<構成部材等の記号、記号末尾の添字、及び、移動方向>
本発明に係る車両の電動制動装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明において、「ECU」等の如く、同一記号を付された構成部材、演算処理、信号、特性、及び、値は、同一機能のものである。また、各構成要素の移動方向(特に、直線運動)において、「前進方向Hf」は、押圧力Faが増加し、車輪WHの制動トルクが増加される方向(押圧ピストンPSが回転部材KTに近づいていく方向)に相当する。逆に、「後退方向Hr」は、押圧力Faが減少し、車輪WHの制動トルクが減少される方向(押圧ピストンPSが回転部材KTから離れていく方向)に対応する。また、回転運動する構成要素においては、「正転方向Rf」が、押圧力Faが増加し、車輪WHの制動トルクが増加される方向に対応する。一方、「逆転方向Rr」は、押圧力Faが減少し、車輪WHの制動トルクが減少される方向に相当する。従って、各構成要素が組み付けられた状態では、「前進方向Hf」と「正転方向Rf」とが対応し、「後退方向Hr」と「逆転方向Rr」とが対応する。
<本発明に係る車両の電動制動装置の全体構成>
図1の全体構成図に示すように、電動制動装置を備える車両には、制動操作部材BP、電子制御ユニットECU、及び、電動アクチュエータBRが備えられている。更に、車両には、加速操作部材(例えば、アクセルペダル)AP、及び、シフトレバーSLが備えられている。
制動操作部材(例えば、ブレーキペダル)BPは、運転者が車両を減速するために操作する部材である。制動操作部材BPの操作量Baに基づいて、電動アクチュエータ(単に、「アクチュエータ」ともいう)BRによって、車輪WHに対する制動トルクが調整され、車輪WHの制動力が制御される。
制動操作部材BPには、制動操作量センサBAが設けられる。制動操作量センサBAによって、運転者による制動操作部材BPの操作量(制動操作量)Baが検出される。制動操作量センサBAとして、マスタシリンダ(図示せず)の液圧を検出する圧力センサ、制動操作部材BPの操作力を検出するセンサ(操作力センサ)、及び、制動操作部材BPの操作変位を検出するセンサ(操作変位センサ)のうちの少なくとも1つが採用される。制動操作量Baは、マスタシリンダ圧、操作力、及び、操作変位のうちの少なくとも何れか1つに基づいて演算される。制動操作量センサBAは、上記の「圧力センサ、操作力センサ、操作変位センサ」の総称であり、操作量Baは、上記の「マスタシリンダ圧、操作力、操作変位」の総称である。制動操作量Baは、電子制御ユニットECUに入力される。
加速操作部材APには、その操作量(加速操作量)Aaを検出するよう、加速操作量センサAAが設けられる。シフトレバーSLには、シフト位置Saを検出するよう、シフト位置センサSAが設けられる。例えば、シフト位置Saとして、駐車位置(Pレンジ)、前進位置(Dレンジ)、後退位置(Rレンジ)が検出される。更に、各車輪WHには、車輪WHの回転速度である車輪速度Vwを検出するよう、車輪速度センサVWが設けられる。
上記のセンサ検出値(Ba等)は、他の電子制御ユニット(例えば、操舵制御の電子制御ユニット、パワートレイン制御の電子制御ユニット)にて演算、又は、取得され、その演算値(信号)が通信バスを介して、電子制御ユニットECUに送信され得る。
電子制御ユニット(「コントローラ」ともいう)ECUは、その内部にアクチュエータBRを制御するための制御アルゴリズムがプログラムされている。アクチュエータBR、コントローラECU等は、車載された蓄電池から電力供給される。
≪制御アルゴリズム≫
コントローラECU内の制御プログラムは、目標押圧力演算ブロックFT、指示通電量演算ブロックIS、押圧力フィードバック制御ブロックFB、引き戻し制御ブロックIH、及び、目標通電量演算ブロックITを含んで構成される。
目標押圧力演算ブロックFTでは、制動操作量Ba、及び、予め設定された演算マップZftに基づいて、各車輪WHの目標押圧力Ftが演算される。目標押圧力Ftは、電動アクチュエータBRにおいて、摩擦部材(ブレーキパッド)MSが回転部材(ブレーキディスク)KTを押す力である押圧力の目標値である。
指示通電量演算ブロックISでは、予め設定された演算マップZsa、Zsb、及び、目標押圧力Ftに基づいて、指示通電量Isが演算される。指示通電量Isは、アクチュエータBRの電気モータMTを駆動し、目標押圧力Ftを達成するための、電気モータMTへの通電量の目標値である。指示通電量Isの演算マップは、電動アクチュエータBRのヒステリシスを考慮して、2つの演算マップZsa、Zsbで構成される。演算マップZsaは押圧力を増加する場合に対応し、演算マップZsbは押圧力を減少する場合に対応する。
通電量とは、電気モータMTの出力トルクを制御するための状態量(変数)である。電気モータMTは電流に概ね比例するトルクを出力するため、通電量として電気モータMTの電流値が用いられる。また、電気モータMTへの供給電圧を増加すれば、結果として電流が増加されるため、通電量として供給電圧値が用いられる。さらに、パルス幅変調におけるデューティ比によって供給電圧値が調整されるため、このデューティ比が通電量として用いられ得る。
押圧力フィードバック制御ブロックFBでは、目標押圧力(目標値)Ft、及び、実際の押圧力(検出値)Faに基づいて、補償通電量Ifが演算される。指示通電量Isは目標押圧力Ftに相当する値として演算されるが、アクチュエータBRの効率変動により目標押圧力Ftと実押圧力Faとの間に誤差が生じる場合がある。補償通電量Ifは、目標押圧力Ftと実押圧力Faとの偏差(押圧力偏差)hF、及び、予め設定された演算マップZifに基づいて演算される。補償通電量Ifは、押圧力の実際値Faが、目標値Ftに一致するよう(即ち、偏差hFが「0」に近づくよう)決定される。押圧力フィードバック制御ブロックFBでは、所謂、押圧力に基づくフィードバック制御が実行される。なお、実際の押圧力Faは、押圧力センサFAによって検出される。
引き戻し制御ブロックIHでは、制動操作量Ba等に基づいて、ねじの引き戻し作動を実行するための引き戻し通電量Ihが演算される。引き戻し通電量Ihは、電気モータMTを制御するための、通電量の目標値の1つである。ねじの引き戻し作動は、ねじ機構NJ内の潤滑剤(例えば、グリス)GRを循環させ、良好な潤滑状態を維持するために実行される。
引き戻し制御ブロックIHでは、制動操作が行われていない場合に(非制動時であり、「Ba=0」である状態で)、電気モータMTの逆転駆動によって、ねじの引き戻し作動が行われる。引き戻し通電量Ihとして、引き戻し制御の継続中は、予め設定された所定通電量ihが目標値として決定される。そして、引き戻し制御の終了が判定された場合に、引き戻し通電量Ihは「0」とされる。
引き戻し制御ブロックIHには、2種類の引き戻しパタンが含まれる。2つの引き戻しパタンのうちの一方のパタンは、ねじの数ピッチ分が引き戻される第1パタンである。他方のパタンは、アクチュエータBRの機械的構造において、限界まで引き戻される第2パタン(後述するピストン底部Bpとシャフト端部Ksとが当接するまで引き戻されるパタン)である。
ねじの引き戻しパタンは、制動操作量Baが増加する場合、或いは、制動操作量Baが所定操作量bo以上の場合には選択されない。制動操作量Baが減少し、且つ、操作量Baが所定操作量bo未満となる時点で、何れか1つの引き戻しパタンが選択される。引き戻しパタンの選択は、車体速度Vx、加速操作量Aa、及び、シフト位置Saのうちの少なくとも1つに基づいて行われる。ここで、車体速度Vxは、車輪速度センサVWによって検出された車輪速度Vwに基づいて、車体速度演算ブロックVXにて演算される。また、他の電子制御ユニットにて演算された、車体速度Vxが、通信バスを介して取得され得る。
加速操作量Aaが所定操作量ax未満の場合には、第1パタンが選択され、加速操作量Aaが所定操作量ax以上の場合には、第2パタンが選択される。加速操作量Aaが小さい場合(即ち、車両が急加速されていない場合)には、運転者による急制動に備えて、第1パタン(ねじの2~3ピッチ分が引き戻されるパタン)が選択される。一方、加速操作量Aaが大きく、車両が急加速されている場合には、急制動される蓋然性が低いため、第2パタンが選択される。
シフトレバーSLのシフト位置Saが駐車位置(Pレンジ)を指示する場合には、第2パタンが選択され得る。シフト位置SaがPレンジを示す場合には、車両は確実に停止していることに因る。
車体速度Vxが所定速度vx以上の場合には、第1パタンが選択され、車体速度Vxが所定速度vx未満の場合には、第2パタンが選択され得る。引き戻し量が大きいほど潤滑更新の効果が大きい。一方、引き戻し量が小さいほど制動トルクの応答性が高い。このため、車体速度Vxが大きい場合には、引き戻し量が小さい第1パタンが選択され、車体速度Vxが小さい場合には、引き戻し量が大きい第2パタンが選択される。結果、ねじ機構NJの潤滑性能と、制動トルクの応答性が両立され得る。
ねじの引き戻し作動(第2パタン)では、ピストン底部Bpが、シャフト端部Ksに当接するまで引き戻される。この場合に、ねじ機構NJが、必要以上に締め付けられないよう、上記の所定通電量ihが制限される。所定通電量ihは、電気モータMTの最大出力よりも小さい値(例えば、最大出力の10%未満)に予め設定される。また、回転角Maが監視され、第2パタンでの引き戻し作動中には、電気モータMTの回転速度dMが、所定速度dm未満になるよう、回転速度dMに制限が設けられ得る。ここで、所定速度dmは予め設定された定数であり、モータ回転速度dMは、モータ回転角Maが時間微分されて演算される。
以上のように、ねじの引き戻しによって、ねじ機構NJを構成するねじの隙間(フランク隙間、ボール/ボール溝の隙間等)に蓄えられている潤滑剤(例えば、グリス)GRの移動が行われる。潤滑剤GRの塗布状態が更新されることによって、ねじ機構NJの潤滑状態が、長期間に亘って、適切に維持され得る。
目標通電量演算ブロックITでは、電気モータMTへの通電の最終的な目標値である目標通電量Itが演算される。引き戻し通電量(引き戻し制御の目標値)Ihが演算されていない場合には、指示通電量Isが補償通電量Ifによって調整され、目標通電量Itが演算される。具体的には、目標通電量演算ブロックITでは、「Ih=0」であるときに、指示通電量Isに対して補償通電量Ifを加えて、これが最終的な目標通電量It(=Is+If)として演算される。また、引き戻し通電量Ihが演算される場合(Ih≠0)には、引き戻し通電量Ihが目標通電量It(=Ih)として演算される。
目標通電量Itの符号(値の正負)に基づいて電気モータMTの回転方向(押圧力が増加する正転方向Rf、又は、押圧力が減少する逆転方向Rr)が決定され、目標通電量Itの大きさに基づいて電気モータMTの出力(回転動力)が制御される。
≪電動アクチュエータBR≫
車輪WHには、ブレーキキャリパCP、回転部材(例えば、ブレーキディスク)KT、摩擦部材(例えば、ブレーキパッド)MS、及び、電動アクチュエータBRが備えられる。アクチュエータBRは、電気モータMT、駆動回路DR、減速機GK、出力シャフトSO、押圧シャフトSP、ねじ機構NJ、押圧ピストンPS、回転角センサMA、通電量センサIA、及び、押圧力センサFAにて構成されている。
電気モータMTの出力(回転動力)は、電気モータMTの出力軸から、減速機GKの入力シャフトSIに入力される。電気モータMTの回転軸は、入力シャフトSIに固定されている。入力シャフトSIには、小径歯車SKが固定されている。従って、小径歯車SKは、電気モータMTと一体となって回転する。
小径歯車SKは、大径歯車DKと咬み合わされる。即ち、小径歯車SK、及び、大径歯車DKにて、減速機GKが構成される。大径歯車DKには、出力シャフトSOが固定される。従って、電気モータMTの回転動力は、減速機GKによって減速され、出力シャフトSOに伝達される。出力シャフトSOの回転動力は、押圧シャフトSPに伝達される。
押圧シャフトSPの回転動力(トルク)は、回転・直動変換機構であるねじ機構NJによって、直線動力(推力)に変換され、押圧ピストンPSに伝達される。ねじ機構NJでは、潤滑剤GRによる潤滑が好適に維持されるよう、潤滑剤保持構造HJが形成されている。保持構造HJの詳細については、後述する。
ねじ機構NJによって、押圧ピストンPSが、回転部材(ブレーキディスク)KTに対して、前進方向Hf、又は、後退方向Hrに移動される。押圧ピストンPSは、「ブレーキピストン」とも称呼される。押圧ピストンPSの移動により、摩擦部材(ブレーキパッド)MSが、回転部材KTを押す力(押圧力)Faが、増加、又は、減少(即ち、調整)される。回転部材KTは車輪WHに固定されているため、摩擦部材MSと回転部材KTとの間に摩擦力が発生し、車輪WHに制動力が調整される。
ブレーキキャリパ(単に、「キャリパ」ともいう)CPは、浮動型キャリパであり、2つの摩擦部材(ブレーキパッド)MSを介して、回転部材(ブレーキディスク)KTを挟み込むように構成される。キャリパCP内で、押圧ピストン(単に、「ピストン」ともいう)PSは、回転部材KTに向けて、前進方向Hf、又は、後退方向Hrに移動される。押圧ピストンPSによって、回転部材KTに対して、摩擦部材MSが押し付けられて、回転部材KTと摩擦部材MSとの間で摩擦力が発生される。
電気モータMTとして、ブラシ付モータ、或いは、ブラシレスモータが採用される。電気モータMTの回転方向において、正転方向Rfが、摩擦部材MSが回転部材KTに近づいていく方向(押圧力Faが増加し、制動トルクが増加する方向)に相当する。一方、逆転方向Rrが、摩擦部材MSが回転部材KTから離れていく方向(押圧力Faが減少し、制動トルクが減少する方向)に相当する。
電気モータMTの出力は、コントローラECUにて演算される目標通電量Itに基づいて決定される。具体的には、目標通電量Itの符号が正符号である場合(It>0)には、電気モータMTが正転方向Rfに駆動され、目標通電量Itの符号が負符号である場合(It<0)には、電気モータMTが逆転方向Rrに駆動される。また、目標通電量Itの大きさ(絶対値)に基づいて電気モータMTの回転動力(トルク)が決定される。即ち、目標通電量Itの絶対値が大きいほど電気モータMTの出力トルクが大きく、目標通電量Itの絶対値が小さいほど出力トルクは小さい。
電気モータMTのロータ(回転子)の位置(回転角)Maを検出するよう、回転角センサMAが設けられる。例えば、回転角センサMAは、電気モータMTの内部に設けられる。回転角Ma(検出値)は、コントローラECUに入力される。また、電気モータMTとして、ブラシレスモータが採用される場合には、電気モータMTを駆動するため、回転角Maが駆動回路DRに入力される。
駆動回路(電気モータMTを駆動するための電気回路)DRにて、目標通電量(目標値)Itに基づき電気モータMTへの通電量(最終的には電流値)が制御される。駆動回路DRには、複数のスイッチング素子(パワートランジスタであって、例えば、MOS-FET、IGBT)が用いられたブリッジ回路が構成される。電気モータの目標通電量Itに基づいて、それらの素子が駆動され、電気モータMTの出力が制御される。具体的には、スイッチング素子の通電/非通電の状態が切り替えられることによって、電気モータMTの回転方向と出力トルクとが調整される。
電気モータMTへの実際の通電量(例えば、実際に電気モータMTに流れる電流)Iaを取得(検出)するよう、通電量センサ(例えば、電流センサ)IAが設けられる。通電量センサIAは、電気モータの駆動回路DRの内部に設けられる。
減速機GKは、電気モータMTから入力シャフトSIに伝達された回転動力において、その回転速度を減じて、出力シャフトSOに出力する。即ち、電気モータMTの回転出力(トルク)が、減速機GKの減速比に応じて増加され、出力シャフトSOの回転力(トルク)が得られる。例えば、減速機GKは、小径歯車SK、及び、大径歯車DKにて構成される。また、減速機GKとして、歯車伝達機構のみならず、ベルト、チェーン等の巻き掛け伝達機構、或いは、摩擦伝達機構が採用され得る。
出力シャフトSOは、減速機GKの出力軸(即ち、大径歯車DKの回転軸)に固定される。出力シャフトSOは、継ぎ手を介して、押圧シャフトSPに回転動力を伝達する。押圧シャフトSPは、回転軸部材であって、出力シャフトSOから伝達された回転動力をねじ機構(回転・直動変換機構)NJに伝達する。
ねじ機構NJにて、押圧シャフトSPの回転動力が、直線動力に変換される。ねじ機構NJは、所謂、回転・直動変換機構である。例えば、ねじ機構NJは、ナットNT、及び、ボルトBLにて構成される。ねじ機構NJが台形ねじ(「滑り」によって動力伝達が行われる滑りねじ)にて構成される場合、ナットNTには、めねじ(内側ねじ)MJが設けられ、ボルトBLには、おねじ(外側ねじ)OJが設けられる。そして、ナットNTのめねじMJと、ボルトBLのおねじOJとが螺合される。押圧シャフトSPから伝達された回転動力は、ねじ機構NJを介して、押圧ピストンPSの直線動力(推力)として伝達される。
ねじ機構NJとして、滑りねじに代えて、「転がり」によって動力伝達が行われる転がりねじ(ボールねじ等)が採用され得る。この場合、ナットNT、及び、ボルトBLには、ねじ溝(ボール溝)が設けられ、そこにボール(鋼球)がはめ合わされることによって、回転・直動変換機構として作動される。
ねじ機構NJの周りには、潤滑剤保持構造HJが形成されている。潤滑剤保持構造(単に、「保持構造」ともいう)HJでは、その内部にある潤滑剤GRが外部に漏れないよう、密閉構造が採用されている。保持構造HJによって、ねじ機構NJの潤滑状態を好適に維持される。保持構造HJの詳細については、後述する。
押圧ピストンPSが摩擦部材MSを押す力(押圧力)Faを検出するよう、押圧力センサFAが設けられる。例えば、押圧力センサFAは、出力シャフトSOとキャリパCPとの間に設けられる。押圧力センサFAによって、摩擦部材MSが回転部材KTを押圧する力Faが検出される。押圧力(検出値)Faは、コントローラECUに入力される。
<電動アクチュエータBRの第1の実施形態>
図2の断面図を参照して、電動アクチュエータBRの第1の実施形態(特に、保持構造HJの周辺部分)について説明する。
出力シャフトSOは、減速機GKの出力軸(例えば、大径歯車DKの回転軸)に固定される。押圧シャフトSPは、出力シャフトSOに、継手を介して接続される。押圧力センサFAは、キャリパCPに固定され、押圧ピストンPSが摩擦部材MSを押す力(押圧力)Faの反力を検出する。押圧力センサFAによって、回転部材KTに対する、摩擦部材MSの押圧力Faが検出される。
押圧ピストンPSは、キャリパCP内にて、ピストンPSの中心軸Jpの方向に直線的に摺動し、摩擦部材MSを回転部材KTに押し付ける。摩擦部材MSは、摩擦材FR、及び、裏板URにて構成されている。具体的には、摩擦部材MSでは、摩擦材FRが、裏板URに接合されている。また、ピストンPSと、摩擦部材MSの裏板URとは分離可能である。従って、ピストンPSが前進方向Hfに移動され、摩擦部材MSを押圧する場合には、ピストンPSと摩擦部材MSとは一体となって移動する。しかし、ピストンPSが後退方向Hrに移動される場合には、ピストンPSと摩擦部材MSとが離れる場合が生じ得る。なお、ピストンPSの中心軸と、押圧シャフトSPの回転軸とは同軸であり、「軸線Jp」と称呼される。
潤滑剤保持構造HJについて説明する。保持構造HJは、その内部にある潤滑剤GRを外部に漏らさないようにするための構造である。保持構造HJは、押圧ピストンPS、押圧シャフトSP、及び、キャップCAにて構成される。保持構造HJの内部には、極力、気体(空気)が混入されず、潤滑剤GRが満充填されている。
押圧ピストンPSは、カップ形状を有する。具体的には、押圧ピストンPSは、円筒形であり、軸方向(軸線Jp方向)において、一方が閉じられ、他方が開いている有底円筒形状を有する。押圧ピストンPSの内側(内周側)には、ピストン内周面(円筒形の内壁)Mpが形成される。ピストン内周面Mpは、その面が直線で構成され、滑らかである。
押圧ピストンPSの一方の端部は、ピストン内周面Mpが閉め切られ(塞がれ)、密閉壁(底部)Bpが形成される。押圧ピストンPSの他方の端部(底部Bpの反対側)は、開口部Kpとされる。ピストン内周面Mpは、摩擦部材MSとは反対方向を向いて、開いた状態となっている。換言すれば、ピストン開口部Kpは、後退方向Hrを向いている。
押圧ピストンPS(具体的には、底部Bp)には、おねじOJを有するボルトBLが固定される。ピストン内周面Mp、底部Bp、キャップ(蓋)CA、及び、押圧シャフトSPの外周面(シャフト外周面)Msにて仕切られた室が形成される。該室は、「貯蔵室Hc」と称呼される。貯蔵室Hcの内部には、気体が混入されることなく、潤滑剤GRが充填される。貯蔵室Hcからの潤滑剤GRの出入りが許容され部位は、ねじ機構NJ(特に、ねじの隙間)、及び、キャップCA(特に、内周、外周円筒面Mp、Msとの隙間)に限定される。
ねじ機構NJは、押圧シャフトSPの回転動力を、押圧ピストンPSの直線動力に変換する機構である。ねじ機構NJは、ボルトBL、及び、ナットNTにて構成されている。例えば、ねじ機構NJとして、台形ねじが採用される。ボルトBLは、押圧ピストンPSの密閉壁Bpに固定される。ボルトBLには、おねじ(外側ねじ)OJが形成されている。ナットNTは、押圧シャフトSPに固定される。ナットNTには、めねじ(内側ねじ)MJが形成され、めねじMJとおねじOJとが螺合される。めねじMJとおねじOJとが咬み合う部分において、密閉壁Bpに近い側が、「ねじ機構NJの第1端部(「一方端部」ともいう)Ta」と称呼され、密閉壁Bpから離れた側が、「ねじ機構NJの第2端部(「他方端部」ともいう)Tb」と称呼される。ねじ機構NJには、潤滑剤GRが塗布される。具体的には、おねじOJとめねじMJとの隙間に、気体が可能な限り除かれて、潤滑剤GRが充填されている。
押圧シャフト(単に、「シャフト」ともいう)SPによって、出力シャフトSOの回転動力が、ねじ機構NJに伝達される。押圧シャフトSPは、出力シャフトSOに接続される部位とは反対側に、ピストン内周面Mpよりも小径のカップ形状を有する。押圧シャフトSPのカップ形状において、外側にシャフト外周面Ms、内側にシャフト内周面Mrが形成される。シャフト外周面Msは、その面が直線で構成される、滑らかな円筒面である。シャフト内周面Mrの一方の端部には、密閉壁(底部)Bsが設けられてシャフト内周面Mrが閉め切られる。ピストンPSと同様に、押圧シャフトSPも、有底円筒形状を有する。シャフト内周面Mrの他方の端部(密閉壁Bsの反対側)は、開口部Ksとされ、シャフト内周面Mrは、摩擦部材MSを向いて、開いた状態となっている。換言すれば、シャフト開口部Ksは、前進方向Hfを向いている。シャフト開口部Ks付近のシャフト内周面Mrに、ナットNTが固定される。
押圧シャフトSPは、押圧ピストンPSの内周面Mpの内側に挿入される。このため、押圧ピストンPSの内周面Mpと、押圧シャフトSPの外周面Msとがオーバラップ部(重なり合う部分)Ovをもつ。シャフト内周面Mrには、めねじMJを有するナットNTが固定され、シャフト内周面Mr、密閉壁(底部)Bs、及び、ナットNTにて仕切られた室が形成される。該室は、「密閉室Hm」と称呼される。密閉室Hmでは、外部から隔離された、閉じられた空間が形成される。密閉室Hmの内部には、気体が混入されることなく(気体が可能な限り取り除かれて)、潤滑剤GRが充填されている。密閉室からの潤滑剤の出入りが発生し得する箇所は、ねじ機構NJ(特に、ねじの隙間)に限られる。
キャップCAは、潤滑剤GRが貯蔵室Hcから、外部に流出することを防止するとともに、気体(空気)が、外部から貯蔵室Hcに流入することを防止するための蓋部材である。具体的には、キャップCAは、中央に貫通円孔Akをもつ円柱形状である。キャップCAの外周部Mcは、その面が直線で構成され、滑らかな曲面である。外周面Mcの端部付近には、シール溝が形成されている。ピストン内周面Mpと摺接して、密封状態が達成されるよう、外周面Mcのシール溝に、外周シールSGがはめ込まれて固定される。
同様に、キャップCAの貫通円孔Akの内周部Mkは、その面が直線で構成され、滑らかな曲面である。内周面Mkの端部付近には、シール溝が形成されている。シャフト外周面Msと摺接して、密封状態が達成されるよう、内周面Mkのシール溝に、内周シールSNがはめ込まれて固定される。例えば、内周、外周シールSN、SGとして、Oリング、Xリングが採用され得る。ここで、内周シールSNと外周シールSGとは、キャップCAの軸線Jpに対する傾き(キャップCAの中心軸と押圧ピストンPSの中心軸のずれ)を抑制するよう、軸線Jpの方向に、所定距離dsだけ離れている。例えば、外周シールSGは、内周シールSNよりも、摩擦部材MSに近い側に配置される。
キャップCAは、押圧ピストンPS、及び、押圧シャフトSPに対して、軸線Jpの方向へ相対運動(軸線Jpに平行な直線移動)が可能である。また、キャップCAは、押圧ピストンPS、及び、押圧シャフトSPのうちで少なくとも一方に対して、軸線Jpのまわりに相対回転が可能である。なお、押圧ピストンPS(特に、ピストン内周面Mp)の中心軸線と、押圧シャフトSPの回転軸線とは、同一の軸線Jpである。
押圧ピストンPS、及び、押圧シャフトSPにおいては、直径が異なる大小の円筒形状を有する2つの部材が、夫々の開口部Kp、Ksで互いに向き合って、重なり合うように構成されている。従って、少なくともオーバラップ部分Ov(ピストンPSの内部空間)に亘って、貯蔵室Hcが形成されている。即ち、ねじ機構NJの一方の端部Taの周辺には、確実に潤滑剤GRが存在する。該構造が、「オーバラップ構造」と称呼される。オーバラップ構造によって、アクチュエータBR全体の軸方向長さが伸ばされることなく、保持構造HJ内の潤滑剤GRの量が十分に確保される。
ねじ機構NJの第1端部Ta(例えば、ナットNTの第1端部)には、潤滑剤GRで満たされた貯蔵室Hcが形成される。また、ねじ機構NJの第2端部Tb(例えば、ナットNTの第2端部)にも、潤滑剤GRで満たされた密閉室Hmが形成される。更に、ねじ機構NJの隙間は、潤滑剤GRが充填されている。保持構造HJにおいて、気体が流入する経路は、開口部Kpからであるが、該経路は、内周、外周シールSN、SGで封がなされ、キャップCAによって塞がれている。このため、開口部Kpからの気体の流入が回避される。即ち、保持構造HJの内部には、気体が流入することはなく、保持構造HJの外部に潤滑剤GRが流出することもない。
ねじ機構NJの効率低下は、潤滑剤GRの枯渇(例えば、グリス切れ)に因るところが大である。具体的には、潤滑剤GRの枯渇は、潤滑剤GRによって潤滑されている界面に気体(空気)が入り込むことによって生じ得る。このため、保持構造HJ内には、潤滑剤GRが充填され、内周、外周シールSN、SGによって、気体(例えば、空気)の流入が阻止されるため、ねじ機構NJの潤滑状態が良好に維持される。
更に、おねじOJ、及び、めねじMJのねじ形状において、ねじの隙間(例えば、山頂隙間、及び、フランク隙間)が潤滑剤GRの流路となる。押圧ピストンPSの前進方向Hf、又は、後退方向Hrへの移動に伴い、密閉室Hmには体積変化が生じる。具体的には、押圧ピストンPSの前進方向Hfの移動では、密閉室Hmの体積は、ボルトBLの前進移動分だけ増加する。ねじ機構NJの内部、及び、密閉室Hmには、非圧縮性の潤滑剤GRが満充填されている。このため、ボルトBLの移動に起因する体積増加は、ねじ機構NJの隙間を通って、潤滑剤GRが、貯蔵室Hcから密閉室Hmに移動することで吸収される。
逆に、押圧ピストンPSの後退方向Hrの移動では、密閉室Hmの体積は、ボルトBLの後退移動分だけ減少する。上記同様に、ボルトBLの移動に起因する体積減少は、ねじ機構NJの隙間を介して、潤滑剤GRが、密閉室Hmから貯蔵室Hcに移動することで吸収される。換言すれば、ねじ機構NJの内部、及び、密閉室Hmには、非圧縮性潤滑剤GRで満たされているが、ねじ機構NJの隙間を介した、貯蔵室Hcと密閉室Hmとの間の潤滑剤GRの移動によって、ピストンPSは移動可能とされる。この潤滑剤GRの移動によって、ねじ機構NJ内の潤滑剤GRが制動操作毎に更新されて、ねじ機構NJの潤滑状態が適正に維持される。
押圧シャフトSPの開口部(端部)Ksと、ねじ機構NJの第1端部Taとの間に、貫通流路Rgが設けられる。貫通流路Rgは、シャフト外周面Msとシャフト内周面Mrと間を貫くように開けらる。この貫通流路Rgを介して、シャフト外周面Msとシャフト内周面Mrと間で、潤滑剤GRの移動が可能である。ねじの引き戻しの第2パタンでは、シャフト端部Ksが密閉壁(ピストン底部)Bpに当接される。この状態から、ピストンPSを前進方向Hfに移動させようとすると、潤滑剤GRは密閉室Hmに流入する必要がある。潤滑剤GRの移動が容易となるよう、ねじ機構NJの第1端部Ta(シャフト端部Ksでもある)の近くに貫通流路Rgが設けられる。結果、ピストンPSの移動の円滑化が達成され得る。
<キャップCA、及び、内周、外周シールSN、SG>
図3の概略図を参照して、キャップCA、及び、内周、外周シールSN、SGについて説明する。キャップCAは、貯蔵室Hcを形成するための蓋として機能する。キャップCAの姿勢が適正である場合には、キャップCAの横断面(キャップCAの中心軸に垂直な断面)は、軸線Jp(ピストンPSの中心軸、且つ、シャフトSPの回転軸)に直交する面(「直交面」という)Scと平行である。この場合、内周、外周シールSN、SGと内周、外周円筒面Mp、Msと間の緊迫力(シール部の円筒面に対する力)は、円周方向に亘って、概均一に分布する。
キャップCAの姿勢が、(A)に傾く場合を想定する。この場合、(i)部にて、キャップCAの外周面Mcと、ピストンPSの内周面Mpとの隙間が狭められる。また、(j)部にて、キャップCAの内周面Mkと、押圧シャフトSPの外周面Msとの隙間が狭められる。このため、外周シールSGの(i)部近傍の部位が、圧縮されることによって、力Fiが増加される。同様に、内周シールSNの(j)部付近の部分の圧縮によって、力Fjが増加される。外周シールSGと内周シールSNとは、軸線Jpの方向に、所定距離dsだけ離れているため、力Fi、Fjによって、モーメントXaが発生される。モーメントXaは、(A)とは逆方向に作用し、キャップCAの姿勢を復元しようとする。このため、キャップCAの(A)への傾きが抑制される。
逆に、キャップCAが、(B)に傾く場合を想定する。この場合でも、(k)部、及び、(l)部の周りのシール隙間が減少される。このため、外周シールSGの(k)部周り、内周シールSNの(l)部周りの圧縮によって、力Fk、Flが増加される。外周シールSGと内周シールSNとが、軸線Jpに沿って離れているため、力Fk、Flによって、モーメントXbが発生される。従って、モーメントXbによって、キャップCAの(B)への傾きが矯正される。
キャップCAでは、外周シールSGと内周シールSNとが、直交面Scに平行な同一面上に配置されるのではなく、ピストンPSの中心軸線Jpに離れて配置されている。このため、キャップCAが傾斜し、外周面Mcとピストン内周面Mpとの隙間、及び、内周面Mk(特に、貫通円孔Ak)とシャフト外周面Msとの隙間が狭まると、内周、外周シールSN、SGと内周、外周円筒面Mp、Msとの間の緊迫力(力Fi等)に不均一が生じる。結果、キャップCAの姿勢を適正状態に正すよう、復元モーメントXa、Xbが発生され、キャップCAの傾きが抑制され得る。
<電動アクチュエータBRの第2の実施形態>
図4の断面図を参照して、電動アクチュエータBRの第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、キャップCAが貫通円孔Akを有する円柱形状であるが、第2の実施形態では、カップ形状のキャップCAが採用される。以下、相違点を主に説明する。上述したように、同一記号を付された構成部材等は、同一機能のものである。また、「前進方向Hf」は、摩擦部材MSが、回転部材KTに近づき、制動トルクが増加される方向であり、「後退方向Hr」は、摩擦部材MSが、回転部材KTから離れ、制動トルクが減少される方向である。
キャップCAは、カップ形状を有する。具体的には、キャップCAは、円筒形であり、軸線Jp方向において、一方が閉じられ、他方が開いている有底円筒形状を有する。キャップCAの内周側には、キャップ内周面(円筒形の内壁)Mbが形成される。また、キャップCAの外周側には、キャップ外周面(円筒形の外壁)Mcが形成される。キャップ内周面Mb、及び、キャップ外周面Mcは、その面が直線で構成され、滑らかである。キャップCAにおいて、外周面Mcが設けられている部分が、キャップCAのサイド部Csである。
キャップCAの一方の端部は、キャップ内周面Mbを塞ぐよう、封鎖部Bcが形成される。キャップCAにおいて、封鎖部Bcが設けられている部分が、キャップCAのトップ部Ctである。トップ部Ctには、押圧シャフトSPの外周面Msが貫通できるよう、貫通円孔Akが開けられている。キャップCAの他方の端部(封鎖部Bcの反対側)は、開口部Kcとされる。キャップ開口部Kcは、摩擦部材MSの方向に開いた状態とされている。換言すれば、キャップ開口部Kcは、前進方向Hfを向いている。
サイド部Csの端部Tc(開口部Kcに近接した外周面Mcの部分)に、シール溝が形成される。そして、ピストン内周面Mpと摺接して、密封状態が達成されるよう、外周面Mcのシール溝には、外周シールSGがはめ込まれて固定される。同様に、トップ部Ctの貫通円孔Ak(内周部)には、シール溝が形成される。シャフト外周面Msと摺接して、密封状態が達成されるよう、貫通円孔Akのシール溝には、内周シールSNがはめ込まれて固定される。第1の実施形態と同様に、内周、外周シールSN、SGとして、Oリング、Xリングが採用され得る。
カップ形状を有するキャップCAにおいて、外周シールSGは、開口部Kc付近のサイド部Csの端部Tcに配置され、内周シールSNは、トップ部Ctの貫通円孔Akに設けられる。従って、内周シールSNと外周シールSGとは、軸線Jpの方向において、所定距離dsだけ離れている。キャップCAの円筒形状の中心軸が、軸線Jpに対して傾こうとすると、キャップCAの外周面McとピストンPSの内周面Mpとの隙間、及び、キャップCAの貫通円孔Akと押圧シャフトSPの外周面Msとの隙間が狭められる。この隙間の減少によって、内周、外周シールSN、SGと内周、外周円筒面Mp、Msとの間の緊迫力に不均一が生じる。不均一な緊迫力と、内周シールSNと外周シールSGとの距離dsによって、キャップCAを傾かせないよう、復元モーメントが発生される。結果、キャップCAの適正姿勢(キャップCAの中心軸と軸線Jpとが一致している状態)が、常に維持され得る。
キャップCAにカップ形状が採用されている。換言すれば、第1の実施形態に示した、貫通円孔Akを有する円柱形状のキャップCAから、(C)で示す部分がくり抜かれている。このため、円柱形状のキャップCAが採用される場合に比較して、貯蔵室Hc内の潤滑剤GRの貯蔵量(例えば、グリス容量)が、(C)部の体積分だけ、余分に確保され得る。保持構造HJでは、ねじ隙間を介して、密閉室Hmと貯蔵室Hcとの間で潤滑剤GRが移動されるが、貯蔵室Hcには、相当量の潤滑剤GRを確保する必要がある。キャップCAにカップ形状が採用されることによって、保持構造HJ内に相当量の潤滑剤GRが効率的に確保され得る。結果、アクチュエータBRの小型化が達成され得る。
更に、キャップCAの開口部Kcは、前進方向Hfを向いている。このため、外周シールSGは、内周シールSNに対して、摩擦部材MSに近い側に配置される。ねじの引き戻し制御が実行されると、ピストンPSは、後退方向Hrに移動される。ピストンPSの後退方向Hrには、押圧力センサFA等の構成部材が配置されているが、ねじの引き戻し作動によって、ピストンPSの開口部Kpは、押圧力センサFA等に近づく方向に移動される。また、ねじが引き戻された場合にも、外周シールSGとピストン内周面Mpとの摺接が確保されることが必要である。即ち、アクチュエータBRにおいては、「ピストンPSと他の構成部材との干渉防止」、及び、「外周シールSGとピストン内周面Mpとの摺接の確保」が両立されなければならない。
外周シールSGが、内周シールSNに対して、摩擦部材MSに遠い側に配置されると、上記の摺接確保のため、ピストンPSが、軸線Jpに延ばされる必要がある。結果、上記の干渉防止を達成するため、アクチュエータBRは軸線Jpの方向に長くなる。一方、外周シールSGは、内周シールSNに対して、摩擦部材MS(即ち、密閉壁Bp)に近い側に配置されると、外周シールSGとピストン内周面Mpとの摺接確保に要するピストンPSの全長が短縮され得る。結果、アクチュエータBRの小型化が達成され得る。
キャップCAの端部Tcにフランジ(「つば」ともいう)が設けられ、該フランジの外周部にシール溝が形成され得る。そして、該シール溝に、外周シールSGがはめ込まれて、固定される。この場合、キャップCAは、ハット形状である。カップ形状のキャップCAと同様に、貯蔵室Hc内の潤滑剤GRの体積確保、キャップCAの傾き抑制、及び、ピストンPSの全長の短縮化の効果を奏する。
<内周シールSN、及び、外周シールSGの形状例>
図5の概略図を参照して、内周シールSN、及び、外周シールSGの形状例について説明する。上記の実施形態では、内周、外周シールSN、SGとして、Oリング、又は、Xリングが採用された。これらのシールに代えて、内周、外周シールSN、SGとして、リップ部を有するものが採用され得る。シールのリップ部によって、アクチュエータBRの振動、軸の振れ、温度・圧力の変動等の影響に対し、シール面Mp、Msとリップ先端部との接触状態が安定化され、潤滑剤保持構造HJの好適な密封状態が維持される。
吹き出し部(D)を参照して、外周シールSGが組み付けられる前の形状について説明する。外周シールSGは、第1外周リップ部Li、及び、第2外周リップ部Ljを有する。外周シールSGの円筒形状の中心軸から遠くなるほど、第1外周リップ部Liと第2外周リップ部Ljとは離れていく。換言すれば、外周シールSGの中心軸からの距離が増加するに従って、第1、第2外周リップ部Li、Ljは、外周シール垂直面Sgから離れる形状である。ここで、外周シール垂直面Sgは、第1外周リップ部Liと第2外周リップ部Ljとの間の谷部Ygを通り、外周シールSGの中心軸に垂直な平面であり、アクチュエータBRに組み付けられた場合には、軸線Jpに垂直な平面である。外周シールSGの第1、第2リップ部Li、Ljとは反対側(外周シールSGの内周部)には、キャップCAに固定されるよう、溝部Zgが設けられる。なお、外周シールSGの組み付け前の状態において、第1、第2外周リップ部Li、Ljの先端部と谷部Ygとの距離(「リップ高さ」ともいう)は、値lgである。
吹き出し部(E)を参照して、内周シールSNが組み付けられる前の形状について説明する。内周シールSNは、第1内周リップ部Lk、及び、第2内周リップ部Llを有する。内周シールSNの円筒形状の中心軸から近くなるほど、第1内周リップ部Lkと第2内周リップ部Llとは離れていく。換言すれば、内周シールSNの中心軸からの距離が減少するに従って、第1、第2内周リップ部Lk、Llは、内周シール垂直面Snから離れる形状である。ここで、内周シール垂直面Snは、第1内周リップ部Lkと第2内周リップ部Llとの間の谷部Ynを通り、内周シールSNの中心軸に垂直な平面であり、アクチュエータBRに組み付けられた場合には、軸線Jpに垂直な平面である。内周シールSNの第1、第2リップ部Lk、Llとは反対側(内周シールSNの外周部)には、キャップCAに固定されるよう、溝部Znが設けられる。なお、内周シールSNの組み付け前の状態において、第1、第2内周リップ部Lk、Llの先端部と谷部Ynとの距離(上記同様、「リップ高さ」ともいう)は、値lnである。
外周シールSG、及び、内周シールSNが、アクチュエータBRに組み付けられた状態について説明する。キャップCAは、ハット形状であり、トップ部Ctに貫通円孔Akを有し、サイド部Csの端部にフランジ部Cfを有する。外周シールSGの内周溝部Zgが、フランジ部Cfにはめ込まれ、外周シールSGがキャップCAに固定される。また、内周シールSNの外周溝部Znが、貫通円孔Akの内周部分にはめ込まれ、内周シールSNがキャップCAに固定される。
外周シールSGがアクチュエータBRに組み付けられた状態にて、ピストンPSの内周面Mpと、外周シールSGの谷部Ygとの隙間は、値cgとされる。ここで、値cgは、値lgよりも小さい。外周シールSGは、エラストマ(ゴム弾性を有する材料)で形成されている(例えば、ゴム材料)。従って、外周シールSGが組み付けられると、その第1、第2リップ部Li、Ljは、外周シール垂直面Sgに対して、拡がるように、曲げられる。「cg<lg」の関係によって、ピストン内周面Mpに対する、第1、第2外周リップ部Li、Ljの先端部の密着性が向上され得る。更に、外周シールSGのリップ形状(例えば、リップ高さ)によって、外周シールSGの発生する屈曲力(結果、復元モーメント)が調整され得る。
内周シールSNがアクチュエータBRに組み付けられた状態にて、押圧シャフトSPの外周面Msと、内周シールSNの谷部Ynとの隙間は、値cnとされる。そして、値cnは、値lnよりも小さい。内周シールSNにも、エラストマ(例えば、ゴム材料)が採用されるため、上記同様に、内周シールSNが組み付けられると、その第1、第2リップ部Lk、Llは、内周シール垂直面Snに対して、拡げて屈曲される。「cn<ln」の関係によって、シャフト外周面Msに対する、第1、第2内周リップ部Lk、Llの先端部のシール性が確保され得る。加えて、内周シールSNのリップ形状(例えば、リップ高さ)によって、内周シールSNの発生する屈曲力(結果、復元モーメント)が調整され得る。
外周シールSGが、フランジ部Cfに固定され、内周シールSNが、トップ部Ctの貫通円孔Akに固定されるため、外周シールSGと内周シールSNとは、軸線Jpの方向において、所定距離dsだけ離れる。換言すれば、外周シール垂直面Sgと内周シール垂直面Snとは、所定距離dsだけ離れて、平行である。キャップCAのハット形状(円筒形状)の中心軸が、中心軸線(回転軸線)Jpに対して傾こうとすると、隙間の大きさcg、cnが変化され、各リップ部Li、Lj、Lk、Llの屈曲力(即ち、緊迫力)が変化する。該屈曲力の変化の結果、キャップCAを傾かせないよう、復元モーメントが発生され、キャップCAの傾きが、抑制され得る。なお、キャップCAの開口部Kcは、前進方向Hfを向いている。
上記構成では、外周シールSGの溝部Zg、及び、内周シールSNの溝部Znに、キャップCAの各部位(Cf、Ak等)がはめ込まれることによって、内周、外周シールSN、SGが、キャップCAに固定された。該構成に代えて、外周シールSG、及び、内周シールSNが、キャップCAと一体的に成型され得る。例えば、加硫接着(金属表面に接着剤が均一に塗布され、金型にて加熱・加圧される接着方法)によって、金属製のキャップCAに、ゴム製の内周、外周シールSN、SGが加硫接着される。一体成形されることによって、内周、外周シールSN、SGとキャップCAとが、高強度にて固定(接着)され得る。
上記構成では、外周シールSG、及び、内周シールSN、共に、リップ部付のものが採用された。外周シールSG、及び、内周シールSNのうちの一方に上記リップ部付シールが採用され、他方に、Oリング、又は、Xリングが採用され得る。即ち、「外周シールSGが、第1外周リップ部Li、及び、第2外周リップ部Ljを有し、軸Jpから遠ざかるほど、第1外周リップ部Liと第2外周リップ部Ljとが離れるように構成されること」、及び、「内周シールSNが、第1内周リップ部Lk、及び、第2内周リップ部Llを有し、軸Jpに近づくほど、第1内周リップ部Lkと第2内周リップ部Llとが離れるように構成されること」のうちの少なくとも1つが採用される。