(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックとピニオン機構を用いた直線駆動用アクチュエータにおいて、前記ラックギヤに噛み合う対を成すアイドラギヤを設け、これら対を成すアイドラギヤに同時に噛み合う駆動用のピニオンギヤを設け、前記ラックギヤに対する前記アイドラギヤの噛合い率を１．５以上に設定し、かつ噛合い周期が１／２周期ずれるように、前記対を成すアイドラギヤ同士の軸間距離を設定し、前記アイドラギヤと前記ラックギヤが、常時３枚以上の歯で噛み合って駆動力を伝達するようにしたことを特徴とする直線駆動用アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラックとピニオン機構を有する直線駆動用アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
図５はラックとピニオン機構を用いた直線駆動用アクチュエータで、このアクチュエータは、ケース１００内に収容されたモータ等の駆動源から回転動力が伝達される中間減速部１０１と、この中間減速部１０１のギヤ機構で減速された回転が伝達される回転軸１０２に設けられたピニオンギヤ１０３と、このピニオンギヤ１０３に噛み合い直線運動を行なうラックギヤ１０４とを備えている。ラックギヤ１０４はラックケース１０５に装着されたラックブッシュ１０６を介して摺動可能に支持されており、ラックギヤ１０４に設けられた直線状に並設された歯１０４ａにピニオンギヤ１０３の歯１０３ａが噛合して回転動力を直線運動に変換するものである。
【０００３】
従来のラックとピニオン機構では、ギヤ部において、１枚の歯に掛かる負荷を分散する方法として、スパーギヤの場合は、歯丈や転位により「正面噛合い率」を上げたり、歯幅で加重分散を図る方法、ヘリカルギヤの場合は、スパーギヤの方法に加えてねじれや歯幅を稼ぎ、「重なり噛合い率」「全噛合い率」を上げる方法を取る。
【特許文献１】特開平１１−８２６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のラックとピニオン機構では、伝達力が増幅されて出力されるラックギヤの歯車に、負荷が集中してしまう上、ラックギヤは長物形状であることから、歯の強度を大きく向上させる浸炭焼入れ等の改質策が取り辛い。その結果、寿命あるいは強度の面でラックギヤの歯面磨耗がボトルネックとなって、仕様向上あるいは寿命の延長が難しかった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、ラックギヤの歯面磨耗を防ぎ、仕様向上を図り、寿命の向上を図ることができる直線駆動用アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するため、ラックとピニオン機構を用いた直線駆動用アクチュエータにおいて、前記ラックギヤに噛み合う対を成すアイドラギヤを設け、これら対を成すアイドラギヤに同時に噛み合う駆動用のピニオンギヤを設け、前記ラックギヤに対する前記アイドラギヤの噛合い率を１．５以上に設定し、かつ噛合い周期が１／２周期ずれるように、前記対を成すアイドラギヤ同士の軸間距離を設定し、前記アイドラギヤと前記ラックギヤが、常時３枚以上の歯で噛み合って駆動力を伝達するようにしたことにある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、対を成すアイドラギヤでラックギヤに噛合うので、ラックギヤに加わる負荷を分散することができる。また、前記アイドラギヤとラックギヤが、常時３枚以上の歯で噛合うことになるので、アイドラギヤに加わる荷重の分散が最適化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図示の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、直線駆動用アクチュエータの内部機構を示す断面図である。
【０００９】
図１において、１はラックケースで、このラックケース１の内部中空部１ａには、ラックブッシュ２を介してラックギヤ３が上下方向に摺動可能に配置されている。ラックケース１には、上下壁面１ｂに、上下方向に貫通する孔１ｃが設けられ、この上下壁面１ｂには、前記ラックブッシュ２がそれぞれ設けられている。これらラックブッシュ２に上下２箇所を摺動可能に支持されて前記ラックギヤ３が装着されている。
【００１０】
前記ラックケース１の内部中空部１ａには、それぞれ軸４，５に支持されて一対のアイドラギヤ６，７が内蔵されており、これらアイドラギヤ６，７は前記ラックギヤ３にそれぞれ噛合している。これらアイドラギヤ６，７には、ピニオンギヤ８が同時に噛合しており、このピニオンギヤ８の支持軸９には、図示しない中間減速部のギヤが装着されている。この中間減速部のギヤには、図示しないモータ等の駆動源から回転動力が伝達され、中間減速部のギヤを通してピニオンギヤ８に回転動力が伝達されている。
【００１１】
前記直線駆動用アクチュエータの動作を説明すると、モータ等の駆動源から中間減速部のギヤを通してピニオンギヤ８に回転動力が伝達され、このピニオンギヤ８から一対のアイドラギヤ６，７に回転動力が伝達される。そして、これら一対のアイドラギヤ６，７によって同時に２箇所からラックギヤ３が駆動される。こうして、一対のアイドラギヤ６，７によって、ラックギヤ３は直線駆動されるので、ラックギヤ３の歯３ａに掛かる負担は分散され、ラックギヤ３の寿命あるいは強度は、従来のアクチュエータに比べて耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
図２は、本発明の他の実施の形態で、この場合、アイドラギヤ６，７の歯６ａ，７ａとラックギヤ３の歯３ａの噛合いを、２枚の歯で噛合う状態と１枚の歯で噛合う状態をずらすことで、常時３枚の歯で噛合うように設定したものである。すなわち、ラックギヤ３の歯３ａと、アイドラギヤ６，７の歯６ａ，７ａとの噛合い率を１．５以上に設定したものである。Ｐ１はラックギヤ３の歯３ａのピッチで、アイドラギヤ６，７の同一の歯６ａ，７ａが噛合い続けている長さＴ１がＰ１×噛合い率で求められる。例えば、Ｐ１＝６．２８３とすると、同一の歯が噛合い続けている長さＴ１＝１０．２３４となる。
【００１３】
図３は、ラックギヤ３に対するアイドラギヤ６，７とピニオンギヤ８の配置構成を示したもので、ｚ1とｚ2は、ピニオンギヤ８とアイドラギヤ６，７の歯数（ｚ）を示したものである。θ1はピニオンギヤ８とアイドラギヤ６の中心を結ぶ線とピニオンギヤ８の中心からラックギヤ３に向けて垂直に引き下ろす垂線とのなす角度を示し、Ｄはアイドラギヤ６，７の中心間の距離（長さ）を示している。
【００１４】
そして、モジュール（ｍ）を、ｍ＝２．０とし、
歯数を、ｚ＝１２とし、
転位係数を、ｘ＝０．２３
とすると、
「拘束噛合い歯車」の成立条件として、以下の式を満足する必要がある。
【００１５】
ｚ1・θ1／１８０+ｚ2（１８０+θ1）／１８０+Ｄ／πｍ＝整数・・・（１）
【００１６】
図４（ａ）の上段の図面は、歯車１がラックギヤ３の歯３ａと噛合う歯の枚数を示したもので、図４（ａ）の下段の図面は、歯車２がラックギヤ３の歯３ａと噛合う歯の枚数を示したものである。すなわち、図２において、歯車１をアイドラギヤ６とし、歯車２をアイドラギヤ７とすると、アイドラギヤ６の１枚の歯６ａがラックギヤ３の１枚の歯３ａに噛合っているとき、アイドラギヤ７の２枚の歯７ａがラックギヤ３の２枚の歯３ａに噛合っている状態となる。そして、アイドラギヤ６の２枚の歯６ａがラックギヤ３の２枚の歯３ａに噛合うようになってから少し遅れてアイドラギヤ７の２枚の歯７ａがラックギヤ３の２枚の歯３ａに噛合う状態からアイドラギヤ７の１枚の歯７ａがラックギヤ３の１枚の歯３ａに噛合う状態に変わる。したがって、図４（ｂ）に示すように、常時、アイドラギヤ６，７の３枚の歯６ａ，７ａでラックギヤ３の３枚以上の歯３ａに噛合うことになる。
【００１７】
前記噛合い率は、数１で表される次式となる。ここで、ｄａはアイドラギヤ歯先円直径、ｄｂはアイドラギヤ基礎円直径、ｈａはラック歯末の丈、Ｘはアイドラギヤ転位係数、ｍはモジュール、αは噛合い圧力角、ｄはアイドラギヤピッチ円直径を表す。
【００１８】
【数１】
0005014038.tif 000002
【００１９】
図３に示すアイドラギヤ６，７の中心間の長さＤは、Ｄ＝（ｎ+０．５）×Ｐ１
で表すことができる。ｎを６と設定すると、Ｐ１＝６．２８３となり、Ｄ＝４０．８３９５となる。
【００２０】
このように、アイドラギヤ６，７の歯６ａ，７ａとの噛合い率を１．５以上に設定し、噛合い周期が１／２周期ずれるように、アイドラギヤ６，７同士の軸４，５間距離を設定することで、図４（ａ）のように、１枚噛合いから２枚噛合いのサイクルを、２つのアイドラギヤ６，７がそれぞれ正反対の周期で行なうため、常時３枚の歯で噛合わせることができるようになる（図４（ｂ）参照）。
【００２１】
以上のように、上記実施の形態によると、１歯あたりの負荷荷重の低減により歯車寿命の延長を図ることができる。また、負荷の分散により、小モジュールでも高負荷を保持することができる。さらに、小モジュール歯車化によるアクチュエータ機構の小型化を図ることができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、図１の実施の形態では、６，７がアイドラギヤ、８がピニオンギヤで、４，５がアイドラ軸、９がピニオン軸（駆動軸）に設定したが、７をピニオンギヤ、６，８をアイドラギヤにした場合でも、ラックギヤ３を複数のギヤで駆動することができる。また、ラックギヤ３の歯３ａのピッチＰ１あるいは、アイドラギヤ６，７の直径または歯数は任意に設定することができ、さらに、アイドラギヤ６，７の直径または歯数に応じてピニオンギヤ８の直径または歯数を任意に設定することができる。など、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態による直線駆動用アクチュエータを示す概念断面図である。
【図２】２つのアイドラギヤとラックギヤとの噛合いを説明する概念図である。
【図３】２つのアイドラギヤとピニオンギヤとの配置関係を示す概念図である。
【図４】（ａ）は歯車１と歯車２の歯がラックギヤの歯と噛合う周期を約π／２ずらした場合の噛合い状態を示す図、（ｂ）は歯車１と歯車２の歯がラックギヤの歯と噛合う状態を合成して示す図である。
【図５】従来のラックとピニオン機構を用いた直線駆動用アクチュエータを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ラックケース
２  ラックブッシュ
３  ラックギヤ
４  軸
５  軸
６  アイドラギヤ
７  アイドラギヤ
８  ピニオンギヤ
９  支持軸
６ａ，７ａ  歯
【図１】
0005014038.tif 000003
【図２】
0005014038.tif 000004
【図３】
0005014038.tif 000005
【図４】
0005014038.tif 000006
【図５】
0005014038.tif 000007