JP6483567B2 - 電動パーキングブレーキ - Google Patents

Description

本発明は、電動パーキングブレーキに関する。

従来の電動パーキングブレーキ装置は、モータと送りネジ機構からなる回転直動変換手段（以下、回転−直動機構とも称す）との間に減速手段を有し、モータの回転トルクを減速手段で倍力し、回転直動変換手段によって回転トルクを推力に変換する。この推力によってピストンとブレーキパッドとを介してブレーキディスクを押圧することで制動力を発生させていた（例えば、特許文献１等参照）。

特開２０１４−１０１９７３号公報

しかしながら、回転−直動機構が高い推力を発生させて、ピストンを押圧するとピストンが回転軸の回転方向につれて、回転してしまうことがある。例えば、回転−直動機構に滑りネジ機構を用いた場合、推力が高くなるとネジ面の摩擦係数が上昇してネジとナットが共回りしてしまうことがある。
本発明は、簡単な構成でピストンの廻り止め機能を有効に機能させることが可能な電動パーキングブレーキを提供することを目的とする。

本発明は、送りネジ機構からなる回転−直動機構を有する電動パーキングブレーキにおいて、送りネジの中心とピストンおよびパッドが当接する当接面の中心とを一致させるとともに、送りネジの中心とピストンの中心とをオフセットしている。

本発明によれば、送りネジ機構のネジ部の中心と、ピストンのパッドに対する当接面の中心を一致させることによって、ピストンはネジ部の回転に伴い直動するとともに、ネジ部を中心として回転しようとする。

しかしながら、ピストンの中心がネジ軸とはオフセットされている。このため、ネジ部を中心にピストンが回転しようとしても、オフセット分、径方向外側に位置するピストンがハウジングに干渉して、ピストン自体が廻り止めの機能を発揮する。

また、パッドと当接するピストンの当接面をピストンの外径寸法よりも小さい円形形状として、当接面の中心を送りネジの中心と一致させている。これによれば、送りネジ中心の回転モーメントに対する横力が発生しないため、ピストンの外径中心が雄ネジの回転中心と所定寸法だけ離れている影響を減少させることができる。

本発明によれば、簡単な構成でピストンの廻り止め機能を有効に機能させることが可能な電動パーキングブレーキを提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる電動パーキングブレーキで、全体の概要を表す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる電動パーキングブレーキで、ピストンと送りネジの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電動パーキングブレーキで、（ａ）は要部の断面図、（ｂ）はピストンの外径中心がピストンの当接面に対してオフセットされている様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態にかかる電動パーキングブレーキで、ピストンが回転しない様子を説明する模式図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
［電動パーキングブレーキシステムの概略構成］
図１は、本実施形態にかかる電動パーキングブレーキ１０で、例えば、走行中に通常のブレーキ操作を行う車両用ブレーキシステムと、パーキングブレーキシステムとを兼ねたブレーキシステム１２を採用する車両１に搭載されている。

また、車両1には、ブレーキペダル１４と、ユーザによるブレーキペダル１４の踏み込み量を検出するペダルストロークセンサ１６と、イグニションスイッチ２４と、車速センサ２６と、パーキングブレーキ操作スイッチ２８と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の制御部３０とがさらに搭載されている。

電動パーキングブレーキ１０は、車輪ブレーキ１８と、車輪ブレーキ１８を電気的に作動又は解除する電動モータ２０と、電動モータ２０から車輪ブレーキ１８までのブレーキ系統２２（回転直動変換手段）とを有する。このように電動モータ２０の回転駆動力を用いてブレーキ制動力に変換する電動パーキングブレーキ１０は、モータ直動方式のパーキングブレーキシステムとも呼ばれる。

また、制御部３０は、イグニションスイッチ２４がオンで、且つ、車速センサ２６で検出された車速が０の場合（エンジンが作動状態で且つ車両1が停止状態の場合）に、ユーザによるパーキングブレーキ操作スイッチ２８の操作に応じて、又は、ペダルストロークセンサ１６で検出されたブレーキペダル１４の踏み込み量に応じて、電動モータ２０に作動指令（車輪ブレーキ１８を制動状態とするために電動モータ２０に通電する信号）又は解除指令（車輪ブレーキ１８の制動状態を解除するために電動モータ２０に通電する信号）を供給する。

さらに、制御部３０は、制動状態の開始から所定時間経過するまでの間、又は、制動状態の解除から所定時間経過するまでの間に図示しないスピーカなどから、車輪ブレーキ１８が作動又は解除されたことを示す報知音を出力させてもよい。

［電動パーキングブレーキの構成について］
電動パーキングブレーキ１０は、車両１が停車している状態では、継続的な制動力を発揮させる。このため、制御部３０からの作動指令により電動モータ２０に通電して車輪ブレーキ１８を作動させた後、制御部３０からの作動指令が停止して、電動モータ２０が非通電状態となっても、車輪ブレーキ１８の制動状態を保持できるように構成されている。

すなわち、電動パーキングブレーキ１０において、車輪ブレーキ１８は、ブレーキディスク３４と、ブレーキパッド３６を介してブレーキディスク３４を押圧して制動するピストン３８と、ブレーキディスク３４に対してピストン３８を進退可能に収容したハウジング４０とを有している。

また、ブレーキ系統２２は、電動モータ２０の出力軸４２に連結された減速機構であるウォームギヤ機構４４と、ウォームギヤ機構４４の出力側（車輪ブレーキ１８側）に連結された回転軸４６と、回転軸４６に連結された推力変換機構４８とから構成される。

このうち、ウォームギヤ機構４４は、出力軸４２側に設けられたウォーム５０と、回転軸４６に設けられたウォームホイール５２とからなる。ウォームギヤ機構４４には、出力側の回転軸４６からの回転力によって電動モータ２０が駆動されることを阻止する逆入力遮断機能を有している。ここで、逆入力遮断機能とは、入力側（電動モータ２０）から出力側（車輪ブレーキ１８）への動力伝達（回転運動（回転力、トルク）の伝達）を許容する一方で、出力側から入力側への動力伝達を阻止する機能をいう。

推力変換機構４８は、回転軸４６に形成された雄ネジ５４と、雄ネジ５４に螺合されたナット５６とを含み、送りネジ機構からなる回転−直動機構を有する。ナット５６は、ピストン３８に対して、相対的な回転及びスライド移動を規制するために取付けられている。

雄ネジ５４及びナット５６は、伝達効率が良好なものとなるように、高いリードを有する多条ネジであることが好ましい。
また、回転軸４６は、回転が可能で且つスライド移動が規制された状態でギヤハウジング５８に支持されている。

［ピストンの動作原理］
図３は、本実施形態にかかる電動パーキングブレーキ１０で、（ａ）は要部の断面図、（ｂ）はピストン３８の外径中心ＯＰがピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴに対して所定の寸法δ、オフセットされている様子を示す側面図である。
また、雄ネジ５４の回転中心は、ピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴに一致している。

すなわち、雄ネジ５４を含む送りネジ機構の回転中心（本実施形態では、ピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴと同じ）ｄから、ピストン３８の外径中心は、車輪軸から外径方向ｏｕｔへ所定寸法δだけ離れている。

ピストン３８の外径中心を、車輪軸から外径方向ｏｕｔへ所定寸法δだけ離した構成のままであってもピストン３８の回転は抑制できる。しかしながら、ピストン３８は、雄ネジ５４の回転中心を中心として回転しようとする際、回転モーメントに対する横力が雄ネジ５４に発生する。この横力は、雄ネジ５４に曲げモーメントを発生させる。雄ネジ５４には、捩りによるせん断応力に加えて、さらにこの曲げモーメントによる曲げ応力が追加されるため、強度的な配慮が必要になる。

本発明の実施形態では、図２に示すように、ブレーキパッド３６と当接するピストン３８の当接面３９ａの面積の中心ＯＴは、雄送りネジ機構の雄ネジ５４の回転中心ｄと一致するように構成されている。

これにより、雄ネジ５４の回転中心ｄは、ピストン３８の外径中心ＯＰから所定寸法δ、オフセットされていても、中心ＯＴの周囲に生じる各角度における回転モーメントが均等になる。このため、雄ネジ５４に回転モーメントに対する横力は発生しない。したがって、ピストン３８の外径中心を雄ネジ５４の回転中心から所定寸法δ、離間させている影響を減少させることができる。

そして、送りネジ機構の雄ネジ５４の回転中心ｄと、ピストン３８におけるブレーキパッド３６との当接面３９ａの面積中心ＯＴを一致させることによって、ピストン３８はネジ部の中心回りに回転させる作用をもたらす。また、ピストン３８の外径中心ＯＰは雄ネジ５４の回転中心ｄとは、所定寸法δだけオフセットされている。

このため、雄ネジ５４を中心にピストン３８が回転しようとしてもオフセットδ分、径方向外側に位置するピストン３８の外周面がハウジング４０の内周面に干渉して、ピストン３８自体に廻り止めの機能を発揮させることができる。

さらに、本実施形態のピストン３８のブレーキパッド３６対向面には、ピン部３９がピストン３８の大径部分と一体に形成されている。ピン部３９は、一定の高さ方向寸法を有するとともに、外径寸法ＤＴＮをピストン３８の外径寸法ＤＰＬよりも小さく、正面視円形形状を呈するように構成されている。このピン部３９のブレーキパッド３６対向面には、当接面３９ａが形成されている。

そして、円形状のピン部３９の当接面３９ａの面積中心（ここでは、円の中心と同じ）ＯＴは、ピストン３８の外径中心ＯＰから外径方向ｏｕｔへ所定寸法δ、オフセットされている。これによりピストン３８の外径寸法ＤＰＬを有する大径部分の中心から外径方向ｏｕｔに、円の中心ＯＴがずれたピン部３９が形成される。

ピン部３９は、正面視にて円の中心ＯＴがずれていても、外径寸法ＤＰＬの面積範囲内に外形形状が収められていて、所望の円形形状、例えば、真円に近い円形形状とすることができる。
このように構成することにより、円形形状のピン部３９が正面視にてピストン３８の外周縁から外側にはみ出すことなく、ハウジング４０の内側面とこのピン部３９とが干渉することはない。したがって、ピン部３９を所定寸法δ、オフセットしてもピストン３８の直動移動の妨げとはならない。
[比較例]

また、たとえば、ピストン３８とブレーキパッド３６との当接面の摩擦係数を増加させる方法を用いて、ピストン３８の廻り止めを行う方法が知られている。
このようなピストン３８の廻り止め方法では、組立初期には安定した摩擦状態が保てるものの、実走行時に、オイルや水などの異物が付着したり、耐久的に表面が摩耗してきたときには当初の摩擦係数を維持することが困難な状態になることがある。

さらに、ピストン３８とブレーキパッド３６との間に廻り止め機構を設けることにより、ピストン３８の廻り止めを行う方法が知られている。
このような廻り止め方法では、例えばブレーキパッド３６にピンを設置し、ピストン側にピンに嵌合する溝を設ける構造がある。しかしながら、ピンと溝との間の寸法公差を許容するために、ピストン側の嵌合溝を大きく設定しなければならない。

そのため、ピンと嵌合溝には、当初からガタを持たせることになる。このため、ピンと嵌合溝との間のガタの大きさによっては、ガタ分、ピストンが回転してしまう。
そして、パーキングブレーキの制動・解除を繰り返すとピストンがガタの範囲で繰り返し摺動し、ピストン、ブレーキパッド面の摩耗が発生する。

これにより、パッドのピストン当接面にブレーキ鳴きの表面処理などが施してある場合にはその性能が維持できなくなり、商品性が悪化してしまうおそれがあった。
このようなことを鑑みて、本実施形態では、簡易な構造でピストン３８の回転が抑制できる電動パーキングブレーキを提供するものである。

[ピストンの回転抑制]
これに対して本実施形態の電動パーキングブレーキは、ピストン３８の外径はピン部３９に比べて大きく、ピストン３８を保持するハウジング４０（キャリパ側）の穴径もほぼ同等の大きさに形成することにより、ピストン３８とハウジング４０との間の廻り止めとして、ピストン３８の外側面がピストン３８を保持するハウジング４０の内側面に当接する際の面積を大きく設定することができる。

このため、本実施形態では、廻り止めにより発生するピストン３８とハウジング４０との間の単位面積あたりの面圧を小さくすることができる。これによって、耐久摩耗性が向上するため、当接面部分の摩耗によるピストン搖動角の増加を抑制できる。

また、ピストン３８はハウジング４０との間に形成される隙間（クリアランス）分の搖動のみが許容される。このため、ピストン３８は周方向に殆ど回転しない。よって、ピストン３８とブレーキパッド３６との当接面３９ａの摩耗は少なく、ブレーキ鳴きの発生を抑制できるとともに、耐久性が良好で商品性を長期間持続できる。

さらに本実施形態のピストン３８は周方向に殆ど回転しない。このため、ピストン３８を保持する図示しないロールバックスプリングへの捩れが抑制できる。これによって、ロールバックスプリングの特性が長期にわたって確保できる。したがってピストン３８の戻りが良好になり、ブレーキ引き摺りを抑制できる。

そして、ピストン３８自体が廻り止めの機能を有するので、パッド側の摩擦係数を自由に設定できる。そのため、パッドを構成する部材の選択肢が拡がり、ブレーキ鳴き対策の処理材などを選択することも可能となる。

また、ピストン３８自体が廻り止めの機能を有するので、ブレーキパッド３６とピストン３８との間に異物が混入しても安定して制動力を付与できる。これによって、外乱タフネス性が向上する。

さらに、本実施形態の電動パーキングブレーキでは、トルクが高い領域でのブレーキパッド３６とピストン３８との間の滑りが発生しない。このため、摺動音の発生を抑制できる。また、ブレーキ解除時のトルクが低い領域では、上述した比較例のようなピストンと廻り止めピンとの接触音を低減または発生しないようにすることができる。したがって、商品性を向上させることができる。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

上記実施形態においては、図２に示したピン部３９の当接面３９ａは、外径寸法ＤＴＮをピストン外径寸法ＤＰＬよりも小さい正面視円形形状を呈するように形成されている。
しかしながら、当接面３９ａの外径寸法ＤＴＮは、当接面３９ａを形成するピン部３９の正面視形状、高さ方向寸法および面積は、特にこれに限らず、雄ネジ５４の回転中心ｄとピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴとを一致させるものであればどのようなものであってもよい。

また、オフセットの所定寸法δについても寸法量が特に限定されるものではない。
さらに、車輪軸から外径方向ｏｕｔへ所定寸法δだけオフセットさせているが、特にこれに限らず、さらに少ない所定寸法などであってもよく、雄ネジ５４の回転中心ｄとピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴとを一致させるものであればよい。
そして、オフセットさせる方向についても、外径方向ｏｕｔに限定されるものではなく、外径方向ｏｕｔ以外の他の方向であってもよい。
［作用効果］
図４は、本発明の一実施形態にかかる電動パーキングブレーキ１０で、ピストン３８が回転しない様子を説明する模式図である。

ピストン３８の外径中心ＯＰがピストン３８の当接面３９ａの中心ＯＴに対して所定の寸法δ、オフセットされている場合、雄ネジ５４の回転中心ｄと、ピストン３８およびブレーキパッド３６が当接するピン部３９の当接面３９ａの中心ＯＴとを一致させる。

このように設定することにより、ピストン３８は、ピストン外径中心ＯＰを軸中心として回転しようとはせずに、雄ネジ５４の回転中心ｄを中心として揺動しようとする。
これは、ピストン３８の当接面３９ａが回転中心ｄを中心として回転しながら、ピストン外径中心ＯＰ回りを公転するよりも、雄ネジ５４の回転中心ｄを中心として回転する方が必要とされるエネルギが小さいためである。

ピストン３８は、外形のハウジング４０に対するクリアランスを減少させながら揺動する。そして、クリアランスがゼロとなるとピストン３８は、ハウジング４０内側面から反力を受けて停止する。この反力と釣り合う力は、ピストン３８の当接面３９ａとブレーキパッド３６との間の当接面に発生して、雄ネジ５４に横力が入力されることを抑制する。

このように、雄ネジ５４中心の回転モーメントに対する横力の発生が抑制されるため、ピストン３８の外径中心ＯＰが雄ネジ５４の回転中心ｄと所定寸法δ、離れていることにより生じる横力の影響は減少する。このため、強度的な配慮が不要となる。

よって、ピストン３８の外径中心ＯＰをピストン３８の当接面３９ａの面積中心である回転中心ｄから所定寸法δ、オフセットさせるという簡単な構成で、ピストン３８の廻り止め機能を有効に機能させることができる。

上述してきたように、ブレーキパッド３６と当接するピストン３８の当接面３９ａをピストン外径寸法ＤＰＬよりも小さい外径寸法ＤＴＮの円形形状として、当接面３９ａの中心ＯＴを雄ネジ５４の回転中心ｄと一致させている。
これによれば、雄ネジ５４の回転中心ｄの回転モーメントに対する横力が発生しないため、ピストン３８の外径中心ＯＰが雄ネジ５４の回転中心ｄと所定寸法δだけ離れている影響を減少させることができる。
したがって、本実施形態の電動パーキングブレーキでは、簡単な構成でピストンの廻り止め機能を有効に機能させることが可能となる。

１ 車両
１０ 電動パーキングブレーキ
１２ ブレーキシステム
１４ ブレーキペダル
１６ ペダルストロークセンサ
１８ 車輪ブレーキ
２０ 電動モータ
２２ ブレーキ系統
２４ イグニションスイッチ
２６ 車速センサ
２８ パーキングブレーキ操作スイッチ
３０ 制御部
３４ ブレーキディスク
３６ ブレーキパッド
３８ ピストン
３９ ピン部
３９ａ 当接面
４０ ハウジング
４２ 出力軸
４４ ウォームギヤ機構
４６ 回転軸
４８ 推力変換機構
５０ ウォーム
５２ ウォームホイール
５４ 雄ネジ
５６ ナット
５８ ギヤハウジング
ＤＴＮ 外径寸法
ＤＰＬ ピストン外径寸法
ＯＰ 外径中心
ＯＴ 中心
ｄ 回転中心
ｏｕｔ 外径方向

Claims (3)

1. 送りネジ機構からなる回転−直動機構を有する電動パーキングブレーキにおいて、
   送りネジの中心とピストンおよびパッドが当接する当接面の中心とが一致しているとともに、送りネジの中心とピストンの中心をオフセットさせてあり、
   前記パッドと当接する前記ピストンの当接面は、前記ピストン外径寸法よりも外径寸法の小さい正面視円形形状を有して、前記当接面の中心を前記送りネジの中心と一致させたことを特徴とする電動パーキングブレーキ。
2. 前記ピストンの前記パッド対向面に、前記ピストン外径寸法の面積範囲内に収まるように、正面視円形形状で、外径寸法が前記ピストン外径寸法より小さい一定の高さ方向寸法を有するピン部を形成して、
   前記当接面は、前記ピン部の前記パッド対向面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動パーキングブレーキ。
3. 前記ピストンを進退可能に収容するハウジングを有し、前記ピストンの外側面は前記ハウジングの内側面に当接することを特徴とする請求項１または２記載の電動パーキングブレーキ。

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