JP2019163831A - 電動ブレーキアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】 実用性の高い電動ブレーキアクチュエータを提供する。【解決手段】 電動モータ４４によって入力軸５６を回転させることで動作変換機構６４を介してピストン４２を前進させ、ディスクロータにブレーキパッドを押し付ける電動ブレーキアクチュエータ１０において、捩じりばね８６を有してその捩じりばねが発生させる弾性トルクに依拠して、ピストンが後退する方向のトルクを入力軸に付与するトルク付与装置８０を備えさせ、そのトルク付与装置に、捩じりばねの弾性トルクが設定上限トルクを超える場合にその弾性トルクを減少させる第１機構と、捩じりばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止する第２機構を設ける。第２機構の作用により、制動力を発生させている状態において第１機構が働いたとしても、安定して、ピストンを後退させる方向のトルクを入力軸に付与することが可能である。【選択図】 図２

Description

本発明は、電動モータの力によって車輪に制動力を付与するための電動ブレーキアクチュエータに関する。

車輪に制動力を付与するために、車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付ける電動ブレーキアクチュエータ（以下、単に、「アクチュエータ」という場合がある）が開発されており、そのアクチュエータは、一般的には、ピストンと、電動モータと、その電動モータによって回転させられる入力軸を有してその電動モータの回転動作をピストンの進退動作に変換する動作変換機構とを含んで構成されている。そのような構成のアクチュエータでは、ピストンが前進して制動力を発生している状態において電動モータが力を発生させることができないような失陥が生じた場合、ピストンを後退させることができずに、制動力を解消させることができないことになる。そこで、例えば、下記特許文献に記載されているように、捩じりばねの弾性力に依拠して、ピストンを後退させる方向のトルクを入力軸に付与するトルク付与装置を、アクチュエータに装備することも検討されている。このアクチュエータでは、捩じりばねが捩じり増されてその捩じりばねの弾性トルクが上限トルクを超える場合に、その弾性トルクを減少させるべく、捩じりばねの一端部の係止位置を変更する係止位置変更許容機構が、トルク付与装置に設けられている。

特開２０１３−０２４３８９号公報

上記特許文献に記載されているアクチュエータでは、ピストンが待機位置から前進して制動力が発生させられている最中に上述の係止位置変更許容機構が働いた後に、制動力を解除するべくピストンを待機位置に後退させた場合、どのような大きさのセットトルク（ピストンが待機位置に位置している場合において入力軸に付与されるトルク）が入力軸に付与されるかが定かではない。場合によっては、セットトルクとして相当に小さなトルクしか付与されていない状態でピストンが待機位置に位置することが想定される。そのことは、トルク付与装置が充分には機能を発揮し得ないことに繋がり、そのようなトルク付与装置をアクチュエータが備えたとしても、そのアクチュエータが高い実用性を有するとは言い難い。一方で、そのアクチュエータに種々の改良を施すことにより、そのアクチュエータの実用性を高めることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いアクチュエータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動ブレーキアクチュエータは、トルク付与装置に、上述の係止位置変更許容機構に加えて、捩じりばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止するための下限トルク確保機構が設けられていることを特徴とする。

本発明の電動ブレーキアクチュエータによれば、上記下限トルク確保機構が設けられているため、制動力を発生させている状態において上記係止位置変更許容機構が働いたとしても、安定して、ピストンを後退させる方向のトルクを、入力軸に付与することが可能である。したがって、本電動ブレーキアクチュエータは、実用的なアクチュエータとなる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。

（１）車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるための電動ブレーキアクチュエータであって、
本体と、
その本体に進退可能に保持され、前進することで前記摩擦部材を前記回転体に向かって押すピストンと、
電動モータと、
その電動モータによって回転させられる入力軸を有し、その電動モータの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と、
捩じりばねを有し、その捩じりばねが発生させる弾性トルクに依拠して、前記ピストンが後退する方向のトルクを前記入力軸に付与するトルク付与装置と
を備え、
そのトルク付与装置が、
前記本体に対して固定的に設けられ、前記捩じりばねの一端部に設けられた第１被係止部を、自身に設けられた複数の第１係止部の１つにおいて係止するステータと、
前記捩じりばねの他端部を係止するとともに、前記ピストンが前記摩擦部材を前記回転体に押し付ける力の反力を前記入力軸が受ける状態においてその入力軸とともに前記ステータに対して回転して前記捩じりばねを捩じり、その反力を前記入力軸が受けていない状態においてその入力軸との相対回転が許容されるようにされたロータと、
前記捩じりばねの弾性トルクが設定上限トルクを超える場合に、その弾性トルクを減少させるべく、前記捩じりばねの前記一端部に設けられた前記第１被係止部が、前記ステータに設けられた前記複数の第１係止部の別の１つに係止されることを許容する係止位置変更許容機構と、
前記捩じりばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止すべく、前記ロータに設けられた第２被係止部を、前記捩じりばねの前記一端部に設けられた第２係止部に係止させる下限トルク確保機構と
を有する電動ブレーキアクチュエータ。

本態様は、請求可能発明の電動ブレーキアクチュエータ（以下、単に「アクチュエータ」という場合がある）の基本的な態様である。本態様のアクチュエータは、動作変換機構の入力軸が、当該アクチュエータが制動力を発生させているときに、上記摩擦部材の上記回転体への押付力の反力を受けるようにされ、端的に言えば、その反力の有無によって、ロータと入力軸とを一体的に回転させる若しくはそれらの相対回転を許容するためのクラッチ機構を有していると考えることができる。

上記クラッチ機構の作用によって、制動力が発生させられていない状態では、ロータの上記第２被係止部が、捩じりばねの弾性反力によって、捩じりばねの一端部に設けられた第２係止部によって係止される。その状態では、捩じりばねは自然状態よりもある程度捩じられた状態となっており、その状態での捩じりばねの弾性トルクは、上記設定下限トルクとなっている。

１回のブレーキ操作における上記トルク付与装置の基本的な動作について説明すれば、制動力が発生させられると、クラッチ機構の作用によって、ロータは、その制動力の増加に伴って、正回転方向（ピストンの前進するときの入力軸の回転方向と同じ方向）に入力軸とともに回転し、捩じりばねが捩じり増され、捩じりばねの弾性トルクは増加する。摩擦部材の摩耗を考慮しなければ、制動力の減少に伴って、ロータは逆回転方向（ピストンが後退するときの入力軸の回転方向と同じ方向）に回転し、制動力が無くなったときに、上記ロータの上記第２被係止部が、捩じりばねの弾性反力によって、捩じりばねの一端部に設けられた第２係止部によって係止された状態に戻る。したがって、下限トルク確保機構は、制動力の発生が開始するときに、言い換えれば、制動力が発生させられなくなる時点においても、トルク付与装置が、上記設定下限トルクとなる捩じりばねの弾性トルクに相当するトルクを、付与トルクとして、入力軸に付与する役目を果たしており、いわゆるセットトルク（予トルク）を実現させるための機構となっているのである。

一方で、摩擦部材が１回のブレーキ操作において比較的大きく摩耗することも予想される。この場合、ピストンは、その摩耗する分、比較的大きく前進し、その前進に伴って、入力軸とともにロータは比較的大きな量の正回転動作を行う。その正回転動作によって、捩じりばねが比較的大きく捩じり増され、捩じりばねの弾性トルクも相当に大きくなる。このような大きな弾性トルクは、トルク付与装置に対する過大な負荷となるばかりか、その大きな弾性トルクに相当する過大な付与トルクが入力軸に付与されることになることで、制動力を増加若しくは維持させるときには、その過大な付与トルクに抗してピストンを前進若しくは前進した位置を維持させなければならなくなる。そのような事態を避けるべく、上記係止位置変更許容機構は機能する。係止位置変更許容機構によれば、上記第１被係止部の係止箇所が変更されることで、捩じりばねが上記設定上限トルクを超える弾性トルクを発生させることがなく、上述した過大な付与トルクの発生を回避することができるのである。

本態様のアクチュエータは、上記係止位置変更許容機構に加えて、上記下限トルク確保機構を備えていることで、係止位置変更許容機構が働いた場合であっても、下限トルク確保機構によって、電動モータの力に依らずにピストンを後退させるために、安定した付与トルクが入力軸に付与されることになる。つまり、本態様によれば、係止位置変更許容機構，下限トルク確保機構，さらには、上述のクラッチ機構の各々の機能が相俟って、実用的なアクチュエータを構築することができるのである。

（２）前記捩じりばねが、線材が複数巻き回されてなる捩じりコイルばねである( 1)項に記載の電動ブレーキアクチュエータ。

トルク付与装置において、捩じりばねとして、ぜんまいばね，捩じりコイルばね等、種々の形式のばねを採用することができるが、本態様のように捩じりコイルばねを採用することで、例えばぜんまいばねを採用する場合と比較して、トルク付与装置の径方向の寸法、ひいては、アクチュエータの径方向の寸法を小さくすることが可能となる。

（３）前記捩じりコイルばねが、断面が四角形をなす線材が複数回巻き回されてなるものである( 2)項に記載の電動ブレーキアクチュエータ。

トルク付与装置に捩じりコイルばねを採用する場合、本態様のように、断面が四角形をなす線材を巻回したものを採用するれば、当該捩じりコイルばねの外形寸法が同じであっても、断面が円形の線材を巻回したものを採用するのと比較して、当該捩じりコイルばねのばね定数を大きくできる。逆に言えば、同じ弾性トルクを発生させるためにサイズのより小さい捩じりコイルばねを採用すれば済むことになることから、本態様によれば、トルク付与装置、ひいては、当該アクチュエータをコンパクトなものとすることが可能となる。

（４）前記第１被係止部が、前記捩じりばねの前記一端部において線材が屈曲されて形成され、前記複数の第１係止部の各々が、その第被１係止部を係止可能な凹所として前記ステータに形成された( 2)項または( 3)項に記載の電動ブレーキアクチュエータ。

本態様のような第１係止部，第１被係止部を採用すれば、それら第１係止部，第１被係止部を比較的容易に形成することが可能である。

（５）前記係止位置変更許容機構が、前記捩じりばねの弾性トルクの増大に伴う前記捩じりばねの前記一端部の弾性変形によって、その一端部に設けられた前記第１被係止部が変位することで、その第１被係止部の前記複数の第１係止部の前記１つによる係止から、前記別の１つによる係止に移行させるように構成された( 1)項ないし( 4)項のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。

本態様によれば、捩じりばねの弾性変形を利用して、第１被係止部の係止箇所が変更されるため、簡便な構造の係止位置変更許容機構、ひいては、簡便な構造のトルク付与装置を構築することができる。

（６）前記ステータに、前記複数の第１係止部が一円周上に配設され、かつ、前記捩じりばねの前記一端部に、それぞれが前記第１被係止部となる複数の第１被係止部が一円周上に配設された( 1)項ないし( 5)項のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。

（７）前記複数の第１被係止部の各々が、前記複数の第１係止部の１つによって係止される箇所を係止箇所と定義すれば、当該電動ブレーキアクチュエータにおいて、複数の係止箇所が存在しており、
それら複数の係止箇所のうちの２つ以上のものが、等角度ピッチで配置された( 6)項に記載の電動ブレーキアクチュエータ。

上記２つの態様によれば、複数の箇所において、捩じりばねの一端部がステータに係止されるため、捩じりばねの安定した係止が可能となる。特に、上記２つの態様のうちの後者によれば、弾性トルクの増加に伴う捩じりばねの傾き、偏心が効果的に抑制されるため、より安定した付与トルクを、入力軸に付与することが可能となる。

（８）前記ロータが、第３係止部としての欠肉部を有し、その欠肉部が、前記捩じりばねの前記他端部を、その他端部に設けられた第３被係止部を挿入させて係止するように構成されるとともに、その欠肉部の周方向の寸法が、その第３被係止部の周方向の寸法よりも大きくされた( 1)項ないし( 7)項のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。

本態様によれば、第３係止部としてのロータの欠肉部と、捩じりばねの他端部に設けられた第３被係止部との間に、周方向においてクリアランスが設けられるため、ロータへの捩じりばねの組付け、ひいては、ステータに対するロータおよび捩じりばねの組付けを、比較的容易に行うことができる。なお、欠肉部は、切欠，溝等、種々の形態のものとして形成することが可能である。

実施例の電動ブレーキアクチュエータが採用された電動ブレーキ装置を示す図である。 実施例の電動ブレーキアクチュエータを示す断面図である。 実施例の電動ブレーキアクチュエータが備えるトルク付与装置を説明するための図である。 トルク付与装置を構成するステータ，ロータ，リターンスプリングと、それらの組み付けを説明するための図である。 トルク付与装置の基本的な動作を説明するための図およびグラフである。 トルク付与装置が有する係止位置変更許容機構の作用を説明するための図である。 係止位置変更許容機構が働く場合の、当該電動ブレーキアクチュエータのピストンの前進量とトルク付与装置が付与するトルクとの関係を示すグラフである。 変形例の電動ブレーキアクチュエータにおいて採用されるトルク付与装置、および、そのトルク付与装置と実施例の電動ブレーキアクチュエータにおいて採用されるトルク付与装置との差異を説明するための図である。

以下、請求可能発明を実施するための形態として、請求可能発明の実施例である電動ブレーキアクチュエータおよびそれの変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例，変形例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］電動ブレーキ装置の構成
図１に模式的に示すように、実施例の電動ブレーキアクチュエータ１０（以下、単に、「アクチュエータ１０」という場合がある）は、電動ブレーキ装置２０に採用される。電動ブレーキ装置２０は、図示を省略する車輪とともに回転する回転体であるディスクロータ２２と、車輪を回転可能に保持するキャリア（図示を省略）に保持されたブレーキキャリパ２４と、それぞれがバックアッププレート２６によって支持された摩擦部材である１対のブレーキパッド２８とを含んで構成されている。

ブレーキキャリパ２４は、キャリアに設けられたマウントに、ディスクロータ２２を跨ぐようにして、軸線方向（図の左右方向）に移動可能に保持されている。１対のブレーキパッド２８は、ディスクロータ２２を挟むようにして、軸線方向の移動が許容された状態でバックアッププレート２６を介してマウントに保持されている。

便宜的に、図における左方を前方と、右方を後方として説明すれば、前方側のブレーキパッド２８は、ブレーキキャリパ２４の本体であるキャリパ本体３０の前端部である爪部３２に支持されている。アクチュエータ１０は、キャリパ本体３０の後方側の部分に、当該アクチュエータ１０のハウジング４０が固定されるようにして保持されている。アクチュエータ１０は、ハウジング４０に対して進退するピストン４２を有し、そのピストン４２は、前進することによって、前端が、後方側のブレーキパッド２８、詳しくは、ブレーキパッド２８を支持するバックアッププレート２６と係合する。そして、ピストン４２が、さらに前進することで、１対のブレーキパッド２８は、ディスクロータ２２を挟み付ける。言い換えれば、各ブレーキパッド２８がディスクロータ２２に押し付けられる。この押付けによって、車輪の回転に対して、ディスクロータ２２とそれらブレーキパッド２８との間の摩擦力に依存する制動力が発生させられる。つまり、車両を減速，停止させるための制動力が発生させられるのである。

［Ｂ］電動ブレーキアクチュエータの構成
簡単に説明すれば、アクチュエータ１０は、図２に示すように、当該アクチュエータ１０の本体としてのハウジング４０に内蔵された電動モータ４４を有している。電動モータ４４は、ハウジング４０の内周において一円周上に固定されたコイル４６と、ハウジング４０に回転可能に保持された概して筒状のモータ軸４８と、モータ軸４８の外周にコイル４６と向かい合うように固定された磁石５０とを含んで構成されるＤＣブラシレスモータである。ちなみに、電動モータ４４の軸線は、当該アクチュエータ１０の軸線Ｌと一致している。なお、以下の説明では、電動ブレーキ装置２０と同様に、図２における左方を前方と、右方を後方と、それぞれ呼ぶこととする。

ピストン４２は、概して円筒状の筒体５２と、筒体５２の前端を塞ぐ蓋体５４とが一体化されてなり、筒体５２が電動モータ４４のモータ軸４８の内部に配設されている。さらに、筒体５２の内部には、外周に雄ねじが形成された入力軸５６が、モータ軸４８，ころ５８を介して、モータ軸４８，ハウジング４０に対して回転可能かつ軸線方向に移動不能に配設されており、一方で、筒体５２の後端部には、入力軸５６に形成された雄ねじと螺合する雌ねじが形成されたナット６０が、ハウジング４０に対して回転不能に固定されている。入力軸５６の回転により、ピストン４２は、ハウジング４０に対して進退させられる。ちなみに、ピストン４２，入力軸５６の軸線も、軸線Ｌと一致させられている。

電動モータ４４のモータ軸４８と入力軸５６とは、減速機構６２を介して連結されている。詳しい説明は省略するが、減速機構６２は、いわゆるサイクロイド減速機構であり、大きな減速比を有し、モータ軸４８の回転速度に対して、入力軸５６の回転速度は相当に小さくされる。入力軸５６およびナット６０は、電動モータ４４の回転動作をピストン４２の進退動作に変換する動作変換機構６４を構成しており、モータ軸４８の回転、つまり、電動モータ４４の回転によって、ピストン４２が進退させられる。

上記のような構造に鑑み、以下の説明において、ピストン４２が前進する方向の電動モータ４４および入力軸５６の回転を、正転と、ピストン４２が後退する方向の電動モータ４４および入力軸５６の回転を、逆転と、それぞれ呼ぶこととする。

電動ブレーキ装置２０が制動力を発生させるための当該アクチュエータ１０の制御、つまり、電動モータ４４の制御について、以下に簡単に説明する。先に説明したように、制動力は、ピストン４２がブレーキパッド２８をディスクロータ２２に押し付ける力に比例する。その力の反力は、入力軸５６を介してハウジング４０が受け止める。図示を省略するが、アクチュエータ１０はその反力を検出するための反力センサ（ロードセル）を有しており、その反力センサによって検出された反力が、制動力の目標値である目標制動力に応じた値となるように、電動モータ４４に供給される電流を制御することにより、制動力が制御される。

簡単に言えば、電動モータ４４を正転させてピストン４２を前進させると、ブレーキパッド２８がディスクロータ２２に接触し、その接触の時点から、制動力すなわち上記反力が発生する。その時点からさらにピストン４２を前進させれば、ブレーキパッド２８の弾性変形を伴って、その前進の量に比例した制動力が得られることになる。逆に、制動力が発生している状態において、電動モータ４４を逆転させてピストン４２を後退させれば、制動力が減少し、ブレーキパッド２８がディスクロータ２２から離れたときに、制動力は発生させられなくなる。

［Ｃ］トルク付与装置
例えば、電動モータ４４の失陥，電動モータ４４を制御するコントローラ等の失陥等、言い換えれば、電動モータ４４によってはピストン４２を進退させられないような失陥の発生を考える。例えば、電動ブレーキ装置２０が制動力を発生させている状態において、そのような失陥が生じた場合、電動モータ４４によっては、ピストン４２を後退させることができず、また、動作変換機構６４の逆効率が比較的小さいことから、制動力が発生している状態が維持されることになる。いわゆる引摺状態が継続することになる。そのような事態に配慮して、本アクチュエータ１０には、電動モータ４４に依らずにピストン４２を後退させるために、入力軸５６に逆転方向のトルクを付与するトルク付与装置８０が設けられている。

i）トルク付与装置の構成
トルク付与装置８０が配設されているアクチュエータ１０の一部分を拡大して示す図３（ａ）、トルク付与装置８０を分解して示す図３（ｂ）をも参照して説明すれば、トルク付与装置８０は、大まかには、ハウジング４０に固定された概して円筒状のステータ８２と、ステータ８２に内蔵されたロータ８４およびリターンスプリング８６（以下、単に、「スプリング８６」という場合がある）とを含んで構成され、当該トルク付与装置８０の軸線も、すなわち、ステータ８２の軸線も、アクチュエータ１０の軸線Ｌと一致している。なお、ステータ８２は、ハウジング４０に固定されているが、ハウジング４０の一部と考えることもできる。すなわち、ステータ８２は、本体であるハウジング４０に対して固定的に設けられたものである。

また、ステータ８２は、図２から解るように、実際には、本体部８８と、その本体部８８から前方に延び出す延出部９０とに区分けすることができるが、図３（ｂ）では（後に出てくる図も同様である）、解り易さに鑑み、本体部８８だけを、図示している。以下、この本体部８８だけを図示したものもステータ８２と呼ぶことがあることとし、さらに、ステータ８２（本体部８８だけが示されている），ロータ８４，スプリング８６のそれぞれの単品図である図４（ｃ），図４（ｂ），図４（ａ）、トルク付与装置８０を分解した状態を別の視点から示す図４（ｄ）、ステータ８２，ロータ８４，スプリング８６を組み付けた状態を示す図４（ｅ）をも参照しつつ説明する。

ステータ８２は、概して円筒状をなし、後方の部分において、円板状の支持板９２を保持している。支持板９２には、鍔付円筒軸９４が付設されている。ロータ８４は、段付きのハット形状を有しており、前端部の中央に円形穴９６が設けられている。ロータ８４は、円形穴９６に鍔付円筒軸９４を挿通させる状態で、ステータ８２内において、スラスト軸受９８を介して、支持板９２に回転可能に支持されている。鍔付円筒軸９４の外周とスラスト軸受９８の内周との間にはカラー１００が介在させられている。なお、図３（ｂ），図４（ｄ），図４（ｅ）では、鍔付円筒軸９４，スラスト軸受９８，カラー１００は省略されており、図３（ｂ）では、さらに、支持板９２も省略されている。

スプリング８６は、断面が四角形をなす線材が複数回巻き回された捩じりコイルばね（「捩じりばね」の一種）である。前端側に位置する一端部１０２（図４（ａ）において破線で示す領域の部分）は、複数箇所（５箇所）において屈曲させられ、概して正六角形の輪郭に沿った形状とされている。つまり、６０°ピッチで一円周上に配置された複数の屈曲部１０４、詳しくは、５つの屈曲部１０４を有している。スプリング８６の一端部よりも後方側に位置する部分は、線材が円形に巻かれており、短い円筒として、すなわち、円筒部として形成されている。５つの屈曲部１０４の各々は、その円筒の外周よりも外側に突出している。

一方で、ステータ８２の前方側の部分は、角が落とされた正六角形状の開口１０６が形成されている。つまり、開口１０６には、それぞれが径方向に窪む６つの凹所１０８が、６０°ピッチで配設されている。スプリング８６は、上記一端部１０２が、その開口１０６に嵌り入るようにして、ステータ８２内に収容される。ステータ８２に収容された状態では、図４（ｅ）に示すように、スプリング８６は、一端部１０２に設けられた５つの屈曲部１０４がステータ８２の６つの凹所１０８のうちの５つに係止され、ステータ８２に対する軸線Ｌの回りの回転が制限される。つまり、ステータ８２の６つの凹所１０８の各々は、第１係止部として機能し、スプリング８６の５つの屈曲部１０４の各々は、第１係止部によって係止される第１被係止部として機能する。

スプリング８６は、円筒部がステータ８２の内周壁とロータ８４の外周壁に挟まれるようにして配設される。スプリング８６の後端部である他端部は、先端に、内側に向かって鉤状に曲げられた第１フック部１１０を有している。ロータ８４には、周壁の一部が切り欠かれることで、欠肉部としての切欠１１２が形成されている。スプリング８６の第１フック部１１０は、この切欠１１２に係止される。スプリング８６、および、ロータ８４の軸線Ｌの回りの回転の方向に関し、図３（ｂ）に示すように、ピストン４２を前進させるための上記入力軸５６の回転方向と同じ方向の回転を正回転と、逆の方向の回転を逆回転と呼べば、第１フック部１１０が切欠１１２に係止された状態では、ロータ８４に対するスプリング８６の他端部の逆回転が禁止される。言い換えれば、スプリング８６の他端部に対するロータ８４の正回転が禁止される。

さらに、スプリング８６の一端部１０２の先端も、内側に鉤状に曲げられている。つまり、一端部１０２には、先端に、第２フック部１１４が設けられている。一方で、ロータ８４の外周の前方部分には、周方向における所定の箇所から径方向に突出する突出部１１６が固定的に設けられている。この突出部１１６が第２フック部１１４によって係止されることで、スプリング８６の一端部１０２に対するロータ８４の逆回転が禁止される。言い換えれば、ロータ８４に対するスプリング８６の一端部１０２の正回転が禁止される。つまり、第２フック部１１４は、第２係止部として機能し、ロータ８４の突出部１１６は、第２係止部によって係止される第２被係止部として機能する。

図４（ｅ）に示す状態、すなわち、ステータ８２に、ロータ８４，スプリング８６が組み付けられた状態（以下、「組付状態」という場合がある）では、第１フック部１１０が切欠１１２によって係止され、突出部１１６が第２フック部１１４によって係止されている。この状態において、スプリング８６は、無負荷状態（自然状態）、すなわち、当該スプリング８６に対して何らの外力も作用していない状態から、ある程度捩じり増された状態となっている。つまり、スプリング８６は、ロータ８４に対して、ロータ８４を逆回転させる向きの弾性トルクを付与する状態とされている。さらに言えば、スプリング８６は、一端部１０２においてステータ８２に係止されているため、スプリング８６は、ステータ８２に対してロータ８４を逆回転させる向きの弾性トルクを発生させているのである。また、その状態では、スプリング８６の一端部１０２に対するロータ８４の逆回転が禁止されているため、その弾性トルクは、いわゆるセットトルク（予トルク）と呼ぶことができるものとなっており、スプリング８６が発生させるべき弾性トルクの下限のトルクとして設定されている。したがって、ロータ８４に設けられた突出部１１６、および、スプリング８６の一端部１０２に設けられた第２フック部１１４は、スプリング８６の弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止する下限トルク確保機構を構成するものとされているのである。

なお、スプリング８６の他端部の上記第１フック部１１０は、第３被係止部として機能し、ロータ８４の欠肉部である上記切欠１１２は、その第３被係止部を係止する第３係止部として機能すると考えることもできる。切欠１１２の周方向の寸法は、第１フック部１１０の周方向の寸法より大きくされている。ステータ８２に、ロータ８４，スプリング８６を組み付ける場合、ステータ８２内にまずロータ８４を収納し、捩じり増したスプリング８６の第１フック部１１０を切欠１１２内に前方から挿入しつつ、屈曲部１０４が設けられた一端部１０２をステータ８２に係止させる。その後、そのスプリング８６の捩じり増しを解除すれば、スプリング８６の弾性反力によってロータ８４が逆回転方向に回転して、スプリング８６の一端部１０２に設けられた第２フック部１１４によって、ロータ８４に設けられた突出部１１６が係止される。このようにして、設定下限トルクとなる弾性トルクが維持された状態で、ステータ８２に、ロータ８４，スプリング８６を容易に組み付けることができる。

当該トルク付与装置８０がアクチュエータ１０に配備された状態では、図３（ａ）では明確には示されていないが、入力軸５６の後端面１２０とロータ８４の前端面１２２の間には、極僅かなクリアランスが存在している。言い換えれば、入力軸５６の後端面１２０とロータ８４の前端面１２２とが、将に互いに接しようとする状態となっている。

ii）トルク付与装置の基本的な動作
先に説明したように、電動モータ４４によって入力軸５６を正回転させることで、ピストン４２は前進し、ブレーキパッド２８はディスクロータ２２に押し付けられて制動力が発生させられる。制動力が発生している状態では、図３（ａ）の白抜矢印で示すように、ブレーキパッド２８をディスクロータ２２に押し付ける力（以下、「押付力」という場合がある）の反力を、入力軸５６が受けることになる。この反力（以下、「押付反力」という場合がある）の作用によって、入力軸５６の後端面１２０とロータ８４の前端面１２２とは互いに押し合うようにして接触し、それら後端面１２０と前端面１２２との間に摩擦力が発生することになる。端的に言えば、この摩擦力によって、制動力が発生させられている間は、入力軸５６とロータ８４とは、一体的に回転することになる。つまり、本トルク付与装置８０では、ロータ８４の前端面１２２と入力軸５６の後端面１２０とを含んで、摩擦を利用したクラッチ機構が設けられているのである。

電動モータ４４を正回転させて、制動力を発生させるべくピストン４２を前進させると、トルク付与装置８０は、図５（ａ）に示す制動力発生の開始時点の状態から、図５（ｂ）に示す状態に移行する。具体的に言えば、ロータ８４が正回転を開始すると、スプリング８６の第２フック部１１４によるロータ８４の突出部１１６の係止が解除され、その後、ロータ８４がさらに正回転すると、ロータ８４の切欠１１２によるスプリング８６の第１フック部１１０の係止を維持したまま、その正回転の量（以下、「ロータ正回転量」という場合がある）に応じた量だけ、スプリング８６が捩じり増されることになる。つまり、ロータ正回転量に応じた大きさだけ、スプリング８６の弾性トルクが増加する。この弾性トルクは、ピストン４２が後退する方向のトルク、つまり、逆回転方向のトルクとして、入力軸５６に作用する。その入力軸５６に作用するトルクを、付与トルクと呼べば、制動力が発生した後には、その付与トルクに抗して、ピストン４２は前進させられる。

上記ロータ８４の正回転量と、ピストン４２の前進の量（以下、「ピストン前進量」と呼ぶ場合がある）とは、比例しており、ピストン前進量と付与トルクとは、図５（ｃ）のグラフに示すような関係となる。ピストン前進量Ｘが増加し、制動力の発生が開始する時点のピストン４２の前進量である発生開始前進量Ｘ₀となった時点で、制動力の発生を開始し、その後、ピストン前進量Ｘの増加に応じて、制動力は増加する。上述したように、下限トルク確保機構によってスプリング８６は上述の設定下限トルクを発揮しているため、ピストン前進量Ｘが発生開始前進量Ｘ₀を超えた時点で、そのトルクに相当する付与トルクＴｑである下限付与トルクＴｑ₀が、入力軸５６に付与される。そして、その時点から後は、ピストン前進量Ｘに比例して、付与トルクＴｑが増大していくのである。なお、発生させられている制動力の大きさは、ブレーキパッド２８の弾性変形量に依存するため、ブレーキパッド２８の摩耗を無視すれば、発生開始前進量Ｘ₀からのピストン前進量Ｘに概して比例する。

発生させられている制動力を減少させるべく、電動モータ４４を逆回転させれば、入力軸５６も逆回転し、その逆回転に応じて、付与トルクＴｑは、スプリング８６の第２フック部１１４によってロータ８４の突出部１１６が係止される時点、すなわち、下限付与トルクＴｑ₀に至る時点まで、減少する。その時点のトルク付与装置８０の状態が図５（ａ）に示す状態である。なお、ブレーキパッド２８の摩耗等を無視して考えれば、理論的には、その時点で制動力が発生させられなくなるが、その時点の前に、制動力が無くなった場合には、上記押付反力が無くなるために、入力軸５６とロータ８４との相対回転が許容され、スプリング８６の弾性トルクによって図５（ａ）に示す状態に復帰する。

ここで、制動力を発生させている状態で電動モータ４４が失陥した場合、詳しく言えば、電動モータ４４が力を発揮できないような失陥が生じた場合を考える。もしも、アクチュエータ１０にトルク付与装置８０が装備されていないと仮定したら、雄ねじが形成された入力軸５６とナット６０とによって構成される動作変換機構６４の逆効率が比較的小さいことから、電動モータ４４が逆回転方向の力を発生させることのできない状況下では、ピストン４２は容易には後退することができない。したがって、極端に言えば、ブレーキパッド２８がディスクロータ２２に押し付けられたままであり、発生させられている制動力を減少させることができなくなる。

上記電動モータ４４が逆回転方向の力を発生できない状況において、上記トルク付与装置８０は効果を発揮する。詳しく言えば、制動力が発生させられている限り、つまり、ロータ８４と入力軸５６とが一体的に回転可能である限り、スプリング８６の弾性トルクに依拠する逆回転方向の付与トルクＴｑが入力軸５６に作用しており、電動モータ４４が逆回転方向の力を発揮できなくても、その付与トルクＴｑによって、ピストン４２を後退させて、制動力を解消することが可能となるのである。つまり、制動力を発生させたまま車両が走行することを防止することができるのである。

なお、本トルク付与装置８０では、制動力が発生している状態において、常時、上述した下限付与トルクＴｑ₀以上の付与トルクＴｑが入力軸５６に付与されているため、電動モータ４４の力に依らずとも、ピストン４２を、制動力が発生しなくなる位置まで円滑に後退させることが可能とされているのである。言い換えれば、安定した下限付与トルクＴｑ₀が確保されていることで、制動力を発生させている状態において電動モータ４４が失陥した場合であっても、確実なピストン４２の後退が担保されているのである。なお、本トルク付与装置８０では、断面が角形のスプリング８６が採用されおり、そのスプリング８６の断面積は、断面が円形のスプリングと比較して、大きくなっている。したがって、スプリング８６は、比較的大きな弾性トルクを発生させることができることから、断面が円形のスプリングを採用するトルク付与装置と比較して、本トルク付与装置８０は、小型化が可能となる。

iii）係止位置変更許容機構
通常のブレーキ操作において発生させられるであろうと推測される制動力を最大制動力と想定した場合に、制動力はブレーキパッド２８の弾性変形量に比例するため、通常のブレーキ操作では、図５（ｃ）のグラフに示す通常移動距離ΔＸの領域においてピストン４２が移動させられると考えることができる。その領域において付与トルクＴｑが必要十分な値となるようにトルク付与装置８０の設定がなされている。ところが、例えば、長い下り坂を車両が走行している場合等において、１回のブレーキ操作が長く継続するような事態も想定される。つまり、例えば、運転者がブレーキペダルを踏み続けているような事態である。そのような事態においては、ブレーキパッド２８の大きな摩耗が発生する。

例えば、１回のブレーキ操作の間にブレーキパッド２８が大きく摩耗した場合、ピストン前進量Ｘが、上記通常移動距離ΔＸを超えて相当に増大することが予測される。そのピストン前進量Ｘの増大は、トルク付与装置８０による付与トルクＴｑの増大を引き起こす。つまり、トルク付与装置８０のスプリング８６が、相当大きく捩じり増されることになり、当該トルク付与装置８０の負担が過大となる。見方を変えれば、スプリング８６が捩じりコイルばねであるため、スプリング８６が、構造上の限界を超えて捩じり増されることにも繋がりかねない。また、過大な付与トルクＴｑに抗してピストン４２を前進させなければならないため、電動モータ４４への負荷も過大となる可能性もある。ブレーキパッド２８の大きな摩耗に限らず、付与トルクＴｑの増大，スプリング８６の過大な弾性変形は、当該トルク付与装置８０、ひいては、当該アクチュエータ１０に種々の問題を生じかねさせない。

そのような問題に対処するため、本トルク付与装置８０には、係止位置変更許容機構が設けられている。詳しく説明すれば、先に説明したように、本トルク付与装置８０では、スプリング８６は、自身の一端部１０２に設けられた５つの屈曲部１０４が、ステータ８２の６つの凹所１０８のうちの５つに、それぞれ、係止されているが、弾性トルクがある値、すなわち、設定上限トルクを超える場合に、それら５つの屈曲部１０４の各々が、係止されていた凹所１０８とは別の凹所１０８によって係止されるようになっている。典型化して説明すれば、図６（ａ）に示す状態にまでスプリング８６が捩じり増された状態では、図６（ｂ）に示すように、スプリング８６の一端部１０２が縮径しつつ弾性変形する。つまり、一端部１０２が、各屈曲部１０４が軸線Ｌに近づくように弾性変位するのである。そのような弾性変形に伴って、スプリング８６の弾性トルクにより、各屈曲部１０４が、ステータ８２の開口１０６の内周面を滑るようにして、係止されていた凹所１０８による係止が解かれ、図６（ｃ）に示すように、その凹所１０８の正回転方向における隣の凹所１０８によって係止されることになる。つまり、係止位置変更許容機構は、それぞれが第１被係止部である屈曲部１０４と、それぞれが第１係止部である凹所１０８とを含んで構成され、各屈曲部１０４が、それまで係止されていた凹所１０８とは別の凹所１０８によって係止されることを許容するように構成されているのである。簡単に言えば、第１被係止部の係止位置の変更を許容するように構成されているのである。

上述した係止位置変更許容機構によって各屈曲部１０４が別の凹所１０８によって係止されることで、係止される位置が変更された分だけ、スプリング８６は捩じり戻され、弾性トルクは減少する。その弾性トルクの減少に伴って、上記付与トルクＴｑも減少させられる。具体的には、付与トルクＴｑは、ピストン前進量Ｘの増加に伴って、図７のグラフに示すように変化する。ちなみに、極端ではあるが、グラフは、弾性トルクが、３回、設定上限トルク（グラフの上限付与トルクＴｑ１に相当するトルクである）を超え、係止位置変更許容機構が３回働いた場合を示している。グラフから解るように、係止位置変更許容機構の作用により、ピストン前進量Ｘが大きく増加しても、付与トルクＴｑは、ある上限を超えて増加することがなく、スプリング８６の過大な弾性変形も防止されることになる。

１回のブレーキ操作の間に、図７のグラフに示すように係止位置変更許容機構が働いたとしても、そのブレーキ操作が終了したときには、制動力の減少過程に移行する前に当該電動ブレーキ装置２０が発生させていた制動力に応じた量だけピストン４２が後退させられた後に、制動力は発生させられなくなる。グラフにおいて×印で示す位置までピストン４２が前進してブレーキ操作が終了したと仮定すれば、グラフにおいて破線で示すように、制動力の減少過程においてピストン４２が後退させられた量に応じた量だけ、入力軸５６とともにロータ８４が逆回転方向に回転した後、入力軸５６とロータ８４との相対回転が許容される。グラフでは、その相対回転が許容された後、減少させられた弾性トルクによって、ロータ８４が回転させられて、ロータ８４の突出部１１６が、スプリング８６の第２フック部１１４に係止されて、弾性トルクが上記設定下限トルクとなる。すなわち、付与トルクＴｑが、上述の下限付与トルクＴｑ₀となる。グラフでは、突出部１１６が第２フック部１１４に係止される前に、制動力が０となった場合を示している。なお、詳しい説明を省略するが、制動力が０となる前に突出部１１６が第２フック部１１４に係止されることも考えられる。その場合は、下限付与トルクを維持しつつ、逆回転方向に回転する入力軸５６の力によって、各屈曲部１０４が逆回転方向における隣の凹所１０８によって係止されるようなスプリング８６の一端部１０２の逆回転方向の回転が許容される。

以上の説明から解るように、あるブレーキ操作において係止位置変更許容機構が働いたとしても、上述の下限トルク確保機構によって、そのブレーキ操作以降のブレーキ操作において、上述の下限付与トルクＴｑ₀以上の付与トルクＴｑが、安定的に、入力軸５６に付与される。そのため、以降のブレーキ操作において、電動モータ４４が失陥したとしても、確実なピストン４２の後退が担保されることになる。

iv）係止位置変更許容機構に関する変形例
上記係止位置変更許容機構は、それぞれが第１被係止部である５つの屈曲部１０４がスプリング８６の一端部１０２に設けられ、それぞれが第１係止部である６つの凹所１０８が一円周上に配置されるようにしてステータ８２に設けられていた。つまり、実施例のアクチュエータ１０は、複数の第１被係止部と複数の第１係止部とを有する態様の係止位置変更許容機構が採用されていた。そのような係止位置変更許容機構に代え、第１被係止部が１つしか設けられていないような係止位置変更許容機構を採用して、変形例としてのアクチュエータを構成してもよい。

具体的には、図８（ａ）に示すように、先に説明した係止位置変更許容機構と同様にそれぞれが第１係止部である６つの凹所１０８がステータ８２に設けられる一方で、スプリング８６’の一端部１０２’には、第１被係止部として１つの屈曲部１０４’しか設けられていないような係止位置変更許容機構を採用することも可能である。このような係止位置変更許容機構を採用したトルク付与装置８０’によっても、弾性トルクが設定上限トルクを超えることを防止しつつ、下限トルク確保機構によって付与トルクを入力軸５６へ付与することが可能である。

しかしながら、捩じりコイルばねであるスプリング８６’は、弾性トルクの増大に伴って、すなわち、捩じり増された量が大きくなるにつれて、外径が小さくなる。したがって、図８（ａ）に示す係止位置変更許容機構を採用する場合、屈曲部１０４’の係止位置が１つの凹所１０８から別の凹所１０８に変更される程度に捩じり増された場合には、１つの屈曲部１０４’しか係止されていなため、スプリング８６’の軸線が、当該アクチュエータ１０の軸線Ｌに対して傾いたり、軸線Ｌに対して径方向にシフト、すなわち、偏心してしまう事象が予想される。特に、一端部１０２’の先端に１つだけ屈曲部１０４’が設けられているため、例えば、スプリング８６’の前方側の部分が、図に示す白抜き矢印の方向に大きく偏る。そのため、第１被係止部である屈曲部１０４’の安定した係止ができなくなることが予想される。言い換えれば、屈曲部１０４’が、第１係止部である凹所１０８から容易に滑り出ることが予想される。

そのような事象を考慮すれば、実施例のアクチュエータ１０が採用する係止位置変更許容機構では、図８（ｂ）に示すように、スプリング８６の一端部１０２の１円周上に５つの屈曲部１０４が配置されているため、言い換えれば、複数の第１被係止部が、複数の第１係止部によってそれぞれ係止されているため、上記事象の発生が抑制されている。さらに、詳しく言えば、図８（ｂ）に示すように、複数の屈曲部１０４の各々が係止される箇所を係止箇所１２４ａ〜１２４ｅと呼べば、実施例のアクチュエータ１０が採用する係止位置変更許容機構では、それら係止箇所１２４ａ〜１２４ｅは、一円周上において、互いに等角度ピッチで配設された係止箇所組を含んでいる。具体的には、１２０°ピッチで配設された１つの係止箇所組（係止箇所１２４ａ，１２４ｃ，１２４ｅ）、１８０°ピッチで配設された２つの係止箇所組（係止箇所１２４ａ，１２４ｄ），（係止箇所１２４ｂ，１２４ｅ）を含んでいることから、上記事象の発生が効果的に抑制されているのである。

１０：電動ブレーキアクチュエータ ２０：電動ブレーキ装置 ２２：ディスクロータ〔回転体〕 ２４：ブレーキキャリパ ２８：ブレーキパッド〔摩擦部材〕 ４０：ハウジング〔本体〕 ４２：ピストン ４４：電動モータ ５６：入力軸 ６４：動作変換機構 ８０，８０’：トルク付与装置 ８２：ステータ ８４：ロータ ８６，８６’：リターンスプリング〔捩じりコイルばね〕 １０２，１０２’：リターンスプリングの一端部 １０４：屈曲部〔第１被係止部〕 １０８：ステータの凹所〔第１係止部〕 １１０：リターンスプリングの第１フック部〔第３被係止部〕 １１２：ロータの切欠〔欠肉部，第３係止部〕 １１４：リターンスプリングの第２フック部〔第２係止部〕 １１６：ロータの突出部〔第２被係止部〕 １２０：入力軸の後端面〔クラッチ機構〕 １２２：ロータの前端面〔クラッチ機構〕 １２４ａ〜１２４ｅ：係止箇所

Claims (8)

1. 車輪とともに回転する回転体に摩擦部材を押し付けるための電動ブレーキアクチュエータであって、
   本体と、
   その本体に進退可能に保持され、前進することで前記摩擦部材を前記回転体に向かって押すピストンと、
   電動モータと、
   その電動モータによって回転させられる入力軸を有し、その電動モータの回転動作を前記ピストンの進退動作に変換する動作変換機構と、
   捩じりばねを有し、その捩じりばねが発生させる弾性トルクに依拠して、前記ピストンが後退する方向のトルクを前記入力軸に付与するトルク付与装置と
   を備え、
   そのトルク付与装置が、
   前記本体に対して固定的に設けられ、前記捩じりばねの一端部に設けられた第１被係止部を、自身に設けられた複数の第１係止部の１つにおいて係止するステータと、
   前記捩じりばねの他端部を係止するとともに、前記ピストンが前記摩擦部材を前記回転体に押し付ける力の反力を前記入力軸が受ける状態においてその入力軸とともに前記ステータに対して回転して前記捩じりばねを捩じり、その反力を前記入力軸が受けていない状態においてその入力軸との相対回転が許容されるようにされたロータと、
   前記捩じりばねの弾性トルクが設定上限トルクを超える場合に、その弾性トルクを減少させるべく、前記捩じりばねの前記一端部に設けられた前記第１被係止部が、前記ステータに設けられた前記複数の第１係止部の別の１つに係止されることを許容する係止位置変更許容機構と、
   前記捩じりばねの弾性トルクが設定下限トルク未満となることを禁止すべく、前記ロータに設けられた第２被係止部を、前記捩じりばねの前記一端部に設けられた第２係止部に係止させる下限トルク確保機構と
   を有する電動ブレーキアクチュエータ。
2. 前記捩じりばねが、線材が複数巻き回されてなる捩じりコイルばねである請求項１に記載の電動ブレーキアクチュエータ。
3. 前記捩じりコイルばねが、断面が四角形をなす線材が複数回巻き回されてなるものである請求項２に記載の電動ブレーキアクチュエータ。
4. 前記第１被係止部が、前記捩じりばねの前記一端部において線材が屈曲されて形成され、前記複数の第１係止部の各々が、その第１被係止部を係止可能な凹所として前記ステータに形成された請求項２または請求項３に記載の電動ブレーキアクチュエータ。
5. 前記係止位置変更許容機構が、前記捩じりばねの弾性トルクの増大に伴う前記捩じりばねの前記一端部の弾性変形によって、その一端部に設けられた前記第１被係止部が変位することで、その第１被係止部の前記複数の第１係止部の前記１つによる係止から、前記別の１つによる係止に移行させるように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。
6. 前記ステータに、前記複数の第１係止部が一円周上に配設され、かつ、前記捩じりばねの前記一端部に、それぞれが前記第１被係止部となる複数の第１被係止部が一円周上に配設された請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。
7. 前記複数の第１被係止部の各々が、前記複数の第１係止部の１つによって係止される箇所を係止箇所と定義すれば、当該電動ブレーキアクチュエータにおいて、複数の係止箇所が存在しており、
   それら複数の係止箇所のうちの２つ以上のものが、等角度ピッチで配置された請求項６に記載の電動ブレーキアクチュエータ。
8. 前記ロータが、第３係止部としての欠肉部を有し、その欠肉部が、前記捩じりばねの前記他端部を、その他端部に設けられた第３被係止部を挿入させて係止するように構成されるとともに、その欠肉部の周方向の寸法が、その第３被係止部の周方向の寸法よりも大きくされた請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の電動ブレーキアクチュエータ。

Images