JP2020085092A - ブレーキアクチュエータ - Google Patents

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直 井熊
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正輝 七原
直樹 薮崎
Naoki Yabusaki
直樹 薮崎
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Abstract

【課題】実用性の高いブレーキアクチュエータを提供する。【解決手段】中空状のモータ軸52を有する電動モータ44と、モータ軸の内部にそのモータ軸と同軸的に配設された回転シャフト48と、先端部がブレーキパッドと係合するピストン42と、モータ軸の回転を減速して回転シャフトに伝達する減速機構46と、回転シャフトの回転動作をピストンの進退動作に変換する動作変換機構50とを備えるブレーキアクチュエータにおいて、回転シャフトを、外周面においてころ62を介してモータ軸の内周面に、かつ、後端部においてスラスト軸受90を介してハウジング40に、回転可能に支持させる。そのようなブレーキアクチュエータは、コンパクトであることに加え、回転シャフトの傾動を抑制しつつ、回転シャフトに作用するスラスト荷重を、回転シャフトの円滑な回転を維持しつつ充分に受け止めることが可能となる。【選択図】図2

Description

本発明は、電動ブレーキ装置に採用されるブレーキアクチュエータに関する。
近年、電動ブレーキ装置、すなわち、電動モータが発生させる力によって摩擦部材を回転体に押し付けて制動力を発生させるブレーキ装置の開発が盛んに行われ、電動ブレーキ装置に採用可能なブレーキアクチュエータとして、例えば、下記特許文献に記載されているようなブレーキアクチュエータが検討されている。
特開2009−197958号公報
上記特許文献に記載されたブレーキアクチュエータは、電動モータのモータ軸の回転を減速機構を介して回転シャフトに伝達し、ねじ機構からなる動作変換機構によって、回転シャフトの回転をピストンの進退動作に変換し、そのピストンの前進によって、摩擦部材を回転体としてのディスクロータに押し付けるように構成されている。そして、モータ軸を中空状にし、回転シャフトおよびピストンを、そのモータ軸の内部にモータ軸と同軸的に配置させている。その結果、上記特許文献に記載されたブレーキアクチュエータは、コンパクトなものとされている。しかしながら、そのようなブレーキアクチュエータには、改良の余地が充分に残されており、何らかの改良を施すことにより、ブレーキアクチュエータの実用性を向上させることができる。本発明は、そのような実情を考慮してなされたものであり、実用性の高いブレーキアクチュエータを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のブレーキアクチュエータは、
制動力を発生させるべく、車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるためのブレーキアクチュエータであって、
ハウジングと、
中空状のモータ軸が回転する型式の電動モータと、
前記モータ軸の内部に前記モータ軸と同軸的に配設された回転シャフトと、
後端部が前記モータ軸の内部に配置され先端部が前記摩擦部材と係合するピストンと、
前記モータ軸の回転を減速して前記回転シャフトに伝達する減速機構と、
前記回転シャフトの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と
を備え、
前記モータ軸が、外周面において前記ハウジングに回転可能に支持され、
前記回転シャフトが、外周面においてころを介して前記モータ軸の内周面に、かつ、後端部においてスラスト軸受を介して前記ハウジングに、回転可能に支持されたことを特徴とする。
本発明のブレーキアクチュエータによれば、コンパクトであることに加え、回転シャフトの傾きを抑制しつつ、回転体に摩擦部材が押し付けられることによって回転シャフトに作用するスラスト荷重を、回転シャフトの円滑な回転を維持しつつ充分に受け止めることが可能となるという利点を、充分に享受することができる。したがって、本発明のブレーキアクチュエータは、実用性において優れたものとなる。
発明の態様
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、(1)項は、請求可能発明の前提となる構成に関する項であり、(1)項に、(2)項以降の項に記載の発明特定事項を付加したものが、請求可能発明の対象となる。
(1)制動力を発生させるべく、車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるためのブレーキアクチュエータであって、
ハウジングと、
中空状のモータ軸が回転する型式の電動モータと、
前記モータ軸の内部に前記モータ軸と同軸的に配設された回転シャフトと、
後端部が前記モータ軸の内部に配置され先端部が前記摩擦部材と係合するピストンと、
前記モータ軸の回転を減速して前記回転シャフトに伝達する減速機構と、
前記回転シャフトの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と
を備えたブレーキアクチュエータ。
本態様は、請求可能発明の前提となる構成に関する態様である。本態様のブレーキアクチュエータ(以下、単に、「アクチュエータ」という場合がある)は、中空状のモータ軸の中に、ピストンの後端部および回転シャフトが配置されているため、コンパクトなアクチュエータとなる。
(2)前記モータ軸が、外周面において前記ハウジングに回転可能に支持され、
前記回転シャフトが、外周面においてころを介して前記モータ軸の内周面に、かつ、後端部においてスラスト軸受を介して前記ハウジングに、回転可能に支持された( 1)項に記載のブレーキアクチュエータ。
本態様によれば、回転シャフトが、ころ(「ニードル」と呼ぶことができる)を介して、同軸的に配置されたモータ軸に支持されている。ころを介した支持は、ベアリングボールを介した支持と比べて、軸線方向において比較的長い距離に亘るため、1箇所においてころで支持したとしても、モータ軸に対する回転シャフトの傾動を効果的に抑制することが可能である。また、ころがインナーレース,アウターレースとともにころ軸受を構成し、そのころ軸受で回転シャフトをモータ軸に支持させてもよいが、インナーレース,アウターレースを設けることなく、ころを、直接的に回転シャフトの外周面およびモータ軸の内周面に接触するように配置することで、当該アクチュエータの径方向の寸法を相当に小さくすることができる。
また、回転シャフトがスラスト軸受を介してハウジングに支持されていることで、大きな制動力を発生させた場合に大きなスラスト力(軸力)が回転シャフトに作用しても、回転シャフトの回転を維持しつつ、充分な支持が可能となる。さらに、後に説明するスラスト玉軸受や、アンギュラ型のスラスト軸受を採用することで、調心作用が期待でき、回転シャフトのハウジングに対する径方向の変位を効果的に規制することができる。
(3)前記スラスト軸受が、スラスト玉軸受である( 2)項に記載のブレーキアクチュエータ。
スラスト玉軸受は、一般的に、2枚のワッシャと、それらワッシャの間に介在されられた転動体としてのベアリングボールとを含んで構成されている。ワッシャは、いわゆる軌道盤であり、ベアリングボールが転動する円環状の溝が形成されている。溝は、円弧に窪んおり、その溝の作用により、スラスト荷重を受けている状態では、2つのワッシャには、それらの径方向の相対ズレを抑制する力が働く。つまり、2つのワッシャに調心力が作用するのである。この調心力の作用を利用することで、本態様によれば、スラスト玉軸受を採用することで、簡便に、ハウジングに対する回転シャフトの径方向の変位を抑制することが可能となる。
(4)前記スラスト軸受が、2つのワッシャの間に転動体が挟持された構造のものであり、前記2つのワッシャの一方が、前記回転シャフトとの径方向の相対変位が禁止され、他方が前記ハウジングとの径方向の相対変位が禁止されている( 2)項または( 3)項に記載のブレーキアクチュエータ。
本態様によれば、スラスト軸受による回転シャフトの径方向の変位抑制効果を、より確実に期待できる。
(5)前記回転シャフトが、前記後端部にフランジを有し、そのフランジにおいて、前記スラスト軸受を介して前記ハウジングに回転可能に支持された( 2)項ないし(4)項のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
本態様によれば、比較的径の大きなスラスト軸受を採用できることから、回転シャフトをよりしっかりと支持することが可能となる。
(6)前記減速機構が、
第1内歯歯車とその第1内歯歯車に内接して噛合する第1外歯歯車とからなる第1内接式遊星歯車機構と、第2内歯歯車とその第2内歯歯車に内接して噛合する第2外歯歯車とからなる第2内接式遊星歯車機構とを含んで構成され、
前記モータ軸が有する偏心軸部に回転可能に支持され、前記第1内歯歯車と前記第1外歯歯車との一方と、前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との一方とが、軸線方向に並んで設けられたプラネタリギヤ体を有し、
前記第1内歯歯車と前記第1外歯歯車との他方が、前記ハウジングに設けられ、かつ、前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との他方が、前記回転シャフトに設けられたものである( 1)項ないし( 5)項のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
(7)前記第1内歯歯車および前記第2内歯歯車に、円弧歯形が、前記第1外歯歯車および前記第2外歯歯車に、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用された(6)項に記載のブレーキアクチュエータ。
(8)前記プラネタリギヤ体が回転可能に支持される前記偏心軸部が、前記モータ軸の後端部に設けられ、
前記回転シャフトが、後端部にフランジを有し、そのフランジの外周部に前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との前記他方が設けられた( 6)項または( 7)項に記載のブレーキアクチュエータ。
(9)前記第1内歯歯車が前記ハウジングによって固定支持され、前記第1外歯歯車が、前記プラネタリギヤ体の外周部に形成され、かつ、
前記第2内歯歯車が前記プラネタリギヤ体の前記外周部に形成され、前記第2外歯歯車が前記回転シャフトに設けられた(6)項ないし(8)項のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
上記4つの態様は、減速機構の構造に関する限定、詳しくは、減速機構が差動減速装置である旨の限定を加えた態様である。4つの態様によれば、高減速な、すなわち、モータ軸の回転速度に対する回転シャフトの回転速度の比が相当に小さな減速機構が実現される。特に、4つの態様の内の2つ目の態様によれば、いわゆるサイクロイド減速機構(「サイクロ減速機構」と呼ぶこともできる)が実現され、その機構によれば、円滑な減速が担保される。また、上記4つの態様のうちの3つ目の態様におけるフランジは、先に説明したフランジ、すなわち、スラスト軸受によって支持されるフランジと同じものであってもよい。
なお、上記4つの態様のうちの4つ目の態様を除き、第1内歯歯車,第1外歯歯車,第2内歯歯車,第2外歯歯車の具体的な配置関係は特に限定されない。例えば、
A)第1内歯歯車をハウジングに、第1外歯歯車をプラネタリギヤ体に設け、第2内歯歯車をプラネタリギヤ体に、第2外歯歯車を出力軸に設けた態様
B)第1内歯歯車をハウジングに、第1外歯歯車をプラネタリギヤ体に設け、第2内歯歯車を出力軸に、第2外歯歯車をプラネタリギヤ体に設けた態様
C)第1内歯歯車をプラネタリギヤ体に、第1外歯歯車をハウジングに設け、第2内歯歯車をプラネタリギヤ体に、第2外歯歯車を出力軸に設けた態様
D)第1内歯歯車をプラネタリギヤ体に、第1外歯歯車をハウジングに設け、第2内歯歯車を出力軸に、第2外歯歯車をプラネタリギヤ体に設けた態様
のいずれをも採用可能である。
ちなみに、上記4つの態様は、先に説明したように、減速機構が上記構造の差動減速装置であり、そのような差動減速装置では、回転シャフトにモーメントが作用する。つまり、回転シャフトを傾かせようとする力が作用する。ころとスラスト軸受とによる上記支持構造によれば、上述のように回転シャフトの傾きが効果的に抑制されることになるため、差動減速装置を減速機構として採用する態様のブレーキアクチュエータに対して、上記4つの態様は、好適である。
(10)前記動作変換機構が、
前記回転シャフトに設けられた雄ねじと雌ねじとの一方と、
前記雄ねじと前記雌ねじとの前記一方と螺合する前記雄ねじと前記雌ねじとの他方が形成され、回転不能かつ進退可能とされ、かつ、前記ピストンと当接する可動体と
を含んで構成され、
前記可動体と前記ピストンとの互いの当接面の径方向のズレが許容されている( 1)項ないし( 9)項のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
本態様のアクチュエータは、ピストンの径方向の変位を許容することができる機能を有していると考えることができる。摩擦部材の偏摩耗や、車両の旋回等によるディスクロータ等の回転体の傾き等により、制動力を発生させている際に、ピストンが径方向の力を受ける場合がある。その場合において、ピストンの径方向の変位が許容されていれば、当該アクチュエータへの負荷が軽減できることになる。なお、許容されるピストンの径方向の変位は、軸線に対する傾きの変化を伴うものであることが望ましい。つまり、ピストンの傾動が許容されることが望ましい。ピストンの傾動が許容されていれば、より良好に、上記負荷が軽減できることになる。
(11)前記可動体と前記ピストンとの互いの前記当接面が、当該ブレーキアクチュエータの軸線上の一点を中心とする球面の一部となる面とされている(10)項に記載のブレーキアクチュエータ。
本態様によれば、上述のピストンの傾動をより円滑に許容することが可能となる。上記球面の一部の中心は、上記当接面よりも、当該アクチュエータの先端側の点であってもよく、逆に、後方側の点であってもよい。
本発明の実施例であるブレーキアクチュエータを含んで構成される電動ブレーキ装置を示す図である。 実施例のブレーキアクチュエータの構造を示す断面図である。 実施例のブレーキアクチュエータを構成する減速機構を説明するための図である。 実施例のブレーキアクチュエータを構成する回転シャフトの支持に関する構造を説明するための図である。 実施例のブレーキアクチュエータが有するピストン傾動許容機構を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例であるブレーキアクチュエータを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
[A]ブレーキアクチュエータが採用されている電動ブレーキ装置
図1に示すように、実施例のブレーキアクチュエータ(以下、単に「アクチュエータ」と略す場合がある)10は、電動ブレーキ装置において、主要構成要素として採用されている。電動ブレーキ装置は、アクチュエータ10を保持するブレーキキャリパ12(以下、単に「キャリパ12」と略す場合がある)と、車輪とともに回転する回転体としてのディスクロータ14と、1対のブレーキパッド(以下、単に「パッド」と略す場合がある)16a,16bと、後に詳しく説明するコントローラとしての電子制御ユニット(以下、「ECU」と言う場合がある)18とを含んで構成されている。
キャリパ12は、ディスクロータ14を跨ぐようにして、車輪を回転可能に保持するキャリア(図示を省略する)に設けられたマウント(図示を省略する)に、軸線方向(図の左右方向)に移動可能に保持されている。パッド16a,16bは、軸線方向の移動が許容された状態で、ディスクロータ14を挟むようにしてマウントに保持されている。パッド16a,16bの各々は、ディスクロータ14に接触する側に位置する摩擦部材26と、その摩擦部材26を支持するバックアッププレート28とを含んで構成されており、パッド16a,16bの各々の摩擦部材26がディスクロータ14に押し付けられるようになっている。
便宜的に、図における左方を前方と、右方を後方として説明すれば、前方側のパッド16aは、キャリパ本体30の前端部である爪部32に支持されるようにされている。アクチュエータ10は、キャリパ本体30の後方側の部分に、当該アクチュエータ10が、ハウジング40が固定されるようにして保持されている。アクチュエータ10は、ハウジング40に対して進退するピストン42を有し、そのピストン42は、前進することによって、先端部、詳しくは、前端が、後方側のパッド16b、詳しくは、そのパッド16bのバックアッププレート28と係合する。そして、ピストン42が、係合した状態でさらに前進することで、1対のパッド16a,16bは、ディスクロータ14を挟み付ける。言い換えれば、各パッド16a,16bの摩擦部材26がディスクロータ14に押し付けられる。この押付けによって、ディスクロータ14と摩擦部材26との間の摩擦力に依存する車輪の回転に対する制動力、つまり、車両を減速,停止させるための制動力が発生させられるのである。
[B]ブレーキアクチュエータの基本構成
アクチュエータ10は、図2に示すように、上述のハウジング40,上述のピストン42の他、駆動源としての電動モータ(3相のDCブラシレスモータである)44,電動モータ44の回転を減速させるための減速機構46,その減速機構46を介して減速された電動モータ44の回転によって回転させられる回転シャフト48,その回転シャフト48の回転動作をピストン42の進退動作(前進・後退動作)に変換する動作変換機構50等を含んで構成されている。なお、以下の説明において、便宜的に、図の左方を前方,右方を後方と呼ぶこととする。
ハウジング40は、詳しくは、概して円筒状の前方側ケース40aおよび後方側ケース40b,前方側ケース40aに前端部が支持されてピストン42を内在させる内筒40c,前方側ケース40aの内周であって後方側ケース40bの前端に支持された概して円環状の支持壁40d、後方側ケース40bの後端部に固定保持された支持板40e等を含んで構成されている。
ピストン42は、ピストンヘッド42aと、中空状のピストン筒42bとを含んで構成されており、先端部を構成するピストンヘッド42aの前端において、バックアッププレート28を介して、ブレーキパッド16bの摩擦部材26と係合する。本アクチュエータ10は、主として前方側の部分が、電動モータ44の回転駆動軸であるモータ軸(ロータ)として機能し、主として後方側の部分が、後に詳しく説明する減速機構46の入力軸として機能する筒状体である中空シャフト52を有している。つまり、電動モータ44は、中空状のモータ軸が回転する型式のものと考えることができる。なお、以下の説明において、中空シャフト52は、電動モータ44のモータ軸と、電動モータ44によって回転させられる減速機構46の入力軸とが一体化されたものと考えることができ、端的には、中空シャフト52自体が減速機構46の入力軸と考えることも、逆に、中空シャフト52自体が電動モータ44のモータ軸と考えることもできる。ちなみに、電動モータ44は、ハウジング40の前方側ケース40aによってそれの内部に固定保持されたコイル44aと、それらコイル44aと対向するようにして前方側の部分の外周に付設された磁石44bとを含んで構成されている。
中空シャフト52は、前方側の部分が内筒40cを内在させるようにして配置されるとともに、2つのラジアル玉軸受58,60を介して、ハウジング40に、当該アクチュエータ10の中心軸線である軸線Lを中心とした回転が可能にかつ軸線Lの延びる方向である軸線方向に移動不能に支持されている。詳しく言えば、中空シャフト52の前端の部分において、ラジアル玉軸受58を介して前方側ケース40aに、後方側の部分において、ラジアル玉軸受60を介して支持壁40dに、支持されている。さらに言い換えれば、モータ軸である中空シャフト52は、外周面において、ハウジング40に回転可能に支持されているのである。なお、モータ軸である中空シャフト52とピストン42との位置関係について言及すれば、ピストン42の後端部が中空シャフト52の内部に配置されている。
回転シャフト48は、モータ軸である中空シャフト52の内部に、中空シャフト52と同軸的に配設されており、互いに一体化された3つの部分、すなわち、減速機構46の出力軸として機能する出力軸部48a,出力軸部48aの前方側に位置して雄ねじが形成された雄ねじ部48b,出力軸部48aの後端部に設けられたフランジ部48cを含んで構成されている。回転シャフト48は、出力軸部48aにおいて、ころ(「ニードル」と呼ぶこともできる)62を介して、中空シャフト52の内周部に、軸線Lのまわりに回転可能に支持されている。つまり、回転シャフト48は、外周面において、ころ62を介して、モータ軸である中空シャフト52の内周面に回転可能に支持されているのである。なお、ころ62は、ラジアル軸受を構成するものと考えることができる。
減速機構46は、入力軸として機能する中空シャフト52,出力軸部48aが出力軸として機能する回転シャフト48の他に、ラジアル玉軸受64を介して中空シャフト52の後方側の部分に回転可能かつ軸線方向に移動不能に支持されたプラネタリギヤ体66を含んで構成されている。外周においてラジアル玉軸受64を介してプラネタリギヤ体66を支持している中空シャフト52の後端部(以下、「偏心軸部52a」と呼ぶ場合がある)は、外周面によって規定される軸線L’(以下、「偏心軸線L’」という場合がある)が、軸線Lに対して偏心量ΔLだけ偏心している。したがって、プラネタリギヤ体66は、偏心軸線L’を中心とした自転に加え、中空シャフト52の軸線Lを中心とした回転に伴って、軸線Lを中心として公転するようにされているのである。
減速機構46は、ハウジング40の支持壁40dに固定的に支持されたリングギヤ体68を含んで構成されている。図3(a)にも示すように、リングギヤ体68には、第1内歯歯車70が形成されており、プラネタリギヤ体66の外周部には、自身の一部においてその第1内歯歯車70の一部と噛合する第1外歯歯車72が形成されている。また、図3(b)にも示すように、プラネタリギヤ体66の外周部には、第1外歯歯車72と軸線方向に並ぶようにして第2内歯歯車74が形成されており、回転シャフト48のフランジ部48cの外周部には、自身の一部において第2内歯歯車74の一部と噛合する第2外歯歯車76が形成されている。
第1内歯歯車70の中心は軸線L上に、第1外歯歯車72の中心は偏心軸線L’上に、それぞれ存在し、第2内歯歯車74の中心は偏心軸線L’上に、第2外歯歯車76の中心は軸線L上に、それぞれ存在することになる。第1内歯歯車70と第1外歯歯車72との噛合箇所は、第2内歯歯車74と第2外歯歯車76との噛合箇所に対して、軸線L若しくは偏心軸線L’を挟んで反対側、すなわち、周方向において180°ずれた位置(位相)となっている。つまり、減速機構46は、第1内歯歯車70とその第1内歯歯車70に内接して噛合する第1外歯歯車72とからなる第1内接式遊星歯車機構と、第2内歯歯車74とその第2内歯歯車74に内接して噛合する第2外歯歯車76とからなる第2内接式遊星歯車機構とを含む差動減速装置とされているのである。
また、第1内歯歯車70には、円弧歯形が、第1外歯歯車72には、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用され、同様に、第2内歯歯車74には、円弧歯形が、第2外歯歯車76には、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用されている。したがって、減速機構46は、サイクロイド減速機(「サイクロ減速機」と呼ばれることもある)として構成されているのである。したがって、本減速機構46では、第1内歯歯車70の歯数と第1外歯歯車72の歯数とが1歯しか相違せず、また、第2内歯歯車74の歯数と第2外歯歯車76の歯数とが1歯しか相違しない機構が実現され、その結果、本減速機構46は、高減速な減速機構、すなわち、入力軸である中空シャフト52の回転数に対しての、出力軸である回転シャフト48の回転数の比が相当に小さな減速機構とされており、かつ、円滑な減速を行い得る減速機構とされているのである。
図2に示すように、動作変換機構50は、回転シャフト48、詳しくは、回転シャフト48の雄ねじ部48bと、雄ねじ部48bと螺合する可動体としてのナット78とを含んで構成されている。雄ねじ部48bに形成された雄ねじ、および、ナット78に形成された雌ねじは、台形ねじであり、多条ねじ(本アクチュエータ10では3条ねじ)である。ナット78の外周には、キーとして機能する2つの凸部80が形成されており、それら2つの凸部80は、ハウジング40の内筒40cに軸線方向に延びるようにして設けられた2つのスロット82に、それぞれ係合させられている。それら凸部80とスロット82との係合によって、ナット78は、軸線Lを中心とした回転が禁止されつつ、軸線方向に移動可能とされている。なお、回転シャフト48に雌ねじを形成し、その雌ねじと螺合する雄ねじを有して回転シャフト48の回転によって進退する可動体としてもよい。
可動体としてのナット78の前方部分は、ピストン42のピストン筒42bに後方から挿入されており、係止リング84によって、ピストン42のナット78からの抜け出しが禁止されている。一方で、ナット78の先端面86は、ピストン筒42bの内部に形成された受面88に当接させられており、それら互いに当接する当接面である先端面86,受面88を介して、ナット78の前進力が、ピストン42の前進力として伝達される。そのピストン42の前進力は、すなわち、ピストン42がブレーキパッド16a,16bの摩擦部材26をディスクロータ14に押し付ける力である押付力として機能する。ブレーキパッド16a,16bの摩擦部材26の偏摩耗や、車両旋回時のディスクロータ14の傾き等によって、ピストン42が摩擦部材26を押し付けているときに、ピストン42に径方向に傾かせる力が作用する場合がある。その場合、先端面86と受面88との径方向におけるズレが許容されることで、ピストン42のある程度の傾動が許容されることになる。なお、このピストン42の傾動を許容する機構、すなわち、ピストン傾動許容機構については、後に詳しく説明する。
回転シャフト48は、後端部に設けられたフランジ部48cにおいて、スラスト軸受、具体的には、スラスト玉軸受90を介して、ハウジング40に支持されている。詳しくは、スラスト玉軸受90と支持板40eとの間に上記押付力(軸力)を検出するための押付力センサ92が配設されており、その押付力センサ92をも介して、ハウジング40の支持板40eに支持されている。ちなみに、押付力センサ92の構造,押付力センサ92を介した支持構造については、図2では省略している。さらに、詳しく言えば、後に説明する付勢機構94の構成要素であるインナーレース96が、スラスト玉軸受90と回転シャフト48のフランジ部48cとの間に配設され、インナーレース96とフランジ部48cとの間には、僅かなクリアランスが存在している(図2では、誇張して描かれている)。ピストン42が前進して摩擦部材26をディスクロータ14に押し付けたときに、押付力の反力によって回転シャフト48は僅かに後退し、フランジ部48cとインナーレース96の前端面とが接することでクリアランスが解消され、回転シャフト48は、後端部において、すなわち、後端部に設けられたフランジ部48cにおいて、スラスト玉軸受90を介してハウジング40に支持されることになる。
付勢機構94は、先に説明したインナーレース96と、ハウジング40の後方側ケース40b内に配設された捩じりコイルばね98とを含んで構成されている。捩じりコイルばね98の一端100は、後方側ケース40bに係止され、図示を省略する他端は、インナーレース96に係止されている。ピストン42が前進して摩擦部材26をディスクロータ14に押し付けたときに、すなわち、制動力を発生させたときに、上記クリアランスが解消されて、インナーレース96が回転シャフト48と一緒に回転し始める。制動力の増加に伴い、つまり、回転シャフト48の更なる回転に伴い、インナーレース96がさらに回転し、この回転によって、捩じりコイルばね98が捩じられる。この捩じりコイルばね98の弾性反力が、ピストン42を後退させる方向の回転付勢力として、回転シャフト48に作用する。この回転付勢力によって、例えば、制動力を発生させている際に電動モータ44が回転駆動力を発生させることができなくなるような失陥が生じたとしても、ピストン42は、後退端、すなわち、概ね、図2に示すピストン42の位置まで後退させられ、、摩擦部材26が押し付けられたままでディスクロータ14が回転する現象(いわゆる「引摺現象」である)が防止される。
詳しい構造の図示は省略するが上記押付力センサ92は、ロードセルを主体とするものである。本アクチュエータ10は、その押付力センサ92に加え、モータ軸である中空シャフト52の回転角(回転位相)を検出するための回転角センサ102を備えている。ちなみに、回転角センサ102はレゾルバである。
図1に示すように、制御装置であるECU18は、CPU,RAM,ROM等によって構成されるコンピュータ110と、電動モータ44の駆動回路(ドライバ)であるインバータ112とを含んでいる。押付力センサ92によって検出された押付力FS,回転角センサ102によって検出された中空シャフト52の回転角θは、コンピュータ110,インバータ112に送られる。当該アクチュエータの制御について簡単に説明すれば、コンピュータ110は、例えば、当該電動ブレーキ装置によって発生させるべき制動力である必要制動力を、ブレーキペダル等のブレーキ操作部材の操作の程度に応じて決定し、その必要制動力に基づいて、押付力FSの目標である目標押付力を決定する。そして、検出される押付力FSが目標押付力となるように、電動モータ44に供給されるべき電流Iである目標供給電流を決定し、その目標供給電流に従って、インバータ112は、検出された回転角θに基づいて電動モータ44を制御する。
なお、本アクチュエータ10は、大まかに言えば、中心から外側に向かう順に、回転シャフト48,ピストン42,電動モータ44が同軸的に設けられており、軸線方向の寸法が小さくされている。つまり、コンパクトなアクチュエータであり、その結果、本アクチュエータ10を採用した電動ブレーキ装置も、コンパクトなものとなっている。
[C]ブレーキアクチュエータの特徴的な構成
実施例のアクチュエータ10は、回転シャフト48の支持構造、および、ピストン傾動許容機構が特徴的である。以下、それらに関する構成を詳しく説明する。
i)回転シャフトの支持構造
図4をも参照しつつ説明すれば、先に説明したように、本アクチュエータ10では、回転シャフト48は、外周面の一箇所において、モータ軸としての中空シャフト52の内周面に、ころ62を介して、回転可能に支持されている。詳しく言えば、アウターレース,インナーレースを含んで構成されるラジアルころ軸受ではなく、単体のころ62を介して支持されている。ころ62の径dは比較的小さく、したがって、中空シャフト52の内周面と回転シャフト48の外周面との間隔は、中空シャフト52の外周面に配設されているラジアル玉軸受60,64が配設される間隔と比較して小さい。その結果、その小さくされた分、当該アクチュエータ10の径方向の寸法が比較的小さくされている。
また、ころ62の長さDは、相当に長いため、回転シャフト48は、軸線方向において長い距離に亘って、中空シャフト52によって支持される。ラジアル玉軸受によって支持する場合には、軸線方向に互いに離れた位置に複数のラジアル玉軸受を配置しなければ、回転シャフト48の中空シャフト52に対する傾きINCL(図4の左側に描かれた白抜き矢印で示す動作)を充分に抑制することはできない。それに対して、ころ62によって支持する場合には、軸線方向における支持長さが長いため、1箇所による支持であっても、効果的に、傾きINCLを抑制できることになる。
また、回転シャフト48は、ピストン42が摩擦部材26をディスクロータ14に押し付ける力である上記押付力FSの反力、すなわち、図4に示すように、スラスト力(軸力)WSが作用する。このスラスト力WSを受けた状態の回転シャフト48の回転を担保するために、本アクチュエータ10では、回転シャフト48は、スラスト軸受の一種であるスラスト玉軸受90を介して、ハウジング40、詳しくは、ハウジング40の支持板40eに支持されている。回転シャフト48は、後端部のフランジ部48cにおいて支持されていることから、本アクチュエータ10は、比較的大きな径のスラスト玉軸受90を採用でき、大きな制動力に伴う大きなスラスト力WSが作用しても、回転シャフト48をしっかりと支持することが可能とされている。
スラスト玉軸受90は、それぞれが軌道盤である2つのワッシャ90aと、それらワッシャ90aに挟持された複数のベアリングボール90b(「転動体」である)と、複数のベアリングボール90bの周方向における相互の配設位置を維持するためのリテーナ(図示を省略)とを含んで構成されている。図から解るように、回転シャフト48の最後端の部分は、2つのワッシャ90aの一方に挿入されており、その一方のワッシャ90aと回転シャフト48との径方向の相対変位が禁止されている。また、図では明確には示していないが、2つのワッシャ90aの他方と、支持板40eとの径方向の相対変位が禁止されている。
2つのワッシャ90aの各々には、互いに合う面に、ベアリングボール90bの転動を案内するための円環状の軌道溝90cが設けられており、その軌道溝90cはベアリングボール90bが丁度嵌る形状のものとされている。ベアリングボール90bは、2つのワッシャ90aの両方の軌道溝90cを転動するため、スラスト力WSが作用している状態で、2つのワッシャ90aを径方向に相対変位させる力が作用しても、ベアリングボール90bと軌道溝90cとの働きにより、2つのワッシャ90aには、相対的に径方向に変位することを防止する力、すなわち、調心力が作用する。この調心力により、図4の右側に白抜き矢印で示すような回転シャフト48の径方向変位RDが、抑制される。
この回転シャフト48の径方向変位RDの抑制は、先に説明した回転シャフト48の傾きINCLの抑制に、大きく貢献している。つまり、ころ62による支持と、調心力が発生する構造のスラスト軸受であるスラスト玉軸受90による支持とによって、回転シャフト48の傾動が確実に抑制されるのである。なお、調心力が発生するような構造のスラスト軸受として、スラスト玉軸受90に代えて、アンギュラ型スラストころ軸受を採用することも可能である。
なお、本アクチュエータ10では、減速機構46が、上述のような差動減速装置とされている。そのため、本アクチュエータ10では、図4に示すように、第1内歯歯車70と第1外歯歯車72との噛合箇所において、回転シャフト48に噛合作用力F1が作用し、第2内歯歯車74と第2外歯歯車76との噛合箇所において、回転シャフト48に噛合作用力F2が作用する。そのような噛合作用力F1,F2は、互いに軸線方向において異なる箇所において作用するため、回転シャフト48を傾かせようとする力となる。したがって、回転シャフト48の傾きINCLを効果的に抑制する支持構造、つまり、ころ62とスラスト軸受であるスラスト玉軸受90とによる支持の構造は、差動減速装置を減速機構として採用するアクチュエータに好適である。
ii)ピストン傾動許容機構
図5をも参照しつつ詳しく説明すれば、先に説明したように、可動体としてのナット78の前方部分は、ピストン42のピストン筒42bに後方から挿入されており、ナット78の先端面86は、ピストン筒42bの内部に形成された受面88に当接させられている。図5(a)では誇張して示しているが、ナット78の外周面と、その外周面と向かい合うピストン筒42bの内周面との間には、ある程度のクリアランスCLが存在させられている。したがって、ピストン42に、それを径方向に変位させる力が作用した場合、ピストン42は、そのクリアランスCLの存在により、径方向の変位が許容されることになる。
ナット78の先端面86,ピストン筒42bの受面88は、互いにぴったり合わさるようにされており、かつ、それら先端面86,受面88は、軸線L上の点Oを中心とした球面の一部となる面とされている。したがって、押付力FSの反力を受けている状態でピストン42に径方向の力が作用した場合には、図5(b)に示すように、受面88がナット78の先端面86に沿って滑るように、ピストン42は傾くことになる。本アクチュエータ10では、そのような機能を発揮させるための機構として、それら、先端面86,受面88を含んで構成されるピストン傾動許容機構が設けられているのである。
摩擦部材26の偏摩耗や、車両の旋回等によるディスクロータ14の傾き等により、制動力を発生させている際に、ピストン42が径方向の力を受ける場合がある。このような場合において、上記ピストン傾動許容機構によって、ピストン42は円滑な傾動が許容されることで、当該アクチュエータ10への過度な負荷,負担が軽減されることになる。
10:ブレーキアクチュエータ 14:ディスクロータ〔回転体〕 16a,16b:ブレーキパッド 26:摩擦部材 40:ハウジング 42:ピストン 44:電動モータ 46:減速機構 48:回転シャフト 48b:雄ねじ部 48c:フランジ部 50:動作変換機構 52:中空シャフト〔モータ軸〕 52a:偏心軸部 62:ころ 66:プラネタリギヤ体 68:リングギヤ体 70:第1内歯歯車〔第1内接式遊星歯車機構〕 72:第1外歯歯車〔第1内接式遊星歯車機構〕 74:第2内歯歯車〔第2内接式遊星歯車機構〕 76:第2外歯歯車〔第2内接式遊星歯車機構〕 78:ナット 86:先端面 88:受面 90:スラスト玉軸受 90a:ワッシャ 90b:ベアリングボール 90c:軌道溝 L:軸線(アクチュエータの) d:ころの径 D:ころの長さ INCL:傾き WS:スラスト力 CL:クリアランス O:球面の中心

Claims (10)

  1. 制動力を発生させるべく、車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるためのブレーキアクチュエータであって、
    ハウジングと、
    中空状のモータ軸が回転する型式の電動モータと、
    前記モータ軸の内部に前記モータ軸と同軸的に配設された回転シャフトと、
    後端部が前記モータ軸の内部に配置され先端部が前記摩擦部材と係合するピストンと、
    前記モータ軸の回転を減速して前記回転シャフトに伝達する減速機構と、
    前記回転シャフトの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と
    を備え、
    前記モータ軸が、外周面において前記ハウジングに回転可能に支持され、
    前記回転シャフトが、外周面においてころを介して前記モータ軸の内周面に、かつ、後端部においてスラスト軸受を介して前記ハウジングに、回転可能に支持されたブレーキアクチュエータ。
  2. 前記スラスト軸受が、スラスト玉軸受である請求項1に記載のブレーキアクチュエータ。
  3. 前記スラスト軸受が、2つのワッシャの間に転動体が挟持された構造のものであり、前記2つのワッシャの一方が、前記回転シャフトとの径方向の相対変位が禁止され、他方が前記ハウジングとの径方向の相対変位が禁止されている請求項1または請求項2に記載のブレーキアクチュエータ。
  4. 前記回転シャフトが、前記後端部にフランジを有し、そのフランジにおいて、前記スラスト軸受を介して前記ハウジングに回転可能に支持された請求項1ないし請求項3のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
  5. 前記減速機構が、
    第1内歯歯車とその第1内歯歯車に内接して噛合する第1外歯歯車とからなる第1内接式遊星歯車機構と、第2内歯歯車とその第2内歯歯車に内接して噛合する第2外歯歯車とからなる第2内接式遊星歯車機構とを含んで構成され、
    前記モータ軸が有する偏心軸部に回転可能に支持され、前記第1内歯歯車と前記第1外歯歯車との一方と、前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との一方とが、軸線方向に並んで設けられたプラネタリギヤ体を有し、
    前記第1内歯歯車と前記第1外歯歯車との他方が、前記ハウジングに設けられ、かつ、前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との他方が、前記回転シャフトに設けられたものである請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
  6. 前記第1内歯歯車および前記第2内歯歯車に、円弧歯形が、前記第1外歯歯車および前記第2外歯歯車に、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用された請求項5に記載のブレーキアクチュエータ。
  7. 前記プラネタリギヤ体が回転可能に支持される前記偏心軸部が、前記モータ軸の後端部に設けられ、
    前記回転シャフトが、後端部にフランジを有し、そのフランジの外周部に前記第2内歯歯車と前記第2外歯歯車との前記他方が設けられた請求項5または請求項6に記載のブレーキアクチュエータ。
  8. 前記第1内歯歯車が前記ハウジングによって固定支持され、前記第1外歯歯車が、前記プラネタリギヤ体の外周部に形成され、かつ、
    前記第2内歯歯車が前記プラネタリギヤ体の前記外周部に形成され、前記第2外歯歯車が前記回転シャフトに設けられた請求項5ないし請求項7のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
  9. 前記動作変換機構が、
    前記回転シャフトに設けられた雄ねじと雌ねじとの一方と、
    前記雄ねじと前記雌ねじとの前記一方と螺合する前記雄ねじと前記雌ねじとの他方が形成され、回転不能かつ進退可能とされ、かつ、前記ピストンと当接する可動体と
    を含んで構成され、
    前記可動体と前記ピストンとの互いの当接面の径方向のズレが許容されている請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のブレーキアクチュエータ。
  10. 前記可動体と前記ピストンとの互いの前記当接面が、当該ブレーキアクチュエータの軸線上の一点を中心とする球面の一部となる面とされている請求項9に記載のブレーキアクチュエータ。
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