JP2009101947A - 電動倍力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力伝達機構のベルトが切断しても電動アクチュエータの動力をアシスト部材に伝えることができる電動倍力装置を提供する。
【解決手段】ブレーキペダルから入力ピストン１７に付与される入力推力と電動アクチュエータ２０からブースタピストン１８に付与されるブースタ推力とにより、マスタシリンダ１の圧力室４，５内にブレーキ液圧を発生させる電動倍力装置において、電動アクチュエータ２０内の電動モータ２２の回転力をベルト３１を介してボールねじ機構２３に伝達する動力伝達機構２４に、ベルト３１が正常動作しているときには電動モータ２２の回転力をボールねじ機構２３に伝達せず、該ベルト３１が切断したときには電動モータ２２の回転力をボールねじ機構２３に伝達する歯車機構４０（歯車４１、４２、４４）を併設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のブレーキ系に用いられる倍力装置に係り、より詳しくは電動アクチュエータを倍力源として利用する電動倍力装置に関する。

この種の電動倍力装置としては、特許文献１に記載されたものがある。このものは、ブレーキペダルの操作により進退動する入力部材と、該入力部材と相対移動可能に配置されたアシスト部材と、該アシスト部材を進退移動させる電動アクチュエータとを備えた構造となっており、前記電動アクチュエータは、一例として電動モータと、前記アシスト部材を直動させる回転−直動変換機構と、前記電動モータの回転をベルトを介して前記回転−直動変換機構に伝達する動力伝達機構とからなっている。
特開２００７−１９１１３３号公報（図６）

しかしながら、上記特許文献１に記載された電動倍力装置には、動力伝達機構を構成するベルトが切断したときの特別の対策がなく、万一、ベルトが切断したときには、倍力なしでペダル操作のみでマスタシリンダのピストンを押圧する制動を頼らざるを得ず、運転者に大入力でのペダル操作を強いる状況にあった。

本発明は、上記した技術的背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、動力伝達機構のベルトが切断しても電動アクチュエータの動力をアシスト部材に伝えることができる電動倍力装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、アシスト部材を直動させる回転−直動変換機構に電動モータの回転をベルトを介して伝達する動力伝達機構に、該動力伝達機構のベルトが正常動作しているときには前記モータの回転を前記回転−直動変換機構に伝達せず、該ベルトが切断したときには前記モータの回転を前記回転−直動変換機構に伝達する歯車機構を併設したことを特徴とする。

本発明に係る電動倍力装置によれば、動力伝達機構のベルトが切断しても歯車機構が電動アクチュエータの動力をアシスト部材に伝えるので、装置に対する信頼性が高まる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。

図１および図２は、本発明に係る電動倍力装置の一つの実施形態を示したものである。本実施形態としての電動倍力装置１０は、後述のタンデム型マスタシリンダ１のプライマリピストンとして共用されるピストン組立体１１を内装した装置本体１２を備えている。装置本体１２は、前記マスタシリンダ１を支持する第１の筒体１３と、この第１の筒体１３の後端に同軸に連結された第２の筒体１４と、この第２の筒体１４の後端に取付けられた異形のリヤカバー１５とからなっている。電動倍力装置１０の全体は、装置本体１２のリヤカバー１５に植立したスタッドボルト（図示略）を利用して、エンジンルームと車室とを仕切る隔壁Ｗに固定されるようになっており、この状態でリヤカバー１５の背面側に設けられた中空ボス部１５ａが車室内へ延出される。

タンデム型マスタシリンダ１は、有底のシリンダ本体２と図示を略すリザーバとを備えており、そのシリンダ本体２内の奥側には、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体１１と対をなすセカンダリピストン３が摺動可能に配設されている。シリンダ本体２内にはまた、前記ピストン組立体１１とセカンダリピストン３とにより２つの圧力室４、５が画成されており、前記両ピストン１１、３の前進に応じて各圧力室４、５内に封じ込められているブレーキ液が、図示を略す吐出ポートから対応する系統のホイールシリンダへ圧送される。なお、各圧力室４、５内には、前記プライマリピストンとしてのピストン組立体１１とセカンダリピストン３とを後方へ付勢する戻しばね６、７が配設されている。また、シリンダ本体２には、各圧力室４、５内とリザーバ１１とを連通するリリーフポートが形成されているが、これについては、図示を省略している。

本電動倍力装置１０を構成するピストン組立体１１は、図示を略すブレーキペダルと連動する入力ロッド１６に連結された入力ピストン（入力部材）１７と、該入力ピストン１７の周りにこれと相対移動可能に配置された筒状のブースタピストン（アシスト部材）１８とからなっている。ブースタピストン１８の前端側は、前記マスタシリンダ１内の圧力室（プライマリ室）４に摺動可能に挿入され、一方、入力ピストン１７の前端側は、ブースタピストン１８の内部に突設した環状壁１８ａを挿通して、同じ圧力室４内に挿入されている。ブースタピストン１８とマスタシリンダ１のシリンダ本体２との間、入力ピストン１７とブースタピストン１８との間はそれぞれシールされており、これにより前記圧力室４からマスタシリンダ１外へのブレーキ液の漏出が防止されている。

本電動倍力装置１０は、上記ブースタピストン１８を進退動させる電動アクチュエータ２０を備えている。電動アクチュエータ２０は、装置本体１２の外側に配置され、該装置本体１２を構成する第２の筒体１４に嵌着した支持板２１に固定された電動モータ２２と、前記第２の筒体１４の内部に入力ピストン１７を囲んで配設されたボールねじ機構（回転−直動変換機構）２３と、電動モータ２２の回転を減速してボールねじ機構２３に伝達する動力伝達機構２４とから概略構成されている。

上記ボールねじ機構２３は、軸受（アンギュラコンタクト軸受）２５を介して第２の筒体１４に回動自在に支持されたナット部材（回動部材）２６とこのナット部材２６にボール２７を介して噛合わされた中空のねじ軸（直動部材）２８とからなっている。ねじ軸２８の後端部は、装置本体１２を構成するリヤカバー１５の中空ボス部１５ａに回動不能にかつ摺動可能に嵌合されており、これによりナット部材２６の回転に応じてねじ軸２８が直動するようになっている。

一方、電動アクチュエータ２０を構成する動力伝達機構２４は、電動モータ２２の出力軸２２ａに取付けられた駆動側プーリ２９と、前記ボールねじ機構２３のナット部材２６に回転不能に嵌合された従動側プーリ３０と前記２つのプーリ２９、３０間に掛け回されたベルト（タイミングベルト）３１とからなっている。従動側プーリ３０は駆動側プーリ２９に比べて大径となっており、これにより電動モータ２２の回転は減速してボールねじ機構２３のナット部材２６に伝達される。この場合の減速比Ｎは、駆動側プーリ２９の歯数をＺ１、従動側プーリ３０の歯数をＺ２とすると、Ｎ＝Ｚ１／Ｚ２となる。

上記ボールねじ機構２３を構成する中空のねじ軸２８の前端部には、図２によく示されるように、前記入力ピストン１７を摺動案内するガイドとしても機能するフランジ部材３２が嵌合固定されている。フランジ部材３２は、ねじ軸２８の、図中、左方向への前進に応じて、前記ブースタピストン１８の後端に嵌着した蓋体３３に当接するようになっており、このねじ軸２８の前進に応じてブースタピストン１８も前進する。また、装置本体１２を構成する第１の筒体１３の内部には、該第１の筒体１３に形成した縦壁１３ａに一端が係止され、他端が前記フランジ部材３２に衝合する戻しばね３４が配設されており、ねじ軸２８は、ブレーキ非作動時にはこの戻しばね３４により図示の原位置に位置決めされる。

さらに、入力ピストン１７とブースタピストン１８との相互間には環状室３５が画成されており、この環状室３５には、入力ピストン１７に設けたフランジ部１７ａにそれぞれ一端が係止され、かつブースタピストン１８の環状壁１８ａと蓋体３３とにそれぞれ他端が係止された一対のばね部材（コイルばね）３６が配設されている。この一対のばね部材３６は、ブレーキ非作動時に入力ピストン１７とブースタピストン１８とを相対変位の中立位置に保持するバランスばねとして機能する。

また、装置本体１２を構成するリヤカバー１５と入力ロッド２３との間には、車体に対する入力ピストン１７の絶対変位を検出する変位検出器（ポテンショメータ）３７が配設されると共に、前記電動モータ２２には、回転角度を検出する回転検出器（レゾルバ）３８が内蔵されている。これら変位検出器３７および回転検出器３８の信号は、コントローラ（制御装置）３９に送出されるようになっており、コントローラ３９は、これらの信号に基いて電動モータ２２の回転を制御する。

上記のように構成された電動倍力装置１０においては、ブレーキペダルが操作されると、入力ロッド１６と一体に入力ピストン１７がマスタシリンダ１側へ前進し、その動きが変位検出器３７により検出される。すると、変位検出器３７からの信号を受けてコントローラ３９が電動モータ２２に起動指令を出力し、これにより電動モータ２２が回転して、その回転が動力伝達機構２４を介してボールねじ機構２３のナット部材２８に伝達される。これによりねじ軸２８が前進し、該ねじ軸２８に押されてブースタピストン１８が前進する。この結果、ブレーキペダルから入力ピストン１７に付与される入力推力と電動アクチュエータ２０からブースタピストン１８に付与されるブースタ推力とに応じたブレーキ液圧がマスタシリンダ１内の圧力室４、５に発生する。

このとき、変位検出器３７と回転検出器３８との検出信号に基づき、入力ピストン１７の絶対変位とブースタピストン１８の絶対変位との差により両ピストンの相対変位量が分かる。そこで、入力ピストン１７とブースタピストン１８との間に相対変位が生じないように電動モータ２２の回転を制御すると、両ピストン２１と２２との間に介装した一対のばね部材３６が中立位置を維持する。このときの倍力比は、相対変位量が０であることから、ブースタピストン１８の受圧面積と入力ピストン１７の受圧面積との面積比で一義的に定まり、汎用の真空倍力装置と同様となる。

一方、上記中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を増加させる方向（前方）へブースタピストン１８を相対変位させると、倍力比（制動力）が大きくなり、電動モータ２２が倍力源として働いて、ブレーキアシスト動作が実現する。逆に、中立位置からブースタ推力によりブレーキ液圧を減少させる方向（後方）へブースタピストン１８を相対変位させると、倍力比（制動力）が減少し、回生制動時の回生協調動作が実現する。さらに、ブースタピストン１８の前進によりマスタシリンダ１内の圧力室４、５とリザーバとの連通が遮断されるので、アダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）やヒルスタートアシストなどにおける自動ブレーキ動作も可能となる。

ところで、上記構成の電動倍力装置１０においては、電動アクチュエータ２０内の動力伝達機構２４を構成するベルト３１が切断すると、電動アクチュエータ２０の動力がブースタピストン１８に伝わらず、ペダル操作のみに制動を頼らざるを得ないようになる。そこで、本実施形態においては、動力伝達機構２４に歯車機構４０を併設し、前記ベルト３１の切断時には、この歯車機構４０を作動させてブースタピストン１８に電動アクチュエータ２０の動力を伝達できるようにしている。

より詳しくは、上記歯車機構４０は、図３にも示すように、電動モータ２２の出力軸２２に駆動側プーリ２９と並列して取付けられた駆動側歯車４１と、ボールねじ機構２３のナット部材２６に従動側プーリ３０と並列して回動不能に嵌合された従動側歯車４２と、装置本体１２のリヤカバー１５に設けた回転軸４３に取付けられ、前記両歯車４１、４２に噛合う中間歯車４４とからなっている。ここで、前記した各歯車対のバックラッシュ量は、図４に示すように、駆動側歯車４１と中間歯車４４との間のバックラッシュ量δ１よりも、従動側歯車４２と中間歯車４４との間のバックラッシュ量δ２の方が大きく（δ２＞δ１）設定されている。

上記した歯車機構４０を動力伝達機構２４に併設したことにより、動力伝達機構２４のベルト３１が正常に作動しているとき、すなわち電動モータ２２の回転がベルト３１を介してボールねじ機構２３のナット部材２８に正常に伝達されているときには、上記した各歯車対のバックラッシュ量の差により、駆動側歯車４１と中間歯車４４との歯が接するが、従動側歯車４２と中間歯車４４との歯が接することはない（図４）。すなわち、歯車機構４０は動力伝達に関与せず、動力伝達機構２４を介して動力伝達が行われる。

しかし、動力伝達機構２４のベルト３１が何らかの原因で切断すると、歯車機構４０内の従動側歯車４２と中間歯車４４との歯が接触する。これにより、電動モータ２２の回転が歯車機構４０を介してボールねじ機構２３のナット部材２８に伝達され、本電動倍力装置１０は正常時と同様に動作する。なお、この場合の減速比Ｎ´は、駆動側歯車４１の歯数をＺ１´、従動側歯車４２の歯数をＺ２´とすると、Ｎ´＝Ｚ１´／Ｚ２´となる。

ここで、動力伝達機構２４のベルト３１が切断した場合、従動側歯車４２と中間歯車４４とのバックラッシュ量δ２を補うための歯車対の空転時間、つまり動作遅れが発生する。したがって、この動作遅れの時間を把握できれば、ベルト３１の切断を検出できることになる。この場合、動作遅れの把握方法としては、マスタシリンダ１側に設けられている液圧センサで液圧変動を監視する方法、電動モータ２２の電流を監視する方法等がある。また、歯車機構４０の減速比Ｎ´を動力伝達機構２４の減速比Ｎと異なる値に設定しておけば、ベルト３１が切断した後のマスタシリンダ１の液圧の立上り速度が変化するので、その立上り速度を把握することで、ベルト３１の切断を検出することができる。何れにおいても、ドライバーにベルト切断の警告を早期に発することができる。

図５は、上記した歯車機構の他の実施形態を示したものである。本実施形態としての歯車機構４０Ａは、上記した歯車機構４０において、駆動側歯車４１、従動側歯車４２および中間歯車４４の各歯を交互に異なる磁極となるように磁化させると共に、駆動側歯車４１の歯と中間歯車４４の歯との間に作用する磁力Ｆ１よりも、従動側歯車４１の歯と前記中間歯車４４の歯との間に作用する磁力Ｆ２を大きくした（Ｆ２＞Ｆ１）ことを特徴とする。

上記歯車機構４０Ａにおいては、動力伝達機構２４のベルト３１が正常に作動しているとき、すなわち電動モータ２２の回転がベルト３１を介してボールねじ機構２３のナット部材２８に正常に伝達されているときには、上記した各歯車対のバックラッシュ量の差（図４参照）により、駆動側歯車４１と中間歯車４４との歯が接しようとする。しかし、駆動側歯車４１と中間歯車４４との間に発生する磁力Ｆ１の吸引力よりも、従動側歯車４２と中間歯車４４との発生する磁力Ｆ２の反発力の方が大きいため、駆動側歯車４１と中間歯車４４との歯が接することはない。すなわち、動力伝達機構２４による動力伝達が行われている間は、歯車機構４０Ａの各歯車対４１と４４、４２と４４は非接触状態となり、結果として歯車対の噛合いに伴う騒音発生が解消される。なお、ベルト３１が切断した場合は、磁力Ｆ１，Ｆ２よりも強い力で各歯車対が噛合い、該歯車機構４０Ａを介して動力伝達が行われる。

図６および図７は、上記した歯車機構の他の実施形態を示したものである。本実施形態としての歯車機構４０Ｂは、上記した歯車機構４０において、駆動側歯車４１と従動側歯車４２とに噛合う中間歯車４４を、前記動力伝達機構２４のベルト３１に張力を付与するテンショナ５０に配置したことを特徴としている。テンショナ５０は、駆動側歯車４１の中心軸（出力軸２２ａ）と従動側歯車４２の中心軸（ナット部材２６）とを含む面に対して垂直な方向へ延びる長穴５１を有するベース５２と、このベース５２の長穴５１に沿って移動可能な支軸５３に回動可能に取付けられたロール５４と、前記支軸５３を付勢して常時（図５）はロール５４を前記ベルト３１に押付ける付勢手段（ばね）５５とからなっている。中間歯車４４は、このテンショナ５０のロール５３の支軸５２に該ロール５３と並列して回動可能に取付けられており、常時は、図５に示すように駆動側歯車４１および従動側歯車４２に対する非噛合い位置に位置決めされている。

上記した歯車機構４０Ｂにおいては、動力伝達機構２４のベルト３１が正常に作動しているとき、すなわち電動モータ２２の回転力がベルト３１を介してボールねじ機構２３のナット部材２８に正常に伝達されているときには、図６に示すように駆動側歯車４１および従動側歯車４２に対する非噛合い位置に中間歯車４４が位置決めされているので、歯車機構４０Ｂは動力伝達に関与せず、動力伝達機構２４を介して動力伝達が行われる。しかし、動力伝達機構２４のベルト３１が、何らかの原因で切断すると、図７に示すように、テンショナ５０のロール５３を支持する支軸５２が付勢手段５４の付勢力で上方へ移動する。すると、前記支軸５２（ロール５３）の動きに歯車機構４０Ｂ内の中間歯車４４が追従し、駆動側歯車４１および従動側歯車４２に対する噛合い位置に移動する。これにより、電動モータ２２の回転が歯車機構４０Ｂを介してボールねじ機構２３のナット部材２８に伝達され、本電動倍力装置１０は正常時と同様に動作する。

上記歯車機構４０Ｂの場合は、ベルト３１の正常動作時には、中間歯車４４が非噛合い位置にあるので、上記歯車機構４０のように歯車対のバックラッシュ量に差を付ける必要がなく、また、上記歯車機構４０Ａのように各歯車の歯を磁化させるなどの騒音対策も不要となる。

なお、上記各実施形態においては、歯車機構４０、４０Ａ、４０Ｂを駆動側歯車４１と、従動側歯車４２と中間歯車４４との３つの歯車の組合せとして、動力伝達機構２４のベルト３１の切断時に３つの歯車が機械的に噛合う構成としたが、この歯車機構は、図８および図９に示すように構成することもできる。すなわち、この歯車機構４０Ｃは、前記ボールねじ機構２３のナット部材２６に従動側プーリ３０と並列して回動不能に嵌合された歯車６０と、該歯車６０に噛合され、小形ＤＣモータ６１により回転駆動されるピニオンギヤ６２とからなっている。

上記歯車機構４０Ｃにおいては、ベルト３１の切断を検出する手段からの信号に基いて小形ＤＣモータ６０を起動させることで、ピニオンギヤ６２により歯車６０が回転し、これに応じてボールねじ機構２３が作動してブースタピストン１８（図１、２）に動力が伝達される。この場合、ベルト切断の検出信号としては、小形ＤＣモータ６１に設けたホール素子センサの信号、駆動側プーリ２９を回転させる電動モータ２２の電流を検出する電流検出器の信号などを用いることができる。このような歯車機構４０Ｃとする場合は、上記した駆動側歯車４１や中間歯車４４を省略できるので、装置の小型化、軽量化が可能になる。

本発明の一つの実施形態としての電動倍力装置の全体構造を示す断面図である。 本電動倍力装置の要部を拡大して示す断面図である。 本電動倍力装置を構成する動力伝達機構および歯車機構の実施形態を模式的に示す平面図である。 本電動倍力装置における歯車機構の噛合い状態を示す模式図である。 本電動倍力装置における歯車機構の他の実施形態を示す模式図である。 本電動倍力装置を構成する動力伝達機構および歯車機構の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図６に示した歯車機構のベルト切断時の作動状態を模式的に示す平面図である。 本電動倍力装置を構成する動力伝達機構および歯車機構の他の実施形態を模式的に示す側面図である。 図８に示した動力伝達機構および歯車機構歯車機構を模式的に示す平面図である。

符号の説明

１ タンデム型マスタシリンダ
１０ 電動倍力装置
１１ ピストン組立体
１７ 入力ピストン（入力部材）
１８ ブースタピストン（アシスト部材）
２０ 電動アクチュエータ
２２ 電動モータ
２３ ボールねじ機構（回転−直動変換機構）
２９ 駆動側プーリ
３０ 従動側プーリ
３１ ベルト
４０、４０Ａ〜Ｃ 歯車機構
４１ 駆動側歯車
４２ 従動側歯車
４４ 中間歯車
５０ テンショナ
５４ テンショナのロール

Claims (4)

1. ブレーキペダルの操作により進退動する入力部材と、該入力部材と相対移動可能に配置されたアシスト部材と、該アシスト部材を進退移動させる電動アクチュエータとを備え、前記電動アクチュエータは、電動モータと、前記アシスト部材を直動させる回転−直動変換機構と、前記電動モータの回転をベルトを介して前記回転−直動変換機構に伝達する動力伝達機構とからなる電動倍力装置において、前記動力伝達機構に、該動力伝達機構のベルトが正常動作しているときには前記電動モータの回転を前記回転−直動変換機構に伝達せず、該ベルトが切断したときには前記電動モータの回転を前記回転−直動変換機構に伝達する歯車機構を併設したことを特徴とする電動倍力装置。
2. 前記歯車機構が、動力伝達機構を構成する駆動側プーリと一体に回転する駆動側歯車と、該ベルト伝達機構を構成する従動側プーリと一体に回転する従動側歯車と、前記駆動側歯車と前記従動側歯車とに噛合う中間歯車とからなり、前記従動側歯車と前記中間歯車との間のバックラッシュ量が、前記駆動側歯車と前記中間歯車との間のバックラッシュ量よりも大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。
3. 前記駆動側歯車、前記従動側歯車および前記中間歯車の各歯は、交互に異なる磁極となるように磁化されており、前記従動側歯車の歯と前記中間歯車の歯との間に作用する磁力が、前記駆動側歯車の歯と前記中間歯車の歯との間に作用する磁力よりも大きくなっていることを特徴とする請求項２に記載の電動倍力装置。
4. 前記歯車機構が、動力伝達機構を構成する駆動側プーリと一体に回転する駆動側歯車と、該動力伝達機構を構成する従動側プーリと一体に回転する従動側歯車と、前記動力伝達機構のベルトに張力を付与するテンショナ内のロールの支軸に取付けられた、前記駆動側歯車と前記従動側歯車とに噛合可能な中間歯車とからなり、前記中間歯車は、前記ベルトが切断した際、前記テンショナのロールと共に前記駆動側歯車と従動側歯車とに対する噛合い位置に移動することを特徴とする請求項１に記載の電動倍力装置。

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