JP5440923B2

JP5440923B2 - 電動式直動アクチュエータおよび電動式ブレーキ装置

Info

Publication number: JP5440923B2
Application number: JP2009224106A
Authority: JP
Inventors: 達也山崎; 雅章江口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-09-29
Also published as: JP2011074932A

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。

これに対して、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、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、外輪部材とキャリヤとが軸方向へ相対移動するようにし、回転軸の回転運動をキャリヤの直線運動に変換して、キャリヤを被駆動物を直線駆動する出力部材とした機構を先に開発している（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を１箇所の軸受で支持し、回転軸の回転トルクを遊星ローラに安定して伝達するために、各遊星ローラを焼きばめ等によって回転軸と外輪部材との間に組み込んで、径方向の予圧を付与するようにしていたので、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があり、製造コスト増加するとともに、遊星ローラの組み込みに手間がかかる問題があった。

この問題に対して、本発明者らは、回転軸の外径面に各遊星ローラを押圧付勢する弾性部材を設けて、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可能とすることを先に提案している（特願２００８−０３８９１０）。また、回転軸の微小な径方向変位で外輪部材の内径面と接触する接触支持部または円環状部材を設け、１箇所の軸受で支持された回転軸を別の箇所で間接的に支持することにより、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、かつ、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにした電動式直動アクチュエータも提案している（特願２００８−２０７１５７、特願２００８−２０７１７２）。さらに、このような構成で、キャリヤの軸方向への移動を規制し、外輪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も提案している（特願２００８−２６０５４７）。

特願２００８−２０７１５７、特願２００８−２０７１７２および特願２００８−２６０５４７で提案した電動式直動アクチュエータは、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、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることができるが、微小な径方向変位で外輪部材の内径面と接触する接触支持部や円環状部材が、大径寸法で厳しい加工精度を必要とし、製造コストが増大する問題があった。また、接触支持部や円環状部材に外輪部材の内径面との接触で摩耗等が生じ、耐久性にも問題があった。

そこで、本発明の課題は、製造コストの増大や耐久性の低下を来たすことなく、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、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しない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、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、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が軸方向へ相対移動するようにし、前記回転軸の回転運動を、前記軸方向へ相対移動する外輪部材とキャリヤのいずれか一方を出力部材とした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、前記回転軸をハウジングに支持する軸受を、軸方向の２箇所以上に配置した構成を採用した。

すなわち、回転軸をハウジングに支持する軸受を、軸方向の２箇所以上に配置することにより、製造コストの増大や耐久性の低下を来たすことなく、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、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにした。

前記軸方向の２箇所以上に配置した軸受の少なくとも１つを、他の軸受から軸方向で離間させることにより、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でき、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることができる。

前記軸受の少なくとも１つは、前記回転軸に前記ロータ軸から回転が伝達される部位と前記遊星ローラが転接する部位との間に配置し、この軸受を、前記ハウジングの内径面に固定された円環状の軸受固定部材の内径面に取り付けるとよい。

前記軸受固定部材に、前記遊星ローラ側へ張り出す円筒部を設け、この円筒部の内径面に、もう１つの前記軸受を取り付けることにより、これらの２つの軸受を容易に離間させて配置することができる。

前記軸受の少なくとも１つは、深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受とすることができる。

前記軸受の少なくとも２つをアンギュラ玉軸受とする場合は、これらのアンギュラ玉軸受を互いに背面を向き合わせて配置するとよい。

前記複数の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ることにより、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。

また、本発明は、電動モータの回転運動を出力部材の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、製造コストの増大や耐久性の低下を来たすことなく、直動アクチュエータの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、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにした。

本発明の電動式直動アクチュエータは、回転軸をハウジングに支持する軸受を、軸方向の２箇所以上に配置したので、製造コストの増大や耐久性の低下を来たすことなく、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、回転軸の軸受にモーメント荷重が作用しないようにすることができる。

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

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いる。電動モータ２のロータ軸２ａの回転は、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、円筒部１ａの内径面に固定された外輪部材５と回転軸４との間に介在する４個の遊星ローラ６が、キャリヤ７に回転自在に支持されて、回転軸４の回転に伴ってその周りを自転しながら公転し、後述する外輪部材５の螺旋凸条５ａと遊星ローラ６の螺旋溝６ａとの係合によって、遊星ローラ６を支持するキャリヤ７と外輪部材５とが軸方向へ相対移動する。この実施形態では、キャリヤ７の軸方向移動が規制され、直線運動する外輪部材５が、出力部材として被駆動物を直線駆動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。歯車３ａはロータ軸２ａに、歯車３ｃは回転軸４に取り付けられ、これらと噛み合う中間歯車３ｂは、フランジ１ｂと蓋１ｃに差し渡された軸ピン８に玉軸受９で支持されている。

前記回転軸４にロータ軸２ａからの回転を伝達する歯車３ｃと、回転軸４に転接する遊星ローラ６との間には、回転軸４を支持するための軸受固定部材１０が、ハウジング１の円筒部１ａの内径面に止め輪１１で固定されている。軸受固定部材１０は、円筒部１ａの内径面に固定された円環部１０ａと、その内径側で遊星ローラ６側へ張り出す円筒部１０ｂとからなり、円環部１０ａと円筒部１０ｂの内径面に、回転軸４を回転自在に支持する２つのアンギュラ玉軸受１２ａ、１２ｂが、互いに背面を向けるように軸方向で離間されて取り付けられている。

前記キャリヤ７は、回転軸４にすべり軸受１３ａ、１３ｂでスライド可能かつ相対回転可能に外嵌されたキャリヤ本体７ａおよび支持板７ｂと、離間したキャリヤ本体７ａと支持板７ｂに両端部を支持され、遊星ローラ６を回転自在に支持する支持ピン７ｃと、支持板７ｂをキャリヤ本体７ａに位相合わせして連結する複数の連結棒７ｄとからなり、各連結棒７ｄの両端部はボルト７ｅでキャリヤ本体７ａと支持板７ｂに連結されている。各支持ピン７ｃは、その両端側をキャリヤ本体７ａと支持板７ｂとに設けられた半径方向の長孔１４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７ｃの両端部の外径面には溝１５が設けられ、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１６が、各溝１５に嵌め込まれて、各支持ピン７ｃ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７ｃに回転自在に支持された各遊星ローラ６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６に伝達される。

前記各遊星ローラ６は、内径面に装着された針状ころ軸受１７でキャリヤ７の支持ピン７ｃに回転自在に支持され、その自転をスラストころ軸受１８でキャリヤ本体７ａに支持されている。また、隣接する各遊星ローラ６間には、両側の遊星ローラ６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１９が、キャリヤ７の連結棒７ｄと外輪部材５の内径面との間に保持されている。

前記キャリヤ７のキャリヤ本体７ａは、サポート部材７ｆを介してスラストころ軸受２０で、前記軸方向を固定された軸受固定部材１０の円環部１０ａに公転自在に支持されている。また、遊星ローラ６に対して反対側の支持板７ｂは、すべり軸受２１を介して止め輪２２で回転軸４に抜け止めされており、キャリヤ７の軸方向への移動が規制されている。

前記出力部材としての外輪部材５は、ハウジング１の円筒部１ａにスライド可能に内嵌され、被駆動物に連結されて回り止めするキー２３が前端面に設けられている。また、外輪部材５の外径側は、円筒部１ａとの間を環状のシール部材２４でシールされ、外輪部材５の内径側は、キャリヤ７の支持板７ｂに内嵌された回転軸４の端を覆うように、膜状のシール部材２５でシールされている。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、前記外輪部材５の内径面には２条の螺旋凸条５ａが設けられ、遊星ローラ６の外径面には、螺旋凸条５ａが嵌まり込み、螺旋凸条５ａと同一ピッチでリード角の異なる１条の螺旋溝６ａが設けられている。これらの螺旋凸条５ａと螺旋溝６ａ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６が、螺旋凸条５ａと螺旋溝６ａとのリード角の差で、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５ａを２条の多条螺旋としたのは、遊星ローラ６の螺旋溝６ａ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５ａは１条のものとしてもよい。また、遊星ローラ６の螺旋溝６ａ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、出力部材としての外輪部材５が左方へ直線運動するときに、被駆動物としてのブレーキパッド３３をディスクロータ３２に押圧するように直線駆動する。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、回転軸を支持する２つの軸受をアンギュラ玉軸受としたが、これらの軸受は、深溝玉軸受等の他のタイプの軸受とすることもでき、２つの軸受を異なるタイプの軸受とすることもできる。回転軸を３つ以上の軸受で支持することもできる。

また、上述した実施形態では、相対移動するキャリヤと外輪部材のうち、キャリヤの軸方向移動を規制して、外輪部材を直線運動する出力部材としたが、外輪部材の軸方向移動を規制して、キャリヤを直線運動する出力部材とすることもできる。

さらに、上述した実施形態では、外輪部材の内径面の螺旋凸条を一体に形成したが、外輪部材の内径面に螺旋溝を設け、この螺旋溝に嵌め込まれた別体の条部材で螺旋凸条を形成することもできる。

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螺旋凸条
６遊星ローラ
６ａ螺旋溝
７キャリヤ
７ａキャリヤ本体
７ｂ支持板
７ｃ支持ピン
７ｄ連結棒
７ｅボルト
７ｆサポート部材
８軸ピン
９玉軸受
１０軸受固定部材
１０ａ円環部
１０ｂ円筒部
１１止め輪
１２ａ、１２ｂアンギュラ玉軸受
１３ａ、１３ｂすべり軸受
１４長孔
１５溝
１６縮径リングばね
１７針状ころ軸受
１８スラストころ軸受
１９潤滑剤塗布部材
２０スラストころ軸受
２１すべり軸受
２２止め輪
２３キー
２４、２５シール部材
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、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、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が軸方向へ相対移動するようにし、前記回転軸の回転運動を、前記軸方向へ相対移動する外輪部材とキャリヤのいずれか一方を出力部材とした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、前記回転軸をハウジングに支持する軸受を、前記回転軸に前記ロータ軸から回転が伝達される部位と前記遊星ローラが転接する部位との間の軸方向の２箇所以上に配置したことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
前記軸方向の２箇所以上に配置した軸受の少なくとも１つを、他の軸受から軸方向で離間させた請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
前記軸受の少なくとも１つを、深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受とした請求項１又は２に記載の電動式直動アクチュエータ。
前記軸受の少なくとも２つをアンギュラ玉軸受とし、これらのアンギュラ玉軸受を互いに背面を向き合わせて配置した請求項１又は２に記載の電動式直動アクチュエータ。
前記複数の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請求項１乃至４のいずれか１項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出力部材の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１項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。