JPH03117757A - Rack and pinion mechanism - Google Patents
Rack and pinion mechanismInfo
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- JPH03117757A JPH03117757A JP25392689A JP25392689A JPH03117757A JP H03117757 A JPH03117757 A JP H03117757A JP 25392689 A JP25392689 A JP 25392689A JP 25392689 A JP25392689 A JP 25392689A JP H03117757 A JPH03117757 A JP H03117757A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はラック・ピニオン機構に関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to a rack and pinion mechanism.
ラック・ピニオン機構は、周知のように、−面に多数の
歯を等間隔に形成したラックと、外周に前記ラックの歯
に噛合う多数の歯を形成したピニオンとからなっている
。As is well known, the rack and pinion mechanism consists of a rack having a large number of teeth formed at equal intervals on its negative surface, and a pinion having a large number of teeth formed on its outer periphery that mesh with the teeth of the rack.
このラック・ピニオン機構は、ピニオンの回転によりラ
ックをその長さ方向に移動させるか、あるいはラックの
長さ方向移動によりピニオンを回転させるもので、ラッ
クとピニオンとの間の動力の伝達は、ラックとピニオン
との歯の噛合いによって行なわれる。This rack and pinion mechanism moves the rack in its length direction by rotating the pinion, or rotates the pinion by moving the rack in the length direction, and the power transmission between the rack and pinion is This is done by the meshing of the teeth between the pinion and the pinion.
ところで、上記ラック・ピニオン機構は、ラックとピニ
オンとの噛合い部に遊びがあるため、バックラッシュを
発生するという問題をもっており、そのため、ラックの
送り量またはピニオンの回転角を高精度に制御できない
という欠点がある。By the way, the rack and pinion mechanism described above has the problem of generating backlash because there is play in the meshing part between the rack and pinion, and as a result, it is not possible to control the feed amount of the rack or the rotation angle of the pinion with high precision. There is a drawback.
このため、従来から、ラック・ピニオン機構のバックラ
ッシュを調整することが考えられている。For this reason, it has been considered to adjust the backlash of the rack and pinion mechanism.
第７図は従来のラック・ピニオン機構におけるバックラ
ッシュ除去手段を示したもので、ここでは、ピニオンの
回転によりラックを移動させる場合の例を示している。FIG. 7 shows a backlash removing means in a conventional rack and pinion mechanism, and here, an example is shown in which the rack is moved by rotation of the pinion.
このバックラッシュ除去手段は、ラック１に、このラッ
ク１を移動させるための駆動ピニオン２と、バックラッ
シュを除去するためのバックラッシュ調整ビニオン４と
を噛合わせたもので、バックラッシュ調整ピニオン４は
駆動ピニオン２と同一のものとされている。そして、駆
動ピニオン２は回転軸３に固定されてこの回転軸３の回
転により回転されるようになっており、またバックラッ
シュ調整ピニオン４は、上記回転軸３の回転により図示
しない摩擦クラッチ機構を介して駆動ピニオン２とは逆
方向に回転される第２の回転軸５に固定されている。す
なわち、このバックラッシュ除去手段は、バックラッシ
ュ調整ピニオン４によってラック１と駆動ピニオン２と
の噛合い部の遊びを吸収するようにしたもので、バック
ラッシュ調整ピニオン４を駆動ピニオン２と逆方向に回
転させる摩擦クラッチ機構は、その摩擦伝達力以上の負
荷がかかったときに滑りを生じるため、バックラッシュ
調整ピニオン４は、駆動ピニオン２によるラック送り方
向とは逆方向にラック１を押しながら、ラック１の移動
により駆動ピニオン２と同方向に回転する。したがって
、このバックラッシュ除去手段によれば、駆動ピニオン
２の歯とラック１の歯とが常にその側面において接触す
るから、バックラッシュを防止することができる。This backlash removal means has a rack 1 meshed with a drive pinion 2 for moving the rack 1 and a backlash adjustment pinion 4 for removing backlash. The drive pinion 2 is the same as the drive pinion 2. The drive pinion 2 is fixed to a rotary shaft 3 and is rotated by the rotation of the rotary shaft 3, and the backlash adjustment pinion 4 operates a friction clutch mechanism (not shown) by the rotation of the rotary shaft 3. The drive pinion 2 is fixed to a second rotation shaft 5 which is rotated in the opposite direction to the drive pinion 2 through the drive pinion 2. That is, this backlash removal means is designed to absorb play in the meshing portion between the rack 1 and the drive pinion 2 by the backlash adjustment pinion 4, and the backlash adjustment pinion 4 is moved in the opposite direction to the drive pinion 2. Since the rotating friction clutch mechanism slips when a load greater than its friction transmission force is applied, the backlash adjustment pinion 4 moves the rack while pushing the rack 1 in the opposite direction to the rack feeding direction by the drive pinion 2. 1 rotates in the same direction as the drive pinion 2. Therefore, according to this backlash removing means, the teeth of the drive pinion 2 and the teeth of the rack 1 are always in contact with each other on their side surfaces, so that backlash can be prevented.
なお、ここでは、バックラッシュ調整ピニオン４を駆動
ピニオン２の駆動軸３とは別の回転軸５に固定している
が、上記バックラッシュ調整ピニオンは、駆動ピニオン
の駆動軸に回転可能に設けられる場合もある。この場合
も、バックラッシュ調整ピニオンを駆動ピニオンの回転
方向とは逆方向に回転させるとともに所定値以上の負荷
がかかったときにバックラッシュ調整ピニオンに対して
滑りを生ずる機構を設けておけば、バックラッシュ調整
ピニオンがラック送り方向とは逆方向にラックを押しな
がらラックの移動により駆動ピニオンと同方向に回転す
るから、ラック・ピニオン機構のバックラッシュを防止
することができる。Note that here, the backlash adjustment pinion 4 is fixed to a rotating shaft 5 different from the drive shaft 3 of the drive pinion 2, but the backlash adjustment pinion is rotatably provided on the drive shaft of the drive pinion. In some cases. In this case as well, if a mechanism is provided that rotates the backlash adjustment pinion in the opposite direction to the rotational direction of the drive pinion and causes the backlash adjustment pinion to slip when a load exceeding a predetermined value is applied, it will be possible to back up the backlash. Since the lash adjustment pinion rotates in the same direction as the drive pinion by moving the rack while pushing the rack in the opposite direction to the rack feeding direction, backlash in the rack and pinion mechanism can be prevented.
しかしながら、上記のようなバックラッシュ除去手段に
よってラックφピニオン機構のバックラッシュを除去す
るのでは、ラック・ピニオン機構の構造が複雑になるし
、また上記バックラッシュ調整ピニオンは常にラックの
送り駆動に対して抵抗となるため、駆動ピニオンの回転
駆動力を、バックラッシュ除去手段を備えていないラッ
ク・ピニオン機構に比べて高くしなければならない。However, if the backlash of the rack φ pinion mechanism is removed by the above-mentioned backlash removal means, the structure of the rack/pinion mechanism becomes complicated, and the backlash adjustment pinion always needs to be adjusted against the rack feed drive. Therefore, the rotational driving force of the drive pinion must be higher than that of a rack and pinion mechanism that does not have backlash removal means.
本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、バックラッシュ調整
ピニオンを使用することなくバックラッシュを任意に調
整することができるラック・ピニオン機構を提供するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a rack and pinion mechanism that allows backlash to be adjusted arbitrarily without using a backlash adjustment pinion. It's about doing.
本発明のラック・ピニオン機構は、上記目的を達成する
ために、ラックの全ての歯をその歯幅がラックの一側か
ら他側に向かって広幅となるテーパー歯とするとともに
、ピニオンの全ての歯を、ラックの一側から他側に向か
って狭幅となるテーパー歯としたものである。In order to achieve the above object, the rack and pinion mechanism of the present invention has all the teeth of the rack tapered so that the tooth width becomes wider from one side of the rack to the other side, and all of the teeth of the pinion. The teeth are tapered teeth that become narrower from one side of the rack to the other side.
すなわち、本発明のラック・ピニオン機構は、ラックと
ピニオンとの噛合い部の遊び量を、ピニオンをその軸方
向に移動させることで５［できるようにしたもので、ラ
ックとピニオンの歯はそれぞれ上記のようなテーパー歯
であるため、ピニオンをその軸方向に移動させれば、こ
れにともなってラックの歯とピニオンの歯との対向する
側面の間隔が変化し、これによってラックとピニオンと
の噛合い部の遊び量が変化するから、本発明のラック・
ピニオン機構によれば、バックラッシュ調整ピニオンを
使用することなくバックラッシュを任意に調整すること
ができる。In other words, the rack and pinion mechanism of the present invention is such that the amount of play in the meshing portion between the rack and pinion can be increased by moving the pinion in its axial direction, and the teeth of the rack and pinion are Since the teeth are tapered as described above, when the pinion is moved in its axial direction, the distance between the opposing sides of the rack teeth and the pinion teeth changes accordingly, which causes the relationship between the rack and pinion to change. Since the amount of play in the meshing portion changes, the rack of the present invention
According to the pinion mechanism, backlash can be adjusted arbitrarily without using a backlash adjustment pinion.
以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図を参照して説
明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 6.
まず、ラック１０について説明すると、このラック１０
は、第１図〜第４図に示すように、上面に多数の歯１１
を等間隔に形成したもので、このラック１０の歯１１は
断面山形をなしている。そして、このラック１０の全て
の歯１１は、ラック１０の一側から他側に向かって広幅
となる、両側に同角度のリードテーパーをつけたテーパ
ー歯となっている。なお、図では理解しやすくするため
に上記歯１１の側面のリードテーパーを誇張して示して
いるが、この爾１１の両側のリードテーパー角θはＯ”
４０’ ± ０’ １０’程度である。First, to explain the rack 10, this rack 10
As shown in FIGS. 1 to 4, there are many teeth 11 on the top surface.
The teeth 11 of this rack 10 have a chevron-shaped cross section. All of the teeth 11 of this rack 10 are tapered teeth that become wider from one side of the rack 10 to the other side and have lead tapers at the same angle on both sides. Note that in the figure, the lead taper on the side surface of the tooth 11 is exaggerated for ease of understanding, but the lead taper angle θ on both sides of the tooth 11 is O''.
It is about 40' ± 0'10'.
また、ビニオン２０は、第１図〜第４図に示すように、
外周に前記ラック１０の歯に噛合う多数の歯２１を形成
したもので、このビニオン２０の歯２１は、両側面がイ
ンボリュート曲面である断面山形をなしている。そして
、このビニオン２０の全ての歯２１は、ラック１０の一
側から他側に向かって狭幅となる、両側に同角度のリー
ドテーパーをつけたテーパー歯となっており、この歯２
１の両側のリードテーパー角は、前記ラック１０の歯１
１のリードテーパー角θとほぼ同じ角度となっている。In addition, the binion 20, as shown in FIGS. 1 to 4,
A large number of teeth 21 are formed on the outer periphery to mesh with the teeth of the rack 10, and the teeth 21 of the binion 20 have a chevron-shaped cross section with involute curved surfaces on both sides. All the teeth 21 of this pinion 20 are tapered teeth with lead tapers at the same angle on both sides, which become narrower from one side of the rack 10 to the other side.
The lead taper angle on both sides of the rack 10 is
This angle is almost the same as the lead taper angle θ of No. 1.
なお、前記ラック１０の歯１１とビニオン２０の歯２１
は、いずれも、第４図に示すように、その両側面に歯面
クラウチングを施したものとされている。Note that the teeth 11 of the rack 10 and the teeth 21 of the pinion 20
Both have tooth surface crouching on both sides, as shown in Fig. 4.
上記このビニオン２０は、ラック１０の長さ方向に対し
て直交する駆動軸２２に、この駆動軸２２と一体に回転
するように取付けられる。The pinion 20 is attached to a drive shaft 22 perpendicular to the length direction of the rack 10 so as to rotate together with the drive shaft 22.
しかして、上記ラック・ピニオン機構においては、ラッ
ク１０とビニオン２０との歯１１．２１を、その歯幅が
互いに逆向きに変化するテーパー歯としているため、ビ
ニオン２０の軸線Ｏとラック中心との間隔りを一定に保
った状態でビニオン２０をその軸方向に移動させること
により、ラック１０とビニオン２０との噛合い部の遊び
量を任意に調整することができる。In the above rack and pinion mechanism, the teeth 11 and 21 of the rack 10 and the binion 20 are tapered teeth whose widths change in opposite directions, so that the axis O of the binion 20 and the center of the rack are By moving the binion 20 in its axial direction while keeping the spacing constant, the amount of play in the meshing portion between the rack 10 and the binion 20 can be adjusted as desired.
すなわち、第５図はビニオン２０をラック１０との重な
り代を小さくする方向（第３図および第４図において矢
印ａ方向）に移動させたときの、ラック１０の幅方向中
心におけるラック１０とビニオン２０との噛合い状態を
示しており、ビニオン２０をラック１０との重なり代を
小さくする方向に移動させると、ビニオン２０の軸方向
移動にともなって、ラック１０の歯１１とビニオン２゜
の歯２１との対向する側面の間隔すなわちラック１０と
ビニオン２０との噛合い部の遊び量αが大きくなり、バ
ックラッシュ量が増加する。That is, FIG. 5 shows the rack 10 and the binion at the widthwise center of the rack 10 when the binion 20 is moved in the direction of reducing the overlapping margin with the rack 10 (in the direction of arrow a in FIGS. 3 and 4). 20, and when the binion 20 is moved in the direction to reduce the overlapping margin with the rack 10, as the binion 20 moves in the axial direction, the teeth 11 of the rack 10 and the teeth of the binion 2° 21, that is, the play amount α of the meshing portion between the rack 10 and the pinion 20 increases, and the amount of backlash increases.
また、第６図はビニオン２０をラック１０との重なり代
を大きくする方向（第３図および第４図において矢印す
方向）に移動させたときのラック１０の幅方向中心にお
けるラック１０とビニオン２０との噛合い状態を示して
おり、ビニオン２０をラック１０との重なり代を大きく
する方向に移動させると、上記と逆に、ラック１０の歯
１１とビニオン２０の歯２１との対向する側面の間隔す
なわちラック１０とビニオン２０との噛合い部の遊び量
αが小さくなって行き、これによりバックラッシュ量が
Ｏに近づいて行く。FIG. 6 also shows the relationship between the rack 10 and the binion 20 at the widthwise center of the rack 10 when the binion 20 is moved in the direction of increasing the overlapping margin with the rack 10 (in the direction indicated by the arrow in FIGS. 3 and 4). When the binion 20 is moved in the direction of increasing the overlapping margin with the rack 10, the opposing sides of the teeth 11 of the rack 10 and the teeth 21 of the binion 20, contrary to the above, are shown. The gap, that is, the amount of play α in the meshing portion between the rack 10 and the pinion 20 decreases, and as a result, the amount of backlash approaches O.
したがって、このラック・ビニオン機構によれば、ビニ
オン２０をラック１０との重なり代を大きくする方向に
移動させることによってバックラッシュ量をＯにするこ
とができるし、またビニオン２０の移動量を調整するこ
とによってバックラッシュ量を任意に調整することがで
きる。なお、ビニオン２０の移動量に対するバックラッ
シュの調整量は、ラック１０とビニオン２０の歯１１゜
２０の両側のリードテーパー角θを０’ ４０’ とし
た場合で、ピニオン移動ｍ ｌ＋ｉｌに対し０．０２４
■である。また、ラック１０とビニオン２０の歯１１゜
２１が磨耗すると、これによってバックラッシュ量が変
化するが、この場合も、ビニオン２０をラック１０との
重なり代を大きくする方向に移動させれば、６１１１．
２１の磨耗によるバックラッシュ量の変化を補償するこ
とができる。Therefore, according to this rack/binion mechanism, by moving the binion 20 in a direction that increases the overlapping margin with the rack 10, the backlash amount can be reduced to O, and the amount of movement of the binion 20 can be adjusted. This allows the amount of backlash to be adjusted as desired. The amount of backlash adjustment relative to the movement of the pinion 20 is based on the assumption that the lead taper angle θ on both sides of the teeth 11 and 20 of the rack 10 and the pinion 20 is 0'40', and the backlash is adjusted to 0. 024
■It is. Furthermore, when the teeth 11 and 21 of the rack 10 and the binion 20 are worn, the amount of backlash changes accordingly, but in this case as well, if the binion 20 is moved in the direction of increasing the overlapping margin with the rack 10, 6111 ．．
It is possible to compensate for changes in the amount of backlash due to wear of 21.
このように、上記実施例のラック・ピニオン機構は、第
７図に示したバックラッシュ調整ピニオン４を使用する
ことなくバックラッシュを任意に調整することができる
。また、このラック・ピニオン機構によれば、バックラ
ッシュ量をほとんど０にすることも可能であるため、ボ
ールスクリューと同等な高精度のラック送りを実現する
ことができ、したがって、ボールスクリューに代わる極
めて安価な送り機構として利用することができる。In this way, the rack and pinion mechanism of the above embodiment can arbitrarily adjust the backlash without using the backlash adjustment pinion 4 shown in FIG. 7. Furthermore, according to this rack and pinion mechanism, it is possible to reduce the amount of backlash to almost 0, making it possible to achieve rack feeding with the same high precision as a ball screw. It can be used as an inexpensive feeding mechanism.
また、上記ラック・ピニオン機構は、ラック１゜を３０
ｍ／ｓｅｅ 〜５０ｍ／ｓｅｅの高速で送ることができ
、ボールスクリュー（最大送り速度２０ｍ／ｓｅｃ程度
）に比べて高速性にすぐれているし、さらに、ラック１
０を継合わせることで長距離の送り機構を構成すること
もできる。In addition, the above-mentioned rack and pinion mechanism rotates the rack 1° by 30°.
It can be fed at high speeds of m/see to 50 m/see, which is superior to ball screws (maximum feeding speed of about 20 m/sec), and in addition, rack 1
A long-distance feeding mechanism can also be constructed by joining 0's together.
なお、上記ピニオン２０の軸方向移動は、その回転軸２
２を軸方向に移動させることで行ってもよいし、また、
ピニオン２０を回転軸２２に対して軸方向に移動可能に
取付けておいて、ピニオン２０だけを移動させるように
してもよい。また、ラック１０とピニオン２０のｉｌｌ
、２１は、その長さ方向がラック１０の幅方向およびピ
ニオン２０の軸方向に平行な“平歯”であっても、ラッ
ク１０の幅方向およびピニオン２０の軸方向に対して斜
めの“はす歯“であってもよい。Note that the axial movement of the pinion 20 is based on its rotating shaft 2.
This may be done by moving 2 in the axial direction, or
The pinion 20 may be attached to be movable in the axial direction with respect to the rotating shaft 22, and only the pinion 20 may be moved. In addition, ill of rack 10 and pinion 20
, 21 are "spur teeth" whose length direction is parallel to the width direction of the rack 10 and the axial direction of the pinion 20, but "spur teeth" whose length direction is parallel to the width direction of the rack 10 and the axial direction of the pinion 20 are "spur teeth" whose length direction is parallel to the width direction of the rack 10 and the axial direction of the pinion 20. It may be a tooth.
本発明のラック・ビニオン機構は、ラックの全ての歯を
その歯幅がラックの一側から他側に向かって広幅となる
テーパー歯とするとともに、ピニオンの全ての歯を、ラ
ックの一側から他側に向かって狭幅となるテーパー歯と
したものであるから、バックラッシュ調整ビニオンを使
用することなくバックラッシュを任意に調整することが
できる。In the rack-binion mechanism of the present invention, all teeth of the rack are tapered teeth whose width increases from one side of the rack to the other side, and all teeth of the pinion are tapered from one side of the rack to the other side. Since the tooth has tapered teeth that become narrower toward the other side, backlash can be adjusted arbitrarily without using a backlash adjustment pinion.
第１図〜第６図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図および第２図はラック・ピニオン機構の平面図およ
び正面図、第３図は第１図の■−■線に沿う断面図、第
４図はラックとピニオンの歯の拡大平面図、第５図およ
び第６図はそれぞれピニオンを軸方向に移動させたとき
のラックとピニオンとの噛合い状態の変化を示すラック
長さ方向に沿う拡大断面図である。第７図は従来のラッ
ク・ピニオン機構におけるバックラッシュ除去手段を示
す平面図である。
１０・・・ラック、１１・・・歯、２０・・・ピニオン
、２１・・・歯、２２・・・回転軸。FIGS. 1 to 6 show an embodiment of the present invention. FIGS. 1 and 2 are a plan view and a front view of a rack and pinion mechanism, and FIG. 3 is a diagram showing ■-■ of FIG. 4 is an enlarged plan view of the teeth of the rack and pinion, and FIGS. 5 and 6 respectively show changes in the meshing state of the rack and pinion when the pinion is moved in the axial direction. FIG. 3 is an enlarged sectional view taken along the length direction of the rack shown in FIG. FIG. 7 is a plan view showing backlash removal means in a conventional rack and pinion mechanism. 10... Rack, 11... Teeth, 20... Pinion, 21... Teeth, 22... Rotating shaft.
Claims (1)
の歯幅がラックの一側から他側に向かって広幅となるテ
ーパー歯とするとともに、前記ピニオンの全ての歯を、
前記ラックの一側から他側に向かって狭幅となるテーパ
ー歯としたことを特徴とするラック・ピニオン機構。Consisting of a rack and a pinion, all teeth of the rack are tapered teeth whose tooth width becomes wider from one side of the rack to the other side, and all teeth of the pinion are
A rack and pinion mechanism characterized in that the rack has tapered teeth that become narrower from one side to the other side.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25392689A JPH03117757A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Rack and pinion mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25392689A JPH03117757A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Rack and pinion mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03117757A true JPH03117757A (en) | 1991-05-20 |
| JPH0581781B2 JPH0581781B2 (en) | 1993-11-16 |
Family
ID=17257947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25392689A Granted JPH03117757A (en) | 1989-09-29 | 1989-09-29 | Rack and pinion mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03117757A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0486631U (en) * | 1990-11-30 | 1992-07-28 | ||
| US6212028B1 (en) * | 1992-10-28 | 2001-04-03 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Cassette holder moving mechanisms |
| JP2010023784A (en) * | 2008-07-24 | 2010-02-04 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Power steering device, and pinion shaft and method of manufacturing the same |
| JP2013104941A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Panasonic Corp | Optical instrument |
-
1989
- 1989-09-29 JP JP25392689A patent/JPH03117757A/en active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0581781B2 (en) | 1993-11-16 |
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