(57)【要約】【課題】潤滑剤を使用しないドライな環境で使用でき、メンテナンスフリーで高速かつ高頻度作動を確実に行なうことができ、長寿命化が可能で、製造コストの安価な電動式リニアアクチュエータを提供する。【解決手段】電動機１９により回転するねじ軸１４とねじ軸１４にねじ込まれ回転が拘束されたナット１７とナット１７に連結されたロッド１３とを備え、ねじ軸１４の回転運動をナット１７の直線運動に変換し、ロッド１３を直線移動させる電動式リニアアクチュエータにおいて、ねじ軸１４はねじ軸本体１５の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂを共析させた複合ニッケルめっき皮膜１６が形成され、ポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂの共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された複合ニッケルめっき皮膜１６の硬度がＨｖ３５０〜５００であり、ナット１７は自己潤滑性を有する合成樹脂からなる。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転するねじ軸と該ねじ軸にねじ込まれ回転が拘束されたナットと該ナットに連結された移動部材とを備え、前記ねじ軸の回転運動を前記ナットの直線運動に変換し、前記移動部材を直線移動させる電動式リニアアクチュエータにおいて、
前記ねじ軸はねじ軸本体の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりフッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜が形成され、前記ナットは自己潤滑性を有する合成樹脂からなることを特徴とする電動式リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記フッ素樹脂微粉末の共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された前記複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜の硬度がＨｖ３５０〜５００であることを特徴とする請求項１記載の電動式リニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機により回転するねじ軸とねじ軸にねじ込まれ回転が拘束されたナットとナットに連結された移動部材とを備え、ねじ軸の回転運動をナットの直線運動に変換し、移動部材を直線移動させる電動式リニアアクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動式リニアアクチュエータとして、図６に示すようなものがある。図６はこの従来の電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。図６に示す従来の電動式リニアアクチュエータは、外筒１と、外筒１の内部に配置されたロッド３と、ロッド３の内部に配置され電動機９により回転するねじ軸４と、回転が拘束されてねじ軸４にねじ込まれかつロッド３に連結されたナット７とを備え、ナット７は金属または合成樹脂製であり、ねじ軸４の表面にグリースを塗布したものである。
【０００３】
また、この種の電動式リニアアクチュエータ（直線作動機）として、外筒と、外筒の内部に配置されたロッドと、ロッドの内部に配置されたねじ軸と、回転が拘束されてねじ軸にねじ込まれかつロッドに連結されたナットと、ねじ軸に接して配置された給油体とを備え、給油体は潤滑油を含浸させた多孔質樹脂からなっているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３７２４７号公報  （第（２）頁左上欄２−１２行、図１，３，４）
【０００５】
また、ねじ送り装置として、ねじ軸と、回転が拘束されてねじ軸にねじ込まれたナットとを備え、ナットを無給油で潤滑性にすぐれた熱硬化性樹脂で構成したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献２】
特開平４−２０３６５０号公報  （第（３）頁右下欄１５行−第（４）頁左上欄１６行、第６，７図）
【０００７】
また、ボールねじとして、ねじ軸およびナットの表面に二層からなるめっき皮膜を有し、この二層めっき皮膜は、ねじ軸およびナットの表面に形成したＮｉ−Ｐめっき皮膜と、その上に形成され、Ｎｉ−Ｐにポリテトラフルトロエチレン（ＰＴＦＥ）を共析させた複合Ｎｉ−Ｐめっき皮膜であるものがある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
【特許文献３】
特開平６−２６４９８５号公報  （第（２）頁１欄２−１５行、第（３）頁３欄３５行−同頁４欄２８行、図１，２，３，４）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す従来の電動式リニアアクチュエータは、ねじ軸４の表面にグリースを塗布して作動されるため、長期間作動すると、グリース切れが生じることになり、グリース塗布の定期的なメンテナンスが必須である。このメンテナンスを怠った場合、グリース切れによりナットの潤滑不良が生じ、長寿命化が困難である。
【００１０】
また、特開平１１−３７２４７号公報に開示された電動式リニアアクチュエータ（直線作動機）は、給油体が潤滑油を含浸させた多孔質樹脂からなっているため、長期間作動すると、給油体からの潤滑油が枯渇する恐れがあり、ナットの潤滑不良が生じ、長寿命化が困難である。
【００１１】
また、特開平４−２０３６５０号公報に開示されたねじ送り装置は、ねじ軸にねじ込まれたナットを無給油で潤滑性にすぐれた熱硬化性樹脂で構成したものであるが、これをそのまま電動式リニアアクチュエータ（直線作動機）に搭載するには問題があった。すなわち、電動式リニアアクチュエータ（直線作動機）は、高速・高頻度作動のため、ナット部が百数十℃になり、機械的強度と放熱性に問題があり、長寿命化が困難である。
【００１２】
また、特開平６−２６４９８５号公報に開示されたボールねじは、ねじ軸およびナットの表面に二層からなるめっき皮膜を有するため、ねじ軸、ナットおよびボールが摩耗するのを防ぎ、グリースや潤滑油等を交換する一定期間毎の定期的な保守点検作業の頻度を減らし、長期間の作動が可能である。しかし、このボールねじは、ボールが接触するねじ軸およびナットの表面に二層からなるめっき皮膜を形成する必要があるため、製造コストが安価でないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、潤滑剤を使用しないドライな環境で使用でき、メンテナンスフリーで高速かつ高頻度作動を確実に行なうことができ、長寿命化が可能で、製造コストの安価な電動式リニアアクチュエータを提供することを課題とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、前記問題点を解決するために、電動機により回転するねじ軸と該ねじ軸にねじ込まれ回転が拘束されたナットと該ナットに連結された移動部材とを備え、前記ねじ軸の回転運動を前記ナットの直線運動に変換し、前記移動部材を直線移動させる電動式リニアアクチュエータにおいて、前記ねじ軸はねじ軸本体の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりフッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜が形成され、前記ナットは自己潤滑性を有する合成樹脂からなるものである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記問題点を解決するために、請求項１記載の電動式リニアアクチュエータにおいて、前記フッ素樹脂微粉末の共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された前記複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜の硬度がＨｖ３５０〜５００であるものである。
【００１６】
請求項１，２記載の発明によれば、ねじ軸はねじ軸本体の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりフッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜が形成され、ナットは自己潤滑性を有する合成樹脂からなるので、フッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜と自己潤滑性を有する合成樹脂製ナットとが摺動し、グリースや潤滑油等の潤滑剤を使用しない完全にドライな環境でも、ねじ軸とナットとの摩擦係数が小さく、両者の摩擦による摩擦熱を低く抑えることができ、ねじ効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜のフッ素樹脂微粉末の共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜の硬度がＨｖ３５０〜５００であるので、ねじ軸の耐摩耗性（硬度）と摩擦係数低減を両立させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータについて以下に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。図２は図１における円枠Ｘ内の拡大図である。図３は図１に示すねじ軸の一部断面を含む部分拡大正面図である。図４は本発明のねじ軸に適用された複合ニッケルめっき皮膜の模式的断面図である。
【００１９】
図１に示す本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータは、図１に示すように、外筒１１と、外筒１１の内部に嵌合かつ固定された内筒１２と、内筒１２の内部に配置されたロッド（移動部材）１３と、ロッド１３の内部に配置されたねじ軸１４と、ねじ軸１４にねじ込まれたナット１７と、ナット１７を保持するナットハウジング１８とねじ軸１４を回転させる電動機１９とを備えている。
【００２０】
外筒１１は両端が開放された中空筒形をしている。内筒１２は両端が開放され断面が角形の中空筒形をしている。ロッド１３は両端が開放された中空筒形をしている。ロッド１３の外周を支持する支持部材２０が内筒１２の端部にねじ込まれて取り付けられている。
【００２１】
ねじ軸１４は、一端が先端に取り付けられた軸受部材２１によりロッド１３の内部に支持され、他端が外筒１１の内部に配置された軸受ユニット２２に支持されている。軸受部材２１は滑り軸受で構成されている。軸受ユニット２２内には一対の玉軸受が取り付けられている。
【００２２】
ねじ軸１４は、金属材料例えば炭素鋼からなるねじ軸本体１５の少なくともねじ部の表面に、無電解めっきによりポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末（複合材）１６ｂを共析させた複合ニッケルめっき皮膜１６が形成されている。この実施の形態においては、ねじ軸本体１５は台形ねじが使用される。
【００２３】
ねじ軸本体１５の表面に形成された複合ニッケルめっき皮膜１６は、図４に示すように、共析したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末１６ｂがニッケル（マトリックス）１６ａの中に分散した状態となっている。そして、無電解めっきによりめっき皮膜１６は形成されるので、めっき皮膜１６の膜厚が均一に形成されている。なお、めっき皮膜１６の膜厚は５〜１０μｍである。また、めっき皮膜１６にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末（複合材）１６ｂが共析しているので、摩擦係数が低減されている。さらに、ねじ軸本体１５の表面に複合ニッケルめっき皮膜１６が形成されたねじ軸１４は熱処理により必要な耐摩耗性（硬度）を得ている。
【００２４】
そして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末１６ｂの共析量と熱処理硬度は相関関係がある。本発明者は、耐摩耗性（硬度）と摩擦係数低減のバランスを両立させるための条件として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末１６ｂの共析量を１１〜２５体積％、熱処理硬度としてＨｖ３５０〜５００であることを突き止めた。すなわち、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末１６ｂの共析量が１１体積％未満であれば摩擦係数の低減は不十分である。また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）微粉末１６ｂの共析量が２５体積％を越えれば熱処理硬度はＨｖ３５０に満たないので耐摩耗性が不足する。
【００２５】
図１，２に示すように、ナット１７は、ねじ軸１４にねじ込まれて内筒１２の内部に挿入されていると共に、ナットハウジング１８を介してロッド１３に結合されている。ナット１７は本体１７ａと本体１７ａの一端に一体形成されたフランジ１７ｂとからなっている。本体１７ａにはねじ軸１４にねじ込まれるねじ孔が設けられている。フランジ１７ｂは内筒１２の中空孔に対応する形状をもつ断面が角形をしている。ナット１７は、フランジ１７ｂが内筒１２の中空孔に嵌まることによって、回転が拘束されている。
【００２６】
ナット１７は、全体が自己潤滑性を有する合成樹脂からなっている。この自己潤滑性を有する合成樹脂はポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の合成樹脂の中から一つが選択される。
【００２７】
ナット１７は、放熱効果と機械強度のあるナットハウジング１８を介してロッド１３に連結されている。ナットハウジング１８は本体１８ａ及びフランジ１８ｂを有している。ナットハウジング１８の本体１８ａは両端が開放された中空円筒形をしている。ナットハウジング１８のフランジ１８ｂは、ナット１７のフランジ１７ｂと同じ形状をしており、本体１８ａの端部に一体に形成されている。ナットハウジング１８自体は全体がナット１７よりも高い熱伝導性をもつ材料からなっている。この実施の形態においては、ナットハウジング１８は、熱膨張率がナット１７のそれとほぼ等しく、比重がナット１７のそれと比較しても差の小さいアルミニウム合金からなっている。また、ナットハウジング１８は、アルミニウム合金に換えて銅合金を使用してもよい。このナットハウジング１８は、本体１８ａをナット１７の本体１７ａに密に嵌め込まれフランジ１８ｂをナット１７のフランジ１７ｂにボルト２３によって締結されていると共に、本体１８ａの一端にロッド１３の端部がねじ込まれて取り付けられている。したがって、ロッド１３はナット１７及びナットハウジング１８と共に軸方向に移動する移動部材を構成している。
【００２８】
ねじ軸１４を回転させる電動機１９は、図１に示すように、回転軸を内筒１２の内部に向けて配置されていると共に、中間部材を介して外筒１１に結合されている。軸受ユニット２２とナット１７との間にはクッションゴム板２４が配置されている。クッションゴム板２４は内筒１２の内部に固定されている。クッションゴム板２４の中央には孔が設けられている。ねじ軸１４はこの孔を貫通している。電動機１９の回転軸は軸受ユニット２２と電動機１９との間に配置された軸継手２５を介してねじ軸１４に連結されている。
【００２９】
図１に示す電動式リニアアクチュエータは、以上のように構成されるので、次のような作用・効果を奏する。
【００３０】
図１に示す電動式リニアアクチュエータは、電動機１９が作動するとねじ軸１４が回転する。このねじ軸１４の回転運動は、ねじ軸１４にねじ込まれ回転が拘束されているナット１７の直線運動に変換される。そして、ナット１７の直線運動は、ナットハウジング１８を介してロッド１３に伝達され、ロッド１３は軸方向に直線移動する。すなわち、ナット１７、ナットハウジング１８及びロッド１３が共に軸方向に直線移動し、ロッド１３の先端の先端金具２６に連結された被作動部材を直線移動させる。
【００３１】
この際、ねじ軸１４のポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂを共析させた複合ニッケルめっき皮膜１６と自己潤滑性を有する合成樹脂製ナット１７とが摺動するので、グリースや潤滑油等の潤滑剤を使用しない完全にドライな環境でも、ねじ軸１４とナット１７との摩擦係数が小さく、両者の摩擦による摩擦熱を低く抑えることができ、ねじ効率を向上させることができる。
【００３２】
また、複合ニッケルめっき皮膜１６のポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂの共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された複合ニッケルめっき皮膜１６の硬度がＨｖ３５０〜５００に構成されているので、ねじ軸１４の耐摩耗性（硬度）と摩擦係数低減のバランスを両立させることができる。
【００３３】
また、ねじ軸１４とナット１７との摩擦による摩擦熱は、ナットハツジング１８の熱伝導性がナット１７よりも高いので、ナット１７からナットハツジング１８を通じてロッド１３に確実に伝導され、ロッド１３あるいはロッド１３の先端金具２６に連結された被作動部材もしくはこれらの双方を通じて外部空間に放熱される。
【００３４】
次に、図１に示す電動式リニアアクチュエータの耐久試験を次の条件で行なった。すなわち、複合ニッケルめっき皮膜１６の膜厚を５〜１０μｍとし、常温でねじ面の面圧が最大１０ＭＰａに相当する荷重をかけ、ねじ面のすべり速度が毎分３５．８ｍまでの作動条件で、毎分１０回の起動頻度下で、一切の潤滑等をしない完全にドライな環境のもとで、耐久試験を実施した。この耐久試験の結果は、特段の温度上昇もなく走行寿命８００ｋｍを実証できた。また、ねじ効率も終始安定して変化はなかった。
【００３５】
以上のように、図１に示す電動式リニアアクチュエータは、グリースや潤滑油等の潤滑剤を使用しない完全にドライな環境で使用でき、メンテナンスフリーで高速かつ高頻度作動を確実に行なうことができ、長寿命化を図ることができる。さらに、ねじ軸１４はねじ軸本体１５の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂを共析させた複合ニッケルめっき皮膜１６が形成され、ナット１７は自己潤滑性を有する合成樹脂で構成されているので、製造コストを安価にすることができる。
【００３６】
次に、本発明の他の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータについて以下に説明する。図５は本発明の他の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む部分正面図である。
【００３７】
図５に示す電動式リニアアクチュエータは、上述した図１に示す電動式リニアアクチュエータが備えている移動部材としてのロッドを有しない、いわゆるロッドレスタイプのリニアアクチュエータである。図５に示す電動式リニアアクチュエータは、図示しない電動機により回転するねじ軸１４と、ねじ軸１４にねじ込まれたナット１７と、ナット１７に蜜に嵌め込まれナット１７を保持するブロック状のナットハウジング３８と、ナットハウジング３８に取り付けられたスライダベース３９とを備えている。スライダベース３９は図示しないガイド部材に案内されて軸方向にのみ移動可能となっており、ナットハウジング３８を介してナット１７に取り付けられている。したがって、ナット１７はスライダベース３９により回転が拘束されている。
【００３８】
ねじ軸１４とナット１７は、図１に示す電動式リニアアクチュエータのねじ軸１４とナット１７と同じものが使用される。したがって、ねじ軸１４とナット１７についての重複する説明を避けるため、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３９】
ナットハウジング３８自体は全体がナット１７よりも高い熱伝導性をもつ材料からなっている。この実施の形態においては、ナットハウジング３８は、熱膨張率がナット１７のそれとほぼ等しく、比重がナット１７のそれと比較しても差の小さいアルミニウム合金からなっている。また、ナットハウジング３８は、アルミニウム合金に換えて銅合金を使用してもよい。さらに、このナットハウジング３８は、ナット１７にボルト２３によって締結されていると共に、その上面をスライダベース３９に取り付けられている。したがって、スライダベース３９はナット１７及びナットハウジング３８と共に軸方向に移動する移動部材を構成している。
【００４０】
図５に示す電動式リニアアクチュエータは、図示しない電動機１９が作動するとねじ軸１４が回転する。このねじ軸１４の回転運動は、ねじ軸１４にねじ込まれ回転が拘束されているナット１７の直線運動に変換される。そして、ナット１７の直線運動は、ナットハウジング３８を介してスライダベース３９に伝達され、スライダベース３９は軸方向に直線移動する。すなわち、ナット１７、ナットハウジング３８及びスライダベース３９が共に軸方向に直線移動し、スライダベース３９に装着された図示しない被作動部材を直線移動させる。
【００４１】
図５に示す電動式リニアアクチュエータは、図１に示す電動式リニアアクチュエータと同様に、ねじ軸１４はねじ軸本体１５の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂを共析させた複合ニッケルめっき皮膜１６が形成され、ポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂの共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された複合ニッケルめっき皮膜１６の硬度がＨｖ３５０〜５００であり、ナット１７は自己潤滑性を有する合成樹脂からなるものであるので、図１に示す電動式リニアアクチュエータと同様の効果を奏する。したがって、その効果についての説明は省略する。
【００４２】
なお、上記各実施の形態においては、複合材としてポリテトラフルオロエチレン微粉末１６ｂを使用しているが、複合材としては他のフッ素樹脂の微粉末を使用してもよい。
【００４３】
また、上記各実施の形態においては、複合ニッケルめっき皮膜１６を形成しているが、複合ニッケルめっき皮膜１６に換えて複合ニッケル合金めっき皮膜としてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によれば、ねじ軸はねじ軸本体の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりフッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜が形成され、ナットは自己潤滑性を有する合成樹脂からなるので、フッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜と自己潤滑性を有する合成樹脂製ナットとが摺動し、グリースや潤滑油等の潤滑剤を使用しない完全にドライな環境でも、ねじ軸とナットとの摩擦係数が小さく、両者の摩擦による摩擦熱を低く抑えることができ、ねじ効率を向上させることができる。したがって、グリースや潤滑油等の潤滑剤を使用しない完全にドライな環境で使用でき、メンテナンスフリーで高速かつ高頻度作動を確実に行なうことができ、長寿命化を図ることができる。さらに、ねじ軸はねじ軸本体の少なくともねじ部の表面に無電解めっきによりフッ素樹脂微粉末を共析させた複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜が形成され、ナットは自己潤滑性を有する合成樹脂で構成されているので、製造コストを安価にすることができる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜のフッ素樹脂微粉末の共析量が１１〜２５体積％であり、かつ熱処理された複合ニッケルあるいはニッケル合金めっき皮膜の硬度がＨｖ３５０〜５００であるので、ねじ軸の耐摩耗性（硬度）と摩擦係数低減を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。
【図２】図１における円枠Ｘ内の拡大図である。
【図３】図１に示すねじ軸の一部断面を含む部分拡大正面図である。
【図４】本発明のねじ軸に適用された複合ニッケルめっき皮膜の模式的断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む部分正面図である。
【図６】従来の電動式リニアアクチュエータの一部断面を含む正面図である。
【符号の説明】
１１    外筒
１２    内筒
１３    ロッド（移動部材）
１４    ねじ軸
１５    ねじ軸本体
１６    皮膜
１６ａ  ニッケル（マトリックス）
１６ｂ  ＰＴＦＥ微粉末（複合材）
１７    ナット
１７ａ  本体
１７ｂ  フランジ
１８    ナットハウジング
１８ａ  本体
１８ｂ  フランジ
１９    電動機
２０    支持部材
２１    軸受部材
２２    軸受ユニット
２３    ボルト
２４    クッションゴム板
２５    軸継手
２６    先端金具
３８    ナットハウジング
３９    スライダベース（移動部材）
【図１】
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【図２】
2004308741.tif 000004
【図３】
2004308741.tif 000005
【図４】
2004308741.tif 000006
【図５】
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【図６】
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