KR20160016533A - 전동 파킹 브레이크 장치 및 그 해제 방법 - Google Patents

전동 파킹 브레이크 장치 및 그 해제 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 전동 파킹 브레이크 장치는, 전동 모터의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전-직동 변환 기구에 의해, 파킹 브레이크를 제동 상태로 유지하며, 또한 상기 회전-직동 변환 기구에 의해 해제한다. 파킹 브레이크를 해제하는 경우에, 전동 모터를 PWM 제어로 구동하고, PWM 제어의 개시로부터 소정 시간 경과하면 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경한다. 온/오프 제어에서, 전동 모터의 구동 전류가 스텝형으로 저하되는 변화를 검출함으로써, 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출할 수 있다.

Description

전동 파킹 브레이크 장치 및 그 해제 방법{ELECTRIC PARKING BRAKE SYSTEM AND METHOD FOR RELEASING THE SAME}
본 발명은, 파킹 브레이크의 작동 및 해제를 전동 모터로 행하는 전동 파킹 브레이크 장치 및 그 해제 방법에 관한 것이다.
일본 특허 공개 제2012-229798호 공보에는, 파킹 브레이크 기구를 구비한 디스크 브레이크가 개시되어 있다. 이 파킹 브레이크 기구는, 볼 앤드 램프 기구와 나사 기구를 갖고, 전동 모터의 회전에 의해 볼 앤드 램프 기구와 나사 기구로 피스톤을 제동 위치로 이동시키며, 나사 기구에 의해 피스톤을 제동 위치에 유지한다.
또한, 일본 특허 공개 제2012-101749호 공보에는, 작동 및 해제를 전동 모터와 케이블로 행하는 전동 파킹 브레이크가 개시되어 있다. 이 특허문헌 2에서는, 브레이크의 작동 상태에서, 브레이크 작동 종료 전에 전동 모터의 회전수를 저하시키도록 하고 있다. 전동 모터는, PWM(Pulse Width Modulation) 제어로 구동하고 있고, 회전수를 구동 펄스의 듀티비로 제어한다. PWM 제어는, 온/오프 제어에 비해 모터의 회전수를 저하시킬 수 있기 때문에, 감속 기구의 작동음을 저감하는 유효한 수단이 된다.
그런데, 파킹 브레이크 기구에서는, 브레이크의 밟음량이나 패드의 두께에 따라 피스톤의 스트로크량이 변화되기 때문에, 파킹 브레이크를 해제할 때에, 전동 모터의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전 직동(直動) 기구의 토크 빠짐을 검출할 필요가 있다.
그러나, PWM 제어에서는, 전동 모터가 목표 토크가 되도록 짧은 시간 간격으로 전류 제어를 행하기 때문에, 구동 전류가 스텝형으로 크게 저하되는 것과 같은 변화가 발생하지 않는다. 이 때문에, 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출할 수 없고, 파킹 브레이크를 해제하지 못한 채로 차량을 움직여 버리면, 후륜 끌림을 일으킬 가능성이 있다.
이리하여, 본 발명은, 파킹 브레이크를 해제할 때에, 후륜 끌림의 가능성을 저감할 수 있는 전동 파킹 브레이크 장치 및 그 해제 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전동 파킹 브레이크 장치는, 상기 파킹 브레이크를 해제하는 경우에, 전동 모터를 PWM(pulse width modulation) 제어로 구동하고, PWM 제어의 개시로부터 소정 시간 경과하면 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법은, 전동 모터를 PWM 제어로 구동하는 단계와, PWM 제어의 개시로부터 소정 시간 경과한 것을 검지하는 단계와, 전동 모터를 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 파킹 브레이크를 해제하는 경우에, 전동 모터를 PWM 제어하고, 제어 개시로부터 소정 시간 경과하면 온/오프 제어로 변경함으로써, 전동 모터를 구동하는 구동 전류가 스텝형으로 저하되고, 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출할 수 있다.
또한, 전동 모터를 구동하는 구동 전류가 스텝형으로 저하됨으로써, 브레이크 패드의 로터에 대한 압박력의 저하를 검출할 수 있다.
따라서, 파킹 브레이크의 해제가 검출되기 쉽고, 후륜 끌림의 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 특징은, 첨부 도면을 참조로 하여 이하의 상세한 설명을 읽음으로써 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관련된 전동 파킹 브레이크 장치가 적용되는 디스크 브레이크를 도시한 단면 구성도이다.
도 2는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에 채용된 볼 앤드 램프 기구의 회전 직동 램프의 사시도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에 채용된 피스톤, 나사 기구 및 볼 앤드 램프 기구 등의 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는, 도 1에 도시한 디스크 브레이크에서의 파킹 브레이크의 작용을 단계적으로 도시한 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시형태에 관련된 전동 파킹 브레이크 장치에서의, 파킹 브레이크를 해제할 때의 전동 모터의 제1 제어 동작을 도시한 플로우 차트이다.
도 11은, 파킹 브레이크를 해제할 때에, 전동 모터를 온/오프 제어로 구동하는 경우의 타이밍 차트이다.
도 12는, 파킹 브레이크를 해제할 때에, 전동 모터를 PWM 제어로 구동하는 경우의 타이밍 차트이다.
도 13은, 도 10에 도시한 제1 제어 동작에서의 릴리스 전류 파형, 토크 파형 및 모터 회전수를 도시한 타이밍 차트이다.
도 14는, 본 발명의 실시형태에 관련된 전동 파킹 브레이크 장치에서의, 파킹 브레이크를 해제할 때의 전동 모터의 제2 제어 동작을 도시한 플로우 차트이다.
도 15는, 도 14에 도시한 제2 제어 동작에서의 릴리스 전류 파형, 토크 파형 및 모터 회전수를 도시한 타이밍 차트이다.
우선, 본 발명이 적용되는 디스크 브레이크의 구성과, 파킹 브레이크의 작용에 관해, 도 1 내지 도 9에 기초하여 설명한다. 다음으로, 상기 디스크 브레이크에서의 전동 모터의 제1 제어 동작에 관해 도 10 내지 도 13, 제2 제어 동작에 관해 도 14 및 도 15에 의해 상세히 설명한다.
[디스크 브레이크의 구성]
도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 디스크 브레이크(1)에는, 차량의 회전부에 부착된 디스크 로터(D)를 사이에 두고 축방향 양측에 배치된 한 쌍의 이너 브레이크 패드(2) 및 아우터 브레이크 패드(3)와, 캘리퍼(4)가 설치되어 있다. 본 디스크 브레이크(1)는, 캘리퍼 부동형(浮動型)으로서 구성되어 있다. 또한, 한 쌍의 이너 브레이크 패드(2) 및 아우터 브레이크 패드(3)와, 캘리퍼(4)는, 차량의 너클 등의 비회전부에 고정된 캐리어(5)에 디스크 로터(D)의 축방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다.
캘리퍼(4)의 주체인 캘리퍼 본체(6)는, 차량 내측의 이너 브레이크 패드(2)에 대향하는 기단측에 배치되는 실린더부(7)와, 차량 외측의 아우터 브레이크 패드(3)에 대향하는 선단측에 배치되는 클로부(8)를 갖는다. 실린더부(7)에는, 이너 브레이크 패드(2)측이 개구부(7A)가 되고, 그 반대측이 구멍부(9A)를 갖는 저벽(9)에 의해 폐쇄된 바닥이 있는 실린더(10)가 형성되어 있다. 이 실린더(10)는, 개구부(7A)측의 내주부에 피스톤 시일(11)이 개재되어 있다.
피스톤(12)은, 바닥부(12A)와 원통부(12B)로 이루어지는 바닥이 있는 컵형으로 형성된다. 상기 피스톤(12)은, 상기 바닥부(12A)가 이너 브레이크 패드(2)에 대향하도록 실린더(10) 내에 수용되어 있다. 피스톤(12)은, 피스톤 시일(11)에 접촉한 상태로 축방향으로 이동 가능하게 실린더(10)에 내장되어 있다. 이 피스톤(12)과 실린더(10)의 저벽(9) 사이는, 액압실(13)로서 피스톤 시일(11)에 의해 구획되어 있다. 이 액압실(13)에는, 실린더부(7)에 설치한 도시하지 않은 포트를 통해, 마스터 실린더나 액압 제어 유닛 등의 도시하지 않은 액압원으로부터 액압이 공급되도록 되어 있다. 피스톤(12)은, 이너 브레이크 패드(2)에 대향하는 저면의 외주측에 오목부(14)가 형성되어 있다. 이 오목부(14)는, 이너 브레이크 패드(2)의 배면에 형성되어 있는 볼록부(15)가 걸어맞춰져 있고, 이 걸어맞춤에 의해 피스톤(12)이 실린더(10), 나아가서는 캘리퍼 본체(6)에 대하여 회전 방지되어 있다. 또한, 피스톤(12)의 바닥부(12A)와 실린더(10) 사이에는, 실린더(10) 안으로의 이물의 진입을 막는 더스트 부츠(16)가 개재되어 있다.
캘리퍼 본체(6)의 실린더(10)의 저벽(9)측에는, 기밀적으로 하우징(35)이 부착되어 있다. 상기 하우징(35)의 일단 개구에는, 기밀적으로 커버(39)가 부착되어 있다. 이들 하우징(35)과 실린더(10)는, 시일(51)에 의해 기밀성이 유지되고 있다. 또한, 하우징(35)과 커버(39)는, 시일(40)에 의해 기밀성이 유지되고 있다. 하우징(35)에는, 캘리퍼 본체(6)와 나란히 배열되도록, 모터(전동 모터)(38)가 시일(50)을 통해 밀폐적으로 부착되어 있다. 한편, 본 예에서는, 모터(38)를 하우징(35)의 외측에 배치했지만, 모터(38)를 덮도록 하우징(35)을 형성하여, 하우징(35) 내에 모터(38)를 수용해도 좋다. 이 경우, 시일(50)이 불필요해져, 조립 공정수의 저감을 도모할 수 있다.
캘리퍼 본체(6)에는, 피스톤(12)을 추진하여 제동 위치에 유지시키는 파킹 브레이크 기구인 피스톤 유지 기구(34)와, 모터(38)에 의한 회전을 증력시키는 감속 기구로서의 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)가 구비되어 있다. 상기 피스톤 유지 기구(34), 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)는, 모터(38)의 회전 운동을 피스톤(12)에 전달하는 전달 기구(20)로서 기능하는 것으로, 하우징(35) 내에 수납되어 있다.
피스톤 유지 기구(34)는, 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)로부터의 회전 운동, 즉 모터(38)의 회전을 직선 방향의 운동(이하, 편의상 「직동」이라고 함)으로 변환하고, 피스톤(12)에 추력을 부여하여 피스톤(12)을 이동시키는 볼 앤드 램프 기구(28)와, 상기 볼 앤드 램프 기구(28)의 작동에 의해 피스톤(12)을 압박하는 압박 부재의 일부가 되는 푸시 로드(53)와, 실린더(10)의 저벽(9)과 푸시 로드(53) 사이, 바꿔 말하면, 볼 앤드 램프 기구(28)와 피스톤(12) 사이에 배치되고, 피스톤(12)을 제동 위치에서 유지하는 추력 유지 기구로서의 나사 기구(52)가 구비된다. 상기 피스톤 유지 기구(34), 평기어 다단 감속 기구(37), 유성 기어 감속 기구(36), 피스톤(12), 볼 앤드 램프 기구(28) 및 나사 기구(52) 등은, 모터(38)의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전-직동 변환 기구로서 기능한다.
한편, 피스톤(12)을 추진하는 회전력을 얻기 위해, 모터(38)에 의한 회전을 증력시키는 감속 기구로서의 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)를 설치하고 있지만, 이들은 반드시 설치할 필요는 없다. 모터(38)가 피스톤(12)을 추진하기 위한 회전력을 출력할 수 있는 것이면, 두 감속 기구 중 어느 하나 또는 양자 모두를 생략하는 것이 가능하다.
평기어 다단 감속 기구(37)는, 피니언 기어(42)와, 제1 감속 기어(43)와, 제2 감속 기어(44)를 포함하여 구성된다. 피니언 기어(42)는, 통형상으로 형성되고, 모터(38)의 회전축(38A)에 압입 고정되는 구멍부(42A)와, 외주에 형성되는 기어(42B)를 갖는다. 제1 감속 기어(43)는, 피니언 기어(42)의 기어(42B)에 맞물리는 대직경의 대기어(43A)와, 대기어(43A)로부터 축방향으로 연장되어 형성되는 소직경의 소기어(43B)가 일체적으로 형성되어 있다. 이 제1 감속 기어(43)는, 일단이 하우징(35)에 지지되고 타단이 커버(39)에 지지된 샤프트(62)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 제2 감속 기어(44)는, 제1 감속 기어(43)의 소기어(43B)에 맞물리는 대직경의 대기어(44A)와, 대기어(44A)로부터 축방향으로 연장되어 형성되는 소직경의 선 기어(44B)가 일체 형성되어 있다. 선 기어(44B)는 후술하는 유성 기어 감속 기구(36)의 일부를 구성하고 있다. 이 제2 감속 기어(44)는, 커버(39)에 지지된 샤프트(63)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
유성 기어 감속 기구(36)는, 선 기어(44B)와, 복수 개(본 예에서는 3개)의 플래니터리 기어(45)와, 인터널 기어(46)와, 캐리어(48)를 갖는다. 플래니터리 기어(45)는, 제2 감속 기어(44)의 선 기어(44B)에 맞물리는 기어(45A)와, 캐리어(48)로부터 세워진 핀(47)을 삽입 관통하는 구멍부(45B)를 갖는다. 3개의 플래니터리 기어(45)는, 캐리어(48)의 원주 상에 등간격으로 배치된다.
캐리어(48)는, 원판형으로 형성되고, 그 중심에 다각형 기둥(48A)이 이너 브레이크 패드(2)측으로 돌출 설치된다. 상기 캐리어(48)의 다각형 기둥(48A)은, 후술하는 볼 앤드 램프 기구(28)의 회전 램프(29)의 원기둥부(29B)에 형성한 다각형 구멍(29C)과 감합함으로써, 캐리어(48)와 회전 램프(29)에서 서로 회전 토크를 전달할 수 있도록 되어 있다. 캐리어(48)의 외주측에는 복수의 핀용 구멍(48B)이 형성되어 있다. 상기 각 핀용 구멍(48B)에, 각 플래니터리 기어(45)를 회전 가능하게 지지하는 핀(47)이 압입 고정되어 있다. 상기 캐리어(48) 및 각 플래니터리 기어(45)는, 하우징(35)의 벽면(35A)과, 인터널 기어(46)의 제2 감속 기어(44)측에 일체적으로 형성한 환형 벽부(46B)에 의해 축방향의 이동이 규제되어 있다. 또한, 캐리어(48)에는, 그 중심에 삽입 관통 구멍(48C)이 형성된다. 상기 삽입 관통 구멍(48C)에는, 커버(39)에 지지되고, 제2 감속 기어(44)를 회전 가능하게 지지하는 샤프트(63)가 압입 고정되어 있다. 한편, 본 예에서는, 캐리어(48)에 설치한 다각형 기둥(48A)에 의해 상대적인 회전을 규제하고 있지만, 스플라인이나 키 등 회전 토크를 전달할 수 있는 기계 요소를 채용해도 좋다.
인터널 기어(46)는, 각 플래니터리 기어(45)의 기어(45A)가 각각 맞물리는 내치(內齒)(46A)와, 이 내치(46A)로부터 연속하고 제2 감속 기어(44)측에 일체적으로 형성되어 플래니터리 기어(45)의 축방향의 이동을 규제하는 환형 벽부(46B)로 형성되어 있다. 상기 인터널 기어(46)는, 하우징(35) 내에 압입 고정되도록 되어 있다.
나사 기구(52)는, 피스톤(12)을 제동 위치에서 유지하는 추력 유지 기구로서 구성되고, 후술하는 회전 직동 램프(31)의 원통부(31B)의 외주에 나사 결합하는, 스크류 부재로서의 베이스 너트(33)와, 푸시 로드(53)에 나사 결합하는, 접촉 부재로서의 너트(55)를 구비한다.
푸시 로드(53)는, 플랜지부(53A)와 나사 결합부(53C)가 일체적으로 형성되어 구성된다. 상기 플랜지부(53A)는, 스러스트 베어링(56)을 사이에 두고, 볼 앤드 램프 기구(28)의 회전 직동 램프(31)에 축방향으로 대향 배치된다. 플랜지부(53A)와 후술하는 리테이너(26) 사이에는, 코일 스프링(27)이 개재되어 있다. 코일 스프링(27)은, 푸시 로드(53)를 항상 스러스트 베어링(56)측, 즉 실린더부(7)의 저벽(9)측으로 압박하고 있다. 또한, 코일 스프링(27)은, 푸시 로드(53)를 통해 후술하는 볼 앤드 램프 기구(28)의 회전 직동 램프(31)를 실린더부(7)의 저벽(9)측으로 압박하고 있다. 상기 푸시 로드(53)에는, 그 플랜지부(53A)의 외주면에 둘레 방향을 따라 볼록부(53B)가 복수 형성되어 있다. 볼록부(53B)는, 후술하는 리테이너(26)의 축경부(縮徑部)(26B)에 둘레 방향을 따라 복수 형성되는 세로로 긴 홈부(26E)에 각각 감합하도록 되어 있다. 이 볼록부(53B)와 세로로 긴 홈부(26E)의 감합에 의해, 푸시 로드(53)는, 세로로 긴 홈부(26E)의 축방향 길이의 범위에서 축방향으로 이동 가능하지만, 리테이너(26)에 대하여 회전 방향으로의 이동이 규제되어 있다.
너트(55)는, 관통 구멍인 구멍부(55A)를 갖고 일단측에 원통부(55B)와 타단측에 플랜지부(54)가 일체적으로 형성되며, 축방향 단면에서 T자형, 외관으로 볼 때 버섯형으로 구성된다. 구멍부(55A) 중 원통부(55B)에 해당하는 위치에는, 푸시 로드(53)의 나사 결합부(53C)와 나사 결합하는, 접촉 부재 나사부로서의 나사 결합부(55C)가 형성되어 있다.
플랜지부(54)의 외주 단부에는, 볼록부(54A)가 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성된다. 이들 각 볼록부(54A)는, 피스톤(12)의 원통부(12B)의 내주면에 축방향으로 연장되어 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 형성된 평면부(12C)에 접촉하도록 되어 있다. 이 접촉에 의해, 너트(55)는, 피스톤(12)에 대하여 축방향으로는 이동 가능하지만, 회전 방향으로의 이동이 규제되어 있다. 너트(55)의 플랜지부(54)의 선단면에는, 경사면(54B)이 형성되어 있다. 상기 경사면(54B)은, 피스톤(12)의 바닥부(12A)의 내측에 형성된 경사면(12D)과 접촉 가능하게 되어 있다. 너트(55)의 플랜지부(54)의 경사면(54B)이 피스톤(12)의 경사면(12D)에 접촉함으로써, 모터(38)로부터의 회전력이, 나사 기구(52)인 푸시 로드(53), 너트(55) 및 플랜지부(54)를 통해 피스톤(12)에 전달되도록 되어 있다. 이에 따라, 피스톤(12)이 전진하도록 되어 있다. 상기 너트(55)의 플랜지부(54)의 볼록부(54A) 및 경사면(54B)에는 홈부[54C(도 3 참조), 54D]가 복수 형성되어 있다. 이들 홈부(54C, 54D)는, 피스톤(12)의 바닥부(12A)와 플랜지부(54)에 의해 둘러싸인 공간을 액압실(13)에 연통시켜, 브레이크액의 유통을 가능하게 하고, 상기 공간의 에어 배출성을 확보하도록 하고 있다.
푸시 로드(53)와 너트(55)의 나사 결합부(53C, 55C)는, 피스톤(12)으로부터 회전 직동 램프(31)로의 축방향 하중에 의해서는 너트(55)가 회전하지 않도록, 그 역효율이 0 이하가 되도록, 즉 불가역성이 큰 나사로 설정되어 있다. 본 예에 있어서는, 푸시 로드(53)와 접촉 부재인 너트(55)로 압박 부재가 구성되어 있다.
볼 앤드 램프 기구(28)는, 입력 부재로서의 회전 램프(29)와, 종동 부재로서의 회전 직동 램프(31)와, 회전 램프(29)와 회전 직동 램프(31) 사이에 개재되는 볼(32)을 구비한다. 본 예에 있어서, 회전 직동 램프(31)는, 스크류 부재로서의 베이스 너트(33)와 전술한 나사 기구(29)로서의 기능도 갖고 있다.
회전 램프(29)는, 원판형의 회전 플레이트(29A)와, 상기 회전 플레이트(29A)의 대략 중심으로부터 일체적으로 연장되는 원기둥부(29B)로 이루어지고, 축방향 단면이 T자형이도록 형성된다. 상기 원기둥부(29B)는, 베이스 너트(33)의 저벽(33A)에 형성한 삽입 관통 구멍(33D) 및 실린더(10)의 저벽(9)에 형성한 구멍부(9A)에 삽입 관통되어 있다. 상기 원기둥부(29B)의 선단에는, 캐리어(48)에 마련된 다각형 기둥(48A)이 감합하는 다각형 구멍(29C)이 형성되어 있다. 또한, 회전 플레이트(29A)의 원기둥부(29B)측과 반대측의 면에는, 둘레 방향을 따라 소정의 경사각을 갖고 원호형으로 연장되고 직경 방향에서 원호형 단면을 갖는 복수, 본 예에 있어서는 3개의 볼 홈(29D)이 형성되어 있다.
또한, 회전 플레이트(29A)는, 베이스 너트(33)의 저벽(33A)에 대하여, 스러스트 베어링(30)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있다. 실린더(10)의 저벽(9)의 구멍부(9A)와 회전 램프(29)의 원기둥부(29B)의 외주면 사이에는 시일(61)이 형성되어, 액압실(13)의 액밀성이 유지되고 있다. 상기 회전 램프(29)의 원기둥부(29B)의 선단부에는 고정 링(64)이 장착되어 있어, 회전 램프(29)의 캘리퍼 본체(6)에 대한 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)측으로의 이동, 즉 로터 축방향으로의 이동이 규제되어 있다. 그리고, 상기와 같은 회전 램프(29)의 규제에 의해, 베이스 너트(33)는, 캘리퍼 본체(6)에 대하여 로터 축방향으로 이동하지 않도록 되어 있다. 따라서, 베이스 너트(33)에 형성된 암나사부(33C)도 캘리퍼 본체(6)에 대하여 로터 축방향으로 이동하지 않도록 되어 있다.
회전 직동 램프(31)는, 도 2에도 도시된 바와 같이, 원판형의 회전 직동 플레이트(31A)와, 상기 회전 직동 플레이트(31A)의 외주 단부로부터 세워져 있는 원통부(31B)로 이루어지는 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있다. 회전 직동 플레이트(31A)의, 회전 램프(29)의 회전 플레이트(29A)와의 대향면에는, 둘레 방향을 따라 소정의 경사각을 갖고 원호형으로 연장되고 직경 방향에서 원호형 단면을 갖는 복수 개, 본 예에 있어서는 3개의 볼 홈(31D)이 형성되어 있다. 또한, 원통부(31B)의 외주면에는, 베이스 너트(33)의 원통부(33B)의 내주면에 형성한 암나사부(33C)와 나사 결합하는 수나사부(31C)가 형성되어 있다.
베이스 너트(33)는, 저벽(33A)과, 상기 저벽(33A)의 외주 단부로부터 세워져 있는 원통부(33B)로 이루어지는 바닥이 있는 통형상으로 형성되어 있다. 상기 원통부(33B)의 내주면에는, 회전 직동 램프(31)의 원통부(31B)의 외주면에 형성한 수나사부(31C)와 나사 결합하는 암나사부(33C)가 형성된다. 베이스 너트(33)의 저벽(33A)의 대략 중심에는 회전 램프(29)의 원기둥부(29B)가 삽입 관통되는 삽입 관통 구멍(33D)이 형성되어 있다. 그리고, 베이스 너트(33)는, 그 원통부(33B) 내에 회전 직동 램프(31) 및 회전 램프(29)의 회전 플레이트(29A)를 수용하도록 하여, 그 저벽(33A)의 삽입 관통 구멍(33D)에 회전 램프(29)의 원기둥부(29B)가 삽입 관통되어 있다. 또한, 베이스 너트(33)는, 저벽(33A)이 실린더(10)의 저벽(9)과 회전 램프(29)의 회전 플레이트(29A) 사이에 배치된 스러스트 베어링(30)과 스러스트 베어링(58) 사이에 협지되어 있다.
이에 따라, 베이스 너트(33)는, 스러스트 베어링(58) 및 스러스트 와셔(57)를 통해, 실린더(10)의 저벽(9)에 대하여 회전 가능하게 지지되도록 되어 있다. 그러나, 베이스 너트(33)는, 그 외주에 형성한 복수의 볼록부(33E)(도 3 참조)가 리테이너(26)에 형성한 오목부(26G)(도 3 참조)와 감합함으로써 리테이너(26)에 대한 상대적인 회전 이동이 규제되어 있다. 또한, 리테이너(26)의 대경부(26A)의 후단부에는, 복수의 클로부(26F)(도 3 참조)가 형성되어 있고, 상기 리테이너(26) 내의 소정 위치에 베이스 너트(33)를 조립한 후, 각 클로부(26F)를 리테이너(26)의 중심 방향으로 꺾어 넣음으로써, 베이스 너트(33)의 제2 감속 기어(44)측으로의 이동이 규제되도록 되어 있다.
또한, 회전 직동 램프(31)의 원통부(31B)의 수나사부(31C) 및 베이스 너트(33)의 원통부(33B)에 형성한 암나사부(33C)는, 회전 램프(29)를 한방향으로 회전시켜, 회전 램프(29) 및 회전 직동 램프(31)의 대향하는 볼 홈(29D, 31D) 사이에서의 볼(32)의 구름 작용에 의해 회전 직동 램프(31)가 회전 램프(29)로부터 이격되는 경우, 회전 직동 램프(31)가 회전 램프(29)와 동일한 방향으로 회전했을 때에, 회전 직동 램프(31)가 베이스 너트(33)로부터 이격되도록 형성되어 있다.
볼(32)은, 구름 부재로서의 강철구로 이루어지고, 본 예에 있어서는 3개가 설치되어 있다. 볼(32)은, 회전 램프(29)의 회전 플레이트(29A)의 각 볼 홈(29D)과, 회전 직동 램프(31)의 회전 직동 플레이트(31A)의 각 볼 홈(31D) 사이에 각각 1개씩 개재되어 있다. 그리고, 회전 램프(29)에 회전 토크를 가하면, 볼 홈(29D와 31D) 사이를 볼(32)이 구르도록 되어 있다. 여기서, 볼(32)이 구르면, 회전 직동 램프(31)는, 베이스 너트(33)와 나사 결합하고 있기 때문에, 베이스 너트(33)가 실린더(10)에 대하여 회전하고 있지 않을 때에는, 베이스 너트(33)에 대하여 회전하면서 축방향으로 추진하도록 되어 있다.
이때, 회전 직동 램프(31)는, 볼(32)의 구름에 의해 발생하는 회전 직동 램프(31)의 회전 토크와, 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부인 수나사부(31C) 및 암나사부(33C)의 회전 저항 토크가 균형 잡힐 때까지, 축방향으로 추진되도록 되어 있다. 또한, 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합 부분인 수나사부(31C) 및 암나사부(33C)는, 피스톤(12)으로부터 회전 직동 램프(31)로의 축방향 하중에 의해서는 베이스 너트(33)가 회전하지 않게, 즉 수나사부(31C) 및 암나사부(33C)의 역효율이 0 이하가 되도록, 바꿔 말하면 불가역성이 큰 나사로 설정되어 있다. 한편, 볼 홈(29D, 31D)은, 둘레 방향을 따른 경사의 도중에 리세스를 형성하거나, 경사를 도중에 변화시켜 구성하도록 해도 좋다.
리테이너(26)는, 전체가 대략 통형상으로 구성되고, 실린더(10)의 저벽(9)측에 위치하는 대경부(26A)와, 이 대경부(26A)로부터 실린더(10)의 개구(7A) 방향을 향해 축경되는 축경부(26B)와, 이 축경부(26B)로부터 실린더(10)의 개구(7A) 방향을 향해 연장되는 소경부(26C)로 구성되어 있다. 대경부(26A)의 선단부(도 1 중 우측)에는, 중심측으로 부분적으로 꺾어 넣어져 베이스 너트(33)를 거는 복수의 클로부(26F)(도 3 참조)가 형성되어 있다. 또한, 리테이너(26)의 축경부(26B)에는, 둘레 방향을 따라 복수 형성한 세로로 긴 홈부(26E)가 형성되고, 푸시 로드(53)의 플랜지부(53A)에 형성한 복수의 대응하는 볼록부(53B)가 감합되어 있다. 이 감합에 의해, 푸시 로드(53)는, 리테이너(26)에 대하여 회전 방지되고, 세로로 긴 홈부(26E)를 리테이너(26)에 대하여 축방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
또한, 리테이너(26)의 소경부(26C)의 외주에는, 한방향 클러치 부재로서의 스프링 클러치(65)의 코일부(65A)가 감겨져 있다. 이 스프링 클러치(65)는, 리테이너(26)가 한방향으로 회전할 때에는 회전 토크를 부여하지만, 다른 방향으로 회전할 때에 회전 토크를 거의 부여하지 않도록 되어 있다. 여기서는, 너트(55)가 볼 앤드 램프 기구(28)의 방향으로 이동할 때의 회전 방향에 대하여 회전 저항 토크를 부여하도록 하고 있다.
상기 스프링 클러치(65)의 회전 저항 토크의 크기는, 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)가 축방향에서 서로 근접할 때, 코일 스프링(27)의 압박력에 의해 발생하는 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부(31C, 33C)의 회전 저항 토크보다 큰 것으로 되어 있다. 또한, 스프링 클러치(65)의 선단측(도 1 중 좌측)에는, 링부(65B)가 형성되어 있고, 너트(55)의 각 볼록부(54A)와 마찬가지로, 피스톤(12)의 평면부(12C)와 접촉하고 있다. 이에 따라, 스프링 클러치(65)는, 피스톤(12)에 대하여 축방향의 이동은 가능하지만, 회전 방향으로의 이동이 규제되도록 되어 있다. 본 예에 있어서는, 회전 직동 램프(31)의 수나사부(31C), 베이스 너트(33), 리테이너(26), 푸시 로드(53) 및 너트(55)에 의해, 나사 기구가 구성되어 있다.
모터(38)에는, 상기 모터(38)를 구동 제어하는 구동 제어 장치인 ECU(70)가 접속되어 있다. ECU(70)에는, 파킹 브레이크의 작동 및 해제를 지시하기 위해 조작되는 파킹 스위치(71)가 접속되어 있다. 한편, ECU(70)에는, 버튼이나 레버에 의한 수동의 스위치 조작뿐만 아니라, 도시하지 않은 차량측으로부터의 신호, 예컨대 CAN(Controller Area Network)으로부터의 정보에 기초하여, 파킹 스위치(71)의 조작에 의하지 않고 작동시킬 수도 있다.
다음으로, 전술한 디스크 브레이크(1)의 작용을 설명한다.
[통상의 액압 브레이크로서의 작용]
우선, 브레이크 페달의 조작에 의한 통상의 액압 브레이크로서의 디스크 브레이크(1)의 제동시에서의 작용을 설명한다. 운전자에 의해 브레이크 페달이 밟히면, 브레이크 페달의 밟음력에 따른 액압이 마스터 실린더로부터 액압 회로(모두 도시하지 않음)를 거쳐 캘리퍼(4) 내의 액압실(13)에 공급된다. 이에 따라, 피스톤(12)이 피스톤 시일(11)을 탄성 변형시키면서 비제동시의 원위치로부터 전진(도 1의 좌측 방향으로 이동)하여 이너 브레이크 패드(2)를 디스크 로터(D)에 압박한다. 그리고 캘리퍼 본체(6)는, 피스톤(12)의 압박력의 반력에 의해 캐리어(5)에 대하여 도 1에서의 우측 방향으로 이동하여, 클로부(8)에 부착된 아우터 브레이크 패드(3)를 디스크 로터(D)에 압박한다. 그 결과, 디스크 로터(D)가 한 쌍의 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)에 의해 사이에 끼워져 마찰력이 발생하고, 나아가서는 차량의 제동력이 발생하게 된다.
그리고, 운전자가 브레이크 페달을 해방시키면, 마스터 실린더로부터의 액압의 공급이 중단되어 액압실(13) 내의 액압이 저하된다. 이에 따라, 피스톤(12)은, 피스톤 시일(11)의 탄성 변형의 복원력에 의해 원위치까지 후퇴하여 제동력이 해제된다. 또한, 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)의 마모에 따라 피스톤(12)의 이동량이 증대되어 피스톤 시일(11)의 탄성 변형의 한계를 넘으면, 피스톤(12)과 피스톤 시일(11) 사이에 미끄러짐이 생긴다. 이 미끄러짐에 의해 캘리퍼 본체(6)에 대한 피스톤(12)의 원위치가 이동하여, 패드 클리어런스가 일정하게 조정되도록 되어 있다.
[파킹 브레이크의 작용]
다음으로, 차량의 정지 상태를 유지하기 위한 파킹 브레이크로서의 작용을 도 4에 기초하여 도 1도 참조하면서 설명한다. 도 1 및 도 4는, 파킹 브레이크가 해제되어 있는 상태를 도시하고 있다. 이 상태로부터 파킹 스위치(71)가 조작되어 파킹 브레이크를 작동시킬 때에는, ECU(70)에 의해 모터(38)가 구동되어, 평기어 다단 감속 기구(37)를 통해 유성 기어 감속 기구(36)의 선 기어(44B)가 회전한다. 이 선 기어(44B)의 회전에 의해, 각 플래니터리 기어(45)를 통해 캐리어(48)가 회전한다. 캐리어(48)의 회전력은, 회전 램프(29)에 전달된다.
여기서, 볼 앤드 램프 기구(28)의 회전 직동 램프(31)는, 푸시 로드(53)를 통해 전달되는 코일 스프링(27)의 압박력 때문에, 캘리퍼 본체(6)에 대하여 전진(도 1 중 좌측 방향으로 이동)하므로, 어느 일정 이상의 추력, 나아가서는 회전 토크 T1이 요구되었다. 이에 비하여, 한 쌍의 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)와 디스크 로터(D)가 접촉하고 있지 않고, 피스톤(12)으로부터 디스크 로터(D)에 대한 압박력이 발생하고 있지 않은 상태에서는, 푸시 로드(53)를 회전시키기 위한 필요 회전 토크 T2가, 회전 직동 램프(31)를 전진시키기 위한 필요 회전 토크 T1보다 충분히 작아져 있다. 또한, 파킹 브레이크를 작동시킬 때에는, 스프링 클러치(65)에 의한 회전 저항 토크 T3도 부여되지 않는다.
이 때문에, 캐리어(48)로부터 회전 램프(29)로의 회전력의 전달 초기에는, 회전 직동 램프(31)가 전진하지 않으므로, 도 5에 도시한 바와 같이, 회전 램프(29)와 회전 직동 램프(31)가 함께 회전하기 시작한다. 이 회전력은, 기계 손실분을 제외한 대부분이 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부(31C, 33C)로부터 리테이너(26) 및 푸시 로드(53)를 통해 나사 기구(52)에 전달된다. 따라서, 기계 효율이 좋은 상태에서 나사 기구(52)가 작동하게 된다. 즉, 캐리어(48)는, 그 회전력에 의해 회전 램프(29), 회전 직동 램프(31), 베이스 너트(33), 리테이너(26) 및 푸시 로드(53)를 함께 일체가 되어 회전시킨다. 이 푸시 로드(53)의 회전에 의해 너트(55)가 전진(도 1 중 좌측 방향으로 이동)하여, 너트(55)의 플랜지부(54)의 경사면(54B)이 피스톤(12)의 경사면(12D)에 접촉하고, 경사면(12D)을 압박함으로써 피스톤(12)이 전진하게 된다.
또한 모터(38)가 구동되어, 나사 기구(52)의 작용에 의해 피스톤(12)에 의한 디스크 로터(D)에 대한 압박력이 발생하기 시작하면, 이번에는, 그 압박력에 따르는 축력에 의해 푸시 로드(53)와 너트(55)의 나사 결합부에서 발생하는 회전 저항이 증대되어, 너트(55)를 전진시키기 위한 필요 회전 토크 T2가 증대되어 간다. 그리고, 필요 회전 토크 T2는, 볼 앤드 램프 기구(28)를 작동, 즉 회전 직동 램프(31)를 전진시키기 위한 필요 회전 토크 T1보다 커진다. 이 결과, 푸시 로드(53)의 회전이 정지되고, 푸시 로드(53)와 상대적인 회전이 규제되는 리테이너(26)를 통해 베이스 너트(33)의 회전이 정지된다. 그렇게 하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 회전 직동 램프(31)가 회전하면서 축방향으로 전진함으로써, 나사 기구(52), 즉 푸시 로드(53) 및 너트(55)를 통해 피스톤(12)이 전진하고, 피스톤(12)의 디스크 로터(D)에 대한 압박력이 증대된다.
이때, 회전 직동 램프(31)에는, 회전 램프(29)로부터의 회전 토크의 부여에 의해, 볼 홈(31D)에서 발생하는 추력과, 베이스 너트(33)의 나사 결합에 의해 발생하는 추력의 합계가 부여된다. 또한, 이때, 푸시 로드(53)는, 코일 스프링(27)의 압박력에 대항하여 전진하도록 되어 있다. 한편, 본 예에서는, 처음에, 나사 기구(52)가 작동하는 것에 의해 너트(53)가 전진함으로써 피스톤(12)을 전진시켜 디스크 로터(D)에 대한 압박력을 얻기 때문에, 나사 기구(52)의 작동에 의해 한 쌍의 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)의 경시적(經時的)인 마모에 의해 변화되는 피스톤(12)에 대한 너트(53)의 원위치를 조정할 수 있다.
여기서, 볼 앤드 램프 기구(28)의 리드(L)[회전 램프(29)가 1회전할 때의 회전 직동 램프(31)의 진행량]는, 다음 식으로 표시된다.
L=Lscrew×LB&R/(Lscrew+LB&R)
다만, Lscrew는, 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부(31C, 33C)의 리드이고, LB&R은, 각 볼 홈(29D, 31D)에서의 리드이다. 예컨대, Lscrew=3 ㎜, LB&R=3 ㎜로 하면, L=1.5 ㎜가 되고, 리드를 작게 하여 증력비(회전 토크에 대한 추력)를 높일 수 있다.
그리고, ECU(70)는, 한 쌍의 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)로부터 디스크 로터(D)로의 압박력이 소정치에 도달할 때까지, 예컨대 모터(38)의 전류치가 소정치에 도달할 때까지 모터(38)를 구동한다. 그 후, ECU(70)는, 디스크 로터(D)에 대한 압박력이 소정치에 도달하면, 모터(38)에 대한 통전을 정지한다. 그렇게 하면, 볼 앤드 램프 기구(28)는, 회전 램프(29)의 회전이 정지되기 때문에, 각 볼 홈(29D, 31D) 사이에서의 볼(32)의 구름 작용에 의한 회전 직동 램프(31)에의 추력 부여가 없어진다. 회전 직동 램프(31)에는 디스크 로터(D)에의 압박력의 반력이 피스톤(12) 및 나사 기구(52)를 통해 작용하지만, 회전 직동 램프(31)는 베이스 너트(33)와의 사이에서 역작동하지 않는 수나사부(31C) 및 암나사부(33C)로 나사 결합되어 있기 때문에, 회전 직동 램프(31)는 회전하지 않고 정지 상태가 유지되어, 피스톤(12)이 제동 위치에 유지된다. 이에 따라 제동력의 유지가 이루어져 파킹 브레이크의 작동이 완료된다.
다음으로, 파킹 브레이크를 해제할 때에는, 파킹 스위치(71)의 파킹 해제 조작에 기초하여, ECU(70)는, 피스톤(12)을 복귀시키는, 즉 피스톤(12)을 디스크 로터(D)로부터 이격시키게 되는 회전 방향으로 모터(38)를 구동한다. 이 파킹 브레이크를 해제할 때의 모터(38)의 제어에 관해서는, 후술하는 [전동 모터의 제1 제어 동작] 및 [전동 모터의 제2 제어 동작]에서 상세히 설명한다. 이에 따라, 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)가 피스톤(12)을 복귀시키는 방향으로 작동한다. 이때, 회전 램프(29)에는, 축력이 작용하고 있지 않기 때문에, 볼(32)이 회전 램프(29) 및 회전 직동 램프(31)의 각 볼 홈(29D, 31D) 사이에서의 초기 위치[볼 앤드 램프 기구(28)의 초기 위치]로 복귀할 때까지, 회전 램프(29)는, 회전 직동 램프(31)에 회전 토크를 전달할 수는 없다. 따라서, 해제 초기 단계에서는, 회전 램프(29)만이 회전하게 된다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 회전 램프(29)가 회전하여, 볼(32)이 회전 램프(29) 및 회전 직동 램프(31)의 각 볼 홈(29D, 31D) 사이에서의 초기 위치로 복귀하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 회전 램프(29)는, 볼(32)을 통해 회전 직동 램프(31)에 회전 토크를 전달하기 시작한다. 이 해제 중기 단계에서는, 디스크 로터(D)에의 압박력의 반력이 너트(55)에 부여되고 있기 때문에, 회전 램프(29)는, 회전 직동 램프(31)를 회전시킬 수 없도록 되어 있다. 이와 같이, 볼 앤드 램프 기구(28)는, 이너 브레이크 패드(2)의 릴리스(Release) 제어의 개시 후에, 모터(38)의 회전에 대하여 피스톤(12)의 작동을 일시적으로 정지시킨다.
즉, 대직경의 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부인 수나사부(31C)와 암나사부(33C)를 상대 회전시키는 필요 회전 토크 T4는, 푸시 로드(53)와 너트(55)의 나사 결합부(53C, 55C)를 회전시키기 위해 필요한 회전 토크 T5와 스프링 클러치(65)에 의한 회전 저항 토크 T3의 합계 필요 회전 토크 T5+T3보다 작아지게 된다. 이 때문에, 회전 램프(29)의 회전에 의해, 회전 직동 램프(31), 리테이너(26) 및 푸시 로드(53)는, 일체가 되어 스프링 클러치(65)의 압박력에 대항하여 회전한다. 이에 따라, 푸시 로드(53)와 너트(55)가 상대 회전하여 너트(55)는 피스톤(12)으로부터 이격되는 방향으로 후퇴한다.
그리고, 너트(55)의 후퇴에 의해 디스크 로터(D)에의 피스톤(12)의 압박력이 감소하고, 회전 직동 램프(31)의 수나사부(31C)와 베이스 너트(33)의 암나사부(33C)를 상대 회전시키는 필요 회전 토크 T4가 스프링 클러치(65)의 회전 저항 토크 T3보다 작아진다. 이에 따라, 리테이너(26)의 회전이 정지되고, 도 9에 도시한 바와 같이, 회전 직동 램프(31)는, 회전 램프(29)와 함께 베이스 너트(33)에 대하여 회전하면서 후퇴하여, 초기 위치로 복귀하고, 파킹 브레이크의 해제가 완료된다. 여기서, ECU(70)는, 피스톤(12)으로부터 너트(55)가 적절히 이격된 너트(55)의 초기 위치(어플라이 제어의 초기 위치)가 되도록 해제를 위한 모터(38)의 구동 시간이나 모터(38)로의 모터 전류에 기초하여 모터(38)를 정지시키도록 제어하고 있다.
한편, 본 예에서는, 볼(32)을 통해 회전 램프(29)로부터 회전 직동 램프(31)에 회전 토크를 전달했다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 볼(32)을 통하지 않고, 회전 램프(29) 및 회전 직동 램프(31)가 도 4b에 나타내는 위치가 되었을 때에 걸어맞추는 돌기를 회전 램프(29) 및 회전 직동 램프(31) 각각에 형성하도록 해도 좋다. 이들 돌기에 의해 회전 램프(29)가 회전 직동 램프(31)를 직접 회전하게 되고, 볼(32)이나 각 볼 홈(29D, 31D)의 내구성이 향상된다.
[전동 모터의 제1 제어 동작]
다음으로, 파킹 브레이크를 해제할 때의 모터(38)의 제1 제어 동작에 관해, 도 10의 플로우 차트에 의해 설명한다. 전술한 바와 같이, 파킹 스위치(71)의 파킹 해제 조작에 기초하여, ECU(70)는, 피스톤(12)을 디스크 로터(D)로부터 이격시키도록 모터(38)를 구동한다. 이에 따라, 디스크 로터(D)에 압박되어 있던 이너 브레이크 패드(2)의 조임이 해제된다.
이때, 모터(38)에 의해, 이너 브레이크 패드(2)에 대하여, 도 10의 플로우 차트에 도시한 바와 같은 릴리스 제어를 행한다. 우선, ECU(70)에 의해 PWM 제어로 모터(38)의 구동을 개시한다(스텝 S1). 계속되는 스텝 S2에서는, 소정 시간(일정 시간)이 경과했는지의 여부를 판정하여, 소정 시간이 경과할 때까지 PWM 제어로 구동한다. 소정 시간이 경과하면, ECU(70)에 의해, 모터(38)를 PWM 제어로부터 온/오프 제어로 전환하여(변경하여) 구동한다(스텝 S3).
다음 스텝 S4에서는, 모터(38)의 구동 전류의 변화에 의해 디스크 로터(D)에 대한 이너 브레이크 패드(2)의 압박력의 저하, 바꿔 말하면 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐의 검출을 행한다(스텝 S5). 토크 빠짐을 검출하면, 이 정보를 ECU(70)에 공급하고, ECU(70)에서 파킹 브레이크가 해제된 것을 인식한다(스텝 S6). 그리고, 스텝 S3의 전환으로부터 소정 시간, 온/오프 제어를 실행하고 릴리스 동작을 종료한다(스텝 S7, S8). 이에 따라, 디스크 로터(D)로부터 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)가 떨어지고, 파킹 브레이크가 해제된다.
한편, 스텝 S5에서, 토크 빠짐이 검출되지 않는 경우에는, 온/오프 제어로의 전환으로부터 소정 시간 경과할 때까지, 온/오프 제어에 의한 구동 전류의 변화에 의해 토크 빠짐의 검출을 행한다(스텝 S9, S4, S5). 소정 시간이 경과해도 토크 빠짐이 검출되지 않는 경우에는, 파킹 브레이크가 해제되고 있지 않기 때문에, ECU(70)는 차량의 발진을 금지하는 처리를 행하고, 운전자에게 경고 램프나 경고 버저 등으로 통지하며(스텝 S10), 릴리스 제어를 종료한다.
도 11 내지 도 13은 각각, 상기 릴리스 제어중에 있어서, 모터(38)를 온/오프 제어로 구동하는 경우, PWM 제어로 구동하는 경우, 및 본 실시형태의 경우[초기 단계는 모터(38)를 PWM 제어로 구동하고, 소정 시간 경과하면 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경하는 제1 제어 동작]를 대비하여, 릴리스 전류 파형, 토크 파형 및 모터 회전수를 각각 도시하고 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 모터(38)를 온/오프 제어로 구동하면, 릴리스 전류의 초기에는, 모터(38)가 정지 상태로부터 기동하기 때문에 돌입 전류가 흐른다. 그리고, 모터(38)는 기동(시각 t0)으로부터 조금 지연된 시각 t0'에 회전을 시작한다. 시각 t1, t2 사이에 모터(38)의 구동 전류가 스텝형으로 저하, 즉 소정치 이상 급격히 저하되는 것을 검출함으로써, 디스크 로터(D)에 대한 이너 브레이크 패드(2)의 압박력의 저하, 바꿔 말하면 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출한다. 그 후, 소정 시간 경과한 시각 t3에 모터의 구동을 정지한다. 그러나, 시각 t2, t3 사이의 모터 회전수가 비교적 높은(h1) 것에 의해, 감속 기구의 작동음은 커진다.
또한, 도 12에 도시한 바와 같이, 모터(38)를 PWM 제어로 구동하면, 제동력 해제에 필요한 목표 토크 Tm이 되도록 피드백에 의한 전류 제어가 행해지기 때문에, 릴리스 전류는, 시각 t0으로부터 조금씩 목표 토크 Tm에 근접하도록 서서히 변화된다. 이 때문에, 시각 t1, t2 사이의 토크 파형에 급격한 변화가 있음에도 불구하고, 릴리스 전류 파형에 스텝형으로 저하되는 변화가 발생하지 않는다. 이것은, 구동 전류가 급격히 저하되기 전에, 목표 토크 Tm에 근접하도록 피드백으로 복귀시켜 버리기 때문이다. 한편, 모터 회전수는, 온/오프 제어에 비해 낮아지기(h2<h1) 때문에, 감속 기구의 작동음은 작아진다.
이에 비하여, 도 13에 도시한 바와 같이, 모터(38)를 초기 단계에서는 PWM 제어로 구동하고, 소정 시간(Δt1) 경과한 시각 t1에, 온/오프 제어로 변경하여(전환하여) 구동함으로써, 메커니컬 기구에 의한 전류 특성이 나오기 때문에, 릴리스 전류 파형에, 구동 전류가 스텝형으로 낮아지는 기간(시각 t2, t3 사이)이 생긴다. 이 소정 시간 Δt1은, 브레이크 패드인 이너 브레이크 패드(2)의 릴리스 제어 개시 후에 모터(38)의 회전에 대하여 피스톤(12)의 작동이 일시적으로 정지하고 있는 동안의 시간, 또는 피스톤(12)의 작동이 개시되기까지의 시간으로서 설정되고, 일례를 들면 100 msec 정도이다. 이 전류치의 스텝형의 강하를 검출함으로써, 디스크 로터(D)에 대한 이너 브레이크 패드(2)의 압박력의 저하, 바꿔 말하면 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출할 수 있다. 그리고, 시각 t4에 릴리스 제어를 종료한다.
따라서, 본 제1 제어 동작에 의하면, 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 모터(38)의 구동 전류의 변화로 검출할 수 있기 때문에, 파킹 브레이크가 해제된 것이 검출되기 쉽고, 후륜 끌림의 가능성을 저감할 수 있다.
[전동 모터의 제2 제어 동작]
도 14는, 파킹 브레이크를 해제할 때의 모터(38)의 제2 제어 동작을 도시한 플로우 차트이다. 이너 브레이크 패드(2)의 릴리스 제어를 개시하면, 모터(38)를 ECU(70)에 의해 PWM 제어로 구동을 개시한다(스텝 S1). 계속되는 스텝 S2에서는, 소정 시간(일정 시간)이 경과했는지의 여부를 판정하여, 소정 시간이 경과할 때까지 PWM 제어에 의한 모터(38)의 구동을 행한다. 소정 시간이 경과하면, ECU(70)에 의해, 모터(38)를 PWM 제어로부터 온/오프 제어로 전환하여(변경하여) 구동한다(스텝 S3).
다음 스텝 S4에서는, 모터(38)의 구동 전류의 변화에 의해 디스크 로터(D)에 대한 이너 브레이크 패드(2)의 압박력의 저하, 바꿔 말하면 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐의 검출을 행한다(스텝 S5). 토크 빠짐을 검출하면, 이 정보를 ECU(70)에 공급하고, ECU(70)에서 파킹 브레이크가 해제된 것을 인식한다(스텝 S6). 그리고, 온/오프 제어로의 전환으로부터 소정 시간, 모터(38)의 온/오프 제어를 실행한 후(스텝 S7, S8), PWM 제어로 전환한다(스텝 S11). 이 전환으로부터 소정 시간, PWM 제어를 실행하고(스텝 S11, S12), 릴리스 동작을 종료한다. 이에 따라, 디스크 로터(D)로부터 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)가 떨어지고, 파킹 브레이크가 해제된다.
한편, 스텝 S5에서, 토크 빠짐이 검출되지 않은 경우에는, 온/오프 제어로의 전환으로부터 소정 시간이 경과했는지의 여부를 판정하여(스텝 S9), 소정 시간이 경과할 때까지, 온/오프 제어에 의한 구동 전류의 변화에 의해 토크 빠짐의 검출을 행한다(스텝 S9, S4, S5). 온/오프 제어로의 전환으로부터 소정 시간이 경과해도 토크 빠짐이 검출되지 않는 경우에는, 파킹 브레이크가 해제되고 있지 않기 때문에, ECU(70)는 차량의 발진을 금지하는 처리를 행하고, 운전자에게 경고 램프나 경고 버저 등으로 통지하며(스텝 S10), 릴리스 제어를 종료한다.
도 15는, 릴리스 제어중에 있어서의 제2 제어 동작의 릴리스 전류 파형, 토크 파형 및 모터 회전수를 도시하고 있다. 모터(38)를 초기 단계에서는 PWM 제어로 구동하고, 소정 시간(Δt1) 경과한 시각 t1에 온/오프 구동으로 변경하여(전환하여) 구동하면, 릴리스 전류 파형에, 구동 전류가 스텝형으로 낮아지는 기간(시각 t2, t3 사이)이 생긴다. 이 소정 시간 Δt1은, 일례를 들면 100 msec 정도이다. 이 전류치의 스텝형의 강하를 검출함으로써, 디스크 로터(D)에 대한 이너 브레이크 패드(2)의 압박력의 저하, 바꿔 말하면 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 검출할 수 있다. 토크 빠짐을 검출한 후의 시각 t3에, 다시 PWM 제어로 전환하여 구동한다. 그리고, 시각 t4까지의 소정 시간 PWM 제어를 실행하고, 릴리스 제어를 종료한다.
본 제2 제어 동작에 의하면, 회전-직동 변환 기구의 토크 빠짐을 모터(38)의 구동 전류의 변화로 검출할 수 있기 때문에, 파킹 브레이크가 해제된 것이 검출되기 쉽고, 후륜 끌림의 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 토크 빠짐의 검출 후에 PWM 제어로 전환함으로써, 모터(38)의 회전수를 저하(h2)시켜 감속 기구의 작동음, 예컨대 기어가 서로 마찰할 때의 소리를 저감할 수 있다. 따라서, 토크 빠짐의 검출에 의해 후륜 끌림의 가능성을 저감하면서, 감속 기구의 작동음 저감을 실현할 수 있다.
한편, 온/오프 제어로 소정 시간, 토크 빠짐을 검출할 수 없는 경우에, ECU(70)에 의해 차량의 발진을 금지하고, 운전자에게 통지하여 릴리스 제어를 종료하도록 했지만, 토크 빠짐을 검출한 경우와 마찬가지로 PWM 제어로 전환하여, 소정 시간 PWM 제어를 실행하고 나서 릴리스 제어를 종료하도록 해도 좋다.
전술한 바와 같이, 도 1 내지 도 9에 도시한 구성의 디스크 브레이크(1)에서는, 파킹 브레이크와 같은 피스톤(12)을 추진하여 제동 위치에 유지시킬 때에, 한 쌍의 이너 및 아우터 브레이크 패드(2, 3)로부터 디스크 로터(D)에 압박력을 부가할 때에, 기계 효율이 낮은 회전 직동 램프(31)의 나사 결합부(31C)와 베이스 너트(33)의 나사 결합부(33C)를 포함하는 나사 기구(52)와, 기계 효율이 높은 볼 앤드 램프 기구(28)를 조합함으로써, 피스톤 유지 기구(34)의 양호한 작동 효율을 확보하면서, 디스크 로터(D)에 대한 압박력을 유지할 수 있다. 이에 따라, 래칫 기구와 비교하여 그 구성을 간소화할 수 있고, 디스크 브레이크(1)의 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 피스톤(12)에는, 회전 직동 램프(31)와 베이스 너트(33)의 나사 결합 부분인 수나사부(31C) 및 암나사부(33C)로부터의 압박력뿐만 아니라, 볼 앤드 램프 기구(28)로부터의 압박력도 작용하기 때문에, 모터(38)를 소형화해도 원하는 제동력을 얻을 수 있다. 또한, 모터(38)를 소형화(저토크화)함으로써, 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)에 부여되는 토크도 낮게 억제할 수 있기 때문에, 작동음이나 수명의 면에서 유리해진다.
또한, 볼 앤드 램프 기구(28)보다 회전 직동 변환 효율이 좋은 푸시 로드(53)와 너트(55)를 포함하는 나사 기구(52)를 이용하고 있음으로써, 파킹 브레이크를 작동시킬 때의 응답성이 향상되어 있다.
한편, 감속 기구로서 평기어 다단 감속 기구(37) 및 유성 기어 감속 기구(36)를 채용했지만, 사이클로이드 감속기나 파동 감속기 등, 다른 공지된 감속 기구를 채용해도 좋다. 또한, 볼 앤드 램프 기구(28)의 구름체로서 볼(32)을 채용했지만, 내하중성이 우수한 원통 부재를 이용한 롤러 앤드 램프 기구를 채용해도 좋다.
또한, 디스크 로터(D)에 대한 압박력의 해제시, 리테이너(26)에 회전 저항 토크를 부여하는 부재로서 스프링 클러치(65)를 이용했지만, 공지된 핸드 브레이크가 부착된 디스크 브레이크 캘리퍼와 같이, 리테이너(26)에 플랜지부를 형성하고, 와셔 등을 통해 고정 링으로 실린더(10)와의 축방향 이동을 규제하도록 구성해도 좋다. 여기서, 고정 링의 조립 후, 코일 스프링(27)이 수축하도록 설계하면, 코일 스프링(27)에 의한 압박력이 플랜지부, 와셔 및 고정 링에 가해지게 되기 때문에, 이 부위에서 회전 저항 토크를 발생할 수 있다.
또한, 차량의 정지 상태를 유지하기 위한 작용의 일례인, 파킹 브레이크를 예로, 피스톤 유지 기구(34)의 작동을 설명했지만, 파킹 브레이크 이외의 경우, 예컨대, 언덕길에서의 차량의 발진을 보조하기 위한 힐 스타트 어시스트나 힐 다운 어시스트, 액셀러레이터 오프로 정차 상태에 있을 때의 오토 스톱시 등의 경우에, 파킹 브레이크 기구인 피스톤 유지 기구(34)를 작동시키도록 해도 좋다.
또한, 전동 파킹 브레이크 기구를 구비한 디스크 브레이크에 적용하는 예에 관해 설명했지만, 본 발명은, 상기 도 1 내지 도 9에 도시한 구성의 디스크 브레이크에 한정되지 않고, 전동 모터의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전-직동 변환 기구에 의해, 파킹 브레이크를 제동 상태로 유지하며, 또한 상기 회전-직동 변환 기구에 의해 해제하는 전동 파킹 브레이크 장치이면, 다른 여러가지 구성에도 적용 가능하다.
우선권으로 주장되어 있는 2013년 7월 31일자로 출원된 일본 특허 출원 제2014-156915호의 모든 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.
본 발명을 예시 및 설명하기 위해 엄선된 실시형태만이 선택되어 있지만, 청구범위에서 정해지는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서도, 다양한 변형 및 수정이 실시될 수 있음은, 본 개시 내용으로부터 당업자에게 자명하여질 것이다.
또한, 본 발명에 따른 실시형태의 전술한 설명은 단지 예시를 목적으로 주어진 것이고, 본 발명을 한정하려는 의도는 없으며, 본 발명은 첨부된 청구범위와 그 등가물에서 청구되어 있다.

Claims (19)

  1. 전동 모터(38)의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)에 의해, 파킹 브레이크를 제동 상태로 유지하며, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)에 의해 해제하는 전동 파킹 브레이크 장치로서,
    상기 파킹 브레이크를 제어하도록 구성된 구동 제어 장치(70)를 구비하고, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 파킹 브레이크를 해제하는 경우에, 상기 전동 모터(38)를 PWM(pulse width modulation) 제어로 구동하며, 상기 PWM 제어의 개시로부터 정해진 시간 경과하면 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경한 후에, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출한 경우에, 상기 전동 모터(38)를 상기 온/오프 제어에 의한 구동으로부터 상기 PWM 제어에 의한 구동으로 변경하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출한 경우의 상기 PWM 제어는, 정해진 시간 실행하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을, 상기 전동 모터의 온/오프 제어에서 구동 전류가 정해진 값 이상으로 변화하는 가에 기초하여, 검출하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐이 정해진 시간 검출되지 않은 경우에, 차량의 발진을 금지하거나 운전자에게 통지하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이킹 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 파킹 스위치(71) 또는 차량으로부터의 신호에 기초하여 상기 전동 모터(38)를 구동 제어하는 ECU(electronic control unit)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  8. 제1항에 있어서, 브레이크 패드(2, 3)를 로터(D)에 압박하는 피스톤(12)과, 전동 모터(38)의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하여 상기 피스톤(12)을 추진하고, 브레이크 패드(2, 3)를 로터(D)에 압박하여 제동 위치에 유지시키는 전달 기구(20)와, 상기 브레이크 패드(2, 3)의 릴리스 개시 후에, 상기 전동 모터(38)의 회전에 대하여 상기 피스톤(12)의 작동을 일시적으로 정지하는 볼 앤드 램프 기구(28)를 더 구비하고,
    상기 구동 제어 장치(70), 상기 파킹 브레이크를 해제하는 경우에, 상기 브레이크 패드(2, 3)를 로터(D)로부터 릴리스하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이킹 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정해진 시간은, 상기 브레이크 패드(2, 3)의 릴리스 제어 개시 후에 상기 전동 모터(38)의 회전에 대하여 상기 피스톤(12)의 작동이 일시적으로 정지하고 있는 동안의 시간, 또는 상기 브레이크 패드(2, 3)의 릴리스 제어 개시 후에 상기 피스톤의 작동이 개시되기까지의 시간인 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 전동 모터(38)의 온/오프 제어에 구동 전류가 정해진 값 이상으로 변화하는 가에 기초하여, 상기 로터(D)에의 브레이크 패드(2, 3)의 압박력의 저하를 검출하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  11. 제5항 또는 제10항에 있어서, 상기 구동 전류가 정해진 값 이상으로 변화하는 것은, 구동 전류가 스텝형으로 저하되는 변화인 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 구동 제어 장치(70)는, 상기 로터(D)에의 상기 브레이크 패드(2, 3)의 압박력의 저하를 검출하고 나서, 정해진 시간, 상기 전동 모터(38)의 PWM 제어를 행하고, 상기 로터(D)로부터 상기 브레이크 패드(2, 3)를 떨어트리는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치.
  13. 전동 모터(38)의 회전을 직선 방향의 운동으로 변환하는 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)에 의해, 파킹 브레이크를 제동 상태로 유지하며, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)에 의해 해제하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법으로서,
    상기 전동 모터(38)를 PWM(pulse width modulation) 제어로 구동하는 단계와,
    상기 PWM 제어의 개시로부터 정해진 시간이 경과한 것을 검지하는 단계와,
    상기 전동 모터(38)를 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전동 모터(38)를 온/오프 제어에 의한 구동으로 변경한 후에, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출한 경우에, 상기 전동 모터(38)를 상기 온/오프 제어에 의한 구동으로부터 상기 PWM 제어에 의한 구동으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐을 검출한 경우에, 상기 전동 모터를 상기 온/오프 제어에 의한 구동으로부터, 정해진 시간 PWM 제어에 의한 구동으로 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐은, 상기 전동 모터(38)의 온/오프 제어에서 구동 전류가 정해진 값 이상으로 변화하는 가에 기초하여 검출되는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 구동 전류가 정해진 값 이상으로 변화하는 것은, 구동 전류가 스텝형으로 저하되는 변화인 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이크 장치의 해제 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 회전-직동 변환 기구(12, 28, 34, 36, 37, 52)의 토크 빠짐이 정해진 시간 검출되지 않은 경우에, 차량의 발진을 금지하거나 운전자에게 통지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 파킹 브레이킹 장치의 해제 방법.
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