JP5096609B2

JP5096609B2 - 電動式ブレーキ装置

Info

Publication number: JP5096609B2
Application number: JP2011256333A
Authority: JP
Inventors: 達也山崎; 雅章江口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: JP2012072909A

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、回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条のリード角が、遊星ローラの外径面に設けた周方向溝または螺旋溝のリード角と異なるので、遊星ローラの外径面が回転軸の外径面または外輪部材の内径面に転接しながら螺旋凸条が周方向溝または螺旋溝に嵌まり込むときに、螺旋凸条が溝縁部に接触し、この接触抵抗に起因するトルクロスによって、直線運動への変換効率が低下する問題がある。

また、螺旋凸条が遊星ローラの周方向溝または螺旋溝に嵌まり込んだ後は、螺旋凸条の一方の側面が遊星ローラの溝の一方の側壁に当接されて、遊星ローラに直線駆動力が伝達されるが、溝の側壁に螺旋凸条の基部側または頂部側が偏って当接されると、これらの当接部での接触面圧が高くなって、疲労損傷が生じやすくなる問題もある。螺旋凸条の頂部側が偏って当接される場合は、当接部の周速差が大きくなるので、摩耗も生じやすくなる。

そこで、本発明の課題は、螺旋凸条が周方向溝または螺旋溝に嵌まり込むときに、螺旋凸条が溝縁部に接触しないようにすることと、これらの溝に嵌まり込んだ螺旋凸条の側面が、基部側や頂部側で溝の側壁に偏って当接され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、前記電動式直動アクチュエータのケーシングが固定されたキャリパボディの内部で被制動部材の両側に前記ブレーキ部材を対向配置し、前記電動式直動アクチュエータで直線駆動されるブレーキ部材を前記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として、前記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に配置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、前記周方向溝または螺旋溝の側壁を、溝幅が溝底側から溝縁側へ広がるように傾斜させるとともに、前記螺旋凸条の側面を、条幅が基部側から頂部側へ狭まるように傾斜させ、これらの傾斜させた溝の側壁と螺旋凸条の側面の少なくとも一方を、傾斜方向で中高となる凸曲面で形成し、前記螺旋凸条をその片側の側面でのみ前記周方向溝または螺旋溝の側壁に当接させ、溝底面には非接触とした電動式直動アクチュエータを用いた構成を採用した。

すなわち、遊星ローラの周方向溝または螺旋溝の側壁を、溝幅が溝底側から溝縁側へ広がるように傾斜させるとともに、回転軸の外径面または外輪部材の内径面の螺旋凸条の側面を、条幅が基部側から頂部側へ狭まるように傾斜させることにより、螺旋凸条が周方向溝または螺旋溝に嵌まり込むときに、螺旋凸条が溝縁部に接触しないようにし、これらの傾斜させた溝の側壁と螺旋凸条の側面の少なくとも一方を、傾斜方向で中高となる凸曲面で形成することにより、これらの溝に嵌まり込んだ螺旋凸条の側面が中高の凸曲面の中央部で溝の側壁に当接されるようにし、基部側や頂部側で偏って溝の側壁に当接されないようにした。

前記凸曲面を円弧面とすることにより、凸曲面を容易に精度よく形成することができる。

前記円弧面の曲率半径を前記螺旋凸条の高さよりも大きくすることにより、螺旋凸条の側面と周方向溝または螺旋溝の側壁とが当接される面積を広くして、これらの接触面圧を低減することができる。

前記周方向溝または螺旋溝の側壁の傾斜角と、前記螺旋凸条の側面の傾斜角とを等しくすることにより、わずかな凸曲面の突出量で、螺旋凸条の側面の基部側や頂部側が溝の側壁へ偏って当接されないようにすることができる。

前記回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、これらの回転軸の外径面または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。

前記条部材を金属の引き抜き加工で形成することにより、合金成分の少ない安価な金属素材を用いて加工硬化によって強度を高め、かつ、高い歩留りで条部材を安価に形成することができる。また、引き抜き加工時に条部材を螺旋状に巻き取れば、螺旋溝への周着も容易にすることができる。

本発明の電動式ブレーキ装置は、遊星ローラの周方向溝または螺旋溝の側壁を、溝幅が溝底側から溝縁側へ広がるように傾斜させるとともに、回転軸の外径面または外輪部材の内径面の螺旋凸条の側面を、条幅が基部側から頂部側へ狭まるように傾斜させ、これらの傾斜させた溝の側壁と螺旋凸条の側面の少なくとも一方を、傾斜方向で中高となる凸曲面で形成したので、螺旋凸条が周方向溝または螺旋溝に嵌まり込むときの、螺旋凸条の溝縁部への接触を防止でき、かつ、これらの溝に嵌まり込んだ螺旋凸条の側面の基部側や頂部側が溝の側壁に偏って当接されないようにすることができる。

実施形態の電動式ブレーキ装置に用いられる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（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（ａ）は図１の遊星ローラの螺旋溝と外輪部材の螺旋凸条を拡大して示す断面図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す断面図図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。この電動式ブレーキ装置に用いられる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と並行に取り付けられ、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の円筒面とされた内径面に固定された外輪部材５との間に、キャリヤ６の支持軸６ａに回転自在に支持された３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。また、隣接する各遊星ローラ７の間には、両側の遊星ローラ７の外径面に摺接して、潤滑剤としてのグリースを塗布する３個の扇形状の潤滑剤塗布部材８が配設されている。各潤滑剤塗布部材８は、キャリヤ６の支持軸６ａに取り付けられた有底部分円筒状のケース９に収納されている。

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１０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１１に玉軸受１２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１３が設けられ、この環状溝１３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１４が嵌入され、その内径面を保持する円環状の保持部材１５が円筒部１ａの内径面に内嵌固定されている。ストッパ１４は、円周方向で複数に分割されて環状溝１３に容易に嵌入可能とされ、保持部材１５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。

前記各遊星ローラ７は、回転軸４に外嵌されたキャリヤ６の支持軸６ａに針状ころ軸受１６で回転自在に支持され、その自転がスラスト玉軸受１７でキャリヤ６に支持されている。また、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１８がスラスト玉軸受１９で支持され、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１８に伝達されるようになっている。

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。条部材５ｂは低炭素鋼の引き抜き加工で形成され、加工硬化によって強度を高められている。

また、図４（ｂ）に示すように、前記各遊星ローラ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い。

図４（ａ）、（ｂ）に示された螺旋凸条と螺旋溝７ａの螺旋の向きは、互いに逆向きになっているように見えるが、図４（ａ）に示された螺旋凸条は、図４（ｂ）に示された螺旋溝７ａの裏側の部分に螺合するので、両者の螺旋の向きは同じである。したがって、回転軸４の周りを自転しながら公転し、その螺旋溝７ａが外輪部材５の螺旋凸条と螺合する各遊星ローラ７は、螺旋凸条と螺旋溝７ａとのリード角の差によって軸方向へ直線運動する。

図５（ａ）に拡大して示すように、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おり、螺旋凸条の側面は、傾斜方向で中高となる円弧面５ｃで形成されている。この円弧面５ｃの曲率半径Ｒ１は、螺旋凸条の高さＨよりも大きく形成されている。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の側面が、基部側や頂部側で螺旋溝７ａの側壁へ偏って当接されることもない。

図５（ｂ）は、前記遊星ローラ７の螺旋溝７ａと外輪部材５の螺旋凸条の変形例を示す。この変形例は、外輪部材５の螺旋凸条の側面と螺旋溝７ａの側壁の両方が、それぞれ傾斜方向で中高となる円弧面５ｃ、７ｃで形成されている点が異なる。その他の部分は実施形態のものと同じであり、円弧面５ｃの曲率半径Ｒ１と円弧面７ｃの曲率半径Ｒ２は、いずれも螺旋凸条の高さＨよりも大きく形成されている。なお、螺旋溝７ａの側壁のみを円弧面７ｃで形成することもできる。

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２１の内部で被制動部材としてのディスクロータ２２の両側に、ブレーキ部材としてのブレーキパッド２３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２１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、その直線駆動部材１８でブレーキパッド２３がディスクロータ２２に押圧され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おり、直線駆動部材１８は押圧する側のブレーキパッド２３にキー２４で回り止めされている。

上述した実施形態では、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これとリード角が異なる螺旋溝を設けたが、遊星ローラの外径面には螺旋凸条と同一ピッチの周方向溝を設けてもよく、螺旋凸条は回転軸の外径面に設けることもできる。

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
５ｃ円弧面
６キャリヤ
６ａ支持軸
７遊星ローラ
７ａ螺旋溝
７ｃ円弧面
８潤滑剤塗布部材
９ケース
１０玉軸受
１１軸ピン
１２玉軸受
１３環状溝
１４ストッパ
１５保持部材
１６針状ころ軸受
１７スラスト玉軸受
１８直線駆動部材
１９スラスト玉軸受
２１キャリパボディ
２２ディスクロータ
２３ブレーキパッド
２４キー

Claims

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、前記電動式直動アクチュエータのケーシングが固定されたキャリパボディの内部で被制動部材の両側に前記ブレーキ部材を対向配置し、前記電動式直動アクチュエータで直線駆動されるブレーキ部材を前記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として、前記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に配置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、前記周方向溝または螺旋溝の側壁を、溝幅が溝底側から溝縁側へ広がるように傾斜させるとともに、前記螺旋凸条の側面を、条幅が基部側から頂部側へ狭まるように傾斜させ、これらの傾斜させた溝の側壁と螺旋凸条の側面の少なくとも一方を、傾斜方向で中高となる凸曲面で形成し、前記螺旋凸条をその片側の側面でのみ前記周方向溝または螺旋溝の側壁に当接させ、溝底面には非接触とした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。
前記凸曲面を円弧面とした請求項１に記載の電動式ブレーキ装置。
前記円弧面の曲率半径を前記螺旋凸条の高さよりも大きくした請求項２に記載の電動式ブレーキ装置。
前記周方向溝または螺旋溝の側壁の傾斜角と、前記螺旋凸条の側面の傾斜角とを等しくした請求項１乃至３のいずれかに記載の電動式ブレーキ装置。
前記回転軸の外径面または外輪部材の内径面に設けた螺旋凸条を、これらの回転軸の外径面または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４のいずれかに記載の電動式ブレーキ装置。
前記条部材を金属の引き抜き加工で形成した請求項５に記載の電動式ブレーキ装置。