JP5142536B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの回転軸の回転運動をボールねじ機構を介して出力軸の進退運動に変換するアクチュエータに関する。

運転者の制動操作を電気信号に変換して電気的液圧発生手段（スレーブシリンダ）を作動させ、このスレーブシリンダが発生するブレーキ液圧でホイールシリンダを作動させる、いわゆるＢＢＷ（ブレーキ・バイ・ワイヤ）式ブレーキ装置が、下記特許文献１により公知である。
特許第３２０５５７０号公報

ところで、かかるＢＢＷ式ブレーキ装置において、スレーブシリンダのピストンを駆動するアクチュエータにボールねじ機構を採用した場合、従来のボールねじ機構は、ピストンを押圧する雄ねじ部材を回転不能かつ軸方向移動可能に配置し、この雄ねじ部材に螺合する雌ねじ部材を電動モータで回転駆動することで、雄ねじ部材の回転を拘束しながら軸方向に進退させていた。このとき、雄ねじ部材の回転を拘束しながら軸方向に進退させる手段として、雄ねじ部材をハウジングにスプライン嵌合させたり、雄ねじ部材に植設したピンをハウジングの長溝に係合させたりする必要があり、そのスプラインやピンの摺動部に摩擦抵抗が発生することが避けられなかった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ボールねじ機構を用いて回転運動を進退運動に変換するアクチュエータの摩擦抵抗を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電動モータの回転軸の回転運動をボールねじ機構を介して出力軸の進退運動に変換するアクチュエータにおいて、前記アクチュエータを収容するアクチュエータハウジングに形成された雌ねじと前記出力軸の外周に設けた雄ねじとをボールを介して噛合させて前記ボールねじ機構を構成し、前記ボールねじ機構と同一ピッチを有する螺旋ギヤを前記出力軸の外周に設け、前記螺旋ギヤを前記回転軸により回転するピニオンに噛合させたことを特徴とするアクチュエータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ピニオンの回転角に対する前記螺旋ギヤの回転角が変化するように該螺旋ギヤのギヤ歯が形成されることを特徴とするアクチュエータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記電動モータの回転軸および前記ピニオンの間に減速手段を介在させたことを特徴とするアクチュエータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項２または請求項３の構成に加えて、前記アクチュエータは、運転者のブレーキ操作に応じてブレーキ液圧を発生するブレーキ・バイ・ワイヤ・システムのスレーブシリンダを駆動するものであり、制動初期に前記ピニオンの回転角に対する前記螺旋ギヤの回転角が大きくなるように設定したことを特徴とするアクチュエータが提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記雌ねじおよび前記雄ねじはそれぞれ２分割されており、一方側の前記雌ねじおよび前記雄ねじと、他方側の前記雌ねじおよび前記雄ねじとの間に、前記螺旋ギヤを配置したことを特徴とするアクチュエータが提案される。

請求項１の構成によれば、電動モータの回転軸によりピニオンを回転させると、そのピニオンに噛合する螺旋ギヤが設けられた出力軸が回転し、その出力軸の外周に設けた雄ねじとアクチュエータを収容するアクチュエータハウジングに形成された雌ねじとをボールを介して噛合させたボールねじ機構が作動することで出力軸を進退運動させることができる。このとき、出力軸の外周に設けた螺旋ギヤがボールねじ機構と同一ピッチを有するので、出力軸が進退運動してもピニオンと螺旋ギヤとの噛合が外れることがない。そして出力軸をスプラインやピンで回り止めしながら進退させる必要がないので、出力軸が進退する際の摺動抵抗を最小限に抑えるとができる。

また請求項２の構成によれば、ピニオンの回転角に対する螺旋ギヤの回転角が変化するように螺旋ギヤのギヤ歯を形成したので、電動モータを一定速度で回転させても出力軸の進退速度を変化させることができる。

また請求項３の構成によれば、電動モータの回転軸およびピニオンの間に減速手段を介在させたので、電動モータの回転軸および出力軸間の減速比の設定自由度を大幅に高めることができる。

また請求項４の構成によれば、運転者のブレーキ操作に応じてブレーキ液圧を発生するブレーキ・バイ・ワイヤ式ブレーキ装置のスレーブシリンダを駆動するアクチュエータが、制動初期にピニオンの回転角に対する螺旋ギヤの回転角が大きくなるように設定されるので、運転者がブレーキ操作した直後に高速で螺旋ギヤを回転させて出力軸を速やかに前進させ、制動力発生の応答性を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は車両用ブレーキ装置の正常時の液圧回路図、図２は図１に対応する異常時の液圧回路図、図３は図１の要部拡大図である。

図１に示すように、タンデム型のマスタシリンダ１１は、運転者がブレーキペダル１２を踏む踏力に応じたブレーキ液圧を出力する二つの第１液圧室１３Ａ，１３Ｂを備えており、一方の第１液圧室１３Ａは液路Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ，Ｐｅを介して例えば左前輪および右後輪のディスクブレーキ装置１４，１５のホイールシリンダ１６，１７に接続されるとともに、他方の第１液圧室１３Ｂは液路Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄ，Ｑｅを介して例えば右前輪および左後輪のディスクブレーキ装置１８，１９のホイールシリンダ２０，２１に接続される。

液路Ｐａ，Ｐｂ間に常開型電磁弁である遮断弁２２Ａが配置され、液路Ｑａ，Ｑｂ間に常開型電磁弁である遮断弁２２Ｂが配置され、液路Ｐｂ，Ｑｂと液路Ｐｃ，Ｑｃとの間にスレーブシリンダ２３が配置され、液路Ｐｃ，Ｑｃと液路Ｐｄ，Ｐｅ；Ｑｄ，Ｑｅとの間にＡＢＳ装置２４が配置される。

液路Ｑａから分岐する液路Ｒａ，Ｒｂには、常閉型電磁弁である反力許可弁２５を介してストロークシミュレータ２６が接続される。ストロークシミュレータ２６は、シリンダ２７にスプリング２８で付勢されたピストン２９を摺動自在に嵌合させたもので、ピストン２９の反スプリング２８側に形成された液室３０が液路Ｒｂに連通する。

図３から明らかなように、スレーブシリンダ２３のアクチュエータ５１は、電動モータ５２によりボールねじ機構５３を介して進退する出力軸５４を備えており、電動モータ５２の回転軸５５に設けたピニオン５６と出力軸５４の外周に設けた螺旋ギヤ５７とが噛合する。ボールねじ機構５３は、アクチュエータハウジング５８に２分割して設けた雌ねじ５９，５９と、出力軸５４の外周に２分割して設けた雄ねじ６０，６０と、雌ねじ５９，５９および雄ねじ６０，６０のねじ溝に係合する複数のボ−ル６１…とで構成される。雌ねじ５９，５９および雄ねじ６０，６０のねじ溝のピッチｐと、螺旋ギヤ５７のピッチｐとは同一に設定される。この実施の形態では、螺旋ギヤ５７のギヤ歯は３６０°（１ピッチ）分だけ形成される。

しかして、電動モータ５２を正逆方向に回転駆動すると、回転軸５５、ピニオン５６および螺旋ギヤ５７を介して出力軸５４が回転し、ボールねじ機構５３の固定された雌ねじ５９，５９に対して相対回転する雄ねじ６０，６０が軸方向に進退し、この雄ねじ６０，６０と一体の出力軸５４が軸方向に進退する。このとき、出力軸５４が１回転すると軸方向に１ピッチｐ移動することで、それと一体の螺旋ギヤ５７も１ピッチｐだけ移動するが、そのギヤ歯が１回転につき１ピッチｐだけ螺旋状に捩じれているため、ピニオン５６および螺旋ギヤ５７の噛み合いが外れることはない。

このように、ボールねじ機構５３の雌ねじ５９，５９を固定して雄ねじ６０，６０を回転させながら軸方向に移動させるので、従来の雄ねじを回転させなら雄ねじの回転（連れ回り）をスプラインやピンおよび長孔の係合による回転抑制機構で拘束して軸方向に移動させるものに比べて、その回転抑制機構の摩擦力を無くしてスムーズな作動を可能にすることができる。

図１に戻り、スレーブシリンダ２３のシリンダ本体３６の内部に一対のリターンスプリング３７Ａ，３７Ｂで後退方向に付勢された一対のピストン３８Ａ，３８Ｂが摺動自在に配置されており、ピストン３８Ａ，３８Ｂの前面に一対の第２液圧室３９Ａ，３９Ｂが区画される。一方の第２液圧室３９Ａはポート４０Ａ，４１Ａを介して液路Ｐｂ，Ｐｃに連通し、他方の第２液圧室３９Ｂはポート４０Ｂ，４１Ｂを介して液路Ｑｂ，Ｑｃに連通する。

しかして、アクチュエータ５１の電動モータ５２を一方向に駆動して出力軸５４を前進駆動すると、それに押されて一対のピストン３８Ａ，３８Ｂが前進し、液路Ｐｂ，Ｑｂに連なるポート４０Ａ，４０Ｂが閉塞された瞬間に第２液圧室３９Ａ，３９Ｂにブレーキ液圧を発生させ、そのブレーキ液圧をポート４１Ａ，４１Ｂを介して液路Ｐｃ，Ｑｃに出力することができる。

ＡＢＳ装置２４の構造は周知のもので、左前輪および右後輪のディスクブレーキ装置１４，１５の系統と、右前輪および左後輪のディスクブレーキ装置１８，１９の系統とに同じ構造のものが設けられる。その代表として左前輪および右後輪のディスクブレーキ装置１４，１５の系統について説明すると、液路Ｐｃと液路Ｐｄ，Ｐｅとの間に一対の常開型電磁弁よりなるインバルブ４２，４２が配置され、インバルブ４２，４２の下流側の液路Ｐｄ，Ｐｅとリザーバ４３との間に常閉型電磁弁よりなるアウトバルブ４４，４４が配置される。リザーバ４３と液路Ｐｃとの間に、一対のチェックバルブ４５，４６に挟まれた液圧ポンプ４７が配置されており、この液圧ポンプ４７は電動モータ４８により駆動される。

遮断弁２２Ａ，２２Ｂ、反力許可弁２５、スレーブシリンダ２３およびＡＢＳ装置２４の作動を制御する不図示の電子制御ユニットには、マスタシリンダ１１が発生するブレーキ液圧を検出する液圧センサＳａと、ディスクブレーキ装置１８，１９に伝達されるブレーキ液圧を検出する液圧センサＳｂと、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサＳｃ…とが接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用について説明する。

システムが正常に機能する正常時には、常開型電磁弁よりなる遮断弁２２Ａ，２２Ｂが消磁されて開弁し、常閉型電磁弁よりなる反力許可弁２５が励磁されて開弁する。この状態で液路Ｑａに設けた液圧センサＳａが運転者によるブレーキペダル１２の踏み込みを検出すると、スレーブシリンダ２３のアクチュエータ３１が作動して一対のピストン３８Ａ，３８Ｂが前進することで、一対の第２液圧室３９Ａ，３９Ｂにブレーキ液圧が発生する。このブレーキ液圧はＡＢＳ装置２４の開弁したインバルブ４２…を介してディスクブレーキ装置１４，１５，１８，１９のホイールシリンダ１６，１７，２０，２１に伝達され、各車輪を制動する。

スレーブシリンダ２３のピストン３８Ａ，３８Ｂが僅かに前進すると、ポート４０Ａ，４０Ｂが閉塞されて液路Ｐｂ，Ｑｂと第２液圧室３９Ａ，３９Ｂとの連通が遮断されるため、マスタシリンダ１１が発生したブレーキ液圧はディスクブレーキ装置１４，１５，１８，１９に伝達されることはない。このとき、マスタシリンダ１１の他方の第１液圧室１３Ｂが発生したブレーキ液圧は開弁した反力許可弁２５を介してストロークシミュレータ２６の液室３０に伝達され、そのピストン２９をスプリング２８に抗して移動させることで、ブレーキペダル１２のストロークを許容するとともに擬似的なペダル反力を発生させて運転者の違和感を解消することができる。

そして液路Ｑｃに設けた液圧センサＳｂで検出したスレーブシリンダ２３によるブレーキ液圧が、液路Ｑａに設けた液圧センサＳａで検出したマスタシリンダ１１によるブレーキ液圧に応じた大きさになるように、スレーブシリンダ２３のアクチュエータ３１の作動を制御することで、運転者がブレーキペダル１２に入力する踏力に応じた制動力をディスクブレーキ装置１４，１５，１８，１９に発生させることができる。

上述した制動中に、車輪速センサＳｃ…の出力に基づいて何れかの車輪のスリップ率が増加してロック傾向になったことが検出されると、常開型電磁弁よりなる遮断弁２２Ａ，２２Ｂを励磁して閉弁するとともにスレーブシリンダ２３を作動状態に維持し、この状態でＡＢＳ装置２４を作動させて車輪のロックを防止する。

即ち、所定の車輪がロック傾向になると、その車輪のディスクブレーキ装置のホイールシリンダに連なるインバルブ４２を閉弁してスレーブシリンダ２３からのブレーキ液圧の伝達を遮断した状態で、アウトバルブ４４を開弁してホイールシリンダのブレーキ液圧をリザーバ４３に逃がす減圧作用と、それに続いてアウトバルブ４４を閉弁してホイールシリンダのブレーキ液圧を保持する保持作用とを行うことで、車輪がロックしないように制動力を低下させる。

その結果、車輪速度が回復してスリップ率が低下すると、インバルブ４２を開弁してホイールシリンダのブレーキ液圧が増加させる増圧作用を行うことで、車輪の制動力を増加させる。この増圧作用により車輪が再びロック傾向になると、前記減圧、保持、増圧を再び実行し、その繰り返しにより車輪のロックを抑制しながら最大限の制動力を発生させることができる。その間にリザーバ４３に流入したブレーキ液は、液圧ポンプ４７により上流側の液路Ｐｃ，Ｑｃに戻される。

上述したＡＢＳ制御を実行している間、遮断弁２２Ａ，２２Ｂが閉弁状態に維持されることで、ＡＢＳ装置２４の作動による液圧変化がキックバックとなってマスタシリンダ１１からブレーキペダル１２に伝達されるのを防止することができる。

さて、電源の失陥等によりスレーブシリンダ２３が作動不能になると、スレーブシリンダ２３が発生するブレーキ液圧に代えて、マスタシリンダ１１が発生するブレーキ液圧による制動が行われる。

即ち、電源が失陥すると、図２に示すように、常開型電磁弁よりなる遮断弁２２Ａ，２２Ｂは自動的に開弁し、常閉型電磁弁よりなる反力許可弁２５は自動的に閉弁し、常開型電磁弁よりなるインバルブ４２…は自動的に開弁し、常閉型電磁弁よりなるアウトバルブ４４…は自動的に閉弁する。この状態では、マスタシリンダ１１の第１液圧室１３Ａ，１３Ｂにおいて発生したブレーキ液圧は、ストロークシミュレータ２６に吸収されることなく、遮断弁２２Ａ，２２Ｂ、スレーブシリンダ２３の第２液圧室３９Ａ，３９Ｂおよびインバルブ４２…を通過して各車輪のディスクブレーキ装置１４，１５，１８，１９のホイールシリンダ１６，１７，２０，２１を作動させ、支障なく制動力を発生させることができる。

次に、図４に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態ではアクチュエータ５１の螺旋ギヤ５７が３６０°（１ピッチｐ）にわたってギヤ歯を有しているが、第２の実施の形態の螺旋ギヤ５７のギヤ歯は３６０°を超えて形成されている。従って、出力軸５４を１ピッチｐよりも大きい距離にわたって進退させることができる。また螺旋ギヤ５７のギヤ歯の間隔は一定ではなく、次第に増加している。従って、ピストン３８Ａ，３８Ｂを前進させるべく電動モータ５２が一定速度で回転しても、ピニオン５６の回転速度に対する螺旋ギヤ５７の回転速度が次第に減少するため、ピストン３８Ａ，３８Ｂの前進速度は制動初期に高く、その後に次第に低くなり、制動力発生の応答性を高めることができる。

次に、図５に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１、第２の実施の形態では電動モータ５２の回転軸５５に直接ピニオン５６を設けているが、第３の実施の形態では電動モータ５２およびピニオン５６間に減速手段６２を配置している。減速手段６２は、電動モータ５２の回転軸５５に設けた小径の第１減速ギヤ６３と、中間軸６４に設けられて前記第１減速ギヤ６３に噛合する大径の第２減速ギヤ６５とを備えており、更に中間軸６４には前記ピニオン５６が設けられる。

この第３の実施の形態によれば、電動モータ５２およびピニオン５６間に減速手段６２を配置したので、電動モータ５２の回転軸５５および出力軸５４間の減速比の設定自由度を大幅に高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態のアクチュエータ５１はブレーキ・バイ・ワイヤ式ブレーキ装置のスレーブシリンダ２３の駆動源に適用しているが、本発明のアクチュエータは他の任意の用途に適用することができる。

第１の実施の形態に係る車両用ブレーキ装置の正常時の液圧回路図 図１に対応する異常時の液圧回路図 図１の要部拡大図 第２の実施の形態に係る、前記図３に対応する図 第３の実施の形態に係る、前記図３に対応する図

２３ スレーブシリンダ
５１ アクチュエータ
５２ 電動モータ
５３ ボールねじ機構
５４ 出力軸
５５ 回転軸
５６ ピニオン
５７ 螺旋ギヤ
５８ アクチュエータハウジング
５９ 雌ねじ
６０ 雄ねじ
６１ ボール
６２ 減速手段

Claims (5)

1. 電動モータ（５２）の回転軸（５５）の回転運動をボールねじ機構（５３）を介して出力軸（５４）の進退運動に変換するアクチュエータにおいて、
   前記アクチュエータを収容するアクチュエータハウジング（５８）に形成された雌ねじ（５９）と前記出力軸（５４）の外周に設けられた雄ねじ（６０）とをボール（６１）を介して噛合させて前記ボールねじ機構（５３）を構成し、前記ボールねじ機構（５３）と同一ピッチを有する螺旋ギヤ（５７）を前記出力軸（５４）の外周に設け、前記螺旋ギヤ（５７）を前記回転軸（５５）により回転するピニオン（５６）に噛合させたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記ピニオン（５６）の回転角に対する前記螺旋ギヤ（５７）の回転角が変化するように該螺旋ギヤ（５７）のギヤ歯が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記電動モータ（５２）の回転軸（５５）および前記ピニオン（５６）の間に減速手段（６２）を介在させたことを特徴とする、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記アクチュエータ（５１）は、運転者のブレーキ操作に応じてブレーキ液圧を発生するブレーキ・バイ・ワイヤ式ブレーキ装置のスレーブシリンダ（２３）を駆動するものであり、制動初期に前記ピニオン（５６）の回転角に対する前記螺旋ギヤ（５７）の回転角が大きくなるように設定したことを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記雌ねじ（５９）および前記雄ねじ（６０）はそれぞれ２分割されており、一方側の前記雌ねじ（５９）および前記雄ねじ（６０）と、他方側の前記雌ねじ（５９）および前記雄ねじ（６０）との間に、前記螺旋ギヤ（５７）を配置したことを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のアクチュエータ。

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