KR102479307B1

KR102479307B1 - 랙기어 부착구조 및 랙기어

Info

Publication number: KR102479307B1
Application number: KR1020207033224A
Authority: KR
Inventors: 유타 야마다; 아키라 나가이; 야스시 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2022-12-19
Also published as: CN112368493A; WO2020008604A1; CN112368493B; JP7019277B2; TWI802686B; TW202006275A; JPWO2020008604A1; KR20210002564A

Abstract

랙기어(7)를 랙 부착면(8)에 부착하는 랙기어 부착구조에서는, 랙기어(7)의 랙본체부재(11)에는 복수 조의 홈(13)이 형성되어 있다. 홈(13)은, 랙본체부재(11)에 있어서 랙치열(12)이 형성되어 있는 부분을 제외하고, 랙본체부재(11)를 그 길이방향(11a)을 따라 소정의 간격으로 분단하고 있다. 랙기어(7)를 랙 부착면(8)에 체결하여 고정하면, 랙기어(7)에 가해지는 체결력에 의하여 랙기어(7)의 변형이 확실하게 교정된 상태에서, 랙 부착면(8)에 부착된다. 랙기어에 큰 외력을 가하여 소성변형시켜서 랙기어의 변형을 제거하는 공정 등을 필요로 하지 않고, 랙기어(7)를 정밀도 좋게 가공할 수 있고, 실제의 기계에 정밀도 좋게 조립할 수 있다.

Description

랙기어 부착구조 및 랙기어

본 발명은, 랙·피니언 기구(rack·pinion 機構)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 랙기어(rack gear)의 부착구조에 관한 것이다.

랙·피니언 기구의 구성부품인 랙기어는, 그 제조공정 중에 휨·구부러짐 등의 변형이 생긴다. 예를 들면 담금질(quenching), 템퍼링(tempering) 등의 열처리공정 등에 있어서, 랙기어에 변형이 생기기 쉽다. 변형이 생기면, 그 후의 랙기어의 제조공정에 있어서의 가공정밀도가 저하된다. 정밀도의 저하를 방지하기 위하여, 외력(外力)을 가하여 변형을 교정한 상태에서 랙기어를 소정의 랙기어 부착면(rack gear 附着面)에 부착하고, 이 상태에서 기어절삭공정, 연마공정, 검사공정 등을 하고 있다. 또한 랙기어에 큰 힘을 가하여 소성변형(塑性變形)시킴으로써 랙기어의 변형을 제거하여, 실제의 기계에 탑재하고 있다.

특허문헌1에는, 스티어링 장치(steering 裝置)에 사용되고 랙치열(rack齒列)이 형성된 랙 샤프트(rack shaft)를 소성변형시켜서 비뚤어짐을 제거하는 방법이 제안되어 있다. 이 방법에서는, 랙 샤프트의 양단부(兩端部)에 비하여 중앙부분의 단면적을 작게 하고, 랙 샤프트의 중앙부분의 랙치열 부분에 소성변형용의 힘을 가하여 랙 샤프트의 휨을 제거하고 있다.

: 일본국 공개특허 특개2017―32078호 공보

랙기어는 일반적으로 강성(剛性)이 높기 때문에, 외력을 가하여도 변형을 확실하게 교정할 수 없는 경우가 있다. 이 경우에는, 변형 혹은 비뚤어짐이 부분적으로 남은 상태에서, 랙기어에 기어절삭가공, 연마가공 등이 이루어져 버린다. 또한 변형 혹은 비뚤어짐이 남은 상태에서, 랙기어가 실제의 기계에 탑재되어, 피니언 기어와의 맞물림을 적절한 상태로 유지할 수 없는 등의 폐해가 생기는 경우가 있다.

본 발명의 과제는, 랙기어의 제조공정 혹은 사용 시(실제의 기계 탑재 시)에, 변형이 확실하게 교정된 상태에서, 랙기어를 소정의 랙기어 부착면에 부착할 수 있는 랙기어 부착구조를 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 외력을 가하여 변형이 교정된 상태에서, 랙기어를 소정의 랙기어 부착면에 부착하기 위한 랙기어 부착구조로서,

상기 랙기어는,

직선 모양으로 연장되는 랙본체부재와,

상기 랙본체부재의 외주 측면에, 그 길이방향으로 형성된 랙치열과,

상기 랙본체부재에 있어서의 상기 랙치열이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위를, 당해 랙본체부재의 길이방향을 따라 소정의 간격으로 분단하고 있는 복수 조의 홈을

갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

랙기어를 가공할 때, 실제의 기계에 탑재할 때에는, 볼트 등의 체결구를 사용하여, 랙기어를 기준이 되는 랙기어 부착면에 체결하여 고정한다. 복수 조의 홈을 형성하여 강성을 저하시킨 랙기어는, 체결구에 의한 외력이 가해지면, 비교적 용이하게 변형된다. 따라서 변형이 확실하게 교정된 상태에서, 랙기어를 랙기어 부착면에 체결하여 고정할 수 있다. 이 상태에서 기어절삭가공, 연마가공 등을 함으로써 정밀도 좋게 랙기어를 제조할 수 있다.

또한 랙기어는, 가공 후에 랙기어 부착면으로부터 떼어 내어 외력이 해제되면, 변형된 상태로 되돌아간다. 그러나 다음 공정에 있어서, 외력을 가하여 랙기어 부착면에 체결하여 고정하면, 전(前) 공정과 마찬가지로 변형이 교정된 상태가 된다. 따라서 가공정밀도가 유지된다.

또한 실제의 기계에 대한 탑재 시에 있어서도, 외력을 가하여 변형을 확실하게 교정한 상태에서, 실제의 기계측의 랙기어 부착면에 부착할 수 있다. 따라서 랙기어를 정밀도 좋게 조립할 수 있어, 피니언 기어와의 맞물림 상태도 적절한 상태로 유지할 수 있다. 또한 큰 외력을 가하여 소성변형시켜서 변형을 제거하는 공정을 필요로 하지 않고, 피니언 기어를 정밀도 좋게 실제의 기계에 탑재하는 것도 가능하게 된다.

도1은, 본 발명을 적용한 이송기구의 예를 나타내는 설명도이다.
도2는, 도1의 랙기어를 나타내는 설명도 및 랙기어의 변형상태의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명을 적용한 랙기어 부착구조(rack gear 附着構造)의 실시형태를 설명한다.

도1은 랙·피니언 기구(rack·pinion 機構)를 구비한 이송기구(移送機構)의 일례를 나타내는 설명도이다. 이송기구에 있어서는, 본 발명을 적용한 랙기어 부착구조가 사용되고 있다. 이송기구(1)는, 회전 액추에이터(回轉 actuator)(2)와, 랙·피니언 기구(3)를 구비하고 있다. 회전 액추에이터(2)는, 모터(4)와, 모터(4)의 회전을 감속시켜서 출력하는 감속기(減速機)(5)를 구비하고 있다. 랙·피니언 기구(3)는, 회전 액추에이터(2)의 출력축과 동축(同軸)으로 부착된 피니언 기어(pinion gear)(6)와, 피니언 기어(6)와 맞물려 있는 랙기어(rack gear)(7)와, 랙기어 부착면(8)이 형성된 기구 프레임(機構 frame)(9)을 구비하고 있다. 랙기어(7)는, 랙기어 부착면(8)에 예를 들면 체결볼트(10)에 의하여 체결되어 고정되어 있다. 이송기구(1)에는 랙기어 부착구조가 구비되어 있고, 이에 따라 기구 프레임(9)의 랙기어 부착면(8)에, 체결볼트(10)의 체결력에 의하여 변형이 교정된 상태로 랙기어(7)가 체결되어 고정된 상태가 형성된다.

도2(a)는, 랙기어(7)를 나타내는 설명도이다. 랙기어(7)는, 일직선으로 연장되는 직사각형 단면의 랙본체부재(rack本體部材)(11)를 구비하고 있다. 랙본체부재(11)의 횡단면 형상은 직사각형 단면에 한정되는 것은 아니고, 다각형, 원형 단면이어도 좋다. 랙본체부재(11)의 외주 측면에는, 그 길이방향(11a)으로 랙치열(rack齒列)(12)이 형성되어 있다. 랙본체부재(11)에 있어서, 랙치열(12)이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위에는, 당해 랙본체부재(11)의 부위를, 랙본체부재(11)의 길이방향(11a)으로 소정의 간격으로 분단(分斷)하고 있는 복수 줄의 홈(groove)(13)이 형성되어 있다.

직사각형 단면의 랙본체부재(11)에 있어서의 4개의 평탄한 외주 측면을 제1∼제4측면(21∼24)이라고 부르는 것으로 한다. 본 예에서는, 제1측면(21)에 랙치열(12)이 형성되어 있다. 랙치열(12)에 있어서는, 길이방향(11a)과 직교하거나 또는 소정의 각도를 갖는 방향으로 연장되는 톱니산이, 길이방향(11a)으로 일정한 피치(pitch)로 배열되어 있다.

복수 조의 홈(13)은, 제1측면(21)과는 반대측인 제3측면(23)에 있어서 길이방향(11a)을 따라 등간격(等間隔)으로 배열되어 있다. 각 홈(13)은, 길이방향(11a)과 직교하는 폭방향(11b)과 평행하거나 또는 소정의 각도를 갖고 연장되어 있다. 각 홈(13)은, 랙본체부재(11)의 제3측면(23)으로 노출되는 일정한 폭의 홈 개구(groove 開口)(13a)를 구비하고, 제3측면(23)에 있어서 폭방향(11b)의 전체 폭에 걸쳐서 형성되고, 그 양측의 홈 끝이 제2측면(22) 및 제4측면(24)으로 개구되어 있다. 또한 홈(13)은, 제3측면(23)으로부터 랙치열(12)이 형성되어 있는 제1측면을 향하여, 제3측면(23)과 수직으로 연장되는 직사각형 단면을 하고 있다. 본 예의 홈(13)은, 제3측면(23)으로부터 제1측면(21)까지 사이의 거리의 대략 반(半)의 홈 깊이의 홈이고, 홈의 바닥면 부분은 만곡원호면(彎曲圓弧面)에 의하여 규정되어 있다.

랙기어(7)는 예를 들면 다음의 공정을 거쳐서 제조된다. 우선, 랙치열(12) 및 홈(13)이 형성되어 있지 않은 직사각형 단면의 랙본체부재(11)를 제조한다. 이 랙본체부재(11)에 홈 가공을 하여 홈(13)을 형성한다. 또한 홀 가공(hole 加工)을 하여 체결볼트의 부착홀(14) 등을 형성한다. 다음에, 기어절삭가공을 하여, 홈(13)이 형성된 랙본체부재(11)에 랙치열(12)을 형성한다. 랙치열(12)이 형성된 랙본체부재(11)의 랙치열(12)에 연마공정 및 열처리공정(담금질(quenching), 소둔(燒鈍) 등)을 한다.

예를 들면 연마공정 혹은 열처리공정의 전에 있어서, 랙치열(12)을 형성한 랙본체부재(11)에는 변형이 생겨 있다. 예를 들면 도2(b)에 나타내는 바와 같이 길이방향(11a)에 있어서, 랙치열(12)이 형성된 제1측면(21)측이 약간 만곡면(彎曲面)이 되는 것처럼 랙본체부재(11)에 변형이 생긴다.

본 예의 랙기어(7)에는 홈(13)이 형성되어 있다. 예를 들면 연마가공용의 랙기어 부착면(도시하지 않음)에, 체결기구에 의하여 변형상태의 랙본체부재(11)가 부착된다. 체결기구에 의하여 외력(外力)을 가하여 변형이 교정된 상태에서, 랙본체부재(11)가 랙기어 부착면에 부착된다. 랙본체부재(11)에 있어서 제3측면(23)측의 부위는, 길이방향(11a)을 따라 홈(13)에 의하여 등간격으로 분단되어 있어, 강성(剛性)이 낮다. 외력을 가함으로써 변형이 확실하게 교정된 상태에서 랙기어 부착면에 부착되고, 이 상태에서 정밀도 좋게 가공이 이루어진다.

가공 후에 랙기어 부착면으로부터 랙기어(7)를 떼어 내면, 외력이 제거되기 때문에 다시 변형된 상태로 되돌아간다. 그러나 다음의 가공공정에 있어서, 외력을 가함으로써 변형이 확실하게 교정된 상태가 재현되어, 랙기어(7)가 정밀도 좋게 가공된다.

또한 랙기어(7)의 제조에 있어서는, 외력을 가하여 소성변형시켜서 변형을 제거하는 공정을 생략하는 것도 가능하다. 이 경우에 변형이 남아 있는 상태 그대로 랙기어(7)가 실제의 기계에 부착된다. 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 기구 프레임(9)의 랙기어 부착면(8)에, 랙기어(7)가 체결볼트(10) 등에 의하여 체결되어 고정된다. 랙기어(7)에는 홈(13)이 형성되어 있기 때문에, 체결볼트(10)의 체결 등에 의하여 랙기어(7)에 가해지는 외력에 의하여 랙기어(7)의 변형이 확실하게 교정된다. 따라서 랙기어(7)는, 변형이 교정된 상태에서 정밀도 좋게 랙기어 부착면(8)에 조립되어, 피니언 기어(6)에 정밀도 좋게 맞물린 상태를 형성할 수 있다.

또 본 예에서는, 랙기어(7)에 일정한 폭과 일정한 깊이의 가늘고 긴 직사각형 단면의 홈(13)을 형성하고 있다. 홈(13)은 직사각형 이외의 단면 형상의 홈이어도 좋다. 또한 홈의 바닥면 부분은 만곡원호면이 아니어도 좋다. 예를 들면 홈의 개구부로부터 홈의 바닥면을 향하여 끝으로 갈수록 가늘어지는 3각형 단면의 홈이어도 좋다. 또한 홈(13)의 간격은 등간격이 아니어도 좋다. 예를 들면 랙기어(7)의 길이방향(11a)에 있어서, 부착홀(14)의 근방에서는 홈의 간격을 넓게 하고, 부착홀(14)로부터 먼 부분에서는 홈의 간격을 좁게 한다. 이에 따라 체결볼트에 의한 체결력이 확보되어, 랙기어(7)의 변형도 확실하게 교정된다.

이상에서 설명한 바와 같이 랙기어(7)를 랙기어 부착면(8)에 부착하는 랙기어 부착구조에 있어서, 랙기어(7)의 랙본체부재(11)에는 복수 조의 홈(13)이 형성되어 있다. 홈(13)은, 랙본체부재(11)에 있어서 랙치열(12)이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위를, 그 길이방향(11a)을 따라 소정의 간격으로 분단하고 있다. 랙기어(7)를 랙기어 부착면(8)에 체결하여 고정하면, 랙기어(7)에 가해지는 체결력에 의하여 랙기어(7)의 변형이 확실하게 교정되고, 이 상태에서 랙기어 부착면(8)에 부착된다. 랙기어(7)에 큰 외력을 가하여 소성변형시켜서 랙기어의 변형을 제거하는 공정 등을 필요로 하지 않고, 랙기어(7)를 정밀도 좋게 가공할 수 있고, 또한 실제의 기계에 정밀도 좋게 조립할 수 있다.

Claims

외력(外力)을 가하여 변형이 교정된 상태에서, 랙기어(rack gear)가 소정의 랙기어 부착면(rack gear 附着面)에 체결볼트에 의하여 부착되어 있는 랙기어 부착구조(rack gear 附着構造)로서,
상기 랙기어는,
직선 모양으로 연장되는 랙본체부재(rack本體部材)와,
상기 랙본체부재의 외주 측면에, 그 길이방향으로 형성된 랙치열(rack齒列)과,
상기 랙본체부재에 있어서의 상기 랙치열이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위를, 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 분단(分斷)하고 있는 복수 조의 홈(groove)과,
상기 랙본체부재에 있어서 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 형성된 상기 체결볼트의 부착홀을
갖고 있고,
상기 홈은, 상기 랙본체부재에 있어서, 상기 부착홀의 근방에서는 제1간격으로 형성되고, 상기 부착홀로부터 먼 부분에서는 상기 제1간격과는 다른 제2간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 랙기어 부착구조.
외력을 가하여 변형이 교정된 상태에서, 랙기어가 소정의 랙기어 부착면에 체결볼트에 의하여 부착되어 있는 랙기어 부착구조로서,
상기 랙기어는,
직선 모양으로 연장되는 랙본체부재와,
상기 랙본체부재의 외주 측면에, 그 길이방향으로 형성된 랙치열과,
상기 랙본체부재에 있어서의 상기 랙치열이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위를, 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 분단하고 있는 복수 조의 홈과,
상기 랙본체부재에 있어서 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 형성된 상기 체결볼트의 부착홀을
갖고 있고,
상기 홈 및 상기 부착홀은, 각각 상기 길이방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고,
상기 홈은, 상기 길이방향에 있어서 인접하는 상기 부착홀 사이의 각각에, 복수 조 형성되어 있고,
상기 길이방향에 있어서 상기 부착홀의 양측에 위치하는 2조의 상기 홈의 간격은 제1간격이고,
상기 길이방향에 있어서 인접하는 상기 부착홀 사이에 위치하는 복수 조의 상기 홈의 간격은, 상기 제1간격보다 좁은 제2간격인 랙기어 부착구조.
제2항에 있어서,
상기 랙본체부재는 직사각형 단면의 부재이고,
상기 랙본체부재의 4개의 외주 측면을 제1∼제4측면이라고 하면, 상기 랙치열은 상기 제1측면에 형성되어 있고,
상기 홈은, 상기 제3측면으로 개구(開口)되고, 상기 제3측면에 있어서의 상기 길이방향과 직교하는 폭방향의 전체 폭에 걸쳐서 형성되어 있고,
상기 홈의 상기 폭방향의 양측(兩側)의 홈 끝은, 상기 제2측면 및 상기 제4측면으로 개구되어 있는
랙기어 부착구조.
제3항에 있어서,
상기 홈은, 홈 폭보다 홈 깊이가 큰 직사각형 단면의 홈이고, 상기 제1측면을 향하여 상기 제3측면으로부터 수직으로 연장되어 있는 랙기어 부착구조.
제2항의 랙기어 부착구조에 사용되는 랙기어로서,
상기 랙기어는,
직선 모양으로 연장되는 랙본체부재와,
상기 랙본체부재의 외주 측면에, 그 길이방향으로 형성된 랙치열과,
상기 랙본체부재에 있어서의 상기 랙치열이 형성되어 있는 부위와는 다른 부위를, 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 분단하고 있는 복수 조의 홈과,
상기 랙본체부재에 있어서 상기 길이방향을 따라 소정의 간격으로 형성된 상기 체결볼트의 부착홀을
갖고 있고,
상기 홈 및 상기 부착홀은, 각각 상기 길이방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있고,
상기 홈은, 상기 길이방향에 있어서 인접하는 상기 부착홀 사이의 각각에, 복수 조 형성되어 있고,
상기 길이방향에 있어서 상기 부착홀의 양측에 위치하는 2조의 상기 홈의 간격은 제1간격이고,
상기 길이방향에 있어서 인접하는 상기 부착홀 사이에 위치하는 복수 조의 상기 홈의 간격은, 상기 제1간격보다 좁은 제2간격이고,
상기 랙본체부재의 4개의 외주 측면을 제1∼제4측면이라고 하면, 상기 랙치열은 상기 제1측면에 형성되어 있고,
상기 홈은, 상기 제3측면으로 개구되고, 상기 제3측면에 있어서의 상기 길이방향과 직교하는 폭방향의 전체 폭에 걸쳐서 형성되어 있고,
상기 홈에 있어서 상기 폭방향의 양측의 홈 끝은, 상기 제2측면 및 상기 제4측면으로 개구되어 있는 랙기어.
제5항에 있어서,
상기 홈은, 홈 폭보다 홈 깊이가 큰 직사각형 단면의 홈이고, 상기 제1측면을 향하여 상기 제3측면으로부터 수직으로 연장되어 있는 랙기어.