JP2008157379A - 電動ディスクブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】電動ディスクブレーキにおいて、ブレーキパッドの摩耗に対してキャリパの重心位置の変化を小さくする。
【解決手段】電動モータ３９のロータ４８の回転を差動減速機構２０によって減速してボールランプ機構１９を駆動し、ブレーキパッド４、５をディスクロータに押圧して制動力を発生させる。ブレーキパッド４、５が摩耗したとき、キャリパ本体８がディスクロータ２から離れる方向に移動するのに対して、差動減速機構２０及びボールランプ機構１９を含むピストンユニット９がブレーキパッド５の摩耗に追従してディスクロータ２に向かって移動するため、電動キャリパ７の重心位置の変化が小さくなるので、バネ下の振動等によって生じるキャリア３による支持部に作用する曲げモーメントの増大が小さくなり、ラトル音や引き摺り、ブレーキパッドの偏摩耗等の発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータによってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキに関するものである。

電動ディスクブレーキとして、電動モータのロータの回転運動をボールねじ機構、ボールランプ機構等の回転−直動変換機構を用いてピストンの直線運動に変換し、ブレーキパッドをディスクロータに押圧させることにより、制動力を発生させるものが知られている。電動ディスクブレーキは、運転者のブレーキペダル踏力（又は変位量）をセンサによって検出し、制御装置によって、この検出値に基づいて電動モータの回転を制御することより、所望の制動力を発生させることができる。

回転−直動変換機構として、ボールねじ機構等に比して直動ストロークが小さいボールランプ機構を用いた電動ディスクブレーキでは、ブレーキパッドの摩耗に対して、作動ストロークが不足するため、ブレーキパッドの摩耗に対してボールランプ機構を追従させる必要がある。そこで、例えば特許文献１に記載された電動ディスクブレーキでは、ブレーキパッドが摩耗してピストンとの間に隙間が生じたとき、ボールランプ機構の直動ディスクを回転させ、直動ディスクとピストンとの間の調整ねじによってピストンを前進させて、ブレーキパッドの摩耗に追従させるようにしている。これにより、ブレーキパッドが摩耗した場合でも、ボールランプ機構のストロークによらず、パッドクリアランスを常に一定に維持することができる。
特開２００３−２９４０６７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された電動ディスクブレーキでは、次のような問題がある。ブレーキパッドの摩耗調整を行う際、ピストンと共に調整ねじのみがディスクロータ側へ前進し、差動減速機構、ボールランプ機構及び電動モータは前進しない。このため、爪部を含むキャリパの重心位置は、ほぼ爪部側のブレーキパッドの摩耗分だけディスクロータから離れる方向に移動することになる。その結果、電動ディスクブレーキの支持部に作用する曲げモーメントが増大して、ラトル音やスライドピンの摺動性低下による引き摺り、ブレーキパッドの偏摩耗等の原因となるという問題を生じる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ブレーキパッドの摩耗に対してキャリパの重心位置の変化を小さくすることができる電動ディスクブレーキを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、キャリパ本体に、電動モータと、該電動モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する回転−直動変換機構とが設けられ、該回転−直動変換機構によって押圧部材を介してブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させるキャリパ浮動型の電動ディスクブレーキにおいて、
前記減速機構及び前記回転−直動変換機構が前記押圧部材に組込まれて一体化された押圧ユニットが形成されており、前記ブレーキパッドの摩耗時には、前記押圧ユニットが前記ブレーキパッドの摩耗に追従して前記電動モータから離れる方向に移動することを特徴とする。
請求項２の発明に係る電動ディスクブレーキは、上記請求項１の構成において、前記押圧ユニットには、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて非制動時における前記ブレーキパッドの前記ディスクロータに対する位置を一定に調整するパッド摩耗補償機構を備えていることを特徴とする。
請求項３の発明に係る電動ディスクブレーキは、上記請求項１又は２の構成において、前記電動モータと前記減速機構との間で回転力を伝達する回転軸は、前記電動モータ又は前記減速機構に対して軸方向に移動可能に連結されていることを特徴とする。
請求項４の発明に係る電動ディスクブレーキは、上記請求項３の構成において、前記回転軸は、前記押圧ユニットから突出されて、前記電動モータに軸方向に移動可能に連結されていることを特徴とする。
請求項５の発明に係る電動ディスクブレーキは、上記請求項３の構成において、前記回転軸は、前記電動モータから突出されて、前記減速機構に移動可能に連結されていることを特徴とする。

請求項１の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドが摩耗したとき、キャリパ本体がブレーキパッドの摩耗に対してディスクロータから離れる方向に移動するのに対して、減速機構及び回転−直動変換機構を含む押圧ユニットがブレーキパッドの摩耗に追従してディスクロータに向かって移動するため、重心位置の変化が小さいので、バネ下の振動等によって生じるキャリパ本体の支持部に作用する曲げモーメントの増大が小さくなり、ラトル音や引き摺り、ブレーキパッドの偏摩耗等の発生を防止することができる。
請求項２の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの摩耗に対して、パッドクリアランスを一定に調整することができる。
請求項３の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの摩耗に対して、回転軸が電動モータ又は減速機構に対して軸方向に移動することによって、押圧ユニットがブレーキパッドの摩耗に追従できるようにする。
請求項４の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの摩耗に対して、回転軸が電動モータに対して軸方向に移動することによって、押圧ユニットがブレーキパッドの摩耗に追従できるようにする。
請求項５の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、ブレーキパッドの摩耗に対して、回転軸が減速機構に対して軸方向に移動することによって、押圧ユニットがブレーキパッドの摩耗に追従できるようにする。

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。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図８を参照して説明する。図１乃至図４に示すように、本実施形態に係る電動ディスクブレーキ１は、キャリパ浮動型ディスクブレーキであって、車輪と共に回転するディスクロータ２と、サスペンション部材等の車体側の非回転部分（図示せず）に固定されるキャリア３と、ディスクロータ２の両側に配置されてキャリア３によって支持される一対のブレーキパッド４、５と、ディスクロータ２を跨ぐように配置されて一対のスライドピン６、６によって、キャリア３の一対のアーム部３Ａ、３Ａに、ディスクロータ２の軸方向に沿って移動可能に支持された電動キャリパ７とを備えている。そして、電動キャリパ７は、キャリパ本体８と、ピストンユニット９（押圧ユニット）と、モータ／制御装置ユニット１０とで構成されている。

キャリパ本体８には、一端がディスクロータ２の一側に対向して開口する貫通穴からなる円筒状のシリンダ部１１と、シリンダ部１１からディスクロータ２を跨いで反対側へ延びる爪部１２と、シリンダ部１１からほぼ直径方向に延びて一対のスライドピン６、６がそれぞれ取付けられる一対のボス部１３とが一体に形成されている。シリンダ部１１の内周面には、ピストンユニット９のピストン１４が摺動可能に嵌合される案内ボア１５とピストンユニット９に取付けられた調整スクリュ１６の雄ねじ１７が螺合される雌ねじ１８とが形成されている。

ピストンユニット９は、図５に示すように、有底円筒状のピストン１４と、ピストン１４の内部に収容されたボールランプ機構１９（回転−直動変換機構）及び差動減速機構２０（減速機構）と、パッド摩耗補償機構２１とを一体化（ユニット化）したものである。ピストン１４は、キャリパ本体８の案内ボア１５に摺動可能に嵌合されて一方のブレーキパッド５に当接し、ピン５Ａによって回り止めされている。ピストン１４と案内ボア１５との間は、ダストシール２２及びシールリング２３によってシールされている。

ボールランプ機構１９は、ピストン１４の底面に対して、固定された直動ディスク２４と、回転及び軸方向に移動可能な回転ディスク２５と、これらの互いの対向面に形成されたボール溝２６、２７（傾斜溝）間に装入されたボール２８（転動体）とを備えている。回転ディスク２５は、バネ２９によって直動ディスク２４側へ常時付勢されている。そして、直動ディスク２４と回転ディスク２５とを相対回転させると、傾斜されたボール溝２６、２７間でボール２８が転動することにより、直動ディスク２４と回転ディスク２５とが回転角度に応じて軸方向に相対移動する。これにより、回転運動を直線運動に変換することができる。

差動減速機構２０は、回転軸３０と、回転軸３０の偏心部３１にベアリング３１Ａ、３１Ｂによって回転可能に嵌合されて２つの外歯３２Ａ、３２Ｂを有するリング状の外歯車部材３２と、ボールランプ機構１９の回転ディスク２５に形成されて外歯車部材３２の一方の外歯３２Ａに噛合う内歯３３と、回転軸３０に対してベアリング３５Ａによって回転可能に支持されて外歯車部材３２の他方の外歯３２Ｂに噛合う内歯３４を有する回転部材３５とを備えている。回転軸３０の一端部には、回転ディスク２５がベアリング２５Ａによって回転可能に支持されている。回転軸３０の他端部側は、ピストンユニット９から突出してモータユニット１０内へ延ばされており、その先端部に外側スプライン３６が形成されている。

回転部材３５は、一端部がボールスラストベアリング３７を介して回転ディスク２５の端部に当接しており、バネ２９によって回転ディスク２５に押付けられて回転ディスク２５を直動ディスク２４側へ付勢している。外歯３２Ａと内歯３３とが互いに噛合う外歯車部材３２と回転ディスク２５との中心距離及び外歯３２Ｂと内歯３４とが互いに噛合う外歯車部材３２と回転部材３５との中心距離は、１つの回転軸３０によって決定されるので、これらの位置決め精度を高めることができる。また、これらの歯車の噛合いによる反力により、回転ディスク２５及び回転部材３５に対して横力が加わるが、バネ２９の付勢力及び回転ディスク２５に伝達されるブレーキパッド５からの反力によって回転ディスク２５及び回転部材３５の倒れを防止すると共に、がたつきを解消して振動及び騒音の発生を防止することができる。

そして、回転軸３０を回転させて外歯車部材３２を公転させることにより、外歯車部材３２の外歯３２Ａに噛合う内歯３３を有する回転ディスク２５と外歯３２Ｂに噛合う内歯３４を有する回転部材３５とが差動回転し、これらの一方を固定することによって他方を所定の減速比で減速して回転させることができる。なお、差動減速機構２０の外歯３２Ａと外歯３２Ｂの歯数を同数にすることにより、外歯３２Ａと外歯３２Ｂとを一体として機械加工することができ、製造コストを低減することができる。

パッド摩耗補償機構２１は、ボールランプ機構１９の直動ディスク２４と回転ディスク２５との間に装着されたリミッタ３８と、差動減速機構２０の回転部材３５に結合された調整スクリュ１６と、回転部材３５に結合されたカップ３８Ｂと、ピストン１４とカップ３８Ｂとの間に介装されたウエーブワッシャ３８Ａとを備えている。図６に示すように、リミッタ３８は、直動ディスク２４と回転ディスク２５とを一定の範囲内で相対回転を許容し、回転ディスクが一定の遊びの分だけ回転して、回転ディスク２５に形成された突起部２５Ｂが捩りバネであるコイルスプリング３８Ｃ（バネ手段）の一端に取付けられた当接部３８Ｄに当接した後は、回転ディスク２５の回転に対してコイルスプリング３８Ｃによる戻し方向のバネ力が付与されるようになっている。調整スクリュ１６は、外周部に雄ねじ１７（台形ねじ）が形成され、この雄ねじ１７がキャリパ本体８のシリンダ部１１の内周部に形成された雌ねじ１８（台形ねじ）に螺合されている。これにより、差動減速機構２０を構成する回転部材３５のシリンダ部１１への連結は、パッド摩耗補償機構２１の調整スクリュ１６と兼用することができ、部品点数及び加工部の削減が可能になる。調整スクリュ１６は、回転部材３５と共にウエーブワッシャ３８Ａによって回転に対して一定の保持力をもって保持されており、この保持力に抗して回転させることにより、雄ねじ１７及び雌ねじ１８の相対回転によって軸方向に移動させることができる。また、調整スクリュ１６は、回転ディスク２５からの反力をスラストベアリング３７及び回転部材３５を介して受けて、雄ねじ１７及び雌ねじ１８を介してキャリパ本体８へ伝達する。

モータユニット１０は、モータ３９と、モータ３９の回転位置を検出するレゾルバ４０と、モータ３９の回転位置を保持するための駐車ブレーキ機構４１と一体化したものである。モータ３９は、キャリパ本体８の端部に結合されるベースプレート４３に取付けられてピストンユニット９の調整スクリュ１６に挿入される円筒状のモータケース４４を備え、モータケース４４の内周部にコイル等からなるモータステータ４５が固定されている。モータケース４４は、有底円筒状のモータケース本体４４Ａとその開口を閉じるモータケース蓋４４Ｂとからなり、モータケース本体４４Ａとモータケース蓋４４Ｂとに設けられた開口部に軸受４６、４７が取付けられ、これらの軸受４６、４７によって円筒状のモータロータ４８が回転可能に支持されている。モータケース４４は、キャリパ本体８のシリンダ部１１の内周に当接して径方向に支持されている。モータロータ４８の内周部には、ピストンユニット９の回転軸３０の外側スプライン３６に係合する内側スプライン４９が形成されており、モータロータ４８と回転軸３０との間で回転力を伝達するとともに、これらが軸方向に相対移動できるようになっている。

レゾルバ４０は、ベースプレート４３に固定されたレゾルバステータ５０と、ベースプレート４３に挿通されたモータロータ４８の先端部に取付けられてレゾルバステータ５０の内周に位置するレゾルバロータ５１とを備えており、これらの相対回転によってモータロータ４８の回転位置を表す電気信号を出力するようになっている。また、駐車ブレーキ機構４１は、電動アクチュエータによってロック機構（図示せず）を作動させてロータ４８の回転をロックするものである。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
制動時には、運転車のブレーキ操作に基づいてコントローラ（図示せず）からモータ３９へ制御電流を供給してモータロータ４８を制動方向へ回転させる。モータロータ４８の回転は、差動減速機構２０によって所定の減速比で減速され、ボールランプ機構１９によって直線運動に変換されて、ピストン１４を前進させる。ピストン１４の前進によって、一方のブレーキパッド５がディスクロータ２に押圧され、その反力によってキャリパ本体８がキャリア３のスライドピン６に沿って移動して、爪部１２が他方のブレーキパッド４をディスクロータ２に押圧して制動力を発生させる。制動状態の電動ディスクブレーキ１を図７に示す。また、制動解除時には、モータロータ４８を逆回転させることによってピストン１４を後退させて、ブレーキパッド４、５をディスクロータ２から離間させる。

そして、車載コントローラによって、各種センサを用いて、各車輪の回転速度、車両速度、車両加速度、操舵角および車両横加速度等の車両状態を検出し、これらの検出に基づいて電動モータ３９の回転を制御することにより、倍力制御、アンチロック制御、トラクション制御および車両安定化制御等を実行することができる。

次に、差動減速機構２０及びパッド摩耗補償機構２１の作用について説明する。
制動時にロータ４８によって回転軸３０が回転すると、偏心部３１の偏心回転によって外歯車部材３２が公転して、外歯車部材３２の外歯３２Ａ、３２Ｂに噛合った回転ディスク２５と回転部材３５とが差動回転する。このとき、通常は、ウエーブワッシャ３８Ａによって調整スクリュ１６と共に回転部材３５の回転が固定され、一方、回転ディスク２５は、リミッタ３８の遊びの範囲で自由に回転することができるので、回転ディスク２５のみが回転する。これにより、ボールランプ機構１９がピストン１４を前進させてブレーキパッド４、５をディスクロータ２に押圧する。ブレーキパッド４、５がディクスロータ２の押圧を開始した後は、その反力が雄ねじ１７及び雌ねじ１８に作用することにより、これらの間の摩擦力が増大して調整スクリュ１６すなわち回転部材３５の回転が確実にロックされる。したがって、回転ディスク２５はリミッタ３８のコイルスプリング３８Ｃのバネ力に抗して回転することができる。

ブレーキパッド４、５が摩耗して、回転ディスク２５がリミッタ３８の遊びの範囲を超えてもディスクロータ２を押圧しない場合、回転ディスク２５にリミッタ３８のコイルスプリング３８Ｃのバネ力が作用して、回転ディスク２５が固定され、調整スクリュ１６が回転部材３５と共にウエーブワッシャ３８Ａの保持力に抗して回転する。これにより、調整スクリュ１６が雄ねじ１７及び雌ねじ１８の相対回転によって前進してピストンユニット９を前進させる。ブレーキパッド４、５がその摩耗分だけ前進してディスクロータ２の押圧を開始すると、前述したように、その反力によって雄ねじ１７及び雌ねじ１８の摩擦力が増大して調整スクリュ１６の回転がロックされる。その後は、回転ディスク２５がリミッタ３８のコイルスプリング３８Ｃのバネ力に抗して回転して、ボールランプ機構１９によってピストン１４が前進する。このようにして、ブレーキパッド４、５が摩耗した分だけ調整スクリュ１６によってピストンユニット９を前進させることができ、ブレーキパッド４、５の摩耗を補償することができ、ブレーキパッド４、５とディスクロータ２とのクリアランスを一定に保つことができる。ブレーキパッド４、５が摩耗した状態の電動ディスクブレーキ１を図８に示す。

このとき、爪部１２側のブレーキパッド４が摩耗した分だけ、キャリパ本体８と共に電動モータ３９を含むモータ／制御装置ユニット１０がディスクロータ２から離れる方向に移動するのに対して、ピストン１４側のブレーキパッド５が摩耗した分だけ、ボールランプ機構１９、差動減速機構２０及びパッド摩耗補償機構２１を含むピストンユニット９がディスクロータ２に向かって移動する。その結果、前記特許文献１に記載された従来例に比して、ディスクロータ２に対する電動キャリパ７の重心位置の変化が小さくなる。したがって、ブレーキパッド４、５の摩耗によって電動キャリパ７の重心位置がディスクロータ２から離れることに起因して、バネ下の振動等によって生じるキャリア３のアーム部３Ａがスライドピン６を通して受ける曲げモーメントの増大が小さくなり、電動キャリパ７の姿勢が安定するので、ラトル音やスライドピンの摺動性低下による引き摺り、ブレーキパッドの偏摩耗等の発生を低減することができる。

さらに、回転軸３０の外側スプライン３６は、ブレーキパッド４、５がディスクロータ２を押圧しない摩耗補償時にのみ、ロータ４８の内側スプライン４９内を摺動し、ブレーキパッド４、５がディスクロータ２を押圧する制動時には摺動しないため、スプライン結合部に摺動時に電動モータ３９の大きなトルクが作用しないので、摺動抵抗による機械損失や外側及び内側スプライン３６、４９の歯面の摩耗を軽減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。

上記第１実施形態では、回転軸３０の外側スプライン３６を有する端部がピストンユニット９から突出して、電動モータ３９のロータ４８に設けられた内側スプライン４９内に挿入されている。これに対して、図９に示すように、第２実施形態に係る電動ディスクブレーキ５２では、回転軸３０は、略円筒状に形成されて内周に内側スプライン３０Ａが設けられ、また、ロータ４８には、外側スプライン５３Ａを有する軸部５３（回転軸）が突出されており、軸部５３が回転軸３０に挿入されて外側スプライン５３Ａと内側スプライン３０Ａとがスプライン結合されている。

これにより、モータロータ４８と回転軸３０との間で回転力を伝達するとともに、これらを軸方向に相対移動させることができ、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

なお、上記第１及び第２実施形態において、回転軸３０とロータ４８とは、スプライン結合によって、回転力を伝達すると共に軸方向に相対移動可能となっているが、このほか、キー及びキー溝による結合等によって回転力を伝達すると共に軸方向に相対移動可能としてもよい。また、上記第１及び第２実施形態において、ボールランプ機構の代りにローラランプ機構を用いることができ、また、他の公知の回転−直動変換機構を用いることもできる。

本発明の第１実施形態に係る電動ディスクブレーキにおいて、非制動状態を示す縦断面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキの側面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキの平面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキの正面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキのピストンユニットの縦断面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキのリミッタ及び回転ディスクの分解斜視図である。 図１に示す電動ディスクブレーキにおいて、制動状態を示す縦断面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキにおいて、ブレーキパッドが摩耗した状態を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動ディスクブレーキにおいて、非制動状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 電動ディスクブレーキ、２ ディスクロータ、４、５ ブレーキパッド、８ キャリパ本体、９ ピストンユニット（押圧ユニット）、１９ ボールランプ機構（回転−直動変換機構）、２０ 差動減速機構（減速機構）、２１ パッド摩耗補償機構、３０ 回転軸、３９ 電動モータ、５３ 軸部（回転軸）

Claims (5)

1. キャリパ本体に、電動モータと、該電動モータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する回転−直動変換機構とが設けられ、該回転−直動変換機構によって押圧部材を介してブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させるキャリパ浮動型の電動ディスクブレーキにおいて、
   前記減速機構及び前記回転−直動変換機構が前記押圧部材に組込まれて一体化された押圧ユニットが形成されており、前記ブレーキパッドの摩耗時には、前記押圧ユニットが前記ブレーキパッドの摩耗に追従して前記電動モータから離れる方向に移動することを特徴とする電動ディスクブレーキ。
2. 前記押圧ユニットには、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて非制動時における前記ブレーキパッドの前記ディスクロータに対する位置を一定に調整するパッド摩耗補償機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動ディスクブレーキ。
3. 前記電動モータと前記減速機構との間で回転力を伝達する回転軸は、前記電動モータ又は前記減速機構に対して軸方向に移動可能に連結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動ディスクブレーキ。
4. 前記回転軸は、前記押圧ユニットから突出されて、前記電動モータに軸方向に移動可能に連結されていることを特徴とする請求項３に記載の電動ディスクブレーキ。
5. 前記回転軸は、前記電動モータから突出されて、前記減速機構に移動可能に連結されていることを特徴とする請求項３に記載の電動ディスクブレーキ。

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