JP2008008334A - ブレーキ用駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モーターの出力を減速機構を介して直線運動に変換してブレーキ摩擦材に伝えるように構成されたブレーキ用駆動装置において、電動モーターで回転力を発生できない事態が生じたときにブレーキ摩擦材を容易に移動可能にする。
【解決手段】ナット部材１４に固定した内歯歯車４５と、この内歯歯車４５に噛み合いながら偏心揺動運動する外歯歯車４７と、外歯歯車４７の動きを制御するクランクピン６０とで偏心揺動型の減速機構１２を構成する。外歯歯車４７に揺動板５５を固定する。揺動板５５に貫通孔を形成する。この貫通孔にクランクピン６０の先端部を挿入してクランクピン６０を外歯歯車４７に係合させる。電動モーター１１の回転力が発生しなくなると、クランクピン６０をコイルバネ６６の付勢力により貫通孔から抜く。これにより、外歯歯車４７を自転可能にして、減速機構１２の作動をキャンセルする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体にブレーキ摩擦材を押し付けて制動力を得る構造のブレーキ機構を駆動するためのブレーキ用駆動装置に関する。

一般に、例えば車両のブレーキ機構として、車輪と一体に回転する回転体としてのブレーキディスクにブレーキ摩擦材を押し付けることで制動力を得るように構成されたものがある。この種のブレーキ機構を作動させるためのブレーキ用駆動装置として、従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、電動モーターを動力源として用いたものが知られている。このブレーキ用駆動装置は、ブレーキ機構に固定されており、電動モーターの回転力により駆動される減速機構と、ブレーキ摩擦材の移動方向に延び該ブレーキ摩擦材をブレーキディスクに対し直線移動させる移動用ネジ部材と、該移動用ネジ部材に螺合し、減速機構から出力される回転力により移動用ネジ部材の中心線周りに回転駆動されるナット部材とを備えている。移動用ネジ部材は、中心線周りに回転しないようにかつ中心線方向には移動可能に装置本体に支持されている。

上記ブレーキ用駆動装置でブレーキ機構を作動させる場合に電動モーターを起動すると、駆動モーターの回転力が減速機構により増大されてナット部材に伝達され、該ナット部材が回転する。ナット部材が回転すると移動用ネジ部材が中心線方向に直線移動する。この移動用ネジ部材の移動方向は、上記電動モーターの回転方向で切り替えられる。これにより、ブレーキ機構が制動状態と解除状態とに切り替えられるようになっている。

この特許文献１のように、電動モーターの回転速度を減速する減速機構を設けることで、電動モーターの出力が小さくてもブレーキ摩擦材を強い力で移動させることができるので、小型かつ軽量な電動モーターを用いてブレーキ用駆動装置を構成できる。
特開２００４−３０８６９５号公報

ところで、上記特許文献１のように電動モーターを動力源として用いたブレーキ用駆動装置では、例えば電動モーターの制御回路が故障した場合や停電した場合のように電力の供給が停止して電動モーターが回転力を発生しなくなる事態が考えられる。電動モーターが回転力を発生しなくなると、電動モーターと移動用ネジ部材との間に減速機構が介在しているので、ブレーキ摩擦材はその直前の状態、即ち、制動状態であればブレーキ摩擦材がブレーキディスクに押し付けられた状態で、解除状態であればブレーキ摩擦材がブレーキディスクから離れた状態で保持されてしまうことになる。

そこで、電動モーターが回転力を発生しなくなった場合の応急処置として、移動用ネジ部材に対してブレーキ摩擦材の移動方向の力を外部から加えることで、ブレーキ用駆動装置をその出力側から強制的に作動させてブレーキ摩擦材を移動させることが考えられる。この移動用ネジ部材に出力側から力を加えた際、ナット部材には出力側からの回転力が付与されることになり、この回転力が減速機構を介して電動モーターの出力軸に作用する。この出力軸が回転することで初めてナット部材が回転して移動用ネジ部材が移動し、このことでブレーキ摩擦材を移動させることが可能になる。

しかしながら、上記のようにして出力側からナット部材を回転させようとしたときには、減速機構が増速機構として作用することになる。つまり、移動用ネジ部材に出力側から加える力を大きなものとして、ナット部材に付与する回転力を減速機構のギヤ比に対応するように増大させなければ、電動モーターの出力軸が回転せず、ブレーキ摩擦材を移動させることができない。このような大きな力を移動用ネジ部材に出力側から加えるのは困難であるため、応急処置としてブレーキ摩擦材を移動させることができない虞れがある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動モーター等からなる回転力発生部の回転力を減速機構により増大させてナット部材に伝達することで移動用ネジ部材を移動させるように構成した場合に、回転力発生部で回転力を発生できない事態が生じたときに、出力側から移動用ネジ部材を容易に移動可能にしてブレーキ摩擦材の移動を許容することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、回転力発生部による回転力が付与されていない状態で減速機構の作動をキャンセルするようにした。

具体的には、請求項１の発明では、ブレーキ摩擦材を回転体に押し付けて制動力を得るように構成されたブレーキ機構に用いられるブレーキ用駆動装置であって、回転力発生部と、上記回転力発生部の回転力が入力される減速機構と、上記ブレーキ摩擦材の移動方向に延びるように形成されるとともにその中心線周りの回転が阻止された状態で駆動装置本体に支持され、該ブレーキ摩擦材に移動方向の力を作用させる移動用ネジ部材と、上記移動用ネジ部材に螺合した状態で上記減速機構から出力される回転力により上記移動用ネジ部材の中心線周りに回転駆動されるナット部材と、上記回転力発生部による回転力が付与されていない状態で上記減速機構の作動をキャンセルするキャンセル機構とを備えている構成とする。

この構成によれば、回転力発生部で回転力が発生している通常時では、回転力発生部の回転力は減速機構により増大されてナット部材に伝達されるので、回転力発生部の出力が小さくても移動用ネジ部材の推進力を高めることが可能になる。一方、回転力発生部が回転力を発生しなくなった場合には、減速機構の作動がキャンセル機構によりキャンセルされて減速効果が得られなくなる。これにより、移動用ネジ部材に出力側から中心線方向の力を加えてナット部材を回転させようとしたときに減速機構が増速機構として作用することはなく、よって、移動用ネジ部材に出力側から加える力が小さくてもナット部材を回転させて該移動用ネジ部材を移動させることが可能になる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、移動用ネジ部材が中心線方向一方に常時付勢されている構成とする。

この構成によれば、回転力発生部の回転力が発生しなくなると、移動用ネジ部材に作用している付勢力によりナット部材を直ちに回転させて移動用ネジ部材を移動させることが可能になる。

請求項３の発明では、請求項１または２の発明において、減速機構は、ナット部材を囲むように該ナット部材に回転一体に設けられた内歯歯車と、該内歯歯車の歯数よりも少ない数の外歯を有するとともに回転力発生部の回転力により駆動されて上記内歯歯車に対して噛み合いながら偏心揺動運動可能に配設された外歯歯車と、駆動装置本体に支持された状態で上記外歯歯車に係合して該外歯歯車を上記内歯歯車に対して偏心揺動運動するように制御するクランク部材とを備え、キャンセル機構は、上記回転力発生部による回転力が付与されていない状態で上記クランク部材を上記外歯歯車から離脱させる構成とする。

この構成によれば、回転力発生部の回転力が外歯歯車に伝わると、該外歯歯車は、クランク部材によりその動きが制御されて自転が阻止され、内歯歯車に対し噛み合いながら偏心揺動運動する。このとき、例えば、外歯歯車の歯数を内歯歯車の歯数よりも１枚だけ少なくしておくと、外歯歯車が１回揺動運動する毎に、内歯歯車は外歯歯車の歯１枚分に相当する回転角度だけ回転することになる。すなわち、減速機構は、歯車の数が少なくても高い減速比が得られる偏心揺動型の減速機構として作動する。

一方、回転力発生部の回転力が発生しなくなると、キャンセル機構によりクランク部材が外歯歯車から離脱するので、外歯歯車の動きが制御されなくなって自転可能となり、減速効果が得られなくなる。よって、移動用ネジ部材に出力側から中心線方向の力を加えると、ナット部材及び内歯歯車と一緒に外歯歯車が等速で自転することになる。これにより、減速機構の減速効果が得られなくなる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、クランク部材はナット部材の中心線方向に移動可能に駆動装置本体に支持され、キャンセル機構は、上記クランク部材を上記ナット部材の中心線方向に移動させることにより、外歯歯車に係合した状態と該外歯歯車から離脱した状態とに切り替える構成とする。

この構成によれば、外歯歯車に係合した状態のクランク部材を中心線方向に移動させることで外歯歯車から離脱させて減速機構の作動をキャンセルすることが可能になる。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、キャンセル機構は、クランク部材を外歯歯車から離脱する方向に付勢する付勢部材を有するとともに、回転力発生部の回転力をナット部材の中心線方向の力に変換して上記クランク部材を上記付勢部材の付勢力に抗して外歯歯車に係合する方向に移動させる構成とする。

この構成によれば、回転力発生部の回転力が発生しなくなると、付勢部材による付勢力によりクランク部材が外歯歯車から離脱して減速機構の作動がキャンセルされる。一方、回転力発生部の回転力が発生すると、この回転力によりクランク部材が移動して外歯歯車に係合し、減速機構が作動するようになる。このように、付勢部材の付勢力と、回転力発生部の回転力とを利用して減速機構の作動状態を切り替えることで、電気的な制御装置を用いる場合に比べて誤作動が起こりにくくなる。

請求項６の発明では、請求項５の発明において、回転力発生部に設けられた出力軸と、上記出力軸と同一中心線上に配置され、該出力軸の回転力を減速機構に伝達する伝達軸と、上記出力軸にその中心線から径方向に離れて一体に回転するように設けられた出力側係合部と、上記伝達軸にその中心線から径方向に離れて一体に回転するようにかつ中心線方向に移動可能に設けられ、上記出力側係合部に係合する伝達側係合部とを備え、クランク部材は、上記伝達側係合部の中心線方向の移動に連動するように配置され、上記出力側係合部と上記伝達側係合部との一方の係合部には、上記出力軸の中心線と交差する方向に傾斜しかつ径方向に延びる傾斜面が形成され、他方の係合部には、上記傾斜面に当接する当接部が形成されている構成とする。

この構成によれば、出力側係合部と伝達側係合部との一方の傾斜面に他方の当接部が当接して両係合部が係合した状態となるので、回転力発生部の回転力が出力軸から伝達軸に伝わる。このとき、上記傾斜面は中心線と交差しているので、回転力が作用した際、当接部が傾斜面上を滑るように相対移動しようとしてスラスト力が発生する。つまり、回転力発生部の回転力が両係合部によりスラスト力に変換され、このスラスト力により伝達側係合部が伝達軸の中心線方向に移動し、これに連動してクランク部材が付勢力に抗して移動し、外歯歯車に係合する。

請求項１の発明によれば、回転力発生部が回転力を発生しなくなった場合に、減速機構の作動をキャンセルできる。これにより、移動用ネジ部材を出力側から小さい力で移動させることができ、よって、ブレーキ摩擦材を容易に移動させることができる。

請求項２の発明によれば、移動用ネジ部材を中心線方向一方に常時付勢するようにしたので、回転力発生部の回転力が発生しなくなったときに、ブレーキ摩擦材を直ちに移動させることができる。

請求項３の発明によれば、減速機構を偏心揺動型としたので、小型でかつ高い減速比を得ることができる。この場合に、回転力発生部が回転力を発生しなくなると、クランク部材を外歯歯車から離脱させることで、減速機構の作動を簡単にキャンセルできる。

請求項４の発明によれば、クランク部材を中心線方向に移動させるだけで、減速機構の作動をキャンセルすることができる。

請求項５の発明によれば、付勢部材の付勢力と回転力発生部の回転力とを利用して減速機構を作動させたり、作動をキャンセルすることができる。これにより、電気的な制御装置を用いる場合に比べて信頼性を高く確保することができる。

請求項６の発明によれば、出力側係合部と伝達側係合部との一方の傾斜面に他方の当接部を当接させて両係合部を係合させるようにしたので、回転力発生部の回転力によりスラスト力を発生させることができ、このスラスト力によりクランク部材を付勢部材の付勢力に抗して移動させて外歯歯車に係合させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るブレーキ用駆動装置１及びこのブレーキ用駆動装置１が取り付けられたブレーキ機構２を示すものである。この実施形態の説明では、ブレーキ用駆動装置１の構造を説明する前に、ブレーキ機構２の構造を説明する。

上記ブレーキ機構２は、車両としての電車（図示せず）に取り付けられるものであり、車輪（図示せず）と一体に回転する回転体としてのブレーキディスク３の両面にブレーキ摩擦材４ａ、４ｂをそれぞれ押し付けることで制動力を得るように構成されている。このブレーキ機構２は、キャリパ本体５を備えている。キャリパ本体５は、枠体６を有しており、この枠体６は、ブレーキディスク３の回転軸方向に延びる一対のスライドピン７により、電車の下部におけるブレーキディスク３近傍の非回転部分に支持されている。つまり、枠体６は、電車の非回転部分に対し回転軸方向に移動可能にフローティング支持されている。

上記枠体６の内方には、一対のブレーキ摩擦材４ａ、４ｂがブレーキディスク３を厚み方向に挟むように配置されている。また、この枠体６の内部には、ブレーキ摩擦材４ａ、４ｂの移動方向に延びる一対の棒材８が配置され、これら棒材８の両端部が枠体６に固定されている。さらに、この枠体６の内部には、棒材８に対し該棒材８の中心線方向にスライド可能に支持された押付部材９が設けられている。押付部材９側のブレーキ摩擦材４ａが該押付部材９によりブレーキディスク３に押し付けられると、その反力により枠体６がスライドピン７に沿って移動し、他方のブレーキ摩擦材４ｂが上記ブレーキ摩擦材４ａとは反対側からブレーキディスク３に押し付けられる。

上記ブレーキ用駆動装置１は、ブレーキ摩擦材４ａ、４ｂの移動方向に延びる筒状のケーシング１０を備えている。ケーシング１０は、駆動装置本体を構成するものであり、このケーシング１０内には、図２に示すように、電動モーター１１、該電動モーター１１の回転力により駆動される減速機構１２、移動用ネジ部材１３、該移動用ネジ部材１３に螺合した状態で減速機構１２から出力される回転力により回転駆動されるナット部材１４及び減速機構１２の作動を所定状態のときにのみキャンセルするキャンセル機構１５とが収容されている。上記減速機構１２及びキャンセル機構１５は、ケーシング１０内のキャリパ本体５側である移動用ネジ部材１３の前進側に収容され、電動モーター１１は、ケーシング１０内のキャリパ本体５と反対側である移動用ネジ部材１３の後退側に収容されている。尚、この実施形態の説明では、移動用ネジ部材１３の前進側を単に「前」といい、後退側を単に「後」というものとする。

上記ケーシング１０は、矩形断面を有するとともにその前後方向に２つに分割されており、上記減速機構１２及びキャンセル機構１５を収容する前側ケーシング構成部材１８と、電動モーター１１を収容する後側ケーシング構成部材１９とで構成されている。

前側ケーシング構成部材１８の前端部には、図１及び図２に示すように、矩形板状の前側蓋部材２０が取り付けられている。後側ケーシング構成部材１９の後端部には、矩形状の支持板２１が取り付けられている。この支持板２１の後面には、矩形板状の後側蓋部材２２が取り付けられている。このケーシング１０の前部が上記キャリパ本体５に固定されている。

上記前側蓋部材２０、前側ケーシング構成部材１８及び後側ケーシング構成部材１９は、４つの角部にそれぞれ配置されたボルト２４によって前後方向に締結されている。また、上記後側蓋部材２２、支持板２１及び後側ケーシング構成部材１９も、同様に配置されたボルト２５によって前後方向に締結されている。これにより、前側蓋部材２０、前側ケーシング構成部材１８、後側ケーシング構成部材１９、支持板２１及び後側蓋部材２２が一体化している。

上記ナット部材１４は、その中心線がケーシング１０の中心線と一致するように配置されている。図２に示すように、ナット部材１４の前端部近傍は、前側蓋部材２０に対しナット部材用前側軸受２７を介して支持され、後端部近傍は、後側蓋部材２２に対しナット部材用後側軸受２８を介して支持されている。これらナット部材用軸受２７、２８は円錐ころ軸受で構成されている。ナット部材１４の内周面には、前端部から後端部に亘ってネジ溝１４ａが形成されている。

上記ナット部材１４の長さはケーシング１０の前後方向の長さよりも長く設定され、該ナット部材１４の前端部は、前側蓋部材２０から突出している。ナット部材１４の前端部には、該ナット部材１４の外周面と前側蓋部材２０との間をシールする前側オイルシール２９が配設され、後端部には、同様に後側オイルシール３０が配設されている。ナット部材１４のナット部材用前側軸受２７よりも後側には、該ナット部材１４の径方向に延出する円形板状の延出部１４ｂが形成されている。延出部１４ｂの外周部には、中心線方向に貫通する複数のボルト挿通孔１４ｃが周方向に間隔をあけて形成されている。このボルト挿通孔１４ｃには、後述の内歯歯車４５を締結するためのボルト４６が挿通するようになっている。

上記移動用ネジ部材１３は、その中心線がケーシング１０の中心線と一致するように配置され、ナット部材１４に螺合した状態で該ナット部材１４を介してケーシング１０に支持されている。移動用ネジ部材１３の長さは、ナット部材１４の長さよりも長く設定されている。図１にも示すように、ナット部材１４に螺合した状態にある移動用ネジ部材１３の前側の約１／３は、該ナット部材１４の前端部から前方へ突出し、また、後端部もナット部材１４の後端部から僅かに後方へ突出している。移動用ネジ部材１３の外周面には、前側約１／３以外の領域に上記ナット部材１４のネジ溝１４ａに螺合するネジ山１３ａが形成されている。この移動用ネジ部材１３は、てい形ネジ軸である。

図１に示すように、上記移動用ネジ部材１３のナット部材１４よりも前側へ突出した部分には、筒状のスペーサ３２が外嵌めされている。このスペーサ３２の外周側には、押付部材９をブレーキディスク３側へ付勢するための皿バネ３３が設けられている。皿バネ３３は円盤を多数重ねてなるものであり、その中心孔３３ａにスペーサ３２が挿通した状態で移動用ねじ部材１３に取り付けられている。皿バネ３３は、移動用ネジ部材１３に取り付けられた状態で、押付部材９と、枠体６のブレーキ用駆動装置１側の内面とに当接している。上記皿バネ３３の付勢力によりブレーキ摩擦材４ａ、４ｂがブレーキディスク３に押し付けられるようになっている。このときのブレーキ摩擦材４ａ、４ｂの押し付け力は、電車を停止させておくのに十分な制動力が得られるように設定されている。

上記移動用ネジ部材１３の前端部には、径方向に貫通するピン挿入孔１３ｂが形成されている。また、押付部材９には、上記ピン挿入孔１３ｂに対応するピン挿入孔（図示せず）が形成されている。上記移動用ネジ部材１３及び押付部材９の両ピン挿入孔１３ｂには、テーパーピン３４が挿入されるようになっている。このテーパーピン３４により、移動用ネジ部材１３と押付部材９とが一体化している。これにより、皿バネ３３の付勢力が、押付部材９を介して移動用ネジ部材１３に対し該ネジ部材１３を前進させる方向に常時作用するようになっている。この皿バネ３３もブレーキ用駆動装置１の構成部材である。

上記移動用ネジ部材１３と押付部材９とがテーパーピン３４で一体化していることにより、移動用ネジ部材１３の中心線周りの回転が阻止された状態となっている。これにより、ナット部材１４が回転したときに、移動用ネジ部材１３が該ナット部材１４と一緒に回転することはない。つまり、ナット部材１４を回転させることで、移動用ネジ部材１３が中心線方向に移動することになる。また、ネジ山１３ａ及びネジ溝１４ａは、移動用ネジ部材１３を後端側から見たときに、ナット部材１４を左方向へ回転させることで移動用ネジ部材１３が前進し、ナット部材１４を右方向へ回転させることで後退するように形成されている。

図２に示すように、上記ナット部材１４の延出部１４ｂよりも後側には、伝達軸３９が配置されている。この伝達軸３９は、図４に示すように、円筒状に形成され、その内方に上記ナット部材１４が挿入されている。伝達軸３９の中心線Ｘと上記ナット部材１４の中心線とは一致している。

上記伝達軸３９は、図２に示すように、ナット部材１４の延出部１４ｂ近傍から中央部近傍まで延びており、ナット部材１４に対し相対回転するようになっている。伝達軸３９の前側には、この伝達軸３９の中心線Ｘから所定量偏心して該中心線Ｘと平行に延びる中心線Ｙを有する前側偏心部３９ａが形成されている。伝達軸３９の後端側は大径に形成され、この大径部分は、伝達軸３９の中心線Ｘに対し前側偏心部３９ａと同じ方向に同じ量だけ偏心した後側偏心部３９ｂとされている。

上記ナット部材１４の伝達軸３９よりも後側には、出力軸４０が配置されている。この出力軸４０は、図３に示すように、円筒状に形成され、その内方にナット部材１４が挿入されている。出力軸４０の中心線は伝達軸３９の中心線Ｘと一致している。上記出力軸４０は、図２に示すように、伝達軸３９の後端部から後方へ離れて配置され、ナット部材用軸受２８の近傍まで延びている。出力軸４０の前端部及び後端部は、出力軸用軸受４２、４２を介して後側ケーシング構成部材１９及び支持板２１にそれぞれ支持されている。これら軸受４２の回転中心は、ナット部材１４の中心線上に位置している。従って、出力軸４０は、ナット部材１４と同軸上で該ナット部材１４に対し相対回転するようになっている。

図２に示すように、上記ナット部材１４の延出部１４ｂの後側には、円環状の内歯歯車４５が取り付けられている。内歯歯車４５の歯数は、４４枚に設定されている。この内歯歯車４５の中心線は、ナット部材１４の中心線と一致している。内歯歯車４５の外径は、延出部１４ｂの外径と略同じに設定され、内周面に内歯が連続して形成されている。内歯歯車４５の前側の面には、図５及び図６に示すように、延出部１４ｂのボルト挿通孔１４ｃよりも内周側が嵌る段部４５ａが形成されている。また、内歯歯車４５の前側の面には、複数のねじ孔４５ｂが上記ボルト挿通孔１４ｃに対応して形成されている。内歯歯車４５のねじ孔４５ｂと延出部１４ｂのボルト挿通孔１４ｃとを一致させた状態で、ボルト挿通孔１４ｃに挿通したボルト４６をねじ孔４５ｂに螺合させることで内歯歯車４５が延出部１４ｂに固定された状態となる。この状態で、内歯歯車４５は、ナット部材１４と同軸上、即ち、伝達軸３９の中心線Ｘ上で該ナット部材１４と一体に回転する。

図２に示すように、上記内歯歯車４５の内方には、該内歯歯車４５に噛み合う小径の外歯歯車４７が配置されている。図７及び図８に示すように、上記外歯歯車４７の中心部には、上記外歯歯車用軸受４８、４８が嵌る軸受嵌入孔４７ａが厚み方向に貫通するように形成されている。外歯歯車４７は、図２に示すように、これら外歯歯車用軸受４８、４８を介して伝達軸３９の前側偏心部３９ａに回転可能に支持されている。この外歯歯車４７の歯数は、４３枚に設定されている。この外歯歯車４７の歯先円直径は、内歯歯車４５の歯先円直径よりも所定長さ小さく設定されている。上記伝達軸３９の前側偏心部３９ａの偏心量は、外歯歯車４７の歯と内歯歯車４５の歯との一部が噛み合い、他は噛み合っていない状態（図２２に示す）となるように設定されている。外歯歯車４７の後側の面には、互いに周方向に間隔あけて設けられた複数のねじ孔４７ｃが開口している。尚、図２の符号５０は、外歯歯車用軸受４８、４８を止めるための止め輪である。また、符号５１、５２は、外歯歯車用軸受４８、４８を位置決めするためのカラーである。

図２に示すように、上記外歯歯車４７の後側には、揺動板５５が配設されている。この揺動板５５は、図１４及び図１５に示すように、リング状をなしている。揺動板５５の内周側には、上記外歯歯車４７のねじ孔４７ｃに対応して複数のボルト挿通孔５５ａが貫通するように形成されている。揺動板５５の後面には、ボルト挿通孔５５ａよりも外周側に環状溝５５ｂが形成されている。また、環状溝５５ｂが形成された部位には、該溝５５ｂの底面に開口する複数の貫通孔５５ｃが周方向に間隔をあけて形成されている。各貫通孔５５ｃは、図１５に示すように、前側へ向かって縮径するテーパー形状とされている。この揺動板５５は、ボルト５６により外歯歯車４７に固定されている。

また、図９及び図１０に示すように、上記前側ケーシング構成部材１８の内面には、内方へ突出するように形成された厚肉板状の環状支持部１８ａが設けられている。この支持部１８ａには、図２に示すように、クランクピン６０を支持するためのクランクピン挿入孔１８ｂが形成されている。

上記クランクピン６０は、図１１及び図１２に示すように、クランクピン挿入孔１８ｂに挿入支持される大径部６０ａと、大径部６０ａの後端部から径方向に延出する板状の延出部６０ｂと、延出部６０ｂの後面から突出する小径部６０ｃとを備えている。大径部６０ａは、図２に示すように、ブッシュ６５に挿入された状態で該ブッシュ６５を介してクランクピン挿入孔１８ｂに回転可能に支持されている。このブッシュ６５は、クランクピン挿入孔１８ｂ内をその中心線方向に摺動するようになっており、ブッシュ６５の摺動によりクランクピン６０が中心線Ｚ（図１１及び図１２にのみ示す）方向、即ち伝達軸３９の中心線Ｘ方向に移動するようになっている。

上記大径部６０ａの前端部には、上記揺動板５５に係合する係合部６０ｄが形成されている。この係合部６０ｄは、大径部６０ａよりも小径の円形断面を有する突起形状をなしている。係合部６０ｄの中心線Ｗ（図１１及び図１２にのみ示す）と大径部６０ａの中心線Ｚとは、前側偏心部３９ａの偏心量と同じだけずれている。この係合部６０ｄは、図２に示すように、揺動板５５の環状溝５５ｂに対応するように位置している。係合部６０ｄの径は、図１３に示すように、環状溝５５ｂの幅よりも若干小さめに設定され、クランクピン６０が中心線Ｚ方向に移動した際に該環状溝５５ｂに挿入されるようになっている。図１１及び図１２に示すように、係合部６０ｄの前端部には、面取り部６０ｅが設けられている。この面取り部６０ｅは、図１３（ａ）に示すように、貫通孔５５ｃの内面に沿うように形成されており、クランクピン６０が中心線方向に移動した際に面取り部６０ｅが環状溝５５ｂから貫通孔５５ｃに入り込むようになっている。これにより、クランクピン６０と揺動板５５、即ち外歯歯車４７とが係合し、該外歯歯車４７の自転が阻止された状態になる。このクランクピン６０は、外歯歯車４７を内歯歯車４５に対して偏心揺動運動するように制御するクランク部材を構成している。また、上記小径部６０ｃは、円柱形状をなしており、その中心線は、上記係合部６０ｄの中心線Ｗ上に位置している。図２及び図１３に示すように、小径部６０ｃの外周面には、ブッシュ６３が嵌め込まれている。

上記大径部６０ａに嵌められたブッシュ６５の後端部には、図１３に示すように、フランジ６５ａが形成されている。このフランジ６５ａと支持部１８ａとの間には、コイルスプリング６６が配設されている。このコイルスプリング６６は、ブッシュ６５を介してクランクピン６０を後方、即ち、面取り部６０ｅが貫通孔５５ｃから抜けて離脱する方向（図１３（ａ）に矢印Ｓで示す）に付勢するように構成されている。

上記伝達軸３９の後側偏心部３９ｂには、図２に示すように、クランクピン６０を大径部６０ａの中心線Ｚ周りに回転駆動するための駆動板６７が軸受６８を介して支持されている。駆動板６７は、リング形状をなしている。図１３に示すように、駆動板６７には、上記クランクピン６０の小径部６０ｃが挿入される小径部挿入孔６７ａが形成されている。この小径部挿入孔６７ａに挿入された小径部６０ｃは、ブッシュ６３を介して駆動板６７に支持され、中心線Ｗ周りに回転可能となっている。また、伝達軸３９の後側偏心部３９ｂの外周面は、駆動板６７の軸受６８が中心線Ｘ方向に摺動するように形成されている。

後側偏心部３９ｂの軸受６８よりも後側には、移動クラッチ部材７０が配設されている。この移動クラッチ部材７０は、図１６及び図１７に示すように、リング形状をなしている。移動クラッチ部材７０の中央部に設けられた貫通孔７０ａは、後側偏心部３９ｂが挿入されるように形成されている。貫通孔７０ａの中心Ｊと移動クラッチ部材７０の中心Ｈとは、後側偏心部３９ｂの偏心量と同じだけずれている。

移動クラッチ部材７０の後面の外周部には、複数のクラッチ爪７０ｂが周方向に間隔をあけて突設されている。クラッチ爪７０ｂは、展開した状態である図１８に示すように、周方向の約３０゜の範囲に亘って長く延びる形状とされ、長手方向両端部は、伝達軸３９の中心線Ｘの径方向に延びるとともに該中心線Ｘと交差する方向に延びる傾斜面７０ｃで構成されている。各クラッチ爪７０ｂの両傾斜面７０ｃ、７０ｃの間の部位は、平坦面で構成されている。

移動クラッチ部材７０は、該移動クラッチ部材７０の中心Ｈが伝達軸３９の中心線Ｘと一致する状態で後側偏心部３９ｂに嵌められてキー７１により結合され、伝達軸３９と一体に回転するようになっている。貫通孔７０ａの中心Ｊと移動クラッチ部材７０の中心Ｈとが後側偏心部３９ｂの偏心量と同じだけずれているので、伝達軸３９の回転により、クラッチ爪７０ｂは伝達軸３９の中心線Ｘ周りに回転するようになる。また、キー７１により結合された状態で、移動クラッチ部材７０は、後側偏心部３９ｂの外周面を中心線Ｘ方向に摺動可能となっている。

上記出力軸４０の前端部には、図２に示すように、固定クラッチ部材７２が配設されている。この固定クラッチ部材７２は、図１９及び図２０に示すように、外径が上記移動クラッチ部材７０の外径と同じリング形状をなしている。固定クラッチ部材７２の中央部に設けられた貫通孔７２ａの中心は、固定クラッチ部材７２の中心と一致しており、従って、出力軸４０の中心線上に位置している。固定クラッチ部材７２は、出力軸４０に嵌められてキー７３により結合され、出力軸４０と一体に回転するようになっている。この固定クラッチ部材７２は、出力軸４０の中心線方向には移動しない。固定クラッチ部材７２には、上記移動クラッチ部材７０のクラッチ爪７０ｂと同じ形状のクラッチ爪７２ｂが図２１に示すように該クラッチ爪７０ｂと対向するように形成されている。

上記コイルスプリング６６の付勢力はクランクピン６０を介して駆動板６７、軸受６８及び移動クラッチ部材７０に伝わり、移動クラッチ部材７０が固定クラッチ部材７２に押し付けられるようになっている。これにより、図２や図２１に示すように、上記固定クラッチ部材７２のクラッチ爪７２ｂの傾斜面７２ｃが、移動クラッチ部材７０の傾斜面７０ｃに当接して噛み合い、両クラッチ部材７０、７２が係合して回転力の伝達が可能な状態となる。

上記クラッチ爪７０ｂが本発明の伝達側係合部であり、クラッチ爪７２ｂが本発明の出力側係合部である。また、クラッチ爪７０ｂの傾斜面７０ｃが本発明の傾斜面であり、クラッチ爪７２ｂの傾斜面７２ｃが本発明の当接部である。

上記電動モーター１１は、いわゆるフレームレス型のサーボモーターであり、ローター１１ａ及びステータ１１ｂを備えている。ローター１１ａの内周面が上記出力軸４０の外周面に接着されている。ステータ１１ｂの外周面が上記後側ケーシング構成部材１９の内周面に接着されている。この電動モーター１１が本発明の回転力発生部を構成している。

上記電動モーター１１は、図示しないが、ケーシング１０の外部に設けられた周知のサーボ制御装置により、正転及び逆転の切り替えや、回転角度が制御されるようになっている。

上記ケーシング１０の後端部には、出力軸４０の回転量を検出するためのロータリエンコーダ（図示せず）が取り付けられるようになっている。このロータリエンコーダは、上記サーボ制御装置に接続されている。

次に、上記のように構成されたブレーキ機構２及びブレーキ用駆動装置１の動作について説明する。まず、図１に示す制動状態にあるブレーキ機構２を解除状態にする場合には、サーボ制御装置は、電動モーター１１に対しローター１１ａを右方向へ回転させるように電力を供給する。電動モーター１１の回転力を受けた出力軸４０が右方向へ回転すると、固定クラッチ部材７２が右方向に回転し始め、このとき、両クラッチ部材７０、７２の接触面である傾斜面７０ｃ、７２ｃが中心線Ｘと交差する方向に傾斜しているので、スラスト力が発生する。このスラスト力により移動クラッチ部材７０は、軸受６８、駆動板６７及びクランクピン６０と共にコイルスプリング６６の付勢力に抗して前進した状態となる。これにより、図２及び図１３に示すように、クランクピン６０の面取り部６０ｅが貫通孔５５ｃに挿入されてクランクピン６０が外歯歯車４７と係合した状態となる。

このとき、貫通孔５５ｃの内周面はテーパー面となっているため、上記クランクピン６０の面取り部６０ｅが貫通孔５５ｃの内周面に当接して、それ以上前進しなくなり、移動クラッチ部材７０と固定クラッチ部材７２とは傾斜面７０ｃ、７２ｃが接触した状態で保たれる。これにより、出力軸４０の回転力が伝達軸３９に伝わり、該伝達軸３９が回転する。この伝達軸３９が回転すると、駆動板６７は、後側偏心部３９ｂによって偏心揺動運動し、クランクピン６０の小径部６０ｃを大径部６０ａの中心線Ｚ周りに回転駆動し、クランクピン６０が支持部１８ａに支持された状態で大径部６０ａの中心線Ｚ周りに回転する。

一方、外歯歯車４７には上記のようにクランクピン６０が係合しているので、外歯歯車４７は、自転が阻止された状態となっており、前側偏心部３９ａの回転によって、図２２の（ａ）から（ｃ）に順に示すように、内歯歯車４５と噛み合いながら中心線Ｘ周りに偏心揺動運動する。このとき、駆動側である外歯歯車４７の歯数が内歯歯車４５よりも１枚少ないので、外歯歯車４７の１回の揺動運動により、従動側である内歯歯車４５が歯１枚分に相当する角度だけ右方向に回る。つまり、この実施形態では、内歯歯車４５の歯数が４４枚であるため、外歯歯車４７が４４回転すると内歯歯車４５が１回転することになり、１：４４という高い減速比が得られ、電動モーター１１の回転力が増大されてナット部材１４に伝達される。

このナット部材１４が右方向に回転されることで、移動用ネジ部材１３が皿バネ３３の付勢力に抗して後退してブレーキ摩擦材４ａ、４ｂがブレーキディスク３から離れ、解除状態になる。このように、通常の走行時には電動モーター１１へ常に電流を流しておき、解除状態で保持しておく。

一方、停電した場合や電動モーター１１の制御回路が故障した場合のように電動モーター１１の回転力が発生しない事態が生じた場合には、安全を確保するために、この電車ではブレーキ機構２を制動状態にする。電動モーター１１の回転力が発生しなくなると、出力軸４０に電動モーター１１からの力が作用しない状態になる。

このとき、図２１に白抜きの矢印で示すように、コイルスプリング６６の付勢力により、上記移動クラッチ部材７０の傾斜面７０ｃが、固定クラッチ部材７２の傾斜面７２ｃを後側へ押す。これら傾斜面７０ｃ、７２ｃが中心線Ｘに交差する方向に延びているので、コイルスプリング６６の付勢力が出力軸４０を回転させる力（方向を同図に矢印Ｐに示す）となり、該出力軸４０が矢印Ｐ方向に回転し始めるとともに、傾斜面７０ｃが白抜きの矢印の方向に移動し、これにより、図１３（ｂ）に示すように、移動クラッチ部材７０、軸受６８、駆動板６７及びクランクピン６０が後退する。その結果、クランクピン６０の面取り部６０ｅが揺動板５５の貫通孔５５ｃから抜けて離脱する。クランクピン６０の後退量は、移動クラッチ部材７０のクラッチ爪７０ｂ先端面が固定クラッチ部材７２に接触するまでとされており、具体的には、面取り部６０ｅが環状溝５５ｂの底面から僅かに離れた状態で該溝５５ｂ内に留まる量とされている。このようにしてクランクピン６０が外歯歯車４７から離脱すると、外歯歯車４７は自転可能な状態となる。つまり、クランクピン６０は、移動クラッチ部材７０の中心線Ｘ方向の移動に連動するように配置されている。

一方、移動用ネジ部材１３は皿バネ３３により前進方向へ付勢されているので前進しようとし、ナット部材１４及び内歯歯車４５には左方向の回転力が作用する。この出力側からの回転力は外歯歯車４７に伝達される。この外歯歯車４７は、上記のようにクランクピン６０と係合していないので、ナット部材１４及び内歯歯車４５と一体に左方向に自転する。これにより、減速機構１２の減速効果が得られなくなってギヤ比が１：１となり、減速機構１２の作動がキャンセルされた状態となる。本発明のキャンセル機構１５は、揺動板５５、クランクピン６０、コイルスプリング６６移動クラッチ部材７０及び固定クラッチ部材７２で構成されている。

上記のように減速機構１２の作動がキャンセルされたことで、出力側からナット部材１４を回転させようとしたときに減速機構１２が増速機として作用するのが回避される。これにより、ナット部材１４を皿バネ３３の付勢力のみで容易に左回転させることが可能になり、移動用ネジ部材１３を前進させてブレーキ摩擦材４ａ、４ｂをブレーキディスク３に押し付けることが可能になる。

以上説明したように、この実施形態に係るブレーキ用駆動装置１によれば、電動モーター１１の回転力を減速機構１２により増大させてナット部材１４に伝達するようにしたので、電動モーター１１の小型化及び軽量化を図ることができる。そして、電動モーター１１の回転力が付与されていない状態では、減速機構１２の作動をキャンセルできるので、移動用ネジ部材１３を出力側から容易に移動でき、よって、ブレーキ摩擦材４ａ、４ｂを移動させることができる。

また、移動用ネジ部材１３を皿バネ３３により常時付勢しているので、電動モーター１１の回転力が発生しなくなったときに、ブレーキ摩擦材４ａ、４ｂを直ちに移動させて制動力を得ることができ、電車の安全性を高めることができる。

また、減速機構１２を偏心揺動型とし、電動モーター１１が回転力を発生しなくなると、クランクピン６０を移動させて外歯歯車４７から離脱させるようにしたので、減速機構１２の作動を簡単にキャンセルできる。

また、コイルスプリング６６の付勢力と電動モーター１１の回転力とを利用して、減速機構１２を作動させたり、その作動をキャンセルすることができる。これにより、電気的な制御装置を用いる場合に比べて誤作動の発生を抑制することができ、信頼性を高く確保することができる。

また、移動用ネジ部材１３を中心線方向に付勢する付勢部材は、皿バネ３３以外の付勢部材を用いるようにしてもよい。

また、内歯歯車４５及び外歯歯車４７の歯数は、上記した歯数以外にも任意に設定することが可能である。

また、この実施形態では、移動用ネジ部材１３を皿バネ３３で前進方向に付勢するようにしているが、これに限らず、移動用ネジ部材１３を後退方向に付勢するようにしてもよい。この場合は、電動モーター１１の回転力により移動用ネジ部材１３を前進させてブレーキ摩擦材４ａ、４ｂをブレーキディスク３に押し付け、一方、電動モーター１１の回転力が付与されていない状態で、移動用ネジ部材１３が後退してブレーキ機構２が解除状態となる。

また、この実施形態では、本発明を電車のブレーキ機構２に適用した場合について説明したが、本発明は、回転体にブレーキ摩擦材４ａ、４ｂを押し付けることで制動力を得るように構成されたブレーキ機構を搭載する自動車等にも適用することができる。

また、１つのブレーキ用駆動装置１で多数のブレーキ摩擦材を移動させるようにしてもよい。また、１つのキャリパ本体５に複数のブレーキ用駆動装置１を固定するようにしてもよい。

また、この実施形態では、回転力発生部を電動モーター１１で構成しているが、これに限らず、回転力発生部は、油圧モーターや空気圧モーターで構成してもよい。

以上説明したように、本発明に係るブレーキ用駆動装置は、例えば、電車等の車両用のブレーキ機構を駆動するのに適している。

本発明の実施形態に係るブレーキ用駆動装置及びブレーキ機構の部分断面を示す側面図である。 ブレーキ用駆動装置の断面図である。 出力軸の断面図である。 伝達軸の断面図である。 内歯歯車を前側から見た図である。 図５のＡ−Ａ線における断面図である。 外歯歯車を後側から見た図である。 図７のＢ−Ｂ線における断面図である。 前側ケーシング構成部材を前側から見た図である。 図９のＣ−Ｃ線における断面図である。 クランクピンの側面図である。 クランクピンを前方から見た図である。 ブレーキ用駆動装置のクランクピン近傍の拡大図であり、（ａ）は、クランクピンが外歯歯車に係合した状態を示し、（ｂ）は、クランクピンが外歯歯車から離脱した状態を示している。 揺動板を後側から見た図である。 図１４のＤ−Ｄ線における断面図である。 移動クラッチ部材を後側から見た図である。 図１６のＥ−Ｅ線における断面図である。 移動クラッチ部材の周縁部を展開して示す図である。 固定クラッチ部材を前側から見た図である。 図１９のＦ−Ｆ線における断面図である。 クラッチ爪の噛み合い状態を示す図１８相当図である。 外歯歯車の偏心揺動運動を説明する図である。

符号の説明

１ ブレーキ用駆動装置
２ ブレーキ機構
３ ブレーキディスク（回転体）
４ａ、４ｂ ブレーキ摩擦材
１０ ケーシング（駆動装置本体）
１１ 電動モーター（回転力発生部）
１２ 減速機構
１３ 移動用ネジ部材
１４ ナット部材
１５ キャンセル機構
３３ 皿バネ
３９ 伝達軸
４０ 出力軸
４５ 内歯歯車
４７ 外歯歯
６０ クランクピン（クランク部材）
７０ 移動クラッチ部材
７０ｂ クラッチ爪（伝達側係合部）
７０ｃ 傾斜面
７２ 固定クラッチ部材
７２ｂ クラッチ爪（出力側係合部）
７２ｃ 傾斜面（当接部）

Claims (6)

1. ブレーキ摩擦材を回転体に押し付けて制動力を得るように構成されたブレーキ機構に用いられるブレーキ用駆動装置であって、
   回転力発生部と、
   上記回転力発生部の回転力が入力される減速機構と、
   上記ブレーキ摩擦材の移動方向に延びるように形成されるとともにその中心線周りの回転が阻止された状態で駆動装置本体に支持され、該ブレーキ摩擦材に移動方向の力を作用させる移動用ネジ部材と、
   上記移動用ネジ部材に螺合した状態で上記減速機構から出力される回転力により上記移動用ネジ部材の中心線周りに回転駆動されるナット部材と、
   上記回転力発生部による回転力が付与されていない状態で上記減速機構の作動をキャンセルするキャンセル機構とを備えていることを特徴とするブレーキ用駆動装置。
2. 請求項１に記載のブレーキ用駆動装置において、
   移動用ネジ部材が中心線方向一方に常時付勢されていることを特徴とするブレーキ用駆動装置。
3. 請求項１または２に記載のブレーキ用駆動装置において、
   減速機構は、ナット部材を囲むように該ナット部材に回転一体に設けられた内歯歯車と、該内歯歯車の歯数よりも少ない数の外歯を有するとともに回転力発生部の回転力により駆動されて上記内歯歯車に対して噛み合いながら偏心揺動運動可能に配設された外歯歯車と、駆動装置本体に支持された状態で上記外歯歯車に係合して該外歯歯車を上記内歯歯車に対して偏心揺動運動するように制御するクランク部材とを備え、
   キャンセル機構は、上記回転力発生部による回転力が付与されていない状態で上記クランク部材を上記外歯歯車から離脱させることを特徴とするブレーキ用駆動装置。
4. 請求項３に記載のブレーキ用駆動装置において、
   クランク部材はナット部材の中心線方向に移動可能に駆動装置本体に支持され、
   キャンセル機構は、上記クランク部材を上記ナット部材の中心線方向に移動させることにより、外歯歯車に係合した状態と該外歯歯車から離脱した状態とに切り替えることを特徴とするブレーキ用駆動装置。
5. 請求項４に記載のブレーキ用駆動装置において、
   キャンセル機構は、クランク部材を外歯歯車から離脱する方向に付勢する付勢部材を有するとともに、回転力発生部の回転力をナット部材の中心線方向の力に変換して上記クランク部材を上記付勢部材の付勢力に抗して外歯歯車に係合する方向に移動させることを特徴とするブレーキ用駆動装置。
6. 請求項５に記載のブレーキ用駆動装置において、
   回転力発生部に設けられた出力軸と、
   上記出力軸と同一中心線上に配置され、該出力軸の回転力を減速機構に伝達する伝達軸と、
   上記出力軸にその中心線から径方向に離れて一体に回転するように設けられた出力側係合部と、
   上記伝達軸にその中心線から径方向に離れて一体に回転するようにかつ中心線方向に移動可能に設けられ、上記出力側係合部に係合する伝達側係合部とを備え、
   クランク部材は、上記伝達側係合部の中心線方向の移動に連動するように配置され、
   上記出力側係合部と上記伝達側係合部との一方の係合部には、上記出力軸の中心線と交差する方向に傾斜しかつ径方向に延びる傾斜面が形成され、他方の係合部には、上記傾斜面に当接する当接部が形成されていることを特徴とするブレーキ用駆動装置。

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