JP5585865B2 - 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

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、大推力を必要とする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、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。

また、前記電動式直動アクチュエータは、電動モータのロータ軸を回転軸として、その外径側に直動アクチュエータの各構成部品を配設し、電動モータと直動アクチュエータとを同軸上に直列に配置しているので、全体の軸方向長さ寸法が長くなる問題もある。

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と、電動式直動アクチュエータ全体の軸方向長さ寸法を短くすることである。

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直線運動に変換して、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て、前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置し、このロータ軸から前記回転軸に回転を伝達するように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するとともに、回転軸を電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置し、このロータ軸から回転軸に回転を伝達することにより、全体の軸方向長さ寸法を短くできるようにした。

前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と並行に配置することにより、全体の軸方向長さ寸法を最も短くして、かつ、外形を凹凸の少ないコンパクトな形態とすることができる。

前記回転軸には、歯車を用いて前記電動モータのロータ軸から回転を伝達することができる。

前記回転軸を支持する軸受を、前記ロータ軸からの回転伝達部と前記遊星ローラとの間の軸方向部位に配置することにより、回転軸が挿入されるハウジングの開口を閉塞する蓋に軸受を組み付けることを不要として、蓋を薄肉で簡単な形状に形成することができる。

前記回転軸を１箇所の軸受で支持して、前記回転軸と前記外輪部材との間に介在し、微小な径方向変位で前記外輪部材の内径面と接触する円環部を有する円環状部材によって、前記回転軸を前記軸受による支持部と軸方向で離れた部位で間接的に支持することにより、遊星ローラが回転軸の外径面に押圧されても、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。

前記外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、外輪部材の内径面に設けた螺旋溝に周着した条部材で形成することにより、螺旋凸条を容易に精度よく形成することができる。

前記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遊星ローラに安定して伝達することができる。

前記遊星ローラを押圧付勢する手段は、前記キャリヤに前記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。

前記支持ピンを半径方向内方へ付勢する弾性部材は、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。

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、かつ、電動式直動アクチュエータの軸方向長さ寸法を短くできるようにした。

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、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とともに、回転軸を電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置したので、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、かつ、全体の軸方向長さ寸法を短くすることができる。

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、かつ、電動式直動アクチュエータの軸方向長さ寸法を短くすることができる。

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、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の中心にロータ軸２ａと並行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。歯車３ａ、３ｂ、３ｃは平歯車またははすば歯車とすることができ、その素材は、鋼材等の金属のほかに、軽量化のできる樹脂や、成形が容易な焼結材とすることもできる。各歯車３ａ、３ｂ、３ｃを互いに異なる素材で形成してもよい。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が、歯車３ｃと遊星ローラ７との間の軸方向部位で、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は両側を止め輪１０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。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。

前記キャリヤ６は、回転軸４にそれぞれ焼結材で形成されたすべり軸受１３ａ、１３ｂで相対回転可能に外嵌されたキャリヤ本体６ａおよび支持板６ｂと、離間したキャリヤ本体６ａと支持板６ｂに両端部を支持され、遊星ローラ７を回転自在に支持する支持ピン６ｃと、支持板６ｂをキャリヤ本体６ａに位相合わせして連結する複数の連結棒６ｄとからなり、各連結棒６ｄの両端部はボルト６ｅでキャリヤ本体６ａと支持板６ｂに連結されている。各すべり軸受１３ａ、１３ｂは、樹脂、セラミックス、もしくはアルミニウム合金、銅合金等の金属、またはこれらの複合材で形成してもよい。

また、前記遊星ローラ７と一緒に公転するキャリヤ本体６ａは、サポート部材６ｆを介してスラストころ軸受１４で軸支持部材８の端面に公転自在に支持されて、回転軸４の基端側への移動を規制され、キャリヤ本体６ａと連結棒６ｄで連結された支持板６ｂは、回転軸４の先端に装着された止め輪１５に、焼結材で形成されたすべり軸受１６を介して抜け止めされて、回転軸４の先端側への移動を規制されている。したがって、キャリヤ６は、回転軸４の軸方向両側への移動を規制されている。なお、すべり軸受１６も、樹脂、セラミックス、もしくはアルミニウム合金、銅合金等の金属、またはこれらの複合材で形成してもよい。

前記遊星ローラ７は、キャリヤ６の支持ピン６ｃに針状ころ軸受１７で回転自在に支持されるとともに、その自転をスラストころ軸受１８でキャリヤ本体６ａに支持されており、各支持ピン６ｃは、その両端側をキャリヤ本体６ａと支持板６ｂとに設けられた半径方向の長孔１９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６ｃの両端部の外径面には溝２０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２１が、これらの溝２０に嵌め込まれ、各支持ピン６ｃ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６ｃ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。

前記連結棒６ｄは、隣接する各遊星ローラ７間でキャリヤ本体６ａと支持板６ｂを連結し、各連結棒６ｄと外輪部材５の内径面との間に、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２２が保持されている。また、外輪部材５の先端側の内径面には、これらの遊星ローラ７や潤滑剤塗布部材２２が配置された内径部を外部と遮断するようにシール部材２３が装着されている。シール部材２３は薄鋼板のプレス加工で形成され、外周に形成された円筒部で外輪部材５に内嵌されている。

前記キャリヤ本体６ａと支持板６ｂは、それぞれすべり軸受２４ａ、２４ｂを介して、微小な径方向変位で外輪部材５の内径面と接触する円環状部材とされ、回転軸４を間接的に支持して、回転軸４を１箇所で支持する玉軸受９にモーメント荷重が作用しないようにしている。各すべり軸受２４ａ、２４ｂは焼結材で形成され、それぞれキャリヤ本体６ａと支持板６ｂの外径面に圧入によって固定されている。各すべり軸受２４ａ、２４ｂも、樹脂、セラミックス、もしくはアルミニウム合金、銅合金等の金属、またはこれらの複合材で形成してもよい。

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２５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。遊星ローラ７の螺旋溝７ａは、螺旋凸条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２５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、回転軸を電動モータのロータ軸と並行に配置したが、回転軸をロータ軸と直角に配置することもできる。この場合は、傘歯車の噛合いや、ウォームと歯車の噛合い等によって、ロータ軸の回転を回転軸に伝達することができる。傘歯車やウォームと歯車の素材は、鋼材等の金属のほかに、樹脂や焼結材とすることもでき、噛み合う一対の傘歯車やウォームと歯車を、互いに異なる素材で形成してもよい。

また、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。

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 支持板
６ｃ 支持ピン
６ｄ 連結棒
６ｅ ボルト
６ｆ サポート部材
７ 遊星ローラ
７ａ 螺旋溝
８ 軸支持部材
９ 玉軸受
１０ 止め輪
１１ 軸ピン
１２ 玉軸受
１３ａ、１３ｂ すべり軸受
１４ スラストころ軸受
１５ 止め輪
１６ すべり軸受
１７ 針状ころ軸受
１８ スラストころ軸受
１９ 長孔
２０ 溝
２１ 縮径リングばね
２２ 潤滑剤塗布部材
２３ シール部材
２４ａ、２４ｂ すべり軸受
２５ 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 (10)

1. 電動モータ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直線運動に変換して、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て、前記ハウジングを静止部材とし、前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と同軸にならないように配置し、このロータ軸から前記回転軸に回転を伝達するようにし、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、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。
2. 前記回転軸を前記電動モータのロータ軸と並行に配置した請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記回転軸に歯車を用いて前記電動モータのロータ軸から回転を伝達するようにした請求項１または２に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記回転軸を支持する軸受を、前記ロータ軸からの回転伝達部と前記遊星ローラとの間の軸方向部位に配置した請求項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。
5. 前記回転軸を１箇所の軸受で支持して、前記回転軸と前記外輪部材との間に介在し、微小な径方向変位で前記外輪部材の内径面と接触する円環部を有する円環状部材によって、前記回転軸を前記軸受による支持部と軸方向で離れた部位で間接的に支持するようにした請求項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。
6. 前記外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、外輪部材の内径面に設けた螺旋溝に周着した条部材で形成した請求項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。
7. 前記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６のいずれかに記載の電動式直動アクチュエータ。
8. 前記遊星ローラを押圧付勢する手段が、前記キャリヤに前記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である請求項７に記載の電動式直動アクチュエータ。
9. 前記支持ピンを半径方向内方へ付勢する弾性部材を、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した請求項８に記載の電動式直動アクチュエータ。
10. 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９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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