WO2024071318A1 - 電動制動装置 - Google Patents

Abstract

電気モータ１８の回転を直動に変換する直動変換機構２０のナット２６とピストン２１との間に、両者の押圧の伝達を媒介する接続部材２９を介設する。そして、接続部材２９に対して揺動可能にナット２６を設置するとともに、ピストンに対して径方向に移動可能に接続部材２９を設置した。

Description

電動制動装置

　本発明は、電動制動装置に関する。

　電動制動装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献の電動制動装置は、電気モータ、直動変換機構、及びピストンを備えている。直動変換機構は、電気モータにより回転される回転部材と、回転部材の回転に応じて直動する直動部材と、を備えている。直動変換機構の直動部材とピストンとの間には、押圧子が介設されている。ピストン及び押圧子の少なくとも一方には、円弧形状が形成されている。そして、ピストンと押圧子とは、その円弧形状の部分にて接している。こうした電動制動装置では、ピストンに対する押圧子の揺動が許容されている。そしてその揺動を通じて、制動力の発生時のシリンダ等の撓みによる、構成部材の曲げ変形や、シリンダに対するピストンの摺動抵抗の増加を抑えている。

特開２０２０－１９３６４１号公報

　制動力発生時のシリンダ等の歪み方によっては、ピストンに対する押圧子の揺動だけでは、歪みによる曲げ変形や摺動抵抗の増加を十分に抑え切れない場合がある。

　上記課題を解決するための電動制動装置は、シリンダに直動可能に収容されたピストンを有しており、電気モータの回転を動力としたピストンの直動に応じて車輪の制動力を発生する。また、同電動制動装置は、電気モータの回転を受けて回転する回転部材、及び回転部材の回転に応じて直動する直動部材を有する直動変換機構と、直動部材及びピストンの間に介設されて、直動部材とピストンとの間でのシリンダの軸方向の押圧の伝達を媒介する接続部材と、を備えている。そして、同電動制動装置における直動部材は、接続部材に対して揺動可能に設置されており、接続部材は、ピストンに対して、シリンダの径方向に移動可能に設置されている。

　電動制動装置の構成部品の撓み、製造時の加工誤差や組付誤差により、ピストンの中心軸に対してシリンダの中心軸が傾いた状態となる場合がある。そして、シリンダの中心軸とともに、直動変換機構の回転部材の回転軸も、ピストンの中心軸から傾いた状態となって、電動制動装置の構成部品に偏荷重が発生することがある。こうした偏荷重は、構成部品の偏摩耗や曲げ変形の原因となる。

　上記電動制動装置では、接続部材に対する直動部材の揺動と、ピストンに対する接続部材の径方向への移動と、が許容されている。こうした電動制動装置では、シリンダ内でのピストンの位置に拘わらず、ピストンの中心軸に対して傾いたシリンダの中心軸と、回転部材の回転軸とが一致した状態を維持できる。したがって、上記電動制動装置には、シリンダに対するピストンの中心軸の傾きによる構成部品の偏荷重の発生を抑える効果がある。

電動制動装置の一実施形態の断面構造を模式的に示す図である。 同電動制動装置のピストン、接続部材、及び直動変換機構の断面図である。 同電動制動装置の接続部材及び直動部材の斜視構造を示す図である。 同電動制動装置のピストン、接続部材及び直動変換機構の制動力発生時の状態を示す断面図である。 図４の場合よりも摩擦部材の摩耗が進行したときの同電動制動装置のピストン、接続部材及び直動変換機構の制動力発生時の状態を示す断面図である。 電動制動装置の変形例における接続部材及びナットの側面図である。 電動制動装置の変形例における接続部材及びナットの断面図である。

　以下、電動制動装置の一実施形態を図１～図５に従って説明する。
　＜電動制動装置の全体的な構成＞
　まず、図１を参照して、本実施形態の電動制動装置１０の全体的な構成を説明する。本実施形態の電動制動装置１０は、２枚の摩擦部材１１Ａ、１１Ｂでディスクロータ１２を挟圧することで、ディスクロータ１２の回転を制動するキャリパ型のディスクブレーキ装置として構成されている。

　電動制動装置１０は、キャリパ１３を備えている。キャリパ１３は、シリンダボディ１４、ブリッジ部１５、及び爪部１６を備えている。シリンダボディ１４及び爪部１６は、間にディスクロータ１２を挟むように配置されている。ブリッジ部１５は、キャリパ１３にあって、シリンダボディ１４及び爪部１６を連結する部分であり、ディスクロータ１２よりも径方向外側に配置されている。なお、２枚の摩擦部材１１Ａ、１１Ｂのうちの１枚（１１Ａ）は爪部１６に、もう１枚（１１Ｂ）はシリンダボディ１４に、それぞれ組付けられている。また、シリンダボディ１４には、シリンダ１７が設けられている。シリンダ１７は、シリンダボディ１４から見てディスクロータ１２が位置する側に開口した有底円筒状の穴である。

　また、電動制動装置１０は、電気モータ１８、減速機構１９、直動変換機構２０、及びピストン２１を備えている。電気モータ１８は、シリンダボディ１４に組付けられている。減速機構１９は、シリンダボディ１４に組付けられたギアボックス１９Ａの内部に収容されている。直動変換機構２０及びピストン２１は、シリンダボディ１４のシリンダ１７の内部に収容されている。

　減速機構１９は、電気モータ１８の回転を減速して直動変換機構２０に伝達する機構である。本実施形態の電動制動装置１０の場合、複数のギアを有する減速ギア機構を減速機構１９として用いている。図１に示す減速機構１９は、電気モータ１８に連結された第１ギア２２と、直動変換機構２０に連結された第３ギア２４と、第１ギア２２と第３ギア２４との間に介設された第２ギア２３と、を有している。

　直動変換機構２０は、減速機構１９から伝達された回転を直動に変換する機構である。本実施形態の電動制動装置１０の場合、電気モータ１８の回転を受けて回転する回転部材としてのねじ軸２５と、ねじ軸２５の回転に応じて直動する直動部材としてのナット２６と、を備えている。ねじ軸２５は、減速機構１９の第３ギア２４に、一体となって回転するように接続されている。なお、直動変換機構２０は、ねじ軸２５の回転軸が、シリンダ１７の中心軸Ｌと同軸となるように設置されている。

　ピストン２１は、シリンダ１７内に軸方向に直動可能に設置されている。以下の説明では、シリンダ１７の軸方向のうち、ピストン２１から見て摩擦部材１１Ｂが位置する側を軸方向前方Ｆと記載し、その反対側を軸方向後方Ｒと記載する。

　図２に示すように、ピストン２１は、軸方向後方Ｒに開口した有底円筒状の形状をなしており、円管状の側周壁２１Ａと、円盤状の底壁２１Ｂと、を有している。ピストン２１の側周壁２１Ａにより囲繞された空間となった部分には、底壁２１Ｂに接した状態で接続部材２９が設置されている。接続部材２９は、ナット２６とピストン２１との間に介設されて、それらの間でのシリンダ１７の軸方向の押圧の伝達を媒介する部材である。こうした接続部材２９を介したピストン２１及びナット２６の接続構造の詳細は後述する。

　なお、図１に示すように、ねじ軸２５におけるナット２６が噛み合わされる部分よりも軸方向後方Ｒの部分には、拡径したフランジ部２５Ａが設けられている。そして、シリンダ１７の内部には、シリンダ１７の底壁１７Ａとねじ軸２５のフランジ部２５Ａとの間に挟み込まれた状態で、スラストベアリング２７と圧力センサ２８とが設置されている。

　電気モータ１８が回転すると、その回転は、減速機構１９により減速されて直動変換機構２０のねじ軸２５に伝達される。そして、直動変換機構２０は、ねじ軸２５の回転をナット２６の直動に変換する。ナット２６が接続部材２９に接するまで軸方向前方Ｆに移動すると、接続部材２９を介して軸方向前方Ｆに向う押圧がピストン２１に加わる。そして、その押圧は、ピストン２１を介して摩擦部材１１Ｂに伝えられる。電動制動装置１０は、これにより、両摩擦部材１１Ａ、１１Ｂがディスクロータ１２を挟圧することで、制動力を発生している。なお、ピストン２１が摩擦部材１１Ｂに押圧を加えているときの圧力センサ２８には、その押圧に対する反力が、ねじ軸２５のフランジ部２５Ａを介して加えられる。そのため、圧力センサ２８の出力信号は、電動制動装置１０が発生する制動力に対応する信号となる。

　＜ピストン２１及びナット２６の接続構造＞
　次に、図２及び図３を併せ参照して、ピストン２１及びナット２６の接続構造を説明する。図２は、電動制動装置１０のピストン２１、接続部材２９、及び直動変換機構２０の断面構造を示している。また、図３は、接続部材２９及びナット２６の分解斜視構造を示している。

　接続部材２９は、円環柱状の形状をなしている。さらに、接続部材２９は、その軸方向後方Ｒ側の端部に、円錐状をなしたテーパ形状の凹部であるテーパ部２９Ａを有している。一方、ナット２６は、その軸方向前方Ｆの端部に、ねじ軸２５の回転軸上に中心を有した球状の曲面部２６Ａを有している。そして、接続部材２９及びナット２６は、テーパ部２９Ａに対する曲面部２６Ａの線接触を通じて接している。そのため、接続部材２９は、制動力発生時のナット２６からの押圧が加わった状態で、ナット２６に対して２自由度の揺動が可能となる。

　さらに、シリンダ１７の径方向における接続部材２９とピストン２１の側周壁２１Ａとの間の部分には、Ｏリング等の弾性部材３０が介設されている。そのため、ピストン２１に対して接続部材２９は、弾性部材３０の弾性変形により、同ピストン２１の径方向に移動可能となる。

　なお、本実施形態の場合、ピストン２１の材料として、接続部材２９の材料よりも、強度は低いが比重は軽い材料を用いている。例えばピストン２１の材料の一例はアルミ材であり、接続部材２９の材料の一例は鋼材である。

　＜実施形態の作用、効果＞
　本実施形態の作用及び効果について説明する。
　電動制動装置１０は、爪部１６に組付けられた摩擦部材１１Ａと、シリンダボディ１４に組付けられた摩擦部材１１Ｂとによりディスクロータ１２を挟圧することで制動力を発生する。こうした制動力発生時には、摩擦部材１１Ａ、１１Ｂの押圧に対する反力が爪部１６及びシリンダボディ１４に加わる。一方、爪部１６及びシリンダボディ１４は、ディスクロータ１２よりも径方向外側の部分に位置するブリッジ部１５により繋がっている。そのため、摩擦部材１１Ａ、１１Ｂから押圧に対する反力が加わると、キャリパ１３に撓みが発生する。そして、その撓みによりシリンダ１７の中心軸Ｌは、撓みの発生前の位置から傾くようになる。なお、図１には、点線により、制動力発生時のキャリパ１３の撓みの様相を誇張して示している。

　制動力発生時のピストン２１は、摩擦部材１１Ｂに押圧を加えている。そのため、キャリパ１３に撓みが発生しても、摩擦部材１１Ｂの被押圧面に倣ってピストン２１の姿勢は維持される。一方、キャリパ１３の撓みによりシリンダ１７の中心軸Ｌが傾くと、それに倣って直動変換機構２０の姿勢が変化する。そのため、制動力発生時には、ピストン２１の中心軸に対してねじ軸２５の回転軸が傾くことがある。このとき、ピストン２１とナット２６とがリジッドに固定されていれば、ピストン２１、直動変換機構２０等に偏荷重が加わる。こうした偏荷重は、シリンダ１７及びピストン２１の偏摩耗や、ねじ軸２５の曲げ変形の原因となる。

　図４に、ピストン２１、接続部材２９及び直動変換機構２０の制動力発生時の状態を示す。図４の場合、ピストン２１の中心軸Ｌ１に対してシリンダ１７の中心軸Ｌ２が傾いた状態となっている。こうした場合にも、ピストン２１に対して直動変換機構２０が、両中心軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｐを中心として揺動すれば、ねじ軸２５の回転軸がシリンダ１７の中心軸Ｌ２と同軸の状態を維持できるため、偏荷重の発生が抑えられる。本実施形態の場合、直動変換機構２０は、接続部材２９に対するナット２６の揺動が許容された状態でシリンダ１７内に設置されている。接続部材２９に対するナット２６の揺動中心Ｏの位置は、曲面部２６Ａを構成する球状曲面の球の中心である。よって、そうした揺動中心Ｏの位置と両中心軸Ｌ１，Ｌ２との交点Ｐの位置とが一致する場合には、制動力発生時の偏荷重の発生を抑えられる。

　図５には、図４の場合よりも摩擦部材１１Ｂの摩耗が進行したときの制動発生時の状態を示す。摩擦部材１１Ｂが摩耗すると、その分、制動力発生時のピストン２１の位置がディスクロータ１２に近づく。ピストン２１と共に接続部材２９の位置も変化する。そのため、図５の場合のナット２６の揺動中心Ｏの位置は、図４の場合よりもディスクロータ１２に近い位置となる。したがって、この場合には、ナット２６の揺動中心Ｏの位置が、両中心軸Ｌ１，Ｌ２の交点Ｐに対してシリンダ１７の軸方向にずれた位置となってしまう。よって、単に、ピストン２１に対して直動変換機構２０が揺動可能であるだけでは、摩擦部材１１Ｂの摩耗により、制動力発生時の偏荷重の発生を十分に抑えられなくなってしまう。

　これに対して本実施形態の電動制動装置１０では、接続部材２９は、ピストン２１に対する径方向への移動が許容された状態で設置されている。そのため、ナット２６の揺動中心Ｏの位置を、ピストン２１の径方向に移動可能となる。したがって、図５の場合にも、ピストン２１に対する接続部材２９の径方向への移動と、接続部材２９に対するナット２６の揺動と、により、ねじ軸２５の回転軸がシリンダ１７の中心軸Ｌ２と同軸の状態を維持できる。このように、本実施形態の電動制動装置１０には、ピストン２１及びシリンダ１７の中心軸Ｌ１，Ｌ２の傾きが生じたときに、構成部品に偏荷重が発生することを抑制する効果がある。

　また、本実施形態の電動制動装置１０は、シリンダ１７の径方向における接続部材２９及びピストン２１の間の部分に介設された弾性部材３０を備えている。弾性部材３０は、その弾性変形により、ピストン２１に対する接続部材２９の径方向への移動を許容する。一方、弾性部材３０は、接続部材２９をピストン２１の側周壁２１Ａに保持している。そのため、ピストン２１内での接続部材２９の傾きや軸方向への移動が生じ難くなる。

　接続部材２９は、ナット２６と対向する部分に、テーパ形状をなしたテーパ部２９Ａを有している。また、ナット２６は、テーパ部２９Ａと線接触する球状の曲面部２６Ａを有している。そのため、制動力発生時の接続部材２９に対するナット２６の揺動を、簡易な構造で実現できる。ちなみに、こうした接続構造は、ナット２６と接続部材２９とが常時連結されていないため、電動と液圧とを併用する制動装置にも容易に適用できる。

　なお、製造時の加工誤差や組付誤差のため、ピストン２１及びシリンダ１７の中心軸Ｌ１，Ｌ２のずれや傾きが生じることがある。こうした加工誤差、組付誤差による中心軸Ｌ１，Ｌ２のずれや傾きも、電動制動装置１０の構成部品に偏荷重を発生させる要因となる。本実施形態の電動制動装置１０では、こうした加工誤差や組付誤差による中心軸Ｌ１，Ｌ２のずれや傾きに起因した偏荷重の発生も、同様に抑制できる。

　なお、接続部材２９のテーパ部２９Ａは、ナット２６の曲面部２６Ａと線接触している。こうしたテーパ部２９Ａには、制動力発生時に局所的に高い荷重が加わる。本実施形態では、接続部材２９の材料を鋼材としているため、制動発生時に加わる高い荷重に耐える強度を確保できる。一方、ピストン２１は、接続部材２９及び摩擦部材１１Ｂに対する押圧を面で受けるため、要求される強度は、接続部材２９ほど高くない。本実施形態では、ピストン２１の材料をアルミ材としているため、装置の軽量化に寄与できる。

　＜他の実施形態＞
　本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

　・弾性部材３０として、板ばね等のＯリング以外の部材を採用してもよい。
　・例えば図６に示すように、曲面部２６Ａを円筒状の形状とするとともに、テーパ部２９ＡをＶ字谷状の形状とするようにしてもよい。この場合には、接続部材２９に対して直動変換機構２０は１自由度の揺動が可能となる。制動力発生時にキャリパ１３の撓み方がある程度に定まっている場合等には、１自由度の揺動でも偏荷重の発生を抑えられる。

　・ナット２６が接続部材２９に常時接触してピストン２１内での軸方向への接続部材２９の移動を制限している場合等には、弾性部材３０を割愛してもよい。
　・例えば図７に示すように、曲面部２６Ａを接続部材２９に、テーパ部２９Ａをナット２６に、それぞれ設けるようにしてもよい。

　・ナットを回転部材、ねじ軸を直動部材とするように直動変換機構２０を構成してもよい。その場合には、テーパ部２９Ａ又は曲面部２６Ａをねじ軸に設けることになる。
　・接続部材２９に対する直動部材の揺動を可能とするための構造として、ボールジョイント等の、テーパ部２９Ａと曲面部２６Ａとの接触以外の構造を採用してもよい。

　・電動制動装置１０を、湿式の電動制動装置として構成してもよい。湿式の電動制動装置は、シリンダ内でのピストンの往復動により、シリンダに導入されたブレーキ液に押圧を加えることで液圧を発生して、その液圧を用いて制動力を発生する。こうした湿式の電動制動装置でも、外力や構成部品の加工誤差、組付誤差により、ピストンの中心軸とシリンダの中心軸とが傾いた状態となることがある。よって、湿式の電動制動装置においても、上述のような接続部材２９を介したピストン２１、直動部材の接続構造を採用すれば、構成部品の偏荷重の発生が抑えられる。

Claims (3)

1. 　シリンダに直動可能に収容されたピストンを有するとともに、電気モータの回転を動力とした前記ピストンの直動に応じて制動力を発生する電動制動装置であって、
   　前記電気モータの回転を受けて回転する回転部材、及び前記回転部材の回転に応じて直動する直動部材を有する直動変換機構と、
   　前記直動部材及び前記ピストンの間に介設されて、前記直動部材と前記ピストンとの間での前記シリンダの軸方向の押圧の伝達を媒介する接続部材と、
   　を備えており、
   　前記直動部材は、前記接続部材に対して揺動可能に設置されており、
   　前記接続部材は、前記ピストンに対して同ピストンの径方向に移動可能に設置されている
   　電動制動装置。
2. 　前記シリンダの径方向における前記接続部材及び前記ピストンの間の部分には、弾性部材が介設されている請求項１に記載の電動制動装置。
3. 　前記接続部材及び前記直動部材の一方は、他方と対向する部分にテーパ形状をなしたテーパ部を有しており、
   　前記接続部材及び前記直動部材のもう一方は、前記テーパ部と線接触する円筒状又は球状の曲面部を有している
   　請求項１に記載の電動制動装置。

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