JP4446834B2 - Electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータの回転駆動力を直線駆動力に変換して、ブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置に関する。 The present invention relates to an electric brake device that converts a rotational driving force of an electric motor into a linear driving force and presses a brake member against a member to be braked.
車両用ブレーキ装置としては油圧式のものが多く採用されてきたが、近年、ABS(Antilock Brake System)等の高度なブレーキ制御の導入に伴い、これらの制御を複雑な油圧回路なしに行うことができ、コンパクトに設計できる電動式ブレーキ装置が注目されている。電動式ブレーキ装置は、ブレーキペダルの踏み込み信号等で電動モータを作動させ、電動モータの回転駆動力を直線駆動力に変換する駆動力変換機構によって直動部材に直線駆動力を伝達し、直動部材の直線運動でブレーキ部材を被制動部材に押圧するものである。 Although many hydraulic brake devices have been adopted as a vehicle brake device, in recent years, with the introduction of advanced brake control such as ABS (Antilock Brake System), these controls can be performed without complicated hydraulic circuits. Electric brake devices that can be designed compactly are drawing attention. The electric brake device operates the electric motor in response to a brake pedal depression signal, etc., and transmits the linear driving force to the linear motion member by a driving force conversion mechanism that converts the rotational driving force of the electric motor into a linear driving force. The brake member is pressed against the member to be braked by the linear motion of the member.
通常、電動式ブレーキ装置は車両のばね下に取り付けられ、コンパクトで軽量な設計が望まれるので、電動モータを小型で小容量のものとするために、電動モータと駆動力変換機構との間に減速機構を設けたものが多い。この減速機構には種々の形態のものが採用されているが、大きな減速率が得られるものとして遊星歯車減速機構がある(例えば、特許文献1参照)。 Usually, an electric brake device is mounted under the spring of a vehicle, and a compact and lightweight design is desired. Therefore, in order to make the electric motor small and have a small capacity, the electric brake device is interposed between the electric motor and the driving force conversion mechanism. Many have a reduction mechanism. Various types of speed reduction mechanisms are employed, and there is a planetary gear speed reduction mechanism that can provide a large speed reduction rate (see, for example, Patent Document 1).
また、電動式ブレーキ装置の駆動力変換機構には、コンパクトな設計が可能であるねじ機構が多く採用され、ねじ機構としては螺合した回転部材と直動部材との摩擦抵抗が小さく、駆動力の変換ロスが少ないボールねじ機構が多く用いられている(例えば、特許文献2参照)。この駆動力変換機構には、回転部材と直動部材の軸方向で対向するカム面間に複数の転動体を配したカム機構を採用したものもある。 In addition, the driving force conversion mechanism of the electric brake device often employs a screw mechanism that can be compactly designed. As the screw mechanism, the frictional resistance between the screwed rotating member and the linear motion member is small, and the driving force is reduced. A ball screw mechanism with a low conversion loss is often used (see, for example, Patent Document 2). Some of these driving force conversion mechanisms employ a cam mechanism in which a plurality of rolling elements are arranged between cam surfaces facing each other in the axial direction of a rotating member and a linearly moving member.
上述した減速機構に遊星歯車減速機構を採用した電動式ブレーキ装置は、減速された回転駆動力を駆動力変換機構に伝達する遊星歯車の回転キャリヤの支持構造を工夫する必要がある。特に、回転キャリヤは、駆動力変換機構の直動部材がブレーキ部材を押圧するときに、この押圧反力によって大きな軸方向荷重を負荷されるので、この軸方向荷重の支持に工夫を要する。 The electric brake device employing the planetary gear speed reduction mechanism as the speed reduction mechanism described above needs to devise a support structure for the planetary gear rotation carrier that transmits the reduced rotational driving force to the driving force conversion mechanism. In particular, when the linear motion member of the driving force converting mechanism presses the brake member, the rotating carrier is loaded with a large axial load by the pressing reaction force, and thus a device is required to support the axial load.
特許文献1に記載されたものは、電動モータのロータの内周に設けた内歯歯車と太陽歯車とに噛み合う第1遊星歯車と、駆動力変換機構の回転部材の外歯歯車に噛み合う第2遊星歯車とを設け、これらの一対の遊星歯車を軸支した回転キャリヤを円錐ころ軸受でケーシングに支持している。このため、遊星歯車をケーシング内の2箇所に設けること等によって、構造が複雑で部品点数が多くなっているので、摩耗したブレーキ部材を交換したりするとき等のメンテナンスの作業性が悪くなるとともに、製造コストも高くなる問題がある。 Patent Document 1 describes a first planetary gear that meshes with an internal gear and a sun gear provided on the inner periphery of a rotor of an electric motor, and a second gear that meshes with an external gear of a rotating member of a driving force conversion mechanism. A planetary gear is provided, and a rotating carrier that pivotally supports the pair of planetary gears is supported on the casing by a tapered roller bearing. For this reason, by providing planetary gears at two locations in the casing, etc., the structure is complicated and the number of parts is increased, so that the workability of maintenance such as when replacing a worn brake member is deteriorated. There is a problem that the manufacturing cost is also increased.
そこで、本発明の課題は、簡単な構造で部品点数を少なくして、電動式ブレーキ装置に遊星歯車減速機構を組み込むことである。 Accordingly, an object of the present invention is to incorporate a planetary gear reduction mechanism in an electric brake device with a simple structure and a reduced number of parts.
上記の課題を解決するために、本発明は、ケーシング内に電動モータの回転駆動力を減速する遊星歯車減速機構と、遊星歯車減速機構で減速された回転駆動力を直線駆動力に変換する駆動力変換機構とを備え、この駆動力変換機構によって直線駆動力を伝達される直動部材の直線運動で、ブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置において、前記遊星歯車減速機構を、前記電動モータのロータと同軸で回転駆動される内歯歯車と太陽歯車との間に遊星歯車を噛み合わせ、この遊星歯車を回転キャリヤに取り付けたものとして、この回転キャリヤから減速された回転駆動力を前記駆動力変換機構に伝達し、駆動力変換機構から回転キャリヤに負荷される軸方向荷重を、スラスト軸受で前記ケーシングに支持した構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a planetary gear reduction mechanism that reduces the rotational driving force of an electric motor in a casing, and a drive that converts the rotational driving force reduced by the planetary gear reduction mechanism into a linear driving force. An electric brake device that presses a brake member against a member to be braked by a linear motion of a linear motion member to which a linear driving force is transmitted by the driving force conversion mechanism. A planetary gear is meshed between an internal gear and a sun gear that are rotationally driven coaxially with the rotor of the electric motor, and the planetary gear is attached to the rotary carrier. Is transmitted to the driving force converting mechanism, and an axial load applied to the rotating carrier from the driving force converting mechanism is supported on the casing by a thrust bearing.
すなわち、遊星歯車減速機構を、電動モータのロータと同軸で回転駆動される内歯歯車と太陽歯車との間に遊星歯車を噛み合わせ、この遊星歯車を回転キャリヤに取り付けたものとして、この回転キャリヤから減速された回転駆動力を駆動力変換機構に伝達し、駆動力変換機構から回転キャリヤに負荷される軸方向荷重を、スラスト軸受でケーシングに支持することにより、簡単な構造で部品点数を少なくして、電動式ブレーキ装置に遊星歯車減速機構を組み込めるようにした。 That is, the planetary gear reduction mechanism is configured such that the planetary gear is meshed between the internal gear and the sun gear that are driven to rotate coaxially with the rotor of the electric motor, and the planetary gear is attached to the rotary carrier. By transmitting the rotational drive force decelerated from the drive force to the drive force conversion mechanism and supporting the axial load applied to the rotary carrier from the drive force conversion mechanism on the casing by the thrust bearing, the number of parts can be reduced with a simple structure. Thus, the planetary gear speed reduction mechanism can be incorporated into the electric brake device.
前記回転キャリヤを、前記電動モータのロータに軸受で回転自在に支持することにより、ロータと同軸で回転駆動される内歯歯車の軸心と回転キャリヤの軸心とを、容易に同軸上に保持することができる。 By supporting the rotating carrier rotatably on the rotor of the electric motor with a bearing, the axis of the internal gear driven to rotate coaxially with the rotor and the axis of the rotating carrier can be easily held coaxially. can do.
前記回転キャリヤをロータに支持する軸受を針状ころ軸受とすることにより、半径方向の軸受厚みをコンパクトに設計することができる。 By using a needle roller bearing as the bearing for supporting the rotating carrier on the rotor, the radial bearing thickness can be designed to be compact.
前記回転キャリヤに負荷される軸方向荷重を支持するスラスト軸受を、前記遊星歯車のピッチ円直径よりも外径側に設けることにより、軸方向荷重の負荷容量を大きくすることができる。 By providing a thrust bearing that supports the axial load applied to the rotating carrier on the outer diameter side of the pitch circle diameter of the planetary gear, the load capacity of the axial load can be increased.
前記スラスト軸受をスラスト針状ころ軸受とすることにより、軸方向の軸受厚みをコンパクトに設計することができる。 By using a thrust needle roller bearing as the thrust bearing, the axial bearing thickness can be designed to be compact.
前記スラスト針状ころ軸受を複列スラスト針状ころ軸受とすることにより、軸方向荷重の負荷容量を大きくすることができるとともに、回転抵抗を低減することができる。 When the thrust needle roller bearing is a double-row thrust needle roller bearing, the load capacity of the axial load can be increased and the rotational resistance can be reduced.
前記回転キャリヤを筒状のものとし、前記駆動力変換機構を筒状の回転キャリヤの内径側に設けたボールねじ機構とすることにより、電動式ブレーキ装置をよりコンパクトに設計できるとともに、駆動力変換機構における駆動力の変換ロスを少なくすることができる。 By making the rotating carrier cylindrical and the driving force conversion mechanism a ball screw mechanism provided on the inner diameter side of the cylindrical rotating carrier, the electric brake device can be designed more compactly and the driving force conversion can be achieved. Conversion loss of driving force in the mechanism can be reduced.
前記直動部材の直線運動を前記ブレーキ部材を押圧する前進方向へは許容するが、後退方向へは阻止する直動一方向クラッチを設け、この直動一方向クラッチを前記直動部材側に回転可能に取り付けられ、前記回転キャリヤの内径面に係合するものとすることにより、少ない部品点数の追加で、ブレーキ部材が摩耗しても制動後の直動部材を常にブレーキ部材の押圧位置近くに保持できるようにし、コンパクトで軽量な設計を損なうことなく、かつ、安価にブレーキ部材の摩耗補償機構を組み込むことができる。 A linear motion one-way clutch is provided, which allows the linear motion of the linear motion member in the forward direction to press the brake member, but prevents it in the backward direction, and rotates the linear motion one-way clutch toward the linear motion member. It is possible to attach and engage with the inner diameter surface of the rotating carrier, so that even if the brake member is worn, the linear motion member after braking is always near the pressing position of the brake member even if the brake member is worn. The brake member wear compensation mechanism can be incorporated at a low cost without impairing the compact and lightweight design.
本発明の電動式ブレーキ装置は、遊星歯車減速機構を、電動モータのロータと同軸で回転駆動される内歯歯車と太陽歯車との間に遊星歯車を噛み合わせ、この遊星歯車を回転キャリヤに取り付けたものとして、この回転キャリヤから減速された回転駆動力を駆動力変換機構に伝達し、駆動力変換機構から回転キャリヤに負荷される軸方向荷重を、スラスト軸受でケーシングに支持するようにしたので、簡単な構造で部品点数を少なくして、電動式ブレーキ装置に遊星歯車減速機構を組み込むことができる。 In the electric brake device of the present invention, the planetary gear speed reduction mechanism is engaged with the planetary gear between the internal gear and the sun gear that are driven to rotate coaxially with the rotor of the electric motor, and the planetary gear is attached to the rotating carrier. As a result, the rotational driving force decelerated from the rotating carrier is transmitted to the driving force converting mechanism, and the axial load applied to the rotating carrier from the driving force converting mechanism is supported on the casing by the thrust bearing. The planetary gear speed reduction mechanism can be incorporated into the electric brake device with a simple structure and a reduced number of parts.
前記回転キャリヤを、電動モータのロータに軸受で回転自在に支持することにより、ロータと同軸で回転駆動される内歯歯車の軸心と回転キャリヤの軸心とを、容易に同軸上に保持することができる。 By supporting the rotary carrier on the rotor of the electric motor with a bearing so as to be rotatable, the axis of the internal gear driven to rotate coaxially with the rotor and the axis of the rotary carrier are easily held coaxially. be able to.
前記回転キャリヤをロータに支持する軸受を針状ころ軸受とすることにより、半径方向の軸受厚みをコンパクトに設計することができる。 By using a needle roller bearing as the bearing for supporting the rotating carrier on the rotor, the radial bearing thickness can be designed to be compact.
前記回転キャリヤに負荷される軸方向荷重を支持するスラスト軸受を、遊星歯車のピッチ円直径よりも外径側に設けることにより、軸方向荷重の負荷容量を大きくすることができる。 By providing a thrust bearing that supports the axial load applied to the rotating carrier on the outer diameter side of the pitch circle diameter of the planetary gear, the load capacity of the axial load can be increased.
前記スラスト軸受をスラスト針状ころ軸受とすることにより、軸方向の軸受厚みをコンパクトに設計することができる。 By using a thrust needle roller bearing as the thrust bearing, the axial bearing thickness can be designed to be compact.
前記スラスト針状ころ軸受を複列スラスト針状ころ軸受とすることにより、軸方向荷重の負荷容量を大きくすることができるとともに、回転抵抗を低減することができる。 When the thrust needle roller bearing is a double-row thrust needle roller bearing, the load capacity of the axial load can be increased and the rotational resistance can be reduced.
前記回転キャリヤを筒状のものとし、駆動力変換機構を筒状の回転キャリヤの内径側に設けたボールねじ機構とすることにより、電動式ブレーキ装置をよりコンパクトに設計できるとともに、駆動力変換機構における駆動力の変換ロスを少なくすることができる。 By making the rotating carrier cylindrical and the driving force converting mechanism a ball screw mechanism provided on the inner diameter side of the cylindrical rotating carrier, the electric brake device can be designed more compactly, and the driving force converting mechanism The conversion loss of the driving force can be reduced.
前記直動部材の直線運動をブレーキ部材を押圧する前進方向へは許容するが、後退方向へは阻止する直動一方向クラッチを設け、この直動一方向クラッチを直動部材側に回転可能に取り付けられ、回転キャリヤの内径面に係合するものとすることにより、少ない部品点数の追加で、ブレーキ部材が摩耗しても制動後の直動部材を常にブレーキ部材の押圧位置近くに保持できるようにし、コンパクトで軽量な設計を損なうことなく、かつ、安価にブレーキ部材の摩耗補償機構を組み込むことができる。 A linear motion one-way clutch that allows the linear motion of the linear motion member in the forward direction to press the brake member but prevents it in the backward direction is provided so that the linear motion one-way clutch can be rotated to the linear motion member side. By attaching and engaging with the inner diameter surface of the rotating carrier, it is possible to always keep the linear motion member after braking near the pressing position of the brake member even if the brake member is worn by adding a small number of parts. Therefore, the wear compensation mechanism for the brake member can be incorporated at a low cost without impairing the compact and lightweight design.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この電動式ブレーキ装置は、図1に示すように、キャリパ1の内部で被制動部材としてのディスクロータ2の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド3を対向配置したディスクブレーキであり、前端側のキャリパ1と一体に形成され、後端側に蓋4aが設けられたケーシング4の内径面に電動モータのステータ5が固定され、ロータ6が軸受7で回転自在に支持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, this electric brake device is a disc brake in which
図1および図2に示すように、前記ロータ6の軸方向後端側には内歯歯車8が同軸でボルト結合され、蓋4aの内面中心にボルト結合された太陽歯車9との間に、内歯歯車8と太陽歯車9とに噛み合う4つの遊星歯車10が筒状の回転キャリヤ11に取り付けられて、遊星歯車減速機構が構成されている。回転キャリヤ11はロータ6の内径面に針状ころ軸受12で回転自在に支持されたキャリヤ本体11aと、蓋4aの内面側に複列スラスト針状ころ軸受13で支持されたキャリヤ分体11bとから成り、各遊星歯車10はキャリヤ本体11aとキャリヤ分体11bとの間に軸支されている。スラスト針状ころ軸受13は、遊星歯車10のピッチ円直径よりも外径側に設けられている。なお、スラスト針状ころ軸受13は単列のものとしてもよい。また、キャリヤ本体11aとキャリヤ分体11bは一体に形成してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
図1に示すように、前記キャリヤ本体11aの前端側には、駆動力変換機構としてのボールねじ機構のナット14が内嵌されて、直動部材としてのねじ軸15がボール16を介してナット14に螺合され、ねじ軸15の前端側に、ブレーキパッド3をディスクロータ2に押圧する別体の押圧部材17がボルト結合されて、ねじ軸15と押圧部材17が回り止めキー18で回り止めされている。したがって、押圧部材17でブレーキパッド3を押圧する際には、その押圧反力によって大きな軸方向荷重がねじ軸15とナット14を介して回転キャリヤ11に負荷されるが、この軸方向荷重は前記スラスト針状ころ軸受13を介してケーシング4の蓋4aで支持される。なお、ケーシング4の前端側は、キャリパ1と押圧部材17間に取り付けられたブーツ19でシールされている。
As shown in FIG. 1, a
図3(a)に示すように、前記ねじ軸15の後端にはボルト20が螺着され、このボルト20に設けられた段付き部20aに、直動一方向クラッチとしての止め輪部材21が取り付けられている。この止め輪部材21は、図4に示すように、環状で円周上の一箇所に切断部21aを設けたものである。また、後述するブレーキパッド3の交換時に、縮径してキャリヤ本体11aの内径面から取り外すために、切断部21aの両側に工具の爪を引っ掛ける孔21bが設けられている。
As shown in FIG. 3A, a
図3(a)、(b)に示すように、前記止め輪部材21は、内径縁がボルト20の段付き部20aと非接触で段付き部20aの回りに回転可能とされ、外周に屈曲部21cが設けられて、外径縁がキャリヤ本体11aの内径面に対して、ねじ軸15の前進方向と反対側へ突っ張るように傾斜した角度で接触するようになっており、ねじ軸15の直線運動を前進方向へは許容するが、後退方向へは阻止する。なお、止め輪部材21の外径縁が接触するキャリヤ本体11aの内径面は、止め輪部材21の外径縁との摩擦抵抗を適度に確保するために、表面粗さRaが6.3〜50μmの粗面とされている。
As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the retaining
前記ねじ軸15が前進する制動時には、図3(a)に示すように、止め輪部材21はキャリヤ本体11aに追随して回転しながら、ボルト20の頭部に当接してねじ軸15と一緒に前進方向へ移動する。また、電動モータの回転が停止する制動解除時には、図3(b)に示すように、ボールねじの遊び分だけねじ軸15が後退すると、止め輪部材21は段付き部20aに沿ってねじ軸15の後端側へ相対移動し、ねじ軸15の後端面に係止されて、それ以上のねじ軸15の後退を阻止する。このため、段付き部20aの長さに相当する止め輪部材21の取り付けの軸方向へのガタ隙間分だけ、制動後のねじ軸15は僅かに後退を許容されるので、非制動時のブレーキパッド3の引きずりは生じない。
At the time of braking in which the
以上のように、この電動式ブレーキ装置は、制動時に電動モータを一方向へ回転させ、制動解除時は電動モータを停止するのみであり、止め輪部材21のキャリヤ本体11aの内径面への係合位置が、制動時のブレーキパッド3の摩耗の進行に伴って少しずつ前方へ移動し、制動後のねじ軸15の待機位置が前方へ移動するように自然に変化する。図5は、ブレーキパッド3が摩耗した状態であり、ねじ軸15と止め輪部材21は、少しずつの前方への移動の積み重ねによって、かなり前方まで移動している。
As described above, this electric brake device rotates the electric motor in one direction at the time of braking, and only stops the electric motor at the time of releasing the brake, and the engagement of the retaining
つぎに、前記摩耗したブレーキパッド3の交換方法を説明する。図5に示したように、ねじ軸15と止め輪部材21がかなり前方へ移動した状態で、図6に示すように、ケーシング4から蓋4aと太陽歯車9、キャリヤ分体11bおよび各遊星歯車10を取り外したのち、止め輪部材21を工具で縮径してキャリヤ本体11aの内径面から取り外す。こののち、電動モータの逆転でキャリヤ本体11aとナット14を針状ころ軸受12を介して逆転させることにより、ねじ軸15を初期の位置まで後退させて、ブレーキパッド3を新しいものと交換する。
Next, a method for replacing the
上述した実施形態では、駆動力変換機構にボールねじ機構を採用したが、台形ねじ等の通常のねじ機構やカム機構を採用することもできる。 In the above-described embodiment, the ball screw mechanism is employed as the driving force conversion mechanism, but a normal screw mechanism such as a trapezoidal screw or a cam mechanism may be employed.
1 キャリパ
2 ディスクロータ
3 ブレーキパッド
4 ケーシング
4a 蓋
5 ステータ
6 ロータ
7 軸受
8 内歯歯車
9 太陽歯車
10 遊星歯車
11 回転キャリヤ
11a キャリヤ本体
11b キャリヤ分体
12 針状ころ軸受
13 スラスト針状ころ軸受
14 ナット
15 ねじ軸
16 ボール
17 押圧部材
18 回り止めキー
19 ブーツ
20 ボルト
20a 段付き部
21 止め輪部材
21a 切断部
21b 孔
21c 屈曲部
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