JP2013257000A - 磁気式荷重センサおよび電動ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い耐久性と高い感度を併せ持つ荷重センサを提供する。
【解決手段】フランジ部６と円筒部７とからなる荷重入力部材２と、フランジ部６の外径側部分を支持する支持部材３と、荷重入力部材２の円筒部７に固定された磁気ターゲット４と、その磁気ターゲット４が発生する磁束を検出する磁気センサ５とを有し、その磁気センサ５で検出した磁束に基づいて軸方向荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサ１において、フランジ部６の外径側部分に、フランジ部６の径方向内端の軸方向厚さＴよりも小さい軸方向厚さをもつ低剛性部６ａを形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁気式荷重センサおよびその磁気式荷重センサを用いた電動ブレーキ装置に関する。

電動ブレーキ装置は、一般に、電動モータの回転を摩擦パッドの軸方向移動に変換し、その摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。この制動力を所望の大きさに制御するため、電動ブレーキ装置には、摩擦パッドに印加する荷重の反力を受ける部分に荷重センサを組み込むことが多い。この荷重センサにかかる荷重（すなわち摩擦パッドに印加する荷重）の大きさは最大で３０ｋＮ程度であり、また、電動ブレーキの応答性を高めるために微小変位で荷重を検出する荷重センサが用いられる。

このように大きな荷重を微小変位で検出する荷重センサとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の荷重センサは、対向一対の円環板状の押圧板と、その一対の押圧板の間に挟み込まれた水晶圧電素子と、その水晶圧電素子と片側の押圧板との間を電気的に絶縁する絶縁板と、水晶圧電素子が発生する電圧を取り出すリード線とからなる。

この特許文献１の荷重センサは、軸方向荷重が入力されると、その荷重で水晶圧電素子の内部に圧縮応力が生じ、その応力の大きさに応じた電圧が水晶圧電素子に発生するので、この水晶圧電素子の電圧を計測することで荷重の大きさを検出することができる。また、水晶圧電素子の変形による押圧板の変位は微小なので、このセンサを電動ブレーキに組み込んだ場合、電動ブレーキの応答性を損なうことがない。

しかしながら、この荷重センサは、入力された荷重を水晶圧電素子で直接受けるので、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わると水晶圧電素子に割れや欠けが生じるおそれがあった。また、圧電素子と片方の押圧板の間を電気的に絶縁する絶縁板にも荷重が作用するので、絶縁板に高い耐久性が必要とされるが、樹脂などの安価な絶縁板では耐久性を確保するのが難しかった。

そこで、本願発明の発明者は、大きな荷重を微小変位で検出することができ、しかも耐久性に優れた荷重センサを研究し、そのような荷重センサとして、図１７に示すものを社内において開発した。

図１７に示す荷重センサ８０は、荷重入力部材２と支持部材３と磁気ターゲット４と磁気センサ５とからなる。荷重入力部材２は、軸方向荷重が入力される環状のフランジ部６と、そのフランジ部６の径方向内端に一体に連続して形成された円筒部７とからなり、フランジ部６に入力される軸方向荷重によってフランジ部６がたわむようになっている。支持部材３は、フランジ部６の外径側部分が軸方向に移動しないように、フランジ部６の外径側部分を支持している。磁気ターゲット４は、荷重入力部材２の円筒部７に固定されている。磁気センサ５は、磁気ターゲット４が発生する磁束を検出するように、支持部材３に固定されている。

この荷重センサ８０は、荷重入力部材２のフランジ部６に軸方向荷重が入力されると、フランジ部６のたわみによって磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位し、その磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化するので、磁気センサ５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。ここで、荷重センサ８０に荷重が入力されたときに、その荷重は荷重入力部材２のフランジ部６に作用してフランジ部６をたわませるが、磁気センサ５には作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わっても故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

国際公開２０１１／０３０８３９号

ところで、図１７に示す荷重センサ８０の感度を高めようとした場合、荷重入力部材２のフランジ部６を薄くすることにより、荷重に対するフランジ部６のたわみを大きくすることが考えられるが、フランジ部６を薄くすると耐久性が低下する問題が生じる。一方、荷重センサ８０の耐久性を高めるために、フランジ部６を厚くすると、フランジ部６がたわみにくくなるので、荷重センサ８０の感度が低下する問題が生じる。すなわち、荷重センサ８０の感度と耐久性は、一方を追及すれば他方を犠牲にせざるを得ないトレードオフの関係にある。

なお、荷重入力部材２のフランジ部６を薄くすることなく、荷重センサ８０の感度を高める方法として、例えば、フランジ部６と支持部材３の接触面間に、荷重が入力されたときに変形するスプリング等の別部材を組み込み、その別部材の変形によって磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位を拡大することが考えられるが、このようにすると、摩擦によるヒステリシス誤差が生じ、荷重センサ８０の検出精度を確保することができない。すなわち、スプリング等の別部材を組み込むと、その別部材との摩擦で生じるエネルギ損失によって、荷重増加時（すなわちフランジ部６のたわみが増加するとき）と荷重減少時（すなわちフランジ部６のたわみが減少するとき）とで荷重検出値に差が生じる問題が生じる。

この発明が解決しようとする課題は、高い耐久性と高い感度を併せ持つ荷重センサを提供することである。

本願発明の発明者は、図１７に示す荷重センサ８０に軸方向荷重を入力したときに荷重入力部材２の内部に生じる応力を解析したところ、図１８（ａ）に示すように、フランジ部６の内径側部分（特に、フランジ部６の円筒部７に連続する部分）に高い引張応力が生じるが、フランジ部６の外径側部分には低い応力しか生じないことが分かった。そして、高い引張応力が生じるフランジ部６の内径側部分は、高い耐久性を確保するために剛性を確保するとともに、低い応力しか生じないフランジ部６の外径側部分は、荷重センサ８０に高い感度をもたせるために、剛性を低くしてたわみやすくすれば、荷重センサ８０の高い耐久性と高い感度とを両立できる点に着眼した。

この着眼に基づいて、本願発明では、磁束を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットが発生する磁束を検出する磁気センサと、環状のフランジ部と、そのフランジ部の径方向内端に一体に連続して形成された円筒部とからなる荷重入力部材と、前記フランジ部の外径側部分を軸方向に移動しないように支持する支持部材とを有し、前記磁気ターゲットと磁気センサは、前記フランジ部に軸方向荷重が入力されたときにそのフランジ部のたわみにより磁気ターゲットと磁気センサの相対変位するように、磁気ターゲットと磁気センサの一方が前記荷重入力部材の円筒部に固定され、他方が前記支持部材に固定され、前記磁気センサで検出された磁束に基づいて前記軸方向荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサとして、前記フランジ部の外径側部分に、前記フランジ部の径方向内端の軸方向厚さよりも小さい軸方向厚さをもつ低剛性部が形成された磁気式荷重センサを提供する。

このようにすると、フランジ部の内径側部分の軸方向厚さを確保することができるので、荷重入力部材に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部の内径側部分に比較的高い引張応力が生じても、その引張応力による荷重入力部材の破損が防止され、荷重センサの耐久性を確保することができる。また、荷重入力部材に軸方向荷重が入力されたときに、低剛性部が変形することでフランジ部が比較的大きくたわむので、フランジ部の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、高い感度で荷重を検出することができる。

前記低剛性部としては、例えば、前記フランジ部の内径側から外径側に向かってフランジ部の軸方向厚さが次第に薄くなるテーパ状に形成された部分を採用することができる。このようにすると、フランジ部の半径方向に沿った低剛性部の厚さの変化が滑らかなので、低剛性部に応力集中が発生するのを防止することができ、フランジ部の耐久性を確保することが可能である。

この場合、前記低剛性部は、内径側から外径側に向かって前記フランジ部の軸方向厚さが直線的に減少するように形成することができる。このようにすると、低剛性部の加工が容易であり、低コストである。また、前記低剛性部は、内径側から外径側に向かって前記フランジ部の軸方向厚さが円弧状の凹曲線的に減少するように形成することもできる。

また、前記低剛性部としては、例えば、前記フランジ部の内径側から外径側に向かってフランジ部の軸方向厚さが段階的に薄くなる階段状に形成された部分や、前記フランジ部の外周に円周方向に等間隔に形成された軸方向に貫通する複数の切欠きや、前記フランジ部の側面に円周方向に等間隔に形成された複数の径方向溝や、前記フランジ部の側面にフランジ部と同心となるように形成された円周溝等を採用することができる。

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、この発明では、上記磁気式荷重センサを備えた電動ブレーキ装置を提供する。

この発明の磁気式荷重センサは、前記フランジ部の外径側部分に、前記フランジ部の径方向内端の軸方向厚さよりも小さい軸方向厚さをもつ低剛性部が形成されているので、軸方向荷重が入力されたときに高い引張応力が生じるフランジ部の内径側部分の軸方向厚さを確保すると同時に、軸方向荷重が入力されたときに低い応力しか生じないフランジ部の低剛性部が変形することで、フランジ部を比較的大きくたわませることができる。そのため、高い耐久性と高い感度とを両立することが可能である。

この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図 図１に示す磁気式荷重センサの磁気ターゲット近傍の拡大断面図 図１に示す磁気式荷重センサの右側面図 図２に示す磁気ターゲットと磁気センサの配置を変更した例を示す拡大断面図 図１に示す磁気式荷重センサを使用した電動ブレーキ装置を示す断面図 図５の直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図６のVII−VII線に沿った断面図 図５に示す遊星ローラ機構にかえてボールねじ機構を使用した電動ブレーキ装置を示す断面図 図５に示す遊星ローラ機構にかえてボールランプ機構を使用した電動ブレーキ装置を示す断面図 図９のX−X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 （ａ）はこの発明の第２実施形態の磁気式荷重センサを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）に示す磁気式荷重センサの断面図 （ａ）はこの発明の第３実施形態の磁気式荷重センサを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）に示す磁気式荷重センサの断面図 （ａ）はこの発明の第４実施形態の磁気式荷重センサを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）に示す磁気式荷重センサの断面図 （ａ）はこの発明の第５実施形態の磁気式荷重センサを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）に示す磁気式荷重センサの断面図 （ａ）はこの発明の第６実施形態の磁気式荷重センサを示す左側面図、（ｂ）は（ａ）に示す磁気式荷重センサの断面図 比較例の磁気式荷重センサを示す断面図 （ａ）は図１７に示す比較例の磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部に生じる応力を解析した結果を示す図、（ｂ）は図１に示す磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部に生じる応力を解析した結果を示す図 （ａ）は図１７に示す比較例の磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部の内部の各点に生じる変位を解析した結果を示す図、（ｂ）は図１に示す磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部の内部の各点に生じる変位を解析した結果を示す図

図１〜図３に、この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサ１を示す。この磁気式荷重センサ１は、軸方向荷重が入力される荷重入力部材２と、荷重入力部材２を支持する支持部材３と、磁束を発生する磁気ターゲット４と、磁気ターゲット４が発生する磁束を検出する磁気センサ５とからなる。

荷重入力部材２は、支持部材３と対向する円環板状のフランジ部６と、フランジ部６の径方向内端に一体に連続して形成された円筒部７とからなる。このフランジ部６と円筒部７は、鉄等の金属で形成されている。

円筒部７は、フランジ部６の径方向内端から支持部材３側に軸方向に突出するように形成され、その支持部材３側に突出した部分が、支持部材３の内周と径方向に対向している。この円筒部７の支持部材３側に突出した部分には磁気ターゲット４が固定されている。そして、支持部材３の内周には、磁気ターゲット４と径方向に対向するように磁気センサ５が固定されている。円筒部７は、フランジ部６の径方向内端から支持部材３とは反対側にも突出するように形成されている。円筒部７の内周には複数の軸受８が軸方向に間隔をおいて装着されている。

フランジ部６の外径側部分には、低剛性部６ａが形成されている。低剛性部６ａは、フランジ部６の径方向内端の軸方向厚さＴよりも小さい軸方向厚さをもたせることで、剛性を低下させた部分である。この実施形態では、低剛性部６ａは、フランジ部６の内径側から外径側に向かってフランジ部６の軸方向厚さが次第に薄くなるテーパ状に形成された部分である。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａが変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。一方、フランジ部６の内径側部分は、内径側から外径側に向かって軸方向厚さが一定となるように形成されている。

支持部材３は、荷重入力部材２と同一の金属で形成されている。支持部材３は、荷重入力部材２のフランジ部６と軸方向に間隔をおいて対向する円環板部９と、円環板部９のフランジ部６との対向面の外径側部分に形成された環状の支持突起１０と、支持突起１０の更に外径側に形成された嵌合筒部１１とからなる。

支持突起１０は、フランジ部６の外径側端部を軸方向に移動しないように支持し、円環板部９とフランジ部６の軸方向間隔を保持している。嵌合筒部１１は、フランジ部６の外周に嵌合しており、この嵌合によって支持部材３と円筒部７の相対位置を径方向に保持している。

ここで、嵌合筒部１１とフランジ部６の嵌合は、締め代をもった嵌合とすると、その嵌合によりフランジ部６を嵌合筒部１１から抜け止めすることができる。嵌合筒部１１とフランジ部６の嵌合をすきまばめとする場合は、フランジ部６と嵌合筒部１１の嵌合部分を加締めて塑性変形させることにより、フランジ部６を嵌合筒部１１から抜け止めすることができる。

磁気ターゲット４は、荷重入力部材２のフランジ部６のたわみによる磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位方向に対して直交する方向（ここでは円筒部７の半径方向）を磁化方向とする２個の永久磁石１２からなる。２個の永久磁石１２は、それぞれの永久磁石１２の反対の極性を有する磁極（すなわち、一方の永久磁石１２のＮ極と他方の永久磁石１２の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１２としては、例えば、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁束を発生させることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、プラセオジム磁石、などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石１２の温度上昇に伴う磁束の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石を使用すると、永久磁石１２の機械的強度を向上することができる。

図３に示すように、磁気センサ５は、２個の永久磁石１２の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット４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５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電動ブレーキの用途に好適である。

この磁気式荷重センサ１は、図１の矢印に示すように、フランジ部６から支持部材３に向かう方向の軸方向荷重が荷重入力部材２に入力されると、その軸方向荷重によって荷重入力部材２のフランジ部６が外径側端部を支点として軸方向にたわみ、このたわみに伴い、磁気ターゲット４と磁気センサ５が軸方向に相対変位し、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化する。そのため、フランジ部６に入力される軸方向荷重の大きさと、磁気センサ５の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ５の出力信号に基づいてフランジ部６にかかる軸方向荷重の大きさを検出することができる。

ここで、磁気式荷重センサ１に軸方向荷重が入力されたときの磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変化量は極めて小さい。例えば、この磁気式荷重センサ１を後述する電動ブレーキ装置に組み込んだとき、磁気式荷重センサ１には最大で３０ｋＮの軸方向荷重が入力されるが、このときの磁気ターゲット４と磁気センサ５の軸方向の相対変化量は０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度である。ここで、上記磁気式荷重センサ１は、半径方向を磁化方向とする２個の永久磁石１２のＮ極とＳ極が軸方向に隣接しているので、そのＮ極とＳ極の境目に配置された磁気センサ５の付近には、軸方向に交差する磁束が高い密度で存在している。そのため、磁気ターゲット４と磁気センサ５の軸方向の僅かな相対変位に対して、磁気センサ５の出力信号が急峻に変化する。したがって、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位が極めて小さいにもかかわらず、フランジ部６に作用する軸方向荷重の大きさを検出することが可能となっている。

図１７に上記実施形態に対する比較例の磁気式荷重センサを示す。この磁気式荷重センサは、フランジ部６に低剛性部６ａが存在せず、フランジ部６の軸方向厚さが全面にわたって同一となるように形成されている。その他の構成は、上記実施形態と同一である。

そして、この図１７に示す比較例の磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部６に生じる応力を解析した結果と、上記実施形態の磁気式荷重センサ１に軸方向荷重を入力したときにフランジ部６に生じる応力を解析した結果を、図１８（ａ）、（ｂ）に示す。また、このとき、図１７に示す比較例のフランジ部６の内部の各点に生じる変位を解析した結果と、上記実施形態のフランジ部６の内部の各点に生じる変位を解析した結果を、図１９（ａ）、（ｂ）に示す。これらの解析は１／３６カットモデルを対象にして行なった。

この解析結果によれば、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、フランジ部６の内径側部分（特に、フランジ部６の円筒部７に連続する部分）に高い引張応力が生じるが、フランジ部６の外径側部分には低い応力しか生じていない。そして、一般に、荷重を受ける部材の耐久性はそのとき生じる最大引張応力とその部分の剛性とで決定される。したがって、フランジ部６の内径側部分の軸方向厚さＴは荷重入力部材２の耐久性を左右するが、フランジ部６の外径側部分の軸方向厚さは荷重入力部材２の耐久性にほとんど影響しないことが分かる。すなわち、図１７に示すようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けない場合と、上記実施形態のようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けた場合とを比較した場合、フランジ部６の径方向内端の軸方向厚さＴが同じであれば、その耐久性はほとんど変わらない。

一方、フランジ部６の各部位の変位量は、図１７に示すようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けない場合、図１９（ａ）に示すような変位分布を示すのに対し、上記実施形態のようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けた場合、図１９（ｂ）に示すように、図１９（ａ）と比較して、フランジ部６の径方向内端で１．５倍程度の変位量を生じる結果となっている。すなわち、図１７に示すようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けないよりも、上記実施形態のようにフランジ部６に低剛性部６ａを設けた場合の方が、フランジ部６が大幅に大きくたわむことが分かる。

以上のように、上記実施形態の磁気式荷重センサ１は、フランジ部６の外径側部分に、フランジ部６の径方向内端の軸方向厚さＴよりも小さい軸方向厚さをもつ低剛性部６ａが形成されているので、軸方向荷重が入力されたときに高い引張応力が生じるフランジ部６の内径側部分の軸方向厚さを確保すると同時に、軸方向荷重が入力されたときに低い応力しか生じないフランジ部６の低剛性部６ａが変形することで、フランジ部６を比較的大きくたわませることができる。そのため、高い耐久性と高い感度とを両立することが可能である。

また、この磁気式荷重センサ１は、荷重が入力されたときに、その荷重はフランジ部６に作用してフランジ部６をたわませるが、磁気センサ５には作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わっても磁気センサ５が故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

また、この磁気式荷重センサ１は、荷重入力部材２と支持部材３とを同一の線膨張係数をもつ材料で形成しているので、温度上昇したときに荷重入力部材２と支持部材３とが同じ割合で熱膨張する。そのため、温度変化による磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位が生じにくく、温度変化による誤差が生じにくい。

図１〜図３では、荷重入力部材２の円筒部７に磁気ターゲット４を固定し、支持部材３に磁気センサ５を固定しているが、この磁気ターゲット４と磁気センサ５の関係を反対にしてもよい。すなわち、図４に示すように、荷重入力部材２の円筒部７に磁気センサ５を固定し、支持部材３に磁気ターゲット４を固定してもよい。

また、図１〜図４では、フランジ部６の軸方向の僅かなたわみに対して磁気センサ５の出力信号が急峻に変化するようにするため、荷重入力部材２および支持部材３に半径方向の対向面を設け、その対向面に磁気ターゲット４と磁気センサ５を固定した構成を採用しているが、荷重入力部材２および支持部材３に軸方向の対向面を設け、その対向面に磁気ターゲット４と磁気センサ５を固定するようにしてもよい。

図５〜図７に、上記の磁気式荷重センサ１を使用し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１３を間に挟んで対向する対向片１４，１５をブリッジ１６で連結した形状のキャリパボディ１７と、対向片１５のブレーキディスク１３に対する対向面に開口する収容孔１８に組み込まれた直動アクチュエータ１９と、左右一対の摩擦パッド２０，２１とからなる。

摩擦パッド２１は、対向片１５とブレーキディスク１３の間に設けられており、キャリパボディ１７に取り付けられたパッドピン（図示せず）でブレーキディスク１３の軸方向に移動可能に支持されている。他方の摩擦パッド２０は反対側の対向片１４に取り付けられている。キャリパボディ１７は、ブレーキディスク１３の軸方向にスライド可能に支持されている。

図６に示すように、直動アクチュエータ１９は、回転軸２２と、回転軸２２の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ２３と、これらの遊星ローラ２３を囲むように配置された外輪部材２４と、遊星ローラ２３を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ２５と、外輪部材２４の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

回転軸２２は、図５に示す電動モータ２６の回転が歯車２７を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸２２は、対向片１５を軸方向に貫通して形成された収容孔１８の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔１８に挿入され、収容孔１８からの突出部分に歯車２７がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車２７は、収容孔１８の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト２８で固定した蓋２９で覆われている。蓋２９には回転軸２２を回転可能に支持する軸受３０が組み込まれている。

図７に示すように、遊星ローラ２３は、回転軸２２の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸２２が回転したときに遊星ローラ２３と回転軸２２の間の摩擦によって遊星ローラ２３も回転するようになっている。遊星ローラ２３は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。

図６に示すように、外輪部材２４は、キャリパボディ１７の対向片１５に設けられた収容孔１８内に収容され、その収容孔１８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２４の軸方向前端には、摩擦パッド２１の背面に形成された係合凸部３１に係合する係合凹部３２が形成され、この係合凸部３１と係合凹部３２の係合によって、外輪部材２４がキャリパボディ１７に対して回り止めされている。

外輪部材２４の内周には螺旋凸条３３が設けられ、遊星ローラ２３の外周には、螺旋凸条３３に係合する円周溝３４が設けられており、遊星ローラ２３が回転したときに、外輪部材２４の螺旋凸条３３が円周溝３４に案内されて、外輪部材２４が軸方向に移動するようになっている。ここでは遊星ローラ２３の外周にリード角が０度の円周溝３４を設けているが、円周溝３４のかわりに螺旋凸条３３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２５は、遊星ローラ２３を回転可能に支持するキャリヤピン２５Ａと、その各キャリヤピン２５Ａ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２５Ｂと、各キャリヤピン２５Ａ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２５Ｃとからなる。キャリヤプレート２５Ｂとキャリヤ本体２５Ｃは遊星ローラ２３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２３の間に配置された連結棒３５を介して連結されている。

キャリヤ本体２５Ｃは、滑り軸受３６を介して回転軸２２に支持され、回転軸２２に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ２３とキャリヤ本体２５Ｃの間には、遊星ローラ２３の自転がキャリヤ本体２５Ｃに伝達するのを遮断するスラスト軸受３７が組み込まれている。

各キャリヤピン２５Ａ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２５Ａに外接するように装着された縮径リングばね３８で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね３８の付勢力によって、遊星ローラ２３の外周は回転軸２２の外周に押さえ付けられ、回転軸２２と遊星ローラ２３の間の滑りが防止されている。縮径リングばね３８の付勢力を遊星ローラ２３の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン２５Ａの両端に縮径リングばね３８が設けられている。

磁気式荷重センサ１は、荷重入力部材２のフランジ部６の軸方向後方に支持部材３が対向する向きで収容孔１８内に嵌め込まれている。キャリヤ２５と磁気式荷重センサ１の間には、キャリヤ２５と一体に公転する間座３９と、間座３９と磁気式荷重センサ１の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４０とが組み込まれている。スラスト軸受４０は、荷重入力部材２のフランジ部６の内径側部分に接触するように設けられており、このスラスト軸受４０を介して間座３９からフランジ部６の内径側部分に軸方向荷重が入力されるようになっている。荷重入力部材２の円筒部７内に組み込まれた軸受８で、回転軸２２が回転可能に支持されている。

磁気式荷重センサ１は、支持部材３の外周縁を、収容孔１８の内周に装着した止め輪４１で係止することによって軸方向後方への移動が規制されている。そして、この磁気式荷重センサ１は、間座３９とスラスト軸受４０とを介してキャリヤ本体２５Ｃを軸方向に支持することで、キャリヤ２５の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ２５は、回転軸２２の軸方向前端に装着された止め輪４２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２５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２５に保持された遊星ローラ２３も軸方向移動が規制された状態となっている。

次に、上述した電動ブレーキ装置の動作例を説明する。

電動モータ２６を作動させると、回転軸２２が回転し、遊星ローラ２３がキャリヤピン２５Ａを中心に自転しながら回転軸２２を中心に公転する。このとき螺旋凸条３３と円周溝３４の係合によって外輪部材２４と遊星ローラ２３が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ２３はキャリヤ２５と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ２３は軸方向に移動せず、外輪部材２４が軸方向に移動する。このようにして、直動アクチュエータ１９は、電動モータ２６で駆動される回転軸２２の回転を外輪部材２４の軸方向移動に変換し、その外輪部材２４で摩擦パッド２１に軸方向荷重を印加することで、摩擦パッド２１をブレーキディスク１３に押し付けて制動力を発生させる。

ここで、外輪部材２４が摩擦パッド２１に軸方向荷重を印加するとき、外輪部材２４には軸方向後方への反力が作用し、その反力は、遊星ローラ２３、キャリヤ２５、間座３９、スラスト軸受４０を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部６が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位する。このとき、その磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化するので、磁気センサ５の出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさを検出することができる。また、この磁気センサ５の出力信号を用いて電動ブレーキ装置の制動力をフィードバック制御することにより、高精度な荷重制御が実現できる。

この電動ブレーキ装置では、回転軸２２の回転を外輪部材２４の軸方向移動に変換する直動機構として、回転軸２２の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ２３と、遊星ローラ２３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２５と、複数の遊星ローラ２３を囲むように配置された外輪部材２４と、外輪部材２４の内周に設けられた螺旋凸条３３と、螺旋凸条３３と係合するように各遊星ローラ２３の外周に設けられた螺旋溝または円周溝３４とからなる遊星ローラ機構を採用しているが、他の構成の直動機構を採用した電動ブレーキ装置にも上記磁気式荷重センサ１を組み込むことができる。

例えば、直動機構としてボールねじ機構を採用した電動ブレーキ装置の例を図８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８において、直動アクチュエータ１９は、回転軸２２と、回転軸２２と一体に設けられたねじ軸５０と、ねじ軸５０を囲むように設けられたナット５１と、ねじ軸５０の外周に形成されたねじ溝５２とナット５１の内周に形成されたねじ溝５３の間に組み込まれた複数のボール５４と、ナット５１のねじ溝５３の終点から始点にボール５４を戻す図示しないリターンチューブと、ナット５１の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

ナット５１は、対向片１５に設けられた収容孔１８内に、キャリパボディ１７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５０の軸方向後端にはねじ軸５０と一体に回転する間座３９が設けられ、その間座３９がスラスト軸受４０を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座３９とスラスト軸受４０とねじ軸５０とを介してナット５１を軸方向に支持することで、ナット５１の軸方向後方への移動を規制している。

この電動ブレーキ装置は、回転軸２２を回転させることによって、ねじ軸５０とナット５１を相対回転させ、ナット５１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２１に軸方向荷重を印加する。このとき、ねじ軸５０には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座３９、スラスト軸受４０を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部６が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２１に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさ（摩擦パッド２１の押圧力）を検出することができる。

また、直動機構としてボールランプ機構を採用した電動ブレーキ装置の例を図９に示す。

図９において、電動ブレーキ装置は、回転軸２２と、回転軸２２の外周に回り止めされた回転ディスク６０と、回転ディスク６０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク６１と、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間に挟まれた複数のボール６２と、直動ディスク６１の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

直動ディスク６１は、対向片１５に設けられた収容孔１８内に、キャリパボディ１７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６０の軸方向後端には回転ディスク６０と一体に回転する間座３９が設けられ、その間座３９がスラスト軸受４０を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座３９とスラスト軸受４０とを介して回転ディスク６０を軸方向に支持することで回転ディスク６０の軸方向後方への移動を規制している。

図９、図１０に示すように、回転ディスク６０の直動ディスク６１に対する対向面には、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６３が形成され、直動ディスク６１の回転ディスク６０に対する対向面には、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６４が形成されている。図１１（ａ）に示すように、ボール６２は、回転ディスク６０の傾斜溝６３と直動ディスク６１の傾斜溝６４の間に組み込まれており、図１１（ｂ）に示すように、直動ディスク６１に対して回転ディスク６０が相対回転すると、傾斜溝６３，６４内をボール６２が転動して、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間隔が拡大するようになっている。

この電動ブレーキ装置は、回転軸２２を回転させることによって、直動ディスク６１と回転ディスク６０を相対回転させて、直動ディスク６１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２１に軸方向荷重を印加する。このとき、回転ディスク６０には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座３９、スラスト軸受４０を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部６が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２１に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて、軸方向荷重の大きさ（摩擦パッド２１の押圧力）を検出することができる。

図１２（ａ）、（ｂ）に、この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサ７０を示す。第１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。

フランジ部６の外径側部分には、フランジ部６の内径側から外径側に向かってフランジ部６の軸方向厚さが段階的に薄くなる階段状に形成された低剛性部６ａが形成されている。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａが変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。

図１３（ａ）、（ｂ）に、この発明の第３実施形態の磁気式荷重センサ７１を示す。第１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１３（ａ）、（ｂ）において、フランジ部６の外径側部分の低剛性部６ａは、フランジ部６の外周に円周方向に等間隔に形成された軸方向に貫通する複数の切欠きである。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａ（すなわち切欠きの部分）が変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。

図１４（ａ）、（ｂ）に、この発明の第４実施形態の磁気式荷重センサ７２を示す。第１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１４（ａ）、（ｂ）において、フランジ部６の外径側部分の低剛性部６ａは、フランジ部６の側面に円周方向に等間隔に形成された複数の径方向溝である。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａ（すなわち径方向溝の部分）が変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。

図１５（ａ）、（ｂ）に、この発明の第５実施形態の磁気式荷重センサ７３を示す。第１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１５（ａ）、（ｂ）において、フランジ部６の外径側部分の低剛性部６ａは、フランジ部６の側面にフランジ部６と同心となるように形成された円周溝である。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａ（すなわち円周溝の部分）が変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。

図１６（ａ）、（ｂ）に、この発明の第６実施形態の磁気式荷重センサ７４を示す。第１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１６（ａ）、（ｂ）において、フランジ部６の外径側部分には、内径側から外径側に向かってフランジ部６の軸方向厚さが円弧状の凹曲線的に減少するように低剛性部６ａが形成されている。そして、荷重入力部材２に軸方向荷重が入力されたときに低剛性部６ａが変形することで、図１７に示すようにフランジ部６の軸方向厚さを全面にわたって同一とした場合よりも、フランジ部６が大きくたわむようになっている。

第１実施形態で説明した電動ブレーキ装置には、第１実施形態の磁気式荷重センサ１にかえて、第２〜第６実施形態の磁気式荷重センサ７０〜７４を使用することができる。

１ 磁気式荷重センサ
２ 荷重入力部材
３ 支持部材
４ 磁気ターゲット
５ 磁気センサ
６ フランジ部
６ａ 低剛性部
７ 円筒部
１２ 永久磁石
７０ 磁気式荷重センサ
７１ 磁気式荷重センサ
７２ 磁気式荷重センサ
７３ 磁気式荷重センサ
７４ 磁気式荷重センサ
Ｔ 軸方向厚さ

Claims (10)

1. 磁束を発生する磁気ターゲット（４）と、
   その磁気ターゲット（４）が発生する磁束を検出する磁気センサ（５）と、
   環状のフランジ部（６）と、そのフランジ部（６）の径方向内端に一体に連続して形成された円筒部（７）とからなる荷重入力部材（２）と、
   前記フランジ部（６）の外径側部分を軸方向に移動しないように支持する支持部材（３）とを有し、
   前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）は、前記フランジ部（６）に軸方向荷重が入力されたときにそのフランジ部（６）のたわみにより磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）が相対変位するように、磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）の一方が前記荷重入力部材（２）の円筒部（７）に固定され、他方が前記支持部材（３）に固定され、
   前記磁気センサ（５）で検出された磁束に基づいて前記軸方向荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサであって、
   前記フランジ部（６）の外径側部分に、前記フランジ部（６）の径方向内端の軸方向厚さ（Ｔ）よりも小さい軸方向厚さをもつ低剛性部（６ａ）が形成された磁気式荷重センサ。
2. 前記低剛性部（６ａ）は、前記フランジ部（６）の内径側から外径側に向かってフランジ部（６）の軸方向厚さが次第に薄くなるテーパ状に形成された部分である請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
3. 前記低剛性部（６ａ）は、内径側から外径側に向かって前記フランジ部（６）の軸方向厚さが直線的に減少するように形成されている請求項２に記載の磁気式荷重センサ。
4. 前記低剛性部（６ａ）は、内径側から外径側に向かって前記フランジ部（６）の軸方向厚さが円弧状の凹曲線的に減少するように形成されている請求項２に記載の磁気式荷重センサ。
5. 前記低剛性部（６ａ）は、前記フランジ部（６）の内径側から外径側に向かってフランジ部（６）の軸方向厚さが段階的に薄くなる階段状に形成された部分である請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
6. 前記低剛性部（６ａ）は、前記フランジ部（６）の外周に円周方向に等間隔に形成された軸方向に貫通する複数の切欠きである請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
7. 前記低剛性部（６ａ）は、前記フランジ部（６）の側面に円周方向に等間隔に形成された複数の径方向溝である請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
8. 前記低剛性部（６ａ）は、前記フランジ部（６）の側面にフランジ部（６）と同心となるように形成された円周溝である請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
9. 前記磁気ターゲット（４）は、前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）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（１２）を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）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（５）が配置されている請求項１から８のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサを備えた電動ブレーキ装置。