JP2009041581A - 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】荷重保持機能を確保できる電動式直動アクチュエータを提供することである。
【解決手段】（１）式で表される外輪部材５の内径面に条部材５ｂで形成された螺旋凸条の等価リード角αを０．３°以下とすることにより、軸方向荷重によって外輪部材５の螺旋凸条と遊星ローラ７の螺旋溝７ａとの間に滑りが生じて、遊星ローラ７が逆向きに遊星回転するように押し戻されないようにし、パーキングブレーキ等のブレーキ装置に使用しても荷重保持機能を確保できるようにした。
【数１】

【選択図】図４

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。

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）。

上述した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、遊星歯車減速機構等の別途の減速機構を組み込んで駆動力を増力しているが、このように別途の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。

このような問題に対して、本発明者らは、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遊星回転するようにし、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、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、回転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（特許文献２、３参照）。

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４参照）。

特開平６−３２７１９０号公報 特開２００７−３２７１７号公報 特開２００７−３７３０５号公報 特開２００３−３４３６２０号公報

特許文献２、３に記載された電動式直動アクチュエータは、別途の減速機構を組み込むことなく、コンパクトな設計で大きな増力機能を確保できるが、例えば、パーキングブレーキ等のブレーキ装置を作動させる直動アクチュエータのように、所定の作動位置で負荷される軸方向荷重を保持する荷重保持機能を必要とするものでは、外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条のピッチを大きくすると、軸方向荷重によって外輪部材の螺旋凸条と遊星ローラの周方向溝または螺旋溝との間に滑りが生じ、遊星ローラが逆向きに遊星回転するように押し戻されて、荷重保持機能を確保できない問題がある。

そこで、本発明の課題は、荷重保持機能を確保できる電動式直動アクチュエータ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、次の（１）式で表される前記螺旋凸条の等価リード角αを０．５°以下とした構成を採用した。

すなわち、（１）式で表される前記螺旋凸条の等価リード角αを０．５°以下、好ましくは０．３°以下とすることにより、軸方向荷重によって外輪部材の螺旋凸条と遊星ローラの周方向溝または螺旋溝との間に滑りが生じて、遊星ローラが逆向きに遊星回転するように押し戻されないようにし、荷重保持機能を確保できるようにした。等価リード角αを０．５°以下としたのは、実験結果に基づくものであり、螺旋凸条と周方向溝または螺旋溝の間の潤滑状態が良い場合は、０．３°以下とするのが好ましい。

前記等価リード角αの正接は、回転軸の外径面の回転変位に対する遊星ローラの軸方向移動量Ｘとして定義され、（２）式で表される。

ここに、Ｄｓは回転軸の外径、θｓは回転軸の回転角度であり、Ｄｓ・θｓは回転軸の外径面の回転変位となる。

前記遊星ローラの軸方向移動量Ｘは、螺旋凸条のリード角αｏと遊星ローラの周方向溝または螺旋溝のリード角αｐとの差で生じるので、（３）式で表される。なお、周方向溝の場合は、リード角αｐは零となる。

ここに、Ｄｏは外輪部材の内径、θｐは遊星ローラの公転角度である。

また、前記遊星ローラの公転角度θｐは、（４）式で表される。

（４）式は、プラネタリ型遊星減速機における速度伝達比の式と等価なものであり、（３）式と（４）式を（２）式に代入して整理することにより、（１）式が得られる。

（１）式は、ねじの回転に伴うねじ軸の軸方向移動量を定義するリード角に相当する。ねじ傾斜面の滑り摩擦で軸方向荷重を保持するねじでは、ねじ傾斜面の潤滑状態等によって異なるが、軸方向荷重を保持できる限界リード角は３〜５°程度であることが知られている。上述した軸方向荷重を保持できるように本発明で限定した等価リード角αは、このねじの限界リード角に較べると１オーダ小さく、ボールねじの限界リード角と近い値になっている。この理由は、直動アクチュエータの遊星ローラが、ボールねじのボールのように、回転軸と外輪部材の間で遊星回転するためと考えられる。

前記螺旋凸条と前記周方向溝または螺旋溝のピッチは２ｍｍ以上とするのが好ましい。これらのピッチが２ｍｍ未満では、凸条や溝の幅を十分に確保できず、耐久性が低下するからである。

前記螺旋凸条の条数と、螺旋凸条が嵌まり込む溝を前記螺旋溝としたときの螺旋溝の条数は、それぞれ３条以下とするのが好ましい。これらの条数が３条を超えると、螺旋凸条や螺旋溝の加工が難しくなるからである。

前記外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、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。

前記回転軸と前記電動モータのロータ軸とは同軸上に配置することができる。

前記回転軸と前記電動モータのロータ軸とは並列に配置することもできる。

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構成を採用した。

本発明の電動式直動アクチュエータは、次の（１）式で表される外輪部材の内径面の螺旋凸条の等価リード角αを０．５°以下、好ましくは０．３°以下としたので、軸方向荷重によって遊星ローラが逆向きに遊星回転するように押し戻されないようにし、パーキングブレーキ等のブレーキ装置に使用しても荷重保持機能を確保することができる。

前記外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、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。

本発明の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、荷重保持機能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乃至図４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の後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に沿わせて取り付けられ、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、ロータ軸２ａと並列に円筒部１ａの中心に配置された回転軸４に伝達されるようになっており、回転軸４と円筒部１ａの内径面に固定された外輪部材５との間に、キャリヤ６の支持軸６ａ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。

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、蓋１ｄに設けられた孔に玉軸受８で支持され、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で支持されている。

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。ストッパ１２は、円周方向で複数に分割されて環状溝１１に容易に嵌入可能とされ、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。

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。

図４（ａ）、（ｂ）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、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、螺旋凸条と螺旋溝７ａの条数は、これらの加工性の面から、それぞれ３条以下とするのが好ましい。

前記（１）式で表される螺旋凸条の等価リード角αは、荷重保持機能を確保するために０．３°以下とされている。また、螺旋凸条と螺旋溝７ａのピッチは、これらの幅を大きくして耐久性を確保するために２ｍｍ以上とされている。

なお、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。

図５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。

図６および図７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、図６に示すように、円筒状のケーシング１の一端側に電動モータ２が内嵌され、ケーシング１の他端側の円筒部１ａの内径面に固定された外輪部材５の中心に、回転軸４が電動モータ２のロータ軸（図示省略）と同軸上に直結されている。第１の実施形態のものと同様に、回転軸４と外輪部材５との間に、キャリヤ６の支持軸６ａ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。また、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に支持されており、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。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、この実施形態では、前記各遊星ローラ７が転接する外輪部材５の内径面に、１条の螺旋溝５ａに周着された条部材５ｂで１条の螺旋凸条が形成され、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む周方向溝７ｂが、螺旋凸条と同一ピッチで設けられている。

その他の部分は、第１の実施形態のものと基本的に同じであり、（１）式で表される螺旋凸条の等価リード角αは０．３°以下とされ、螺旋凸条と周方向溝７ｂのピッチは２ｍｍ以上とされている。

第１の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す縦断面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 ａ、ｂは、それぞれ図１の外輪部材の螺旋凸条と遊星ローラの螺旋溝を示す正面図 図１の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縦断面図 第２の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す縦断面図 ａ、ｂは、それぞれ図６の外輪部材の螺旋凸条と遊星ローラの周方向溝を示す正面図

符号の説明

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
４ 回転軸
５ 外輪部材
５ａ 螺旋溝
５ｂ 条部材
６ キャリヤ
６ａ 支持軸
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
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

Claims (7)

1. 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、次の（１）式で表される前記螺旋凸条の等価リード角αを０．５°以下としたことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
   

   
2. 前記螺旋凸条と前記周方向溝または螺旋溝のピッチを２ｍｍ以上とした請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記螺旋凸条の条数と、螺旋凸条が嵌まり込む溝を前記螺旋溝としたときの螺旋溝の条数を、それぞれ３条以下とした請求項１または２に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、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した請求項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。
5. 前記回転軸と前記電動モータのロータ軸とを同軸上に配置した請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記回転軸と前記電動モータのロータ軸とを並列に配置した請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 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請求項１乃至６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。

Images