(57)【要約】【課題】    簡易な構造で電気的に制御可能なブレーキ倍力装置を提供すること。【解決手段】    車体の不動部分に固定される固定支持部１と、ブレーキペダル６１に連動し、固定支持部１に滑嵌合する踏力ロッド２２と、マスタシリンダ６２を駆動する倍力ロッド２３と、一方側は踏力ロッド２２に接し、他方側は倍力ロッド２３と接するパワーピストン５と、電極を有し、パワーピストン５と固定支持部１の間に配置され、電極に電圧を印加すると伸長する電動ポリマー体３と、これらを収容するハウジング１３と、電動ポリマー体３に印加する電圧を制御するコントローラ４と、を備え、コントローラ４の信号により電動ポリマー体３に電圧を印加して、電動ポリマー体３を伸長し、パワーピストン５を作動する、ブレーキ倍力装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に固定される固定支持部と、
ブレーキペダルに連動し、固定支持部に滑嵌合する踏力ロッドと、
マスタシリンダを駆動する倍力ロッドと、
一方側は踏力ロッドに接し、他方側は倍力ロッドと接するパワーピストンと、
電極を有し、パワーピストンと固定支持部の間に配置された電動ポリマー体と、
固定支持部に固定され、踏力ロッドとパワーピストンと倍力ロッドと電動ポリマー体とを収容するハウジングと、
電動ポリマー体に印加する電圧を制御するコントローラとを備え、
コントローラの信号により電動ポリマー体に電圧を印加して、電動ポリマー体を伸長して、パワーピストンを作動することを特徴とする、ブレーキ倍力装置。
【請求項２】
請求項１に記載のブレーキ倍力装置において、
踏力ロッドに作用する力を感知する踏力センサと、
倍力ロッドに作用する力を感知する倍力センサとを備え、
ブレーキペダルの踏力に伴う入力により踏力ロッドがパワーピストンを作動すると、踏力センサが入力を感知し、踏力センサの電気信号に対応する電圧をコントローラの信号により電動ポリマー体に印加して電動ポリマー体を伸長して、パワーピストンを作動し、パワーピストンが倍力ロッドを作動すると、倍力センサがこの作動力を感知し、倍力センサの電気信号に対応してコントローラの信号により電動ポリマーに印加する電圧を調整し、マスタシリンダを駆動することを特徴とする、ブレーキ倍力装置。
【請求項３】
請求項２に記載のブレーキ倍力装置において、
倍力ロッドをパワーピストン側に付勢するバネを備え、
踏力センサは踏力ロッドとパワーピストンとの間の圧力を感知し、
倍力センサはパワーピストンと倍力ロッドとの間の圧力を感知することを特徴とする、ブレーキ倍力装置。
【請求項４】
請求項１に記載のブレーキ倍力装置において、
電動ポリマー体が導電性高分子樹脂成形品またはイオン伝導性高分子樹脂成形品であることを特徴とする、ブレーキ倍力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ポリマー体を使用したブレーキ倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車には運転者の妥当な踏力で必要な制動力を得るためにブレーキ倍力装置が取り付けられている。
ブレーキ倍力装置には、大気圧とエンジン内で発生する負圧との差を利用した真空倍力装置や、電動モータまたはエンジンの回転力でポンプを駆動し油圧を発生させ、その油圧により倍力する油圧倍力装置などがある。一般的な乗用車や小型商用車で最も普及しているのは真空倍力装置であり、以下に真空倍力装置について説明する。
【０００３】
真空倍力装置は、外枠を形成するフロントシェルとアウタシェル、内部には空気室を形成するダイアフラムとパワーピストンと、パワーピストンのリターンスプリングと、２つの空気室間の流路を調整するポペット弁機構(真空弁)と、ブレーキペダル側の空気室と大気との流路を調整するポペット弁機構(大気弁)と、ブレーキペダルからの入力を受けるオペレーティングロッドと、マスタシリンダに出力を伝達するプッシュロッドと、オペレーティングロッドの動きとポペット弁の作動を調整するリアクションディスクなどを主な構成としている。また、各所はエア漏れおよび吸い込みを防止する為のシール構造となっている。
【０００４】
次に、真空倍力装置の作動について説明する。
真空倍力装置は、ブレーキペダルと、ブレーキペダル踏力をブレーキ液圧に変換するマスタシリンダの間に設けられている。真空倍力装置内にはパワーピストンとダイアフラムで仕切られた２つの空気室がある。ブレーキペダルからの入力はオペレーティングロッド、リアクションディスク、プッシュロッドと伝達され、プッシュロッドよりマスタシリンダのピストンに出力される。マスタシリンダ側の空気室は、エンジンのインテークマニフォールドや、エンジンの回転力を利用した真空ポンプなどにつながっていて負圧になっている。ブレーキペダルを踏み込んでいない時は真空弁が開いており、両空気室とも負圧で同圧になっている。ブレーキペダルが踏み込まれると真空弁が閉じ両空気室が隔離され、両空気室間の圧力差が予め設定された圧力差になるまで大気弁が開き、ブレーキペダル側の空気室圧を上昇させる。両空気室の圧力差によりパワーピストンに発生した力は、倍力としてプッシュロッドに伝達される。プッシュロッドからの出力は、踏力によるオペレーティングロッド入力とパワーピストンに発生する倍力との和となり、マスタシリンダのピストンに伝えられブレーキ液圧に変換される。
【０００５】
前述した従来の真空倍力装置にあってはつぎのような問題点がある。
（１）部品点数が多く、構造が複雑である。
（２）自動ブレーキに応用する場合には、ソレノイド機構や作動スイッチなどの付加部品が必要となる。
（３）近年の排ガス規制などの対応で、エンジン制御が複雑・精緻化し、従来の真空倍力装置ではエンジンのインテークマニフォールドで発生する負圧の利用が困難になりつつある。このように負圧が不足する場合には、別途、真空ポンプやタンクを追加する必要がある。
（４）エンジンで発生する負圧には限界があり、入力を所定に倍加するには、真空倍力装置のサイズを拡大し、もしくは多重化（例：タンデム化）しなければならない。その場合、大型化、重量増加、コストアップなどの問題が発生する。
（５）負圧が十分に得られないディーゼルエンジンや内燃機関を用いない燃料電池自動車などでは、負圧を利用できない。その場合、別途、真空ポンプやタンクを追加する必要がある。
【０００６】
真空倍力装置を自動車ブレーキに適用した例は、特許文献１に示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−７１８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
＜１＞本発明は、倍力源に電動ポリマー体を活用し、簡易な構造で高性能なブレーキ倍力装置を提供することにある。
＜２＞本発明は、また、電気的に制御可能で簡易な構造のブレーキ倍力装置を提供することにある。
＜３＞本発明は、また、電圧の印加により伸長可能な電動ポリマー体をハウジング内に収容するだけの簡単な構造のブレーキ倍力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
＜１＞本発明は、車体に固定される固定支持部と、ブレーキペダルに連動し、固定支持部に滑嵌合する踏力ロッドと、マスタシリンダを駆動する倍力ロッドと、一方側は踏力ロッドに接し、他方側は倍力ロッドと接するパワーピストンと、電極を有し、パワーピストンと固定支持部の間に配置された電動ポリマー体と、固定支持部に固定され、踏力ロッドとパワーピストンと倍力ロッドと電動ポリマー体を収容するハウジングと、電動ポリマー体に印加する電圧を制御するコントローラとを備え、コントローラの信号により電圧を電動ポリマー体に印加して電動ポリマー体を伸長して、パワーピストンを作動することを特徴とする、ブレーキ倍力装置にある。
【００１０】
＜２＞また、本発明は、前記＜１＞に記載のブレーキ倍力装置において、踏力ロッドに作用する力を感知する踏力センサと、倍力ロッドに作用する力を感知する倍力センサとを備え、ブレーキペダルの踏力に伴う入力により踏力ロッドがパワーピストンを作動すると、踏力センサが力を感知し、踏力センサの電気信号に対応する電圧をコントローラの信号により電動ポリマー体に印加して電動ポリマー体を伸長して、パワーピストンを作動し、パワーピストンが倍力ロッドを作動すると、倍力センサがこの作動力を感知し倍力センサの電気信号に対応してコントローラの信号により電動ポリマーに印加する電圧を調整し、マスタシリンダを駆動することを特徴とする、ブレーキ倍力装置にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の一例について説明する。
【００１２】
＜１＞ブレーキ倍力装置の概要
本発明のブレーキ倍力装置は、電動ポリマー体を使用したものであり、例えば、そのブレーキ倍力装置の断面を関係する入出力装置と共に図１に示す。
ブレーキ倍力装置１００の主な構成は、車体に固設される固定支持部１、固定支持部１に滑嵌合する踏力ロッド２２、踏力ロッド２２が当接するパワーピストン５、固定支持部１とパワーピストン５の間に配置される電動ポリマー体３、パワーピストン５が接する倍力ロッド２３、入力を検出する踏力センサ４１、入力と電動ポリマー体３の伸長力である倍力を検出する倍力センサ４２、電動ポリマー体３に印加する電圧を制御するコントローラ４などを備えている。
【００１３】
入力装置であるブレーキペダル６１は運転者の踏力（図１内に記号Ｑで示す）をブレーキ倍力装置への入力（図１内に記号Ｆで示す）に変換する。ブレーキ倍力装置１００は、この入力（Ｆ）をオペレーティングロッド２１、踏力ロッド２２、パワーピストン５、倍力ロッド４２に伝達し、マスタシリンダ６２のピストン６３に伝達すると共に、踏力ロッド２２の入力（Ｆ）を受けて、電動ポリマー体３に電圧を印加して伸長させ、パワーピストン５に倍力（図１内に記号Ｂで示す）を発生させ、この倍力（Ｂ）と踏力ロッドの入力（Ｆ）との和を倍力ロッド２３に伝達し、出力装置であるマスタシリンダ６２のピストン６３に伝達するものである。なお、入力（Ｆ）は、ブレーキペダル６１により発生し、踏力ロッド２２に伝達された力である。また、倍力（Ｂ）は、入力（Ｆ）に基づいて導電ポリマー体３により発生し、パワーピストン５に伝達された力である。
【００１４】
＜２＞固定支持部
固定支持部１は、ブレーキ倍力装置１００を車体の不動部分に固定し、フランジ部１１と滑動部１２を有している。滑動部１２は、踏力ロッド２２を滑動できるように保持し、例えば筒状とする。筒状の滑動部１２は、フランジ部１１の中央開口部に一部貫通して固定される。フランジ部１１には、筒状のハウジング１３の一端が強固に締結されている。ハウジング１３は、他端ではマスタシリンダ６２に締結される。ブレーキペダル６１からの入力（Ｆ）を伝達するオペレーティングロッド２１の中央周囲と滑動部１２の端部との間にブーツ１４を配置し、固定支持部１の開口部の周囲を包囲して保護する。
【００１５】
＜３＞踏力ロッド
踏力ロッド２２は、固定支持部１の滑動部１２に滑嵌合して支持されている。踏力ロッド２２の後端部は、オペレーティングロッド２１の先端部と固定支持部１の開口部付近で当接している。踏力ロッドの先端部は、踏力センサ４１を介してパワーピストン５に当接している。踏力ロッド２２は、ブレーキペダル６１からの入力（Ｆ）をオペレーティングロッド２１を介して受け取り、パワーピストン５に伝達する。
【００１６】
＜４＞パワーピストン
パワーピストン５は、板状の倍力受部５２と保持部５１、５１を有している。倍力受部５２の両側で中心付近に直交するように保持部５１、５１が形成されている。一方の保持部５１は、踏力ロッド２２を保持し、例えば円筒状とし、その円筒内に踏力ロッド２２の先端部を保持する。また、他方の保持部５１は、倍力ロッド２３を保持し、例えば円筒状とし、その円筒内に倍力ロッド２３の後端部を保持する。パワーピストン５の倍力受部５２と固定支持部１のフランジ部１１との間で、パワーピストン５の一方の保持部５１と固定支持部１の滑動部１２の外周に電動ポリマー体３を配置する。
【００１７】
＜５＞倍力ロッド
倍力ロッド２３は、後端部がパワーピストン５の他方の保持部５１で保持され、先端部がマスタシリンダ６２のピストン６３に当接して、倍力（Ｂ）と入力（Ｆ）の合力（Ｂ＋Ｆ）を伝達する。リターンスプリング１５は、倍力ロッド２３の後端部がパワーピストン５に当接するように付勢している。リターンスプリング１５は、ハウジング１３の内側コーナで反力を受けている。ただし、マスタシリンダ６２の初期位置への戻し力が十分な場合は、ブレーキ倍力装置１００内にリターンスプリング１５を設けなくても良い。
【００１８】
＜６＞踏力センサと倍力センサ
踏力センサ４１は、踏力ロッド２２の先端部とパワーピストン５の一方の保持部５１の円筒奥端部との間に配置され、踏力ロッド２２とパワーピストン５との間の圧力、即ち入力（Ｆ）を測定する。また、倍力センサ４２は、倍力ロッド２３の後端部とパワーピストン５の他方の保持部５１の円筒奥端部との間に配置され、倍力ロッド２３の後端部とパワーピストン５との間の圧力、即ち倍力（Ｂ）と入力（Ｆ）の合力（Ｂ＋Ｆ）を測定する。
踏力センサ４１と倍力センサ４２のリード線４３は、ハウジング１３に固定されたコネクタ４４に接続され、更に、コントローラ４に接続されている。踏力センサ４１と倍力センサ４２は、例えば公知の圧力センサを使用できる。
【００１９】
＜７＞電動ポリマー体
電動ポリマー体３は、両端に電極３１、３１が形成され、固定支持部１のフランジ部１１とパワーピストン５の倍力受部５２の間に配置される。コントローラ４の制御信号を基に、コネクタ４４、リード線４３、４３を介して電極３１、３１に電圧を印加すると、電動ポリマー体３は、伸長し、フランジ部１１を反力として、パワーピストン５に伸長力である倍力（Ｂ）を与える。
【００２０】
電動ポリマー体３は、例えば、同一長さに揃えた多数の高分子材を同一方向に並べて円柱状に形成したもので、例えば、高分子材の両端部に電圧を印加することで長さが伸縮伸長変化する性質を有する公知の素材で構成する。
電動ポリマー体３の具体的素材例としては、導電性高分子又はイオン伝導性高分子などがある。
導電性高分子としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどが挙げられる。また、これら（ポリアニン、ポリピロール、ポリチオフェン）の誘導体（ポリマー鎖中に各種置換基を導入したもの）、これらを他のポリマーと複合化したもの、これらにドナー（電子供与性物質）またはアクセプター（電子吸引性物質）をドーピングしたものなども本発明に用いることができる。さらには、前記複合化・ドーピングなどの処理を施したポリウレタン類、ポリアクリル酸誘導体、ポリメタクリル酸誘導体なども導電性高分子として本発明に使用可能である。
【００２１】
イオン伝導性高分子としては、スルホン酸基、カルボキシル基を有するフッ素樹脂を主体とするイオン交換樹脂などが使用可能である。電動ポリマー体３としてイオン交換樹脂を用いる場合は、イオン交換樹脂を形成品とし、その内部に、交換されるべきイオンの供給と成形品を伸縮伸長変化させるためのイオンの移動（すなわちイオンの交換）を可能にする、イオン性溶液またはイオン性液体を共存させる必要がある。
前記イオン性液体としては、１−アルキルピリジニウム塩系、１，３−ジアルキルイミダゾリウム塩系、四級アンモニウム塩系などの、常温で液体の有機塩類がある。
【００２２】
＜８＞電動ポリマー体の制御要素
電動ポリマー体３によるパワーピストン５の倍力（Ｂ）は、基本的に電動ポリマー体３を構成する高分子材の本数（体積）や印加電圧の大きさによって決まり、またブレーキ力の緩急操作は、電動ポリマー体３への印加電圧の大きさと印加速度をそれぞれ変化させることで任意に制御可能である。
また電動ポリマー体３の長さの変化は、例えば一定量のイオン移動であるため消費電力も少なくて済み、また分子レベルでの動きであるため電動ポリマー体３の変形時に発生するノイズが生じない。
なお、電動ポリマー体３へ印加する電圧の極性（プラス・マイナス）の切り替えにより、電動ポリマー体３を収縮させることも可能である。
【００２３】
＜９＞コントローラ
コントローラ４は、踏力センサ４１から入力（Ｆ）による電気信号を受けると、電動ポリマー体３に印加する電圧制御信号を発生する。その電圧制御信号に基づく所定電圧が、電動ポリマー体３に印加されると、電動ポリマー体３は必要な倍力（Ｂ）を発生する。また、コントローラ４は、倍力センサ４２から倍力（Ｂ）と入力（Ｆ）の合力（Ｂ＋Ｆ）による電気信号を受けて、電動ポリマー体３に印加する電圧の適否を判断し、必要であれば修正する。
【００２４】
＜１０＞ブレーキ倍力装置の作動
ブレーキ倍力装置１００の作動は、先ず、ブレーキペダル６１からの入力（Ｆ）がオペレーティングロッド２１を介して踏力ロッド２２に入力される。この時、踏力ロッド２２の入力（Ｆ）は、パワーピストン５、倍力ロッド２３、マスタシリンダ６２のピストン６３の順に伝達される。それと共に、パワーピストン５の入力（Ｆ）を踏力センサ４１で検出し、検出した電気信号は、リード線４３、コネクタ４４を介してコントローラ４に伝送される。コントローラ４は、踏力センサ４１の電気信号に基づき、所定の倍力量を計算し、相当する電圧（電流）を電動ポリマー体３に印加する。電動ポリマー体３は、印加電圧に基づき固定支持部１を反力にしてパワーピストン５を押圧する。パワーピストン５の押圧力、すなわち倍力と入力の合力（Ｂ＋Ｆ）を倍力センサ４２で検出する。倍力センサ４２の検出信号は、リード線４３、コネクタ４４を介してコントローラ４に伝送される。コントローラ４は、倍加された力を検証する。パワーピストン５の押圧力（Ｂ＋Ｆ）が倍力ロッド２３を介してマスタシリンダ６２のピストン６３に入力される。ブレーキペダル６１の踏力がなくなると、踏力センサ４１の電気信号がゼロになり、コントローラ４は、電動ポリマー体３に付与する電圧をゼロとし、電動ポリマー体３が収縮する。これに伴い、倍力ロッド２３は、リターンスプリング１５のばね力により、元の状態に戻る。
上述は通常の作動を説明したが、自動ブレーキへの適用も容易に考えられる。すなわち、図示しない自動ブレーキ制御装置からの作動信号に基づき、コントローラ４は電動ポリマー体３への電圧を制御するだけで、運転者のブレーキペダル作動の有無に拘わらずブレーキ倍力装置１００の作動を成し得る。
【００２５】
電気的な故障があった場合は、ブレーキペダルからの入力がそのままオペレーティングロッド２１、踏力ロッド２２、パワーピストン５、倍力ロッド２３、マスタシリンダ６２のピストン６３の順に伝達されるため、従来の負圧倍力装置の負圧失陥時と同等の出力を保証する。
【００２６】
上記実施の態様のブレーキ倍力装置の構成をとると、従来の真空倍力装置に対し次のような効果を得ることができる。１）部品点数が少なく、構造が簡単となる。２）小型、軽量になる。３）電動ポリマー体の選定のみで、自由な倍力を選択できる。４）負圧を利用しないので、内燃エンジンの有無を問わず、燃料電池自動車などにも適用できる。５）純電気作用であり、自動ブレーキのアクチュエータとしても付加部品なしで、そのまま適用できる。また、従来の電気モータを使用した油圧式倍力装置に対しては、上記の効果に加えて、消費電力が格段に少なくなる効果がある。これにより、例えば、本ブレーキ倍力装置への電気入力失陥時を考慮して電気容量が小さな予備バッテリーを容易に搭載することもできる。
【００２７】
なお、本発明について好適な実施形態と図面を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施形態と図面に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。また、本出願の明細書に記載された、全ての特許、実用新案、特許出願公開、実用新案公開、特許出願、実用新案出願、外国特許、外国特許出願、そして特許前の公開に関しては、該当書類に記載された全てをここに引用するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ブレーキ倍力装置の説明図
【符号の説明】
【００２９】
１・・・固定支持部
１１・・フランジ部
１２・・滑動部
１３・・ハウジング
１４・・ブーツ
１５・・リターンスプリング
２１・・オペレーティングロッド
２２・・踏力ロッド
２３・・倍力ロッド
３・・・電動ポリマー体
３１・・電極
４・・・コントローラ
４１・・踏力センサ
４２・・倍力センサ
４３・・リード線
４４・・コネクタ
５・・・パワーピストン
５１・・保持部
５２・・倍力受部
６１・・ブレーキペダル
６２・・マスタシリンダ
６３・・ピストン
１００・ブレーキ倍力装置
【図１】
2005178502.tif 000003