(57)【要約】【課題】潤滑性の向上と耐摩耗性の改善により、ラック２に対するピン１ａの良好な噛合状態を長期にわたって維持でき、耐久性が向上して長寿命化に寄与するローラピニオン装置１を提供する。【解決手段】ピン１ａの全周面に硬度の高い多孔性金属メッキ層１１を施したので、ラック２に対するピン１ａの耐摩耗性が改善し、多孔性金属メッキ層１１の小孔１ｃおよびピン１ａの微細孔１２に潤滑油を充填しているので、ラック２に対するピン１ａの潤滑性が向上する。すなわち、ローラピニオン装置１の回転駆動時、ローラピニオン１Ａに負荷が加わり、ピン２がラックの歯部２ａに摺接して離れるに伴い、呼吸作用のように潤滑油が微細孔１２および小孔１ｃに対して入出するため、ラック２に対するピン１ａの潤滑性が優れる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の円周に沿って形成された複数の取付穴を有し、互いに対向する状態に並置された第１保持部材および第２保持部材と、
前記第１保持部材の前記取付穴に嵌込まれた第１ベアリングおよび前記第２保持部材の前記取付穴に嵌込まれた第２ベアリングと、
一端部が前記第１保持部材の前記第１ベアリングに回転可能に挿入支持され、他端部が前記第２保持部材の前記第２ベアリングに回転可能に挿入支持されたピンを複数有するもので、複数の歯部から成るラックに噛合するローラピニオンとを備えたローラピニオン装置であって、
前記第１ベアリングおよび前記第２ベアリングは、前記ピンの外周部に嵌め込まれて前記ピンに外接状態で回転可能に保持された摺動体を有する筒状の籠体と、前記籠体の外側開口部を閉鎖する蓋板とを備え、
前記ピンは、その全周面にわたって形成されて多数の微細孔を有する微細孔面部と、前記微細孔面部を覆うようにして前記微細孔面部の全表面に形成した高硬度の多孔性金属メッキ層とを有し、
前記微細孔および前記多孔性金属メッキ層は、内部に潤滑油を充填保持し、前記潤滑油を前記微細孔および前記多孔性金属メッキ層の微細な隙間空間としての小孔から潤滑油を徐々に前記多孔性金属メッキ層の外表面に滲出させて、前記ピンに噛合する前記ラックの歯部に潤滑油被膜を形成するようにしたことを特徴とするローラピニオン装置。
【請求項２】
前記多孔性金属メッキ層の厚みは、１０μｍ−３００μｍの寸法範囲で、前記多孔性金属メッキ層の前記小孔の直径は１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のローラピニオン装置。
【請求項３】
前記多孔性金属メッキ層は、ヴィッカース硬度（Ｈｖ）を８５０以上とする硬質クロム、ニッケル・クロム合金、ロジウムおよび白金のうちの一つから成るメッキ層であることを特徴とする請求項１に記載のローラピニオン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックの歯部に噛合させる複数のピンから成るローラピニオンに係り、とりわけラックに対するピンの潤滑性および耐摩耗が向上するよう改良したローラピニオン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラックとピニオンとを組合せた作動機構は、「回転運動と直線運動の変換装置」として知られたものがある（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の変換装置は、二個のローラ保持部材の間に複数のピンを設けたローラピニオンを構成している。ローラピニオンのピンは、ラックに噛合し、ローラピニオンの回転に伴ってラックが長手方向に往復移動する。これにより、低騒音かつ低振動で、伝達抵抗が小さく、がたつきが発生せず、剛性の高いラック・ピニオンを実用化している。
この種の変換装置は、ラック・ピニオンを工作機械、精密駆動機構、クリーンルーム内でのロボットの走行、ストッカー搬送や洗浄ライン搬送などに組込むことにより格段に改良されている。
【０００３】
特許文献２では、シャフトの先端が当接して摺動するスラスト軸受を設けた軸受が構成されており、射出成形可能な超高分子量ポリエチレン（ポリハイソリジュールジャパン社製ＳＩＸ−８０００）によりスラスト軸受を形成し、スラスト荷重を受ける摺動部の耐久性を高めている。
【０００４】
特許文献３では、シャフトのスラスト方向の荷重を受けるため、軸受板を設けた軸受装置が開示されている。軸受板は、融点の低い汎用樹脂と融点の高い耐熱樹脂のアロイにより構成されている。汎用樹脂はスラスト方向の荷重を支え、耐熱樹脂は溶融により軸受板の潤滑剤として働いて摩耗を防いでいる。
【０００５】
特許文献４では、耐摩耗性で摩擦係数の安定している樹脂スラスト受けおよび金属プレートを有する軸受装置を開示している。樹脂スラスト受けと金属プレートとの接触面で摩擦力を発生させて、逆転防止力として窓下がり防止の制動力を得ている。
【０００６】
特許文献５では、スラストボール、プレートおよび高硬度のスラスト受プレートを備えた軸受構造を開示している。プレートおよびスラスト受プレートに対するスラストボールの一点で当接する接触状態を維持し、接触部位での摩耗を防いで耐久性を確保するように構成している。
【０００７】
特許文献６では、モータ軸にボール受け溝を形成し、ボール受け溝にスチールボールを配したスラスト軸受構造が開示されている。スチールボールは、焼き入れ処理されたプレートに点接触するように構成され、スチールボールとプレートとの間に設けられた摺動部の摩擦を抑制している。
【０００８】
特許文献７では、発電機やポンプに組み込まれたスラスト軸受に関するもので、小型化に伴って、過酷な条件下で高い面圧に耐えられるように改良したスラスト軸受用摺動部材を開示している。その代表例として、ポリエーテル・エーテルケトンを基材とする耐摩耗性に優れ、かつ起動時摩擦係数の低いスラスト軸受用摺動部材を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１８４８４２号公報
【特許文献２】特開２０００−２０５２４３号公報
【特許文献３】特開平５−６８３５５号公報
【特許文献４】特開平９−１９１６０９号公報
【特許文献５】特開２００２−１５５９３０号公報
【特許文献６】特開平３−１８１６１０号公報
【特許文献７】特開平９−３１６３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１−７のいずれでも、スラスト軸受が摺動性、潤滑性および耐摩耗性に優れるように、シャフトや回転軸の当接構造を改良している。
しかしながら、ローラピニオンのピンがラックの歯部に噛み合う時の潤滑性や耐摩耗性については、殆ど考慮されていないため、この方面において改良の余地があった。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的はラックに対してピンた噛合して回転する時、ラックに対するピンの潤滑性が向上して、保守・点検および管理が容易となるとともに、耐摩耗性が改善し、ラックに対するピンの良好な噛合状態を長期にわたって維持できるようになり、耐久性が向上して長寿命化が図られるローラピニオン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（請求項１について）
ローラピニオン装置において、第１保持部材および第２保持部材は、一定の円周に沿って形成された複数の取付穴を有し、互いに対向する状態に並置されている。第１ベアリングは、第１保持部材の取付穴に嵌込まれ、第２ベアリングは第２保持部材の取付穴に嵌込まれている。
複数のピンは、多数の歯部を有するラックに噛合するように配され、ピンの一端部は第１保持部材の第１ベアリングに回転可能に挿入支持され、他端部は第２保持部材の第２ベアリングに回転可能に挿入支持されている。
第１ベアリングおよび第２ベアリングは、ピンの外周部に嵌め込まれてピンに外接状態で回転可能に保持された摺動体を有する筒状の籠体を有し、籠体の外側開口部を閉鎖する蓋板を備えている。
ピンは、その全周面にわたって形成されて多数の微細孔を有する微細孔面部と、微細孔面部を覆うようにして微細孔面部の全表面に形成した高硬度の多孔性金属メッキ層とを有する。
微細孔および多孔性金属メッキ層は、内部に潤滑油を充填保持し、潤滑油を微細孔および多孔性金属メッキ層の微細な隙間空間としての小孔から潤滑油を徐々に多孔性金属メッキ層の外表面に滲出させて、ピンに噛合するラックの歯部に潤滑油被膜を形成する。
【００１３】
請求項１では、ピンの全周面に高硬度の多孔性金属メッキ層を施したので、ラックに対するピンの耐摩耗性が改善する。
多孔性金属メッキ層の微細孔およびピンの小孔に潤滑油を充填保持しているので、ラックの歯部に対するピンの潤滑性が向上する。
【００１４】
すなわち、ローラピニオンの回転時、ピンがラックに摺接して離れるに伴い、呼吸作用のように潤滑油が自ら小孔および微細孔に対して出入りするため、ラックに対するピンの潤滑性が向上するものである。
小孔および微細孔に対する潤滑油の出入れ動作に伴い、ラックやピンに対して定期的に給油する必要がなくなることにより、無給油システムが構築されてローラピニオンに対する保守・点検および管理が容易となる。
【００１５】
潤滑性の向上と耐摩耗性の改善により、ラックに対するピンの良好な噛合状態を長期にわたって維持できるようになり、耐久性が向上して長寿命化が図られるものである。
また、ピンの耐摩耗性の向上に伴い、ピンがラックに噛合回転して生じる摩耗粉の量が少なくなり、清浄な空気環境が必要なクリーンルームで、ローラピニオンをラックと一緒に使用する場合に好適である。
【００１６】
（請求項２について）
多孔性金属メッキ層の厚みは、１０μｍ−３００μｍの寸法範囲で、多孔性金属メッキ層の小孔の直径は１００μｍ以下である。
請求項２では、多孔性金属メッキ層に十分な潤滑油を充填保持させることができてラックに対するピンの潤滑性の向上に寄与する。
【００１７】
（請求項３について）
多孔性金属メッキ層は、ヴィッカース硬度（Ｈｖ）を８５０以上とする硬質クロム、ニッケル・クロム合金、ロジウムおよび白金のうちの一つから成るメッキ層である。
請求項３では、多孔性金属メッキ層のヴィッカース硬度（Ｈｖ）を８５０以上としているので、ラックに対するピンの耐摩耗性の改善に寄与する。
。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ラックに噛合するローラピニオン装置を示す斜視図である（実施例１）。
【図２】ローラピニオン装置を示す縦断面図である（実施例１）。
【図３】（ａ）はピンの一端面１Ａ、他端面１Ｂならびに円周面１Ｃを示す正面図、（ｂ）はピンを示す破断面図である（実施例１）。
【図４】摩耗粉の粒径（μｍ）と単位立方当たりの累積個数濃度（個／ｍ3 ）との関係を示すグラフである（実施例１）。
【図５】ローラピニオンを示す縦断面図である（実施例２）。
【図６】平歯車に噛合するローラピニオンを示す縦断面図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明のローラピニオンでは、ラックに対してピンが噛合して回転する時、ラックに対するピンの潤滑性が向上するとともに、耐摩耗性が改善する構成により、ラックに対するピンの良好な噛合状態を長期にわたって維持できて長寿命化が図られるものである。
【実施例】
【００２０】
〔実施例１の構成〕
図１ないし図４に基づいて本発明の実施例１を説明する。以後の説明では、特に断らない限り、各部材の位置および方向の特定は、各実施例を通して対応する図面の左右および上下方向に従う。
【００２１】
図１に示すローラピニオン１は、棹状を成すラック２の歯部２ａに噛合するもので、後述する複数（例えば１０本）のピン１ａを等角度間隔に配置している。ローラピニオン装置１のローラピニオン１Ａは、図２に示すように、互いに対向する状態に並置されたフランジ盤状の第１保持部材３および第２保持部材４を有している。以後、ローラピニオン装置１とローラピニオン１Ａとは、互いに同一構造を有する意味で使用する。
第１保持部材３の外周縁部には、一定の円周に沿ってピン１ａに対応する複数の取付穴３ａが設けられ、第２保持部材４の外周縁部にも一定の円周に沿ってピン１ａに対応する複数の取付穴４ａが設けられている。
【００２２】
第１ニードルベアリング５および第２ニードルベアリング６は、それぞれ第１ベアリングおよび第２ベアリングとして機能するもので、図２に示すように、ケージとしての籠体７に摺動体として複数のニードルローラ９を設置して成る。
ニードルローラ９は、籠体７に沿って所定のピッチ円に沿って配列され、中心となるピン１ａに外接状態に摺接している。左右の籠体７の外側開口部７ａには、外側開口部７ａを閉鎖するキャップ状の蓋板１０がスラスト軸受として機能するように一体的に連接形成されている。
【００２３】
第１ニードルベアリング５は、第１保持部材３の取付穴３ａに嵌込まれ、第２ニードルベアリング６は第２保持部材４の取付穴４ａに嵌込まれている。各ピン１ａの一端部１ｅは、第１保持部材３の第１ニードルベアリング５に回転可能に挿入支持され、他端部１ｆは第２保持部材４の第２ニードルベアリング６に回転可能に挿入支持されている。
【００２４】
図３（ａ）において、ピン１ａの一端面１０Ａ、他端面１０Ｂならびに円周面１０Ｃを含む全外表面には、メッキ処理により硬度の高い多孔性金属メッキ層１１として施している。
多孔性金属メッキ層１１は、ビィカース硬度（Ｈｖ）を８５０以上とする硬質クロム、ニッケル・クロム合金、ロジウムおよび白金から選択した一つから成る。この場合、本発明の一例として硬質クロムを選択・適用している。
【００２５】
多孔性金属メッキ層１１を多孔性硬質クロムメッキ層として形成するに当たっては、素地とてのピン１ａを打痕、梨子地やホーニングを付与して、ピン１ａの全周面に高質クロムメッキをしたり、あるいは硬質クロムメッキ後に逆電流を流す陽極処理を施し、電解エッチング後にホーニング仕上げを公知の処理方法に沿って行う（例えば、三和メッキ工業株式会社）。多孔性金属メッキ層１１の厚みＴは、１０μｍ−３００μｍの寸法範囲に設定され、多孔性金属メッキ層１１の微細な隙間空間である小孔１ｃの直径ｄは１００μｍ以下に設定されている。
なお、後述するようにピン１ａの外周面に微細孔１２を形成した後、多孔性金属メッキ層１１を形成しても、多孔性金属メッキ層１１は微細孔に浸入しないものである。
【００２６】
また、電子ビーム穴加工（例えば株式会社ＭＰＳ、太平洋特殊鋳造株式会社の加工方法参照）により、図３（ｂ）に示すように、ピン１ａの外周面には、潤滑油（図示せず）を充填・保持する多数の微細孔１２を設けている。ピン１ａの微細孔１２が、設けられた表層部分を微細孔面部１２Ａとしている。微細孔１２の深さ方向Ｗはピン１ａの軸方向Ｓに対して直角である。
微細孔１２の加工は、多孔性金属メッキ層１１の形成に先立って行われるもので、微細孔１２の直径Ｄは０．１ｍｍ−０．５ｍｍの寸法範囲内に設定し、微細孔１２の深さＥを０．５ｍｍ−１．０ｍｍの寸法範囲内に設定している。
なお、図３（ｂ）では、便宜上の観点からピン１ａの微細孔１２の直径Ｄと小孔１ｃの直径ｄと連通させた同一寸法として記している。実際には、微細孔１２と小孔１ｃとは、径寸法の相違により部分的に連通し合ったり、場合によっては不連通状態になったりすることがある。
【００２７】
上記構成において、第１保持部材３におけるピン１ａは、第２保持部材４におけるピン１ａと同様に作動するので、専ら第１保持部材３におけるピン１ａについて説明するとする。ローラピニオン１の回転駆動時、ローラピニオン１のピン１ａは、ラック２の歯部２ａに噛合して長手方向Ｋに走行する（図１参照）。
この回転駆動過程で、微細孔１２および多孔性金属メッキ層１１は、内部に潤滑油を充填保持する。保持した潤滑油を微細孔１２および多孔性金属メッキ層１１の微細な隙間空間としての小孔１ｃから潤滑油を徐々に多孔性金属メッキ層１１の外表面に滲出させる。これにより、ピン１ａに噛合するラック２の歯部２ａには、ミクロン単位の厚みの潤滑油被膜（図示せず）が形成される。
【００２８】
〔実施例１の効果〕
ピン１ａの全周面に多孔性硬質クロムメッキ層を高硬度の多孔性金属メッキ層１１として施したので、ラック２に対するピン１ａの耐摩耗性が改善する。
多孔性金属メッキ層１１の微細孔１１ａおよびピン１ａの小孔１ｃに潤滑油を充填・保持しているので、ラック２の歯部２ａに対するピン１ａの潤滑性が向上する。
【００２９】
すなわち、ローラピニオン１Ａの回転時、ピン１ａがラック２に摺接して離れるに伴い、呼吸作用のように潤滑油が自ら小孔１ｃおよび微細孔１２に対して出入りするため、ラック２に対するピン１ａの潤滑性が向上するものである。
小孔１ｃおよび微細孔１２に対する潤滑油の出入れ動作に伴い、ラック２やピン１ａに対して定期的に給油する必要がなくなることにより、無給油システムが構築されてローラピニオン１Ａに対する保守・点検および管理が容易となる。
潤滑性の向上と耐摩耗性の改善により、ラック２に対するピン１ａの良好な噛合状態を長期にわたって維持できるようになり、耐久性が向上して長寿命化が図られるものである。
【００３０】
ここで、ピン１ａとラック２とが噛合回転して生じる摩耗粉の量を実測した結果を図４のグラフに示す。このグラフは、摩耗粉の粒径（μｍ）と単位立方当たりの累積個数濃度（個／ｍ3 ）との関係を示すもので、本発明の実施例１では、図４の記号Ｍに示す折れ線で示される。多孔性硬質クロムメッキ層を施していないピンについては、記号Ｎの折れ線で示される。
記号Ｎの折れ線に比べて、記号Ｍの折れ線では、摩耗粉が粒径が非常に小さく、累積個数濃度も極端に少ないことが分かる。このため、本実施例のピン１ａにより、清浄な空気環境が必要なクリーンルームで、ローラピニオン１をラック２と一緒に使用する場合に好適であることが判明した。
【００３１】
微細孔１２の直径ｄは０．１ｍｍ−０．５ｍｍの寸法範囲内に設定し、微細孔１２の深さＥを０．５ｍｍ−１．０ｍｍの寸法範囲内に設定している。ピン１ａは多孔性の特質を示し、ラック２に対するピン１ａの潤滑性の向上に寄与する。
また、多孔性金属メッキ層１１の形成にあたっては、ヴィカース硬度（Ｈｖ）を８５０以上とする硬質クロムを適用したので、ラック２に対するピン１ａの耐摩耗性の改善に寄与する。硬質クロムの代わりに、ニッケル・クロム合金、ロジウムおよび白金からいずれか一つを選択・適用しても同様である。
【００３２】
多孔性金属メッキ層１１の厚みＴを１０μｍ−１００μｍの寸法範囲に設定し、多孔性金属メッキ層１１の小孔１ｃの直径Ｄを１００μｍ以下に設定している。これにより、多孔性金属メッキ層１１に十分な潤滑油を充填・保持させることができてラック２に対するピン１ａの潤滑性の向上に寄与する。
【００３３】
〔実施例２の構成〕
図５は本発明の実施例２を示す。実施例２が実施例１と異なるところは、キャップ状の蓋板１０の代りに、環状の押え板１０Ｈを用いて、籠体７の外側開口部７ａを閉塞したことである。実施例８にように押え板１０Ｈを用いても、実施例１と同様な効果が得られる。
【００３４】
〔実施例３の構成〕
図６は本発明の実施例３を示す。実施例３が実施例１と異なるところは、ラック２に代わって、周方向Ｎに平歯１４ａを形成した平歯車１４を用いたことである。
ローラピニオン１を水平に沿って配置して平歯車１４に噛合させ、割出し装置の出力軸を駆動したり、天文台の天体望遠鏡を回転駆動するようにしてもよい。
【００３５】
〔変形例〕
（ａ）実施例１では、ラック２を水平に配置し、ローラピニオン１Ａをラック２に対して垂直となるように噛合させたが、ラック２およびローラピニオン１Ａの配置方向は使用状態や取付状態などに応じて所望に設定することができる。
（ｂ）実施例１のピン１ａを１０本としたが、ピン１ａについては、１０本に限らず使用状況などに応じて所望の本数に設定してもよい。また、籠体７の外側開口部７ａに、キャップ状の蓋板１０を一体に形成したが、別体のキャップを外側開口部７ａに溶接手段などにより接合してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係るローラピニオン装置では、潤滑性の向上と耐摩耗性の改善により、ラックに対するピンの良好な噛合状態を長期にわたって維持できるようになり、耐久性が向上して長寿命化が図られるものである。ローラピニオンの良好な作動性に着目する業者の需要を喚起し、関連部品の流通を介して機械産業に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      ローラピニオン装置
１Ａ    ローラピニオン
１ａ    ピン
１ｃ    多孔性金属メッキ層の小孔（多孔性金属メッキ層の微細な隙間空間）
１ｅ    ピンの一端部
１ｆ    ピンの他端部
１Ａ    ピンの一端面
１Ｂ    ピンの他端面
２      ラック
３      第１保持部材
３ａ、４ａ  取付穴
４      第２保持部材
５      第１ニードルベアリング（第１ベアリング）
６      第２ニードルベアリング（第２ベアリング）
７      籠体
７ａ    籠体の外側開口部
９      ニードルローラ（摺動体）
１０    キャップ状の蓋板
１１    多孔性金属メッキ層（多孔性硬質クロムメッキ層）
１２    微細孔
１２Ａ  微細孔面部
Ｓ      ピンの軸方向
Ｗ      ピンの深さ方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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