JP2013160359A - 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】電動モータのロータ軸の回転をロックするロック機構を構成する部材の組み付けが容易で、組立性に優れた電動式直動アクチュエータを提供する。
【解決手段】電動モータ１０のロータ軸１１の回転を減速するギヤ減速機構１２の中間ギヤ２５に等間隔に設けられた係止穴２６と、前進時にその係止穴２６に係合して中間ギヤ２５をロックするロックピン２７と、そのロックピン２７を進退させるリニアソレノイド２８とでロック機構２４を構成し、そのロックピン２７をリニアソレノイド２８の先端部に進退自在に取り付けてロックユニット２９としてユニット化し、そのソレノイド２８の先端部に設けたおねじ部３０をハウジング１のベースプレート２に設けたねじ孔３１にねじ固定することにより、ロックユニット２９を止め具なしでハウジング１に固定でき、組立性の向上が図れるようにしたのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータのロータ軸の回転運動を運動変換機構によって被駆動部材の直線運動に変換する電動式直動アクチュエータと、そ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に関する。

従来、自動車用の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、電動モータのロータ軸の回転運動を運動変換機構によってブレーキパッドの直線運動に変換する電動式直動アクチュエータが組み込まれており、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ることにより、直動アクチュエータによって直線駆動されたブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、ブレーキディスクに制動力を付与するようにしたものが多い。

ところが、上記のような電動式ブレーキ装置は、運転手のブレーキペダルの操作に応じて制動力を制御するサービスブレーキ機能しか有していないため、駐車時には電動モータに対する通電状態を継続して制動力を維持する必要があり、電力消費量が大きいという問題があった。

このため、最近では、駐車時に電動モータへの通電を停止しても制動力を維持することができるパーキングブレーキ機能を付加して、電力消費量を抑えられるようにした電動式ブレーキ装置が実用化されつつある。

例えば、特許文献１に記載された電動式ブレーキ装置は、電動モータのロータ軸に設けられたつめ車と、つめ車の周りに配置された係合つめと、係合つめをつめ車から離れる方向に付勢するねじりばねと、係合つめをつめ車に係合する方向へ移動させるリニアソレノイドとからなるロック機構を設け、そのロック機構の作用により電動モータのロータ軸の回転をロックおよびアンロックできるようにしている。

そして、前記ロック機構のうちの係合つめ、ねじりばねおよびソレノイドをユニット化し、ソレノイドの両端に設けたブラケットに通したボルトで、このユニット全体を運動変換機構等が収容されるキャリパに固定するようにして、組立性の向上を図っている。

特開２００６−１８３８０９号公報

上述した従来の電動式ブレーキ装置は、ロック機構の一部を構成するユニットを複数のボルトでキャリパに固定しているので、ボルト穴の位置合わせやボルトの締め付けに手間がかかり、組立性の点でなお改善の余地があった。

そこで、本発明の課題は、電動モータのロータ軸の回転をロックするロック機構を構成する部材の組み付けが容易で、組立性に優れた電動式直動アクチュエータと、そ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提供することである。

上記の課題を解決するため、本発明の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、その電動モータのロータ軸の回転を減速して出力するギヤ減速機構と、そのギヤ減速機構の出力ギヤの軸心に沿って軸方向に移動可能なスライド部材と、前記出力ギヤの回転運動を直線運動に変換して前記スライド部材に伝達する運動変換機構と、前記電動モータのロータ軸の回転をロックおよびアンロック可能なロック機構とを有する電動式直動アクチュエータにおいて、前記ロック機構が、前記ギヤ減速機構を形成する複数のギヤのうちの一つのギヤの側面周方向に設けられた複数の係止部と、その係止部に対して進退可能に設けられ、前進時に前記係止部に係合してギヤをロックするロックピンと、そのロックピンを進退させるピン駆動用アクチュエータとからなり、前記ロックピンをピン駆動用アクチュエータの先端部に進退自在に取り付けたロックユニットを、前記スライド部材および運動変換機構が収容されるハウジングに止め具なしで固定する手段を設けた構成を採用した。

すなわち、電動モータのロータ軸の回転を減速するギヤ減速機構のうちの一つのギヤに設けられた係止部と、前進時にその係止部に係合してギヤをロックするロックピンと、そのロックピンを進退させるピン駆動用アクチュエータとで、ロータ軸の回転をロックおよびアンロック可能なロック機構を構成し、そのロックピンをピン駆動用アクチュエータの先端部に進退自在に取り付けてユニット化したロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段を設けることにより、ロックユニットの組み付けが容易になり、直動アクチュエータ全体の組立性の向上が図れるようにしたのである。

前記ロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段としては、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部におねじ部を設け、そのおねじ部を前記ハウジングに設けたねじ孔にねじ固定するものを採用することができる。あるいは、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部を前記ハウジングに設けた取付孔に圧入固定するものや、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部に弾性部材で形成された爪部を設け、その爪部を前記ハウジングに設けた係合部にスナップフィットにより係合させるものを採用することもできる。

ここで、前記ピン駆動用アクチュエータとハウジングとの間にシール部材を設けるようにすれば、外部からの水や砂塵等の異物の侵入を防止することができて好ましい。前記シール部材としては、Ｏリング、Ｘリングまたはシート状ガスケットを採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、電動式直動アクチュエータによりブレーキパッドを直線駆動し、そのブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、そのブレーキディスクに制動力を付与するようにした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が上述の本発明の電動式直動アクチュエータからなり、その電動式直動アクチュエータのスライド部材に前記ブレーキパッドを連結した構成を採用したのである。

上述した本発明の電動式ブレーキ装置は、自動車のブレーキシステムに特に有効に用いることができる。

本発明の電動式直動アクチュエータは、上述したように、電動モータのロータ軸の回転をロックおよびアンロック可能なロック機構を構成する部材のうち、ロックピンとピン駆動用アクチュエータをロックユニットとしてユニット化し、そのロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段を設けたものであるから、従来のロック機構を構成するユニットをボルトで固定する方式のものよりも、ロックユニットの組み付けが容易で、組立性の向上が図れる。さらに、それによるコストの低減やロック機構補修作業時の工数削減も見込める。

また、本発明の電動式ブレーキ装置は、上述の本発明の電動式直動アクチュエータによりそのスライド部材に連結されたブレーキパッドを直線駆動し、そのブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、そのブレーキディスクに制動力を付与するようにしたものであるから、ブレーキ装置全体として組立性に優れたものとなっている。

実施形態の電動式直動アクチュエータの縦断正面図 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のロックユニットの固定手段を説明する横断平面図 ａは図４のロックユニット固定手段にシール機能を加えた例を示す断面図、ｂはａのロックユニットの右側面図 ａ、ｂは、それぞれ図５のロックユニット固定手段のシール構造の変形例を示す断面図 ａはロックユニット固定手段の変形例を示す横断平面図、ｂはａのロックユニットの右側面図 ａは図７のロックユニット固定手段にシール機能を加えた例を示す断面図、ｂはａのロックユニットの右側面図 実施形態の電動式ブレーキ装置の要部の縦断正面図

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１乃至図８は、本発明の電動式直動アクチュエータＡの実施の形態を示す。図１に示すように、この実施形態の電動式直動アクチュエータＡのハウジング１は、円筒状をなし、その一端には径方向外方に向けてベースプレート２が設けられ、そのベースプレート２の外側面およびハウジング１の一端開口がカバー３によって覆われている。

ハウジング１の内部には、スライド部材としての外輪部材４と軸受部材５が組込まれている。外輪部材４は、回り止めされ、かつ、ハウジング１の内径面に沿って軸方向に移動自在とされ、その内径面には断面Ｖ字形の螺旋突条６が設けられている。軸受部材５は、円盤状をなし、外輪部材４の軸方向一端側に組込まれて、ハウジング１の内径面に取付けたストッパリング７によってカバー３側への移動が阻止されている。軸受部材５の内周には一対の転がり軸受８が軸方向に間隔をおいて組込まれ、その転がり軸受８によって外輪部材４の軸心上に配置された回転軸９が回転自在に支持されている。

ベースプレート２には電動モータ１０が支持され、その電動モータ１０のロータ軸１１の回転は、カバー３内に組込まれたギヤ減速機構１２によって回転軸９に伝達されるようになっている。

外輪部材４の内側には、回転軸９を中心として回転可能なキャリヤ１３が組込まれている。図１および図２に示すように、キャリヤ１３は、軸方向で対向する一対のディスク１３ａ、１３ｂと、その一対のディスク１３ａ、１３ｂの間に設けられる複数の間隔調整部材１３ｃとからなり、回転軸９に回転自在かつ軸方向移動自在に支持されて抜止めされている。

キャリヤ１３には、一対のディスク１３ａ、１３ｂによって両端部を支持された複数のローラ軸１４が周方向に間隔をおいて設けられている。ローラ軸１４のそれぞれは、その軸端部を巻き込むようにして掛け渡された弾性リング１５によって径方向内方に向けて付勢されている。

複数のローラ軸１４のそれぞれには遊星ローラ１６が回転自在に支持されている。遊星ローラ１６のそれぞれは、回転軸９の外径面と外輪部材４の内径面間に配置される組み込みとされ、ローラ軸１４の軸端部に掛け渡された弾性リング１５により回転軸９の外径面に押し付けられて弾性接触し、回転軸９が回転すると、その回転軸９の外径面に対する接触摩擦によって回転するようになっている。

遊星ローラ１６の外径面には、断面Ｖ字状の複数の螺旋溝１７が軸方向に等間隔に形成され、その螺旋溝１７のピッチは、外輪部材４に設けられた螺旋突条６のピッチと同一とされて、その螺旋突条６に噛合している。なお、螺旋溝１７に代えて、複数の円周溝を螺旋突条６と同一のピッチで軸方向に等間隔に形成してもよい。

キャリヤ１３と軸受部材５の間には環状のスラスト板１８が組込まれ、そのスラスト板１８と軸受部材５の間にスラスト軸受１９が組込まれている。

外輪部材４の他端の開口は、外輪部材４内への異物の侵入を防止するシールカバー２０により閉塞され、ハウジング１の他端部と外輪部材４の他端部との間には、ハウジング１内への異物の侵入を防止するベローズ２１が取付けられている。

図１および図３に示すように、ギヤ減速機構１２は、電動モータ１０のロータ軸１１に取付けられた入力ギヤ２２の回転を一次減速ギヤ列Ｇ_１乃至三次減速ギヤ列Ｇ_３により順次減速して回転軸９の軸端部に取付けられた出力ギヤ２３に伝達して、回転軸９を回転させるようにしており、そのギヤ減速機構１２に電動モータ１０のロータ軸１１をロックおよびアンロック可能なロック機構２４が設けられている。

ロック機構２４は、二次減速ギヤ列Ｇ_２における出力側の中間ギヤ２５の側面に、複数の係止部としての係止穴２６を同一円上に等間隔に設け、その複数の係止穴２６のピッチ円上の一点に対して進退可能に設けられたロックピン２７をピン駆動用アクチュエータとしてのリニアソレノイド２８により進退させ、係止穴２６に対するロックピン２７の係合によって、中間ギヤ２５をロックするようにしている。なお、リニアソレノイド２８は、通電するとロックピン２７を前進させ、通電を停止するとロックピン２７を後退させるようになっている（図１は前進した状態）。また、中間ギヤ２５の各係止穴２６には、後述するようにロックピン２７を後退する方向に案内するテーパ面２６ａが設けられている（図３参照）。

ここで、前記ロック機構２４の一部を構成するロックピン２７とリニアソレノイド２８は、そのロックピン２７をソレノイド２８の先端部に進退（出没）自在に取り付けることにより、ロックユニット２９としてユニット化されている。そして、そのロックユニット２９は、図１および図４に示すように、ソレノイド２８の先端に中央部よりも小径のおねじ部３０が設けられており、そのおねじ部３０がハウジング１のベースプレート２に設けたねじ孔３１にねじ固定されている。なお、図４では、ロックピン２７を後退させてソレノイド２８内に収納した状態のロックユニット２９を示している。

図９は、上記構造の電動式直動アクチュエータＡを採用した電動式ブレーキ装置Ｂを示す。この電動式ブレーキ装置Ｂは、自動車のブレーキシステムに用いられるもので、電動式直動アクチュエータＡのハウジング１の他端部にキャリパボディ部３２を一体に設け、そのキャリパボディ部３２内にブレーキディスク３３の外周部の一部を配置し、そのブレーキディスク３３の両側に固定ブレーキパッド３４と可動ブレーキパッド３５を設け、その可動ブレーキパッド３５を外輪部材４の他端部に連結一体化している。

次に、この電動式ブレーキ装置Ｂの動作について説明する。まず、図１に示す電動モータ１０を駆動すると、その電動モータ１０のロータ軸１１の回転がギヤ減速機構１２により減速されて、出力ギヤ２３と一体に回転する回転軸９に伝達される。回転軸９の外径面には複数の遊星ローラ１６のそれぞれ外径面が弾性接触されているため、回転軸９が回転すると遊星ローラ１６が回転軸９との接触摩擦により自転しつつ公転する。

このとき、遊星ローラ１６の外径面に形成された螺旋溝１７は外輪部材４の内径面に設けられた螺旋突条６に噛合しているため、その螺旋溝１７と螺旋突条６の係合によって、外輪部材４が回転軸９および出力ギヤ２３の軸心に沿って軸方向に移動し、その外輪部材４に連結一体化された可動ブレーキパッド３５がブレーキディスク３３に押し付けられ、ブレーキディスク３３に制動力が付与されることになる。

駐車に際しては、上記のように可動ブレーキパッド３５をブレーキディスク３３に押し付け、そのブレーキディスク３３に駐車に必要な制動力を付与した状態で、リニアソレノイド２８に通電して、ロックピン２７を中間ギヤ２５の側面に向けて前進させる。

ロックピン２７の前進時、そのロックピン２７に複数の係止穴２６の一つが対向する位置にあれば、ロックピン２７が係止穴２６内へ進入していく。しかし、ロックピン２７と係止穴２６との間に位相のずれがあると、ロックピン２７は係止穴２６内へ進入していけない。この場合には、ロックピン２７を前進させた状態で電動モータ１０の駆動により、中間ギヤ２５を制動方向（図３中の矢印で示す方向）に回転させ、係止穴２６がロックピン２７と対向する位置まで中間ギヤ２５を回転させることにより、ロックピン２７が係止穴２６内へ進入していくようにする。

そして、ロックピン２７が係止穴２６内へ進入した後、電動モータ１０への通電を停止すると、ブレーキディスク３３からの（制動力の）反力によりギヤ減速機構１２のそれぞれのギヤに制動解除方向のトルクが作用して、図３に示すように、係止穴２６の周方向一側の内壁がロックピン２７に押し付けられ、この係止穴２６とロックピン２７の係合により中間ギヤ２５がロックされる。このとき、ロータ軸１１も制動解除方向への回転がロックされることになり、パーキングブレーキが確立される。

上記のように中間ギヤ２５およびロータ軸１１がロックされてパーキングブレーキが確立されると、リニアソレノイド２８への通電を停止する。このとき、ロックピン２７は、係止穴２６の内壁が押し付けられており、係止穴２６の内壁との間に摩擦抵抗が生じているので後退することはない。

一方、パーキングブレーキを解除する際には、電動モータ１０に通電してロータ軸１１を一旦制動方向へわずかに回転させることにより、中間ギヤ２５の係止穴２６の周方向一側の内壁をロックピン２７から離し、ロックピン２７をソレノイド２８の通電停止時の作用で後退させて係止穴２６から離脱させる。ここで、係止穴２６の周方向他側の内壁にはロックピン２７を後退する方向に案内するテーパ面２６ａが設けられているので、中間ギヤ２５を制動方向へスムーズに回転させることができる。そして、ロックピン２７が係止穴２６から完全に離脱した後、ロータ軸１１を制動解除方向に回転させて制動力を開放すればよい。

この電動式ブレーキ装置Ｂは、上述したように、電動モータ１０のロータ軸１１の回転をロックおよびアンロック可能なロック機構２４を構成する部材のうち、ロックピン２７とリニアソレノイド２８をロックユニット２９としてユニット化し、そのソレノイド２８の先端部に設けたおねじ部３０をハウジング１のベースプレート２に設けたねじ孔３１にねじ固定することにより、ロックユニット２９を止め具なしでハウジング１に固定できるようにした電動式直動アクチュエータＡを採用したので、ロックユニット２９の組み付けが容易で、組立性に優れたものとなっている。

ここで、ロックユニット２９は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、リニアソレノイド２８のおねじ部３０と中央部との間にフランジ部３６を設けて、そのフランジ部３６のベースプレート２側面との接触面に環状溝３７を設け、その環状溝３７にシール部材としてのＯリング３８を嵌入して、ハウジング１との間をシールする機能を付加したものとすることが望ましい。このようにすれば、外部からの水や砂塵等の異物の侵入を効果的に防止でき、電動式ブレーキ装置Ｂのトラブルを生じにくくすることができる。

また、図５の例ではＯリング３８を用いたシール構造としたが、図６（ａ）に示すように、Ｘリング３９をシール部材としてソレノイド２８の環状溝３７に嵌入してもよいし、図６（ｂ）に示すように、ソレノイド２８の環状溝３７をなくし、ベースプレート２側面との接触面にシール部材としてのシート状ガスケット４０を貼着するようにしてもよい。

そして、ロックユニット２９をハウジング１に止め具なしで固定する手段は、上述の実施形態のように、ソレノイド２８先端のおねじ部３０をベースプレート２のねじ孔３１にねじ固定するものに限らず、ソレノイドの先端部をベースプレートに設けた取付孔に圧入固定するようにしてもよい（図示省略）。あるいは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ソレノイド２８の先端小径部４１と中央部との間にフランジ部４２を設け、このフランジ部４２のベースプレート２側面との接触面に二対の弾性部材で形成された爪部４３を設けて、ソレノイド２８の先端小径部４１をベースプレート２の取付孔４４に挿入するとともに、二対の爪部４３をそれぞれベースプレート２に設けた二つの係合孔（係合部）４５に挿入してスナップフィットにより係合させるようにしたものを採用することもできる。

上記のようにロックユニット２９を圧入やスナップフィットによりハウジング１に固定する場合も、図５および図６の例と同様に、ロックユニット２９とハウジング１との間をシールすることが望ましい。例えば、図８（ａ）、（ｂ）は、図７の例をベースとして、フランジ部４２を拡げ、図５の例と同じく、フランジ部４２のベースプレート２側面との接触面に設けた環状溝３７にシール部材としてのＯリング３８を嵌入した例を示す。

また、実施形態の電動式直動アクチュエータでは、回転軸９の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構として、その回転軸９の外径面とハウジング１の内径面間に遊星ローラ１６を組込み、その遊星ローラ１６の外径面に外輪部材４の内径面に設けられた螺旋突条６に噛合する螺旋溝１７または円周溝を形成したものを採用したが、運動変換機構はこれに限定されるものではない。

Ａ 電動式直動アクチュエータ
Ｂ 電動式ブレーキ装置
１ ハウジング
２ ベースプレート
４ 外輪部材（スライド部材）
６ 螺旋突条
９ 回転軸
１０ 電動モータ
１１ ロータ軸
１２ ギヤ減速機構
１３ キャリヤ
１４ ローラ軸
１６ 遊星ローラ
１７ 螺旋溝
２４ ロック機構
２５ 中間ギヤ
２６ 係止穴（係止部）
２７ ロックピン
２８ リニアソレノイド（ピン駆動用アクチュエータ）
２９ ロックユニット
３０ おねじ部
３１ ねじ孔
３３ ブレーキディスク
３４ 固定ブレーキパッド
３５ 可動ブレーキパッド
３８ Ｏリング
３９ Ｘリング
４０ シート状ガスケット
４３ 爪部
４５ 係合孔（係合部）

Claims (8)

1. 電動モータと、その電動モータのロータ軸の回転を減速して出力するギヤ減速機構と、そのギヤ減速機構の出力ギヤの軸心に沿って軸方向に移動可能なスライド部材と、前記出力ギヤの回転運動を直線運動に変換して前記スライド部材に伝達する運動変換機構と、前記電動モータのロータ軸の回転をロックおよびアンロック可能なロック機構とを有する電動式直動アクチュエータにおいて、
   前記ロック機構が、前記ギヤ減速機構を形成する複数のギヤのうちの一つのギヤの側面周方向に設けられた複数の係止部と、その係止部に対して進退可能に設けられ、前進時に前記係止部に係合してギヤをロックするロックピンと、そのロックピンを進退させるピン駆動用アクチュエータとからなり、
   前記ロックピンをピン駆動用アクチュエータの先端部に進退自在に取り付けたロックユニットを、前記スライド部材および運動変換機構が収容されるハウジングに止め具なしで固定する手段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. 前記ロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段が、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部におねじ部を設け、そのおねじ部を前記ハウジングに設けたねじ孔にねじ固定するものである請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記ロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段が、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部を前記ハウジングに設けた取付孔に圧入固定するものである請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記ロックユニットをハウジングに止め具なしで固定する手段が、前記ピン駆動用アクチュエータの先端部に弾性部材で形成された爪部を設け、その爪部を前記ハウジングに設けた係合部にスナップフィットにより係合させるものである請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記ピン駆動用アクチュエータとハウジングとの間にシール部材を設けた請求項１乃至４のいずれかの項に記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 前記シール部材としてシート状ガスケットを採用した請求項５に記載の電動式直動アクチュエータ。
7. 電動式直動アクチュエータによりブレーキパッドを直線駆動し、そのブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、そのブレーキディスクに制動力を付与するようにした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が請求項１乃至６のいずれかの項に記載の電動式直動アクチュエータからなり、その電動式直動アクチュエータのスライド部材に前記ブレーキパッドを連結したことを特徴とする電動式ブレーキ装置。
8. 自動車のブレーキシステムに用いられる請求項７に記載の電動式ブレーキ装置。

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