増加リング）の低温時における作動を説明するための図である。
【図５】図２の熱回収部（熱容量増加リング）の高温時における作動を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る車両用制動装置の構成を概略的に示す概略構成図である。
【図７】図６の制動部および熱回収部の構成を詳細に示す一部破断構成図である。
【図８】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の低温時における作動を説明するための図である。
【図９】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の制動に伴う高温時における作動を説明するための図である。
【図１０】図７の熱回収部（熱容量増加リング）の制動後の高温時における作動を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ａ．第１実施形態
以下、本発明の実施形態に係る車両用制動装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用制動装置Ｓのシステム構成を概略的に示している。この車両用制動装置Ｓは、車両を制動することに加えて、制動に伴って運動エネルギーを熱エネルギーとして回収し、さらに、この回収した熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電するものである。
【００２０】
このため、車両用制動装置Ｓは、図１に示すように、車輪Ｗに対して制動力を付与する制動部１０と、この制動部１０による制動に伴って発生する熱エネルギーを回収するとともに回収された熱エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電する熱回収部２０とを備えている。なお、図１においては、１輪に車両用制動装置Ｓを設けた場合を図示するが、例えば、車両の左右前輪側に車両用制動装置Ｓを設けたり、車両の左右後輪側や全輪に車両用制動装置Ｓを設けて実施可能であることはいうまでもない。
【００２１】
制動力付与手段としての制動部１０は、ブレーキドラム１１と２個一対のブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットである。ブレーキドラム１１は、図示しないサスペンション装置を構成するナックルＮに回転可能に支持されたハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転する回転部材である。ブレーキドラム１１は、図２および図３に示すように、ハブＨに対して組み付けられる円盤状のディスク部１１ａと、ブレーキシュー１２と摩擦摺動する円環状の摩擦摺動部１１ｂとから形成されている。
【００２２】
ディスク部１１ａは、図２および図３に詳細に示すように、外周部分に肉厚部１１ａ１が周状に形成されている。そして、この肉厚部１１ａ１には、摩擦摺動部１１ｂおよび後述する熱回収部２０を構成する熱容量増加リング２１をディスク部１１ａに対して相対回転不能に同心状に組み付けるための嵌合溝１１ａ２が複数形成されている。なお、嵌合溝１１ａ２は、例えば、十字状となるように、互いに平行となることなく形成される。また、嵌合溝１１ａ２には、図３に示すように、摩擦摺動部１１ｂおよび熱容量増加リング２１を一体的に固着するためのボルトを挿通するための挿通孔１１ａ３が形成されている。なお、挿通孔１１ａ３の内径はボルトの外径に比して大きな内径とされている。
【００２３】
摩擦摺動部１１ｂは、例えば、ＦＣ１５０などの鋳鉄製であり、図２および図３に示すように、内周面にはフランジ部１１ｂ１が形成されている。そして、図３に示すように、このフランジ部１１ｂ１には、ディスク部１１ａに形成された嵌合溝１１ａ２に嵌合する突部１１ｂ２が形成されている。さらに、突部１１ｂ２には、ネジ部１１ｂ３が形成されており、摩擦摺動部１１ｂは、ボルトがネジ部１１ｂ３に螺着されることによって、ディスク部１１ａに対して一体的に組み付けられるようになっている。ここで、摩擦摺動部１１ｂをディスク部１１ａに組み付ける際には、図２に示すように、ディスク部１１ａ側に配置された滑りワッシャー１１ｃを介してボルトがネジ部１１ｂ３に螺着される。これにより、後述するように発生する摩擦摺動部１１ｂの体積変化、より詳しくは、熱膨張に伴う寸法変化が許容される。
【００２４】
ブレーキシュー１２は、図１に示すように、ブレーキドラム１１内に収容されており、車体側に回転不能に固定されるバックプレートＢＰに対して組み付けられている。そして、ブレーキシュー１２は、ホイールシリンダＷＳの作動により、摩擦部材をブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対して摩擦係合させるようになっている。なお、ドラムブレーキユニットの作動については、周知のドラムブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００２５】
このように構成された制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ホイールシリンダＷＳにブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキシュー１２は、供給されるブレーキ液圧の増圧に伴って、摩擦部材をブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対して圧着させて摩擦係合させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１すなわち摩擦摺動部１１ｂに対して摩擦部材を摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。
【００２６】
このように、車輪Ｗの回転に対して制動力すなわち摩擦力を付与することに伴い、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦部材には摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。したがって、制動部１０は、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動することができる。
【００２７】
次に、熱回収部２０を説明する。熱回収部２０は、図１および図２に示すように、ブレーキドラム１１、より詳しくは、摩擦摺動部１１ｂの径方向外側にて同心状に設けられた熱容量可変手段を構成する熱容量増加部材としての熱容量増加リング２１を備えている。熱容量増加リング２１は、例えば、ＦＣ１５０などの鋳鉄製であり、図２および図３に示すように、内周面上には摩擦摺動部１１ｂの外周面に向けて突出する凸段部２１ａが形成されている。また、熱容量増加リング２１の一側周面には、ブレーキドラム１１を構成するディスク部１１ａに形成された嵌合溝１１ａ２に嵌合する突部２１ｂが形成されている。そして、突部２１ｂには、ネジ部２１ｃが形成されており、熱容量増加リング２１は、図２に示すように、ボルトがネジ部２１ｃに螺着されることによって、ディスク部１１ａに対して一体的に組み付けられるようになっている。ここで、熱容量増加リング２１をディスク部１１ａに組み付ける際には、図２に示すように、嵌合溝１１ａ２と突部２１ｂとの間に配置された断熱ワッシャー２１ｄを介してボルトがネジ部２１ｃに螺着される。これにより、熱容量増加リング２１からディスク部１１ａに向けての伝熱が抑制されるようになっている。
【００２８】
また、図２に示すように、熱容量増加リング２１に形成された凸段部２１ａの内周面と摩擦摺動部１１ｂの外周面との間には、ブレーキドラム１１の低温時において、熱容量可変手段を構成する接続手段としての隙間すなわちエアギャップ２１ｅが形成されるようになっている。ここで、形成されるエアギャップ２１ｅについて、詳細に説明する。
【００２９】
エアギャップ２１ｅは、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張の大きさに基づいて、その大きさすなわちエアギャップ量Ｇが決定される。具体的には、上述したように、制動部１０においては、ブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂとブレーキシュー１２との摩擦係合に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。この場合、摩擦摺動部１１ｂは、ディスク部１１ａの嵌合溝１１ａ２に対して突部１１ａ２が嵌合して組み付けられているため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）によって熱膨張して半径方向外方、言い換えれば、熱容量増加リング２１と接触する方向に向けて寸法変化が生じる。
【００３０】
したがって、このような摩擦摺動部１１ｂの熱膨張に伴う寸法変化を加味してエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇを決定することにより、摩擦摺動部１１ｂの温度に応じて、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを接触させたり、離間させたりすることができる。これにより、ブレーキドラム１１（より詳しくは、摩擦摺動部１１ｂ）の熱容量を温度に応じて変更することができ、摩擦熱（熱エネルギー）を適切に回収することができる。
【００３１】
ところで、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇは、次のように決定することができる。今、理解を容易とするために、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが同一の鋳鉄から形成されており、例えば、それぞれのリングの板厚を異ならせることにより、摩擦摺動部１１ｂの熱容量に比して熱容量増加リング２１の熱容量が大きい場合を想定する。そして、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを互いに接触させる温度をそれぞれＴmおよびＴn（ただし、Ｔm＞Ｔn）とし、熱膨張した摩擦摺動部１１ｂが熱容量増加リング２１と接触する直径をＬmとする。このとき、摩擦摺動部１１ｂの線膨張係数をＫとすると、温度差Ｔm−Ｔnのときにおけるエアギャップ量Ｇは下記式１によって計算することができる。
Ｇ＝Ｌm／２×Ｋ×（Ｔm−Ｔn） …式１
【００３２】
すなわち、前記式１により計算されるエアギャップ量Ｇがブレーキドラム１１の低温時に生じるように、摩擦摺動部１１ｂの外径寸法または熱容量増加リング２１の内径寸法を設定することにより、摩擦摺動部１１ｂの温度がＴmまで上昇したときに摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを互いに接触させることができる。そして、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが互いに接触することにより、摩擦摺動部１１ｂに発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱容量増加リング２１に伝熱させることができるため、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。したがって、発生した摩擦熱（熱エネルギー）による摩擦摺動部１１ｂの温度に応じて、ブレーキドラム１１の熱容量を変化させることができる。
【００３３】
また、熱回収部２０は、図２に詳細に示すように、ディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１と摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１との間に挟持された熱電変換部２２を備えている。熱電変換部２２は、物質（具体的には、半導体金属）が有する周知のゼーベック効果を利用して、付与された熱エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。そして、この熱電変換部２２は、図３に示すように、一面側２２ａが制動部１０の発熱部分である摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１に接触し、他面側２２ｂが外気と接触するディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１に接触するように組み付けられている。なお、図２に示すように、ディスク部１１ａの肉厚部１１ａ１と摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１との間に熱電変換部２２を配置することにより、ディスク部１１ａの嵌合溝１１ａ２と摩擦摺動部１１ｂの突部１１ｂ２とは互いに接触しないようになっている。これにより、摩擦摺動部１１ｂからディスク部１１ａに向けて摩擦熱（熱エネルギー）が移動する際には、熱電変換部２２を介して伝熱されるようになっている。
【００３４】
このように、熱電変換部２２が組み付けられることにより、熱電変換部２２は、後述するように、周知のゼーベック効果によって一面側２２ａ（以下、加熱面２２ａという）と他面側２２ｂ（以下、冷却面２２ｂという）との間の温度差に応じた起電力（電気エネルギー）を発電することができる。なお、以下の説明においては、熱電変換部２２によって発電された起電力を回生電力（電気エネルギー）という。
【００３５】
さらに、熱回収部２０は、図１に示すように、変圧回路２３とバッテリ２４とを備えている。変圧回路２３は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやコンデンサなどを主要構成部品として熱電変換部２２とバッテリ２４とを電気的に接続する電気回路である。そして、変圧回路２３は、熱電変換部２２によって発電された回生電力を変圧してバッテリ２４に出力する。バッテリ２４は、変圧回路２３から出力された回生電力を蓄電するものである。なお、熱電変換部２２と変圧回路２３との電気的な接続に関しては、本発明に直接関係しないため、いかなる方法を採用してもよい。例えば、変圧回路２３が非接触により電磁的に熱電変換部２２から回生電力を集電したり、スリップリングなどを介して変圧回路２３が接触により熱電変換部２２から回生電力を集電したりするとよい。
【００３６】
このように、構成された車両用制動装置Ｓにおいては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して制動力を付与する。すなわち、制動部１０においては、上述したように、ブレーキペダルの操作に応じたブレーキ液圧がホイールシリンダＷＳに供給される。そして、ホイールシリンダＷＳは、供給されたブレーキ液圧により、車輪Ｗと一体的に回転するブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに対してブレーキシュー１２の摩擦部材を圧着させて摩擦係合させる。これにより、摩擦摺動部１１ｂと摩擦部材との間に摩擦力が発生し、この摩擦力が制動力として回転する車輪Ｗに付与される。
【００３７】
一方、摩擦力による制動に伴ってブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂに発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。以下、熱回収部２０による摩擦熱（熱エネルギー）の回収について詳細に説明する。
【００３８】
まず、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１１ｂの温度が上述した温度Ｔm未満となる比較的低温の場合から説明する。この場合には、摩擦によって発生する摩擦熱（熱エネルギー）が小さく、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張は小さい。したがって、図４に示すように、摩擦摺動部１１ｂの半径方向外方にて熱容量増加リング２１との間に形成されたエアギャップ２２ｅは、エアギャップ量Ｇを有して存在する。このため、このように摩擦摺動部１１ｂの温度が比較的小さい状況においては、すなわち、熱容量増加リング２１と接触しない状況においては、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は摩擦摺動部１１ｂによってのみ蓄熱される。この場合、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を小さくしておくことによって、摩擦摺動部１１ｂが速やかに摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する、言い換えれば、摩擦摺動部１１ｂの温度を速やかに上昇させることができる。
【００３９】
そして、摩擦摺動部１１ｂに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、フランジ部１１ｂ１に接触している熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが摩擦摺動部１１ｂに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱されるとともに、例えば、走行風によって相対的に低温に保たれるディスク部１１ａに接触している冷却面２２ｂが冷却される。
【００４０】
したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。このように、バッテリ２４に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００４１】
次に、摩擦によって摩擦摺動部１１ｂの温度が温度Ｔmまで上昇した場合を説明する。この場合には、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張が大きくなり、図５に示すように、前記式１により計算されるエアギャップ量Ｇが「０」となって、エアギャップ２１ｅが存在しない。したがって、摩擦摺動部１１ｂは、熱容量増加リング２１に対して熱的に接触する。このように、摩擦摺動部１１ｂが熱容量増加リング２１に接触すると、摩擦摺動部１１ｂにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）は熱容量増加リング２１に向けて伝熱し、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する。すなわち、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とが互いに接触した状態においては、摩擦摺動部１１ｂの熱容量と熱容量増加リング２１の熱容量とを合計した熱容量により摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。
【００４２】
そして、摩擦摺動部１１ｂおよび熱容量増加リング２１によって蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、低温時の場合と同様に、摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１を介して熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。これにより、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。
【００４３】
ところで、摩擦摺動部１１ｂの温度が温度Ｔmまで上昇した場合には、上述したように、摩擦熱（熱エネルギー）は、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とによって蓄熱される。この場合、熱容量増加リング２１の熱容量を摩擦摺動部１１ｂの熱容量に比して大きくしておくことによって、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制することができる。これにより、熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率が良好となる温度域で加熱することができる。さらに、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制することができるため、温度上昇に伴ってブレーキシュー１２の摩擦部材との間の摩擦係数が急減する現象、所謂、フェード現象の発生を抑制することができる。
【００４４】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１１ｂにおける摩擦熱（熱エネルギー）の発生がなくなる。しかしながら、制動部１０は、ドラムブレーキユニットであるため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は比較的長時間に渡りブレーキドラム１１の内部に籠り、熱容量の小さな摩擦摺動部１１ｂの温度は緩やかに低下する。さらには、一旦熱容量増加リング２１と接触した摩擦摺動部１１ｂの温度は、熱容量の大きな熱容量増加リング２１によって維持される。これにより、摩擦摺動部１１ｂの収縮（体積変化）がより緩やかになり、その結果、熱容量増加リング２１と接触している状態が比較的長く継続する。
【００４５】
このため、制動力の付与が解除された状態においても、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）を摩擦摺動部１１ｂに向けて伝熱させることができる。これにより、制動力の付与が解除された状態であっても、摩擦摺動部１１ｂのフランジ部１１ｂ１を介して熱電変換部２２の加熱面２２ａを引き続き加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力を、変圧回路２３によって変圧して、バッテリ２４に蓄電することができる。
【００４６】
以上の説明からも理解できるように、この第１実施形態によれば、ブレーキドラム１１の摩擦摺動部１１ｂの摩擦に伴う温度変化に応じて、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させることができる。具体的に、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１１ｂの温度が比較的低温である場合には、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇを確保して摩擦摺動部１１ｂに対して同心状に配置した熱容量増加リング２１から離間させることによって、摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させない。これにより、摩擦摺動部１１ｂの温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換部２２の加熱面２２ａを速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）の発生量が小さい状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００４７】
一方、摩擦摺動部１１ｂの温度が高温である場合には、摩擦摺動部１１ｂの熱膨張（体積変化）によって、エアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇが０となり摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１とを熱的に接続することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１の合計した熱容量によって蓄熱することができるため、摩擦摺動部１１ｂの温度上昇を抑制して熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、効率よく回生電力を発電することができる。
【００４８】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１との熱的な接続を維持することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）が発生しない状況であっても、引き続き効率よく回生電力を発電することができる。
【００４９】
さらに、摩擦摺動部１１ｂと熱容量増加リング２１との熱的な接続または離間は、摩擦摺動部１１ｂにおける熱膨張によってエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇが変化することによって実現することができる。したがって、極めて簡単な構造によって摩擦摺動部１１ｂの熱容量を変化させることができるため、車両に極めて容易に搭載することができる。
【００５０】
ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態においては、制動部１０として、ブレーキドラム１１とブレーキシュー１２とを備えたドラムブレーキユニットを採用して実施した。そして、ブレーキドラム１１を構成する摩擦摺動部１１ｂの外周側にエアギャップ２１ｅを確保して熱容量増加リング２１を同心状に設け、温度に応じて摩擦摺動部１１ｂにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する熱容量が変化するように実施した。
【００５１】
この場合、制動部１０として、図６に示すように、ディスクロータ１３とブレーキキャリパ１４とを備えたディスクブレーキユニットを採用して実施することも可能である。以下、この第２実施形態を詳細に説明するが、上記第１実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
ディスクロータ１３は、図６に示すように、ハブＨに対してナットにより組み付けられていて、車輪Ｗと一体的に回転する回転部材である。また、ディスクロータ１３は、その外周部にて、後述するブレーキキャリパ１４に組み付けられる摩擦部材としてのブレーキパッドと摩擦摺動する摩擦摺動部１３ａを備えている。そして、この摩擦摺動部１３ａには、図６および図７に示すように、熱回収部２０の熱容量増加リング２１を収容する収容空間１３ｂが形成されている。また、ディスクロータ１３は、ハブＨに対して接触して固定されるハブ部１３ｃを備えている。
【００５３】
ブレーキキャリパ１４は、２枚一対のブレーキパッドを収容しており、ブレーキパッドを回転するディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対して押し付けて（圧着させて）摩擦力を発生するものである。なお、ディスクブレーキユニットの詳細な構造および作動については、周知のディスクブレーキユニットと同様であり、また、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。
【００５４】
このように構成された第２実施形態の制動部１０においては、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、ブレーキキャリパ１４にブレーキ液圧が供給される。これにより、ブレーキキャリパ１４は、供給されるブレーキ液圧の増加に伴ってブレーキパッドをディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対して圧着させる。そして、車輪Ｗと一体的に回転するディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに対してブレーキパッドを圧着させて摩擦係合させることによって摩擦力が発生し、この摩擦力が車輪Ｗの回転を制動する制動力として付与される。したがって、この第２実施形態の制動部１０も、車両の制動に伴って運動エネルギーを摩擦によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換することにより、回転する車輪Ｗを制動する。
【００５５】
そして、このように発生する摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。この第２実施形態においては、図７に示すように、熱回収部２０の熱容量増加リング２１がディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに形成された収容空間１３ｂ内に収容される。このため、この第２実施形態における熱容量増加リング２１は、上記第１実施形態の場合に比して凸段部２１ａ、突部２１ｂ、ネジ部２１ｃおよび断熱ワッシャー２１ｄが省略される。一方、この第２実施形態の熱容量増加リング２１は、図７に示すように、固定ピン２１ｆにより、収容空間１３ｂ内にてディスクロータ１３の回転方向に対して変位不能に固定されるようになっている。さらに、この第２実施形態の熱容量増加リング２１においては、図７および図８に示すように、収容空間１３ｂを形成する壁面１３ｂ１，１３ｂ２（すなわち、摩擦摺動部１３ａに対応する壁面）との間にて伝熱を抑制するための断熱板２１ｇが設けられている。
【００５６】
また、この第２実施形態では、図８に示すように、ディスクロータ１３の低温時において、熱容量増加リング２１の内周面２１ｈと収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３との間にてエアギャップ２１ｅ１が形成され、熱容量増加リング２１の外周面２１ｉと収容空間１３ｂを形成する外周面１３ｂ４との間にてエアギャップ２１ｅ２が形成されるようになっている。すなわち、この第２実施形態の熱容量増加リング２１は、ディスクロータ１３の低温時において、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３と外周面１３ｂ４と接触しない状態とされている。
【００５７】
ここで、この第２実施形態におけるエアギャップ２１ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２について説明する。これらのエアギャップ２１ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ量Ｇ２も、上記第１実施形態のエアギャップ２１ｅのエアギャップ量Ｇと同様に決定されるものである。具体的に、エアギャップ２１ｅ１は、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３の熱膨張の大きさに基づいて決定される。すなわち、上述したように、制動部１０においては、ディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａとブレーキキャリパ１４のブレーキパッドとの摩擦係合に伴って摩擦熱（熱エネルギー）が発生する。この場合、発生した摩擦熱（熱エネルギー）により、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４には、熱膨張に伴う半径方向外方に向けての寸法変化が生じる。より詳しくは、内周面１３ｂ３は収容空間１３ｂ内に固定された熱容量増加リング２１の内周面２１ｈと接触する方向に向けて熱膨張し、外周面１３ｂ４は熱容量増加リング２１の外周面２１ｉから離間する方向に熱膨張する。したがって、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１は、例えば、上記第１実施形態で説明した式１に従い、内周面１３ｂ３の熱膨張の大きさに基づいて計算することができる。
【００５８】
これにより、エアギャップ量Ｇ１がディスクロータ１３の低温時に生じるように、熱容量増加リング２１の内径寸法を確保することにより、例えば、摩擦摺動部１３ａの温度がＴmまで上昇したときには、図９に示すように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとを互いに接触させることができる。そして、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが互いに接触することにより、摩擦摺動部１３ａに発生した摩擦熱（熱エネルギー）を熱容量増加リング２１に伝熱させることができるため、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。したがって、発生した摩擦熱（熱エネルギー）による摩擦摺動部１３ａの温度に応じて、ディスクロータ１３の熱容量を変化させることができる。
【００５９】
一方、エアギャップ２１ｅ２は、熱容量増加リング２１の熱膨張の大きさに基づいて決定される。すなわち、上述したように、熱容量増加リング２１に摩擦熱（熱エネルギー）が伝熱すると、熱容量増加リング２１にも熱膨張に伴う半径方向外方に向けての寸法変化が生じる。より詳しくは、熱容量増加リング２１の外周面２１ｉは、外周面１３ｂ４と接触する方向に向けて熱膨張する。したがって、エアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２も、例えば、上記第１実施形態で説明した式１に従い計算することができる。
【００６０】
ここで、ディスクロータ１３（より詳しくは、摩擦摺動部１３ａ）の熱容量に比して熱容量増加リング２１の熱容量が大きい場合、同一の温度においては、熱容量増加リング２１の熱膨張量は外周面１３ｂ４の熱膨張量よりも小さくなる。したがって、例えば、摩擦摺動部１３ａにて摩擦熱（熱エネルギー）が発生している状況においては、図９に示したように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１とが接触するものの、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１とは接触しない。ところが、摩擦摺動部１３ａにて摩擦熱（熱エネルギー）が発生していない状況においては、ディスクロータ１３が走行風などによって冷却されるため、熱容量の小さい内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４は収縮（体積変化）する。
【００６１】
これにより、エアギャップ量Ｇ２が低温時に生じるように、熱容量増加リング２１の外径寸法を確保することにより、摩擦摺動部１３ａ（より詳しくは、外周面１３ｂ４）の温度が低下したときに、図１０に示すように、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとを互いに接触させることができる。そして、外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとが互いに接触することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱した摩擦熱（熱エネルギー）をディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに伝熱させることができる。言い換えれば、熱容量増加リング２１は、蓄熱した摩擦熱（熱エネルギー）を放熱することができる。なお、熱容量増加リング２１の熱膨張量は、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張量に比して小さいため、エアギャップ２１ｅ２はエアギャップ２１ｅ１よりも小さく設定されることが好ましい。
【００６２】
また、この第２実施形態においては、熱回収部２０を構成する熱電変換部２２は、図６および図７に示すように、摩擦摺動部１３ａとハブ部１３ｃとの間に挟持される。これにより、この第２実施形態における熱電変換部２２は、加熱面２２ａが制動部１０の発熱部分である摩擦摺動部１３ａに接触し、冷却面２２ｂが外気と接触するハブ部１３ｃに接触するように組み付けられている。したがって、熱電変換部２２は、周知のゼーベック効果によって加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じた回生電力（電気エネルギー）を発電することができる。
【００６３】
このように構成された第２実施形態における車両用制動装置Ｓにおいても、運転者によって図示しないブレーキペダルが操作されると、制動部１０が車輪Ｗの回転に対して摩擦による制動力を付与する。そして、制動に伴ってディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａに発生した摩擦熱（熱エネルギー）は、熱回収部２０によって回収される。以下、この第２実施形態における熱回収部２０による摩擦熱（熱エネルギー）の回収について詳細に説明する。
【００６４】
まず、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、上述した温度Ｔm未満となる比較的低温の場合から説明する。この場合には、摩擦摺動部１３ａにて発生する摩擦熱（熱エネルギー）が小さく、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張は小さい。したがって、内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈおよび外周面２１ｉとの間に形成されたエアギャップ２２ｅ１およびエアギャップ２１ｅ２は、図８に示したように、エアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ量Ｇ２を有して存在する。このため、摩擦摺動部１３ａの温度が比較的小さい状況においては、すなわち、熱容量増加リング２１と接触しない状況においては、発生した摩擦熱（熱エネルギー）は摩擦摺動部１３ａによってのみ蓄熱される。この場合、摩擦摺動部１３ａの熱容量を小さくしておくことによって、摩擦摺動部１３ａが速やかに摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する、言い換えれば、摩擦摺動部１３ａの温度を速やかに上昇させることができる。なお、この場合、収容空間１３ｂ内に収容された熱容量増加リング２１は、断熱板２１ｇによって断熱されている。したがって、摩擦摺動部１３ａにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）が壁面１３ｂ１，１３ｂ２を介して熱容量増加リング２１に向けて伝熱することが抑制される。
【００６５】
そして、摩擦摺動部１３ａに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。熱電変換部２２においては、加熱面２２ａが摩擦摺動部１３ａに蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって加熱されるとともに、例えば、走行風によって相対的に低温に保たれるハブ部１３ｃに接触している冷却面２２ｂが冷却される。
【００６６】
したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換し、回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。このように、バッテリ２４に蓄電された回生電力は、車両に搭載された他の機器で利用することができるため、例えば、エンジンの負荷を低減して燃費を向上させることができる。
【００６７】
次に、摩擦によって摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、上述した温度Ｔmまで上昇した場合を説明する。この場合には、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４の熱膨張が大きくなり、図９に示したように、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが接触してエアギャップ量Ｇ１が「０」となってエアギャップ２１ｅ１が存在しない。このように、内周面１３ｂ３が熱容量増加リング２１の内周面２１ｈに接触すると、摩擦摺動部１３ａにて発生した摩擦熱（熱エネルギー）は熱容量増加リング２１に向けて伝熱し、熱容量増加リング２１は伝熱した摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱する。すなわち、内周面１３ｂ３と熱容量増加リング２１の内周面２１ｈとが互いに接触した状態においては、摩擦摺動部１３ａの熱容量と熱容量増加リング２１の熱容量とを合計した熱容量により摩擦熱（熱エネルギー）を蓄熱することができる。
【００６８】
そして、摩擦摺動部１３ａおよび熱容量増加リング２１によって蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）は、低温時の場合と同様に、摩擦摺動部１３ａを介して熱電変換部２２の加熱面２２ａに伝熱される。これにより、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力は、変圧回路２３によって変圧され、バッテリ２４に蓄電される。
【００６９】
ところで、この第２実施形態においても、摩擦摺動部１３ａの温度が、例えば、温度Ｔmまで上昇した場合には、摩擦熱（熱エネルギー）は、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１とによって蓄熱される。この場合、熱容量増加リング２１の熱容量を摩擦摺動部１３ａの熱容量に比して大きくしておくことによって、摩擦摺動部１３ａの温度上昇を抑制することができる。これにより、熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率が良好となる温度域で加熱することができるとともに、制動部１０においてはフェード現象の発生を抑制することができる。
【００７０】
また、制動力の付与が解除された場合においては、摩擦摺動部１３ａにおける摩擦熱（熱エネルギー）の発生がなくなる。さらに、走行風などによってディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａが冷却される。これにより、収容空間１３ｂを形成する内周面１３ｂ３および外周面１３ｂ４はともに半径方向内方に向けて収縮する。しかしながら、熱容量増加リング２１は、収容空間１３ｂ内に収容されているため、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を比較的長時間に渡り蓄熱することができ、熱膨張した状態を維持することができる。このため、図１０に示したように、収縮する外周面１３ｂ４と熱容量増加リング２１の外周面２１ｉとが接触してエアギャップ量Ｇ２が「０」となる。このように、外周面１３ｂ４が熱容量増加リング２１の外周面２１ｉに接触することによって、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）を摩擦摺動部１３ａに向けて伝熱させることができる。
【００７１】
これにより、制動力の付与が解除された状態であっても、摩擦摺動部１３ａを介して熱電変換部２２の加熱面２２ａを引き続き加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの間の温度差に応じて、周知のゼーベック効果により、効率よく熱エネルギーを電気エネルギーに変換して回生電力を発電することができる。そして、このように発電された回生電力を、変圧回路２３によって変圧して、バッテリ２４に蓄電することができる。
【００７２】
以上の説明からも理解できるように、この第２実施形態においては、ディスクロータ１３の摩擦摺動部１３ａの摩擦に伴う温度変化に応じて、摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させることができる。具体的に、制動力の付与が開始されて摩擦摺動部１３ａの温度が比較的低温である場合には、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２を確保して収容空間１３ｂ内に収容した熱容量増加リング２１から離間させることによって、摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させない。これにより、摩擦摺動部１３ａの温度を速やかに上昇させることができ、その結果、熱電変換部２２の加熱面２２ａを速やかに加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）の発生量が小さい状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７３】
一方、摩擦摺動部１３ａの温度が高温である場合には、摩擦摺動部１３ａの熱膨張（体積変化）によって、エアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１が０となり摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１とを熱的に接続することができる。これにより、発生した摩擦熱（熱エネルギー）を、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１の合計した熱容量によって蓄熱することができるため、摩擦摺動部１３ａの温度上昇を抑制して熱電変換部２２の加熱面２２ａを発電効率の良い温度域で加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７４】
また、制動力の付与が解除された場合においては、エアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２が０となり、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１との熱的な接続を維持することにより、熱容量増加リング２１に蓄熱された摩擦熱（熱エネルギー）によって熱電変換部２２の加熱面２２ａを加熱することができる。したがって、熱電変換部２２は、摩擦熱（熱エネルギー）が発生しない状況であっても、効率よく回生電力を発電することができる。
【００７５】
さらに、摩擦摺動部１３ａと熱容量増加リング２１との熱的な接続または離間は、摩擦摺動部１３ａにおける熱膨張によってエアギャップ２１ｅ１のエアギャップ量Ｇ１およびエアギャップ２１ｅ２のエアギャップ量Ｇ２が変化することによって実現することができる。したがって、極めて簡単な構造によって摩擦摺動部１３ａの熱容量を変化させることができるため、車両に極めて容易に搭載することができる。
【００７６】
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００７７】
例えば、上記各実施形態においては、摩擦熱（熱エネルギー）を回収して回生電力（電気エネルギー）に変換する熱電変換部２２を設けて実施した。そして、熱容量増加リング２１を設けることにより、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度を最適化することができるため、熱電変換部２２が良好な発電効率によって回生電力を発電することができるようにした。
【００７８】
このように、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度に応じて熱容量増加リング２１が熱的に接続または離間することができるため、例えば、熱電変換部２２を有していない通常の車両用制動装置に熱容量増加リング２１を設けることも可能である。これにより、摩擦摺動部１１ｂおよび摩擦摺動部１３ａの温度が上昇した場合には、熱容量増加リング２１によって温度上昇が抑制されるため、通常の車両用制動装置においても発生するフェード現象を効果的に抑制することができる。したがって、この場合には、通常の車両用制動装置が適切な制動力を付与することができるという効果が得られる。
【００７９】
また、上記各実施形態においては、熱電変換部２２の冷却面２２ｂがハブＨとほぼ等しい温度に冷却されるように実施した。この場合、より熱電変換部２２の発電効率を向上させるために、例えば、ハブＨなどに放熱フィンを設けて実施することも可能である。この場合には、熱電変換部２２の加熱面２２ａと冷却面２２ｂとの温度差をより確実に確保することができるため、例えば、制動力の付与直後において摩擦摺動部１１ｂ，１３ａの温度が比較的低温である場合であっても、熱電変換部２２は効率よく回生電力を発電することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…制動部、１１…ブレーキドラム、１１ａ…ディスク部、１１ｂ…摩擦摺動部、１１ｂ１…フランジ部、１２…ブレーキシュー、１３…ディスクロータ、１３ａ…摩擦摺動部、１３ｂ…収容空間、１３ｃ…ハブ部、１４…ブレーキキャリパ、２０…熱回収部、２１…熱容量増加リング、２１ｅ，２１ｅ１，２１ｅ２…エアギャップ、２２…熱電変換部、２２ａ…加熱面、２２ｂ…冷却面、２３…変圧回路、２４…バッテリ、Ｓ…車両用制動装置、Ｗ…車輪、Ｈ…ハブ、Ｎ…ナックル、ＢＰ…バックプレート、ＷＳ…ホイールシリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、
前記車輪と一体的に回転する回転部材とこの回転部材に対して押圧される摩擦部材とを設けて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、
前記摩擦によって前記回転部材に発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、
前記回転部材に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じて前記回転部材の熱容量を変化させる熱容量可変手段とを備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記熱容量可変手段を、
前記回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、
前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成したことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記接続手段は、
前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化が増加する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続し、前記体積変化が減少する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に離間させることを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載した車両用制動装置において、
前記接続手段は、
前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に形成されて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間であることを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記制動力付与手段は、
前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムとこのブレーキドラムに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキシューとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するドラムブレーキユニットであり、
前記熱容量可変手段を前記ブレーキドラムの摩擦摺動部に対して同心状に設けたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記制動力付与手段は、
前記車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキキャリパとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するディスクブレーキユニットであり、
前記熱容量可変手段を前記ディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に収容したことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項１】
車輪の回転に対して制動力を付与するとともにこの制動力の付与に伴って発生する熱エネルギーを回収する車両用制動装置において、
前記車輪と一体的に回転する回転部材とこの回転部材に対して押圧される摩擦部材とを設けて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与する制動力付与手段と、
前記摩擦によって前記回転部材に発生する熱エネルギーを回収して電気エネルギーに変換する熱電変換手段と、
前記回転部材に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じて前記回転部材の熱容量を変化させる熱容量可変手段とを備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両用制動装置において、
前記熱容量可変手段を、
前記回転部材の熱容量を増加させる熱容量増加部材と、
前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に設けられて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続または離間する接続手段とを含んで構成したことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した車両用制動装置において、
前記接続手段は、
前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化が増加する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に接続し、前記体積変化が減少する変化であるときに前記回転部材と前記熱容量増加部材とを熱的に離間させることを特徴とする車両用制動装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載した車両用制動装置において、
前記接続手段は、
前記回転部材と前記熱容量増加部材との間に形成されて、前記回転部材の前記摩擦による温度変化に応じた体積変化に伴って増減する隙間であることを特徴とする車両用制動装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記制動力付与手段は、
前記車輪と一体的に回転するブレーキドラムとこのブレーキドラムに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキシューとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するドラムブレーキユニットであり、
前記熱容量可変手段を前記ブレーキドラムの摩擦摺動部に対して同心状に設けたことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記制動力付与手段は、
前記車輪と一体的に回転するディスクロータとこのディスクロータに形成された摩擦摺動部に前記摩擦部材を押圧するブレーキキャリパとを備えて前記車輪の回転に対して摩擦による制動力を付与するディスクブレーキユニットであり、
前記熱容量可変手段を前記ディスクロータの摩擦摺動部に形成された収容空間内に収容したことを特徴とする車両用制動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか一つに記載した車両用制動装置において、
前記熱電変換手段によって変換された電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えたことを特徴とする車両用制動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２２６５３０（Ｐ２０１１−２２６５３０Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５６５２（Ｐ２０１０−９５６５２）
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１９日（２０１０．４．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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