(57)【要約】【課題】ボールスクリュー機構の有効軌動長を増して基本動定格荷重をより大きく保ち、制動力を一段と高め、アクチュエータ寿命を大きく延ばすブレーキ装置を提供する。【解決手段】ボールスクリュー機構６はボールスクリュー軸９と、このボールスクリュー軸９と複数の鋼球８を介して螺合するボールナット１０とを備える。ボールナット１０は両端に第１エンド部材２０および第２エンド部材２２を有する。ボールナット１０は鋼球８を還流させる直線状の通路１８を有し、第１エンド部材２０および第２エンド部材２２は鋼球８を循環させる循環路と軌道の接続部１９および２１を備える。ボールスクリュー機構６は全ての軌道に鋼球８が存在し、有効軌動長が増して基本動定格荷重をより大きく保つことが可能で、制動力を一段と高め、アクチュエータ寿命を大きく延ばすことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータによって回転駆動されるボールスクリュー機構を有する電動式ブレーキ装置において、前記ボールスクリュー機構はボールスクリュー軸と、前記ボールスクリュー軸と複数のボールを介して螺合するボールナットと、前記ボールナットの両端に各々設けられた第１および第２エンド部材とを備え、前記ボールナットが軸方向に内部を貫通しているボール還流路を備えると共に、前記第１および第２エンド部材が前記ボール還流路と共にボールを循環させる経路を形成するボール循環路をそれぞれ備えることを特徴とする電動式ブレーキ装置。
【請求項２】
前記ボール還流路が前記ボールナットの雌ねじ溝に近接して形成されることを特徴とする請求項１記載の電動式ブレーキ装置。
【請求項３】
前記第１エンド部材のボール循環路が前記ボールスクリュー機構のボールスクリュー軸の雄ねじ溝の接線方向に向くように形成されることを特徴とする請求項１記載の電動式ブレーキ装置。
【請求項４】
前記第２エンド部材のボール循環路が前記ボールスクリュー機構のボールスクリュー軸の雄ねじ溝の接線方向に向くように形成されることを特徴とする請求項１記載の電動式ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブレーキパッドあるいはブレーキシューを駆動するボールスクリュー機構の有効軌道長を増して基本動定格荷重をより大きく保ち、制動力を一段と高め、しかもアクチュエータ寿命を大きく延ばすのに好適な電動式ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車の基本性能の向上には電子制御技術の発展に負うところが極めて大きい。たとえば、機械的分野に限っても、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、４輪駆動（４ＷＤ）、４輪操舵（４ＷＳ）など電子制御技術は多くの分野に採り入れられている。ブレーキ装置の分野でも、アンチ・ロック・ブレーキ・システムに見られるようにこの電子制御技術が欠くことのできない技術として定着している。
【０００３】
通常、こうした分野で使用されるアクチュエータには油圧アクチュエータが多用されており、直進、回転、揺動などの各運動をもたらす上で十分な信頼性をかち得ている。ブレーキ装置の分野でも、たとえば、ディスクブレーキのブレーキパッドあるいはドラムブレーキのブレーキシューを駆動するアクチュエータに油圧アクチュエータが多用される。  しかし、電子制御技術との相性あるいは整合性をさらに良好にしようとすれば、油圧アクチュエータに代えて、電動アクチュエータを採用することが望ましい。このような電動アクチュエータの一例は特開平１１−９９９３４号公報（特許文献１）にディスクブレーキのブレーキパッドあるいはドラムブレーキのブレーキシューを駆動する電動アクチュエータが記載されている。
【０００４】
ところで、電動アクチュエータでは電動モータ主軸の回転運動を直線運動に変換するのにボールスクリュー機構が使用される。このボールスクリュー機構は、たとえば、図４に示すように、ボールスクリュー軸５１と、ボールナット５２と、両者のねじ溝に組み込まれる複数の鋼球５３とで構成される。このボールナット５２は電動モータ５４のロータ５５と一体に組み付けられており、電動モータ５４によって回転駆動される。
【０００５】
すなわち、電動モータ５４が回転すると、ボールナット５２が同じ方向に回転し、ボールナット５２と螺合するボールスクリュー軸５１が図において左方向に移動し、ボールスクリュー軸５１の先端のブレーキパッド５６が弾性部材５７を介して回転しているディスク５８を圧接する。この結果、ブレーキパッド５６とディスク５８との間に摩擦力が生じ、ディスク５８が固定された車軸（図示せず）の回転を止めることができる。
【０００６】
図に示すコマ式循環によるボールスクリュー機構では鋼球５３がボールスクリュー軸５１のねじ溝を転動した後、ボールナット５２内の入口側循環路（図示せず）から循環部材５９に導かれる。鋼球５３は循環部材５９のボール溝６０に入り、そこを通り抜けて出口側循環路（図示せず）に達し、そこからボールナット５２のねじ溝に送られてボールナット５２の回転と共に再びボールスクリュー軸５１のねじ溝内を移動する。
【特許文献１】特開平１１−９９９３４号公報、（第５−６頁、図２および図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に、電動アクチュエータではモータトルクが一定で、大きい制動力を得ようとするとき、ボールスクリュー軸のリードを小さくしなければならない。しかしながら、リードを小さくしたとき、ボールスクリュー軸のねじ溝に収容される鋼球はリードの減少で直径寸法を幾分小さくしなければ、ねじ溝内に収容できなくなり、鋼球直径寸法の縮小により基本動定格荷重を大きくできない。すなわちリードを小さくして大きな制動力を得ることができたとしても、アクチュエータ寿命を延ばすのに欠かせない基本動定格荷重が望ましい値を保持できなくなる。
【０００８】
上述した典型的なコマ式循環によるボールスクリュー機構は単列のボール配置では基本動定格荷重が小さく、十分な制動力を得ることができず、定格荷重を高めるのに有効な複列を採用している。しかしながら、複列で構成したものは各列の間に鋼球の存在しない軌道が生じ、ボールスクリュー機構の軸方向長さが長くなってしまい、小形化が求められる電動アクチュエータには適さない。
【０００９】
一方、コマ式循環に代えて、ボールスクリュー機構はチューブ式循環が用いられることがある。このチューブ式循環はリードを小さくして基本動定格荷重を高めることに特に支障がなく、ブレーキ装置の電動アクチュエータに利用することが可能である。しかし、このチューブ式循環によるものはボールナットの外表面に鋼球を戻す経路を形成するチューブを配置しなければならず、このチューブのためにボールナットの外径寸法が大きくなってしまい、このチューブ式循環によるものも小形化が求められる電動アクチュエータには適さない。
【００１０】
そこで、本発明の目的はサイズを最小限に抑えながら、ボールスクリュー機構の有効軌道長を増して基本動定格荷重をより大きく保ち、制動力を一段と高めると共に、アクチュエータ寿命を大きく延ばすことを可能にした電動式ブレーキ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るボールスクリュー機構はボールスクリュー軸と、このボールスクリュー軸と複数のボールを介して螺合するボールナットと、このボールナットの両端に各々設けられた第１および第２エンド部材とを備える。ボールナットは軸方向に内部を貫通しているボール還流路を備えると共に、第１および第２エンド部材が上記ボール還流路と共にボールを循環させる経路を形成するボール循環路をそれぞれ備える。
【００１２】
本発明においてはボールスクリュー機構の全ての軌道にボールが存在し、これらのボールが一様に荷重伝達に係わる。軌道全部が荷重伝達のための有効軌道として機能することで、リードを望ましい値に保持して鋼球直径が小さくなっても、基本動定格荷重をより大きくすることができる。
【００１３】
摩擦力をＦとすれば、摩擦力Ｆの最大値は摺動面に働く垂直力Ｐに比例し、摺動面の大小には関係しない。
【００１４】
Ｆ＝μＰ
ここで、μは摺動面の状態に関する定数である。
【００１５】
したがって、垂直力Ｐ、つまりボールスクリュー機構からの押し付け力の増加により摩擦力Ｆが増大し、これによってブレーキ作動中の制動力を高めることが可能になる。ここで、ボールスクリュー機構は摺動面からの反力Ｐ´を受けるが、基本動定格荷重が大きくなることで、アクチュエータ寿命を大きく延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明による電動式ブレーキ装置の一実施の形態について図面を参照して説明する。図１において、本実施の形態のブレーキ装置はディスクブレーキ装置であって、図示しない車軸上に設けられる、両側面に摺動面を有する円盤状のディスクロータ１と、このディスクロータ１の一方の摺動面と所定の離隔距離をおいて配置されるインナパッド２と、他方の摺動面と所定の離隔距離をおいて配置されるアウタパッド３とを有する。このインナパッド２とアウタパッド３とは共にハウジング４内に収容されており、インナパッド２は摺動面と垂直に移動可能に設けられ、一方、アウタパッド３はハウジング４の内面に固定される。
【００１７】
また、ブレーキ装置はインナパッド２の裏面側に電動アクチュエータ５を備える。この電動アクチュエータ５はボールスクリュー機構６と電動モータ７とで構成される。ボールスクリュー機構６は複数の鋼球８を介して螺合するボールスクリュー軸９とボールナット１０とからなり、ディスクロータ１の摺動面にかけてインナパッド２を駆動する。
【００１８】
電動モータ７は回転体であるロータ１１と静止要素であるステータ１２とで構成される。ロータ１１は永久磁石であって、ボールスクリュー機構６のボールナット１０と一体に組み付けられる。一方、ステータ１２は巻線を備えており、これはモータカバー１３に固定されている。モータカバー１３にはピン１４が装着されており、ボールスクリュー軸９の一端が回転不能、また軸方向移動可能に支持される。モータカバー１３には軸受１５が設けられ、ボールナット１０が回転自在に支承される。
【００１９】
ハウジング４は図示しないハウジング移動機構を有し、ブレーキ操作時、ハウジング４がディスクロータ１の図において左側の摺動面にかけて移動し、この動作に従うアウタパッド３がディスクロータ１の摺動面と接触できるようになっている。
【００２０】
ボールスクリュー機構６は、図２に示すように、ボールスクリュー軸９と、ボールナット１０と、このボールスクリュー軸９とボールナット１０と間に挿入される、荷重伝達要素である複数の鋼球８とで構成される。ボールスクリュー軸９の外面には比較的小さいリードの雄ねじ溝１６が刻設され、また、ボールナット１０の内面には同じリードの雌ねじ溝１７が刻設される。複数の鋼球８はこの外面の雄ねじ溝１６と内面の雌ねじ溝１７とに組み込まれ、これにより、ボールスクリュー軸９とボールナット１０とが鋼球８を介して螺合する高効率の力伝達機構として働く。
【００２１】
このボールナット１０は雌ねじ溝１７に近接している、鋼球８を軸方向に還流させる還流路、すなわち、直線状の通路１８を有する。この直線状通路１８は横断面円形に形成され、鋼球８の直径よりも僅かに大きい内径寸法を有する。また、ボールナット１０は一方の端部に雄ねじ溝１６のリード角に倣って同じ向きに傾いているボール循環路、たとえば、循環路と軌道の接続部１９を備えた第１エンド部材２０を有する。さらに、ボールナット１０は他方の端部に雄ねじ溝１６のリード角に倣って同じ向きに傾いているボール循環路、たとえば、循環路と軌道の接続部２１を備えた第２エンド部材２２を有する。
【００２２】
この循環路と軌道の接続部１９の向きは、ボールスクリュー軸９のリード角に倣うと同時に、図３（ａ）（ｂ）に示すように、ボールスクリュー軸９の雄ねじ溝１６の接線方向に概略一致し、一方、循環路と軌道の接続部２１の向きは、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、ボールスクリュー軸９の雄ねじ溝１６の接線方向に概略一致する。
【００２３】
この第１エンド部材２０と第２エンド部材２２とは共に軽量材料で製作される。本実施の形態では第１エンド部材２０および第２エンド部材２２は、たとえば、ポリカーボネートなどの合成樹脂を射出成形して成形される。第１エンド部材２０と第２エンド部材２２とはボールナット１０に対して図示しない止めねじまたは金属製のプレートで固着される。
【００２４】
上記構成からなるブレーキ装置においては、ブレーキ操作が行われる前、インナパッド２とディスクロータ１との間には隙間があり、車軸は自由に回転できる状態にある。たとえば、ブレーキ操作で操作力が与えられると、操作力センサがこの操作力を感知する。操作力信号はコンピュータ制御のコントローラに与えられ、コントローラからの指令で電動ブレーキ装置の電動モータ７が始動する。ロータ１１が回転すると、それと一体のボールナット１０が同じ方向に回転し、ボールスクリュー軸９が軸方向、すなわち、図において左方向に変位する。
【００２５】
このボールスクリュー軸９の変位によってインナパッド２はボールスクリュー軸９の先端で押され、ディスクロータ１の一方の摺動面と接触し、インナパッド２とディスクロータ１とが摺接する。一方、ハウジング移動機構によってハウジング４が図において右方向に変位し、アウタパッド３がディスクロータ１の他方の摺動面と接触し、アウタパッド３とディスクロータ１とが摺接する。この部材同士の摺接で摩擦力が生じ、結果として、ディスクロータ１の回転が止まり、ディスクロータ１が固定された車軸の回転が止まる。
【００２６】
一方、操作力が消滅したとき、コントローラからの指令で電動モータ７が逆方向に回転し、ボールナット１０の逆回転でボールスクリュー軸９が図において右方向に変位する。このボールスクリュー軸９の変位によってディスクロータ１と接触していたインナパッド２とアウタパッド３とが拘束を解かれる。これにより、ボールスクリュー軸９はブレーキ操作が行われる前の各パッド２、３とディスクロータ１との間に隙間のある図１に示す位置に戻り、車軸は自由に回転することが可能になる。
【００２７】
本実施の形態のボールスクリュー機構６においては全ての軌道に鋼球８が存在し、全部の鋼球８が一様に荷重伝達に係わる。軌道全てが有効軌道であるので、望ましいリードを保持して基本動定格荷重をより大きくすることができる。これにより、電動アクチュエータ５のモータ性能上リードを大きくできない場合でも、基本動定格荷重を大きくすることが可能になり、一段と制動力を高めることができる。
【００２８】
さらに、ボールナット長がより短くなることにより電動アクチュエータ５の軸方向長さを短くすることができる。
【００２９】
また、本実施の形態では鋼球８の還流路である通路１８がボールナット１０の雌ねじ溝１７に近接して形成される。この配置によれば、電動モータ７を含む、アクチュエータ半径方向の寸法を増大せずに電動アクチュエータを構成することができ、アクチュエータの小形化を達成すことが可能になる。
【００３０】
一方、鋼球８がボールスクリュー軸９の雄ねじ溝１６から離れて循環するとき、鋼球８は雄ねじ溝１６から真っ直ぐに接線方向に向く循環路と軌道の接続部１９へと向かう。また、鋼球８が通路１８から離れて循環するとき、鋼球８は第２エンド部材２２の接線方向に向く循環路と軌道の接続部２１から真っ直ぐに雄ねじ溝１６へと進む。これにより、部材間にまたがる鋼球８の回転移動を滑らかに保つことが可能で、アクチュエータ作動中に発生する騒音をより小さくすることができる。
【００３１】
また、第1エンド部材２０と第２エンド部材２２とを合成樹脂で成形したので、鋼球８と第1エンド部材２０および第２エンド部材２２との衝突音を緩和することができる。
【００３２】
このように本実施の形態のブレーキ装置によれば、基本動定格荷重をより大きくすることが可能で、一段と制動力を高め、しかもアクチュエータ寿命を大きく延ばすことができる。
【００３３】
なお、本実施の形態ではディスクブレーキ装置へ適用したものを説明したが、電動アクチュエータ５はドラムブレーキ装置にも適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のブレーキ装置はディスクブレーキ等に組み込む電動アクチュエータを小形化することが可能で、特に制動力を高め、電動アクチュエータの長寿命化を図るのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による電動式ブレーキ装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示されるボールスクリュー機構の詳細を示す縦断面図である。
【図３】本発明に係るボールスクリュー機構の詳細を示すもので、（ａ）は図２のＸ方向から見た投影図、（ｂ）は図３（ａ）のＹ方向から見たＹ視部分図、（ｃ）は図２のＸ方向から見た投影図、（ｄ）は図３（ｃ）のＺ方向から見たＺ視部分図である。
【図４】従来のディスクブレーキに使用されるボールスクリュー機構の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…  ディスクロータ
２…  インナパッド
３…  アウタパッド
６…  ボールスクリュー機構
７…  電動モータ
８…  鋼球
９…  ボールスクリュー軸
１０…  ボールナット
１８…  通路
２０…  第１エンド部材
２２…  第２エンド部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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