JP5077603B2

JP5077603B2 - 電動ディスクブレーキ

Info

Publication number: JP5077603B2
Application number: JP2010292104A
Authority: JP
Inventors: 貴康坂下
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2011064334A

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。

電動ディスクブレーキとして、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−直動変換機構を用いてピストンの直線運動に変換し、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ものが知られている。電動ディスクブレーキは、運転者のブレーキペダル踏力（又は変位量）をセンサによって検出し、制御装置によって、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、所望の制動力を発生させる。

このような電動ディスクブレーキにおいては、例えば特許文献１に記載されているように、遊星歯車減速機構を用いて電動モータのロータの回転を減速して回転−直動変換機に伝達するようにしたものがある。減速機構として遊星歯車を利用することによって小型で高減速比を得ることができる。

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、次のような問題がある。遊星歯車減速機構の各要素間に必要な中心位置精度を得るため、各要素間のはめ合いに高い精度が要求されるので製造コストが高くなる。また、遊星歯車機構の要素が偏心軸によって片持ち支持されており、支持剛性が低下しやすいので、必要な剛性を確保するために小型軽量化が困難である。

特開２００３−２９４０６７号公報

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、小型軽量化することができる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、本発明は、キャリパ本体に、電動モータと、該電動モ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回転−直動変換機構が設けられ、前記回転−直動変換機構によって押圧部材を介し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、前記電動モータによって回転可能な回転軸を有して該回転軸への回転入力に対して二系統の回転出力を伝達するように構成されてなり、
前記二系統の回転出力のうち一系統の回転出力によって前記回転−直動変換機構を介して前記押圧部材を移動させ、前記二系統の回転出力のうち他系統の回転出力によって前記減速機構、前記回転−直動変換機構及び前記押圧部材が前記キャリパ本体に対して移動するようになっていることを特徴とする。

本発明に係る電動ディスクブレーキによれば、減速機構がその回転軸への回転入力に対して二系統の回転出力を伝達するように構成されているので、小型軽量化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る電動ディスクブレーキを示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線による縦断面図である。図１の電動ディスクブレーキの差動減速機構を一部破断して示す分解斜視図である。図１の電動ディスクブレーキの差動減速機構を一部破断して示す図３とは異なる方向から見た分解斜視図である。本発明の第２実施形態に係る電動ディスクブレーキを示す縦断面図である。

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乃至図４に示すように、本実施形態に係る電動ディスクブレーキ１は、キャリパ浮動型ディスクブレーキであって、車輪と共に回転するディスクロータ２と、サスペンション部材等の車体側の非回転部分（図示せず）に固定されるキャリア３と、ディスクロータ２の両側に配置されてキャリア３によって支持される一対のブレーキパッド４、５と、ディスクロータ２を跨ぐように配置されて一対のスライドピン６、６によってキャリア３に対してディスクロータ２の軸方向に沿って移動可能に支持された電動キャリパ７とを備えている。そして、電動キャリパ７は、キャリパ本体８と、ピストンユニット９と、モータ／制御装置ユニット１０とで構成されている。

キャリパ本体８には、一端がディスクロータ２の一側に対向して開口する貫通穴からなる円筒状のシリンダ部１１と、シリンダ部１１からディスクロータ２を跨いで反対側へ延びる爪部１２と、シリンダ部１１からほぼ直径方向に延びて一対のスライドピン６、６がそれぞれ取付けられる一対のボス部１３とが一体に形成されている。シリンダ部１１の内周面には、ピストンユニット９のピストン１４が摺動可能に嵌合される案内ボア１５とピストンユニット９に取付けられた調整スクリュ１６の雄ねじ１７が螺合される雌ねじ１８とが形成されている。

ピストンユニット９は、有底円筒状のピストン１４と、ピストン１４の内部に収容されたボールランプ機構１９（回転−直動変換機構）及び差動減速機構２０（減速機構）と、パッド摩耗追従機構２１とを一体化したものである。ピストン１４は、キャリパ本体８の案内ボア１５に摺動可能に嵌合されて一方のブレーキパッド５に当接し、ピン５Ａによって回り止めされている。ピストン１４と案内ボア１５との間は、ダストシール２２及びシールリング２３によってシールされている。なお、本実施形態においては、押圧部材を有底円筒状のピストンとしたが、これに限らず、案内ボア１５とのシールが行えれば、例えば特許文献１に示されるような断面Ｔ字状のものを用いてもよい。

ボールランプ機構１９は、ピストン１４の底面に対して、固定された直動ディスク２４と、回転及び軸方向に移動可能な回転ディスク２５（第１ディスク）と、これらの互いの対向面に形成されたボール溝２６、２７（傾斜溝）間に装入されたボール２８（転動体）とを備えている。回転ディスク２５は、ばね２９によって直動ディスク２４側へ常時付勢されている。そして、直動ディスク２４と回転ディスク２５とを相対回転させると、傾斜されたボール溝２６、２７間でボール２８が転動することにより、直動ディスク２４と回転ディスク２５とが回転角度に応じて軸方向に相対移動する。これにより、回転運動を直線運動に変換することができる。

差動減速機構２０は、回転軸３０と、回転軸３０の偏心部３１にベアリング３１Ａ、３１Ｂによって回転可能に嵌合されて２つの外歯３２Ａ、３２Ｂを有するリング状の外歯車部材３２と、ボールランプ機構１９の回転ディスク２５に形成されて外歯車部材３２の一方の外歯３２Ａに噛合う内歯３３と、回転軸３０の回転軸に対してベアリング３５Ａによって回転可能に支持されて外歯車部材３２の他方の外歯３２Ｂに噛合う内歯３４を有する回転ディスク３５（第２ディスク）とを備えている。回転軸３０の一端部には、回転ディスク２５がベアリング２５Ａによって回転可能に支持されている。回転軸３０の他端部は、モータ／制御装置ユニット１０内へ延ばされて、その先端部に外側スプライン３６が形成されている。

回転ディスク３５は、一端部がボールスラストベアリング３７を介して回転ディスク２５の端部に当接しており、ばね２９によって回転ディスク２５に押付けられて回転ディスク２５を直動ディスク２４側へ付勢している。
ボールスラストベアリング３７は、回転ディスク２５と回転ディスク３５の対向面にボール３７Ａが転動する軌道３７Ｂ及び３７Ｃが直接形成されており、ボール３７Ａがリテーナ３７Ｄによって保持されている。これにより、外歯３２Ａと内歯３３とが互いに噛合う外歯車部材３２と回転ディスク２５との中心距離及び外歯３２Ｂと内歯３４とが互いに噛合う外歯車部材３２と回転ディスク３５との中心距離は、１つの回転軸３０によって決定されるので、これらの位置決め精度を高めることができる。また、これらの歯車の噛合いによる反力により、回転ディスク２５及び回転ディスク３５に対して横力が加わるが、ばね２９の付勢力及び回転ディスク２５に伝達されるブレーキパッド５からの反力によって回転ディスク２５及び回転ディスク３５の倒れを防止すると共に、がたつきを解消して振動及び騒音の発生を防止することができる。

そして、回転軸３０を回転させて外歯車部材３２を公転させることにより、外歯車部材３２の外歯３２Ａに噛合う内歯３３を有する回転ディスク２５と外歯３２Ｂに噛合う内歯３４を有する回転ディスク３５とが差動回転し、これらの一方を固定することによって他方を所定の減速比で減速して回転させることができる。なお、差動減速機構２０の外歯３２Ａと外歯３３Ａの歯数を同数にすることにより、外歯３２Ａと外歯３３Ａとを一体として機械加工することができ、製造コストを低減することができる。

パッド摩耗追従機構２１は、ボールランプ機構１９の直動ディスク２４と回転ディスク２５との間に装着されたリミッタ３８と、差動減速機構２０の回転ディスク３５に結合された調整スクリュ１６と、回転ディスク３５に結合されたカップ３８Ｂと、ピストン１４とカップ３８Ｂとの間に介装されたウエーブワッシャ３８Ａとを備えている。リミッタ３８は、捻りばねによって直動ディスク２４と回転ディスク２５との間に一定の遊びをもって戻し方向に付勢力を付与するものである。調整スクリュ１６は、外周部に雄ねじ１７（台形ねじ）が形成され、この雄ねじ１７がキャリパ本体８のシリンダ部１１に形成された雌ねじ１８（台形ねじ）に螺合されている。これにより、差動減速機構２０を構成する回転ディスク３５のシリンダ部１１への連結は、パッド摩耗追従機構２１の調整スクリュ１６と兼用することができ、部品点数及び加工部の削減が可能になる。調整スクリュ１６は、ウエーブワッシャ３８Ａによって一定の保持力をもって回転しないように保持されており、この保持力に抗して回転させることにより、雄ねじ１７及び雌ねじ１８の相対回転によって軸方向に移動させることができる。また、調整スクリュ１６は、回転ディスク２５からの反力をスラストベアリング３７及びギヤ部材３５を介して受けて、雄ねじ１７及び雌ねじ１８を介してキャリパ本体８へ伝達する。

モータ／制御装置ユニット１０は、電動モータ３９と、電動モータ３９の回転位置を検出するレゾルバ４０と、電動モータ３９の回転位置を固定するための駐車ブレーキ機構４１と、電動モータ３９の駆動を制御するための駆動制御装置４２とをベースプレート４３によって一体化したものである。

電動モータ３９は、キャリパ本体８の端部に結合されるアルミ製のベースプレート４３の一面４３Ａ側に取付けられてピストンユニット９の調整スクリュ１６に挿入される鉄系素材により構成され有底円筒状のモータケース４４を備え、モータケース４４の内周部にコイル等からなるモータステータ４５が固定されている。モータケース４４の底部及びベースプレート４３に設けられた開口部に軸受４６、４７が取付けられ、これらの軸受４６、４７によって円筒状のロータ４８が回転可能に支持されている。モータケース４４は、キャリパ本体８のシリンダ部１１の内周に当接して径方向に支持されている。ロータ４８の内周部には、ピストンユニット９の回転軸３０の外側スプライン３６に係合する内側スプライン４９が形成されており、ロータ４８と回転軸３０との間で回転力を伝達するとともに、これらが軸方向に相対移動できるようになっている。なお、上記ロータ４８がモータステータ４５に対して軸方向に移動可能となっていれば、ロータ４８と回転軸３０とを一体に形成してもよい。

レゾルバ４０は、ベースプレート４３の電動モータ３９とは反対側の他面４３Ｂ側に固定されたレゾルバステータ５０と、レゾルバステータ５０に対向させてベースプレート４３に挿通されたロータ４８の先端部に取付けられたレゾルバロータ５１とを備えている。そして、レゾルバ４０は、これらの相対回転によってロータ４８の回転速度及び回転位置を表す電気信号を出力するようになっている。
駐車ブレーキ機構４１は、電動アクチュエータによってロック機構５２を作動させてロータ４８の回転をロックするものである。

駆動制御装置４２は、ベースプレート４３の電動モータ３９とは反対側に取付けられた基盤上に実装された制御回路で電動モータ３９とは配線４５Ａにより結線され、レゾルバ４０とは配線５０Ａにより結線されており、運転者によるブレーキペダルの操作、あるいは、トラクション制御、車両安定化制御等の自動ブレーキ制御を実行するために車体側に搭載された車載コントローラ（図示せず）から指令された制動力信号及びレゾルバ４０からの回転位置信号に基づいて電動モータ３９に駆動信号を供給して電動モータ３９の回転を制御する。ベースプレート４３には、レゾルバ４０及び駆動制御装置４２を覆うカバー５３が取付けられている。

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、車載コントローラは、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、各車輪の電動ディスクブレーキ１の駆動制御装置４２へ制動力信号を送信する。駆動制御装置４２は、車載コントローラからの制動力信号に基づいて電動モータ３９に駆動電圧を出力して、ロータ４８を所望のトルクで所望の回転角だけ回転させる。ロータ４８の回転は、差動減速機構２０によって所定の減速比で減速され、ボールランプ機構１９によって直線運動に変換されて、ピストン１４を前進させる。ピストン１４の前進によって、一方のブレーキパッド５がディスクロータ２に押圧され、その反力によってキャリパ本体８がキャリア３のスライドピン６に沿って移動して、爪部１２が他方のブレーキパッド４をディスクロータ２に押圧する。また、制動解除時には、ロータ４８を逆回転させることによってピストン１４を後退させて、ブレーキパッド４、５をディスクロータ２から離間させる。

そして、車載コントローラによって、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、操舵角および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３９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。

次に、差動減速機構２０及びパッド摩耗追従機構２１の作用について説明する。
制動時にロータ４８によって回転軸３０が回転すると、偏心部３１の偏心回転によって外歯車部材３２が公転して、外歯車部材３２の外歯３２Ａ、３２Ｂに噛合った回転ディスク２５と回転ディスク３５とが差動回転する。このとき、通常は、ウエーブワッシャ３８Ａによって調整スクリュ１６と共に回転ディスク３５の回転が固定され、一方、回転ディスク２５は、リミッタ３８の遊びの範囲で自由に回転することができるので、回転ディスク２５のみが回転する。これにより、ボールランプ機構１９がピストン１４を前進させてブレーキパッド４、５をディスクロータ２に押圧する。ブレーキパッド４、５がディクスロータ２の押圧を開始した後は、その反力が雄ねじ１７及び雌ねじ１８に作用することにより、これらの間の摩擦力が増大して調整スクリュ１６すなわち回転ディスク３５の回転が確実にロックされる。したがって、回転ディスク２５はリミッタ３８のばね力に抗して回転することができる。

ブレーキパッド４、５が摩耗して、回転ディスク２５がリミッタ３８の遊びの範囲を超えてもディスクロータ２を押圧しない場合、回転ディスク２５にリミッタ３８のばね力が作用して、回転ディスク２５が固定され、調整スクリュ１６が回転ディスク３５と共にウエーブワッシャ３８Ａの保持力に抗して回転する。これにより、調整スクリュ１６が雄ねじ１７及び雌ねじ１８の相対回転によって前進してピストンユニット９を前進させる。ブレーキパッド４、５がその摩耗分だけ前進してディスクロータ２の押圧を開始すると、前述したように、その反力によって雄ねじ１７及び雌ねじ１８の摩擦力が増大して調整スクリュ１６の回転がロックされる。その後は、回転ディスク２５がリミッタ３８のばね力に抗して回転して、ボールランプ機構１９によってピストン１４が前進する。このようにして、ブレーキパッド４、５が摩耗した分だけ調整スクリュ１６によってピストンユニット９を前進させることができ、ブレーキパッド４、５の摩耗を補償することができる。

また、上記第１実施形態では、差動減速機構として一般的なインボリュート歯車を用いるものについて説明しているが、同様にして、サイクロイド溝とボールを利用する減速機構、サイクロイド歯車とピンを利用する減速機構等の他の公知の差動減速機構を用いることもできる。

次に、本発明の参考技術について図５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、本参考技術に係る電動ディスクブレーキ５４では、回転−直動変換機構として、ボールランプ機構１９の代りにボールねじ機構５５が用いられており、パッド摩耗追従機構２１が省略されている。

ボールねじ機構５５は、直動部材となるピストン１４と、ピストン１４内に挿入されたリング状の回転部材５６と、ピストン１４の内周面に形成された螺旋状のボール溝５７と、このボール溝５７に対向して回転部材５６の外周面に形成された螺旋状のボール溝５８と、これらのボール溝５７、５８間に装填された複数のボール５９と、これらのボール５９をボール溝５７、５８を通して循環させるための循環通路（図示せず）とを備えている。回転部材５６には内歯６０が形成され、回転ディスク２５には外歯６１が形成されており、これらの内歯６０と外歯６１との噛合いによって回転部材５６が回転ディスク２５に対して回転方向に固定されている。回転部材５６は、軸方向の一端部を回転ディスク２５の軸方向の一端部に当接させて固定リング６２によって回転ディスク２５に対して軸方向に固定されている。また、差動減速機構２０の回転ディスク３５は、シリンダ部１１に連結されて軸方向及び回転方向に固定されている。

これにより、ロータ４８の回転は、差動減速機構２０によって減速されて回転ディスク２５に伝達され、ボールねじ機構５５の回転部材５６を回転させる。そして、回転部材５６の回転によってピストン１４（直動部材）が前進して、ブレーキパッド４、５をディスクロータ２に押圧する。このとき、差動減速機構２０は、回転ディスク３５がシリンダ部１１に回転方向に固定されているので、ロータ４８の回転に対して回転ディスク２５の回転を一定の減速比で減速する。また、ボールねじ機構５５は、ボールランプ機構１９に比してピストン１４直動部材のストロークが充分大きく、ブレーキパッド４、５の摩耗に追従することができるので、パッド摩耗追従機構２１を設けなくてもよい。

なお、上記第１実施形態において、ボールランプ機構の代りにローラランプ機構を用いることができ、また、上記参考技術において、ボールねじ機構の代りにローラねじ機構を用いることができ、更に、これらの代りに他の公知の回転−直動変換機構を用いることも可能である。

１電動ディスクブレーキ、２ディスクロータ、４、５ブレーキパッド、８キャリパ本体、１９ボールランプ機構（回転−直動変換機構）、２０差動減速機構（減速機構）、２５回転ディスク（第１ディスク）、３０回転軸、３１偏心部、３２外歯車部材、３２Ａ、３２Ｂ外歯、３３、３４内歯、３５回転ディスク（第２ディスク）、３９電動モータ、４８ロータ（ロータ）、２１パッド摩耗追従機構、５４電動ディスクブレーキ、５５ボールねじ機構

Claims

キャリパ本体に、電動モータと、該電動モ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回転−直動変換機構が設けられ、前記回転−直動変換機構によって押圧部材を介し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、前記電動モータによって回転可能な回転軸を有して該回転軸への回転入力に対して二系統の回転出力を伝達するように構成されてなり、
前記二系統の回転出力のうち一系統の回転出力によって前記回転−直動変換機構を介して前記押圧部材を移動させ、前記二系統の回転出力のうち他系統の回転出力によって前記減速機構、前記回転−直動変換機構及び前記押圧部材が前記キャリパ本体に対して移動するようになっていることを特徴とする電動ディスクブレーキ。
前記減速機構は、前記二系統の回転出力のうち一系統の回転出力を行い、前記回転軸の軸線と同軸で回転可能に支持され前記回転−直動変換機構に連結される第１部材と、
前記二系統の回転出力のうち他系統の回転出力を行い、前記回転軸の軸線と同軸で回転可能に支持されるとともに前記キャリパ本体の軸方向に移動可能な第２部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の電動ディスクブレーキ。
前記キャリパ本体には、前記ブレーキパッドの摩耗に応じて該ブレーキパッドの位置を調整するパッド摩耗追従機構が備えられ、前記減速機構の第２部材によって前記パッド摩耗追従機構が駆動されることを特徴とする請求項２に記載の電動ディスクブレーキ。
前記第２部材は、前記キャリパ本体に螺合して連結され、前記キャリパ本体の軸方向へ移動することにより、前記回転−直動変換機構を前記キャリパ本体の軸方向への移動させることを特徴とする請求項２または３に記載の電動ディスクブレーキ。
前記減速機構は、前記回転軸に設けられた偏心部に回転可能に支持されて互いに一体回転する第１外歯及び第２外歯を有する外歯車部材を有し、前記第１部材が前記第１外歯に噛合う内歯を有し、前記回転軸に回転可能に支持されたディスクと、第２部材が前記第２外歯に噛合う内歯を有して構成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の電動ディスクブレーキ。