JP2004150533A

JP2004150533A - 電動ブレーキ装置用ボールねじ

Info

Publication number: JP2004150533A
Application number: JP2002316597A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Otaki; 大滝　　亮一
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】必要なシール性能を維持しつつ良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができる電動ブレーキ装置用ボールねじを提供する。
【解決手段】電動ブレーキ装置用ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝２を有するねじ軸３と、該ねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝４を内周面に有してねじ軸３に嵌合されたナット６と、両ねじ溝２，４間に転動可能に装填された多数のボール５とを備え、電動モータ１９により駆動されてその駆動力によってブレーキパッド１３をブレーキディスク１２に押し付けることにより制動力を発生させる。ナット６の後端部とねじ軸３との間に潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシール３０をナット６の後端部内周面に嵌め込んで取り付ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車等の電動ブレーキ装置に用いられる電動ブレーキ装置用ボールねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ボールねじは、外周面に螺旋状のねじ溝を有して軸方向に延びるねじ軸に、内周面に前記ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を有するナットが嵌合されており、ナットのねじ溝とねじ軸のねじ溝とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成している。該負荷軌道には転動体としての多数のボールが転動可能に装填されており、ねじ軸（又はナット）の回転により、ナット（又はねじ軸）がボールの転動を介して軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
ところで、近年、自動車等のブレーキ装置の駆動機構として、油圧シリンダに代えて、電動モータによって駆動されるボールねじを用いる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
このボールねじは、電動モータにより例えばねじ軸を回転駆動してナットを軸方向に移動させ、このナットの駆動力によってブレーキパッドをブレーキディスク又はブレーキシューに押し付けることにより制動力を発生させるようにしたものである。
【０００４】
又、ナットのねじ溝とボールとの間、及びねじ軸のねじ溝とボールとの間には、通常グリース等の潤滑剤が塗布されており、両ねじ溝とボールの摩耗や摩擦による加熱等を防止するようにしているが、グリース等は、異物等の影響により、比較的短期間で潤滑剤としての機能が低下するため、従来においては、ナットの端部にリップ型のシール部材を取り付けることで、ナット内に異物等が浸入しないようにすると共に、ナット内のグリース等が外部に漏れないようにして良好な潤滑性能を確保しようとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００２−５３０５９７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の如き電動ブレーキ装置用ボールねじにおいては、ねじ溝が螺旋状で閉回路とならないため、ねじ溝をリップ型のシール部材では完全にシールすることが困難で、ナット内への異物等の浸入防止や、ナット内のグリース等の外部への漏れ防止を完全に期待することができず、良好な潤滑性能を長期わたって確保することが難しいという問題があった。
従って、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、必要なシール性能を維持しつつ良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができる電動ブレーキ装置用ボールねじを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に嵌合されたナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールとを備え、電動モータにより駆動されてその駆動力によってブレーキパッドをブレーキディスク又はブレーキシューに押し付けることにより制動力を発生させる電動ブレーキ装置用ボールねじにおいて、
前記ナットの軸方向の少なくとも一方の端部に潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシールを設けたことを特徴とする電動ブレーキ装置用ボールねじにより達成される。
【０００８】
上記構成によれば、ナットの軸方向の端部に潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシールを設けているので、短期に潤滑に悪影響を及ぼす大きなダスト等の異物のナット内への浸入を防止することができると共に、潤滑剤含有ポリマ部材からの潤滑剤の滲み出しにより良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができ、転がり抵抗を低くしてエネルギロスの少ない高効率な電動ブレーキ装置を実現することができる。
【０００９】
又、大きなスラスト力を発生させ、電動ブレーキ装置の中で最も厳しい環境に曝されるボールねじが略メンテナンスフリーとなるので、これまでの油圧式ブレーキ装置と同様に、ブレーキパッドの交換のみのメンテナンスで済ませることができる。
【００１０】
又、本発明の上記目的は、外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に嵌合されたナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールとを備え、電動モータにより駆動されてその駆動力によってブレーキパッドをブレーキディスク又はブレーキシューに押し付けることにより制動力を発生させる電動ブレーキ装置用ボールねじにおいて、
前記ナットの軸方向の少なくとも一方の端部にラビリンスシールを設けると共に、前記ねじ軸の外周面及び前記ナットの内周面の内の少なくとも一方の周面に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材を設けたことを特徴とする電動ブレーキ装置用ボールねじにより達成される。
【００１１】
上記構成によれば、ナットの軸方向の端部にラビリンスシールを設けているので、短期に潤滑に悪影響を及ぼす大きなダスト等の異物のナット内への浸入を防止することができ、しかも、前記ねじ軸の外周面及び前記ナットの内周面の内の少なくとも一方の周面に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材を設けているので、摺接部材からの潤滑剤の滲み出しにより良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができ、転がり抵抗を低くしてエネルギロスの少ない高効率な電動ブレーキ装置を実現することができる。
【００１２】
又、大きなスラスト力を発生させ、電動ブレーキ装置の中で最も厳しい環境に曝されるボールねじが略メンテナンスフリーとなるので、これまでの油圧式ブレーキ装置と同様に、ブレーキパッドの交換のみのメンテナンスで済ませることができる。
この場合、前記ラビリンスシールを潤滑剤含有ポリマ部材で形成することで、潤滑性能をより向上させることができる。
【００１３】
なお、電動ブレーキ装置は、使用時に高温に曝されるので、潤滑剤含有ポリマ部材から潤滑剤は容易に滲み出し、潤滑が効果的に行われるが、高温に耐え得るポリマ部材、滲み出しすぎない基油の選定及びその組み合わせが重要である。
ここで、本発明に適用される潤滑剤含有ポリマ部材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン等の基本的に同じ化学構造を有するポリオレフィン系樹脂の群から選定された合成樹脂に、潤滑剤としてポリα−オレフィン油のようなパラフィン系炭化水素油、ナフテン系炭化水素油、鉱油、ジアルキルジフェニルエーテル油のようなエーテル油、フタル酸エステルのようなエステル油等の何れか単独若しくは混合油の形で混ぜて調製した原料を、樹脂の融点以上で加熱して可塑化し、その後冷却することで固形伏にしたものであり、潤滑剤の中に予め酸化防止剤、錆止め剤、摩耗防止剤、あわ消し剤、極圧剤等の各種添加剤を加えたものでもよい。
【００１４】
上記潤滑剤含有ポリマ部材の組成比は、全重量に対してポリオレフィン系樹脂１０〜５０重量％、潤滑剤９０〜５０重量％である。ポリオレフィン系樹脂が１０重量％未満の場合は、あるレベル以上の硬さ・強度が得られず、負荷がかかった時に初期の形状を維持するのが難しくなる。また、ポリオレフィン系樹脂が５０重量％を超える場合（つまり、潤滑剤が５０重量％未満の場合）は、潤滑剤の供給が少なくなり、ボールねじの寿命が短くなる。
【００１５】
上記合成樹脂の群は、基本構造は同じでその平均分子量が異なっており、７００〜５×１０^６の範囲に及んでいる。平均分子量７００〜１×１０^４というワックス（例えばポリエチレンワックス）に分類されるものと、平均分子量１×１０^４〜１×１０^６という比較的低分子量のものと、平均分子量１×１０^６〜５×１０^６という超高分子量のものとを、単独若しくは必要に応じて混合して用いる。
【００１６】
比較的低分子量のものと潤滑剤との組合わせによって、ある程度の機械的強度、潤滑剤供給能力、保油性を持つ潤滑剤含有ポリマが得られる。この中の比較的低分子量のものの一部を、ワックスに分類されるものに置き換えると、ワックスに分類されるものと潤滑油との分子量の差が小さいために潤滑油との親和性が高くなり、結果として潤滑剤含有ポリマ部材の保油性が向上し、長期間にわたっての潤滑剤の供給が可能になる。但し、その反面で機械的強度は低下する。尚、ワックスとしては、ポリエチレンワックスのようなポリオレフィン系樹脂の他、融点が１００〜１３０℃以上の範囲にある炭化水素系のもの（例えばパラフィン系合成ワックス）であれば使用できる。
【００１７】
一方、それに対して超高分子量のものに置き換えた場合、超高分子量のものと潤滑油との分子量の差が大きいために潤滑油との親和性が低くなり、結果として保油性が低下し、潤滑剤含有ポリマ部材からの潤滑剤の滲み出しが速くなる。それによって、潤滑剤含有ポリマ部材から供給可能な潤滑剤量に達する時間が短くなり、ボールねじの寿命が短くなる。ただし、機械的強度は向上する。
【００１８】
成形性、機械的強度、保油性、潤滑剤供給量のバランスを考慮すると、潤滑剤含有ポリマ部材の組成比は、ワックスに分類されるもの０〜５重量％、比較的低分子量のもの８〜４８重量％、超高分子量のもの２〜１０重量％、かつ３つの樹脂分の合計１０〜５０重量％（残りが潤滑剤９０〜５０重量％）が好適である。
【００１９】
本発明の潤滑剤含有ポリマ部材の機械的強度を向上させるため、上述のポリオレフィン系樹脂には、以下のような熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂を添加することができる。熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂等の各樹脂を使用することができる。
【００２０】
一方、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の各樹脂を使用することができる。これらの樹脂は、単独または混合して用いてもよい。
【００２１】
更に、ポリオレフィン系樹脂とそれ以外の樹脂とを、より均一な状態で分散させるために、必要に応じて適当な相溶化剤を加えても良い。また、機械的強度を向上させるために、充填材を添加しても良い。例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、チタン酸カリウムウィスカーやホウ酸アルミニウムウィスカー等の無機ウィスカー類、或いはガラス繊維や金属織維等の無機繊維類及びこれらを布状に編組したもの、また有機化合物では、カーボンブラック、黒鉛粉末、カーボン繊維、アラミド繊維やポリエステル繊維等を添加してもよい。
【００２２】
更に、ポリオレフィン系樹脂の熱による劣化を防止する目的で、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｐ−フェニルジアミン、２，２’−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）等の老化防止剤、また光による劣化を防止する目的で、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクトキシベンゾフェノン、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチル−５’−メチル−フェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等の紫外線吸収剤を添加してもよい。
【００２３】
以上の全ての添加剤（ポリオレフィン系樹脂及び潤滑剤以外）の添加量としては、添加剤全体として、成形原料全量の２０重量％以下であることが、潤滑剤の供給能力を維持する上で好ましい。
上述した潤滑剤含有ポリマ部材は、グリースや潤滑油と違ってそれ自体固形状のため、中に水や塵埃が混入することがない。そのため、ナット端とねじ軸との空間に潤滑剤含有ポリマを設けると、シール部材に加えてあるいはシール部材の代わりに、ボールねじの寿命低下の原因となる水や塵埃の浸入を大幅に抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の一実施形態に係るを詳細に説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじを説明するための断面図である。
本第１実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじは、図１に示したように、外周面に螺旋状のねじ溝２を有して軸方向に延びるねじ軸３に、内周面にねじ溝２に対応する螺旋状のねじ溝４を有するナット６が嵌合されている。
【００２５】
ナット６のねじ溝４とねじ軸３のねじ溝２とは互いに対向して両者の間に螺旋状の負荷軌道を形成しており、該負荷軌道には転動体としての多数のボール５が転動可能に装填されている。
又、ナット６の外周面にはボール循環部材の一例としての略Ｓ字状のボール循環溝８ａを有する循環こま８が嵌め込まれており、該循環こま８は蓋９によりナット６の外周面に固定されている。この循環こま８により、両ねじ溝２，４間の負荷軌道を転動するボール５は循環こま８の掬い上げ部によりねじ軸３のランド部３ａを乗り越えて循環こま８内部のボール循環溝８ａに案内され、該ボール循環溝８ａを介して隣接する両ねじ溝２，４間の負荷軌道に戻されてボール５が循環するようになっている。
【００２６】
このように構成されたボールねじのナット６は、キャリパ１０にブッシュ１１を介して軸方向にスライド可能に内嵌される。又、ナット６の前端部（図中、左端部）には、ブレーキディスク１２（又はブレーキシュー）を挟持する前後一対のブレーキパッド１３の内の後側のブレーキパッド１３を押圧してブレーキパッド１３をブレーキディスク１２（又はブレーキシュー）に押し付けるためのプランジャ１５がピン１６等により取り付けられている。
【００２７】
前記プランジャ１５の前端面中央にはブレーキ力の測定手段としてのロッドセル１７が取り付けられており、該ロッドセル１７にはキャップ１８が被せられている。
又、ねじ軸３の後端部（図中、右端部）には、電動モータ１９のモータ軸２０がキー等を介して略同心に結合されており、該電動モータ１９は取付プレート２２を介してキャリパ１０に固定されている。ねじ軸３の後端部はクロスボール軸受２３等の転がり軸受によって回転可能に支持されており、該クロスボール軸受２３は予圧ばね２４によって予圧が付与されている。
【００２８】
そして、電動モータ１９を駆動させてねじ軸３を回転させることで、ナット６がボール５の転動を介して軸方向前方に移動して前後一対のブレーキパッド１３の内の後側のブレーキパッド１３がプランジャ１５により押圧され、これにより、ブレーキパッド１３がブレーキディスク１２（又はブレーキシュー）を押し付けて制動力が発生するようになっている。
【００２９】
ここで、本実施形態では、ナット６の後端部とねじ軸３との間に潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシール３０をナット６の後端部内周面に嵌め込んで取り付けている。これにより、短期に潤滑に悪影響を及ぼす大きなダスト等の異物のナット６内への浸入を防止することができると共に、潤滑剤含有ポリマ部材からの潤滑剤の滲み出しにより良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができ、転がり抵抗を低くしてエネルギロスの少ない高効率な電動ブレーキ装置を実現することができる。
【００３０】
又、大きなスラスト力を発生させ、電動ブレーキ装置の中で最も厳しい環境に曝されるボールねじが略メンテナンスフリーとなるので、これまでの油圧式ブレーキ装置と同様に、ブレーキパッド１３の交換のみのメンテナンスで済ませることができる。
【００３１】
尚、上記第１実施形態では、潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシール３０をナット６の後端部とねじ軸３との間のみに配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図２に示したように、潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシール３０をナット６の後端部とねじ軸３との間、及びナット６の前端部とねじ軸３との間に配置してシール性能と潤滑性能の更なる向上を図るようにしてもよい。
【００３２】
又、上記第１実施形態では、ナット６の前端部にプランジャ１５をピン１６を介して取り付けているが、これに代えて、図２及び図４に示したように、ナット６の前端部にプランジャ１５をセレーション嵌合により取り付けてもよい。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじを図３を参照して説明する。尚、電動ブレーキ装置の基本的構成は図１で説明したものと同一であるため、重複する部分には図中に同符号を付して詳細な説明を省略する。本第２実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじは、図３に示したように、ナット６の後端部（図中右端部）とねじ軸３との間に通常のシール部材からなるラビリンスシール４０をナット６の後端部内周面に嵌め込んで取り付けると共に、ねじ軸３の外周面（ランド部３ａ）に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材５０をラビリンスシール４０の軸方向内側に隣接した位置でナット６の後端部内周面に嵌め込んで取り付けている。
【００３４】
前記摺接部材５０は、その外周面に嵌め込まれたガータスプリング５１により、一定の圧力でねじ軸３の外周面に向かってラジアル方向に押圧されているので、該摺接部材５０の内周面が経時的に摩耗しても、常時ねじ軸３との適切な接触が保たれ良好な潤滑が確保されるようになっている。
【００３５】
このように第２実施形態では、ナット６の後端部（図中右端部）とねじ軸３との間に通常のシール部材からなるラビリンスシール４０を設けているので、短期に潤滑に悪影響を及ぼす大きなダスト等の異物のナット６内への浸入を防止することができる。
【００３６】
更に、ねじ軸３の外周面（ランド部３ａ）に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材５０をラビリンスシール４０の軸方向内側に隣接配置しているので、該摺接部材５０からの潤滑剤の滲み出しにより良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができ、転がり抵抗を低くしてエネルギロスの少ない高効率な電動ブレーキ装置を実現することができる。
【００３７】
又、大きなスラスト力を発生させ、電動ブレーキ装置の中で最も厳しい環境に曝されるボールねじがほぼメンテナンスフリーとなるので、これまでの油圧式ブレーキ装置と同様に、ブレーキパッド１３の交換のみのメンテナンスで済ませることができる。
ここで、前記ラビリンスシール４０を潤滑剤含有ポリマ部材で形成することで、シール性能及び潤滑性能の更なる向上を図ることができる。
【００３８】
上記第２実施形態では、ラビリンスシール４０及び摺接部材５０をナット６の後端部側に配置した場合を例に採ったが、これに代えて、図４に示したように、ラビリンスシール４０をナット６の後端部とねじ軸３との間、及びナット６の前端部とねじ軸３との間に配置すると共に、ねじ軸３の外周面（ランド部３ａ）に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材５０を前端側のラビリンスシール４０の軸方向内側に隣接配置してもよい。このようにすると、シール性能と潤滑性能の更なる向上を図ることができると共に、後端側の潤滑を効果的に行うことができる。
【００３９】
尚、本発明に係る電動ブレーキ装置用ボールねじは、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の形態を採りうることは言うまでもない。
例えば、上記各実施形態では、ねじ軸３を回転させてナット６を軸方向に移動させる場合を例に採ったが、これに限定されず、ナット６を回転させてねじ軸３を軸方向に移動させるタイプの電動ブレーキ装置用ボールねじに本発明を適用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の電動ブレーキ装置用ボールねじによれば、必要なシール性能を維持しつつ良好な潤滑性能を長期にわたって確保することができるので、転がり抵抗を低くしてエネルギロスの少ない高効率な電動ブレーキ装置を実現することができる。
又、大きなスラスト力を発生させ、電動ブレーキ装置の中で最も厳しい環境に曝されるボールねじが略メンテナンスフリーとなるので、これまでの油圧式ブレーキ装置と同様に、ブレーキパッドの交換のみのメンテナンスで済ませることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじを説明するための断面図である。
【図２】図１に示した電動ブレーキ装置用ボールねじの変形例を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る電動ブレーキ装置用ボールねじを説明するための断面図である。
【図４】図３に示した電動ブレーキ装置用ボールねじの変形例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
２ねじ溝（ねじ軸側）
３ねじ軸
４ねじ溝（ナット側）
５ボール
６ナット
１２ブレーキディスク
１３ブレーキパッド
１９電動モータ
３０ラビリンスシール

Claims

外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に嵌合されたナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールとを備え、電動モータにより駆動されてその駆動力によってブレーキパッドをブレーキディスク又はブレーキシューに押し付けることにより制動力を発生させる電動ブレーキ装置用ボールねじにおいて、
前記ナットの軸方向の少なくとも一方の端部に潤滑剤含有ポリマ部材からなるラビリンスシールを設けたことを特徴とする電動ブレーキ装置用ボールねじ。
外周面に螺旋状のねじ溝を有するねじ軸と、該ねじ軸のねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝を内周面に有して前記ねじ軸に嵌合されたナットと、前記両ねじ溝間に転動可能に装填された多数のボールとを備え、電動モータにより駆動されてその駆動力によってブレーキパッドをブレーキディスク又はブレーキシューに押し付けることにより制動力を発生させる電動ブレーキ装置用ボールねじにおいて、
前記ナットの軸方向の少なくとも一方の端部にラビリンスシールを設けると共に、前記ねじ軸の外周面及び前記ナットの内周面の内の少なくとも一方の周面に摺接する潤滑剤含有ポリマ部材からなる摺接部材を設けたことを特徴とする電動ブレーキ装置用ボールねじ。
前記ラビリンスシールが潤滑剤含有ポリマ部材からなることを特徴とする請求項２に記載の電動ブレーキ装置用ボールねじ。