JPH09303450A - ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブレーキ機能のインテリジェント化に適し、
しかも、装置を小型化すると同時に、消費電力の低減や
応答性の点でも優れたブレーキ装置を提供すること。 【解決手段】 超磁歪ブレーキ１は、磁歪によって伸長
する超磁歪素子１２を利用して摩擦材３を制動用の回転
体２に向けて移動させる電動式のアクチュエータ４と、
超磁歪素子１２と摩擦材３との間に介在して超磁歪素子
１２の変位量を拡大してパッド３に伝達する流体式の変
位拡大機構５と、パッド３の摩耗に応じて変位拡大機構
５に流体を補給してパッド３を押圧するピストンの初期
位置を補正する流体補給手段２７とを装備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の制動に使用
される電動式のブレーキ装置に関し、更に詳述すると、
摩擦材への押付力を付与する電動式のアクチュエータと
して超磁歪素子を利用した構成のブレーキ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、油圧を駆動源として車両に使
用されるブレーキ装置は、油圧配管装備や、油圧調整機
構のために、構成部品点数が増大して、構成が複雑化す
るという問題があった。また、最近は、アンチロックブ
レーキシステムの装備や、トラクションコントロールシ
ステムの装備など、ブレーキ機能のインテリジェント化
が活発に行われているが、このようなインテリジェント
化に際して、油圧駆動式の従来のブレーキ装置の場合、
車輪のロック状態やスリップ状態に応じて所定の電気信
号を油圧アクチュエータの機械的動作に変換する電気−
油圧制御回路を付加しなければならない。そのため、制
御系が複雑化した。

【０００３】そこで、このような背景から、近年では、
駆動源としては回転モータを使用し、回転−直線変換機
構や減速機構等を介して摩擦材を制動用の回転体に押し
付けることによって所定の制動力を生じさせる電動式の
ブレーキ装置（特開昭６４−２１２２９号公報参照）
や、駆動源として圧電セラミックスを利用する電動式の
ブレーキ装置（特開昭６０−１３６６２９号公報参照）
が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように駆動源と
して回転モータや圧電セラミックスを利用する電動式の
ブレーキ装置では、アンチロックブレーキシステムの装
備やトラクションコントロールシステムの装備などのブ
レーキ機能のインテリジェント化が図り易くなる。

【０００５】しかし、駆動源として回転モータを利用す
るブレーキ装置では、回転−直線変換機構や減速機構等
の装備のために、ブレーキ装置が大型化になるという問
題があった。一方、駆動源として圧電セラミックスを利
用するブレーキ装置では、摩擦材の進退動作に必要な直
線運動を駆動源から直接得ることができ、回転−直線変
換機構や減速機構等を使用せずに済むためにブレーキ装
置を小型化することが可能であるが、圧電セラミックス
は大電圧を発生するための装置が必要となるという問題
があった。

【０００６】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、アンチロックブレーキシステムの装備やトラクショ
ンコントロールシステムの装備などのブレーキ機能のイ
ンテリジェント化が図り易く、しかも、装置の小型化に
適し、かつ、消費電力の低減や応答性の点で優れたブレ
ーキ装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係るブレーキ装置は、回転体に摩擦材を押し
付けて制動力を得るため該摩擦材を前記回転体に向けて
進退移動させる電動式のアクチュエータと、ブレーキ操
作部の操作状態に応じて前記アクチュエータの動作を制
御するコントロール・ユニットとを具備すると共に、前
記アクチュエータは、磁界が加えられると磁歪によって
伸長する超磁歪素子と、入力電流に応じた磁界を前記超
磁歪素子に加える電磁コイルとを備え、また、前記コン
トロール・ユニットは、前記電磁コイルの入力電流を前
記ブレーキ操作部の操作状態に応じて制御し、制動に必
要な前記摩擦材への押圧力を、前記超磁歪素子の磁歪に
よる伸長によって行うブレーキ装置であって、前記超磁
歪素子と前記摩擦材との間に、前記超磁歪素子の変位量
を拡大して摩擦材に伝達する流体式の変位拡大機構を装
備するとともに、この変位拡大機構には、前記摩擦材の
摩耗に応じて流体を補給して、前記摩擦材を押圧するピ
ストンの初期位置を補正する流体補給手段を装備したこ
とを特徴とする。

【０００８】また、上記目的は、上記構成のブレーキ装
置において、前記アクチュエータの超磁歪素子は、棒状
をなすと共に、軸方向を前記摩擦材の進退方向に向けて
配備され、前記変位拡大機構は、前記摩擦材を進退可能
に支持している摩擦材支持部材上に形成されて流体を封
入したシリンダと、該シリンダの一方の壁部を挿通する
と共に前記超磁歪素子の他端に連結されて前記超磁歪素
子の変位をシリンダ内の流体に伝える大径ピストンと、
前記シリンダの他方の壁部を挿通すると共に前記摩擦材
に当接されて前記大径ピストンから流体に伝えられた変
位を摩擦材に伝える小径ピストンとを備えて、前記超磁
歪素子の変位量の拡大率が、前記大径ピストン及び小径
ピストンの面積比により設定される構成をなし、前記流
体補給手段は、前記シリンダ内に補給する流体を貯留し
たリザーバタンクと、該リザーバタンクとシリンダとを
連通する流路に介在してシリンダへの流体の補給を制御
するチェック弁とを備えた構成としても、達成すること
ができるものである。

【０００９】

【作用】本発明の上記構成によれば、摩擦材を制動用の
回転体に向けて変動させるための駆動源として磁界強さ
によって伸長する超磁歪素子を使用したもので、例え
ば、棒状の超磁歪素子に磁界を加えて伸長させること
で、摩擦材の移動方向に沿って摩擦材への押圧力付与に
必要な直線運動を駆動源である超磁歪素子から直接得る
ことができる。

【００１０】そして、超磁歪素子の変位を流体式の変位
拡大機構で拡大して摩擦材に伝達する構成のため、摩擦
材を移動動作させるための変位量を超磁歪素子の変位量
以上に大きく設定することができる。

【００１１】そして、更に、摩擦材が摩耗すると、その
摩耗量に応じて流体補給手段から流体が変位拡大機構に
補給されて、前記摩擦材を押圧するピストンと摩擦材と
の相対位置関係が摩擦材の摩耗によって変化しないよう
に、前記ピストンの初期位置が補正される。したがっ
て、前記変位拡大機構で拡大した変位量を、摩擦材の摩
耗の進行に拘らず、摩擦材の摩耗前と同様に回転体の押
圧に利用することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るブレーキ装置
の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るブレーキ装置の一実施形態の要部
断面図である。この一実施形態の超磁歪ブレーキ１は、
車両用のディスクブレーキとして設けられ、制動用の回
転体であるブレーキディスク（ロータ）２と、ブレーキ
ディスク２に押し付けることで制動力を発生させる摩擦
材であるパッド３と、パッド３をブレーキディスク２に
向けて移動させるための電動式のアクチュエータ４と、
アクチュエータ４が発生する変位量を拡大してパッド３
に伝達する流体式の変位拡大機構５と、ブレーキ操作部
であるブレーキペダル６の操作状態に応じてアクチュエ
ータ４の動作を制御するコントロール・ユニット（ＥＣ
Ｕ）８とを備えて構成される。

【００１３】パッド３は、ブレーキディスク２を挟むよ
うに一対装備されていて、摩擦材支持部材（図示せず）
によって、ブレーキディスク２の軸方向に移動自在に支
持されている。ブレーキキャリパ１０は、周知のフロー
ティングキャリパ構造をとり、図示せぬスライドピンを
介して摩擦材支持部材に摺動自在に固定され、アクチュ
エータ４の駆動により図中左側のパッド３がブレーキデ
ィスク２の左側面を押圧すると、その反作用によりキャ
リパ爪部１０ａに取り付けられた図中右側のパッド３が
ブレーキディスク２の右側面を押圧するように構成され
ている。

【００１４】アクチュエータ４は、磁界が加えられると
磁歪によって長さが増大する棒状の超磁歪素子１２と、
入力電流に応じた磁界を超磁歪素子１２に加える電磁コ
イル１４とを備えている。ここに、超磁歪素子１２は、
軸方向を摩擦材３の進退方向（図１の左右方向）に向
け、一端（図では、左端）がブレーキキャリパ１０の背
面壁に突出形成されたヨーク部１０ｂに係止されると共
に、他端には、ヨーク７が当接されている。

【００１５】ヨーク７は、ブレーキキャリパ１０に形成
されたシリンダ部１０ｃによって、超磁歪素子１２の軸
方向に摺動自在に保持されており、超磁歪素子１２の伸
長に追従して摩擦材３側に移動する。ヨーク７とブレー
キキャリパ１０との間には、超磁歪素子１２を圧縮方向
に付勢して、通電時における超磁歪素子１２の歪量を増
大するばね１５が備えられている。

【００１６】電磁コイル１４は、略円筒状を呈してお
り、超磁歪素子１２の外周を囲うようにブレーキキャリ
パ１０のシリンダ部１０ｃ内に固定されて、入力電流に
応じた磁界を超磁歪素子１２に加える。前述のヨーク７
及びブレーキキャリパ１０は、超磁歪素子１２に磁界を
かける磁気回路の構成要素として機能する。

【００１７】また、ブレーキペダル６は、運転者によっ
て踏下されると、そのとき踏下されたストロークまたは
踏力信号が公知のセンサ１６によってコントロール・ユ
ニット８に入力される。

【００１８】流体式の変位拡大機構５は、ブレーキキャ
リパ１０内に形成されて流体２０を封入したシリンダ２
１と、シリンダ２１の一端側に挿通されると共に超磁歪
素子１２の他端に当接されて超磁歪素子１２の変位をシ
リンダ２１内の流体２０に伝える大径ピストン１１と、
シリンダ２１の他方の壁部を挿通すると共にパッド３に
当接されて大径ピストン１１から流体２０に伝えられた
変位をパッド３に伝える小径ピストン２３とを備え、シ
リンダ２１内の流体２０を押圧する大径ピストン１１及
び小径ピストン２３の面積比を適宜値に設計することで
変位量の拡大率を所望値に設定できる構成とされてい
る。

【００１９】シリンダ２１内に封入される流体２０は、
非圧縮性及び耐熱性を有する流体で、例えばブレーキオ
イル等が利用される。また、シリンダ２１内のそれぞれ
のピストン１１，２３の摺動部分には、流体２０の漏出
を防止するシール部材２４，２５が装備されている。さ
らに、シリンダ２１内には、大径ピストン１１をヨーク
７に向かって付勢する大径ピストン戻しばね３０が設け
られている。

【００２０】また、シリンダ２１には、パッド３の摩耗
に応じてシリンダ２１内に流体を補給して、パッド３を
押圧する小径ピストン２３の初期位置を補正する流体補
給手段２７が装備されている。この流体補給手段２７
は、シリンダ２１内に補給する流体２０を貯留したリザ
ーバタンク２８と、リザーバタンク２８とシリンダ２１
とを連通する流路２９に介在してシリンダ２１への流体
の補給を制御するチェック弁３２とを備えた構成をなし
ている。

【００２１】チェック弁３２は、制動動作が終了して大
径ピストン１１が戻しばね３０によって初期位置に戻さ
れるとき、パッド３の摩耗のためにシリンダ２１内の圧
力が一定以下になると、流路２９を開いて、リザーバタ
ンク２８内の流体をシリンダ２１に流入させるもので、
通常は流路２９を閉じた状態に保ち、制動動作時等にシ
リンダ２１内の流体２０がリザーバタンク２８に逆流す
るのを防止する。なお、この一実施形態の流体補給手段
２７は、リザーバタンク２８とチェック弁３２とが一体
化されて、いわゆるリザーバ付きチェック弁としてユニ
ット化されたものが使用されている。

【００２２】コントロール・ユニット８は、センサ１６
からの信号によって、運転者の制動指令を検知して、ア
クチュエータ４の動作を制御するもので、ブレーキ操作
時にセンサ１６からの信号に応じて、電磁コイル１４の
入力電流を制御する。

【００２３】以上の一実施形態の超磁歪ブレーキ１によ
れば、磁歪によって伸長する棒状の超磁歪素子１２を、
パッド３をブレーキディスク２に向けて移動させるため
の駆動源として使用したので、超磁歪素子１２の軸方向
をパッド３の進退方向に合せて超磁歪素子１２を配備し
ておくだけで、パッド３への押圧力を駆動源である超磁
歪素子１２から直接得ることができ、回転−直線変換機
構や減速機構等を使用せずに済むためにブレーキ装置を
小型化することができる。

【００２４】また、超磁歪素子１２の伸長は超磁歪素子
１２の外周を囲む電磁コイル１４の印加電流によって電
気的に直接制御できるため、アンチロックブレーキシス
テムの装備やトラクションコントロールシステムの装備
などのブレーキ機能のインテリジェント化も図り易い。

【００２５】さらに、超磁歪素子１２における伸長量
は、超磁歪素子１２に加える電界を強めること、即ち、
電磁コイル１４の印加電流を高めることで容易に増大さ
せることができ、圧電セラミックスの場合と比較する
と、パッド３を進退動作させるための変位量を大きくす
ることができて、パッド３の摩耗許容能力も高めること
ができる。また、圧電セラミックスの場合と比較して、
アクチュエータとして所定の変位量を得るのに必要な消
費電力の低減、応答性の向上を達成することができる。

【００２６】また、超磁歪素子１２の変位を流体式の変
位拡大機構５で拡大してパッド３に伝達する構成のた
め、パッド３への押圧力を付与するための変位量を超磁
歪素子１２の変位量以上に大きく設定することができ、
これによって、さらに、パッド３の摩耗許容能力を増大
させることができる。

【００２７】さらに、流体式の変位拡大機構５を使用す
ることにより非常に脆い材料よりなる超磁歪素子の欠損
を防ぐことが可能となる。即ち、ブレーキ装置１におい
てパッド３の押圧力を得ようとするとき、キャリパ爪部
１０ａの変形が、ピストンストロークと並行にはなら
ず、小径ピストン２３に偏荷重が加わることがあって
も、本実施形態の変位拡大機構５においては、大径ピス
トン１１と小径ピストン２３との間に流体を介している
ので、小径ピストン２３が受ける偏荷重が超磁歪素子２
９に伝わることがない。

【００２８】そして、パッド３が摩耗すると、それに伴
い、制動動作解除時に大径ピストン戻しばね３０によっ
て大径ピストン１１が初期位置に戻される際に、大径ピ
ストン１１内の圧力が負圧になるが、その負圧によって
流体補給手段２７のチェック弁３２が作動してリザーバ
タンク２８内の流体をシリンダ２１に補給し、パッド３
を押圧するピストンとパッド３との相対位置関係がパッ
ド３の摩耗によって変化しないように、小径ピストン２
３の初期位置が補正される。したがって、変位拡大機構
５で拡大される変位量を、パッド３の摩耗の進行に拘ら
ず、パッド３の摩耗前と同様にブレーキディスク２の押
圧に利用することができ、当初のブレーキ性能を、より
長期に亘って維持可能になる。

【００２９】また、超磁歪素子１２の変位量を拡大して
パッド３に伝える機構として、従来より知られている種
々の変位拡大機構を利用することが可能であるが、この
実施形態のように、流体２０を押圧する大径ピストン１
１及び小径ピストン２３の面積比から変位量の拡大率を
設定する流体式の変位拡大機構５を適用すれば、少ない
部品と簡単な構造で所望の性能を得ることができる。

【００３０】なお、上記の各実施形態では、超磁歪素子
１２を棒状として長さ方向に磁歪を生じるようにした
が、例えば、径方向に磁歪を生じる超磁歪素子を利用す
ることも考えられる。

【００３１】また、上記の各実施形態では、制動動作解
除時に大型ピストン１１を初期位置に戻すために大型ピ
ストン戻しばね３０を利用しているが、大型ピストン戻
しばね３０を省略し、例えば、大型ピストン１１のシー
ルに使用されているシール部材２５に戻り力を発揮させ
る機能を持たせるように変更することも考えられる。

【００３２】さらにまた、本発明によるブレーキ装置
は、前記実施形態に示したディスクブレーキに限定され
るものではなく、例えば、ドラムブレーキにも応用可能
である。

【００３３】

【発明の効果】以上に記載した通り、本発明のブレーキ
装置によれば、磁歪によって伸長する超磁歪素子を、摩
擦材を制動用の回転体に向けて移動させるための駆動源
として使用したので、摩擦材への押圧力を駆動源である
超磁歪素子から直接得ることができ、回転−直線変換機
構や減速機構等を使用せずに済むためにブレーキ装置を
小型化することができる。また、超磁歪素子の伸長は超
磁歪素子の外周を囲む電磁コイルの印加電流によって電
気的に直接制御できるため、アンチロックブレーキシス
テムの装備やトラクションコントロールシステムの装備
などのブレーキ機能のインテリジェント化も図り易い。
さらに、超磁歪素子における伸長量は、超磁歪素子に加
える電界を強めること、即ち、電磁コイルの印加電流を
高めることで容易に増大させることができ、圧電セラミ
ックスの場合と比較すると、摩擦材を進退動作させるた
めの変位量を大きくすることができて、摩擦材の摩耗許
容能力も高めることができる。また、圧電セラミックス
の場合と比較して、アクチュエータとして所定の変位量
を得るのに必要な消費電力の低減、応答性の向上を達成
することができる。また、超磁歪素子の変位を流体式の
変位拡大機構で拡大して摩擦材に伝達する構成のため、
摩擦材への押圧力を付与するための変位量を超磁歪素子
の変位量以上に大きく設定することができ、これによっ
て、さらに、摩擦材の摩耗許容能力を増大させることが
できる。また、超磁歪素子の変位量を拡大して摩擦材に
伝える機構として、従来より知られている種々の変位拡
大機構を利用することが可能であるが、流体を押圧する
大径ピストン及び小径ピストンの面積比から変位量の拡
大率を設定する流体式の変位拡大機構を適用すれば、少
ない部品と簡単な構造で所望の変位拡大性能を得ること
ができる。さらに、制動動作時に、ブレーキキャリパの
キャリパ爪部の変形等によって摩擦材を押圧しているピ
ストンに偏荷重が作用したとしても、変位拡大機構の流
体が介在するために、ピストンの受けた偏荷重が超磁歪
素子に伝わることがなく、非常に脆い材料よりなる超磁
歪素子が偏荷重によって欠損することを防止することも
できる。そして、摩擦材が摩耗すると、その摩耗量に応
じて流体補給手段から流体が変位拡大機構に補給され
て、前記摩擦材を押圧するピストンと摩擦材との相対位
置関係が摩擦材の摩耗によって変化しないように、前記
ピストンの初期位置が補正される。したがって、前記変
位拡大機構で拡大した変位量を、摩擦材の摩耗の進行に
拘らず、摩擦材の摩耗前と同様に回転体の押圧に利用す
ることができ、当初のブレーキ性能を、より長期に亘っ
て維持可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブレーキ装置の第１実施形態の要
部断面図である。

【符号の説明】

１ 超磁歪ブレーキ ２ ブレーキディスク（制動用の回転体） ３ パッド（摩擦材） ４ アクチュエータ ５ 流体式の変位拡大機構 ６ ブレーキペダル ７ ヨーク ８ コントロール・ユニット（ＥＣＵ） １０ ブレーキキャリパ １１ 大径ピストン １２ 超磁歪素子 １４ 電磁コイル １５ ばね １６ センサ ２０ 流体 ２１ シリンダ ２３ 小径ピストン（摩擦材を押圧するピストン） ２４，２５ シール部材 ２７ 流体補給手段 ２８ リザーバタンク ２９ 流路 ３０ 大径ピストン戻しばね ３２ チェック弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体に摩擦材を押し付けて制動力を得
   るため該摩擦材を前記回転体に向けて進退移動させる電
   動式のアクチュエータと、ブレーキ操作部の操作状態に
   応じて前記アクチュエータの動作を制御するコントロー
   ル・ユニットとを具備すると共に、 前記アクチュエータは、磁界が加えられると磁歪によっ
   て伸長する超磁歪素子と、入力電流に応じた磁界を前記
   超磁歪素子に加える電磁コイルとを備え、 また、前記コントロール・ユニットは、前記電磁コイル
   の入力電流を前記ブレーキ操作部の操作状態に応じて制
   御し、 制動に必要な前記摩擦材への押圧力を、前記超磁歪素子
   の磁歪による伸長によって行うブレーキ装置であって、 前記超磁歪素子と前記摩擦材との間に、前記超磁歪素子
   の変位量を拡大して摩擦材に伝達する流体式の変位拡大
   機構を装備するとともに、 この変位拡大機構には、前記摩擦材の摩耗に応じて流体
   を補給して、前記摩擦材を押圧するピストンの初期位置
   を補正する流体補給手段を装備したことを特徴としたブ
   レーキ装置。
2. 【請求項２】 前記アクチュエータの超磁歪素子は、棒
   状をなすと共に、軸方向を前記摩擦材の進退方向に向け
   て配備され、 前記変位拡大機構は、前記摩擦材を進退可能に支持して
   いる摩擦材支持部材上に形成されて流体を封入したシリ
   ンダと、該シリンダの一方の壁部を挿通すると共に前記
   超磁歪素子の他端に連結されて前記超磁歪素子の変位を
   シリンダ内の流体に伝える大径ピストンと、前記シリン
   ダの他方の壁部を挿通すると共に前記摩擦材に当接され
   て前記大径ピストンから流体に伝えられた変位を摩擦材
   に伝える小径ピストンとを備えて、前記超磁歪素子の変
   位量の拡大率が、前記大径ピストン及び小径ピストンの
   面積比により設定される構成をなし、 前記流体補給手段は、前記シリンダ内に補給する流体を
   貯留したリザーバタンクと、該リザーバタンクとシリン
   ダとを連通する流路に介在してシリンダへの流体の補給
   を制御するチェック弁とを備えた構成をなすことを特徴
   とした請求項１に記載のブレーキ装置。