JP2023025962A - 電動制動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦部材の偏摩耗を抑制する。【解決手段】電動制動装置１０は、電気モータ１１の回転を受けて回転する回転部材であるナット１９と、ナット１９の回転に応じて直動する直動部材であるねじ軸２０と、ねじ軸２０と共に直動してブレーキパッド１５をブレーキロータ１８に押圧するピストン１４と、を備えている。ピストン１４は、球状の穴であるソケット穴２４を備えており、ねじ軸２０は、ソケット穴２４に嵌合する球状の球頭部２５を備えている。そして、ソケット穴２４への球頭部２５の嵌合により、ねじ軸２０に対してピストン１４が揺動自在に連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータの回転を動力として摩擦部材をブレーキロータに押圧することで制動力を発生する電動制動装置に関する。

上記のような電動制動装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の電動制動装置は、電気モータ、直動変換機構、及びピストンを備えている。直動変換機構は、電気モータの駆動によって回転する回転部材と、その回転部材の回転に応じて直動する直動部材と、を備えている。そして、直動部材の直動によってピストンが移動することにより、当該ピストンが摩擦部材に押圧を加える。これにより、ブレーキロータに対する摩擦部材の押圧が行われる。なお、同文献の電動制動装置は、パーキングブレーキとしての動作は電動で行う一方で、サービスブレーキとしての動作は液圧で行うように構成されている。

特開２０１１－２１３２０５号公報

電動制動装置として、サービスブレーキとしての動作も電動で行う装置の開発が進められている。こうした電動制動装置では、電気モータの駆動によって、摩擦部材の押圧方向と逆方向にもピストンを移動させる必要がある。よって、そうした場合には、直動変換機構の直動部材とピストンとを、一体となって直動するように連結する必要がある。

一方、摩擦部材や直動変換機構が固定されたブレーキキャリパは、電動制動装置が強い制動力を発生したときに変形することがある。そして、ブレーキキャリパの変形によりピストンが傾いて、摩擦部材に対するピストンの接触が片当たりとなり、摩擦部材が偏摩耗することがある。

上記課題を解決するための電動制動装置は、電気モータの回転を動力として摩擦部材をブレーキロータに押圧することで制動力を発生する。同電動制動装置は、電気モータの回転を受けて回転する回転部材と、回転部材の回転に応じて、同回転部材の回転軸に沿って直動する直動部材と、直動部材と共に直動して摩擦部材をブレーキロータに押圧するピストンと、を備えている。そして、同電動制動装置におけるピストンを、直動部材に対して揺動自在に連結している。

上記電動制動装置では、直動部材に対してピストンが揺動自在に連結されている。そのため、回転部材及び直動部材が傾いたときの摩擦部材に対するピストンの接触状態の変化が、直動部材に対するピストンの揺動により抑えられる。したがって、上記電動制動装置では、摩擦部材の偏摩耗が抑制される。

電動制動装置の一実施形態の断面図である。 同実施形態の電動制動装置の制動力発生時の状態を示す図である。 ピストンがねじ軸に一体に連結された電動制動装置の比較例の制動力発生時の状態を示す図である。 球頭部の抜け止め構造の一例を示す断面図である。 球頭部の抜け止め構造の他の例を示す断面図である。 ねじ軸の回り止め構造の一例を示す断面図である。 図６の７－７線に沿った断面図である。 ねじ軸の回り止め構造の他の例を示す断面図である。 ねじ軸の回り止め構造の更に他の例を示す断面図である。 電動制動装置の変形例における直動変換機構及びピストンの断面図である。 電動制動装置の他の変形例におけるピストン及びねじ軸の連結構造を示す断面図である。

以下、電動制御装置を具体化した一実施形態を、図１～図９に従って説明する。
＜電動制御装置１０の構成＞
図１に示すように、電動制動装置１０は、電気モータ１１、減速機構１２、直動変換機構１３、ピストン１４、ブレーキパッド１５、１６、及びブレーキキャリパ１７を備えている。電気モータ１１、減速機構１２、直動変換機構１３、ピストン１４、及びブレーキパッド１５、１６は、ブレーキキャリパ１７に取り付けられている。電動制動装置１０は、ブレーキキャリパ１７を車体に固定することで、車両に組付けられている。

電動制動装置１０は、電気モータ１１の回転を動力として摩擦部材であるブレーキパッド１５、１６を、車輪と共に回転するブレーキロータ１８に押圧することで制動力を発生する。ブレーキパッド１５、１６は、車両に組付けられた状態において、ブレーキロータ１８を挟んで対向して配置されるように、ブレーキキャリパ１７に取り付けられている。なお、以下の説明では、ブレーキキャリパ１７において、ブレーキパッド１５の取付位置ともう一つのブレーキパッド１６の取付位置とを繋ぐ部分を、同ブレーキキャリパ１７の梁部２６と記載する。

電気モータ１１及び減速機構１２は、ブレーキキャリパ１７の外側に取り付けられている。電気モータ１１は、外部からの電力供給により回転力を発生する。減速機構１２は、電気モータ１１の回転を減速して直動変換機構１３に伝達する。本実施形態の電動制動装置１０では、歯数の異なる２つ以上のギアを有した減速ギア機構を減速機構１２として採用している。

一方、直動変換機構１３及びピストン１４は、ブレーキキャリパ１７に設けられたシリンダ２１の内部に収容されている。直動変換機構１３は、減速機構１２を介して伝達された回転を直線運動に変換する。本実施形態では、減速機構１２を介して伝達された電気モータ１１の回転を受けて回転するナット１９と、ナット１９の回転に応じて直動するねじ軸２０と、を有した滑りねじ機構を直動変換機構１３として採用している。ナット１９は、回転自在に支持された状態でシリンダ２１内に設置されている。一方、ねじ軸２０は、ナット１９に対して、同ナット１９の回転軸Ａ１に沿って直動可能に支持されている。そして、ねじ軸２０の一端は、ピストン１４に連結されている。こうしたピストン１４とねじ軸２０との連結構造の詳細については後述する。本実施形態では、こうした直動変換機構１３のナット１９が回転部材に、同直動変換機構１３のねじ軸２０が直動部材に、それぞれ対応している。なお、ブレーキキャリパ１７は、ナット１９の回転軸Ａ１が、すなわちねじ軸２０の直動方向が、ブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向となるように車両に組付けられている。すなわち、ブレーキキャリパ１７は、ナット１９の回転軸Ａ１が、ブレーキロータ１８の回転軸Ａ２と平行となるように車両に組付けられている。

ピストン１４は、ねじ軸２０の直動方向に移動自在な状態でシリンダ２１内に収容されている。シリンダ２１の壁面には、ねじ軸２０の移動方向に延びる溝２２が形成されている。そして、ピストン１４には、溝２２に係合する係合部材２３が取り付けられている。そして、係合部材２３の溝２２への係合により、回転軸Ａ１回りのピストン１４の回転が規制されている。

こうした電動制動装置１０では、電気モータ１１が回転すると、減速機構１２がその回転を減速して直動変換機構１３のナット１９に伝達する。これによりナット１９が回転すると、ねじ軸２０が直動する。ねじ軸２０の直動方向は、電気モータ１１の回転方向により切り替わる。以下の説明では、ねじ軸２０の直動方向のうち、ピストン１４から見てブレーキパッド１５、１６が位置する側の方向を押圧方向と記載し、その反対方向を除圧方向と記載する。電気モータ１１の回転により、ねじ軸２０をピストン１４と共に押圧方向に移動させると、ピストン１４がブレーキパッド１５に当接して同ブレーキパッド１５を押圧する。この押圧は、ブレーキロータ１８の反対側に位置するもう一つのブレーキパッド１６が受けることになる。電動制動装置１０は、こうして２枚のブレーキパッド１５、１６がブレーキロータ１８の両面に押圧を加えることで、車輪の制動力を発生する。

制動力を発生している状態から電気モータ１１を逆方向に回転すると、ねじ軸２０がピストン１４と共に除圧方向に移動する。これにより、ブレーキロータ１８に対するブレーキパッド１５、１６の押圧を解除することで、電動制動装置１０は制動力の発生を停止する。

＜ピストン１４とねじ軸２０との連結構造について＞
続いて、電動制動装置１０におけるピストン１４とねじ軸２０との連結構造の詳細を説明する。図１に示すように、ピストン１４におけるねじ軸２０との連結部分には、凹球面を内部に有したソケット穴２４が設けられている。一方、ねじ軸２０におけるピストン１４に連結される側の端部には、球状の球頭部２５が設けられている。球頭部２５の球径は、ソケット穴２４の球径と同径となっている。そして、球頭部２５がソケット穴２４に嵌合されることでピストン１４がねじ軸２０に対して揺動自在に連結されている。

＜実施形態の作用、効果＞
本実施形態の電動制動装置１０の作用及び効果について説明する。
上述のように直動変換機構１３は、ナット１９の回転軸Ａ１が、すなわちねじ軸２０の直動方向が、ブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向となるように組付けられている。この状態では、ブレーキパッド１５に対するピストン１４の押圧方向が、ひいては両ブレーキパッド１５、１６のブレーキロータ１８の押圧方向が、ブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向となる。この状態が維持されれば、ブレーキパッド１５、１６は、ブレーキロータ１８に対して片当たりしないため、ブレーキパッド１５、１６の偏摩耗が抑えられる。

図２に、制動力発生時の電動制動装置１０の状態を示す。上述のように電動制動装置１０は、２枚のブレーキパッド１５、１６がブレーキロータ１８を挟み込みように押圧を加えることで、制動力を発生する。このときのブレーキキャリパ１７は、両ブレーキパッド１５、１６の取付位置を押し広げる方向の反力を受ける。よって、電動制動装置１０が強い制動力を発生したときには、両ブレーキパッド１５、１６の取付位置を繋ぐブレーキキャリパ１７の梁部２６が曲げモーメントＭを受けて反るように変形することがある。図２には、ブレーキキャリパ１７の変形前の形状が二点鎖線で、変形後の形状が実線で、それぞれ示されている。上記のようにブレーキキャリパ１７が変形すると、ナット１９の回転軸Ａ１が、すなわちねじ軸２０の直動方向が、ブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向から傾いてしまう。なお、図２及び後述の図３に示される直線Ｌは、ブレーキキャリパ１７の変形前の状態におけるナット１９の回転軸Ａ１の位置を示している。

図３に、ねじ軸２０に対してピストン１４を一体に固定するように構成した電動制動装置の制動力発生時の状態を示す。こうした場合には、ブレーキキャリパ１７の変形により、ナット１９の回転軸Ａ１がブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向から傾くと、ピストン１４も傾いてしまう。その結果、ピストン１４がブレーキパッド１５に片当たりして、ブレーキパッド１５に偏摩耗が生じてしまう。

これに対して本実施形態の電動制動装置１０では、ねじ軸２０に対してピストン１４が揺動自在に連結されている。そのため、図２に示すように、ナット１９の回転軸Ａ１がブレーキロータ１８の摩擦面の垂直方向から傾いても、ピストン１４がねじ軸２０に対して揺動して、ブレーキパッド１５への適正な接触状態が維持される。すなわち、上記のようにブレーキキャリパ１７が変形しても、ブレーキパッド１５の被押圧面のピストン１４との接触状態を維持するように、ねじ軸２０に対してピストン１４が揺動自在に連結されている。なお、被押圧面は、ピストン１４からの押圧を受けるブレーキパッド１５の面である。したがって、本実施形態の電動制動装置１０によれば、ブレーキパッド１５の偏摩耗が抑えられる。

＜球頭部２５の抜け止め構造について＞
電動制動装置１０では、ブレーキパッド１５に対するピストン１４の押圧を解除する際に、ねじ軸２０を除圧方向に移動している。こうした電動制動装置１０では、このときの除圧方向への移動に際して、ねじ軸２０の球頭部２５がソケット穴２４から抜けてしまわないように、ねじ軸２０及びピストン１４を連結しておく必要がある。なお、除圧方向への移動に際して、ねじ軸２０及びピストン１４の連結部に加わる力は、シリンダ２１に対するピストン１４の摺動抵抗による力のみである。こうした力は、制動力発生時にねじ軸２０がピストン１４を押圧する際にそれらの連結部に加わる力に比べれば、ごく小さい力である。

図４に、球頭部２５の抜け止め構造の一例を示す。図４には、ナット１９及びブレーキロータ１８の回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面を断面としたピストン１４の断面構造が示されている。図４の場合、ねじ軸２０への連結前の状態では、球頭部２５を内部に挿入可能にソケット穴２４を形成している。そして、ソケット穴２４の開口に沿って、同図に点線で示すような折立部３０を設けている。ソケット穴２４内への球頭部２５の挿入後に折立部３０は、加締めにより、ソケット穴２４の内側に向けて折り込まれる。これにより、ソケット穴２４の開口を球頭部２５の球径よりも小さい径に絞ることで、球頭部２５の抜け止めを行っている。

図５に、球頭部２５の抜け止め構造の他の例を示す。図５には、ナット１９及びブレーキロータ１８の回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面を断面としたピストン１４の断面構造が示されている。図５の場合、ソケット穴２４の開口部の直径を、球頭部２５の球径Ｄと同じかそれよりも若干大きい径としている。そして、ソケット穴２４の内部に球頭部２５を挿入した後、ゴム等の弾性材料からなるキャップ３１をソケット穴２４の開口部に固定している。キャップ３１は、環状体形状に形成されており、その内径部にねじ軸２０を通した状態でソケット穴２４の開口部に固定される。そして、キャップ３１の内径ｄは、球頭部２５の球径Ｄよりも小さい径とされており、球頭部２５がキャップ３１の内径部を通過できないようになっている。そのため、除圧方向への移動時にねじ軸２０及びピストン１４の連結部に加わる力ではソケット穴２４の開口部から外れないようにキャップ３１を固定しておけば、球頭部２５の抜け止めを行える。なお、図５の場合、弾性材料により形成されたキャップ３１の弾性変形により、ねじ軸２０に対するピストン１４の揺動を許容している。

これら以外の構造により、ソケット穴２４からの球頭部２５の抜け止めを行うようにしてもよい。例えば球頭部２５の球径よりもソケット穴２４の開口の直径を若干小さい径として、球頭部２５をソケット穴２４に圧入することで、球頭部２５の抜け止めを行うことも可能である。

＜ねじ軸２０の回り止め構造について＞
電動制動装置１０では、ナット１９の回転に応じて直動するねじ軸２０を有した直動変換機構１３を用いている。こうした電動制動装置１０では、ねじ軸２０がナット１９と供回りしないように、ねじ軸２０の回り止めが必要となる。本実施形態の電動制動装置１０では、ねじ軸２０の周囲を覆うようにピストン１４が配置されている。こうした配置の電動制動装置１０では、ブレーキキャリパ１７に対して直接、ねじ軸２０の回り止めを行う構造を設けることは難しい。そのため、ブレーキキャリパ１７に対して回り止めされた状態で設置されたピストン１４との連結部に、ねじ軸２０の回り止め構造を設置することが望ましい。

ピストン１４との連結部に下記態様で凹部及び凸部を設ければ、ねじ軸２０の回り止めが行える。すなわち、ねじ軸２０及びピストン１４の一方に凹部を形成するとともに、凹部の内部に位置する凸部をもう一方に形成する。こうした場合、回転軸Ａ１回りのピストン１４に対するねじ軸２０の相対回転の範囲が、凹部内での凸部の移動可能な範囲に制限される。よって、ピストン１４に対するねじ軸２０の回転軸Ａ１回りの相対回転が既定量以内に制限されるように凹部及び凸部を形成すれば、ねじ軸２０の回転止めを行える。

なお、上記のような凹部及び凸部を備える回り止め構造を、ねじ軸２０及びピストン１４の連結部に設置した場合、ねじ軸２０に対するピストン１４の揺動方向が限定されることがある。一方、図２に示したような強い制動力を発生したときのブレーキキャリパ１７の変形によるナット１９の回転軸Ａ１の傾きは、ブレーキロータ１８の回転軸Ａ２とナット１９の回転軸Ａ１とが位置する平面上で発生する。同平面上での回転軸Ａ１の傾きに対してブレーキパッド１５への片当たりを避けるには、同平面に直交する軸を揺動軸としてピストン１４が揺動する必要がある。したがって、回り止め構造により揺動方向が限定される場合にも、少なくとも、上記平面に対して直交する軸を揺動軸としたピストン１４の揺動は可能とすることが望ましい。そのため、回り止め構造の凹部及び凸部は揺動軸上に設けられることが望ましい。

図６及び図７に、ねじ軸２０の回り止め構造の一例を示す。なお、図６には、ナット１９及びブレーキロータ１８の双方の回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面に直交し、かつナット１９の回転軸Ａ１を通る平面を断面としたピストン１４及びねじ軸２０の断面構造が示されている。図７は、図６の７－７線に沿った断面構造を示している。図６及び図７におけるピストン１４には、図４の場合と同様の折立部３０がソケット穴２４の開口の縁部に設けられている。一方、この回り止め構造は、球頭部２５に形成された凹部３２を有している。球頭部２５において凹部３２は、ねじ軸２０をピストン１４に連結したときにソケット穴２４の開口周辺に位置する部分に設けられている。ソケット穴２４内への球頭部２５の挿入後、折立部３０における凹部３２付近に位置する部分は、加締めにより、凹部３２の内部に折り込まれる。こうして折り込まれた部分３３と凹部３２との凹凸関係により、ねじ軸２０の回り止めが行われる。この場合、折立部３０にあって凹部３２内に折り込まれた部分３３が、凹部３２の内部に位置する凸部に対応する。なお、上記加締めは、折り込まれた部分３３と凹部３２との間にある程度の隙間を残すように行われている。そして、そうした隙間により、ねじ軸２０に対するピストン１４の揺動が許容されている。なお、こうした回り止め構造は、球頭部２５の抜け止め構造としての機能を兼ね備える。図７では、球頭部２５に４つの凹部３２を設けられているが、凹部３２の数は１つ以上であればよい。

図８に、ねじ軸２０の回り止め構造の他の例を示す。図８には、ナット１９及びブレーキロータ１８の双方の回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面に直交し、かつナット１９の回転軸Ａ１を通る平面を断面としたピストン１４の断面構造が示されている。図８の回り止め構造は、ソケット穴２４の内壁に形成された溝３４と、球頭部２５に形成された突起３５と、を有している。突起３５は、ソケット穴２４内に球頭部２５を挿入した状態では、溝３４の内部に位置される。図８では、溝３４及び突起３５を２組設けている。突起３５は、円筒形状に形成されている。また、２つの突起３５は、球頭部２５の凸球面の球心Ｏに対して対称に配置されている。こうした回り止め構造では、両突起３５の円筒中心軸を揺動軸としたねじ軸２０に対するピストン１４の揺動が許容される。また、図８の場合、突起３５が移動可能な隙間が溝３４内に設けられている。その隙間によっても、ねじ軸２０に対するピストン１４の揺動が許容される。

図９に、ねじ軸２０の回り止め構造の更に他の例を示す。図９には、回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面に直交し、かつナット１９の回転軸Ａ１を通る平面を断面としたピストン１４及びねじ軸２０の断面構造が示されている。図９の回り止め構造は、球頭部２５に形成された溝３６と、ソケット穴２４の壁面に形成された突起３７と、を有している。このように、球頭部２５に溝３６を、ソケット穴２４に突起３７を設けても、図８の場合と同様にねじ軸２０の回り止めが可能である。なお、図８、図９の回り止め構造では、溝３４、３６が凹部に対応し、突起３５、３７が凸部に対応する。

＜他の実施形態＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・図１０に示すように、ねじ軸４１の回転に応じてナット４２が直動する構成の直動変換機構４０を採用してもよい。この場合、ねじ軸４１が回転部材に、ナット４２が直動部材に、対応する。また、この場合には、直動部材であるナット４２にピストン４３が揺動自在に連結される。

・同図１０に示すように、内部に凹球面を有したソケット穴４４を直動部材に設けるとともに、凸球面を有した球頭部４５をピストン４３に設けるようにしてもよい。この場合にも、ピストン４３は、揺動自在に直動部材に連結される。

・ボールジョイント以外の連結構造を用いて、ピストンを直動部材に揺動自在に連結してもよい。例えば図１１では、ピストン５０と直動部材であるねじ軸５１とが円筒形状のピン５２を介して連結されている。ピン５２は、ねじ軸５１の端部を貫通する通孔５３に通されている。そして、ピン５２の両端は、ピストン５０に固定されている。これにより、ピストン５０は、ピン５２を中心として揺動自在にねじ軸５１と連結される。こうした場合にも、ブレーキパッド１５の偏摩耗の抑制には、ナット１９及びブレーキロータ１８の回転軸Ａ１、Ａ２が位置する平面に直交する軸を揺動軸としてピストン５０が揺動可能とすることが望ましい。これは、ピン５２の中心軸Ａ３が上記平面に直交する配置とすることで、実現可能である。

・減速機構１２として、遊星ギア機構などの減速ギア機構以外の機構を採用してもよい。また、電動制動装置１０における電気モータ１１、減速機構１２、直動変換機構１３等の配置は、図１と異なる配置としてもよい。例えば、減速機構１２として遊星ギア機構を採用して、電気モータ１１、減速機構１２、直動変換機構１３を同軸上に直列に並べて配置してもよい。

１０…電動制動装置
１１…電気モータ
１２…減速機構
１３…直動変換機構
１４…ピストン
１５、１６…ブレーキパッド（摩擦部材）
１７…ブレーキキャリパ
１８…ブレーキロータ
１９…ナット（回転部材）
２０…ねじ軸（直動部材）
２１…シリンダ
２２…溝
２３…係合部品
２４…ソケット穴
２５…球頭部
２６…梁部
３０…折立部
３１…キャップ
３２…凹部
３３…折り込まれた部分（凸部）
３４…溝（凹部）
３５…突起（凸部）
３６…溝（凹部）
３７…突起（凸部）
４０…直動変換機構
４１…ねじ軸（回転部材）
４２…ナット（直動部材）
４３…ピストン
４４…ソケット穴
４５…球頭部
５０…ピストン
５１…ねじ軸
５２…ピン
５３…通孔

Claims (5)

1. 電気モータの回転を動力として摩擦部材をブレーキロータに押圧することで制動力を発生する電動制動装置であって、
   前記電気モータの回転を受けて回転する回転部材と、
   前記回転部材の回転に応じて直動する直動部材と、
   前記直動部材に対して揺動自在に連結されて、同直動部材と共に直動して前記摩擦部材を前記ブレーキロータに押圧するピストンと、
   を備える電動制動装置。
2. 前記ピストンからの押圧を受ける前記摩擦部材の面である被押圧面の前記ピストンとの接触状態を維持するよう前記直動部材に対して前記ピストンが揺動自在に連結される請求項１に記載の電動制動装置。
3. 前記直動部材及び前記ピストンの一方には、球状の穴であるソケット穴が形成されており、
   前記直動部材及び前記ピストンの他方には、前記ソケット穴に嵌合される球状の球頭部が形成されており、
   かつ前記球頭部が前記ソケット穴に嵌合されることで前記ピストンが前記直動部材に対して揺動自在に連結されている
   請求項１又は請求項２に記載の電動制動装置。
4. 前記ソケット穴の開口部には、弾性材料からなるキャップが固定されており、前記キャップは、前記球頭部の球径よりも内径が小さい環状体形状をなしている
   請求項３に記載の電動制動装置。
5. 前記直動部材及び前記ピストンの一方に形成された凹部と、前記直動部材及び前記ピストンの他方に形成されて前記凹部の内部に位置する凸部と、によって構成され、前記凹部と前記凸部の嵌合により前記ピストンに対する前記直動部材の前記回転部材の回転軸回りの相対回転を既定量以内に制限する回り止め構造を備える
   請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電動制動装置。

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