WO2005078308A1

WO2005078308A1 - 電動式ブレ−キ装置

Info

Publication number: WO2005078308A1
Application number: PCT/JP2005/002426
Authority: WO
Inventors: Ken Yamamoto
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2005-08-25
Also published as: JP4439284B2; JP2005233224A

Abstract

　ブレーキ効きとブレーキ解除の応答性が優れ、ブレーキ部材が摩耗してもこれらの応答性が低下しない電動式ブレーキ装置を提供することである。　ブレーキ作動時に電動モータでボールねじ機構のナット６を回転させて、ねじ軸８を前方に移動させると、圧縮コイルばね１８で基端側へ押し付け付勢された突張シャフト１４が、大きなリード角αの鋸歯状ねじが緩んで、回転しつつ基端側へねじ軸８と相対移動してストッパねじ１９に当たり、ねじ軸８が後方へ戻らないように突っ張り支持するようにし、ブレーキパッド３ａ、３ｂが摩耗しても押圧部材９を常に押圧位置近くに保持して、ブレーキ効きの優れた応答性を自然に確保できるようにするとともに、ブレーキ解除時も、電動モータを停止するのみで、鋸歯状ねじの軸方向隙間分だけ押圧部材９がブレーキパッド３ａから逃げるようにし、優れた応答性を確保できるようにした。

Description

明細書

電動式ブレーキ装置

技術分野

[0001] 本発明は、電動モータの回転をボールねじ機構で直線運動に変換して、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するものである。

背景技術

[0002] 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力近年、 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、電動モータの回転を直線運動に変換して、ブレーキ部材を被制動部材に押圧するものである。

[0003] 通常、電動式ブレーキ装置は車両のばね下に取り付けられるので、コンパクトで軽量な設計が可能なことが望まれる。このような設計が可能な電動式ブレーキ装置として、ボールねじ機構のナットを電動モータのロータと一体に回転させて、ボールを介してナットに螺合されたねじ軸を直線運動させ、重くて嵩張る歯車減速機構等を用いることなぐ電動モータの回転を直接ボールねじ機構で直線運動に変換するタイプのものが提案されている（例えば、特許文献 1、 2参照。；)。

[0004] 特許文献 1に記載の電動式ブレーキ装置は、直線運動するボールねじ機構のねじ軸の軸端部とブレーキ部材との間に合成ゴム材等の弾性部材を介在させ、ブレーキ作動時には電動モータを回転させて、弾性部材を介してねじ軸でブレーキ部材を押圧し、ブレーキ解除時には電動モータを停止して、弾性部材の弹性復元力でねじ軸を押し戻すようにしている。

[0005] また、特許文献 2に記載の電動式ブレーキ装置は、ブレーキ作動時には電動モータを正回転させて、ボールねじ機構のねじ軸をブレーキ部材押圧側へ移動させ、ブレーキ解除時には電動モータを逆回転させて、ねじ軸をブレーキ部材力退避する側へ移動させるようにしている。なお、この電動式ブレーキ装置では、ねじ軸を退避移動させたのち、電動モータを正回転させて、ねじ軸を待機位置に戻すようにしている。

[0006] 特許文献 1 :特開 2002— 213504号公報 (第 2— 4頁、第 1—3図）

特許文献 2：特開 2002— 213505号公報 (第 2— 4頁、第 1 2図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 上述した特許文献 1に記載の電動式ブレーキ装置は、直線運動するボールねじ機構のねじ軸の軸端部とブレーキ部材との間に弾性部材を介在させているので、弾性部材の弾性変形分だけ余分にねじ軸を移動させる必要があり、ブレーキ効きの応答性が遅くなる問題がある。また、弾性部材が繰り返しの弾性変形で劣化し、ブレーキ解除時にねじ軸を押し戻せなくなる恐れもある。

[0008] 一方、特許文献 2に記載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回転させる必要があるので、ブレーキ解除のタイミングが遅れ、運転者に違和感を与える問題がある。また、ブレーキパッド等のブレーキ部材が摩耗すると、ねじ軸がブレーキ部材を押圧するまでの移動距離が長くなつて、ブレーキ効きの応答性が遅くなる問題もある。この応答性の遅れをなくすためには、ブレーキ部材の摩耗量を検出してねじ軸の待機位置を変化させればよ!、が、別途のセンサや余分の制御アルゴリズムを必要とし、装置が複雑なものとなる。

[0009] そこで、本発明の課題は、ブレーキ効きとブレーキ解除の応答性が優れ、ブレーキ部材が摩耗してもこれらの応答性が低下しない電動式ブレーキ装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0010] 上記の課題を解決するために、本発明は、電動モータとボールねじ機構とを備え、ボールねじ機構のナットを電動モータのロータと一体に回転させ、ナットにボールを介して螺合されたボールねじ機構のねじ軸を直線運動させて、このねじ軸の直線運動に変換される電動モータの出力により、ねじ軸の前端側に設けた押圧部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ぉ、て、前記ボールねじ機構のねじ軸に軸方向の貫通孔を設け、この貫通孔に先端部へ雄ねじを設けた突張シャフトを前記ねじ軸の前端側に向けて嵌挿して、前記突張シャフトの雄ねじを前記貫通孔の前端側に設けたねじ孔に螺合し、この雄ねじのリード角 αを大きくして、前記突張シャフトを基端側へ押し付け付勢する押し付け手段を設けるとともに、この押し付け手段で押し付け付勢されて、前記大きなリード角 αでねじが緩んで回転しつつ基端側へ前記ねじ軸と相対移動する突張シャフトを止めるストツバを設けた構成を採用した。

[0011] すなわち、この電動式ブレーキ装置は、ブレーキ作動時に電動モータを回転させて

、ボールねじ機構のねじ軸をブレーキ部材押圧側へ前方に移動させると、突張シャフトもねじ軸と一緒に移動するが、押し付け手段で基端側へ押し付け付勢された突張シャフトは、ストツバから離れると大きなリード角 αのねじが緩んで回転しつつ基端側へねじ軸と相対移動し、再びストツバに当たってねじ軸が後方へ戻らないように突つ張り支持する。したがって、ブレーキ部材が摩耗するとその押圧位置は次第に前方へ移るように変化する力この押圧位置の変化に伴って、突張シャフトによるねじ軸の突っ張り支持位置も前方へ変化し、ねじ軸の押圧部を常にブレーキ部材の押圧位置近くに保持して、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。

[0012] また、ブレーキを解除する際も、電動モータを停止するのみで、大きなリード角 aのねじの軸方向隙間分だけねじ軸がブレーキ部材押圧側から逃げるので、優れた応答性を確保することができる。なお、リード角 αの大きいねじには、雌雄ねじ間に適当なギャップを設けることにより、ねじ軸の押圧部をブレーキ部材力十分に逃がすことができる。

[0013] 前記突張シャフトの雄ねじを、突張シャフトの先端側を向くねじ山前面のフランク角

Θ 力突張シャフトの基端側を向くねじ山後面のフランク角 0 よりも大きい鋸歯状ね

F Β

じとすることにより、鋸歯状ねじで螺合する突張シャフトは、フランク角 Θ が大きい先

F

端側を向く雄ねじのねじ山前面で雌ねじと係合するときは、リード角 αが大きくてもねじが緩まずにロックされるので、基端側へのみボールねじ機構のねじ軸と相対移動し、先端側へは相対移動しなくなる。したがって、ブレーキ部材が摩耗していないときは勿論、ブレーキ部材が摩耗しても、ねじ軸の押圧部を押圧位置近くで戻らないように、より確実に突っ張り支持することができる。また、フランク角 Θ が大きい突張シャフトの先端側を向く雄ねじのねじ山前面側は、ねじの軸方向隙間がさらに大きくなるので、ブレーキ解除時にねじ軸の押圧部をブレーキ部材力より十分に逃がすことができる。

[0014] 前記雄ねじのリード角ひは 8— 20° とするのが望ましい。ねじの潤滑にはグリース力く用いられる力グリース潤滑したときのねじの摩擦係数は 0. 08-0. 12程度である。図 5は、摩擦係数が 0. 08および 0. 12の場合について、軸力を負荷したときにねじが緩み始める限界曲線を計算で求めたグラフである。各限界曲線の下側が緩み領域、上側がロック領域であり、リード角 αが大きいほど、また、フランク角 Θ 力 S小さいほど緩み領域が拡大することが分かる。通常のねじのフランク角 Θはねじ山前後面とも 30° であるので、フランク角 0が 30° でも緩み領域が存在するように、リード角 aを 8° 以上とした。なお、リード角 aの上限は、ねじとしての実用性を考慮して 20° とした。

[0015] 前記雄ねじのねじ山前面のフランク角 0 とねじ山後面のフランク角 0 とは、それぞ

F B

れ前記リード角 αをパラメータとする次式の範囲に設定するのが望ましい。

θ ≥1. 5 α + 50 (° ) ( 1)

F

θ ≤3. Ο α + 1 1 (° ) (2)

Β

( 1)式はねじのロック側を規制するものであり、図 5に示した = 0. 08の限界曲線をロック領域側に余裕度を持たせた近似直線 Fの上側を表す。また、（2)式はねじの緩み側を規制するものであり、図 5に示した = 0. 12の限界曲線を緩み領域側に余裕度を持たせた近似直線 Βの下側を表す。

[0016] 前記押し付け手段を、前記貫通孔の前端側に設けた座板と、前記突張シャフトの先端面に設けた座との間に圧縮弾性部材を配設したものとすることにより、コンパクトな設計で突張シャフトを押し付け付勢することができる。なお、突張シャフトの座と接触する側の圧縮弾性部材の端面を小径に形成することにより、その押圧力に起因する回転拘束モーメントを小さくして、突張シャフトのねじの緩みによる回転を滑らかにすることができる。

[0017] 前記ねじ軸の前端側の押圧部を別体の押圧部材で形成し、この押圧部材に前記突張シャフトの雄ねじが螺合するねじ孔を設けることにより、突張シャフトとその押し付け手段の組み込みを容易にすることができる。

発明の効果

[0018] 本発明の電動式ブレーキ装置は、ブレーキ作動時に電動モータを回転させて、ボールねじ機構のねじ軸をブレーキ部材押圧側へ前方に移動させると、突張シャフトもねじ軸と一緒に移動するが、押し付け手段で基端側へ押し付け付勢された突張シャフトが、大きなリード角 αのねじが緩んで回転しつつ基端側へねじ軸と相対移動し、再びストッパに当たってねじ軸が後方へ戻らないように突っ張り支持するので、ブレ一キ部材が摩耗してその押圧位置が変化しても、ねじ軸の押圧部を常に押圧位置近くに保持して、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。また、ブレーキ解除時も、電動モータを停止するのみで、大きなリード角 αのねじの軸方向隙間分だけねじ軸がブレーキ部材押圧側力逃げるので、優れた応答性を確保することができる。

[0019] 前記突張シャフトの雄ねじを、突張シャフトの先端側を向くねじ山前面のフランク角

F Β

じとすることにより、鋸歯状ねじで螺合する突張シャフトが基端側へのみボールねじ機構のねじ軸と相対移動して、先端側へは相対移動しないようにし、ブレーキ部材が摩耗していないときは勿論、ブレーキ部材が摩耗しても、ねじ軸の押圧部を押圧位置近くで戻らないように、より確実に突っ張り支持することができる。また、フランク角 Θ

F

が大きい突張シャフトの先端側を向く雄ねじのねじ山前面側は、ねじの軸方向隙間力 Sさらに大きくなるので、ブレーキ解除時にねじ軸の押圧部をブレーキ部材カもより十分に逃がすことができる。

[0020] 前記押し付け手段を、貫通孔の前端側に設けた座板と、突張シャフトの先端面に設けた座との間に圧縮弾性部材を配設したものとすることにより、コンパクトな設計で突張シャフトを押し付け付勢することができる。また、突張シャフトの座と接触する側の圧縮弾性部材の端面を小径に形成することにより、その押圧力に起因する回転拘束モーメントを小さくして、突張シャフトのねじの緩みによる回転を滑らかにすることができる。

[0021] 前記ねじ軸の前端側の押圧部を別体の押圧部材で形成し、この押圧部材に突張シャフトの雄ねじが螺合するねじ孔を設けることにより、突張シャフトとその押し付け手段の組み込みを容易〖こすることができる。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]電動式ブレーキ装置の実施形態を示す縦断面図

[図 2]図 1の突張シャフトの雄ねじと押圧部材のねじ孔を拡大して示す断面図

[図 3]図 1のブレーキパッドが摩耗した状態を示す縦断面図

[図 4]図 3の摩耗したブレーキパッドの交換手順を説明する縦断面図

[図 5]ねじのリード角とフランク角に対する緩み限界曲線を示すグラフ

符号の説明

[0023] 1 キヤリパ

2 ディスクロータ

3a、 3b ブレーキパッド

4 モータケ一シング

5 ステータ

6 ナット

7 ボール

8 ねじ軸

9 押圧部材

10 軸受

11 ブーツ

12 貫通孔

13 ねじ孔

14 突張シャフト

15 雄ねじ

15a ねじ山前面

15b ねじ山後面

16 座板

16a 切欠き部 17 中ぐり座

18 圧縮コイルばね

19 ストッパねじ

20 ドライバ溝

21 ドライバ

発明を実施するための最良の形態

[0024] 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に示すように、キヤリパ 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、キヤリパ 1に取り付けたモータケ一シング 4の内周面に電動モータのステータ 5が固定され、ロータと一体に形成されたボールねじ機構のナット 6が、キヤリパ 1とモータケ一シング 4とに一対の軸受 10で回転自在に支持されて、ボール 7を介してナット 6と螺合するねじ軸 8の前端側に、ブレーキパッド 3aをディスクロータ 2に押圧する別体の押圧部材 9が取り付けられている。モータケ一シング 4の内部は、キヤリパ 1と押圧部材 9間に取り付けたブーツ 11でシールされて!/、る。

[0025] 前記ボールねじ機構のねじ軸 8の中心には貫通孔 12が設けられ、この貫通孔 12 に連なるように押圧部材 9にねじ孔 13が設けられて、貫通孔 12にねじ軸 8の前端側に向けて嵌挿された突張シャフト 14が、先端部に設けられた雄ねじ 15でねじ孔 13に螺合されている。

[0026] 前記押圧部材 9の前端面には座板 16が取り付けられ、突張シャフト 14の先端面に設けられた中ぐり座 17との間に、圧縮弾性部材としての圧縮コイルばね 18が配設されて、突張シャフト 14が基端側へ押し付け付勢されている。圧縮コイルばね 18は中ぐり座 17と接触する側の端面を小径に形成され、その押圧力に起因する回転拘束モ一メントを小さくして、後述する鋸歯状ねじの緩みによる突張シャフト 14の回転を滑らかにするようになっている。突張シャフト 14の基端は、モータケ一シング 4に螺着されたストッパねじ 19で止められている。また、座板 16の前面には、ブレーキパッド 3a側の突起部と係合してねじ軸 8を回り止めする切欠き部 16aが設けられている。

[0027] 前記突張シャフト 14の雄ねじ 15は、リード角 aが 11° と大きく形成され、図 2に示すように、この雄ねじ 15の突張シャフト 14先端側を向くねじ山前面 15aのフランク角 Θ を 75° (≥1. 5 α + 50)、ねじ山後面 15bのフランク角 0 を 15° (≤3. Ο α + 1

F Β

1)とした鋸歯状ねじとされている。また、鋸歯状ねじはグリース潤滑されている。

[0028] したがって、図 5のグラフで説明したように、前記突張シャフト 14は、圧縮コイルばね 18で押し付け付勢されると、小さなフランク角 Θ のねじ山後面 15bでねじ孔 13

B

の雌ねじと係合する鋸歯状ねじが緩んで、ねじ軸 8と押圧部材 9に対して基端側へ回転しつつ相対移動してストッパねじ 19に当たる力大きなフランク角 Θ のねじ山前面

F

15aがねじ孔 13の雌ねじと係合する逆方向へは鋸歯状ねじがロックされて相対移動しない。また、この鋸歯状ねじはリード角気が大きいので、元々雌雄ねじ間のギャップの割りに軸方向隙間が大きいが、フランク角 Θ が大きいねじ山前面 15aの軸方向隙

F

間 δはさらに大きくなつている。

[0029] 以下に、上述した電動式ブレーキ装置の作用を説明する。図 1はブレーキパッド 3a 、 3bが摩耗していない場合を、図 3はブレーキパッド 3a、 3bが摩耗した場合を示す。いずれの場合も、ブレーキの作動時は、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、ボールねじ機構のナット 6が回転して、ねじ軸 8がブレーキパッド 3a側の前方へ移動する。ねじ軸 8の前端側の押圧部材 9がブレーキパッド 3a を押圧すると、その反力でキヤリパ 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に押圧され、ブレーキが効くようになる。

[0030] このブレーキ作動時にねじ軸 8が前方へ移動すると、突張シャフト 14もねじ軸 8と一緒に移動するが、圧縮コイルばね 18で基端側へ押し付け付勢された突張シャフト 14 は、ストッパねじ 19から離れると、大きなリード角 αでフランク角 Θ 力、さいねじ山後

Β

面 15bでねじ孔 13の雌ねじと係合する鋸歯状ねじが緩み、回転しつつ基端側へねじ軸 8と相対移動して再びストツバねじ 19に当たる。この基端側へ相対移動した突張シャフト 14は、後述するブレーキ解除時に電動モータが停止されても、大きなフランク角 Θ のねじ山前面 15aがねじ孔 13の雌ねじと係合する逆方向へは相対移動せず、

F

ねじ軸 8と押圧部材 9が後方へ戻らな、ように突っ張り支持する。

[0031] したがって、図 1のように、ブレーキパッド 3a、 3bが摩耗していない場合は勿論、図 3に示したように、ブレーキパッド 3a、 3bが摩耗してその押圧位置が前方へ変化しても、突張シャフト 14が基端側へのみ徐々にねじ軸 8と相対移動し、押圧部材 9を常に押圧位置の近くに保持して、優れたブレーキ効きの応答性を確保することができる。

[0032] 一方、ブレーキの解除時は、電動モータがブレーキペダルの解除信号で停止される。電動モータが停止されてボールねじ機構のナット 6の回転駆動力がなくなると、ねじ軸 8と押圧部材 9は鋸歯状ねじのねじ山前面 15aの軸方向隙間分だけ後方へ逃げ、各ブレーキパッド 3a、 3bによるディスクロータ 2の押圧が解除される。したがって、この電動式ブレーキ装置は、電動モータを逆転する必要がなぐ電動モータを停止するのみでブレーキを優れた応答性で解除することができる。

[0033] つぎに、前記ブレーキパッド 3a、 3bが摩耗したときの交換手順を説明する。図 3に示したように、ブレーキパッド 3a、 3bが摩耗すると、突張シャフト 14はねじ軸 8に対して基端側へ力なり相対移動し、押圧部材 9を押圧位置の近くに突っ張り支持する。この状態で、図 4に示すように、ストッパねじ 19をモータケ一シング 4から取り外して、突張シャフト 14の基端面に設けたドライバ溝 20をドライバ 21で回すことにより、ねじ軸 8 と押圧部材 9を後方へ引き戻して、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。

[0034] 上述した実施形態では、ボールねじ機構のねじ軸の押圧部を別体の押圧部材で形成し、この押圧部材に突張シャフトの鋸歯状雄ねじと螺合するねじ孔を設けたが、押圧部はねじ軸と一体にしてもよい。また、突張シャフトの雄ねじは、基端側への軸方向負荷でねじが緩むようにリード角が大きいものであればよぐねじ山の前後面が対称なものとすることもできる。さらに、突張シャフトの押し付け手段とストツバも実施形態のものに限定されることはなぐ任意に設計することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 電動モータとボールねじ機構とを備え、ボールねじ機構のナットを電動モータの口ータと一体に回転させ、ナットにボールを介して螺合されたボールねじ機構のねじ軸を直線運動させて、このねじ軸の直線運動に変換される電動モータの出力により、ねじ軸の前端側に設けた押圧部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、前記ボールねじ機構のねじ軸に軸方向の貫通孔を設け、この貫通孔に先端部へ雄ねじを設けた突張シャフトを前記ねじ軸の前端側に向けて嵌挿して、前記突張シャフトの雄ねじを前記貫通孔の前端側に設けたねじ孔に螺合し、この雄ねじのリード角 αを大きくして、前記突張シャフトを基端側へ押し付け付勢する押し付け手段を設けるとともに、この押し付け手段で押し付け付勢されて、前記大きなリード角 OCでねじが緩んで回転しつつ基端側へ前記ねじ軸と相対移動する突張シャフトを止めるストツバを設けたことを特徴とする電動式ブレーキ装置。

[2] 前記突張シャフトの雄ねじを、突張シャフトの先端側を向くねじ山前面のフランク角

F Β

じとした請求項 1に記載の電動式ブレーキ装置。

[3] 前記雄ねじのリード角 αを 8— 20° とした請求項 1または 2に記載の電動式ブレーキ装置。

[4] 前記雄ねじのねじ山前面のフランク角 Θ とねじ山後面のフランク角 Θ とを、それぞ

F Β

れ前記リード角 αをパラメータとする次式の範囲に設定した請求項 3に記載の電動式ブレーキ装置。

θ ≥1. 5 α + 50 (° )

F

θ ≤3. Ο α + 11 (° )

Β

[5] 前記押し付け手段が、前記貫通孔の前端側に設けた座板と、前記突張シャフトの先端面に設けた座との間に圧縮弾性部材を配設したものである請求項 1乃至 4のいずれかに記載の電動式ブレーキ装置。

[6] 前記ねじ軸の前端側の押圧部を別体の押圧部材で形成し、この押圧部材に前記突張シャフトの雄ねじが螺合するねじ孔を設けた請求項 1乃至 5のいずれかに記載の電動式ブレーキ装置。