JP2006038190A - ラックピニオン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向に移動するラックをピニオンに噛み合わせるときに、ラックがピニオンに乗り上げて噛み合わない事態を防止し、しかも耐久性に優れるラックピニオン装置を提供する。
【解決手段】長手方向に移動するラック１をピニオン２に噛み合わせるラックピニオン装置において、ラック１の第１歯ｒ１を含む前端部分を別部材１Ｂとなし、ピニオン２の回転軸と平行な支軸３でこの別部材１Ｂを揺動可能に支持し、この支軸３を第１歯ｒ１よりも後方に配置し、別部材１Ｂを揺動させて第１歯ｒ１をピニオン２に押し当てる構造にした。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転運動を直線運動に変換するラックピニオン装置と、この装置を用いた搬送装置とに関する。

長手方向に移動するラックをピニオンに噛み合わせる場合、ラックの第１歯の頂部がピニオンの歯の頂部と突き合わさり、ラックがピニオンに乗り上げて、ラックとピニオンとが噛み合わないことがある。この乗り上げを防止するために、ラックの第１歯の前方に歯丈方向に進退自在のピンを設け、このピンをその軸方向に弾性部材で付勢したラックピニオン装置が提案されている（特許文献１）。

この装置は、ラックの第１歯の前方に設けたピンが、ピニオンの歯面を押圧してピニオンを回転させ、その回転により、ピニオンの後続の歯を、ラックの第１歯と噛み合う位置まで移動させる。また、ピンの頂部がピニオンの歯の頂部と突き合わさったときは、付き合わさったピンがその軸方向に後退してピニオンの回転を許容し、ピニオンの後続の歯をラックの第１歯と噛み合う位置まで移動させる。

しかし、この装置は、ラックの乗り上げ防止の信頼性に劣る。すなわち、ピンの頂部がピニオンの歯の頂部と突き合わさったとき、突き合わせ部に生じる摩擦力によりピンがその軸方向に対して傾き、円滑に進退しない場合があった。

また、この装置は耐久性に劣る。すなわち、ラックの第１歯の前方に設けられたピンは、その軸方向に対して直交する方向の力を受ける。ところが、このピンを進退自在に支持する進退機構は、ピンに直交する方向の力に対して構造上弱い。したがって、この装置は耐
久性に劣るという問題があった。

特開平２−１５０５３６号公報

この発明が解決しようとする課題は、長手方向に移動するラックをピニオンに噛み合わせるときにラックがピニオンに乗り上げて噛み合わない事態を確実に防止し、しかも耐久性に優れるラックピニオン装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、長手方向に移動するラックをピニオンに噛み合わせ、このピニオンを回転駆動機構で駆動して前記ラックに送りをかけるラックピニオン装置において、前記ラックの、前記ピニオンに最初に噛み合う第１歯を含む前端部分を別部材となし、前記ピニオンの回転軸と平行な支軸でこの別部材を揺動可能に支持し、この支軸を前記第１歯よりも後方に配置し、前記別部材を揺動させて前記第１歯を前記ピニオンに押し当てる構造にした。

かかるラックピニオン装置は、以下の構成を加えるとより好ましいものになる。
１）前記ラックの前記第１歯からその次の歯までの距離を、前記ピニオンの歯間ピッチの２倍に相当する距離とする。
２）前記ピニオンの上側に前記ラックを配置し、前記別部材の重心よりも後方に前記支軸を配置し、この別部材がその自重で揺動して前記第１歯を前記ピニオンに押し当てる構造となす。
３）前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を、前記ラックの移動速度よりも遅らせる遅速手段を設ける。

この遅速手段は、以下に示すように構成すると好ましい。
１）前記ピニオンの駆動を解除する解除手段を設け、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合うまでの間、前記解除手段で前記ピニオンの駆動を解除して、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を前記ラックの移動速度よりも遅らせるようにする。
２）前記ピニオンの回転に制動力を加える制動手段を設け、この制動手段で前記ピニオンの回転に制動力を加えて、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を前記ラックの移動速度よりも遅らせるようにする。

また、上述したラックピニオン装置を用いると、例えば、このラックピニオン装置のラックを台車に設け、この台車の進行路に、前記ラックピニオン装置のピニオンを前記台車の進行方向に沿って複数設け、前記台車が進行して前記ラックが前記ピニオンから外れる前に前記ラックが次の前記ピニオンと噛み合い、噛み合ったピニオンを駆動して前記台車を進行させる搬送装置を構成することができる。この発明では、その搬送装置も併せて提供する。

ラックの第１歯の頂部がピニオンの歯の頂部と突き合わさったとき、ラックの第１歯を含むラック前端の別部材が支軸を中心として揺動し、ラックの第１歯の頂部がピニオンの歯の頂部を乗り越えるので、ラックの乗り上げが生じない。また、ラックの第１歯にその歯丈方向に対して直交する方向の力が作用しても、揺動機構の支軸はその円筒面で力を分散して受け止めるので破損しにくく、耐久性に優れる。

図１に、この発明のラックピニオン装置の実施形態を示す。このラックピニオン装置は、長手方向に移動するラック１と、移動したラック１に噛み合って送りをかけるピニオン２とからなる。

ラック１は、その第１歯ｒ１を含む前端部分１Ｂが、本体１Ａから独立した別部材となっている。この別部材１Ｂは、ピニオン２の回転軸と平行な支軸３で支持されており、この支軸３を中心として揺動できるようになっている。支軸３は第１歯ｒ１よりも後方に配置されている。

ラック１とピニオン２とは、ラック１がピニオン２の上側となるように配置されている。また、ラック前端の別部材１Ｂを支持する支軸３は、別部材１Ｂの重心よりも後方に配置されている。そのため、別部材１Ｂには、その自重により、支軸３を支点とした回転モーメントが作用し、回転モーメントの方向は、別部材１Ｂの前端が下がる方向である。したがって、別部材１Ｂがその自重により支軸３を中心として揺動し、支軸３よりも前方に位置する第１歯ｒ１をその下側のピニオン２に押し当てるようになっている。

本体１Ａの前端にはストッパ６が設けられている。このストッパ６は、揺動する別部材１Ｂの前端を下側から受け止め、別部材１Ｂの第１歯ｒ１がピニオン２の歯底に干渉するのを防止する。

ラック１は、本来の第２歯を除去した構造であり、第１歯ｒ１からその次の歯r２までの距離４が、ピニオン２の歯間ピッチ５の２倍に相当する距離になっている。歯ｒ２からその次の歯ｒ３までの距離は歯間ピッチ５と同一であり、それ以降の歯同士の距離も歯間ピッチ５と同一である。

ピニオン２は、油圧モータ（図示せず）で駆動されて回転する。ピニオン２と油圧モータとはクラッチ（図示せず）を介して接続されており、このクラッチをつなぐとピニオン２を駆動でき、クラッチを切るとピニオン２の駆動を解除できる。また、ピニオン２にはその回転に制動力を加えるブレーキ（図示せず）が接続されている。

以下、このラックピニオン装置の使用例について説明する。

ラック１の後方のピニオン７がラック１に送りをかけ、ラック１を長手方向に移動させる。ラック１はその前方にあるピニオン２に接近し、その第１歯ｒ１がピニオン２の歯ｐ１と接触する。

歯ｒ１が歯ｐ１と噛み合うまでの間、クラッチを切って油圧モータによるピニオン２の駆動を解除しておく。駆動を解除されたピニオン２は惰性回転または停止しており、このときのピニオン２の歯先の移動速度、すなわち周速はラック１の移動速度よりも遅い。

その後、ラック１がピニオン２に乗り上げることなく、ラック１とピニオン２とが噛み合う。ラック１の歯ｒ１がピニオン２の歯ｐ１と突き合わさったとき（図２）と、歯が突き合わさらずに、ラック１の歯ｒ１がピニオン２の歯ｐ１と噛み合ったとき（図３）とに分けて、噛み合いの動作を以下に説明する。

図２（ａ）に示すように、ラック１の歯ｒ１がピニオン２の歯ｐ１と突き合わさったときには、ラック前端の別部材１Ｂが支軸３を中心として揺動する。このとき、歯ｒ１の移動速度よりも歯ｐ１の移動速度の方が遅いので、歯ｒ１の頂部は歯ｐ１の頂部を乗り越え、図２（ｂ）に示すように、歯ｐ１に隣接する歯溝に落ち込む。歯溝に落ち込んだ歯ｒ１は、歯ｐ１よりも１歯前方の歯ｐ０と噛み合う。

歯の頂部同士が突き合わさったとき、歯ｒ１が歯ｐ１をスムーズに乗り越えるので、ラック１の乗り上げが生じにくい。すなわち、歯の突き合わせ部には摩擦力が生じるが、この摩擦力が大きいと、突き合わさった歯の頂部同士がずれにくいので、ラック１の乗り上げが生じやすい。しかし、この装置の場合、歯ｒ１を含む別部材１Ｂが揺動するので、突き合わせ部に生じる摩擦力が小さく、したがって、突き合わさった歯の頂部同士がずれ易く、歯ｒ１が歯ｐ１をスムーズに乗り越え、ラック１の乗り上げが生じにくい。

また、突き合わせ部に生じる摩擦力により、別部材１Ｂには揺動方向に対して斜め方向の力が作用する。しかし、揺動機構はこのような斜め方向の力に対しても円滑に動作するので、この装置はラックの乗り上げを確実に防止する。

また、歯ｒ１が歯ｐ０と噛み合うまでの間、ブレーキでピニオン２に制動力を加えておくと、ラック１の乗り上げが一層生じにくい。すなわち、ラック１に追従しようとするピニオン２を引き止める方向に制動力がはたらくので、歯の頂部同士がずれ易くなる。したがって、歯ｒ１が歯ｐ１をより確実に乗り越え、ラック１の乗り上げが一層生じにくくなる。この制動力は、歯ｒ１が歯ｐ０と噛み合った後に解除する。

一方、図３（ａ）に示すように、歯が突き合わさらずに、ラック１の歯ｒ１がピニオン２の歯ｐ１と噛み合ったときには、ラック１はピニオン２にそのまま噛み合う。

歯ｒ１が歯ｐ１と噛み合ったとき、歯ｒ１にはその歯丈方向に対して直交する方向の力が作用するが、揺動機構の支軸３がその円筒面でその力を分散して受け止めるので破損しにくい。したがって、この装置は耐久性に優れる。

また、歯ｒ１が歯ｐ１と浅く噛み合っても、ラック１の乗り上げが生じにくい。すなわち、歯ｒ１と歯ｐ１とが浅く噛み合うと、歯ｒ１が歯ｐ１と噛み合ったまま押し上げられる。このとき、歯ｒ１と歯ｒ２との間に本来の第２歯に相当する歯があると、歯ｒ１の押し上げによる歯の位置ずれによって、図４に示すように、その歯が、歯ｐ１よりも１歯後方の歯ｐ２と突き合わさり、ラック１がピニオン２に乗り上げてしまう場合がある。しかし、この装置の場合、歯ｒ１と歯ｒ２との間に歯がないので、このような歯の突き合わせが生じない。また、歯ｒ１の押し上げによる歯ｒ２の位置ずれは比較的小さいので、歯ｒ２は、歯ｐ２よりも１歯後方の歯ｐ３と突き合わさりにくい。

以上のように、ラック１はピニオン２に乗り上げることなく、ピニオン２に噛み合う（図２（ｃ）、図３（ｂ））。噛み合った後に、クラッチをつないでピニオン２を駆動する。

本実施形態では、ラック前端の別部材１Ｂがその自重で揺動し、歯ｒ１をピニオン２に押し当てる構造としているので、構造が単純であり、耐久性が高い。一方、図５（ａ）に示すように、ラック前端の別部材１Ｂと本体１Ａとの間にばね８を設け、このばね８の復元力で別部材１Ｂを揺動させ、歯ｒ１をピニオン２に押し当てる構造としてもよい。ばね８を用いると、歯ｒ１を押し当てる力の強さを制御することができ、ラック１の乗り上げを更に確実に防止することができる。

また、ラック前端の別部材１Ｂは、たとえば図５（ｂ）に示すように、第１歯ｒ１のみを備えるものにしてもよい。

また、油圧モータは、電動モータやエアモータなど、ピニオン２を駆動して回転させる他の機構に置き換えてもよい。

また、ピニオン２の駆動の解除は、油圧モータヘの油圧供給を止めることにより行なってもよく、ピニオン２への制動力の付加は、油圧モータの油圧を制御してその回転数を低下させる方法で行なってもよい。

なお、ラック前端の別部材１Ｂが有する歯の歯先を、図に示すようにアール状に面取りすると好ましい。このようにすれば、歯ｒ１と歯ｐ１とが突き合わさったとき、歯ｒ１の頂部が歯ｐ１の頂部をよりスムーズに乗り越え、ラック１の乗り上げが一層生じにくい。

また、図１に示すように、ラック１の後端部分を別部材１Ｃとなし、ラック前端と同様の構造にすると好ましい。このようにすれば、ラック１を後退させて後方のピニオンに噛み合わせるときにも、ラック１の乗り上げが生じない。

図６に、この発明の搬送装置の実施形態を示す。この搬送装置は、搬送物Ｈを搭載する台車Ｄと、この台車Ｄを進行させる進行路Ｓとからなる。

台車Ｄには、上述した構造のラック１が台車Ｄの進行方向（図面では横方向）に沿って配置されている。進行路Ｓには、上述したピニオンと同様のピニオン２０、２１、２２が台車Ｄの進行方向に沿って順に一定の間隔をあけて配置されている。

この搬送装置では、台車Ｄのラック１が、図７に示すように進行路Ｓのピニオン２０、２１、２２に次々と噛み合い、台車Ｄを進行路Ｓに沿って進行させる。

すなわち、ピニオン２０が台車Ｄのラック１に送りをかけて台車Ｄを進行させ（図７（ａ））、台車Ｄの進行に伴いピニオン２０からラック１が外れる前に、次のピニオン２１がラック１と噛み合う（図７（ｂ））。噛み合った後にピニオン２１がラック１に送りをかけ、台車Ｄを進行させる（図７（ｃ））。台車Ｄの進行に伴いピニオン２１からラック１が外れる前に、次のピニオン２２がラック１と噛み合う。噛み合った後に、ピニオン２２がラック１に送りをかけ、台車Ｄを進行させる（図７（ｄ））。なお、進行路Ｓのピニオンを増やせば、台車Ｄの移動距離を任意に延ばすことが可能である。

このとき、台車Ｄの水平姿勢は、台車Ｄおよび進行路Ｓにそれぞれ設けた車輪およびレール（図示せず）で維持している。

台車Ｄのラック１は、前方のピニオンに乗り上げることなく、スムーズに噛み合うので、台車Ｄに搭載した搬送物Ｈを円滑に搬送することができる。また、ラック１の揺動機構が破損しにくいので、この搬送装置は耐久性に優れる。特に、搬送物Ｈが、超高圧プレスの金型など５トン以上の重量物である場合、従来のラックピニオンを用いた搬送装置と比べて、乗り上げ防止の信頼性および搬送装置の耐久性の差が顕著となる。

この発明のラックピニオン装置の実施形態を示す図 ラックの歯がピニオンの歯と付き合わさった状態における同上の装置の噛み合い過程を示す図 ラックの歯がピニオンの歯と付き合わなかった状態における同上の装置の噛み合い過程を示す図 ラックがピニオンに乗り上げた状態を示す図 （ａ）はこの発明のラックピニオン装置の第１変形例を示す図、（ｂ）は第２変形例を示す図 この発明の搬送装置の実施形態を示す図 同上の搬送装置の台車が進行する過程を示す図

符号の説明

１ ラック
１Ａ 本体
１Ｂ 別部材
２ ピニオン
３ 支軸
４ 第１歯から第２歯までの距離
５ 歯間ピッチ
ｒ１ 第１歯
ｒ２ 第１歯の次の歯
Ｄ 台車
Ｓ 進行路
２０、２１、２２ ピニオン

Claims (7)

1. 長手方向に移動するラックをピニオンに噛み合わせ、このピニオンを回転駆動機構で駆動して前記ラックに送りをかけるラックピニオン装置において、前記ラックの、前記ピニオンに最初に噛み合う第１歯を含む前端部分を別部材となし、前記ピニオンの回転軸と平行な支軸でこの別部材を揺動可能に支持し、この支軸を前記第１歯よりも後方に配置し、前記別部材を揺動させて前記第１歯を前記ピニオンに押し当てる構造にしたことを特徴とするラックピニオン装置。
2. 前記ラックの前記第１歯からその次の歯までの距離を、前記ピニオンの歯間ピッチの２倍に相当する距離と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装置。
3. 前記ピニオンの上側に前記ラックを配置し、前記別部材の重心よりも後方に前記支軸を配置し、この別部材がその自重で揺動して前記第１歯を前記ピニオンに押し当てるように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装置。
4. 前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を、前記ラックの移動速度よりも遅らせる遅速手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のラックピニオン装置。
5. 前記ピニオンの駆動を解除する解除手段を設け、この解除手段で前記遅速手段を構成し、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合うまでの間、前記解除手段で前記ピニオンの駆動を解除して、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を前記ラックの移動速度よりも遅らせるようにした請求項４に記載のラックピニオン装置。
6. 前記ピニオンの回転に制動力を加える制動手段を設け、この制動手段で前記遅速手段を 構成し、前記制動手段で前記ピニオンの回転に制動力を加えて、前記ラックの第１歯が前記ピニオンの歯と噛み合う直前の前記ピニオンの周速を前記ラックの移動速度よりも遅らせるようにした請求項４に記載のラックピニオン装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のラックピニオン装置のラックを台車に設け、この台車の進行路に、前記ラックピニオン装置のピニオンを前記台車の進行方向に沿って複数設け、前記台車が進行して前記ラックが前記ピニオンから外れる前に前記ラックが次の前記ピニオンと噛み合い、噛み合ったピニオンを駆動して前記台車を進行させるようにした搬送装置。

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