(57)【要約】【課題】極低温の使用環境においても起動トルクの増大を抑えることのできるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータは、ハウジングの内部に設けられたナットと、同ナットの外周面に接触して設けられたシールリングとを備える。シールリングによって、ハウジングとナットとの間がシールされる。シールリングのリップは、ＴＲ試験でのＴＲ１０値が−３０℃となる特性を有したゴムから形成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングの内部に設けられた回転部と、同回転部の外周面に接触して前記ハウジングと回転部との間をシールするシールリングとを備えたアクチュエータにおいて、
前記シールリングのリップは、ＴＲ試験でのＴＲ１０値が−３０℃以下となる特性を有したゴムからなる
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転部を回転可能に支持するベアリングを更に含み、同ベアリングはシングルボール式のベアリングである
請求項１に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転部を有するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるように、回転部を有するアクチュエータでは、シールリングを用いて回転部とハウジングとの間をシールすることにより、回転部の近傍に存在するオイルが外部に漏出することを抑えつつ、外部の塵埃等がアクチュエータの内部に浸入することを抑制するようにしている。こうしたシールリングは、ゴムからなるリップと、このリップを所定の緊迫力をもって回転部の外周面に押し付けるスプリングとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４５０８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、こうした回転部を有するアクチュエータでは、特にオイルの粘度が低下する高温時に、振動等によって回転部が不必要に回転し、その作動安定性が損なわれるおそれがある。このため、シールリングのスプリングの緊迫力を大きくし、こうした回転が生じない程度までリップと回転部との摩擦抵抗を大きくすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、このようにスプリングの緊迫力を大きくすると、極低温の使用環境においてアクチュエータの起動トルクが極めて大きくなることを本発明者は実験により確認した。ここでいう起動トルクとは、停止状態にある回転部を回転させるときに発生するトルクである。こうした起動トルクの増大は以下の理由により発生すると推察される。
【０００６】
回転部に軸偏心や取付偏心が存在すると、シールリングが組み付けられるハウジングの内周面と回転部の外周面との間の隙間が局所的に狭くなる。常温域であれば、このようにシールリングが組み付けられる隙間が局所的に狭くなっても、その隙間の大きさに合わせてリップが弾性変形する。
【０００７】
一方で、リップも含め、ゴムの弾性は極低温の使用環境で低下するようになる。特に、スプリングの緊迫力が大きい場合には、リップが弾性変形して硬化するため、こうした傾向が一層顕著になり、ゴムの弾性が失われることもある。そして、このようにリップの弾性が失われると、リップはシールリングが組み付けられる隙間の大きさに合わせて弾性変形することができなくなるため、リップと回転部との接触面圧が急激に上昇するようになる。その結果、極低温の使用環境ではアクチュエータの起動トルクが極めて大きくなり、アクチュエータの応答性も低下することとなる。なお、回転部が暫く回転すれば、回転部とリップとの接触部分が温度上昇し、それに伴ってリップの弾性も回復するため、回転部を回転状態に維持するための定常トルクには、起動トルクにみられるような増大は発生しない。
【０００８】
この発明は、上述した発明者の知見に基づいてなされたものであり、極低温の使用環境においても起動トルクの増大を抑えることのできるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためのアクチュエータは、ハウジングの内部に設けられた回転部と、同回転部の外周面に接触してハウジングと回転部との間をシールするシールリングとを備える。そして、こうしたアクチュエータにおいて、シールリングのリップの材料として、ＴＲ試験でのＴＲ１０値が−３０℃以下となる特性を有したゴムを採用することとした。
【００１０】
上記構成によれば、使用環境の温度が極めて低くなった場合でも、リップの弾性が維持されるため、リップと回転部との接触面圧が急激に上昇することを抑制することができる。このため、極低温の使用環境においても起動トルクの増大を抑えることができ、起動トルクの増大に起因してアクチュエータの応答性が低下することを抑制することができるようになる。
【００１１】
また、ダブルボール式と比較して回転抵抗が小さいシングルボール式のベアリングによって回転部を回転可能に支持する構成では、回転部の不必要な回転を抑制するために必要とされるスプリングの緊迫力がさらに大きくなるため、上述したような起動トルクの増大が顕在化しやすい。しかしながら、このアクチュエータでは、リップの材料であるゴムとして、ＴＲ１０値が−３０℃以下となる特性を有したゴムを採用しているため、このようにスプリングの緊迫力を大きくすることに伴う起動トルクの増大を好適に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】アクチュエータの構造を示す部分断面図。
【図２】シールリング近傍の拡大断面図。
【図３】シールリングのリップの材料として採用されるゴム及びその比較例のゴムについてのＴＲ試験の結果を示すグラフ。
【図４】アクチュエータの起動トルク及び定常トルクと油温との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を内燃機関に搭載された可変動弁機構の駆動用アクチュエータに適用した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、アクチュエータ１０のハウジング１１には、その内部に、回転部としての円筒状のナット１４と、同ナット１４の中心に設けられたサンシャフト１５と、ナット１４とサンシャフト１５との間に配置された複数のプラネタリシャフト１６とを備える回転直動変換機構１３が設けられている。
【００１４】
サンシャフト１５には、その全周にわたり軸方向に沿って伸びるスプライン１５ａが形成されるとともに、サンシャフト１５よりも外径が大きいストッパ１７が固定されている。ハウジング１１の端部には、凹部１１ａが形成されており、この凹部１１ａにベアリング２１が挿入され固定されている。このベアリング２１にはスプライン２１ａが形成されている。このスプライン２１ａにサンシャフト１５のスプライン１５ａが噛み合った状態で同サンシャフト１５がベアリング２１に挿通支持されている。また、サンシャフト１５の先端部には、接続部４０を介して可変動弁機構の制御軸４１が連結されている。
【００１５】
ハウジング１１の内部には、ナット１４に固定されたロータ２２と、ナット１４の径方向外側においてロータ２２と対向して配置されるステータ２３とが設けられている。こうしたロータ２２とステータ２３とにより電動モータが構成される。ナット１４はその周方向に複数のボールを一列に配したシングルボール式のベアリング２４により回転可能に支持されている。
【００１６】
このアクチュエータ１０では、ステータ２３の電磁力が制御されることにより、ロータ２２に回転駆動力が生じる。これにより、ナット１４が回転し、この回転に伴ってプラネタリシャフト１６が自転しながらサンシャフト１５の周りを公転する。サンシャフト１５は、同サンシャフト１５のスプライン１５ａとベアリング２１のスプライン２１ａとにより、その軸周りの回転が規制されている。このため、プラネタリシャフト１６の自転及び公転によって生じる同プラネタリシャフト１６とサンシャフト１５との差動により、同サンシャフト１５がその軸方向に往復動する。また、サンシャフト１５は、ベアリング２１にストッパ１７が当接することで、その往復動が規制される。これにより、サンシャフト１５は、所定の範囲内でその軸方向に往復動する。そして、このようにサンシャフト１５が往復動すると、その移動に連動して可変動弁機構の制御軸４１が軸方向に移動する。この移動により可変動弁機構が駆動され、内燃機関の動弁系、例えば各気筒に設けられた吸気バルブのバルブ作用角やバルブリフト量が連続的に調節される。
【００１７】
また、ハウジング１１の内部には、回転直動変換機構１３の潤滑を目的としてオイルが供給されている。ナット１４の径方向外側には、ハウジング１１の外部にオイルが漏出すること抑制するためのシールリング３０が取り付けられている。
【００１８】
図２に示すように、このシールリング３０は、リップ３１と、リップ３１の内部に設けられた内環３３と、スプリング３２とを備えている。本実施形態のシールリング３０では、リップ３１を形成する材料としてフッ素系ゴムを採用している。
【００１９】
リップ３１は、サンシャフト１５の軸方向（図２の左右方向）に沿って延びる内周部３１ａと、同内周部３１ａの延設方向における端部からナット１４の径方向（図２の上下方向）に延びる中間部３１ｂと、内周部３１ａと平行をなすように中間部３１ｂの延設方向の先端から延びる外周部３１ｃとを備えている。リップ３１の内周部３１ａは、スプリング３２の緊迫力によってナット１４の外周面１４ａに押し付けられることにより、同外周面１４ａに接触している。そして、こうしたシールリング３０がハウジング１１の内周面１１ｂとナット１４の外周面１４ａとの間に組み付けられることにより、そのリップ３１によりハウジング１１とナット１４との間の隙間Ａがシールされる。
【００２０】
図３は、本実施形態のシールリング３０のリップ３１の材料として採用したフッ素系ゴム及びその比較例としたゴムについてのＴＲ（Temperature Retraction）試験の結果を示している。尚、ＴＲ試験は、ゴムを伸ばした状態で凍結させた後、その後の温度Ｔの上昇に伴う形状の回復率Ｒを測定する試験である。ＴＲ１０値は、予め与えた伸長が１０パーセント回復するときの温度である。すなわち、こうしたＴＲ１０値を目安として、極低温下でゴムの弾性が保持できる許容温度を判断することができる。
【００２１】
同図３に実線で示すように、本実施形態のリップ３１の材料として採用したゴムは、ＴＲ１０値が−３０℃である。このゴムは、約−３５℃以上の温度域において弾性を有している。一方、比較例のゴムは、同図３に一点鎖線で示すように、ＴＲ１０値が−１７℃である。この比較例のゴムは、本実施形態のゴムとは異なり、約−２０℃以下の温度域では回復率がほぼ０％となり、その弾性が失われる。
【００２２】
次に、このアクチュエータの作用について説明する。
これら各ゴムをシールリング３０のリップ３１の材料として採用したアクチュエータ１０では、起動トルクと定常トルクとが以下のように変化する。ここで、起動トルクは停止状態にあるナット１４を回転させるときのトルクであり、定常トルクはナット１４を回転状態に維持するためのトルクである。尚、以下では、比較例のゴムをシールリング３０のリップ３１の材料として採用したアクチュエータを、単に「比較例のアクチュエータ」と称する。
【００２３】
図４に示すように、油温が−１０℃〜２０℃の環境下では、本実施形態のアクチュエータ１０、比較例のアクチュエータとも、起動トルクや定常トルクの油温に応じた変化態様に大きな差がない。これは、ナット１４の軸偏心や取付偏心に起因して、隙間Ａが本来の大きさよりも狭くなっていても、その隙間Ａの大きさに合わせてリップ３１が弾性変形することができるためであると考えられる。すなわち、油温が−１０℃〜２０℃の環境下では、本実施形態のアクチュエータ１０、比較例のアクチュエータのいずれにおいても、起動時と定常時との区別なくリップ３１のゴムの弾性が保たれている。
【００２４】
一方、油温が−３０℃の環境下では、比較例のアクチュエータの起動トルクが、油温が−２０℃以上のときの値と比較して極めて大きくなる。これは、比較例のゴムの弾性が、−２０℃の近傍を境に失われるためと考えられる。こうしてリップ３１の弾性が失われると、上記の隙間Ａの大きさに合わせてリップ３１が弾性変形することができなくなり、リップ３１とナット１４との接触面圧が急激に上昇するためであると考えられる。その結果、比較例のアクチュエータでは、リップ３１とナット１４との接触面圧の上昇に起因して起動トルクが増大するようになる。
【００２５】
これに対して、同じく油温が−３０℃の環境下において、本実施形態のアクチュエータ１０の起動トルクは、油温が−２０℃以上のときの値から殆ど変化しない。これは、本実施形態のゴムの弾性が、−３０℃といった極めて低温の環境下でも維持されるためであると考えられる。したがって、リップ３１は隙間Ａの大きさに合わせて弾性変形することができ、リップ３１とナット１４との接触面圧が急激に上昇することを抑制することができる。すなわち、ＴＲ値が−３０℃以下のゴムをリップ３１の材料として採用すれば、極低温域における起動トルクの増大を抑制することができる。
【００２６】
また、油温が−３０℃の環境下の定常トルクについては、本実施形態のアクチュエータ１０、比較例のアクチュエータとも、油温が−２０℃の以上のときの値から殆ど変化しない。これは、ナット１４が暫く回転すれば、同ナット１４とリップ３１との接触部分が温度上昇し、それに伴ってリップ３１の弾性も回復するためであると考えられる。すなわちリップ３１の弾性が回復することにより、上記の隙間Ａの大きさに合わせて弾性変形することができるため、定常トルクには起動トルクにみられるような増大は発生しない。
【００２７】
上述したアクチュエータ１０によれば以下の効果を奏することができる。
（１）リップ３１の形成材料であるゴムとして、ＴＲ１０値が−３０℃となる特性を有したゴムを採用したため、極低温の使用環境においても、リップ３１の弾性が維持される。このため、極低温の使用環境における起動トルクの増大を抑えることができ、それに起因してアクチュエータ１０の応答性が低下することを抑制することができるようになる。
【００２８】
（２）ダブルボール式と比較して回転抵抗が小さいシングルボール式のベアリング２４によってナット１４を回転可能に支持するようにした上記構成では、ナット１４の不必要な回転を抑制するために必要とされるスプリング３２の緊迫力がさらに大きくなる。しかしながら、リップ３１の材料であるゴムとして、ＴＲ１０値が−３０℃となる特性を有したゴムを採用しているため、このようにスプリング３２の緊迫力を大きくすることに伴う起動トルクの増大を好適に抑制することができる。
（３）ゴムは、オイルによって劣化するとその柔軟性が失われるため、上述したような起動トルクの増大が発生しやすくなる。この点、フッ素系ゴムは他のゴムと比較して耐油性に優れるため、長期間にわたってリップ３１の弾性を維持することができ、極低温の使用環境における起動トルクの増大を好適に抑制することができるようになる。
【００２９】
尚、上述の実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・シールリング３０のリップ３１を形成する材料として、ＴＲ１０値が−３０℃となる特性を有したゴムを採用することとしたが、同材料としてＴＲ１０値が−３０℃より低いゴムを採用することもできる。
【００３０】
・シールリング３０のリップ３１を形成する材料として、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム等々、フッ素系ゴム以外のゴムも採用可能である。こうした変形例によっても、上記の実施形態で得ることのできる効果（１）及び（２）と同様の効果を奏することはできる。
【００３１】
・ナット１４を回転可能支持するベアリング２４として、ダブルボール式のベアリングを採用することも可能である。こうした変形例によっても上記の実施形態で得ることのできる効果（１）及び（３）と同様の効果を奏することはできる。
【００３２】
・サンシャフト１５は可変動弁機構の制御軸４１に連結されるものに限らない。すなわち、可変動弁機構以外の駆動源としてアクチュエータ１０を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０…アクチュエータ、１１…ハウジング、１１ｂ…内周面、１４…ナット、１４ａ…外周面、１５…サンシャフト、１６…プラネタリシャフト、２２…ロータ、２３…ステータ、２４…ベアリング、３０…シールリング、３１…リップ、３２…スプリング、３３…内環。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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