JPH02113154A - 駆動装置のバックラッシュ除去機構 - Google Patents

駆動装置のバックラッシュ除去機構

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JPH02113154A
JPH02113154A JP26492188A JP26492188A JPH02113154A JP H02113154 A JPH02113154 A JP H02113154A JP 26492188 A JP26492188 A JP 26492188A JP 26492188 A JP26492188 A JP 26492188A JP H02113154 A JPH02113154 A JP H02113154A
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JP
Japan
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pinion
pinions
preload
rack member
shafts
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JP26492188A
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English (en)
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Koji Yoda
依田 幸二
Kouji Kawaguchi
川口 行治
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Publication date
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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
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/17Toothed wheels
    • F16H55/18Special devices for taking up backlash

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

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、駆動装置のバックラッシュ除去a梢に関する
。詳しくは、相対移動可能な二部材をラックとピニオン
とで相対移動させる駆動装置において、ラックとピニオ
ンとの間のバックラッシュを除去する機構に関する。
例えば、工作機械や測定機などの駆動装置に利用できる
[従来の技術] 直線的に相対移動可能な二部材をラックとピニオンとで
相対移動させる駆動装置では、その二部材を高精度に位
置制御するためには、ラックとピニオンとのバックラッ
シュを除去するv1構がN設されることが不可欠である
従来のバックラッシュ除去R楕としては、第8図または
第9図に示すlR111Nが知られている。
第8図に示すバックラッシュ除去a構は、モータ1の駆
動軸2に第1のピニオン3を固定するとともに、この第
1のピニオン3に対して歯数およびピッチ円径が同一の
第2のピニオン4を同軸上に相対回転可能に重ね合せ、
この両ピニオン34間にコイルばね5A、5Bを掛渡し
、第2のピニオン4にその回転方向への付勢力を与え、
両ピニオン3.4の歯でラック部材6の歯を弾性的に挟
持してバックラッシュを除去したものである。
第9図に示すバックラッシュ除去ell楕は、モータ1
1の駆動軸12からの回転が2枚の歯車13゜14およ
び歯車15を介して伝達される筒部材16に第1のピニ
オン17を固定するとともに、筒部材16内に挿入され
たトーションバー18に、第1のピニオン17に対して
歯数およびピッチ円径が同一の第2のピニオン1つを相
対回転可能に固定し、トーションバー18にねじりを与
えた状態で両ピニオン17.19の歯でラック部材20
の歯を弾性的に挟持してバックラッシュを除去したもの
である。
[発明か解決しようとする課題] いま、相対移動する部材の可動部の質量をP[kg]、
二部材間の摩擦係数をμとすると、二部材を相対移動さ
せるのに必要な駆動力fは、f=PXμ [kfコ で表わせられる。従って、ピニオンを駆動するのに必要
なトルクTは、ピニオンのピッチ円半径をr[m]とす
ると、 T = r x f [kf Hm ]で表わせられる
ところで、ピニオンの駆動に当なって、ピニオンとラッ
クとの間にバックラッシュを生じることなく、安定した
送り剛性の高い駆動装置を得るには、ラック部材のtk
を挟持する両ピニオンの挟持力FがFXr≧Tであるこ
とが条件である。特に、工作機械や測定機の分野では、
機械の高速度化および高加速度化が進み、駆動力でか大
きくなってきていることから、前記可動部を高い位置決
め精度で移動制御するためには、より大きな挟持力Fが
必要とされている。
しかしながら、第8図に示すバックラッシュ除去機構で
は、コイルばね5A、5Bによって挟持力Fを得ている
構成であるから、挟持力Fがきわめて小さく、所望の大
きな挟持力Fを得るになめには両ピニオン3.4のピッ
チ円直径を大きくしなければならない、すると、両ピニ
オン3.4のフライホイール効果が大きくなって、例え
ばモータといった駆動アクチュエータの負荷が大きくな
り、経済的不利益を生じるという問題がある。
また、第9図に示すバックラッシュ除去機構では、トー
ションバー18によって挟持力Fを得ている構成である
から、大きな挟持力Fを得るにはトーションバー18の
径を大きくしなけれはならない、しかし、トーションバ
ー18の径を大きくしようとすると、寿命が低下する。
従って、寿命を考慮しつつ大きな挟持力Fを得るには、
l・−ジョンバー18の径を大きくかつ長さを長くしな
ければならないので、全体として大型化するという問題
がある。
しかも、筒部材16にモータ11の駆動軸12を直結で
きないことから、歯車13,14.15による伝達機構
が必要で、さらに、歯車13.14と歯l115との間
にバックラッシュ除去機構を設けなければならない、そ
のため、この駆動機構の送り剛性は前記バックラッシュ
除去機構によって低下して高精度な位置決めかできない
という問題がある。
ここに、本発明の目的は、このような従来の課題を解消
すべくなされたもので、小型でかつ寿命低下を招くこと
なく、しかも、可動部が大l!J!量かつ高速移動する
駆動装置であっても、ラック部材とビニオンとの間のバ
ックラッシュを除去し、高精度な位置制御を達成できる
駆動装置のバックラッシュ除去a楕を提供することにあ
る。
庚 [課題を解消するための手段] そのため、本発明では、駆動軸の外側でかつ両ピニオン
間に、両ピニオン間に両端が支持された複数本のプリロ
ードシャフトを設け、これらのプリロードシャフトの曲
げ応力によってビニオンに回転方向への付勢力を与える
ように構成したものである。
すなわち、第1項記載の発明では、相対移動可能な二部
材の一方にラック部材を相対移動方向と平行に固定し、
前記相対移動可能な二部材の他方に、歯数およびピッチ
円径が同一でかつ前記ラック部材に噛合する2枚のビニ
オンを同軸上に回転可能に設け、一方のビニオンを駆動
軸に連結するとともに、この駆動軸より外側でかつ両ビ
ニオン間に、一端がいずれか−のビニオンに支持されか
つ他端が他のビニオンに支持され他方のビニオンに回転
方向への付勢力を与える複数本のプリロードシャフトを
配置した、ことを特徴とする。
また、第2項記載の発明では、相対移動可能な二部材の
一方にラック部材を相対移動方向と平行に固定し、前記
相対移動可能な二部材の他方に、歯数およびピッチ円径
か同一でかつ前記ラック部材に噛合する2枚のビニオン
を同軸上に回転可能に設け、一方のビニオンを駆動軸に
連結するとともに、各ビニオンの駆動軸より外側の同一
円周上に複数の貫通孔を駆動軸と平行にかつ両ピニオン
間で対応する歯面に対して一定角度ずつずらしてそれぞ
れ形成し、 Xか前記−のビニオンの貫通孔に支持され
かつ他端が他のビニオンの貫通孔に支持された複数本の
プリロードシャフトを設けた、ことを特徴とする。
[作 用] 第1項記載の発明では、駆動軸より外側でかつ両ピニオ
ン間に、他方のピニオンに回転方向への付勢力を与える
複数本の1リロードシヤフトを配置する構成であるので
、ビニオンのピッチ円直径を大きくすることなく、多く
のプリロードシャフトを配置でき、かつ、ズリロードシ
ャフトの径も大きくできることから、従来のバックラッ
シュ除去amに比べ、小型かつ寿命低下を招くことなく
、ラック部材の歯を挟持する両ビニオンの挟持力をはる
かに高めることができる。このことは、可動部か大重量
でかつ高速移動する駆動装置に用いても、ラック部材と
ビニオンとの間にバックラッシュを生じることなく、高
精度な位置制御を行うことができる。
第2項記載の発明では、両ピニオンの駆動軸より外側の
同一円周上に複数の貫通孔を駆動軸と平行に形成し、こ
の対応する貫通孔にプリロードシャフトの両端を支持し
た構成であるので、第1項記載の発明で述べた作用効果
のほかに、加工や組み立てが容易である。つまり、両ピ
ニオンに貫通孔を形成し、これにプリロードシャフトの
両端を支持すればよいので、加工や組み立てが容易であ
る。
[実施例] 以下、本発明を三次元測定機に適用した実施例に基づき
図面を参照しながら説明する。
第5図に本実施例の斜視図を示す、同図において、ベー
ス21には可動ブロック22がX軸方向へ摺動自在に設
けられている。可動ブロック22には支柱23が立設さ
れ、この支柱23には昇降ブロック24が上下方向、つ
まりX軸方向に対して直交するZ軸方向へ摺動自在にB
Cjられている。
昇降ブロック24には、スライダ25が前記可動ブロッ
ク22および昇降ブロック24の摺動方向に対して直交
する方向、つまりY軸方向へ摺動自在に設けられている
。スライダ25には、シャフト26を介してタッチ信号
プローブ27が取付けられている。
第4図にベース21に対して可動ブロック22を相対移
動させる駆動装置31を示す。なお、支柱23に対して
昇降ブロック24を相対移動させる駆動装置および昇降
ブロック24に対してスライダ25を相対移動させる駆
動装置については、第4図とほぼ同一であるので、ここ
では説明を省略する。
同図において、ベース21の上面には、その両側に一対
のガイドレール32A、32BがX軸方向に沿って互い
に平行に固定されているとともに、このガイドレール3
2A、32Bのほぼ中央位置にラック部材33がX軸方
向つまり可動ブロック22の摺動方向と平行に固定され
ている。
一方、可動ブロック22には、その両側に前記カイトレ
ール32A、32Bに対してリニアベアリング34A、
34Bを介して活動自在に係合する係合ブロック35A
、35Bが固定されているとともに、この係合ブロック
35A、35Bのほぼ中央位置にモータ36が固定され
ている。モータ36の駆動軸37には、歯数およびピッ
チ円径が同一でかつ前記ラック部材33の歯に噛合する
2枚のピニオン38.39が設けられている。
ピニオン38.39のうち一方のピニオン38は、第1
図に示す如く、前記駆動軸37にキー40を介して連結
されている。他方のピニオン39は、一方のピニオン3
8の筒部38A外周に相対回転可能に設けられていると
ともに、駆動11t137と平行に配置されたばね鋼製
の複数本のプリロードシャフト41によって一方のピニ
オン38と連結されている。
両ピニオン38.39には、第2図に示す如く、両ピニ
オン38.39の駆動軸37より外側の同一円周上所定
ピッチ間隔位置に前記プリロードシャフト41の直径よ
りも大きな径を有する複数の貫通孔42.43が駆動軸
37と平行にそれぞれ貫通形成されている。ピニオン3
8に形成された貫通孔42とピニオン39に形成された
貫通孔43とは、それぞれのピニオン38.39の南面
に対して一定角度だけオフセットされている6貫通孔4
2.43の形成に当たっては、そのオフセット量だけ両
ピニオン38.39の対応する歯面を回転方向へずらせ
た状態で両者を固定し、同一円周上所定ピッチ間隔位置
に孔を貫通穿設ずれば、貫通孔42.43を同時に形成
することができる。
プリロードシャフト41は、第3図(ピニオン38.3
9をラック部材33に噛合させたときの状態)に示す如
く、一端が前記ピニオン39の貫通孔43にブツシュ4
4を介して固定され、他端が前記ピニオン38の貫通孔
42に圧入されたブツシュ45の孔に係合保持されてい
る。なお、プリロードシャフト・41の他端は半球形状
に形成されている。
次に、本実施例の作用を説明する。
まず、両ピニオン38.39の貫通孔42.43を一致
させた状態において、対応する貫通孔42.43にブツ
シュ44.45を介してプリロードシャフト41を組込
むと、ピニオン38の貫通孔42とピニオン3つの貫通
孔43とはそれぞれの歯面に対して一定角度だけオフセ
ットされているため、両ピニオン38.39の歯面が一
定角度たけすれる。
この状態から、ピニオン39を駆動軸37を中心として
ピニオン38の歯面と一致する方向へ捩じって、つまり
プリロードシャフト41を弾性変形させながらラック部
材33の歯に噛合させると、プリロードシャフト41は
第3図の状態となる。
すると、プリロードシャフト41が元に戻ろうとする反
力で両ピニオン38.39の歯がラック部材33の歯を
挟持する。
いま、第6図に示す如く、プリロードシャフト41の本
数をn、プリロードシャフト41の復元力をe、駆動軸
37の軸心からプリロードシャフト41の軸心までの距
離をr 、ピニオン3839のピッチ円半径をrとする
と、ピニオン3つのプリロードシャフト41の軸心位置
における接線力F1は、 F1=nXe で与えられる。また、両ピニオン38.39による挟持
力(駆動力)Fは、 F = r I X F 1 / r で与えられる。従って、伝達できるトルク′r1は、 T 1 ”= F X r で与えられる。
このことから、プリロードシャフト41の本数nおよび
プリロードシャフト41の直径d(直径dが大きくなれ
ば、プリロードシャフト41の復元方eが大きくなる。
)を大きくすれば、挟持力Fおよび伝達できるトルクT
1を高めることができ、高い駆動トルクを必要とする機
械に適用できることが判る。
本実施例では、駆動軸37の外側で同一円周上に駆動軸
37と平行にプリロードシャフト41を配置する構成で
あるため、両ビニオン38.39のピッチ円直径を大き
くすることなく、プリロードシャフト41の本数nおよ
び直径dも大きくでき、その結果、ラック部材33の歯
を挟持する挟持力Fも大きくすることができる。また、
グリロードシャフト41の本ill nも多くできるこ
とがら、寿命低下も防げる。
従って、本実施例によれば、ラック部材33と噛合する
二枚のピニオン38.39のうち一方のピニオン38を
駆動軸37に連結するとともに、両ピニオン38.39
間に、駆動軸37の外側の同一円周上に駆動軸37と平
行に配置され一端がピニオン3つに固定されがっ他端が
ビニオン38に係合された複数本のプリロードシャフト
41を設けたので、従来のコイルばねやトーションバー
を用いたバックラッシュ除去R楕に比べ、小型かつ寿命
低下を招くことなく安価にしてラック部材33の歯を挟
持するビニオン38.39の挟持力をはるかに高めるこ
とができる。よって、可動部が大重量でかつ高速移動す
る駆動装置に用いても、ラック部材とピニオンとの間に
バックラッシュを生じることなく、高精度な位置制御を
行うことかできる。
しかも、両ビニオン38.39に貫通孔4243を形成
し、この貫通孔42.43にブツシュ44.45を介し
てプリロードシャフト41を組込むようにしたので、必
要とされる挟持力に応じてプリロードシャフト41の本
数、径および長さも任意に選定することができる。つま
り、貫通孔43.44に選択的にプリロードシャフト4
1を組込めば、プリロードシャフト41の本数を選定す
ることができ、また、ブツシュ44.45の内径寸法が
異なるものを用いれば、プリロードシャフト41の径も
任意に選定することができる。
また、貫通孔43.44を形成するに当たっては、両ピ
ニオン38.39を一定角度だけずらせた状態で固定し
、この状態で同一円周上所定ピッチ間隔位置にドリルな
どによって孔を貫通穿設すればよいので、加工もきわめ
て容易である。
また、可動部をリニアボールベアリングのような動鷹擦
係数の高いベアリングを用いでガイドするl1lfAに
採用しても、十分高い送り剛性を得ることかできる。
また、ピニオン38は駆動源であるモータ36の駆動軸
37に直結でき、従来のトーションバーを用いたRlf
Aのようにモータの回転をビニオンに伝達させるための
81横が不要であるので、構造が簡単である。
なお、上記実施例では、プリロードシャフト41を駆動
軸37と平行に配置したが、プリロードシャフト41を
駆動軸37に対して直角に配置するようにしてもよい0
例えば、第7図に示す如く、一端をピニオン38の筒部
38A外周に固定した複数本のプリロードシャフト41
を駆動軸37に対して放射状に突出させ、各プリロード
シャフト41の他端をビニオン39に係合保持させるよ
うにしてもよい。
また、上記実施例では、プリロードシャフト41の一端
をビニオン3つに対して固定し、他端をビニオン38に
対して係合保持させた構造、つまり片持ち構造としたが
、これとは逆に、プリロードシャフト41の一端をピニ
オン3つに係合保持し、他端をビニオン38に固定して
もよい。さらに、プリロードシャフト41の両端をピニ
オン38.39に共に固定あるいは係合保持するように
してもよい、要は、プリロードシャフト41の両端をビ
ニオン38.39に支持すればよい。
また、上記実施例では、三次元測定機について述べたが
、本発明はこれに限られるものでなく、ラック部材とピ
ニオンとによって二部材を相対移動させる駆動装置一般
に適用することかできる。
[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、小型かつ寿命低Fを招く
ことなく、しかも、可動部が大重量でかつ高速移動する
駆動装置であっても、ラック部材とビニオンとの間のバ
ックラッシュを除去し、高精度な位置制御を行うことが
できる。特に、第2項記載の発明によれば、加工や組み
立てをきわめて容易に行うことができる。
【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すもので、第1
図は両ビニオンの一部を切欠いた斜視図、第2図は両ビ
ニオンに穿設された貫通孔の関係を示す図、第3図はプ
リロードシャフトの変形状態を示す図、第4図は駆動装
置を示す断面図、第5図は三次元測定機の外観を示す斜
視図、第6図はラック部材の歯を挟持するビニオンの挟
持力を説明するための図である。第7図は本発明の変形
例を示す一部を切欠いた斜視図である。第8図および第
9図はそれぞれ従来のバックラッシュ除去機構を示す図
である。 21・・・ベース、 22・・・可動ブロック、 33・・・ラック部材、 7・・・駆動軸、 8.39・・・ビニオン、 1・・・プリロードシャフト、 2.43・・・貫通孔。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対移動可能な二部材の一方にラック部材を相対
    移動方向と平行に固定し、 前記相対移動可能な二部材の他方に、歯数およびピッチ
    円径が同一でかつ前記ラック部材に噛合する2枚のピニ
    オンを同軸上に回転可能に設け、一方のピニオンを駆動
    軸に連結するとともに、この駆動軸より外側でかつ両ピ
    ニオン間に、一端がいずれか一のピニオンに支持されか
    つ他端が他のピニオンに支持され他方のピニオンに回転
    方向への付勢力を与える複数本のプリロードシャフトを
    配置した、 ことを特徴とする駆動装置のバックラッシュ除去機構。
  2. (2)相対移動可能な二部材の一方にラック部材を相対
    移動方向と平行に固定し、 前記相対移動可能な二部材の他方に、歯数およびピッチ
    円径が同一でかつ前記ラック部材に噛合する2枚のピニ
    オンを同軸上に回転可能に設け、一方のピニオンを駆動
    軸に連結するとともに、各ピニオンの駆動軸より外側の
    同一円周上に複数の貫通孔を駆動軸と平行にかつ両ピニ
    オン間で対応する歯面に対して一定角度ずつずらしてそ
    れぞれ形成し、 一端が前記一のピニオンの貫通孔に支持されかつ他端が
    他のピニオンの貫通孔に支持された複数本のプリロード
    シャフトを設けた、 ことを特徴とする駆動装置のバックラッシュ除去機構。
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