JP2019203530A - 逆入力ブレーキ機構および電動式ブレーキ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、円錐クラッチの締結により逆入力を遮断し、締結解除によって入力部材から出力部材へ動力を伝達するようにした逆入力遮断機構が知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、ねじりばねでは、ブレーキトルクにより摩耗するので、耐久性に問題がある。そして、ねじりばねでは、耐摩耗性を高めるために、熱処理やコーティングにより表面硬度を高めることもできない。すなわち、ねじりばねには弾性体としての機能が必要であるので、ねじりばねに熱処理を行うと割れてしまうおそれがある。また、ねじりばねにコーティングを施しても、ねじりばねの弾性変形によりコーティングが剥離するおそれがある。
さらに、特許文献1および2はいずれも、逆入力遮断装置の発明であって、出力部材に逆入力される回転トルクを遮断して入力部材に伝達させない装置に関するものである。
また、本発明は、電動モータが失陥しても、電動モータを逆駆動することができる電動式ブレーキ装置を提供することを目的とする。
入力部材と、
該入力部材と同軸に配置された出力部材と、
被押圧面を有する被押圧部材と、
前記入力部材に回転トルクが入力されると前記入力部材との係合に基づき前記被押圧面から離れる方向に移動して前記出力部材に回転トルクを伝達し、かつ、前記出力部材に回転トルクが逆入力されると前記出力部材との係合に基づき前記被押圧面に近づく方向に移動して前記出力部材の回転を制動する係合子と、を備え、
前記係合子に作用して前記出力部材の回転を制動するブレーキトルクの大きさは、前記出力部材から前記係合子に伝達される回転トルクの大きさより小さく設定されている、
ことを特徴とする。
この場合には、前記係合子のうちで、前記出力係合凸部と係合する部分を含む底面全体を、平坦面状としてもよい。
この場合には、前記係合子を、それぞれの底面により前記出力係合凸部を挟むように1対備えるようにしてもよい。さらに、前記1対の係合子のそれぞれの底面に設けたガイド凹部に架け渡すように、例えばコイル状や板状のばねやゴムなどの弾性部材を配置するようにしてもよい。
この場合には、前記押圧面の断面形状を直線状とし、前記押圧面の軸方向両側に平面状または曲面状の面取りを設けるようにしてもよい。
前記電動モータと前記ボールねじとの間に、請求項1から12のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構を備え、
前記電動モータは前記入力部材に接続されているとともに、前記ボールねじは前記出力部材に接続されている、
ことを特徴とする。
また、本発明の電動式ブレーキ装置によれば、電動モータが失陥しても、電動モータを逆駆動することができる。
(第1実施の形態)
図1〜図8は、本発明の逆入力ブレーキ機構の第1実施の形態を示す図である。
(逆入力ブレーキ機構の構造の説明)
本実施の形態の逆入力ブレーキ機構1は、入力部材2と、出力部材3と、被押圧部材4と、1対の係合子5とを備えている。逆入力ブレーキ機構1は、入力部材2に入力される回転トルク(以下、単に「トルク」ともいう。)を出力部材3にほぼ全て伝達させるのに対し、出力部材3に逆入力される回転トルクを入力部材2にその一部を伝達する機能を有している。すなわち、出力部材3に逆入力される回転トルクに対してブレーキトルクを発生し、これにより出力部材3に逆入力される回転トルクの一部を入力部材2に伝達するようになっている。
逆入力ブレーキ機構1の動作について説明する。
先ず、入力部材2に入力側機構から回転トルクが入力された場合を説明する。
入力部材2に回転トルクが入力されると、図5に示すように、入力係合孔14の内側で、入力係合凸部7が入力部材2の回転方向(図5の例では時計方向)に回転する。すると、入力係合凸部7の径方向内側面が入力係合孔14の内面を径方向内方に向けて押圧し、1対の係合子5を、被押圧面10から離れる方向にそれぞれ移動させる。つまり、1対の係合子5を、入力部材2との係合に基づき、互いに近づく方向である径方向内方に(図5の上側に位置する係合子5を下方に、図5の下側に位置する係合子5を上方に)それぞれ移動させる。これにより、1対の係合子5の底面12が互いに近づく方向に移動し、1対の出力係合凹部15が出力部材3の出力係合凸部9を径方向両側から挟持する。すなわち、出力部材3を、出力係合凸部9の長軸方向が係合子5の底面12と平行になるように回転させつつ、出力係合凸部9と1対の出力係合凹部15とをがたつきなく係合させる。したがって、入力部材2に入力された回転トルクは、1対の係合子5を介して、出力部材3に伝達され、出力部材3から出力される。この逆入力ブレーキ機構1は、入力部材2に回転トルクが入力されると、入力部材2の回転方向に関係なく、1対の係合子5を、被押圧面10から離れる方向にそれぞれ移動させる。そして、入力部材2に入力された回転トルクを、1対の係合子5を介して、出力部材3に伝達する。
出力部材3に回転トルクが逆入力されると、図6に示すように、出力係合凸部9が、1対の出力係合凹部15同士の内側で、出力部材3の回転方向(図6の例では時計方向)に回転する。すると、出力係合凸部9の角部が出力係合凹部15の底面を径方向外方に向けて押圧し、1対の係合子5を、被押圧面10に近づく方向にそれぞれ移動させる。つまり、1対の係合子5を、出力部材3との係合に基づき、互いに離れる方向である径方向外方に(図5の上側に位置する係合子5を上方に、図5の下側に位置する係合子5を下方に)それぞれ移動させる。これにより、1対の係合子5のそれぞれの押圧面11を、被押圧面10に対して押し付ける。この際、押圧面11と被押圧面10とは、押圧面11の周方向にわたる全範囲で面接触する。この結果、係合子5が出力係合凸部9と被押圧部材4との間で突っ張るため、出力部材3の回転が抑制される。すなわち、出力部材3の回転が制動される。この逆入力ブレーキ機構1は、出力部材3に回転トルクが逆入力されると、出力部材3の回転方向に関係なく、1対の係合子5を、被押圧面10に近づく方向にそれぞれ移動させる。そして、出力係合凸部9と被押圧部材4との間で1対の係合子5が突っ張り、出力部材3の回転を制動し、出力部材3に入力された回転トルクの一部を、1対の係合子5を介して、入力部材2に伝達する。
出力部材3に回転トルクが逆入力されることで、出力係合凸部9の角部が出力係合凹部15の底面に当接すると、図7に示すように、出力係合凸部9の角部と出力係合凹部15の底面との当接部Xには、出力係合凹部15の底面に対し垂直方向に法線力Fcが作用する。また、当接部Xには、出力係合凸部9と出力係合凹部15との間の摩擦係数をμとすると、出力係合凹部15の底面と平行な方向に摩擦力μFcが作用する。ここで、当接部Xに作用する接線力Ftの作用線の方向と出力係合凹部15の底面との間のくさび角をθとすると、接線力Ftは、次の式(1)により表される。
Ft=Fc・sinθ+μFc・cosθ ・・・(1)
このため、法線力Fcは、接線力Ftを用いて、次の(2)式により表される。
Fc=Ft/(sinθ+μ・cosθ) ・・・(2)
T=r・Ft ・・・(3)
T´=μ´RFc ・・・(4)
したがって、より大きなブレーキ力を得るには、摩擦係数μ´、距離R、法線力Fcを大きくすれば良いことが分かる。
T>T´ ・・・(5)
また、上記(5)式に上記(1)〜(4)式を代入すると次の(6)式が得られる。
μ´R/(sinθ+μ・cosθ)<r ・・・(6)
上記(6)式からは、押圧面11と被押圧面10との間の摩擦係数μ´を大きくすれば、距離Rを小さくしても、出力部材3を制動する力を強め、出力部材3から入力部材2に伝達されるトルクを小さくできることが分かる。
R<10r(sinθ+0.1cosθ) ・・・(7)
上記(7)式からは、出力部材3の回転中心Oから当接部Xまでの距離rと、出力部材3の回転中心Oから当接部Yまでの距離Rと、接線力Ftの作用線の方向と出力係合凹部15の底面との間のくさび角θとを適切に設定することで、出力部材3の回転を制動し、出力部材3に入力された回転トルクの一部を入力部材2に伝達させられることがわかる。
なお、T´は、0.1T以上であることが好ましく、さらには0.9T以下であることが好ましい。T´が0.1Tより小さいとすべりが発生し、コーティングが剥離する虞があるからである。また、T´が0.9Tより大きいとロックするため、さらにトルクを大きくすると軸方向寸法が大きくなるからである。
この逆入力ブレーキ機構1は、入力部材2および出力部材3のそれぞれの回転を、係合子5の径方向移動に変換する。そして、このように入力部材2および出力部材3の回転を係合子5の径方向移動に変換することで、係合子5を、該係合子5の径方向内側に位置する出力部材3に係合させたり、あるいは、係合子5を、該係合子5の径方向外側に位置する被押圧部材4に押し付けるようにしている。このように、逆入力ブレーキ機構1は、入力部材2および出力部材3のそれぞれの回転によって制御される係合子5の径方向移動に基づき、入力部材2から出力部材3に回転トルクが伝達可能になる状態と、出力部材3に入力された回転トルクの一部を入力部材2に伝達する状態とを切り替えることができるため、逆入力ブレーキ機構1の装置全体の軸方向寸法を短くできる。
次に、本発明の第2実施の形態について、図9を用いて説明する。
本実施の形態の特徴は、1対の係合子5のそれぞれの姿勢を安定させ、係合子5の径方向移動を正確に行わせる点にある。このために、本実施の形態では、係合子5の底面12のうち、出力係合凹部15を挟んで幅方向両側部に、それぞれ底面12から垂直方向に伸長した案内スリット16を設けている。そして、1対の係合子5のそれぞれの底面12を互いに対向させた状態で、同一直線上に存在する1対の案内スリット16内に、これら1対の案内スリット16を跨ぐようにして、円柱状または矩形柱状のガイド17を配置している。ガイド17は、案内スリット16の内側にがたつきなく、かつ、ガイド17の軸方向に関する移動を可能に配置されている。
次に、本発明の第3実施の形態について、図10および図11を用いて説明する。
本実施の形態の特徴も、第2実施の形態と同様に、1対の係合子5のそれぞれの姿勢を安定させ、係合子5の径方向移動を正確に行わせる点にある。このために、本実施の形態では、1対の係合子5の径方向内端部の幅方向両側部を、断面略U字形のガイド17aによりそれぞれ案内している。これにより、1対の係合子5は、径方向の移動および同期した回転は可能でありながら、互いに相対回転したり、幅方向に移動したりすることが防止される。
次に、本発明の第4実施の形態について、図12を用いて説明する。
本実施の形態の特徴も、第2実施の形態および第3実施の形態と同様に、1対の係合子5a、5bのそれぞれの姿勢を安定させ、係合子5a、5bの径方向移動を正確に行わせる点にある。このために、本実施の形態では、一方(図12の上方)の係合子5aの底面12の幅方向両側部に、他方の係合子5bに向けて伸長した1対の張出部18を設けている。これに対し、他方(図12の下方)の係合子5bの底面12の幅方向両側部に切り欠き19を設けている。これにより、他方の係合子5bの径方向内端部の幅寸法を、1対の切り欠き19分だけ小さくしている。そして、1対の係合子5a、5bを被押圧部材4の径方向内側に配置した状態で、1対の張出部18の間に、他方の係合子5bの径方向内端部をがたつきなく配置している。このために、1対の張出部18の内側面同士の幅寸法を、他方の係合子5bの径方向内端部の幅寸法よりも僅かに大きくしている。
次に、本発明の第5実施の形態について、図13および図14を用いて説明する。
本実施の形態の特徴は、出力部材3のがたつきを防止する点にある。このために、本実施の形態では、図14に示すように、出力係合凸部9を長軸方向に挿通するように補助軸部20を設け、該補助軸部20の軸方向両側部を出力係合凸部9の外部に露出させている。そして、図13に示すように、補助軸部20の軸方向両側部を、1対の係合子5の底面12同士の間に配置している。
第1実施の形態で説明したように、逆入力ブレーキ機構1に関して、出力部材3に回転トルクが逆入力された際に、出力部材3の回転を制動し、出力部材3に入力された回転トルクの一部を入力部材2に伝達するには、出力部材3から係合子5に伝達されるトルクTと、被押圧部材4に対して押し付けられた係合子5に作用するブレーキトルクT´とが、T>T´の関係を満たしている必要がある。また、押圧面11と被押圧面10との間の摩擦係数をμ´とし、出力部材3の回転中心Oから押圧面11と被押圧面10との当接部までの距離をRとし、被押圧面10に対する押圧面11の押し付け力である法線力をFcとした場合に、係合子5に作用するブレーキトルクT´の大きさは、T´=μ´RFcで表される。
P=Fc/2(sinα+μ´・cosα) ・・・(8)
Ft´=μ´P ・・・(9)
T´=2Ft´R ・・・(10)
T´=μ´RFc/(sinα+μ´・cosα) ・・・・(12)
ここで、第1実施の形態の構造に関しては、前記(4)式に示したように、ブレーキトルクT´の大きさは、T´=μ´RFcとなる。
次に、本発明の第7実施の形態について、図16を用いて説明する。
本実施の形態では、係合子5dの径方向内側面である底面12aの形状を工夫している。すなわち、係合子5dのうちで、出力係合凸部9と係合する部分を含む底面12a全体を、平坦面状に構成している。このため、底面12aの幅方向中央部には、第1実施の形態のような、径方向外方に凹んだ出力係合凹部15(図1等参照)は設けられていない。
次に、本発明の第8実施の形態について、図17および図18を用いて説明する。
本実施の形態の特徴は、1対の係合子5eのそれぞれの姿勢を安定させ、係合子5eの径方向移動を正確に行わせる点にある。このために、係合子5eの底面12aの幅方向両側部に、底面12aに対して垂直方向に凹入した、円柱状のガイド凹部38を設けている。そして、1対の係合子5eのそれぞれの底面12aを互いに対向させた状態で、同一直線上に存在する1対のガイド凹部38の内側に、これら1対のガイド凹部38に架け渡すように、コイル状のばね39を配置している。そして、1対のばね39が発揮する弾力を利用して、1対の係合子5eを、被押圧面10に向けてそれぞれ付勢している。なお、ばね39が発揮する弾力の大きさ(ばね荷重の大きさ)は、係合子5eが重力の影響で下方に移動するのを防止すべく、係合子5eの自重よりも大きく設定している。
次に、本発明の第9実施の形態について、図19を用いて説明する。
本実施の形態では、被押圧部材4の内周面に形成された被押圧面10、および、係合子5の径方向外側面に形成された押圧面11に関して、それぞれ採用し得る断面形状の4例について説明する。
次に、本発明の電動式ブレーキ装置の実施の形態について、図20〜図22を参照して説明する。
本実施の形態の特徴は、逆入力ブレーキ機構1を、電動式ブレーキ装置50に適用した点にある。以下、本実施の形態の電動式ブレーキ装置について具体的に説明する。
本実施の形態の電動式ブレーキ装置50は、例えば、自動車の駐車ブレーキ等に組み込まれる。
図20〜図22に示すように、電動式ブレーキ装置50は、電動モータ60と、ボールねじ70と、これらの電動モータ60とボールねじ70との間に設けられた逆入力ブレーキ機構1とを備えている。
入力部材2の先端部は、カバー86の中央部の貫通孔に貫通し、そして入力部材2の1対の入力係合凸部7がそれぞれ、1対の係合子5の各入力係合孔14に挿入されている。入力部材2は、軸受ホルダ88に回転自在に配置された軸受89により回転自在に支持されている。軸受ホルダ88は、ブラケット90にボルト90Aにより固定されている。ブラケット90は、ボルト90Bにより固定部材83に固定されている。
一対の係合子5が収容されている被押圧部材4の内部空間は、軸受84とOリング85とにより液密に密閉されており、この内部空間に潤滑剤が封入されている。
2 入力部材
3 出力部材
4 被押圧部材
5、5a〜5e 係合子
6 入力軸部
7 入力係合凸部
8 出力軸部
9 出力係合凸部
10 被押圧面
11、11a 押圧面
12、12a 底面
13 側面
14、14a 入力係合孔
15 出力係合凹部
16 案内スリット
17、17a ガイド
18 張出部
19 切り欠き
20 補助軸部
21 収納凹部
22 弾性部材
50 電動式ブレーキ装置
60 電動モータ
70 ボールねじ
Claims (13)
- 入力部材と、
該入力部材と同軸に配置された出力部材と、
被押圧面を有する被押圧部材と、
前記入力部材に回転トルクが入力されると前記入力部材との係合に基づき前記被押圧面から離れる方向に移動して前記出力部材に回転トルクを伝達し、かつ、前記出力部材に回転トルクが逆入力されると前記出力部材との係合に基づき前記被押圧面に近づく方向に移動して前記出力部材の回転を制動する係合子と、を備え、
前記係合子に作用して前記出力部材の回転を制動するブレーキトルクの大きさは、前記出力部材から前記係合子に伝達される回転トルクの大きさより小さく設定されている、
ことを特徴とする逆入力ブレーキ機構。 - 前記係合子が、前記被押圧面と前記出力部材に設けられた出力係合凸部との間に配置されており、前記入力部材の端面のうちで回転中心から径方向に外れた部分に設けられた入力係合凸部を、前記係合子に設けられた入力係合孔の内側に、前記被押圧面に対する遠近移動を可能に係合させていることを特徴とする請求項1に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記被押圧面が円弧状の凹面であり、前記被押圧面に対して押し付けられる前記係合子の押圧面が、前記被押圧面の曲率半径と同じ大きさの曲率半径を有する円弧状の凸面であることを特徴とする請求項1または2に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記被押圧面が円弧状の凹面であり、前記被押圧面に対して押し付けられる前記係合子の押圧面が、前記被押圧面よりも曲率半径が小さくかつ周方向に離隔して設けられた1対の円弧状の凸面であることを特徴とする請求項1または2に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記係合子のうちで、前記出力部材に設けられた出力係合凸部と係合する部分が、平坦面状であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記係合子のうちで、前記出力係合凸部と係合する部分を含む底面全体が、平坦面状であることを特徴とする請求項5に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記係合子が前記出力部材に設けられた出力係合凸部を径方向外側から挟むように複数備えられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記係合子がそれぞれの底面により前記出力係合凸部を挟むように1対備えられていることを特徴とする請求項7に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記1対の係合子のそれぞれの底面に設けられたガイド凹部に架け渡すように弾性部材が配置されていることを特徴とする請求項8に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記出力部材と前記係合子との間に弾性部材が配置されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記被押圧面の断面形状、および、前記被押圧面に対して押し付けられる前記係合子の押圧面の断面形状がともに、直線状または円弧状であることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 前記押圧面の断面形状が直線状であり、前記押圧面の軸方向両側には平面状または曲面状の面取りが設けられていることを特徴とする請求項11に記載の逆入力ブレーキ機構。
- 電動モータの回転駆動により直動するボールねじによってブレーキパッドを直線駆動し、前記ブレーキパッドでブレーキローターを押圧して、前記ブレーキローターに制動力を付与する電動式ブレーキ装置であって、
前記電動モータと前記ボールねじとの間に、請求項1から12のいずれか1項に記載の逆入力ブレーキ機構を備え、
前記電動モータは前記入力部材に接続されているとともに、前記ボールねじは前記出力部材に接続されている、
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。
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