JP2937490B2 - 直進運動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ラックを利用して回転
運動を直線運動に変換する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、高精度な位置制御
等を行なう場合に入力側部材、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。このため、入力側部材の回転位置精度が良く
ても、ピニオン１とラック２の噛み合い部分、又はラッ
ク３とピン歯車４の噛み合い部分にいわゆるガタが発生
してバックラッシュが大きくなり易く、受動ラックの位
置決め精度が低下するという問題があった。

【０００４】そこで、本発明は、位置決め精度の高い直
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】請求項１記載の発明は、
出力歯が形成された能動ラックとその支持ブロックとを
それぞれに有する第１、第２の駆動ユニットと、第１、
第２の駆動ユニットの能動ラックが所定直進方向に前後
して係合するところの複数の歯を有し、両駆動ユニット
の支持ブロックとの距離を一定に保つよう軸方向に案内
された受動ラックと、第１、第２の駆動ユニットの支持
ブロックの間に介装され、両支持ブロックを前記直進方
向に離間させる間座部材と、を備え、前記両支持ブロッ
クの駆動ユニットの離間距離を調節するようになしたこ
とを特徴とするものであり、請求項２記載の発明は、前
記間座部材が弾性部材からなり、該間座部材によって前
記支持ブロック間に所定の反発力を加えることを特徴と
するものである。

【０００６】

【作用】請求項１記載の発明では、間座部材によって両
駆動ユニットの支持ブロックを適宜前記直進方向に離間
し、離間距離を調節すると、受動ラックと能動ラックの
間の予圧やがたの調整が可能になる。請求項２記載の発
明では、弾性部材から構成された間座部材によって前後
の支持ブロック間に所定の反発力を加わり、歯形の成形
誤差等に対しても能動ラックの押し付け状態が一定に保
たれる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
１〜図４は請求項１記載の発明の第１実施例を示す図で
ある。まず、構成を説明する。図１〜図３において、10
Ａは第１の駆動ユニット、10Ｂは第２の駆動ユニットで
あり、11は複数の歯Ｔ1 を有する受動ラックである。各
駆動ユニット10Ａ、10Ｂには３個の能動ラック12Ａ、12
Ｂ、12Ｃが設けられており、能動ラック12Ａ〜12Ｃのそ
れぞれには受動ラック11の歯Ｔ1 のピッチＰと同一ピッ
チの複数の歯Ｔ2 （出力歯）が形成されている。受動ラ
ック11の歯Ｔ1 は図３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、
能動ラック12Ａ〜12Ｃの歯Ｔ2 はこの歯形の基準となる
円とほぼ同一の半径Ｒを有する円弧状の歯形に形成され
ている。なお、受動ラック11と能動ラック12Ａ〜12Ｃと
の歯形状を逆にして、能動ラック12Ａ〜12Ｃに波形の歯
形を形成し、受動ラック11に円弧状の歯形を形成するこ
ともできる。また、受動ラック11は両駆動ユニット10
Ａ、10Ｂの支持ブロック14との距離を一定に保つよう複
数個のガイドローラ13を有するリニアガイドレール（詳
細は図示しない）によりその背面側で軸方向移動可能に
案内されている。この受動ラック11の案内方法は、例え
ば循環式のボールを介してケーシングＣに対して直進の
みを許容するようにガイドすることができ、この場合、
例えば受動ラック11の両側面には前記ボールに係合する
溝が形成され、ケーシングＣにはボール循環通路が形成
される。

【０００８】各駆動ユニット10Ａ、10Ｂにおいては、能
動ラック12Ａ〜12Ｃがその歯Ｔ2 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
円形偏心カム部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（図示していない）
を介して支持ブロック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は、その偏心カム部
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16Ａ、16Ｂ
が回転するとき、複数の能動ラック12Ａ〜12Ｃを所定の
位相差すなわち能動ラック数３に対応した等分位相差１
２０゜を保って揺動させる。また、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
軸受により支持ブロック14又は受動ラック11を案内支持
する前記ケーシングＣに軸支されている。入力歯車17に
は入力シャフト18が固着されており、この入力シャフト
18の一端部は前記ケーシングＣ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。

【０００９】すなわち、第１、第２の駆動ユニット10
Ａ、10Ｂは、それぞれが３個の能動ラック12Ａ〜12Ｃを
クランク軸15Ａ、15Ｂによって所定の位相差を保って支
持するとともに、これらクランク軸15Ａ、15Ｂを支持ブ
ロック14に軸支して能動ラック12Ａ〜12Ｃを揺動クラン
ク運動可能にしたものである。なお、本実施例において
は、両駆動ユニット10Ａ、10Ｂの入力シャフト18同士を
タイミングベルト19で連結して同期回転させるようにし
ているが、能動ラック12Ａ〜12Ｃと受動ラック11の噛み
合いのバックラッシュが微少量である場合タイミングベ
ルトに代えてアイドラーギヤ等を同期要素として使用で
きる。

【００１０】一方、第１、第２の駆動ユニット10Ａ、10
Ｂは、図１の矢印Ｘ方向（後述する所定直進方向）に前
後して配置されており、両駆動ユニット10Ａ、10Ｂの支
持ブロック14同士の間には間座部材21及び結合板22が介
装されている。結合板22はその両端部に図示しないボル
ト穴を有し、そのボルト穴に遊嵌される図示しない複数
のボルトにより前後の支持ブロック14に所定範囲の前後
移動が可能に連結されている。また、間座部材21は、両
駆動ユニット10Ａ、10Ｂの能動ラック12Ａ〜12Ｃの歯Ｔ
2 が受動ラック11の歯Ｔ1 の異なる斜面部（矢印Ｘ方向
において歯Ｔ2の頂部Ｔｐより前方側の斜面部と後方側
の斜面部）に当接するよう両支持ブロック14をこのＸ方
向に離間させている。

【００１１】次に、作用を説明する。外部からの動力に
より駆動ユニット10Ａ又は10Ｂの入力シャフト18が駆動
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。

【００１２】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４（ａ）〜（ｃ）に
示すように偏心揺動する。また、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の一回中に複数の能
動ラック12Ａ〜12Ｃのうち少なくとも何れか１つが歯Ｔ
1 のＸ方向後方側の斜面部で受動ラック11の歯面に当接
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方向に押動されてゆっくりと直進する。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）だけＸ方
向に直進する。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。

【００１３】ここで、受動ラック11の移動中における受
動ラック11と能動ラック12Ａ〜12Ｃの歯Ｔ1 、Ｔ2 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Ｔ2 に加わる圧力は小さくて済む。また、能動
ラック12Ａ〜12Ｃのクランク運動により、クランク軸15
Ａ、15Ｂの一回転に対して受動ラック11の歯Ｔ1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、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。

【００１４】さらに、第１、第２の駆動ユニット10Ａ、
10Ｂの支持ブロック14の間に間座部材21が介装され、こ
れにより駆動ユニット10Ａの能動ラック12Ａ〜12Ｃが受
動ラック11の歯面の一方の斜面部に当接し、駆動ユニッ
ト10Ｂの能動ラック12Ａ〜12Ｃが受動ラック11の歯面の
他方の斜面部に当接している。したがって、駆動ユニッ
ト10Ａ、10Ｂのうち一方でＸ方向の荷重を、他方で反対
方向の荷重を受け持つようにすることができ、受動ラッ
ク11と能動ラック12Ａ〜12Ｃの間のバックラッシュを減
少させて位置精度を高めることができる。また、間座部
材21によって両駆動ユニット10Ａ、10Ｂの支持ブロック
14を適宜Ｘ方向前後に離間させることによって、受動ラ
ック11と能動ラック12Ａ〜12Ｃの間の予圧やがたを自由
に調整することができ、良好な噛み合い状態を確保する
ことができる。

【００１５】なお、上の実施例では能動ラックが３個の
ものを示した。この場合受動ラックとの当接が安定する
とともに適正な位相差がえられ円滑な推進運動が得られ
るが、能動ラックの数はこれに限らず３以上複数であっ
ても良く、３個から６個くらいが適当である。また、こ
の直進運動機構は、支持ブロック14を固定して受動ラッ
ク11を直進させれば、一般産業用シリンダ等に好適であ
り、受動ラック11を固定して駆動ユニット10Ａ、10Ｂを
移動させるようにすれば、位置決めテーブルや搬送パレ
ット等に好適である。図５は請求項１記載の発明の他の
実施例を示すその要部拡大図である。

【００１６】本実施例においては、間座部材41が受動ラ
ック11に向かって先細りしたテーバ形状となっており、
間座部材41の支持ブロック14間への介装が容易化される
とともに、その差込み深さによって支持ブロック14同士
の離間距離を調節でき、変化させることができる。図６
は請求項２記載の発明に係る直進運動機構の一実施例を
示す図である。

【００１７】本実施例においては、第１、第２の駆動ユ
ニット10Ａ、10Ｂの支持ブロック14の間に間座部材51が
介装されている。この間座部材51は例えばばね用金属か
らなる弾性部材であり、具体的には屈曲した一対の板ば
ね等から構成される。この間座部材51は、前後の支持ブ
ロック14間に所定の反発力を加えるようになっている。
その他の構成は上述例と同様であるので、同一符号を用
いてその具体的な説明を省略する。

【００１８】このようにすれば、受動ラック11の歯形の
成形誤差があっても、各駆動ユニット10Ａ、10Ｂの能動
ラック12Ａ〜12Ｃを受動ラック11に押し付ける力を一定
に保つことができ、受動ラック11及び能動ラック12Ａ〜
12Ｃの噛み合い状態を良好に保つことができる。

【００１９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、間座部材
によって第１、第２駆動ユニットの支持ブロックを適宜
直進方向に離間させ、その離間距離を調節することがで
きるので、受動ラックと能動ラックの間の予圧やがたを
調整することができ、位置決め精度の高い直進運動機構
を提供することができる。

【００２０】請求項２記載の発明によれば、間座部材を
弾性部材から構成し、該間座部材によって前後の支持ブ
ロック間に所定の反発力を加えるので、歯形の成形誤差
等に対して能動ラックの押し付け状態を一定に保つこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明に係る直進運動機構の一実
施例の正面図である。

【図２】一実施例の駆動ユニットの外観斜視図である。

【図３】一実施例のラック形状の説明図である。

【図４】一実施例の作用説明図である。

【図５】請求項１記載の発明に係る直進運動機構の他の
実施例の要部正面図である。

【図６】請求項２記載の発明に係る直進運動機構の一実
施例の正面図である。

【図７】従来のラックピニオン機構の構成図である。

【図８】従来のピンラック機構の構成図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力歯が形成された能動ラックとその支持
   ブロックとをそれぞれに有する第１、第２の駆動ユニッ
   トと、 第１、第２の駆動ユニットの能動ラックが所定直進方向
   に前後して係合するところの複数の歯を有し、両駆動ユ
   ニットの支持ブロックとの距離を一定に保つよう軸方向
   に案内された受動ラックと、 第１、第２の駆動ユニットの支持ブロックの間に介装さ
   れ、両支持ブロックを前記直進方向に離間させる間座部
   材と、を備え、前記両支持ブロックの離間距離を調節す
   るようになしたことを特徴とする直進運動機構。
2. 【請求項２】前記間座部材が弾性部材からなり、該間座
   部材によって前記支持ブロック間に所定の反発力を加え
   ることを特徴とする請求項１記載の直進運動機構。