JP2937489B2 - 直進運動機構 - Google Patents

直進運動機構

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JP2937489B2
JP2937489B2 JP40198490A JP40198490A JP2937489B2 JP 2937489 B2 JP2937489 B2 JP 2937489B2 JP 40198490 A JP40198490 A JP 40198490A JP 40198490 A JP40198490 A JP 40198490A JP 2937489 B2 JP2937489 B2 JP 2937489B2
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浩之 竹中
幹了 平井
秀和 横井
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Nabtesco Corp
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Teijin Seiki Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/08Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H19/00Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/04Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack
    • F16H19/043Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising a rack for converting reciprocating movement in a continuous rotary movement or vice versa, e.g. by opposite racks engaging intermittently for a part of the stroke

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転運動を直線運動に
変換する直進運動機構に関し、詳しくは揺動型ラックに
よりその変換を行うようにした直進運動機構に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械の送り機構等には、回転
運動を直線運動に変換する直進運動機構が設けられてお
り、この直進運動機構には、機械全体の小型化の要求に
応えるべく構成の簡素なものが用いられている。この種
の直進運動機構としては、例えば図7に示すラックピニ
オン機構が知られている。この機構では、ピニオン1の
回転によりこのピニオン1に噛み合うラック2を軸方向
に移動させる。また、図8に示すピンラック機構も知ら
れており、この機構では、ラック3とこのラック3に噛
み合うピン歯車4との間で運動方向の変換がなされるよ
うになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の直進運動機構にあっては、入力側部材、例え
ばピニオン1やピン歯車4の回転を別設の減速機によっ
て減速する構成となっていたため、直進運動機構が大型
化してしまうという問題があった。また、ピニオン1と
ラック2の噛み合い歯数、又は、ラック3とピン歯車4
の噛み合い歯数が1又は2程度と少ないため、所定のラ
ック推力を発揮させるためには、それぞれの歯幅を大き
くして一定の歯面圧に耐え得るようにしなければなら
ず、やはり、直進運動機構の大型化を招いていた。
【0004】さらに、ピニオン1の回転時にピニオン1
とラック2の噛み合い部分で両部材が摺動するため、推
力を大きくした場合に歯面の摩耗が激しくてガタが発生
したり、焼き付き等が発生したりし易く、耐久性の面で
も問題があった。そこで、本発明は、小型でラック推力
が大きく、耐久性の高い直進運動機構を提供することを
目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的達成
のため、複数の波形の歯を有する受動ラックと、受動ラ
ックの歯とほぼ同一ピッチに配列された複数の回転ロー
ラにより複数の円弧状の歯が形成され、各々が該歯を受
動ラックに当接させた3個以上の能動ラックと、各能動
ラックを所定の位相差を保って支持するとともに、該位
相差で各能動ラックを揺動クランク運動させるクランク
軸と、を備えたことを特徴とするものである。
【0006】
【作用】本発明では、受動ラックの歯と同一ピッチの歯
を有する3個以上の能動ラックが、該歯を受動ラックに
当接させた状態でクランク軸に支持され、該クランク軸
の回転により各能動ラックが所定の位相差を保って揺動
クランク運動する。したがって、クランク軸が回転する
と、少なくとも何れか1つの能動ラックによって受動ラ
ックが常に推進方向に押動され、受動ラックの直線運動
が得られる。
【0007】また、このとき、受動ラックと能動ラック
が多数の歯を当接させているから、両ラックを小型にし
ても歯面圧があまり高くならず、また、所定の位相差を
持って、位相の異なる3個以上の各能動ラックが受動ラ
ックに当接しているので円滑で安定した、小型でも推力
の大きな直進運動機構が実現可能となる。さらに、能動
ラックの歯が回転ローラであるから、受動ラックの歯と
能動ラックの歯とが転がり接触することとなり、両ラッ
クの歯面の摩耗や焼き付きが防止され、耐久性の高い直
進運動機構となる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1〜図6は本発明の一実施例を示す図である。まず、構
成を説明する。図1〜図4において、11は複数の歯T1
を有する受動ラック、12A、12B、12Cは受動ラック11
の歯T1 のピッチPと同一ピッチの複数の歯T2 が形成
された3個の能動ラックである。受動ラック11の歯T1
は、図5に示すようなトロコイド曲線又はサイクロイド
曲線状(波形)の歯形に形成されており、各能動ラック
12A〜12Cの歯T2 はこの歯形の基準となる円と同一の
半径Rを有する円弧状の歯形(詳細は後述する)に形成
されている。また、受動ラック11は複数個の循環式のボ
ール13を介してケース14に軸方向移動自在に結合してお
り、受動ラック11の両側面にはボール13に係合する溝部
11aが形成され、ケース14の底部14a内にはボール循環
通路14bが形成されている。
【0009】能動ラック12A〜12Cは、それぞれの歯T
2 側を受動ラック11に対向させるよう一対のクランク軸
15A、15Bのそれぞれの偏心カム部15a、15b、15cに
支持されており、クランク軸15A、15Bが各一対の軸受
19、20を介してケース14に支持されることにより、各能
動ラック12A〜12Cの歯T2 は受動ラック11に当接して
いる。また、クランク軸15A、15Bには、複数の円形偏
心カム部15a〜15cが例えば等角度間隔に形成されてお
り、クランク軸15A、15Bの一端側に連結された歯車16
A、16Bが回転するとき、各能動ラック12A〜12Cを所
定の位相差、すなわち、能動ラック数3に対応する等分
位相差120°を保って揺動クランク運動させることが
できる。歯車16A、16Bには入力歯車17が噛み合ってお
り、入力歯車17は図示しない軸受によりケース14に軸支
された入力シャフト18に連結されている。この入力シャ
フト18の一端部はケース14から外方に突出し、この一端
部から回転入力を入力するようになっている。
【0010】一方、図4に示すように、能動ラック12A
〜12Cの各歯T2 は、前記の半径Rを有する回転するロ
ーラ21によって形成されている。このローラ21は、能動
ラック12A〜12Cのラック本体22に嵌入されたピン23
に、複数の針状コロ24を介して回転自在に支持されてお
り、この状態で各ローラ21の一部がラック本体22に形成
された凹部22aに埋没することによって複数の円弧状の
歯T2 が形成されている。
【0011】なお、図1〜図3において、31、32、33は
能動ラック12とクランク軸15A、15Bの偏心カム部15
a、15b、15cとの間に介装されたニードル軸受であ
り、34は歯車16A、16Bをクランク軸15A、15Bに固定
するキー、35はケース14の底部14aを固定するボルト、
36はケース14の蓋部14cを固定するピン、37、38は軸受
19、20を介してケース14とクランク軸15A、15Bの軸方
向のずれを規制するそれぞれ複数の止め輪、39は受動ラ
ック11の移動端を決定するストッパである。
【0012】次に、作用を説明する。外部からの動力に
より入力シャフト18が回転されると、入力歯車17が回転
し、この入力歯車17と噛み合う歯車16A、16Bが同一回
転方向に回転することによって、クランク軸15A、15B
が駆動され、3個の能動ラック12A〜12Cが所定の位相
差を保って揺動クランク運動する。
【0013】このとき、クランク軸15A、15Bの回転に
伴って、例えば能動ラック12Aが図6(a)〜(c)に
示すように偏心揺動し、能動ラック12A〜12Cの歯T2
に歯T1 の一面側を押された受動ラック11が図6の矢印
X方向へ移動する。また、3個の能動ラック12A〜12C
はその数に応じた所定の位相差を保って揺動クランク運
動するから、クランク軸15A、15Bの一回転中に3個の
能動ラック12A〜12Cのうち少なくとも何れか1つが歯
T1 の前記一面側で受動ラック11に当接することにな
り、その能動ラックの揺動により受動ラック11が矢印X
方向に押動される。したがって、クランク軸15A、15B
が一回転すると、受動ラック11は歯T1 、T2 の1歯分
(ピッチ分)移動する。一方、入力シャフト18への回転
入力を逆向きにすると、クランク軸15A、15Bが逆転
し、受動ラック11は矢印X方向と反対の方向へ移動す
る。
【0014】ここで、受動ラック11の移動中における受
動ラック11の歯T1 と能動ラック12A〜12Cの歯T2 と
の噛み合いについて考察すると、受動ラック11に推力を
与える能動ラック12A〜12Cは、受動ラック11に沿って
適宜数配列された複数の歯T2 で受動ラック11を押圧す
るため、各歯T1 、T2 に加わる圧力は小さくて済む。
従って、推力の大きな直進運動機構を実現できる。ま
た、能動ラック12A〜12Cのクランク運動により、クラ
ンク軸15A、15Bの一回転に対して受動ラック11の歯T
1 の1歯分の減速出力が得られるから、減速機を別設す
る必要がなく、前記歯面圧が小さいことと相俟って非常
に小型の直進運動機構が実現可能となる上、3個の能動
ラックを同時に受動ラックに当接せしめているので安定
した噛合いがえられ、また、円滑な推進力を発生するこ
とができる。なお、能動ラックの数は3個以上であれば
良く、多くなればより円滑な推進運動が可能となるが、
組立、工作の負担が掛かる。安定した当接と円滑な推進
運動を可能とし、経済性にも優れているのは3から6個
の組である。
【0015】さらに、本直進運動機構では、能動ラック
12A〜12Cの歯T2 が回転するローラ21からなり、受動
ラック11の歯T1 に対してこの能動ラック12A〜12Cの
歯T2 が転がり接触するから、従来のように歯面が摺動
するものと比較して、受動ラック11及び能動ラック12A
〜12Cの歯面の摩耗や焼き付きが防止され、耐久性の高
い直進運動機構となる。また、ラック同志を組合せた構
成から角形にでき、受動ラック11を案内する構造として
ボール13等を利用した簡素で信頼性の高いものにでき
る。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、それぞれ複数の歯を回
転ローラから構成した3個以上の能動ラックを、クラン
ク軸の回転により所定の位相差を保って揺動クランク運
動させ、これらのクランク軸の回転中において常に何れ
かの能動ラックにより受動ラックを推進方向に押動する
ようにしているので、受動ラックと能動ラックを多数の
歯で当接させて歯面圧を小さくし、且つ、安定した噛合
いと円滑な推進力の発生を可能とし、小型で推力の大き
な直進運動機構を実現することができるとともに、受動
ラックの歯と能動ラックの歯とを転がり接触させて両ラ
ックの歯面の摩耗や焼き付きを防止することができ、耐
久性の高い直進運動機構を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る直進運動機構の一実施例の概略構
成を示す斜視図である。
【図2】一実施例の外観正面図である。
【図3】第2図のA−A矢視断面図である。
【図4】一実施例の能動ラックの構成図である。
【図5】一実施例の受動ラック歯形の説明図である。
【図6】一実施例の作用説明図である。
【図7】従来例のラックピニオン機構の構成図である。
【図8】従来例のピンラック機構の構成図である。
【符号の説明】
11 受動ラック 12A、12B、12C 能動ラック 15A、15B クランク軸 16A、16B 歯車 17 入力歯車 21 ローラ 22 ラック本体 23 ピン 24 針状コロ T1 受動ラックの歯 T2 能動ラックの歯

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の波形の歯を有する受動ラックと、 受動ラックの歯とほぼ同一ピッチに配列された複数の回
    転ローラにより複数の円弧状の歯が形成され、各々が該
    歯を受動ラックに当接させた3個以上の能動ラックと、 各能動ラックを所定の位相差を保って支持するととも
    に、該位相差で各能動ラックを揺動クランク運動させる
    クランク軸と、 を備えたことを特徴とする直進運動機構。
JP40198490A 1990-10-23 1990-12-13 直進運動機構 Expired - Lifetime JP2937489B2 (ja)

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JP40198490A JP2937489B2 (ja) 1990-12-13 1990-12-13 直進運動機構
DE69102392T DE69102392T2 (de) 1990-10-23 1991-10-17 Mechanismus zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung.
EP91309602A EP0482827B1 (en) 1990-10-23 1991-10-17 Rotary motion to longitudinal motion converting mechanism
US07/777,717 US5187994A (en) 1990-10-23 1991-10-21 Rotary motion to longitudinal motion converting mechanism
SG128694A SG128694G (en) 1990-10-23 1994-09-01 Rotary motion to longitudinal motion converting mechanism
HK5895A HK5895A (en) 1990-10-23 1995-01-12 Rotary motion to longitudinal motion converting mechanism

Applications Claiming Priority (2)

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JP6352074B2 (ja) * 2014-06-27 2018-07-04 ナブテスコ株式会社 風車用回転駆動機構
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