JP2014088911A - 電動式直動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で安定した制御を行なうことが可能な電動式直動アクチュエータを提供する。
【解決手段】直動部材Ａと、電動モータ１５の回転を直動部材Ａの直線移動に変換する運動変換機構Ｂと、直動部材Ａの変位を検出可能な変位センサ５０と、その変位センサ５０で検出された直動部材Ａの変位と、予め設定された変位と荷重の対応関係とに基づいて換算荷重を算出し、その算出した換算荷重に基づいて電動モータ１５を制御する制御装置５１とを有し、予め設定された変位と荷重の対応関係は、直動部材Ａが荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに換算荷重が負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている構成を電動式直動アクチュエータに採用する。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動モータで駆動される回転軸の回転を直動部材の直線運動に変換し、その直動部材で対象物に荷重を負荷する電動式直動アクチュエータに関する。

車両用ブレーキ装置として、油圧シリンダで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。

電動ブレーキ装置は、電動モータの回転を直動部材の直線運動に変換する電動式直動アクチュエータを用い、この電動式直動アクチュエータで摩擦パッドをブレーキディスクに押さえ付けて制動力を発生するものである。

このような電動ブレーキ装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の電動ブレーキ装置は、電動モータと、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた摩擦パッドと一体の直動部材と、電動モータの回転を直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、直動部材がブレーキディスクに荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する荷重センサとを有する。そして、この荷重センサで検出された実荷重の大きさに基づいて電動モータが制御される。

特開２０１１−２４１８５１号公報 特開２０００−２６４１８６号公報

しかしながら、この特許文献１の電動ブレーキ装置は、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で、過度のオーバーシュートや振動等の不安定要素が発生する問題があった。すなわち、この電動ブレーキ装置は、摩擦パッドがブレーキディスクに非接触の無負荷領域にある状態から、摩擦パッドがブレーキディスクに接触して所定の目標荷重を負荷しようとする場合、摩擦パッドがブレーキディスクに接触する前は、荷重センサで検出される実荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、実荷重と目標荷重の差が変化しない。そのため、電動モータが比較的高速で回転した状態のまま摩擦パッドがブレーキディスクに接触し、その直後に荷重センサで検出される実荷重が急激に上昇し、実荷重が目標荷重を過度にオーバーシュートするおそれがある。また、目標荷重が小さいとき、荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で制御が安定せず、荷重の振動を生じるおそれがある。

一方、摩擦パッドがブレーキディスクに接触した直後のオーバーシュートを生じにくい電動ブレーキ装置として、特許文献２に記載のものが知られている。この電動ブレーキ装置は、電動モータへの供給電流の大きさに基づいて、直動部材の先端の摩擦パッドがブレーキディスクに負荷する実荷重の大きさを検出し、その実荷重の大きさに基づいて、摩擦パッドからブレーキディスクに負荷される荷重が目標荷重となるように電動モータを制御する。

そして、この特許文献２の電動ブレーキ装置は、摩擦パッドがブレーキディスクに接触した直後のオーバーシュートを抑制するため、ブレーキディスクへの荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍では、フィードバック制御の制御ゲインを小さい値に設定する制御を行なう。また、ブレーキディスクに荷重が負荷される荷重負荷領域に入ったときは、ブレーキの応答性を確保するため、フィードバック制御の制御ゲインを大きい値に切り替える制御を行なう。

しかしながら、この特許文献２の電動ブレーキ装置は、フィードバック制御の制御ゲインが切り替わる領域の近傍に目標荷重が設定された場合、フィードバック制御の制御ゲインが小さい値と大きい値との間で頻繁に切り替わる事態となって、制御の安定性を損なうおそれがある。また、フィードバック制御の制御ゲインを切り替えるための制御器の構成や制御則が複雑となる。

この発明が解決しようとする課題は、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で安定した制御を行なうことが可能な電動式直動アクチュエータを提供することである。

上記課題を解決するため、本願の発明者は、次の構成を電動式直動アクチュエータに採用した。
電動モータと、
対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた直動部材と、
前記電動モータの回転を前記直動部材の直線移動に変換する運動変換機構と、
荷重負荷領域と無負荷領域の両方にわたり前記直動部材の変位を検出可能な変位センサと、
その変位センサで検出された前記直動部材の変位と、予め設定された変位と荷重の対応関係とに基づいて、前記直動部材の変位に対応する換算荷重を算出し、その算出した換算荷重に基づいて前記電動モータを制御する制御装置とを有し、
前記予め設定された変位と荷重の対応関係は、前記直動部材が荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに前記換算荷重が負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている。

このようにすると、直動部材が無負荷領域にある状態から、直動部材を移動させて対象物に荷重を負荷しようとするときに、直動部材が荷重負荷領域に入る前においても、直動部材の移動に応じて換算荷重が変化するので、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御則に基づいて電動モータを制御することができ、制御の安定化を図ることができる。

前記直動部材が対象物に荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する荷重センサを更に設け、
前記制御装置は、前記荷重センサで検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値に一致したときに、そのとき前記変位センサで検出される変位が予め設定された校正値となるように前記変位センサの検出値を校正するように構成すると好ましい。

このようにすると、例えば、摩擦パッドの摩耗等が原因で直動部材の変位と実荷重の対応関係が変化したときにも、変位センサで検出される直動部材の変位に基づいて算出される換算荷重が実荷重に対してずれるのを防止することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。

前記制御装置は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも大きくなったときに、前記電動モータの制御を、前記換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替えるように構成することができる。このようにすると、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。

前記制御装置は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも小さいときは、前記換算荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック制御し、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値よりも大きいときは、前記実荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータをフィードバック制御するように構成することができる。このようにすると、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。

前記荷重センサは、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットに対する相対位置が直動部材から対象物に負荷される荷重に応じて変化するように配置された磁気センサとからなる構成のものを採用することができる。

前記変位センサとしては、前記直動部材の直線移動方向の位置を検出するリニアセンサを採用することも可能であるが、前記電動モータの回転角を検出する回転センサと、その回転センサで検出される電動モータの回転角を前記直動部材の変位に換算する換算回路とからなる構成のものを採用すると、前記直動部材の変位を高い分解能で検出することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。

この発明の電動式直動アクチュエータは、直動部材が無負荷領域にある状態から、直動部材を移動させて対象物に荷重を負荷しようとするときに、直動部材が荷重負荷領域に入る前においても、直動部材の移動に応じて換算荷重が変化するので、対象物への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御則に基づいて電動モータを制御することができ、安定した制御を行なうことが可能である。

この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータを組み込んだ電動ブレーキ装置を示す断面図 図１の電動式直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 図２の荷重センサ近傍の拡大断面図 図１に示す電動モータを制御する制御装置のブロック図 図６に示す制御装置に予め設定されたアクチュエータ変位と換算荷重の対応関係を示す図 運動変換機構としてボールねじ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 運動変換機構としてボールランプ機構を採用した例を示す電動式直動アクチュエータの拡大断面図 図９のX−X線に沿った断面図 （ａ）は図９に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図

図１に、この発明の実施形態の電動式直動アクチュエータ１を用いた車両用の電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２を間に挟んで対向する対向片３，４をブリッジ５で連結した形状のキャリパボディ６と、左右一対の摩擦パッド７，８とを有する。そして、対向片３のブレーキディスク２に対する対向面に開口する収容孔９に電動式直動アクチュエータ１が組み込まれている。

摩擦パッド７，８は、それぞれ対向片３，４とブレーキディスク２の間に設けられており、車輪を支持するナックル（図示せず）に固定されたマウント（図示せず）に対してブレーキディスク２の軸方向に移動可能に支持されている。また、キャリパボディ６も、ブレーキディスク２の軸方向にスライド可能にマウントに支持されている。

図２に示すように、電動式直動アクチュエータ１は、回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、これらの遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ１３と、外輪部材１２の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

回転軸１０は、図１に示す電動モータ１５の回転が歯車１６を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸１０は、対向片３を軸方向に貫通して形成された収容孔９の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔９に挿入され、収容孔９からの突出部分に歯車１６がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車１６は、収容孔９の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト１７で固定した蓋１８で覆われている。蓋１８には回転軸１０を回転可能に支持する軸受１９が組み込まれている。

図３に示すように、遊星ローラ１１は、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸１０が回転したときに遊星ローラ１１と回転軸１０の間の摩擦によって遊星ローラ１１も回転するようになっている。遊星ローラ１１は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。

図２に示すように、外輪部材１２は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に収容され、その収容孔９の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材１２の軸方向前端には、摩擦パッド７の背面に形成された係合凸部２０に係合する係合凹部２１が形成され、この係合凸部２０と係合凹部２１の係合によって、外輪部材１２がキャリパボディ６に対して回り止めされている。

外輪部材１２の内周には螺旋凸条２２が設けられ、遊星ローラ１１の外周には、螺旋凸条２２に係合する円周溝２３が設けられており、遊星ローラ１１が回転したときに、外輪部材１２の螺旋凸条２２が円周溝２３に案内されて、外輪部材１２が軸方向に移動するようになっている。この実施形態では遊星ローラ１１の外周にリード角が０度の円周溝２３を設けているが、円周溝２３のかわりに螺旋凸条２２と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

キャリヤ１３は、遊星ローラ１１を回転可能に支持するキャリヤピン１３Ａと、その各キャリヤピン１３Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート１３Ｃと、各キャリヤピン１３Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体１３Ｂとからなる。キャリヤプレート１３Ｃとキャリヤ本体１３Ｂは遊星ローラ１１を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ１１の間に配置された連結棒２４を介して連結されている。

キャリヤ本体１３Ｂは、滑り軸受２５を介して回転軸１０に支持され、回転軸１０に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ１１とキャリヤ本体１３Ｂの間には、遊星ローラ１１の自転がキャリヤ本体１３Ｂに伝達するのを遮断するスラスト軸受２６が組み込まれている。スラスト軸受２６は、遊星ローラ１１を自転可能に支持している。

各キャリヤピン１３Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン１３Ａに外接するように装着された縮径リングばね２７で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね２７の付勢力によって、遊星ローラ１１の外周は回転軸１０の外周に押さえ付けられ、回転軸１０と遊星ローラ１１の間の滑りが防止されている。縮径リングばね２７の付勢力を遊星ローラ１１の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン１３Ａの両端に縮径リングばね２７，２７が設けられている。

ここで、図１および図２に示される外輪部材１２および摩擦パッド７は、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷する荷重負荷領域と、摩擦パッド７がブレーキディスク２に非接触の無負荷領域との間で直線移動する直動部材Ａを構成する。また、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、その複数の遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ１３と、複数の遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、その外輪部材１２の内周に設けられた螺旋凸条２２と、その螺旋凸条２２と係合するように各遊星ローラ１１の外周に設けられた円周溝２３とは、電動モータ１５の回転を直動部材Ａ（外輪部材１２と摩擦パッド７）の直線運動に変換する運動変換機構Ｂとして機能する。

荷重センサ１４は、軸方向に間隔をおいて対向する円環板状のフランジ部材３０および支持部材３１と、磁界を発生する磁気ターゲット３２と、磁界の強さを検出する磁気センサ３３とを有し、支持部材３１がフランジ部材３０の軸方向後方に位置するよう収容孔９内に嵌め込まれている。

図４、図５に示すように、フランジ部材３０は、支持部材３１に向けて突出する筒部３４を有する。筒部３４の外径面は、支持部材３１の内径面と径方向に対向しており、筒部３４の外径面に形成された面取り部３５に磁気ターゲット３２が固定され、支持部材３１の内径面に形成された軸方向溝３６に磁気センサ３３が固定されている。フランジ部材３０および支持部材３１は、磁性体で形成されている。

支持部材３１は、フランジ部材３０との対向面の外径側部分に環状突起３８を有し、その環状突起３８でフランジ部材３０の外径側部分を支持し、フランジ部材３０と支持部材３１の間隔を保持している。

磁気ターゲット３２は、径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された２個の永久磁石３９からなる。２個の永久磁石３９は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。

永久磁石３９としては、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、荷重センサ１４の分解性能を高くすることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石３９の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。

磁気センサ３３は、２個の永久磁石３９の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット３２と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ３３としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので、高い摩擦熱が生じる電動ブレーキの用途に好適である。

図２に示すように、フランジ部材３０の外周と支持部材３１の外周には軸方向に延びる位置決め溝４０，４１が形成され、この位置決め溝４０，４１に共通のキー部材４２を嵌め込むことで、磁気ターゲット３２の周方向位置と磁気センサ３３の周方向位置が合致するようにフランジ部材３０と支持部材３１が周方向に位置決めされている。

キャリヤ１３とフランジ部材３０の間には、キャリヤ１３と一体に公転する間座４３と、間座４３とフランジ部材３０の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４４とが組み込まれている。フランジ部材３０の内周には、回転軸１０を回転可能に支持する転がり軸受４５が組み込まれている。

荷重センサ１４は、支持部材３１の外周縁を、収容孔９の内周に装着した止め輪４６，４８で係止することによって軸方向の前方および後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介してキャリヤ本体１３Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ１３の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ１３は、回転軸１０の軸方向前端に装着された止め輪４７で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ１３は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ１３に保持された遊星ローラ１１も軸方向移動が規制された状態となっている。

この荷重センサ１４は、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する。すなわち、摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するとき、外輪部材１２はブレーキディスク２を押圧する荷重の反力を受け、その反力は、遊星ローラ１１、キャリヤ１３、間座４３、スラスト軸受４４を介してフランジ部材３０に伝達する。そして、その反力によってフランジ部材３０が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置が変化する。このとき、その相対位置の変化に応じて磁気センサ３３の出力信号が変化するので、磁気センサ３３の出力信号に基づいてブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさを検出することができる。

ここで、摩擦パッド７でブレーキディスク２を押圧するときの磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、ブレーキディスク２を押圧する荷重の大きさが３０ｋＮのとき、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量は軸方向に０．１ｍｍ程度と極めて微小であるが、上記荷重センサ１４は、複数の永久磁石３９を反対の磁極が磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ３３を配置しているので、磁気センサ３３の出力信号が、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。しかも、この荷重センサ１４は、互いに非接触に配置された磁気ターゲット３２と磁気センサ３３の相対位置の変化を利用して荷重の大きさを検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

また、図６に示すように、電動式直動アクチュエータ１は、直動部材Ａ（外輪部材１２と摩擦パッド７）の変位（以下、「アクチュエータ変位」という）を検出する変位センサ５０を有する。

変位センサ５０は、例えば、電動モータ１５の回転角を検出する回転センサと、回転センサで検出される電動モータ１５の回転角をアクチュエータ変位に換算する換算回路とで構成することができる。電動モータ１５の回転角をアクチュエータ変位に換算するにあたり、電動モータ１５の回転角とアクチュエータ変位との対応関係は、電動モータ１５と回転軸１０の間の減速比、回転軸１０の直径、遊星ローラ１１の外径、外輪部材１２の内径、螺旋凸条２２のリード角等に基づいて予め設定することができる。電動モータ１５の回転角を検出する回転センサとしては、電動モータ１５に組み込まれたレゾルバやホール素子を採用することができ、電動モータ１５に電力を供給する線間電圧に基づいて回転角を推定する電源装置を採用することも可能である。

この変位センサ５０は、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触して荷重を負荷する荷重負荷領域と、摩擦パッド７がブレーキディスク２に非接触の無負荷領域の両方にわたってアクチュエータ変位を検出することができる。

電動モータ１５は、図６に示す制御装置５１で制御される。制御装置５１は、電動モータ１５を駆動するコントローラ５２と、フィードバック演算器５３とからなる。フィードバック演算器５３は、荷重センサ１４および変位センサ５０の検出信号に基づいて現時点の荷重を算出し、その荷重をコントローラ５２にフィードバックする。コントローラ５２は、フィードバック演算器５３からフィードバックされる荷重と目標荷重（図示しないブレーキ制御装置から入力される荷重指令値）との偏差に基づいて電動モータ１５を制御する。ここで、コントローラ５２は、偏差に対して比例、積分、微分のうち少なくとも１つ以上の演算を行なう直列補償器である。

フィードバック演算器５３で算出される荷重は、荷重センサ１４の検出信号に基づく実荷重と、変位センサ５０の検出信号に基づく換算荷重である。実荷重は、図７の鎖線で示すように、ブレーキディスク２への無負荷領域では、アクチュエータ変位にかかわらずほぼゼロのまま推移し、ブレーキディスク２に荷重を負荷する荷重負荷領域に入ると、アクチュエータ変位の増加に応じて実荷重も増加し、正の値をとるように変化する。ここで、実荷重はゼロよりも小さくなることはない。

一方、換算荷重は、アクチュエータ変位に対応して変化するように設定された擬似的な荷重であり、図７の実線で示すように予め設定された変位と荷重の対応関係と、変位センサ５０で検出されたアクチュエータ変位とに基づいて算出される。ここで、換算荷重は、無負荷領域では次第にゼロに近づくように変化する負の値をとり、無負荷領域と荷重負荷領域の境目でゼロとなり、荷重負荷領域に入ると実荷重に対応した正の値をとるように滑らかに変化する。すなわち、換算荷重は、直動部材Ａが荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに、負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている。変位と荷重の対応関係を予め設定するに際し、荷重負荷領域におけるアクチュエータ変位と換算荷重の対応関係は、実荷重と換算荷重が一致するようにブレーキディスク２の剛性等に基づいて設定することができる。

ところで、摩擦パッド７，８の摩耗等が原因でアクチュエータ変位と実荷重の対応関係が変化することがある。そこで、フィードバック演算器５３は、荷重センサ１４で検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値Ｔｈ_０に一致したときに、そのときのアクチュエータ変位が予め設定された校正値となるように変位センサ５０の検出値を校正する。これにより、アクチュエータ変位に基づいて算出される換算荷重が、摩擦パッド７，８の摩耗等が原因で実荷重に対してずれるのを防止することができる。

コントローラ５２は、荷重負荷領域と無負荷領域の境目近傍では、換算荷重に基づいて電動モータ１５の制御を行ない、荷重負荷領域に入って実荷重が制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも大きくなったときに、電動モータ１５の制御を、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替える。すなわち、電動モータ１５は、制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも実荷重が小さいときは、換算荷重と目標荷重の偏差に基づいてフィードバック制御され、制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも実荷重が大きいときは、実荷重と目標荷重の偏差に基づいてフィードバック制御される。ここで、制御切替しきい値Ｔｈ_１は予め設定された正の値である。制御切替しきい値Ｔｈ_１は、校正しきい値Ｔｈ_０と同一の値としてもよい。

次に上述した電動式直動アクチュエータ１の動作例を説明する。

電動モータ１５を作動させると、回転軸１０が回転し、遊星ローラ１１がキャリヤピン１３Ａを中心に自転しながら回転軸１０を中心に公転する。このとき螺旋凸条２２と円周溝２３の係合によって外輪部材１２と遊星ローラ１１が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ１１はキャリヤ１３と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ１１は軸方向に移動せず、外輪部材１２が軸方向に移動する。このようにして、電動式直動アクチュエータ１は、電動モータ１５で駆動される回転軸１０の回転を外輪部材１２の直線運動に変換し、その外輪部材１２とキャリパボディ６に設けられた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、電動ブレーキ装置の制動力を発生させる。

ところで、上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド７がブレーキディスク２への無負荷領域から荷重負荷領域に移動するとき、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触する前は、荷重センサ１４で検出される実荷重の大きさがほぼゼロのまま推移するので、実荷重と目標荷重の差が変化しない。そのため、実荷重に基づいて電動モータ１５を制御すると、電動モータ１５が比較的高速で回転した状態のまま摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触し、その直後に荷重センサ１４で検出される実荷重が急激に上昇し、実荷重が目標荷重を過度にオーバーシュートするおそれがある。また、また、目標荷重が小さいとき、荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で制御が安定せず、荷重の振動を生じるおそれがある。

そこで、制御装置５１は、ブレーキディスク２への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で安定した制御を行なうことを可能とするため、ブレーキディスク２への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍においては、換算荷重に基づいて電動モータ１５を制御する。

すなわち、摩擦パッド７がブレーキディスク２への無負荷領域から荷重負荷領域に移動するとき、無負荷領域においては、実荷重が制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも小さいので、換算荷重に基づいて電動モータ１５をフィードバック制御する。ここで、換算荷重は、無負荷領域においても荷重負荷領域と同様にアクチュエータ変位に応じて変化するので、換算荷重と目標荷重との偏差は、無負荷領域においてもアクチュエータ変位に応じて変化する。そのため、電動モータ１５が高速で回転した状態のまま摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触するのを防止することができ、過度のオーバーシュートが生じにくい。

荷重負荷領域においては、実荷重が制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも大きくなったときに、電動モータ１５の制御が、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替わり、実荷重と目標荷重との偏差に基づいて電動モータ１５がフィードバック制御される。このように換算荷重から実荷重に切り替えることで、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。

上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド７がブレーキディスク２に非接触の状態から、摩擦パッド７をブレーキディスク２に接触させて荷重を負荷しようとするときに、摩擦パッド７がブレーキディスク２に接触する前においても、アクチュエータ変位に応じて換算荷重が変化するので、ブレーキディスク２への荷重負荷領域と無負荷領域との境目近傍で同一の制御系（すなわちフィードバックの制御ゲインが同一の制御系）に基づいて電動モータ１５を制御することができ、制御の安定化を図ることができる。

上記電動ブレーキ装置は、実荷重が制御切替しきい値Ｔｈ_１よりも大きくなったときに、電動モータ１５の制御を、換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替えるので、荷重が大きい領域においても高い精度で荷重を制御することが可能となる。

アクチュエータ変位を検出する変位センサ５０としては、摩擦パッド７または外輪部材１２の直線移動方向の位置を検出するリニアセンサを採用することも可能であるが、上記実施形態のように、電動モータ１５の回転角を検出する回転センサと、その回転センサで検出される電動モータ１５の回転角をアクチュエータ変位に換算する換算回路とからなる構成のものを採用すると、アクチュエータ変位を高い分解能で検出することができ、高い精度で荷重を制御することが可能となる。

上記実施形態では、フィードバック制御系の直列部分にコントローラ５２を設けた制御系を例に挙げて説明したが、本発明は、フィードバックの部分にコントローラ５２を設けた制御系にも適用することができ、直列部分とフィードバック部分の両方にコントローラ５２を設けた制御系にも適用することができる。

上記実施形態では、電動モータ１５の回転を直動部材Ａ（外輪部材１２と摩擦パッド７）の直線運動に変換する運動変換機構Ｂとして、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ１１と、その複数の遊星ローラ１１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ１３と、複数の遊星ローラ１１を囲むように配置された外輪部材１２と、その外輪部材１２の内周に設けられた螺旋凸条２２と、その螺旋凸条２２と係合するように各遊星ローラ１１の外周に設けられた円周溝２３とを有する遊星ローラ式の運動変換機構Ｂを例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータにも同様に適用することができる。

例えば、運動変換機構Ｂとしてボールねじ式の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータの例を図８に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

図８において、直動アクチュエータは、電動モータ１５の回転が入力される回転軸１０と、回転軸１０と一体に設けられたねじ軸６０と、ねじ軸６０を囲むように設けられたナット６１と、ねじ軸６０の外周に形成されたねじ溝６２とナット６１の内周に形成されたねじ溝６３の間に組み込まれた複数のボール６４と、ナット６１のねじ溝６３の終点から始点にボール６４を戻す図示しないリターンチューブと、ナット６１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

ナット６１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸６０の軸方向後端にはねじ軸６０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とねじ軸６０とを介してナット６１を軸方向に支持することで、ナット６１の軸方向後方への移動を規制している。

この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、ねじ軸６０とナット６１を相対回転させて、ナット６１を軸方向前方に移動させ、そのナット６１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、ねじ軸６０は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。

また、運動変換機構Ｂとしてボールランプ式の運動変換機構Ｂを採用した電動式直動アクチュエータを適用した例を図９に示す。

図９において、直動アクチュエータは、回転軸１０と、回転軸１０の外周に回り止めされた回転ディスク７０と、回転ディスク７０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク７１と、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間に挟まれた複数のボール７２と、直動ディスク７１の軸方向後方に配置された荷重センサ１４とを有する。

直動ディスク７１は、キャリパボディ６の対向片３に設けられた収容孔９内に、キャリパボディ６に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク７０の軸方向後端には回転ディスク７０と一体に回転する間座４３が設けられ、その間座４３がスラスト軸受４４を介して荷重センサ１４で支持されている。ここで、荷重センサ１４は、間座４３とスラスト軸受４４とを介して回転ディスク７０を軸方向に支持することで回転ディスク７０の軸方向後方への移動を規制している。

図１０、図１１に示すように、回転ディスク７０の直動ディスク７１に対する対向面７０ａには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７３が形成され、直動ディスク７１の回転ディスク７０に対する対向面７１ａには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝７４が形成されている。図１１（ａ）に示すように、ボール７２は、回転ディスク７０の傾斜溝７３と直動ディスク７１の傾斜溝７４の間に組み込まれており、図１１（ｂ）に示すように、直動ディスク７１に対して回転ディスク７０が相対回転すると、傾斜溝７３，７４内をボール７２が転動して、回転ディスク７０と直動ディスク７１の間隔が拡大するようになっている。

この電動式直動アクチュエータは、回転軸１０を回転させることによって、直動ディスク７１と回転ディスク７０を相対回転させて、直動ディスク７１を軸方向前方に移動させ、その直動ディスク７１とキャリパボディ６に設けた対向片４によって摩擦パッド７，８をブレーキディスク２に押圧することで、制動力を発生させる。このとき、直動ディスク７１は、軸方向後方への反力を受け、その反力は、間座４３、スラスト軸受４４を介して荷重センサ１４に伝達する。

１ 電動式直動アクチュエータ
２ ブレーキディスク
７ 摩擦パッド
１４ 荷重センサ
１５ 電動モータ
３２ 磁気ターゲット
３３ 磁気センサ
５０ 変位センサ
５１ 制御装置
Ａ 直動部材
Ｂ 運動変換機構
Ｔｈ_０ 校正しきい値
Ｔｈ_１ 制御切替しきい値

Claims (7)

1. 電動モータ（１５）と、
   対象物（２）への荷重負荷領域と無負荷領域との間で直線移動可能に設けられた直動部材（Ａ）と、
   前記電動モータ（１５）の回転を前記直動部材（Ａ）の直線移動に変換する運動変換機構（Ｂ）と、
   荷重負荷領域と無負荷領域の両方にわたり前記直動部材（Ａ）の変位を検出可能な変位センサ（５０）と、
   その変位センサ（５０）で検出された前記直動部材（Ａ）の変位と、予め設定された変位と荷重の対応関係とに基づいて、前記直動部材（Ａ）の変位に対応する換算荷重を算出し、その算出した換算荷重に基づいて前記電動モータ（１５）を制御する制御装置（５１）とを有し、
   前記予め設定された変位と荷重の対応関係は、前記直動部材（Ａ）が荷重負荷領域と無負荷領域とをまたいで移動するときに前記換算荷重が負の荷重と正の荷重との間で連続的に変化するように設定されている
   電動式直動アクチュエータ。
2. 前記直動部材（Ａ）が対象物（２）に荷重を負荷しているときにその実荷重の大きさを検出する荷重センサ（１４）を更に有し、
   前記制御装置（５１）は、前記荷重センサ（１４）で検出された実荷重の大きさまたはその微分値が予め設定された校正しきい値（Ｔｈ_０）に一致したときに、そのとき前記変位センサ（５０）で検出される変位が予め設定された校正値となるように前記変位センサ（５０）の検出値を校正する請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記制御装置（５１）は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値（Ｔｈ_１）よりも大きくなったときに、前記電動モータ（１５）の制御を、前記換算荷重に基づく制御から実荷重に基づく制御に切り替える請求項２に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記制御装置（５１）は、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値（Ｔｈ_１）よりも小さいときは、前記換算荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータ（１５）をフィードバック制御し、前記実荷重が予め設定された制御切替しきい値（Ｔｈ_１）よりも大きいときは、前記実荷重と目標荷重との偏差に基づいて前記電動モータ（１５）をフィードバック制御する請求項２または３に記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記荷重センサ（１４）は、磁界を発生する磁気ターゲット（３２）と、その磁気ターゲット（３２）に対する相対位置が直動部材（Ａ）から対象物（２）に負荷される荷重に応じて変化するように配置された磁気センサ（３３）とからなる請求項２から４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記変位センサ（５０）は、前記電動モータ（１５）の回転角を検出する回転センサと、その回転センサで検出される電動モータ（１５）の回転角を前記直動部材（Ａ）の変位に換算する換算回路とからなる請求項１から５のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 前記変位センサ（５０）は、前記直動部材（Ａ）の直線移動方向の位置を検出するリニアセンサである請求項１から５のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。

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