JP2013092207A - 電動式直動アクチュエータおよび電動ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ブレーキ装置が通常のブレーキ動作をする際にクリアランス設定を行なうことを可能とする電動式直動アクチュエータを提供する。
【解決手段】摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさを検出する荷重センサ１４と、温度による荷重センサ１４への影響を補正するための温度センサ３７と、電子制御装置５０とを設け、その電子制御装置５０は、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさに基づいて、その荷重の大きさに対応する電動モータ１５の位置からクリアランスが所定の大きさとなる電動モータ１５の位置までの電動モータ１５の回転角θを算出し、その回転角θを目標値として電動モータ１５を回転させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータで駆動される回転軸の回転を直動部材の直線運動に変換し、その直動部材で対象物を押圧する電動式直動アクチュエータ、およびその電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置に関する。

車両用ブレーキ装置として、摩擦パッドを油圧シリンダで駆動してブレーキディスクを押圧する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。

電動ブレーキ装置は、電動モータで駆動する回転軸の回転を直動部材の直線運動に変換する電動式直動アクチュエータを用い、この電動式直動アクチュエータで駆動するブレーキパッドでブレーキディスクを押圧することによって、制動力を発生するものである。

この電動ブレーキ装置では、ブレーキを解除したときのブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスが狭すぎると、ブレーキディスクの振れ等によりブレーキパッドがブレーキディスクに接触して抵抗となり、燃費の低下やブレーキパッドの異常摩耗が生じるおそれがある。他方、クリアランスが広すぎると、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触する位置まで移動するのに要する時間が長くなり、ブレーキをかけたときの応答性が低下してしまう。

そのため、ブレーキを解除したときのブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスは所定の範囲に調整する必要がある。そこで、ブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスを自動で調整するために、例えば、特許文献１，２に記載の電動ブレーキ装置が提案されている。

特開２０１０−２０３５６１号公報 特許第４０００６７５号公報

特許文献１に記載の電動ブレーキ装置は、電動モータに所定の大きさの電流を流してブレーキパッドをブレーキディスクに押圧し、その状態から電動モータを停止させてフリー状態とし、このときの反力によってブレーキパッドが押し戻されてブレーキディスクから離反するようにし、その自然停止したときのブレーキパッドの位置を基準として、ブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスを設定するものである。

しかしながら、この特許文献１の電動ブレーキ装置では、クリアランスを設定する際に、まず電動モータに所定の大きさの電流を流すという動作（すなわち、通常のブレーキ動作とは異なる特別な動作）が必要である。この動作は、特許文献１に記載されるような航空機の車輪を制動するブレーキ装置においては問題なく実行することが可能であるが、車両用のブレーキ装置においては実行できるタイミングが非常に限定されてしまう。

また、特許文献２に記載の電動ブレーキ装置は、ブレーキディスクを押圧する荷重の大きさを検出する荷重センサと、ブレーキディスクへの押圧を解除するときに、ブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスが所定の大きさとなるように電動モータを制御するクリアランス制御手段とを有する。このクリアランス制御手段は、ブレーキパッドが後退する過程で、荷重センサの出力の微分値が急変するときのブレーキパッドの位置を基準として、ブレーキパッドとブレーキディスクの間のクリアランスを設定するものであり、温度による影響を受けにくいという利点がある。

しかしながら、荷重センサの出力の微分値は、実際には荷重がゼロとなる近辺では不安定な値となるため、微分値が急変するタイミングを安定して捉えることは、事実上困難であった。

この発明が解決しようとする課題は、電動ブレーキ装置が通常のブレーキ動作をする際にクリアランス設定を行なうことを可能とする電動式直動アクチュエータを提供することである。

上記課題を解決するため、電動モータで駆動される回転軸と、その回転軸の回転を直動部材の直線運動に変換する直動機構とを有し、前記直動部材で対象物を押圧する電動式直動アクチュエータにおいて、前記対象物を押圧する荷重の大きさを検出する荷重センサと、温度によるその前記荷重センサへの影響を補正する温度補償手段と、前記対象物への押圧を解除するときに、前記直動部材と対象物の間のクリアランスが所定の大きさとなるように前記電動モータを制御するクリアランス制御手段とを設け、そのクリアランス制御手段は、前記荷重センサで検出される荷重の大きさに基づいて、その荷重の大きさに対応する前記電動モータの位置から前記クリアランスが所定の大きさとなる前記電動モータの位置までの電動モータの回転角を算出し、その回転角を目標値として前記電動モータを回転させるものである構成を採用した。

この電動式直動アクチュエータを採用すると、対象物への押圧を解除するときに、荷重センサで検出される荷重の大きさに基づいて算出される回転角を目標値として電動モータを回転させることにより、クリアランスを所定の大きさに設定することができる。そのため、この電動式直動アクチュエータを電動ブレーキ装置に使用すると、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときに、クリアランス設定を行なうことが可能となる。また、温度による前記荷重センサへの影響を温度補償手段で補正するので、正確なクリアランス設定を行なうことが可能である。

前記荷重センサとしては、前記対象物を押圧する荷重の反力を受けてたわみを生じるフランジ部材と、磁気センサと、その磁気センサに対する相対位置が前記フランジ部材のたわみにより変化するよう配置された磁界を発生する磁気ターゲットとからなるものを採用すると好ましい。

この荷重センサは、フランジ部材が荷重の反力を受けてたわみを生じると、磁気ターゲットと磁気センサの相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサの出力信号が変化するので、磁気センサの出力信号に基づいて荷重の大きさを検出することができる。そして、この荷重センサは、互いに非接触に配置された磁気ターゲットと磁気センサの相対位置の変化を利用して荷重の大きさを検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

前記磁気ターゲットとして、前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に並ぶように配置したものを採用し、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサを配置すると好ましい。

このようにすると、磁気センサの出力信号は、磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位に対して急峻に変化し、一方、軸方向以外の方向の相対変位に対してはあまり変化しないという軸方向の指向性を示す。そのため、磁気センサの出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で荷重の大きさを検出することができる。

また、前記荷重センサとして、前記直動部材に設けた歪センサを採用することも可能である。

前記直動機構として、例えば、次のものを採用することができる。
１）前記回転軸の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラと、その複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤと、前記複数の遊星ローラを囲むように配置された外輪部材と、その外輪部材の内周に設けられた螺旋凸条と、その螺旋凸条と係合するように前記各遊星ローラの外周に設けられた螺旋溝または円周溝とを有する遊星ローラ式の直動機構。
２）前記回転軸と一体に回転するねじ軸と、そのねじ軸を囲むように設けられたナットと、前記ねじ軸の外周に形成されたねじ溝と前記ナットの内周に形成されたねじ溝の間に組み込まれた複数のボールとを有するボールねじ式の直動機構。
３）前記回転軸と一体に回転する回転ディスクと、その回転ディスクの軸方向前方に対向して配置された直動ディスクと、前記回転ディスクの直動ディスクに対する対向面に形成された傾斜溝と前記直動ディスクの回転ディスクに対する対向面に形成された傾斜溝との間に組み込まれたボールとを有するボールランプ式の直動機構。

前記電動モータの回転角を検出する回転角検出手段を更に設ける場合、前記クリアランス制御手段は、その回転角検出手段で検出される電動モータの回転角が前記目標値と一致するまで前記電動モータを減圧方向に回転させる構成とすることができる。このとき、前記回転角検出手段としては、レゾルバや、ホール素子や、前記電動モータに電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置などを採用することができる。

また、この発明では、上記電動式直動アクチュエータを組み込んだ電動ブレーキ装置として、上記電動式直動アクチュエータの直動部材でブレーキディスクを押圧するようにした電動ブレーキ装置を提供する。

この発明の電動式直動アクチュエータは、対象物への押圧を解除するときに、荷重センサで検出される荷重の大きさに基づいて算出される回転角を目標値として電動モータを回転させることにより、クリアランスを所定の大きさに設定することができる。そのため、この電動式直動アクチュエータを電動ブレーキ装置に使用すると、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときにクリアランス設定を行なうことが可能となる。

この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータを組み込んだ電動ブレーキ装置を示す断面図 図１の電動式直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 図２の荷重センサ近傍の拡大断面図 図１に示す電動モータを制御する電子制御装置のブロック図 （ａ）は図１に示す電動モータの回転角とブレーキ荷重の対応関係を示す図、（ｂ）は図１に示す電動モータの回転角と外輪部材の位置の対応関係を示す図 図６の電子制御装置によるクリアランス制御を示すフロー図 直動機構としてボールねじ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 直動機構としてボールランプ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 図１０のXI−XI線に沿った断面図 （ａ）は図１０に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図

図１に、この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータ１を用いた車両用の電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２を間に挟んで対向する対向片３，４をブリッジ５で連結した形状のキャリパボディ６と、左右一対の摩擦パッド７，８とを有する。そして、対向片３のブレーキディスク２に対する対向面に開口する収容孔９に電動式直動アクチュエータ１が組み込まれている。

摩擦パッド７，８は、それぞれ対向片３，４とブレーキディスク２の間に設けられており、車輪を支持するナックル（図示せず）に固定されたマウント（図示せず）に対してブレーキディスク２の軸方向に移動可能に支持されている。また、キャリパボディ６も、ブレーキディスク２の軸方向にスライド可能にマウントに支持されている。

図２に示すように、電動式直動アクチュエータ１は、回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、これらの遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ１３と、外輪部材１２の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

回転軸１０は、図１に示す電動モータ１５の回転が歯車１６を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸１０は、対向片３を軸方向に貫通して形成された収容孔９の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔９に挿入され、収容孔９からの突出部分に歯車１６がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車１６は、収容孔９の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト１７で固定した蓋１８で覆われている。蓋１８には回転軸１０を回転可能に支持する軸受１９が組み込まれている。

図３に示すように、遊星ローラ１１は、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸１０が回転したときに遊星ローラ１１と回転軸１０の間の摩擦によって遊星ローラ１１も回転するようになっている。遊星ローラ１１は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。

図２に示すように、外輪部材１２は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に収容され、その収容孔９の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材１２の軸方向前端には、摩擦パッド７の背面に形成された係合凸部２０に係合する係合凹部２１が形成され、この係合凸部２０と係合凹部２１の係合によって、外輪部材１２がキャリパボディ６に対して回り止めされている。

外輪部材１２の内周には螺旋凸条２２が設けられ、遊星ローラ１１の外周には、螺旋凸条２２に係合する円周溝２３が設けられており、遊星ローラ１１が回転したときに、外輪部材１２の螺旋凸条２２が円周溝２３に案内されて、外輪部材１２が軸方向に移動するようになっている。この実施形態では遊星ローラ１１の外周にリード角が０度の円周溝２３を設けているが、円周溝２３のかわりに螺旋凸条２２と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

キャリヤ１３は、遊星ローラ１１を回転可能に支持するキャリヤピン１３Ａと、その各キャリヤピン１３Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート１３Ｃと、各キャリヤピン１３Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体１３Ｂとからなる。キャリヤプレート１３Ｃとキャリヤ本体１３Ｂは遊星ローラ１１を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ１１の間に配置された連結棒２４を介して連結されている。

キャリヤ本体１３Ｂは、滑り軸受２５を介して回転軸１０に支持され、回転軸１０に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ１１とキャリヤ本体１３Ｂの間には、遊星ローラ１１の自転がキャリヤ本体１３Ｂに伝達するのを遮断するスラスト軸受２６が組み込まれている。

各キャリヤピン１３Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン１３Ａに外接するように装着された縮径リングばね２７で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね２７の付勢力によって、遊星ローラ１１の外周は回転軸１０の外周に押さえ付けられ、回転軸１０と遊星ローラ１１の間の滑りが防止されている。縮径リングばね２７の付勢力を遊星ローラ１１の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン１３Ａの両端に縮径リングばね２７，２７が設けられている。

荷重センサ１４は、軸方向に間隔をおいて対向する円環板状のフランジ部材３０および支持部材３１と、磁界を発生する磁気ターゲット３２と、磁界の強さを検出する磁気センサ３３とを有し、支持部材３１がフランジ部材３０の軸方向後方に位置するよう収容孔９内に嵌め込まれている。

図４、図５に示すように、フランジ部材３０は、支持部材３１に向けて突出する筒部３４を有する。筒部３４の外径面は、支持部材３１の内径面と径方向に対向しており、筒部３４の外径面に形成された面取り部３５に磁気ターゲット３２が固定され、支持部材３１の内径面に形成された軸方向溝３６に磁気センサ３３と温度センサ３７が固定されている。フランジ部材３０および支持部材３１は、磁性体で形成されている。

支持部材３１は、フランジ部材３０との対向面の外径側部分に環状突起３８を有し、その環状突起３８でフランジ部材３０の外径側部分を支持し、フランジ部材３０と支持部材３１の間隔を保持している。

磁気ターゲット３２は、径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された２個の永久磁石３９からなる。２個の永久磁石３９は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。

永久磁石３９としては、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、荷重センサ１４の分解性能を高くすることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石３９の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。

磁気センサ３３は、２個の永久磁石３９の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット３２と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ３３としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので、高い摩擦熱が生じる電動ブレーキの用途に好適である。

温度センサ３７は、荷重センサ１４の近傍の温度を検出する。温度センサ３７としては、熱電対を使用することも可能であるが、温度に応じて電気抵抗の大きさが変化する測温抵抗体（サーミスタ）を使用すると、熱電対を使用する場合よりも温度誤差が少なく、長期にわたって安定した検出精度を確保することができる。

図２に示すように、フランジ部材３０の外周と支持部材３１の外周には断面円弧状の位置決め溝４０，４１が形成され、この位置決め溝４０，４１に共通のキー部材４２を嵌め込むことで、磁気ターゲット３２の周方向位置と磁気センサ３３の周方向位置が合致するようにフランジ部材３０と支持部材３１が周方向に位置決めされている。

キャリヤ１３とフランジ部材３０の間には、キャリヤ１３と一体に公転する間座４３と、間座４３とフランジ部材３０の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４４とが組み込まれている。フランジ部材３０の内周には、回転軸１０を回転可能に支持する転がり軸受４５が組み込まれている。

荷重センサ１４は、支持部材３１の外周縁を、収容孔９の内周に装着した止め輪４６，８０で係止することによって軸方向の前方および後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介してキャリヤ本体１３Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ１３の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ１３は、回転軸１０の軸方向前端に装着された止め輪４７で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ１３は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ１３に保持された遊星ローラ１１も軸方向移動が規制された状態となっている。

電動モータ１５には、電動モータ１５の回転角を検出する回転角検出手段４８が組み込まれている。回転角検出手段４８としては、レゾルバやホール素子を採用することができる。また、回転角検出手段４８として、電動モータ１５に電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置を採用することも可能である。

電動モータ１５は、図６に示す電子制御装置５０で制御される。電子制御装置５０には、磁気センサ３３からブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさに対応する信号が入力され、温度センサ３７から磁気センサ３３の近傍の温度に対応する信号が入力され、回転角検出手段４８から電動モータ１５の回転角に対応する信号が入力される。また、電子制御装置５０からは電動モータ１５の回転角を制御する制御信号が出力される。

ここで、磁気センサ３３の出力信号を処理する電子制御装置５０には、温度センサ３７の出力信号に基づいて、温度による磁気センサ３３への影響を補正する温度補償機能が内蔵されている。この温度補償機能は、温度上昇に伴って永久磁石３９が発生する磁界が減少するので、その減少分を補うように磁気センサ３３の出力信号を補正するものである。

次に上述した電動式直動アクチュエータ１の動作例を説明する。

電動モータ１５を作動させると、回転軸１０が回転し、遊星ローラ１１がキャリヤピン１３Ａを中心に自転しながら回転軸１０を中心に公転する。このとき螺旋凸条２２と円周溝２３の係合によって外輪部材１２と遊星ローラ１１が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ１１はキャリヤ１３と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ１１は軸方向に移動せず、外輪部材１２が軸方向に移動する。このようにして、電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ１５で駆動される回転軸１０の回転を外輪部材１２の直線運動に変換し、その外輪部材１２とキャリパボディ６に設けられた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、電動ブレーキ装置の制動力を発生させる。

摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するとき、外輪部材１２はブレーキディスク２を押圧する荷重の反力を受け、その反力は、遊星ローラ１１、キャリヤ１３、間座４３、スラスト軸受４４を介してフランジ部材３０に伝達する。そして、その反力によってフランジ部材３０が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置が変化する。このとき、その相対位置の変化に応じて磁気センサ３３の出力信号が変化するので、磁気センサ３３の出力信号に基づいてブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさを検出することができる。

ここで、摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するときの磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、ブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさが３０ｋＮのとき、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は軸方向に０．１ｍｍ程度と極めて微小であるが、上記荷重センサ１４は、複数の永久磁石３９を反対の磁極が磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ３３を配置しているので、磁気センサ３３の出力信号が、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。しかも、この荷重センサ１４は、互いに非接触に配置された磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化を利用して荷重の大きさを検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

ところで、上記電動ブレーキ装置は、ブレーキを解除したときの摩擦パッド７，８とブレーキディスク２の間のクリアランスが狭すぎると、ブレーキディスク２の振れ等により摩擦パッド７，８がブレーキディスク２に接触して抵抗となり、車両の燃費の低下や摩擦パッド７，８の異常摩耗が生じるおそれがある。他方、クリアランスが広すぎると、摩擦パッド７，８がブレーキディスク２に接触する位置まで移動するのに要する時間が長くなり、ブレーキをかけたときの応答性が低下してしまう。

そこで、電子制御装置５０は、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときに、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさと回転角検出手段４８で検出される電動モータ１５の回転角とに基づいて電動モータ１５の回転角を制御し、ブレーキ解除時の摩擦パッド７，８とブレーキディスク２の間のクリアランスを所定の大きさに保つようにしている。以下、このクリアランス制御を、図８に示すフロー図に基づいて説明する。

まず、摩擦パッド７，８でブレーキディスク２を押圧するブレーキ動作があったとき、その直前に荷重センサ１４で検出された荷重の大きさに基づいて、その荷重の大きさに対応する電動モータ１５の位置から、摩擦パッド７，８とブレーキディスク２の間のクリアランスが所定の大きさ（例えば０．５ｍｍ）となる電動モータ１５の位置までの電動モータ１５の回転角θを算出する（ステップＳ_１，Ｓ_２）。

ここで、図７（ａ）に示すように、電動モータ１５の回転角とブレーキディスク２を押圧する荷重との対応関係はあらかじめ測定して把握することが可能である。この対応関係は、キャリパボディ６の剛性や、電動式直動アクチュエータ１の各構成部材の剛性によって決定される。また、図７（ｂ）に示すように、電動モータ１５の回転角と外輪部材１２の位置との対応関係もあらかじめ測定して把握することが可能である。この対応関係は、主に回転軸１０の回転運動を外輪部材１２の直線運動に変換する直動機構の変換率によって決定される。これらの対応関係と、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさとから、摩擦パッド７，８とブレーキディスク２の間のクリアランスが所定の大きさとなる電動モータ１５の位置までの電動モータ１５の回転角θを算出することができる。

次に、ブレーキディスク２の押圧を解除してブレーキを解除するときに、電動モータ１５を減圧方向（摩擦パッド７がブレーキディスク２から離反する方向）に回転駆動して、クリアランス設定を開始する（ステップＳ_３，Ｓ_４）。

クリアランス設定を開始した後は、ステップＳ_２で算出した回転角θを目標値として電動モータ１５の減圧方向への回転を継続し、回転角検出手段４８で検出される電動モータ１５の回転角が、ステップＳ_２で算出した回転角θと一致したときに電動モータ１５の回転を停止し、クリアランス設定を完了する（ステップＳ_５，Ｓ_６）。

以上のように、この電動ブレーキは、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときに、クリアランス設定を行なうことができる。

ところで、摩擦パッド７，８でブレーキディスク２を押圧するとき、摩擦パッド７，８とブレーキディスク２の間に摩擦熱が生じ、その摩擦熱によって、摩擦パッド７，８の周囲は高温にさらされる。そのため、もし仮に荷重センサ１４をディスク押圧部材（外輪部材１２、対向片４、摩擦パッド７，８）近傍に配置すれば、荷重センサ１４が高温となり、温度変化の影響を大きく受けるおそれがある。

これに対し、この電動ブレーキは、荷重センサ１４を外輪部材１２よりも軸方向後方に配置しているので、摩擦パッド７，８から荷重センサ１４までの距離が長く、荷重センサ１４の周囲が高温になりにくい。そのため、荷重センサ１４が温度変化の影響を受けにくい。

さらに、この電動ブレーキは、磁気センサ３３の処理回路に、温度センサ３７の出力信号に基づいて、温度による磁気センサ３３への影響を補正する温度補償部が設けられているので、より正確なクリアランス調整を行なうことが可能である。

上記実施形態では、ブレーキを掛けたときの電動モータ１５の位置から、クリアランスが所定の大きさとなる電動モータ１５の位置までの電動モータ１５の回転角θを算出し、その後ブレーキを解除するときに、回転角θを目標値として電動モータ１５を回転させるようにしたが、その他に、例えば、ブレーキを解除する過程でブレーキ荷重が特定のしきい値を上から下にまたぐときに荷重センサ１４で検出される荷重の大きさに基づいて、そのときの電動モータ１５の位置から、クリアランスが所定の大きさとなる電動モータ１５の位置までの電動モータ１５の回転角θを算出するようにしてもよい。

上記実施形態では、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量を高精度に検出するため、磁気ターゲット３２の磁化方向が磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対変位方向と直交するように磁気ターゲット３２を配置したが、磁気ターゲット３２の磁化方向がフランジ部材３０のたわみによって変位する方向と平行となるように磁気ターゲット３２を配置し、フランジ部材３０のたわみによって変化する磁気ターゲット３２と磁気センサ３３のクリアランスを磁界の強さの変化として検出するように、磁気ターゲット３２の近傍にその磁化方向に対向して磁気センサ３３を配置してもよい。

上記実施形態では、摩擦熱による影響を極力避けるために、ディスク押圧部材（外輪部材１２、対向片４、摩擦パッド７，８）の軸方向後方に荷重センサ１４を配置したが、荷重センサ１４として摩擦パッド７，８に配置した歪センサを採用することも可能である。また、荷重センサ１４としては、静電容量センサ、リラクタンス検出センサ、光学センサ等を利用したものを採用することも可能である。

上記実施形態では、回転軸１０の回転を直動部材（ここでは外輪部材１２と摩擦パッド７）の直線運動に変換する直動機構として、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、その複数の遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ１３と、複数の遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、その外輪部材１２の内周に設けられた螺旋凸条２２と、その螺旋凸条２２と係合するように各遊星ローラ１１の外周に設けられた円周溝２３とを有する遊星ローラ式の直動機構を例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の直動機構を採用した電動式直動アクチュエータにも同様に適用することができる。

例えば、直動機構としてボールねじ式の直動機構を採用した電動式直動アクチュエータの例を図９に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

図９において、直動アクチュエータは、回転軸１０と、回転軸１０と一体に設けられたねじ軸６０と、ねじ軸６０を囲むように設けられたナット６１と、ねじ軸６０の外周に形成されたねじ溝６２とナット６１の内周に形成されたねじ溝６３の間に組み込まれた複数のボール６４と、ナット６１のねじ溝６３の終点から始点にボール６４を戻す図示しないリターンチューブと、ナット６１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

ナット６１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸６０の軸方向後端にはねじ軸６０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とねじ軸６０とを介してナット６１を軸方向に支持することで、ナット６１の軸方向後方への移動を規制している。

この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、ねじ軸６０とナット６１を相対回転させて、ナット６１を軸方向前方に移動させ、そのナット６１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、ねじ軸６０は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。そのため、上記実施形態と同様、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときに、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさに基づいて電動モータ１５の回転角を制御することで、クリアランス調整を行なうことが可能である。

また、直動機構としてボールランプ式の直動機構を採用した電動式直動アクチュエータを適用した例を図１０に示す。

図１０において、直動アクチュエータは、回転軸１０と、回転軸１０の外周に回り止めされた回転ディスク７０と、回転ディスク７０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク７１と、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間に挟まれた複数のボール７２と、直動ディスク７１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

直動ディスク７１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク７０の軸方向後端には回転ディスク７０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介して回転ディスク７０を軸方向に支持することで回転ディスク７０の軸方向後方への移動を規制している。

図１０、図１１に示すように、回転ディスク７０の直動ディスク７１に対する対向面７０ａには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７３が形成され、直動ディスク７１の回転ディスク７０に対する対向面７１ａには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７４が形成されている。図１２（ａ）に示すように、ボール７２は、回転ディスク７０の傾斜溝７３と直動ディスク７１の傾斜溝７４の間に組み込まれており、図１２（ｂ）に示すように、直動ディスク７１に対して回転ディスク７０が相対回転すると、傾斜溝７３，７４内をボール７２が転動して、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間隔が拡大するようになっている。

この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、直動ディスク７１と回転ディスク７０を相対回転させて、直動ディスク７１を軸方向前方に移動させ、その直動ディスク７１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、直動ディスク７１は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。そのため、上記実施形態と同様、通常のブレーキ動作においてブレーキを解除するときに、荷重センサ１４で検出される荷重の大きさに基づいて電動モータ１５の回転角を制御することで、クリアランス調整を行なうことが可能である。

１ 電動式直動アクチュエータ
２ ブレーキディスク
７，８ 摩擦パッド
１０ 回転軸
１１ 遊星ローラ
１２ 外輪部材
１３ キャリヤ
１４ 荷重センサ
１５ 電動モータ
２２ 螺旋凸条
２３ 円周溝
３０ フランジ部材
３２ 磁気ターゲット
３３ 磁気センサ
３７ 温度センサ
３９ 永久磁石
４８ 回転角検出手段
５０ 電子制御装置
６０ ねじ軸
６１ ナット
６２，６３ ねじ溝
６４ ボール
７０ 回転ディスク
７０ａ 対向面
７１ 直動ディスク
７１ａ 対向面
７２ ボール
７３，７４ 傾斜溝

Claims (12)

1. 電動モータ（１５）で駆動される回転軸（１０）と、その回転軸（１０）の回転を直動部材（１２，７）の直線運動に変換する直動機構とを有し、前記直動部材（１２，７）で対象物（２）を押圧する電動式直動アクチュエータにおいて、
   前記対象物（２）を押圧する荷重の大きさを検出する荷重センサ（１４）と、温度による前記荷重センサ（１４）への影響を補正する温度補償手段（３７，５０）と、前記対象物（２）への押圧を解除するときに、前記直動部材（７）と対象物（２）の間のクリアランスが所定の大きさとなるように前記電動モータ（１５）を制御するクリアランス制御手段（５０）とを設け、そのクリアランス制御手段（５０）は、前記荷重センサ（１４）で検出される荷重の大きさに基づいて、その荷重の大きさに対応する前記電動モータ（１５）の位置から前記クリアランスが所定の大きさとなる前記電動モータ（１５）の位置までの電動モータ（１５）の回転角（θ）を算出し、その回転角（θ）を目標値として前記電動モータ（１５）を回転させるものであることを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
2. 前記荷重センサ（１４）は、前記対象物（２）を押圧する荷重の反力を受けてたわみを生じるフランジ部材（３０）と、磁気センサ（３３）と、その磁気センサ（３３）に対する相対位置が前記フランジ部材（３０）のたわみにより変化するよう配置された磁界を発生する磁気ターゲット（３２）とからなる請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記磁気ターゲット（３２）は、前記磁気ターゲット（３２）と磁気センサ（３３）の相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石（３９）を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲット（３２）と磁気センサ（３３）の相対変位方向に並ぶように配置したものであり、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサ（３３）が配置されている請求項２に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記荷重センサ（１４）は、前記直動部材（１２，７）に設けた歪センサである請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記直動機構は、前記回転軸（１０）の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ（１１）と、その複数の遊星ローラ（１１）を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ（１３）と、前記複数の遊星ローラ（１１）を囲むように配置された外輪部材（１２）と、その外輪部材（１２）の内周に設けられた螺旋凸条（２２）と、その螺旋凸条（２２）と係合するように前記各遊星ローラ（１１）の外周に設けられた螺旋溝または円周溝（２３）とを有する遊星ローラ式の直動機構である請求項１から４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記直動機構は、前記回転軸（１０）と一体に回転するねじ軸（６０）と、そのねじ軸（６０）を囲むように設けられたナット（６１）と、前記ねじ軸（６０）の外周に形成されたねじ溝（６２）と前記ナット（６１）の内周に形成されたねじ溝（６３）の間に組み込まれた複数のボール（６４）とを有するボールねじ式の直動機構である請求項１から４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 前記直動機構は、前記回転軸（１０）と一体に回転する回転ディスク（７０）と、その回転ディスク（７０）の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク（７１）と、前記回転ディスク（７０）の直動ディスク（７１）に対する対向面（７０ａ）に形成された傾斜溝（７３）と前記直動ディスク（７１）の回転ディスク（７０）に対する対向面（７１ａ）に形成された傾斜溝（７４）との間に組み込まれたボール（７２）とを有するボールランプ式の直動機構である請求項１から４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
8. 前記電動モータ（１５）の回転角を検出する回転角検出手段（４８）を更に有し、前記クリアランス制御手段（５０）は、その回転角検出手段（４８）で検出される電動モータ（１５）の回転角が前記目標値と一致するまで前記電動モータ（１５）を減圧方向に回転させる請求項１から７のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
9. 前記回転角検出手段（４８）がレゾルバである請求項８に記載の電動式直動アクチュエータ。
10. 前記回転角検出手段（４８）がホール素子である請求項８に記載の電動式直動アクチュエータ。
11. 前記回転角検出手段（４８）が、前記電動モータ（１５）に電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置である請求項８に記載の電動式直動アクチュエータ。
12. 電動式直動アクチュエータ（１）の直動部材（１２，７）でブレーキディスク（２）を押圧する電動ブレーキ装置において、前記電動式直動アクチュエータ（１）が請求項１から１１のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータであることを特徴とする電動ブレーキ装置。

Images