JP2018009660A - Planetary roller screw type linear motion mechanism and electric brake device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、遊星ローラねじ式直動機構およびその遊星ローラねじ式直動機構を用いた電動ブレーキ装置に関する。 The present invention relates to a planetary roller screw type linear motion mechanism and an electric brake device using the planetary roller screw type linear motion mechanism.
従来、車両用ブレーキ装置として、油圧を駆動源とする油圧ブレーキ装置が多く採用されてきたが、油圧ブレーキ装置は、ブレーキオイルを使用するので環境負荷が高く、またABS、スタビリティ・コントロール・システム、ブレーキアシスト等といった機能の更なる高機能化が難しい。そこで、ブレーキ装置の更なる高機能化と環境負荷の低減を実現する手段として、電動モータを駆動源とする電動ブレーキ装置が注目されている。 Conventionally, as a brake device for a vehicle, a hydraulic brake device using a hydraulic pressure as a drive source has been often adopted. However, the hydraulic brake device uses a brake oil, and thus has a high environmental load. Also, an ABS, a stability control system is used. It is difficult to further enhance the functions such as brake assist. Therefore, an electric brake device using an electric motor as a drive source has attracted attention as means for realizing further enhancement of the function of the brake device and reduction of environmental load.
電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスクと、ブレーキディスクに対向して配置されたブレーキパッドと、ブレーキパッドを直線駆動する電動式直動アクチュエータとを有し、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けることで制動力を発生する。 The electric brake device includes a brake disc that rotates integrally with a wheel, a brake pad that is disposed to face the brake disc, and an electric linear actuator that linearly drives the brake pad. The brake pad is used as a brake disc. A braking force is generated by pressing.
このような電動ブレーキ装置に用いられる電動式直動アクチュエータとして、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。特許文献1の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、その電動モータの回転が入力される回転軸と、その回転軸の外周に転がり接触する複数の遊星ローラと、その複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持するキャリアと、複数の遊星ローラを囲むように配置された外輪部材と、その外輪部材を軸方向に移動可能に収容するハウジングとを有する。外輪部材の内周には螺旋凸条が設けられ、その螺旋凸条と係合する螺旋溝または円周溝が各遊星ローラの外周に設けられている。 As an electric linear motion actuator used in such an electric brake device, for example, the one described in Patent Document 1 is known. The electric linear actuator of Patent Document 1 includes an electric motor, a rotating shaft to which rotation of the electric motor is input, a plurality of planetary rollers that are in rolling contact with the outer periphery of the rotating shaft, and the plurality of planetary rollers that rotate. The carrier has a carrier that can be revolved in a releasable manner, an outer ring member that is disposed so as to surround the plurality of planetary rollers, and a housing that accommodates the outer ring member so as to be movable in the axial direction. A spiral ridge is provided on the inner periphery of the outer ring member, and a spiral groove or a circumferential groove that engages with the spiral ridge is provided on the outer periphery of each planetary roller.
この電動式直動アクチュエータは、電動モータの回転が回転軸に入力されると、その回転軸の回転が、回転軸の外周に転がり接触する遊星ローラに伝達し、各遊星ローラが自転しながら回転軸のまわりを公転する。このとき、遊星ローラの外周の螺旋溝または円周溝と外輪部材の内周の螺旋凸条との係合によって外輪部材が軸方向に移動する。 In this electric linear actuator, when rotation of the electric motor is input to the rotation shaft, the rotation of the rotation shaft is transmitted to the planetary roller that is in rolling contact with the outer periphery of the rotation shaft, and each planetary roller rotates while rotating. Revolve around the axis. At this time, the outer ring member moves in the axial direction by the engagement of the spiral groove or circumferential groove on the outer periphery of the planetary roller and the spiral protrusion on the inner periphery of the outer ring member.
この電動式直動アクチュエータを電動ブレーキ装置に使用する場合、外輪部材の内周の螺旋凸条のリード角を大きく設定すると、外輪部材の軸方向の移動速度が早くなるので、ブレーキをかけるときに、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでに要する時間が短くなり、ブレーキの応答性を高めることができるが、その反面、荷重変換率が小さくなるので、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力が小さくなるという問題がある。 When this electric linear actuator is used in an electric brake device, if the lead angle of the spiral protrusion on the inner periphery of the outer ring member is set large, the moving speed in the axial direction of the outer ring member becomes faster. The time it takes for the brake pad to come into contact with the brake disc is shortened and the response of the brake can be improved. However, since the load conversion rate is small, the force with which the brake pad presses the brake disc is small. There is a problem of becoming.
一方、外輪部材の内周の螺旋凸条のリード角を小さく設定すると、荷重変換率が大きくなるので、ブレーキをかけるときに、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることが可能となるが、その反面、外輪部材の軸方向の移動速度が遅くなるので、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでに要する時間が長くなり、ブレーキの応答性が低下してしまう。つまり、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることとは、相反関係にある。 On the other hand, if the lead angle of the spiral protrusion on the inner periphery of the outer ring member is set to be small, the load conversion rate increases, so that it is possible to increase the force with which the brake pad presses the brake disc when braking. However, since the moving speed of the outer ring member in the axial direction is slow, the time required for the brake pad to come into contact with the brake disk becomes long, and the response of the brake is lowered. That is, there is a conflict between increasing the response of the brake and increasing the force with which the brake pad presses the brake disc.
そこで、特許文献1では、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることとを両立させるため、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率が切り替わる構造を提案している。 Therefore, in Patent Document 1, in order to achieve both of improving the response of the brake and increasing the force with which the brake pad presses the brake disc, a load is applied according to the axial load applied to the object from the outer ring member. It proposes a structure that changes conversion rate.
すなわち、外輪部材が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動するようにキャリアを弾性部材で支持している。また、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、キャリアと回転軸の相対回転を制限するようにキャリアと摩擦結合し、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動した状態では、キャリアと回転軸の相対回転を許容するようにキャリアとの摩擦結合を解除する摩擦結合部を回転軸の外周に設けている。 That is, the carrier is made of an elastic member so that the carrier moves relative to the rotation axis in the axial rearward direction by the reaction force in the axial rearward direction that is received when the outer ring member applies a load in the axial direction forward to the object. I support it. In addition, when the carrier is not moved relative to the rotation axis in the axial direction rearward, the carrier is frictionally coupled with the carrier so as to limit the relative rotation between the carrier and the rotation axis, and the carrier is moved rearward in the axial direction with respect to the rotation axis. In the state of relative movement, a friction coupling portion for releasing the frictional coupling with the carrier is provided on the outer periphery of the rotation shaft so as to allow relative rotation between the carrier and the rotation shaft.
このようにすると、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態では、回転軸の外周の摩擦結合部がキャリアと摩擦結合し、キャリアと回転軸の相対回転が制限される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、回転軸と一体にキャリアが公転し、外輪部材が小さい減速比で軸方向に移動する。一方、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷した状態では、回転軸の外周の摩擦結合部とキャリアとの摩擦結合が解除され、キャリアと回転軸の相対回転が許容される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、遊星ローラが自転しながら公転し、外輪部材が大きい減速比で軸方向に移動する。このように、荷重変換率(減速比)を、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて切り替えることが可能となっている。 In this way, in a state in which no load is applied forward in the axial direction from the outer ring member to the object, the friction coupling portion on the outer periphery of the rotation shaft frictionally couples with the carrier, and the relative rotation between the carrier and the rotation shaft is limited. The Therefore, when rotation is input from the outside to the rotating shaft, the carrier revolves integrally with the rotating shaft, and the outer ring member moves in the axial direction with a small reduction ratio. On the other hand, in a state where an axially forward load is applied to the object from the outer ring member, the frictional coupling between the friction coupling portion on the outer periphery of the rotation shaft and the carrier is released, and relative rotation between the carrier and the rotation shaft is allowed. Therefore, when rotation is input from the outside to the rotation shaft, the planetary roller revolves while rotating, and the outer ring member moves in the axial direction with a large reduction ratio. In this way, the load conversion rate (reduction ratio) can be switched according to the axial load applied to the object from the outer ring member.
上記特許文献1では、キャリアと摩擦結合する摩擦結合部として、キャリアの内周に対向するように回転軸の外周に形成されたテーパ面が採用されているが、この摩擦結合部ではキャリアとの接触半径が小さく、摩擦結合によって伝達可能なトルクを大きくすることが難しい。 In Patent Document 1, a taper surface formed on the outer periphery of the rotating shaft so as to face the inner periphery of the carrier is employed as a friction coupling portion that frictionally couples with the carrier. The contact radius is small, and it is difficult to increase the torque that can be transmitted by frictional coupling.
すなわち、キャリアの内周のテーパ面が回転軸の外周のテーパ面に電動結合した状態で、回転軸が急な加速または減速をした場合、回転軸とキャリアの間で滑りが生じる可能性がある。この滑りを防止する方法として、弾性部材からキャリアに作用する予圧力の大きさを大きく設定することが考えられるが、予圧力を大きくすると、遊星ローラねじ式直動機構の組み立て作業が難しくなるという問題がある。 That is, when the rotating shaft suddenly accelerates or decelerates in a state where the inner tapered surface of the carrier is electrically coupled to the outer tapered surface of the rotating shaft, slip may occur between the rotating shaft and the carrier. . As a method for preventing this slipping, it is conceivable to set the magnitude of the preload acting on the carrier from the elastic member. However, if the preload is increased, it is difficult to assemble the planetary roller screw type linear motion mechanism. There's a problem.
この発明が解決しようとする課題は、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率を切り替えることが可能な遊星ローラねじ式直動機構の動作の信頼性を高めることである。 The problem to be solved by the present invention is to improve the reliability of the operation of the planetary roller screw type linear motion mechanism capable of switching the load conversion rate in accordance with the axial load applied to the object from the outer ring member. .
上記課題を解決するため、この発明では、以下の構成の遊星ローラねじ式直動機構を提供する。
外部から回転が入力される回転軸と、
前記回転軸の外周に転がり接触する複数の遊星ローラと、
前記複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持するキャリアと、
前記複数の遊星ローラを囲むように配置され、軸方向に移動可能に支持された外輪部材と、
前記外輪部材の内周に設けられた螺旋凸条と、
前記各遊星ローラの外周に設けられ、前記遊星ローラが自転しながら公転したときに前記外輪部材を軸方向に移動させるように前記螺旋凸条と係合する螺旋溝または円周溝とを有し、
前記外輪部材が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動するように前記キャリアが弾性部材で支持され、
前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、前記キャリアと前記回転軸の相対回転を制限するように前記キャリアと摩擦結合し、前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動した状態では、前記キャリアと前記回転軸の相対回転を許容するように前記キャリアとの摩擦結合を解除する摩擦結合部が前記回転軸の外周に設けられている遊星ローラねじ式直動機構において、
前記摩擦結合部は、前記キャリアと摩擦結合したときに前記回転軸を中心として複数の前記遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも外径側で前記キャリアと接触する形状とされている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a planetary roller screw type linear motion mechanism having the following configuration.
A rotation axis to which rotation is input from the outside,
A plurality of planetary rollers in rolling contact with the outer periphery of the rotating shaft;
A carrier that holds the plurality of planetary rollers in a rotatable and revolving manner;
An outer ring member disposed so as to surround the plurality of planetary rollers and supported so as to be movable in the axial direction;
A spiral ridge provided on the inner periphery of the outer ring member;
A spiral groove or a circumferential groove that is provided on the outer periphery of each planetary roller and engages with the spiral ridge so as to move the outer ring member in the axial direction when the planetary roller revolves while rotating. ,
The carrier is elastic so that the carrier moves relative to the rotation shaft in the axial rearward direction by a reaction force in the axial rearward direction that is received when the outer ring member applies a load in the axial direction forward to the object. Supported by members,
In a state where the carrier does not move relative to the rotating shaft in the axial direction rearward, the carrier and the carrier are frictionally coupled so as to limit relative rotation of the carrier and the rotating shaft, and the carrier moves relative to the rotating shaft. And a planetary roller provided with a friction coupling portion on the outer periphery of the rotating shaft to release the frictional coupling between the carrier and the carrier so as to allow relative rotation between the carrier and the rotating shaft in a state where the carrier is relatively moved rearward in the axial direction. In screw type linear motion mechanism,
The friction coupling portion is configured to come into contact with the carrier on the outer diameter side of the diameter of a circle that passes through the centers of the plurality of planetary rollers in common with the rotation axis when frictionally coupled with the carrier. ing.
このようにすると、摩擦結合部がキャリアと摩擦結合したときに、摩擦結合部が、回転軸を中心として複数の遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも外径側でキャリアと接触するので、摩擦結合部とキャリアの接触半径が大きくなり、摩擦結合部とキャリアの摩擦結合により伝達可能なトルクが大きくなる。そのため、回転軸が急な加速または減速をした場合にも、回転軸とキャリアの間での滑りを防止することができ、動作の信頼性を高めることが可能となる。 In this way, when the frictional coupling portion frictionally couples with the carrier, the frictional coupling portion and the carrier on the outer diameter side than the diameter of a circle that passes through the centers of the plurality of planetary rollers around the rotation axis in common. Since contact is made, the contact radius between the frictional coupling portion and the carrier is increased, and the torque that can be transmitted by the frictional coupling between the frictional coupling portion and the carrier is increased. Therefore, even when the rotating shaft suddenly accelerates or decelerates, slippage between the rotating shaft and the carrier can be prevented, and the operation reliability can be improved.
前記キャリアとして、各遊星ローラをそれぞれ自転可能に支持する複数の支持ピンと、前記複数の支持ピンの軸方向前端部を保持する軸方向前側ディスクと、前記複数の支持ピンの軸方向後端部を保持する軸方向後側ディスクとを有するものを採用する場合、
前記摩擦結合部は、軸方向前側ディスクと軸方向に対向するように前記回転軸の外周に取り付けられた回転軸とは別体の部材を採用すると好ましい。
As the carrier, a plurality of support pins that respectively support the planetary rollers so as to rotate, an axial front disk that holds front end portions in the axial direction of the plurality of support pins, and an axial rear end portion of the plurality of support pins. When adopting one that has an axial rear disk to hold,
It is preferable that the frictional coupling portion employs a member separate from the rotating shaft attached to the outer periphery of the rotating shaft so as to face the axially front disk in the axial direction.
このようにすると、回転軸と摩擦結合部とをそれぞれ別体の部材として製作するので、回転軸の加工が容易となるとともに、摩擦結合部の加工も容易となり、その結果、全体としての製作コストを低減することが可能となる。 In this way, since the rotating shaft and the friction coupling portion are manufactured as separate members, the processing of the rotating shaft is facilitated, and the friction coupling portion is also easily processed. Can be reduced.
前記摩擦結合部は、前記キャリアが前記摩擦結合部に接触したときに、前記遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも内径側の全領域において前記キャリアと非接触となるように形成すると好ましい。 The friction coupling portion is not in contact with the carrier in the entire region on the inner diameter side of the diameter of a circle that passes through the centers of the planetary rollers when the carrier contacts the friction coupling portion. Preferably formed.
このようにすると、前記遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも外径側での接触圧を確保することができるので、回転軸とキャリアの間での滑りをより効果的に防止することが可能となる。 In this way, it is possible to secure a contact pressure on the outer diameter side of the diameter of a circle that passes through the centers of the planetary rollers in common, so that the slip between the rotating shaft and the carrier can be more effectively performed. It becomes possible to prevent.
前記摩擦結合部の前記キャリアに対する接触面として、前記回転軸を中心として複数の前記遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも大径のテーパ面を採用することができる。 As the contact surface of the friction coupling portion with respect to the carrier, a tapered surface having a diameter larger than the diameter of a circle passing through the centers of the plurality of planetary rollers in common with the rotation axis as a center can be employed.
このようにすると、テーパ面の楔作用によって摩擦結合部とキャリアの間の接触面圧が高くなるので、回転軸とキャリアの間での滑りをより効果的に防止することが可能となる。 If it does in this way, since the contact surface pressure between a friction coupling part and a carrier becomes high by the wedge effect | action of a taper surface, it becomes possible to prevent more effectively the slip between a rotating shaft and a carrier.
この発明の遊星ローラねじ式直動機構は、摩擦結合部がキャリアと摩擦結合したときに、摩擦結合部が、回転軸を中心として複数の遊星ローラの各中心を共通して通る円の直径よりも外径側でキャリアと接触するので、摩擦結合部とキャリアの接触半径が大きく、摩擦結合部とキャリアの摩擦結合により伝達可能なトルクが大きい。そのため、回転軸が急な加速または減速をした場合にも、回転軸とキャリアの間での滑りが防止され、動作の信頼性が高い。 According to the planetary roller screw type linear motion mechanism of the present invention, when the frictional coupling portion frictionally couples with the carrier, the frictional coupling portion has a diameter of a circle that passes through the centers of the plurality of planetary rollers in common around the rotation axis. Since the contact with the carrier is on the outer diameter side, the contact radius between the frictional coupling portion and the carrier is large, and the torque that can be transmitted by the frictional coupling between the frictional coupling portion and the carrier is large. Therefore, even when the rotating shaft suddenly accelerates or decelerates, slip between the rotating shaft and the carrier is prevented, and the operation reliability is high.
図1に、この発明の第1実施形態の遊星ローラねじ式直動機構1を用いた電動式直動アクチュエータ2を示す。この電動式直動アクチュエータ2は、電動モータ3と、電動モータ3の回転を減速して伝達する減速歯車列4と、減速歯車列4を介して電動モータ3から入力される回転を外輪部材5の直線運動に変換して出力する遊星ローラねじ式直動機構1とを有する。
FIG. 1 shows an electric
減速歯車列4は、電動モータ3のモータ軸6に固定された入力歯車7と、遊星ローラねじ式直動機構1の回転軸8に固定された出力歯車9と、入力歯車7と出力歯車9の間で回転を伝達する中間歯車10と、これらの歯車7,9,10を収容するギヤケース11とを有する。この減速歯車列4は、電動モータ3のモータ軸6から入力歯車7に入力された回転を、互いに歯数の異なる入力歯車7、中間歯車10、出力歯車9を順に伝達することで減速し、その減速された回転を出力歯車9から回転軸8に出力する。
The
図2、図3に示すように、遊星ローラねじ式直動機構1は、外周に円筒面12をもつ回転軸8と、円筒面12に転がり接触する複数の遊星ローラ13と、その複数の遊星ローラ13を自転可能かつ公転可能に保持するキャリア14と、複数の遊星ローラ13を囲むように配置された中空筒状の外輪部材5と、外輪部材5を軸方向に移動可能に収容するハウジング15とを有する。複数の遊星ローラ13は、外輪部材5の内周と回転軸8の外周との間に周方向に間隔をおいて配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the planetary roller screw type linear motion mechanism 1 includes a
ここで、回転軸8と平行な方向を軸方向、外輪部材5のハウジング15からの突出長さが大きくなる側に外輪部材5が移動するときの外輪部材5の移動方向を軸方向前方、外輪部材5のハウジング15からの突出長さが小さくなる側に外輪部材5が移動するときの外輪部材5の移動方向を軸方向後方、回転軸8まわりに周回する方向を周方向、回転軸8との距離が変化する方向を径方向と定義する。
Here, the direction parallel to the
図2に示すように、外輪部材5の内周には、螺旋凸条16が設けられている。螺旋凸条16は、周方向に対して所定のリード角をもって斜めに延びる凸条である。各遊星ローラ13の外周には、螺旋凸条16に係合する複数の円周溝17が軸方向に間隔をおいて形成されている。各遊星ローラ13の外周の軸方向に隣り合う円周溝17の間隔は、螺旋凸条16のピッチと同一の大きさとされている。ここでは、遊星ローラ13の外周にリード角が0度の円周溝17を設けているが、円周溝17のかわりに、螺旋凸条16と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
As shown in FIG. 2,
図2、図3に示すように、キャリア14は、各遊星ローラ13をそれぞれ自転可能に支持する複数の支持ピン18と、各支持ピン18の軸方向前端部を保持する軸方向前側ディスク20と、各支持ピン18の軸方向後端部を保持する軸方向後側ディスク21と、周方向に隣り合う複数の遊星ローラ13の間を通って軸方向前側ディスク20と軸方向後側ディスク21を連結する柱部22とを有する。柱部22は、軸方向前側ディスク20と軸方向後側ディスク21が軸方向と周方向のいずれの方向にも相対移動しないように両ディスク20,21を一体化している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2に示すように、軸方向前側ディスク20および軸方向後側ディスク21は、それぞれ回転軸8を貫通させる環状に形成されている。軸方向前側ディスク20の内周および軸方向後側ディスク21の内周には、それぞれ回転軸8の外周に摺接する滑り軸受23および24が装着されている。
As shown in FIG. 2, the axial
各遊星ローラ13の内周と支持ピン18の外周との間には、遊星ローラ13を自転可能に支持するラジアル軸受25が組み込まれている。各遊星ローラ13と軸方向後側ディスク21との間には、遊星ローラ13を自転可能な状態で軸方向に支持するスラスト軸受26が組み込まれている。また、スラスト軸受26と軸方向後側ディスク21の間には、スラスト軸受26を介して遊星ローラ13を傾動可能に支持する調心座27が組み込まれている。
Between the inner periphery of each
外輪部材5は、ハウジング15に形成された収容孔28の内面で軸方向にスライド可能に支持されている。ハウジング15の内部には、キャリア14から軸方向後方に離れた位置に軸受支持部材29が固定されている。軸受支持部材29は、回転軸8を貫通させる円環状に形成されている。軸受支持部材29の内周には、回転軸8を回転可能に支持するラジアル軸受30が組み込まれている。ラジアル軸受30は、例えば、焼結すべり軸受や深溝玉軸受を採用することができる。
The
軸受支持部材29は、収容孔28の内周に設けられた突起部31で軸方向後方への移動が規制され、収容孔28の内周に装着した止め輪32で軸方向前方への移動が規制されている。また、回転軸8は、回転軸8の外周に装着した止め輪33によって軸受支持部材29に対する軸方向前方への相対移動が規制されている。また、キャリア14は、回転軸8の軸方向前端部の外周に装着された止め輪34によって、回転軸8に対する軸方向前方への相対移動が規制されている。
The
ここで、ラジアル軸受30は、軸受支持部材29に対する軸方向前方への相対移動が規制された状態に組み込まれ、止め輪33は、ラジアル軸受30に対して軸方向後側に装着されている。また、止め輪34は、軸方向前側ディスク20の内周の滑り軸受23に対して軸方向前側に装着されている。
Here, the
キャリア14と軸受支持部材29の間には、キャリア14を公転可能な状態で軸方向後側から支持するスラスト軸受35が組み込まれている。また、キャリア14とスラスト軸受35の間には、キャリア14からスラスト軸受35に軸方向荷重を伝達する間座36が組み込まれている。キャリア14と間座36の間には弾性部材37が組み込まれ、さらに間座36とキャリア14の間には、キャリア14の軸方向移動を許容する軸方向隙間38が設けられている。これにより、キャリア14に軸方向後方への荷重が負荷されたときに、その荷重により弾性部材37が軸方向に圧縮し、キャリア14と間座36の間の軸方向隙間38の範囲で、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動するようになっている。ここで、キャリア14と間座36の間の軸方向隙間38の大きさは微小である。そのため、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動することが可能な距離はきわめて短いもの(例えば、0.5mm以下)となっている。
A
弾性部材37は、回転軸8を貫通させる環状に形成されている。弾性部材37は、例えば皿ばねである。皿ばねにかえて、ウェーブスプリングやコイルばねを採用することも可能である。弾性部材37は、外輪部材5が対象物に軸方向前方への荷重を負荷していないとき(すなわち、キャリア14に軸方向後方への反力が作用していないとき)に、予め軸方向に圧縮された状態とされ、弾性部材37からキャリア14に予圧力が作用する組み込みとされている。
The
この実施形態では、キャリア14と間座36の間に弾性部材37を組み込んだが、弾性部材37を組み込む位置は、キャリア14と軸受支持部材29の間であれば他の位置でもよく、例えば、間座36とスラスト軸受35の間に弾性部材37を組み込んでもよく、間座36を軸方向に相対移動可能な2つの分割体で構成し、その2つの分割体の間に弾性部材37を組み込んでもよく、またスラスト軸受35と軸受支持部材29の間に弾性部材37を組み込むようにしてもよい。
In this embodiment, the
回転軸8の外周には、軸方向前側ディスク20と軸方向に対向する摩擦結合部40が取り付けられている。摩擦結合部40は、回転軸8とは別体に形成された円板状の部材であり、回転軸8の外周に嵌合して取り付けられている。
On the outer periphery of the
図4に示すように、摩擦結合部40と回転軸8の嵌合面間には、摩擦結合部40を回転軸8に対して回り止めする回り止め部41が設けられている。回り止め部41は、例えば、円周の一部を回転軸8の軸線に平行な平面とした形状の部分である(図5参照)。また、摩擦結合部40は、回転軸8の外周の止め輪34によって回転軸8に対する軸方向前方への移動が規制されている。
As shown in FIG. 4, between the fitting surfaces of the
摩擦結合部40は、複数の遊星ローラ13の各中心を共通して通る円の直径PCD(以下、単に「遊星ローラ13のPCD」という)よりも大きな外径を有し、キャリア14が摩擦結合部40に接触したときに、回転軸8を中心として遊星ローラ13のPCDよりも外径側でキャリア14と接触するようになっている。摩擦結合部40のキャリア14に対する接触面は軸方向に直角な平面である。
The
摩擦結合部40の軸方向前側ディスク20に対する対向面には、回転軸8を中心とする円径の凹部42が形成されている。凹部42の径は、遊星ローラ13のPCDよりも大きい。これにより、キャリア14が摩擦結合部40に接触したときに、遊星ローラ13のPCDよりも内径側の全領域において摩擦結合部40がキャリア14と非接触となるようになっている。
A
ここで、図6に示すように、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動していない状態(すなわち、キャリア14に軸方向後方への荷重が負荷されていない状態)では、摩擦結合部40は、キャリア14の遊星ローラ13のPCDよりも外径側の部分に接触している。このとき、摩擦結合部40とキャリア14は弾性部材37の力によって摩擦結合し、キャリア14と回転軸8の相対回転が、摩擦結合部40とキャリア14の接触面間の摩擦力によって制限された状態となる。
Here, as shown in FIG. 6, in a state where the
一方、図7に示すように、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動した状態(すなわち、キャリア14に軸方向後方への荷重が負荷され、その荷重によって弾性部材37の圧縮量が増加した状態)では、キャリア14の軸方向前側ディスク20が、摩擦結合部40から離反する。このとき、摩擦結合部40とキャリア14の摩擦結合が解除され、キャリア14と回転軸8の相対回転が許容された状態となる。
On the other hand, as shown in FIG. 7, the
上記の電動式直動アクチュエータ2の動作例を説明する。
An operation example of the electric
図1に示す電動モータ3のモータ軸6が回転すると、その回転が減速歯車列4によって減速して伝達され、遊星ローラねじ式直動機構1の回転軸8に入力される。
When the
ここで、図2に示す外輪部材5が対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態(すなわち、キャリア14に軸方向後方への反力が作用していない状態)では、図6に示すように、キャリア14と摩擦結合部40とが摩擦結合し、キャリア14と回転軸8の相対回転が制限される。そのため、図1に示す電動モータ3から減速歯車列4を介して回転軸8に回転が入力されたときに、回転軸8と一体にキャリア14が公転し、遊星ローラ13は自転せずに回転軸8のまわりを公転する。そして、遊星ローラ13の外周の円周溝17と外輪部材5の内周の螺旋凸条16との係合によって、遊星ローラ13と外輪部材5が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ13はキャリア14と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ13はハウジング15に対して軸方向に移動せず、外輪部材5がハウジング15に対して軸方向に移動する。
Here, in a state in which the
このとき、回転軸8と一体にキャリア14が公転し、遊星ローラ13は自転せずに回転軸8のまわりを公転するため、遊星ローラ13が自転しながら回転軸8のまわりを公転する場合よりも、遊星ローラ13の公転速度は比較的速いものとなる。そのため、外輪部材5の軸方向の移動速度が早くなり、荷重変換率が小さくなる。
At this time, since the
一方、外輪部材5から対象物に軸方向前方への荷重を負荷している状態では、外輪部材5が受ける軸方向後方への反力が遊星ローラ13とスラスト軸受26とを順に介してキャリア14に伝達し、その軸方向後方への反力によって、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動し、図7に示すように、キャリア14と摩擦結合部40の摩擦結合が解除され、キャリア14と回転軸8の相対回転が許容される。そのため、図1に示す電動モータ3から減速歯車列4を介して回転軸8に回転が入力されたときに、遊星ローラ13が支持ピン18を中心に自転しながら回転軸8のまわりを公転する。そして、遊星ローラ13の外周の円周溝17と外輪部材5の内周の螺旋凸条16との係合によって、遊星ローラ13と外輪部材5が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ13はキャリア14と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ13はハウジング15に対して軸方向に移動せず、外輪部材5がハウジング15に対して軸方向に移動する。
On the other hand, in a state where an axially forward load is applied to the object from the
このとき、遊星ローラ13が自転しながら回転軸8のまわりを公転するため、遊星ローラ13が自転せずに回転軸8のまわりを公転する場合よりも、遊星ローラ13の公転速度は比較的遅いものとなる。そのため、外輪部材5の軸方向の移動速度が遅くなり、荷重変換率が大きくなる。
At this time, since the
以上のように、この電動式直動アクチュエータ2は、外輪部材5から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率が切り替わる。この電動式直動アクチュエータ2を電動ブレーキ装置に使用することで、後述のように、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキの押圧力を大きくすることとを両立させることが可能となる。
As described above, in the electric
図9、図10に、上記構成の電動式直動アクチュエータ2を用いた電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪(図示せず)と一体に回転するブレーキディスク50と、ブレーキディスク50に対して軸方向に移動不能に車体に固定されたマウンティングブラケット51と、マウンティングブラケット51に対してブレーキディスク50の軸方向と平行にスライド可能に支持されたキャリパボディ52と、ブレーキディスク50の軸方向の両側に対向して配置されたインナ側ブレーキパッド53およびアウタ側ブレーキパッド54と、インナ側ブレーキパッド53を直線駆動する電動式直動アクチュエータ2とを有する。インナ側ブレーキパッド53とブレーキディスク50の間には微小なクリアランス55が設けられている。インナ側ブレーキパッド53とアウタ側ブレーキパッド54は、それぞれマウンティングブラケット51によって、軸方向に移動可能かつ周方向に移動不能に保持されている。
9 and 10 show an electric brake device using the electric
キャリパボディ52は、アウタ側ブレーキパッド54の背面に軸方向に対向する爪部56と、ブレーキディスク50の外径側に対向する外殻部57とを有する。外殻部57は、電動式直動アクチュエータ2のハウジング15に一体に形成されている。キャリパボディ52の外殻部57と電動式直動アクチュエータ2のハウジング15とを別体に形成し、その両者をボルト等で一体化してもよい。外輪部材5は、外輪部材5が移動したときに外輪部材5と一体にインナ側ブレーキパッド53も移動するように、インナ側ブレーキパッド53の背面に配置されている。
The
外輪部材5のブレーキディスク50の側の端部には、インナ側ブレーキパッド53の背面に形成された係合凸部58に係合する係合凹部59が形成され、この係合凸部58と係合凹部59の係合によって、外輪部材5は回り止めされている。
At the end of the
この電動ブレーキ装置の動作例を説明する。 An operation example of this electric brake device will be described.
ブレーキをかけるとき、電動モータ3(図1参照)が回転すると、電動モータ3から減速歯車列4を介して回転軸8に回転が伝達し、その回転が遊星ローラねじ式直動機構1で外輪部材5の軸方向移動に変換され、外輪部材5によってインナ側ブレーキパッド53が軸方向前方に押し動かされる。このとき、インナ側ブレーキパッド53がブレーキディスク50に接触するまでの間は、図6に示すように、キャリア14が摩擦結合部40と摩擦結合しているので、図9に示す外輪部材5が比較的速い速度をもって軸方向に移動する。そのため、インナ側ブレーキパッド53がブレーキディスク50に接触するまでに要する時間が短く、ブレーキの応答性を高めることができる。
When the brake is applied, when the electric motor 3 (see FIG. 1) rotates, the rotation is transmitted from the
その後、インナ側ブレーキパッド53がブレーキディスク50に接触し、インナ側ブレーキパッド53からブレーキディスク50に軸方向荷重が負荷されると、図7に示すように、キャリア14が回転軸8に対して軸方向後方に相対移動し、キャリア14と摩擦結合部40との摩擦結合が解除されるので、図9に示す外輪部材5の軸方向の移動速度が遅くなるとともに荷重変換率が大きくなり、大きな軸方向荷重が発生する。そのため、インナ側ブレーキパッド53がブレーキディスク50を押圧する力を大きくすることが可能となる。
Thereafter, when the
このように、電動式直動アクチュエータ2を電動ブレーキ装置に使用すると、ブレーキの応答性を高めることと、インナ側ブレーキパッド53がブレーキディスク50を押圧する力を大きくすることとを両立することが可能となる。
As described above, when the electric
以上のように、遊星ローラねじ式直動機構1は、外輪部材5から対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態では、回転軸8の外周の摩擦結合部40がキャリア14と摩擦結合し、キャリア14と回転軸8の相対回転が制限されるので、外輪部材5の軸方向の移動速度が早くなり、荷重変換率が小さくなる。一方、外輪部材5から対象物に軸方向前方への荷重を負荷した状態では、回転軸8の外周の摩擦結合部40とキャリア14との摩擦結合が解除され、キャリア14と回転軸8の相対回転が許容されるので、外輪部材5の軸方向の移動速度が遅くなり、荷重変換率が大きくなる。このように、遊星ローラねじ式直動機構1は、荷重変換率を、外輪部材5から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて切り替えることが可能である。
As described above, in the planetary roller screw type linear motion mechanism 1, the
また、遊星ローラねじ式直動機構1は、図4に示すように、摩擦結合部40がキャリア14と摩擦結合したときに、摩擦結合部40が、回転軸8を中心として遊星ローラ13のPCDよりも外径側でキャリア14と接触するので、摩擦結合部40とキャリア14の接触半径が大きく、摩擦結合部40とキャリア14の摩擦結合により伝達可能なトルクが大きい。そのため、回転軸8が急な加速または減速をした場合にも、回転軸8とキャリア14の間での滑りが防止され、動作の信頼性が高い。
Further, as shown in FIG. 4, the planetary roller screw type linear motion mechanism 1 is configured such that when the
また、この遊星ローラねじ式直動機構1は、回転軸8と摩擦結合部40とをそれぞれ別体の部材として製作しているので、回転軸8の加工が容易であるとともに、摩擦結合部40の加工も容易であり、その結果、全体としての製作コストが低減されている。
Further, in this planetary roller screw type linear motion mechanism 1, since the
また、この遊星ローラねじ式直動機構1は、キャリア14が摩擦結合部40に接触したときに、遊星ローラ13のPCDよりも内径側の全領域においてキャリア14と非接触となるように摩擦結合部40が形成されているので、遊星ローラ13のPCDよりも外径側での接触圧を確保することができ、回転軸8とキャリア14の間での滑りを効果的に防止することが可能である。
The planetary roller screw type linear motion mechanism 1 is frictionally coupled so that the
図8に、この発明の第2実施形態を示す。第1実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. Portions corresponding to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
回転軸8の外周には、軸方向前側ディスク20と軸方向に対向する摩擦結合部40が取り付けられている。摩擦結合部40は、回転軸8とは別体に形成された円板状の部材であり、回転軸8の外周に嵌合して取り付けられている。
On the outer periphery of the
摩擦結合部40は、遊星ローラ13のPCDよりも大きな外径を有する円板部61と、円板部61の径方向外端から軸方向後方に延びる円筒部62とを有する。円筒部62の内周には、軸方向前側ディスク20の外周と対向するテーパ面63が形成されている。テーパ面63は、軸方向後側から前側に向かって内径が小さくなるテーパ状の内周面である。テーパ面63の傾斜角(テーパ面63が軸方向と平行な方向に対してなす角度)は、5〜20°の範囲で設定されている。
The
キャリア14の軸方向前側ディスク20の外周には、摩擦結合部40のテーパ面63に対向するテーパ外周面64が形成されている。テーパ外周面64の傾斜角(テーパ外周面64が軸方向と平行な方向に対してなす角度)は、5〜20°の範囲で設定されている。テーパ外周面64は、テーパ面63と等しい傾斜角をもつように形成すると好ましい。
On the outer periphery of the
摩擦結合部40の円筒部62の内周のテーパ面63の最小径は、キャリア14のテーパ外周面64の最小径よりも小さい。これにより、キャリア14が摩擦結合部40に接触したときに、遊星ローラ13のPCDよりも内径側の全領域において摩擦結合部40がキャリア14と非接触となるようになっている。
The minimum diameter of the tapered
第2実施形態の遊星ローラねじ式直動機構1は、図8に示すように、摩擦結合部40がキャリア14と摩擦結合したときに、摩擦結合部40が、回転軸8を中心として遊星ローラ13のPCDよりも外径側でキャリア14と接触するので、摩擦結合部40とキャリア14の接触半径が大きく、摩擦結合部40とキャリア14の摩擦結合により伝達可能なトルクが大きい。そのため、回転軸8が急な加速または減速をした場合にも、回転軸8とキャリア14の間での滑りが防止され、動作の信頼性が高い。
As shown in FIG. 8, the planetary roller screw type linear motion mechanism 1 according to the second embodiment is configured such that when the
さらに、摩擦結合部40のキャリア14に対する接触面が、回転軸8を中心として遊星ローラ13のPCDよりも大径のテーパ面63とされているので、テーパ面63の楔作用によって摩擦結合部40とキャリア14の間の接触面圧が高くなり、回転軸8とキャリア14の間での滑りをより効果的に防止することが可能となっている。
Further, since the contact surface of the
また、この遊星ローラねじ式直動機構1は、第1実施形態と同様、回転軸8と摩擦結合部40とをそれぞれ別体の部材として製作しているので、回転軸8の加工が容易であるとともに、摩擦結合部40の加工も容易であり、その結果、全体としての製作コストが低減されている。
In addition, since the planetary roller screw type linear motion mechanism 1 is manufactured by using the
また、この遊星ローラねじ式直動機構1は、キャリア14が摩擦結合部40に接触したときに、遊星ローラ13のPCDよりも内径側の全領域においてキャリア14と非接触となるように摩擦結合部40が形成されているので、遊星ローラ13のPCDよりも外径側での接触圧を確保することができ、回転軸8とキャリア14の間での滑りを効果的に防止することが可能である。
The planetary roller screw type linear motion mechanism 1 is frictionally coupled so that the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 遊星ローラねじ式直動機構
3 電動モータ
5 外輪部材
8 回転軸
13 遊星ローラ
14 キャリア
16 螺旋凸条
17 円周溝
18 支持ピン
20 軸方向前側ディスク
21 軸方向後側ディスク
37 弾性部材
40 摩擦結合部
50 ブレーキディスク
53 インナ側ブレーキパッド
PCD 直径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Planetary roller screw type
Claims (5)
前記回転軸(8)の外周に転がり接触する複数の遊星ローラ(13)と、
前記複数の遊星ローラ(13)を自転可能かつ公転可能に保持するキャリア(14)と、
前記複数の遊星ローラ(13)を囲むように配置され、軸方向に移動可能に支持された外輪部材(5)と、
前記外輪部材(5)の内周に設けられた螺旋凸条(16)と、
前記各遊星ローラ(13)の外周に設けられ、前記遊星ローラ(13)が自転しながら公転したときに前記外輪部材(5)を軸方向に移動させるように前記螺旋凸条(16)と係合する螺旋溝または円周溝(17)とを有し、
前記外輪部材(5)が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、前記キャリア(14)が前記回転軸(8)に対して軸方向後方に相対移動するように前記キャリア(14)が弾性部材(37)で支持され、
前記キャリア(14)が前記回転軸(8)に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、前記キャリア(14)と前記回転軸(8)の相対回転を制限するように前記キャリア(14)と摩擦結合し、前記キャリア(14)が前記回転軸(8)に対して軸方向後方に相対移動した状態では、前記キャリア(14)と前記回転軸(8)の相対回転を許容するように前記キャリア(14)との摩擦結合を解除する摩擦結合部(40)が前記回転軸(8)の外周に設けられている遊星ローラねじ式直動機構において、
前記摩擦結合部(40)は、前記キャリア(14)と摩擦結合したときに前記回転軸(8)を中心として複数の前記遊星ローラ(13)の各中心を共通して通る円の直径(PCD)よりも外径側で前記キャリア(14)と接触する形状とされていることを特徴とする遊星ローラねじ式直動機構。 A rotating shaft (8) to which rotation is input from the outside;
A plurality of planetary rollers (13) in rolling contact with the outer periphery of the rotating shaft (8);
A carrier (14) for holding the plurality of planetary rollers (13) in a rotatable and revolving manner;
An outer ring member (5) disposed so as to surround the plurality of planetary rollers (13) and supported so as to be movable in the axial direction;
A spiral ridge (16) provided on the inner periphery of the outer ring member (5);
It is provided on the outer periphery of each planetary roller (13), and when the planetary roller (13) revolves while rotating, it engages with the spiral ridge (16) so as to move the outer ring member (5) in the axial direction. A helical groove or a circumferential groove (17),
The carrier (14) moves rearward in the axial direction with respect to the rotating shaft (8) by the reaction force in the rearward direction in the axial direction when the outer ring member (5) applies a load forward in the axial direction to the object. The carrier (14) is supported by the elastic member (37) so as to be relatively moved,
In a state where the carrier (14) is not relatively moved rearward in the axial direction with respect to the rotating shaft (8), the carrier (14) and the rotating shaft (8) are limited so as to limit relative rotation of the carrier (14). 14) and in a state where the carrier (14) is relatively moved axially rearward with respect to the rotation shaft (8), relative rotation between the carrier (14) and the rotation shaft (8) is allowed. In the planetary roller screw type linear motion mechanism in which the frictional coupling portion (40) for releasing the frictional coupling with the carrier (14) is provided on the outer periphery of the rotating shaft (8) as follows:
The frictional coupling part (40) has a diameter of a circle (PCD) that passes through the centers of the plurality of planetary rollers (13) in common with the rotating shaft (8) when frictionally coupled with the carrier (14). The planetary roller screw type linear motion mechanism is characterized in that the outer diameter side is in contact with the carrier (14).
前記摩擦結合部(40)は、軸方向前側ディスク(20)と軸方向に対向するように前記回転軸(8)の外周に取り付けられた回転軸(8)とは別体の部材である
請求項1に記載の遊星ローラねじ式直動機構。 The carrier (14) includes a plurality of support pins (18) that rotatably support the planetary rollers (13), and an axial front disk (10) that holds the front end in the axial direction of the plurality of support pins (18). 20) and an axial rear disk (21) for holding the axial rear ends of the plurality of support pins (18),
The friction coupling portion (40) is a separate member from the rotating shaft (8) attached to the outer periphery of the rotating shaft (8) so as to face the axial front disc (20) in the axial direction. Item 4. The planetary roller screw type linear motion mechanism according to Item 1.
前記遊星ローラねじ式直動機構(1)の前記回転軸(8)を回転駆動する電動モータ(3)と、
前記遊星ローラねじ式直動機構(1)の外輪部材(5)と一体に移動するブレーキパッド(53)と、
前記ブレーキパッド(53)に対向して配置されたブレーキディスク(50)と、
を有する電動ブレーキ装置。 The planetary roller screw type linear motion mechanism (1) according to any one of claims 1 to 4,
An electric motor (3) for rotationally driving the rotating shaft (8) of the planetary roller screw type linear motion mechanism (1);
A brake pad (53) that moves integrally with the outer ring member (5) of the planetary roller screw type linear motion mechanism (1);
A brake disc (50) disposed opposite the brake pad (53);
Electric brake device having
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