JP2006162020A - 電動式直動アクチュエータおよび電動式ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速機構の大きな減速比を確保した上で、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保できる電動式直動アクチュエータと電動式ブレーキ装置を提供することである。
【解決手段】電動式直動アクチュエータの減速機構を、同軸状の２つの入力軸１１ａ、１１ｂに対向させて設けた２つの傘歯車１２と、出力軸１５側に設けたピニオン傘歯車１４とを遊合させる差動傘歯車減速機構１０とすることにより、大きな減速比を確保した上で、軸方向で対向する２つの傘歯車１２とピニオン傘歯車１４との噛み合いによって、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータと、電動式直動アクチュエータを用いてブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置に関する。

電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直動部材の直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータには、減速比を大きくして小容量の電動モータで大きな直線駆動力が得られるように、減速機構として太陽歯車、遊星歯車および内歯歯車を径方向で順に噛み合わせた遊星歯車減速機構を採用したものがある（例えば、特許文献１参照）。なお、駆動力変換機構としては、摩擦による変換ロスが少ないボールねじ機構やボールランプ機構が多く採用されている。

一方、車両用ブレーキ装置としては油圧式のものが多く採用されてきたが、近年、ＡＢＳ(Antilock Brake System)等の高度なブレーキ制御の導入に伴い、これらの制御を複雑な油圧回路なしに行うことができ、コンパクトに設計できる電動式ブレーキ装置が注目されている。電動式ブレーキ装置は、ブレーキペダルの踏み込み信号等で電動モータを作動させ、上述したような電動式直動アクチュエータをキャリパボディに組み込んでブレーキ部材を被制動部材に押圧するものである（例えば、特許文献２参照）。

通常、電動式ブレーキ装置は車両のばね下に取り付けられるので、路面からの振動を受けても安定して作動し、かつ、コンパクトに設計できるものが望まれる。

特開平６−３２７１９０号公報（第１、５図） 特開２００３−３４３６２０号公報（第１図）

特許文献１に記載された遊星歯車減速機構を採用した電動式直動アクチュエータは、減速比を大きくして電動モータを小容量で小型のものとすることができるが、太陽歯車、遊星歯車および内歯歯車を径方向で順に噛み合わせた遊星歯車減速機構は径方向の寸法が大きくなり、これを電動式ブレーキ装置に用いる場合は、キャリパボディの径方向の寸法も大きくなって、コンパクトな設計が阻害される問題がある。

また、前記遊星歯車減速機構は、太陽歯車、遊星歯車および内歯歯車が、互いに狭い噛み合い幅で軸方向に平行に噛み合わされているので、この軸方向の振動等に対する剛性があまり強くない問題もある。

そこで、本発明の課題は、減速機構の大きな減速比を確保した上で、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保できる電動式直動アクチュエータと電動式ブレーキ装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直動部材の直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータにおいて、前記減速機構を、同軸上に配設した互いに反対方向に回転駆動される２つの入力軸にそれぞれ傘歯車を対向させて設け、これらの対向する２つの傘歯車に前記入力軸と直交する軸の回りに回転するピニオン傘歯車を遊合させて、前記２つの入力軸の回転数の差でこのピニオン傘歯車を入力軸の回りに公転させ、この入力軸の回りのピニオン傘歯車の公転を出力軸に出力する差動傘歯車減速機構とし、前記電動モータの回転駆動力を前記２つの入力軸に伝達する構成を採用した。

すなわち、減速機構を同軸上の２つの入力軸に対向させて設けた２つの傘歯車と、出力軸側に設けたピニオン傘歯車とを遊合させる差動傘歯車減速機構とすることにより、減速機構の大きな減速比を確保した上で、軸方向で対向する２つの傘歯車とピニオン傘歯車との噛み合いによって、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保できるようにした。

前記差動傘歯車減速機構は、入力軸の一方の傘歯車の回転数をｎ_１、他方の傘歯車の回転数をｎ_２とすると、ピニオン傘歯車の公転の回転数、すなわち出力軸の回転数Ｎは、次式で表される。
Ｎ ＝（ｎ_１−ｎ_２）／２ （１）
したがって、２つの傘歯車の回転数の差ｎ_１−ｎ_２を小さくすることにより、非常に大きな減速比を得ることができる。

前記電動モータを１台とし、この１台の電動モータの回転駆動力を、歯車機構を介して前記２つの入力軸に互いに反対方向で回転数の異なる回転として伝達することにより、電動モータの台数を少なくして、よりコンパクトに設計することができる。

前記電動モータを２台とし、これらの２台の電動モータの回転駆動力を、それぞれ別々の前記２つの入力軸に伝達することにより、２台の電動モータの回転数を制御して、直動部材の直線駆動力をより自在に調節することができる。例えば、１方の電動モータを遅らせて駆動するようにすれば、１方の電動モータが駆動されずに、２つの傘歯車の回転数差ｎ_１−ｎ_２が大きい初期は、小さな減速比で直動部材を速く直線移動させ、こののち、両方の電動モータを駆動して回転数差ｎ_１−ｎ_２を小さくしたときに、大きな直動部材の直線駆動力を得ることができる。また、２台の電動モータの回転数は、回転数×トルクで表されるモータ出力が極大値となる最大出力回転数を中心として両側に設定することにより、モータ出力をより効率よく活用することができる。

また、本発明の電動式ブレーキ装置は、電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直動部材の直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータを備え、前記直動部材の直線駆動力によってブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置において、前記電動式直動アクチュエータに上述したいずれかの電動式直動アクチュエータを用いることにより、減速機構の大きな減速比を確保した上で、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を有するものとした。

本発明の電動式直動アクチュエータは、減速機構を２つの入力軸に対向させて設けた２つの傘歯車と、出力軸側に設けたピニオン傘歯車を遊合させる差動傘歯車減速機構としたので、減速機構の大きな減速比を確保した上で、軸方向で対向する２つの傘歯車とピニオン傘歯車との噛み合いによって、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保することができる。

前記電動モータを１台とし、この１台の電動モータの回転駆動力を、歯車機構を介して２つの入力軸に互いに反対方向で回転数の異なる回転として伝達することにより、電動モータの台数を少なくして、よりコンパクトに設計することができる。

前記電動モータを２台とし、これらの２台の電動モータの回転駆動力を、それぞれ別々の２つの入力軸に伝達することにより、２台の電動モータの回転数を制御して、直動部材の直線駆動力をより自在に調節することができる。

本発明の電動式ブレーキ装置は、電動式直動アクチュエータに上述したいずれかのものを用いたので、減速機構の大きな減速比を確保した上で、径方向の寸法をコンパクトに設計でき、かつ、振動等に対する十分な剛性を確保することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、本発明に係る電動式直動アクチュエータを用いた電動式ブレーキ装置の第１の実施形態を示す。この電動式ブレーキ装置は、図１に示すように、キャリパボディ１の内部で被制動部材としてのディスクロータ２の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド３を対向配置したディスクブレーキであり、キャリパボディ１に電動式直動アクチュエータの電動モータ４が１台取り付けられて、その円筒部１ａに減速機構としての差動傘歯車減速機構１０と、駆動力変換機構としてのボールねじ機構２０が組み込まれ、ボールねじ機構２０のねじ軸２１が直動部材としてブレーキパッド３に連結されている。円筒部１ａの前端側は、キャリパボディ１とねじ軸２１間に取り付けられたブーツ５でシールされ、後端側は蓋１ｂで閉塞されており、蓋１ｂの内側には、電動モータ４の回転駆動力を差動傘歯車減速機構１０に伝達する歯車機構６が組み込まれている。

前記電動モータ４の回転駆動力は、図２に示すように、歯車機構６の第１歯車７ａおよび第２歯車７ｂを介して、第３歯車７ｃと第４歯車７ｄとに伝達され、第３歯車７ｃの回転が差動傘歯車減速機構１０の第１入力軸１１ａに取り付けられた歯車７ｆに伝達されるとともに、第４歯車７ｄの回転が第５歯車７ｅを介して、第２入力軸１１ｂに取り付けられた歯車７ｇに伝達されるようになっている。したがって、差動傘歯車減速機構１０の第１入力軸１１ａと第２入力軸１１ｂは、互いに反対方向に異なる回転数ｎ_１、ｎ_２で回転駆動される。

前記差動傘歯車減速機構１０は、第１入力軸１１ａと、第１入力軸１１ａを同軸上に嵌挿した第２入力軸１１ｂとに、それぞれ傘歯車１２を対向させて設け、各入力軸１１ａ、１１ｂと直交する軸１３の回りに回転するピニオン傘歯車１４を対向する２つの傘歯車１２に遊合させて、軸１３を設けた籠状の回転軸を出力軸１５としたものである。（１）式に示したように、ピニオン傘歯車１４は、２つの入力軸１１ａ、１１ｂの回転数の差ｎ_１−ｎ_２の半分の回転数Ｎで同軸上の入力軸１１ａ、１１ｂの回りに公転し、このピニオン傘歯車１４の公転が出力軸１５に出力される。

前記籠状の出力軸１５は、軸受１６ａ、１６ｂでキャリパボディ１の円筒部１ａにラジアル方向とスラスト方向を支持され、その内側に垂直に突出する軸１３にピニオン傘歯車１４が軸受１７で回転自在に支持されている。また、第２入力軸１１ｂは、円筒部１ａと出力軸１５とに軸受１８ａ、１８ｂで支持され、第１入力軸１１ａは、第２入力軸１１ｂと出力軸１５とに軸受１９ａ、１９ｂで支持されている。

前記ボールねじ機構２０は、ねじ軸２１にボール２２を介してナット２３を螺合したものであり、ナット２３が差動傘歯車減速機構１０の出力軸１５に連結され、ナット２３の回転に伴って直線運動するねじ軸２１の先端にブレーキパッド３が連結されている。したがって、電動モータ４の回転駆動力は、歯車機構６と差動傘歯車減速機構１０を介してボールねじ機構２０に伝達され、ねじ軸２１の直線駆動力に変換されて、ブレーキパッド３をディスクロータ２に押圧する。

図３および図４は、本発明に係る電動式直動アクチュエータを用いた電動式ブレーキ装置の第２の実施形態を示す。この電動式ブレーキ装置は、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、電動式直動アクチュエータに２台の電動モータ４ａ、４ｂが設けられ、これらの回転駆動力が、それぞれ別々の歯車機構６ａ、６ｂの第１歯車７ａおよび第２歯車７ｂを介して、第１入力軸１１ａに取り付けられた歯車７ｆと、第２入力軸１１ｂに取り付けられた歯車７ｇとに伝達されるようになっている点が異なる。

前記２台の電動モータ４ａ、４ｂは互いに反対方向に異なる回転数で回転駆動され、第１入力軸１１ａと第２入力軸１１ｂも異なる回転数ｎ_１、ｎ_２で反対方向に回転する。したがって、第１の実施形態のものと同様に、ピニオン傘歯車１４がこれらの回転数の差ｎ_１−ｎ_２の半分の回転数Ｎで入力軸１１ａ、１１ｂの回りに公転し、ピニオン傘歯車１４の公転が出力軸１５に出力される。

この実施形態では、２台の電動モータ４ａ、４ｂの回転数を制御して、ねじ軸２１の直線駆動力をより自在に調節することができる。例えば、一方の電動モータ４ｂを遅らせて駆動すれば、電動モータ４ｂが駆動されずに、２つの傘歯車の回転数差ｎ_１−ｎ_２が大きい初期には、小さな減速比でねじ軸２１を速く直線移動させてブレーキパッド３をディスクロータ２に当接させ、こののち、２台の電動モータ４ａ、４ｂを駆動して回転数差ｎ_１−ｎ_２を小さくしたときに、ねじ軸２１の大きな直線駆動力によって、ブレーキパッド３をディスクロータ２に押圧することができる。また、２台の電動モータ４ａ、４ｂの回転数は、回転数×トルクで表されるモータ出力が極大値となる最大出力回転数を中心として両側に設定することにより、モータ出力をより効率よく活用することができる。

上述した実施形態では、電動式直動アクチュエータをブレーキ装置に用いたが、本発明に係る電動式直動アクチュエータはブレーキ装置以外のものにも用いることができる。また、電動式直動アクチュエータの駆動力変換機構は、実施形態のもののようなボールねじ機構に限定されることはなく、ボールランプ機構等を採用することもできる。

第１の実施形態の電動式直動アクチュエータを用いた電動式ブレーキ装置を示す縦断面図 図１のキャリパボディの蓋を取り外した状態を示す側面図 第２の実施形態の電動式直動アクチュエータを用いた電動式ブレーキ装置を示す縦断面図 図３のキャリパボディの蓋を取り外した状態を示す側面図

符号の説明

１ キャリパボディ
１ａ 円筒部
１ｂ 蓋
２ ディスクロータ
３ ブレーキパッド
４、４ａ、４ｂ 電動モータ
５ ブーツ
６ 歯車機構
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ 歯車
１０ 差動傘歯車減速機構
１１ａ、１１ｂ 入力軸
１２ 傘歯車
１３ 軸
１４ ピニオン傘歯車
１５ 出力軸
１６ａ、１６ｂ、１７、１８ａ、１８ｂ、１９ａ、１９ｂ 軸受
２０ ボールねじ機構
２１ ねじ軸
２２ ボール
２３ ナット

Claims (4)

1. 電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直動部材の直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータにおいて、前記減速機構を、同軸上に配設した互いに反対方向に回転駆動される２つの入力軸にそれぞれ傘歯車を対向させて設け、これらの対向する２つの傘歯車に前記入力軸と直交する軸の回りに回転するピニオン傘歯車を遊合させて、前記２つの入力軸の回転数の差でこのピニオン傘歯車を入力軸の回りに公転させ、この入力軸の回りのピニオン傘歯車の公転を出力軸に出力する差動傘歯車減速機構とし、前記電動モータの回転駆動力を前記２つの入力軸に伝達するようにしたことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
2. 前記電動モータを１台とし、この１台の電動モータの回転駆動力を、歯車機構を介して前記２つの入力軸に互いに反対方向で回転数の異なる回転として伝達するようにした請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記電動モータを２台とし、これらの２台の電動モータの回転駆動力を、それぞれ別々の前記２つの入力軸に伝達するようにした請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 電動モータの回転駆動力を減速機構と駆動力変換機構を介して直動部材の直線駆動力に変換する電動式直動アクチュエータを備え、前記直動部材の直線駆動力によってブレーキ部材を被制動部材に押圧する電動式ブレーキ装置において、前記電動式直動アクチュエータに請求項１乃至３のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータを用いたことを特徴とする電動式ブレーキ装置。

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