(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歯が平面上または曲面上に並んで形成され、この歯に噛み合うピニオンギヤに対して相対的な回転伝達を行うラックの構造において、前記歯はその中心線について対称的に傾斜する一対の歯面と、この各歯面と異なる傾斜角をもって傾斜する一対の傾斜部と、各歯面をこの各傾斜部を介して結ぶ頂部と、少なくともこの頂部に開口する凹部とを備え、この凹部を各歯面と各傾斜部と頂部とに渡って開口しかつ歯並び方向に連続して延びる形状としたことを特徴とするラックの構造。
【請求項２】
前記凹部は前記ピニオンギヤの歯と噛み合う略中心位置となるピッチ位置より歯の底部側に至る深さを持つことを特徴とする請求項１に記載のラックの構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピニオンギヤに対して相対的な回転伝達を行うラックの構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、モータの回転を直線運動に変換する電磁アクチュエータとして、互いに噛み合うラックとピニオンギヤによって相対的な回転伝達を行う、いわゆるラック・ピニオン機構が多く用いられている。
【０００３】
従来からラックの歯の形状については種々の改良がなされ、歯同士の噛み合い伝達時の抵抗や発生音や発熱を減少させて効率性や耐久性の向上がはかられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラックの歯の形状については、未だ最適となるものは無く、少なくとも動力の伝達で生じる発生音は、不必要な歯同士の歯当たりが残留されていることと、歯同士の噛み合い伝達時の加圧とこすれ合いからなる摩擦や摺動によることが考えられ、これらは発生音とともに多くの障害を伴い、効率性と耐久性を損なっているのが現状である。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、作動音を小さく抑えられ、強力なトルク伝達を可能にするラックの構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の歯が平面上または曲面上に並んで形成され、この歯に噛み合うピニオンギヤに対して相対的な回転伝達を行うラックの構造において、歯をその中心線について対称的に傾斜する一対の歯面と、この各歯面と異なる傾斜角をもって傾斜する一対の傾斜部と、各歯面を各傾斜部を介して結ぶ頂部と、少なくともこの頂部に開口する凹部とを備え、この凹部を各歯面と各傾斜部と頂部とに渡って開口しかつ歯並び方向に連続して延びる形状とした。
【００１１】
【発明の作用および効果】
本発明において、傾斜部を設けることによって、ピニオンギヤの歯底付近の歯面間で生じる相対的な回転と速度差による不必要な歯当たりを抑えて作動音を小さくするとともに、滑り摩擦抵抗を減らして強力なトルク伝達を可能にする。
【００１２】
凹部を設けたことによって、ピニオンギヤとの噛み合い伝達時に発生音が生じても、発生音を凹部内で吸収し、凹部の内壁面で発生音の位相を反転させて互いに反響させて打ち消す効果が得られる。
【００１３】
さらに、凹部を設けたことによって、潤滑油を凹部内に毛細管現象や表面張力を利用して溜めておくことが可能となり、潤滑性を維持し、発生音を抑えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示すように、互いに噛み合うラックＲとピニオンギヤＰは、相対的な回転伝達を行う、いわゆるラック・ピニオン機構を構成している。ラックＲはガイドレール５に沿って矢印ｗ方向に移動可能に支持されている−方、ピニオンギヤＰはガイドレール５に固定された部材４に対して軸３を中心に回転可能に支持されている。
【００１９】
ラックＲには複数の同形の歯１０が平面上または曲面上に等間隔に並んで形成される。この歯１０はその中心線について対称的に傾斜する一対の歯面１１と、この歯面１１と異なる傾斜角をもって傾斜する一対の傾斜部１４と、各歯面１１を各傾斜部１４を介して結ぶ頂部１３と、頂部１３に開口する凹部１５とを有する。
【００２０】
図２に示すように、傾斜部１４は、頂部１３につながる平面状の傾斜面１４−１と、この傾斜面１４−１と歯面１１を結んで膨出する曲面状の傾斜面１４−２とを連続させて形成する。
【００２１】
具体的には、ラックＲの歯１０の大きさの単位がモジュール２以上（２．５や３やそれ以上のモジュールであってもよい）の場合に、傾斜面１４−１は、歯面１１と接する接線からなる第１交差線２１（図中の点線）と、頂部１３と接する接線からなる第２交差線２２（図中の点線）との少なくとも二つの交差線とが交わる位置ｓｌから第三交差線２１上を歯１０の底部１７に向かって略０．０７ｍｍの位置であって、歯１０間の底部１７どうしを結ぶ接線３０（図中の点線）に対して略垂直となる第３交差線２３（図中の点線）と第１交差線２１とが交わる位置ｓ２を基にして第３交差線２３に対して略６０〜７０°の接線３１（図中の点線）と接する。傾斜面１４−２は、曲率半径を略０．３ｍｍとする円弧状の曲面からなり、傾斜面１４−１と歯面１１を段差なく結んでいる。
【００２２】
また、ラックＲの歯１０の大きさの単位がモジュール２以下（例えば１．５や１．２５や１やそれ以下のモジュールであってもよい）の場合に、傾斜面１４−１は、歯面１１と接する接線からなる第１交差線２１（図中の点線）と、歯１０の頂部１３と接する接線からなる第２交差線２２（図中の点線）との少なくとも二つの交差線とが交わる位置ｓｌから第１交差線２１上を歯１０間の底部１７に向かって略０．１ｍｍの位置であって、歯１０間の底部１７間を結ぶ接線３０（図中の点線）に対して略垂直となる第３交差線２３（図中の点線）と第１交差線２１とが交わる位置ｓ２を基にして第３交差線２３に対して略６０°の接線３１（図中の点線）と接する。傾斜面１４−２は、曲率半径を略０．４ｍｍとする円弧状の曲面からなり、傾斜面１４−１と歯面１１を段差なく結んでいる。
【００２３】
このようにして平面状の傾斜面１４−２と曲面状の傾斜面１４−１を連結した複合的な傾斜部１４を設けることによって、ピニオンギＰの歯底付近の歯面間で生じる相対的な回転と速度差による不必要な歯当たりを抑えるとともに、滑り摩擦抵抗を減らすことが可能となるとともに、歯１０の成形時に生じるバリの発生を減少させることも可能となる。
【００２４】
凹部１５は、図３に示すように、歯並び方向ｆの方向に延びる縦凹部１５−１と、歯幅方向ｔの方向に延びる横凹部１５−２とからなる。縦凹部１５−１は歯面１１も傾斜部１４、頂部１３に渡って開口し、底部１７の近傍まで延びている。横凹部１５−２は頂部１３と側面１６に渡って開口し、底部１７に到る途中まで延びている。
【００２５】
凹部１５を設けたことによって歯１０の表面積が増加するため、歯１０を焼き入れすることにより、歯１０を構成される素材の張力や硬度を高めることが容易となる。また、焼き入れをしない場合においても、歯１０の表面及び外壁を構成される素材の張力を帯びる面積が増加されることと、ピニオンギヤＰとラックＲ間の噛み合い伝達による加圧力を複数の歯面１１に分割し加圧力を分散することも可能となるために、歯１０におけるトルク伝達力と耐久性を向上させることが可能となる。
【００２６】
凹部１５を設けたことによって騒音を低減する効果が得られる。ピニオンギヤＰとラックＲ間の噛み合い伝達時に発生音が生じた場合にあっても、発生音を縦凹部１５−１と横凹部１５−２内で吸収し、その内壁面で発生音の位相を反転させて互いに反響させて打ち消す効果が得られる。
【００２７】
さらに、凹部１５を設けたことによって潤滑性を高められる。潤滑油を縦凹部１５−１横凹部１５−２内に毛細管現象や表面張力を利用して溜めておくことが可能となり、円滑な駆動伝達を可能にする点で有効となり、ピニオンギヤＰとラックＲ間の噛み合いと滑り摩擦時の潤滑油切れや、歯面１１の消耗を防止し、前記発生音を未然に防止し、耐久性を向上させることが可能となる。
【００２８】
なお、縦凹部１５−１と横凹部１５−２の周囲やコーナ部分を鋭角とならないように円弧状の湾曲面や他の傾斜部を設けて安全性を高めることが好ましい。また、複数の縦凹部１５−１、横凹部１５−２を設けてもよい。
【００２９】
次に図４に示す他の実施の形態を説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００３０】
傾斜部１４は、点ｍ１を中心とする円弧状凸曲面の傾斜面１４−３と、傾斜面１４−３に対して小さな半径であって点ｍ２を中心とする円弧状凸曲面の傾斜面１４−４とを有する。傾斜面１４−３はその延長面上で歯面１１、傾斜面１４−４と滑らかに連続し、傾斜面１４−４はその延長面上で歯１０の頂部１３と滑らかに連続している。
【００３１】
また、図５に示すように、傾斜部１４は、中心位置が異なる複数の半径の異なる円弧状凸曲面を複合的に連続させた傾斜面１４−５で構成してもよい。傾斜面１４−５はその延長面上で歯面１１、頂部１３に滑らかに連続している。
【００３２】
これらの構成によって、ラックＲとピニオンギヤＰとの歯当たり部分を削除できるために、摩擦抵抗や不必要な歯当たりによる障害を減少させることが可能となる。
【００３３】
次に図６に示す他の実施の形態を説明する。傾斜部１４は、図示の点ｍ１を中心に同一半径の円弧状凸曲面からなる傾斜面１４−３と、傾斜面１４−３の−部を削除するように延びる平面状の傾斜面１４−６とを有する。傾斜面１４−３はその延長面上で歯面１１、頂部１３と滑らかに連続している。
【００３４】
この構成によって、少なくともラックＲとピニオンギヤＰとの歯当たり部分を削除できるために、摩擦抵抗や不必要な歯当たりによる障害を減少させることが可能となる。
【００３５】
次に図７に示す他の実施の形態を説明する。歯面１１−１は円弧状凹曲面によって形成される。この場合、歯面１１−１が凹状に窪んでいることにより、ラックＲとピニオンギヤＰとの歯当たり部分を削除できるために、摩擦抵抗や不必要な歯当たりによる障害を減少させることが可能となる。
【００３６】
また、ピニオンギヤＰとの噛み合いによる加圧力と滑り摩擦を円弧状に窪んだ凹面形状１１−１で受けることが可能となり、互いの歯が凸面と凸面間或いは凸面と平面間での噛み合いによる加圧力と滑り摩擦から、凹面と凸面間での噛み合いによる加圧力と滑り摩擦となるために、例えば、消音効果と円滑性と効率性を確保することが可能となる。
【００３７】
また、噛み合い部や滑り合う面における潤滑油を毛細管現象や表面張力的に溜めておく面積を増加させることも可能となる。また、凹面形状１１−１の歯面の消耗を減少させ耐久性を向上させることも可能となる。
【００３８】
なお、凹面形状１１−１は、一つの中心位置を中心に同一半径の円弧状以外にも複合的な円弧状の面で構成してもよい。また、凹面形状１１−１は、円弧状と平面とを滑らかに接続させた複合的な面形状としてもよい。
【００３９】
次に図８に示す他の実施の形態を説明する。ラックＲの歯１０は、ピニオンギヤＰの歯と噛み合う略中心位置となる図示のピッチ位置４０と、歯１０の底部１７の位置間の距離Ｌ１と比べて、ピッチ位置４０と歯１０の頂部１３の位置間の距離Ｌ２を短く構成する。これにより、歯１０の頂部１３がピニオンギヤＰの歯の底部に近い歯面に対して不必要な歯当たりをすることが避けられ、歯１０とピニオンギヤＰ間での噛み合いによる相対的な回転伝達時に発生音が生じることを防止し、摩擦抵抗や不必要な歯当たりによる障害を減少させることが可能となる。
【００４０】
なお、前記各実施の形態は、板状、棒状、多角形、円筒状、円柱状の部材の壁面に構成されるラックＲに適用してもよい。
【００４１】
また、ラックＲの歯１０は、平面状または曲面状の部材に対して平面的または曲面的に設けることもできる。例えば歯１０を平面的に設けた場合は、ラックＲを直線的または曲線的に往復運動させることを可能になるが、曲面的に設けた場合もラックＲを直線的または曲線的に往復運動させる事を可能になる。
【００４２】
また、ラックＲの複数の歯１０は、略平行な歯並びでも、僅かに角度を設けられた歯並びでもよい。
【００４３】
また、歯１０の頂部１３においても、歯１０の歯筋方向に対して僅かな傾斜角を平面的あるいは曲面的に設けて構成させても、僅かな傾斜角を設けずに構成させることもできる。
【００４４】
また、本発明のラックＲの成形は、多様な歯切り機械や、多様な型枠による成形を含めて既存の多様な成形方法や新たな成形方法を用いることができる。
【００４５】
また、歯面１１の圧力角を、２０°とは異なる角度にしたり、歯面１１を曲面状に構成することもできる。
【００４６】
また、歯１０の頂部１３は、歯幅方向（図３に示す矢印ｔ方向）についてどの位置に形成してもよく、頂部１３自体も歯幅方向に向かって傾斜させてもよい。
【００４７】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すラック・ピニオン機構の側面図および正面図。
【図２】同じくラックの側面図。
【図３】同じくラックの斜視図。
【図４】他の実施の形態を示すラックの側面図。
【図５】他の実施の形態を示すラックの側面図。
【図６】他の実施の形態を示すラックの側面図。
【図７】他の実施の形態を示すラックの側面図。
【図８】他の実施の形態を示すラックの側面図。
【符号の説明】
Ｒ  ラック
Ｐ  ピニオン
１０  歯
１１  歯面
１３  頂部
１４  傾斜部
１５  凹部
【図１】
0003558614.tif 000002
【図２】
0003558614.tif 000003
【図３】
0003558614.tif 000004
【図４】
0003558614.tif 000005
【図５】
0003558614.tif 000006
【図６】
0003558614.tif 000007
【図７】
0003558614.tif 000008
【図８】
0003558614.tif 000009