(57)【要約】【課題】ボール表面の圧痕や剥離の発生を抑えて耐久性の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】ハウジングと、前記ハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータと、前記ハウジングに回転のみ自在に支持され且つ前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸と、自身の回転を阻止された状態で前記ねじ軸に係合し、前記ねじ軸の回転に伴って前記ねじ軸の軸方向に変位するナット部材とを備える電動リニアアクチュエータにおいて、金属を含まない硫黄−リン系極圧剤を０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物を封入してなることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータと、前記ハウジングに回転のみ自在に支持され且つ前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸と、自身の回転を阻止された状態で前記ねじ軸に係合し、前記ねじ軸の回転に伴って前記ねじ軸の軸方向に変位するナット部材とを備える電動リニアアクチュエータにおいて、
金属を含まない硫黄−リン系極圧剤を０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物を封入してなることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記グリース組成物において、増ちょう剤がウレア系であり、硫黄−リン系極圧剤がチオフォスフェート及びチオフォスファイトの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の電動リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用変速機の変速比を自動的に切り替えるため、或はクラッチを自動的に断接させるための駆動装置としての、電動リニアアクチュエータに係り、詳しくは潤滑寿命の延長を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動モータを駆動源として伸縮し、各種物品を変位させる電動リニアアクチュエータが知られている。例えば、ハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータにより、このハウジング内に回転のみ自在に支持されたねじ軸の回転に伴って、このねじ軸に係合させたナット部材を軸方向に変位させ、このナット部材にその基端部を結合した、少なくとも基端部を筒状に構成した出力軸部材を軸方向に変位させるものである（特許文献１〜３参照）。また、これら各従来技術の場合には、この出力軸部材の基部周囲を筒状のカバーにより覆い、上記ねじ軸とナット部材との螺合部に異物が入り込む事を防止している。また、上記出力軸部材の外周面と上記カバーの先端部内周面とは、互いに摺接させている。また、上述の電動リニアアクチュエータのボールねじは、ねじ軸とナットとの間に転動体としてボール（一般には、鋼球）を介装したものであり、作動時における摩擦損失が殆ど無視できることから駆動効率が極めて高い他、ねじ軸とナットとの相対回転に摺動を伴わないために構成要素の摩耗がごく少ない等の特徴を有している。総ボール型のボールねじは、雄ねじ溝がその外周に形成されたねじ軸と、雄ねじ溝と対向する雌ねじ溝がその内周に形成されたナットと、雄ねじ溝と雌ねじ溝との間に介装された多数のボールと、ナットに形成された雌ねじ溝の一端側から他端側にボールを循環させる循環通路（チューブやコマ等）とから構成されている。ねじ軸とナットとの相対回転時において、ボールは、雄ねじ溝と雌ねじ溝との双方に対して転動すると共に、循環通路を通って雌ねじ溝の一端側から他端側に循環する。
【０００３】
ところで、上述した総ボール型のボールねじでは、両ねじ溝間で同方向に転動するボール同士が接触した場合、その接触面では、転動速度の２倍の速度をもって相対すべりが生じる。そのため、機械装置の性能を向上させるためにボールねじの駆動速度を高めた場合、ボール表面が比較的短時間で許容限界以上に摩耗したり、摩擦熱によってボールやねじ溝が焼付いたりする等の不具合が生じることがあった。
【０００４】
近年では、ボールねじの使用条件はより過酷になってきており、それに伴いボール表面の圧痕や剥離が発生しやすく、頻繁にボールねじを交換する必要が生じている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２２１８９号公報
【特許文献２】特開平９−３２７１４９号公報
【特許文献３】米国特許第５６６９２６４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような状況を鑑みてなされたものであり、ボール表面の圧痕や剥離の発生を抑えて耐久性の向上を図った電動リニアアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の電動リニアアクチュエータを提供する。
（１）ハウジングと、前記ハウジングに支持された正転逆転自在な電動モータと、前記ハウジングに回転のみ自在に支持され且つ前記電動モータにより回転駆動されるねじ軸と、自身の回転を阻止された状態で前記ねじ軸に係合し、前記ねじ軸の回転に伴って前記ねじ軸の軸方向に変位するナット部材とを備える電動リニアアクチュエータにおいて、金属を含まない硫黄−リン系極圧剤を０．１〜５質量％の割合で含有するグリース組成物を封入してなることを特徴とする電動リニアアクチュエータ。
（２）前記グリース組成物において、増ちょう剤がウレア系であり、硫黄−リン系極圧剤がチオフォスフェート及びチオフォスファイトの少なくとも一方であることを特徴とする上記（１）記載の電動リニアアクチュエータ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電動リニアアクチュエータは、特定の極圧剤を含有するグリース組成物を封入したことにより、ボールねじのボール表面において圧痕や剥離が発生し難く、負荷荷重や発熱、振動等が大きいといった厳しい条件下でも優れた耐久性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る電動リニアアクチュエータの第１実施形態を示す半部切断側面図である。図示されるように、略円筒状のハウジング１の一端部（図１の左端部）に、正転逆転自在な電動モータ２を支持固定している。また、上記ハウジング１の中間部内側にねじ軸３の中間部基端寄り部分を、深溝型玉軸受の如く、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在な転がり軸受４により、回転のみ自在に支持している。尚、この転がり軸受４を構成する外輪５は、上記ハウジング１の中間部内周面に形成した内向フランジ状の鍔部６の内面（図１の左側面）基端部とこのハウジング１の内周面に係止したストップリング７との間で挾持して、軸方向への変位を阻止している。また、上記転がり軸受４を構成する内輪８は、上記ねじ軸３の中間部に形成した段部９とこのねじ軸３の基端部（図１の左端部）外周面に係止したストップリング１０とにより挾持して、このねじ軸３に対し上記内輪８が軸方向に変位する事を防止している。そして、上記ねじ軸３の基端部で上記転がり軸受４よりも突出した部分と上記電動モータ２の出力軸１１とを、カップリング部１２により、回転力の伝達自在に結合している。図示の例では、このカップリング部１２の周囲にも、別の転がり軸受１３を配置している。
【００１１】
上記ねじ軸３の周囲には、ナット部材１４を螺合させている。従ってこのナット部材１４は、後述する様にして自身の回転を阻止すれば、上記ねじ軸３の回転に伴ってこのねじ軸３の軸方向に変位する。本例の電動リニアアクチュエータ１５の場合、電動モータ２の故障時にも上記ナット部材１４を軸方向に変位させられる様にすべて、このナット部材１４と上記ねじ軸３とを、逆作動可能に係合させている。このために、このナット部材１４の内周面に形成した雌ねじ及びねじ軸３の外周面に形成した雄ねじのピッチ（リード）を大きくしている。また、このナット部材１４の片端面（図１の右端面）には円筒状の出力軸部材１６の基端部を、これらナット部材１４と出力軸部材１６とを一体に造る事により結合している。
【００１２】
また、上記ねじ軸３の先端面で上記出力軸部材１６の内側に位置する部分には、このねじ軸３よりも大径の端板１９を、ボルト２０により結合固定している。従って上記ナット部材１４は、前記鍔部６の外面（図１の右側面）と上記端板１９との間部分でのみ、軸方向に亙る変位が自在である。図１は、上記ナット部材１４が中立位置に存在する状態で示しており、この状態でこのナット部材１４の軸方向両端面と上記鍔部６の外面及び上記端板１９との間には、それぞれ全ストロークＳの１／２ずつ（Ｓ／２）の隙間が存在する。また、本例の場合には、この全ストロークＳは、上記ねじ軸３の外径（ねじ山の頂部までの直径）Ｄの凡そ６倍（Ｓ≒６Ｄ）としている。
【００１３】
そして、上記出力軸部材１６の先端部にはボルト等を挿通するための通孔１７を形成して、この出力軸部材１６を、自動車用変速機の入力部等、電動リニアアクチュエータ１５により駆動すべき被駆動部材に結合自在としている。更に、上記出力軸部材１６の内側先端寄り部分でこの通孔１７よりも中間寄り部分はキャップ１８により塞いで、上記出力軸部材１６の先端開口側から、上記ねじ軸３とナット部材１４との螺合部への異物の侵入防止を図っている。
【００１４】
更に、前記ハウジング１の先端部（図１の右端部）外周面には、カバー２１に基端部（図１の左端部）を外嵌支持している。このカバー２１は、合成樹脂を射出成形或いはブロー成形する事により、先端部（図１の右端部）に向かう程外径が小さくなる、テーパ円筒状に形成して成る。この様なカバー２１の基端部は、その内周面に形成した突条２２を上記ハウジング１の先端部外周面に形成した係止溝２３に緩く（若干の揺動変位自在に）嵌合係止する事により、このハウジング１に結合している。この状態で上記カバー２１の先端部内周面は、上記出力軸部材１６の外周面に摺接若しくは近接対向している。この様なカバー２１は、上記出力軸部材１６の基端面（図１の左端面）と上記ハウジング１の先端面との間から、上記ねじ軸３とナット部材１４との螺合部に異物が侵入する事を防止する。尚、この異物侵入防止効果を向上させるため、上記カバー２１の先端部内周面に、複数本の凹溝（または突条）を全周に亙って形成し、このカバー２１の先端部内周面と上記出力軸部材１６の外周面との間に、ラビリンスシールを設ける事もできる。
【００１５】
上述の様に構成する本例の電動リニアアクチュエータ１５の使用時には、上記ハウジング１を、取付孔２４を利用する等により図示しない固定部分に、固定若しくは揺動自在に支持する。また、上記出力軸部材１６の先端部を図示しない被駆動部材に、前記通孔１７を挿通したボルト等の取付部材により結合する。この状態では、前記ねじ軸３の回転に拘らず、上記出力軸部材１６及び上記ナット部材１４が回転する事がなくなる。そこで、前記電動モータ２により上記ねじ軸３を所定方向に回転させれば、前記ナット部材１４及び上記出力軸部材１６が軸方向に変位し、上記被駆動部材を変位させる。
【００１６】
また、本例の電動リニアアクチュエータ１５の場合には、上記ハウジング１に対して、弾性を有するカバー２１が、若干の変位自在に支持されているため、このカバー２１の先端部が上記出力軸部材１６に対して円滑に追従する。従って、このカバー２１の先端部内周面とこの出力軸部材１６の外周面との摺接部の面圧が部分的に高くなる事がなくなる。この結果、このカバー２１の存在に基づく、上記ナット部材１４の変位に対する抵抗を小さく抑えて、効率の高い構造を実現できる。
【００１７】
図２は、電動リニアアクチュエータの第２実施形態を示している。本例の場合には、ねじ軸３の外周面並びにナット部材１４の内周面にそれぞれボールねじ溝を形成すると共に、これら両ボールねじ溝同士の間に、複数個のボール２５を介在させて、ボールねじ機構２６を構成している。尚、これら各ボール２５を循環させるための循環チューブは、図示を省略している。上記ボールねじ機構２６は、上記ボールねじ溝のピッチを小さくしても逆作動が可能である。そこで本例の場合には、このピッチを小さくして、電動モータ２のトルクの割合に大きな出力を得られる様にしている。このため、必要とするストロークを確保するためには、上記電動モータ２の回転数が多くなるので、回転検出器２７によりこの回転数を計測し、この回転数から上記ストロークを計測自在としている。
【００１８】
更に本例の場合には、ハウジング１の先端部（図２の右端部）外周面に、ベローズ２８の基端部（図２の左端部）を外嵌し、更にバンド２９により抑え付ける事により支持している。このベローズ２８は、ゴムにより蛇腹状に形成する事で、伸縮自在に構成して成る。この様なベローズ２８の先端部は、出力軸部材１６の外周面に外嵌している。本例の場合には、この様なベローズ２８により、上記出力軸部材１６の基端面（図２の左端面）と上記ハウジング１の先端面との間を塞いでいる。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００１９】
図３は、電動リニアアクチュエータの第３実施形態を示している。前述した第１例及び上述した第２例の場合には、ねじ軸と電動モータとを互いに同心に配置していたのに対して、本例の場合には、ねじ軸３の側方に電動モータ２を、このねじ軸３に対し平行に設けている。そして、この電動モータ２の出力軸１１により回転駆動自在とした駆動歯車３０と、上記ねじ軸３の基端部（図３の左端部）にスプライン係合させた従動歯車３１とを、中間歯車３２を介して噛合させ、上記電動モータ２により上記ねじ軸３を回転駆動自在としている。
【００２０】
本例の場合、上記電動モータ２とねじ軸３との配置を変えた以外の基本的な構成及び作用は、前述した第１例或いは上述した第２例の場合とほぼ同様であるが、具体的構造に於いて本例は、次の様な点で、第１例或いは第２例の場合と相違している。先ず第一に、ナット部材１４の軸方向片端面（図３の左端面）が対向する、ハウジング１の内周面に形成した鍔部６の外側面、及び、上記ナット部材１４の軸方向他端面（図３の右端面）に、それぞれ緩衝リング３３ａ、３３ｂを装着している。これら各緩衝リング３３ａ、３３ｂは、上記ナット部材１４が移動方向端部まで変位した状態で、このナット部材１４を緩衝的に受け止めるもので、それぞれがゴム等の、内部損失が大きな材料により円環状に構成している。また、上記ねじ軸３の基端部（図３の左端部）には、リードの大きなウォーム３４を形成し、このウォーム３４とウォームホイール３５とを噛合させている。そして、このウォームホイール３５により回転検出器（図３には省略）を駆動し、上記ねじ軸３の回転数並びに上記ナット部材１４のストロークを計測自在としている。
【００２１】
図４は、本発明の電動リニアアクチュエータの第４実施形態を示している。本例の場合には、外周面にボールねじ溝を形成したねじ軸３の先端面に、断面Ｌ字形で円輪状の端板１９を、ボルト２０により固定している。そして、上記ねじ軸３の周囲にナット部材１４を、ボールねじ機構２６を介して、このねじ軸３の回転に伴う軸方向移動自在に設けている。そして、ハウジング１の先半部（図４の右半部）外周面と上記ナット部材１４の片端部（図４の左端部）外周面との間、並びにこのナット部材１４の他端部（図４の右端部）外周面と上記端板１９の外周面との間に、それぞれベローズ２８ａ、２８ｂを掛け渡している。更に、上記ナット部材１４の中間部外周面の直径方向反対側２個所位置に設けた係止孔３６、３６に、被駆動部材３７の端部に設けた突部３８、３８を挿入している。その他の構成及び作用は、前述した第２例の場合とほぼ同様である。但し、本例の場合には、上記ナット部材１４のストロークが小さいので、電動モータ２の回転数を測定するためのポテンショメータは省略している。
【００２２】
上記の電動リニアアクチュエータの潤滑部位には、以下に示すグリース組成物が封入される。
【００２３】
グリース組成物の基油は、その種類は制限されるものではないが、鉱油系潤滑油及び合成潤滑油を好適に使用することができる。鉱油系潤滑油は制限されるものではないが、例えば、パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱物油及びそれらの混合油を使用することができる。合成潤滑油も制限されるものでないが、例えば、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油及びフッ素油を使用することができる。具体的には、合成炭化水素油としてはポリα−オレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等を、エステル油としてはジエステル油、ネオペンチル型ポリオールエステル油、またはこれらのコンプレックスエステル油、芳香族エステル油等を、フッ素油としてはパーフルオロエーテル油、フルオロシリコーン油、クロロトリフルオロエチレン油、フルオロフォスファゼン油等を、それぞれ挙げることができる。これらの潤滑油は、単独でも、複数種を適宜組み合わせて使用してもよい。中でも、高温、高速での潤滑性能及び寿命を考慮すると、合潤滑油が含有されていることが好ましく、特にエステル油、エーテル油が含有されている事が好ましい。また、コスト面からは鉱油系潤滑油が含有されていることが好ましい。
【００２４】
また、上記基油の動粘度は、４０℃において１０〜２００ｍｍ２／ｓであることが好ましく、さらに好ましくは２０〜１５０ｍｍ２／ｓである。基油の動粘度が１０ｍｍ２／ｓ（４０℃）未満では油膜が薄くなり、耐久性及びフレッチング摩耗が問題となり、２００ｍｍ２／ｓ（４０℃）超ではトルクが増大して装置の作動性が問題となる。
【００２５】
増ちょう剤としては、基油中にコロイド状に分散して、基油を半固体または固体状にする物質を使用すればよい。このような増ちょう剤としては、例えば、リチウム石鹸系、カルシウム石鹸系、ナトリウム石鹸係、アルミニウム石鹸系、リチウムコンプレックス石鹸系、カルシウムコンプレックス石鹸系、ナトリウムコンプレックス石鹸系、バリウムコンプレックス石鹸系、アルミニウムコンプレックス石鹸系の金属石鹸、ベントナイト系、クレイ系の無機化合物、モノウレア系、ジウレア系、トリウレア系、テトラウレア系、ウレタン系、ナトリウムテレフタラメート系の有機化合物などが挙げられる。これらの中でも、ウレア系を好適に用いることができる。
【００２６】
グリース組成物中の増ちょう剤の含有量は３〜４０質量％が好ましく、さらに好ましくは５〜２５質量％である。３質量％未満ではグリース状態を維持することは困難となり、４０質量％超では硬くなりすぎて十分な潤滑状態を発揮することができない。
【００２７】
また、グリース組成物のちょう度は、混和ちょう度で２２０〜３９５の範囲が好ましく、より好ましくは２６５〜３５０の範囲である。混和ちょう度が２２０未満では硬くなりすぎて十分な潤滑効果が期待できず、３９５超ではグリース漏洩のおそれがある。
【００２８】
グリース組成物には、金属を含まない硫黄−リン系極圧剤が添加される。この硫黄−リン系極圧剤は、リン原子及び硫黄原子を含む化合物であり、チオフォスフェートやチオフォスファイトのように分子中にリン原子と硫黄原子の両方を有する化合物の他に、分子中にリン原子を有する化合物（リン系添加剤）と、分子中に硫黄原子を有する化合物（硫黄系添加剤）とを混合したものを含む。チオフォスフェート類としては、チオリン酸エステルの基本構造を有するもので、例えばトリフェニルフォオロチオネート（ＴＰＰＴ）等が挙げられる。また、チオフォスファイト類としては、一般式「（ＲＳ）３Ｐ；Ｒはアルキル基」で表される有機トリチオフォスファイトが挙げられ、例えばトリブチルトリチオフォスファイトやトリ（２−エチルヘキシル）チオフォスファイト等が挙げられる。また、これら硫黄−リン系極圧剤は、複数を組み合わせて添加してもよい。
【００２９】
硫黄−リン系極圧剤の添加量は、それぞれ単独で、または合計でグリース全量の０．１〜５質量％であり、好ましくは１〜３質量％である。硫黄−リン系極圧剤の添加量が０．１質量％未満では十分な極圧作用を付与できず、５質量％超では効果が飽和するばかりでなく、熱安定性が低下してグリース漏れを起こすおそれがある。
【００３０】
グリース組成物には、必要に応じて、その他の添加剤を添加してもよい。例えば、フェニル−１−ナフチルアミン（ＰＡＮ）等のアミン系、２，６−ジ−ｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系、硫黄系、ジチオリン酸系等の酸化防止剤；アルカリ金属やアルカリ土類金属等の有機スルフォン酸塩、カルボン酸塩、アルキルまたはアルケニルコハク酸エステル等のアルキルまたはアルケニルコハク酸誘導体、スルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステル等の防錆剤；脂肪酸や動植物油等の油性向上剤；ベンゾトリアゾール等の金属不活性化剤、等をそれぞれ単独で、あるいは複数を組み合わせて使用することができる。また、これらの添加量は、本発明の目的を損なわない範囲であれば特に制限されるものではない。
【００３１】
グリース組成物は上記の各成分を含有するが、その製造方法には制限がなく、従来のグリースと同様にして調製することができるが、一般的には基油中で増りょう剤を反応させて得られるベースグリースに、硫黄−リン系極圧剤、更にはその他の添加剤を添加した後、ロールミル等により十分に混練して均一に混合する。また、混練時に加熱してもよい。
【実施例】
【００３２】
以下に示す実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１〜４、比較例１〜２）
表１に示す配合に従って、Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ２の６種類のグリース組成物を調製した。
【００３４】
【表１】
2008121789.tif 000003
【００３５】
そして、上記のグリース組成物を、前述した第１〜第４実施形態の電動リニアアクチュエータに封入し、ナット部材をねじ軸に沿って往復運動させ、剥離や焼付きが発生した時点のサイクル数（ナット部材の往復運動回数）を求めた。結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
2008121789.tif 000004
【００３７】
表２から、本発明に従い硫黄−リン系極圧剤を規定量含有するグリース組成物Ａ１〜Ａ４を封入した実施例１〜４では、１００万回転を超えても剥離や焼付きの発生が見られない。これに対し、比較例１では硫黄−リン系極圧剤を含まないグリース組成物Ｂ１を封入したため、早期に剥離や焼付きを起こしている。また、比較例２に示すように、硫黄−りん系極圧剤を規定量よりも過大に含有するグリース組成物Ｂ２を用いると、グリースの漏洩が起こり、早期に焼付きが発生し、剥離も早期に発生している。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】電動リニアアクチュエータの第１実施形態を示す半部切断側面図である。
【図２】電動リニアアクチュエータの第２実施形態を示す半部切断側面図である。
【図３】電動リニアアクチュエータの第３実施形態を示す断面図である。
【図４】電動リニアアクチュエータの第４実施形例を示す半部切断側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ハウジング
２  電動モータ
３  ねじ軸
４  転がり軸受
５  外輪
６  鍔部
７  ストップリング
８  内輪
９  段部
１０  ストップリング
１１  出力軸
１２  カップリング部
１３  転がり軸受
１４  ナット部材
１５  電動リニアアクチュエータ 
１６  出力軸部材
１７  通孔
１８  キャップ
１９  端板
２０  ボルト
２１  カバー
２２  突条
２３  係止溝
２４  取付孔
２５  ボール
２６  ボールねじ機構
２７  回転検出器
２８、２８ａ、２８ｂ  ベローズ
２９  バンド
３０  駆動歯車
３１  従動歯車
３２  中間歯車
３３ａ、３３ｂ  緩衝リング
３４  ウォーム
３５  ウォームホイール
３６  係止孔
３７  被駆動部材
３８  突部
【図１】
2008121789.tif 000005
【図２】
2008121789.tif 000006
【図３】
2008121789.tif 000007
【図４】
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