JP2005121123A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構造で小型化が可能なブレーキ装置を提供する。
【解決手段】 ブレーキ装置１を、被制動シャフト２上に取り付けられてこの被制動シャフト２と一体に回転可能なウォームホイール３と、被制動シャフト２とは異なる方向に延びるギアシャフト５と一体回転可能で、このギアシャフト５の軸方向に摺動自在なウォームギア４と、ギアシャフト５と平行に延びて設けられてウォームギア４と噛合するラック６とから構成し、ウォームギア４を回転させてラック６に沿ってギアシャフト５の軸方向に摺動させ、ウォームギア４とウォームホイール３とを噛合させるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自由に回転可能なシャフトを固定するためのブレーキ装置に関する。

電気信号によって電動モータを作動させて自由に回転可能なシャフトを固定する電動ブレーキの実現方法として、シャフトに溝を設けてこの溝に固定用ピンを挿入して固定する方法や、摩擦板（ブレーキパッド）をシャフトもしくはこのシャフトに取り付けられたディスクに押しつけて固定するものが良く知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１４０１５号公報

しかしながら、シャフトに溝を設ける方法では溝とピンの位置が一致する場所でしか固定できないという課題があり、また、摩擦板を使用する方法では、所定の固定力を得るために摩擦板に対して大きな押し付け力が必要となり構造が大きくなってしまうという課題があった。さらに、摩擦板を押しつけて固定する場合は、その押し付け力を保持しなければならないという課題もあった。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、簡単な構造で小型化が可能なブレーキ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るブレーキ装置は、被制動シャフト上に取り付けられてこの被制動シャフトと一体に回転可能なウォームホイールと、被制動シャフトとは異なる方向に延びるギアシャフトと一体回転可能で、ギアシャフトの軸方向に摺動自在なウォームギアと、ギアシャフトと平行に延びて設けられてウォームギアと噛合するラックとからなり、ウォームギアを回転させてラックに沿ってギアシャフトの軸方向に摺動させ、ウォームギアとウォームホイールとを噛合させるように構成される。

このような本発明に係るブレーキ装置において、ギアシャフトと平行に延びて設けられたラックガイドを有し、ラックが、このラックガイドに摺動自在に取り付けられるとともに、ラックガイド上に取り付けられた２つの保持スプリングで挟持されて保持されるように構成されることが好ましい。

また、ウォームギアが、ギアシャフトと一体に回転可能であるとともに、このギアシャフト上を軸方向に摺動自在となるようにスプライン結合されて構成されることが好ましい。

本発明に係るブレーキ装置を以上のように構成すると、ウォームギアを回転させることによりラックに沿って摺動させてウォームホイールと噛合させることで、このウォームホイールが取り付けられた被制動シャフトを固定することができる。このとき、ウォームギアの回転方向の制御だけでウォームギアとウォームホイールの係脱を制御できるため、本発明に係るブレーキ装置を簡単な構造で構成することができ、小型化も可能である。

なお、ラックをラックガイドに摺動自在に取り付けて保持スプリングで挟持して保持するように構成することにより、ウォームギアとウォームホイールとが噛み合うときの位置関係を、ラックがラックガイド上を摺動して調整することができ、被制動シャフトの固定をスムーズに行なうことができる。

さらに、ウォームギアをギアシャフトにスプライン結合で取り付けることにより、このウォームギアだけが左右に摺動するように構成できるため、本発明に係るブレーキ装置を更に小型化することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図１及び図２を参照して説明する。ブレーキ装置１は、例えば電動ブレーキで制動をかけている車軸を固定するためのパーキング機構に用いられるものであり、このブレーキ装置１の構成部材を収容するハウジング９と、車軸等の被制動シャフト２に取り付けられこの被制動シャフト２と一体回転可能なウォームホイール３と、被制動シャフト２と離間して且つ平面視において直交する方向に延びるとともに、ハウジング９に回転自在に支持されたギアシャフト５と、ギアシャフト５と一体回転可能で、且つ、このギアシャフト５上に摺動自在に取り付けられたウォームギア４と、ギアシャフト５と略平行に取り付けられたラックガイド７と、このラックガイド７に摺動自在に取り付けられたラック６、及び、ラックガイド７に取り付けられラック６を挟持して保持する２つの保持スプリング８，８とから構成される。

ギアシャフト５は、回転軸方向に延びて円周面に並んで設けられた複数のスプライン溝が形成された摺動部５ｂと、両端に設けられハウジング９に回転自在に支持される支持部５ａ，５ａとから構成されている。一方、このギアシャフト５に取り付けられるウォームギア４の中心部にも摺動部５ｂのスプライン溝に対応した形状を有した貫通孔が回転軸上に延びて形成されており（図示せず）、この貫通孔に摺動部５ｂが挿入されてスプライン結合している。そのため、ウォームギア４は、ギアシャフト５と一体に回転可能であるとともに、このギアシャフト５上を軸方向に摺動可能である。

ウォームギア４はその円周面上にネジ状に形成された歯を有する歯車であり、ラック６は歯車のピッチ円直径を無限大にした状態、すなわちピッチ円がピッチ線となった歯ざおである。上述のようにウォームギア４はギアシャフト５上を摺動可能に構成されているが、このウォームギア４がギアシャフト５上のどこに位置しても、常にウォームギア４とラック６は少なくとも一部分が噛合するように構成されている。また、保持スプリング８，８は、一端がラック６に当接し、他端がハウジング９に当接して、ラック６に負荷がかかっていないときは、このラック６を所定の位置に保持するように構成されている。

一方、ウォームホイール３は外歯歯車として構成されている。そして、ウォームギア４がギアシャフト５上の一端側（図１における待機位置Ｕ）においては、ウォームホイール３とウォームギア４とは離間しているが、ウォームギア４がギアシャフト５上を摺動して他端側（図１における制動位置Ｌ）に位置するときは、このウォームギア４とウォームホイール３とが噛合するように構成されている。

このように構成されたブレーキ装置１を用いて、被制動シャフト２が電動ブレーキ等で制動されている状態で、この被制動シャフト２を固定する方法について述べる。なお、ギアシャフト５は、図示しないウォームギア駆動モータ（以下、「駆動モータ」と呼ぶ）により回転させるように構成されている。例えば、図１に示す矢印Ａ方向にギアシャフト５が回転されると、ギアシャフト５とともにウォームギア４も矢印Ａ方向に回転する。すると、ラック６に沿ってウォームギア４が図１における左方向に摺動する。そして、制動位置Ｌの近傍でウォームホイール３の歯とウォームギア４の歯が当接する（図２における、ウォームギア４ａ及びラック６ａの状態）。

このとき、ウォームホイール３とウォームギア４の歯が噛み合うまでは、ウォームギア４の左方向への摺動は止められる。しかし、ギアシャフト５は駆動モータにより回転されるためウォームギア４の回転は継続し、ウォームギア４が左方向へ摺動できない代わりにラック６がウォームギア４に押される。そのため、ラック６がラックガイド７上を右方向に摺動して右側の保持スプリング８を圧縮する。このラック６の摺動はウォームホイール３とウォームギア４とが噛み合うまで継続する（図２における、ウォーム ギア４ｂ及びラック６ｂの状態）。少なくともウォームギア４が１回転する間にウォームホイール３と噛合することができるため、このときのラック６の移動量は、最大でラック６の歯の１ピッチとなる。このように、ラック６をラックガイド７に対して摺動可能に構成することにより、ウォームホイール３とウォームギア４とが噛み合うときの位置関係を自動的に調整することができる。

なお、ラック６を保持する保持スプリング８は、ウォームギア４がギアシャフト５上を摺動するときに、このウォームギア４の摺動抵抗に相当する荷重を受ける。さらに上述のようにウォームホイール３とウォームギア４とが当接して噛み合うまでは、この保持スプリング８は最大でラック６の歯の１ピッチ分だけ圧縮される。そのため、このような摺動抵抗に相当する荷重を受けても圧縮されずにラック６を所定の位置に保持するような弾性力を有し、またウォームホイール３とウォームギア４とが当接して噛み合うまでに圧縮されても線間接触しないように保持スプリング８を設計する必要がある。また、ラック６の左方向への摺動を考慮して、ラック６とハウジング９との間隔Ｈはラック６の歯の１ピッチ以上を有するように構成される。

ウォームホイール３とウォームギア４とが噛合した後は、ウォームホイール３及びラック６に沿ってウォームギア４が左方向への摺動を再開し、この摺動はウォームギア４がハウジング９に当接するまで継続する。そして、ウォームギア４がハウジング９に当接する位置、すなわち、図１における制動位置Ｌに達するとウォームギア４の摺動はハウジング９に規制され、このウォームギア４の左方向への移動は停止する。このとき、ウォームホイール３は図１における矢印Ｆの方向に回転しようとしても、ウォームギア４とウォームホイール３の減速比が大きいために回転することができなくなる。また、ウォームホイール３の矢印Ｆの方向の回転は、ウォームギア４を左方向へ摺動させようとするが、ハウジング９で規制される。すなわち、被制動シャフト２の矢印Ｆ方向への回転は規制されブレーキ装置１により固定される。

なお、ウォームギア４が制動位置Ｌに達したときは、ギアシャフト５を回転させている駆動モータを停止させる必要があるが、ウォームギア４がハウジング９に当接したことを図示しないセンサー等で感知してこの駆動モータを停止するように構成することが可能である。あるいは、本発明に係るブレーキ装置１を上述のパーキング機構に用いる場合は、駆動モータが脱磁して停止するように構成することもできる。被制動シャフト２は、電動ブレーキ等により制動されている状態でブレーキ装置１により固定されるが、電動ブレーキ等で制動されている状態では、非常に大きな力を加えない限り被制動シャフト２を回転させることはできない。そのため、ウォームギア４が制動位置Ｌに達した後は、ウォームギア４からウォームホイール３を回転させるように駆動モータのトルクが作用する。よって、駆動モータの出力トルクを必要最低限に設定することにより、ウォームギア４がハウジング９に当接すると駆動モータがそれ以上ギアシャフト５を回転させることができなくなり、駆動モータが脱磁して停止するためである。

また、被制動シャフト２に対するブレーキ装置１の固定を解除する場合は、駆動モータを矢印Ａと逆の方向に回転させて、ウォームギア４を待機位置Ｕに移動させることによりウォームホイール３とウォームギア４との噛合がはずれて固定解除が可能である。よって、ブレーキ装置１において、被制動シャフト２の固定及びその解除はギアシャフト４の回転方向、すなわち駆動モータの回転方向の制御で行なうことができ、本発明に係るブレーキ装置１を簡単な構造で構成することができる。そのため小型化も可能である。

一般に、ウォームギアとウォームホイールを噛合させて、例えばウォームギアを回転させて大きな減速比でそのトルクをウォームホイールに伝達するような場合には、ウォームギアは潤滑性が高いが強度の低い材料を使用する必要がある。しかしながら、以上のような構成のブレーキ装置１において、ウォームギア４がウォームホイール３を固定するための強度は歯の大きさと材質により決定されるが、上記作動中（待機位置Ｕから制動位置Ｌに達するまで）のウォームギア４の歯面にかかる荷重は、このウォームギア４自身のギアシャフト５に対する摺動抵抗と保持スプリング８の荷重だけである。また、ウォームホイール３と噛合するのも制動位置Ｌの近傍だけである。そのため、このウォームギア４には潤滑性の重要度が低く、強度の高い材料を用いることができ小型化することができるため、このブレーキ装置１全体も小型化することができる。

上述のように、ウォームギア４が制動位置Ｌに位置してウォームホイール３と噛合して被制動シャフト２が固定されると、ウォームホイール３は矢印Ｆ方向へは回転することができず、また、ギアシャフト４を回転駆動させる駆動モータの電源を落としてもウォームホイール３に対する固定を保持し続けることができる。そのため、本発明に係るブレーキ装置１は、電動ブレーキとともに用いられるパーキング機構に好適である。

なお、図１において、被制動シャフト２が矢印Ｒ方向に回転しようとすると、ウォームホイール３の歯によりウォームギア４が右方向に押される。そして、ウォームギア４はラック６を右方向へ押すが、ラック６は保持スプリング８で保持されているため、この保持スプリング８の弾性力の設定によっては、ラック６を介して保持スプリング８を圧縮して右方向へ摺動可能である。よって、ラック６とハウジング９との間隔Ｈをウォームホイール３が矢印Ｒの方向に回転してウォームギア４を介してラック６を摺動させてたときに、ウォームホイール３とウォームギア４との噛合がはずれる程度に大きく取れば、ウォームホイール３、すなわち、被制動シャフト２は矢印Ｒの方向に回転することができる。そのため、本発明に係るブレーキ装置１は、図１における矢印Ｆ方向への被制動シャフト２の回転は規制するが、矢印Ｒ方向への被制動シャフト２の回転は可能とするワンウェイクラッチとしても利用することができる。このようなワンウェイクラッチの機能を用いることにより、本発明に係るブレーキ装置１は回転運動により作動するリフターやジャッキのロック機構としても使用することができる。

なお、ラック６とハウジングとの間隔Ｈをウォームホイール３とウォームギア４との噛合がはずれない程度にすると、ウォームホイール３は矢印Ｒの方向への回転もウォームギア４により規制されるため、被制動シャフト２を矢印Ｆ方向にも矢印Ｒ方向にも回転できないように固定することができる。

以上の実施例ではギアシャフト５に対してウォームギア４を摺動可能に構成したが、これらを一体に形成して、ギアシャフト５とウォームギア４とがハウジング９に対して左右に摺動するように構成することも可能であるが、ギアシャフト５を左右に摺動するように構成すると、ブレーキ装置１が若干大型化してしまう。また、図１において、平面視において、被制動シャフト２と離間して直交するようにギアシャフト５を配設したが、被制動シャフト２とギアシャフト５のなす角度は９０度に限られない。

本発明に係るブレーキ装置を示す側面図である。 ウォームホイールとウォームギアの噛み合いの位置調整を示す説明図である。

符号の説明

１ ブレーキ装置
２ 被制動シャフト
３ ウォームホイール
４ ウォームギア
５ ギアシャフト
６ ラック
７ ラックガイド
８ 保持スプリング

Claims (3)

1. 被制動シャフト上に取り付けられて前記被制動シャフトと一体に回転可能なウォームホイールと、
   前記被制動シャフトとは異なる方向に延びるギアシャフトと一体回転可能で、前記ギアシャフトの軸方向に摺動自在なウォームギアと、
   前記ギアシャフトと平行に延びて設けられて前記ウォームギアと噛合するラックとからなり、
   前記ウォームギアを回転させて前記ラックに沿って前記ギアシャフトの軸方向に摺動させ、前記ウォームギアと前記ウォームホイールとを噛合させるように構成されたことを特徴とするブレーキ装置。
2. 前記ギアシャフトと平行に延びて設けられたラックガイドを有し、
   前記ラックが、前記ラックガイドに摺動自在に取り付けられるとともに、前記ラックガイド上に取り付けられた２つの保持スプリングで挟持されて保持されたことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ装置。
3. 前記ウォームギアが、前記ギアシャフトと一体に回転可能であるとともに、前記ギアシャフト上を軸方向に摺動自在となるようにスプライン結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブレーキ装置。

Images