WO2013054695A1 - 直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサおよび直動アクチュエータ - Google Patents

直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサおよび直動アクチュエータ Download PDF

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axial
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唯 増田
山崎　達也
村松　誠
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a magnetic load sensor for a linear motion actuator and a linear motion actuator incorporating the magnetic load sensor.
  • a hydraulic brake device that drives a friction pad with a hydraulic cylinder and presses a brake disc has been adopted.
  • brake control such as ABS (anti-lock brake system)
  • a hydraulic circuit Electric brake devices that don't use the
  • An electric brake device generally has a linear actuator comprising a rotary shaft to which the rotation of an electric motor is input and a linear motion mechanism that converts the rotation of the rotary shaft into the axial movement of the linear motion member.
  • a load sensor for detecting the magnitude of the axial load applied to the object is often incorporated in the linear motion actuator.
  • the load sensor for the linear motion actuator a sensor that detects a load with a minute displacement as much as possible is used in order to improve the response of the electric brake.
  • a load sensor for a linear motion actuator disclosed in Patent Document 1 includes a pair of opposed annular plate-shaped pressing plates, a quartz piezoelectric element sandwiched between the pair of pressing plates, and the quartz piezoelectric element and a pressing plate on one side. It has an insulating plate that electrically insulates between them, and a lead wire that takes out the voltage generated by the crystal piezoelectric element.
  • the magnitude of the axial load can be determined by measuring the magnitude of the voltage. Can be detected. Further, since the displacement of the pressing plate due to the deformation of the crystal piezoelectric element is minute, when this sensor is incorporated in the electric brake, the responsiveness of the electric brake is not impaired.
  • a load sensor having high durability and capable of detecting a load with a minute displacement can be realized, and as such a load sensor, a linear actuator is an object.
  • a magnetic load sensor has been devised.
  • This magnetic load sensor receives the reaction force of the axial load applied to the object by the linear actuator, causing the flange member to bend.
  • the deflection causes the relative position of the magnetic target and the magnetic sensor to change. Since the output signal of the magnetic sensor changes in accordance with the change of, the magnitude of the axial load can be detected based on the output signal of the magnetic sensor. Since this magnetic load sensor detects the axial load by using the change in the relative position of the magnetic target and the magnetic sensor arranged in non-contact with each other, an impact load or a shear load is input to the load sensor. However, it is difficult for the sensor to fail, and high durability can be ensured.
  • a thrust bearing is usually composed of a pair of washer plates facing each other in the axial direction, a plurality of rolling elements incorporated between facing surfaces of the washer plate, and a cage that holds the interval between these rolling members. . Then, the inventors of the present invention may cause hysteresis errors in the detected load when the thrust bearing washer is used in contact with the axial end surface of the flange member of the magnetic load sensor. I noticed that there is.
  • the inventors of the present invention have focused on the point that if the hysteresis error can be reduced, the detection accuracy of the magnetic load sensor can be increased.
  • a linear actuator when a linear actuator is incorporated in an electric brake device, if the axial length of the linear actuator can be shortened, the axial length of the electric brake device is shortened, and components around the electric brake device (for example, suspension) The degree of freedom of layout can be increased.
  • a problem to be solved by the present invention is to provide a load sensor for a linear motion actuator that is less likely to cause a hysteresis error when incorporated in a linear motion actuator and that can suppress the axial length of the linear motion actuator. Is to provide.
  • a magnetic load sensor for a linear motion actuator that detects the magnitude of an axial load applied to an object by the linear motion actuator
  • the reaction force of the axial load is received via a thrust bearing.
  • a raceway surface on which the rolling elements of the thrust bearing are in rolling contact is formed.
  • the contact between the flange member and the thrust bearing becomes a rolling contact, when the flange member is bent due to the axial load, generation of frictional force due to the deflection is prevented, and a hysteresis error is generated. Can be suppressed. Further, since one of the bearing rings of the thrust bearing is not required, the axial length of the linear actuator can be suppressed by an amount corresponding to the axial thickness of the bearing ring.
  • a groove having an arc-shaped cross section can be adopted as the raceway surface formed on the axial end surface of the flange member.
  • the thrust bearing is a thrust roller bearing using a cylindrical roller or a needle roller as a rolling element
  • a flat surface that is heat-treated and hardened is adopted as the raceway surface formed on the axial end surface of the flange member. be able to.
  • the thrust bearing is a thrust self-aligning roller bearing using a spherical roller as a rolling element
  • the raceway surface formed on the axial end surface of the flange member is a cross-sectional circle inclined with respect to the axial load direction.
  • An arcuate concave surface can be employed.
  • the magnetic target a plurality of permanent magnets having a magnetization direction in a direction orthogonal to the relative displacement direction of the magnetic target and the magnetic sensor, and magnetic poles having opposite polarities in the relative displacement direction of the magnetic target and the magnetic sensor It is preferable to use one arranged in a line and arrange the magnetic sensor in the vicinity of the boundary between the adjacent magnetic poles.
  • the output signal of the magnetic sensor changes sharply with respect to the relative displacement in the axial direction of the magnetic target and the magnetic sensor, while it does not change much with respect to the relative displacement in directions other than the axial direction. Indicates directionality. Therefore, the output signal of the magnetic sensor is not easily affected by external vibration, and the magnitude of the axial load of the linear actuator can be detected with stable accuracy.
  • a magnetoresistive element or a magnetoimpedance element can be used as the magnetic sensor.
  • a Hall IC is advantageous in terms of cost, and a Hall IC having high heat resistance is commercially available. It is suitable for use.
  • a neodymium magnet is used for the magnetic target, a powerful magnetic field is generated in a space-saving manner, so that the disassembly performance of the magnetic load sensor can be enhanced.
  • the present invention has a rotating shaft to which the rotation of the electric motor is input, and a linear motion mechanism that converts the rotation of the rotational shaft into an axial movement of the linear motion member.
  • a linear actuator that applies an axial load is provided that incorporates the magnetic load sensor as a member that receives a reaction force acting on a linear motion mechanism when the axial load is applied to an object.
  • the contact between the flange member and the thrust bearing is a rolling contact, the frictional force caused by the deflection of the flange member is unlikely to occur between the flange member and the thrust bearing. Generation of errors can be suppressed. Further, since one of the bearing rings of the thrust bearing is unnecessary, the axial length of the linear motion actuator can be shortened by an amount corresponding to the axial thickness of the bearing ring.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a magnetic load sensor according to a first embodiment of the present invention.
  • Sectional view of the magnetic load sensor shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged sectional view of the vicinity of the magnetic target and the magnetic sensor in FIG.
  • Side view of FIG. FIG. 3 is an enlarged sectional view showing an example in which the arrangement of the magnetic target and the magnetic sensor shown in FIG. 3 is changed.
  • Fig. 6 is an enlarged cross-sectional view near the linear actuator.
  • Fig. 7 is an enlarged sectional view of the vicinity of the magnetic load sensor. Sectional view along line IX-IX in FIG. Sectional view along line XX in FIG. FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view showing another example of the magnetic load sensor shown in FIG.
  • FIG. 8 is an enlarged sectional view showing still another example of the magnetic load sensor shown in FIG.
  • Enlarged cross-sectional view of a linear motion actuator showing an example of adopting a ball screw mechanism as the linear motion mechanism
  • Sectional view along line XV-XV in FIG. 14A is a diagram showing the relationship between the balls and the inclined grooves shown in FIG. 14, and
  • FIG. 14B is a diagram showing a state in which the rotation disk and the linear motion disk are relatively rotated from the state shown in FIG.
  • Figure Sectional drawing which shows the modification which changed arrangement
  • the magnetic load sensor 1 includes an annular plate-shaped flange member 2 and a support member 3 that are opposed to each other at an interval in the axial direction, a magnetic target 4 that generates a magnetic field, and a magnetic sensor 5 that detects the strength of the magnetic field. And have.
  • the flange member 2 has a cylindrical portion 6 that protrudes toward the support member 3.
  • the outer diameter surface of the cylindrical portion 6 is opposed to the inner diameter surface of the support member 3 in the radial direction, and the magnetic target 4 is fixed to a chamfered portion 7 formed on the outer diameter surface of the cylindrical portion 6.
  • a magnetic sensor 5 is fixed in a groove 8 formed on the inner diameter surface.
  • the flange member 2 and the support member 3 are made of metal such as iron.
  • the support member 3 has an annular protrusion 9 on the surface facing the flange member 2, supports the outer diameter side portion of the flange member 2 with the annular protrusion 9, and maintains the distance between the flange member 2 and the support member 3. Yes.
  • a groove 10 having a circular arc section that is continuous in the circumferential direction is formed on the surface of the flange member 2 opposite to the side facing the support member 3.
  • the inner surface of the groove 10 is cured by heat treatment. Examples of the heat treatment include induction hardening.
  • the magnetic target 4 includes two permanent magnets 11 magnetized in the radial direction so as to have magnetic poles at the radially inner end and the radially outer end.
  • the two permanent magnets 11 are arranged adjacent to each other so that magnetic poles having opposite polarities (that is, N pole and S pole) are aligned in the axial direction.
  • a neodymium magnet When a neodymium magnet is used as the permanent magnet 11, a powerful magnetic field is generated in a space-saving manner, so that the disassembly performance of the magnetic load sensor 1 can be increased, but a samarium cobalt magnet, an alnico magnet, a ferrite magnet, etc. May be used.
  • a samarium cobalt magnet or an alnico magnet it is possible to suppress a decrease in the magnetic field accompanying the temperature increase of the permanent magnet 11.
  • a praseodymium magnet or a samarium iron nitride magnet can be used.
  • the magnetic sensor 5 is disposed in the vicinity of the boundary between adjacent magnetic poles of the two permanent magnets 11 so as to face the magnetic target 4 in the axis orthogonal direction (radial direction in the drawing).
  • MR sensor magnetoresistive element
  • MI sensor magneto-impedance element
  • using a Hall IC is advantageous in terms of cost and has a heat resistance. Since a high Hall IC is commercially available, it is suitable for electric brake applications.
  • Positioning grooves 12 and 13 having an arcuate cross section are formed on the outer periphery of the flange member 2 and the outer periphery of the support member 3, and a common key member 45 (see FIGS. 7 and 10) is fitted into the positioning grooves 12 and 13.
  • a common key member 45 (see FIGS. 7 and 10) is fitted into the positioning grooves 12 and 13.
  • the magnetic load sensor 1 bends in the axial direction with the outer peripheral portion serving as a fulcrum according to the axial load.
  • the relative position of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 changes, and the output signal of the magnetic sensor 5 changes according to the change of the relative position. Therefore, the axial direction acting on the flange member 2 based on the output signal of the magnetic sensor 5 by grasping in advance the relationship between the magnitude of the axial load acting on the flange member 2 and the output signal of the magnetic sensor 5. The magnitude of the load can be detected.
  • the magnetic target 4 is fixed to the flange member 2 and the magnetic sensor 5 is fixed to the support member 3.
  • the relationship between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 may be reversed. That is, as shown in FIG. 5, the magnetic sensor 5 may be fixed to the outer diameter surface of the cylindrical portion 6 of the flange member 2, and the magnetic target 4 may be fixed to the inner diameter surface of the support member 3.
  • FIG. 6 to 10 show an embodiment in which the magnetic load sensor 1 described above is incorporated in a linear motion actuator 14 of an electric brake device.
  • the electric brake device includes a caliper body 19 having a shape in which opposed pieces 16 and 17 that are opposed to each other with a brake disc 15 that rotates integrally with a wheel interposed therebetween by a bridge 18, and a facing surface of the opposed piece 17 to the brake disc 15. And a pair of left and right friction pads 21 and 22.
  • the friction pad 22 is provided between the opposing piece 17 and the brake disk 15 and is supported by a pad pin (not shown) attached to the caliper body 19 so as to be movable in the axial direction of the brake disk 15.
  • the other friction pad 21 is attached to the opposing piece 16 on the opposite side.
  • the caliper body 19 is supported so as to be slidable in the axial direction of the brake disc 15.
  • the linear motion actuator 14 includes a rotating shaft 23, a plurality of planetary rollers 24 that are in rolling contact with the outer peripheral cylindrical surface of the rotating shaft 23, and an outer ring that is disposed so as to surround these planetary rollers 24. It has a member 25, a carrier 26 that holds the planetary roller 24 so as to be capable of rotating and revolving, and the magnetic load sensor 1 disposed on the rear side of the outer ring member 25 in the axial direction.
  • the rotary shaft 23 is rotationally driven by the rotation of the electric motor 27 shown in FIG.
  • the rotating shaft 23 is inserted into the receiving hole 20 with one end protruding from the opening on the rear side in the axial direction of the receiving hole 20 formed so as to penetrate the opposing piece 17 in the axial direction, and into the protruding portion from the receiving hole 20.
  • a gear 28 is spline-fitted to prevent rotation.
  • the gear 28 is covered with a lid 30 fixed with a bolt 29 so as to close the opening on the rear side in the axial direction of the accommodation hole 20.
  • the lid 30 incorporates a bearing 31 that rotatably supports the rotary shaft 23.
  • the planetary roller 24 is in rolling contact with the outer peripheral cylindrical surface of the rotating shaft 23, and the planetary roller 24 is caused by friction between the planetary roller 24 and the rotating shaft 23 when the rotating shaft 23 rotates. Also comes to rotate.
  • a plurality of planetary rollers 24 are provided at regular intervals in the circumferential direction.
  • the outer ring member 25 is accommodated in an accommodation hole 20 provided in the facing piece 17 of the caliper body 19, and is supported so as to be slidable in the axial direction on the inner periphery of the accommodation hole 20.
  • An engagement recess 33 is formed at the front end in the axial direction of the outer ring member 25 to be engaged with an engagement protrusion 32 formed on the back surface of the friction pad 22, and the engagement protrusion 32 is engaged with the engagement recess 33.
  • the outer ring member 25 is prevented from rotating with respect to the caliper body 19.
  • a spiral ridge 34 is provided on the inner periphery of the outer ring member 25, and a circumferential groove 35 that engages with the spiral ridge 34 is provided on the outer periphery of the planetary roller 24, so that the planetary roller 24 rotates.
  • the spiral protrusion 34 of the outer ring member 25 is guided by the circumferential groove 35 so that the outer ring member 25 moves in the axial direction.
  • the circumferential groove 35 having a lead angle of 0 degrees is provided on the outer periphery of the planetary roller 24.
  • a spiral groove having a lead angle different from that of the spiral protrusion 34 may be provided. .
  • the carrier 26 includes a carrier pin 26A that rotatably supports the planetary roller 24, an annular carrier plate 26C that maintains a constant circumferential interval at the front end in the axial direction of each carrier pin 26A, and an axial direction of each carrier pin 26A. And an annular carrier body 26B that maintains a constant circumferential interval at the rear end.
  • the carrier plate 26C and the carrier main body 26B face the planetary roller 24 in the axial direction, and are connected via a connecting rod 36 disposed between the planetary rollers 24 adjacent in the circumferential direction.
  • the carrier body 26 ⁇ / b> B is supported by the rotating shaft 23 via the sliding bearing 37 and is rotatable relative to the rotating shaft 23.
  • a thrust bearing 38 is installed between the planetary roller 24 and the carrier body 26B to block the rotation of the planetary roller 24 from being transmitted to the carrier body 26B.
  • Each carrier pin 26A is urged radially inward by a reduced-diameter ring spring 39 mounted so as to circumscribe a plurality of carrier pins 26A arranged at intervals in the circumferential direction.
  • a reduced-diameter ring spring 39 mounted so as to circumscribe a plurality of carrier pins 26A arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the magnetic load sensor 1 is fitted in the accommodation hole 20 so that the support member 3 is positioned behind the flange member 2 in the axial direction.
  • a spacer 40 that revolves integrally with the carrier 26 and a thrust bearing 41 that transmits an axial load between the spacer 40 and the magnetic load sensor 1 are incorporated between the carrier 26 and the magnetic load sensor 1.
  • a rolling bearing 42 that rotatably supports the rotary shaft 23 is incorporated in the inner periphery of the flange member 2.
  • the magnetic load sensor 1 is restricted from moving rearward in the axial direction by locking the outer peripheral edge of the support member 3 with a retaining ring 43 attached to the inner periphery of the accommodation hole 20.
  • the magnetic load sensor 1 supports the carrier body 26 ⁇ / b> B in the axial direction via the spacer 40 and the thrust bearing 41, thereby restricting the movement of the carrier 26 in the axial direction rearward.
  • the carrier 26 is also restricted from moving forward in the axial direction by a retaining ring 44 attached to the front end of the rotating shaft 23 in the axial direction. Therefore, the carrier 26 is restricted from moving in the axial direction forward and axially backward, and the planetary roller 24 held by the carrier 26 is also restricted from moving in the axial direction.
  • the thrust bearing 41 includes a washer disk 41 ⁇ / b> A fitted in a bearing fitting recess 40 a formed on the surface of the spacer 40 facing the flange member 2, and between the washer disk 41 ⁇ / b> A and the flange member 2. It consists of a plurality of rolling elements 41B incorporated at intervals in the circumferential direction, and a holder 41C that holds the intervals between these rolling elements 41B.
  • the thrust bearing 41 is a thrust ball bearing that uses balls as the rolling elements 41B.
  • the rolling elements 41B are in rolling contact with the arc-shaped grooves 10 that are directly machined on the axial end surface of the flange member 2, and the grooves 10 functions as a raceway surface of the thrust bearing 41.
  • a key member 45 locked to the inner periphery of the accommodation hole 20 is fitted in the positioning grooves 12 and 13 on the outer periphery of the flange member 2 and the support member 3 (see FIG. 10).
  • the fitting of 45 the circumferential position of the flange member 2 and the circumferential position of the support member 3 are relatively positioned.
  • the rotating shaft 23 rotates and the planetary roller 24 revolves around the rotating shaft 23 while rotating around the carrier pin 26A.
  • the outer ring member 25 and the planetary roller 24 move relative to each other in the axial direction due to the engagement between the spiral ridge 34 and the circumferential groove 35.
  • the planetary roller 24 is restricted from moving in the axial direction together with the carrier 26.
  • the roller 24 does not move in the axial direction, and the outer ring member 25 moves in the axial direction.
  • the linear actuator 14 converts the rotation of the rotating shaft 23 driven by the electric motor 27 into the axial movement of the outer ring member 25 and applies an axial load to the friction pad 22 by the outer ring member 25.
  • the friction pad 22 is pressed against the brake disk 15 to generate a braking force.
  • the magnetic load sensor 1 detects the axial load from the deformation amount of the flange member 2, not the local distortion of the flange member 2. It is possible to detect the magnitude of the axial load of the linear motion actuator 14 with high accuracy.
  • a shear load mainly acts on the flange member 2
  • a compressive load mainly acts on the support member 3.
  • the magnetic target 4 is displaced by the shear load acting on the flange member 2, while the magnetic sensor 5 is hardly displaced by the compressive load acting on the support member 3, and the relative relationship between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 is achieved.
  • the axial load can be detected by the displacement.
  • the amount of change in the relative position of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 when the linear actuator 14 applies an axial load to the friction pad 22 is extremely small.
  • the amount of change in the relative position between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 is as extremely small as about 0.1 mm in the axial direction.
  • a plurality of permanent magnets 11 are arranged such that opposite magnetic poles are aligned in the relative displacement direction of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5, and the magnetic sensor 5 is arranged near the boundary between the adjacent magnetic poles. Therefore, the output signal of the magnetic sensor 5 changes sharply with respect to the change in the relative position between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5, and the amount of change in the relative position between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 is detected with high accuracy. be able to.
  • the output signal of the magnetic sensor 5 changes sharply with respect to the relative displacement in the axial direction of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5, and with respect to relative displacement in a direction other than the axial direction. Shows the directivity in the axial direction that does not change much. Therefore, the output signal of the magnetic sensor 5 is not easily affected by external vibration, and the magnitude of the axial load of the linear actuator 14 can be detected with stable accuracy.
  • the deflection of the flange member 2 is caused when the flange member 2 is deflected by an axial load. Friction force is unlikely to occur between the flange member 2 and the thrust bearing 41, and the occurrence of hysteresis errors is suppressed.
  • the load increases (that is, when the deflection of the flange member 2 increases) and when the load decreases (that is, the deflection of the flange member 2). It is possible to prevent an error from occurring in the detected load value.
  • the axial length of the linear actuator 14 can be shortened by an amount corresponding to the axial thickness of the bearing ring. . Therefore, the axial length of the electric brake device is shortened, and when the electric brake device is incorporated in a vehicle, the degree of freedom in layout of components (for example, suspension) around the electric brake device is high.
  • the magnetic load sensor 1 detects the axial load by using the relative position change between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 arranged in non-contact with each other.
  • the sensor 1 is unlikely to fail even if it is input to the terminal, and high durability can be ensured.
  • the shaft with respect to the friction pad 22 is based on the axial displacement of the outer ring member 25 when the outer ring member 25 presses the friction pad 22 forward in the axial direction.
  • There is a method for estimating the directional load In this method, in this method, a separate sensor is required to grasp the change in the origin position of the outer ring member 25 due to wear of the friction pad 22 and the structure becomes complicated.
  • the magnetic load sensor 1 when the magnetic load sensor 1 is incorporated as a member for receiving the reaction force in the axial rearward direction that acts when the outer ring member 25 presses the friction pad 22 forward in the axial direction, the outer ring is caused by wear of the friction pad 22 or the like. Even if the origin position of the member 25 fluctuates, the axial load detected by the magnetic load sensor 1 is not affected. Therefore, a sensor for grasping the origin position of the outer ring member 25 is unnecessary, and the structure is simple.
  • the thrust bearing 41 using balls as the rolling elements 41B has been described as an example, but the present invention can also be applied to other types of thrust bearings 41.
  • a thrust roller bearing using a cylindrical roller or a needle roller as the rolling element 41B can be employed.
  • a circumferentially continuous plane 46 cured by heat treatment is provided on the raceway surface of the thrust bearing 41. It is formed as.
  • a thrust self-aligning roller bearing using a spherical roller as the rolling element 41B can be employed.
  • a concave surface 47 having an arcuate cross section inclined with respect to the direction of the axial load is formed continuously on the surface of the flange member 2 opposite to the side facing the support member 3 in the circumferential direction.
  • the concave surface 47 functions as a raceway surface of the thrust bearing 41.
  • a plurality of planetary rollers 24 that are in rolling contact with the outer peripheral cylindrical surface of the rotary shaft 23.
  • the planetary roller 24 so that it can rotate and revolve, the axial movement of the carrier 26 is restricted, the outer ring member 25 disposed so as to surround the plurality of planetary rollers 24, and the inner periphery of the outer ring member 25.
  • the planetary roller mechanism including the spiral ridges 34 provided and the spiral grooves or circumferential grooves 35 provided on the outer periphery of each planetary roller 24 so as to engage with the spiral ridges 34 has been described as an example.
  • the present invention can be similarly applied to a linear actuator that employs a linear motion mechanism having another configuration.
  • FIG. 13 shows an example of a linear actuator that employs a ball screw mechanism as the linear mechanism.
  • a linear actuator that employs a ball screw mechanism as the linear mechanism.
  • the linear motion actuator is formed on the rotary shaft 23, the screw shaft 50 provided integrally with the rotary shaft 23, the nut 51 provided so as to surround the screw shaft 50, and the outer periphery of the screw shaft 50.
  • the magnetic load sensor 1 is disposed behind the nut 51 in the axial direction.
  • the nut 51 is accommodated in the accommodation hole 20 provided in the opposing piece 17 of the caliper body 19 so as to be slidable in the axial direction while being prevented from rotating with respect to the caliper body 19.
  • a spacer 40 that rotates integrally with the screw shaft 50 is provided at the axial rear end of the screw shaft 50, and the spacer 40 is supported by the magnetic load sensor 1 via a thrust bearing 41.
  • the magnetic load sensor 1 supports the nut 51 in the axial direction via the spacer 40, the thrust bearing 41, and the screw shaft 50, thereby restricting the movement of the nut 51 in the axial rearward direction. .
  • This linear motion actuator rotates the rotary shaft 23, thereby rotating the screw shaft 50 and the nut 51 relative to each other, moving the nut 51 forward in the axial direction, and applying an axial load to the friction pad 22.
  • a reaction force acting rearward in the axial direction acts on the screw shaft 50, and the reaction force is received by the magnetic load sensor 1 via the spacer 40 and the thrust bearing 41.
  • the flange member 2 of the magnetic load sensor 1 bends rearward in the axial direction, and the relative position of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 changes. Therefore, as in the above embodiment, the output signal of the magnetic sensor 5 changes according to the magnitude of the axial load applied to the friction pad 22, and the pressing of the friction pad 22 is performed based on the output signal of the magnetic sensor 5.
  • the pressure can be detected.
  • FIG. 14 shows an example in which a linear actuator that employs a ball ramp mechanism is applied as the linear mechanism.
  • the linear motion actuator includes a rotary shaft 23, a rotary disk 60 that is prevented from rotating on the outer periphery of the rotary shaft 23, a linear motion disk 61 that is disposed to face the front of the rotary disk 60 in the axial direction, A plurality of balls 62 sandwiched between the disk 60 and the linear motion disk 61, and the magnetic load sensor 1 disposed behind the linear motion disk 61 in the axial direction.
  • the linear motion disk 61 is accommodated in the accommodation hole 20 provided in the opposing piece 17 of the caliper body 19 so as to be slidable in the axial direction while being prevented from rotating with respect to the caliper body 19.
  • a spacer 40 that rotates integrally with the rotating disk 60 is provided at the rear end in the axial direction of the rotating disk 60, and the spacer 40 is supported by the magnetic load sensor 1 via a thrust bearing 41.
  • the magnetic load sensor 1 regulates the movement of the rotary disk 60 in the axial direction rearward by supporting the rotary disk 60 in the axial direction via the spacer 40 and the thrust bearing 41.
  • an inclined groove 63 whose depth gradually decreases along one circumferential direction is formed on the facing surface 60 a of the rotating disk 60 with respect to the linearly moving disk 61.
  • An inclined groove 64 having a depth that gradually decreases along the other direction in the circumferential direction is formed on the surface 61 a facing the rotating disk 60.
  • the ball 62 is incorporated between the inclined groove 63 of the rotary disk 60 and the inclined groove 64 of the linear motion disk 61.
  • the balls 62 roll in the inclined grooves 63 and 64, and the interval between the rotating disk 60 and the linearly moving disk 61 is increased.
  • This linear motion actuator rotates the rotary shaft 23 to relatively rotate the linear motion disc 61 and the rotary disc 60 and move the linear motion disc 61 forward in the axial direction to apply an axial load to the friction pad 22.
  • a reaction force acting rearward in the axial direction acts on the rotary disk 60, and the reaction force is received by the magnetic load sensor 1 via the spacer 40 and the thrust bearing 41.
  • the flange member 2 of the magnetic load sensor 1 bends rearward in the axial direction, and the relative position of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 changes. Therefore, as in the above embodiment, the output signal of the magnetic sensor 5 changes according to the magnitude of the axial load applied to the friction pad 22, and the pressing of the friction pad 22 is performed based on the output signal of the magnetic sensor 5.
  • the pressure can be detected.
  • the magnet in order to detect the change amount of the relative position between the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5 with high accuracy, the magnet is set so that the magnetization direction of the magnetic target 4 is orthogonal to the relative displacement direction of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5.
  • the magnetic target 4 is arranged so that the magnetization direction of the magnetic target 4 is parallel to the relative displacement direction of the magnetic target 4 and the magnetic sensor 5, and in the vicinity of the magnetic target 4.
  • a magnetic sensor 5 may be arranged.
  • FIG. 18 shows a magnetic load sensor 70 according to a second embodiment of the present invention. Portions corresponding to the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the flange member 2 has an annular protrusion 71 on the surface facing the support member 3, and supports the inner diameter side portion of the support member 3 with the annular protrusion 71, and holds the gap between the flange member 2 and the support member 3. .
  • the support member 3 has a cylindrical portion 72 that protrudes toward the flange member 2. The inner diameter surface of the cylindrical portion 72 is opposed to the outer diameter surface of the flange member 2 in the radial direction, the magnetic sensor 5 is fixed to the inner diameter surface of the cylindrical portion 72, and the magnetic target 4 is disposed on the outer diameter surface of the flange member 2. It is fixed.
  • the magnetic load sensor 1 bends in the axial direction with the inner peripheral portion as a fulcrum according to the axial load, and the support member 3 also bends in the axial direction with the outer periphery as a fulcrum.
  • the relative position between the magnetic target 3 and the magnetic sensor 4 changes due to the deflection of both the members 2 and 3, and the output signal of the magnetic sensor 5 changes according to the change in the relative position.
  • the axial direction acting on the flange member 2 based on the output signal of the magnetic sensor 5 by grasping in advance the relationship between the magnitude of the axial load acting on the flange member 2 and the output signal of the magnetic sensor 5. The magnitude of the load can be detected.
  • the magnetic target 4 and the magnetic target 4 are magnetized by the deflection of both the members 2 and 3. Since the sensor 5 is relatively displaced, it is possible to increase the load detection resolution as compared with the first embodiment.

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Abstract

　直動アクチュエータに組み込んで使用したときにヒステリシス誤差が生じにくく、かつ、直動アクチュエータの軸方向長さを抑えることが可能な直動アクチュエータ用の荷重センサを提供する。直動アクチュエータが対象物（２２）に印加する軸方向荷重の大きさを検出する直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサにおいて、軸方向荷重の反力をスラスト軸受（４１）を介して受けてたわみを生じるフランジ部材（２）と、磁界を発生する磁気ターゲット（４）と、その磁気ターゲット（４）に対する相対位置がフランジ部材（２）のたわみにより変化するよう配置された磁気センサ（５）とを有し、フランジ部材（２）の軸方向端面にスラスト軸受（４１）の転動体（４１Ｂ）が転がり接触する溝（１０）を形成する。

Description

直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサおよび直動アクチュエータ
　この発明は、直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサおよびその磁気式荷重センサを組み込んだ直動アクチュエータに関する。
　車両用ブレーキ装置として、摩擦パッドを油圧シリンダで駆動してブレーキディスクを押圧する油圧ブレーキ装置が採用されてきたが、近年、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等のブレーキ制御の導入に伴い、油圧回路を使用しない電動ブレーキ装置が注目されている。
　電動ブレーキ装置は、一般に、電動モータの回転が入力される回転軸と、その回転軸の回転を直動部材の軸方向移動に変換する直動機構とからなる直動アクチュエータを有し、その直動アクチュエータで摩擦パッドに軸方向荷重を印加することで、摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。この制動力を所望の大きさに制御するため、直動アクチュエータには、対象物に印加する軸方向荷重の大きさを検出する荷重センサが組み込まれることが多い。この直動アクチュエータ用の荷重センサは、電動ブレーキの応答性を高めるために極力微小な変位で荷重を検出するものが用いられる。
　このような直動アクチュエータ用の荷重センサとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の直動アクチュエータ用の荷重センサは、対向一対の円環板状の押圧板と、その一対の押圧板の間に挟み込まれた水晶圧電素子と、その水晶圧電素子と片側の押圧板との間を電気的に絶縁する絶縁板と、水晶圧電素子が発生する電圧を取り出すリード線とを有する。この荷重センサは、軸方向荷重が入力されたときに、その荷重に応じた大きさの電圧が水晶圧電素子で発生するので、その電圧の大きさを計測することで軸方向荷重の大きさを検出することができる。また、水晶圧電素子の変形による押圧板の変位は微小なので、このセンサを電動ブレーキに組み込んだ場合、電動ブレーキの応答性を損なうことがない。
　しかしながら、特許文献１の荷重センサは、軸方向荷重が入力されたときに、その荷重が水晶圧電素子に直接作用するので、衝撃荷重やせん断荷重が入力されると、水晶圧電素子に割れや欠けが生じるおそれがあり、高い耐久性を確保するのが難しかった。
　そこで、本願発明の発明者らは、高い耐久性を備え、しかも微小変位で荷重を検出することが可能な荷重センサを実現できないか検討し、そのような荷重センサとして、直動アクチュエータが対象物に印加する軸方向荷重の反力を受けてたわみを生じるフランジ部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットに対する相対位置が前記フランジ部材のたわみにより変化するよう配置された磁気センサとを有する磁気式荷重センサを考案した。
　この磁気式荷重センサは、直動アクチュエータが対象物に印加する軸方向荷重の反力を受けてフランジ部材にたわみを生じ、そのたわみにより磁気ターゲットと磁気センサの相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサの出力信号が変化するので、その磁気センサの出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさを検出することが可能である。そして、この磁気式荷重センサは、互いに非接触に配置された磁気ターゲットと磁気センサの相対位置の変化を利用して軸方向荷重を検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサに入力されてもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。
国際公開２０１１／０３０８３９号
　ところで、直動アクチュエータに荷重センサを組み込む場合、その荷重センサは、対象物に印加する軸方向荷重の反力をスラスト軸受を介して受けるように組み込まれることが多い。スラスト軸受は、通常、軸方向に対向配置された一対の軌道盤と、その軌道盤の対向面間に組み込まれた複数の転動体と、これらの転動体の間隔を保持する保持器とからなる。そして、本願発明の発明者らは、このスラスト軸受の軌道盤を、上記磁気式荷重センサのフランジ部材の軸方向端面に接触させて使用した場合、検出される荷重にヒステリシス誤差が発生する可能性がある点に気付いた。
　すなわち、スラスト軸受をフランジ部材の軸方向端面に接触させた状態で軸方向荷重が入力されると、フランジ部材にたわみが生じ、このフランジ部材のたわみに伴ってスラスト軸受の軌道盤とフランジ部材との間に発生する摩擦力が原因で、直動アクチュエータが印加する軸方向荷重の大きさが同じであっても、荷重増加時（すなわちフランジ部材のたわみが増大するとき）と荷重減少時（すなわちフランジ部材のたわみが減小するとき）とで荷重の検出値に誤差が生じる場合があることが分かった。
　そして、本願発明の発明者らは、このヒステリシス誤差を小さくすることができれば、上記磁気式荷重センサの検出精度を高めることが可能となる点に着眼した。
　また、電動ブレーキ装置に直動アクチュエータを組み込む場合、直動アクチュエータの軸方向長さを短くすることができれば、電動ブレーキ装置の軸方向長さが短くなり、電動ブレーキ装置周辺の部品（たとえばサスペンション）のレイアウトの自由度を高くすることが可能となる。
　この発明が解決しようとする課題は、直動アクチュエータに組み込んで使用したときにヒステリシス誤差が生じにくく、かつ、直動アクチュエータの軸方向長さを抑えることが可能な直動アクチュエータ用の荷重センサを提供することである。
　上記課題を解決するため、直動アクチュエータが対象物に印加する軸方向荷重の大きさを検出する直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサにおいて、前記軸方向荷重の反力をスラスト軸受を介して受けてたわみを生じるフランジ部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットに対する相対位置が前記フランジ部材のたわみにより変化するよう配置された磁気センサとを有し、前記フランジ部材の軸方向端面に前記スラスト軸受の転動体が転がり接触する軌道面を形成した。
　このようにすると、フランジ部材とスラスト軸受の接触が転がり接触となるので、軸方向荷重によりフランジ部材にたわみが生じたときに、そのたわみに起因する摩擦力の発生が防止され、ヒステリシス誤差の発生を抑えることが可能となる。また、スラスト軸受の一方の軌道輪が不要になるので、その軌道輪の軸方向厚さに相当する分、直動アクチュエータの軸方向長さを抑えることができる。
　前記スラスト軸受が転動体として玉を用いたスラスト玉軸受である場合、フランジ部材の軸方向端面に形成する前記軌道面としては断面円弧状の溝を採用することができる。
　また、前記スラスト軸受が転動体として円筒ころまたは針状ころを用いたスラストころ軸受である場合、フランジ部材の軸方向端面に形成する前記軌道面としては熱処理を施されて硬化した平面を採用することができる。
　また、前記スラスト軸受が転動体として球面ころを用いたスラスト自動調心ころ軸受である場合、フランジ部材の軸方向端面に形成する前記軌道面としては軸方向荷重の方向に対して傾斜した断面円弧状の凹面を採用することができる。
　前記磁気ターゲットとして、前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に並ぶように配置したものを採用し、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサを配置すると好ましい。
　このようにすると、磁気センサの出力信号は、磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位に対して急峻に変化し、一方、軸方向以外の方向の相対変位に対してはあまり変化しないという軸方向の指向性を示す。そのため、磁気センサの出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で直動アクチュエータの軸方向荷重の大きさを検出することができる。
　前記磁気センサとしては、磁気抵抗素子や磁気インピーダンス素子を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので電動ブレーキの用途に好適である。また、前記磁気ターゲットにネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、磁気式荷重センサの分解性能を高くすることができる。
　また、この発明では、電動モータの回転が入力される回転軸と、その回転軸の回転を直動部材の軸方向移動に変換する直動機構とを有し、その直動機構で対象物に軸方向荷重を印加する直動アクチュエータにおいて、前記軸方向荷重を対象物に印加するときに直動機構に作用する反力を受け止める部材として上記の磁気式荷重センサを組み込んだものを提供する。
　この発明の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサは、フランジ部材とスラスト軸受の接触を転がり接触としているので、フランジ部材のたわみに起因する摩擦力がフランジ部材とスラスト軸受の間に生じにくく、ヒステリシス誤差の発生が抑えられる。また、スラスト軸受の一方の軌道輪が不要なので、その軌道輪の軸方向厚さに相当する分、直動アクチュエータの軸方向長さが短くすむ。
この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサを示す分解斜視図 図１に示す磁気式荷重センサの断面図 図２の磁気ターゲットと磁気センサの近傍の拡大断面図 図２の側面図 図３に示す磁気ターゲットと磁気センサの配置を変更した例を示す拡大断面図 図１に示す磁気式荷重センサを電動ブレーキ装置の直動アクチュエータに組み込んだ状態を示す断面図 図６の直動アクチュエータ近傍の拡大断面図 図７の磁気式荷重センサ近傍の拡大断面図 図７のIX－IX線に沿った断面図 図７のX－X線に沿った断面図 図８に示す磁気式荷重センサの他の例を示す拡大断面図 図８に示す磁気式荷重センサの更に他の例を示す拡大断面図 直動機構としてボールねじ機構を採用した例を示す直動アクチュエータの拡大断面図 直動機構としてボールランプ機構を採用した例を示す直動アクチュエータの拡大断面図 図１４のXV－XV線に沿った断面図 （ａ）は図１４に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図 図２に示す磁気式荷重センサと磁気ターゲットの配置を変更した変形例を示す断面図 この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
　図１～図４に、この発明の第１実施形態の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ１を示す。この磁気式荷重センサ１は、軸方向に間隔をおいて対向する円環板状のフランジ部材２および支持部材３と、磁界を発生する磁気ターゲット４と、磁界の強さを検出する磁気センサ５とを有する。
　フランジ部材２は、支持部材３に向けて突出する筒部６を有する。筒部６の外径面は、支持部材３の内径面と径方向に対向しており、筒部６の外径面に形成された面取り部７に磁気ターゲット４が固定され、支持部材３の内径面に形成された溝８に磁気センサ５が
固定されている。フランジ部材２および支持部材３は鉄等の金属で形成されている。
　支持部材３は、フランジ部材２との対向面に環状突起９を有し、その環状突起９でフランジ部材２の外径側部分を支持し、フランジ部材２と支持部材３の間隔を保持している。図２に示すように、フランジ部材２の支持部材３と対向する側とは反対の面には、周方向に連続する断面円弧状の溝１０が形成されている。この溝１０の内面は熱処理が施されて硬化されている。熱処理としては、例えば高周波焼入れが挙げられる。
　磁気ターゲット４は、径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された２個の永久磁石１１からなる。２個の永久磁石１１は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。
　永久磁石１１としては、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界が発生するので、磁気式荷重センサ１の分解性能を高くすることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石１１の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。
　磁気センサ５は、２個の永久磁石１１の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット４と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ５としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので電動ブレーキの用途に好適である。
　フランジ部材２の外周と支持部材３の外周には断面円弧状の位置決め溝１２，１３が形成され、この位置決め溝１２，１３に共通のキー部材４５（図７、図１０参照）を嵌め込むことで、磁気ターゲット４の周方向位置と磁気センサ５の周方向位置が合致するようにフランジ部材２と支持部材３を周方向に位置決めできるようになっている。
　この磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２に支持部材３に向かう方向の軸方向荷重が作用すると、その軸方向荷重に応じてフランジ部材２が外周部を支点として軸方向にたわみ、そのたわみにより磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサ５の出力信号が変化する。そのため、フランジ部材２に作用する軸方向荷重の大きさと、磁気センサ５の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ５の出力信号に基づいてフランジ部材２に作用する軸方向荷重の大きさを検出することができる。
　図１～図４では、フランジ部材２に磁気ターゲット４を固定し、支持部材３に磁気センサ５を固定しているが、この磁気ターゲット４と磁気センサ５の関係を反対にしてもよい。すなわち、図５に示すように、フランジ部材２の筒部６の外径面に磁気センサ５を固定し、支持部材３の内径面に磁気ターゲット４を固定してもよい。
　図６～図１０に、上記の磁気式荷重センサ１を電動ブレーキ装置の直動アクチュエータ１４に組み込んだ実施形態を示す。
　この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク１５を間に挟んで対向する対向片１６，１７をブリッジ１８で連結した形状のキャリパボディ１９と、対向片１７のブレーキディスク１５に対する対向面に開口する収容孔２０に組み込まれた直動アクチュエータ１４と、左右一対の摩擦パッド２１，２２とからなる。
　摩擦パッド２２は、対向片１７とブレーキディスク１５の間に設けられており、キャリパボディ１９に取り付けられたパッドピン（図示せず）でブレーキディスク１５の軸方向に移動可能に支持されている。他方の摩擦パッド２１は反対側の対向片１６に取り付けられている。キャリパボディ１９は、ブレーキディスク１５の軸方向にスライド可能に支持されている。
　図７に示すように、直動アクチュエータ１４は、回転軸２３と、回転軸２３の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ２４と、これらの遊星ローラ２４を囲むように配置された外輪部材２５と、遊星ローラ２４を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ２６と、外輪部材２５の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。
　回転軸２３は、図６に示す電動モータ２７の回転が歯車２８を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸２３は、対向片１７を軸方向に貫通して形成された収容孔２０の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔２０に挿入され、収容孔２０からの突出部分に歯車２８がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車２８は、収容孔２０の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト２９で固定した蓋３０で覆われている。蓋３０には回転軸２３を回転可能に支持する軸受３１が組み込まれている。
　図９に示すように、遊星ローラ２４は、回転軸２３の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸２３が回転したときに遊星ローラ２４と回転軸２３の間の摩擦によって遊星ローラ２４も回転するようになっている。遊星ローラ２４は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。
　図７に示すように、外輪部材２５は、キャリパボディ１９の対向片１７に設けられた収容孔２０内に収容され、その収容孔２０の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材２５の軸方向前端には、摩擦パッド２２の背面に形成された係合凸部３２に係合する係合凹部３３が形成され、この係合凸部３２と係合凹部３３の係合によって、外輪部材２５がキャリパボディ１９に対して回り止めされている。
　外輪部材２５の内周には螺旋凸条３４が設けられ、遊星ローラ２４の外周には、螺旋凸条３４に係合する円周溝３５が設けられており、遊星ローラ２４が回転したときに、外輪部材２５の螺旋凸条３４が円周溝３５に案内されて、外輪部材２５が軸方向に移動するようになっている。この実施形態では遊星ローラ２４の外周にリード角が０度の円周溝３５を設けているが、円周溝３５のかわりに螺旋凸条３４と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
　キャリヤ２６は、遊星ローラ２４を回転可能に支持するキャリヤピン２６Ａと、その各キャリヤピン２６Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート２６Ｃと、各キャリヤピン２６Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体２６Ｂとからなる。キャリヤプレート２６Ｃとキャリヤ本体２６Ｂは遊星ローラ２４を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ２４の間に配置された連結棒３６を介して連結されている。
　キャリヤ本体２６Ｂは、滑り軸受３７を介して回転軸２３に支持され、回転軸２３に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ２４とキャリヤ本体２６Ｂの間には、遊星ローラ２４の自転がキャリヤ本体２６Ｂに伝達するのを遮断するスラスト軸受３８が組み込まれている。
　各キャリヤピン２６Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン２６Ａに外接するように装着された縮径リングばね３９で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね３９の付勢力によって、遊星ローラ２４の外周は回転軸２３の外周に押さえ付けられ、回転軸２３と遊星ローラ２４の間の滑りが防止されている。縮径リングばね３９の付勢力を遊星ローラ２４の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン２６Ａの両端に縮径リングばね３９が設けられている。
　磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２の軸方向後方に支持部材３が位置するように収容孔２０内に嵌め込まれている。キャリヤ２６と磁気式荷重センサ１の間には、キャリヤ２６と一体に公転する間座４０と、間座４０と磁気式荷重センサ１の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４１とが組み込まれている。フランジ部材２の内周には、回転軸２３を回転可能に支持する転がり軸受４２が組み込まれている。
　磁気式荷重センサ１は、支持部材３の外周縁を、収容孔２０の内周に装着した止め輪４３で係止することによって軸方向後方への移動が規制されている。そして、この磁気式荷重センサ１は、間座４０とスラスト軸受４１とを介してキャリヤ本体２６Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ２６の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ２６は、回転軸２３の軸方向前端に装着された止め輪４４で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ２６は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ２６に保持された遊星ローラ２４も軸方向移動が規制された状態となっている。
　図８に示すように、スラスト軸受４１は、間座４０のフランジ部材２との対向面に形成した軸受嵌合凹部４０ａに嵌め込まれた軌道盤４１Ａと、軌道盤４１Ａとフランジ部材２の間に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の転動体４１Ｂと、これらの転動体４１Ｂの間隔を保持する保持器４１Ｃとからなる。このスラスト軸受４１は、転動体４１Ｂとして玉を用いたスラスト玉軸受であり、この転動体４１Ｂが、フランジ部材２の軸方向端面に直接加工された断面円弧状の溝１０に転がり接触し、溝１０がスラスト軸受４１の軌道面として機能する。
　図７に示すように、フランジ部材２と支持部材３の外周の位置決め溝１２，１３には、収容孔２０の内周に係止したキー部材４５が嵌め込まれ（図１０参照）、このキー部材４５の嵌合によってフランジ部材２の周方向位置と支持部材３の周方向位置とが相対的に位置決めされている。
　次に、上述した直動アクチュエータ１４の動作例を説明する。
　電動モータ２７を作動させると、回転軸２３が回転し、遊星ローラ２４がキャリヤピン２６Ａを中心に自転しながら回転軸２３を中心に公転する。このとき螺旋凸条３４と円周溝３５の係合によって外輪部材２５と遊星ローラ２４が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ２４はキャリヤ２６と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ２４は軸方向に移動せず、外輪部材２５が軸方向に移動する。このようにして、直動アクチュエータ１４は、電動モータ２７で駆動される回転軸２３の回転を外輪部材２５の軸方向移動に変換し、その外輪部材２５で摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加することで、摩擦パッド２２をブレーキディスク１５に押し付けて制動力を発生させる。
　ここで、外輪部材２５が摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加するとき、外輪部材２５には軸方向後方への反力が作用し、その反力は、遊星ローラ２４、キャリヤ２６、間座４０、スラスト軸受４１を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化する。このとき、その相対位置の変化に応じて磁気センサ５の出力信号が変化するので、磁気センサ５の出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさを検出することができる。また、この磁気センサ５の出力信号を用いて電動ブレーキ装置の制動力をフィードバック制御することにより、高精度な荷重制御が実現できる。
　上記磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２の局部の歪みではなく、フランジ部材２の変形量から軸方向荷重を検出するものであるから、直動アクチュエータ１４の温度変化や温度分布のばらつきによる影響を受けにくく、高い精度で直動アクチュエータ１４の軸方向荷重の大きさを検出することが可能である。
　摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加したとき、フランジ部材２には主にせん断荷重が作用し、支持部材３には主に圧縮荷重が作用する。そして、磁気ターゲット４は、フランジ部材２に作用するせん断荷重によって変位する一方、磁気センサ５は、支持部材３に作用する圧縮荷重によってはほとんど変位せず、この磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位によって、軸方向荷重の検出が可能となる。
　直動アクチュエータ１４が摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加するときの磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、直動アクチュエータ１４の印加する軸方向荷重の大きさが３０ｋＮのとき、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化量は軸方向に０．１ｍｍ程度と極めて微小であるが、上記磁気式荷重センサ１は、複数の永久磁石１１を反対の磁極が磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ５を配置しているので、磁気センサ５の出力信号が、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。
　また、上記磁気式荷重センサ１は、磁気センサ５の出力信号が、磁気ターゲット４と磁気センサ５の軸方向の相対変位に対しては急峻に変化し、軸方向以外の方向の相対変位に対してはあまり変化しないという軸方向の指向性を示す。そのため、磁気センサ５の出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で直動アクチュエータ１４の軸方向荷重の大きさを検出することができる。
　また、この磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２とスラスト軸受４１の接触を転がり接触としているので、軸方向荷重によりフランジ部材２にたわみが生じたときに、そのフランジ部材２のたわみに起因する摩擦力がフランジ部材２とスラスト軸受４１の間に生じにくく、ヒステリシス誤差の発生が抑えられ、荷重増加時（すなわちフランジ部材２のたわみが増大するとき）と荷重減少時（すなわちフランジ部材２のたわみが減小するとき）とで荷重の検出値に誤差が生じるのを防止することができる。
　また、この磁気式荷重センサ１は、スラスト軸受４１のフランジ部材２側の軌道輪が不要なので、その軌道輪の軸方向厚さに相当する分、直動アクチュエータ１４の軸方向長さが短くすむ。そのため、電動ブレーキ装置の軸方向長さが短くなり、電動ブレーキ装置を車両に組み込んだときに、電動ブレーキ装置周辺の部品（たとえばサスペンション）のレイアウトの自由度が高い。
　また、この磁気式荷重センサ１は、互いに非接触に配置された磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化を利用して軸方向荷重を検出するので、衝撃荷重やせん断荷重が荷重センサ１に入力されてもセンサ１が故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。
　直動アクチュエータ１４が印加する軸方向荷重の大きさを検出する方法として、外輪部材２５が摩擦パッド２２を軸方向前方に押圧するときの外輪部材２５の軸方向変位に基づいて摩擦パッド２２に対する軸方向荷重を推定する方法があるが、この方法では、摩擦パッド２２の摩耗等による外輪部材２５の原点位置の変動を把握するために別途のセンサが必要となり、構造が複雑になってしまう。これに対し、外輪部材２５が摩擦パッド２２を軸方向前方に押圧するときに作用する軸方向後方の反力を受け止める部材として上記磁気式荷重センサ１を組み込むと、摩擦パッド２２の摩耗等により外輪部材２５の原点位置が変動しても、磁気式荷重センサ１が検出する軸方向荷重に影響しない。そのため、外輪部材２５の原点位置を把握するためのセンサが不要であり、構造が単純で済む。
　上記実施形態では、転動体４１Ｂとして玉を用いたスラスト軸受４１を例に挙げて説明したが、この発明は他の形式のスラスト軸受４１にも適用することができる。例えば、図１１に示すように、転動体４１Ｂとして円筒ころまたは針状ころを用いたスラストころ軸受を採用することができる。図１１において、フランジ部材２の支持部材３と対向する側とは反対の面には、熱処理（例えば高周波焼入れ）を施されて硬化した周方向に連続する平面４６が、スラスト軸受４１の軌道面として形成されている。
　また、図１２に示すように、転動体４１Ｂとして球面ころを用いたスラスト自動調心ころ軸受を採用することができる。図１２において、フランジ部材２の支持部材３と対向する側とは反対の面には、軸方向荷重の方向に対して傾斜した断面円弧状の凹面４７が周方向に連続して形成されており、この凹面４７がスラスト軸受４１の軌道面として機能する。このようにスラスト自動調心ころ軸受を採用すると、間座４０とフランジ部材２の間の平行度に誤差が存在するときにも、その誤差をスラスト軸受４１が吸収するので、フランジ部材２が均一にたわみ、荷重の検出精度が安定する。
　上記実施形態では、回転軸２３の回転を直動部材（ここでは外輪部材２５）の軸方向移動に変換する直動機構として、回転軸２３の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ２４と、遊星ローラ２４を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ２６と、複数の遊星ローラ２４を囲むように配置された外輪部材２５と、外輪部材２５の内周に設けられた螺旋凸条３４と、螺旋凸条３４と係合するように各遊星ローラ２４の外周に設けられた螺旋溝または円周溝３５とからなる遊星ローラ機構を例に挙げて説明したが、この発明は、他の構成の直動機構を採用した直動アクチュエータにも同様に適用することができる。
　例えば、直動機構としてボールねじ機構を採用した直動アクチュエータの例を図１３に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
　図１３において、直動アクチュエータは、回転軸２３と、回転軸２３と一体に設けられたねじ軸５０と、ねじ軸５０を囲むように設けられたナット５１と、ねじ軸５０の外周に形成されたねじ溝５２とナット５１の内周に形成されたねじ溝５３の間に組み込まれた複数のボール５４と、ナット５１のねじ溝５３の終点から始点にボール５４を戻す図示しないリターンチューブと、ナット５１の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。
　ナット５１は、キャリパボディ１９の対向片１７に設けられた収容孔２０内に、キャリパボディ１９に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸５０の軸方向後端にはねじ軸５０と一体に回転する間座４０が設けられ、その間座４０がスラスト軸受４１を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座４０とスラスト軸受４１とねじ軸５０とを介してナット５１を軸方向に支持することで、ナット５１の軸方向後方への移動を規制している。
　この直動アクチュエータは、回転軸２３を回転させることによって、ねじ軸５０とナット５１を相対回転させ、ナット５１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加する。このとき、ねじ軸５０には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座４０、スラスト軸受４１を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２２に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて、摩擦パッド２２の押圧力を検出することができる。
　また、直動機構としてボールランプ機構を採用した直動アクチュエータを適用した例を図１４に示す。
　図１４において、直動アクチュエータは、回転軸２３と、回転軸２３の外周に回り止めされた回転ディスク６０と、回転ディスク６０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク６１と、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間に挟まれた複数のボール６２と、直動ディスク６１の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。
　直動ディスク６１は、キャリパボディ１９の対向片１７に設けられた収容孔２０内に、キャリパボディ１９に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク６０の軸方向後端には回転ディスク６０と一体に回転する間座４０が設けられ、その間座４０がスラスト軸受４１を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座４０とスラスト軸受４１とを介して回転ディスク６０を軸方向に支持することで回転ディスク６０の軸方向後方への移動を規制している。
　図１４、図１５に示すように、回転ディスク６０の直動ディスク６１に対する対向面６０ａには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６３が形成され、直動ディスク６１の回転ディスク６０に対する対向面６１ａには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６４が形成されている。図１６（ａ）に示すように、ボール６２は、回転ディスク６０の傾斜溝６３と直動ディスク６１の傾斜溝６４の間に組み込まれており、図１６（ｂ）に示すように、直動ディスク６１に対して回転ディスク６０が相対回転すると、傾斜溝６３，６４内をボール６２が転動して、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間隔が拡大するようになっている。
　この直動アクチュエータは、回転軸２３を回転させることによって、直動ディスク６１と回転ディスク６０を相対回転させて、直動ディスク６１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２２に軸方向荷重を印加する。このとき、回転ディスク６０には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座４０、スラスト軸受４１を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２２に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて、摩擦パッド２２の押圧力を検出することができる。
　上記実施形態では、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置の変化量を高精度に検出するため、磁気ターゲット４の磁化方向が磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位方向と直交するように磁石を配置したが、図１７に示すように、磁気ターゲット４の磁化方向が磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位方向と平行となるように磁気ターゲット４を配置し、その磁気ターゲット４の近傍に磁気センサ５を配置してもよい。
　図１８に、この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサ７０を示す。第１実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
　フランジ部材２は、支持部材３との対向面に環状突起７１を有し、その環状突起７１で支持部材３の内径側部分を支持し、フランジ部材２と支持部材３の間隔を保持している。支持部材３は、フランジ部材２に向けて突出する筒部７２を有する。筒部７２の内径面は、フランジ部材２の外径面と径方向に対向しており、筒部７２の内径面に磁気センサ５が固定され、フランジ部材２の外径面に磁気ターゲット４が固定されている。
　この磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２に支持部材３に向かう方向の軸方向荷重が作用すると、その軸方向荷重に応じてフランジ部材２が内周部を支点として軸方向にたわみ、支持部材３も外周部を支点として軸方向にたわむ。この両部材２，３のたわみにより磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサ５の出力信号が変化する。そして、フランジ部材２に作用する軸方向荷重の大きさと、磁気センサ５の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ５の出力信号に基づいてフランジ部材２に作用する軸方向荷重の大きさを検出することができる。
　このように、フランジ部材２に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材２だけでなく支持部材３にもたわみが生じるようにすると、その両部材２，３のたわみにより磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位するので、第１実施形態よりも荷重検出の分解能を高めることが可能である。
１　　　　磁気式荷重センサ
２　　　　フランジ部材
４　　　　磁気ターゲット
５　　　　磁気センサ
１０　　　溝
１１　　　永久磁石
１４　　　直動アクチュエータ
２２　　　摩擦パッド
２３　　　回転軸
２５　　　外輪部材
２７　　　電動モータ
４１　　　スラスト軸受
４１Ｂ　　転動体
４６　　　平面
４７　　　凹面
５１　　　ナット
６１　　　直動ディスク

Claims (10)

  1. 　直動アクチュエータが対象物（２２）に印加する軸方向荷重の大きさを検出する直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサにおいて、
    　前記軸方向荷重の反力をスラスト軸受（４１）を介して受けてたわみを生じるフランジ部材（２）と、磁界を発生する磁気ターゲット（４）と、その磁気ターゲット（４）に対する相対位置が前記フランジ部材（２）のたわみにより変化するよう配置された磁気センサ（５）とを有し、前記フランジ部材（２）の軸方向端面に前記スラスト軸受（４１）の転動体（４１Ｂ）が転がり接触する軌道面を形成したことを特徴とする直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  2. 　前記スラスト軸受（４１）が転動体（４１Ｂ）として玉を用いたスラスト玉軸受であり、前記軌道面が断面円弧状の溝（１０）である請求項１に記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  3. 　前記スラスト軸受が転動体（４１Ｂ）として円筒ころまたは針状ころを用いたスラストころ軸受であり、前記軌道面が熱処理を施されて硬化した平面（４６）である請求項１に記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  4. 　前記スラスト軸受（４１）が転動体（４１Ｂ）として球面ころを用いたスラスト自動調心ころ軸受であり、前記軌道面が、前記軸方向荷重の方向に対して傾斜した断面円弧状の凹面（４７）である請求項１に記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  5. 　前記磁気ターゲット（４）が、前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）の相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石（１１）を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）の相対変位方向に並ぶように配置したものであり、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサ（５）を配置した請求項１から４のいずれかに記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  6. 　前記磁気センサ（５）としてホールＩＣを使用した請求項１から５のいずれかに記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  7. 　前記磁気センサ（５）として磁気抵抗素子を使用した請求項１から５のいずれかに記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  8. 　前記磁気センサ（５）として磁気インピーダンス素子を使用した請求項１から５のいずれかに記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  9. 　前記磁気ターゲット（４）にネオジム磁石を使用した請求項１から８のいずれかに記載の直動アクチュエータ用の磁気式荷重センサ。
  10. 　電動モータ（２７）の回転が入力される回転軸（２３）と、その回転軸（２３）の回転を直動部材（２５，５１，６１）の軸方向移動に変換する直動機構とを有し、その直動機構で対象物（２２）に軸方向荷重を印加する直動アクチュエータにおいて、前記軸方向荷重を対象物（２２）に印加するときに直動機構に作用する反力を受け止める部材として請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサを組み込んだ直動アクチュエータ。
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