JP2018526269A - 自動車のためのブレーキブースタ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、伝動装置（３）によりマスタブレーキシリンダのための圧力ピストンと結合される／結合可能である駆動モータ（２）を有する、自動車のマスタブレーキシリンダのためのブレーキブースタ（１）に関するものである。【解決手段】 伝動装置（３）は、雌ねじ（７）を備える回転可能なスピンドルナット（６）と、雄ねじ（５）を備える軸方向へ変位可能な相対回転不能のスピンドルロッド（４）とを有しており、ねじ（５，７）は互いに噛み合い、それにより圧力ピストンを操作するために駆動モータの回転運動をスピンドルロッド（４）の並進運動に変換する。スピンドルナット（６）は２部分で構成されており、雌ねじ（７）を有する内側部分（１８）と外歯（１０）を有する外側部分（１７）とを有しており、内側部分（１８）と外側部分（１７）は相違する材料で製作されることが意図される。【選択図】 図２

Description

本発明は、伝動装置によりマスタブレーキシリンダのための圧力ピストンと結合される／結合可能である駆動モータを有する、自動車のマスタブレーキシリンダのためのブレーキブースタに関するものであり、伝動装置は、雌ねじを備える回転可能なスピンドルナットと、雄ねじを備える軸方向へ変位可能な相対回転不能のスピンドルロッドとを有しており、雌ねじは雄ねじと係合し、それにより圧力ピストンを操作するために駆動モータの回転運動をスピンドルロッドの並進運動に変換する。

冒頭に述べた種類のブレーキブースタおよびブレーキ装置は、従来技術からすでに知られている。たとえば特許文献１は、駆動モータと、駆動モータをマスタブレーキシリンダの圧力ピストンと結合する伝動装置とを有する、自動車のマスタブレーキシリンダのためのブレーキブースタを開示している。このとき伝動装置は、マスタブレーキシリンダを操作するために駆動モータの回転運動を圧力ピストンの並進運動へ変換するために、スピンドル伝動装置として構成された区域を有している。そのためにスピンドル伝動装置は、雌ねじを備えるスピンドルナットと、雄ねじを備えるスピンドルロッドとを有しており、これら両方のねじ山が互いに係合して、回転運動を並進運動へと変換する。

独国特許出願公開第１０２０１２０１４３６１号明細書

ブレーキブースタの本発明に基づく実施形態により、伝動装置のスピンドルナットがいっそう長い耐用寿命を有し、ブレーキブースタの動作確実性が高まることが実現される。本発明は、スピンドルナットが雌ねじに追加して外歯をさらに有することを意図する。それにより、スピンドルナットを特に別の歯車によって直接的に駆動可能である。特に本発明は、回転運動の並進運動への変換のためとは異なる目的のためにも、スピンドルナットを利用できるようにすることを可能にする。そのために本発明では、スピンドルナットが２部分で構成されており、雌ねじを有する内側部分と外歯を形成する外側部分とを有しており、内側部分と外側部分は相違する材料で製作されることが意図される。このとき２部分からなる好ましい実施形態に基づき、外歯と雌ねじをいずれも材料工学的に最適化することが可能であり、それによってブレーキブースタの長い耐用寿命が保証される。

本発明の好ましい発展例では、外側部分は高強度の材料、特にアルミニウム、鋼材、セラミック、繊維複合素材、および／または繊維強化プラスチックで構成されることが意図される。それに伴って外側部分が特別に強固に構成され、高い駆動力を可能にする。

さらに、内側部分は低摩擦および／または低摩耗の素材、特にポリオキシメチレン、ポリテトラフルオロエチレン、および／またはポリアミドで構成されることが意図されるのが特別に好ましい。それにより、特に雌ねじと雄ねじの間の摩擦が低減され、駆動モータによって取り込まれる駆動力が、実質的に、最低限の摩擦でスピンドルロッドの並進運動へと変換され、それによって伝動装置の効率が向上する。

さらに、外側部分と内側部分は軸方向で形状接合式に互いに結合されることが意図されるのが好ましい。それにより、作動時に発生する軸方向負荷を確実に受け止めることができ、ないしは伝達することができ、高い負荷ないし高いトルクのときでも、スピンドルナットが駆動力をスピンドルロッドへ確実に伝達することが簡単な仕方で保証される。形状接合式の結合により、外側部分と内側部分が相互に外れることが簡単な仕方で防止される。

本発明の好ましい発展例では、軸方向の形状接合は少なくとも１つの折り返された保持区域によって形成されることが意図される。このとき折り返された保持区域は、内側部分または外側部分の構成要素であってよい。内側部分と外側部分にいずれもそれぞれ少なくとも１つの折り返された保持区域が配置されることが意図されていてもよい。折り返された保持区域によって、各部材の確実な係止を相互に保証する、それぞれの部分と一体的に構成された形状接合部材が存在する。このときそれぞれの保持区域は、形状接合を形成するために、それぞれ他方の部分すなわち内側部分または外側部分を軸方向で覆うように折り返される。

本発明の好ましい発展例では、軸方向の形状接合は、各部分のうちの一方へ軸方向にねじ込まれる少なくとも１つのねじであってそのねじ頭が各部分のうちの他方から突出するものによって形成されることが意図される。この実施形態では、各部分のうちの一方を、後から成形するのを省略することができる。その代わりに、各部分のうちの一方がねじ山を備えているのが好都合であり、該ねじ山にねじをねじ込み可能である。このとき、ねじ込まれた状態のときにねじ頭が他方の部分から突出し、それによって両方の部分の間で軸方向の形状接合を生起するように、ねじ山が配置されるとともにねじのねじ頭が構成される。

さらに、各部分は相互の相対回転不能の結合のために摩擦接合式、形状接合式、および／または物質接合式に相互に結合されることが意図されるのが好ましい。それにより、両方の部分が相互に回転することなく、高いトルクを伝達できることが保証される。

相対回転不能の結合の形状接合は、互いに向かい合うように配置された内側部分と外側部分の切欠きの中に形状接合式に入る、少なくとも１つの連結ボルトによって形成されるのが特別に好ましい。このように外側部分と内側部分は、それぞれ少なくとも１つの切欠き、特に収容溝を有していて、その中へ連結ボルトを半径方向で挿入可能である。両方の切欠きが互いに向かい合っていれば、連結ボルトを好ましくは少なくとも一方の軸方向側に向かって軸方向に、縁部の開いた切欠きへ差込可能である。そして円周方向への力伝達は、一方の部分から他方の部分へと連結ボルトによって行われる。それにより、外側部分と内側部分との間で確実な相対回転不能の結合が恒常的に保証される。

本発明の好ましい発展例では、相対回転不能の結合のための形状接合は、各部分のうちの一方の少なくとも１つの半径方向突起であって各部分のうちの他方の半径方向切欠きへ係合するものによって形成されることが意図される。この実施形態では、追加の力伝達手段を省略することができるという利点がある。このとき外側部分と内側部分の製作はコストが高くなるものの、その代わりに簡単な組立てが保証される。特に、一方の部分はその円周にわたって均等に配分されて配置された複数の半径方向突起および／または半径方向凹部を有しており、これらが、高い力でも確実に伝達できるようにするために、噛合部の形式で構成される。

さらに、スピンドルナットの外歯は伝動装置の駆動中空歯車の内歯と係合し、スピンドルナットは軸方向で駆動中空歯車に対して変位可能であることが意図されるのが好ましい。このように、スピンドルナットは駆動中空歯車の中に位置し、ないしはこれを貫通する。それにより、特別にコンパクトな伝動装置の実施形態が保証される。スピンドルナットが軸方向で駆動中空歯車に対して変位可能である好ましい構成に基づき、利用者がブレーキペダル操作によって圧力ピストンを直接的に力で（機械的に）付勢し、駆動モータに伝動装置が十分に迅速に追随できないときに、圧力ピストンがスピンドルナットの軸方向の変位によって、駆動に関わりなく変位可能であることがさらに保証される。それに伴い、たとえば駆動モータの不具合などの故障発生時にも、ブレーキプロセスを（機械的に）発動ないし開始させることができる。このことが特に好ましいのは、圧力ピストンがスピンドルロッドを形成する場合や、圧力ピストンがスピンドルロッドの直接的な延長部でこれにより機械的に付勢され得る場合である。特に内歯と外歯は、歯がそれぞれ軸方向でスピンドルナットないし駆動中空歯車に沿って延びるように構成される。それにより、スピンドルナットが駆動中空歯車に対して相対的に回動することなく、駆動中空歯車に対して相対的なスピンドルナットの軸方向のスライドが可能である。

その他の利点や好ましい構成要件は、上記の記述ならびに特許請求の範囲から明らかとなる。次に、本発明とその利点について図面を参照しながらさらに説明する。

ブレーキブースタを示す簡略化した図である。 ブレーキブースタを示す簡略化した図である。 ブレーキブースタのスピンドルナットを示す拡大断面図である。 スピンドルナットの第１の好ましい発展例である。 スピンドルナットの別の好ましい発展例である。 スピンドルナットの別の好ましい実施例である。 スピンドルナットの別の好ましい実施例である。 スピンドルナットの別の好ましい実施例である。

図１は、ここには詳しくは図示しない自動車のマスタブレーキシリンダのためのブレーキブースタ１を簡略化した図面で示している。ブレーキブースタ１は、電気モータとして構成され、伝動装置３によってスピンドルロッド４と作用接続される、ここでは簡略化して示す駆動モータ２を有している。このときスピンドルロッド４は、本例では部分区域のみが縦断面図として示されている。スピンドルロッド４は、雄ねじ５を有する中空ロッドとして構成されている。軸方向で、スピンドルロッド４は一方の端部でマスタブレーキシリンダと、特にマスタブレーキシリンダの圧力ピストンと、また他方の端部で、ブレーキブースタ１を有する自動車のブレーキペダルと機械的に結合される。スピンドルロッド４はここでは軸方向へ変位可能に構成されており、それによりブレーキペダルが操作されたときに、マスタブレーキシリンダに対してその操作のために力を及ぼす。

スピンドルロッド４の上にスピンドルナット６が回転可能に配置されている。スピンドルナット６は区域的に雌ねじ７を有していて、これが雄ねじ５と係合する。雄ねじ５と雌ねじ７は、ここではそれぞれ台形ねじとして構成されている。雄ねじ５はここでは軸方向で見て、雌ねじ７よりも２倍以上長い区域にわたって延びている。矢印８によって示唆するように、スピンドルナット６が回転運動すると、このことは、互いに噛み合う台形ねじによって、矢印９によって示すように、スピンドルロッド４の軸方向への変位につながる。スピンドルロッド４が圧力ピストンを形成することが意図されていてもよい。

さらにスピンドルナット６は、スピンドルナット６のスリーブ状の区域の外套外面にわたって軸方向に延びる複数の歯を備えた外歯１０を有している。さらにスピンドルナット６は一方の端部に、テーパ状の縦断面を有する軸方向ストッパ１１を有している。

さらに伝動装置３は、外歯１０と係合する内歯１３を有する駆動中空歯車１２を有している。外歯１０と内歯１３が軸方向に向けられていることにより、スピンドルナット６は軸方向で駆動中空歯車１２に対してスライド可能である。さらに駆動中空歯車１２は外歯を有しており、これによって駆動中空歯車１２は、変速段を有していて電気モータ２の駆動ピニオン１５と噛み合う中間歯車１４と作用接続される。

電気モータ２が励起されると、トルクが駆動中空歯車１２に対して及ぼされ、これが雌ねじ１３によってスピンドルナット６を連行して、回転運動させる。スピンドルロッド４は相対回転不能に支承されているので、スピンドルナット６の回転によって、スピンドルロッド４およびこれに伴って圧力ピストンの軸方向運動が生成されて、マスタブレーキシリンダが操作される。それにより自動的なブレーキプロセスを開始することができ、または、追加のブレーキ力の生成によって運転者がサポートを受けることができる。運転者がブレーキペダルを、電気モータ２が反応できるよりも早く操作したとき、あるいは電気モータ２ないしブレーキブースタ１が不具合を有しているとき、駆動中空歯車１２に対するスピンドルナット６の軸方向への変位可能性に基づき、スピンドルロッド４を純粋に機械式に操作することが運転者にとって可能である。このときスピンドルナット６は、駆動中空歯車１２を軸方向へ通過するように押圧される。ばね部材１６により、スピンドルナット６は軸方向ストッパ１１をもって駆動中空歯車１２に対して押圧され、それにより、軸方向ストッパ１１が駆動中空歯車１２に当接して、それ以上のスライドが不可能となる。ばね部材１６により、伝動装置３はこの意味において初期状態の方向へと初期応力をかけられる。

図１Ｂは、スピンドルナット６の好ましい構成を駆動中空歯車１２の横断面図として示している。スピンドルナット６は本例では２部分で構成されており、軸方向および回転方向で互いに固定的に結合された外側部分１７と内側部分１８とを有する。このとき外側部分１７は外歯１０を有し、内側部分１８は雌ねじ７を有する。スピンドルロッド４は、図面の見やすさの都合上、図１Ｂには示していない。内側部分１８と外側部分１７は、本例ではそれぞれスリーブ状に構成されて、互いに同心的に配置される。

図２は、スピンドルナット６の拡大した一区域を縦断面図として示している。ここに認められるとおり、外側部分１７は軸方向ストッパ１１の領域に、軸方向収容部１９を形成するための拡大された内径を有している。軸方向収容部１９の中に雌ねじ７を有する内側部分１８が押し込まれ、内側部分１８は、拡大された内径に少なくとも実質的に相当する外径を有している。このとき軸方向収容部１９は、拡大された内径に基づいて軸方向ストッパ２０を形成し、この軸方向ストッパまで、矢印で示すように内側部分１８を押込み可能である。外側部分１７は、たとえばアルミニウムや鋼材などの高強度の材料で製作される。内側部分１８は、本例では、たとえばポリオキシメチレンやポリアミドなどの低摩擦の素材で製作される。それに伴いスピンドルナットは、外側に位置する安全性関連の領域では好ましい硬質の材料で製作されるとともに、トライボロジーに関連する内側に位置する領域ではトライボロジー的に最適化された材料で製作される。それに伴って２部分からなる構成により、スピンドルナット６をその相違する役割に合わせて最善に適合化することが可能である。

内側部分１８を外側部分１７の中へ取り付けるために、さまざまな態様が考えられる。もっとも単純なケースでは、内側部分１８が外側部分１７の中に接着される。外側部分１７と内側部分１８を互いに溶接することも考えられる。外側部分１７と内側部分１８が互いに形状接合式に保持されることが意図されるのが好ましい。軸方向では、第１の形状接合が軸方向ストッパ２０によってすでに形成されている。別の方向へも、図３および４を用いて一例として示すように、同じく形状接合が設けられるのが好ましい。

図３は、外側部分１７の折り返された保持区域２１によって軸方向の形状接合が形成される実施例を示している。そのために外側部分１７はその端面に、円周全体にわたって中断なく、または中断を含めて延びる、軸方向に突出するウェブ２２を有している。このとき、少なくとも部分領域で円周にわたって軸方向に延びる、少なくとも１つのウェブ２２が設けられる。内側部分１８が挿入された後、ウェブ２２が少なくとも区域的に半径方向内側に向かって折り返され、その際に可塑的に変形され、それにより、内側部分１８をその端面のところで覆う。それに伴い内側部分１８は、軸方向ストッパ２０と、折り返されたウェブにより形成される保持区域２１との間で軸方向に形状接合式に固定される。

図４は、外側部分１７がその端面にねじ山２３を備えた１つまたは複数の開口部を有することが意図される、別案の実施例を示している。このとき開口部は、半径方向でできる限り遠くまで内方に、ないしは拡大された内径までほぼ構成され、それにより、ねじ山２３にねじ込まれるねじ２４がそのねじ頭２５をもって、軸方向収容部１９へ挿入された内側部分１８を覆う。

外側部分１７と内側部分１８の間の相対回転不能な形状接合式の結合のために、内側部分１８と外側部分１７が互いに噛み合う歯を有し、これらの歯によって簡単な形状接合が回転方向で提供されることが意図されるのが好ましい。別案として、内側部分１８または外側部分１７はただ１つの半径方向突起を有することもでき、この半径方向突起が、これと相補的に構成された相応の内側部分１８の半径方向収容部に係合する。

図５Ａから５Ｃは、回転方向への形状接合が追加の部材によって形成される実施例を示している。ここでは、内側部分１８がその外套外面２６に、円周にわたって均等に配分されて配置された複数の切欠き２７を長手方向溝の形態で有し、これらの切欠きが、図５Ａに示すように、内側部分１８にわたって軸方向へ延びることが意図される。

図５Ｂは、内径が拡大された外套内面２８に、円周にわたって配分されて配置された複数の切欠き２９を軸方向に延びる長手方向溝の形態で有する外側部分１７の平面図を示している。ここでは切欠き２９の数は、内側部分１８の切欠き２７の数と配置に相当する。内側部分１８が外側部分１７へ挿入されると、図５Ｃに示すように、切欠き２９および２７が、外側部分１７の中での内側部分１８の少なくとも１つの回転位置のときに互いに向かい合い、それにより、これらが共同でスピンドルナット６の軸方向収容部をそれぞれ形成する。図５Ｃによれば、切欠き２７および２９で形成される軸方向に縁部が開いた軸方向収容部の中に、それぞれ連結ボルト３０が軸方向へ押し込まれ、それは、たとえば図５Ａおよび５Ｃに示すようにである。このとき連結ボルト３０の断面は、切欠き２７および２９によって形成される軸方向収容部の断面に少なくとも実質的に相当する。それに伴い、連結ボルト３０は図５Ｃに示す組み付けられた状態のとき、切欠き２７の中にも切欠き２９の中にも位置し、それにより、外側部分１７と内側部分１８との簡単な形状接合式の結合が保証される。

１ ブレーキブースタ
２ 駆動モータ
３ 伝動装置
４ スピンドルロッド
５ 雄ねじ
６ スピンドルナット
７ 雌ねじ
１０ 外歯
１２ 駆動中空歯車
１３ 内歯
１７ 外側部分
１８ 内側部分
２１ 保持区域
２４ ねじ
２５ ねじ頭
２７，２９ 切欠き
３０ 連結ボルト

Claims (10)

1. 伝動装置（３）によりマスタブレーキシリンダのための圧力ピストンと結合される／結合可能である駆動モータ（２）を有する、自動車のマスタブレーキシリンダのためのブレーキブースタであって、前記伝動装置（３）は、雌ねじ（７）を備える回転可能なスピンドルナット（６）と、雄ねじ（５）を備える軸方向へ変位可能な相対回転不能のスピンドルロッド（４）とを有しており、前記ねじ（５，７）は互いに噛み合い、それにより前記圧力ピストンを操作するために前記駆動モータの回転運動を前記スピンドルロッド（４）の並進運動に変換する、ブレーキブースタにおいて、前記スピンドルナット（６）は２部分で構成されており、前記雌ねじ（７）を有する内側部分（１８）と外歯（１０）を有する外側部分（１７）とを有しており、内側部分（１８）と外側部分（１７）は相違する材料で製作されていることを特徴とするブレーキブースタ。
2. 前記外側部分（１７）は高強度の材料、特にアルミニウム、鋼材、セラミック、繊維複合素材、および／または繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のブレーキブースタ。
3. 前記内側部分（１８）は低摩擦および／または低摩耗の素材、特にポリオキシメチレン、ポリテトラフルオロエチレン、および／またはポリアミドで構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のブレーキブースタ。
4. 外側部分（１７）と内側部分（１８）は軸方向で形状接合式に互いに結合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。
5. 軸方向の形状接合は少なくとも１つの折り返された保持区域（２１）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。
6. 軸方向の形状接合は、内側部分（１８）または外側部分（１７）へ軸方向にねじ込まれる少なくとも１つのねじ（２４）であってそのねじ頭（２５）が各部分のうちの他方から突出するものによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。
7. 内側部分（１８）と外側部分（１７）は相対回転不能の相互の結合のために摩擦接合式、形状接合式、および／または物質接合式に相互に結合されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。
8. 相対回転不能の結合のための形状接合は、互いに向かい合うように配置された前記内側部分（１８）と前記外側部分（１７）の切欠き（２７，２９）の中に形状接合式に入る、少なくとも１つの連結ボルト（３０）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。
9. 前記形状接合は、前記内側部分（１８）または前記外側部分（１７）の少なくとも１つの半径方向突起であって前記内側部分（１８）ないし前記外側部分（１７）の半径方向切欠きへ係合するものによって形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のブレーキブースタ。
10. 前記スピンドルナット（６）の前記外歯（１０）は前記伝動装置（３）の駆動中空歯車（１２）の内歯（１３）と係合し、前記スピンドルナット（６）は軸方向で前記駆動中空歯車（１２）に対して変位可能であることを特徴とする、先行請求項１〜９のいずれか１項に記載のブレーキブースタ。

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