JP4068013B2 - 電動式ブレーキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両、特に自動車の制動に利用するブレーキ装置のうち、電圧、電流等の電気エネルギにより制動力を発生させる電動式ブレーキ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の制動を行なう為のブレーキ装置として従来から各種構造のものが開発され、実際に使用されている。特に、自動車の制動を行なうブレーキ装置としては、油圧により制動力を発揮させる油圧式のブレーキ装置が広く使用されている。この様な油圧式のブレーキ装置としては、例えば特許文献１に記載されている様なディスクブレーキ、或は特許文献２に記載されている様なドラムブレーキが広く使用されている。又、特許文献３に記載されている様なドラム型キャリパブレーキも、一部で使用されている。更には、大きな制動力を発生できる構造として、特許文献４に記載されている様な多板式のディスクブレーキ装置も、従来から各種提案されている。
【０００３】
又、近年に於ける車両の高度な制御化の流を受けて、電気エネルギにより制動力を発生させる電動式ブレーキ装置に就いても、各種構造が提案されている。電動式ブレーキ装置は、設置スペース及び製造コストが嵩むマスタシリンダやブースタ（倍力装置）、油圧配管等が不要になり、コスト低減と設置の容易化を図れる他、ブレーキペダルを踏み込んでから制動力が発生するまでの時間を短縮できる可能性がある。更には、走行安定性確保の為の細かい制御も容易になる。
【０００４】
この様な事情で開発が進められている電動式ブレーキ装置として従来から、例えば特許文献５に記載されている様な直動アクチュエータ型のもの、或は特許文献６に記載されている様な回転モータ型のものが知られている。このうちの直動アクチュエータ型のものとしては、上記特許文献５に記載された圧電セラミックを使用するものの他、リニアモータを使用するものが考えられる。これに対して、上記特許文献６等に記載された回転モータ型のものは、電動モータの回転運動を、送りねじ機構等により直線運動に変換するものが考えられる。
【０００５】
一方、電気エネルギにより形状を変化させる電気活性ポリマーに関する発明が、特許文献７、８及び非特許文献１に記載されている。この電気活性ポリマーは、例えば特許文献７の明細書の段落番号［０００８］に記載されている様に、板状のエラストマーポリマーＥＰの両面を一対の電極で挟持して成り、これら両電極同士の間に印加する電圧を調節する事により、上記エラストマーポリマーＥＰを伸縮させるものである。特許文献７、８には、この様な電気活性ポリマーを、バルブ装置、ポンプ装置、ロボット、人工器官等の被駆動部を駆動する為に利用する事が示唆されている。又、非特許文献１には、エレクトロアクティブ高分子を用いた電気活性ポリマーを人工筋肉と称し、効率が高く、歪みが３００％以上、駆動圧力が８ＭＰａ、応答時間が０．５ms以下の、優れた性能を得られる事が紹介されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−１２３０２９号公報
【特許文献２】
特開平９−１００８４９号公報
【特許文献３】
特開昭５９−５０２３４号公報
【特許文献４】
実公平１−４４８２０号公報
【特許文献５】
特開昭６０−１３６６２９号公報
【特許文献６】
特表平１０−５０４８７６号公報
【特許文献７】
特開２００１−２８６１６２号公報
【特許文献８】
特表２００３−５０６８５８号公報
【非特許文献１】
千葉正毅、ＭＥＭＳおよびＮＥＭＳ用誘電エラストマー／ＥＰＡＭ技術と今後の展開、「エレクトロニクス実装技術」Ｖｏｌ８．Ｎｏ．１、株式会社技術調査会２００１年１２月２０日、ｐ．３２〜３８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献５に記載されている様な、圧電セラミックをアクチュエータとして使用した電動式ブレーキ装置の場合、このアクチュエータが発生する押圧力を大きくはできるが、押圧方向の変形量を確保する事は難しい。この為、制動時に於ける上記押圧力を確保（大きく）する設定にすると、非制動時に十分に小さく変形せず、回転部材と摩擦部材とが擦れ合ったままとなる、所謂引き摺りを防止しつつ、大きな制動力を得る事は難しい。この引き摺りの発生は、燃費性能、加速性能を中心とする、車両の走行性能を悪化させる為、好ましくない。これに対して、リニアモータを利用したものでは、変形量を確保して引き摺りを防止できるが、押圧力を確保する事はできない。
【０００８】
一方、特許文献６に記載されている様な回転モータ型の電動式ブレーキ装置は、押圧力の確保と変形量の確保とを両立させる事ができるが、構成部品が多く、重量並びに容積が嵩む。しかも、制動の為の変位時に摩擦係合したり弾性変形する部分が多い為、効率が悪く、エネルギの有効利用を図りにくい。
【０００９】
特許文献７、８及び非特許文献１には、変形量が多く、しかもエネルギの変換効率の良好な電気活性ポリマーの用途に関して各種記載されているが、これは、搬送装置、扉等の開閉装置、ロボットの可動部等の為のアクチュエータであると考えられる（例えば、非特許文献１の第３５頁）。
本発明は、上記電気活性ポリマーを利用する事により、小型で効率の良い電動式ブレーキ装置を実現すべく発明したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の電動式ブレーキ装置は、車輪と共に回転する制動用回転体と、この制動用回転体に対向して設けられた摩擦材と、この摩擦材をこの制動用回転体の被制動面に押し付ける電動式のアクチュエータとを備える。
特に、本発明の電動式ブレーキ装置に於いては、上記アクチュエータが、電気エネルギによりエラストマーの形状を変化させる電気活性ポリマーを含んで構成されたものである。
又、上記制動用回転体は有底円筒状のドラムであり、このドラムの開口部側に配置されたバッキングプレートに、摩擦材を備えた一対のブレーキシューが、この摩擦材を上記ドラムの内周面に対向させて、このドラムの径方向に変位自在に支持されている。
更に、上記電気活性ポリマーは、上記一対のブレーキシューの内周縁よりも中心寄り部分で、これら一対のブレーキシューの、上記ドラムの円周方向一端縁から他端寄り部分に亙りそれぞれ設けられた、上記バッキングプレートに固定の部分の外周面の円周方向全体と、上記一対のブレーキシューの内周縁のうちのこの固定の部分の外周面と対向する部分の円周方向全体との間に配置されている。
【００１１】
【作用】
上述の様に構成する本発明の電動式ブレーキ装置は、電気活性ポリマーへの通電状態を制御する事により、電気活性ポリマーを構成するエラストマーの形状を変化させ、アクチュエータが摩擦材を制動用回転体の被制動面に押し付ける力を、増減若しくは解消させる。上記電気活性ポリマーのエネルギの変換効率は高く、この電気活性ポリマーを含んで構成するアクチュエータの構造は簡素であり、小型且つ高効率に構成でき、しかも、電気エネルギの有効利用により、少ない電気エネルギで大きな制動力を得られる。更には、上記電気活性ポリマーの変形量を大きくして、非制動時に摩擦材と制動用回転体の被制動面とが擦れ合う事も十分に防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜２は、本発明に関する参考例の１例を示している。本参考例の場合には、制動用回転体として、車輪と同心に結合固定された有底円筒状（シャーレ状）のドラム１９を使用している。本参考例は、リーディングトレーリング型と呼ばれるドラムブレーキに関するもので、制動時には、車輪（図示せず）と共に回転する上記ドラム１９の内周面に、一対のブレーキシュー２０、２０に設けた円弧状の摩擦材２１、２１の外周面を押し付ける様に構成している。
【００１３】
この為に、車体（図示しない懸架装置）に支持した状態で回転しないバッキングプレート２２の前面（自動車の幅方向外側の面）の直径方向反対側位置に、アクチュエータ２３とアンカ部材２４とを固定している。そして、上記両ブレーキシュー２０、２０を構成するウェブ２５、２５の円周方向両端部のうちの一端を上記アクチュエータ２３を構成する一対の出力部材２６、２６に、他端を上記アンカ部材２４に、それぞれ突き当てている。上記摩擦材２１、２１は、上記各ウェブ２５、２５の外周縁に固定した裏板２７、２７の外周面に添着している。又、これら両ウェブ２５、２５同士の間にはリターンスプリング２８ａ、２８ｂを掛け渡して、上記両ブレーキシュー２０、２０に、上記バッキングプレート２２の直径方向内側に向く弾力を付与している。上記ドラム１９は、上記両ブレーキシュー２０、２０に被せる様にして設け、このドラム１９の内周面と上記各摩擦材２１、２１の外周面とを対向させている。
【００１４】
本参考例の場合、上記アクチュエータ２３を構成する為に、上記バッキングプレート２２の前面外径寄り部分に、円筒状のハウジング２９を固定している。そして、このハウジング２９の軸方向（図１の左右方向）中間部に設置した電気活性ポリマー３０を、一対の出力部材２６、２６により挟持している。これら両出力部材２６、２６は上記ハウジング２９内に、このハウジング２９の軸方向に変位自在に嵌装されている。又、上記電気活性ポリマー３０には、ケーブル１７ａにより通電自在としている。
【００１５】
上述の様に構成する本参考例の場合、非制動時には、上記電気活性ポリマー３０に通電せず、この電気活性ポリマー３０は、軸方向寸法が縮んでいる。この状態では、上記一対のブレーキシュー２０、２０が上記リターンスプリング２８ａ、２８ｂの弾力により上記バッキングプレート２２の径方向内方に変位し、前記ドラム１９の内周面と上記各摩擦材２１、２１の外周面とは離隔する。又、上記アクチュエータ２３を構成する上記一対の出力部材２６、２６は、上記ハウジング２９内に押し込まれて、互いの間隔が狭まった状態となる。
【００１６】
これに対して、制動を行なう為に上記電気活性ポリマー３０に通電すると、この電気活性ポリマー３０の軸方向寸法が拡がり、上記アクチュエータ２３を構成する上記一対の出力部材２６、２６の間隔が拡がる。この結果、上記一対のブレーキシュー２０、２０が上記リターンスプリング２８ａ、２８ｂの弾力に抗して上記バッキングプレート２２の径方向外方に変位し、前記ドラム１９の内周面と上記各摩擦材２１、２１の外周面とが互いに当接する。
【００１７】
図３は、本発明の実施の形態の第１例を示している。本例の場合には、バッキングプレート２２の前面の一部で一対のブレーキシュー２０、２０よりもこのバッキングプレート２２の中心寄り部分に、それぞれアンカ壁部３１、３１を、ボルトの如き結合部材等により、或は溶接等により、上記バッキングプレート２２に固定する状態で設けている。図示の例の場合、上記各アンカ壁部３１、３１は、上記各ブレーキシュー２０、２０を構成するウェブ２５、２５の円周方向一端縁から内周縁の円周方向他端寄り部分に亙り設けている。そして、上記各アンカ壁部３１、３１の外周面の円周方向全体と上記各ウェブ２５、２５の内周縁のうちでこれら各アンカ壁部３１、３１の外周面と対向する部分の円周方向全体との間に、電気活性ポリマー製のアクチュエータ２３ｂ、２３ｂを配置している。
【００１８】
本例の場合、これら両アクチュエータ２３ｂ、２３ｂを構成する電気活性ポリマーの伸縮方向を上記バッキングプレート２２の径方向（上記ウェブ２５、２５の円周方向一端縁に対向する部分は周方向）に一致させている。即ち、図示しないケーブルを通じての上記電気活性ポリマーへの通電制御に基づき、上記両アクチュエータ２３ｂ、２３ｂの、上記バッキングプレート２２の径方向の幅寸法を調節自在としている。その他の部分の構成及び作用は、上述した参考例と同様である。
【００１９】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、一対のブレーキシュー２０、２０の端部を、それぞれ枢軸３２、３２によりバッキングプレート２２に対し、揺動変位自在に支持している。その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様である。
尚、本発明をドラムブレーキに適用する場合に、図示の様なリーディングトレーリング型に限らず、ツーリーディング型やデュオサーボ型のものに適用する事もできる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上に述べた通り構成し作用するので、十分な制動力を得ると同時に小型且つ高効率の電動式ブレーキ装置を低コストで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関する参考例を示す部分断面正面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】 本発明の実施の形態の第１例を示す略正面図。
【図４】 同第２例を示す略正面図。
【符号の説明】
１９ ドラム
２０ ブレーキシュー
２１ 摩擦材
２２ バッキングプレート
２３、２３ｂ アクチュエータ
２４ アンカ部材
２５ ウェブ
２６ 出力部材
２７ 裏板
２８ａ、２８ｂ リターンスプリング
２９ ハウジング
３０、３０ａ 電気活性ポリマー
３１ アンカ壁部
３２ 枢軸

Claims (1)

1. 車輪と共に回転する制動用回転体と、この制動用回転体に対向して設けられた摩擦材と、この摩擦材をこの制動用回転体の被制動面に押し付ける電動式のアクチュエータとを備えた電動式ブレーキ装置に於いて、このアクチュエータが、電気エネルギによりエラストマーの形状を変化させる電気活性ポリマーを含んで構成されたものであり、上記制動用回転体は有底円筒状のドラムであり、このドラムの開口部側に配置されたバッキングプレートに、摩擦材を備えた一対のブレーキシューが、この摩擦材を上記ドラムの内周面に対向させて、このドラムの径方向に変位自在に支持されており、上記電気活性ポリマーは、上記一対のブレーキシューの内周縁よりも中心寄り部分で、これら一対のブレーキシューの、上記ドラムの円周方向一端縁から他端寄り部分に亙りそれぞれ設けられた、上記バッキングプレートに固定の部分の外周面の円周方向全体と、上記一対のブレーキシューの内周縁のうちのこの固定の部分の外周面と対向する部分の円周方向全体との間に配置されている事を特徴とする電動式ブレーキ装置。

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