JP2009510346A - 特にキャリパブレーキである車両用ブレーキ - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング（１２）を有し、ブレーキライニング（１６）を変位させるために、ハウジング（１２）内に保持され、ハウジング（１２）に対して直線的に変位可能なブレーキピストン（１８）を有し、ブレーキピストン（１８）を変位させるための機械式アクチュエータ装置を有する、車両用ブレーキ（１０）、特にキャリパブレーキに関し、ハウジング（１２）内のブレーキピストン（１８）は、液圧ブレーキ回路により液圧室（２２）を充填することによって変位されることが可能であり、機械式アクチュエータ装置は、ハウジング（１２）中に回転可能に設置され、回転するように駆動されることが可能であるねじ付きスピンドル（３２）を有し、ブレーキピストン（１８）は、ねじ付きスピンドル（３２）の回転運動の結果としてハウジング（１２）に対して直線的に変位されることが可能である。前記車両用ブレーキにおいては、ねじ付きスピンドル（３２）は、ｎ個のねじ山を有する多条戻り止めねじを備え、数ｎおよびねじピッチは、ねじが戻り止め限界に近接するように選択されるように、本発明によりなされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハウジングと、ブレーキライニングを変位させるために、ハウジング内に収容され、ハウジングに対して直線的に変位可能なブレーキピストンと、ブレーキピストンを変位させるための機械式アクチュエータ装置とを有する車両用ブレーキ、特にキャリパブレーキに関し、ブレーキピストンは、液圧ブレーキ回路により液圧室を充填することによってハウジング内で変位可能であり、機械式アクチュエータ装置は、ねじ付きスピンドルを備え、これは、ハウジング中に回転可能に設置され、回転させることができ、ブレーキピストンは、ねじ付きスピンドルの回転運動の結果としてハウジングに対して直線的に変位可能である。

そのようなブレーキは、例えばＷＯ２００５／０７３０４３ Ａ１号の文献より知られる。そのような車両用ブレーキにおいて、常用ブレーキ動作の際に、ブレーキピストンは、作動液で液圧室を充填することによってハウジングの内部で変位され、それによってブレーキディスクの方へブレーキライニングを移動させ、ブレーキ効果を実現する。駐車ブレーキ効果を実現するために、ねじ付きスピンドルは、ブレーキピストンが機械的に変位されるまたは少なくとも拘束されるように、回転される。特に、高い駐車ブレーキ力が実現されなければならない場合には、強力な回転式スピンドル駆動装置が提供されなければならず、これは、コストの増大する設計に至る。この問題を解消するために、先に引用された先行技術において既に考察されたアイデアは、初めにブレーキピストンを液圧により変位させることによって、駐車ブレーキ動作を開始させ、次いで液圧を一時的に維持しながらねじ付きスピンドルを回転させる。換言すれば、同先行技術においては、特定の動作状態について駐車ブレーキシステムが、それ自体が生成することが可能であるブレーキ力よりもより高いブレーキ力を維持しなければならない場合に、常用ブレーキシステムが、追加的に必要とされるブレーキ力を生成するとされている。しかし、従来の車両用ブレーキでは、特にブレーキの適用プロセスだけでなくまたブレーキの解除プロセスが、比較的多量の時間を要することが明らかになっている。特に、駐車ブレーキを解除するためにかかる時間は、運転者は自身が有するものと同一の機械式駐車ブレーキからの期待、すなわち駐車ブレーキはブレーキスイッチの作動後に直ちに解除されるという期待を有するため、煩わしいものとして受け取られる。したがって、例えば発車動作に悪影響を及ぼす、より長い時間の遅延は、回避されるべきである。しかし、上記で引用された先行技術は、特に高い駐車ブレーキ力の場合に、一般的に駐車ブレーキのモータ式駆動装置は、駐車ブレーキ力によって引き起こされる戻り止め効果を上回るのに十分強力ではないため、駐車ブレーキを解除するために液圧補助がさらに追加的に必要となる状況をもたらす。

本発明の目的は、冒頭で説明されたタイプの車両用ブレーキを提供することであり、同ブレーキは簡易なものであり、したがって製造費が安価なものである一方、駐車ブレーキ状態の高速実現、および特に駐車ブレーキ状態の高速解除を可能にする。

同目的は、冒頭で説明されたタイプの車両用ブレーキによって達成され、同車両用ブレーキにおいては、ねじ付きスピンドルがｎ個のねじ山を有する戻り止めねじを備え、数ｎおよびねじリードは、ねじが戻り止め限界に近接するように選択されること規定される。戻り止めねじおよび大きなリードを有するねじ付きスピンドルの使用は、低出力の、したがって安価に設計されるモータ式駆動装置に対する必要性に対して逆効果であるように一見して見える。すなわち、原則としては、一定のクランプ力（例えば１５ｋＮ）を考えると、必要なトルク（およびしたがって必要なモータ出力）は、スピンドルリードが大きくされると増加する。しかし、駐車ブレーキ動作が行われる際に、ブレーキピストンの実質的な変位が液圧によって行われ、そのためにねじ付きスピンドルが、反対の力が実質的にない状態で拘束位置に単に変位されなければならない場合には、そのようなねじ付きスピンドルによって、ブレーキピストンの適用が全く起きない、またはわずかなブレーキピストンの適用が起きるだけであるため、ねじ付きスピンドル用に低出力駆動装置を使用することもまた可能となる。さらに、より大きいリードで設計されたねじ付きスピンドルによる駐車ブレーキ状態の解除は、同方式において戻り止めがより容易に解消され得るため、大幅に容易になる。

「ねじ付きスピンドル」という用語が本発明の説明と共に使用される際に、同用語は、ねじ付きスピンドルは、単純なナット／スピンドル装置の構造内に提供されてよいことを意味する。しかし、同様に、同用語は、ねじ付きスピンドルが、ボールスピンドル駆動装置（ボール／ねじスピンドル駆動装置としても知られる）内に、遊星回転ねじ付きスピンドル装置内に、またはランプ装置内に配設される適用例をも含む。述べられる本発明の適用例の全てが、特許請求の範囲の文言によって同時に範囲に含まれる。

任意の所望の数のねじ山または任意の所望の寸法のリードが、提供されてよい。しかし、支配的な要素は、ねじは、他の場合では駐車ブレーキ状態は維持されることができないため、依然として戻り止め設計のものであるということである。

本発明によれば、ブレーキピストンは、ハウジングと共に、液圧室を密封するようになされてよい。さらに、ブレーキピストンは、常用ブレーキ動作の際に液圧によって変位可能であり、ブレーキピストンは、駐車ブレーキ動作の際にねじ付きスピンドルによって駐車ブレーキ位置に拘束可能であるようになされてよい。したがって、駐車ブレーキ状態のねじ付きスピンドルはストラットの一部として働き、それを介してブレーキピストンは、作動力が維持され得るように、ハウジングに対して支持される。本発明の展開は、ねじ付きスピンドルが好ましくはブレーキピストン内に収容されるナット装置とねじ式に相互作用するのを可能にする。また、これに関して、駐車ブレーキ状態のブレーキピストンがナット装置上に支持され、したがってナット装置は、戻り止めされて、ねじ付きスピンドル上に支持されるようになされてよい。

既に上記で述べられたように、本発明によれば、特に高い駐車ブレーキ力を実現するために、ブレーキピストンは液圧室を充填することによって変位可能であり、変位された状態において、ナット装置は、ねじ付きスピンドルによって阻止位置に変位可能であるようになされてよい。さらに、駐車ブレーキ効果を解消するために、ブレーキピストンは、ねじ付きスピンドルまたはナット装置を駆動することによって、阻止位置から変位可能であるようになされてよい。特にこれは、大きなねじリードのため、容易である。したがって、追加的な液圧補助は、駐車ブレーキ状態の解消のためにもはや必要とされない。

好ましくは、ねじ付きスピンドルは、例えばスピンドルリードに一致されたギア比を有するギア装置、特に遊星歯車装置を介して、モータ駆動され得るようになされてよい。同手法の結果として、相応じて低電力消費である低出力設計のモータを使用することもまた可能である。低電力消費のため、モータ制御ユニットは、液圧システムの制御ユニット内で一体化されてよい。

多条ねじの設計に関して、本発明によれば、ｎは、１から４の範囲内であり、好ましくは約２であるようになされてよい。
さらに、本発明によれば、ねじリードは、１ｍｍから５ｍｍの範囲内、好ましくは約２．５ｍｍであるようになされてよい。

以下、本発明が、添付の図面を参照して例として説明される。

図１において、本発明による車両用ブレーキが、１０によって全体的に示される。車両用ブレーキ１０は、キャリパブレーキの形態をとる。これは、ハウジング１２を備え、２つのブレーキライニング１４および１６が、浮動式キャリパ原理にしたがってハウジング１２中に収容される。ブレーキライニング１６は、軸Ａに沿ってブレーキディスク２０の方向へブレーキピストン１８により変位されるが、ブレーキディスク２０は、破線によって示されるだけである。

ブレーキピストン１８は、ハウジング１２と共に、液圧室２２を密封する。ブレーキピストン１８は、中空の設計となっている。ブレーキピストン１８の中に収容されるのは、ナット装置２４であり、これは、円錐状頭部分２６を有する。円錐状頭部分２６は、ブレーキピストン１８の内部で、相補的な設計の円錐状部分２８に阻止係合するようになされてよい。さらに、ナット装置２４は、直線的に変位可能なブレーキピストン１８内に、回転が固定されて収容される。さらに、ナット装置２４は、中空設計となっており、ねじ付き部分３０を備える。ねじ付き部分３０内に収容されるのが、ねじ付きスピンドル３２であり、これは、ねじ付き部分３０とねじ式係合状態にある。ねじ付きスピンドル３２は、図２中に詳細な描画で図示されるスピンドル構成要素３４の一部である。スピンドル構成要素３４は、遊星歯車装置３８のギア出力要素３６に、回転が固定されて連結される。遊星歯車装置３８は、スピンドルリードに適合されたギア比を有し、電気モータ４２によって、好ましくは駆動歯付きベルト４０を有する機構を介して駆動可能である。遊星歯車装置３８、ならびに歯付きベルトと、出力ギアホイール４４がその上に置かれる電気モータ４２の出力シャフトとは、ハウジング部分４６の中に配設される。ハウジング部分４６は、電気中央コネクタ４８をさらに含む。スピンドル構成要素３４は、ジャーナル部分５０によって、ハウジング１２中に回転自在に設置され、ハウジング１２に対して安全リング５２を介して軸方向に支持される。安全リング５２は、円周方向凹部５４内に配設される。

スピンドル構成要素３４のねじ付きスピンドル３２は、多条設計のものであり、すなわちこれは、複数のねじ山を含む。同実施例において、ねじ付きスピンドルは、ｐ＝２．５ｍｍのねじリードを有する二条設計のものである。これは、一方では、ねじ付きスピンドル３２の外部ねじとねじ付き部分３０とのねじ対が、戻り止め式である、すなわち軸方向荷重下において位置的に安定することを保証し、他方では、スピンドル構成要素３４の比較的低い回転数によって、ナット装置２４の比較的高い調整ストローク数が実現されることを保証する。戻り止めは、多数のファクタに、特に有効径／スピンドル径と、材料の組合せと、温度と、注油と、例えば表面粗さなどの製造関連要素とに依存しており、そのため、これらのファクタのうちから最も好ましくない構成を与えると仮定した場合、すなわち低摩擦状態（高い表面品質、低い摩擦係数）であっても、戻り止めが保証される、ということに留意すべきである。

次に、図３を参照して、本発明による車両用ブレーキの動作モードの説明が以下に続く。
常用ブレーキ動作の際に、すなわち運転者が本発明による車両用ブレーキが装備された車両を減速させたい場合に、ブレーキピストンおよびしたがってブレーキライニング１６は、液圧システム（図示せず）によって作動液で液圧室２２を充填させることにより、液圧により変位される。好ましくは、この液圧システムは、始動構成要素を、すなわち電気的に制御可能な常用ブレーキシステムのポンプまたは同様のものを含み、これは、アンチロック制御機能に加えて、運転者の操作とは無関係のブレーキ機能、すなわち例えばトラクションコントロール（ＡＳＲ）または電子安定プログラム（ＥＳＰ）などの自動ブレーキ機能を可能にする。このため、ブレーキシステムは、従来より装備される電気液圧制御ユニット、電子制御可能なブレーキブースタを備える、またはいわゆる「ブレーキ・バイ・ワイヤ（ｂｒａｋｅ−ｂｙ−ｗｉｒｅ）」システムの形態をとる。換言すれば、これは、液圧室２２が、ブレーキペダルの作動とは無関係に、作動液で充填され得ることを意味する。

駐車ブレーキの始動の場合に、運転者は、例えば車両内のスイッチを作動させる。これは、Ｔ＝０秒の時点で起きる。結果として、まず液圧室２２が、図３の下のグラフ中の曲線６０が示すように、作動液で充填される。液圧は、値０バールから、例えば６０バールから１６０バールの範囲内にある値Ｐ１に上昇する。液圧と共に、ブレーキライニング２６での作動力もまた、曲線６２によって示されるように上昇する。時間Ｔ１で、例えば特定の圧力または特定の作動力に達すると、モータ４２が始動される。これは、曲線６４により示され、これはモータ電流を表す。曲線６６が、スピンドル位置を表す。

時間Ｔ１で、電流ピークを見ることができる。これは、図１による車両用ブレーキによる機械システム（ギア３８など）において、静摩擦および慣性効果を上回った結果である。電流ピークの後で、モータ電流は、０．５Ａから５Ａの範囲内の値Ｉ１にあり、時間Ｔ２まで実質的に一定を維持する。同期間（Ｔ１からＴ２まで）の間に、ナット装置２４が、ブレーキピストン１８を牽引するが、既にブレーキピストン１８は、暫定的駐車ブレーキ位置に付勢されている。時間Ｔ２で、ナット装置２４は、その円錐状部分２６で、ブレーキピストン１８の円錐状部分２８に接触する。時間Ｔ２から時間Ｔ３にわたって、ブレーキピストン１８が、ギア３８、スピンドル構成要素３４、およびナット装置２４を介して、モータ２４によりさらに適用される。その結果が、図３の下のグラフ中に示されるように、ΔＦの作動力の上昇である。上昇した作動力により、また、モータ電流の上昇（曲線６４）が、時間Ｔ３まで起きる。液圧により達せられた作動力に加えて補助的な軸方向作動力ΔＦを供給する、特定のモータ電流Ｉ_２（例えば１０Ａまで）に達した後で、モータ４２は使用停止される。

低電力消費であるため、モータ制御ユニットは、液圧システムの制御ユニット内に一体化されてよい。
液圧室２２内の液圧は、時間Ｔ４までは依然として維持される。最終的に、時間Ｔ４で、液圧室２２内の液圧は、時間Ｔ５でこれが値０に達するまで低減される。時間Ｔ４と時間Ｔ５との間に、ブレーキライニング１６での作動力もまた低下する。これは、車両用ブレーキ１０の機械的構成要素における整定効果（ｓｅｔｔｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）の結果である。したがって、液圧室２２は、時間Ｔ５で圧力から解放される。車両用ブレーキ１０は、その駐車ブレーキ状態にあり、ブレーキピストン１８は、スピンドル構成要素３４とナット装置２４とによって、その所定位置で機械的に阻止される。この場合、スピンドル構成要素３４は、フランジ５４により支持され、フランジ５４は、ねじ付きスピンドル３２とジャーナル部分５０との間に、ハウジング１２に対して配設される。

次いで時間Ｔ６で、運転者が例えばスイッチによって信号を出力し、それに応じて駐車ブレーキ状態が取り消された場合には、モータ４２が、反対方向へ再作動される。これは、初めに時間Ｔ７でさらなる電流ピークに至るが、これは、既に上述されたように、機械的構成要素の静摩擦および慣性を上回った結果である。アイドル運動および同様のものが完了した後で、最終的に、スピンドル構成要素３４は、作動効果に対して逆方向へ駆動される。ねじ付きスピンドル３２とナット装置２４とのねじ対の戻り止め（静摩擦）は、超えられなければならず、これが、時間Ｔ８でのモータ電流の上昇を説明する。同時に、最終的に作動力が値０となるまで、時間Ｔ８と時間Ｔ９との間に、作動力が急速に低下する。作動力の低下により、モータ電流もまた、曲線６４が示すように低下する。最終的に、車両用ブレーキは、図１に示されるようにその初期状態にある。時間Ｔ１０で、モータ４２は、非作動にされる。この時点で、駐車ブレーキ状態は完全に解消されている。

本発明によるスピンドル３２とそれに一致されるギア装置３８との相互作用により、作動時間、特に解除時間が、大幅に短縮され得る。ねじ付きスピンドルが、標準的なスピンドルにおけるように１ミリメートルのリードを有する代わりに約２．５ｍｍのスピンドルリードを有する、本発明による実施例において、解除時間、すなわちＴ８とＴ９との間の時間を、１秒未満に短縮することが可能であった。１ｍｍの従来のスピンドルリードでは、解除時間は１秒を上回る。

さらに、スピンドルリードおよびそれに一致されるギア比の本発明による選択により、駐車ブレーキ状態の解除のための解除トルクを低減することが可能となる。したがって、モータ４２は、あまり強力でない、より小さい、したがってより費用のかからない設計のものであってよい。これは、特に駐車ブレーキ状態が、いかなる場合でも提供される液圧システムを使用して実現されるため、可能となる。他方、解除について、ねじ付きスピンドルおよびそれに一致されるギア比（実施例では約０．３５）の効果が大きいという理由により、追加的な液圧補助は、先行技術とは異なり必要とされない。したがって、本発明を用いることで、戻り止め限界に近接するスピンドルリードを選択することによって、およびギア比を適切に調節することによって、あまり強力でないモータを使用することが可能となり、同時に作動時間、特に解除時間と、解除トルクとが、縮小および低減され得ることが明らかになっている。

本発明による車両用ブレーキの断面図である。 ねじ付きスピンドル装置の詳細な図である。 本発明による車両用ブレーキの動作に関する種々のグラフである。

Claims (12)

1. 特にキャリパブレーキである車両用ブレーキ（１０）において、
   ハウジング（１２）と、
   ブレーキライニング（１６）を変位させるために、前記ハウジング（１２）内に収容され、前記ハウジング（１２）に対して直線的に変位可能なブレーキピストン（１８）と、
   前記ブレーキピストン（１８）を変位させるための機械式アクチュエータ装置と
   を有し、
   前記ブレーキピストン（１８）が、液圧ブレーキ回路により液圧室（２２）を充填することによって前記ハウジング（１２）内で変位可能であり、前記機械式アクチュエータ装置が、ねじ付きスピンドル（３２）を備え、前記ねじ付きスピンドル（３２）が、前記ハウジング（１２）中に回転可能に設置され、回転させることができ、前記ブレーキピストン（１８）が、前記ねじ付きスピンドル（３２）の回転運動の結果として前記ハウジング（１２）に対して直線的に変位可能である、車両用ブレーキ（１０）であって、
   前記ねじ付きスピンドル（３２）が、ｎ個のねじ山を有する戻り止めねじを備え、前記数ｎおよびねじリードが、前記ねじが戻り止め限界に近接するように選択されることを特徴とする、車両用ブレーキ（１０）。
2. 前記ブレーキピストン（１８）が、前記ハウジング（１２）と共に、前記液圧室（２２）を密封することを特徴とする、請求項１に記載の車両用ブレーキ。
3. 常用ブレーキ状態にある前記ブレーキピストン（１８）が、液圧によって変位可能であり、駐車ブレーキ状態にある前記ブレーキピストン（１８）が、前記ねじ付きスピンドル（３２）によって駐車ブレーキ位置に拘束可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両用ブレーキ（１０）。
4. 前記ねじ付きスピンドル（３２）が、前記ブレーキピストン（１８）内に収容されるナット装置（２４）と、ねじ式に相互作用することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ（１０）。
5. 前記駐車ブレーキ状態にある前記ブレーキピストン（１８）が、前記ナット装置（２４）上に支持され、したがって、戻り止めされて前記ねじ付きスピンドル（３２）上に支持されることを特徴とする、請求項５に記載の車両用ブレーキ（１０）。
6. 特に高い駐車ブレーキ力を実現するために、前記ブレーキピストン（１８）が、前記液圧室（２２）を充填することによって変位可能であり、変位された状態において、前記ナット装置（２４）が、前記ねじ付きスピンドル（３２）によって阻止位置に変位可能であることを特徴とする、請求項５に記載の車両用ブレーキ（１０）。
7. 前記駐車ブレーキ効果を解消するために、前記ブレーキピストン（１８）が、前記ねじ付きスピンドル（３２）または前記ナット装置（２４）を駆動することによって、前記阻止位置から変位可能であることを特徴とする、請求項５または６に記載の車両用ブレーキ（１０）。
8. 前記ねじ付きスピンドル（３２）が、好ましくは前記ねじ付きスピンドルに一致されたギア装置（３８）、特に遊星歯車装置を介して、モータ駆動され得ることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ（１０）。
9. 前記モータ駆動の制御ユニットが、前記液圧ブレーキ回路の制御ユニット内で一体化され得ることを特徴とする、請求項８に記載の車両用ブレーキ（１０）。
10. ｎが、１から４の範囲内であり、好ましくは２であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ（１０）。
11. 前記ねじ付きスピンドルの前記ねじリードが、１ｍｍから５ｍｍの範囲内であり、好ましくは約２．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ（１０）。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の車両用ブレーキ（１０）を作動させる方法であって、
    前記駐車ブレーキ状態を実現するために、初めに前記ブレーキピストンが、作動液で前記液圧室を充填することによって暫定的駐車ブレーキ位置に変位され、次いで前記ねじ付きスピンドルが、前記ブレーキピストンが予め定められた駐車ブレーキ位置に付勢されるまで回転され、次いで前記液圧室が液圧から解放され、
    前記駐車ブレーキ状態を解消するために、前記ねじ付きスピンドルのみが、前記液圧室が作動液で予め充填されることなく、回転される、方法。

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