JP5699953B2

JP5699953B2 - 電動パーキングブレーキ装置

Info

Publication number: JP5699953B2
Application number: JP2012021077A
Authority: JP
Inventors: 直樹薮崎; 崇裕白木; 真輔山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-02
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: JP2013160272A

Description

本発明は、電動モータを使用してディスクロータに制動力を発生させる、車両用の電動パーキングブレーキ装置に関する。

ピストン内に配置されたナットを電動モータで前進させてピストンをブレーキパッドに向けて押圧し、このブレーキパッドがディスクロータに押し付けられることで制動力が発生する、車両用の電動パーキングブレーキ装置が実用化されている。このような電動パーキングブレーキ装置では、パーキングブレーキの作動時に、ブレーキパッドの温度低下に伴うパッドの収縮によりパーキングブレーキのクランプ力が低下するという現象が発生する。

これを防止するため、例えば特許文献１には、ブレーキパッドが固定されたピストンを押圧するナット部材に、容易に弾性変形するように肉厚を薄くした部分を形成しておき、パーキングブレーキ作動時に、この薄肉部分を介してピストンを押圧する押圧力発生手段を設けることが開示されている。この構成によると、ブレーキパッドが熱収縮した場合でも、ブレーキ作動時に弾性変形しているナット部材が初期状態に復帰する動きによって、クランプ力の低下を防止することができるとしている。

特開２０００−２９７８３３号公報

特許文献１に記載の技術では、電動モータの異常動作などによってナット部材に過大な力が加えられた場合、ナット部材の薄肉部分が破損するおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピストン内に配置されたロックナットを前進させることでピストンをブレーキパッドに向けて押圧する電動パーキングブレーキ装置において、ロックナットに過大な力が付加された場合でもロックナットの破損を防止する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動パーキングブレーキ装置は、車輪とともに回転するディスクロータと、前記ディスクロータの摩擦摺動面に押し付けられるブレーキパッドと、前記ブレーキパッドを支持するキャリパと、前記キャリパに形成されたシリンダ内を摺動自在に配置され、片側が開口した略円筒形状のピストンと、前記ピストンの開口端から挿入され軸方向に駆動される略円筒形のロックナットであって、前記ピストンの内壁面に当接して該ピストンを前記ブレーキパッドに向けて押圧するように構成されたロックナットと、を備える。前記ピストンの内壁面への当接時に弾性変形するように形成された変形部が前記ロックナットに設けられ、前記変形部の弾性変形量が曲げ方向の弾性限界値未満となるように、前記変形部の弾性変形を規制する規制構造が設けられる。

この態様によると、ロックナットに形成された変形部の弾性変形が所定の弾性限界値に達する前に、変形部の弾性変形が規制されるので、ロックナットを駆動する電動モータの異常などにより設計値以上の過大な力がロックナットに付加された場合でも、ロックナットの変形部の破損を防止することができる。

前記変形部は、前記ロックナットの円筒壁を切り開き軸方向に延びるスリットによって分割された複数の個別変形部により構成されており、前記規制構造は、前記ピストンの内底面と、該内底面からピストンの内周側壁に向けて拡径するように設けられたテーパー面と、前記変形部の先端に形成され、該変形部の弾性変形量が所定値に到達したときに前記ピストンの内底面と当接する平坦部と、によって構成されてもよい。これによると、変形部の弾性変形量が所定値に到達すると、ロックナット先端の平坦部とピストンの内底面とが当接し、その後の押圧力はロックナットの変形部の圧縮応力として作用するので、変形部の曲げ応力による破損を防止することができる。

本発明によれば、電動モータを用いてピストン内に配置されたロックナットを前進させることでピストンをブレーキパッドに向けて押圧する電動パーキングブレーキ装置において、ロックナットに過大な力が付加された場合でもロックナットの破損を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るキャリパ一体型の電動パーキングブレーキ装置の概略構成図である。パーキングブレーキの作動開始からの経過時間に対する残存クランプ力を表すグラフである。図１のロックナットの拡大図であり、（ａ）は先端からみた側面図、（ｂ）は中心軸を通る断面図である。（ａ）、（ｂ）は、ブレーキパッドが偏摩耗したときのピストンの傾きを説明する図である。ロックナットとピストンの拡大図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るキャリパ一体型の電動パーキングブレーキ装置１００の概略構成図である。図１では、電動パーキングブレーキ装置１００を構成するディスクブレーキユニット１０の一部が断面図として示されている。電動パーキングブレーキ装置１００は、マスタシリンダから発生した液圧によってピストンを作動させて制動力を発生するサービスブレーキ（フットブレーキ）と、電動モータによってピストンを作動させて制動力を発生するパーキングブレーキの両方の機能を有している。

ディスクブレーキユニット１０は、図示しない車両の車輪とともに回転するディスクロータ１６と、摩擦部材としてのブレーキパッド１４ａ、１４ｂと、ブレーキパッドを移動させるキャリパ１２とを備える。

キャリパ１２の内部にはシリンダ２２が形成されており、このシリンダ２２内にピストン２０が摺動自在に配置される。また、シリンダ２２内にはサービスブレーキ用の液圧発生室２３が形成されており、液圧発生室２３は図示しない通路を介してマスタシリンダ（図示せず）に連通している。

一対のブレーキパッド１４ａ、１４ｂは、ディスクロータ１６の両側の摩擦摺動面１６ａ、１６ｂに対向してそれぞれ配置され、ディスクロータ１６の軸方向に摺動可能に支持されている。ブレーキパッド１４ａの背部には、キャリパ１２から延び出した爪部１８が配置される。また、ブレーキパッド１４ｂの背部にはピストン２０が取り付けられている。

ディスクブレーキユニット１０の内部には電動モータ２６が配設されている。電動モータ２６は、パーキングブレーキの作動時にブレーキパッド１４ａ、１４ｂをディスクロータ１６に向けて押し付けるとともに、非作動時にブレーキパッド１４ａ、１４ｂをディスクロータ１６から離隔させるための駆動手段である。

電動モータ２６は、減速機２８を介してピストン２０を駆動する。電動モータの出力軸にはピニオン２８ａが取り付けられ、このピニオン２８ａは段付きの第１歯車２８ｂの大径歯車２８ｂ１と噛みあっている。第１歯車２８ｂの小径歯車２８ｂ２は、第２歯車２８ｃと噛みあっている。第２歯車２８ｃの中心軸は、シリンダ２２の内部に左右方向に延びるスクリューシャフト３２と結合されている。

ピストン２０は片側が開口した略円筒形状をしており、ピストン２０に対して回転不能かつ軸方向摺動可能に支持されたロックナット３０が、ピストンの開口端から挿入されている。ロックナット３０は略円筒形をなし、その内面にはスクリュー溝が形成されており、このスクリュー溝にスクリューシャフト３２が螺合する。この構造によって、電動モータ２６から伝達された回転運動をロックナット３０の直線運動に変換することができる。詳細は後述するが、ロックナット３０のピストン側の先端には、ピストン２０の内壁面への当接時に容易に弾性変形するように形成された変形部４２が設けられている。

スクリューシャフト３２の減速機側には拡径部３４が形成されている。拡径部３４とキャリパ１２との間にはスラストベアリング（図示せず）が配置され、スクリューシャフトの軸方向の力を受けることができる。

通常のサービスブレーキ時には、図示しないマスタシリンダからの液圧によってピストン２０が図中の左方（Ｌ方向）に移動する。これによってブレーキパッド１４ｂがディスクロータ１６の摩擦摺動面１６ｂに押し付けられて制動力が発生する。

車室内には、ドライバーが操作するＥＰＢ（Electric Parking Brake）スイッチ６２が設置される。ＥＰＢスイッチ６２がオンにされると、ブレーキＥＣＵ（Electric Control Unit）６０から電動モータ２６に対して駆動信号が発せられる。電動モータ２６の回転が減速機２８を介してスクリューシャフト３２に伝達され、さらにロックナット３０の図中の左方向（Ｌ方向）への直線運動に変換される。この直線運動により、ロックナット３０の変形部４２がピストン２０の内壁面に当接し、ピストン２０の先端に固定されたブレーキパッド１４ｂがディスクロータ１６の摩擦摺動面１６ｂに押し付けられる。このとき、ピストン２０の反力によって、キャリパ１２がピストン２０の移動方向とは反対の右方向（Ｒ方向）に移動し、キャリパ１２の先端の爪部１８によってブレーキパッド１４ａがディスクロータ１６の摩擦摺動面１６ａに押し付けられる。こうして、ディスクロータ１６が一対のブレーキパッド１４ａ、１４ｂにより挟圧されることで車輪が固定され、パーキングブレーキとしての機能が発揮される。

ところで、上記のような電動パーキングブレーキ装置では、パーキングブレーキの作動中に、ブレーキパッドの温度低下に伴いパッドが収縮するために、ディスクロータに対する押し付け力が弱まりパーキングブレーキのクランプ力が低下するという現象が発生する。

図２は、パーキングブレーキの作動開始からの経過時間に対する、作動開始時のクランプ力を１００としたときの残存クランプ力を表すグラフである。図示するように、経過時間とともにクランプ力は低下していく。経過時間に対する残存クランプ力の低下度合いは、摩擦材の材質、シリンダおよびディスクロータの厚さ、ブレーキパッドの残量等によって変化する。

温度低下に伴うブレーキパッドの収縮は、従来のケーブル式パーキングブレーキでも発生する。しかし、ケーブル式パーキングブレーキでは、ブレーキ作動時に変形したケーブル等の弾性部品が初期状態に復帰しようとする力のために、パッド収縮による熱緩みが軽減されていた。電動パーキングブレーキ装置では、ケーブルのような弾性部品を有さないので、熱緩みの問題がより重要になる。

図３は、図１のロックナット３０の拡大図であり、（ａ）は先端からみた側面図、（ｂ）は中心軸を通る断面図である。パッド収縮による熱緩みを防止するために、ロックナット３０の先端部に、押圧時に容易に弾性変形するように形成された変形部４２が設けられている。変形部４２は、ロックナット３０の円筒壁４０を切り開くように軸方向に延びる三本のスリット４８で分割された三つの個別変形部４２ａ〜４２ｃから構成される。図３（ｂ）に示すように、三つの個別変形部４２ａ〜４２ｃは、その内径を拡大することで薄肉化されている。個別変形部４２ａ〜４２ｃの先端には、それぞれテーパー部４４ａ〜４４ｃが形成されている。

パーキングブレーキが作動され、ロックナット３０がピストン２０に向けて移動すると、個別変形部４２ａ〜４２ｃのテーパー部４４ａ〜４４ｃが、ピストン２０の内面に形成されたテーパー面５０に当接して、ピストン２０に押圧力を与える。このとき、個別変形部４２ａ〜４２ｃが薄肉化されているために、個別変形部４２ａ〜４２ｃはそれぞれ弾性変形（曲げ変形）した状態になる。したがって、パーキングブレーキの作動中、ピストン２０には常に図１の左方向（Ｌ方向）への押圧力が作用することになる。このため、ブレーキパッドの温度が低下してパッドが収縮しても、弾性変形している個別変形部４２ａ〜４２ｃが初期状態に復帰しようとする作用によってピストン２０が押されるので、ディスクロータへのブレーキパッドの押し付け力の低下を抑制することができる。

なお、ブレーキパッドの材質、ロータの厚み、シリンダと爪との間の距離などにより、ブレーキパッドの熱収縮量は異なる。そこで、ロックナットに形成するスリットの数、スリットの長さ、および個別変形部の厚みなどを適宜変更して、個別変形部の弾性変形量を調節することで、種々のブレーキパッドやロータ、キャリパの組み合わせに適合させることができる。

変形部４２のテーパー部４４でピストン２０のテーパー面５０を押圧する上記の構造は、ロックナット３０とピストン２０との軸ずれを許容できるという効果も発揮する。これについて、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。

図４（ａ）は、ブレーキパッド１４ｂが偏摩耗している様子を示す。この状態でブレーキパッド１４ｂをディスクロータ１６の摩擦摺動面１６ｂに押し付けると、図４（ｂ）に示すように、ロックナット３０に対してピストン２０が傾いてしまう。このとき、傾いたピストン２０の内壁面に合わせてロックナット３０の変形部４２が弾性変形することで、ピストンの傾きを吸収することができる。したがって、ディスクロータ１６に対してブレーキパッド１４ｂを均一に押し当てることができる。

上述のように、本実施形態では、ロックナット先端に変形部を設けることでブレーキパッドの収縮による熱緩みを抑制している。しかしながら、例えば電動モータの異常動作などによってロックナットに設計値以上の力が加わると、変形部の曲げ方向の弾性限界を越える曲げ応力が生じてしまう可能性がある。変形部を細くまたは薄くして弾性変形量を大きくするほど、弾性限界は小さくなる。

そこで、本実施形態では、ロックナットに過大な力が加わった場合でも、ロックナットの変形部の破壊を防止する規制構造が追加されている。

図５は、ロックナット３０とピストン２０の拡大図である。図５中の点線は、通常の押圧力が加わっているときのロックナット３０とピストン２０の位置を示す。このときは、上述したように、ロックナット３０の変形部４２先端のテーパー部４４と、ピストン２０の内壁のテーパー面５０とが当接して、ピストン２０に押圧力を与える。

図５中の実線は、さらに大きな押圧力が加わったときのロックナット３０とピストン２０の位置を示す。このとき、変形部４２は内向きに弾性変形していくが、この弾性変形量が個別変形部４２ａ〜４２ｃの曲げ方向の弾性限界を超えると、個別変形部が塑性変形したりまたは破損したりする。

そこで、本実施形態では、個別変形部４２ａ〜４２ｃのテーパー部４４ａ〜４４ｃに隣接して、先端に平坦部４６ａ〜４６ｃが形成されている。また、ピストン２０には、内底面５２からピストンの内周側壁に向けて拡径するように設けられたテーパー面５０が形成されている。

個別変形部４２ａ〜４２ｃの弾性変形量が大きくなり、その先端の弾性変形量が図５に示す距離ｄに到達すると、平坦部４６ａ〜４６ｃがピストン２０の内底面５２に直接突き当たる。すると、ピストン２０のテーパー面５０から個別変形部４２ａ〜４２ｃのテーパー部４４ａ〜４４ｃが離れて接触しなくなるので、個別変形部４２ａ〜４２ｃのそれ以上の弾性変形が規制されることになる。この状態でさらにロックナット３０に対する押圧力が増大しても、個別変形部４２ａ〜４２ｃには曲げ応力ではなく軸方向の圧縮応力が作用するようになるので、曲げ変形による破損を防止することができる。

上記の作用を実現するためには、図５中の距離ｄが個別変形部４２ａ〜４２ｃの曲げ方向の弾性限界未満の大きさになるように、スリット４８の長さと大きさ、および個別変形部４２ａ〜４２ｃの厚さを適宜設定しておけばよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、電動モータを用いてピストン内に配置されたロックナットを前進させることでピストンをブレーキパッドに向けて押圧する電動パーキングブレーキ装置において、ロックナットの円筒壁にスリットを形成して変形部を設けることで、ロックナットの弾性変形量を増大させるようにした。これによって、ブレーキパッドが熱収縮した場合でも、ロックナットの変形部が初期状態に復帰しようとする作用によってクランプ力の減少を抑制することができる。

また、変形部のテーパー面でピストン内壁のテーパー面を押圧する構造を採用することで、ブレーキパッドの偏摩耗時のピストンに対するロックナットの傾きを許容することができる。

また、先端部の弾性変形が一定値を越えた場合にそれ以上の曲げ変形を規制する規制構造を採用することで、電動モータの異常などにより設計値以上の過大な力がロックナットに付加された場合でも、ロックナットの変形部の破損を防止することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組み合わせ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組み合わせなどの変形例もまた、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

１０ディスクブレーキユニット、１２キャリパ、１４ａ、１４ｂブレーキパッド、１６ディスクロータ、２０ピストン、２２シリンダ、２６電動モータ、２８減速機、３０ロックナット、３２スクリューシャフト、４０円筒壁、４２変形部、４２ａ〜４２ｃ個別変形部、４４ａ〜４４ｃテーパー部、４６ａ〜４６ｃ平坦部、４８スリット、５０テーパー面、５２内底面、１００電動パーキングブレーキ装置。

Claims

車輪とともに回転するディスクロータと、
前記ディスクロータの摩擦摺動面に押し付けられるブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドを支持するキャリパと、
前記キャリパに形成されたシリンダ内を摺動自在に配置され、片側が開口した略円筒形状のピストンと、
前記ピストンの開口端から挿入され軸方向に駆動される略円筒形のロックナットであって、前記ピストンの内壁面に当接して該ピストンを前記ブレーキパッドに向けて押圧するように構成されたロックナットと、を備え、
前記ピストンの内壁面への当接時に弾性変形するように形成された変形部が前記ロックナットに設けられ、
前記変形部の弾性変形量が曲げ方向の弾性限界値未満となるように、前記変形部の弾性変形を規制する規制構造が設けられることを特徴とする電動パーキングブレーキ装置。
前記変形部は、前記ロックナットの円筒壁を切り開き軸方向に延びるスリットによって分割された複数の個別変形部により構成されており、
前記規制構造は、前記ピストンの内底面と、該内底面からピストンの内周側壁に向けて拡径するように設けられ前記ロックナットの軸方向の移動により前記変形部の先端と当接をなすテーパー面と、前記変形部の先端に形成され、該変形部の弾性変形量が所定値に到達したときに前記ピストンの内底面と当接する平坦部と、によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動パーキングブレーキ装置。