JP2006242237A - Ball screw for electric brake actuator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自動車等の電動ブレーキアクチュエータに用いられるボールねじに関するものである。 The present invention relates to a ball screw used for an electric brake actuator of an automobile or the like.
近年、ブレーキ装置において、従来の油圧式のものに代わり、電動式のものの開発が進められている。その一例として、ハウジング内部にボールねじとモータを設置し、モータによりボールねじのナットを回転させ、回り止めされたねじ軸を軸方向に進退させるものがある。この動作により、ねじ軸の先端に取付けられたインナ側摩擦パッドをブレーキディスクに押圧させ、キャリパ側のパッドとでブレーキディスクを挟持することにより、回転しているブレーキディスクに対して制動力を与える(特許文献1)。
上記電動式のブレーキ装置において、インナ側パッドとキャリパ側のパッドとでブレーキディスクを挟持して回転中のブレーキディスクを摩擦力により制動した際に、次のような荷重形態となる。すなわち、図8,図9において、ボールねじ31のねじ軸32は、ブレーキ反力によって軸方向に戻される荷重Tだけでなく、ブレーキディスク41の回転に伴う径方向のラジアル荷重Rが負荷されるという特徴的な荷重形態となる。
このようにねじ軸32にラジアル荷重Rが負荷された場合、ねじ軸32とナット33のねじ溝36,37の間に介在するボール34のうち、ラジアル荷重Rを受ける端部側のボール34では、ねじ軸32の曲がりや傾きに起因して、ねじ軸32とナット33のねじ溝36,37に押圧される箇所に位置するものと、逆にねじ溝36,37間の隙間が開いた箇所に位置するものとが生じる。特に、ラジアル荷重Rによって押圧される側に、無負荷域のこま部材35等の循環部材が配置されている場合、負荷を受けるボール34の個数が減少し、ボールねじ31の早期寿命を招くという問題がある。
In the electric brake device described above, when the brake disc is sandwiched between the inner side pad and the caliper side pad and the rotating brake disc is braked by frictional force, the following load pattern is obtained. That is, in FIGS. 8 and 9, the
In this way, when the radial load R is applied to the
すなわち、図9のようなこま循環方式のボールねじ31において、荷重の方向を考慮しない標準的なものでは、ナット回転時の動的アンバランスを考慮して、図10に示すようにナット33の周方向の等配位置にこま部材35が配置されるのが一般的である。このようなこま部材35の配置構成では、電動ブレーキに特有なブレーキディスク制動時にかかるラジアル荷重Rとこま部材35の位置とが一致した場合、そのこま部材35の部分ではラジアル荷重Rを十分に受けられないため、全体の面圧が上昇する。また、面圧の高い部分がこま部材35の位置と一致した場合、ボール34の円滑な循環が阻害され、ボールねじ31の位置決めに悪影響を与えたり、制御性を悪化させることが予想される。
That is, in the
この発明の目的は、制動時に生じる特徴的なラジアル荷重に起因する偏荷重を緩和し、寿命低下を防止できる電動ブレーキアクチュエータ用ボールねじを提供することである。 この発明の他の目的は、組立が簡単で低コスト化できるものとすることである。 An object of the present invention is to provide a ball screw for an electric brake actuator that can alleviate an unbalanced load caused by a characteristic radial load generated during braking and prevent a decrease in service life. Another object of the present invention is to simplify the assembly and reduce the cost.
この発明の電動ブレーキアクチュエータ用ボールねじは、自動車における電動ブレーキアクチュエータに、ナット回転で使用されるこま式ボールねじであって、所定の制動力が生じる制動時にねじ軸に作用するラジアル荷重の方向に対して、略90度異なる位相に、こま部材の循環溝を全て配置したものである。ナット回転で使用されるが、所定の制動力、例えば最大の制動力を生じるねじ軸の軸方向位置は定まった位置となるため、このときのナットの回転位相も定まった位相となる。そのため、上記制動時に作用する上記ラジアル荷重の方向は、ナットの特定の方向となる。この特定の方向に対して略90度異なる位相に前記循環溝を全て配置する。 The ball screw for an electric brake actuator according to the present invention is a top-type ball screw used for rotating an nut in an electric brake actuator in an automobile, and in a radial load direction acting on a screw shaft during braking in which a predetermined braking force is generated. On the other hand, all the circulation grooves of the top members are arranged in phases that are approximately 90 degrees different from each other. Although used in nut rotation, since the axial position of the screw shaft that generates a predetermined braking force, for example, the maximum braking force is a fixed position, the rotational phase of the nut at this time is also a fixed phase. Therefore, the direction of the radial load acting at the time of braking is a specific direction of the nut. All the circulation grooves are arranged in a phase that is approximately 90 degrees different from the specific direction.
電動ブレーキアクチュエータの制動時に、ボールねじのねじ軸に作用するラジアル荷重はモーメントとして作用することが多いため、180度対向位置にモーメント荷重が作用し、ボールねじ内部の特定位置で面圧が上昇する。このボールねじでは、制動時にねじ軸に作用するラジアル荷重の方向に対して、略90度異なる回転位相にこま部材が配置されているので、負荷を受けるボールの個数が少なくなるこま部材の配置部が、上記特定位置に重なることが回避される。そのため、面圧が上昇する特定位置に荷重を受けられるボールを多く配置でき、ボールねじの内部での荷重分布を平均化させることができる。その結果、制動時のラジアル荷重に起因するボールねじの早期寿命を防止することができ、作動性の改善も図れる。
すなわち、この電動ブレーキアクチュエータ用ボールねじは、その特徴的なラジアル力の方向を考慮し、ブレーキ反力やねじ軸の曲がり,傾きにより、ボールねじ内部の隙間が過少となる箇所へは循環部となるこま部材を配置せず、内部の荷重分布を平均化させて偏荷重を緩和するものとしたため、ボールねじの長寿命化を図ることができる。
Since the radial load acting on the screw shaft of the ball screw often acts as a moment during braking of the electric brake actuator, the moment load acts on the 180 ° opposite position, and the surface pressure increases at a specific position inside the ball screw. . In this ball screw, the top member is arranged at a rotational phase that differs by approximately 90 degrees with respect to the direction of the radial load acting on the screw shaft during braking. However, overlapping with the specific position is avoided. Therefore, many balls that can receive a load can be arranged at a specific position where the surface pressure increases, and the load distribution inside the ball screw can be averaged. As a result, the early life of the ball screw due to the radial load during braking can be prevented, and the operability can be improved.
In other words, this ball screw for an electric brake actuator takes into consideration the characteristic radial force direction, and the circulation part is not connected to a place where the clearance inside the ball screw becomes too small due to the brake reaction force or the bending or inclination of the screw shaft. Since the top member is not arranged and the internal load distribution is averaged to alleviate the uneven load, the life of the ball screw can be extended.
この発明において、ねじ軸とナットの対向するねじ溝と、こま部材に設けられた循環溝とで構成されボールを無限循環させる複数の無限循環路を有するものである場合に、これら複数の無限循環路における循環溝を、一つのこま部材に設けても良い。
この構成の場合、一つのこま部材をナットに取付けることで、ナットの上記回転位相に各循環溝を集中させることができるので、組立が容易となりコスト低減も可能となる。
In the present invention, in the case where the screw shaft and the nut are opposed to each other and the circulation groove provided in the top member has a plurality of infinite circulation paths for infinite circulation of the balls, the plurality of infinite circulations You may provide the circulation groove in a path in one top member.
In this configuration, by attaching one top member to the nut, each circulation groove can be concentrated on the rotational phase of the nut, so that assembly is facilitated and cost can be reduced.
この発明の電動ブレーキアクチュエータ用ボールねじは、ナット回転で使用されるこま式ボールねじであって、制動時に作用するラジアル荷重の方向に対して、略90度異なる位相に、こま部材の循環溝を全て配置したため、ブレーキ作動時に生じるラジアル荷重に起因する偏荷重を緩和し、寿命低下を防止することができる。 The ball screw for an electric brake actuator according to the present invention is a top-type ball screw used for rotating a nut, and the circulation groove of the top member is arranged at a phase that is approximately 90 degrees different from the direction of the radial load acting during braking. Since all of them are arranged, it is possible to alleviate the uneven load caused by the radial load generated when the brake is operated, and to prevent the life from being shortened.
この発明の一実施形態を図1ないし図6と共に説明する。図1は、この実施形態のボールねじを組み込んだ電動ブレーキアクチュエータの要部断面図を示す。このボールねじ1は、ナット回転で使用されるこま式ボールねじであって、図2に拡大して示すように、ねじ軸2と、ナット3と、複数のボール4とを備える。ねじ軸2は外ねじ溝6を有する。ナット3は、円筒状に形成されたナット本体3aの内周に、外ねじ溝6に対向する内ねじ溝7を有し、ナット本体3aにこま部材5を取付けて構成される。ボール4は、ねじ軸2の外ねじ溝6とナット3の内ねじ溝7との間に形成された転動路8に連なって配置される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a cross-sectional view of the main part of an electric brake actuator incorporating the ball screw of this embodiment. The
こま部材5は、図5のように内ねじ溝7の隣合う1周部分同士を連結する循環溝9を設けた部材であり、この例では、一つのこま部材5に、循環溝9が複数設けられている。各循環溝9は、各々内ねじ溝7の互いに異なる1周部分同士の連結を行うものとされ、この実施形態では、内ねじ溝7の順次隣合う1周部分同士を循環溝9で連結している。ナット3の内ねじ溝7は、循環溝9で連結されることで、1周の連続した無限循環路となる。したがって、ナット3の内ねじ溝7は、こま部材5が設けられた軸方向長さの範囲で、複数条並んだ無限循環路に分離される。各循環溝9の深さは、ボール4が、循環溝9内でねじ軸2の外ねじ溝6のねじ山を越えることができる深さとされている。
ナット3のナット本体3aには、こま部材用開口10が内外周面に貫通して設けられて、この開口10にこま部材5が嵌め込まれる。
As shown in FIG. 5, the
The
図1の電動ブレーキアクチュエータ11は自動車用のものであって、ハウジング12は図示しないブラケットを有しており、車体の懸架装置に固定される。ハウジング12は円筒状のものである。ハウジング12内には軸方向に向けて上記ボールねじ1が配置され、そのナット3の両端の外径部が軸受13でハウジング12内に回転自在に支持されている。ハウジング12内の軸方向の中央部には、電動モータ14のステータ15が設けられている。ステータ15は、コアおよびステータコイルで構成される。電動モータ14のロータ16は、磁性体により円筒状に形成されていて、ボールねじ1におけるナット3の外周に、このナット3と一体に回転するように取付けられる。
The
ボールねじ1のねじ軸2は、図示しない回り止め機構により回り止めされて軸方向に進退自在とされている。ねじ軸2の一端部には押圧ヘッド17が設けられ、この押圧ヘッド17の前面にインナ側パッド18が固定されている。また、前記ハウジング12の一端部には、ねじ軸2の押圧ヘッド17と対向するようにキャリパ20が設けられており、このキャリパ20に前記インナ側パッド18と対向するアウタ側パッド19が固定されている。これらインナ側パッド18とアウタ側パッド19とで挟まれる位置に、車輪と一体に回転するブレーキディスク21が配置されている。
The
図1は、ボールねじ1のねじ軸2が軸方向に進出して、インナ側パッド18およびアウト側パッド19でブレーキディスク21を挟み付ける制動時の状態を示す。この制動作用時におけるねじ軸2の軸方向位置は一定位置に定まり、したがってナット3の回転位相も定まる。
FIG. 1 shows a state during braking in which the
図3(A),(B)は、この制動時におけるボールねじ1の正面図および側面図をそれぞれ示す。図3(B)において、矢印で示す方向は、制動時にねじ軸2に作用するラジアル荷重Rの方向を示す。このボールねじ1は、電動ブレーキアクチュエータ11の荷重の方向性の特殊性を考慮して、ナット3におけるこま部材5が、図3のように、制動時のラジアル荷重Rの方向に対して、略90度異なる回転位相に配置されている。
3A and 3B respectively show a front view and a side view of the
上記構成の電動ブレーキアクチュエータ11によると、ボールねじ1のナット3が電動モータ14で回転駆動されることにより、ねじ軸2が軸方向に進出してインナ側パッド18がブレーキディスク21に押し当てられる。これにより、インナ側パッド18とアウタ側パッド19とでブレーキディスク21が強く挟持され、ブレーキディスク21に制動力が働く。
この制動時に、ねじ軸2に作用するラジアル荷重Rはモーメントとして作用することが多いため、180度対向位置にモーメント荷重が作用し、図3(A)に示すボールねじ1では図中におけるA,Bの両位置での面圧が上昇する。この面圧上昇に対して、このボールねじ1は、制動時にねじ軸2に作用するラジアル荷重Rの方向に対して、略90度異なる回転位相にこま部材5が配置されているので、負荷を受けるボール4の個数が少なくなるこま部材5の配置部が上記A,Bの両位置に重なることがない。そのため、A,Bの両位置に荷重を受けられるボール4を多く配置できて、ボールねじ1の内部での荷重分布を平均化させることができる。その結果、制動時のラジアル荷重Rに起因するボールねじ1の早期寿命を防止することができ、作動性の改善も図ることができる。
According to the
At the time of braking, the radial load R acting on the
図6は、この実施形態のボールねじ1を従来例と比較したグラフであり、ナット内の各ボールにおいて荷重により発生した面圧の分布状況を測定した結果を示す。図6(A)は従来例での面圧の分布状況を、図6(B)はこの実施形態での面圧の分布状況を示す。なお、この測定では、ねじ軸の軸径はφ24.5mm、ねじ溝のリードは4mm、ボール径は1/8(φ3.175mm)、総循環列は6列である。荷重条件は、平均的な車両に作用する荷重の例として、スラスト荷重が2570N、ラジアル荷重が1285Nとして行っている。また、これらの各図において、循環列は荷重入力側より1列目,2列目,…の順で示している。
FIG. 6 is a graph comparing the
両図とも、1列目の面圧が最も高い傾向にあるが、従来例を示す図6(A)に比べて、実施形態の場合を示す図6(B)においては最大面圧が低下しており、実施形態のボールねじ1は面圧が平均化されていることが確認される。
In both figures, the surface pressure in the first row tends to be the highest, but the maximum surface pressure is lower in FIG. 6 (B) showing the embodiment as compared with FIG. 6 (A) showing the conventional example. It is confirmed that the surface pressure of the
また、この実施形態では、1つのこま部材5に、複数の無限循環路における各循環溝9をまとめて設けているので、このこま部材5をナット3の1つのこま部材用開口10に嵌め込むことで、ナット3の上記回転位相に各循環溝9を集中させることができる。そのため組立が容易となり、コスト低減も可能となる。
Moreover, in this embodiment, since each
なお、この実施形態では、1つのこま部材5に、複数の無限循環路における各循環溝9を設けたが、これに限らず、図7に示すように、循環溝9を個別に設けた複数のこま部材5Aをナット3のそれぞれ別のこま部材用開口10に嵌め込む構成として、これらのこま部材5Aを、ラジアル荷重の方向に対して略90度異なる位相に集中させて配置しても良い。この場合に、各こま部材5Aは、上記ラジアル荷重の方向に対して、互いに反対側に略90度異なる位相に振り分けて配置しても良く、また全て同じ位相に配置しても良い。これらの場合にも、制動時に生じる特徴的なラジアル荷重に起因する偏荷重を緩和し、寿命低下を防止しつつコスト増を抑制することができる。
In this embodiment, each
1…ボールねじ
2…ねじ軸
3…ナット
4…ボール
5,5A…こま部材
6…外ねじ溝
7…内ねじ溝
9…循環溝
11…電動ブレーキアクチュエータ
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JP2005056820A JP2006242237A (en) | 2005-03-02 | 2005-03-02 | Ball screw for electric brake actuator |
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---|---|---|---|---|
JP2010286054A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Nabtesco Corp | Cylinder device and disc brake device for railway vehicle |
JP2012047333A (en) * | 2009-12-25 | 2012-03-08 | Nsk Ltd | Ball screw device |
JP2020094647A (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 日本精工株式会社 | Power transmission device |
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