JP2005133863A

JP2005133863A - 制動装置

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Publication number: JP2005133863A
Application number: JP2003371573A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Sugitani; 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】ボールねじ式の回転−直線運動変換装置よりも耐荷重性等に優れ逆効率の設定の自由度が高い回転−直線運動変換装置を採用することにより、回転−直線運動変換装置を備えた制動装置の性能を向上させる。
【解決手段】回転アクチュエータとしての電動機４４と、電動機４４の回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換装置とを有し、直線運動によって固定部材側摩擦部材としてのブレーキパッド１８、２０を回転部材側摩擦部材としてのブレーキディスク１６に押圧することにより制動力を発生する車輌用制動装置１０であって、回転−直線運動変換装置はねじ軸２８と、ねじ軸の周りに配設されねじ軸と螺合する複数個の遊星ねじローラ５６と、ねじ軸及び遊星ねじローラを囲繞し遊星ねじローラと螺合するローラナット３０とを有する遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車輌に適した制動装置に係り、更に詳細には回転アクチュエータの回転運動を回転−直線運動変換装置により直線運動に変換し、直線運動によって固定部材側摩擦部材を回転部材側摩擦部材に押圧することにより制動力を発生する制動装置に係る。

自動車等の車輌の制動装置の一つとして、例えば本願出願人の出願にかかる下記の特許文献１に記載されている如く、回転−直線運動変換装置により電動機の回転運動を直線運動に変換し、該直線運動によって固定部材側摩擦部材としてのブレーキパッドを回転部材側摩擦部材としてのブレーキディスクに押圧することにより制動力を発生するよう構成された制動装置が従来より知られている。

かかる制動装置によれば、電動機を制御してブレーキディスクに対しブレーキパッドを相対変位させることにより、それらの間の押圧力を制御し車輪の制動力を制御することができるので、各車輪の制動力を個別に自由に制御することができる。
特開２００２−１０４１５２号公報

しかし上述の如き従来の制動装置に於いては、回転−直線運動変換装置はボールねじ式の回転−直線運動変換装置であるため、実際の車輌に適用する上で以下の如く種々の問題がある。

（１）ボールねじ式の回転−直線運動変換装置は耐荷重性が悪く、必要な耐荷重性を確保するためには、大型のもにならざるを得ず、そのため車輌搭載性が悪い。

（２）ボールねじ式の回転−直線運動変換装置の効率は、一般に、正効率及び逆効率の何れも高く、それらの設定の自由度が低い。特に耐荷重性を高くすべく大きいボールが使用されると、必然的にリード角も大きくなり、そのため逆効率が更に高くなる。従ってブレーキパッドをブレーキディスクに押圧することによる反力が回転−直線運動変換装置の逆変換により電動機へ伝達され易く、電動機の負荷が大きいため、電動機の消費電力が高い。

（３）リード角が大きく設定されると、ボールねじ式の回転−直線運動変換装置のギヤ比が小さくなる。即ち電動機の１回転当りのブレーキディスクに対するブレーキパッドの相対変位量が大きくなる。そのため制動力の制御精度が低く、電動機として低回転且つ高トルク型の大型の電動機が使用されなければならない。

本発明は、ボールねじ式の回転−直線運動変換装置により電動機の回転運動を直線運動に変換し、その直線運動によりブレーキパッドをブレーキディスクに押圧することにより制動力を発生するよう構成された従来の制動装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、ボールねじ式の回転−直線運動変換装置よりも耐荷重性等に優れ逆効率の設定の自由度が高い回転−直線運動変換装置を採用することにより、回転−直線運動変換装置を備えた制動装置の性能を向上させることである。

上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、即ち回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータの回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換装置とを有し、前記直線運動によって固定部材側摩擦部材を回転部材側摩擦部材に押圧することにより制動力を発生する制動装置に於いて、前記回転−直線運動変換装置はねじ軸と、前記ねじ軸の周りに配設され前記ねじ軸と螺合する複数個の遊星ねじローラと、前記ねじ軸及び前記遊星ねじローラを囲繞し前記遊星ねじローラと螺合するローラナットとを有する遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置であることを特徴とする制動装置によって達成される。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記ねじ軸及び前記遊星ねじローラは互いに逆方向のねじにて螺合し、前記遊星ねじローラ及び前記ローラナットは互いに同一方向のねじにて螺合し、前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチは互いに等しく、前記ねじ軸又は前記ローラナットが回転されても前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットの何れもスラスト変位しない前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットの有効ねじ径及び条数の関係に対し、前記ねじ軸又は前記ローラナットの条数が増減されており、前記ねじ軸及び前記ローラナットが相対的に回転すると前記遊星ねじローラは滑ることなくねじ山の噛み合いにより前記ねじ軸及び前記ローラナットに対し相対的に回転するよう構成される（請求項２の構成）。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１又は２の構成に於いて、前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチ角は前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率及び逆効率が何れも正であり且つ逆効率が正効率よりも小さいよう設定されており、前記固定部材側摩擦部材を前記回転部材側摩擦部材より離れる方向へ付勢する付勢手段が設けられているよう構成される（請求項３の構成）。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１又は２の構成に於いて、前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチ角は前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率が正であり且つ逆効率が０以下であるよう設定されており、前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置を前記固定部材側摩擦部材と共に前記回転部材側摩擦部材より離れる方向へ移動させる作動解除手段が設けられているよう構成される（請求項４の構成）。

上記請求項１の構成によれば、回転アクチュエータの回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換装置は、ねじ軸と、ねじ軸の周りに配設されねじ軸と螺合する複数個の遊星ねじローラと、ねじ軸及び遊星ねじローラを囲繞し遊星ねじローラと螺合するローラナットとを有する遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置であり、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置はボールねじ式の回転−直線運動変換装置に比して耐荷重性等に優れているので、回転−直線運動変換装置を大型化することなく確実に且つ良好に回転運動を直線運動に変換することができ、従って制動装置を円滑に作動させ、その耐久性を向上させることができる。

また遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置はねじのリード角（ピッチ角）の設定の自由度が高く、逆効率を正効率よりも小さく設定できるので、回転アクチュエータの回転運動を効率的に直線運動に変換しつつ、ボールねじ式の回転−直線運動変換装置の場合に比して固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力の反力が逆変換により回転アクチュエータへ伝達される度合を低減し、制動力の保持時に於ける回転アクチュエータの負荷を低減し、回転アクチュエータの消費エネルギを低減することができる。

更に遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置に於いては遊星歯車機構による減速及び差動ねじ機構による減速の両者により減速が達成され、回転アクチュエータの回転角度に対する固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の相対的直線変位の比を小さくすることができるので、回転アクチュエータとして例えば高回転且つ低トルク型の小型の電動機を使用することができると共に、ボールねじ式の回転−直線運動変換装置が使用される場合に比して固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の相対変位量を高精度に制御し、これにより制動力するを高精度に制御することができる。

また上記請求項２の構成によれば、ねじ軸及び遊星ねじローラは互いに逆方向のねじにて螺合し、遊星ねじローラ及びローラナットは互いに同一方向のねじにて螺合し、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットのねじのピッチは互いに等しく、ねじ軸又はローラナットが回転されてもねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットの何れもスラスト変位しないねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットの有効ねじ径及び条数の関係に対し、ねじ軸又はローラナットの条数が増減されており、ねじ軸及びローラナットが相対的に回転すると遊星ねじローラは滑ることなくねじ山の噛み合いによりねじ軸及びローラナットに対し相対的に回転するので、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットは互いに共働して遊星歯車減速機構と同様の減速機能を果たすと共に、ねじ軸又はローラナットは遊星ねじローラと共働して差動ねじとしての機能を果たし、これにより遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置はねじ軸とローラナットとの間に於いて回転角度と直線変位量とを一対一に正確に対応させて回転運動を微小な直線運動に正確に変換し或いは直線運動を大きい回転運動に正確に変換することができ、またねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットは互いに螺合するので、優れた耐荷重性能を確保することができる。

また上記請求項３の構成によれば、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットのねじのピッチ角は遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率及び逆効率が何れも正であり且つ逆効率が正効率よりも小さいよう設定されるので、回転アクチュエータの回転運動を効率的に直線運動に変換しつつ、回転−直線運動変換装置の逆変換により固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力の反力が回転アクチュエータへ伝達される度合を確実に低減し、これにより制動力の保持時に於ける回転アクチュエータの負荷を確実に低減し、回転アクチュエータの消費エネルギを確実に低減することができる。

また上記請求項３の構成によれば、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率及び逆効率が何れも正であり且つ逆効率が正効率よりも小さく、固定部材側摩擦部材を回転部材側摩擦部材より離れる方向へ付勢する付勢手段が設けられているので、回転アクチュエータ等の故障が生じ、固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力を低減し得なくなっても、付勢手段により固定部材側摩擦部材が回転部材側摩擦部材より離れる方向へ付勢されることによって移動され、これにより固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力が低減され、従って不必要な制動力が発生する状態のままになることを確実に防止することができる。

また上記請求項４の構成によれば、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットのねじのピッチ角は遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率が正であり且つ逆効率が０以下であるよう設定されており、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置を固定部材側摩擦部材と共に回転部材側摩擦部材より離れる方向へ移動させる作動解除手段が設けられているので、回転−直線運動変換装置の逆変換により固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力の反力が回転アクチュエータへ伝達されることを防止し、これにより制動力の保持時に於ける回転アクチュエータの負荷を上記請求項３の構成の場合よりも更に低減し、回転アクチュエータの消費エネルギを更に一層低減することができる。

また上記請求項４の構成によれば、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率が正であり且つ逆効率が０以下であり、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置を固定部材側摩擦部材と共に回転部材側摩擦部材より離れる方向へ移動させる作動解除手段が設けられているので、回転アクチュエータ等の故障が生じ、固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力を低減し得なくなっても、作動解除手段により固定部材側摩擦部材が回転部材側摩擦部材より離れる方向へ移動され、これにより固定部材側摩擦部材と回転部材側摩擦部材との間の押圧力が低減され、従って上記請求項３の構成の場合と同様不必要な制動力が発生する状態のままになることを確実に防止することができる。

［課題解決手段の好ましい態様］
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至４の構成に於いて、ねじ軸は固定部材側摩擦部材に連結され、ローラナットは車体によって支持されたハウジングにより回転可能に支持され、回転アクチュエータによりねじ軸及び固定部材側摩擦部材に対し相対的に回転駆動されるよう構成される（好ましい態様１）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至４の構成に於いて、回転アクチュエータは電動機であるよう構成される（好ましい態様２）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、ねじ軸及び遊星ねじローラはローラナットに対し相対的に直線変位するよう構成される（好ましい態様３）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、ねじ軸は遊星ねじローラ及びローラナットに対し相対的に直線変位するよう構成される（好ましい態様４）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、ねじ軸及は回転不可能に且つスラスト変位可能に支持され、ローラナットは回転可能に且つスラスト変位不可能に支持され、ねじ軸の条数が増減されているよう構成される（好ましい態様５）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットのねじのピッチ角は遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率及び逆効率が何れも正であり且つ逆効率が正効率の２０％以下であるよう構成される（好ましい態様６）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３２の構成に於いて、ねじ軸及びローラナットの一方の部材と共働して遊星ねじローラをねじ軸の軸線周りの所定の位置に保持し遊星ねじローラをそれらの軸線周りに回転可能に支持するキャリアを有するよう構成される（好ましい態様７）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様７の構成に於いて、キャリアは一方の部材によりねじ軸及びローラナットに対し相対的に回転可能に且つ前記一方の部材に対し相対的にスラスト変位不可能に支持されているよう構成される（好ましい態様８）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、遊星ねじローラがねじ山の噛み合いによりねじ軸及びローラナットに対し相対的に回転する際の摩擦損失は、遊星ねじローラがねじ軸若しくはローラナットに対し相対的に回転することなくねじ軸若しくはローラナットに対し相対的に滑る際の摩擦損失よりも小さいよう構成される（好ましい態様９）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、ねじ軸、遊星ねじローラ、ローラナットはそれぞれ対応する軸線の周りに螺旋状に延在するねじを有し、各ねじのねじ山はそれぞれ対応する軸線に沿う断面で見て左右対称であるよう構成される（好ましい態様１０）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、遊星ねじローラの個数は、ねじ軸及びローラナットの合計の条数を正の整数にて除算した値であるよう構成される（好ましい態様１１）。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施例について詳細に説明する。

図１は電動式ディスクブレーキ装置として構成された本発明による車輌用制動装置の実施例１を示す軸線に沿う断面図である。

図１に於いて、符号１０は車輌用制動装置を全体的に示しており、制動装置１０はキャリパ１２を含んでいる。キャリパ１２は図には示されていない車輪の回転軸線に平行な軸線１４に沿って往復動可能に図には示されていない車体側支持部材により支持されている。キャリパ１２は本体部１２Ａと該本体部と一体をなすアーム部１２Ｂとを有し、本体部１２Ａとアーム部１２Ｂとの間には車輪と共に回転し回転部材側摩擦部材として機能するブレーキディスク１６の外周部が配置されている。ブレーキディスク１６は車輪に一体的に固定されたディスク本体１６Ａと、ディスク本体の外周部に整合して延在するデスクリング１６Ｂと、デスク本体１６Ａとデスクリング１６Ｂとを一体的に接続するゴムの如き弾性材１６Ｃとよりなっている。

ブレーキディスク１６の両側には固定部材側摩擦部材としてのアウタブレーキパッド１８とインナブレーキパッド２０とが軸線１４に整合して配置されている。アウターブレーキパッド１８は金属製のベース部１８Ａにてキャリパ１２のアーム部１２Ｂの先端内面に担持され、ベース部１８Ａに固定された摩擦材１８Ｂにてデスク本体１６Ａに対向している。他方インナブレーキパッド２０は金属製のベース部２０Ａと、該ベース部に固定されデスクリング１６Ｂに対向する摩擦材２０Ｂとよりなっており、軸線１４に沿って往復動する往復動シャフト２２の外端にねじ止めにより取り付けられている。

往復動シャフト２２の外端部はハウジング２４内に収容された遊星式差動ねじ型回転‐直線運動変換装置２６のねじ軸２８を構成しており、ねじ軸２８は雄ねじを有し軸線１４に沿って延在している。ねじ軸２８は同じく軸線１４に沿って延在するローラナット３０に挿通され、ローラナット３０はねじ軸２８よりも大きい軸線方向長さを有している。ハウジング２４は環状の固定部材３２がカシメられることによりキャリパ１２の外端に一体的に固定されている。

ローラナット３０は内周面に雌ねじを有し、ハウジング２４の内面によりボールベアリング３４を介して軸線１４の周りにねじ軸２８に対し相対的に回転可能に支持されている。ボールベアリング３４のアウタレースはハウジング２４のフランジ部とキャリパ１２の本体部１２Ａの端面との間に挾持され、インナレースはローラナット３０の一端に螺合するナット３６によりローラナット３０に固定されている。ローラナット３０の外面には径方向に磁極を有する複数個の永久磁石３８が周方向に等間隔に隔置された状態にて固定されている。

永久磁石３８の周りにてハウジング２４内には径方向に延在する複数個のコア４０が周方向に等間隔に隔置された状態にて配置されている。各コア４０にはコイル４２が巻回されており、永久磁石３８、コア４０、コイル４２は互いに共働してローラナット３０を軸線１４の周りに回転駆動する回転アクチュエータとしての電動機４４を構成している。コア４０はストッパリング４６によりハウジング２４に固定されている。またコイル４２はそのボビン４８が支持部材５０によって支持されることにより支持されており、支持部材５０はハウジング２４の内端に固定されたエンドキャップ５２により支持されている。

ねじ軸２８とローラナット３０との間には雄ねじを有する複数個の遊星ねじローラ５６が配置されており、各遊星ねじローラ５６は軸線１４に平行に延在し、ローラナット３０よりも短い長さを有している。図示の実施例に於いては、遊星ねじローラ５６は９個設けられ、軸線１４の周りに等間隔に互いに周方向に隔置されている。各遊星ねじローラ５６は両端に円柱状のシャフト部を有し、各シャフト部はそれぞれねじ軸２８を囲繞する環状のキャリア５８及び６０により各自の軸線の周りに自転可能に且つ軸線１４の周りに公転可能に且つねじ軸２８に対し相対的にスラスト変位不可能に支持されている。

キャリア５８及び６０はねじ軸２８よりも大きい内径及びローラナット３０よりも小さい外径を有し、ねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に軸線１４の周りに自由に回転可能である。またキャリア５８及び６０は例えば含油金属の如き摩擦係数が低い材料にて形成され、ねじ軸２８の両側にて往復動シャフト２２に螺合するナット６２及び６４により往復動シャフト２２に固定されたストッパリング６６及び６８によりねじ軸２８に対し相対的に軸線方向へ移動しないよう支持されており、これにより後に詳細に説明する如く、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、キャリア５８及び６０は一体的にてローラナット３０に対し相対的に軸線１４に沿って直線変位するようになっている。

ストッパリング６６とキャリパ１２の本体部１２Ａとの間には往復動シャフト２２を囲繞する状態にて圧縮コイルばね７０が弾装されており、これにより圧縮コイルばね７０は往復動シャフト２２を軸線１４に沿ってエンドキャップ５２の方向へ、即ちブレーキディスク１６よりインナブレーキパッド２０を引き離す方向へ付勢する付勢手段として機能する。

ねじ軸２８の内端部には軸線１４に沿って延在する穴が設けられており、該穴には変位センサ７２のシャフト７４が嵌入している。変位センサ７２はそのフランジ部がビス７６によって支持部材５０に固定されることにより支持されており、シャフト７４は軸線１４の周りにねじ軸２８に対し相対回転可能に軸線１４に沿って延在している。図には示されていないが、ねじ軸２８の穴には突起が固定され、シャフト７４には突起を受け入れる螺旋溝が設けられている。ねじ軸２８が軸線１４に沿って直線変位するとシャフト７４が軸線１４の周りに回転し、これにより変位センサ７２はシャフト７４の回転変位量及び回転方向としてねじ軸２８の直線変位量及び変位方向を検出する。

図１には示されていないが、コイル４２及び変位センサ７２の導線はハウジング２４とエンドキャップ５２との間に固定されたパイプ７８を経て制動装置１０外へ延在し、図１には示されていない電源装置及び電子制御装置に接続されている。コイル４２に通電され電動機４４が駆動されることによりローラナット３０が回転されると、後に詳細に説明する如く往復動シャフト２２が軸線１４に沿って直線変位し、これによりアウタブレーキパッド１８がブレーキディスク１６に対し押圧され、ブレーキディスク１６がアウタブレーキパッド１８とインナブレーキパッド２０との間に挾圧されることにより制動力が発生される。

コイル４２への通電による電動機４４の制御は運転者の制動操作量及び変位センサ７２の検出結果に基づいて、また必要に応じて車輌の走行状態に基づいて電子制御装置により行われるが、電動機４４の制御自体は本発明の要旨をなすものではないので、その詳細な説明を省略する。

図示の如く、ローラナット３０の雌ねじ及び遊星ねじローラ５６の雄ねじは同一方向のねじであるのに対し、ねじ軸２８の雄ねじ及び遊星ねじローラ５６の雄ねじは互いに逆方向のねじである。各遊星ねじローラ５６の雄ねじはねじ軸２８の雄ねじ及びローラナット３０の雌ねじに螺合している。特にローラナット３０がねじ軸２８に対し相対的に回転すると、遊星ねじローラ５６は滑ることなくねじ山の噛み合いによりねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転する。

尚「遊星ねじローラ５６が滑ることなくねじ山の噛み合いによりねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転する」ことは、「遊星ねじローラ５６がねじ山の噛み合いによりねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転する際の摩擦損失」が、「遊星ねじローラ５６がねじ軸２８若しくはローラナット３０に対し相対的に回転することなくねじ軸２８若しくはローラナット３０に対し相対的に滑る際の摩擦損失」よりも小さくなるよう、各ねじの間の摩擦係数等との関係にて各ねじのピッチ角等が最適に設定されることにより達成される。

図２はねじ軸２８等のねじのピッチ角（リード角）と遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６の効率との関係を示しており、特に太い実線は正効率（回転運動を直線運動に変換する効率）を示し、太い破線は逆効率（直線運動を回転運動に変換する効率）を示している。また図２は比較例としてボールねじよりも耐荷重性等に優れた台形ねじについて正効率（細い実線）及び逆効率（細い破線）を示している。

図２より解る如く、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６によれば、台形ねじよりも正効率及び逆効率を高くすることができ、広いピッチ角の範囲に亘り正効率及び逆効率を高くすることができ、更には逆効率を正効率よりも低く設定することにより、制動力を保持するために必要な電力を低減することができることが解る。

尚本願発明者が行った実験的研究によれば、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６により回転運動を効率的に直線運動に変換しつつ所要の減衰力を発生するためには、正効率及び逆効率の何れも正であり且つ逆効率は正効率の２０％以下であることが好ましい。従って図示の実施例に於いては、ねじ軸２８等のねじのピッチ角は正効率及び逆効率の何れも正であり且つ逆効率が正効率の２０％以下であるよう設定される。

図３はねじ軸２８の雄ねじを軸線１４に平行な断面にて示す拡大部分断面図である。尚図３に於いて、二点鎖線２８Ａは有効ねじ径の位置を示している。図３に示されている如く、ねじ軸２８の雄ねじは９０度の挾角をなし先端が丸みを帯びた実質的に二等辺三角形のねじ山形状を有し、軸線１４の周りに螺旋状に延在している。またねじ軸２８の雄ねじのねじ山はねじの延在方向に垂直な断面で見て左右対称であるのではなく、軸線１４に沿う断面で見て左右対称であるよう形成されている。更に各ねじ山の斜面は軸線１４に沿う断面で見て半径Ｒsの円弧状をなし、有効ねじ径の位置２８Ａに於ける各ねじ山の斜面の軸線１４に対する傾斜角は４５度である。

またローラナット３０の雌ねじ及び遊星ねじローラ５６の雄ねじもねじ軸２８の雄ねじと同様に形成されており、従ってねじ軸２８の雄ねじと遊星ねじローラ５６の雄ねじ及び遊星ねじローラ５６の雄ねじとローラナット３０の雌ねじは、それらの回転方向及び回転角度の大小に拘らず常にそれぞれ有効ねじ径の径方向位置であって軸線方向に互いにねじピッチ分隔置された複数の位置に於いて互いに実質的に点接触する状況を維持する。

またねじ軸２８の雄ねじ、ローラナット３０の雌ねじ、遊星ねじローラ５６の雄ねじは互いに同一のピッチを有する多条ねじであるが、ローラナット３０が回転されてもねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の何れもスラスト変位しないねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の有効ねじ径及び条数の関係に対し、ねじ軸２８の条数が１増減された条数に設定される。即ちねじ軸２８の差動条数が＋１又は−１に設定される。

即ち、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の有効ねじ径をそれぞれＤs、Ｄp、Ｄnとし、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の条数をそれぞれＮs、Ｎp、Ｎnとすると、ローラナット３０が回転されてもねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の何れもスラスト変位しないねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の有効ねじ径及び条数の関係とはＮs：Ｎp：Ｎn＝Ｄs：Ｄp：Ｄnが成立する関係であり、ねじ軸２８の条数Ｎsがこの関係を満たす値に対し１多い数又は１少ない数に設定され、図示の実施例１に於いては、ねじ軸２８の差動条数が−１に設定されている。

以上の説明より解る如く、ねじ軸２８、ローラナット３０、遊星ねじローラ５６、キャリア５８及び６０は互いに共働して遊星歯車減速機構と同様の減速機構を構成すると共に、ねじ軸２８の差動条数によりローラナット３０及び遊星ねじローラ５６に対し相対的にねじ軸２８を軸線１４に沿ってスラスト変位させる差動ねじ機構を構成している。

図４は実施例１に於ける回転−直線運動変換装置２６の作動原理を示す解図的説明図であり、特に図４（Ａ）は図１の右方より回転−直線運動変換装置２６を見た場合のねじ軸２８、ローラナット３０、遊星ねじローラ５６、キャリア５８及び６０の回転方向を示し、図４（Ｂ）は図１の右斜め上方より回転−直線運動変換装置２６を見た場合についてキャリア５８及び６０を固定してねじ軸２８、ローラナット３０、遊星ねじローラ５６のスラスト移動方向を示している。

図４（Ａ）に示されている如く、ねじ軸２８は回転しないので、ローラナット３０が軸線１４の周りに時計廻り方向へ回転されると、各遊星ねじローラ５６はそれぞれ各自の軸線の周りに時計廻り方向へ自転しつつねじ軸２８の周りに時計廻り方向へ公転し、キャリア５８及び６０は軸線１４の周りに時計廻り方向へ回転する。

図４（Ｂ）に示されている如く、右ねじを有する一つの遊星ねじローラ５６についてキャリア５８及び６０を固定して考えると、遊星ねじローラ５６はその軸線の周りに時計廻り方向へ回転することにより右ねじの締め込み方向へスラスト変位しようとし、これに螺合する左ねじのねじ軸２８は軸線１４の周りに反時計廻り方向へ回転することにより手前側へスラスト変位しようとする。

この場合遊星ねじローラ５６はキャリア５８及び６０によりスラスト変位が阻止されるので、ねじ軸２８は軸線１４の周りに反時計廻り方向へ回転することにより遊星ねじローラ５６に対し相対的にスラスト変位する。従ってローラナット３０が軸線１４の周りに時計廻り方向へ回転されると、ねじ軸２８はその差動条数が−１であるので手前側へスラスト変位し、ローラナット３０が軸線１４の周りに反時計廻り方向へ回転されると、ねじ軸２８は向こう側へスラスト変位する。

尚ねじ軸２８の差動条数が＋１である場合には、ねじ軸２８は上述の場合とは逆方向へ移動する。またローラナット３０の差動条数が＋１の場合に於いて、ローラナット３０が軸線１４の周りに時計廻り方向へ回転されると、ねじ軸２８は手前側へスラスト変位し、ローラナット３０が軸線１４の周りに反時計廻り方向へ回転されると、ねじ軸２８は向こう側へスラスト変位し、ローラナット３０の差動条数が−１である場合にはねじ軸２８は逆方向へスラスト変位する。

遊星ねじローラ５６に対するねじ軸２８の相対的スラスト変位量の大きさは遊星ねじローラ５６の１公転当り１条分、即ちねじのピッチＰであり、ローラナット３０の１回転当りの公転数は「ローラナット３０の有効ねじ径Ｄn」を「ねじ軸２８の有効ねじ径Ｄsとローラナット３０の有効ねじ径Ｄnとの和」にて除算した値であるので、ローラナット３０の１回転当りのねじ軸２８のスラスト変位量の大きさＬsは下記の式１にて表される。
Ｌs＝Ｐ・Ｄn／（Ｄs＋Ｄn） ……（１）

例えば図示の実施例１に於いて、ピッチＰが１mmであり、遊星ねじローラ５６の雄ねじが４条（Ｎp＝４）の右ねじであり、その有効ねじ径が７mmであり、ローラナット３０の雌ねじの有効ねじ径Ｄnが遊星ねじローラ５６の雄ねじの４．５倍の３１．５mmであり、その右ねじの条数Ｎnがねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６が相対的にスラスト変位しない条件４．５×４の１８条であるとすると、ねじ軸２８の雄ねじの有効ねじ径Ｄsは、遊星ねじローラ５６の雄ねじの２．５倍の１７．５mmであり、その左ねじの条数Ｎsはねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６が相対的にスラスト変位しない条件、即ち１条の２．５×４倍より１少ない９条であるとすると、ローラナット３０の１回転当りのねじ軸２８のスラスト変位量の大きさＬsは上記式１より１７．５／４９mmである。

尚図示の実施例１に於ける遊星ねじローラ５６の個数は上述の如く９個であるが、これは上記具体例に於いてねじ軸２８及びローラナット３０の合計の条数２７を正の整数３にて除算した値であり、遊星ねじローラ５６の個数がねじ軸２８及びローラナット３０の合計の条数を正の整数にて除算した値である場合に遊星ねじローラ５６を軸線１４の周りに等間隔にて互いに周方向に隔置された状態に配置することができる。

また図示の実施例１に於いて、ねじ軸２８が軸線１４に沿ってスラスト変位せしめられると、各遊星ねじローラ５６が各自の軸線の周りに自転しつつねじ軸２８の周りに公転し、これによりローラナット３０が軸線１４の周りに回転する。この場合ローラナット３０の回転方向はねじ軸２８のスラスト変位の方向及びねじ軸２８の差動条数が＋１であるか−１であるかにより決定され、何れの場合にもねじ軸２８のスラスト変位の大きさがＬsであるときのローラナット３０の回転角度の大きさθnは下記の式２にて表される。
θn＝（Ｄs＋Ｄn）／（３６０・Ｐ・Ｄn） ……（２）

かくしてねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０は互いに共働して遊星歯車減速機構と同様の減速機能を果たすと共に、ねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６は互いに共働して差動ねじとしての機能を果たし、またねじ軸２８が回転不可能に且つスラスト変位可能に支持され、ローラナット３０が回転可能に且つスラスト変位不可能に支持されているので、回転角度と直線変位量とを一対一に正確に対応させてローラナット３０の回転運動を正確にねじ軸２８の微小な直線運動に正確に変換し、或いはねじ軸２８の直線運動をローラナット３０の大きい回転運動に正確に変換することができる。

従って図示の実施例１によれば、図には示されていない電子制御装置によって電動機４４を制御することにより、往復動シャフト２２をキャリパ１２に対し相対的に正確に軸線１４に沿って直線変位させ、これによりブレーキディスク１６に対するブレーキパッド１８及び２０の押圧力を高精度に制御して車輪の制動力を正確に制御することができる。

また図示の実施例１によれば、回転アクチュエータとしての電動機４４の回転を往復動シャフト２２とキャリパ１２との間の相対的直線運動に変換する回転−直線運動変換装置は、ねじ軸２８と、ねじ軸の周りに配設されねじ軸と螺合する複数個の遊星ねじローラ５６と、ねじ軸及び遊星ねじローラを囲繞し遊星ねじローラと螺合するローラナット３０とを有する遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６であり、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６はボールねじ式の回転−直線運動変換装置に比して耐荷重性や耐衝撃荷重性に優れているので、回転−直線運動変換装置を大型化することなく確実に且つ良好に回転運動と直線運動との間の運動変換を行わせることができ、従って制動装置を円滑に作動させ、その耐久性を向上させることができる。

また図示の実施例１によれば、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６のねじ軸２８等のねじのピッチ角は正効率及び逆効率の何れも正であり且つ逆効率が正効率の２０％以下であるよう設定されるので、電動機４４の回転を効率的に往復動シャフト２２とキャリパ１２との間の相対的直線運動に変換しつつ、電動機４４等の故障時に圧縮コイルばね７０により往復動シャフト２２をブレーキディスク１６より離れる方向へ移動させることができ、従って電動機４４等の故障時に制動力が発生する状態のままになることを確実に防止することができる。

また図示の実施例１によれば、遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置２６に於いては上述の如く遊星歯車機構による減速及び差動ねじ機構による減速の両者により減速が達成され、電動機４４の回転角度に対する往復動シャフト２２とキャリパ１２との間の相対的直線変位の比を小さくすることができるので、回転−直線運動変換装置が例えばボールねじ式の回転−直線運動変換装置である場合に比して、ブレーキディスク１６に対する往復動シャフト２２の相対変位量を正確に制御して制動力を高精度に制御することができ、また電動機４４として例えば高回転且つ低トルク型の小型の電動機を使用することができる。

特に図示の実施例１によれば、ねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６がローラナット３０に対し相対的に直線変位するので、ねじ軸２８は遊星ねじローラ５６及びローラナット３０に対し相対的に直線変位する構成の場合に比して、ねじ軸２８の必要な長さを低減することができる。

また図示の実施例１によれば、ねじ軸２８と共働して遊星ねじローラ５６をねじ軸２８の軸線周りの所定の位置に保持し遊星ねじローラ５６をそれらの軸線の周りに回転可能に支持するキャリア５８及び６０が設けられ、キャリア５８及び６０はねじ軸２８によりねじ軸に対し相対的に回転可能に且つねじ軸に対し相対的にスラスト変位不可能に支持されているので、遊星ねじローラ５６をねじ軸２８の軸線１４の周りの所定の位置に確実に保持すると共に、遊星ねじローラ５６を確実にそれらの軸線の周りに回転可能に支持することができ、これにより遊星ねじローラ５６がねじ軸２８に対し相対的にスラスト変位することを確実に阻止しつつ遊星ねじローラ５６を確実にねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転させ公転させることができる。

また図示の実施例１によれば、遊星ねじローラ５６がねじの歯の噛み合いによりねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転する際の摩擦損失は、遊星ねじローラ５６がねじ軸２８若しくはローラナット３０に対し相対的に回転することなくねじ軸２８若しくはローラナット３０に対し相対的に滑る際の摩擦損失よりも小さいので、ねじ軸２８及びローラナット３０が相対的に回転すると遊星ねじローラ５６が滑ることなくねじ山の噛み合いによりねじ軸２８及びローラナット３０に対し相対的に回転する状況を確実に確保することができる。

また図示の実施例１によれば、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０は互いに螺合するので、優れた耐荷重性能を確保することができ、特にねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０の各ねじ山の斜面は対応する軸線に沿う断面で見て円弧状をなし、それらの回転に拘らず常にそれぞれ有効ねじ径の径方向位置であって軸線方向に互いにねじピッチ分隔置された複数の位置に於いて互いに実質的に点接触する状況を維持するので、回転方向や回転角度の大きさ等に関係なく回転角度と直線変位量とを非常に正確に一対一に対応させて運動の変換を行うことができる。

また図示の実施例１によれば、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０はそれぞれ対応する軸線の周りに螺旋状に延在するねじを有し、各ねじの延在方向に垂直な断面は左右対称であるので、ねじ軸２８、遊星ねじローラ５６、ローラナット３０が互いに共働して確実に遊星歯車減速機構と同様の減速機能を果たす状況を確保することができると共に、ねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６が互いに共働して確実に差動ねじとしての機能を果たす状況を確保することができる。

図５は電動式ディスクブレーキ装置として構成された本発明による車輌用制動装置の実施例２を示す軸線に沿う断面図である。尚図５に於いて図１に示された部材と同一の部材には図１に於いて付された符号と同一の符号が付されている。

この実施例に於いては、ハウジング２４はその外端部にてキャリパ１２の本体部１２Ａに軸線１４に沿って往復動可能に嵌合しており、圧縮コイルばね７０は本体部１２Ａとハウジング２４の外端との間に弾装され、これにより電動機４４はハウジング２４と共にブレーキディスク１６より離れる方向へ付勢されている。尚図５には示されていないがブレーキディスク１６より離れる方向へハウジング２４が本体部１２Ａに対し相対変位することによりハウジング２４が本体部１２Ａより脱落することを防止するストッパが設けられている。

本体部１２Ａには圧縮コイルばね７０と共働して作動解除手段として機能する電磁式のロック装置８０が設けられている。ロック装置８０はハウジング８２により軸線１４に垂直な方向へ往復動可能に支持されたプランジャ８４を含み、ハウジング８２は本体部１２Ａに固定されている。プランジャ８４はハウジング２４が本体部１２Ａに対し図５に示された作動位置にあるときにはハウジング２４の外端外周に設けられた穴８６に嵌入し、ハウジング２４を本体部１２Ａに対し作動位置に保持する。

プランジャ８４は圧縮コイルばね８８によりハウジング２４に対し付勢されており、ハウジング８２内にてプランジャ８４の周りにはコイル９０が巻回にされている。コイル９０は電動機４４等の故障時に通電により励磁され、これにより圧縮コイルばね８８のばね力に抗してプランジャ８４を径方向外方へ駆動して穴８６より引き抜く。かくしてプランジャ８４が駆動されると、圧縮コイルばね７０によりハウジング２４及び電動機４４がブレーキディスク１６より離れる方向へ移動され、これによりブレーキパッド１８及び２０によるブレーキディスク１６に対する押圧が解除され、制動装置１０が非作動位置にもたらされる。

更にねじ軸２８の雄ねじ等のピッチ角は回転‐直線運動変換装置２６の正効率が正であり且つ逆効率が０以下であるよう設定されており、往復動シャフト２２の往復動が回転‐直線運動変換装置２６によりローラーナット３０の回転運動に変換されることはない。この実施例２の他の点は上述の実施例１と同様に構成されており、この実施例２の制動装置は実施例１の制動装置と同様に作動する。

従ってこの実施例２によれば、上述の実施例１の場合と同様の作用効果を得ることができると共に、圧縮コイルばね７０のばね力はブレーキパッドをブレーキディスクに対し押圧する際に抗力とならないので、実施例１の場合に比して電動機の負担を低減し、制動装置の消費電力を低減することができる。

また回転‐直線運動変換装置の正効率が正であり逆効率が０以下であり、ブレーキパッド１８及び２０がブレーキディスク１６を押圧することによる反力により往復動シャフト２２がブレーキディスク１６より離れる方向へ付勢されてもローラナット３０は回転しないので、制動力を保持するために電動機４４に通電する必要がなく、このことによっても制動装置１０の消費電力を低減することができる。

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば上述の各実施例に於いては、キャリア５８及び６０はねじ軸２８によりねじ軸に対し相対的に回転可能に且つねじ軸に対し相対的にスラスト変位不可能に支持され、ねじ軸２８及び遊星ねじローラ５６がローラナット３０に対し相対的に直線変位するようになっているが、キャリア５８及び６０がローラナット３０によりローラナットに対し相対的に回転可能に且つローラナットに対し相対的にスラスト変位不可能に支持され、これによりねじ軸２８のみがローラナット３０及び遊星ねじローラ５６に対し相対的に直線変位するよう構成され、上述の各実施例の場合よりも直線変位する重量が低減されると共にローラナット３０の長さが低減されるよう修正されてもよい。

尚上述の実施例１が上述の如く修正される場合には、往復動シャフト２２に段差部が設けられ、圧縮コイルばね７０はキャリパ１２の本体部１２Ａと往復動シャフト２２の段差部との間に弾装されてよい。

また上述の各実施例に於いては、電動機４４等の故障時に圧縮コイルばね７０により往復動シャフト２２がブレーキディスク１６より離れる方向へ移動されるようになっているが、往復動シャフト２２の移動は圧縮コイルばね７０のばね力に代えて例えば油圧式に行われるよう修正されてもよく、その場合には電動機４４等の故障が解消した段階で制動装置１０を再度作動可能な状態に戻すことができる。また上述の実施例１が上述の如く修正される場合には、圧縮コイルばね７０のばね力に抗して往復動シャフト２２をブレーキディスク１６側へ駆動する必要がないので、電動機４４に必要な駆動トルクを低減し、その消費電力を低減することができる。

また上述の各実施例に於いては、変位センサ７２により軸線１４に沿う往復動シャフト２２の変位量が検出され、これによりブレーキディスク１６に対するブレーキパッド１８及び２０の押圧力が推定され、制動力が制御されるようになっているが、ブレーキディスク１６に対するブレーキパッド１８及び２０の押圧力は例えば往復動シャフト２２の外端とブレーキパッド２０のベース部２０Ａとの間に介装された荷重センサにより検出され、これによりブレーキパッド１８、２０等の経時変化に関係なく制動力が正確に推定されるよう修正されてもよい。

また上述の各実施例に於いては、ねじ軸２８又はローラナット３０の差動条数は＋１又は−１であるが、差動条数は任意に設定されてよく、またねじ軸２８の雄ねじが左ねじであり、遊星ねじローラ５６の雄ねじ及びローラナット３０の雌ねじが右ねじであるが、ねじ軸２８の雄ねじが右ねじに設定され、遊星ねじローラ５６の雄ねじ及びローラナット３０の雌ねじが左ねじに設定されてもよい。

電動式ディスクブレーキ装置として構成された本発明による車輌用制動装置の実施例１を示す軸線に沿う断面図である。（実施例１）図１に示された遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置（太い実線及び破線）及び台形ねじ（細い実線及び破線）についてねじのピッチ角（リード角）と回転−直線運動変換装置の効率との関係を示すグラフである。（実施例１）図１に示された遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置のねじ軸の雄ねじをねじ軸の軸線に平行な断面にて示す拡大部分断面図である。（実施例１）遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の作動原理を示す解図的説明図であり、特に（Ａ）は図１の右方より回転−直線運動変換装置を見た場合のねじ軸、ローラナット、遊星ねじローラ、キャリアの回転方向を示し、（Ｂ）は図１の右斜め上方より回転−直線運動変換装置を見た場合についてキャリアを固定してねじ軸、ローラナット、遊星ねじローラのスラスト移動方向を示している。（実施例１）電動式ディスクブレーキ装置として構成された本発明による車輌用制動装置の実施例２を示す軸線に沿う断面図である。（実施例２）

符号の説明

１０制動装置
１２キャリパ
１６ブレーキディスク
１８、２０ブレーキパッド
２２往復動シャフト
２４ハウジング
２６遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置
２８ねじ軸
３０ローラナット
４４電動機
５６遊星ねじローラ
７０圧縮コイルばね
７２変位センサ
８０ロック装置

Claims

回転アクチュエータと、前記回転アクチュエータの回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換装置とを有し、前記直線運動によって固定部材側摩擦部材を回転部材側摩擦部材に押圧することにより制動力を発生する制動装置に於いて、前記回転−直線運動変換装置はねじ軸と、前記ねじ軸の周りに配設され前記ねじ軸と螺合する複数個の遊星ねじローラと、前記ねじ軸及び前記遊星ねじローラを囲繞し前記遊星ねじローラと螺合するローラナットとを有する遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置であることを特徴とする制動装置。
前記ねじ軸及び前記遊星ねじローラは互いに逆方向のねじにて螺合し、前記遊星ねじローラ及び前記ローラナットは互いに同一方向のねじにて螺合し、前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチは互いに等しく、前記ねじ軸又は前記ローラナットが回転されても前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットの何れもスラスト変位しない前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットの有効ねじ径及び条数の関係に対し、前記ねじ軸又は前記ローラナットの条数が増減されており、前記ねじ軸及び前記ローラナットが相対的に回転すると前記遊星ねじローラは滑ることなくねじ山の噛み合いにより前記ねじ軸及び前記ローラナットに対し相対的に回転することを特徴とする請求項１に記載の制動装置。
前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチ角は前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率及び逆効率が何れも正であり且つ逆効率が正効率よりも小さいよう設定されており、前記固定部材側摩擦部材を前記回転部材側摩擦部材より離れる方向へ付勢する付勢手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制動装置。
前記ねじ軸、前記遊星ねじローラ、前記ローラナットのねじのピッチ角は前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置の正効率が正であり且つ逆効率が０以下であるよう設定されており、前記遊星式差動ねじ型回転−直線運動変換装置を前記固定部材側摩擦部材と共に前記回転部材側摩擦部材より離れる方向へ移動させる作動解除手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の制動装置。