(57)【要約】【課題】ピニオンおよびラックの加工誤差等の影響を受けることなくバックラッシを確実に抑制することができ、かつ、セルフロック機能を得ることができるラック・ピニオン機構を提供する。【解決手段】ピニオン７を支持するとともに、ピニオン７の中心軸線に平行する支軸２によって揺動可能に支持され、ピニオン７をラック９に当接させたときに、支軸２とピニオン７の軸６とを結ぶラインがラック９の軸線に直行する面に対して所定の角度をなすように配設されたスイングアーム３と、ピニオン７によってラック９が与圧されるようにスイングアーム３を付勢するバネ要素１４とを備える。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピニオンを支持するとともに、このピニオンの中心軸線に平行する支軸によって揺動可能に支持され、前記ピニオンをラックに当接させたときに、前記支軸と前記ピニオンの軸とを結ぶラインが前記ラックの軸線に直行する面に対して所定の角度をなすように配設されたスイングアームと、
前記ピニオンによって前記ラックが与圧されるように前記スイングアームを付勢するバネ要素と、
を備えることを特徴とするラック・ピニオン機構。
【請求項２】
前記スイングアームの支軸の軸線の延長上にその軸線が位置された駆動ギヤと、前記ピニオンの軸に取り付けられて前記駆動ギヤと噛み合う従動ギヤとを更に設け、
前記駆動ギヤの動力を前記従動ギヤを介して前記ピニオンに伝達するように構成したことを特徴とする請求項１に記載のラック・ピニオン機構。
【請求項３】
前記ピニオンとラックの噛合い状態が解かれる前に前記スイングアームの揺動を止めるアーム停止手段を更に付加したことを特徴とする請求項１または２に記載のラック・ピニオン機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックラッシ抑制機能とセルフロック機能とを有するラック・ピニオン機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、バックラッシ抑制機能を有する従来のラック・ピニオン機構の一例を示している。
このラック・ピニオン機構におけるピニオン１００は、図６に断面を示すように、主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２とを同軸状に重ね合わせた構成を有する。主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２は、主ピニオン部１０１に設けた長孔１０１ａを貫通するボルト１０３によって互いの角度位相をずらした状態で結合されている。
【０００３】
このラック・ピニオン機構によれば、上記主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２の位相ずれ量を適宜調整することによって、ピニオン１００とラック１０４間のバックラッシを抑制することができる。
なお、ピニオン１００を重ね合せ構造にする代わりに、ラック１０４を重ね合せ構造にすることも可能である。
【０００４】
図７は、テーパギヤ２００と、このテーパギヤ２００に噛合うラック２０１とを備えたラック・ピニオン機構を示している。このようなラック・ピニオン機構においては、テーパギヤ２００の軸方向位置を調整することによってバックラッシを抑制することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示したラック・ピニオン機構は、主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２とを重ね合せた特殊な構造のピニオン１００を必要とする。つまり、汎用のピニオンを用いることができないという欠点がある。
また、上記ピニオン１００の厚みが大きくなるので、機構全体が大型化するという不都合も生じる。
もちろん、主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２の厚さを小さくすれば、上記の不都合は回避することができる。しかし、上記構成のピニオン１００は、主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２のいずれか一方のみが動力の伝達に寄与することになるので、それらの厚さを小さくすると、動力伝達容量が減少して許容負荷が小さくなる。
【０００６】
このラック・ピニオン機構には、次のような問題点もある。すなわち、図５に示した主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２には、ピッチ高さのばらつき等の加工誤差が存在し、また、ラック１０４にもピッチ高さのばらつきや、曲がり等が存在する。
したがって、ラック１０４のある位置でのバックラッシが抑制されるように上記ピニオン１００における主ピニオン部１０１と副ピニオン部１０２の位相差を調整しても、他の位置でのバックラッシが抑制される保証はなく、場合によっては、他の位置でマイナスバックラッシを生じて、機構自身が円滑に作動しなくなる虞もある。
【０００７】
一方、図７に示したラック・ピニオン機構は、テーパギヤ２００の位置調整に手間を要する。また、このラック・ピニオン機構は、上記テーパギヤ２００に加工誤差が存在するとともに、ラック２０１にも加工誤差や曲がり等が存在することから、ある位置でのバックラッシが抑制されるように上記テーパギヤ２００の軸方向位置を調整しても、他の位置でのバックラッシが抑制されない虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、特殊な構造のピニオンや、ピニオンの軸方向位置の調整を必要とすることなく、かつ、ピニオンおよびラックの加工誤差等の影響を受けることなくバックラッシを抑制することができ、しかも、セルフロック機能を併せて得ることができる実用性の高いラック・ピニオン機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るラック・ピニオン機構は、ピニオンを支持するとともに、このピニオンの中心軸線に平行する支軸によって揺動可能に支持され、前記ピニオンをラックに当接させたときに、前記支軸と前記ピニオンの軸とを結ぶラインが前記ラックの軸線に直行する面に対して所定の角度をなすように配設されたスイングアームと、前記ピニオンによって前記ラックが与圧されるように前記スイングアームを付勢するバネ要素と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
好ましい実施の形態においては、前記スイングアームの支軸の軸線の延長上に軸線が位置された駆動ギヤと、前記ピニオンの軸に取り付けられて前記駆動ギヤと噛み合う従動ギヤとを更に設け、前記駆動ギヤの動力を前記従動ギヤを介して前記ピニオンに伝達するように構成している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係るラック・ピニオン機構の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係るラック・ピニオン機構の斜視図である。図２は、図１に示すケーシング１の前壁１ａを除いて示した内部機構図、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
【００１２】
この実施の形態に係るラック・ピニオン機構は、ケーシング１の前壁１ａの内面に支軸２を突設し、この支軸２の先端部にスイングアーム３の略中央部を回動可能に支持させてある。なお、図３において、符号４は、支軸２とスイングアーム３との間に介在させた軸受である。
【００１３】
スイングアーム３は、その下端部に設けた軸受５を介して駆動軸６を回動可能に支持している。駆動軸６は、上記支軸２に平行するように設けられ、その一端部にピニオン７を形成するとともに、その他端部に従動ギヤ８を取り付けてある。
上記ピニオン７は、ラック９と噛合っている。また、上記従動ギヤ８は、モータ１０の出力軸に取り付けられた駆動ギヤ１１と噛合っている。
【００１４】
ラック９は、ケーシング１の底壁１ｂ上に設けられたガイド部材１２によってガイドされて、図２における左右方向に移動することができる。
上記モータ１０は、その出力軸の軸線（ギヤ１１の軸線）が上記支軸２の軸線の延長上に位置するようにケーシング１の後壁１ｃに取り付けられている。
【００１５】
図２に示すように、ケーシング１の上壁１ｄには、バネ受け部材１３が設けられ、このバネ受け部材１３とスイングアーム３の上側端部との間に反発バネ１４が介在されている。スイングアーム３は、この反発バネ１４の弾性力によって、図２における反時計回り方向に付勢されている。
【００１６】
次に、上記構成を有する本発明に係るラック・ピニオン機構の作用について説明する。
上記スイングアーム３は、支軸２を中心として揺動可能である。図４には、ピニオン７がラック９に当接したときのスイングアームの姿勢が実線で示されている。
この図４に示すように、スイングアーム３は、ピニオン７がラック９に当接した際に、支軸２とピニオン７の軸とを結ぶラインが前記ラックの軸線に直行する面に対して所定の角度θをなすようにその腕長（上記ラインの長さ）が設定されている。
したがって、例えば、スイングアーム３が実線で示す位置から鎖線で示す位置まで揺動した場合には、ピニオン７の中心点が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動すること、つまり、下方にＬだけ変位することになる。
【００１７】
スイングアーム３は、バネ１４の反発力で図２における反時計回り方向に付勢されている。それゆえ、ピニオン７は、バネ１４の弾性力によってラック９に圧接することになる。換言すれば、ラック９はピニオン７によって与圧されることになる。
上記したように、スイングアーム３によって支持されたピニオン７は、支軸２と該ピニオン７の軸とを結ぶラインを半径とする円周に沿って変位可能である。したがって、上記与圧は、ラック９のピッチ平面方向だけでなく、ピニオン７とラック９の軸平面方向にも作用する。
【００１８】
モータ１０が作動すると、その回動力が駆動ギヤ１１、従動ギヤ８および駆動軸６を介してピニオン７に伝達されるので、ラック９がガイド部材１２でガイドされながら図２における左右方向に駆動される。
このとき、ラック９は、常時ピニオン７によって上記ピッチ平面方向および軸平面方向に与圧されるので、たとえピニオン７およびラック９にピッチ高さのばらつき等の加工誤差が存在していたとしても、また、それらの組み付け精度が低い場合でも、バックラッシを伴うことなく円滑に作動される。
【００１９】
ところで、上記したように、上記モータ１０の出力軸の軸線（駆動ギヤ１１の軸線）は、支軸２の軸線の延長上に位置されている。したがって、スイングアーム３が揺動した場合、従動ギヤ８の中心が駆動ギヤ１１の軸線を中心とする所定の円周上を移動することになる。これは、スイングアーム３が揺動しても両ギヤ８，１１の噛合い状態が良好に維持されることを意味している。
【００２０】
上記ラック・ピニオン機構は、バネ１４の強さを変更することによって、ロストモーションを適切に調整することができる。もちろん、バネ１４の強さは、モータ１０の出力から換算されるラック９の推力を阻害しない大きさに設定される。
なお、上記スイングアーム３は、ラックの動作や負荷の状態変化に応じて図２に示す状態から反時計回り方向（バネ１４を圧縮する方向）に揺動することがある。そして、この揺動の程度によっては、ピニオン７とラック９の噛合い状態が解かれることがあり得る。そこで、この実施の形態では、ピニオン７とラック９の噛合い状態が解かれる前にスイングアーム３の上端部を当接させる揺動停止用のストッパ１５をケーシング１の上壁１ｄに設けてある。
【００２１】
次に、セルロック機能について説明する。図２において、ラック９に右方向の外力が加わると、スイングアーム３に反時計回り方向の回転力が発生して、ピニオン７がラック９に強く圧接して該ラック９をロックする。つまり、ピニオン７がラック９に対する楔としての働きをするので、ラック９がロックされて該ラック９の位置が保持されることになる。
【００２２】
このように、この実施の形態に係るラック・ピニオン機構によれば、ピニオン７の楔作用に基づくセルフロック機能が得られる。したがって、図２におけるラック９の右端部が下方に向く態様で設置すれば、モータ１０の状態や従動ギヤと駆動ギヤ１１からなる減速要素の状態によらず、ラック９の落下が確実に防止される。
上記ラック９のロック作用は、該ラック９に加えられる所定の一方向の外力によって発生するものであって、モータ１０の動力伝達系をロックするものではない。したがって、モータ１０を正逆転させれば、ラック９を円滑に往復動作させることができる。
なお、上記のように、図２におけるラック９の右端部が下方に向く態様で設置すれば、ラック９を外力で上昇させる操作を行うことによって、該ラック９の位置を調整することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係るラック・ピニオン機構によれば、ピニオンによってラックが与圧されるので、ピニオンおよびラックにピッチ高さのばらつき等の加工誤差が存在していたとしても、また、それらの組み付け精度が低い場合でも、バックラッシを抑制して円滑にラックを往復動させることができる。
また、セルフロック機能を有するので、ラックが下方向の外力の作用でロックされるように設置して使用すれば、このラックの落下を防止することが可能である。しかも、上記のように設置すれば、ラックを外力で上昇させる操作を行うことによって、該ラックの位置を調整することができる。
加えて、本発明に係るラック・ピニオン機構によれば、特殊な構成のピニオンを必要とせず、かつ、ピニオンの軸方向位置の調整も必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るラック・ピニオン機構の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】ケーシングの前壁を除いて示したラック・ピニオン機構の内部構成図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】ピニオンの変位形態を示す模式図である。
【図５】従来のラック・ピニオン機構の一例を示す概念図である。
【図６】図５に示すラック・ピニオン機構におけるピニオンの断面図である。
【図７】従来のラック・ピニオン機構の他の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１　ケーシング
２　支軸
３　スイングアーム
６　駆動軸
７　ピニオン
８　従動ギヤ８
９　ラック
１０　モータ
１１　駆動ギヤ
１２　ガイド部材
１３　バネ受け部材
１４　バネ
１５　ストッパ
【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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【図７】
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