JPH03117757A - ラック・ピニオン機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はラック・ピニオン機構に関するものである。

〔従来の技術〕

ラック・ピニオン機構は、周知のように、−面に多数の
歯を等間隔に形成したラックと、外周に前記ラックの歯
に噛合う多数の歯を形成したピニオンとからなっている
。

このラック・ピニオン機構は、ピニオンの回転によりラ
ックをその長さ方向に移動させるか、あるいはラックの
長さ方向移動によりピニオンを回転させるもので、ラッ
クとピニオンとの間の動力の伝達は、ラックとピニオン
との歯の噛合いによって行なわれる。

ところで、上記ラック・ピニオン機構は、ラックとピニ
オンとの噛合い部に遊びがあるため、バックラッシュを
発生するという問題をもっており、そのため、ラックの
送り量またはピニオンの回転角を高精度に制御できない
という欠点がある。

このため、従来から、ラック・ピニオン機構のバックラ
ッシュを調整することが考えられている。

第７図は従来のラック・ピニオン機構におけるバックラ
ッシュ除去手段を示したもので、ここでは、ピニオンの
回転によりラックを移動させる場合の例を示している。

このバックラッシュ除去手段は、ラック１に、このラッ
ク１を移動させるための駆動ピニオン２と、バックラッ
シュを除去するためのバックラッシュ調整ビニオン４と
を噛合わせたもので、バックラッシュ調整ピニオン４は
駆動ピニオン２と同一のものとされている。そして、駆
動ピニオン２は回転軸３に固定されてこの回転軸３の回
転により回転されるようになっており、またバックラッ
シュ調整ピニオン４は、上記回転軸３の回転により図示
しない摩擦クラッチ機構を介して駆動ピニオン２とは逆
方向に回転される第２の回転軸５に固定されている。す
なわち、このバックラッシュ除去手段は、バックラッシ
ュ調整ピニオン４によってラック１と駆動ピニオン２と
の噛合い部の遊びを吸収するようにしたもので、バック
ラッシュ調整ピニオン４を駆動ピニオン２と逆方向に回
転させる摩擦クラッチ機構は、その摩擦伝達力以上の負
荷がかかったときに滑りを生じるため、バックラッシュ
調整ピニオン４は、駆動ピニオン２によるラック送り方
向とは逆方向にラック１を押しながら、ラック１の移動
により駆動ピニオン２と同方向に回転する。したがって
、このバックラッシュ除去手段によれば、駆動ピニオン
２の歯とラック１の歯とが常にその側面において接触す
るから、バックラッシュを防止することができる。

なお、ここでは、バックラッシュ調整ピニオン４を駆動
ピニオン２の駆動軸３とは別の回転軸５に固定している
が、上記バックラッシュ調整ピニオンは、駆動ピニオン
の駆動軸に回転可能に設けられる場合もある。この場合
も、バックラッシュ調整ピニオンを駆動ピニオンの回転
方向とは逆方向に回転させるとともに所定値以上の負荷
がかかったときにバックラッシュ調整ピニオンに対して
滑りを生ずる機構を設けておけば、バックラッシュ調整
ピニオンがラック送り方向とは逆方向にラックを押しな
がらラックの移動により駆動ピニオンと同方向に回転す
るから、ラック・ピニオン機構のバックラッシュを防止
することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のようなバックラッシュ除去手段に
よってラックφピニオン機構のバックラッシュを除去す
るのでは、ラック・ピニオン機構の構造が複雑になるし
、また上記バックラッシュ調整ピニオンは常にラックの
送り駆動に対して抵抗となるため、駆動ピニオンの回転
駆動力を、バックラッシュ除去手段を備えていないラッ
ク・ピニオン機構に比べて高くしなければならない。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、バックラッシュ調整
ピニオンを使用することなくバックラッシュを任意に調
整することができるラック・ピニオン機構を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のラック・ピニオン機構は、上記目的を達成する
ために、ラックの全ての歯をその歯幅がラックの一側か
ら他側に向かって広幅となるテーパー歯とするとともに
、ピニオンの全ての歯を、ラックの一側から他側に向か
って狭幅となるテーパー歯としたものである。

〔作　用〕

すなわち、本発明のラック・ピニオン機構は、ラックと
ピニオンとの噛合い部の遊び量を、ピニオンをその軸方
向に移動させることで５［できるようにしたもので、ラ
ックとピニオンの歯はそれぞれ上記のようなテーパー歯
であるため、ピニオンをその軸方向に移動させれば、こ
れにともなってラックの歯とピニオンの歯との対向する
側面の間隔が変化し、これによってラックとピニオンと
の噛合い部の遊び量が変化するから、本発明のラック・
ピニオン機構によれば、バックラッシュ調整ピニオンを
使用することなくバックラッシュを任意に調整すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図を参照して説
明する。

まず、ラック１０について説明すると、このラック１０
は、第１図〜第４図に示すように、上面に多数の歯１１
を等間隔に形成したもので、このラック１０の歯１１は
断面山形をなしている。そして、このラック１０の全て
の歯１１は、ラック１０の一側から他側に向かって広幅
となる、両側に同角度のリードテーパーをつけたテーパ
ー歯となっている。なお、図では理解しやすくするため
に上記歯１１の側面のリードテーパーを誇張して示して
いるが、この爾１１の両側のリードテーパー角θはＯ”
　４０’　±　０’　１０’程度である。

また、ビニオン２０は、第１図〜第４図に示すように、
外周に前記ラック１０の歯に噛合う多数の歯２１を形成
したもので、このビニオン２０の歯２１は、両側面がイ
ンボリュート曲面である断面山形をなしている。そして
、このビニオン２０の全ての歯２１は、ラック１０の一
側から他側に向かって狭幅となる、両側に同角度のリー
ドテーパーをつけたテーパー歯となっており、この歯２
１の両側のリードテーパー角は、前記ラック１０の歯１
１のリードテーパー角θとほぼ同じ角度となっている。

なお、前記ラック１０の歯１１とビニオン２０の歯２１
は、いずれも、第４図に示すように、その両側面に歯面
クラウチングを施したものとされている。

上記このビニオン２０は、ラック１０の長さ方向に対し
て直交する駆動軸２２に、この駆動軸２２と一体に回転
するように取付けられる。

しかして、上記ラック・ピニオン機構においては、ラッ
ク１０とビニオン２０との歯１１．２１を、その歯幅が
互いに逆向きに変化するテーパー歯としているため、ビ
ニオン２０の軸線Ｏとラック中心との間隔りを一定に保
った状態でビニオン２０をその軸方向に移動させること
により、ラック１０とビニオン２０との噛合い部の遊び
量を任意に調整することができる。

すなわち、第５図はビニオン２０をラック１０との重な
り代を小さくする方向（第３図および第４図において矢
印ａ方向）に移動させたときの、ラック１０の幅方向中
心におけるラック１０とビニオン２０との噛合い状態を
示しており、ビニオン２０をラック１０との重なり代を
小さくする方向に移動させると、ビニオン２０の軸方向
移動にともなって、ラック１０の歯１１とビニオン２゜
の歯２１との対向する側面の間隔すなわちラック１０と
ビニオン２０との噛合い部の遊び量αが大きくなり、バ
ックラッシュ量が増加する。

また、第６図はビニオン２０をラック１０との重なり代
を大きくする方向（第３図および第４図において矢印す
方向）に移動させたときのラック１０の幅方向中心にお
けるラック１０とビニオン２０との噛合い状態を示して
おり、ビニオン２０をラック１０との重なり代を大きく
する方向に移動させると、上記と逆に、ラック１０の歯
１１とビニオン２０の歯２１との対向する側面の間隔す
なわちラック１０とビニオン２０との噛合い部の遊び量
αが小さくなって行き、これによりバックラッシュ量が
Ｏに近づいて行く。

したがって、このラック・ビニオン機構によれば、ビニ
オン２０をラック１０との重なり代を大きくする方向に
移動させることによってバックラッシュ量をＯにするこ
とができるし、またビニオン２０の移動量を調整するこ
とによってバックラッシュ量を任意に調整することがで
きる。なお、ビニオン２０の移動量に対するバックラッ
シュの調整量は、ラック１０とビニオン２０の歯１１゜
２０の両側のリードテーパー角θを０’　４０’　とし
た場合で、ピニオン移動ｍ　ｌ＋ｉｌに対し０．０２４
■である。また、ラック１０とビニオン２０の歯１１゜
２１が磨耗すると、これによってバックラッシュ量が変
化するが、この場合も、ビニオン２０をラック１０との
重なり代を大きくする方向に移動させれば、６１１１．
２１の磨耗によるバックラッシュ量の変化を補償するこ
とができる。

このように、上記実施例のラック・ピニオン機構は、第
７図に示したバックラッシュ調整ピニオン４を使用する
ことなくバックラッシュを任意に調整することができる
。また、このラック・ピニオン機構によれば、バックラ
ッシュ量をほとんど０にすることも可能であるため、ボ
ールスクリューと同等な高精度のラック送りを実現する
ことができ、したがって、ボールスクリューに代わる極
めて安価な送り機構として利用することができる。

また、上記ラック・ピニオン機構は、ラック１゜を３０
ｍ／ｓｅｅ　〜５０ｍ／ｓｅｅの高速で送ることができ
、ボールスクリュー（最大送り速度２０ｍ／ｓｅｃ程度
）に比べて高速性にすぐれているし、さらに、ラック１
０を継合わせることで長距離の送り機構を構成すること
もできる。

なお、上記ピニオン２０の軸方向移動は、その回転軸２
２を軸方向に移動させることで行ってもよいし、また、
ピニオン２０を回転軸２２に対して軸方向に移動可能に
取付けておいて、ピニオン２０だけを移動させるように
してもよい。また、ラック１０とピニオン２０のｉｌｌ
、２１は、その長さ方向がラック１０の幅方向およびピ
ニオン２０の軸方向に平行な“平歯”であっても、ラッ
ク１０の幅方向およびピニオン２０の軸方向に対して斜
めの“はす歯“であってもよい。

〔発明の効果〕

本発明のラック・ビニオン機構は、ラックの全ての歯を
その歯幅がラックの一側から他側に向かって広幅となる
テーパー歯とするとともに、ピニオンの全ての歯を、ラ
ックの一側から他側に向かって狭幅となるテーパー歯と
したものであるから、バックラッシュ調整ビニオンを使
用することなくバックラッシュを任意に調整することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図および第２図はラック・ピニオン機構の平面図およ
び正面図、第３図は第１図の■−■線に沿う断面図、第
４図はラックとピニオンの歯の拡大平面図、第５図およ
び第６図はそれぞれピニオンを軸方向に移動させたとき
のラックとピニオンとの噛合い状態の変化を示すラック
長さ方向に沿う拡大断面図である。第７図は従来のラッ
ク・ピニオン機構におけるバックラッシュ除去手段を示
す平面図である。 １０・・・ラック、１１・・・歯、２０・・・ピニオン
、２１・・・歯、２２・・・回転軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ラックとピニオンからなり、前記ラックの全ての歯をそ
   の歯幅がラックの一側から他側に向かって広幅となるテ
   ーパー歯とするとともに、前記ピニオンの全ての歯を、
   前記ラックの一側から他側に向かって狭幅となるテーパ
   ー歯としたことを特徴とするラック・ピニオン機構。