JP4747590B2 - 電動ディスクブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータによってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキに関するものである。

従来、電動モータのロータの回転運動をボールねじ機構、ボールランプ機構等の回転−直線運動変換機構を用いてピストンの直線運動に変換し、ピストンによってブレーキパッドをディスクロータに押圧させることにより、制動力を発生させるようにした電動ディスクブレーキ装置が知られている。電動ディスクブレーキは、運転者のブレーキペダル踏力（または変位量）をセンサによって検出し、コントローラによって、この検出値に基づいて電動モータの回転を制御することより、所望の制動力を得ることができる。

電動ディスクブレーキには、モータのトルクを増幅するために、電動モータと回転−直線運動変換機構との間に減速機構を設けたものが種々提案されている。例えば、特許文献１には、減速機構として、遊星歯車とオルダム機構とを組合わせた差動減速機構を備えた電動ディスクブレーキが記載されている。
特開２００１−２６３３９５号公報

この電動ディスクブレーキでは、差動減速機構は、モータのロータに取付けられた偏心軸に偏心板を回転可能に取付け、固定したピンを偏心板の穴に挿通し、偏心板の外歯をボールランプ機構の回転ディスクの内歯に噛合わせた構造となっている。この構造により、偏心軸を回転させると、偏心板が自転することなく公転して、ボールランプ機構の回転ディスクを所定の減速比で駆動することができる。また、上記特許文献１には、差動減速機構として、サイクロイドボール機構と、環状穴およびボールを用いたオルダム機構とを組合わせることによって、上記と同様の作用、効果を奏するものが記載されている。

しかしながら、上記特許文献１に記載の電動ディスクブレーキでは、次のような問題がある。オルダム機構を構成する偏心板およびピンは、高い加工精度が要求されるため、製造コストが高い。さらに、制動時の高負荷に耐えるために、高い強度が要求されるが、構造上、強度を高めることが困難である。また、サイクロイドボール機構とオルダム機構を組合わせたものでは、上記と同様、高い加工精度が要求され、特に、軸方向の寸法精度の要求が厳しく、実用上問題となる。

そこで、本出願人は、特許文献２に記載されているように、電動モータのロータに連結される偏心軸と、この偏心軸に回転可能に取付けられ、一体に回転する入力側外歯及び出力側外歯を有する外歯車部材と、入力側外歯に噛合う内歯を有する固定リングギヤと、出力側外歯に噛合って回転−直線運動変換機構を駆動するリングギヤとからなり、簡単な構造で所望の減速比及び充分な強度を得ることができる差動減速機構を備えた電動ディスクブレーキを提案している。
特開２００３−２９４０６７号公報

しかしながら、特許文献２に記載されたものでは、次のような問題がある。非制動状態（無負荷状態）においては、図７（Ａ）に示すように、外歯車部材１の入力側外歯２及び出力側外歯３と、これらに噛合う固定リングギヤ４及びリングギヤ５との間にはバックラッシがあるため、外歯車部材１、固定リングギヤ４及びリングギヤ５の軸は、互いに平行となる。一方、制動状態（負荷状態）においては、図７（Ｂ）に示すように、電動モータの駆動トルクが作用し、外歯車部材１は、入力側外歯２と噛合う固定リングギヤ４の歯面及び出力側外歯３と噛合うリングギヤ５の歯面からの反力によってモーメントＭが生じ、バックラッシ及び軸受のラジアル隙間によって、僅かな角度αだけ傾くことになる。このため、固定リングギヤ４の歯面と入力側外歯２の歯面及びリングギヤ５の歯面と出力側外歯３の歯面とが均一に噛合うことができず、これらの歯面に高い面圧Ｐが生じる。その結果、伝達効率の低下、騒音の発生、磨耗による寿命の低下及びシステムフェイル時等に必要な逆起動トルクの増大という問題を生じる。

なお、入力側外歯２及び出力側外歯３は、図７中においては、固定リングギヤ４及びリングギヤ５に円周上の同じ位置で噛合っているように示しているが、これは、理解の便宜上、模式的に示したものであり、実際には、入力側外歯２と固定リングギヤ４及び出力側外歯３とリングギヤ５は、それぞれ円周上の異なる位置で噛合っている。また、図７は、入力側外歯２と固定リングギヤ４及び出力側外歯３とリングギヤ５の噛合いピッチ点付近の断面を示している。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、差動減速機構の噛合いを改善して、伝達効率を高めた電動ディスクブレーキを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、電動モータと、該電動モータのロータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する変換機構とを備え、該変換機構によってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキにおいて、
前記減速機構は、前記モータのロータに連結された偏心軸と、該偏心軸に回転可能に取付けられ、互いに一体回転する入力側外歯及び出力側外歯を有する外歯車部材と、前記入力側外歯に噛合う内歯を有する固定リングギヤと、前記出力側外歯に噛合って前記変換機構を駆動するリングギヤとを備え、
前記外歯車部材は、前記固定リングギヤ及び前記リングギヤから互いに逆方向の反力が作用し、
前記入力側外歯の前記固定リングギヤに当接する歯面は、前記外歯車部材の歯幅方向の端部から中央に向って歯厚が徐々に減少するように形成され、
前記出力側外歯の前記リングギヤに当接する歯面は、前記外歯車部材の歯幅方向の端部から中央に向って歯厚が徐々に減少するように形成されていることを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、電動モータと、該電動モータのロータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する変換機構とを備え、該変換機構によってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキにおいて、
前記減速機構は、前記モータのロータに連結された偏心軸と、該偏心軸に回転可能に取付けられ、互いに一体回転する入力側外歯及び出力側外歯を有する外歯車部材と、前記入力側外歯に噛合う内歯を有する固定リングギヤと、前記出力側外歯に噛合って前記変換機構を駆動するとともに前記固定リングギヤと逆の前記外歯車部材の回転方向の反力を前記外歯車部材に伝達するリングギヤとを備え、
前記固定リングギヤ及び前記リングギヤの歯面は、それぞれ歯すじの一端部から前記外歯車部材の軸方向中央側の他端部に向って歯厚が徐々に減少するように形成されていることを特徴とする。

請求項１及び請求項２の発明に係る電動ディスクブレーキによれば、偏心軸が偏心回転すると、固定リングギヤと噛合う入力側外歯すなわち外歯車部材が自転および公転し、この自転および公転によって出力側外歯がリングギヤを駆動し、電動モータのロータとリングギヤとの間に差動が生じて所定の減速比を得ることができる。そして、固定リングギヤ及びリングギヤの歯面からの反力によるモーメントによって外歯車部材が傾いたとき、入力側外歯及び出力側外歯、又は、固定リングギヤ及びリングギヤの歯面の歯厚の変化により、入力側外歯及び出力側外歯と固定リングギヤ及びリングギヤの歯面が略平行となって均一に噛合うので、伝達効率を高め、作動時の騒音を低減し、また、歯面の磨耗を軽減して長寿命化を達成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。図１に示すように、電動ディスクブレーキ６は、車輪（図示せず）とともに回転するディスクロータ７の一側（通常は車体に対して内側）にキャリパ本体８が配置されており、キャリパ本体８には、略Ｃ字形に形成されてディスクロータ７を跨いで反対側へ延びる爪部９がボルト（図示せず）によって一体的に結合されている。ディスクロータ７の両側、すなわち、ディスクロータ７とキャリパ本体８との間、及び、ディスクロータ７と爪部９の先端部との間に、それぞれブレーキパッド１０、１１が設けられている。ブレーキパッド１０、１１は、車体側に固定されるキャリヤ１２によってディスクロータ７の軸方向に沿って移動可能に支持されて、制動トルクをキャリヤ１２で受けるようになっている。また、キャリパ本体８は、キャリア１２に取付けられたスライドピン（図示せず）によって、ディスクロータ７の軸方向に沿って摺動可能に案内されている。

キャリパ本体８には、電動モータ１３と、電動モータ１３の回転を減速する差動減速機構１４（減速機構）と、差動減速機構１４によって減速された電動モータ１３の回転運動を直線運動に変換して、ブレーキパッド１０に当接するピストン１５を進退動させるボールランプ機構１６（変換機構）と、ブレーキパッド１０、１１の磨耗に応じてピストン１５の位置を調整するパッド磨耗補償機構１７とが設けられている。

電動モータ１３は、キャリパ本体８に固定されたステータ１８と、キャリパ本体８に軸受１９、２０によって回転可能に支持された中空のロータ２１とを備え、コネクタ２２を介して接続されたコントローラ（図示せず）からの駆動電圧によって回転し、ロータ２１に装着されたレゾルバ２３によって、その回転位置が検出され、所望の角度だけ回転させることができる。

差動減速機構１４は、電動モータ１３のロータ２１に、中空の偏心軸２４が一体に形成され、偏心軸２４の外周に、円筒状の外歯車部材２５が軸受２６を介して回転可能に取付けられている。外歯車部材２５には、軸方向両側に入力側外歯２７及び出力側外歯２８が形成されている。キャリパ本体８には、外歯車部材２５の入力側外歯２７に噛合う内歯を有する固定リングギヤ２９がボルト３０によって固定されている。また、出力側外歯２８は、ボールランプ機構１６の回転ディスク３１に一体に形成されたリングギヤ３２の内歯に噛合わされている。外歯車部材２５、固定リングギヤ２９及び回転ディスク３１に一体に形成されたリングギヤ３２の分解縦断面図を図２に示す。

ここで、外歯車部材２５の入力側外歯２７の歯数Ｚ１、固定リングギヤ２９の内歯の歯数Ｚ２、出力側外歯２８の歯数Ｚ３、リングギヤ３２の内歯の歯数Ｚ４として、本実施形態では、入力側外歯２７の歯数Ｚ１と固定リングギヤ２９の歯数Ｚ２とを等しくして（Ｚ１＝Ｚ２）、偏心軸２４の回転によって入力側外歯２７が自転せずに公転するようになっている。

ボールランプ機構１６は、キャリパ本体８に軸受３３（アキシャル軸受）によって回転可能に支持されて軸方向に固定された回転ディスク３１及び軸方向に移動可能に支持された直動ディスク３４に、互いに対向するようにボール溝３５、３６（傾斜溝）をそれぞれ形成し、これらのボール溝３５、３６間に転動体であるボール３７（鋼球）を装入したものである。そして、回転ディスク３１が回転すると、ボール３７が傾斜したボール溝３５、３６内を転動することにより、回転ディスク３１の回転角度に応じて直動ディスク３４が軸方向に移動する。

パッド摩耗補償機構１７は、電動モータ１３のロータ２１と直動ディスク３４との間を、これらの相対回転を一定量に規制するリミッタ３８と直動ディスク３４の円筒部３４Ａに一体に結合されたスプリングホルダ３９とを弾性的に結合するコイルばね４０によって、連結したものである。これにより、ロータ２１の回転力を直動ディスク３４に伝達し、ブレーキパッド１０、１１が磨耗してピストン１５との間に隙間が生じたとき、直動ディスク３４を回転させ、直動ディスク３４とピストン１５との間の調整ねじ４１によってピストン１５を前進させて、ブレーキパッド１０、１１の磨耗により生じるパッドクリアランスの変化を調整する。

次に、差動減速機構１４の外歯車部材２５の入力側外歯２７及び出力側外歯２８の形状について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図３及び図４は、同じ歯数を有する入力側外歯２７と出力側外歯２８の歯面を一体に形成した例を示しており、以下、このようにした例について説明するが、これらは、図１及び図２に示すもののように別体とすることもできる。

図３に示すように、歯面が一体に形成された入力側外歯２７及び出力側外歯２８は、外歯車部材２５の軸方向、すなわち、歯幅方向の両端部から中央に向って歯厚Ｗが徐々に減少されて、歯面に傾斜面２７Ａ及び傾斜面２８Ａを形成する凹面を有している。傾斜面２７Ａ、２８Ａの傾斜角度は、図４（Ｂ）に示すように、制動時に差動歯車機構１４に電動モータ１３のトルクが作用し、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２からの反力によってモーメント力Ｍが生じて、各歯車のバックラッシ、軸受１９、２０及び軸受２６のラジアル隙間によって外歯車部材２５の軸が傾いたとき、互いに噛合う入力側外歯２７の歯面と固定リングギヤ２９の歯面及び出力側外歯２８の歯面とリングギヤ３２の歯面が略平行になるように設定されている。

なお、歯面が一体に形成された入力側外歯２７及び出力側外歯２８は、図４中においては、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２に円周上の同じ位置で噛合っているように示しているが、これは、理解の便宜上、模式的に示したものであり、実際には、入力側外歯２７と固定リングギヤ２９及び出力側外歯２８とリングギヤ３２は、それぞれ円周上の異なる位置で噛合っている。また、図４は、入力側外歯２７と固定リングギヤ２９及び出力側外歯２８とリングギヤ３２の噛合いピッチ点付近の断面を示している。

以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
制動時には、コントローラは、運転者のブレーキペダル踏力（または変位量）をブレーキぺダルセンサによって検出し、この検出値に基づいて、ドライバ回路によって各車輪の電動ディスクブレーキ６の電動モータ１３に駆動電圧を出力して、ロータ２１を所定のトルクで所定の回転角だけ回転させる。ロータ２１の回転は、差動減速機構１４によって所定の減速比で減速され、ボールランプ機構１６によって直線運動に変換されて、ピストン１５を前進させる。ピストン１５によって、一方のブレーキパッド１０がディスクロータ７に押圧され、その反力によってキャリパ本体８がキャリヤ１２のスライドピンに沿って移動して、爪部９が他方のブレーキパッド１１をディスクロータ７に押圧する。また、制動解除時には、電動モータ１３を逆回転させて、ピストン１５を後退させ、ブレーキパッド１０、１１をディスクロータ７から離間させる。

コントローラは、各種センサを用いて、各車輪の回転速度、車両速度、車両加速度、操舵角、車両横加速度等の車両状態を検出し、これらの検出に基づいて電動モータ１３の回転を制御することにより、倍力制御、アンチロック制御、トラクション制御および車両安定化制御等を実行することができる。

差動減速機構１４では、非制動状態（無負荷状態）においては、図４（Ａ）に示すように、外歯車部材２５の入力側外歯２７及び出力側外歯２８と、これらに噛合う固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２との間にはバックラッシがあるため、外歯車部材２５、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２の軸は、互いに平行となる。制動状態（負荷状態）においては、図４（Ｂ）に示すように、電動モータ１３のトルクが作用して、外歯車部材２５は、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２からの反力によってモーメント力Ｍが生じて、各歯車のバックラッシ、軸受１９、２０及び軸受２６のラジアル隙間によって、僅かに角度αだけ傾くことになる。このとき、入力側外歯２７及び出力側外歯２８の歯面に設けられた傾斜面２７Ａ及び傾斜２８Ａによって、入力側外歯２７の歯面（傾斜面２７Ａ）と固定リングギヤ２９の歯面とが均一に噛合い、また、出力側外歯２８の歯面（傾斜面２８Ａ）とリングギヤ３２の歯面とが均一に噛合う。

これにより、各歯面には均一な面圧Ｐ１が生じることになり、伝達効率を高め、作動時の騒音を低減し、また、歯面の磨耗を軽減して長寿命化を達成することができる。そして、システムフェイル時等において、逆作動（リングギヤ３２にトルクを付与して電動モータ１３のロータ２１を回転）させる場合の起動トルクを軽減することができる。更に、外歯車部材２５の傾きを許容することにより、軸受１９、２０及び軸受２６の予圧等による遊びの管理精度を緩和して、製造コストを低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。なお、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図５に示すように、本実施形態では、入力側外歯２７及び出力側外歯２８の歯面に形成される傾斜面２７Ａ及び傾斜面２８Ａの代わりに、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２の歯面に、それぞれ傾斜面２９Ａ及び傾斜面３２Ａが形成されている。傾斜面２９Ａ及び傾斜面３２Ａは、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２の一端部から他端部にかけて、すなわち、外歯車部材の軸方向中央に向って、歯厚Ｗ１、Ｗ２が徐々に減少するように形成されている。歯面の傾斜角度は、図６（Ｂ）に示すように、制動時に差動歯車機構１４に電動モータ１３のトルクが作用し、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２からの反力によってモーメント力Ｍが生じて、各歯車のバックラッシ、軸受１９、２０及び軸受２６のラジアル隙間によって外歯車部材２５の軸が傾いたとき、互いに噛合う入力側外歯２７の歯面と固定リングギヤ２９の歯面及び出力側外歯２８の歯面とリングギヤ３２の歯面とが略平行になるように設定されている。

なお、上記第１実施形態と同様、歯面が一体に形成された入力側外歯２７及び出力側外歯２８は、図６中においては、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２に円周上の同じ位置で噛合っているように示しているが、これは、理解の便宜上、模式的に示したものであり、実際には、入力側外歯２７と固定リングギヤ２９及び出力側外歯２８とリングギヤ３２は、それぞれ円周上の異なる位置で噛合っている。また、図６は、入力側外歯２７と固定リングギヤ２９及び出力側外歯２８とリングギヤ３２の噛合いピッチ点付近の断面を示している。

このように構成したことにより、差動減速機構１４では、非制動状態（無負荷状態）においては、図６（Ａ）に示すように、外歯車部材２５の入力側外歯２７及び出力側外歯２８と、これらに噛合う固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２との間にはバックラッシがあるため、外歯車部材２５、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２の軸は、互いに平行となる。制動状態（負荷状態）においては、図６（Ｂ）に示すように、電動モータ１３のトルクが作用して、外歯車部材２５は、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２からの反力によってモーメント力Ｍが生じて、各歯車のバックラッシ、軸受１９、２０及び軸受２６のラジアル隙間によって、僅かに角度αだけ傾くことになる。このとき、固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２の歯面に設けられた傾斜面２９Ａ及び傾斜３２Ａによって、入力側外歯２７の歯面と固定リングギヤ２９の歯面（傾斜面２９Ａ）とが均一に噛合い、また、出力側外歯２８の歯面とリングギヤ３２の歯面（傾斜面３２Ａ）とが均一に噛合う。

これにより、各歯面には均一な面圧Ｐ１が生じることになり、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

なお、上記第１及び第２実施形態では、歯面に形成した傾斜面２７Ａ、２８Ａ、２９Ａ、３２Ａは、略直線状に傾斜されているが、例えば一般的なクラウニングのように曲面状に形成してもよい。また、入力側外歯２７及び出力側外歯２８と固定リングギヤ２９及びリングギヤ３２との両方に傾斜面を形成して、制動時に外歯車部材２５が傾いたとき、これらの歯面が略平行となって均一に噛合うようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動ディスクブレーキの縦断面図である。 図１に示す電動ディスクブレーキの差動減速機構の分解縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係る入力側外歯及び出力側外歯の形状を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る差動減速機構の噛合い状態を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る固定リングギヤ及びリングギヤの内歯の形状を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る差動減速機構の噛合い状態を示す説明図である。 従来の電動ディスクブレーキの差動減速機構の噛合い状態を示す説明図である。

符号の説明

６ 電動ディスクブレーキ、７ ディスクロータ、１０、１１ ブレーキパッド、１３ 電動モータ、１４ 差動減速機構（減速機構）、１５ ピストン、１６ ボールランプ機構（変換機構）、２１ ロータ、２４ 偏心軸、２５ 外歯車部材、２７ 入力側外歯、２８ 出力側外歯、２９ 固定リングギヤ、３２ リングギヤ、２７Ａ、２８Ａ、２９Ａ、３２Ａ 傾斜面

Claims (2)

1. 電動モータと、該電動モータのロータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する変換機構とを備え、該変換機構によってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキにおいて、
   前記減速機構は、前記モータのロータに連結された偏心軸と、該偏心軸に回転可能に取付けられ、互いに一体回転する入力側外歯及び出力側外歯を有する外歯車部材と、前記入力側外歯に噛合う内歯を有する固定リングギヤと、前記出力側外歯に噛合って前記変換機構を駆動するリングギヤとを備え、
   前記外歯車部材は、前記固定リングギヤ及び前記リングギヤから互いに逆方向の反力が作用し、
   前記入力側外歯の前記固定リングギヤに当接する歯面は、前記外歯車部材の歯幅方向の端部から中央に向って歯厚が徐々に減少するように形成され、
   前記出力側外歯の前記リングギヤに当接する歯面は、前記外歯車部材の歯幅方向の端部から中央に向って歯厚が徐々に減少するように形成されていることを特徴とする電動ディスクブレーキ。
2. 電動モータと、該電動モータのロータの回転を減速する減速機構と、該減速機構の回転を直線運動に変換する変換機構とを備え、該変換機構によってブレーキパッドをディスクロータに押圧して制動力を発生させる電動ディスクブレーキにおいて、
   前記減速機構は、前記モータのロータに連結された偏心軸と、該偏心軸に回転可能に取付けられ、互いに一体回転する入力側外歯及び出力側外歯を有する外歯車部材と、前記入力側外歯に噛合う内歯を有する固定リングギヤと、前記出力側外歯に噛合って前記変換機構を駆動するとともに前記固定リングギヤと逆の前記外歯車部材の回転方向の反力を前記外歯車部材に伝達するリングギヤとを備え、
   前記固定リングギヤ及び前記リングギヤの歯面は、それぞれ歯すじの一端部から前記外歯車部材の軸方向中央側の他端部に向って歯厚が徐々に減少するように形成されていることを特徴とする電動ディスクブレーキ。

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