JP2018013167A - 遊星ローラねじ式直動機構および電動ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率を切り替えることが可能であり、しかも、回転軸の外周の遊星ローラが転がり接触する円筒面を研磨等によって容易に仕上げることが可能な遊星ローラねじ式直動機構を提供する。
【解決手段】軸方向後方への反力によりキャリア１４が回転軸８に対して相対移動するようにキャリア１４を弾性部材３５で支持し、キャリア１４が回転軸８に対して相対移動していない状態ではキャリア１４と摩擦結合し、キャリア１４が回転軸８に対して相対移動した状態ではキャリア１４との摩擦結合を解除する摩擦結合部４０が回転軸８の外周に設けられた遊星ローラねじ式直動機構において、摩擦結合部４０を、回転軸８の円筒面１２をもつ部分とは別体の環状部材として形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、遊星ローラねじ式直動機構およびその遊星ローラねじ式直動機構を用いた電動ブレーキ装置に関する。

従来、車両用ブレーキ装置として、油圧を駆動源とする油圧ブレーキ装置が多く採用されてきたが、油圧ブレーキ装置は、ブレーキオイルを使用するので環境負荷が高く、またＡＢＳ、スタビリティ・コントロール・システム、ブレーキアシスト等といった機能の更なる高機能化が難しい。そこで、ブレーキ装置の更なる高機能化と環境負荷の低減を実現する手段として、電動モータを駆動源とする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、車輪と一体に回転するブレーキディスクと、ブレーキディスクに対向して配置されたブレーキパッドと、ブレーキパッドを直線駆動する電動式直動アクチュエータとを有し、ブレーキパッドをブレーキディスクに押し付けることで制動力を発生する。

このような電動ブレーキ装置に用いられる電動式直動アクチュエータとして、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の電動式直動アクチュエータは、電動モータと、その電動モータの回転が入力される回転軸と、その回転軸の外周に転がり接触する複数の遊星ローラと、その複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持するキャリアと、複数の遊星ローラを囲むように配置された外輪部材と、その外輪部材を軸方向に移動可能に収容するハウジングとを有する。外輪部材の内周には螺旋凸条が設けられ、その螺旋凸条と係合する螺旋溝または円周溝が各遊星ローラの外周に設けられている。

この電動式直動アクチュエータは、電動モータの回転が回転軸に入力されると、その回転軸の回転が、回転軸の外周に転がり接触する遊星ローラに伝達し、各遊星ローラが自転しながら回転軸のまわりを公転する。このとき、遊星ローラの外周の螺旋溝または円周溝と外輪部材の内周の螺旋凸条との係合によって外輪部材が軸方向に移動する。

この電動式直動アクチュエータを電動ブレーキ装置に使用する場合、外輪部材の内周の螺旋凸条のリード角を大きく設定すると、外輪部材の軸方向の移動速度が早くなるので、ブレーキをかけるときに、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでに要する時間が短くなり、ブレーキの応答性を高めることができるが、その反面、荷重変換率が小さくなるので、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力が小さくなるという問題がある。

一方、外輪部材の内周の螺旋凸条のリード角を小さく設定すると、荷重変換率が大きくなるので、ブレーキをかけるときに、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることが可能となるが、その反面、外輪部材の軸方向の移動速度が遅くなるので、ブレーキパッドがブレーキディスクに接触するまでに要する時間が長くなり、ブレーキの応答性が低下してしまう。つまり、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることとは、相反関係にある。

そこで、特許文献１では、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキパッドがブレーキディスクを押圧する力を大きくすることとを両立させるため、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率が切り替わる構造を提案している。

すなわち、外輪部材が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動するようにキャリアを弾性部材で支持している。また、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、キャリアと回転軸の相対回転を制限するようにキャリアと摩擦結合し、キャリアが回転軸に対して軸方向後方に相対移動した状態では、キャリアと回転軸の相対回転を許容するようにキャリアとの摩擦結合を解除する摩擦結合部を回転軸の外周に設けている。

このようにすると、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態では、回転軸の外周の摩擦結合部がキャリアと摩擦結合し、キャリアと回転軸の相対回転が制限される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、回転軸と一体にキャリアが公転し、外輪部材が小さい減速比で軸方向に移動する。一方、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷した状態では、回転軸の外周の摩擦結合部とキャリアとの摩擦結合が解除され、キャリアと回転軸の相対回転が許容される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、遊星ローラが自転しながら公転し、外輪部材が大きい減速比で軸方向に移動する。このように、荷重変換率（減速比）を、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて切り替えることが可能となっている。ここで、摩擦結合部は、回転軸の外周に直接形成されたテーパ面である。

特許第５４９６８３６号公報

本願の発明者は、上記の遊星ローラねじ式直動機構において、回転軸の外周の遊星ローラが転がり接触する円筒面を研磨等によって高精度に仕上げるときに、回転軸の形状が、仕上げ加工の難しい形状となっている点に気付いた。

すなわち、特許文献１の遊星ローラねじ式直動機構においては、キャリアと摩擦結合する摩擦結合部は、回転軸の外周に直接形成されたテーパ面を採用している。そして、このテーパ面は、回転軸の外周の円筒面（遊星ローラが転がり接触する面）よりも大きい外径を有する。そのため、回転軸の外周を転がり支持しながら回転軸の外周を加工する低コストの加工方法（例えば、センタレス通し研磨）を採用することができず、回転軸の外周の円筒面を高精度に仕上げるための加工コストが高くなるという問題がある。

この発明が解決しようとする課題は、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率を切り替えることが可能であり、しかも、回転軸の外周の遊星ローラが転がり接触する円筒面を研磨等によって容易に仕上げることが可能な遊星ローラねじ式直動機構を提供することである。

上記課題を解決するため、この発明では、以下の構成の遊星ローラねじ式直動機構を提供する。
外周に円筒面をもつ回転軸と、
前記円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラと、
前記複数の遊星ローラを自転可能かつ公転可能に保持するキャリアと、
前記複数の遊星ローラを囲むように配置され、軸方向に移動可能に支持された外輪部材と、
前記外輪部材の内周に設けられた螺旋凸条と、
前記各遊星ローラの外周に設けられ、前記遊星ローラが自転しながら公転したときに前記外輪部材を軸方向に移動させるように前記螺旋凸条と係合する螺旋溝または円周溝とを有し、
前記外輪部材が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動するように前記キャリアが弾性部材で支持され、
前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、前記キャリアと前記回転軸の相対回転を制限するように前記キャリアと摩擦結合し、前記キャリアが前記回転軸に対して軸方向後方に相対移動した状態では、前記キャリアと前記回転軸の相対回転を許容するように前記キャリアとの摩擦結合を解除する摩擦結合部が前記回転軸の外周に設けられ、
前記摩擦結合部が前記円筒面よりも大きい外径を有する遊星ローラねじ式直動機構において、
前記摩擦結合部は、前記回転軸の前記円筒面をもつ部分とは別体の環状部材として形成され、その摩擦結合部が前記回転軸の外周に嵌合して固定されている。

このようにすると、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態では、回転軸の外周の摩擦結合部がキャリアと摩擦結合し、キャリアと回転軸の相対回転が制限される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、回転軸と一体にキャリアが公転し、外輪部材が小さい減速比で軸方向に移動する。一方、外輪部材から対象物に軸方向前方への荷重を負荷した状態では、回転軸の外周の摩擦結合部とキャリアとの摩擦結合が解除され、キャリアと回転軸の相対回転が許容される。そのため、外部から回転軸に回転が入力されたときに、遊星ローラが自転しながら公転し、外輪部材が大きい減速比で軸方向に移動する。このように、荷重変換率（減速比）を、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて切り替えることが可能となっている。

また、前記摩擦結合部は、遊星ローラが転がり接触する円筒面よりも大きい外径を有するが、この摩擦結合部は、回転軸の前記円筒面をもつ部分とは別体の環状部材として形成されているため、遊星ローラが転がり接触する円筒面を、回転軸の最大径部分とすることが可能である。そのため、回転軸の外周を転がり支持しながら回転軸の外周を加工する低コストの加工方法（例えば、センタレス通し研磨）を採用することが可能であり、遊星ローラが転がり接触する円筒面を研磨等によって容易に仕上げることが可能である。

前記摩擦結合部としては、前記回転軸の外周に形成された断面非円形の回り止め部に嵌合することで前記回転軸に対する相対回転が規制され、かつ、前記回転軸の外周に装着された止め輪で前記回転軸に対する軸方向移動が規制された構成のものを採用することができる。

このようにすると、摩擦結合部を回転軸の外周に取り付ける作業が容易である。

また、前記摩擦結合部としては、前記回転軸の外周に締め代をもって嵌合した構成のものを採用することができる。締め代を設ける手段としては、例えば、圧入、焼き嵌め等が挙げられる。

このようにすると、摩擦結合部の内周の形状と、回転軸の外周の摩擦結合部に対する嵌合部分の形状とを単純なもの（例えば円筒面）とすることができ、摩擦結合部と回転軸の製造コストを低減することが可能となる。

また、前記摩擦結合部としては、前記回転軸の外周に溶接したものを採用してもよい。

また、前記回転軸の外周にスプラインを形成し、そのスプラインを前記摩擦結合部の内周部の硬度よりも高い硬度を有するものとし、そのスプラインを前記摩擦結合部の内周部に食い込ませることで前記摩擦結合部を前記回転軸に固定してもよい。

このようにすると、極めて高い強度をもって摩擦結合部を回転軸に固定することが可能となる。

また、前記摩擦結合部の内周にスプラインを形成し、そのスプラインを、前記回転軸の外周の前記摩擦結合部に対する嵌合部分の硬度よりも高い硬度を有するものとし、そのスプラインを前記回転軸の外周に食い込ませることで前記摩擦結合部を前記回転軸に固定してもよい。

このようにすると、極めて高い強度をもって摩擦結合部を回転軸に固定することが可能となる。

前記摩擦結合部の前記キャリアに対する接触面は、軸方向前側から後側に向かって外径が小さくなるテーパ形状のものを採用することができる。

このようにすると、テーパの楔作用によって摩擦結合部とキャリアの間の接触面圧が高くなるので、回転軸とキャリアの間での滑りを効果的に防止することが可能となる。

また、この発明では、上記の遊星ローラねじ式直動機構用いた電動ブレーキ装置として、以下の構成のものを併せて提供する。
上記構成の遊星ローラねじ式直動機構と、
前記遊星ローラねじ式直動機構の前記回転軸を回転駆動する電動モータと、
前記遊星ローラねじ式直動機構の外輪部材と一体に移動するブレーキパッドと、
前記ブレーキパッドに対向して配置されたブレーキディスクと、
を有する電動ブレーキ装置。

この発明の遊星ローラねじ式直動機構は、外輪部材から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率を切り替えることが可能である。また、摩擦結合部が、回転軸の前記円筒面をもつ部分とは別体の環状部材として形成されているため、遊星ローラが転がり接触する円筒面を、回転軸の最大径部分とすることが可能である。そのため、回転軸の外周を転がり支持しながら回転軸の外周を加工する低コストの加工方法（例えば、センタレス通し研磨）を採用することが可能であり、遊星ローラが転がり接触する円筒面を研磨等によって容易に仕上げることが可能である。

この発明の第１実施形態の遊星ローラねじ式直動機構を組み込んだ電動式直動アクチュエータを示す断面図 図１の遊星ローラねじ式直動機構の近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２の摩擦結合部の近傍の拡大断面図 図４のV−V線に沿った断面図 図２に示すキャリアに軸方向後方への荷重が負荷されず、キャリアと摩擦結合部とが摩擦結合した状態を示す図 図２に示すキャリアに軸方向後方への荷重が負荷され、キャリアと摩擦結合部の摩擦結合が解除された状態を示す図 （ａ）は図４に示す摩擦結合部の変形例を示す図、（ｂ）は（ａ）のVIII−VIII線に沿った断面図 （ａ）は第２実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を拡大して示す図、（ｂ）は（ａ）のIX−IX線に沿った断面図 （ａ）は第３実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を拡大して示す図、（ｂ）は（ａ）のX−X線に沿った断面図 第４実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を拡大して示す図 第５実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を拡大して示す図 （ａ）は第６実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を拡大して示す図、（ｂ）は（ａ）のXIII−XIII線に沿った断面図 図１３に示す摩擦結合部を回転軸の嵌合軸部に固定する過程を示す図 第７実施形態の遊星ローラねじ式直動機構の摩擦結合部を回転軸の嵌合軸部に固定する過程を示す図 図１に示す電動式直動アクチュエータを用いた電動ブレーキ装置の一例を示す断面図 図１６に示す電動ブレーキ装置をインナ側から見た図

図１に、この発明の第１実施形態の遊星ローラねじ式直動機構１を用いた電動式直動アクチュエータ２を示す。この電動式直動アクチュエータ２は、電動モータ３と、電動モータ３の回転を減速して伝達する減速歯車列４と、減速歯車列４を介して電動モータ３から入力される回転を外輪部材５の直線運動に変換して出力する遊星ローラねじ式直動機構１とを有する。

減速歯車列４は、電動モータ３のモータ軸６に固定された入力歯車７と、遊星ローラねじ式直動機構１の回転軸８に固定された出力歯車９と、入力歯車７と出力歯車９の間で回転を伝達する中間歯車１０と、これらの歯車７，９，１０を収容するギヤケース１１とを有する。この減速歯車列４は、電動モータ３のモータ軸６から入力歯車７に入力された回転を、互いに歯数の異なる入力歯車７、中間歯車１０、出力歯車９を順に伝達することで減速し、その減速された回転を出力歯車９から回転軸８に出力する。

図２、図３に示すように、遊星ローラねじ式直動機構１は、外周に円筒面１２をもつ回転軸８と、円筒面１２に転がり接触する複数の遊星ローラ１３と、その複数の遊星ローラ１３を自転可能かつ公転可能に保持するキャリア１４と、複数の遊星ローラ１３を囲むように配置された中空筒状の外輪部材５と、外輪部材５を軸方向に移動可能に収容するハウジング１５とを有する。複数の遊星ローラ１３は、外輪部材５の内周と回転軸８の外周との間に周方向に間隔をおいて配置されている。

ここで、回転軸８と平行な方向を軸方向、外輪部材５のハウジング１５からの突出長さが大きくなる側に外輪部材５が移動するときの外輪部材５の移動方向を軸方向前方、外輪部材５のハウジング１５からの突出長さが小さくなる側に外輪部材５が移動するときの外輪部材５の移動方向を軸方向後方、回転軸８まわりに周回する方向を周方向、回転軸８との距離が変化する方向を径方向と定義する。

図２に示すように、外輪部材５の内周には、螺旋凸条１６が設けられている。螺旋凸条１６は、周方向に対して所定のリード角をもって斜めに延びる凸条である。各遊星ローラ１３の外周には、螺旋凸条１６に係合する複数の円周溝１７が軸方向に間隔をおいて形成されている。各遊星ローラ１３の外周の軸方向に隣り合う円周溝１７の間隔は、螺旋凸条１６のピッチと同一の大きさとされている。ここでは、遊星ローラ１３の外周にリード角が０度の円周溝１７を設けているが、円周溝１７のかわりに、螺旋凸条１６と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

図２、図３に示すように、キャリア１４は、各遊星ローラ１３をそれぞれ自転可能に支持する複数の支持ピン１８と、各支持ピン１８の軸方向前端部を保持する軸方向前側ディスク２０と、各支持ピン１８の軸方向後端部を保持する軸方向後側ディスク２１と、周方向に隣り合う複数の遊星ローラ１３の間を通って軸方向前側ディスク２０と軸方向後側ディスク２１を連結する柱部２２とを有する。柱部２２は、軸方向前側ディスク２０と軸方向後側ディスク２１が軸方向と周方向のいずれの方向にも相対移動しないように両ディスク２０，２１を一体化している。

図２に示すように、軸方向前側ディスク２０および軸方向後側ディスク２１は、それぞれ回転軸８を貫通させる環状に形成されている。軸方向後側ディスク２１の内周には、回転軸８の外周に摺接する滑り軸受２３が装着されている。

各遊星ローラ１３の内周と支持ピン１８の外周との間には、遊星ローラ１３を自転可能に支持するラジアル軸受２４が組み込まれている。各遊星ローラ１３と軸方向後側ディスク２１との間には、遊星ローラ１３を自転可能な状態で軸方向に支持するスラスト軸受２５が組み込まれている。また、スラスト軸受２５と軸方向後側ディスク２１の間には、スラスト軸受２５を介して遊星ローラ１３を傾動可能に支持する調心座２６が組み込まれている。

外輪部材５は、ハウジング１５に形成された収容孔２７の内面で軸方向にスライド可能に支持されている。ハウジング１５の内部には、キャリア１４から軸方向後方に離れた位置に軸受支持部材２８が固定されている。軸受支持部材２８は、回転軸８を貫通させる円環状に形成されている。軸受支持部材２８の内周には、回転軸８を回転可能に支持するラジアル軸受２９が組み込まれている。ラジアル軸受２９は、例えば、焼結すべり軸受や深溝玉軸受を採用することができる。

軸受支持部材２８は、収容孔２７の内周に設けられた突起部３０で軸方向後方への移動が規制され、収容孔２７の内周に装着した止め輪３１で軸方向前方への移動が規制されている。また、回転軸８は、回転軸８の外周に装着した止め輪３２によって軸受支持部材２８に対する軸方向前方への相対移動が規制されている。また、キャリア１４は、回転軸８の軸方向前端部の外周に固定された摩擦結合部４０によって、回転軸８に対する軸方向前方への相対移動が規制されている。

ここで、ラジアル軸受２９は、軸受支持部材２８に対する軸方向前方への相対移動が規制された状態に組み込まれ、止め輪３２は、ラジアル軸受２９に対して軸方向後側に装着されている。

キャリア１４と軸受支持部材２８の間には、キャリア１４を公転可能な状態で軸方向後側から支持するスラスト軸受３３が組み込まれている。また、キャリア１４とスラスト軸受３３の間には、キャリア１４からスラスト軸受３３に軸方向荷重を伝達する間座３４が組み込まれている。キャリア１４と間座３４の間には弾性部材３５が組み込まれ、さらに間座３４とキャリア１４の間には、キャリア１４の軸方向移動を許容する軸方向隙間３６が設けられている。これにより、キャリア１４に軸方向後方への荷重が負荷されたときに、その荷重により弾性部材３５が軸方向に圧縮し、キャリア１４と間座３４の間の軸方向隙間３６の範囲で、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動するようになっている。ここで、キャリア１４と間座３４の間の軸方向隙間３６の大きさは微小である。そのため、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動することが可能な距離はきわめて短いもの（例えば、０．５ｍｍ以下）となっている。

弾性部材３５は、回転軸８を貫通させる環状に形成されている。弾性部材３５は、例えば皿ばねである。皿ばねにかえて、ウェーブスプリングやコイルばねを採用することも可能である。弾性部材３５は、外輪部材５が対象物に軸方向前方への荷重を負荷していないとき（すなわち、キャリア１４に軸方向後方への反力が作用していないとき）に、予め軸方向に圧縮された状態とされ、弾性部材３５からキャリア１４に予圧力が作用する組み込みとされている。

この実施形態では、キャリア１４と間座３４の間に弾性部材３５を組み込んだが、弾性部材３５を組み込む位置は、キャリア１４と軸受支持部材２８の間であれば他の位置でもよく、例えば、間座３４とスラスト軸受３３の間に弾性部材３５を組み込んでもよく、間座３４を軸方向に相対移動可能な２つの分割体で構成し、その２つの分割体の間に弾性部材３５を組み込んでもよく、またスラスト軸受３３と軸受支持部材２８の間に弾性部材３５を組み込むようにしてもよい。

図４、図５に示すように、摩擦結合部４０は、回転軸８の円筒面１２をもつ部分とは別体の環状部材である。この摩擦結合部４０は、回転軸８の軸方向前端に形成された嵌合軸部８ａの外周に嵌合して固定されている。嵌合軸部８ａは、円筒面１２の外径よりも径方向外側に超える部分をもたない形状とされている。一方、摩擦結合部４０は、円筒面１２よりも大きい外径を有する（すなわち円筒面１２の外径よりも径方向外側に超える部分を有する）形状とされている。

摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に形成された断面非円形の回り止め部４１に嵌合することで回転軸８に対する相対回転が規制されている。回り止め部４１は、ここでは円周の一部を回転軸８の軸線に平行な平面とした形状の部分である。また、摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に装着された止め輪４２で回転軸８に対する軸方向前方への移動が規制されている。さらに、摩擦結合部４０は、嵌合軸部８ａの軸方向後端に形成された段部４３で回転軸８に対する軸方向後方への移動が規制されている。段部４３は、軸方向前側から軸方向後側に向かって外径が大きくなる形状の部分である。

摩擦結合部４０の外周には、軸方向前側から後側に向かって外径が小さくなるテーパ面４４が形成されている。テーパ面４４の傾斜角（テーパ面４４が軸方向と平行な方向に対してなす角度）は、５〜２０°の範囲で設定されている。

キャリア１４の軸方向前側ディスク２０の内周には、テーパ面４４に対向するテーパ内周面４５が形成されている。テーパ内周面４５の傾斜角（テーパ内周面４５が軸方向と平行な方向に対してなす角度）は、５〜２０°の範囲で設定されている。テーパ内周面４５は、テーパ面４４と等しい傾斜角をもつように形成すると好ましい。

ここで、図６に示すように、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動していない状態（すなわち、キャリア１４に軸方向後方への荷重が負荷されていない状態）では、キャリア１４のテーパ内周面４５は、摩擦結合部４０の外周のテーパ面４４に接触している。このとき、テーパ内周面４５とテーパ面４４は弾性部材３５の力によって摩擦結合し、キャリア１４と回転軸８の相対回転がテーパ内周面４５とテーパ面４４の間の摩擦力によって制限された状態となる。

一方、図７に示すように、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動した状態（すなわち、キャリア１４に軸方向後方への荷重が負荷され、その荷重によって弾性部材３５の圧縮量が増加した状態）では、キャリア１４のテーパ内周面４５が、摩擦結合部４０の外周のテーパ面４４から離反する。このとき、テーパ内周面４５とテーパ面４４の摩擦結合が解除され、キャリア１４と回転軸８の相対回転が許容された状態となる。

上記の電動式直動アクチュエータ２の動作例を説明する。

図１に示す電動モータ３のモータ軸６が回転すると、その回転が減速歯車列４によって減速して伝達され、遊星ローラねじ式直動機構１の回転軸８に入力される。

ここで、図２に示す外輪部材５が対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態（すなわち、キャリア１４に軸方向後方への反力が作用していない状態）では、図６に示すように、キャリア１４と摩擦結合部４０とが摩擦結合し、キャリア１４と回転軸８の相対回転が制限される。そのため、図１に示す電動モータ３から減速歯車列４を介して回転軸８に回転が入力されたときに、回転軸８と一体にキャリア１４が公転し、遊星ローラ１３は自転せずに回転軸８のまわりを公転する。そして、遊星ローラ１３の外周の円周溝１７と外輪部材５の内周の螺旋凸条１６との係合によって、遊星ローラ１３と外輪部材５が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ１３はキャリア１４と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ１３はハウジング１５に対して軸方向に移動せず、外輪部材５がハウジング１５に対して軸方向に移動する。

このとき、回転軸８と一体にキャリア１４が公転し、遊星ローラ１３は自転せずに回転軸８のまわりを公転するため、遊星ローラ１３が自転しながら回転軸８のまわりを公転する場合よりも、遊星ローラ１３の公転速度は比較的速いものとなる。そのため、外輪部材５の軸方向の移動速度が早くなり、荷重変換率が小さくなる。

一方、外輪部材５から対象物に軸方向前方への荷重を負荷している状態では、外輪部材５が受ける軸方向後方への反力が遊星ローラ１３とスラスト軸受２５とを順に介してキャリア１４に伝達し、その軸方向後方への反力によって、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動し、図７に示すように、キャリア１４と摩擦結合部４０の摩擦結合が解除され、キャリア１４と回転軸８の相対回転が許容される。そのため、図１に示す電動モータ３から減速歯車列４を介して回転軸８に回転が入力されたときに、遊星ローラ１３が支持ピン１８を中心に自転しながら回転軸８のまわりを公転する。そして、遊星ローラ１３の外周の円周溝１７と外輪部材５の内周の螺旋凸条１６との係合によって、遊星ローラ１３と外輪部材５が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ１３はキャリア１４と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ１３はハウジング１５に対して軸方向に移動せず、外輪部材５がハウジング１５に対して軸方向に移動する。

このとき、遊星ローラ１３が自転しながら回転軸８のまわりを公転するため、遊星ローラ１３が自転せずに回転軸８のまわりを公転する場合よりも、遊星ローラ１３の公転速度は比較的遅いものとなる。そのため、外輪部材５の軸方向の移動速度が遅くなり、荷重変換率が大きくなる。

以上のように、この電動式直動アクチュエータ２は、外輪部材５から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて荷重変換率が切り替わる。この電動式直動アクチュエータ２を電動ブレーキ装置に使用することで、後述のように、ブレーキの応答性を高めることと、ブレーキの押圧力を大きくすることとを両立させることが可能となる。

図１６、図１７に、上記構成の電動式直動アクチュエータ２を用いた電動ブレーキ装置を示す。この電動ブレーキ装置は、車輪（図示せず）と一体に回転するブレーキディスク５０と、ブレーキディスク５０に対して軸方向に移動不能に車体に固定されたマウンティングブラケット５１と、マウンティングブラケット５１に対してブレーキディスク５０の軸方向と平行にスライド可能に支持されたキャリパボディ５２と、ブレーキディスク５０の軸方向の両側に対向して配置されたインナ側ブレーキパッド５３およびアウタ側ブレーキパッド５４と、インナ側ブレーキパッド５３を直線駆動する電動式直動アクチュエータ２とを有する。インナ側ブレーキパッド５３とブレーキディスク５０の間には微小なクリアランス５５が設けられている。インナ側ブレーキパッド５３とアウタ側ブレーキパッド５４は、それぞれマウンティングブラケット５１によって、軸方向に移動可能かつ周方向に移動不能に保持されている。

キャリパボディ５２は、アウタ側ブレーキパッド５４の背面に軸方向に対向する爪部５６と、ブレーキディスク５０の外径側に対向する外殻部５７とを有する。外殻部５７は、電動式直動アクチュエータ２のハウジング１５に一体に形成されている。キャリパボディ５２の外殻部５７と電動式直動アクチュエータ２のハウジング１５とを別体に形成し、その両者をボルト等で一体化してもよい。外輪部材５は、外輪部材５が移動したときに外輪部材５と一体にインナ側ブレーキパッド５３も移動するように、インナ側ブレーキパッド５３の背面に配置されている。

外輪部材５のブレーキディスク５０の側の端部には、インナ側ブレーキパッド５３の背面に形成された係合凸部５８に係合する係合凹部５９が形成され、この係合凸部５８と係合凹部５９の係合によって、外輪部材５は回り止めされている。

この電動ブレーキ装置の動作例を説明する。

ブレーキをかけるとき、電動モータ３（図１参照）が回転すると、電動モータ３から減速歯車列４を介して回転軸８に回転が伝達し、その回転が遊星ローラねじ式直動機構１で外輪部材５の軸方向移動に変換され、外輪部材５によってインナ側ブレーキパッド５３が軸方向前方に押し動かされる。このとき、インナ側ブレーキパッド５３がブレーキディスク５０に接触するまでの間は、図６に示すように、キャリア１４が摩擦結合部４０と摩擦結合しているので、図１６に示す外輪部材５が比較的速い速度をもって軸方向に移動する。そのため、インナ側ブレーキパッド５３がブレーキディスク５０に接触するまでに要する時間が短く、ブレーキの応答性を高めることができる。

その後、インナ側ブレーキパッド５３がブレーキディスク５０に接触し、インナ側ブレーキパッド５３からブレーキディスク５０に軸方向荷重が負荷されると、図７に示すように、キャリア１４が回転軸８に対して軸方向後方に相対移動し、キャリア１４と摩擦結合部４０との摩擦結合が解除されるので、図１６に示す外輪部材５の軸方向の移動速度が遅くなるとともに荷重変換率が大きくなり、大きな軸方向荷重が発生する。そのため、インナ側ブレーキパッド５３がブレーキディスク５０を押圧する力を大きくすることが可能となる。

このように、電動式直動アクチュエータ２を電動ブレーキ装置に使用すると、ブレーキの応答性を高めることと、インナ側ブレーキパッド５３がブレーキディスク５０を押圧する力を大きくすることとを両立することが可能となる。

以上のように、遊星ローラねじ式直動機構１は、外輪部材５から対象物に軸方向前方への荷重を負荷していない状態では、キャリア１４が摩擦結合部４０と摩擦結合し、キャリア１４と回転軸８の相対回転が制限されるので、外輪部材５の軸方向の移動速度が早くなり、荷重変換率が小さくなる。一方、外輪部材５から対象物に軸方向前方への荷重を負荷した状態では、キャリア１４と摩擦結合部４０の摩擦結合が解除され、キャリア１４と回転軸８の相対回転が許容されるので、外輪部材５の軸方向の移動速度が遅くなり、荷重変換率が大きくなる。このように、遊星ローラねじ式直動機構１は、荷重変換率を、外輪部材５から対象物に負荷する軸方向荷重に応じて切り替えることが可能である。

また、この実施形態の遊星ローラねじ式直動機構１は、回転軸８の外周の遊星ローラ１３が転がり接触する円筒面１２を研磨等によって高精度に仕上げるときに、センタレス通し研磨等の低コストの加工方法を採用することが可能である。

すなわち、例えば、図２に示す摩擦結合部４０を、回転軸８の円筒面１２をもつ部分に対して継ぎ目の無い一体の部位として形成することも可能であるが、このようにすると、テーパ面４４の部分が円筒面１２の部分よりも大きい外径をもつため、円筒面１２を研磨等によって仕上げるときに、低コストの加工方法（例えば、センタレス通し研磨）を採用することができず、円筒面１２を高精度に仕上げるための加工コストが高くなるという問題がある。

これに対し、この実施形態の遊星ローラねじ式直動機構１は、摩擦結合部４０が、回転軸８の円筒面１２をもつ部分とは別体の環状部材として形成されているため、遊星ローラ１３が転がり接触する円筒面１２を、回転軸８の最大径部分とすることが可能である。そのため、回転軸８の外周を転がり支持しながら回転軸８の外周を加工する低コストの加工方法（例えば、センタレス通し研磨）を採用することが可能であり、遊星ローラ１３が転がり接触する円筒面１２を研磨等によって容易に仕上げることが可能である。なお、センタレス通し研磨は、定位置で回転する研削砥石と、被加工物を間に挟んで研削砥石と対向する位置で回転する調整砥石とを使用し、その研削砥石と調整砥石とで被加工物を軸方向に送りながら被加工物の外周を連続的に研磨する加工方法である。

また、この実施形態では、摩擦結合部４０が回転軸８の外周に形成された断面非円形の回り止め部４１に嵌合することで摩擦結合部４０の回転軸８に対する相対回転を規制し、回転軸８の外周に装着された止め輪４２で回転軸８に対する摩擦結合部４０の軸方向移動を規制している。このようにすることで、摩擦結合部４０を回転軸８の外周に取り付ける作業が容易となっている。

断面非円形の回り止め部４１として、図５に示すように、円周の一部を回転軸８の軸線に平行な平面とした形状の部分を採用する場合、回り止め部４１を周方向に等間隔に複数（図では２つ）設けると、回転軸８の中心に対する摩擦結合部４０の中心の位置決め精度を高めることが可能となるが、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、回り止め部４１を１つのみ設けてもよい。

図９（ａ）、（ｂ）に、この発明の第２実施形態を示す。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。

摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に形成された断面非円形の回り止め部４１に嵌合することで回転軸８に対する相対回転が規制されている。回り止め部４１は、ここでは断面形状が多角形を呈する部分である。摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に装着された止め輪４２で回転軸８に対する軸方向前方への移動が規制されている。さらに、摩擦結合部４０は、嵌合軸部８ａの軸方向後端に形成された段部４３で回転軸８に対する軸方向後方への移動が規制されている。このようにしても、第１実施形態と同様に、摩擦結合部４０を回転軸８の外周に取り付ける作業が容易である。

図１０（ａ）、（ｂ）に、この発明の第３実施形態を示す。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。

摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に形成された断面非円形の回り止め部４１に嵌合することで回転軸８に対する相対回転が規制されている。回り止め部４１は、ここではスプライン（周方向に等間隔に配置された軸方向に延びる複数の突起）である。摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に装着された止め輪４２で回転軸８に対する軸方向前方への移動が規制されている。さらに、摩擦結合部４０は、嵌合軸部８ａの軸方向後端に形成された段部４３で回転軸８に対する軸方向後方への移動が規制されている。このようにしても、第１実施形態と同様に、摩擦結合部４０を回転軸８の外周に取り付ける作業が容易である。

図１１に、この発明の第４実施形態を示す。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。

摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に締め代をもって嵌合している。ここで、摩擦結合部４０の内周は円筒面６０とされ、嵌合軸部８ａの外周も円筒面６１とされている。摩擦結合部４０を嵌合軸部８ａに嵌合する前の状態（すなわち摩擦結合部４０を嵌合軸部８ａから取り外した状態）において、摩擦結合部４０の内周の円筒面６０の内径は、嵌合軸部８ａの外周の円筒面６１の外径よりも小さく設定されており、その摩擦結合部４０に嵌合軸部８ａを圧入することで、摩擦結合部４０の内周が嵌合軸部８ａの外周を締め付けた状態に保持されている。このようにすると、摩擦結合部４０の内周の形状と、回転軸８の外周の摩擦結合部４０に対する嵌合部分の形状とを単純なものとすることができ、摩擦結合部４０と回転軸８の製造コストを低減することが可能となる。圧入にかえて焼き嵌めを採用してもよい。

図１２に、この発明の第５実施形態を示す。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。

摩擦結合部４０は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周に溶接されている。ここで、摩擦結合部４０の内周は円筒面６２とされ、嵌合軸部８ａの外周も円筒面６３とされている。摩擦結合部４０の内周の円筒面６２の内径は、嵌合軸部８ａの外周の円筒面６３の外径よりもわずかに大きく設定されている。円筒面６２と円筒面６３の嵌合部分の軸方向前端には、摩擦結合部４０の母材と回転軸８の母材とが溶融して一体化したビード６４が形成されている。このようにすると、摩擦結合部４０の内周の形状と、回転軸８の外周の摩擦結合部４０に対する嵌合部分の形状とを単純なものとすることができ、摩擦結合部４０と回転軸８の製造コストを低減することが可能となる。

図１３（ａ）、（ｂ）に、この発明の第６実施形態を示す。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。

回転軸８の嵌合軸部８ａの外周にはスプライン６５が形成されている。スプライン６５は、摩擦結合部４０の内周部の硬度よりも高い硬度を有し、このスプライン６５が、摩擦結合部４０の内周部に食い込むことで、摩擦結合部４０が回転軸８に固定されている。

この摩擦結合部４０の嵌合軸部８ａへの固定方法を説明する。図１４に示すように、まず、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周にスプライン６５を形成し、次に、嵌合軸部８ａの外周を熱処理によって硬化する。一方、摩擦結合部４０の内周部は円筒面６６とする。円筒面６６に熱処理は施さない。ここで、スプライン６５の硬度は、摩擦結合部４０の内周部の硬度よりも高くなっている。また、スプライン６５の外接円径は、円筒面６６の内径よりも大きい。この状態において、回転軸８の嵌合軸部８ａを摩擦結合部４０に圧入する。これにより、スプライン６５が摩擦結合部４０の内周の円筒面６６に食い込み、摩擦結合部４０の内周部が塑性変形する。この塑性変形によって、摩擦結合部４０は嵌合軸部８ａに強固に固定される。

このように、スプライン６５を摩擦結合部４０の内周部に食い込ませることで摩擦結合部４０を回転軸８に固定すると、極めて高い強度をもって摩擦結合部４０を固定することが可能となる。

図１５に、この発明の第７実施形態での摩擦嵌合部４０の嵌合軸部８ａへの固定方法を示す。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。

まず、摩擦結合部４０の内周にスプライン６７を形成し、次に、摩擦結合部４０の内周を熱処理によって硬化する。一方、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周は円筒面６８とする。円筒面６８に熱処理は施さない。ここで、スプライン６７の硬度は、回転軸８の嵌合軸部８ａの外周の硬度よりも高くなっている。また、スプライン６７の内接円径は、円筒面６８の外径よりも小さい。この状態において、回転軸８の嵌合軸部８ａを摩擦結合部４０に圧入する。これにより、スプライン６７が嵌合軸部８ａの外周の円筒面６８に食い込み、嵌合軸部８ａの外周部が塑性変形する。この塑性変形によって、摩擦結合部４０は嵌合軸部８ａに強固に固定される。

このように、スプライン６７を嵌合軸部８ａの外周に食い込ませることで摩擦結合部４０を回転軸８に固定すると、極めて高い強度をもって摩擦結合部４０を固定することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 遊星ローラねじ式直動機構
３ 電動モータ
５ 外輪部材
８ 回転軸
１２ 円筒面
１３ 遊星ローラ
１４ キャリア
１６ 螺旋凸条
１７ 円周溝
３５ 弾性部材
４０ 摩擦結合部
４１ 回り止め部
４２ 止め輪
５０ ブレーキディスク
５３ インナ側ブレーキパッド
６５，６７ スプライン

Claims (8)

1. 外周に円筒面（１２）をもつ回転軸（８）と、
   前記円筒面（１２）に転がり接触する複数の遊星ローラ（１３）と、
   前記複数の遊星ローラ（１３）を自転可能かつ公転可能に保持するキャリア（１４）と、
   前記複数の遊星ローラ（１３）を囲むように配置され、軸方向に移動可能に支持された外輪部材（５）と、
   前記外輪部材（５）の内周に設けられた螺旋凸条（１６）と、
   前記各遊星ローラ（１３）の外周に設けられ、前記遊星ローラ（１３）が自転しながら公転したときに前記外輪部材（５）を軸方向に移動させるように前記螺旋凸条（１６）と係合する螺旋溝または円周溝（１７）とを有し、
   前記外輪部材（５）が対象物に軸方向前方への荷重を負荷したときに受ける軸方向後方への反力により、前記キャリア（１４）が前記回転軸（８）に対して軸方向後方に相対移動するように前記キャリア（１４）が弾性部材（３５）で支持され、
   前記キャリア（１４）が前記回転軸（８）に対して軸方向後方に相対移動していない状態では、前記キャリア（１４）と前記回転軸（８）の相対回転を制限するように前記キャリア（１４）と摩擦結合し、前記キャリア（１４）が前記回転軸（８）に対して軸方向後方に相対移動した状態では、前記キャリア（１４）と前記回転軸（８）の相対回転を許容するように前記キャリア（１４）との摩擦結合を解除する摩擦結合部（４０）が前記回転軸（８）の外周に設けられ、
   前記摩擦結合部（４０）が前記円筒面（１２）よりも大きい外径を有する遊星ローラねじ式直動機構において、
   前記摩擦結合部（４０）は、前記回転軸（８）の前記円筒面（１２）をもつ部分とは別体の環状部材として形成され、その摩擦結合部（４０）が前記回転軸（８）の外周に嵌合して固定されていることを特徴とする遊星ローラねじ式直動機構。
2. 前記摩擦結合部（４０）は、前記回転軸（８）の外周に形成された断面非円形の回り止め部（４１）に嵌合することで前記回転軸（８）に対する相対回転が規制され、かつ、前記回転軸（８）の外周に装着された止め輪（４２）で前記回転軸（８）に対する軸方向移動が規制されている請求項１に記載の遊星ローラねじ式直動機構。
3. 前記摩擦結合部（４０）は、前記回転軸（８）の外周に締め代をもって嵌合している請求項１に記載の遊星ローラねじ式直動機構。
4. 前記摩擦結合部（４０）は、前記回転軸（８）の外周に溶接されている請求項１に記載の遊星ローラねじ式直動機構。
5. 前記回転軸（８）の外周にスプライン（６５）が形成され、
   前記スプライン（６５）は前記摩擦結合部（４０）の内周部の硬度よりも高い硬度を有し、
   前記スプライン（６５）が前記摩擦結合部（４０）の内周部に食い込むことで前記摩擦結合部（４０）が前記回転軸（８）に固定されている請求項１に記載の遊星ローラねじ式直動機構。
6. 前記摩擦結合部（４０）の内周にスプライン（６７）が形成され、
   前記スプライン（６７）は、前記回転軸（８）の外周の前記摩擦結合部（４０）に対する嵌合部分の硬度よりも高い硬度を有し、
   前記スプライン（６７）が前記回転軸（８）の外周に食い込むことで前記摩擦結合部（４０）が前記回転軸（８）に固定されている請求項１に記載の遊星ローラねじ式直動機構。
7. 前記摩擦結合部（４０）の前記キャリア（１４）に対する接触面は、軸方向前側から後側に向かって外径が小さくなるテーパ形状とされている請求項１から６のいずれかに記載の遊星ローラねじ式直動機構。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の遊星ローラねじ式直動機構（１）と、
   前記遊星ローラねじ式直動機構（１）の前記回転軸（８）を回転駆動する電動モータ（３）と、
   前記遊星ローラねじ式直動機構（１）の外輪部材（５）と一体に移動するブレーキパッド（５３）と、
   前記ブレーキパッド（５３）に対向して配置されたブレーキディスク（５０）と、
   を有する電動ブレーキ装置。

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