JP5014038B2 - Linear drive actuator - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a linear drive actuator having a rack and a pinion mechanism.
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。
FIG. 5 shows an actuator for linear drive using a rack and a pinion mechanism. This actuator includes an
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。
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。 However, in the conventional rack and pinion mechanism, the load is concentrated on the gear of the rack gear that outputs the amplified transmission force, and the rack gear is long, so the carburizing and quenching that greatly improves the strength of the teeth. Such reforming measures are difficult to take. As a result, the rack gear tooth surface wear became a bottleneck in terms of service life or strength, and it was difficult to improve specifications or extend service life.
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。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a linear drive actuator that can prevent tooth surface wear of a rack gear, improve specifications, and improve the service life.
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。 In order to solve the above problems, the present invention provides a linear drive actuator using a rack and a pinion mechanism, provided with idler gears that mesh with the rack gears, and provided with drive pinion gears that mesh simultaneously with the idler gears that form these pairs, The inter-axis distance between the pair of idler gears is set so that the meshing rate of the idler gear with respect to the rack gear is set to 1.5 or more, and the meshing period is shifted by 1/2 period, and the idler gear and the rack gear are set. However, the driving force is transmitted by always meshing with three or more teeth .
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。 According to the present invention, the pair of idler gears mesh with the rack gear, so that the load applied to the rack gear can be distributed. Further, since the idler gear and the rack gear are always meshed with three or more teeth, the distribution of the load applied to the idler gear is optimized.
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。
The embodiments shown in the drawings will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an internal mechanism of a linear drive actuator.
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。
In FIG. 1,
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。
A pair of
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。
Describing the operation of the linear drive actuator, the rotational power is transmitted from a drive source such as a motor to the
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。
FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. In this case, the
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。
FIG. 3 shows the arrangement configuration of the
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。
And module (m) is m = 2.0,
The number of teeth is z = 12,
The dislocation coefficient is x = 0.23.
Then,
As a condition for establishing the “restraint meshing gear”, the following expression must be satisfied.
z1・θ1/180+z2(180+θ1)/180+D/πm=整数・・・(1) z 1 · θ 1/180 + z 2 (180 + θ 1) / 180 + D / πm = integer (1)
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。
The upper drawing of FIG. 4A shows the number of teeth that the
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。
The meshing rate is represented by the following expression represented by
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。
The length D between the centers of the
Can be expressed as If n is set to 6, P1 = 6.283 and D = 40.8395.
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)。
In this way, the meshing rate of the
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。 As described above, according to the above embodiment, it is possible to extend the life of the gear by reducing the load load per tooth. Moreover, a high load can be maintained even with a small module by distributing the load. Further, the actuator mechanism can be reduced in size by using a small module gear.
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。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the embodiment of FIG. 1, 6 and 7 are idler gears, 8 is a pinion gear, 4 and 5 are idler shafts, and 9 is a pinion. Although the shaft (drive shaft) is set, the
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
1
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