JP2007162799A - ラックピニオン機構のラック振動防止構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ラックの振動とそれに起因する騒音を低減でき、静粛な動作が可能であると共に、部品点数も少なく構造も簡素なラックピニオン機構を提供する。
【解決手段】 ラック（１）と、該ラックに噛合するピニオン（２）と、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段（３）とを備えたラックピニオン機構（１０）において、前記ラックの背面（１ｃ）に接離可能に設けられ前記ラックを前記ピニオンに接近する方向に加圧する加圧手段（１１）を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ラックピニオン機構のラック振動防止構造に関する。

従来、ラックピニオン機構は、回転運動と直線往復運動とを相互に変換する局面で多用されてきた。例えば、駆動軸の回転を直線往復動に変換し、駆動軸の回転角や回転数に応じてラックを直線往復軌道上において位置決めしたりするのに好都合である。しかしながら、ラックピニオンを介して駆動力を伝達する際に、ラックとそれを摺動自在に支持する案内部材との間での摺動が連続的かつ一様になされずに摩擦振動を生じ騒音を発生する問題がある。

ラック、ピニオンの歯面はラックの進行方向に対して圧力角の分だけ傾斜して接触するため、ラックをピニオンから離反させる方向の分力を常に生じている。一方、ラックと案内部材との間には、ラックが容易に摺動できるように微少な隙間が設定されている。このため前記分力によりラックが押圧されると前記隙間の範囲内でラックに微少な傾きが生じ、これによりラックと案内部材との間でこじり現象が発生する。こじりはラックの進行と共に臨界に達すると解放されるが、これが繰り返されることにより振動や騒音の原因となっていた。

このような問題を解決する方策として、特許文献１には、ラックやピニオンの歯底に弾性部材を配設することが開示されている。しかし、このようなラックピニオン機構においては、弾性部材の変形に伴う抵抗や摩耗が懸念される。

特開２０００−６５１７６号公報

本発明は、上述した従来の梱包用緩衝材の問題点を解決すべくなされたものであり、その目的は、ラックの振動とそれに起因する騒音を低減でき、静粛な動作が可能であると共に、部品点数も少なく構造も簡素なラックピニオン機構を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
前記ラックの背面に接離可能に設けられ、前記ラックを前記ピニオンに接近する方向に加圧する加圧手段を備えた。

本発明において、前記加圧手段は、前記ラックの背面に摺接するプランジャと、前記プランジャを前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記プランジャを前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えていることが好適である。

また、本発明において、前記加圧手段は、前記ラックの背面に転接する転動体と、該転動体を回転自在に支持する転動体支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えていることが好適である。

また本発明の別の態様は、ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
前記案内手段が、前記ラックの背面側に摺接する可動部と、前記ラックのピニオン側に摺接する固定部とを備え、前記可動部が前記固定部に対して接離可能に支持されると共に、前記可動部を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材を含む加圧手段を備えた。前記案内手段の前記可動部と前記固定部とが弾性部材で一体に形成されていることが好適である。

本発明において、前記加圧手段が、前記付勢部材の付勢力を調整する調整手段を備えていることが好適である。

また本発明のさらに別の態様においては、ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
前記ピニオンが、回転自在に片持ち支持された回転軸の端部に固定され、かつ、前記ラックに対して予圧を付与した状態で噛合している。

上述の如く本発明は、ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
前記ラックの背面に接離可能に設けられ前記ラックを前記ピニオンに接近する方向に加圧する加圧手段を備えたので、ラックが加圧手段で加圧されることで案内手段の支承部に当接し、ラックとピニオンとの距離が一定に規制された状態で噛合するようになり、ラックのこじりとそれに伴う振動および騒音の発生が抑制され、静粛な駆動伝達が可能となる。また、ラックの端部に負荷が掛かるような場合にも、加圧手段がその負荷により生じる力を打ち消すように作用し、円滑な動作が可能となる。

また本発明において、前記加圧手段は、前記ラックの背面に摺接するプランジャと、前記プランジャを前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記プランジャを前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えているので、上記のような振動および騒音防止効果を簡素な構成にて実現可能である。

また本発明において、前記加圧手段は、前記ラックの背面に転接する転動体と、該転動体を回転自在に支持する転動体支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えているので、上記のような振動および騒音防止効果を簡素な構成にて実現可能であると共に、ラック背面と加圧手段との接触抵抗が小さく、円滑な駆動伝達が可能である。

また本発明の別の態様では、前記案内手段が、前記ラックの背面側に摺接する可動部と、前記ラックのピニオン側に摺接する固定部とを備え、前記可動部が前記固定部に対して接離可能に支持されると共に、前記可動部を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材を含む加圧手段を備えたので、案内手段自体においてラック背面との隙間を無くすことができ、ラックのこじりとそれに伴う振動および騒音の発生を抑制でき、静粛な駆動伝達が可能であると共に、加圧手段の取付けスペースを削減できる。さらに、前記案内手段の前記可動部と前記固定部とが弾性部材で一体に形成されている態様では、前記案内手段の構造や組付けが簡素化され、少ない部品点数で振動防止構造を構成できる。

また本発明において、前記加圧手段が、前記付勢部材の付勢力を調整する調整手段を備えているので、加圧手段の加圧力の設定が容易であり、ラックの端部に作用する負荷荷重に応じて加圧力を調整し、静粛性と摺動抵抗のバランスのとれた最適な加圧状態に調整できる。

さらに、本発明の別の態様、すなわち、ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
前記ピニオンが、回転自在に片持ち支持された回転軸の端部に固定され、かつ、前記ラックに対して予圧を付与した状態で噛合している態様では、別途加圧手段を設けずに、ラック背面と案内手段との隙間を無くすことができ、ラックのこじりとそれに伴う振動および騒音の発生を抑制でき、静粛な駆動伝達が可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面と共に詳細に説明する。図１（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係わるラックピニオン機構１０を示す正断面図および側断面図である。図において、ラックピニオン機構１０は、ラック１、該ラック１に噛合するピニオン２、ラック１を摺動自在に支持する案内手段３、ラック１をピニオン２に接近する方向に加圧する加圧手段１１を備えている。

ラック１は、断面が四角形の棒材の長手方向に沿った１つの側面（図示例では底面）に歯１ａを形成すると共に、両側面には動作対象物品を固定するための溝１ｂ，１ｂが設けられている。ラック１は、ケーシング４（４ａ）の両側に配置された一対の案内手段３，３を介して摺動自在に支持されている。案内手段３，３は、それぞれ焼結含油材等の低摩擦部材で形成されたガイドブシュであり、中央にラック１を挿通する角孔３ａが貫通している。角孔３ａの、前記溝１ｂに対応した内側面部分には、前記物品の固定部材などと交錯しないための逃げ部が形成されている。また、角孔３ａの内底面の中央には、ラック１の歯１ａと交錯しないための逃げ部が形成され、内底面の両側部分は、後述する加圧手段１１の加圧力に抗してラック１をピニオン２側から支承する支承部３ｂを構成している。

ピニオン２は、ラックピニオン機構１０のケーシング４ａと、減速ギア列５のケーシング４ｂとにボールベアリング７ａ，７ｂを介して回転自在に支持されている回転軸２ａに固定されている。減速ギア列５は、図示しないモータなどの駆動軸かまたはそれに直接源の駆動軸６に設けた駆動ギア６ａの回転を、ギア５ａ，５ｂ，５ｃを介して回転軸２ａに伝達するものである。

加圧手段１１は、ケーシング４ａの天井部の下側に一体に設けたガイドシリンダ１２（支持部材）の内部に、プランジャ１３を摺動自在に支持し、該プランジャ１３がラック１に対して接離可能であると共に、プランジャ１３と調節ネジ１５（調節手段）との間にスプリング１４を介在させることで、プランジャ１３がラック１の背面１ｃに押し当てるように構成されている。プランジャ１３とラック背面１ｃとは、ラック１の往復動と共に摺接するため、プランジャ１３全体または少なくともラック背面１ｃに当接する先端部は低摩擦部材で構成されることが好ましい。調節ネジ１５はガイドシリンダ１２の上端部に螺合され、該調節ネジ１５を回動してその螺合位置を変更することにより、スプリング１４の付勢力を変更し、プランジャ１３による加圧力を調節可能である。

以上のように構成されたラックピニオン機構１０は、駆動軸６の回転が減速ギア列５、回転軸２ａを介してピニオン２に伝達され、ピニオン２の回転により、該ピニオン２と噛合するラック１が案内手段３，３で案内されて往復動する。この際、先に述べた通り、ラック１、ピニオン２の歯面はラック１の進行方向に対して圧力角の分だけ傾斜して接触するため、ラック１をピニオン２から離反させる方向の分力を生じるが、ラック１の背面１ｃが加圧手段１１のプランジャ１３で加圧されることにより、ラック１の微少な浮き上がりが抑制され、ラック背面１ｃと案内手段３の上側の面３ｃとの間には微少な隙間が維持され、こじりが抑制される。さらに、ラック１の下面が案内手段３の支承部３ｂで支承されることにより、ラック１とピニオン２との過度の圧接が防止され、ピニオン２の回転に伴いラック１が滑らかに往復摺動できる。

また、ラック１のケーシング４ａから突出した端部に負荷が掛かるような場合にも、加圧手段１１がその負荷により生じる力を打ち消すように作用し、円滑な動作が可能となる。例えば、図１（Ｂ）において、ラック１の端部に下向きの荷重が作用した場合には、ラック１とピニオン２の噛合位置では、ラック１がピニオン２から離反する方向に力を生じるが、加圧手段１１により付加される下向きの加圧力が前記力を打ち消すように作用するため、こじり現象を生じず円滑な動作が可能である。

本発明には、上記第１実施形態以外にも種々の実施形態が存在し、以下、各実施形態について図面と共に説明する。なお、前記と同じ部材には同一の符号を付しその説明を省略する。

図２（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第２実施形態に係わるラックピニオン機構２０を示す正断面図および側断面図である。図においてラックピニオン機構２０の加圧手段２１は、プランジャ２３を摺動自在に支持するガイドシリンダ２２がケーシング４ａと別体で構成されている。ガイドシリンダ２２は、ケーシング４ａに設けた穴に嵌合され、ガイドシリンダ２２の上端に設けたフランジ部２２ａにおいてケーシング４ａに固定されている。そして、ガイドシリンダ２２の内部にスプリング２４を挿入し、ガイドシリンダ２２の上端部内側に調節ネジ２５を螺合して、該調節ネジ２５により加圧力を調節可能である点は前記同様である。

図３（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第３実施形態に係わるラックピニオン機構３０を示す正断面図および側断面図である。図においてラックピニオン機構３０の加圧手段３１は、プランジャ３３（転動体支持部材）の先端にローラ３６が設けられている。ローラ３６は、プランジャ３３に設けた支軸３６ａにベアリング３６ｂを介して回転自在に支持されている。プランジャ３３の軸部３３ａは、スプリング３４を挿通した状態でガイドシリンダ３２の軸受け穴３２ｂに嵌合され、これによりプランジャ３３はガイドシリンダ３２に摺動自在に支持され、かつ、ローラ３６がラック１の背面１ｃに転接するように構成されている。

この構成により加圧手段３１では、加圧手段３１（ローラ３６）とラック背面１ｃとの接触抵抗が低減され、ラック１の円滑な動作が可能である。なお、ローラ３６の支軸３６ａが、ピニオン２の回転軸２ａと平行に維持されるよう、プランジャ３３とガイドシリンダ３２との間に回り止めが設けられていることが好適である。例えば、プランジャ３３の拡大部３３ｂとガイドシリンダ３２の対応部分の断面形状を四角形など非回転対称形とする。また、本実施形態においても、ガイドシリンダ３２はケーシング４ａと別体であり、上端に設けたフランジ部３２ａにおいてケーシング４ａに固定されている。

次に、図４（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第４実施形態に係わるラックピニオン機構４０を示す正断面図および側断面図である。図においてラックピニオン機構４０の加圧手段４１は、ラック背面１ｃに当接する部材がボール４６で構成されている。ボール４６は調節ネジ４５に形成した保持孔４５ｂにスプリング４４を介して挿入され、調節ネジ４５は、ケーシング４７の円筒部４２の内側の螺合部４２ａに螺合されている。この構成により、スプリング４４の付勢力でボール４６がラック１の背面１ｃに押し当てられ、ラック１が加圧される。ベアリング等を用いない簡素な構造でありながら、ボール４６の球面がラック背面１ｃに当接するため接触抵抗が小さい利点がある。また、調節ネジ４５を回動し螺合位置を変更することにより加圧力を調節可能である。

図５（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第５実施形態に係わるラックピニオン機構５０を示す正断面図および側断面図である。図においてラックピニオン機構５０の加圧手段５１は、ピニオン２に対して両側に配置された一対の案内手段５３，５３に設けられている。案内手段５３は、全体が樹脂材、含油樹脂材などの低摩擦弾性部材で構成されるか、または焼結含油材など実質的に変形しない低摩擦弾性部材で構成されたガイドブシュであり、ラック１の背面１ｃ側に摺接する加圧部５３ｃ（可動部）と、ラック１のピニオン２側に摺接する支承部５３ｂ（固定部）と、それらを連結する両側部分とを備えている。

案内手段５３は保持孔５７ａに保持され、かつ、保持孔５７ａの両側に張出したフランジ部５３ｄを有することにより、ラック１の移動方向への動きが規制されている。案内手段５３は、例えば保持孔５７ａより上側のケーシング５７部分を別体とし、この部分を取り外して保持孔５７ａに嵌入される。また、保持孔５７ａの上方には、ケーシング５７を上下に貫通する貫通孔５２が穿設されている。貫通孔５２にはスプリング５４が挿入され、該スプリング５４の下端は案内手段５３の加圧部５３ｃ上面に当接する一方、貫通孔５２の上端部に螺合した調節ネジ５５によりスプリング５４の上端が規制されている。

上記構成により、案内手段５３の加圧部５３ｃがスプリング５４で付勢され、案内手段５３の特に両側部分が微少に弾性変形し、加圧部５３ｃがラック１の背面１ｃに押し当てられる一方、ラック１のピニオン２側は支承部３ｂで支承されているので、ラック１は加圧部５３ｃと支承部５３ｂとで挟持され、ラック１の微少な浮き上がりとそれに伴うラック１のこじりが抑制される。また、ラック１の下面が案内手段５３の支承部５３ｂで支承されることにより、ラック１とピニオン２との過度の圧接が防止され、ピニオン２の回転に伴いラック１が滑らかに往復摺動できる。また、ラック１の静止状態における安定性も良好である。なお、加圧部５３ｃと支承部５３ｂとを別体で構成するか、または、それらの連結部分（両側部分）に弾性部材を介在させ、加圧部５３ｃ（可動部）が支承部５３ｂ（固定部）に対して接離可能となるようにしても良い。

図６（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の第６実施形態に係わるラックピニオン機構６０を示す正断面図および側断面図である。図においてラックピニオン機構６０は、ピニオン６２自体に予圧を付与する構成を採用している。すなわち、ピニオン６２は、ボールベアリング７ａ，７ｂで回転自在に片持ち支持された回転軸６２ａの端部に固定され、かつ、ラック１に対して予圧を付与した状態で噛合されている。一方、案内手段３，３の上側の面３ｃが、ピニオン６２の予圧に抗してラック１をピニオン２と反対側から支承する支承部となる。このラックピニオン機構６０では、別途加圧手段を追加せずに、ラック背面１ｃと案内手段３との隙間を無くすことができ、ラック１のこじりとそれに伴う振動および騒音の発生を抑制できる。

上記各実施形態のうち、第１〜第３実施形態においては、加圧手段１０，２０，３０のプランジャ１３，２３，３３が、ガイドシリンダ１２，２２，３２（支持部材）に摺動自在に支持される場合を示したが、プランジャが揺動自在に支持されることで、ラック背面１ｃに接離可能であっても良い。また、第１〜第４実施形態においては、１つの加圧手段１０，２０，３０，４０をピニオン２の中心線上に配置する場合を示したが、それぞれ２つの加圧手段１０，２０，３０，４０を、ピニオン２の中心線に対して対称に配置することもできる。また、ラック１への負荷がいずれか一方の端部に偏って負荷されるような場合に、加圧手段１０，２０，３０，４０をその負荷と反対側にオフセットして設けても良い。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。

（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は、本発明の第２実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は、本発明の第３実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は、本発明の第４実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は、本発明の第５実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。 （Ａ）は、本発明の第６実施形態に係わるラックピニオン機構を示す正断面図、（Ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１ ラック
２，６２ ピニオン
２ａ，６２ａ 回転軸
３，５３ 案内手段（ガイドブシュ）
３ｂ，５３ｂ 支承部（固定部）
４，４ａ，４ｂ，５７，６７ ケーシング
５ 減速ギア列
６ 駆動軸
１０，２０，３０，４０，５０，６０ ラックピニオン機構
１１，２１，３１，４１，５１ 加圧手段
１２，２２，３２ ガイドシリンダ（支持部材）
１３，２３，３３ プランジャ
１４，２４，３４，４４，５４ スプリング
１５，２５，４５，５５ 調節ネジ（調節手段）
３６ ローラ（転動体）
４２ 円筒部
４６ ボール
５２ 貫通孔
５３ｃ 加圧部（可動部）

Claims (7)

1. ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
   前記ラックの背面に接離可能に設けられ、前記ラックを前記ピニオンに接近する方向に加圧する加圧手段を備えたことを特徴とするラックピニオン機構のラック振動防止構造。
2. 前記加圧手段は、前記ラックの背面に摺接するプランジャと、前記プランジャを前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記プランジャを前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン機構のラック振動防止構造。
3. 前記加圧手段は、前記ラックの背面に転接する転動体と、該転動体を回転自在に支持する転動体支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に対して接離可能に支持する支持部材と、前記転動体支持部材を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のラックピニオン機構のラック振動防止構造。
4. ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
   前記案内手段が、前記ラックの背面側に摺接する可動部と、前記ラックのピニオン側に摺接する固定部とを備え、前記可動部が前記固定部に対して接離可能に支持されると共に、前記可動部を前記ラックの背面に接近する方向に付勢する付勢部材を含む加圧手段を備えたことを特徴とするラックピニオン機構のラック振動防止構造。
5. 前記案内手段の前記可動部と前記固定部とが弾性部材で一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のラックピニオン機構のラック振動防止構造。
6. 前記加圧手段が、前記付勢部材の付勢力を調整する調整手段を備えていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のラックピニオン機構のラック振動防止構造。
7. ラックと、該ラックに噛合するピニオンと、前記ラックを摺動自在に支持する案内手段とを備えたラックピニオン機構において、
   前記ピニオンが、回転自在に片持ち支持された回転軸の端部に固定され、かつ、前記ラックに対して予圧を付与した状態で噛合していることを特徴とするラックピニオン機構のラック振動防止構造。

Images