JP7047788B2

JP7047788B2 - 電動ブレーキアクチュエータ

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Publication number: JP7047788B2
Application number: JP2019012279A
Authority: JP
Inventors: 正輝七原; 考幸和崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2022-04-05
Anticipated expiration: 2039-01-28
Also published as: CN111483448A; US20200240485A1; US11105387B2; JP2020118279A; CN111483448B

Description

本発明は、電動モータの力によって車輪に制動力を付与するための電動ブレーキアクチュエータに関する。

車輪に制動力を付与するために、車輪とともに回転する回転体（例えば、ディスクロータである）に摩擦部材（例えば、ブレーキパッドである）を押し付ける電動ブレーキアクチュエータ（以下、単に、「アクチュエータ」という場合がある）が開発されており、そのアクチュエータは、一般的には、ピストンと、電動モータと、その電動モータによって回転させられる回転軸を有してその電動モータの回転動作をピストンの進退動作に変換する動作変換機構とを含んで構成されている。そのような構成のアクチュエータでは、ピストンが前進して制動力を発生している状態において電動モータが力を発生させることができないような失陥が生じた場合、ピストンを後退させることができずに、制動力を解消させることができないことになる。そこで、例えば、下記特許文献に記載されているように、捩りばねの弾性力に依拠して、ピストンを後退させる方向のトルクである後退トルクを回転軸に付与する後退トルク付与機構を、アクチュエータに装備することも検討されている。

特開２０１３－０２４３８９号公報

上記特許文献に記載されたアクチュエータでは、例えば、当該文献の図１２，図１３に記載されているように、２つの電磁ソレノイドを使用し、それらの１つによって電磁式のクラッチが構築されている。そのため、図１２，図１３に示すアクチュエータは、構造が煩雑であり、また、電気的失陥の際に後退トルクを付与するようにするためには、通常時に、それら電磁ソレノイドに通電し続ける必要がある。一方で、当該文献の他の図に記載されているアクチュエータ、すなわち、クラッチ機構を備えないアクチュエータについて考えれば、引摺現象（制動力の要求のない場合において摩擦部材と回転体とが接したまま相対回転する現象）を回避しつつ制動力発生の応答性を良好なものとするためには、制動力を発生させていない時点において摩擦部材と回転体との間に常に適切なクリアランスを存在させることが望ましい。そのようにするためには、摩擦部材の摩耗の進行に従って、ピストンを徐々に前進させた位置に待機させなければならず、当該文献の他の図に記載されているアクチュエータの場合、後退トルク付与機構によって付与される後退トルクに抗するため、待機中であっても、電動モータにある程度の電流を通電し続ける必要がある。それらの問題は一例であり、後退トルク付与機構を備えた電動ブレーキアクチュエータには、改良の余地が多分に残されている。そして、何等かの改良を施すことにより、そのアクチュエータの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い電動ブレーキアクチュエータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動ブレーキアクチュエータは、
車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるための電動ブレーキアクチュエータであって、
本体と、
前記本体に進退可能に保持され、前進することで前記摩擦部材を前記回転体に向かって押すピストンと、
電動モータと、
前記ピストンが前記摩擦部材を前記回転体に押し付ける力の反力を受けるとともに前記電動モータによって回転させられる回転軸を有し、前記電動モータの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と、
捩りばねを有し、その捩りばねが発生させる弾性トルクに依拠して、前記ピストンが後退する方向のトルクである後退トルクを前記回転軸に付与する後退トルク付与機構と
を備え、
その後退トルク付与機構が、
前記本体に対して固定的に設けられ、前記捩りばねの一端部を係止する第１係止部を有するステータと、
前記捩りばねの他端部を係止する第２係止部を有し、前記ステータに対して回転させられることで前記捩りばねを捩るロータと、
前記反力を前記回転軸が受ける状態においてその反力によって前記回転軸と前記ロータとが接触してそれらが一体的に回転し、前記反力を前記回転軸が受けていない状態において前記回転軸と前記ロータとが離間してそれらの相対回転が許容されるようにされたクラッチ機構と
を有し、
前記ピストンが前進するときの前記回転軸の回転方向と同じ回転方向を当該アクチュエータにおける正転方向と定義し、前記ピストンが後退するときの前記回転軸の回転方向と同じ回転方向を当該アクチュエータにおける逆転方向と定義した場合において、
前記第１係止部が、前記捩りばねの一端部の正転方向の変位を禁止するとともに、前記捩りばねの一端部を正転方向に付勢する付勢部材を有して、前記付勢部材による付勢力に抗した前記捩りばねの一端部の逆転方向の変位を許容するように構成される。

上記本発明の電動ブレーキアクチュエータは、上記後退トルク付与機構を備えているため、例えば、制動力を発生させている状態において、電気的失陥等によって電動モータが作動しなくなったとしても、制動力を発生させない状態となるまでピストンを後退させることが可能である。そして、本発明の電動ブレーキアクチュエータの後退トルク付与機構は、摩擦部材を回転体に押し付ける力の反力を利用して作動するクラッチ機構、端的に言えば、機械式のクラッチ機構が設けられているため、構造が単純であり、電磁ソレノイドを使用することなく、つまり、電力に依存することなく、制動力が発生させられているときにだけ、ピストンが後退する方向のトルクである後退トルクを回転軸に付与することが可能である。言い換えれば、上記クラッチ機構によって、制動力が発生させられているときに、回転軸とロータとが一体的に回転させられる状態（以下、「クラッチＯＮ状態」という場合がある）が実現させられ、制動力を発生させていないときに、回転軸とロータとの相対回転が許容される状態（以下、「クラッチＯＦＦ状態」という場合がある）が実現させられるのである。したがって、本発明の電動ブレーキアクチュエータによれば、制動力を発生させていないときには、摩擦部材と回転体との間のクリアランスを適切に保つために、後退トルクに抗すべく電動モータへ通電する必要はない。

一方で、例えば、摩擦部材，当該電動アクチュエータの構成要素等の熱膨張や、回転体の振れ等によって、制動力を発生させるべきでないときにクラッチＯＮ状態となって制動力が発生する事態（以下、「外的要因依拠制動力発生事態」という場合がある）が生じることが予想される。また、例えば、アクチュエータには、動作変換機構の摩擦に起因する制動力と回転軸の回転量との関係におけるヒステリシス、言い換えれば、制動力の増加過程と減少過程とにおける回転量の増加量と減少量との差が存在し、そのヒステリシスによって、制動力の減少過程において、クラッチＯＦＦ状態となるべき時点でクラッチＯＮ状態が継続し、制動力が残る事態（以下、「制動力残存事態」という場合がある）が生じることも予想される。それらの事態が生じた場合には、クラッチＯＮ状態において電動モータを作動させてピストンを後退させ、クラッチＯＦＦ状態を実現させることが望ましい。本発明の電動ブレーキアクチュエータは、正転方向の付勢力に抗した捩りばねの一端部の逆転方向の変位が許容されているため、その許容されている変位を利用してクラッチＯＮ状態においてピストンを後退させることが可能となる。ちなみに、ピストンを後退させてクラッチＯＦＦ状態が実現されたときに、上記付勢力によって、後退トルク付与機構が、制動力を発生させていないときになるべき状態、すなわち、待機状態に復帰させられることになる。

実施例の電動ブレーキアクチュエータが採用された電動ブレーキ装置を示す図である。実施例の電動ブレーキアクチュエータを示す断面図である。実施例の電動ブレーキアクチュエータを構成する減速機構を説明するための図である。実施例の電動ブレーキアクチュエータが備える後退トルク付与機構の全体斜視図である。実施例の電動ブレーキアクチュエータが備える後退トルク付与機構の分解図である。理想的な状態において典型的なブレーキ操作が行われた場合の後退トルク付与機構の作動を説明するためのグラフである。後退トルク付与機構の種々の状態を示す図である。特別な状況における後退トルク付与機構の作動を説明するためのグラフである。

上記本発明の電動ブレーキアクチュエータでは、上記第１係止部が、正転方向の付勢力に抗した捩りばねの一端部の逆転方向の変位を、回転方向の角度範囲で示せば、１０°以上許容することが望ましい。通常設定される変換比を有する動作変換機構を採用する場合、この角度範囲であれば、上述の外的要因依拠制動力発生事態に充分に対応することが可能である。なお、付勢力を付与するための付勢部材としては、構造の簡便さに考慮すれば、例えば、圧縮コイルスプリング等のばねを採用すればよい。

また、本発明のアクチュエータは、後退トルク付与機構が、ピストンが摩擦部材を回転体に押し付ける力の反力を回転軸が受けていない状態、すなわち、クラッチＯＦＦ状態においても、捩りばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止する下限トルク確保機構を有することが望ましい。言い換えれば、制動力の発生が開始された時点において、設定下限トルクに応じた後退トルクが、所謂セットトルクとして、回転軸に付与されることが望ましいのである。下限トルク確保機構は、例えば、捩りばねが設定下限トルクを発生させている状態で捩りばねの一端部がロータの逆転方向の回転を禁止するような構造のものを採用することができる。このような下限トルク確保機構は、構造において簡便である。

以下、本発明の実施例である電動ブレーキアクチュエータを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］ブレーキアクチュエータが採用されている電動ブレーキ装置
図１に示すように、実施例の電動ブレーキアクチュエータ１０（以下、単に「アクチュエータ１０」と略す場合がある）は、電動ブレーキ装置において、主要構成要素として採用されている。電動ブレーキ装置は、アクチュエータ１０を保持するブレーキキャリパ１２（以下、単に「キャリパ１２」と略す場合がある）と、車輪とともに回転する回転体としてのディスクロータ１４と、１対のブレーキパッド（以下、単に「パッド」と略す場合がある）１６ａ，１６ｂと、後に詳しく説明するコントローラとしての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と言う場合がある）１８とを含んで構成されている。

キャリパ１２は、ディスクロータ１４を跨ぐようにして、車輪を回転可能に保持するキャリア（図示を省略する）に設けられたマウント（図示を省略する）に、軸線方向（図の左右方向）に移動可能に保持されている。パッド１６ａ，１６ｂは、軸線方向の移動が許容された状態で、ディスクロータ１４を挟むようにしてマウントに保持されている。パッド１６ａ，１６ｂの各々は、ディスクロータ１４に接触する側に位置する摩擦部材２６と、その摩擦部材２６を支持するバックアッププレート２８とを含んで構成されており、パッド１６ａ，１６ｂの各々の摩擦部材２６がディスクロータ１４に押し付けられるようになっている。ちなみに、パッド１６ａ，１６ｂ自体を摩擦部材と呼ぶこともできる。

便宜的に、図における左方を前方と、右方を後方として説明すれば、前方側のパッド１６ａは、キャリパ本体３０の前端部である爪部３２に支持されるようにされている。アクチュエータ１０は、キャリパ本体３０の後方側の部分に、当該アクチュエータ１０のハウジング４０が固定されるようにして保持されている。アクチュエータ１０は、ハウジング４０に進退可能に保持されたピストン４２を有し、そのピストン４２は、前進することによって、先端部、詳しくは、前端が、後方側のパッド１６ｂ、詳しくは、そのパッド１６ｂのバックアッププレート２８と係合する。そして、ピストン４２が、係合した状態でさらに前進することで、１対のパッド１６ａ，１６ｂは、ディスクロータ１４を挟み付ける。言い換えれば、各パッド１６ａ，１６ｂの摩擦部材２６がディスクロータ１４に押し付けられる。この押付けによって、ディスクロータ１４と摩擦部材２６との間の摩擦力に依存する車輪の回転に対する制動力、つまり、車両を減速，停止させるための制動力が発生させられるのである。

［Ｂ］電動ブレーキアクチュエータの基本構成
本発明の実施例としてのアクチュエータ１０は、図２に示すように、当該アクチュエータ１０の本体としての上述のハウジング４０，上述のピストン４２の他、駆動源としての電動モータ(３相のＤＣブラシレスモータである）４４，電動モータ４４の回転を減速させるための減速機構４６，その減速機構４６を介した電動モータ４４の回転によって回転させられる回転シャフト４８（「回転軸」の一種である）を有してその回転シャフト４８の回転動作をピストン４２の進退動作（前進・後退動作）に変換する動作変換機構５０等を含んで構成されている。ちなみに、動作変換機構５０は、簡単に言えば、電動モータ４４の回転動作をピストン４２の進退動作に変換するものと考えることができる。なお、以下の説明において、便宜的に、図の左方を前方，右方を後方と呼ぶこととする。

ハウジング４０は、詳しくは、概して円筒状の前方側ケース４０ａおよび後方側ケース４０ｂ，前方側ケース４０ａに前端部が支持されてピストン４２を内在させる内筒４０ｃ，前方側ケース４０ａの内周であって後方側ケース４０ｂの前端に支持された概して円環状の支持壁４０ｄ、後方側ケース４０ｂの後端部に固定保持された支持板４０ｅ等を含んで構成されている。

ピストン４２は、ピストンヘッド４２ａと、中空状のピストン筒４２ｂとを含んで構成されており、先端部を構成するピストンヘッド４２ａの前端において、バックアッププレート２８を介して、ブレーキパッド１６ｂの摩擦部材２６と係合する。本アクチュエータ１０は、主として前方側の部分が、電動モータ４４の回転駆動軸であるモータ軸（ロータ）として機能し、主として後方側の部分が、後に詳しく説明する減速機構４６の入力軸として機能する筒状体である中空シャフト５２を有している。つまり、電動モータ４４は、中空状のモータ軸が回転する型式のものと考えることができる。なお、以下の説明において、中空シャフト５２は、電動モータ４４のモータ軸と、電動モータ４４によって回転させられる減速機構４６の入力軸とが一体化されたものと考えることができ、端的には、中空シャフト５２自体が減速機構４６の入力軸と考えることも、逆に、中空シャフト５２自体が電動モータ４４のモータ軸と考えることもできる。ちなみに、電動モータ４４は、ハウジング４０の前方側ケース４０ａによってそれの内部に固定保持されたコイル４４ａと、それらコイル４４ａと対向するようにして中空シャフト５２の前方側の部分の外周に付設された磁石４４ｂとを含んで構成されている。

中空シャフト５２は、前方側の部分が内筒４０ｃを内在させるようにして配置されるとともに、２つのラジアル玉軸受５８，６０を介して、ハウジング４０に、当該アクチュエータ１０の中心軸線である軸線Ｌを中心とした回転が可能にかつ軸線Ｌの延びる方向である軸線方向に移動不能に支持されている。なお、モータ軸である中空シャフト５２とピストン４２との位置関係について言及すれば、ピストン４２の後端部が中空シャフト５２の内部に配置されている。

回転シャフト４８は、モータ軸である中空シャフト５２の内部に、中空シャフト５２と同軸的に配設されており、互いに一体化された３つの部分、すなわち、減速機構４６の出力軸として機能する軸部４８ａ，軸部４８ａの前方側に位置して雄ねじが形成された雄ねじ部４８ｂ，軸部４８ａの後端部に設けられたフランジ部４８ｃを含んで構成されている。回転シャフト４８は、軸部４８ａにおいて、ころ（「ニードル」と呼ぶこともできる）６２を介して、中空シャフト５２の内周部に、軸線Ｌのまわりに回転可能に支持されている。

減速機構４６は、入力軸として機能する中空シャフト５２，軸部４８ａが出力軸として機能する回転シャフト４８の他に、ラジアル玉軸受６４を介して中空シャフト５２の後方側の部分に回転可能かつ軸線方向に移動不能に支持されたプラネタリギヤ体６６を含んで構成されている。外周においてラジアル玉軸受６４を介してプラネタリギヤ体６６を支持している中空シャフト５２の後端部（以下、「偏心軸部５２ａ」と呼ぶ場合がある）は、外周面によって規定される軸線Ｌ’（以下、「偏心軸線Ｌ’」という場合がある）が、軸線Ｌに対して偏心量ΔＬだけ偏心している。したがって、プラネタリギヤ体６６は、偏心軸線Ｌ’を中心とした自転に加え、中空シャフト５２の軸線Ｌを中心とした回転に伴って、軸線Ｌを中心として公転するようにされているのである。

減速機構４６は、ハウジング４０の支持壁４０ｄに固定的に支持されたリングギヤ体６８をさらに含んで構成されている。図３（ａ）にも示すように、リングギヤ体６８には、第１内歯歯車７０が形成されており、プラネタリギヤ体６６の外周部には、自身の一部においてその第１内歯歯車７０の一部と噛合する第１外歯歯車７２が形成されている。また、図３（ｂ）にも示すように、プラネタリギヤ体６６の外周部には、第１外歯歯車７２と軸線方向に並ぶようにして第２内歯歯車７４が形成されており、回転シャフト４８のフランジ部４８ｃの外周部には、自身の一部において第２内歯歯車７４の一部と噛合する第２外歯歯車７６が形成されている。

第１内歯歯車７０の中心は軸線Ｌ上に、第１外歯歯車７２の中心は偏心軸線Ｌ’上に、それぞれ存在し、第２内歯歯車７４の中心は偏心軸線Ｌ’上に、第２外歯歯車７６の中心は軸線Ｌ上に、それぞれ存在することになる。第１内歯歯車７０と第１外歯歯車７２との噛合箇所は、第２内歯歯車７４と第２外歯歯車７６との噛合箇所に対して、軸線Ｌ若しくは偏心軸線Ｌ’を挟んで反対側、すなわち、周方向において１８０°ずれた位置（位相）となっている。つまり、減速機構４６は、第１内歯歯車７０とその第１内歯歯車７０に内接して噛合する第１外歯歯車７２とからなる第１内接式遊星歯車機構と、第２内歯歯車７４とその第２内歯歯車７４に内接して噛合する第２外歯歯車７６とからなる第２内接式遊星歯車機構とを含む差動減速装置とされているのである。

また、第１内歯歯車７０には、円弧歯形が、第１外歯歯車７２には、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用され、同様に、第２内歯歯車７４には、円弧歯形が、第２外歯歯車７６には、エピトロコイド平行曲線歯形が、それぞれ採用されている。したがって、減速機構４６は、サイクロイド減速機（「サイクロ減速機」と呼ばれることもある）として構成されているのである。したがって、本減速機構４６では、第１内歯歯車７０の歯数と第１外歯歯車７２の歯数とが１歯しか相違せず、また、第２内歯歯車７４の歯数と第２外歯歯車７６の歯数とが１歯しか相違しない機構が実現され、その結果、本減速機構４６は、高減速な減速機構、すなわち、入力軸である中空シャフト５２の回転数に対しての、出力軸である回転シャフト４８の回転数の比が相当に小さな減速機構とされており、かつ、円滑な減速を行い得る減速機構とされているのである。

図２に示すように、動作変換機構５０は、回転シャフト４８、詳しくは、回転シャフト４８の雄ねじ部４８ｂと、雄ねじ部４８ｂと螺合する可動体としてのナット７８とを含んで構成されている。雄ねじ部４８ｂに形成された雄ねじ、および、ナット７８に形成された雌ねじは、台形ねじであり、多条ねじ（本アクチュエータ１０では３条ねじ）である。ナット７８の外周には、キーとして機能する２つの凸部８０が形成されており、それら２つの凸部８０は、ハウジング４０の内筒４０ｃに軸線方向に延びるようにして設けられた２つのスロット８２に、それぞれ係合させられている。それら凸部８０とスロット８２との係合によって、ナット７８は、軸線Ｌを中心とした回転が禁止されつつ、軸線方向に移動可能とされている。なお、回転シャフト４８に雌ねじを形成し、その雌ねじと螺合する雄ねじを有して回転シャフト４８の回転によって進退する可動体としてもよい。

可動体としてのナット７８の前方部分は、ピストン４２のピストン筒４２ｂに後方から挿入されており、係止リング８４によって、ピストン４２のナット７８からの抜け出しが禁止されている。一方で、ナット７８の先端面８６は、ピストン筒４２ｂの内部に形成された受面８８に当接させられており、それら互いに当接する当接面である先端面８６，受面８８を介して、ナット７８の前進力が、ピストン４２の前進力として伝達される。そのピストン４２の前進力は、すなわち、ピストン４２がブレーキパッド１６ａ，１６ｂの摩擦部材２６をディスクロータ１４に押し付ける力である押付力として機能する。ブレーキパッド１６ａ，１６ｂの摩擦部材２６の偏摩耗や、車両旋回時のディスクロータ１４の傾き等によって、ピストン４２が摩擦部材２６を押し付けているときに、ピストン４２に径方向に傾かせる力が作用する場合がある。その場合、詳しい説明は省略するが、先端面８６と受面８８との径方向におけるズレが許容されることで、ピストン４２のある程度の傾動が許容されることになる。つまり、本アクチュエータ１０は、ピストン傾動許容機構を有しているのである。

回転シャフト４８は、後端部に設けられたフランジ部４８ｃにおいて、スラスト軸受、具体的には、スラスト玉軸受９０を介して、ハウジング４０に支持されている。詳しくは、スラスト玉軸受９０と支持板４０ｅとの間に上記押付力（軸力）を検出するための押付力センサ９２が配設されており、その押付力センサ９２をも介して、ハウジング４０の支持板４０ｅに支持されている。ちなみに、押付力センサ９２は、いわゆるロードセルであり、図では、詳しい構造については省略して示している。さらに、詳しく言えば、本アクチュエータ１０は、ステータ９６，ロータ９８，捩りばねである捩りコイルスプリング１００を含んで構成される後退トルク付与機構１０２（詳しくは後述する）を備えており、そのロータ９６が、スラスト玉軸受９０と回転シャフト４８のフランジ部４８ｃとの間に配設されている。ロータ９８とフランジ部４８ｃとの間には、僅かなクリアランスCLが存在しており（図２では、誇張して描かれている）、ピストン４２が前進して摩擦部材２６をディスクロータ１４に押し付けたときに、押付力の反力によって回転シャフト４８は僅かに後退し、フランジ部４８ｃとロータ９８の前端面９８ａとが接することでクリアランスが解消され、回転シャフト４８は、後端部において、すなわち、後端部に設けられたフランジ部４８ｃにおいて、スラスト玉軸受９０を介してハウジング４０に支持されることになる。

本アクチュエータ１０は、上記押付力センサ９２に加え、モータ軸である中空シャフト５２の回転角（回転位相）を検出するための回転角センサ１０４を備えている。ちなみに、回転角センサ１０４はレゾルバである。

図１に示すように、制御装置であるＥＣＵ１８は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等によって構成されるコンピュータ１１０と、電動モータ４４の駆動回路（ドライバ）であるインバータ１１２とを含んでいる。押付力センサ９２によって検出された押付力FS，回転角センサ１０２によって検出された中空シャフト５２の回転角θは、コンピュータ１１０，インバータ１１２に送られる。

当該アクチュエータ１０の制御について簡単に説明すれば、コンピュータ１１０は、例えば、当該電動ブレーキ装置によって発生させるべき制動力である必要制動力を、ブレーキペダル等のブレーキ操作部材の操作の程度に応じて決定し、その必要制動力に基づいて、押付力FSの目標である目標押付力を決定する。そして、検出される押付力FSが目標押付力となるように、電動モータ４４に供給されるべき電流Ｉである目標供給電流を決定し、その目標供給電流に従って、インバータ１１２は、検出された回転角θに基づいて電動モータ４４を制御する。なお、引摺現象を回避しつつ応答性を良好に保つために、必要制動力が０である場合、すなわち、制動力の要求がない場合において、ディスクロータ１４とパッド１６ａ，１６ｂとの間に適切なクリアランスを存在させることが望ましい。そのため、制動力を減少させる過程において、押付力FSが０となった時点から設定距離だけピストン４２を後退させるべく、上記回転角θに基づいて電動モータ４４の作動が制御される。

［Ｃ］後退トルク付与機構
本アクチュエータ１０において、制動力を発生させている状態において電動モータ４４が作動しなくなるような電気的失陥が生じた場合、電動モータ４４の作動によってはピストン４２を後退させることができず、引摺現象を解消することができない場合があり得る。そのことに配慮し、本アクチュエータ１０では、ピストン４２を後退させる向きのトルクである後退トルクを回転シャフト４８に付与する機構として、先に説明した後退トルク付与機構１０２が設けられている。

斜視図である図４，分解図である図５をも参照しつつ説明すれば、繰り返しになるが、後退トルク付与機構１０２は、捩りばねである捩りコイルばね１００と、ハウジング４０に対して固定的に設けられて捩りコイルばね１００の一端部１００ａを係止するステータ９６と、捩りコイルばね１００の他端部１００ｂを係止してステータ９６に対して回転させられることで捩りコイルばね１００を捩るロータ９８とを含んで構成されている。なお、以下の説明において、回転シャフト４８の回転方向について、ピストン４２が前進するときの回転方向を正転方向と、ピストン４２が後退するときの回転方向を逆転方向と定義し、ロータ９８の回転方向，捩りコイルばね１００の一部分の回転変位の方向についても、回転シャフト４８の回転方向と同様に、図に示すように、当該アクチュエータ１０における正転方向，逆転方向と定義する。

ステータ９６は、概してリング形状をなしている。ステータ９６には、内周部の一部分に軸線方向および径方向に凹む凹所９６ａが形成されている。ロータ９８は、概してハット形状をなしており、胴部９８ｂの一部に切欠９８ｃが形成されている。ロータ９８は、ステータ９６の内側に、ステータ９６と概して同軸的に配置される。捩りコイルばね１００は、断面が長方形をなす線材が複数回巻き回されて形成されており、ステータ９６の内周面とロータ９８の胴部９８ｂの外周面との間の空間に、ステータ９６，ロータ９８と概して同軸的に配置されている。

捩りコイルばね１００の一端部１００ａは、概してＵ字形状に形成されており、そのＵ字の底に相当する部分が、径方向外側に、先端の一方が、径方向内側に、それぞれ突出している。一端部１００ａは、ステータ９６の凹所９６ａ内に係止されている。凹所９６ａには、付勢部材である圧縮コイルスプリング１２０（以下、単に「スプリング１２０」という場合がある）が配設されている。図４は、当該後退トルク付与機構１０２が、後退トルクを付与していない状態（以下、「待機状態」という場合がある）にあり、その待機状態において、スプリング１２０は、ある程度縮められた状態で、捩りコイルばね１００の一端部１００ａを正転方向に付勢している。つまり、ステータ９６の凹所９６ａ，スプリング１２０は、捩りコイルばね１００の一端部１００ａを係止する第１係止部１２２を構成するものとなっており、その一端部１００ａの正転方向の変位を禁止するとともに、スプリング１２０の付勢力に抗した逆転方向の変位を許容するようにされている。

一方で、捩りコイルばね１００の他端部１００ｂは、先端が内側に突出するような鉤状に形成されており、この他端部１００ｂは、ロータ９８の切欠９８ｃによって係止される。つまり、切欠９８ｃは、捩りコイルばね１００の他端部１００ｂを係止する第２係止部１２４として機能する。詳しく言えば第２係止部１２４は、捩りコイルばね１００の他端部１００ｂのロータ９８に対する逆転方向の変位を禁止しているのである。

また、本後退トルク付与機構１０２では、ロータ９８の前端部の周方向における一部に、前端面９８ａの外周よりも径方向に突出する凸部９８ｄが設けられている。この凸部９８ｄは、捩りコイルばね１００の一端部１００ａによって係止されている。詳しく言えば、凸部９８ｄが一端部１００ａに当接することでロータ９８の捩りコイルばね１００に対する逆転方向の変位が禁止されている。そして、図４に示す状態、すなわち、待機状態において、捩りコイルばね１００は、自然状態（弾性トルクを発生させていない状態）からある程度捩られた状態とされている。つまり、ある程度の弾性トルクが発生している状態において、捩りコイルばね１００は、他端部１００ｂが切欠９８ｃによって係止され、一端部１００ａにおいてロータ９８の凸部９８ｄを係止しているのである。したがって、本後退トルク付与機構１０２は、捩りコイルばね１００が、ある程度の弾性トルク、すなわち、設定弾性トルク以上の弾性トルクを、常に発生させるための機構、言い換えれば、捩りコイルばね１００が発生させている弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止する下限トルク確保機構を有しているのである。見方を変えれば、下限トルク確保機構は、捩りコイルばね１００が、設定下限トルクを発生させている状態で、切欠９８ｃによってロータ９８に対する他端部１００ｂの逆転方向の変位が禁止されつつ、一端部１００ａにおいて、自身に対するロータ９８の逆転方向の回転を禁止することで、実現されていると考えることができる。

図２を参照しつつ先に説明したように、ロータ９８の前端面９８ａとフランジ部４８ｃとの間には、僅かなクリアランスCLが存在しており、ピストン４２が前進して摩擦部材２６をディスクロータ１４に押し付けたときに、押付力の反力によって回転シャフト４８は僅かに後退し、フランジ部４８ｃとロータ９８の前端面９８ａとが接することでそのクリアランスCLが解消され、押付力センサ９２によって検出される押付力FSが、設定押付力FS₀となった場合に、フランジ部４８ｃとロータ９８の前端面９８ａとの摩擦力の作用で、回転シャフト４８とロータ９８との相対回転が禁止される。端的に言えば、回転シャフト４８が上記反力を受ける状態、すなわち、実質的な制動力が発生させられている状態において、ロータ９８と回転シャフト４８とを一体的に回転可能とし、回転シャフト４８が上記反力を受けていない状態、すなわち、実質的な制動力が発生させられていないに状態においては、フランジ部４８ｃとロータ９８の前端面９８ａとが互いに離間し、回転シャフト４８とロータ９８との相対回転が許容されている。つまり、後退トルク付与機構１０２は、当該電動ブレーキ装置が実質的な制動力を発生させている状態においてのみ、ロータ９８と回転シャフト４８との相対回転を禁止するクラッチ機構を有しているのである。なお、クラッチ機構に関連して、以下の説明において、ロータ９８と回転シャフト４８とが一体的に回転可能な状態を、クラッチＯＮ状態と、ロータ９８と回転シャフト４８との相対回転が許容されている状態を、クラッチＯＦＦ状態と、それぞれ言う場合があることとする。

以下、図６のグラフ、図７を参照しつつ、本後退トルク付与機構１０２の作用について説明する。ちなみに、図６は、理想的な状態において典型的なブレーキ操作が行われた場合における押付力FS，ロータ９８のステータ９６に対する回転角δ，本後退トルク付与機構１０２が付与する後退トルクTqの経時的変化を示している。

時点ｔ₁においてブレーキ操作が開始され、時点ｔ₁から時点ｔ₂にかけて押付力FSが増加する間、回転シャフト４８は、正転方向に回転させられ、制動力が増加する。実質的な制動力が発生させられた時点、すなわち、押付力FSが設定押付力FS₀となった時点ｔ₁₂において、クラッチＯＦＦ状態からクラッチＯＮ状態に切換わる。クラッチＯＦＦ状態において後退トルク付与機構１０２は、図７（ａ）に示す状態、すなわち、待機状態となっているが、クラッチＯＮ状態となった後には、図７（ｂ）に示すように、制動力の増加、すなわち、押付力FSの増加に伴ってロータ９８が正転方向に回転させられ、それに伴って、捩りコイルばね１００が捩り増されて後退トルクTqが増加する。本後退トルク付与機構１０２は、先に説明したように、下限トルク確保機構を有しており、その下限トルク確保機構によって、捩りコイルばね１００は、待機状態であっても設定下限トルクの弾性トルクを発生させているため、クラッチＯＮ状態に切換わった時点ｔ₁₂において、捩りコイルばね１００が発生させている設定下限トルクに相当する大きさの下限後退トルクTq₀が回転シャフト４８に付与され、その後、押付力FSの増加に伴って、後退トルクTqが、下限後退トルクTq₀から増大する。

時点ｔ₂において制動力すなわち押付力FSが一定となり、その後、制動力を減少させるブレーキ操作により、時点ｔ₃から時点ｔ₄にかけて、回転シャフト４８が逆転方向に回転させられ、それに伴って、押付力FSが減する。その途中、時点ｔ₃₄において、押付力FSが設定押付力FS₀となり、クラッチＯＮ状態からクラッチＯＦＦ状態に切換わる。時点ｔ₃から時点ｔ₃₄の間、ロータ９８の逆転方向の回転によって捩りコイルばね１００は捩り戻され、後退トルクTqは、下限後退トルクTq₀まで減少する。

以上の説明から解るように、実質的な制動力が発生させられている場合には、後退トルク付与機構１０２によって、捩りコイルばね１００の弾性トルクに依拠した後退トルクTqが、回転シャフト４８に付与される。この後退トルクTqは、逆転方向のトルクであるめ、例えば、電気的な失陥等によって電動モータ４４を作動させられない事態が生じたとしても、本アクチュエータ１０では、その後退トルクTqによって、ピストン４２を後退させることが可能となる。したがって、本アクチュエータ１０では、制動力を発生させている状態で電動モータ４４を作動させられない事態が生じても、いわゆる引摺現象を効果的に防止できるのである。

なお、本アクチュエータ１０は、動作変換機構５０の逆効率が相当に低いため、回転シャフト４８に後退トルクを付与する後退トルク付与機構１０２は、特に有意義な機構なのである。また、先に説明した下限トルク確保機構によって、付与される後退トルクTqが上記下限後退トルクTq₀以上とされているため、電動モータ４４が作動し得ない場合でも、充分な力でピストン４２を後退させることが可能とされている。ちなみに、図６のグラフでは誇張して示しているが、設定押付力FS₀は、かなり小さいため、押付力FSが設定押付力FS₀未満となっているときに電動モータ４４が作動し得ない失陥が生じたとしても、殆ど問題とはならない。

さらに、後退トルク付与機構１０２は、押付力FSに依存してクラッチＯＮ状態とクラッチＯＦＦ状態とが切換わる上述のクラッチ機構を有している。そのクラッチ機構によって、制動力が発生させられていないときときに、クラッチＯＦＦ状態が実現させられるのである。したがって、本アクチュエータ１０によれば、制動力を発生させていないときは、摩擦部材２６とディスクロータ１４との間のクリアランスCLを適切に保つために、後退トルクに抗するための電動モータ４４への通電を要しない。

以上、理想的な状態でのブレーキ操作に関連した後退トルク付与機構１０２の作動について説明したが、必ずしも理想的な状態において制動力が発生させられるわけではない。以下に、特別な状況における後退トルク付与機構１０２の作動について説明する。

実際には、例えば、摩擦部材２６が弾性体であること，動作変換機構５０において摩擦ヒステリシスが存在すること等に起因して、制動力を増大させるときの制動力と回転シャフト４８の回転量との関係と、制動力を減少させるときの制動力と回転シャフト４８の回転量との関係が相違する。詳しく言えば、回転シャフト４８を正転方向に回転させたときの制動力の増加のタイミングに比べて、回転シャフト４８を逆転方向に回転させたときの制動力の減少のタイミングは、遅れる。逆に言えば、ある大きさだけ制動力を減少させるときの回転シャフト４８の回転量は、その大きさだけ制動力を増加させるときの回転シャフト４８の回転量と比較して大きい。

したがって、図８（ａ）に、押付力FSとロータ９８の回転角δとの関係で示すように、時点ｔ₃から制動力が減少する場合に、実際には、時点ｔ₂₃において回転シャフト４８の逆転方向の回転が開始されており、時点ｔ₂₃から逆転方向のロータ９８の回転が開始される。そして、制動力が減少して押付力FSが設定押付力FS₀となる時点ｔ₃₄まで、ロータ９８は逆転方向に回転させられるのであるが、その場合、図７（ａ）に示す待機状態よりも逆転方向にロータ９８が回転させられることになる。つまり、図８（ａ）における逆転量Δδだけ逆転方向にロータ９８が回転させられた状態となる。逆に言えば、上記ヒステリシスによって、制動力の減少過程において、クラッチＯＦＦ状態となるべき時点においてクラッチＯＮ状態が継続しつつ制動力が残る事態すなわち制動力残存事態が生じていると考えることができ、その事態を解消するために、さらに回転シャフト４８が逆転方向に回転させられ、クラッチＯＮ状態の下、その回転に伴って逆転方向にロータ９８が回転させられると考えることができる。

仮に、第１係止部１２２による捩りコイルばね１００の一端部１００ａの係止の構造が、その一端部１００ａの逆転方向の変位を許容しない構造である場合、簡単に言えば、一端部１００ａが単にステータに固定された構造である場合を考える。その場合、待機状態において、下限トルク確保機構によってロータ９８が凸部９８ｄにおいてその一端部１００ａに係止されているため、待機状態を超えたロータ９８の逆転方向の回転は不可能である。そして無理に逆転方向にロータ９８を回転させようとすれば、当該後退トルク付与機構１０２に無理な力が作用することになり、当該後退トルク付与機構１０２の損傷に繋がりかねない。ちなみに、ロータ９８の凸部９８ｄがその一端部１００ａに係止されていない構造の場合、つまり、下限トルク確保機構が設けられていない場合でも、捩りコイルばね１００が自然状態を超えて逆方向に捩じられることになり、当該後退トルク付与機構１０２に無理な力が作用する。

上述のことに配慮して、本アクチュエータ１０では、図７（ｃ）に示すように、第１係止部１２２にスプリング１２０が設けられ、そのスプリング１２０の付勢力（圧縮反力）に抗した捩りコイルばね１００の一端部１００ａの逆転方向の変位が許容されているのである。その変位は、スプリング１２０が押し潰されるまで許容され、許容範囲ηは、角度において１０°以上とされている。この範囲であれば、充分に上述の逆転量Δδを吸収することが可能である。なお、時点ｔ₃₄においてクラッチＯＦＦ状態となり、その時点で、後退トルク付与機構１０２は、図７（ａ）に示す待機状態に復帰することになる。

また、例えば、車輪にかかる横力によるディスクロータ１４の傾き，当該電動ブレーキ装置の過熱に伴う熱膨張等が原因で、意図しない制動力が発生する事態、すなわち、外的要因依拠制動力発生事態が生じることも予想される。このような事態が生じた場合、クラッチＯＮ状態となっている。そのような事態を解消するためには、クラッチＯＮ状態のままで電動モータ４４によって回転シャフト４８を逆転方向に回転させる必要がある。この回転シャフト４８の逆転方向の回転、すなわち、制動力解消動作は、後退トルク付与機構１０２のロータ９８の待機状態を超えた逆転方向の回転を伴う。図８（ｂ）を参照しつつ具体的に言えば、制動力の発生に伴って時点ｔ₅において発生した押付力FSを解消させるべく、時点ｔ₆から時点ｔ₇にかけて回転シャフト４８を逆転方向に回転させる場合、時点ｔ₆から押付力FSが設定押付力FS₀となる時点ｔ₆₇までの間、ロータ９８は、待機状態を超えて逆転量Δδだけ逆転方向に回転させられることになる。この制動力解消動作も、上述のように第１係止部１２２によって捩りコイルばね１００の一端部１００ａの逆転方向の変位が許容されていることを利用して、容易に行うことが可能である。

１０：電動ブレーキアクチュエータ１２：ブレーキキャリパ１４：ディスクロータ〔回転体〕１６ａ，１６ｂ：ブレーキパッド１８：電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６：摩擦部材４０：ハウジング〔本体〕４２：ピストン４４：電動モータ４６：減速機構４８：回転シャフト〔回転軸〕５０：動作変換機構９２：押付力センサ９６：ステータ９６ａ：凹所９８：ロータ９８ａ：前端面９８ｂ：胴部９８ｃ：切欠９８ｄ：凸部１００：捩じりコイルばね〔捩じりばね〕１００ａ：一端部１００ｂ：他端部１０２：後退トルク付与機構１２０：圧縮コイルスプリング１２２：第１係止部１２４：第２係止部 FS：押付力 FS₀：設定押付力 CL：クリアランス Tq：後退トルク Tq₀：下限後退トルク δ：ロータの回転角 Δδ：逆転量 η：許容範囲

Claims

車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるための電動ブレーキアクチュエータであって、
本体と、
前記本体に進退可能に保持され、前進することで前記摩擦部材を前記回転体に向かって押すピストンと、
電動モータと、
前記ピストンが前記摩擦部材を前記回転体に押し付ける力の反力を受けるとともに前記電動モータによって回転させられる回転軸を有し、前記電動モータの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と、
捩りばねを有し、その捩りばねが発生させる弾性トルクに依拠して、前記ピストンが後退する方向のトルクである後退トルクを前記回転軸に付与する後退トルク付与機構と
を備え、
その後退トルク付与機構が、
前記本体に対して固定的に設けられ、前記捩りばねの一端部を係止する第１係止部を有するステータと、
前記捩りばねの他端部を係止する第２係止部を有し、前記ステータに対して回転させられることで前記捩りばねを捩るロータと、
前記反力を前記回転軸が受ける状態においてその反力によって前記回転軸と前記ロータとが接触してそれらが一体的に回転し、前記反力を前記回転軸が受けていない状態において前記回転軸と前記ロータとが離間してそれらの相対回転が許容されるようにされたクラッチ機構と
を有し、
前記ピストンが前進するときの前記回転軸の回転方向と同じ回転方向を当該アクチュエータにおける正転方向と定義し、前記ピストンが後退するときの前記回転軸の回転方向と同じ回転方向を当該アクチュエータにおける逆転方向と定義した場合において、
前記第１係止部が、前記捩りばねの一端部の正転方向の変位を禁止するとともに、前記捩りばねの一端部を正転方向に付勢する付勢部材を有して、前記付勢部材による付勢力に抗した前記捩りばねの一端部の逆転方向の変位を許容するように構成された電動ブレーキアクチュエータ。
前記第１係止部が、前記捩りばねの一端部の逆転方向の変位を、少なくとも、１０°以上許容するように構成された請求項１に記載の電動ブレーキアクチュエータ。
前記後退トルク付与機構が、
前記反力を前記回転軸が受けていない状態においても前記捩りばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止する下限トルク確保機構を有する請求項１または請求項２に記載の電動ブレーキアクチュエータ
前記下限トルク確保機構が、前記捩りばねが前記設定下限トルクを発生させている状態で前記捩りばねの一端部が前記ロータの逆転方向の回転を禁止することによって実現されている請求項３に記載の電動ブレーキアクチュエータ。