(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
摩擦材を回転体に向けて進退可能に支持している摩擦材支持部材と、
前記回転体に前記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、一端が前記摩擦材支持部材に係止されて磁界が加えられると前記摩擦材の進退方向に沿って長さが変化する棒状に形成された磁歪材と、該磁歪材の外周を囲むように前記摩擦材支持部材に固定されて入力電圧に応じた磁界を前記磁歪材に加える電磁コイルとを備え、
前記コントロール・ユニットは、前記電磁コイルの入力電圧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の進退動作を、前記磁歪材の磁歪による伸縮によって実現する磁歪ブレーキであって、
前記磁歪材と前記摩擦材との間に、前記磁歪材の変位量を拡大して前記摩擦材に伝達する流体式の変位拡大機構を装備し、該変位拡大機構は、前記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磁歪材の他端にヨークを介して連結されて前記磁歪材の変位を前記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連結されて前記大径ピストンから流体に伝えられた変位を前記摩擦材に伝える小径ピストンとを備え、且つ、前記アクチュエータに当接して該アクチュエータと共に前記摩擦材支持部材内に組み込まれたことを特徴とする磁歪ブレーキ。
【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、摩擦材を進退させる電動式のアクチュエータとして磁歪材を利用した構成の磁歪ブレーキに関する。
【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、構成が繁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、制御系が繁雑化したり、あるいは、その機構上の特徴であるサーボ効果が影響してよりきめ細かなブレーキ制御が困難になるという問題があり、インテリジェント化になじみにくいという問題が指摘されていた。
【０００３】
そこで、このような背景から、近年では、前記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変位量が小さいため、摩擦材の摩耗を許容する能力が低いという問題があった。また、大電圧を発生するための装置を必要とするため、車載能力が低い問題があった。
【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、また、装置の小型化に適すると共に、摩擦材を進退動作させるための変位量を大きく設定できて、摩擦材の摩耗許容能力も高めることができる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磁歪ブレーキは、 摩擦材を回転体に向けて進退可能に支持している摩擦材支持部材と、前記回転体に前記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、一端が前記摩擦材支持部材に係止されて磁界が加えられると前記摩擦材の進退方向に沿って長さが変化する棒状に形成された磁歪材と、該磁歪材の外周を囲むように前記摩擦材支持部材に固定されて入力電圧に応じた磁界を前記磁歪材に加える電磁コイルとを備え、前記コントロール・ユニットは、前記電磁コイルの入力電圧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の進退動作を、前記磁歪材の磁歪による伸縮によって実現する磁歪ブレーキであって、前記磁歪材と前記摩擦材との間に、前記磁歪材の変位量を拡大して前記摩擦材に伝達する流体式の変位拡大機構を装備し、該変位拡大機構は、前記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磁歪材の他端にヨークを介して連結されて前記磁歪材の変位を前記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連結されて前記大径ピストンから流体に伝えられた変位を前記摩擦材に伝える小径ピストンとを備え、且つ、前記アクチュエータに当接して該アクチュエータと共に前記摩擦材支持部材内に組み込まれたことを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
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進退させるための駆動源として磁歪によって伸縮する磁歪材を使用したもので、例えば、棒状の磁歪材に磁界を加えて摩擦材の進退方向に伸縮させることで、摩擦材の進退方向に沿って摩擦材の進退動作に必要な直線運動を駆動源である磁歪材から直接得ることができる。
【００１０】
また、前記磁歪材の伸縮は該磁歪材の外周を囲う電磁コイルに印加する電圧によって制御するので、電気的に直接動作を制御できる。そして、磁歪材における伸縮量は、該磁歪材に加える電界を強めること、すなわち、電磁コイルに印加する電圧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るとともに、消費電力を低く抑えることができる。
【００１１】
また、磁歪材の変位を流体式の変位拡大機構で拡大し摩擦材に伝達する構成のため、摩擦材を進退動作させるための変位量を磁歪材の変位量以上に大きく設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る磁歪ブレーキ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は本発明に係る磁歪ブレーキの要部断面図である。この磁歪ブレーキ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、該ブレーキディスク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、該パッド３をブレーキディスク２に向けて進退移動させるための電動式のアクチュエータ４と、該アクチュエータ４が発生する変位量を拡大して前記パッド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前記アクチュエータ４の動作を制御するコントロール・ユニット（ＥＣＵ）８とを備えて構成される。
【００１３】
前記パッド３は、前記ブレーキディスク２を挟むように一対装備されていて、摩擦材支持部材であるブレーキキャリパ１０によって、ブレーキディスク２に向って進退自在に支持されている。
【００１４】
前記アクチュエータ４は、棒状をなして一端（図では、左端）が前記ブレーキキャリパ１０に係止されると共に、他端がヨーク７を介して前記変位拡大機構５を形成する大径ピストン１１に連結（実際は当接しているだけ）されて、磁界が加えられると磁歪によって軸方向の長さが変化する磁歪材１２と、該磁歪材１２の外周を囲うように前記ブレーキキャリパ１０内に固定されて入力電圧に応じた磁界を前記磁歪材１２に加える略円筒状の電磁コイル１４とを備えて構成される。
【００１５】
また、前記ブレーキペダル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が公知のセンサ１６によって前記コントロール・ユニット８に通知される。
【００１６】
流体式の変位拡大機構５は、ブレーキキャリパ１０上に形成されて流体２０を封入したシリンダ２１と、該シリンダ２１の一方の壁部を挿通すると共に前記磁歪材１２の他端に連結されて前記磁歪材１２の変位をシリンダ２１内の流体２０に伝える前記大径ピストン１１と、前記シリンダ２１の他方の壁部を挿通すると共に前記パッド３に連結されて前記大径ピストン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。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適用される。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が装備されている。
【００１７】
前記コントロール・ユニット８は、前記センサ１６からの信号によって運転者の制動指令を検知して前記アクチュエータ４の動作を制御するものであるが、本実施形態の場合は、前記センサ１６からの信号に応じて前記電磁コイル１４の入力電圧を制御する。すなわち、上記構成の磁歪ブレーキ１は、パッド３をブレーキディスク２に向けて進退させるための駆動源として磁歪によって伸縮する磁歪材１２を使用したもので、棒状の磁歪材１２に磁界を加えてパッド３の進退方向に伸縮させる構成であれば、パッド３の進退動作に必要な直線運動を駆動源である磁歪材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。
【００１８】
また、前記磁歪材１２の伸縮は該磁歪材１２の外周を囲う電磁コイル１４の印加電圧によって制御するもので、電気的に直接動作を制御できるため、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。
【００１９】
さらに、磁歪材１２における伸縮量は、該磁歪材１２に加える電界を強めること、すなわち、電磁コイル１４に印加する電圧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（ストローク）を大きくすることができるとともに、低電圧で駆動でき、消費電力を低く抑えられる。
【００２０】
また、磁歪材１２の変位を変位拡大機構５で拡大してパッド３に伝達する構成のため、パッド３を進退動作させるための変位量を磁歪材１２の変位量以上に大きくすることができ、パッド３に要求される変位をより小さな磁歪材１２で実現したり、あるいは、パッド３の変位可能な範囲をより大きく設定して、パッド３の摩耗許容能力をさらに向上させることが可能になる。
【００２１】
また、磁歪材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１１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、図からも明らかなとおり、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。本実施形態の場合、例えば、大径ピストン１１及び小径ピストン２３の面積比を１０：１に設定すると、磁歪材１２の変位量を１０倍に拡大してパッド３に伝えることができ、前記磁歪材１２として、変位量が１０００ＰＰＭで軸長が１０ｃｍの磁歪素子を使用すれば、パッド３のストロークは１ｍｍにすることができ、パッド３のストロークとして十分な値が得られる。
【００２２】
なお、前記の実施形態では、磁歪材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磁歪材を利用することも考えられる。ただし、径方向に磁歪を生じる磁歪材を利用した場合は、パッド３に連結されているピストン部材が磁歪材の径方向の変位で圧迫された流体によって変位するように、流体式の変位拡大機構の構成を改善する必要がある。また、本発明による磁歪ブレーキは、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なく、例えば、ドラムブレーキにも適用可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載したとおり、本発明の磁歪ブレーキによれば、磁歪によって伸縮する磁歪材を、摩擦材を制動用の回転体に向けて進退させるための駆動源として使用したので、摩擦材の進退動作に必要な直線運動を駆動源である磁歪材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、前記磁歪材の伸縮は該磁歪材の外周を囲む電磁コイルの印加電圧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、磁歪材における伸縮量は、該磁歪材に加える電界を強めること、すなわち、電磁コイルの印加電圧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。さらに、磁歪材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、摩擦材を進退動作させるための変位量を磁歪材の変位量以上に大きく設定することができ、摩擦材に要求される変位量をより小さな磁歪材で実現したり、あるいは、摩擦材の変位範囲をより大きく設定しておいて、摩擦材の摩耗許容能力をさらに向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る磁歪ブレーキの一実施形態の要部断面図である。
【符号の説明】
１   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（摩擦材支持部材）
１１   大径ピストン
１２   磁歪材
１４   電磁コイル
１６   センサ
２０   流体
２１   シリンダ
２３   小径ピストン
２４   シール部材
【図１】
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