JP2004263740A - ラックとピニオンを用いた該ラックの可動範囲延長構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ラックとピニオンの機構の該ラック移動方向の距離を大きくし、前記機構を収容するシリンダ内部の省スペース化を図る。
【解決手段】回転中心が直線的に配列される、（ｎ＋１）個（ｎは１以上の自然数とする）の従動歯車５の各間にｎ個のアイドラー７がそれぞれ１個ずつ噛み合うように配設され、従動歯車５またはアイドラー７のいずれか１個に駆動歯車６が噛み合わされ、（ｎ＋１）個の従動歯車５の回転軸上にそれぞれ一体的に、かつ同一外径を有するように設けられた（ｎ＋１）個のピニオン８と、ピニオン８と少なくとも１個以上が噛み合って（ｎ＋１）個のピニオン８のすべてに共通する接線方向に直線的に移動するラック９と、ラック９を前記接線方向に支持しかつ案内する支持構造１０とを備える。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラックの長さを変更せずにラックを直線的に長く移動させるとともに、省スペース化されることができるラックとピニオンの機構に関し、特に、該機構をシリンダ内に収容するとき、そのシリンダ本体の全長が同じであれば、ラックと連結する出力ロッドの可動範囲を長くすることができるラックとピニオンを用いた該ラックの可動範囲延長構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ラックとピニオンを用いてピニオンの回転運動をラックの直線運動に変換する機構としては、さまざまなものが開示されている。
例えば、特許文献１には、駆動ピニオンの両側に２つの同一外径を有するアイドルギヤを設け、該２つのアイドルギヤにラックを噛合させることにより、該ラックの歯に作用する力を軽減させる技術が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、直線駆動させるラックの歯形にトロコイド曲線を利用したものを使用するとともに、ラックに噛み合うピンを３本にすることにより、より大きな荷重の伝達を可能とする技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５７−８６６５２号公報
【特許文献２】
特開平５−１８７５０５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術では、前記ラックとピニオンの機構をシリンダ等内に収容するとき、前記ラックが直線的に移動するため、ラックの移動方向における該シリンダ等の内部のスペースは、ラックが移動する直線長さより長い分だけ確保する必要がある。
例えば、一つのピニオンに一つのラックが噛合する構造体を収容するシリンダについて考察する。前記シリンダのラックが移動する方向へのスペースは、ピニオンに対してラックがその左右の両端間を直線的に動くことができるとすれば、ラックの全長よりも少なくとも２倍以上が必要となる。また、シリンダ内の前記ラックに連結する出力ロッドのストロークを延長するために、該ラックの長さを延長した場合、前記シリンダ内のラックが移動する方向へのスペースは、その追加延長分の長さの２倍が必要となる。
ゆえに、ラックの長さとそのラックを収納する前記シリンダのスペースは物理的に決定されるため、省スペース化を図ることが困難であった。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ラックが移動する方向のスペースをより省スペース化できるラックとピニオンを用いた該ラックの可動範囲延長構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転中心が直線的に配列される、（ｎ＋１）個（ｎは１以上の自然数とする）の従動歯車の各間にｎ個のアイドラーがそれぞれ１個ずつ噛み合うように配設され、前記従導歯車または前記アイドラーのいずれか１個に駆動歯車が噛み合わされ、前記（ｎ＋１）個の従動歯車の回転軸上にそれぞれ一体的に、かつ同一外径を有するように設けられた（ｎ＋１）個のピニオンと、該ピニオンと少なくとも１個以上が噛み合って該（ｎ＋１）個のピニオンのすべてに共通する接線方向に直線的に移動するラックと、該ラックを前記接線方向に支持しかつ案内する支持構造とを備える。
【０００８】
また、前記可動範囲延長構造を、シリンダ本体と出力ロッドとからなるシリンダの該シリンダ本体内に収容し、前記ラックと前記出力ロッドとを連結部材により固定的に連結する
【０００９】
【作用】
ラックに噛み合うピニオンを複数個設けるとともに、ピニオン間の距離を変更することにより、前記ラックとピニオンの機構を収容するスペースに対して、該ラックの移動距離を大きくするとともに、該ラックが移動する方向のスペースをより省スペース化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態に係るラックとピニオンを用いた該ラックの可動範囲延長構造について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係り、ラックとピニオンの機構を収容するシリンダで、該機構のラックを用いたシリンダの可動範囲延長構造を示す正面図である。なお、このシリンダ１は、本発明を説明するための一例として使用するものである。
【００１１】
図１において、シリンダ１は、左右方向に長手方向が移動するロッド２と、ロッド２の長手方向の一端が内部に挿入されているシリンダ本体３で構成されている。シリンダ本体３の内部には、ロッド２の一端部が取付けられている可動範囲延長構造体４が設けられている。
【００１２】
この可動範囲延長構造体４は、それぞれ以下の部品により組み立てられている。回転中心軸が直線的に配列される、（ｎ＋１）個の従動歯車５（図１では３個。以下３個で説明する。）の左端の１個には、駆動歯車６が噛み合わされている。３個の従動歯車５の各間には、ｎ個のアイドラー７（図１では２個。以下、２個で説明する。）がそれぞれ１個ずつ隣り合う従動歯車５に噛み合うように配設されている。３個の従動歯車５の回転軸上には、それぞれ一体的に、かつ同一外径を有するように設けられた（ｎ＋１）個のピニオン８（図１では３個。以下、３個で説明する。）が設けられている。また、ピニオン８と少なくとも１個以上が噛み合って該３個のピニオンのすべてに共通する接線方向に直線的に移動するラック９が設けられている。ラック９には、前記接線方向に摺動可能に支持され、かつ案内される支持構造１０が設けられている。
なお、従動歯車５、駆動歯車６、アイドラー７の回転軸や、支持構造１０は、可動範囲延長構造体４の図示しない枠体に取り付けられている。
【００１３】
駆動歯車６は、シリンダ本体３の内部または外部に設けた図示しないモータ等と接続され、このモータの駆動力により正転または逆転可能に回転する。駆動歯車６は、駆動軸の中心がロッド２の移動方向軸線１１の軸線上になるよう配置されている。
【００１４】
従動歯車５の回転軸１２のそれぞれの中心は、駆動歯車６の駆動軸の中心と同様に、移動方向軸線１１の軸線上に配置されている。従動歯車５、および駆動歯車６には、平歯車が使用されており、３個の従動歯車５は、モジュール、歯数、ピッチ円直径がそれぞれ等しいものが使用されている。
３つのピニオン８は、それぞれの従動歯車５と一体的に形成されるとともに、従動歯車５の回転軸１２の同軸上に、かつ回転軸１２と直交する同一平面内でそれぞれラック９と噛み合うように設けられている。前記ピニオン８は、モジュール、歯数、ピッチ円直径がそれぞれ等しい同一の平歯車が使用されている。なお、図１では、前記ピニオン８のピッチ円直径は、従動歯車のそれより小さいものが示されている。
【００１５】
ラック９は、３つのピニオン８の共通する接線方向に往復するように設けられており、図１では、連結部材としての固定金具１３により連結されるロッド２の移動方向と同一方向に往復移動する。ラック９の長手方向の長さＢは、それぞれの従動歯車５（ピニオン８）の回転軸１２の軸間の長さＡよりも大きくなるように形成されている。
支持機構１０は、一般に使用されている直動機構などを用いて構成されており、ラック９の図上で上下左右方向に作用する力を受けて支持しながら、ラック９が前記移動方向に摺動可能に往復するのを案内している。支持機構１０の長手方向の全長は、ラック９の可動距離と同等またはそれ以上の長さだけ設けられている。
また、ラック９とロッド２は、固定金具１３により互いに固定的に連結されており、ラック９またはロッド２が交換可能なようにボルト類で締結固定されている。
【００１６】
次に、可動範囲延長構造４の動作について、図１を用いて詳しく説明する。
駆動歯車６が右回転（図１で時計方向）すると、それぞれの従動歯車５およびピニオン８は左回転する（アイドラー７は右回転する。）。ラック９はピニオン８から右水平方向への推力を受け、固定金具１３を介してロッド２を右水平方向に移動させる。
【００１７】
ロッド２の可動長さ（ストローク）Ｌは、ラック９が少なくとも一つのピニオン８と噛み合っている状態でも移動することができるので、それぞれの回転軸１２の軸間長さＡと、ラック９の長手方向の長さＢの和となり、
Ｌ ＝ ２×Ａ＋Ｂ
の式で表すことができる。
また、シリンダ本体３の内寸Ｃは、ラック９が移動する範囲の全長分だけ長くなければならず、
Ｃ ≧ ２×Ａ ＋ ２×Ｂ ＝ ２×（ Ａ＋Ｂ ）
の式で表すことができる。
【００１８】
仮に、図１に示すピニオン８の２個を使用せずに１個だけ（例えば、３個のピニオンのうちの中間のピニオンだけ）を用いて前記可動長さＬと同じ可動長さとなるように構成した場合、ラックの長手方向の長さＢ´は、
Ｂ´ ＝ Ｌ ＝ ２×Ａ＋Ｂ
シリンダ本体３の内寸Ｃ´は、
Ｃ´ ≧ ２×Ｂ´ ＝ ２×（ ２×Ａ＋Ｂ ）
の式で表すことができる。
ゆえに、短縮可能な寸法 Ｐ は、
Ｐ ＝ Ｃ´−Ｃ ＝ ２Ａ
となり、前記シリンダ本体３を２Ａの長さだけ短縮することができる。
【００１９】
本発明の実施形態に係るラック９とピニオン８の機構を用いたラック９の可動範囲延長構造では、複数のピニオン８を設けて、ラック９が少なくともピニオン８と１個以上に噛み合うようにし、さらに１個のピニオン８と噛み合う状態においても支持構造１０がラック９の移動方向を案内・支持する構造としているので、１個のピニオンを用いたラックとピニオンの機構よりも、ピニオン８の軸間距離の２倍の長さだけシリンダ本体３の全長を短くすることができる。
【００２０】
なお、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、アイドラー７の直径を大きくあるいは小さくすることにより、ロッド２の可動寸法を調節することができる。また、図１では、アイドラー７をロッド２の移動方向軸線１１の線上に配置しているが、移動方向軸線１１の上側または下側にずらして配置することにより回転軸１２の軸間長さＡを変えることができ、ロッド２の可動寸法を調節することができる。
【００２１】
また、支持機構１０は、直動機構を使用する代わりに、ラック９の側面および下面が常に２個以上のローラで上下左右に支持される構造を用いて構成することもできる。
さらに、駆動歯車６は、図１では、左端の従動歯車５と噛合するように記載したが、どの従動歯車５と噛合させてもよく、また、どのアイドラー７と噛合させてもよい。この組み合わせによりギヤ比を調節して、図示しないモータと本装置の間に必要な場合に設けていた減速機を小さく、あるいは削減することができる。
また、いずれかの従動歯車５またはアイドラー７を直接駆動させてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明に係るラックとピニオンの機構を用いた可動範囲延長構造によれば、回転中心が直線的に配列される、（ｎ＋１）個（ｎは１以上の自然数とする）の従動歯車の各間にｎ個のアイドラーがそれぞれ１個ずつ噛み合うように配設され、前記従導歯車または前記アイドラーのいずれか１個に駆動歯車が噛み合わされ、前記（ｎ＋１）個の従動歯車の回転軸上にそれぞれ一体的に、かつ同一外径を有するように設けられた（ｎ＋１）個のピニオンと、該ピニオンと少なくとも１個以上が噛み合って該（ｎ＋１）個のピニオンのすべてに共通する接線方向に直線的に移動するラックと、該ラックを前記接線方向に支持しかつ案内する支持構造とを備えているので、ラックおよびロッドの可動範囲が同じであれば、シリンダ本体の全長を短くすることができ、また、前記ラックとピニオンの機構を収容するシリンダのシリンダ本体の全長が同じであれば、ラックおよびロッドの可動範囲を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るラックとピニオンを用いたラックの可動範囲延長構造体を収容するシリンダの一部を破断した正面図であって、変数ｎが２の場合である。
【符号の説明】
１ シリンダ
２ ロッド
３ シリンダ本体
４ 可動範囲延長構造
５ 従動歯車
６ 駆動歯車
７ アイドラー
８ ピニオン
９ ラック
１０ 支持構造
１１ 移動方向軸線
１２ 従動歯車の回転軸
１３ 固定金具（連結部材）
Ａ 従動歯車軸の軸間長さ
Ｂ，Ｂ´ ラックの長さ
Ｃ，Ｃ´ シリンダ本体の内寸法
Ｌ ロッドの可動長さ

Claims (2)

1. 回転中心が直線的に配列される、（ｎ＋１）個（ｎは１以上の自然数とする）の従動歯車の各間にｎ個のアイドラーがそれぞれ１個ずつ噛み合うように配設され、前記従導歯車または前記アイドラーのいずれか１個に駆動歯車が噛み合わされ、前記（ｎ＋１）個の従動歯車の回転軸上にそれぞれ一体的に、かつ同一外径を有するように設けられた（ｎ＋１）個のピニオンと、
   該ピニオンと少なくとも１個以上が噛み合って該（ｎ＋１）個のピニオンのすべてに共通する接線方向に直線的に移動するラックと、
   該ラックを前記接線方向に支持しかつ案内する支持構造と
   を備えていることを特徴とするラックとピニオンを用いた該ラックの可動範囲延長構造。
2. 前記可動範囲延長構造を、シリンダ本体と出力ロッドとからなるシリンダの該シリンダ本体内に収容し、前記ラックと前記出力ロッドとを連結部材により固定的に連結することを特徴とする請求項１に記載ラックとピニオンを用いたシリンダの可動範囲延長構造。

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