JP5344164B2

JP5344164B2 - 倍力装置

Info

Publication number: JP5344164B2
Application number: JP2009155917A
Authority: JP
Inventors: 孝幸大野; 英昭石井
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: CN101934788A; DE102010030717A1; JP2011011592A; US20100326072A1

Description

本発明は、自動車のブレーキ機構に用いられる倍力装置に関するものである。

自動車のブレーキ機構に用いられる倍力装置において、例えば特許文献１に記載されたもののように、電動モータを倍力源として利用する電動倍力装置が知られている。この電動倍力装置は、ブレーキペダルの操作と連動する入力ピストンの移動に応じて電動モータを駆動してボールねじ（回転−直動変換機構）を介してマスタシリンダのピストンを推進し、所望の液圧を発生させて、各車輪のブレーキキャリパに供給する。このとき、ピストンを摺動可能に貫通してマスタシリンダ内に挿入した入力ピストンによって、マスタシリンダ内の液圧の一部を受圧することにより、制動時の液圧の反力の一部をブレーキペダルにフィードバックする。

特開２００８−２９６７８２号公報

上記特許文献１に記載された電動倍力装置は、プライマリ及びセカンダリの２つのピストンによって２系統の液圧ポートから液圧を供給するいわゆるタンデム型のマスタシリンダを備えており、一方の液圧系統が失陥した場合でも、他方の系統によって制動機能を維持することができる。そして、プライマリピストンとセカンダリピストンとの間に、コイルスプリング、バネ受、バネ受間を連結してコイルスプリングにセット荷重を付与するスプリングステムとからなるスプリングアセンブリが介装されている。プライマリピストンを貫通する入力ピストンとスプリングステムとは、マスタシリンダ内において同軸上に配置されているため、入力ピストンとスプリングステムとの干渉を避けつつ、入力ピストンの充分なストロークを確保するには、プライマリピストンのマスタシリンダ側端部から入力ピストンが挿通されるシール部までの長さを充分に長くする必要があった。これは、倍力装置の小型化の要請に反する一因となっている。

本発明は、マスタシリンダのピストンのマスタシリンダ側端部から入力ピストンが挿通されるシール部までの長さを短くすることができる倍力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の倍力装置は、有底筒状のシリンダ本体内に液圧を発生する圧力室を有するマスタシリンダと、ブレーキペダルの操作により、進退移動する入力ピストンと、
該入力ピストンに相対移動可能に外装された円筒状のピストンと、
該ピストンを進退移動させるアクチュエータとを備え、
前記入力ピストン及び前記ピストンを前記シリンダ本体に挿入して、それぞれの前端部を前記液圧室に臨ませた倍力装置において、
前記圧力室の内部には、前記ピストンを後退方向に付勢するバネと、該バネの両端から挿入されて軸方向に相対移動可能に結合されて、前記バネの最大長を規定する少なくとも２つの部材からなるリテーナとを有するバネアセンブリが設けられ、
前記リテーナは、前記少なくとも２つの部材の内部が共に前記入力ピストンの前端部を挿入可能な中空形状に形成されていることを特徴とする。

本発明に係る倍力装置によれば、マスタシリンダのピストンのマスタシリンダ側端部から入力ピストンが挿通されるシール部までの長さを短くすることができる。

本発明の一実施形態に係る電動倍力装置の縦断面図である。図１のマスタシリンダ部を拡大して示す図である。図１に示す電動倍力装置において、プライマリピストン、セカンダリピスト及び入力ピストンが最大ストロークした状態のマスタシリンダ部を拡大して示す図である。図１に示す電動倍力装置のバネアセンブリの拡大縦断面図である。本発明の他の実施形態に係るバネアセンブリの要部を拡大して示す縦断面図である。本発明の更に他の実施形態に係るバネアセンブリの拡大縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本実施形態に係る倍力装置である電動倍力装置１の全体図を示し、図２に要部の拡大図を示す。図１及び図２に示すように、電動倍力装置１は、タンデム型のマスタシリンダ２と、アクチュエータ３及びコントローラ（図示せず）を内装するケース４とを備え、マスタシリンダ２には、リザーバ５が接続されている。マスタシリンダ２は、略有底円筒状のシリンダ本体２Ａを含み、その開口部側がケース４の前部にスタッドボルト６Ａ及びナット６Ｂによって結合されている。ケース４の後部には、平坦な取付座面７が形成され、取付座面７からマスタシリンダ２と同心の円筒状の案内部８が突出している。そして、電動倍力装置１は、車両のエンジンルーム内に配置され、案内部８をエンジンルームと車室との隔壁に貫通させて車室内に延ばし、取付座面７を隔壁に当接させて取付座面７に設けられたスタッドボルト９を用いて固定される。

マスタシリンダ２のシリンダ本体２Ａ内には、開口側に、先端部がカップ状に形成された円筒状のプライマリピストン１０（ピストン）が嵌装され、底部側にカップ状のセカンダリピストン１１が嵌装されており、プライマリピストン１０の後端部は、マスタシリンダ２の開口部からケース４内に突出して、案内部８付近まで延びている。プライマリピストン１０及びセカンダリピストン１１は、シリンダ本体２Ａのシリンダボア１２内に嵌合されたスリーブ１３の両端側に配置された環状のガイド部材１４、１５によって摺動可能に案内されている。シリンダ本体２Ａ内は、プライマリピストン１０及びセカンダリピストン１１によってプライマリ室１６及びセカンダリ室１７の２つの圧力室が形成され、プライマリ室１６及びセカンダリ室１７には、液圧ポート１８、１９がそれぞれ設けられている。液圧ポート１８、１９には、各車輪のブレーキキャリパに液圧を供給するための２系統の液圧回路がそれぞれ接続される。

また、シリンダ本体２Ａの側壁の上部側には、プライマリ室１６及びセカンダリ室１７をリザーバ５に接続するためのリザーバポート２０、２１が設けられている。シリンダ本体２Ａのシリンダボア１２と、プライマリピストン１０及びセカンダリピストン１１との間は、それぞれ２つのシール部材２２Ａ、２２Ｂ及び２３Ａ、２３Ｂによってシールされている。シール部材２２Ａ、２２Ｂは、軸方向に沿ってリザーバポート２０を挟むように配置されており、プライマリピストン１０が図１及び図２に示す非制動位置にあるとき、プライマリ室１６がプライマリピストン１０の側壁に設けられたポート２４を介してリザーバポート２０に連通し、プライマリピストン１０が非制動位置から前進したとき、シール部材２２Ａによってプライマリ室１６がリザーバポート２０から遮断されるようになっている。また、シール部材２３Ａ、２３Ｂは、軸方向に沿ってリザーバポート２１を挟むように配置されており、セカンダリピストン１１が図１及び図２に示す非制動位置にあるとき、セカンダリ室１７がセカンダリピストン１１の側壁に設けられたポート２５を介してリザーバポート２１に連通し、セカンダリピストン１１が非制動位置から前進したとき、シール部材２３Ａによってセカンダリ室１７がリザーバポート２１から遮断されるようになっている。

プライマリ室１６内のプライマリピストン１０とセカンダリピストン１１との間には、バネアセンブリ２６が介装され、セカンダリ室１７内のマスタシリンダ２の底部とセカンダリピストン１１との間には、圧縮コイルばねである戻しバネ２７が介装されている。バネアセンブリ２６は、図４に示すように、圧縮コイルばねであるバネ２８を伸縮可能な円筒状のリテーナ２９によって所定の圧縮状態で保持し、バネ２８のバネ力に抗して圧縮可能としたものであり、詳細については後述する。

プライマリピストン１０は、カップ状の先端部と円筒状の後部と、内部を軸方向に仕切る中間壁３０とを備え、中間壁３０には、案内ボア３１が軸方向に沿って貫通されている。案内ボア３１には、段部３２Ａを有する段付形状の入力ピストン３２の小径の先端部が摺動可能かつ液密的に挿入されており、入力ピストン３２の先端部は、プライマリ室１６内のバネアセンブリ２６の円筒状のリテーナ２９に挿入されている。案内ボア３１と入力ピストン３２との間は、２つのシール部材３３Ａ、３３Ｂによってシールされており、プライマリピストン１０の中間壁３０には、案内ボア３１のシール部材３３Ａ、３３Ｂ間に開口する通路３３が径方向に沿って貫通されている。そして、通路３３は、シリンダ本体２Ａのシリンダボア１２とプライマリピストン１０との間をシールする２つのシール部材２２Ａ、２２Ｂ間に開口するように配置されている。

入力ピストン３２の後端部には、ケース４の円筒部８及びプライマリピストン１０の後部に挿入された入力ロッド３４の先端部が連結され、入力ロッド３４の後端側は、円筒部８から外部に延出され、その端部には、ブレーキペダル（図示せず）が連結される。プライマリピストン１０の後端部には、フランジ状のバネ受３５が取付けられ、プライマリピストン１０は、ケース４の前壁側とバネ受３５との間に介装された圧縮コイルばねである戻しバネ３６によって後退方向に付勢されている。また、入力ピストン３２は、プライマリピストン１０の中間壁３０との間及びバネ受３５との間にそれぞれ介装されたバネ３７、３８によって、図１及び図２に示す中立位置に弾性的に保持されている。入力ロッド３４の後退位置は、ケース４の円筒部８の後端部に設けられたストッパ３９によって規定されている。

ケース４内には、電動モータ４０及び電動モータ４０の回転を直線運動に変換してプライマリピストン１０に推力を付与するボールネジ機構４１を含むアクチュエータ３が設けられている。電動モータ４０は、ケース４に固定されたステータ４２と、ステータ４２に対向させてベアリング４３、４４によってケース４に回転可能に支持された中空のロータ４５とを備えている。ボールネジ機構４１は、ロータ４５の内周部に固定された回転部材であるナット部材４６と、ナット部材４６及びケース４の円筒部内に挿入されて軸方向に沿って移動可能で、かつ、軸回りに回転しないように支持された直動部材である中空のネジ軸４７と、これらの対向面に形成されたネジ溝間に装填された複数のボール４８とを備え、ナット部材４６の回転により、ネジ溝に沿ってボール４８が転動することにより、ネジ軸４７が軸方向に移動するようになっている。なお、ボールネジ機構４１は、ナット部材４６とネジ軸４７との間で、回転及び直線運動を相互に変換可能となっている。

ボールネジ機構４１のネジ軸４７は、ケース４の前壁側との間に介装された圧縮テーパコイルバネである戻しバネ４９によって後退方向に付勢され、ケース４の円筒部８に設けられたストッパ３９によって後退位置が規制されている。ネジ軸４７内には、プライマリピストン１０の後端部が挿入され、ネジ軸４７の内周部に形成された段部５０にバネ受３５が当接してプライマリピストン１０の後退位置が規制されている。これにより、プライマリピストン１０は、ネジ軸４７と共に前進し、また、段部５０から離間して単独で前進することができる。そして、図１及び図２に示すように、ストッパ３９に当接したネジ軸４７の段部５０によってプライマリピストン１０の非制動位置が規定され、非制動位置にあるプライマリピストン１０及びバネアセンブリ２６の最大長によって、セカンダリピストン１１の後退位置、すなわち、非制動位置が規定されている。ネジ軸４７の段部５０は、ナット部材４６の軸方向の長さの範囲に配置されている。

次に図４を参照して、バネアセンブリ２６について詳細に説明する。
図４に示すように、バネアセンブリ２６は、圧縮コイルばねであるバネ２８と、バネ２８に挿入されてバネ２８を所定の圧縮状態で保持する伸縮可能なリテーナ２９とから構成されている。リテーナ２９は、２つの円筒状の保持部材５１、５２をバネ２８の両端側から挿入してストッパ部材５９によって軸方向に相対移動可能に結合したものである。保持部材５１、５２は、一端部に拡径化されたフランジ状のバネ受部５３、５４が形成され、他端側の側壁は、スリットを挟んで複数の軸方向延長部５５、５６を形成して櫛形とされている。軸方向延長部５５、５６の先端部は、内側に鉤形に屈曲されて係止部５７、５８を形成している。保持部材５１、５２は、円筒状の部分が同径で、入力ピストン３２の先端部を挿入可能であり、軸方向延長部５５、５６を円周方向に沿って交互にスリットに挿入するようにして組合わされ、係止部５７、５８の間に、リング状のストッパ部材５９を組込むことによって、互いに結合されている。これにより、リテーナ２９は、軸方向延長部５５、５６が相対移動することによって伸縮することができ、係止部５７、５８がストッパ部材５９に当接することによって、バネ２８の最大長を規制している。係止部５７、５８は、径方向の寸法がストッパ部材５９を構成する線材の直径以下であり、その先端部がストッパ部材５９の内周側に突出しないようになっている。

電動倍力装置１には、入力ピストン３２の変位を検出する変位センサ（図示せず）、電動モータ４０のロータ４５の回転位置を検出する回転位置センサ６０、プライマリ、セカンダリ室１７、１８の液圧を検出する液圧センサ（図示せず）及びこれらを含む各種センサからの検出信号に基づいて電動モータ４０の回転を制御するコントローラ（ケース４内に収容される）が設けられている。

以上のように構成した本実施形態の作用について、次に説明する。
ブレーキペダルを操作して入力ロッド３４によって入力ピストン３２を前進させると、入力ピストン３２の変位を変位センサによって検出し、コントローラによって入力ピストン３２の変位に基づいて電動モータ４０の作動を制御し、ボールネジ機構４１を介してプライマリピストン１０を前進させて入力ピストン３２の変位に追従させる。これにより、プライマリ室１６に液圧が発生し、また、この液圧がセカンダリピストン１１を介してセカンダリ室１７に伝達され、これらの液圧を液圧ポート１８、１９を介して各車輪のブレーキキャリパに供給して制動力を発生させる。

このとき、プライマリ室１６の液圧の一部を入力ピストン３２によって受圧し、その反力を入力ロッド３４を介してブレーキペダルにフィードバックする。これにより、所定の倍力比をもって所望の制動力を発生させることができる。また、入力ピストン３２に対するプライマリピストン１０の追従位置を適宜調整して、バネ３７、３８のバネ力を入力ピストン３２に作用させて、入力ロッド３４に対する反力を加減することにより、倍力制御、ブレーキアシスト制御、車間車両安定性制御、車間制御、回生協調制御等の自動ブレーキ制御時に適したブレーキペダル反力を得ることができる。

電動倍力装置１は、タンデム型のマスタシリンダ２を備えているので、万一、液圧ポート１８、１９に接続されている２つの液圧系統の一方が失陥した場合でも、残りの他方の液圧系統への液圧の供給を維持することができる。このとき、プライマリ室１６側の液圧系統が失陥した場合には、プライマリ室１６の液圧が低下し、プライマリピストン１０がバネアセンブリ２６をバネ２８のバネ力に抗して圧縮してセカンダリピストン１１に当接し、セカンダリピストン１１を前進させることによってセカンダリ室１７に液圧を発生させる。また、セカンダリ室１７側の液圧系統が失陥した場合には、セカンダリ室１７の液圧が低下してセカンダリピストン１１がマスタシリンダ２の底部に当接して固定され、プライマリピストン１０、入力ピストン３２及び戻しばねアセンブリ２６がセカンダリピストン１１と共にマスタシリンダ２の底部側に移動し、この状態からプライマリピストン１０が更に前進することによってプライマリ室１６に液圧を発生させる。

万一、アクチュエータ３が故障した場合には、ブレーキペダルによって入力ロッド３４を操作すると、入力ピストン３２が前進し、入力ピストン３２の段部３２Ａがプライマリピストン１０の中間壁３０に当接し、これを押圧することにより、プライマリピストン１０がボールネジ機構４１のネジ軸４７の段部５０から離間して前進するので、これにより、手動で液圧を発生させることができる。このとき、入力ピストン３２は、先端部がリテーナ２９に挿入されて、非制動位置における段部３２Ａと中間壁３０との距離の分だけ、リテーナ２９の内部を移動可能として、そのストロークを確保する。

また、万一、プライマリピストン１０の入力ピストン３２との間の２つのシール部材３３Ａ、３３Ｂの高圧側のシール部材３３Ａに漏れが生じた場合、漏れたブレーキ液は、通路３３を通り、マスタシリンダ２のシリンダボア１２とプライマリピストン１０との間の２つのシール部材２２Ａ、２２Ｂ間に導かれ、リザーバポート２０を介してリザーバ５に送られることになり、プライマリピストン１０からケース４の円筒部８を通して車室内に流入することがない。

バネアセンブリ２６のリテーナ２９を中空として、その中に入力ピストン３２の先端部を挿入する構造としたことにより、図３に示すように、プライマリピストン１０がセカンダリピストン１１側に移動しても、入力ピストン３２の先端部がリテーナ２９に干渉することなく、セカンダリピストン１１の近傍まで接近することができるので、マスタシリンダ２側端部から入力ピストン３２が挿通されるシール部材３３Ａ、３３Ｂ（シール部）までの長さを短くでき、ひいてはプライマリピストン１０の軸方向の寸法を充分小さくすることができる。これにより、プライマリピストン１０の摺動性を向上させることができる。プライマリピストン１０は、マスタシリンダ２側端部がガイド部材１５によって案内されながら、後端部がネジ軸４７の内周部に形成された段部５０によって前進させられる構造となっているため、その軸方向の寸法（両端部の間の距離）が小さいほど、偶力が発生しにくく、いわゆるこじりが発生しにくいからである。

入力ピストン３２の先端部は、図１及び図２に示す非制動状態では、リテーナ２９の一方の保持部材５１に挿入された状態となり、入力ピストンが最も前進したとき（図３参照）、他方の保持部材５２に挿入された状態となる。なお、図３は、プライマリピストン１０及びセカンダリピストン１１が最もマスタシリンダ２の底部側に移動した状態を示している。リテーナ２９は、櫛形の保持部材５１、５２を組合わせてストッパ部材５９によって係止することにより、保持部材５１、５２の円筒部を同径としているので、一定の外径に対してこれらの内径を最大限に大きくすることができる。また、保持部材５１、５２を共通化することができ、部品点数の削減が可能になる。
なお、リテーナ２９は、径の異なる保持部材を組合わせて中空構造としても良い。この場合、各保持部材を櫛形とする必要がないので、強度が高い形状（例えば円筒状）とすることができる。

次に、上記実施形態におけるバネアセンブリ２６の変形例について、図５及び図６を参照して説明する。なお、以下の説明において、図４に示すものに対して、同様の部分には同一の符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図５に示す変形例では、一方の保持部材５１の軸方向延長部５５の先端の係止部５７Ａがストッパ部材５９に、ほぼ半周にわたって巻き付けられた形状に形成され、ストッパ部材５９が係止部５７Ａによって保持されている。これにより、リテーナ２９が圧縮されたとき、ストッパ部材５９は、一方の保持部材５１の係止部５７Ａによって保持されるので、傾いたり脱落したりしにくくなり、リテーナ２９の安定した伸縮動作が可能になる。

図６に示す変形例では、ストッパ部材５９が省略され、保持部材５１、５２は、スリットが幅広で、軸方向延長部５５、５６の先端部には、円周方向に広がる半円形の係止部６０、６１が形成され、保持部材５１、５２を組合わせたとき、リテーナ２９の伸長方向の移動に対して隣接する軸方向延長部５５、５６の係止部６０、６１が互いに係合して保持部材５１、５２の移動を規制する。これにより、ストッパ部材５９が不要になり、その分だけリテーナ２９の有効内径を大きくすることができる。

バネアセンブリ２６のリテーナ２９は、上述の２つの部材（保持部材５１、５２）を組合わせたもののほか、３つ以上の部材を伸縮可能に結合して中空構造とし、バネ２８の最大長さを規定するものとしてもよい。

なお、上記実施形態では、一例として、２系統の液圧ポート１８、１９を有するタンデム型のマスタシリンダ２を備えた電動倍力装置について説明しているが、本発明は、これに限らず、セカンダリピストン１１及びセカンダリ室１７を省略してシングル型のマスタシリンダとした電動倍力装置にも適用することができる。また、アクチュエータ３として、電動モータ４０及びボールネジ機構４１のほか、他の公知のアクチュエータ（例えば、ソレノイドなどの電磁式アクチュエータ、空気圧式のアクチュエータ、油圧式のアクチュエータ）を用いたものにも適用することができる。

１電動倍力装置（倍力装置）、２マスタシリンダ、２Ａシリンダ本体、３アクチュエータ、１０プライマリピストン（ピストン）、１６プライマリ室（圧力室）、３２入力ピストン、２６バネアセンブリ、２８バネ、２９リテーナ、５１、５２保持部材（部材）

Claims

有底筒状のシリンダ本体内に液圧を発生する圧力室を有するマスタシリンダと、ブレーキペダルの操作により、進退移動する入力ピストンと、
該入力ピストンに相対移動可能に外装された円筒状のピストンと、
該ピストンを進退移動させるアクチュエータとを備え、
前記入力ピストン及び前記ピストンを前記シリンダ本体に挿入して、それぞれの前端部を前記液圧室に臨ませた倍力装置において、
前記圧力室の内部には、前記ピストンを後退方向に付勢するバネと、該バネの両端から挿入されて軸方向に相対移動可能に結合されて、前記バネの最大長を規定する少なくとも２つの部材からなるリテーナとを有するバネアセンブリが設けられ、
前記リテーナは、前記少なくとも２つの部材の内部が共に前記入力ピストンの前端部を挿入可能な中空形状に形成されていることを特徴とする倍力装置。
前記入力ピストンは、前記ブレーキペダルの非操作時に、前記リテーナの１つの部材に挿入された状態となっていることを特徴とする請求項１に記載の倍力装置。
前記入力ピストンは、最も前進したとき、前記リテーナのすべての部材に挿入された状態となることを特徴とする請求項２に記載の倍力装置。
前記ピストンは、前記入力ピストンが挿通される案内ボアを有する中間壁が形成され、前記入力ピストンには、前記ピストンとの相対移動によって前記中間壁に当接する段部が形成されており、
前記入力ピストンは、少なくとも、前記ブレーキペダルの非操作時における前記段部と前記中間壁との距離の分だけ、前記リテーナの内部を移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の倍力装置。
前記中間壁には、前記案内ボアと前記入力ピストンとの間をシールする少なくとも２つのシール部材が設けられ、該少なくとも２つのシール部材の間は、前記中間壁に設けられた径方向の通路を介して、前記マスタシリンダのリザーバに接続することを特徴とする請求項４に記載の倍力装置。
前記シリンダ本体には、その底部と前記ピストンとの間にセカンダリピストンが設けられ、前記バネアセンブリは、前記ピストンと前記セカンダリピストンとの間の圧力室内に配置されて、前記ピストンに対する前記セカンダリピストンの位置を規定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の倍力装置。
前記リテーナの２つの部材は、内径が同じであり、円周方向に沿って互い違いに配列される軸方向延長部と、該軸方向延長部の先端部に設けられて、当該２つの部材を互いに係止する係止部とを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の倍力装置。
前記アクチュエータは、回転力を生じる電動モータと、該電動モータの回転を直線運動に変換するボールネジ機構とを備え、
前記ボールネジ機構は、前記電動モータの回転によって回転する回転部材と、前記ピストンに当接して直線運動する直動部材と、前記回転部材と前記直動部材との対向面に設けられたネジ溝に装填された複数のボールとを含み、
前記直動部材と前記ピストンとの当接部は、前記回転部材の軸方向の長さの範囲に配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の倍力装置。