JP2008089084A - Electric linear motion actuator and electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータの回転運動を直線運動に変換して被駆動物を直線駆動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。 The present invention relates to an electric linear motion actuator that linearly drives a driven object by converting the rotational motion of an electric motor into linear motion, and an electric brake that presses a brake member against the braked member using the electric linear motion actuator Relates to the device.
電動モータの回転運動を直線運動に変換して被駆動物を直線駆動する電動式直動アクチュエータには、運動変換機構としてボールねじ機構やボールランプ機構を採用したものが多く、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、遊星歯車減速機構等の歯車減速機構を組み込んだものが多い(例えば、特許文献1参照)。 Many of the electric linear actuators that convert the rotational motion of the electric motor into linear motion to drive the driven object linearly employ a ball screw mechanism or a ball ramp mechanism as the motion conversion mechanism. In many cases, a gear reduction mechanism such as a planetary gear reduction mechanism is incorporated so that a large linear driving force can be obtained (see, for example, Patent Document 1).
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)。 On the other hand, many hydraulic brake devices have been adopted, but in recent years, with the introduction of advanced brake control such as ABS (Antilock Brake System), these controls are performed without a complicated hydraulic circuit. Electric brake devices that can do this are attracting attention. The electric brake device operates an electric motor in response to a brake pedal depression signal or the like, and incorporates an electric linear actuator as described above into a caliper body to press a brake member against a member to be braked (for example, a patent) Reference 2).
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。 Usually, since the electric brake device is attached under the spring of the vehicle, it is desired to be able to operate stably even under vibration from the road surface and to be designed compactly.
上述した従来の電動式直動アクチュエータに採用されているボールねじ機構やボールランプ機構は、リードを有するねじ筋や傾斜カム面に沿わせる運動変換機構によって、ある程度の増力機能を有するが、電動式ブレーキ装置等で必要とされるような大きな増力機能は確保できない。このため、これらの運動変換機構を採用した電動式直動アクチュエータでは、上述したような別途の減速機構を組み込んで駆動力を増力しているが、遊星歯車減速機構等の歯車減速機構を組み込むことは、電動式直動アクチュエータのコンパクトな設計を阻害する。 The ball screw mechanism and the ball ramp mechanism employed in the above-described conventional electric linear actuator have a certain degree of boosting function by the motion conversion mechanism along the lead screw thread and the inclined cam surface. A large boosting function as required by a brake device or the like cannot be secured. For this reason, in the electric linear actuator that employs these motion conversion mechanisms, the drive force is increased by incorporating a separate reduction mechanism as described above, but a gear reduction mechanism such as a planetary gear reduction mechanism is incorporated. Impedes the compact design of the electric linear actuator.
このような問題に対して、本出願人は、別途の減速機構を組み込むことなく大きな増力機能を確保でき、直動ストロークが小さい電動式ブレーキ装置にも好適な電動式直動アクチュエータとして、電動モータのロータ軸と、このロータ軸の外径側でケーシングの内径面に固定された外輪部材との間に、キャリヤに回転自在に支持された複数の遊星ローラを介在させて、これらの各遊星ローラがロータ軸の回転に伴ってロータ軸の周りを自転しながら公転するようにし、ロータ軸の外径面または外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、各遊星ローラの外径面に、螺旋凸条と同一ピッチで螺旋凸条が嵌まり込む周方向溝、または螺旋凸条と同一ピッチでリード角が異なり螺旋凸条が嵌まり込む螺旋溝を設けて、ロータ軸の周りを自転しながら公転する各遊星ローラを支持するキャリヤを軸方向へ相対移動させ、ロータ軸の回転運動をキャリヤの直線運動に変換する機構を先に提案している(特願2005−217250、特願2005−217429)。 For such problems, the present applicant can secure a large boosting function without incorporating a separate speed reduction mechanism, and an electric motor as an electric linear actuator suitable for an electric brake device having a small linear stroke. A plurality of planetary rollers rotatably supported by a carrier are interposed between the rotor shaft of the rotor and an outer ring member fixed to the inner diameter surface of the casing on the outer diameter side of the rotor shaft. Is rotated around the rotor shaft as the rotor shaft rotates, and spiral ridges are provided on the outer diameter surface of the rotor shaft or the inner diameter surface of the outer ring member, and a spiral is formed on the outer diameter surface of each planetary roller. While rotating the circumference of the rotor shaft by providing a circumferential groove in which the spiral ridge fits at the same pitch as the ridge, or a spiral groove in which the lead angle is different and the spiral ridge fits in the same pitch as the spiral ridge Revolve The carrier for supporting the planetary rollers are relatively moved in the axial direction, it has proposed a mechanism for converting the rotary motion of the rotor shaft to linear motion of the carrier previously (Japanese Patent Application No. 2005-217250, Japanese Patent Application No. 2005-217429).
上述した電動式直動アクチュエータは、電動モータのロータ軸の外径側に直動アクチュエータの各構成部品を配設し、電動モータと直動アクチュエータとを同軸上に直列に配置しているので、全体の軸方向長さ寸法が長くなる問題がある。 In the electric linear actuator described above, the components of the linear actuator are arranged on the outer diameter side of the rotor shaft of the electric motor, and the electric motor and the linear actuator are arranged in series on the same axis. There is a problem that the overall axial length is increased.
そこで、本発明の課題は、電動式直動アクチュエータ全体の軸方向長さ寸法を短くすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to shorten the axial length of the entire electric linear actuator.
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、電動モータのロータ軸から回転を伝達される回転軸と、この回転軸の外径側でケーシングの内径面に固定された外輪部材との間に、キャリヤに回転自在に支持された複数の遊星ローラを介在させて、これらの各遊星ローラが前記回転軸の回転に伴って回転軸の周りを自転しながら公転するようにし、前記回転軸の外径面または前記外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、前記各遊星ローラの外径面に、前記螺旋凸条と同一ピッチで螺旋凸条が嵌まり込む周方向溝、または螺旋凸条と同一ピッチでリード角が異なり螺旋凸条が嵌まり込む螺旋溝を設けて、前記回転軸の周りを自転しながら公転する各遊星ローラを支持するキャリヤを軸方向へ相対移動させ、前記回転軸の回転運動を前記キャリヤの直線運動に変換して、被駆動物を直線駆動する電動式直動アクチュエータにおいて、前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置した構成を採用した。 In order to solve the above-described problems, an electric linear actuator according to the present invention is fixed to the inner diameter surface of the casing on the outer diameter side of the rotating shaft that transmits the rotation from the rotor shaft of the electric motor. A plurality of planetary rollers rotatably supported by the carrier are interposed between the outer ring member and each planetary roller so as to revolve while rotating around the rotation shaft as the rotation shaft rotates. A circumferential groove in which spiral ridges are provided on the outer diameter surface of the rotating shaft or the inner diameter surface of the outer ring member, and the spiral ridges are fitted on the outer diameter surface of each planetary roller at the same pitch as the spiral ridges. Alternatively, a spiral groove in which the spiral ridges are fitted at the same pitch as the spiral ridges and the spiral ridges are fitted is provided, and the carrier supporting each planetary roller that revolves while rotating around the rotation shaft is relatively moved in the axial direction. Rotation of the rotating shaft The dynamic and converted into linear motion of the carrier, the electric linear motion actuator for linearly driving a driven object, adopting the structure of arranging the rotating shaft so as not coaxially to the rotor axis of the electric motor.
すなわち、直動アクチュエータの回転軸を電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置することにより、全体の軸方向長さ寸法を短くできるようにした。 That is, by arranging the rotation axis of the linear actuator so as not to be coaxial with the rotor shaft of the electric motor, the overall axial length can be shortened.
前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と並行に配置することにより、全体の軸方向長さ寸法を最も短くして、かつ、外形を凹凸の少ないコンパクトな形態とすることができる。 By disposing the rotating shaft in parallel with the rotor shaft of the electric motor, the overall axial length can be made the shortest and the outer shape can be made compact with less irregularities.
前記回転軸には、歯車を用いて前記電動モータのロータ軸から回転を伝達するとよい。 The rotation may be transmitted from the rotor shaft of the electric motor to the rotation shaft using a gear.
前記回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、これらの回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋溝に周着した条部材で形成することにより、螺旋凸条を容易に精度よく形成することができる。 The spiral ridges provided on the outer diameter surface of the rotating shaft or the inner diameter surface of the outer ring member are formed by the strip members that surround the spiral grooves provided on the outer diameter surface of the rotating shaft or the inner diameter surface of the outer ring member. Thus, the spiral ridge can be easily formed with high accuracy.
前記外輪部材を固定するケーシングの内径面を円筒面で形成して、この円筒面で形成したケーシングの内径面に環状溝を設け、この環状溝に前記外輪部材に発生する直動アクチュエータの軸方向反力を受けるストッパを嵌入することにより、ケーシングの内径面を双方向から容易に加工できるとともに、外輪部材もケーシングに双方向から挿入可能として組み立て性をよくすることができる。 An inner diameter surface of the casing for fixing the outer ring member is formed by a cylindrical surface, and an annular groove is provided on the inner diameter surface of the casing formed by the cylindrical surface, and the axial direction of the linear motion actuator generated in the outer ring member is formed in the annular groove By inserting the stopper that receives the reaction force, the inner diameter surface of the casing can be easily processed from both directions, and the outer ring member can be inserted into the casing from both directions to improve the assemblability.
前記環状溝に嵌入されるストッパを複数の円弧状部材で形成することにより、ストッパを環状溝に容易に嵌入することができる。 By forming the stopper fitted into the annular groove with a plurality of arcuate members, the stopper can be easily fitted into the annular groove.
前記複数の円弧状部材で形成したストッパの内径面を保持する手段を設けることにより、ストッパの環状溝からの脱落を防止することができる。 By providing means for holding the inner diameter surface of the stopper formed of the plurality of arcuate members, it is possible to prevent the stopper from falling off the annular groove.
また、本発明の電動式ブレーキ装置は、電動モータの回転運動を直線運動に変換してブレーキ部材を直線駆動する電動式直動アクチュエータを備え、前記直線駆動される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、別途の減速機構を組み込むことなく、大きな直線駆動力でブレーキを作動できるようにするとともに、直動アクチュエータ全体の軸方向長さ寸法を短くできるようにした。 The electric brake device according to the present invention includes an electric linear actuator that linearly drives the brake member by converting the rotational motion of the electric motor into linear motion, and presses the brake member that is linearly driven against the member to be braked In the electric brake device, any one of the electric linear actuators described above is used as the electric linear actuator so that the brake can be operated with a large linear driving force without incorporating a separate speed reduction mechanism. At the same time, the axial length of the entire linear actuator can be shortened.
本発明の電動式直動アクチュエータは、直動アクチュエータの回転軸を電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置したので、全体の軸方向長さ寸法を短くすることができる。 Since the electric linear actuator of the present invention is arranged so that the rotation shaft of the linear actuator is not coaxial with the rotor shaft of the electric motor, the overall axial length can be shortened.
前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と並行に配置することにより、全体の軸方向長さ寸法を最も短くして、かつ、外形を凹凸の少ないコンパクトな形態とすることができる。 By disposing the rotating shaft in parallel with the rotor shaft of the electric motor, the overall axial length can be made the shortest and the outer shape can be made compact with less irregularities.
前記回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、これらの回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋溝に周着した条部材で形成することにより、螺旋凸条を容易に精度よく形成することができる。 The spiral ridges provided on the outer diameter surface of the rotating shaft or the inner diameter surface of the outer ring member are formed by the strip members that surround the spiral grooves provided on the outer diameter surface of the rotating shaft or the inner diameter surface of the outer ring member. Thus, the spiral ridge can be easily formed with high accuracy.
前記外輪部材を固定するケーシングの内径面を円筒面で形成して、この円筒面で形成したケーシングの内径面に環状溝を設け、この環状溝に外輪部材に発生する直動アクチュエータの軸方向反力を受けるストッパを嵌入することにより、ケーシングの内径面を双方向から容易に加工できるとともに、外輪部材もケーシングに双方向から挿入可能として組み立て性をよくすることができる。 The inner surface of the casing for fixing the outer ring member is formed by a cylindrical surface, and an annular groove is provided on the inner surface of the casing formed by the cylindrical surface, and the axial direction reaction of the linear motion actuator generated in the outer ring member is formed in the annular groove. By inserting a stopper for receiving a force, the inner diameter surface of the casing can be easily processed from both directions, and the outer ring member can be inserted into the casing from both directions to improve assemblability.
前記環状溝に嵌入されるストッパを複数の円弧状部材で形成することにより、ストッパを環状溝に容易に嵌入することができる。 By forming the stopper fitted into the annular groove with a plurality of arcuate members, the stopper can be easily fitted into the annular groove.
前記複数の円弧状部材で形成したストッパの内径面を保持する手段を設けることにより、ストッパの環状溝からの脱落を防止することができる。 By providing means for holding the inner diameter surface of the stopper formed of the plurality of arcuate members, it is possible to prevent the stopper from falling off the annular groove.
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電動式直動アクチュエータを用いたので、別途の減速機構を組み込むことなく、大きな直線駆動力でブレーキを作動できるとともに、直動アクチュエータ全体の軸方向長さ寸法を短くすることができる。 The electric brake device of the present invention uses the electric linear actuator described above as the electric linear actuator, so that the brake can be operated with a large linear driving force without incorporating a separate speed reduction mechanism, and the linear actuator The overall axial length can be shortened.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1乃至図5は、第1の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す。この電動式直動アクチュエータは、図1乃至図3に示すように、ケーシング1の円筒部1aの一端側で瓢箪形を形成するように張り出すフランジ1bが設けられて、このフランジ1bに電動モータ2が円筒部1aと並行に取り付けられ、電動モータ2のロータ軸2aの回転が歯車3a、3b、3cによって円筒部1aの中心に配設された回転軸4に伝達されるようになっており、回転軸4と円筒部1aの円筒面とされた内径面に固定された外輪部材5との間に、キャリヤ6に回転自在に支持された3個の遊星ローラ7が介在し、各遊星ローラ7が回転軸4の回転に伴って、その周りを自転しながら公転するようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show the electric linear actuator of the first embodiment. As shown in FIGS. 1 to 3, the electric linear actuator is provided with a
前記ケーシング1のフランジ1bを設けた側には、円筒部1aとフランジ1bを含めた外周に連なる周壁1cが設けられ、この周壁1cに蓋1dが取り付けられており、歯車3a、3b、3cは、周壁1cと蓋1dで覆われた空間の軸方向同一断面内で噛み合うように配設されている。歯車3cを取り付けられた回転軸4は玉軸受8で蓋1dに支持され、ロータ軸2aに取り付けられた歯車3aと歯車3cに噛み合う中間歯車3bは、フランジ1bと蓋1dに差し渡された軸ピン9に玉軸受10を介して取り付けられている。
On the side of the
前記ケーシング1の円筒部1aの内径面には環状溝11が設けられ、この環状溝11に、外輪部材5に発生する直動アクチュエータの軸方向反力を受けるストッパ12が嵌入され、その内径面を保持する円環状の保持部材13が円筒部1aの内径面に内嵌固定されている。この保持部材13は、中間歯車3bと干渉しないように、円周方向の一部が切り欠かれている。
An
前記各遊星ローラ7は、回転軸4に外嵌されたキャリヤ6の支持軸6aに針状ころ軸受14で回転自在に支持され、その自転がスラスト玉軸受15でキャリヤ6に支持されている。また、各遊星ローラ7と一緒に公転するキャリヤ6には直線駆動部材16がスラスト玉軸受17で支持され、各遊星ローラ7の直線運動がキャリヤ6を介して直線駆動部材16に伝達されるようになっている。
Each
図4(a)に示すように、前記各遊星ローラ7が転接する外輪部材5の内径面には2条の螺旋溝5aが設けられ、各螺旋溝5aに周着された角形断面の条部材5bで、外輪部材5の内径面に2条の螺旋凸条が形成されている。また、図4(b)に示すように、前記各遊星ローラ7の外径面には、条部材5bで形成された螺旋凸条が嵌まり込み、螺旋凸条と同一ピッチでリード角の異なる1条の螺旋溝7aが設けられている。なお、外輪部材5の螺旋凸条を2条の多条螺旋としたのは、遊星ローラ7の螺旋溝7aとのリード角の差の設定自由度を大きくするためであり、螺旋凸条は1条のものとしてもよい。また、図4(a)、(b)に示された螺旋凸条と螺旋溝7aの螺旋の向きは、互いに逆向きになっているように見えるが、図4(a)に示された螺旋凸条は、図4(b)に示された螺旋溝7aの裏側の部分に螺合するので、両者の螺旋の向きは同じである。したがって、回転軸4の周りを自転しながら公転し、その螺旋溝7aが外輪部材5の螺旋凸条と螺合する各遊星ローラ7は、螺旋凸条と螺旋溝7aとのリード角の差によって軸方向へ直線運動する。
As shown in FIG. 4 (a), two
前記ストッパ12は、図5(a)に示すように、中心角が120°より少し小さい3つの円弧状部材12aで形成され、各円弧状部材12a間には円周方向で隙間が開けられており、ケーシング1の環状溝11に容易に嵌入できるようになっている。ストッパ12はこのように分割されていても、内径面を保持部材13で保持されるので、環状溝11から脱落することはない。
As shown in FIG. 5A, the
図5(b)は、前記ストッパ12の変形例を示す。このストッパ12は、4つの円弧状部材12aで形成され、各円弧状部材12aの間には円周方向に隙間が開けられている。なお、ストッパ12の円弧状部材12aへの分割数は2以上であればよい。
FIG. 5B shows a modification of the
図6は、上述した電動式直動アクチュエータを採用した電動式ブレーキ装置を示す。この電動式ブレーキ装置は、キャリパボディ21の内部で被制動部材としてのディスクロータ22の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド23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21に電動式直動アクチュエータのケーシング1が固定され、その直線駆動部材16でブレーキパッド23がディスクロータ22に押圧されるようになっている。なお、この図では、電動式直動アクチュエータが図1で示した断面と直交する断面で示されており、直線駆動部材16は押圧する側のブレーキパッド23にキー24で回り止めされている。
FIG. 6 shows an electric brake device that employs the electric linear actuator described above. This electric brake device is a disc brake in which
図7および図8は、第2の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す。この電動式直動アクチュエータは、前記ケーシング1の円筒部1aの一端側で角部を形成するように張り出すフランジ1bが設けられて、このフランジ1bに電動モータ2が円筒部1aと直角に取り付けられ、電動モータ2のロータ軸2aの回転が、ロータ軸2aに取り付けられたウォーム3dから、回転軸4に取り付けられた歯車3cに伝達されるようになっており、円筒部1aとフランジ1bを含めた外周に連なる周壁1cと蓋1dで覆われた空間に、これらのウォーム3dと歯車3cが噛み合うように配設されている。また、前記ストッパ12を保持する保持部材13は、ウォーム3dが取り付けられたロータ軸2aと干渉しないように、円周方向の一部が切り欠かれている。その他の部分は、第1の実施形態のものと同じである。
7 and 8 show the electric linear actuator of the second embodiment. This electric linear actuator is provided with a
上述した実施形態では、外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、遊星ローラの外径面にこの螺旋凸条と同一ピッチでリード角が異なる螺旋溝を設けたが、螺旋凸条は回転軸の外径面に設けることもでき、遊星ローラの外径面には、螺旋凸条と同一ピッチの周方向溝を設けることもできる。 In the embodiment described above, the spiral protrusion is provided on the inner diameter surface of the outer ring member, and the spiral groove having the same pitch as the spiral protrusion and the lead angle is different on the outer diameter surface of the planetary roller. The outer circumferential surface of the planetary roller can be provided with circumferential grooves having the same pitch as the spiral ridges.
1 ケーシング
1a 円筒部
1b フランジ
1c 周壁
1d 蓋
2 電動モータ
2a ロータ軸
3a、3b、3c 歯車
3d ウォーム
4 回転軸
5 外輪部材
5a 螺旋溝
5b 条部材
6 キャリヤ
7 遊星ローラ
7a 螺旋溝
8 玉軸受
9 軸ピン
10 玉軸受
11 環状溝
12 ストッパ
12a 円弧状部材
13 保持部材
14 針状ころ軸受
15 スラスト玉軸受
16 直線駆動部材
17 スラスト玉軸受
21 キャリパボディ
22 ディスクロータ
23 ブレーキパッド
24 キー
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