JP2016109229A - Linear motion actuator and electric brake booster including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種産業機械や自動車部品、船外機部品などに好適に用い得る直動アクチュエータに関する。 The present invention relates to a linear actuator that can be suitably used for various industrial machines, automobile parts, outboard motor parts, and the like.
この種の直動アクチュエータとして、例えば特許文献１には、電動ブレーキブースタ装置において、推力伝達軸（出力軸）の機構にボールねじを採用した直動アクチュエータが開示されている。
同文献記載の直動アクチュエータでは、電動モータからの回転駆動力を、平歯車を用いた動力伝達ギヤ機構を介してボールねじのナットに入力し、ボールねじ機構を介してねじ軸を推力伝達軸として直動させている。この種の直動アクチュエータの推力伝達軸にボールねじを採用することにより、高効率且つ低電流作動が可能となる。
As this type of linear motion actuator, for example, Patent Literature 1 discloses a linear motion actuator that employs a ball screw as a mechanism of a thrust transmission shaft (output shaft) in an electric brake booster device.
In the linear motion actuator described in the same document, the rotational driving force from the electric motor is input to the nut of the ball screw via a power transmission gear mechanism using a spur gear, and the screw shaft is connected to the thrust transmission shaft via the ball screw mechanism. It is moving directly as. By adopting a ball screw for the thrust transmission shaft of this type of linear motion actuator, high-efficiency and low-current operation is possible.
ここで、特許文献１記載の技術では、電動ブレーキブースタ装置のギヤハウジングの構成・形状を工夫することで、ボールねじに反力として入力されるスラスト力に対するギヤハウジングの強度の向上と軽量化を図っている。
しかし、特許文献１記載の技術では、直動アクチュエータのボールねじに反力として入力されるスラスト力をそのままナットを支持する軸受で支持するため、使用できる軸受が制限される。また、アキシャル荷重に見合ったサイズの軸受が必要であり、その結果として、直動アクチュエータ全体の構成の大型化や高コスト化につながるという問題がある。また、この種の直動アクチュエータに共通する課題として、騒音・振動の問題があるところ、平歯車を用いた動力伝達ギヤ機構であると、静粛性・強度の面で改善の余地がある。
Here, in the technique described in Patent Document 1, the gear housing is improved in structure and shape with respect to the thrust force input as a reaction force to the ball screw by devising the configuration and shape of the gear housing of the electric brake booster device. I am trying.
However, in the technique described in Patent Document 1, since the thrust force input as a reaction force to the ball screw of the linear motion actuator is supported by the bearing that supports the nut as it is, the usable bearings are limited. Further, a bearing having a size corresponding to the axial load is necessary, and as a result, there is a problem that the configuration of the entire linear actuator is increased in size and cost. Further, as a problem common to this type of linear motion actuator, there is a problem of noise and vibration. However, a power transmission gear mechanism using a spur gear has room for improvement in terms of silence and strength.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、推力伝達軸にボールねじを用いた直動アクチュエータの静粛性・耐久性を向上させるとともに、ナットを支持する軸受に入力されるアキシャル荷重を低減することができる直動アクチュエータおよびこれを備える電動ブレーキブースタ装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such problems, and is a bearing that improves the quietness and durability of a linear motion actuator using a ball screw as a thrust transmission shaft and supports a nut. It is an object of the present invention to provide a linear motion actuator capable of reducing the axial load input to the motor and an electric brake booster device including the same.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る直動アクチュエータは、ハウジングと、該ハウジング内に収容された動力伝達ギヤ機構およびボールねじ機構とを備え、前記ボールねじ機構は、当該ボールねじ機構のナットが軸受を介して前記ハウジング内に回転自在に支持され、電動モータからの回転駆動力が前記動力伝達ギヤ機構を介して前記ナットに入力されると、当該ボールねじ機構のねじ軸を推力伝達軸として直動させる直動アクチュエータであって、前記動力伝達ギヤ機構は、はすば歯車を用いており、該はすば歯車の歯のねじれ方向が、前記ボールねじ機構のねじ軸に入力される反力を減衰する方向に組み込まれていることを特徴とする。 In order to solve the above problem, a linear actuator according to an aspect of the present invention includes a housing, a power transmission gear mechanism and a ball screw mechanism housed in the housing, and the ball screw mechanism includes the ball When a nut of a screw mechanism is rotatably supported in the housing via a bearing, and a rotational driving force from an electric motor is input to the nut via the power transmission gear mechanism, a screw shaft of the ball screw mechanism The power transmission gear mechanism uses a helical gear, and the helical direction of the helical gear teeth is determined by the screw shaft of the ball screw mechanism. It is built in the direction which attenuates the reaction force input into this.
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る電動ブレーキブースタ装置は、本発明の一態様に係る直動アクチュエータを備えることを特徴とする。
本発明によれば、電動モータからの回転駆動力を、はすば歯車を用いた動力伝達ギヤ機構を介してボールねじ機構のナットに入力するので、動力伝達ギヤ機構の静粛性・耐久性が向上する。そのため、直動アクチュエータの静粛性・耐久性を向上させることができる。
In order to solve the above problem, an electric brake booster device according to an aspect of the present invention includes the linear motion actuator according to an aspect of the present invention.
According to the present invention, since the rotational driving force from the electric motor is input to the nut of the ball screw mechanism via the power transmission gear mechanism using a helical gear, the quietness and durability of the power transmission gear mechanism are improved. improves. Therefore, the silence and durability of the linear actuator can be improved.
そして、本発明によれば、はすば歯車の歯のねじれ方向が、ボールねじ機構のねじ軸に入力される反力を減衰する方向に組み込まれているので、はすば歯車に発生するスラスト力により、ボールねじに入力されるスラスト力を相殺することができる。そのため、ナットを支持する軸受に入力されるアキシャル荷重を低減することができる。したがって、軸受を小型化し、直動アクチュエータ全体の構成の小型化や低コスト化を図ることができる。 According to the present invention, since the helical direction of the helical gear teeth is incorporated in a direction that attenuates the reaction force input to the screw shaft of the ball screw mechanism, the thrust generated in the helical gear is reduced. The force can cancel the thrust force input to the ball screw. Therefore, the axial load input to the bearing that supports the nut can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the bearing and reduce the size and cost of the entire linear actuator.
ここで、本発明の一態様に係る直動アクチュエータにおいて、前記ナットの軸受として、前記ナットの軸方向の両端を支持する第一の軸受および第二の軸受を有し、前記第一の軸受は、前記ねじ軸に反力が入力される側とは反対の側を支持しており、前記第二の軸受は、前記ハウジングにすきまばめされるとともに、前記第一の軸受の嵌合すきまが当該第二の軸受の嵌合すきまよりも小さいことは好ましい。また、前記第一の軸受の静定格荷重が、前記第二の軸受の静定格荷重よりも大きいことは好ましい。 Here, in the linear motion actuator according to one aspect of the present invention, the nut bearing includes a first bearing and a second bearing that support both ends of the nut in the axial direction, and the first bearing is The side opposite to the side where the reaction force is input to the screw shaft is supported, and the second bearing is fit into the housing and the fitting clearance of the first bearing is It is preferable that the clearance is smaller than the fitting clearance of the second bearing. Moreover, it is preferable that the static load rating of the first bearing is larger than the static load rating of the second bearing.
このような構成であれば、ナットを支持する一対の軸受が、ねじ軸に反力が入力される側の第二の軸受をギヤハウジングにすきまばめで組み込み、ねじ軸に反力が入力される側とは反対の側を支持する第一の軸受の嵌合すきまを第二の軸受よりも小さくしたので、動力伝達ギヤ機構の効果によるアキシャル荷重の低減により、第一の軸受のみでアキシャル荷重を支持可能とする上で好適である。これにより、第二の軸受を、専らラジアル荷重支持用として用いることができ、作動精度、軸受耐久性、効率の向上が期待できる。また、ナットを支持するために使用できる軸受の自由度を向上させる上で好適である。また、ねじ軸に反力が入力される側の第二の軸受をすきまばめとすることで、組み付けが容易になり、組立コストを低減する上で好適である。 With such a configuration, the pair of bearings supporting the nuts incorporate the second bearing on the side where the reaction force is input to the screw shaft into the gear housing with a clearance fit, and the reaction force is input to the screw shaft. Since the fitting clearance of the first bearing that supports the side opposite to the side is smaller than that of the second bearing, the axial load is reduced only by the first bearing by reducing the axial load due to the effect of the power transmission gear mechanism. It is suitable for supporting. Thereby, the second bearing can be used exclusively for supporting a radial load, and improvement in operating accuracy, bearing durability, and efficiency can be expected. Moreover, it is suitable when improving the freedom degree of the bearing which can be used in order to support a nut. Further, the second bearing on the side where the reaction force is input to the screw shaft is used as a clearance fit, which facilitates assembly and is suitable for reducing assembly costs.
上述のように、本発明によれば、推力伝達軸にボールねじを用いた直動アクチュエータの静粛性・耐久性を向上させるとともに、ナットを支持する軸受に入力されるアキシャル荷重を低減することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the quietness and durability of a linear motion actuator that uses a ball screw as a thrust transmission shaft, and to reduce the axial load input to a bearing that supports a nut. it can.
以下、本発明の一実施形態として、電動ブレーキブースタ装置用の直動アクチュエータの例について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、本実施形態の電動ブレーキブースタ装置は、ブレーキペダルの操作量をストロークセンサにより検出し、その検出値に基づいて電動モータを駆動源とする直動アクチュエータに付設のシリンダによりブレーキ液圧を発生させるものであるが、以下説明する直動アクチュエータ以外の構成については、従来の電動ブレーキブースタ装置の構造同様であるので、その詳しい説明を省略する。 Hereinafter, as one embodiment of the present invention, an example of a linear actuator for an electric brake booster device will be described with reference to the drawings as appropriate. The electric brake booster device of this embodiment detects the operation amount of the brake pedal by a stroke sensor, and generates brake hydraulic pressure by a cylinder attached to a linear actuator that uses an electric motor as a drive source based on the detected value. However, since the configuration other than the linear actuator described below is the same as the structure of the conventional electric brake booster device, detailed description thereof will be omitted.
図１に示すように、この直動アクチュエータ１０は、ハウジング１の下部側面に固定された電動モータ４と、電動モータ４の出力軸４ａに連結された動力伝達ギヤ機構６と、電動モータ４の回転力が動力伝達ギヤ機構６を介して伝達されるボールねじ機構５とを有する。動力伝達ギヤ機構６とボールねじ機構５とは、ハウジング１内に収容されている。なお、電動モータ４の出力軸４ａの軸線ＣＬ１とボールねじ機構５のねじ軸５１の軸線ＣＬ２とは並行に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
さらに、この直動アクチュエータ１０は、ハウジング１の上部側面に、ボールねじ機構５のねじ軸５１と同軸かつ直列に配設された不図示のピストンを内蔵するシリンダ８が付設されている。ねじ軸５１の一端側の先端部分に形成された円筒部５１ｓは、ボディ２の左端面からシリンダ８の内に張り出して不図示のピストンを駆動可能に連結されている。
シリンダ８には、ねじ軸５１と同軸かつ直列に配設された上記ピストンが摺動自在に保持される他、ブレーキ液圧を発生させるために必要な駆動用の部品が収容されており、ピストンの軸方向変位に応じてブレーキ液圧を発生させるようになっている。これにより、ボールねじ機構５のねじ軸５１は、推力伝達軸として、電動モータ４からの入力をシリンダ８に伝達する一方、シリンダ８から常に反力としてスラスト力を受ける構造とされている。
Furthermore, the
The cylinder 8 slidably holds the piston arranged coaxially and in series with the
ハウジング１は、二分割構造のボディ２（図１左側）およびカバー３（図１右側）の組からなる。ボディ２およびカバー３は、いずれもアルミ製であり、本実施形態では、アルミニウム合金（例えばＡＤＣ１２）からダイカストにより成形され、且つ、耐食性を向上させるために、アルマイト等の表面処理が全面に施されている。ボディ２とカバー３とは、それぞれの外周面に沿って形成された相互のフランジ部（不図示）が複数のボルト（不図示）によって締結されている。 The housing 1 includes a pair of a body 2 (left side in FIG. 1) and a cover 3 (right side in FIG. 1) having a two-part structure. The body 2 and the cover 3 are both made of aluminum. In this embodiment, the body 2 and the cover 3 are formed by die casting from an aluminum alloy (for example, ADC12), and surface treatment such as anodized is performed on the entire surface in order to improve corrosion resistance. ing. The body 2 and the cover 3 are fastened to each other by a plurality of bolts (not shown) at flange portions (not shown) formed along the respective outer peripheral surfaces.
上記動力伝達ギヤ機構６は、各々はすば歯車を用いてなる、小径のヘリカルピニオン６１と、大径のヘリカルギヤ６２とを有し、電動モータ４の回転を減速してボールねじ機構５に伝達するものである。ヘリカルピニオン６１は、電動モータ４の出力軸４ａに同軸に固定されている。ヘリカルギヤ６２は、ヘリカルピニオン６１に歯合する従動ギアであり、ボールねじ機構５のナット５２の外周面に、不図示のキーでナット５２と同軸に固定されている。電動モータ４の出力軸４ａは、一対の軸受４ｂ、４ｃを介してハウジング１に回転自在に両持ち支持されている。
The power
ここで、この動力伝達ギヤ機構６の各はすば歯車は、電動モータ４側（入力軸側）が、歯が軸線に対して右ねじれのヘリカルピニオン６１であり、ボールねじ機構５側（出力軸側）が、歯が軸線に対して左ねじれのヘリカルギヤ６２である。そして、このはすば歯車のねじれ方向は、上記ボールねじ機構５のねじ軸５１に入力される反力を減衰する方向に組み合わされて組み込まれている。
Here, each helical gear of the power
上記ボールねじ機構５は、螺旋状のねじ溝５１ａを外周面に有するねじ軸５１と、このねじ軸５１に外嵌されて、ねじ軸５１のねじ溝５１ａに対向する不図示のねじ溝を内周面に有する円筒状のナット５２とを有する。ねじ軸５１は右ねじである。ねじ軸５１とナット５２との間には、相互の対向するねじ溝同士の間に、複数のボール（不図示）が転動自在に装填されている。このボールねじ機構５を支持するために、ナット５２の外周面は、一対の軸受４５、４６を介してハウジング１に回転自在に支持されている。
The
これにより、このボールねじ機構５は、ねじ軸５１が、複数のボールを介してナット５２に対して相対移動可能に構成され、トルク・回転入力装置としての電動モータ４が駆動されると、動力伝達ギヤ機構６を介してナット５２が回転し、ナット５２が回転駆動されることで、ねじ軸５１が推力伝達軸として軸方向に直動する（進退する）ようになっている。なお、このボールねじ機構５のボール循環方式は、チューブ式以外であれば限定されない。但し、構造上、ボールねじ機構５は、ナット５２の外周面に、一対の軸受４５、４６および動力伝達ギヤ機構６のヘリカルギヤ６２を同軸上に配置するためにチューブ式は採用しない。
As a result, the
ここで、本実施形態では、上記一対の軸受４５、４６として、第一の軸受４５、第二の軸受４６ともに、深溝玉軸受が用いられている。第一の軸受４５は、ねじ軸５１に反力が入力される側とは反対の側を支持している。また、第二の軸受４６は、ハウジング１のボディ２にすきまばめされて、ねじ軸５１に反力が入力される側を支持している。第一の軸受４５は、第二の軸受４６よりも小さい嵌合すきまでハウジング１のカバー３に組みつけられている。また、第一の軸受４５の静定格荷重は、第二の軸受４６の静定格荷重よりも大きいものを用いている。
Here, in the present embodiment, as the pair of
次に、この電動ブレーキブースタ装置用の直動アクチュエータ１０の動作および作用・効果について説明する。
自動車の走行時に、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、制動制御量に応じて上記電動モータ４に駆動電流が出力される。電動モータ４に駆動電流が供給されると、電動モータ４の駆動により、動力伝達ギヤ機構６を構成するヘリカルピニオン６１が回転し、ヘリカルピニオン６１がこれに歯合するヘリカルギヤ６２を回転させ、ヘリカルギヤ６２を介してボールねじ機構５のナット５２に動力が回転運動として伝達される。
Next, the operation, action, and effect of the
When the driver depresses the brake pedal while the vehicle is running, a drive current is output to the
ナット５２が回転駆動されると、ナット５２に伝達された回転力は、ボールねじ機構５によりねじ軸５１の直動運動に変換され、ねじ軸５１が図１の左方向に軸線方向に直動し、ねじ軸５１の一端側の円筒部５１ｓが、ボディ２の端面に付設されたシリンダ８に対して推力伝達軸としてはたらく。これにより、円筒部５１ｓがシリンダ８内のピストンを押圧することにより、ねじ軸５１の直動運動に応じて所定のブレーキ液圧が生成される。このように、この直動アクチュエータ１０によれば、推力伝達軸の駆動機構にボールねじ機構５を採用しているので、高効率且つ低電流作動が可能である。
When the
そして、この直動アクチュエータ１０によれば、電動モータ４からの回転駆動力を、はすば歯車を用いた動力伝達ギヤ機構６を介してボールねじ機構５のナット５２に入力するので、動力伝達ギヤ機構６で同時にかみ合う歯数を増やし、歯当たりが分散されるので、音が静かでトルクの変動が少ない。そのため、動力伝達ギヤ機構６の静粛性・耐久性が向上し、直動アクチュエータ１０の静粛性・耐久性を向上させることができる。
According to the
ここで、上記ボールねじ機構５のねじ軸５１は、シリンダ８からの反力としてスラスト力を常に受け、特に、なんらかの理由により電動モータ４の動作が停止したときには、ナット５２の軸受が支持するアキシャル荷重が大きくなる。
これに対し、この直動アクチュエータ１０によれば、動力伝達ギヤ機構６にはすば歯車を用い、このはすば歯車の歯のねじれ方向が、ボールねじ機構５のねじ軸５１に入力される反力を減衰する方向に組み合わされて組み込まれているので、ねじ軸５１に入力された反力によってボールねじ機構５のナット５２が回転したときに、動力伝達ギヤ機構６に用いたはすば歯車の作用により、シリンダ８からの反力とは反対の方向にスラスト力を発生させて、ボールねじ機構５に入力されるスラスト力を相殺することができる。そのため、ナット５２を支持する軸受４５、４６に入力されるアキシャル荷重を低減することができる。したがって、作動精度の向上、軸受耐久寿命の向上、効率の向上が見込める。また、ナット５２を支持する軸受構成の自由度が向上し、軸受の小型化によるコストダウン、構成のコンパクト化が可能となる。
Here, the
On the other hand, according to the
特に、この直動アクチュエータ１０によれば、第一の軸受４５は、ねじ軸５１に反力が入力される側とは反対の側を支持しており、第二の軸受４６は、ハウジング１にすきまばめされるとともに、第一の軸受４５の嵌合すきまが第二の軸受４６の嵌合すきまよりも小さいので、第一の軸受４５のみによりアキシャル荷重を支持することができ、第二の軸受４５は、ラジアル荷重支持専用として用いることができる。また、第二の軸受４６をすきまばめとすることで、組み付けが容易になり、組立コストを低減することができる。
In particular, according to the
以上説明したように、この直動アクチュエータ１０によれば、静粛性・耐久性を向上させるとともに、ナット５２を支持する軸受４５、４６に入力されるアキシャル荷重を低減することができる。なお、本発明に係る直動アクチュエータおよびこれを備える電動ブレーキブースタ装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
As described above, according to the
例えば、上記実施形態では、ナット５２の支持に、一対の深溝玉軸受４５、４６を用いた例で説明したが、これに限定されず、ボールねじ機構５のナット支持用の軸受の構成は、コスト、サイズ、強度、反力の大きさ等の条件を考慮して、目的に応じて変更することができる。
また、例えば上記実施形態では、第二の軸受４６は、ハウジング１にすきまばめされるとともに、第一の軸受４５の嵌合すきまが、第二の軸受４６の嵌合すきまよりも小さく、さらに、第一の軸受４５の静定格荷重が、第二の軸受４６の静定格荷重よりも大きい例で説明したが、これに限らず、一対の軸受４５、４６に、同種同径のものを用いることができる。また、アキシャル荷重を支持する第一の軸受４５に、ころ軸受やスラスト軸受を用いる等、種々の変形が可能である。
For example, in the above-described embodiment, the example of using the pair of deep
Further, for example, in the above embodiment, the
また、本発明に係る直動アクチュエータは、電動ブレーキブースタ装置用に限定されず、構成要件として、電動モータ４の出力軸４ａの軸線ＣＬ１とボールねじ機構５のねじ軸５１の軸線ＣＬ２とが並行に配置され、ねじ軸５１に反力が入力されるように構成された直動アクチュエータであれば、本発明を適用可能である。
In addition, the linear actuator according to the present invention is not limited to the electric brake booster device, and as a configuration requirement, the axis CL1 of the
１ ハウジング
２ ボディ
３ カバー
４ 電動モータ
５ ボールねじ機構
６ 動力伝達ギヤ機構
８ シリンダ
１０ 直動アクチュエータ
４５ 第一の軸受
４６ 第二の軸受
５１ ねじ軸
５２ ナット
６１ ヘリカルピニオン
６２ ヘリカルギヤ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Body 3
Claims (4)
前記動力伝達ギヤ機構は、はすば歯車を用いており、該はすば歯車の歯のねじれ方向が、前記ボールねじ機構のねじ軸に入力される反力を減衰する方向に組み込まれていることを特徴とする直動アクチュエータ。 A housing, and a power transmission gear mechanism and a ball screw mechanism housed in the housing, wherein the ball screw mechanism is rotatably supported in the housing via a bearing by a nut of the ball screw mechanism. When a rotational driving force from a motor is input to the nut via the power transmission gear mechanism, a linear motion actuator that linearly moves the screw shaft of the ball screw mechanism as a thrust transmission shaft,
The power transmission gear mechanism uses a helical gear, and the helical twisting direction of the helical gear is incorporated in a direction that attenuates the reaction force input to the screw shaft of the ball screw mechanism. A linear actuator characterized by that.
前記ナットの軸受として、前記ナットの軸方向の両端を支持する第一の軸受および第二の軸受を有し、
前記第一の軸受は、前記ねじ軸に反力が入力される側とは反対の側を支持しており、
前記第二の軸受は、前記ハウジングにすきまばめされるとともに、前記第一の軸受の嵌合すきまが当該第二の軸受の嵌合すきまよりも小さい直動アクチュエータ。 In claim 1,
As the bearing of the nut, it has a first bearing and a second bearing that support both ends of the nut in the axial direction,
The first bearing supports a side opposite to a side where a reaction force is input to the screw shaft,
The second bearing is a linear motion actuator in which the fitting clearance of the first bearing is smaller than the fitting clearance of the second bearing while the second bearing is fitted into the housing.
前記第一の軸受の静定格荷重が、前記第二の軸受の静定格荷重よりも大きい直動アクチュエータ。 In claim 2,
A linear motion actuator in which a static load rating of the first bearing is greater than a static load rating of the second bearing.
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