JP5376279B2 - 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

電動式直動アクチュエータおよび電動式ブレーキ装置 Download PDF

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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ケーシ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、これらの各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、各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各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する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）。通常、電動式ブレーキ装置は車両のばね下に取り付けられるので、路面からの振動を受けても安定して作動し、かつ、コンパクトに設計できるものが望まれる。
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、入力軸となる回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達するために、各遊星ローラを回転軸と外輪部材との間に負隙間をもたせて介在させ、回転軸の外径面と外輪部材の内径面との間で各遊星ローラを予圧するようにしているので、各遊星ローラを焼ばめ等によって外輪部材と回転軸の間に組み込む必要があった。また、予圧のための負隙間を管理するために、遊星ローラが転接する回転軸の外径面と外輪部材の内径面を、研磨加工等によって高い寸法精度で仕上げる必要もあった。このため、回転軸と外輪部材を仕上げ加工する加工工程と、遊星ローラを組み込む組み立て工程に手間がかかる問題があり、製造コスト増加の原因となっていた。
そこで、本発明の課題は、回転軸の外径面と外輪部材の内径面との間で各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達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、本発明の電動式直動アクチュエータは、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ケーシ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、これらの各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、前記回転軸の外径面または前記外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、前記各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、前記回転軸の周りを自転しながら公転する各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、前記回転軸の回転運動を前記キャリヤの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おいて、前記各遊星ローラを前記回転軸の外径面に押圧付勢する弾性部材を設けた構成を採用した。
すなわち、各遊星ローラを回転軸の外径面に押圧付勢する弾性部材を設けることにより、回転軸の外径面と外輪部材の内径面との間で各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達できるようにした。
前記各遊星ローラを押圧付勢する手段は、前記キャリヤに前記各遊星ローラを内径面で回転自在に支持する支持ピンを設け、これらの各支持ピンを、前記キャリヤに円周方向への移動を規制し、半径方向への移動を許容して取り付けて、前記弾性部材によって半径方向内方の前記回転軸側へ付勢するものとすることができる。
前記各遊星ローラの内径面に軸受部材を装着することにより、遊星ローラの回転に対する摩擦ロスを低減することができる。
前記各遊星ローラを押圧付勢する手段は、前記キャリヤに前記各遊星ローラを外径面で回転自在に支持する支持ピンを設け、これらの各支持ピンを、前記キャリヤに円周方向への移動を規制し、半径方向への移動を許容して取り付けて、前記弾性部材によって半径方向内方の前記回転軸側へ付勢するものとすることもできる。
前記各遊星ローラを外径面で回転自在に支持する各支持ピンの外周に、前記各遊星ローラの外径面に当接されて回転する軸受部材を装着することにより、遊星ローラの回転に対する摩擦ロスを低減することができる。
前記軸受部材を、前記支持ピンの回りにすべり回転するすべり軸受とすることにより、軸受部材をコンパクトなものとすることができる。
前記すべり軸受は、樹脂材料または含油材料で形成するとよい。
前記各支持ピンの両端部を、前記弾性部材によって半径方向内方へ付勢することにより、各遊星ローラを軸方向で均等に回転軸の外径面に押圧し、回転軸の回転トルクをより安定して各遊星ローラに伝達することができる。
前記各支持ピンを半径方向内方へ付勢する弾性部材は、各支持ピンを包絡するように巻回され、縮径するように弾性変形するリング状の弾性部材とすることができる。
前記各支持ピンに、前記巻回されるリング状の弾性部材が嵌まり込む溝を設けることにより、リング状の弾性部材の脱落を防止することができる。
前記縮径するように弾性変形するリング状の弾性部材は、円周方向の一部を切り欠いたばね鋼で形成された縮径リングばねとすることができる。
前記各支持ピンを半径方向内方へ付勢する弾性部材は、前記キャリヤに保持され、前記各支持ピンを個別に半径方向内方へ付勢する柱状の弾性部材とすることもできる。
前記各支持ピンに、前記柱状の弾性部材またはこの弾性部材の付勢力を仲介する仲介部材が嵌まり込む溝を設けることにより、各支持ピンのキャリヤからの軸方向への抜け出しを防止することができる。
前記柱状の弾性部材は圧縮コイルばねとすることができる。
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した。
本発明の電動式直動アクチュエータは、各遊星ローラを回転軸の外径面に押圧付勢する弾性部材を設けたので、回転軸の外径面と外輪部材の内径面との間で各遊星ローラを負隙間によって予圧することなく、回転軸の回転トルクを各遊星ローラに安定して伝達することができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図６は、第１の実施形態を示す。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、ケーシング１の円筒部１ａの一端側で瓢箪形を形成するように張り出すフランジ１ｂが設けられて、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、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の内径面に固定された外輪部材５との間に、キャリヤ６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。
前記ケーシング１のフランジ１ｂを設けた側には、円筒部１ａとフランジ１ｂを含めた外周に連なる周壁１ｃが設けられ、この周壁１ｃに蓋１ｄが取り付けられており、歯車３ａ、３ｂ、３ｃは、周壁１ｃと蓋１ｄ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。歯車３ｃを取り付けられた回転軸４は、蓋１ｄに設けられた孔に玉軸受８で支持され、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１ｄに差し渡された軸ピン９に玉軸受１０で支持されている。
前記ケーシング１の円筒部１ａの内径面には環状溝１１が設けられ、この環状溝１１に、外輪部材５に発生する直動アクチュエータの軸方向反力を受けるストッパ１２が嵌入され、その内径面を保持する円環状の保持部材１３が円筒部１ａの内径面に内嵌固定されている。ストッパ１２は、円周方向で複数に分割されて環状溝１１に容易に嵌入可能とされ、保持部材１３は、中間歯車３ｂと干渉しないように、円周方向の一部が切り欠かれている。
前記キャリヤ６は、回転軸４にすべり軸受１４ａで支持されたキャリヤ本体６ａと、各遊星ローラ７を内径面で回転自在に支持する支持ピン６ｂと、回転軸４にすべり軸受１４ｂで支持された支持板６ｃと、隣接する各遊星ローラ７間に通されて支持板６ｃをキャリヤ本体６ａに連結する複数の連結ボルト６ｄとからなり、各連結ボルト６ｄの外径面には、支持板６ｃの回転位置をキャリヤ本体６ａに位相合わせするためのカラー１５が装着されている。各支持ピン６ｂは、その基端側と先端側を、それぞれキャリヤ本体６ａと支持板６ｃとに設けられた半径方向の長孔１６に、円周方向への移動を規制され、半径方向への移動を許容されて取り付けられている。
前記各支持ピン６ｂの基端側と先端側の両端部の外径面には溝１７が設けられており、図４に示すように、円周方向の一部を切り欠いたばね鋼で形成された縮径リングばね１８が、これらの溝１７に嵌め込まれ、各支持ピン６ｂを包絡するように巻回されて装着されている。したがって、各支持ピン６ｂに回転自在に支持された各遊星ローラ７が回転軸４の外径面に押圧付勢され、回転軸４の回転トルクが安定して各遊星ローラ７に伝達される。なお、縮径リングばね１８は、縮径するように弾性変形するリング状のコイルばねで置換することもできる。
前記各遊星ローラ７は、内径面に装着された針状ころ軸受１９で各支持ピン６ｂに回転自在に支持され、その自転がスラストころ軸受２０でキャリヤ本体６ａに支持されている。各遊星ローラ７と一緒に公転するキャリヤ６には直線駆動部材２１が連結され、各遊星ローラ７の直線運動がキャリヤ６を介して直線駆動部材２１に伝達されるようになっている。直線駆動部材２１は、キャリヤ本体６ａの筒部に外嵌されて止め輪２２で抜け止めされ、スラストころ受２３でキャリヤ本体６ａと相対回転自在に支持されており、被駆動物に連結されて回り止めするキー２４が外側端面に設けられている。
また、隣接する前記各遊星ローラ７間には、両側の遊星ローラ７の外径面に摺接してグリースを塗布する扇形状の潤滑剤塗布部材２５が、キャリヤ６の連結ボルト６ｄと外輪部材５の内径面との間に保持されている。
図５（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５（ｂ）に示すように、各遊星ローラ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。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く、遊星ローラ７の螺旋溝７ａはリード角のない周方向溝とすることもできる。
また、前記遊星ローラ７の外径面の螺旋溝７ａは、溝幅が溝底側から溝縁側へ広がるように両側の側壁が傾斜し、条部材５ｂで形成された外輪部材５の内径面の螺旋凸条は、基部側から頂部側へ条幅が狭まるように、両側の側面が螺旋溝７ａの側壁の傾斜角と等しい角度で傾斜している。したがって、遊星ローラ７が外輪部材５の内径面に転接しながら、外輪部材５の螺旋凸条が遊星ローラ７のリード角が異なる螺旋溝７ａに嵌まり込むときに、螺旋凸条の肩部が螺旋溝７ａの溝縁部に接触することはなく、かつ、螺旋溝７ａに嵌まり込んだ螺旋凸条は、その側面を傾斜させた螺旋溝７ａの側壁に均等に当接させて、螺旋溝７ａと良好に係合する。
図６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ケーシング１が固定され、直線駆動部材２１がキー２４でブレーキパッド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。
図７は、第２の実施形態を示す。この電動式直動アクチュエータは、基本的な構成は第１の実施形態のものと同じであり、前記各遊星ローラ７を内径面で回転自在に支持する各支持ピン６ｂが、キャリヤ本体６ａと支持板６ｃに設けられた半径方向の孔２６に保持された圧縮コイルばね２７によって、仲介部材２８を介して基端側と先端側の両端部を半径方向内方へ個別に付勢され、各遊星ローラ７が回転軸４の外径面に押圧付勢されている点が異なる。その他の部分は第１の実施形態のものと同じであり、各支持ピン６ｂの両端部の外径面には仲介部材２８が嵌まり込む溝１７が設けられ、各支持ピン６ｂの基端側と先端側は、キャリヤ本体６ａと支持板６ｃに設けられた半径方向の長孔１６に、円周方向への移動を規制され、半径方向への移動を許容されて取り付けられている。
図８乃至図１０は、第３の実施形態を示す。この電動式直動アクチュエータは、図８および図９に示すように、前記各遊星ローラ７が外径面でキャリヤ６の各支持ピン６ｂに回転自在に支持され、キャリヤ本体６ａと支持板６ｃが各遊星ローラ７の中心孔に挿通された連結ボルト６ｄで連結されている。その他の部分は、潤滑剤塗布部材２５が省略されている点を除いて、第１の実施形態のものと同じである。
前記各支持ピン６ｂの外周には、遊星ローラ７の外径面に当接されて回転する樹脂材料で形成されたすべり軸受２９が装着されている。また、各連結ボルト６ｄの外径面には、支持板６ｃの回転位置をキャリヤ本体６ａに位相合わせするためのカラー１５が装着され、カラー１５を装着した連結ボルト６ｄは、各遊星ローラ７の中心孔に隙間を空けて挿通されている。
前記各支持ピン６ｂの基端側と先端側は、第１の実施形態のものと同様に、キャリヤ本体６ａと支持板６ｃに設けられた半径方向の長孔１６に、円周方向への移動を規制され、半径方向への移動を許容されて取り付けられ、両端部の外径面に設けられた溝１７に嵌め込まれ、各支持ピン６ｂを包絡するように巻回された縮径リングばね１８によって半径方向内方へ付勢されて、各遊星ローラ７を回転軸４の外径面に押圧付勢するようになっている。
図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、前記キャリヤ６の支持板６ｃは、外径面に縮径リングばね１８が嵌まり込む環状溝３０が設けられており、この環状溝３０が各支持ピン６ｂの取り付けられる半径方向の長孔１６の外径端位置よりも深く形成されて、環状溝３０に嵌め込まれた縮径リングばね１８が、各長孔１６に取り付けられる支持ピン６ｂを包絡するように巻回されるようになっている。図示は省略するが、キャリヤ本体６ａの外径面にも、同様に縮径リングばね１８が嵌まり込む環状溝３０が設けられている。
上述した実施形態では、遊星ローラの外径面の螺旋溝や周方向溝に嵌まり込む螺旋凸条を外輪部材の内径面に設け、この螺旋凸条を別体の条部材で形成したが、この螺旋凸条は回転軸の外径面に設けることもでき、外輪部材や回転軸と一体に形成することもできる。
第１の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す縦断面図 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 図１の縮径リングばねを示す側面図 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 第２の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す縦断面図 第３の実施形態の電動式直動アクチュエータを示す縦断面図 図８のIX−IX線に沿った断面図 ａは図８の支持板を示す正面図、ｂはａのXb−Xb線に沿った断面図
符号の説明
１ ケーシング
１ａ 円筒部
１ｂ フランジ
１ｃ 周壁
１ｄ 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 支持板
６ｄ 連結ボルト
７ 遊星ローラ
７ａ 螺旋溝
８ 玉軸受
９ 軸ピン
１０ 玉軸受
１１ 環状溝
１２ ストッパ
１３ 保持部材
１４ａ、１４ｂ すべり軸受
１５ カラー
１６ 長孔
１７ 溝
１８ 縮径リングばね
１９ 針状ころ軸受
２０ スラストころ軸受
２１ 直線駆動部材
２２ 止め輪
２３ スラストころ軸受
２４ キー
２５ 潤滑剤塗布部材
２６ 孔
２７ 圧縮コイルばね
２８ 仲介部材
２９ すべり軸受
３０ 環状溝
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 (5)

  1. 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ケーシ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、これらの各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、前記回転軸の外径面または前記外輪部材の内径面に螺旋凸条を設け、前記各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た電動式直動アクチュエータにおいて、前記キャリヤに前記各遊星ローラを内径面で回転自在に支持する支持ピンを、キャリヤ円周方向への移動を規制し、かつ、半径方向への移動を許容して取り付け、各支持ピンを包絡するように巻回され、縮径するように弾性変形するリング状の弾性部材により前記各遊星ローラを前記回転軸の外径面に押圧付勢したことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
  2. 前記支持ピンの外周に遊星ローラを回転自在に支持する軸受部材を設けた請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
  3. 前記各支持ピンに、前記リング状の弾性部材が嵌まり込む溝を設けた請求項１又は２に記載の電動式直動アクチュエータ。
  4. 前記リング状の弾性部材が、円周方向の一部を切り欠いたばね鋼で形成された縮径リングばねからなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電動式直動アクチュエータ。
  5. 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４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。
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