JP2005233228A - Electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータの回転駆動力をねじ機構で直線駆動力に変換して、ブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置に関し、特に、機械式ブレーキの作動機構を組み込んだ電動式ブレーキ装置に関するものである。 The present invention relates to an electric brake device that converts a rotational driving force of an electric motor into a linear driving force by a screw mechanism and presses a brake member against a member to be braked, and more particularly, an electric type incorporating an operating mechanism of a mechanical brake. it relates to the brake system.
車両用ブレーキ装置としては油圧式のものが多く採用されてきたが、近年、ABS(Antilock Brake System)等の高度なブレーキ制御の導入に伴い、これらの制御を複雑な油圧回路なしに行うことができ、コンパクトに設計できる電動式ブレーキ装置が注目されている。電動式ブレーキ装置は、ブレーキペダルの踏み込み信号等で電動モータを作動させ、電動モータの回転駆動力を直線駆動力に変換して、この直線駆動力でブレーキ部材を被制動部材に押圧するものであり、回転駆動力から直線駆動力への変換機構には、ナットとねじ軸が螺合するねじ機構が多く採用されている。 Although many hydraulic brake devices have been adopted as a vehicle brake device, in recent years, with the introduction of advanced brake control such as ABS (Antilock Brake System), these controls can be performed without complicated hydraulic circuits. can, electric brake apparatus which can be designed compact has attracted attention. An electric brake device operates an electric motor in response to a brake pedal depression signal, etc., converts the rotational driving force of the electric motor into a linear driving force, and presses the brake member against the member to be braked with this linear driving force. There, the conversion mechanism from the rotary driving force to the linear driving force, the screw mechanism the nut and the screw shaft is screwed is widely adopted.
前記電動モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するねじ機構には、ナットを回転駆動させてねじ軸を直線駆動するタイプと、逆に、ねじ軸を回転駆動させてナットを直線駆動するタイプとがある。また、これらのねじ機構には、ナットとねじ軸が直接螺合する普通のねじ機構を用いたものと(例えば、特許文献1参照。)、ナットとねじ軸がボールを介して螺合するボールねじ機構を用いたものとがある(例えば、特許文献2参照。)。
Wherein the screw mechanism that converts the linear driving force rotational driving force of the electric motor, and the type of linear driving the screw shaft was rotated the nut, on the contrary, the type of the screw shaft are rotationally driven to linearly drive the nut there is a door. Further, these screw mechanism, the nut and the screw shaft to that using conventional screw mechanism to be screwed directly (e.g., see
特許文献1に記載されたもののように、普通のねじ機構を用いる場合は、ねじの回転摩擦抵抗が大きいので、歯車減速機構を介してナットまたはねじ軸を回転駆動するようにしたものが多い。一方、特許文献2に記載されたもののように、ボールねじ機構を用いる場合は、ねじの回転摩擦抵抗が小さいので、ナットを電動モータのロータと一体に回転させて、ねじ軸を直線駆動するようにしたものが多い。このボールねじ機構を用いたものは、重くて嵩張る歯車減速機構が不要のため、車両のばね下に取り付けられる電動式ブレーキ装置を、コンパクトで軽量に設計できる利点がある。
In the case of using an ordinary screw mechanism like that described in
また、電動式ブレーキ装置には、駐車用等に用いられる機械式ブレーキの作動機構を組み込んだものがある(例えば、特許文献3参照。)。特許文献3に記載されたものは、歯車減速機構を介して普通のねじ機構のねじ軸を回転駆動してナットを直線駆動するとともに、ボールランプ機構とクラッチ機構を介してねじ軸の軸端部に回転力を伝達する回転軸を設け、この回転軸をレバーの操作で回転させることにより、ねじ軸を回転駆動してナットを直線駆動するようにしている。 Further, the electric brake apparatus, there is one that incorporates an actuating mechanism for the mechanical brake to be used in parking or the like (e.g., see Patent Document 3.). Those described in Patent Document 3, with the screw shaft ordinary screw mechanism through a gear reduction mechanism driven to rotate linearly drives the nut, the axial end portion of the screw shaft via the ball ramp mechanism and the clutch mechanism the rotary shaft for transmitting a rotational force provided by rotating the rotary axis of the lever, so that linearly drives the nut by rotating the screw shaft.
上述した特許文献3に記載の機械式ブレーキの作動機構を組み込んだ電動式ブレーキ装置は、ねじ機構のねじ軸の軸端部にボールランプ機構とクラッチ機構を介して回転軸を直列に接続して、ねじ軸を回転駆動するようにしているので、ねじ機構のナットを回転駆動するタイプのものには適用できず、かつ、軸方向長さが長くなって、ホイールと干渉しないように車両のばね下に取り付けるのが難しい問題がある。 The electric brake apparatus incorporating the actuation mechanism of the mechanical brake disclosed in Patent Document 3 described above, by connecting the rotary shaft in series through the ball ramp mechanism and the clutch mechanism to the shaft end of the screw shaft of the screw mechanism Since the screw shaft is rotationally driven, it cannot be applied to the type that rotationally drives the nut of the screw mechanism, and the axial length becomes long so that the vehicle spring does not interfere with the wheel. there is difficult to attach to the bottom problem.
また、特許文献3に記載の電動式ブレーキ装置は、ねじ軸の軸端部に歯車減速機構の歯車が取り付けられているので、機械式ブレーキを効かせるためにねじ軸をクラッチ機構で回転軸と結合した状態では、ブレーキペダルを踏み込んで電動モータを作動させても、ねじ軸がロックされて電動式ブレーキが効かなくなる問題もある。 The electric brake apparatus disclosed in Patent Document 3, since the gears of the gear reduction mechanism in the axial end portion of the screw shaft is mounted, the rotary shaft screw shaft in the clutch mechanism in order to twist the mechanical brake and the bound state, even by operating the electric motor depresses the brake pedal, the locking screw shaft is also made problem ineffective electric brake.
そこで、本発明の課題は、機械式ブレーキの作動機構をコンパクトに組み込むことができ、かつ、電動式ブレーキの効きが妨げられない電動式ブレーキ装置を提供することである。 An object of the present invention, the actuation mechanism of the mechanical brake can be incorporated compactly, and is to provide an electric brake apparatus which effectiveness of the electric brake is not hindered.
上記の課題を解決するために、本発明は、電動モータの回転駆動力でねじ機構のナットを回転させて、ナットに螺合するねじ軸を直線駆動させ、このねじ軸の直線駆動力でブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置において、前記ナットの外周面に一方向クラッチを介して歯車を取り付けて、この歯車と噛み合う歯形を有するレバーを設け、このレバーを操作して歯車を正回転させたときに、前記一方向クラッチが入となって、前記ナットが歯車と供回りして前記ねじ軸がブレーキ部材を押圧する前方側へ直線駆動され、前記レバーを戻し操作して歯車を逆回転させるときは、前記一方向クラッチが切となって、前記歯車のみが空転する構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, the present invention rotates a nut of a screw mechanism with a rotational driving force of an electric motor, linearly drives a screw shaft that is screwed into the nut, and brakes with the linear driving force of the screw shaft. the electric brake apparatus for pressing the member to the braked member by attaching the gear through a one-way clutch to the outer peripheral surface of the nut, the lever having a tooth profile that meshes with the gear provided, the gears by operating the lever When the forward rotation is performed, the one-way clutch is engaged, the nut is rotated with the gear, the screw shaft is linearly driven forward to press the brake member, and the lever is operated to return the gear. When reversely rotating, the one-way clutch is disengaged and only the gear is idled.
すなわち、ねじ機構のナットの外周面に一方向クラッチを介して歯車を取り付けて、この歯車と噛み合う歯形を有するレバーを設け、このレバーを操作して歯車を正回転させたときに、一方向クラッチが入となって、ナットが正回転方向へ供回りしてねじ軸がブレーキ部材を押圧する前方側へ直線駆動され、レバーを戻し操作して歯車を逆回転させるときは、一方向クラッチが切となって、歯車のみが空転するようにすることにより、機械式ブレーキの作動機構をコンパクトに組み込み可能とするとともに、機械式ブレーキを効かせた状態であっても、電動モータでナットを正回転させたときは、歯車が相対的に逆回転となって一方向クラッチが切となり、電動式ブレーキの効きが妨げられずに、ねじ軸がブレーキ部材押圧側へ直線駆動されるようにした。なお、電動式ブレーキを解除する場合は、電動モータを逆転するか、電動モータを停止してねじ軸をブレーキ部材と反対側の後方へ押圧付勢することにより、歯車の回転方向がたに起因するねじ機構の軸方向がた分だけねじ軸をブレーキ部材から後方へ逃がすことができる。 That is, by attaching a gear through a one-way clutch to the outer peripheral surface of the nut of the screw mechanism, a lever having a tooth profile that meshes with the gear provided, when rotated forward gear by operating the lever, the one-way clutch When the nut is rotated in the forward rotation direction and the screw shaft is linearly driven forward to press the brake member, and the lever is operated backward to rotate the gear backward, the one-way clutch is disengaged. Thus, by allowing only the gears to idle, the mechanical brake operating mechanism can be incorporated in a compact manner, and the nut can be rotated forward by the electric motor even when the mechanical brake is in effect. when obtained by the gear becomes the one-way clutch becomes relatively reverse rotation switching, unimpeded effectiveness of the electric brake, the screw shaft is linearly driven to the brake member pressing side It was so. When releasing the electric brake, reverse the electric motor, or stop the electric motor and press and urge the screw shaft to the rear side opposite to the brake member. The screw shaft can escape from the brake member to the rear by an amount corresponding to the axial direction of the screw mechanism.
また、この電動式ブレーキ装置は、ねじ機構のナットが逆回転しようとすると、歯車が相対的に正回転となって一方向クラッチが入となるので、ブレーキ解除時に電動モータを逆転または停止しても、レバーと係合した歯車で拘束されるナットは歯車の回転方向がた分だけしか逆回転できず、ブレーキ部材を押圧したねじ軸は、この歯車の回転方向がたに起因する軸方向がた分しか後方へ戻らない。したがって、ブレーキ部材が摩耗してその押圧位置が徐々に前方へ変化しても、ブレーキ部材押圧後のねじ軸が常に押圧位置近くに保持されるので、優れたブレーキ効きの応答性を自然に確保することができる。 Also, in this electric brake device, when the nut of the screw mechanism tries to reversely rotate, the gear rotates relatively forward and the one-way clutch is engaged. However, the nut constrained by the gear engaged with the lever can only reversely rotate in the rotational direction of the gear, and the screw shaft that presses the brake member has an axial direction due to the rotational direction of the gear. only another minute not return to the rear. Therefore, even if the brake member wears and its pressing position gradually changes forward, the screw shaft after pressing the brake member is always held close to the pressing position, so naturally ensuring excellent braking effectiveness responsiveness can do.
前記ねじ機構を、前記ナットとねじ軸がボールを介して螺合するボールねじ機構とすることにより、重くて嵩張る歯車減速機構を不要として、電動式ブレーキ装置をよりコンパクトで軽量に設計することができる。 Said screw mechanism, by which the nut and screw shaft and a ball screw mechanism screwed through the ball, as unnecessary heavy and bulky gear reduction mechanism, to design the electric brake apparatus more compact and lightweight it can.
本発明の電動式ブレーキ装置は、電動モータの回転駆動力を直線駆動力に変換するねじ機構のナットの外周面に一方向クラッチを介して歯車を取り付けて、この歯車と噛み合う歯形を有するレバーを設け、このレバーを操作して歯車を正回転させたときに、一方向クラッチが入となって、ナットが正回転方向へ供回りしてねじ軸がブレーキ部材を押圧する前方側へ直線駆動され、レバーを戻し操作して歯車を逆回転させたときは、一方向クラッチが切となって、歯車のみが空転するようにしたので、機械式ブレーキの作動機構をコンパクトに組み込むことができ、かつ、機械式ブレーキを効かせた状態であっても、電動モータでナットを一方向クラッチが切となる方向へ自由に回転駆動させて、ねじ軸をブレーキ部材押圧側へ直線駆動でき、電動式ブレーキの効きが妨げられることもない。 The electric brake device according to the present invention includes a lever having a tooth shape that engages with a gear by attaching a gear to an outer peripheral surface of a nut of a screw mechanism that converts the rotational driving force of the electric motor into a linear driving force via a one-way clutch. When the gear is rotated forward by operating this lever, the one-way clutch is engaged, the nut is rotated in the forward rotation direction, and the screw shaft is linearly driven forward to press the brake member. When the lever is turned back and the gear is rotated in reverse, the one-way clutch is disengaged and only the gear is idling, so that the mechanical brake operating mechanism can be compactly incorporated, and , even in a state where twist mechanical brake, a nut free to rotate drive the direction in which the one-way clutch is a switching in the electric motor, can linearly drive the screw shaft to the brake member pressing side, That there is no also hindered effectiveness of Doshiki brake.
また、この電動式ブレーキ装置は、ブレーキ解除時に電動モータを逆転または停止しても、ナットは歯車の回転方向がた分だけしか逆回転できず、ブレーキ部材を押圧したねじ軸は、この歯車の回転方向がたに起因する軸方向がた分しか後方へ戻らないので、ブレーキ部材が摩耗してその押圧位置が徐々に前方へ変化しても、ブレーキ部材押圧後のねじ軸が常に押圧位置近くに保持され、優れたブレーキ効きの応答性を自然に確保することができる。 Further, in this electric brake device, even if the electric motor is reversely rotated or stopped when the brake is released, the nut can only reversely rotate by the amount of rotation of the gear, and the screw shaft that presses the brake member since axial backlash caused by the rotational direction backlash only return backwards, be varied forward its pressing position gradually brake member is worn, the screw shaft is always pressing position near the rear brake member pressing Therefore, it is possible to naturally ensure excellent braking effectiveness.
前記ねじ機構を、ナットとねじ軸がボールを介して螺合するボールねじ機構とすることにより、重くて嵩張る歯車減速機構を不要として、電動式ブレーキ装置をよりコンパクトで軽量に設計することができる。 By making the screw mechanism a ball screw mechanism in which a nut and a screw shaft are screwed together via a ball, a heavy and bulky gear reduction mechanism is unnecessary, and the electric brake device can be designed to be more compact and lightweight. .
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この電動式ブレーキ装置は、図1(a)、(b)に示すように、キャリパ1の内部で被制動部材としてのディスクロータ2の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド3a、3bを対向配置したディスクブレーキであり、キャリパ1に取り付けたモータケーシング4の内周面に電動モータのステータ5を固定して、ロータと一体に形成されたボールねじ機構のナット6をキャリパ1とモータケーシング4とに一対の軸受9で回転自在に支持し、電動モータでナット6を回転駆動することにより、ボール7を介してナット6と螺合するねじ軸8を直線駆動して、ねじ軸8の前端側でブレーキパッド3aをディスクロータ2に押圧するとともに、この押圧の反力でキャリパ1に取り付けられたブレーキパッド3bもディスクロータ2に押圧するものである。なお、ねじ軸8の前端面にはブレーキパッド3a側の突起部と係合する回り止め用の切欠き部8aが設けられ、モータケーシング4の内部はキャリパ1とねじ軸8間に取り付けたブーツ10でシールされている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1A and 1B, this electric brake device has
また、前記ボールねじ機構のナット6の外周面には一方向クラッチ11を介して歯車12が取り付けられ、歯車12と噛み合う歯形を有するレバー13が、ケーシング4に取り付けた軸ボルト14に枢着されている。これらは駐車用等に用いられる機械式ブレーキの作動機構を構成するものであり、レバー13は、機械式ブレーキの操作端である手動レバーやスイッチで駆動されるモータ等にワイヤ15で接続されて、傾動操作されるようになっている。また、レバー13には、機械式ブレーキが解除されたときに傾動を戻すための引張コイルばね16と、傾動の戻し位置を規制するストッパ17が設けられている。
Further, the outer peripheral surface of the
前記一方向クラッチ11は、図2(a)、(b)に示すように、係合子としての複数のニードルころ18をばね19で円周方向へ付勢して楔面20に一方向へだけ係合させるものであり、図2(a)中に矢印で示すように、歯車12を時計回りに正回転させたとき、またはナット6を逆回転させたときに、各ニードルころ18が各楔面20に係合するクラッチ入状態となり、歯車12とナット6が供回りしようとする。また、図2(b)中に矢印で示すように、歯車12を反時計回りに逆回転させたとき、またはナット6を正回転させたときは、各ニードルころ18が各楔面20に係合しないクラッチ切状態となり、歯車12またはナット6は単独で空転する。
The one-
以下に、上述した電動式ブレーキと機械式ブレーキの作動方法を説明する。まず、電動式ブレーキについては、電動モータがブレーキペダル(図示省略)の踏み込み信号で起動され、ねじ軸8が前方へ直線駆動されるようにナット6を正回転させる。したがって、このときは、図2(b)に示したクラッチ切状態となり、ナット6は歯車12に拘束されずに正回転して、前方へ直線駆動されたねじ軸8がブレーキパッド3aを押圧する。また、電動モータは、ブレーキペダルの解除信号でナット6を逆回転させる。このときは、図2(a)に示したクラッチ入状態となり、ナット6は歯車12に拘束されて歯車12の回転方向がた分しか逆回転せず、ねじ軸8がボールねじ機構の軸方向がた分だけブレーキパッド3aから離れる後方へ戻る。なお、この電動式ブレーキの解除は、ねじ軸8をばね等で戻し側の後方へ押圧付勢し、電動モータを停止するのみでねじ軸8を後方へ戻すようにしてもよい。
The following describes the operation method of the electric brake and the mechanical brake as described above. First, the electric brake, the electric motor is activated by depression signal of a brake pedal (not shown), rotated
つぎに、前記機械式ブレーキの作動については、図1(b)中に矢印で示すように、ワイヤ15の引張力でレバー13を反時計回りに傾動操作すると、歯車12が時計回りに正回転して、図2(a)に示したクラッチ入状態となる。したがって、ボールねじ機構のナット6は歯車12と正回転方向へ供回りし、ねじ軸8が前方へ直線駆動されてブレーキパッド3aを押圧する。また、ワイヤ15の引張力が解除されると、引張コイルばね16で逆方向へ付勢されたレバー13は時計回りに戻し傾動され、歯車12が反時計回りに逆回転して、図2(b)に示したクラッチ切状態となる。したがって、このときは、レバー13がストッパ17で規制される戻し位置に傾動されるまで歯車12のみが空転するとともに、電動式ブレーキの解除の場合と同様に、歯車12の回転方向がたに起因するボールねじ機構の軸方向がた分だけねじ軸8がブレーキパッド3aから離れる後方へ戻る。
Next, regarding the operation of the mechanical brake, as shown by an arrow in FIG. 1B, when the
図3は、前記ブレーキパッド3a、3bが摩耗した状態を示す。ブレーキパッド3a、3bが摩耗すると、その押圧位置は前方へ移るように変化するが、上述したように、ブレーキパッド3aを押圧した後のねじ軸8は、歯車12の回転方向がたに起因するボールねじ機構の軸方向がた分だけしか後方へ戻らないので、常に押圧位置の近くに保持される。したがって、電動式ブレーキを作動させるときは勿論、機械式ブレーキを作動させるときも、僅かのねじ軸8の直線駆動量でブレーキパッド3aを押圧することができ、優れたブレーキ効きの応答性を確保することができる。
Figure 3 shows a state in which the
つぎに、前記ブレーキパッド3a、3bが摩耗したときの交換方法を説明する。図3に示したように、ブレーキパッド3a、3bが摩耗すると、ねじ軸8はかなり前方へ移った押圧位置の近くに保持される。この状態で、図4(a)、(b)に示すように、歯車12と噛み合うレバー13を取り外して、電動モータでナット6を逆回転させる。このときは、図2(a)に示したクラッチ入状態となるが、レバー13が取り外されているので歯車12とナット6が自由に供回りする。したがって、ナット6の逆回転によってねじ軸8が後方へ直線駆動され、ブレーキパッド3aとの間に交換用のスペースを開けることができる。
Next, a replacement method when the
上述した実施形態では、電動モータの回転駆動力の変換機構にボールねじ機構を用いたが、本発明に係る電動式ブレーキ装置は、この変換機構に普通のねじ機構を用いたものにも適用することができる。また、機械式ブレーキの作動機構を構成する一方向クラッチに、係合子にニードルころを用いたタイプのものを採用したが、この一方向クラッチは実施形態のものに限定されることはなく、係合子にボールやスプラグ等を用いた他のタイプのものを採用することもできる。 In the embodiment described above, although using a ball screw mechanism converting mechanism of the rotational drive force of the electric motor, electric brake apparatus according to the present invention also applies to those using conventional screw mechanism for this conversion mechanism be able to. Further, the one-way clutch constituting the actuation mechanism of the mechanical brake has been adopted as the type using a needle roller on the engaging member, the one-way clutch is not limited to those embodiments, engagement Other types using balls, sprags, or the like for the combination can also be used.
1 キャリパ
2 ディスクロータ
3a、3b ブレーキパッド
4 モータケーシング
5 ステータ
6 ナット
7 ボール
8 ねじ軸
8a 切欠き部
9 軸受
10 ブーツ
11 一方向クラッチ
12 歯車
13 レバー
14 軸ボルト
15 ワイヤ
16 引張コイルばね
17 ストッパ
18 ニードルころ
19 ばね
20 楔面
1
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