JP5797929B2 - 電動式直動アクチュエータおよび電動式ディスクブレーキ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ブレーキパッド等の被駆動部材を直線駆動する電動式直動アクチュエータおよびその電動式直動アクチュエータを用いた電動式ディスクブレーキ装置に関する。

電動モータを駆動源とする電動式直動アクチュエータにおいては、電動モータのロータ軸の回転運動を運動変換機構により軸方向に移動自在に支持された被駆動部材の直線運動に変換するようにしている。

電動式直動アクチュエータに採用された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が知られているが、これらの運動変換機構においては、ある程度の増力機能を有するものの、電動式ディスクブレーキ装置等で必要とされるような大きな増力機能を確保することができない。

そこで、上記のような運動変換機構を採用した電動式直動アクチュエータにおいては、遊星歯車機構等の減速機構を別途組込んで駆動力の増大を図るようにしているが、上記減速機構を組込む分、構成が複雑となり、電動式直動アクチュエータが大型化するという問題があった。

そのような問題点を解決するため、本件出願人は、減速機構を組込むことなく大きな増力機能を確保することができ、直動ストロークが比較的小さい電動式ディスクブレーキ装置への採用に好適な電動式直動アクチュエータを特許文献１において既に提案している。

上記特許文献１に記載された電動式直動アクチュエータにおいては、電動モータによって回転駆動される回転軸と、その回転軸の外側に設けられた外輪部材との間に複数の遊星ローラを組込み、その複数の遊星ローラのそれぞれを回転軸を中心にして回転可能なキャリアにより回転自在に支持し、上記回転軸の回転により、その回転軸との摩擦接触によって遊星ローラを自転させつつ公転させ、その遊星ローラの外径面に形成された螺旋溝または円周溝と外輪部材の内径面に設けられた螺旋突条との噛み合いによって外輪部材とキャリアを軸方向に相対的に直線移動させるようにしている。

ここで、遊星ローラが回転軸の外径面と外輪部材の内径面間に負の嵌め合い隙間をもって組込む構成であると、組付けに手間がかかり、コストが高くなるという問題が生じる。そこで、そのような問題点を解決するため、上記特許文献１に記載された電動式直動アクチュエータにおいては、複数の遊星ローラを回転自在に支持するローラ軸をキャリアによって径方向に移動自在に支持し、その複数のローラ軸のそれぞれを弾性部材により径方向内方に向けて付勢して、遊星ローラのそれぞれを回転軸の外径面に弾性接触させるようにしている。

特開２００９−１９７８６３号公報

ところで、特許文献１に記載された電動式直動アクチュエータにおいては、弾性部材としてＣ形リングを採用し、そのＣ形リングを複数のローラ軸に外接する組込みとして、各ローラ軸を径方向内方に向けて付勢するようにしており、上記Ｃ形リングはコストが安いという特徴を有するものの、ばね鋼の折曲げによる製造であるため、真円度に優れたリングを得ることができない。このため、複数の遊星ローラに対してばね荷重を均等に負荷することができず、回転軸と遊星ローラの接触部で滑りが生じて回転軸が空回転する可能性があり、遊星ローラへの回転伝達効率の向上を図る上において改善すべき点が残されていた。

また、上記特許文献１では、圧縮コイルばねにより複数の遊星ローラのそれぞれを回転軸に個別に押し付けるようにした実施の形態も示されているが、圧縮コイルばねの収容に大きなスペースを確保することができない。このため、遊星ローラのそれぞれに対して大きな押付け力を付与することができず、この場合においても、前記と同様に、遊星ローラへの回転伝達効率の向上を図る上において改善すべき点が残されていた。

この発明の課題は、回転軸との接触回転によって遊星ローラを自転させつつ公転させて、その遊星ローラを支持するキャリアと外輪部材とを相対的に軸方向に移動させるようにした電動式直動アクチュエータにおいて、回転軸の回転を複数の遊星ローラのそれぞれに対してロスなく確実に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、第１の発明に係る電動式直動アクチュエータにおいては、円筒状のハウジング内に外輪部材を組込み、その外輪部材の軸心上に電動モータを駆動源として回転駆動される回転軸を設け、その回転軸の外径面と前記外輪部材の内径面間に複数の遊星ローラを組込み、その複数の遊星ローラのそれぞれを回転自在に支持する遊星ローラと同数のローラ軸を有し、それぞれのローラ軸が径方向に移動自在とされたキャリアを前記回転軸を中心にして回転自在に支持し、前記遊星ローラのそれぞれの外径面に前記外輪部材の内径面に設けられた螺旋突条に噛合する螺旋溝または円周溝を形成し、前記回転軸を回転し、その回転軸との摩擦接触により複数の遊星ローラを自転および公転させて外輪部材とキャリアとを相対的に軸方向に移動させるようにした電動式直動アクチュエータにおいて、前記周方向で隣接する一対のローラ軸間に、その一対のローラ軸を接近する方向に向けて付勢する弾性部材を設けた構成を採用したのである。

また、この発明に係る電動式ディスクブレーキ装置においては、電動式直動アクチュエータによりブレーキパッドを直線駆動し、そのブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、そのブレーキディスクに制動力を付与するようにした電動式ディスクブレーキ装置において、前記電動式直動アクチュエータとしてこの発明に係る電動式直動アクチュエータを用いた構成を採用したのである。

上記の構成からなる電動式直動アクチュエータにおいて、電動モータの駆動により回転軸を回転させると、遊星ローラが回転軸との摩擦接触によって自転しつつ公転し、遊星ローラの外径面に形成された螺旋溝または円周溝と外輪部材の内径面に設けられた螺旋突条の係合により外輪部材とキャリアの一方が軸方向に直線移動する。

このため、上記外輪部材とキャリアのうち、軸方向に直線移動する一方の部材に電動式ディスクブレーキ装置のブレーキパッドを接続することにより、ブレーキパッドを直線駆動してブレーキディスクに押し付けることができ、ブレーキディスクに制動力を付与することができる。

第１の発明に係る電動式直動アクチュエータにおいては、周方向で隣接する一対のローラ軸間に弾性部材を設けて、その一対のローラ軸を接近する方向に向けて付勢するようにしたことにより、一対のローラ軸のそれぞれには、回転軸を中心としてローラ軸の中心を通る仮想円の接線方向分力と径方向内方に向く径方向分力が作用し、その径方向分力によってローラ軸のそれぞれに支持された遊星ローラが回転軸の外径面に強く押し付けられることになる。

その結果、回転軸の回転は複数の遊星ローラのそれぞれにロスなく確実に伝達されることになり、キャリアと外輪部材が相対的に確実に直線駆動する。

ここで、一対のローラ軸がキャリアを貫通して外部に位置する軸端部間に弾性部材を設けることにより、弾性部材の組込みに大きなスペースを確保することができ、ばね定数の大きな弾性部材の組込みを可能とすることができる。

上記弾性部材は、引張りコイルばねであってもよく、あるいは、一対のローラ軸に係合される一対の係合片を両端部に有し、その一対の係合片間に内向き屈曲部が形成されたＭ字状のばね鋼板製の薄板ばね又は鋼線製の線細工ばねであってもよい。また、コイルスプリングをリング状としたガータスプリングであってもよく、Ｏリングであってもよい。

第１の発明に係る電動式直動アクチュエータでは、周方向で隣接する一対のローラ軸間に弾性部材を設けるようにしたが、回転軸を対称軸とする対称配置の一対のローラ軸間に弾性部材を設けて一対のローラ軸を接近する方向に向けて付勢してもよい。

この場合、弾性部材として、一部が切り離されたほぼ楕円状のばね鋼板製の薄板ばねまたは鋼線製の線細工ばねを採用することができる。

回転軸の回転を複数の遊星ローラのそれぞれに対してロスなく確実に伝達できるようにするという課題を解決するため、第２の発明に係る電動式直動アクチュエータにおいては、円筒状のハウジング内に外輪部材を組込み、その外輪部材の軸心上に電動モータを駆動源として回転駆動される回転軸を設け、その回転軸の外径面と前記外輪部材の内径面間に複数の遊星ローラを組込み、その複数の遊星ローラのそれぞれを回転自在に支持する遊星ローラと同数のローラ軸を有し、それぞれのローラ軸が径方向に移動自在とされたキャリアを前記回転軸を中心にして回転自在に支持し、前記ローラ軸のそれぞれに外接するよう掛け渡された弾性部材によりローラ軸を半径方向内方に向けて付勢して遊星ローラのそれぞれを回転軸の外径面に圧接し、前記遊星ローラのそれぞれの外径面に前記外輪部材の内径面に設けられた螺旋突条に噛合する螺旋溝または円周溝を形成し、前記回転軸を回転し、その回転軸との摩擦接触により複数の遊星ローラを自転および公転させて外輪部材とキャリアとを相対的に軸方向に移動させるようにした電動式直動アクチュエータにおいて、前記弾性部材として、ガータスプリング又はＯリングとした構成を採用したのである。

上記の第２の発明に係る直動アクチュエータにおいては、弾性部材がガータスプリングまたはＯリングからなるため、その弾性部材の縮径方向の弾性力を複数のローラ軸のそれぞれに対して均等に付加することができ、複数の遊星ローラのそれぞれを回転軸の外径面に強く接触させることができる。

第１の発明においては、上記のように、周方向で隣接する一対のローラ軸間又は回転軸を対称軸とする対称配置の一対のローラ軸間に弾性部材を設けて一対のローラ軸を接近する方向に向けて付勢するようにしたことにより、ローラ軸のそれぞれに支持された遊星ローラを回転軸の外径面に強く押し付けることができ、回転伝達効率の優れた電動式直動アクチュエータを提供することができる。

第２の発明においても、弾性部材の縮径方向の弾性力を複数のローラ軸のそれぞれに対して均等に付加することができるため、複数の遊星ローラのそれぞれを回転軸の外径面に接触させることができ、回転伝達効率の優れた電動式直動アクチュエータを提供することができる。

この発明に係る電動式直動アクチュエータの第１の実施の形態を示す縦断面図 図１の一部を拡大して示す断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 弾性部材の他の例を示す断面図 弾性部材のさらに他の例を示す断面図 弾性部材のさらに他の例を示す断面図 この発明に係る電動式直動アクチュエータの第２の実施の形態を示す断面図 この発明に係る電動式直動アクチュエータの第３の実施の形態を示す断面図 この発明に係る電動式直動アクチュエータの第４の実施の形態を示す断面図 この発明に係る電動式ディスクブレーキ装置の実施の形態を示す縦断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る電動式直動アクチュエータの第１の実施の形態を示す。この実施の形態で示される電動式直動アクチュエータＡは、円筒状のハウジング１を有し、そのハウジング１の一端には径方向外方に張り出すベースプレート２が設けられ、そのベースプレート２の外側面はハウジング１の一端部にボルト止めされたカバー３によって覆われている。

ハウジング１の内部には外輪部材５が組込まれている。外輪部材５は回り止めされ、かつ、ハウジング１の内径面に沿って軸方向に移動自在とされ、その内径面には、図２に示すように、断面Ｖ字形の螺旋突条６が設けられている。

図１に示すように、ハウジング１内には、外輪部材５の軸方向一端側に軸受部材７が組込まれている。軸受部材７は円盤状をなし、その中央部にはボス部７ａが設けられている。軸受部材７は、ハウジング１の内径面に取付けた止め輪８によってカバー３側に移動するのが防止されている。

軸受部材７のボス部７ａ内には一対の転がり軸受９が軸方向に間隔をおいて組込まれ、その転がり軸受９によって外輪部材５の軸心上に配置された回転軸１０が回転自在に支持されている。

ハウジング１のベースプレート２には電動モータ１１が支持され、その電動モータ１１のロータ軸１２の回転は、カバー３内に組込まれたギヤ減速機構１３によって回転軸１０に伝達されるようになっている。

外輪部材５の内側には回転軸１０を中心にして回転可能なキャリア１４が組込まれている。図２および図３に示すように、キャリア１４は、軸方向で対向する一対のディスク１４ａ、１４ｂを有し、一方のディスク１４ｂに設けられた複数の間隔調整用柱部１５によって一対のディスク１４ａ、１４ｂの対向間隔が一定に保持されている。

キャリア１４は、一対のディスク１４ａ、１４ｂの内径面に組み込まれたすべり軸受１６により回転軸１０を中心にして回転自在に、かつ、軸方向にスライド自在に支持され、上記回転軸１０の軸端部に取付けられた止め輪１７により回転軸１０の軸端から抜け出るのが防止されている。

キャリア１４における一対のディスク１４ａ、１４ｂのそれぞれには、軸方向で対向する一対の軸挿入孔１８が周方向に９０°の間隔をおいて４組形成され、各組の対向一対の軸挿入孔１８のそれぞれにローラ軸１９の軸端部が挿入されている。それぞれのローラ軸１９には対向一対の軸受２０が嵌合され、その軸受２０によって遊星ローラ２１が回転自在に支持されている。

ここで、一対のディスク１４ａ、１４ｂに形成された軸挿入孔１８は径方向に長い長孔とされており、ローラ軸１９はその長孔の両端に当接する範囲において移動自在とされている。

ローラ軸１９の両端部は、ディスク１４ａ、１４ｂを貫通し、そのディスク１４ａ、１４ｂの外側面から外部に位置する端部は小径軸部１９ａとされ、周方向で隣接するローラ軸１９の小径軸部１９ａ間には、図４に示すように、弾性部材としての引張りコイルばね２２が掛け渡されている。

引張りコイルばね２２は、周方向で隣接する一対のローラ軸１９を互いに接近する方向に向けて付勢しており、その付勢によってローラ軸１９には、回転軸１０を中心としてローラ軸１９の中心を通る仮想円の接線方向分力と径方向内方に向く径方向分力とが作用する。

このとき、１本のローラ軸１９の小径軸部１９ａには、２本の引張りコイルばね２２が掛かり、それぞれの引張りコイルばね２２からローラ軸１９に作用する接線方向分力は反対向きであるため、接線方向分力は打ち消されて、ローラ軸１９には、２本の引張りコイルばね２２の径方向分力のみが作用し、その径方向分力によって遊星ローラ２１が回転軸１０の外径面に強く押し付けられている。

遊星ローラ２１の外径面には、外輪部材５に設けられた螺旋突条６のピッチと同一のピッチで螺旋溝２３が形成され、その螺旋溝２３に螺旋突条６が係合している。なお、螺旋溝２３に代えて、複数の円周溝を螺旋突条６のピッチと同一のピッチで形成してもよい。

図２に示すように、キャリア１４の一対のディスク１４ａ、１４ｂのうち、軸受部材７側に位置するインナ側ディスク１４ａと遊星ローラ２１の対向面間にはスラスト軸受２４が組み込まれている。

また、キャリア１４におけるインナ側ディスク１４ａと軸受部材７の対向面間には、環状のサポート部材２５と、スラスト軸受２６とが組み込まれ、上記スラスト軸受２６はキャリア１４およびサポート部材２５に負荷される軸方向のスラスト荷重を受けるようになっている。

サポート部材２５にはインナ側ディスク１４ａと対向する面に円径凹部２７が形成され、その円径凹部２７内に前述の引張りコイルばね２２が収容されている。

外輪部材５のハウジング１の端部開口から外部に位置する他端の開口はシールカバー２９の取付けにより閉塞されて内部に異物が侵入するのが防止されている。一方、ハウジング１の他端開口は、その他端部と外輪部材５の他端部間に取付けられたブーツ３０により閉塞されて内部に異物が侵入するのが防止されている。

第１の実施の形態で示す電動式直動アクチュエータＡは上記の構造からなり、図１１は、その電動式直動アクチュエータＡを採用した電動式ディスクブレーキ装置Ｂを示す。この電動式ディスクブレーキ装置Ｂにおいては、電動式直動アクチュエータＡにおけるハウジング１の他端部にキャリパボディ部４１を一体に設け、そのキャリパボディ部４１内に外周部の一部が配置されたブレーキディスク４２の両側に固定ブレーキパッド４３と可動ブレーキパッド４４を設け、その可動ブレーキパッド４４を外輪部材５の他端部に連結一体化している。

図１１に示すような電動式ディスクブレーキ装置Ｂへの電動式直動アクチュエータＡの使用状態において、図１に示す電動モータ１１の駆動により回転軸１０が回転すると、遊星ローラ２１が回転軸１０との摩擦接触により自転しつつ公転する。

この時、遊星ローラ２１の外径面には螺旋溝２３が形成され、その螺旋溝２３に外輪部材５の内径面に設けられた螺旋突条６が係合しているため、遊星ローラ２１の自転および公転により外輪部材５が軸方向に移動し、可動ブレーキパッド４４がブレーキディスク４２に押し付けられ、ブレーキディスク４２に制動力が付与される。

図１乃至図４に示す電動式直動アクチュエータにおいては、遊星ローラ２１を回転自在に支持するローラ軸１９とこれに周方向で隣接するローラ軸１９の小径軸部１９ａ間に引張りコイルばね２２を掛け渡して、一対のローラ軸１９を互いに接近する方向に付勢しているため、複数の遊星ローラ２１のそれぞれを回転軸１０に強く接触させることができる。

このため、回転軸１０と複数の遊星ローラ２１の接触部で滑りを生じるというようなことがなく、回転軸１０の回転は複数の遊星ローラ２１のそれぞれにロスなく確実に伝達されることになり、外輪部材５は確実に直線駆動し、電動式直動アクチュエータＡが作動不能になるというようなことはない。

図４では、周方向で隣接するローラ軸１９の小径軸部１９ａ間にかけ渡されて、そのローラ軸１９を径方向内方に付勢する弾性部材として引張りコイルばね２２を採用したが、弾性部材は引張りコイルばね２２に限定されるものではない。

図５乃至図７は、弾性部材の他の例を示している。図５では、一対のローラ軸１９の小径軸部１９ａに係合される一対の係合片３１ａを両端部に有し、その一対の係合片３１ａ間に内向き屈曲部３１ｂが形成されたＭ字状のばね鋼板製の薄板ばね３１を弾性部材として、その薄板ばね３１を周方向で隣接するローラ軸１９の小径軸部１９ａ間にかけ渡している。なお、薄板ばね３１に代えて、鋼線をＭ字状に曲げ加工した線細工ばねを採用するようにしてもよい。

図６では、コイルスプリングをリング状としたガータスプリング３２を弾性部材とし、また、図７では、弾性を有するＯリング３３を弾性部材として、隣接するローラ軸１９の小径軸部１９ａ間にかけ渡している。

図５乃至図７に示すいずれの弾性部材においても複数のローラ軸１９を径方向内方に付勢して遊星ローラ２１を回転軸１０の外径面に強く弾性接触させることができ、回転軸１０の回転を複数の遊星ローラ２１のそれぞれに確実に伝達することができる。

図８は、この発明に係る電動式直動アクチュエータの第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、回転軸１０を対称軸とする対称配置の一対のローラ軸１９の小径軸部１９ａ間に、ばね鋼板を曲げ加工して一部が切り離されたほぼ楕円状の弾性部材としてのばね鋼板製の薄板ばね３５を掛け渡して対称配置の一対のローラ軸１９を半径方向内方に向けて付勢している。

上記第２の実施の形態においても、複数の遊星ローラ２１のそれぞれを回転軸１０に強く接触させることができ、回転軸１０の回転を複数の遊星ローラ２１のそれぞれにロスなく確実に伝達することができる。

なお、ばね鋼板製の薄板ばね３５に代えて、鋼線を曲げ加工して一部が切り離されたほぼ楕円状の線細工ばねを弾性部材に採用してもよい。

図９は、この発明に係る電動式直動アクチュエータの第３の実施の形態を示す。この実施の形態においては、遊星ローラ２１を回転自在に支持するローラ軸１９のそれぞれに外接するようして弾性部材としてのガータスプリング３６を掛け渡し、そのガータスプリング３６が縮径しようとする方向の弾性力によってローラ軸１９のそれぞれを半径方向内方に向けて付勢している。

図１０は、この発明に係る電動式直動アクチュエータの第４の実施の形態を示す。この実施の形態においては、第３の実施の形態に示すガータスプリング３６に代えて、ゴムからなる弾性を有するＯリング３７を採用し、そのＯリング３７の縮径方向の弾性力によってローラ軸１９のそれぞれを半径方向内方に向けて付勢している。

第３の実施の形態および第４の実施の形態のいずれも、ガータスプリング３６やＯリング３７の縮径方向の弾性力を複数のローラ軸のそれぞれに対して均等に付加することができる。このため、複数の遊星ローラ２１のそれぞれを回転軸１０に強く接触させることができ、回転軸１０の回転を複数の遊星ローラ２１のそれぞれにロスなく確実に伝達することができる。

実施の形態では、遊星ローラ２１の自転と公転とによって外輪部材５を軸方向に移動させるようにしたが、外輪部材５を固定し、キャリア１４を軸方向に移動させるようにしてもよい。また、遊星ローラ２１の本数は任意であり、偶数本とするのが好ましい。

Ａ 電動式直動アクチュエータ
Ｂ 電動式ディスクブレーキ装置
１ ハウジング
５ 外輪部材
６ 螺旋突条
１０ 回転軸
１１ 電動モータ
１４ キャリア
２１ 遊星ローラ
２２ 引張りコイルばね(弾性部材)
２３ 螺旋溝
３１ 薄板ばね(弾性部材)
３１ａ 係合片
３１ｂ 屈曲部
３２ ガータスプリング(弾性部材)
３３ Ｏリング(弾性部材)
３５ 薄板ばね(弾性部材)
３６ ガータスプリング(弾性部材)
３７ Ｏリング(弾性部材)
５１ ブレーキディスク
５３ 可動ブレーキパッド(ブレーキパッド)

Claims (6)

1. 円筒状のハウジング内に外輪部材を組込み、その外輪部材の軸心上に電動モータを駆動源として回転駆動される回転軸を設け、その回転軸の外径面と前記外輪部材の内径面間に複数の遊星ローラを組込み、その複数の遊星ローラのそれぞれを回転自在に支持する遊星ローラと同数のローラ軸を有し、それぞれのローラ軸が径方向に移動自在とされたキャリアを前記回転軸を中心にして回転自在に支持し、前記遊星ローラのそれぞれの外径面に前記外輪部材の内径面に設けられた螺旋突条に噛合する螺旋溝または円周溝を形成し、前記回転軸を回転し、その回転軸との摩擦接触により複数の遊星ローラを自転および公転させて外輪部材とキャリアとを相対的に軸方向に移動させるようにした電動式直動アクチュエータにおいて、
   前記複数のローラ軸の前記キャリアを貫通して外部に位置する両端部に小径軸部を設け、周方向で隣接する一対のローラ軸の前記小径軸部間に、その一対のローラ軸を互いに接近する方向に向けて付勢する弾性部材を掛け渡して各ローラ軸の両端部のそれぞれに２本の弾性部材の弾性力を付与したことを特徴とする電動式直動アクチュエータ。
2. 前記弾性部材が、引張りコイルばねからなる請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
3. 前記弾性部材が、前記一対のローラ軸の小径軸部に係合される一対の係合片を両端部に有し、その一対の係合片間に内向き屈曲部が形成されたＭ字状の薄板ばね又は線細工ばねからなる請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
4. 前記弾性部材が、コイルスプリングをリング状としたガータスプリングからなる請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
5. 前記弾性部材が、Ｏリングからなる請求項１に記載の電動式直動アクチュエータ。
6. 電動式直動アクチュエータによりブレーキパッドを直線駆動し、そのブレーキパッドでブレーキディスクを押圧して、そのブレーキディスクに制動力を付与するようにした電動式ディスクブレーキ装置において、
   前記電動式直動アクチュエータが請求項１乃至５のいずれかの項に記載の電動式直動アクチュエータからなることを特徴とする電動式ディスクブレーキ装置。

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