JP5257764B2

JP5257764B2 - 電動式直動アクチュエータおよび電動式ブレーキ装置

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Publication number: JP5257764B2
Application number: JP2008233380A
Authority: JP
Inventors: 達也山崎
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010065777A

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、直動ストロークが比較的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ハウジ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して、キャリヤまたはキャリヤに連結される直線駆動部材を被駆動物を直線駆動する出力部材とした機構を先に提案している（特許文献２、３参照）。

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）。

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に記載されたキャリヤまたはキャリヤに連結される直線駆動部材を直線運動する出力部材とし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、直線運動するキャリヤや直線駆動部材は軸方向の長さ寸法が比較的短いので、例えば、こ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では、被駆動物とされるブレーキ部材に被制動部材から接線力が作用するが、この接線力の一部がブレーキ部材に連結されるキャリヤや直線駆動部材に横向きのモーメントとして作用し、これらの直線運動のスムーズな案内が困難になる問題がある。外輪部材で案内される直線駆動部材をブレーキ部材に連結する場合は、ブレーキ部材が摩耗したときに、直線駆動部材の外輪部材からの軸方向突出量が大きくなって、その案内長さが短くなるので、直線駆動部材のスムーズな案内がより困難になる。

そこで、本発明の課題は、直線運動する出力部材に横向きのモーメントが作用しても、出力部材の直線運動をスムーズに案内できる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ハウジングの内径面に内嵌した外輪部材との間に、キャリヤの支持ピン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、前記外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、前記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、前記外輪部材と前記キャリヤとを軸方向へ相対移動させ、前記回転軸の回転運動を出力部材の軸方向への相対移動に変換して、直線運動する出力部材に連結される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、前記キャリヤの軸方向への移動を規制し、前記外輪部材を回り止めして、前記ハウジングの内径面に軸方向へスライド可能に内嵌し、前記外輪部材を直線運動する出力部材とした構成を採用した。

すなわち、キャリヤの軸方向への移動を規制し、外輪部材を回り止めして、ハウジングの内径面に軸方向へスライド可能に内嵌し、外輪部材を直線運動する出力部材とすることにより、出力部材としての外輪部材をハウジングの内径面で軸方向に長い寸法で案内可能とし、直線運動する出力部材に横向きのモーメントが作用しても、出力部材の直線運動をスムーズに案内できるようにした。

前記出力部材としての外輪部材に被駆動物が連結される軸方向一端側で前記ハウジングを開口させ、前記直線運動する外輪部材がこのハウジングの開口端から突出するようにすることにより、直線運動する外輪部材のストロークを長く設定できるとともに、被駆動物を容易に連結することができる。

前記外輪部材を前記被駆動物に回り止めすることにより、直線運動する外輪部材を簡単に回り止めすることができる。

前記キャリヤの軸方向の少なくとも１方向への移動は、前記回転軸に装着した止め輪で規制することができる。

前記キャリヤに、前記支持ピンに支持された遊星ローラを抜け止めする押さえプレートをキャリヤ本体と反対側に設け、この押さえプレートの部位で前記キャリヤの軸方向の１方向への移動を規制することができる。

前記止め輪でキャリヤの軸方向の移動を規制する部位にすべり軸受を介在させることにより、回転軸の回りに回転するキャリヤ側と、回転軸に装着した止め輪との周速差によるすべり摩擦を低減することができる。

前記すべり軸受は樹脂で形成するとよい。

前記外輪部材に被駆動物が連結される側と反対側への前記キャリヤの軸方向の移動は、前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する軸支持部材で規制することができる。

前記キャリヤをスラスト転がり軸受を介して前記軸支持部材に当接させることにより、キャリヤを円滑に回転させることができる。

前記遊星ローラとキャリヤを配設した前記外輪部材の内径部を外部と遮断するシール部材を設けることにより、内部の潤滑剤の飛散や、外部からの異物の侵入を防止することができる。

前記シール部材は、前記外輪部材に内嵌される円筒周縁部を有する円板状のものとすることができる。

前記円筒周縁部を有する円板状のシール部材は、薄肉金属板のプレス加工で形成することができる。

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することにより、ブレーキ部材に被制動部材から作用する接線力が、直線運動する出力部材に横向きのモーメントとして作用しても、出力部材の直線運動をスムーズに案内できるようにした。

本発明の電動式直動アクチュエータは、遊星ローラを支持するキャリヤの軸方向への移動を規制して、外輪部材をハウジングの内径面に軸方向へスライド可能に内嵌して回り止めし、外輪部材を直線運動する出力部材としたので、直線運動する出力部材に横向きのモーメントが作用しても、出力部材の直線運動をスムーズに案内することができる。

また、本発明の電動式ブレーキ装置は、被制動部材に押圧するブレーキ部材を、上述した電動式直動アクチュエータを用いて直線駆動するようにしたので、ブレーキ部材に被制動部材から作用する接線力が、直線運動する出力部材に横向きのモーメントとして作用しても、出力部材の直線運動をスムーズに案内することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。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、ハウジング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、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て、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の内径面に軸方向へスライド可能に内嵌された外輪部材５との間に、キャリヤ６の支持ピン６ｂ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。

前記ハウジング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の基端側が軸支持部材８に玉軸受９で支持されている。軸支持部材８は止め輪１０ａ、１０ｂでハウジング１に固定されおり、回転軸４やキャリヤ６の軸方向への移動を規制する役割もする。軸支持部材８はハウジング１と一体に形成してもよい。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。

前記遊星ローラ７と一緒に公転するキャリヤ６は、キャリヤ本体６ａがすべり軸受１３を介して回転軸４に相対回転可能に外嵌されて、スラストころ軸受１４を介して軸支持部材８の端面に当接され、回転軸４の基端側への移動を規制されている。また、各遊星ローラ７はキャリヤ６の支持ピン６ｂに針状ころ軸受１５で回転自在に支持されて、キャリヤ本体６ａと反対側を、支持ピン６ｂに止め輪１６で固定された押さえ板６ｃで抜け止めされ、その自転をスラストころ軸受１７でキャリヤ本体６ａに支持されている。

前記回転軸４の先端側には止め輪１８が装着され、キャリヤ６の押さえ板６ｃが樹脂で形成されたすべり軸受１９を介して止め輪１８に当接され、回転軸４の先端側へのキャリヤ６の移動が規制されている。押さえ板６ｃには遊星ローラ７側へ延びる部分円筒部６ｄが一体に形成され、この部分円筒部６ｄの内径側に、遊星ローラ７の外径面に潤滑剤を塗布する扇形状の潤滑剤塗布部材２０が保持されている。また、外輪部材５の端部内径面には、これらの遊星ローラ７や潤滑剤塗布部材２０が配置された内径部を外部と遮断するように、円筒周縁部を有するシール部材２１が内嵌されている。シール部材２１は薄鋼板のプレス加工で形成されている。シール部材２１は、樹脂やゴムで形成することもでき、外輪部材５と一体に形成することもできる。

前記外輪部材５の先端側には被駆動物が連結され、その先端面には被駆動物に回り止めされるキー２２が設けられている。したがって、ハウジング１の円筒部１ａの内径面に軸方向へスライド可能に内嵌された外輪部材５は、両方向への軸方向移動を規制されたキャリヤ６に対して相対移動して直線運動する出力部材となる。外輪部材５に被駆動物が連結される側の円筒部１ａは開口しており、外輪部材５は円筒部１ａの内径面で軸方向に長い長さ寸法で案内されて、円筒部１ａから突出するように長いストロークでスムーズに直線運動する。

図４（ａ）に示すように、前記各遊星ローラ７が転接する外輪部材５の内径面には２条の螺旋溝５ａが設けられ、各螺旋溝５ａに周着された別体の条部材５ｂで、外輪部材５の内径面に２条の螺旋凸条が形成されている。また、図４（ｂ）に示すように、遊星ローラ７の外径面には、条部材５ｂで形成された螺旋凸条が嵌まり込み、螺旋凸条と同一ピッチでリード角の異なる１条の螺旋溝７ａが設けられている。これらの螺旋凸条５ａと螺旋溝７ａの係合によって、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、外輪部材５と軸方向へ相対移動する。なお、外輪部材５の螺旋凸条を２条の多条螺旋としたのは、遊星ローラ７の螺旋溝７ａとのリード角の差の設定自由度を大きくするためであり、螺旋凸条は１条のものとしてもよい。また、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。

図５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ハウジング１が固定され、直線運動する出力部材としての外輪部材５がキー２２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。

上述した実施形態では、外輪部材の内径面の螺旋凸条を、螺旋溝に嵌め込まれた別体の条部材で形成したが、螺旋凸条は外輪部材と一体に形成することもできる。

電動式直動アクチュエータの実施形態を示す縦断面図図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（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１の外輪部材の螺旋凸条と遊星ローラの螺旋溝を示す正面図図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

符号の説明

１ハウジング
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螺旋溝
５ｂ条部材
６キャリヤ
６ａキャリヤ本体
６ｂ支持ピン
６ｃ押さえ板
６ｄ部分円筒部
７遊星ローラ
７ａ螺旋溝
８軸支持部材
９玉軸受
１０ａ、１０ｂ止め輪
１１軸ピン
１２玉軸受
１３すべり軸受
１４スラストころ軸受
１５針状ころ軸受
１６止め輪
１７スラストころ軸受
１８止め輪
１９すべり軸受
２０潤滑剤塗布部材
２１シール部材
２２キー
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

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ハウジングの内径面に内嵌した外輪部材との間に、キャリヤの支持ピン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、前記外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、前記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、前記外輪部材と前記キャリヤとを軸方向へ相対移動させ、前記回転軸の回転運動を出力部材の軸方向への相対移動に変換して、直線運動する出力部材に連結される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、前記キャリヤの軸方向への移動を規制し、前記外輪部材を回り止めして、前記ハウジングの内径面に軸方向へスライド可能に内嵌し、前記外輪部材を直線運動する出力部材とし、
前記遊星ローラを、軸方向にキャリヤ本体よりも被駆動物側に配置し、
前記外輪部材が前記螺旋凸条の全体を含む軸方向範囲に亘って前記ハウジングの内径面に内嵌した状態で、当該螺旋凸条が前記キャリヤ本体の外径側に存在することを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
前記外輪部材に被駆動物が連結される側と反対側への前記キャリヤの軸方向の移動を、前記回転軸を前記ハウジングに回転自在に支持する軸支持部材で規制し、
前記キャリヤを、スラスト転がり軸受を介して前記軸支持部材に当接させ、
前記外輪部材が前記スラスト転がり軸受に及ぶ軸方向範囲に亘って前記ハウジングの内径面に内嵌し、かつ前記周方向溝または前記螺旋溝の最も被駆動物側の周回部から嵌り込んでいる前記螺旋凸条が当該スラスト転がり軸受と前記キャリヤ本体の当接面の外径側に存在する状態から、当該外輪部材が被駆動物側への直線運動を開始する請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
前記キャリヤ本体を、すべり軸受を介して前記回転軸に相対回転可能に外嵌し、前記各遊星ローラの自転を、スラストころ軸受で前記キャリヤ本体に支持した請求項１又は２に記載の電動式直動アクチュエータ。
前記出力部材としての外輪部材に被駆動物が連結される軸方向一端側で前記ハウジングを開口させ、前記直線運動する外輪部材がこのハウジングの開口端から突出するようにした請求項１乃至３のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
前記キャリヤの軸方向の少なくとも１方向への移動を、前記回転軸に装着した止め輪で規制し、前記キャリヤに、前記支持ピンに支持された遊星ローラを抜け止めする押さえプレートを前記キャリヤ本体と反対側に設け、この押さえプレートの部位で前記キャリヤの軸方向の１方向への移動を規制した請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
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５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。