JP3832035B2 - 電動推力アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モータの回転動作を直進動作に変換し、例えばブレーキパッドをブレーキディスクに押し付ける動作を行う電動ブレーキ等に用いられる電動推力アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動推力アクチュエータとしては、例えば特開平６−３２７１９０号公報に本出願人が開示した電動ブレーキ用アクチュエータがある（以下、これを第１の従来技術と云う）。この電動ブレーキ用アクチュエータは、電動モータの回転を減速する１組の遊星歯車列と、この遊星歯車列の出力側に連結されたねじナットと、このねじナットに嵌合するねじ軸と、このねじ軸の先端部に取り付けられた摩擦部材付きの加圧部材と、上記ねじ軸にボールスプラインを介して結合されたワンウェイクラッチとを備えている。そして、電動モータの回転を遊星歯車列によって減速し、ねじナットを回転させてねじ軸を直進させ、加圧部材の摩擦部材をブレーキパッドに押し付けてブレーキディスクに押圧接触させ、制動力を付与するようになっている。このとき、ブレーキパッドを押し付ける方向に電動モータが回転するときには、ワンウェイクラッチが働いてねじ軸の回転が抑制され、ねじ軸はねじナットの回転で駆動されて常に直進動作をする。一方、逆方向への動作時には、ワンウェイクラッチは働かないが、摩擦部材がブレーキパッドに押し付けられている間は、その摩擦力によって回転が抑制されて動作する。したがってブレーキパッドがブレーキディスクから離れ、同時に摩擦部材がブレーキパッドから離れると、ねじナットの回転に伴ってねじ軸も回転し、ねじ軸の移動が停止する。このことからブレーキパッドの位置センサなどを必要とせずに、ブレーキパッドがブレーキディスクから離れたぎりぎりのところでねじ軸を止めることができるので、次の押し付け動作の時に遅れを生じないという利点を持っている。
【０００３】
また、電動ブレーキ用以外の推力アクチュエータとしては、例えば特開平３−４８０５４号公報に開示されたものがある（以下、これを第２の従来技術と云う）。この推力アクチュエータは、ボールねじのねじ軸に第１出力ギアを形成し、そのねじ軸に螺合するねじナットに第２出力ギアを形成し、一方、電動モータの出力軸には第１入力ギア及び第２入力ギアを取り付け、第１入力ギアを第１出力ギアに噛み合わせ、第２入力ギアを第２出力ギアに噛み合わせている。第１入力ギアと第１出力ギア間の第１ギア比（第１減速比）と、第２入力ギアと第２出力ギア間の第２ギア比（第２減速比）とは異ならせてある。そして、第１及び第２の出力ギア間の回転角度の差に対応してねじナットを回転させつつ前進運動させて、電動モータのトルクを推力に変換して出力するようにしている。このとき、第２ギア比と第１ギア比が微妙に異なると、ねじ軸とねじナットは電動モータ１回転に対してごく僅かしか相対回転しない。例えば、第２ギア比がａ：１、第１ギア比がｂ：１のギア比で減速されたとすると、電動モータ１回転に対してねじナットは１／ａ回転、ねじ軸は１／ｂ回転するので、ねじナットとねじ軸は相対的に（１／ａ−１／ｂ）回転する。したがってねじナットとねじ軸が相対的に１回転するには電動モータは、１／（１／ａ−１／ｂ）回転する必要があり、この値が等価的なギア比となる。したがってａとｂが近い値の場合は、あたかも大きなギア比のギア列を取り付けた場合と同じ推力が２組のギアで得られる。
【０００４】
第２の従来技術と類似の構成のアクチュエータが特開平８−２８６４７号公報に開示されている（以下、これを第３の従来技術と云う）。このアクチュエータは、第１ギアを取り付けたボールねじのねじ軸と、第２ギアを取り付けたスプライン軸とが平行に設置され、このねじ軸とスプライン軸とは、第１ギアと第２ギアの噛み合いにより連結されている。また、ねじ軸には第３ギアが形成されたねじナットが装着され、スプライン軸には第４ギアが形成されたスプラインナットが装着されている。ねじナットとスプラインナットとは、第３ギアと第４ギアの噛み合いにより連結されている。そして、モータの正転でねじ軸がＡ回転し、第１ギア、第２ギアを介してスプライン軸が減速されてＢ回転する。このＢ回転は第３ギア、第４ギアを介してねじナットに伝達され、ねじナットが減速されてＣ回転する。このＣ／Ａに比例してねじナットが回転しつつ前進運動し、モータのトルクが推力に変換されて出力される。また、この第３の従来技術には、遊星歯車列１段を用いたアクチュエータの例も開示されているが、いずれも狙いとする効果は、少ないギア段数で大きな減速比を得ようとするものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の従来技術では、ブレーキパッドを押し付ける推力を電動モータのトルクで発生させるが、ストロークは微小であるが非常に大きな推力を必要とする。このため、大きな電動モータで大きなトルクを発生させるか、小さな電動モータの小さなトルクを大きな減速比（例えば、１００以上など）で増幅して用いるか、の何れかで実現することになる。この第１の従来技術のように遊星歯車列１段とすると、インターナルギアの歯数とサンギアの歯数でギア比（減速比）が決まるので、その減速比は、せいぜい４〜６程度であり、そのままでは軽い小型乗用車でもかなり大きな電動モータを必要とし、また減速機（遊星歯車列）を多段にする場合は３段以上とする必要がある。また、このアクチュエータはブレーキキャリパという小さな空間に取り付けるものであるため、電動モータが巨大なものであったり減速機が多段になるような場合には取り付けができない、あるいはばね下荷重が重くなって乗り心地・操安性の悪化を招くおそれがある。
【０００６】
この１つの解決策として第２の従来技術に示すような減速機２組を用いて大きな減速比を得る方法がある。しかし、この第２の従来技術は電動モータの出力軸とボールねじのねじ軸がずれているため、装置が軸直方向に大きくなるとともに、２組の減速機の軸間距離が同一であるため、両減速機における入力ギアの歯数と出力ギアの歯数は合計で同じにしなければならない。したがって、例えば第１入力ギア２０枚・第１出力ギア４０枚（ギア比２）のとき、第２入力ギア・第２出力ギアのギア比を最も近く、かつ異なる値に選んでも、第２入力ギア２１枚・第２出力ギア３９枚（ギア比１．８５７）であり、前記の式によれば等価的なギア比は２６になる。これは、歯数が９枚の入力ギアと５１枚の出力ギア（合計６０枚でギア比５．６７）を２段直列にしたものより小さく、極端に大きなギア比は実現できない。また、第３の従来技術のように遊星歯車列を用いても、この従来技術のように１段で減速している場合、大きなギア比を得るとは不可能である。つまり、第１の従来技術で要求されるギア比と装置の大きさとは、第２、第３の従来技術を適用しても実現できないという問題点があった。また、第１の従来技術では、ねじ軸の先端部に取り付けた摩擦部材がブレーキパッドを裏側から押し付ける構造であったが、一般にキャリパはコの字形状でブレーキディスクを挟むように取り付いており、高圧でブレーキをかけると先端が開くように変形する。したがって摩擦部材とねじ軸とは、互いに傾斜はするが回転はしない構造に取り付ける必要があったが、そのような構造は非常に難しいという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、第１に減速機２組で、入力ギアの歯数を小さくすることなく、大きな等価ギア比を実現して大きな推力を発生することができ、第２に小型化することができるとともにコスト低減を図ることができ、第３に電動ブレーキ等に適用したとき、ねじ軸等に変形傾向が生じても無理なストレスがかかることなく、また動作遅れが生じることなく、適正に動作して高い信頼性を持つ電動推力アクチュエータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、電動モータと、該電動モータで駆動されるギア比の異なる２組の減速機と、該２組の減速機の回転数の差に応じて直進方向の変位を取り出すねじ構造とを有する電動推力アクチュエータであって、前記電動モータは中空構造の回転子を備え、前記２組の減速機は、それぞれ３個以上の歯車の組み合わせからなる第１、第２の遊星歯車列であり、前記第１の遊星歯車列は、少なくとも、前記電動モータの回転子の一端に形成された第１サンギアと、第１プラネタリギアと、第１インターナルギアと、前記第１プラネタリギアを回転可能に支える第１プラネットキャリアとを備えて構成され、前記第２の遊星歯車列は、少なくとも、前記電動モータの回転子の他端に形成された第２サンギアと、第２プラネタリギアと、第２インターナルギアと、前記第２プラネタリギアを回転可能に支える第２プラネットキャリアとを備えて構成され、前記ねじ構造は、前記電動モータの回転子の中空部分に貫通され、回転は可能で軸方向への移動は不能のねじ軸と、該ねじ軸の一端側に回転も軸方向への移動も可能に支えられ、前記第１プラネットキャリアが接続されるとともに推力作用端が取り付けられたねじナットとを備え、前記ねじ軸の他端側は前記第２プラネットキャリアに接続されていることを要旨とする。この構成により、両減速機をそれぞれ３個以上の歯車の組み合わせとすることで、そのギア比、即ち減速比は、入力ギアと出力ギアが直接噛み合っている場合と同様の入力ギアの歯数と出力ギアの歯数で決まり、このとき両減速機における歯数の合計が同じでなければならないという制約がなくなる。このことから両減速機のギア比を任意に設定することが可能となり、両減速機のギア比をごく近い値に設定することで大きな等価ギア比が実現されて大きな推力を発生させることが可能となる。また、この構成により、３個以上の歯車の組み合わせが、具体的にサンギア・プラネタリギア・インターナルギアを持つ遊星歯車列で実現される。第２の遊星歯車列でモータ回転子の中空部分を貫通したねじ軸が回転し、第１の遊星歯車列で推力作用端が取り付けられたねじナットが回転し、第１、第２の遊星歯車列の異なるギア比に応じて電動モータのトルクが推力に変換されて出力される。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記ねじ構造は、ボールねじであることを要旨とする。この構成により、ねじ構造の軸とナットが低摩擦で相対的に回転し、機構的なロスが極めて少なくなる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、上記請求項１記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記ねじ構造は、滑りねじであることを要旨とする。この構成により、ねじ構造を非常に安価に構成することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至３の何れかに記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記第２サンギアの歯数は前記第１サンギアの歯数より１枚多い又は少ないものとし、かつ前記第２インターナルギアの歯数は前記第１インターナルギアの歯数より１枚多い又は少ないことを要旨とする。この構成により、２組の減速機を第１、第２の遊星歯車列とした場合に、サンギア・インターナルギアの各歯数を、第１と第２の間で１枚ずつ異なる歯数とすることで、両減速機のギア比がごく近い値に設定され、大きな等価ギア比が実現されて極めて大きな推力を発生させることが可能となる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、上記請求項１乃至４の何れかに記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとの接続部は、該ねじ軸と第２プラネットキャリアとが互いに押しつけられたとき相互に摩擦力を発生する摩擦材と、前記ねじナットが推力の作用方向に移動する方向に前記電動モータを回転させた場合に限り前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとを相対回転不能に固定し、前記電動モータが逆回転の場合には前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとが相対的に自由に回転できるワンウェイクラッチとで構成してなることを要旨とする。この構成により、電動ブレーキ等に適用されて、推力が発生したとき、ねじ軸等に変形傾向が生じても、摩擦材の介在によりねじ軸に無理なストレスがかかることなく動作させることが可能となる。電動モータが逆回転して推力作用端がブレーキパッド等から離れ、推力がなくなると摩擦材による摩擦力がなくなるとともにワンウェイクラッチのクラッチ動作が解除され、ねじ軸とねじナットは一緒に回転してねじナット、即ち推力作用端はそれ以上後退しなくなる。したがって、次に電動モータが正回転して推力作用端が作用するときの初期位置が所定の位置に確実に決められる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、上記請求項１乃至５の何れかに記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記推力作用端とねじナットの間には、両者の中心軸が曲がっても両者が滑らかに回転できる調心軸受けを設けてなることを要旨とする。この構成により、電動ブレーキ等に適用されて、推力が発生したとき、推力作用端とねじ軸双方の中心軸にずれが生じても、その軸ずれが補正されて、ねじ軸に無理なストレスがかかることなく動作する。
【００１７】
請求項７記載の発明は、上記請求項１乃至６の何れかに記載の電動推力アクチュエータにおいて、前記第２プラネットキャリアは、回転可能かつ軸方向への移動は不能に支持するベアリングを備え、該ベアリングと当該ベアリングを支えるハウジングの間に、前記ベアリングに加わる軸方向の荷重を検出する荷重センサを設けてなることを要旨とする。この構成により、推力が発生してブレーキパッド等に作用しているとき、第２プラネットキャリアには、その全推力に対応した荷重が加わるので、発生した全推力が検出される。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、２組の減速機を、それぞれ３個以上の歯車の組み合わせからなる第１、第２の遊星歯車列で構成したため、両減速機における歯数の合計が同じでなければならないという制約がなくなって両減速機のギア比を任意に設定することが可能となり、両減速機のギア比をごく近い値に設定することで、入力ギアの歯数を小さくすることなく、また減速機２組で大きな等価ギア比が実現されて大きな推力を発生させることができる。具体的には、第１の遊星歯車列の第１サンギア・第１インターナルギアの各歯数に対し、第２の遊星歯車列の第２サンギア・第２インターナルギアの各歯数を例えば１枚ずつ増やす等の設定により、遊星歯車列からなる減速機２組で大きな等価ギア比が実現されて大きな推力を発生させることができる。また、入力ギアの歯数を小さくする必要がないことから、歯車列の噛み合い率が良好となり、作動時に異音の発生がない。さらに、請求項１記載の発明によれば、電動モータ・ねじ構造・第１、第２の遊星歯車列が同軸上に配置されるので小型化することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、前記ねじ構造は、ボールねじとしたため、機構的なロスが極めて少なくなって大きな推力を効果的に発生させることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、前記ねじ構造は、滑りねじとしたため、ねじ構造を安価に構成できるという効果がある。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、前記第２サンギアの歯数は前記第１サンギアの歯数より１枚多い又は少ないものとし、かつ前記第２インターナルギアの歯数は前記第１インターナルギアの歯数より１枚多い又は少ないようにしたため、２組の減速機を第１、第２の遊星歯車列とした場合に、サンギア・インターナルギアの各歯数を、具体的に第１と第２の間で１枚ずつ異なる歯数とすることで、両減速機のギア比がごく近い値に設定され、大きな等価ギア比が実現されて極めて大きな推力を発生させることができる。また、このとき第１、第２のプラネタリギアは同歯数で共通部品とすることができてコスト低減を図ることができる。
【００２５】
請求項５記載の発明によれば、前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとの接続部は、該ねじ軸と第２プラネットキャリアとが互いに押しつけられたとき相互に摩擦力を発生する摩擦材と、前記ねじナットが推力の作用方向に移動する方向に前記電動モータを回転させた場合に限り前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとを相対回転不能に固定し、前記電動モータが逆回転の場合には前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとが相対的に自由に回転できるワンウェイクラッチとで構成したため、電動ブレーキ等に適用されて、推力が発生したとき、ねじ軸等に変形傾向が生じても、摩擦材の介在によりねじ軸に無理なストレスがかかることなく動作させることができる。また電動モータが逆回転して推力作用端がブレーキパッド等から離れたときワンウェイクラッチのクラッチ動作が解除されるので、推力作用端の後退が停止し、次に電動モータが正回転して推力作用端が作用するときの初期位置が所定位置に確実に決められ、動作遅れが生じることがない。
【００２６】
請求項６記載の発明によれば、前記推力作用端とねじナットの間には、両者の中心軸が曲がっても両者が滑らかに回転できる調心軸受けを設けたため、電動ブレーキ等に適用されて、推力が発生したとき、推力作用端とねじ軸双方の中心軸にずれが生じても、その軸ずれが補正されて、ねじ軸に無理なストレスがかかることなく動作させることができる。
【００２７】
請求項７記載の発明によれば、前記第２プラネットキャリアは、回転可能かつ軸方向への移動は不能に支持するベアリングを備え、該ベアリングと当該ベアリングを支えるハウジングの間に、前記ベアリングに加わる軸方向の荷重を検出する荷重センサを設けたため、推力が発生してブレーキパッド等に作用しているとき、第２プラネットキャリアには、その全推力に対応した荷重が加わるので、発生した全推力を確実に検出することができる。したがって、この検出信号を基に電動モータへの供給電流を制御すれば任意の推力＝制動力を発生させることができる。ベアリングとハウジングの間に荷重センサを設けることで、荷重センサは回転、移動等をしないのでセンサハーネスの断線等のおそれがなく、耐久、信頼性の高いセンサ実装を行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。同図は、本実施の形態を組み込んだブレーキキャリパの例を示している。１は電動モータであり、ブラシレスモータが適用されている。ロータ位置センサ１ｃでロータ１ｂ位置を検出し、複数ある巻線１ａに逐次電流を与えることで中空構造のロータ１ｂが回転する。ロータ位置センサ１ｃはロータリエンコーダであり、一定角度毎にスリットの入った円盤が回転し、そのスリットを通過する光の断続を数えてロータ１ｂの位置を検出する。１ｄ，１ｅはボールベアリングであり、ロータ１ｂを回転可能に支えている。ロータ１ｂの図中左端には前側（第１）サンギア１ｆが設けられ、右端には後側（第２）サンギア１ｇが設けられて前後（第１、第２）の遊星歯車列（減速機）２，３の一部を構成している。１ｈはモータヨーク、１ｉ，１ｊはモータキャップである。２は前側遊星歯車列であり、前側サンギア１ｆの周囲に４個配置された前側プラネタリギア２ｂと、その外側のアクチュエータハウジング７に設けられた前側インターナルギア２ａで構成されている。前側プラネタリギア２ｂの各ギアは、全て軸２ｃによって前側プラネットキャリア２ｄに回転可能に固定されており、前側プラネットキャリア２ｄはねじ構造としてのボールねじ４のねじナット４ａのフランジ部として一体に形成されている。また前側サンギア１ｆと前側インターナルギア２ａは歯幅を長めにとってあり、前側プラネタリギア２ｂはここを軸方向に移動することができる。ここでは、前側インターナルギア２ａの歯数は、前記の例と合わせるため４０枚とし、前側サンギア１ｆの歯数は２０枚とする。前側プラネタリギア２ｂの歯数は、両者の差の半分なので１０枚である。３は後側遊星歯車列であり、後側サンギア１ｇの周囲に４個配置された後側プラネタリギア３ｂと、その外側のアクチュエータハウジング７に設けられた後側インターナルギア３ａで構成されている。後側プラネタリギア３ｂは、全て軸３ｃによって後側プラネットキャリア３ｄに回転可能に固定されている。ここでは後側インターナルギア３ａの歯数は４１枚、後側サンギア１ｇの歯数は２１枚とし、前側のインターナルギア２ａ・サンギア１ｆに対してそれぞれ１枚ずつ増加させた。後側プラネタリギア３ｂの歯数は前側と同じ１０枚である。後側プラネットキャリア３ｄは、回転可能かつ図の左方向に移動不可能にボールベアリング３ｅで固定されている。ボールベアリング３ｅは右方向には自由に移動できるようにアクチュエータハウジング７とのクリアランスが調節されている。また後側プラネットキャリア３ｄは中央部右側にワンウェイクラッチ３ｆを備えている。ワンウェイクラッチ３ｆは、内部に挿入した軸が一方向には自由に回転するが、他方には回転しない構造が実現できる。ここでは、Ａ矢印方向から見て、後側プラネットキャリア３ｄが中心軸より相対的に反時計回りに回ろうとするときはクラッチが働いて一体回転し、逆に回ろうとするときは働かないで双方がフリーに回転する向きに取り付けるものとする。４はボールねじであり、ねじナット４ａとねじ軸４ｂ及びボール４ｃによって構成されている。ボール４ｃはねじ軸４ｂの図中左３分の１程度に加工された螺旋状の溝と、ねじナット４ａに加工された同一ピッチの螺旋状の溝との間に収まっており、ねじナット４ａの端部でナット内部に形成されたボール通路を通って反対側の端部へ移動可能になっている。したがってねじナット４ａとねじ軸４ｂが相対的に回転すると、相対的に軸方向に移動する。そのとき力の伝達はボール４ｃが溝と通路で形成された無限通路を転がることで行われるため、低摩擦の動作が可能となっている。ねじ軸４ｂの図中右側には摩擦材４ｄが取り付けられ、後側プラネットキャリア３ｄへ押し付けるとねじ軸４ｂと後側プラネットキャリア３ｄの間の回転が止まるように摩擦力が働く。またねじ軸４ｂのさらに右側は、後側プラネットキャリア３ｄに取り付けられたワンウェイクラッチ３ｆに挿入されている。５は荷重センサであり、ボールベアリング３ｅに図の右方向に加わる荷重を検出する。ボールベアリング３ｅに加わる荷重は後側プラネットキャリア３ｄに加わる右方向荷重であり、この荷重はねじ軸４ｂを通して加えられるアクチュエータの発生推力そのものである。したがって、ここで荷重を検出することでアクチュエータが発生している推力を検出することができる。荷重センサ５の構成は、２枚の電極の間にピエゾ素子を挟み込み、荷重によって両電極間に発生する電圧を検出するようなものとする。６は推力作用端としてのピストンであり、左端面がブレーキパッド８の背面に当接し、右端面は自動調心軸受６ａを介してねじナット４ａに結合している。自動調心軸受６ａは、結合部材６ｂによってねじナット４ａに取り付けられており、軸受けの外輪と内輪の軸が曲がった場合でも滑らかに相対回転できるように軸を保持するものである。７はアクチュエータハウジングであり、前後の遊星歯車列２，３、電動モータ１などを内部に納め、図の左側はハウジング１０に取り付けられ、右側はエンドキャップ７ａで閉じられている。８はブレーキパッドであり、ピストン６によって内側にあるブレーキディスク９へ押し付けられ、ブレーキディスク９の回転を抑制する。１０はハウジングであり、装置全体を納めるとともに、ピン１０ａを介してキャリア１１に取り付けられており、キャリア１１によって図示されないアクスルに固定されている。またハウジング１０の内部にはピストンシール１０ｂと回転直動ブッシュ１０ｃが取り付けられており、ピストンシール１０ｂはピストン６が軸の傾きを許容しつつ図の左右方向に移動可能に支えるとともに、ブレーキパッド８側から異物などがアクチュエータ内部に侵入することを防ぐ。また回転直動ブッシュ１０ｃはねじナット４ａが回転しつつ図の左右方向に移動できるように支える。
【００３０】
次に、上述のように構成された電動推力アクチュエータの動作及び効果を説明する。一般に遊星歯車列は、サンギアの歯数をＨｓ、インターナルギアの歯数をＨｉとし、この構成のようにサンギアに入力を与えてプラネットキャリアから出力を取り出すと、サンギアに対してプラネットキャリアの回転は、減速比Ｈｓ／（Ｈｉ＋Ｈｓ）で減速される。したがって前記のように歯数を決めた場合、各ギア比は、
前側遊星歯車列：３
後側遊星歯車列：２．９５２３８
となる。したがって、電動モータ１に電流を与えて、図のＡ矢印方向から見て反時計回りにロータ１ｂを回転させると、電動モータ１の１回転に対して
【数１】
前側プラネットキャリア２ｄ…反時計回りに１／３回転
後側プラネットキャリア３ｄ…反時計回りに１／２．９５２３８回転
する。前側プラネットキャリア２ｄはねじナット４ａと一体なので、これはねじナット４ａの回転に等しい。またねじ軸４ｂは、ねじナット４ａとの間の摩擦力によりねじナット４ａに引きずられて同じように回転しようとするが、後側プラネットキャリア３ｄの回転がねじナット４ａの回転角度より大きいため、ワンウェイクラッチ３ｆが働き、ねじ軸４ｂは後側プラネットキャリア３ｄと同じに回転する。したがって、ねじ軸４ｂとねじナット４ａはともに反時計回りの回転をするが、ねじ軸４ｂの方が回転角度が大きいので、ねじナット４ａを止めてねじ軸４ｂのみを反時計回りに回したのと同じ動作となり、ねじナット４ａは図の左方向に移動する。同時に前側プラネタリギア２ｂもねじナット４ａとともにインターナルギア２ａ・サンギア１ｆの歯幅の範囲を移動する。このとき、ねじ軸４ｂとねじナット４ａの相対回転は電動モータ１の１回転に対して、
【数２】
１／２．９５２３８−１／３＝０．００５３７６３４
回転となる。この逆数をとると１８６であるため、電動モータ１が１８６回転するとねじ軸４ｂとねじナット４ａが相対的に１回転することになり、ギア比１８６でねじナット４ａのみを回した場合と同じ動作となる。したがって、あるトルクをモータが発生していれば、そのトルクは１８６倍されてボールねじ４を駆動し、ボールねじ４のリードをＬとするれば、トルク×２π／Ｌの推力を調心軸受６ａ・ピストン６を介してブレーキパッド８に作用させる。例えばリードを１０mm、トルクを０．５Nm、効率を８０％とすれば、４．７ton もの力を発生させることができる。ブレーキディスク９の有効径とタイヤ径の比を１：３、ブレーキパッド８の摩擦係数を０．３としても、１輪で９５３kgf の制動力となり、乗用車としては十分な制動力を得ることができる。このギア比１８６を遊星歯車列を単純に直列にして実現しようとすると、例えばサンギアの歯数を８としてギア比６を実現したとしても３段が必要であり、またギアの歯数を８など小さな値とすると、噛み合い率が悪くなり、作動時に音を発生したりするという不都合を生じる。しかし、この実施の形態では遊星歯車列２，３は２段で実現でき、しかもサンギアの歯数は２０と１９、プラネタリギアも１０であり、８などの小さい歯数の歯車を必要としない。また、この実施の形態のようにインターナルギアとサンギアの歯数を前後で１枚ずつ変えたことにより、大きな等価ギア比を実現したとともに、前後のプラネタリギア２ｂ，３ｂを共通部品とすることができ、コストの面でも有利である。推力が発生するとハウジング１０は図の上側を中心として電動モータ１後端が図の上側へ移動するように変形するため、ピストン６とボールねじ４双方の中心軸が一直線ではなく下へ凸の形状に曲がってしまう。従来技術では、ピストン部分が摩擦材とボールねじの軸で構成され、摩擦材が押し付けられて軸を回転させない構造とする必要があったので、軸と摩擦材は任意の方向に曲がるが回転はしないという構造で取り付ける必要があり、実際には実現不可能であった。それに対して本実施の形態では、摩擦材４ｄを後側プラネットキャリア３ｄとねじ軸４ｂとの間に設け、かつ変形の影響を受けるピストン６とねじナット４ａの間を自動調心軸受６ａで結合してあるため、現実的な構造によってボールねじ４に無理なストレスがかかることなく動作させることができる。さらにこの自動調心軸受６ａは、変形の際に図の上側の部分で大きな荷重を受けることになるが、ナットが回転する構造であり、かつパッドは徐々に減っていくものなので、大きな荷重を受けるローラーは逐次入り替わり、内外輪の接触位置も変化する。したがって大きな荷重を受ける点が分散するため、ローラーの耐久性が向上する。発生する推力は摩擦材４ｄを介して後側プラネットキャリア３ｄを押すので、この力はボールベアリング３ｅを介してエンドキャップ７ａを押す。そこで、このエンドキャップ７ａとボールベアリング３ｅの間に荷重センサ５を設けることでアクチュエータが発生してブレーキパッド８に作用している推力を検出することができるので、この信号を用いて電動モータ１への供給電流を調節すれば、任意の推力＝制動力を発生させることができる。さらにこの部分に取り付けた荷重センサ５は、回転も移動もしないためセンサハーネスの断線などの心配がなく、耐久・信頼性の高いセンサ実装が可能となる。
【００３１】
次に、電動モータ１を逆回転（Ａから見て時計回り）させた場合の動作である。すでに発生している推力はねじ軸４ｂを伝わり、摩擦材４ｄを後側プラネットキャリア３ｄに押し付ける。したがって摩擦材４ｄで発生する摩擦力によってねじ軸４ｂと後側プラネットキャリア３ｄは一緒に時計回りに回転する。同時にねじナット４ａも時計回りに回転し、このことで前記の動作と逆の動作でねじナット４ａが後退する。十分に後退すると、ブレーキパッド８がブレーキディスク９から離れ、同時にピストン６もブレーキパッド８から離れるため、推力を発生しなくなる。すると推力によって押し付けられていた摩擦材４ｄと後側プラネットキャリア３ｄとの間の摩擦力がなくなる。このときねじ軸４ｂはねじナット４ａの回転に引きずられて一緒に回転しようとし、かつねじナット４ａの回転角度と後側プラネットキャリア３ｄの回転角度は、前記の通り後側プラネットキャリア３ｄの方が大きいので、後側プラネットキャリア３ｄはねじ軸４ｂに対して相対的に時計回りに回ろうと回転し、ワンウェイクラッチ３ｆは働かない。したがって推力がなくなるとねじ軸４ｂとねじナット４ａは一緒に回転し、ねじナット４ａはそれ以上後退しなくなるため、ねじナット４ａは常にブレーキパッド８とブレーキディスク９が当たるか否かのぎりぎりの位置で停止する。このことでブレーキパッド８が徐々に減ったとしても次にブレーキを掛けようとして電動モータ１を正回転させたときの動作遅れが生じない。
【００３２】
なお、ここで用いた電動モータ１はブラシレスモータとしたが、その他のモータ、例えば第１の従来技術に用いられているブラシ付きの直流モータ、あるいはリラクタンスモータなど回転子（ロータ）を中空構造とすることが可能なモータであれば何でもよい。またギアの歯数もこれに限定されるものではなく、物理的に実現可能な歯数であればどのようなものでも構わない。前記のように２０枚・４０枚の組み合わせの場合、１枚ずつ増加させることで最大のギア比を得ようとすると１８６であったが、１９枚・３９枚に１枚ずつ増やした場合は１７４となる。したがってサンギアの歯数とインターナルギアの歯数の合計値と配分の双方を調節することで、欲しい等価ギア比を設定すればよい。またねじ構造もボールねじに限らず、滑りねじでも構わない。荷重センサも同様であり、この部分に挟み込んだ材料の軸方向歪みを歪みゲージ等で検出するようなもの、など別の方式でも構わない。
【００３３】
図２及び図３には、本発明の第２の実施の形態を示す。本実施の形態は、電動モータとボールねじを別配置し、平歯車による減速機２組で駆動するようにしたものである。まず構成を説明する。電動モータ２０の軸２０ａに第１入力ギア２１ａ、第２入力ギア２２ａが取り付けられている。ボールねじ２３のねじ軸２３ａには第１出力ギア２１ｂが取り付けられ、ねじナット２３ｂには、軸方向に溝を切ったスプライン軸２４ａが取り付けられている。スプライン軸２４ａはスプラインナット２４ｂを一体形成した回転軸２５とボール２４ｃを介して結合しており、このことで回転軸２５とスプライン軸２４ａ及びボールねじナット２３ｂとは、軸方向に相対移動は可能であるが、相対的に回転は不可能に結合している。回転軸２５の右端には第２出力ギア２２ｂが構成されている。またスプライン軸２４ａの左端には推力作用端２６がスラストベアリングを介して取り付けられている。ここまでの構成は、第２の従来技術（特開平３−４８０５４号公報）のものと殆ど同じであるが、大きく異なる点は、第１入力ギア２１ａと第１出力ギア２１ｂ及び第２入力ギア２２ａと第２出力ギア２２ｂとが、それぞれお互いに直接噛み合っていない点である。第１入力ギア２１ａと第１出力ギア２１ｂとは、図のＢ矢印方向から見た場合に図３で示されるような第１中間ギア２１ｃを介して噛み合っている。第２入力ギア２２ａと第２出力ギア２２ｂも同様に第２中間ギア２２ｃを介して噛み合っている。
【００３４】
次に、上述のように構成された第２の実施の形態の作用及び効果を説明する。この減速機構成の場合、ギア比は入力ギアから中間ギアへは、中間ギア歯数／入力ギア歯数、中間ギアから出力ギアへは、出力ギア歯数／中間ギア歯数となるので、入力ギアから出力ギアまでは両者の積であり、結局出力ギア歯数／入力ギア歯数となって、中間ギアの歯数はギア比に影響を与えない。したがって両減速機のギア比は、直接噛み合っている場合と同様に入力ギアの歯数と出力ギアの歯数で決めればよい。その際、両者が直接噛み合っていないので、第２の従来技術にあったような両ギアの歯数を合計で同じにしなければならないという制約がない。したがって、第１の実施の形態で説明したように、両者を１枚ずつ増やすなどの設定も可能であり、例えば第１の実施の形態と同じように２０枚・４０枚と２１枚・４１枚とすると、等価ギア比は８２となる。また４０枚・４１枚と４１枚・４２枚という近傍の値に設定すると、１７２２ものギア比となり、第１の実施の形態では不可能と思われる極大なギア比を得ることができる。なお入力ギアと出力ギアの歯数を決めた後に、中間ギアの歯数又は位置を調整することで設定したギア比に影響することなく両者を噛み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動推力アクチュエータの第１の実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図である。
【図３】図２のＢ側から見た第１（第２）入力ギア、第１（第２）中間ギア、第１（第２）出力ギアの噛み合い関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２０ 電動モータ
１ｂ ロータ
１ｆ 前側（第１）サンギア
１ｇ 後側（第２）サンギア
２ 前側（第１）遊星歯車列（減速機）
２ａ 前側（第１）インターナルギア
２ｂ 前側（第１）プラネタリギア
２ｄ 前側（第１）プラネットキャリア
３ 後側（第２）遊星歯車列（減速機）
３ａ 後側（第２）インターナルギア
３ｂ 後側（第２）プラネタリギア
３ｄ 後側（第２）プラネットキャリア
３ｅ ボールベアリング
３ｆ ワンウェイクラッチ
４，２３ ボールねじ（ねじ構造）
４ａ，２３ｂ ねじナット
４ｂ，２３ａ ねじ軸
４ｄ 摩擦材
５ 荷重センサ
６ ピストン（推力作用端）
６ａ 自動調心軸受
８ ブレーキパッド
９ ブレーキディスク
２０ａ モータ軸
２１ａ 第１入力ギア
２１ｂ 第１出力ギア
２１ｃ 第１中間ギア
２２ａ 第２入力ギア
２２ｂ 第２出力ギア
２２ｃ 第２中間ギア
２６ 推力作用端

Claims (7)

1. 電動モータと、該電動モータで駆動されるギア比の異なる２組の減速機と、該２組の減速機の回転数の差に応じて直進方向の変位を取り出すねじ構造とを有する電動推力アクチュエータであって、
   前記電動モータは中空構造の回転子を備え、
   前記２組の減速機は、それぞれ３個以上の歯車の組み合わせからなる第１、第２の遊星歯車列であり、
   前記第１の遊星歯車列は、少なくとも、前記電動モータの回転子の一端に形成された第１サンギアと、第１プラネタリギアと、第１インターナルギアと、前記第１プラネタリギアを回転可能に支える第１プラネットキャリアとを備えて構成され、
   前記第２の遊星歯車列は、少なくとも、前記電動モータの回転子の他端に形成された第２サンギアと、第２プラネタリギアと、第２インターナルギアと、前記第２プラネタリギアを回転可能に支える第２プラネットキャリアとを備えて構成され、
   前記ねじ構造は、前記電動モータの回転子の中空部分に貫通され、回転は可能で軸方向への移動は不能のねじ軸と、該ねじ軸の一端側に回転も軸方向への移動も可能に支えられ、前記第１プラネットキャリアが接続されるとともに推力作用端が取り付けられたねじナットとを備え、前記ねじ軸の他端側は前記第２プラネットキャリアに接続されていることを特徴とする電動推力アクチュエータ。
2. 前記ねじ構造は、ボールねじであることを特徴とする請求項１記載の電動推力アクチュエータ。
3. 前記ねじ構造は、滑りねじであることを特徴とする請求項１記載の電動推力アクチュエータ。
4. 前記第２サンギアの歯数は前記第１サンギアの歯数より１枚多い又は少ないものとし、かつ前記第２インターナルギアの歯数は前記第１インターナルギアの歯数より１枚多い又は少ないことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電動推力アクチュエータ。
5. 前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとの接続部は、該ねじ軸と第２プラネットキャリアとが互いに押しつけられたとき相互に摩擦力を発生する摩擦材と、前記ねじナットが推力の作用方向に移動する方向に前記電動モータを回転させた場合に限り前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとを相対回転不能に固定し、前記電動モータが逆回転の場合には前記ねじ軸と前記第２プラネットキャリアとが相対的に自由に回転できるワンウェイクラッチとで構成してなることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電動推力アクチュエータ。
6. 前記推力作用端とねじナットの間には、両者の中心軸が曲がっても両者が滑らかに回転できる調心軸受けを設けてなることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電動推力アクチュエータ。
7. 前記第２プラネットキャリアは、回転可能かつ軸方向への移動は不能に支持するベアリングを備え、該ベアリングと当該ベアリングを支えるハウジングの間に、前記ベアリングに加わる軸方向の荷重を検出する荷重センサを設けてなることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の電動推力アクチュエータ。

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