JP6523631B2

JP6523631B2 - 歯車およびこれを備えた電動アクチュエータ

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Publication number: JP6523631B2
Application number: JP2014164063A
Authority: JP
Inventors: 池田　良則; 良則池田; 隼人川口
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2034-08-12
Also published as: CN106662233B; CN106662233A; WO2016024578A1; US20170152926A1; EP3196510A1; EP3196510A4; US10520068B2; JP2016040473A; EP3196510B1

Description

本発明は、品質の向上を図った焼結製の歯車およびこれを備えた減速機構とボールねじ機構とを備えた、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用される電動アクチュエータ、詳しくは、電動モータからの回転入力を、ボールねじ機構を介して駆動軸の直線運動に変換する電動アクチュエータに関するものである。

各種駆動部に使用される電動アクチュエータにおいて、電動モータの回転運動を軸方向の直線運動に変換する機構として、台形ねじあるいはラックアンドピニオン等の歯車機構が一般的に使用されている。これらの変換機構は、滑り接触部を伴うため動力損失が大きく、電動モータの大型化や消費電力の増大を余儀なくされている。そのため、より効率的なアクチュエータとしてボールねじ機構が採用されるようになってきた。

ボールねじ機構を採用した電動アクチュエータとして、例えば、図７に示すような構造が知られている。この電動アクチュエータ５１は、第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂからなるハウジング５２と、このハウジング５２に取り付けられた電動モータ５３と、この電動モータ５３の回転力を、モータ軸５３ａを介して伝達する減速機構５７と、この減速機構５７を介して電動モータ５３の回転運動を駆動軸５９の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構５８とを備え、このボールねじ機構５８が、ハウジング５２に装着された支持軸受６６を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、内周に螺旋状のねじ溝６１ａが形成されたナット６１と、このナット６１に多数のボール６２を介して内挿され、駆動軸５９と同軸状に一体化され、外周にナット６１のねじ溝６１ａに対応する螺旋状のねじ溝６０ａが形成され、ハウジング５２に対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸６０とで構成されている。

第１のハウジング５２ａには電動モータ５３が取り付けられ、第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂの衝合部にねじ軸６０を収容するための袋孔６３ａ、６３ｂが形成されると共に、減速機構５７が、モータ軸５３ａに固定された入力歯車５４と、この入力歯車５４に噛合する中間歯車５５と、この中間歯車５５に噛合し、ナット６１に一体に固定された出力歯車５６を備えている。

また、第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂに歯車軸６４が嵌挿され、この歯車軸６４と中間歯車５５との間および第１のハウジング５２ａと第２のハウジング５２ｂと歯車軸６４との間のどちらか一方、あるいは両方に合成樹脂製のブッシュ６５が介装され、中間歯車５５がハウジング５２に対して回転自在に支承されている。これにより、中間歯車５５と歯車軸６４間のガタによる振動伝播を遮断して低減させると共に、歯車軸６４自体のガタによる低騒音を実現させた電動アクチュエータ５１を提供することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−１４８１０８号公報

こうした従来の電動アクチュエータ５１では、電動モータ５３の回転力が、入力歯車５４と中間歯車５５および出力歯車５６からなる減速機構５７を介してボールねじ機構５８のナット６１に伝達される。このナット６１は２つの深溝玉軸受からなる支持軸受６６によって回転自在に支持されている。そして、これらの２つの支持軸受６６間に出力歯車５６が配置され、一方の支持軸受６６と出力歯車５６とは接触した状態で固定されている。

この場合、内輪６７はナット６１の外周面６１ｂに固定されているため、ナット６１と一体に回転するが、外輪６８は第１のハウジング５２ａに嵌合されているため回転しない。したがって、出力歯車５６の側面と支持軸受６６の外輪６８の端面とが接触すると、出力歯車５６の円滑な回転運動が損なわれるため、内輪６７と接触する出力歯車５６のボス部５６ａを除き、歯先方向に向かって歯幅が薄く形成され、外輪６８との接触を防止している。

図８に示すように、上述の事情により出力歯車５６はボス部５６ａを除き、歯先方向に向って歯幅が薄く形成されている。このような形状の出力歯車５６では、製造工程等において、この出力歯車５６を寝かせた状態に載置した時、図９に示すように、ボス部５６ａのみが載置面６９に接触し、歯先部分５６ｂが接触していないため、歯先部分５６ｂに反りが発生し、矢印に示す方向に変形して歯車精度の劣化を招く恐れがあった。

特に、この従来の電動アクチュエータ５１に使用されている出力歯車５６のように、焼結合金で形成されている場合、その製造過程において、焼結処理が完了し、所望の強度が得られるまでの間は、粉末の結合度が充分ではないため、完成までに出力歯車５６の自重によって形状が変化してしまう。さらに、焼結製の出力歯車５６では角部が型崩れし易く、出力歯車５６を寝かせた状態で、加圧成形後に仕掛品を移動させた時や搬送時に振動等により歯先部分５６ｂが載置面６９に干渉して歯欠けが生じる問題があった。

本発明は、こうした従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、焼結製の歯車の製造工程における歯欠けを防止すると共に、焼結時の反りを防止し、品質の向上を図った歯車およびこれを備えた電動アクチュエータを提供することができる。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、外周に平歯からなる歯部と、径方向中心部に嵌合用の円孔を備え、この円孔の近傍にボス部を形成し、このボス部から歯先方向に向かって前記ボス部の肉厚より薄く形成された焼結合金からなる歯車であって、前記歯部の近傍の一方の側面に肉厚となる外径部を有し、この外径部と前記歯部との間に段付き部があり、前記外径部と前記段付き部および当該外径部と前記歯部との肉厚差が０．１〜０．５ｍｍの範囲に規制されている。

このように、外周に平歯からなる歯部と、径方向中心部に嵌合用の円孔を備え、この円孔の近傍にボス部を形成し、このボス部から歯先方向に向かってボス部の肉厚より薄く形成された焼結合金からなる歯車であって、歯部の近傍の一方の側面に肉厚となる外径部を有し、この外径部と歯部との間に段付き部があり、外径部と段付き部および当該外径部と歯部との肉厚差が０．１〜０．５ｍｍの範囲に規制されているので、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができ、粉末の結合度が充分ではない製造工程であっても、歯車の自重による変形や、仕掛品を移動させた時や搬送時に振動等により歯先部分が設置台に干渉して歯欠けが生じるのを防止することができると共に、焼結時の加圧距離の変化に伴う各部位の密度のバラツキを最小限に抑えることができる。そして、製造工程等において、歯車を寝かせた状態に載置した時、ボス部だけでなく外径部が設置台に当接し、歯部の近傍の外径部が変形して設置台に接触し、歯先部分に反りが発生して歯車精度が劣化するのを防止することができ、品質の向上を図った歯車を提供することができる。

好ましくは、請求項２に記載の発明のように、前記歯車の外径部と前記ボス部の肉厚が略同一に設定されると共に、当該外径部とボス部の両側面のうち少なくとも一方の側面が軸方向に略面一に設定されていても良い。

また、請求項３に記載の発明のように、前記歯車の外径部からの段付き部の幅が、前記歯部の歯丈の１〜２倍に設定されていれば、歯車を寝かせた状態に載置した時においても、外径部が変形して歯先部分に反りが発生するのを防止することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、前記歯車の歯部の近傍の外径部と前記円孔の近傍のボス部との間に複数の肉抜き穴が周方向等配に形成されていれば、歯車の軽量化を図りつつ、強度・剛性を確保することができる。

また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に前記減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記一対の支持軸受のうち一方の支持軸受の内輪端面と前記出力歯車のボス部の側面とが密着され、当該出力歯車が前記請求項１乃至４いずれかに記載の歯車で構成されている。

このように、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周にナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されてハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、一対の支持軸受のうち一方の支持軸受の内輪端面と出力歯車のボス部の側面とが密着され、当該出力歯車が請求項１乃至４いずれかに記載の歯車で構成されているので、出力歯車の円滑な回転運動を損なうことがなく、焼結製の歯車の製造工程における歯欠けを防止すると共に、焼結時の反りを防止し、品質の向上を図った電動アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る歯車は、外周に平歯からなる歯部と、径方向中心部に嵌合用の円孔を備え、この円孔の近傍にボス部を形成し、このボス部から歯先方向に向かって前記ボス部の肉厚より薄く形成された焼結合金からなる歯車であって、前記歯部の近傍の一方の側面に肉厚となる外径部を有し、この外径部と前記歯部との間に段付き部があり、前記外径部と前記段付き部および当該外径部と前記歯部との肉厚差が０．１〜０．５ｍｍの範囲に規制されているので、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができ、粉末の結合度が充分ではない製造工程であっても、歯車の自重による変形や、仕掛品を移動させた時や搬送時に振動等により歯先部分が設置台に干渉して歯欠けが生じるのを防止することができると共に、焼結時の加圧距離の変化に伴う各部位の密度のバラツキを最小限に抑えることができる。そして、製造工程等において、歯車を寝かせた状態に載置した時、ボス部だけでなく外径部が設置台に当接し、歯部の近傍の外径部が変形して設置台に接触し、歯先部分に反りが発生して歯車精度が劣化するのを防止することができ、品質の向上を図った歯車を提供することができる。

また、本発明に係る電動アクチュエータは、ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に前記減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、一対の支持軸受のうち一方の支持軸受の内輪端面と前記出力歯車のボス部の側面とが密着され、当該出力歯車が請求項１乃至４いずれかに記載の歯車で構成されているので、出力歯車の円滑な回転運動を損なうことがなく、焼結製の歯車の製造工程における歯欠けを防止すると共に、焼結時の反りを防止し、品質の向上を図った電動アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図である。図１のボールねじ機構を拡大して示す縦断面図である。本発明に係る出力歯車を示す斜視図である。図１の出力歯車と支持軸受の接触部を示す要部拡大図である。（ａ）は、図１の出力歯車を載置した状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の歯先部分を示す要部拡大図である。図５の出力歯車の歯先部分の寸法関係を示す説明図である。従来の電動アクチュエータを示す縦断面図である。（ａ）は、図７の出力歯車を示す平面図、（ｂ）は、（ａ）の正面図である。図７の出力歯車を載置した状態を示す説明図である。

ハウジングと、このハウジングに取り付けられた電動モータと、この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に前記減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、前記減速機構が、前記電動モータのモータ軸に取付けられた入力歯車に噛合する中間歯車、およびこの中間歯車に噛合し、前記ボールねじ機構を構成するナットに一体に固定された出力歯車からなり、前記一対の支持軸受のうち一方の支持軸受の内輪端面と前記出力歯車のボス部の側面とが密着され、この出力歯車が焼結合金で形成され、外周に平歯からなる歯部と、径方向中心部に嵌合用の円孔を備え、前記歯部およびこの歯部の近傍の外径部と前記円孔の近傍のボス部との間が他の部位よりも薄肉で、複数の肉抜き穴が周方向等配に形成され、前記外径部とボス部側面の肉厚が略同一に設定されると共に、当該外径部とボス部の側面が軸方向に略面一に設定されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動アクチュエータの一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１のボールねじ機構を拡大して示す縦断面図、図３は、本発明に係る出力歯車を示す斜視図、図４は、図１の出力歯車と支持軸受の接触部を示す要部拡大図、図５（ａ）は、図１の出力歯車を載置した状態を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の歯先部分を示す要部拡大図、図６は、図５の出力歯車の歯先部分の寸法関係を示す説明図である。

この電動アクチュエータ１は、図１に示すように、円筒状のハウジング２と、このハウジング２に取り付けられた電動モータＭと、この電動モータＭのモータ軸３ａに取付けられた入力歯車３に噛合する中間歯車４、およびこの中間歯車４に噛合する出力歯車５からなる減速機構６と、この減速機構６を介して電動モータの回転運動を駆動軸７の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構８とを備えている。

ハウジング２はＡ６０６３ＴＥやＡＤＣ１２等のアルミ合金からアルミダイカストによって形成され、第１のハウジング２ａと、その端面に衝合された第２のハウジング２ｂとからなり、固定ボルト（図示せず）によって一体に固定されている。第１のハウジング２ａには電動モータＭが取り付けられると共に、これら第１のハウジング２ａと第２のハウジング２ｂには各々、ねじ軸１０を収容するための貫通孔１１と袋孔１２が形成されている。

電動モータＭのモータ軸３ａは、その端部に入力歯車３が圧入により相対回転不能に取り付けられ、第２のハウジング２ｂに装着された深溝玉軸受からなる転がり軸受１３によって回転自在に支持されている。平歯車からなる中間歯車４に噛合する出力歯車５は、後述するボールねじ機構８を構成するナット１８にキー１４を介して一体に固定されている。

駆動軸７は、ボールねじ機構８を構成するねじ軸１０と一体に構成され、この駆動軸７の一端部（図中右端部）に係止ピン１５、１５が植設されている。また、第２のハウジング２ｂの袋孔１２にはスリーブ１７が嵌合され、このスリーブ１７の内周に軸方向に延びる凹溝１７ａ、１７ａが研削加工によって形成されている。そして、凹溝１７ａ、１７ａは周方向に対向して配設されると共に、この凹溝１７ａ、１７ａにねじ軸１０の係止ピン１５、１５がそれぞれ係合され、ねじ軸１０が、回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されている。スリーブ１７は、第２のハウジング２ｂの袋孔１２の開口部に装着された穴用の止め輪９によっての軸方向の抜け止めがなされている。

ここで、スリーブ１７は、金属粉末を可塑状に調整し、射出成形機で成形される焼結合金からなる。この射出成形に際しては、まず、金属粉と、プラスチックおよびワックスからなるバインダとを混練機で混練し、その混練物をペレット状に造粒する。造粒したペレットは、射出成形機のホッパに供給し、金型内に加熱溶融状態で押し込む、所謂ＭＩＭ（ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ）により成形されている。こうしたＭＩＭによって成形される焼結合金であれば、加工度が高く複雑な形状であっても容易に、かつ精度良く所望の形状・寸法に成形することができる。

一方、凹溝１７ａに係合する係止ピン１５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼あるいはＳＣｒ４３５等の浸炭軸受鋼で形成され、その表面には、炭素含有量０．８０ｗｔ％以上、５８ＨＲＣ以上の浸炭窒化層が形成されている。なお、係止ピン１５に針状ころ軸受に使用される針状ころを適用することにより、５８ＨＲＣ以上の表面硬さが得られ、耐摩耗性が優れていると共に、入手性が良く、低コスト化を図ることができる。

ボールねじ機構８は、図２に拡大して示すように、ねじ軸１０と、このねじ軸１０にボール１９を介して外挿されたナット１８とを備えている。ねじ軸１０は、外周に螺旋状のねじ溝１０ａが形成されている。一方、ナット１８は、内周にねじ軸１０のねじ溝１０ａに対応する螺旋状のねじ溝１８ａが形成され、これらねじ溝１０ａ、１８ａとの間に多数のボール１９が転動自在に収容されている。そして、ナット１８は、ハウジング２ａ、２ｂに対して、２つの支持軸受２０、２０を介して回転自在に、かつ軸方向移動不可に支承されている。２１は、ナット１８のねじ溝１８ａを連結して循環部材を構成する駒部材で、この駒部材２１によって多数のボール１９が無限循環することができる。

各ねじ溝１０ａ、１８ａの断面形状は、サーキュラアーク形状であってもゴシックアーク形状であっても良いが、ここではボール１９との接触角が大きくとれ、アキシアルすきまが小さく設定できるゴシックアーク形状に形成されている。これにより、軸方向荷重に対する剛性が高くなり、かつ振動の発生を抑制することができる。

ナット１８はＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、真空浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。これにより、熱処理後のスケール除去のためのバフ加工等を省略することができ、低コスト化を図ることができる。一方、ねじ軸１０はＳ５５Ｃ等の中炭素鋼あるいはＳＣＭ４１５やＳＣＭ４２０等の肌焼き鋼からなり、高周波焼入れ、あるいは浸炭焼入れによってその表面に５５〜６２ＨＲＣの範囲に硬化処理が施されている。

ナット１８の外周面１８ｂには減速機構６を構成する出力歯車５がキー１４を介して固定されると共に、この出力歯車５の両側に２つの支持軸受２０、２０が所定のシメシロを介して圧入されている。具体的には、ナット１８の外周面１８ｂにキー溝１４ａが形成されると共に、出力歯車５の内周面にもキー溝３２ａが形成され、両キー溝１４ａ、３２ａによって形成される矩形状空間にキー１４が嵌挿され、出力歯車５がナット１８に固定されている。これにより、駆動軸７からスラスト荷重が負荷されても支持軸受２０、２０と出力歯車５の軸方向の位置ズレを防止することができる。また、２つの支持軸受２０、２０は、両端部にシールド板２０ａ、２０ａが装着された密封型の深溝玉軸受で構成され、軸受内部に封入された潤滑グリースの外部への漏洩と、外部から摩耗粉等が軸受内部に侵入するのを防止している。

また、本実施形態では、ナット１８を回転自在に支持する支持軸受２０が同じ仕様の深溝玉軸受で構成されているので、前述した駆動軸７からスラスト荷重および出力歯車５を介して負荷されるラジアル荷重の両方を負荷することができると共に、組立時に誤組み防止のための確認作業を簡便化することができ、組立作業性を向上させることができる。なお、ここで、同じ仕様の深溝玉軸受とは、軸受の内径、外径、幅寸法をはじめ、転動体サイズ、個数および軸受内部すきま等が同一なものを言う。

また、一対の支持軸受２０、２０のうち一方の支持軸受２０がリング状の弾性部材からなるワッシャ２２を介して第１のハウジング２ａに装着されている。このワッシャ２２は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板（ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４系等）、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）からプレス加工にて形成されたウェーブワッシャからなる。そして、その内径Ｄが支持軸受２０の内輪２３の外径ｄよりも大径に形成されている。これにより、一対の支持軸受２０、２０の軸方向ガタをなくすことができ、円滑な回転性能を得ることができると共に、ワッシャ２２が、支持軸受２０の外輪２４のみに当接して回転輪となる内輪２３とは干渉しないため、逆スラスト荷重が生じてナット１８が第１のハウジング２ａ側に押し付けられても支持軸受２０の内輪２３がハウジング２ａに当接して摩擦力が上昇するのを防止し、ロック状態になるのを確実に防止することができる。

図１に戻って、減速機構６を構成する中間歯車４の歯車軸２５は、第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに植設され、中間歯車４は、転がり軸受２６を介してこの歯車軸２５に回転自在に支承されている。歯車軸２５の端部のうち、例えば、第１のハウジング２ａ側の端部を圧入する場合、第２のハウジング２ｂ側の端部をすきま嵌めに設定することにより、ミスアライメント（組立誤差）を許容して円滑な回転性能を確保することができる。転がり軸受２６は、中間歯車４の内径に圧入される鋼板プレス製の外輪２７と、保持器２８を介して外輪２７に転動自在に収容された複数の針状ころ２９とを備えた、所謂シェル型の針状ころ軸受で構成されている。これにより、軸受の入手性が高く、低コスト化を図ることができる。

また、中間歯車４の両側にはリング状のワッシャ３０、３０が装着され、中間歯車４が直接第１、第２のハウジング２ａ、２ｂに接触するのを防止している。ここで、中間歯車４の歯部４ａの幅が歯幅よりも小さく形成されている。これにより、中間歯車４とワッシャ３０との接触面積を小さくすることができ、回転時の摩擦抵抗を抑えて円滑な回転性能を得ることができる。ここで、ワッシャ３０は、強度や耐摩耗性が高いオーステナイト系ステンレス鋼板、あるいは防錆処理された冷間圧延鋼板からプレス加工にて形成された平ワッシャからなる。なお、これ以外にも、例えば、黄銅や焼結金属、または、ＧＦ（グラス繊維）等の繊維状強化材が所定量充填されたＰＡ（ポリアミド）６６等の熱可塑性の合成樹脂で形成されていても良い。

出力歯車５は焼結合金からなり、図３に示すように、外周に平歯からなる歯部５ａが形成されると共に、ナット１８の外周面１８ｂに嵌合される円孔５ｂが形成されている。そして、歯部５ａの近傍の外径部３１と円孔５ｂの近傍のボス部３２との間の中央部３４に円形の複数の肉抜き穴３３が周方向等配に形成されている。また、円筒状のボス部３２の内周には、前述した固定用のキー１４が嵌挿されるキー溝３２ａが形成されている。なお、ここでは、肉抜き穴３３が円形のものを例示したが、これに限らず、出力歯車５の強度・剛性を確保しつつ、軽量化を図るものであれば良く、例えば、図示はしないが、径方向外方に向って幅寸法が拡大するエッグシェイプ（卵形）または三角形状に形成しても良い。

焼結合金の金属粉としては、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｉの完全合金粉（合金化した溶鋼をアトマイズした鉄粉であり、粒子内に合金成分が均一な鉄粉）、あるいは、部分合金粉（純鉄粉の周りに合金粉を部分合金化して付着させた合金粉）からなる。具体的には、Ｆｅが２ｗｔ％、Ｎｉが１ｗｔ％、Ｍｏ組成のプレアロイ銅粉に微細なＮｉ粉、Ｃｕ粉、黒鉛粉をバインダで付着させたハイブリッド型の合金鋼粉（商品名；ＪＦＥスチール株式会社製ＪＩＰ２１ＳＸ）を例示することができる。この焼結合金は、焼結後の冷却速度（ここでは、５０℃／ｍｉｎ以上）を速くすることにより、焼結体組織に占めるマルテンサイト相の比率が増加し、高い機械的強度（引張強さ、硬さ）が得られると共に、その後の熱処理が不要となって高精度な出力歯車を提供することができる。なお、焼入れ性を向上させるために、Ｍｏを０．５〜１．５ｗｔ％、また、靭性を向上させるために、Ｎｉを２〜４ｗｔ％含有させるのが好ましい。なお、前述したスリーブ１７と同様、金属粉末を可塑状に調整し、ＭＩＭによって成形される焼結合金で形成しても良い。

ここで、出力歯車５の歯部５ａの近傍の外径部３１と円孔５ｂの近傍のボス部３２の肉厚が略同一に形成されると共に、外径部３１とボス部３２の側面が軸方向に略面一に設定され、これら外径部３１とボス部３２の間の中央部３４の幅寸法が薄肉に設定されている。ここで、前記「略同一」および「略面一」の略とは、例えば、設計の狙い値であって実質的に寸法差がない状態、すなわち、加工誤差等によって生じる段差は当然許容されるべきものである。

出力歯車５をこのような構成にすることにより、図４に示すように、ナット１８と一体に回転する支持軸受２０の内輪２３の端面と出力歯車５のボス部３２の側面とが密着し、一方、固定側の外輪２４と出力歯車５のボス部３２の側面とが非接触となり、出力歯車５の円滑な回転運動を損なうことがない。

さらに本実施形態では、歯部５ａの近傍の外径部３１と円孔５ｂの近傍のボス部３２の肉厚が略同一に形成され、これら外径部３１とボス部３２の両側面が軸方向に略面一に設定されているので、図５（ａ）に示すように、製造工程等において、この出力歯車５を寝かせた状態に載置した時、ボス部３２だけでなく外径部３１が載置台３５に当接する。したがって、（ｂ）に示すように、歯部５ａの近傍の外径部３１が、変形して設置台３５に接触し、歯先部分に反りが発生して歯車精度が劣化するのを防止することができる。また、粉末の結合度が充分ではない製造工程であっても、出力歯車５の自重による変形や、仕掛品を移動させた時や搬送時に振動等により歯先部分が載置台３５に干渉して歯欠けが生じるのを防止することができる。

また、この種の焼結合金製の出力歯車５においては、図６に示すように、歯部５ａの側面と外径部３１の側面の段付き部３６の逃し量δを大きく設定し過ぎると、それに伴って焼結時の加圧距離が変化し、各部位の密度のバラツキが発生し易い。そこで本実施形態では、歯部５ａの先端部の保護をすると共に、密度のバラツキを最小限に抑えるため、歯部５ａの近傍の外径部３１に対して、段付き部３６の逃し量δが０．１〜０．５ｍｍの範囲に規制されている。

さらに、外径部３１からの段付き部３６の幅Ｗが、歯部５ａの歯丈Ｈの１〜２倍（Ｗ＝１〜２Ｈ）に設定されている。これにより、出力歯車５を寝かせた状態に載置した時においても、外径部３１が変形して歯先部分に反りが発生するのを防止することができる。

なお、ここでは、歯部５ａの近傍の外径部３１と円孔５ｂの近傍のボス部３２の肉厚が略同一に形成され、これら外径部３１とボス部３２の両側面が軸方向に略面一に設定された出力歯車５を例示したが、これに限らず、製造工程における載置方向が限定されるが、外径部３１とボス部３２の両側面のうち一方の側面が軸方向に略面一に設定され、他方の側面は面一でなく、支持軸受２０の外輪２４と出力歯車５のボス部３２の側面とが非接触になるよう、内輪２３の側面に当接するボス部３２のみが他よりも肉厚に形成されていれば良い。

また、歯部５ａの近傍の外径部３１と円孔５ｂの近傍のボス部３２の肉厚が略同一に形成され、これら外径部３１とボス部３２の側面が軸方向に略面一に設定されていれば良く、これらの側面は周方向全面平坦に形成する必要はなく、例えば、支持軸受２０の内輪２３との当接面のフレッティングを防止するため、潤滑グリースの油膜が形成し易いように、少なくともボス部３２の側面は凹凸面で形成されていても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る電動アクチュエータは、一般産業用の電動機、自動車等の駆動部に使用され、電動モータからの回転入力を、歯車減速機構を介して駆動軸の直線運動に変換するボールねじ機構を備えた電動アクチュエータに適用できる。

１電動アクチュエータ
２ハウジング
２ａ第１のハウジング
２ｂ第２のハウジング
３入力歯車
３ａモータ軸
４中間歯車
４ａ歯部
５出力歯車
５ａ出力歯車の歯部
５ｂ出力歯車の円孔
６減速機構
７駆動軸
８ボールねじ機構
９止め輪
１０ねじ軸
１０ａ、１８ａねじ溝
１１貫通孔
１２袋孔
１３、２６転がり軸受
１４キー
１４ａ、３２ａキー溝
１５係止ピン
１７スリーブ
１７ａ凹溝
１８ナット
１８ｂナットの外周面
１９ボール
２０支持軸受
２０ａシールド板
２１駒部材
２２、３０ワッシャ
２３支持軸受の内輪
２４支持軸受の外輪
２５中間歯車の歯車軸
２７転がり軸受の外輪
２８転がり軸受の保持器
２９転がり軸受の針状ころ
３１歯部の近傍の外径部
３２円孔の近傍のボス部
３３肉抜き穴
３４中央部
３５載置台
３６段付き部
５１電動アクチュエータ
５２ハウジング
５２ａ第１のハウジング
５２ｂ第２のハウジング
５３電動モータ
５３ａモータ軸
５７減速機構
５９駆動軸
５８ボールねじ機構
６６支持軸受
６０ねじ軸
６１ナット
６０ａ、６１ａねじ溝
６２ボール
６３ａ、６３ｂ袋孔
５４入力歯車
５５中間歯車
５６出力歯車
６４歯車軸
６５ブッシュ
６７内輪
６１ｂナットの外周面
６８外輪
５６ａボス部
６９載置面
５６ｂ歯先部分
Ｄワッシャの内径
ｄ支持軸受の内輪外径
Ｈ歯部の歯丈
Ｍ電動モータ
Ｗ段付き部の幅寸法
δ 段付き部の逃し量

Claims

外周に平歯からなる歯部と、
径方向中心部に嵌合用の円孔を備え、
この円孔の近傍にボス部を形成し、このボス部から歯先方向に向かって前記ボス部の肉厚より薄く形成された焼結合金からなる歯車であって、
前記歯部の近傍の一方の側面に肉厚となる外径部を有し、この外径部と前記歯部との間に段付き部があり、前記外径部と前記段付き部および当該外径部と前記歯部との肉厚差が０．１〜０．５ｍｍの範囲に規制されていることを特徴とする歯車。
前記歯車の外径部と前記ボス部の肉厚が略同一に設定されると共に、当該外径部とボス部の両側面のうち少なくとも一方の側面が軸方向に略面一に設定されている請求項１に記載の歯車。
前記歯車の外径部からの段付き部の幅が、前記歯部の歯丈の１〜２倍に設定されている請求項１に記載の歯車。
前記歯車の歯部の近傍の外径部と前記円孔の近傍のボス部との間に複数の肉抜き穴が周方向等配に形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の歯車。
ハウジングと、
このハウジングに取り付けられた電動モータと、
この電動モータの回転力を、モータ軸を介して伝達する減速機構と、
この減速機構を介して前記電動モータの回転運動を駆動軸の軸方向の直線運動に変換するボールねじ機構とを備え、
このボールねじ機構が、前記ハウジングに装着された一対の支持軸受を介して回転可能に、かつ軸方向移動不可に支持され、外周に前記減速機構を構成する出力歯車が固定され、内周に螺旋状のねじ溝が形成されたナットと、
このナットに多数のボールを介して内挿され、外周に前記ナットのねじ溝に対応する螺旋状のねじ溝が形成されて前記ハウジングに対して回転不可に、かつ軸方向移動可能に支持されたねじ軸とで構成された電動アクチュエータにおいて、
前記一対の支持軸受のうち一方の支持軸受の内輪端面と前記出力歯車のボス部の側面とが密着され、当該出力歯車が前記請求項１乃至４いずれかに記載の歯車で構成されていることを特徴とする電動アクチュエータ。