JP2010043674A - 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】各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達でき、かつ、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることである。
【解決手段】キャリヤ６の各支持ピン６ｂに回転自在に支持された各遊星ローラ７を、各支持ピン６ｂを包絡するように巻回された縮径リングばね１７によって半径方向内方へ付勢し、各遊星ローラ７を回転軸４の外径面に押圧付勢するとともに、各遊星ローラ７と外輪部材５との間に、微小な径方向変位で接触して回転軸４を間接的に支持する接触支持部を設けることにより、各遊星ローラ７を負隙間によって予圧することなく、回転軸４の回転トルクを各遊星ローラ７に安定して伝達でき、かつ、回転軸４の玉軸受９にモーメント荷重が作用しないようにした。
【選択図】図１

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ようにし、回転軸の外径面また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、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）。なお、回転軸の外径面または外輪部材の内径面に螺旋凸条を設ける手段としては、螺旋凸条を回転軸または外輪部材と一体に形成する方法と、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別体の条部材を周着する方法を採用している。

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）。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 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、入力軸となる回転軸の回転トルクを遊星ローラに安定して伝達するために、各遊星ローラを焼きばめ等によって回転軸と外輪部材との間に組み込んで、径方向の予圧を付与するようにしていたので、予圧のための負隙間を管理するために、遊星ローラが転接する回転軸の外径面と外輪部材の内径面を、研磨加工等によって高い寸法精度で仕上げる必要があった。このため、回転軸や外輪部材を仕上げ加工する加工工程と、遊星ローラの組み込み工程に手間がかかる問題があり、製造コスト増加の原因となっていた。

この問題に対して、本発明者らは、回転軸の外径面に各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設けて、回転軸の外径面と外輪部材の内径面との間で各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達できるようにした電動式直動アクチュエータを先に出願している（特願２００８−０３８９１０）。しかしながら、この電動式直動アクチュエータは、回転軸を１箇所の軸受で支持し、回転軸の外径面に各遊星ローラを弾性部材で押圧付勢しているので、各遊星ローラと外輪部材の内径面との間に径方向隙間が生じ、各遊星ローラのバランス崩れ等が発生すると、軸受にモーメント荷重が作用して、駆動力の伝達効率や軸受寿命が低下する恐れがある。

そこで、本発明の課題は、各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達でき、かつ、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、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１箇所の軸受で支持して、この回転軸の外径面に前記各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設け、前記各遊星ローラと前記外輪部材との間に、微小な径方向変位で接触して前記回転軸を間接的に支持する接触支持部を設けた構成を採用した。

すなわち、回転軸を１箇所の軸受で支持して、この回転軸の外径面に各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設け、各遊星ローラと外輪部材との間に、微小な径方向変位で接触して回転軸を間接的に支持する接触支持部を設けることにより、各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達でき、かつ、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにした。

前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設ける場合は、前記接触支持部を、前記各遊星ローラの外径面と、前記外輪部材の螺旋凸条間の内径面との間に設けることができる。

前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設ける場合は、前記接触支持部を、前記各遊星ローラの周方向溝または螺旋溝の溝底面と、前記外輪部材の螺旋凸条の凸先端面との間に設けることもできる。

前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設ける場合は、前記接触支持部を、前記遊星ローラの軸方向の一部に設けた小径部の外径面と、前記外輪部材の螺旋凸条の凸先端面との間に設けることもできる。

前記遊星ローラの小径部は軸方向の両端部に設けることができる。

前記遊星ローラの小径部は軸方向の中央部に設けることもできる。

前記遊星ローラの小径部は別体の円筒部材で形成することができる。

前記別体の円筒部材は圧入によって前記遊星ローラに固定することができる。

また、本発明は、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た構成を採用した。

本発明の電動式直動アクチュエータは、回転軸を１箇所の軸受で支持して、この回転軸の外径面に各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設け、各遊星ローラと外輪部材との間に、微小な径方向変位で接触して回転軸を間接的に支持する接触支持部を設けたので、各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達でき、かつ、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることができ、駆動力の伝達効率や軸受寿命の低下を防止することができる。

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５は、第１の実施形態を示す。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の一端側に片側へ張り出すフランジ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と平行に取り付けられ、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４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を設けた側には蓋１ｃが取り付けられ、歯車３ａ、３ｂ、３ｃは蓋１ｃ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。また、円筒部１ａの蓋１ｃ側には軸支持部材８が内嵌され、歯車３ｃを取り付けられた回転軸４が軸支持部材８に玉軸受９で支持されている。軸支持部材８は、外輪部材５の端面に当接されて止め輪１０で抜け止めされており、止め輪１０は、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の役割もする。なお、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１ｃに差し渡された軸ピン１１に玉軸受１２で支持されている。

前記キャリヤ６は、回転軸４にすべり軸受１３ａでスライド可能に支持されたキャリヤ本体６ａと、各遊星ローラ７を回転自在に支持する支持ピン６ｂと、回転軸４にすべり軸受１３ｂで支持された支持板６ｃと、隣接する各遊星ローラ７間に通されて支持板６ｃをキャリヤ本体６ａに連結する複数の連結ボルト６ｄとからなり、各連結ボルト６ｄの外径面には、支持板６ｃの回転位置をキャリヤ本体６ａに位相合わせするためのカラー１４が装着されている。各支持ピン６ｂは、その基端側と先端側を、それぞれキャリヤ本体６ａと支持板６ｃとに設けられた半径方向の長孔１５に、円周方向への移動を規制され、半径方向への移動を許容されて取り付けられている。

前記各支持ピン６ｂの基端側と先端側の外径面には溝１６が設けられており、図４に示すように、円周方向の一部を切り欠いたばね鋼で形成された縮径リングばね１７が、これらの溝１６に嵌め込まれ、各支持ピン６ｂを包絡するように巻回されて装着されている。したがって、各支持ピン６ｂに回転自在に支持された各遊星ローラ７が回転軸４の外径面に押圧付勢され、回転軸４の回転トルクが安定して各遊星ローラ７に伝達される。なお、縮径リングばね１７は、縮径するように弾性変形するリング状のコイルばねで置換することもできる。

前記各遊星ローラ７は、内径面に装着された針状ころ軸受１８で各支持ピン６ｂに回転自在に支持され、その自転がスラストころ軸受１９でキャリヤ本体６ａに支持されている。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２０が連結され、後述する各遊星ローラ７の直線運動がキャリヤ６を介して直線駆動部材２０に伝達されるようになっている。なお、隣接する各遊星ローラ７間には、両側の遊星ローラ７の外径面に摺接してグリースを塗布する扇形状の潤滑剤塗布部材２１が、キャリヤ６の連結ボルト６ｄと外輪部材５の内径面との間に保持されている。

前記直線駆動部材２０は、キャリヤ本体６ａの筒部に外嵌されて止め輪２２で抜け止めされ、スラストころ軸受２３でキャリヤ本体６ａと相対回転自在に支持されており、被駆動物に連結されて回り止めするキー２４が外側端面に設けられている。また、直線駆動部材２０の外径側のケーシング１の円筒部１ａとの間と、キャリヤ６の筒部から回転軸４が突出する内径側は、それぞれシール部材２５、２６でシールされている。

図５に拡大して示すように、前記外輪部材５の内径面には台形状の２条の螺旋凸条５ａが形成され、遊星ローラ７の外径面には、螺旋凸条５ａが嵌まり込む台形状で、螺旋凸条５ａと同一ピッチでリード角の異なる１条の螺旋溝７ａが設けられており、螺旋凸条５ａと螺旋溝７ａの螺合によって、回転軸４の周りを自転しながら公転する遊星ローラ７が、螺旋凸条５ａ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。遊星ローラ７の螺旋溝７ａは、螺旋凸条５ａと同一ピッチの周方向溝とすることもできる。また、螺旋凸条５ａは、外輪部材５の内径面に螺旋溝を設け、この螺旋溝に別体の条部材を周着することによっても形成できる。

前記各遊星ローラ７の外径面と外輪部材５の螺旋凸条５ａ間の内径面との間は、微小な径方向変位で接触する接触支持部とされ、回転軸４を間接的に支持して、回転軸４を１箇所で支持する玉軸受９にモーメント荷重が作用しないようにしている。なお、各遊星ローラ７と回転軸４の間は、縮径リングばね１７の押圧付勢によって接触状態が確保される。

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３１の内部で被制動部材としてのディスクロータ３２の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド３３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３１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、直線駆動部材２０がキー２４で被駆動物としてのブレーキパッド３３に回り止めされ、ブレーキパッド３３をディスクロータ３２に押圧す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いる。

図７は、第２の実施形態を示す。この電動式直動アクチュエータは、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記回転軸４を間接的に支持する接触支持部が、各遊星ローラ７の螺旋溝７ａの溝底面と外輪部材５の螺旋凸条５ａの凸先端面との間に設けられている点が異なる。その他の部分は、第１の実施形態のものと同じである。

図８は、第３の実施形態を示す。この電動式直動アクチュエータも、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記遊星ローラ７の両端部に小径段差部７ｂが設けられて、各小径段差部７ｂに、外径寸法が遊星ローラ７の外径よりも小さい別体の小径リング部材２７が圧入固定されて、前記接触支持部が、これらの小径リング部材２７の外径面と外輪部材５の螺旋凸条５ａの凸先端面との間に設けられている点が異なる。

図９は、第４の実施形態を示す。この電動式直動アクチュエータも、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記遊星ローラ７の中央部に小径部２８が設けられ、前記接触支持部が、この小径部２８の外径面と外輪部材５の螺旋凸条５ａの凸先端面との間に設けられている点が異なる。

上述した各実施形態では、遊星ローラの螺旋溝に嵌まり込む螺旋凸条を外輪部材の内径面に設けたが、螺旋凸条は回転軸の外径面に設けることもできる。螺旋凸条を回転軸の外径面に設ける場合は、前記接触支持部を各遊星ローラの外径面と外輪部材の内径面との間に設けることができる。

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 図１の縮径リングばねを示す側面図 図１の要部を拡大して示す縦断面図 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の要部を拡大して示す縦断面図 第３の実施形態の電動式直動アクチュエータの要部を拡大して示す縦断面図 第４の実施形態の電動式直動アクチュエータの要部を拡大して示す縦断面図

符号の説明

１ ケーシング
１ａ 円筒部
１ｂ フランジ
１ｃ 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 螺旋凸条
６ キャリヤ
６ａ キャリヤ本体
６ｂ 支持ピン
６ｃ 支持板
６ｄ 連結ボルト
７ 遊星ローラ
７ａ 螺旋溝
７ｂ 小径段差部
８ 軸支持部材
９ 玉軸受
１０ 止め輪
１１ 軸ピン
１２ 玉軸受
１３ａ、１３ｂ すべり軸受
１４ カラー
１５ 長孔
１６ 溝
１７ 縮径リングばね
１８ 針状ころ軸受
１９ スラストころ軸受
２０ 直線駆動部材
２１ 潤滑剤塗布部材
２２ 止め輪
２３ スラストころ軸受
２４ キー
２５、２６ シール部材
２７ 小径リング部材
２８ 小径部
３１ キャリパボディ
３２ ディスクロータ
３３ ブレーキパッド

Claims (9)

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１箇所の軸受で支持して、この回転軸の外径面に前記各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設け、前記各遊星ローラと前記外輪部材との間に、微小な径方向変位で接触して前記回転軸を間接的に支持する接触支持部を設けたことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
2. 前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設け、前記接触支持部を、前記各遊星ローラの外径面と、前記外輪部材の螺旋凸条間の内径面との間に設けた請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設け、前記接触支持部を、前記各遊星ローラの周方向溝または螺旋溝の溝底面と、前記外輪部材の螺旋凸条の凸先端面との間に設けた請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記螺旋凸条を前記外輪部材の内径面に設け、前記接触支持部を、前記遊星ローラの軸方向の一部に設けた小径部の外径面と、前記外輪部材の螺旋凸条の凸先端面との間に設けた請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記遊星ローラの小径部を軸方向の両端部に設けた請求項４に記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記遊星ローラの小径部を軸方向の中央部に設けた請求項４に記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 前記遊星ローラの小径部を別体の円筒部材で形成した請求項４乃至６のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
8. 前記別体の円筒部材を圧入によって前記遊星ローラに固定した請求項７に記載の電動式直動アクチュエータ。
9. 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８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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