JPH073080Y2 - ラックピニオン装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、ラックピニオン装置とリニアガイド装置とを
複合させたラックピニオン装置に関する。

〔従来の技術〕

ラックピニオン装置は、ラックとピニオンの組み合わせ
で回転運動と直接運動を相互に変換する駆動機構であ
る。例えば第９図，第10図に示すものは、ラック１の直
線運動によりピニオン２に取り付けた出力軸３の回転運
動を取り出すもので、ラック１は取付台４に取付けたラ
ックガイド５により水平運動可能に支持されている。取
付台４には、更に貫通孔６を設けて軸受７のハウジング
８を取付ける。これに出力軸３を挿通して一端側にカラ
ー９を介しピニオン２を固着し、他端には出力ギヤ10を
固着している。ラック１の端部を、入出力用ジョイント
11を介して例えばエアシリンダなどの往復直線駆動装置
に連結して、ラック１を往復直線移動させることによ
り、ピニオン２が回転し、出力ギヤ10の正逆回転運動が
得られる。

一方、第11図に示すものは、ピニオン２の回転運動によ
りラック１に取り付けた直進テーブル13の直線運動を取
り出すもので、ピニオン２はリバーシブルモータ14の出
力軸15に固着されている。このピニオン２にラック１が
噛み合い、水平往復移動可能に支持される。このラック
１の一端は、コンロッド16を介して直進テーブル13に連
結している。リバーシブルモータ14を正逆回転させるこ
とにより、ラック１が直線往復運動して直進テーブル13
の直線往復運動が得られる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のラックピニオン装置にあって
は、直線駆動系を構成するラック＆ピニオンと、直線案
内系を構成するラックガイドや直進テーブルなどばらば
らの部品を、取付台やコンロッド等の別部材を介して組
み合わせることにより装置一式としてまとめている。そ
のため、部品点数が多くなり、部品の手配、組付けの手
間、心出し，平行出し等の調整の手間が非常に掛かり、
装置のコスト，納期，精度の点および所要スペースの点
で問題があり、ラック＆ピニオンと直線案内系の機構と
を一体的に複合させた低コスト，短納期，高精度でコン
パクトなラックピニオン装置の実現が望まれていた。

そこで本考案は、このような従来の問題点に着目してな
されたものであり、ラック＆ピニオンの機能とリニアガ
イド装置の機能とを複合して一体化することにより、部
品点数が少なく、組付け・調整の手間が掛からないコン
パクトなラックピニオン装置を提供して上記従来の問題
点を解決するこを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本考案は、両側面に軸方向の
転動体転動溝を有すると共に転動体転動溝を有しない一
面には軸方向にラック歯を有して延長された断面四角形
状のラックと、横断面コ字形状とされ前記ラック歯が開
口側を向くように前記ラックに軸方向移動可能に跨架さ
れると共に前記ラック歯に噛み合うピニオンを有したピ
ニオン軸を軸受を介して回転自在に支持するラックボッ
クスとを備え、該ラックボックスは、前記ラックの転動
体転動溝に対向する転動体転動溝を内側面に、これに平
行する転動体戻り通路を肉厚内に、それぞれ有するボッ
クス本体と、該ボックス本体の端部に接合され前記転動
体戻り通路と転動体転動溝とを連通せしめる半ドーナツ
状に湾曲した湾曲路を有するエンドキャップと、前記相
対する両転動体転動溝内に転動自在に挿入された多数の
転動体と、前記ボックス本体の横断面コ字形状の開口部
にこれをせばめる方向の予圧を付与する予圧付与手段
と、を有している。

〔作用〕

直線駆動系のラックを直線案内系であるリニアガイド装
置の案内レールに併用すると共に、直線案内系であるリ
ニアガイド装置のスライダに直線駆動系のピニオンを内
蔵させたため、駆動系と案内系とを媒介する締結用部品
が不要で部品点数が少なくなる。作動も高精度に行え、
且つコンパクトになる。また使用者が駆動機構組付けや
直線案内機構との調整を行う必要はなく、単に所定の場
所に設置すればよい。しかも、予圧付与手段によってボ
ックス本体の開口部にはそれをせばめる方向の予圧が付
与されているが、かかる予圧は、通常転動体転動溝内の
転動体に付与される予圧によるボックス本体の開口部の
拡張を抑える方向に作用するから、転動体に付与されて
いる予圧が確保される。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例を図とともに説明する。

第１図ないし第５図は、本考案の第１実施例である。断
面図形状のラック20は両側面20bに軸方向に長い横断面
円弧形の転動体転動溝21が単列で左右対称に形成されて
いる。そして、転動体転動溝21を有しない一面（下面20
c）に、ラック歯22がラック20の略全長に及んで形成さ
れている。このラック歯22は、鋼材のラック本体に直接
加工されている。ラック20は直線案内装置（リニアガイ
ド装置）の案内レールを兼ねるものである。

上記ラック20に、ラックボックス23が軸方向移動可能に
遊嵌されている。このラックボックス23は横断面ほぼコ
字形のボックス本体24と、このボックス本体24の軸方向
の両端部に接合された同じく横断面ほぼコ字形のエンド
キャップ25とを有している。ボックス本体24の両袖部26
はラック20の下面から更に下方に延長されていて、袖部
26の内面にラック20の転動体転動溝21に対向する転動体
転動溝27が形成されている。また、袖部26の肉厚内に前
記転動体転動溝27に平行する断面円形の貫通孔からなる
転動体戻り通路28が形成されている。

これに対して、エンドキャップ25は、合成樹脂材の射出
成形品であって、その両袖部29はラック20の下面付近ま
での長さとされている。そしてボックス本体24の端面と
当接する端面側に、それぞれ半ドーナツ状の湾曲路30が
形成されている。この湾曲路30は、上記転動体転動溝27
と転動体戻り通路28とを連通させる。かくして、転動体
転動溝27,湾曲路30,転動体戻り通路28からなる無限循環
経路が構成される。この無限循環経路内に転動体である
多数のボールＢが挿入されている（第５図参照）。

なお、32は湾曲路30の内周案内面を形成する半円柱凸状
のリターンガイドで、エンドキャップ25の端面に係合さ
れて固定されている。ＷはボールＢの脱落を防ぐワイヤ
状保持器であり、31はラック20の転動体転動溝21を払拭
するためエンドキャップ25に取付けられたワイパーシー
ルである。

ボックス本体24の両袖部26の下部には、ラック20の下面
20cにあるラック歯22に噛み合うピニオン33を備えた駆
動機構34が設けられている。第４図にこの駆動機構34の
詳細が示される。すなわち、ピニオン33は両袖部26に挟
まれたラック下方のスペースに配置されている。図でピ
ニオン33の左側に配された間座36a,転がり軸受37a,止め
ナット38は左袖部26a内に取付けられる。また、ピニオ
ン33の右側に配された間座36b,転がり軸受37b,間座39は
右袖部26b内に取付けられる。右袖部26bの外側面に駆動
源としてモータ40がボルトB1で取付けられる。このモー
タ40としては、例えばパルスモータ或いはサーボモータ
などを用いることができる。また、パワーを必要とする
用途では減速機付モータを用いるなど、用途・仕様に応
じて適宜に選定することができる。モータ40の出力軸40
a（この実施例ではピニオン33への入力軸となる）は、
右から左へ間座39,軸受37b,間座36b,ピニオン33,間座36
a,軸受37aに挿通される。この実施例では、ピニオン33
と出力軸40aとの結合は、ピニオン33に形成されたキー
溝41と出力軸40aに嵌合されるキー42によって行ってい
る。止めナット38は出力軸40aの先端部のねじに螺合さ
れ、出力軸40aに固定された軸受の内輪37Nを軸方向に押
圧して予圧力を加えている。この止めナット38による予
圧力は、軸受37の剛性を増し出力軸40aの回転のガタを
防止する機能を有すると共に、更に次のような付加機能
を有する。

すなわち、ラック20とラックボックス23とのあいだのガ
タを無くし精密な位置決めを可能とするため、通常、転
動体転動溝21,27内にオーバーサイズーボールを挿入す
るなどしてボールＢに予圧を負荷する。ところがその予
圧力で、ラックボックス23の両袖部26a,26bの対向間隔
が拡張されては予圧効力が減殺されてしまう。そこでこ
れを防止するには、ラックボックス23の両袖部26a,26b
を連結している胴部23A（ラック20の上面を跨ぐ部分）
の肉厚を大きくする必要がある。そのため、ラックボッ
クス23が重くなる不都合を生じる。止めナット38による
軸受37の予圧力は、上記ラックボックス23の両袖部26a,
26bの対向間隔の拡張を阻止する方向（つまり、その対
向間隔をせばめる方向）に向かい、そのためラックボッ
クス23の胴部23Aの肉厚を薄くできる機能を果たす。

43はラックボックス23を基台などに固定する取付け用の
貫通孔である。この貫通孔43は、ラックボックス23の転
動体戻り通路28と転動体転動溝27との間を抜けて上下に
貫通させたものが複数本設けてある。各貫通孔43の上下
の両端部には、ボルト頭部が収納できる径大の凹部44と
これに続くメネジ部45が上下一対に設けられ、中間はね
じ下穴46で連通している。この貫通孔43により、後述の
４種類の取付けが可能である。

ここで、本実施例にあっては、モータ40の出力軸40aが
ピニオン軸に対応し、その出力軸40aの先端部に螺合す
る止めナット38が予圧付与手段に対応する。

次に作用を述べる。

上記のラックピニオン装置は、ラックボックス23を基台
などの相手部材に固定し、ラック20の方を移動させる。
ラックボックス23の固定は、貫通孔43を用いて行う。次
の４通りの取付けが可能である。相手部材をラックボ
ックス23の上面に当て、相手部材を挿通したボルトをメ
ネジ45に螺合して取付ける。相手部材をラックボック
ス23の上面に当て、メネジ45はばか穴として用い相手部
材とラックボックス23とを挿通したボルトを下側の凹部
44に収納されるナットで止める。，は上記，を
それぞれ上下反対に行う。

モータ40を正逆回転させることで、ピニオン33及びラッ
ク歯22を介して、ラック20を自在に前後進させ、回転入
力を直接運動に変換することができる。この場合、ラッ
ク20はボールＢを介してラックボックス23により転がり
案内されているから、極めて軽く滑らかにかつ正確に直
線作動する。

すなわち、ラック20を移動させると、ラック20の転動体
転動溝21とラックボックス23の転動体転動溝27とに挿入
されたボールＢは、ラック20の移動に伴い転動しつつ一
端側の湾曲路30に入り、Ｕターンして転動体戻り通路28
を通り、反対側のエンドキャップ25の湾曲路30で再度Ｕ
ターンし、転動体転動溝21,27に戻る無限循環を繰り返
す。このボールＢの転動により、ラック20の移動の抵抗
は極めて小さく、駆動動力の損失が少ないから、モータ
40の出力を有効に利用でき装置をコンパクトにできる。

また、ボールＢには予圧が負荷されるから、ラック20の
移動時のガタがなく安定した作動が得られる。すなわ
ち、上述したように、止めナット38を、軸受の内輪37N
を軸方向に押圧するように出力軸40aの先端部に螺合さ
せているため、ボールＢに付与されている予圧によるラ
ックボックス23の両袖部26a,26bの拡張を確実に阻止し
て、ボールＢに付与されている予圧が減殺することを回
避できるから、上記安定した作動を確実に得ることがで
きるのである。

また、直線駆動機構であるラック＆ピニオンと、転動体
転動溝を無限循環する転動体を有する直線案内機構とが
一体的に組み込まれているから、ばらばらの部材を組付
ける必要がなく、取付け作業の手間が掛からず工数が節
減できる。

また、直線案内機構とラック＆ピニオン機構との心出
し、平行出し等の調整の手間も不要で工数が削減され
る。

また、設置スペースが少なく、システムのコンパクト化
とコストダウンが実現される。

第６図には第２実施例を示す。

この実施例は、ラック20のラック歯50が、Ｖ溝付きベル
トを鋼材のラック本体51に接着又はビス止めなどの固着
手段で取付けて形成されている点が上記第１実施例とは
異なっている。その他の構成は第１実施例と同様であ
る。

この実施例のものは、あまり大きな作動力は必要とされ
ない軽荷重の場合で、しかも振動や音の発生をできるだ
け抑制したい場合に好適に利用できる。

第７図，第８図には第３実施例を示す。

この実施例は、ボール列が単列ではなく、複列（この例
では２列）設けられている。すなわち、ラック20の両側
面の転動体転動溝21は上下に間隔をおいてそれぞれ２列
づつ設けられている。これに対応させて、ラックボック
ス23の転動体転動溝27及び転動体循環経路も両側に各２
列づつ設けられている。これにより、重荷重の負荷能力
が付与される。

また、駆動機構34の構成も上記第1,第２実施例とはいく
らか異なる。ピニオン33の左側に、内側から間座36a,転
がり軸受37a,止めナット38aを順に配して左袖部26a内に
取付けられている。また、ピニオン33の右側も、同じく
内側から間座36b,転がり軸受37b,止めナット38bを順に
配して右袖部26b内に取付けられている。これらの構成
部材に、右袖部26bの外側から車軸55が右から左へと挿
通され、ピニオン33はこれに止めねじ56で係止され、回
転自在に支承されている。もっともピニオン33と車軸55
との結合は、第１実施例の場合と同様にキーとキー溝で
行ってもよい。

車軸55の右端は、右袖部26bの外側に突出している。こ
の車軸55を入力軸として用いる場合は、例えばこの突出
部分にベルトプーリを固着し、その回転入力をピニオン
33を介してラック20の直線運動に変換して出力すること
ができる。反対に、車軸55を出力軸として用いる場合
は、例えばラック20をエアシリンダ等の直線駆動源に接
続し、その直線駆動入力をピニオン33を介して車軸55の
回転運動に変換して出力することができる。

なお、上記各実施例のラック20では、ラック歯を平歯と
した例を述べたが、はすば歯でもよい。

また、転動体としてボールＢを用いたものを示したが、
これに限らず、ローラでもよい。

また、上記各実施例の天地を逆にして用いたり、或いは
ラック20を垂直方向にして用いることも可能である。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、直線駆動系のラ
ックを直線案内系であるリニアガイド装置の案内レール
に併用すると共に、直線案内系であるリニアガイド装置
のスライダに直線駆動系のピニオンを内蔵させた複合構
成とした。そのため、駆動系と案内系とを媒介する締結
用部品が不要である。作動も内蔵の直線案内系を媒介と
して高精度に行え、且つコンパクトになる。しかも、ボ
ックス本体の開口部にこれをせばめる方向の予圧を付与
する予圧付与手段を設けているから、転動体に付与され
ている予圧が減殺することを回避でき、ラックの安定し
た作動を確実に確保できる。また使用者が駆動機構組付
けや直線案内機構との調整を行う必要はなく、単に所定
の場所に設置すればよいので組付け・調整の手間が掛か
らないなど、種々の利点を有する直線案内兼直線駆動装
置としてのラックピニオン装置が提供できるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例の一部を切欠いた側面図、
第２図は同下面図、第３図は一部を切欠いた同正面図、
第４図は第３図の要部分解斜視図、第５図は第１図のＶ
−Ｖ線断面図、第６図は第２実施例の一部を切欠いた側
面図、第７図は第３実施例の一部を切欠いた正面図、第
８図は第７図の要部分解斜視図、第９図はラックピニオ
ン装置の第１従来例の斜視図、第10図はその分解斜視
図、第11図は第２従来例の斜視図である。 図中、20はラック、21は転動体転動溝、22はラック歯、
23はラックボックス、24はボックス本体、25はエンドキ
ャップ、27は転動体転動溝、30は湾曲路、38は止めナッ
ト（予圧付与手段）、Ｂは転動体、40a,55はピニオン
軸、43は貫通孔、44は凹部、45はメネジ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】両側面に軸方向の転動体転動溝を有すると
   共に転動体転動溝を有しない一面には軸方向にラック歯
   を有して延長された断面四角形状のラックと、横断面コ
   字形状とされ前記ラック歯が開口側を向くように前記ラ
   ックに軸方向移動可能に跨架されると共に前記ラック歯
   に噛み合うピニオンを有したピニオン軸を軸受を介して
   回転自在に支持するラックボックスとを備え、該ラック
   ボックスは、前記ラックの転動体転動溝に対向する転動
   体転動溝を内側面に、これに平行する転動体戻り通路を
   肉厚内に、それぞれ有するボックス本体と、該ボックス
   本体の端部に接合され前記転動体戻り通路と転動体転動
   溝とを連通せしめる半ドーナツ状に湾曲した湾曲路を有
   するエンドキャップと、前記相対する両転動体転動溝内
   に転動自在に挿入された多数の転動体と、前記ボックス
   本体の横断面コ字形状の開口部にこれをせばめる方向の
   予圧を付与する予圧付与手段と、を有していることを特
   徴とするラックピニオン装置。