JP2018076954A - 直動変速機構を備えた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】直動の変速機構の動作を応用した種々の機器を提供することを課題とする。【解決手段】直動変速機構を備えた機器は、固定ラックと、前記固定ラックに連動する第１のピニオンと、前記固定ラックに平行に配置されると共に、前記固定ラックの長手方向に沿って移動可能な可動ラックと、前記第１のピニオンに連結され、前記第１のピニオンと共に回転したときの周速度が前記第１のピニオンの周速度よりも速く、前記可動ラックに連動する第２のピニオンと、前記可動ラックに連結され、前記可動ラックを作動させる入力部と、前記第１のピニオン及び前記第２のピニオンに連結された出力部と、を含む。【選択図】図３

Description

本明細書開示の発明は、直動変速機構を備えた機器に関する。

従来、ラックと、このラックに噛み合うピニオンを備えた機器が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、本願の出願人もラックとピニオンを用いた直動の変速機構を開発している（特許文献２参照）。

特開２００３−１５５１８２号公報 特開２０１５−１４０８２９号公報

ところで、特許文献２に開示されている直動の変速機構は、ベースに固定された第１のラックと、この第１のラックに平行に配置され、ベース上を長手方向に移動可能な第２のラックとを備えている。そして、第１のラックと噛み合う第１のピニオン歯車と、第２のラックに噛み合い、第１のピニオン歯車と連結された第２のピニオン歯車とを備えている。ここで、第１のピニオン歯車の径と第２のピニオン歯車の径を変更したり、変速機構を稼働させるために力を加える入力位置を変更したりすることで、種々の動作が実現される。このような、直動の変速機構は、種々の機器に応用できると考えられる。

しかしながら、特許文献２には、直動の変速機構を備えたプレス機及び荷重機構が開示されているのみである。

１つの側面では、本明細書開示の直動変速機構を備えた機器は、直動の変速機構の動作を応用した種々の機器を提供することを課題とする。

本明細書開示の直動変速機構を備えた機器は、固定ラックと、前記固定ラックに連動する第１のピニオンと、前記固定ラックに平行に配置されると共に、前記固定ラックの長手方向に沿って移動可能な可動ラックと、前記第１のピニオンと共に回転したときの周速度が前記第１のピニオンの周速度よりも速く、前記可動ラックに連動する第２のピニオンと、前記可動ラックに連結され、前記可動ラックを作動させる入力部と、前記第１のピニオン及び前記第２のピニオンに連結された出力部と、を含む。

本明細書開示の直動変速機構を備えた機器によれば、直動の変速機構の動作を応用した種々の機器を提供することができる。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）は実施形態に係る直動変速機構の原理の一例を説明する図である。 図２は実施形態に係る直動変速機構における可動ラックの移動距離の計算の一例を説明する図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は実施形態に係る直動変速機構の動作例を示す説明図である。 図４は実施形態の直動変速機構を用いた計量器の作動原理を示す説明図である。 図５は実施形態の直動変速機構を備えた計量器を上方から観た説明図である。 図６は実施形態の直動変速機構を備えた計量器を模式的に示す説明図である。 図７は実施形態の直動変速機構を用いたカーテン開閉装置の作動原理を示す説明式である。 図８は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置を模式的に示す説明図である。 図９は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置の支柱部を模式的に示す説明図である。 図１０は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置の支柱部に装着された固定ラック、可動ラック、シート巻取部等を模式的に示す説明図である。 図１１は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置のフレームを模式的に示す説明図である。 図１２は実施形態の直動変速機構を用いた昇降機の作動原理を示す説明図である。 図１３は実施形態の直動変速機構を備えた昇降機を上方から観た説明図である。 図１４は実施形態の直動変速機構を備えた昇降機を側方から観た説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

まず、図１（Ａ）乃至図３（Ｂ）を参照しつつ、本発明の種々の実施形態に適用される直動変速機構の原理について説明する。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は実施形態に係る直動変速機構の原理の一例を説明する図である。図２は実施形態に係る直動変速機構における可動ラックの移動距離の計算の一例を説明する図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）は実施形態に係る直動変速機構の動作例を示す説明図である。

図１（Ａ）や図１（Ｂ）に示すように、直動変速機構１（以下、単に変速機構１という場合がある）は、１つの固定ラック２と、固定ラック２に平行に配置されると共に、図示されないスライド機構によって矢印に示す長手方向に沿って移動可動な可動ラック３とを有する。固定ラック２と可動ラック３は、歯が同じ向きになるように、かつ複数の歯の配列方向である固定ラック２、可動ラック３の長手方向が平行になるように配置されている。また、固定ラック２には、第１のピニオン歯車４が噛み合わされており、第１ラックアンドピニオン機構７を構成している。また、可動ラック３には、第２のピニオン歯車５が噛み合わされており、第２ラックアンドピニオン機構８を構成している。

固定ラック２と噛み合う第１のピニオン歯車４のピッチ円直径はＤａになっている。可動ラック３と噛み合う第２のピニオン歯車５のピッチ円直径はＤｂになっている。第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５は回転軸部６によって同軸に連結されている。ここで、ピッチ円直径とは、歯数×モジュールである。また、第１のピニオン歯車４と第２のピニオン歯車５のピッチ円直径は、異なる値になっている。図１（Ａ）に示す例では、第１のピニオン歯車４のピッチ円直径が第２のピニオン歯車５のピッチ円直径よりも大きくなっている。一方、図１（Ｂ）に示す例では、第２のピニオン歯車５のピッチ円直径が第１のピニオン歯車４のピッチ円直径よりも大きくなっている。

図１（Ａ）に示す例では、第１のピニオン歯車４を固定ラック２の長手方向、即ち矢印に示す方向に平行移動させると、固定ラック２に噛み合っている第１のピニオン歯車４が回転し、回転軸部６によって第１のピニオン歯車４に連結された第２のピニオン歯車５も同じ回転数で回転する。そして、第２のピニオン歯車５が回転することによって、可動ラック３が矢印に示す長手方向に移動させられる。

このとき、第１のピニオン歯車４の直線移動距離と、可動ラック３の移動距離の比率は図２に示すように計算できる。なお、図２では、計算の都合上、固定ラック２が移動することを仮定して計算している。図２のケース（１）に示すように、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５が平行移動せずに１回転した場合は、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５の移動距離は、「０」である。そして、固定ラック２の仮想の移動距離が「−π・Ｄａ」になり、可動ラック３の移動距離は、「−π・Ｄｂ」になる。

また、ケース（２）に示すように、全体を「π・Ｄａ」だけ平行移動させた場合、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５の移動距離は、「π・Ｄａ」である。そして、固定ラック２の仮想の移動距離が「π・Ｄａ」になり、可動ラック３の移動距離は、「π・Ｄａ」になる。

従って、ケース（１）とケース（２）を合計すると、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５の移動距離は、「π・Ｄａ」であり、固定ラック２の移動距離が「０」になる。可動ラック３の移動距離は、「π・（Ｄａ−Ｄｂ）」になる。このことは、固定ラック２を固定した状態で、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５を「π・Ｄａ」だけ移動させると、可動ラック３は「π・（Ｄａ−Ｄｂ）」だけ移動することを示し、変速比は（Ｄａ−Ｄｂ）／Ｄａとなる。

従って、図１（Ａ）図示のように、第１のピニオン歯車４のピッチ円直径が第２のピニオン歯車５のピッチ円直径よりも大きい場合（Ｄａ＞Ｄｂ）、可動ラック３とピニオン歯車４、５の移動方向は、図３（Ａ）に示すように一致する。

一方、図１（Ｂ）図示のように、第２のピニオン歯車５のピッチ円直径が第１のピニオン歯車４のピッチ円直径よりも大きい場合（Ｄｂ＞Ｄａ）、可動ラック３とピニオン歯車４、５の移動方向は、図３（Ｂ）に示すように逆向きとなる。

なお、第１のピニオン歯車４は第１のピニオンの一例であり、第２のピニオン歯車５は第２のピニオンの一例である。各ピニオンは、歯車に限定されるものではなく、例えば履帯のような、従来公知の動力伝達要素を用いることができる。第１のピニオンと第２のピニオンとは、回転軸部を介して連結され、共に回転したときに、第２のピニオンの周速度が第１のピニオンの周速度よりも速くなる関係を有していればよい。第１のピニオン歯車４と第２のピニオン歯車５とは、Ｄｂ＞Ｄａの関係を有しているので、第２のピニオン歯車５の周速度が第１のピニオン歯車４の周速度よりも速くなる関係が成立している。

以下に説明する実施形態では、図１（Ｂ）や図３（Ｂ）に示す態様の変速機構１を用いる。すなわち、可動ラック３に噛み合う第２のピニオン歯車５のピッチ円直径Ｄｂを固定ラック２に噛み合う第１のピニオン歯車４のピッチ円直径Ｄａよりも大きくする。以下に説明する本明細書開示の直動変速機構を備えた機器は、いずれも可動ラック３に連結され、可動ラック３を作動させる入力部と、回転軸部６に連結された出力部とを含む。なお、回転軸部６と出力部との連結の態様は、出力部が回転軸部６、すなわち、第１のピニオン歯車４及び第２のピニオン歯車５と共に移動できる態様であれば、どのような態様であってもよい。

（第１実施形態）
次に、図４〜図６を参照して、第１実施形態について説明する。第１実施形態は、直動変速機構を備えた機器を計量器１０とした例である。図４は実施形態の直動変速機構を用いた計量器の作動原理を示す説明図である。図５は実施形態の直動変速機構を備えた計量器を上方から観た説明図である。図６は実施形態の直動変速機構を備えた計量器を模式的に示す説明図である。

図４を参照して、計量器１０による計量の原理について説明する。計量器１０は種々の対象物の質量を測定することができる。本実施形態では、所望の質量の液体を計量することを想定している。

計量器１０は、固定ラック１２と可動ラック１３を備える。可動ラック１３は固定ラック１２の長手方向に沿って移動可能に設けられている。固定ラック１２には、第１のピニオン歯車１４が噛み合っている。可動ラック１３には、第２のピニオン歯車１５が噛み合っている。第１のピニオン歯車１４と第２のピニオン歯車１５とは、回転軸部１６を介して連結されている。第２のピニオン歯車１５のピッチ円直径Ｄｂは、第１のピニオン歯車１４のピッチ円直径Ｄａよりも大きい。これらの固定ラック１２、可動ラック１３、第１のピニオン歯車１４、第２のピニオン歯車１５及び回転軸部１６は、変速機構の構成要素に含まれる。

可動ラック１３には、計量対象となる液体を貯留する計量容器１７が取り付けられている。計量容器１７は、入力部として機能する。計量容器１７には、ポンプ２０から吐出された液体が流入する。計量器１０は、回転軸部１６に装着された分銅１８を備える。分銅１８は、出力部として機能する。分銅１８は、計量した液体の質量に応じその質量を変更することができる。

計量器１０は、さらに、出力部としての分銅が移動したことを検知する検知スイッチ１９を備えている。検知スイッチ１９は、検知レバー１９ａを備える。検知スイッチ１９は、検知レバー１９ａに分銅１８が接触したことを検知すると、ポンプ２０の駆動を停止する。

ポンプ２０により吐出されている液体が計量容器１７内に貯留し、分銅１８との釣り合いが崩れると、計量容器１７が矢示２１のように押し下げられる。計量容器１７は、可動ラック１３に取り付けられているため、計量容器１７の移動に伴って、可動ラック１３も押し下げられる。すると、分銅１８は、矢示２２のように上昇し、検知レバー１９ａに接触して検知レバー１９ａを作動させる。検知スイッチ１９は、検知レバー１９ａに分銅１８が接触したことを検知すると、ポンプ２０の駆動を停止する。これにより、計量容器１７内には、所望の質量の液体が貯留された状態となり、所望の質量の液体を計量することができる。

ここで、入力部と出力部との力の釣り合いについて説明する。入力部と出力部との釣り合いは、固定ラック１２を中心としたモーメントの釣り合いであり、
分銅の質量＝測定対象×変速比
式１
で表すことができる。

実際には第１のピニオン歯車１４、第２のピニオン歯車１５と可動ラック１３の質量があるので、
（分銅＋第１、第２のピニオン歯車とその支持部の質量）＝
（計量対象＋可動ラックとその支持部）×変速比
式２
となる。計量対象が軽い場合は、可動ラック１２は上側で停止したままとなる。計量対象が重くなりバランスが崩れると分銅１８が上昇を開始する。その上昇開始を検知スイッチ１９で検知すれば、測りたい質量を超えたことが分かる。この機構によれば小さな分銅１８でも所望する質量を検出できる。

このような原理で作動する計量器１０につき、より具体的な構成を図５、図６を参照しつつ説明する。

計量器１０は、板状のベース部１１を備えている。ベース部１１には、後に説明する容器設置台１７ａの下降を停止するための第１ストッパ１１ａ、回転軸部１６の下降を停止するための第２ストッパ１１ｂが設けられている。

ベース部１１には、固定ラック１２が立設されている。また、ベース部１１には、可動ラック１３との連結部１３ａを備えた垂直ガイド１３ｂが固定ラック１２と平行に立設されている。可動ラック１３は、二本設けられており、二本の可動ラック１３、固定ラック１２の両側に配置され、固定ラック１２を挟むような状態とされている。図５を参照すると、連結部１３ａは、上方から観たときに、垂直ガイド１３ｂを囲うような形状を有しており、その端部がそれぞれ、可動ラック１３と接続されている。そして、連結部１３ａには、計量容器１７が設置されている容器設置台１７ａが取り付けられている。連結部１３ａ、容器設置台１７ａを含む計量容器１７は、可動ラック１３と共に移動するものであり、計量対象の支持部となるものであるので、式２による釣り合い条件を算出するときに、その質量が算入される。

本実施形態は、２個の第２のピニオン歯車１５を有し、２個の第２のピニオン歯車１５は、第１のピニオン歯車１４を挟む状態で設けられている。第１のピニオン歯車１４と２個の第２のピニオン歯車１５は、回転軸部１６を介して連結され、同期して回転することができるようになっている。回転軸部１６は、ベース部１１に立設されたピニオン昇降ガイド２３が有する溝部２３ａに回転可能に支持されている。ピニオン昇降ガイド２３が備える溝部２３ａには、分銅１８が収納される。分銅１８は、溝部２３ａ内で回転軸部１６に荷重をかける。なお、回転軸部１６は、第１のピニオン歯車１４と第２のピニオン歯車１５の支持部として、式２による釣り合い条件を算出するときに、その質量が算入される。

次に、このような計量器１０による計量について説明する。分銅１８は、計量したい質量に対応させて選定され、溝部２３ａ内にセットしておく。計量容器１７に液体を流入する計量以前の状態では、分銅１８の質量が第１のピニオン歯車１４と第２のピニオン歯車１５を下方へ押し下げ、回転軸部１６は降下して第２ストッパ１１ｂに当接し、一方、計量容器１７は、上部位置する。

計量を開始するときは、ポンプ２０を始動し、液体を計量容器１７内へ流入させる。液体の計量容器１７内への流入が進行し、
（分銅質量＋第１、第２ピニオン歯車質量＋回転軸部質量）＜
（計量容器質量＋液体質量＋容器設置台質量＋可動ラック質量）×変速比
式３
の条件に達すると、容器設置台１７ａが第１ストッパ１１ａに接触するまで降下し、これに伴って可動ラック１３も降下する。この結果、第１のピニオン歯車１４、第２のピニオン歯車１５、回転軸部１６及び分銅１８が上昇する。これにより、分銅１８が検知レバー１９ａに接触し、検知スイッチ１９がポンプ２０を停止する。これにより、所望の質量の液体を計量容器１７内に得ることができる。

なお、従来、計量容器に供給される計量対象の荷重を受けて圧縮するバネを用い、バネが圧縮されて計量容器が変位することで検知スイッチが作動する方式の計量器が知られている。このような計量器は、簡単な仕組みであり、安価である。しかしながら、バネは１０％程度製造バラツキがあり、スイッチの位置調整や校正をしたとしても、精度、信頼性という面で改善の余地がある。また、他の方式として、いわゆる天秤を用いた計量器も考えられるが、計量対象と同一の質量の分銅を準備しなければならず、装置が重くなってしまうことが考えられる。さらに、てこの原理を応用した天秤とすれば、分銅の質量を軽くすることができるが、その一方で、腕が長尺となり、装置が大きくなることが考えられる。本実施形態の計量器１０によれば、これらの不都合を解決することができる。

（第２実施形態）
次に、図７〜図１１を参照して、第２実施形態について説明する。図７は実施形態の直動変速機構を用いたカーテン開閉装置の作動原理を示す説明図である。図８は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置を模式的に示す説明図である。図９は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置の支柱部を模式的に示す説明図である。図１０は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置の支柱部に装着された固定ラック、可動ラック、シート巻取部等を模式的に示す説明図である。図１１は実施形態の直動変速機構を備えたカーテン開閉装置のフレームを模式的に示す説明図である。

図７を参照して、カーテン開閉装置３０の原理について説明する。カーテン開閉装置３０は、単純な操作でカーテン３８を巻き取り、カーテン３８を開いた状態とすることができる。なお、カーテン３８は、シート部材の一例であり、本実施形態では、カーテン３８の開閉を想定しているが、シート巻取部３８ａに巻き取り可能な他の部材を対象としてもよい。また、シート巻取部３８ａは、部材引き上げ部の一例であり、対象となる部材を巻き取ることなく、対象となる部材を引き上げることができる態様としてもよい。

カーテン開閉装置３０は、固定ラック３２と可動ラック３３を備える。可動ラック３３は固定ラック３２の長手方向に沿って移動可能に設けられている。固定ラック３２には、第１のピニオン歯車３４が噛み合っている。可動ラック３３には、第２のピニオン歯車３５が噛み合っている。第１のピニオン歯車３４と第２のピニオン歯車３５とは、回転軸部３６を介して連結されている。第２のピニオン歯車３５のピッチ円直径Ｄｂは、第１のピニオン歯車３４のピッチ円直径Ｄａよりも大きい。これらの固定ラック３２、可動ラック３３、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６は、変速機構の構成要素に含まれる。固定ラック３２、可動ラック３３、第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５は、カーテン３８の両側に配置されている。回転軸部３６の両端部にはそれぞれ、第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５が装備されている。

可動ラック３３には、接続ピン３７ａを介して引き下げ操作部３７の一端が取り付けられている。引き下げ操作部３７は、入力部として機能する。カーテン３８の上端は、シート巻取部３８ａに巻き取り可能に装着されている。一方、カーテン３８の下端には、回転軸部３６を介して第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５が装着されている。カーテン３８、より具体的に、本実施形態にあっては、カーテン３８の下端部は、出力部として機能する。引き下げ操作部３７は、カーテン３８の下端部を上昇させ、カーテン３８を巻き取るきっかけを作る。

なお、シート巻取部３８ａ自体は、従来公知の構造を備えている。シート巻取部３８ａは、内部にコイルバネを備えており、そのバネ力によってカーテン３８を巻き取る。コイルバネは、ゼンマイのように捩られることで、カーテン３８を巻き取る力を発生させる。シート巻取部３８ａは、カーテン３８を巻き取ることで、カーテン３８の下端部を上方へ引っ張ろうとする。

カーテン３８の下端部には、二組の第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５と、一本の回転軸部３６が取り付けられており、その重力によって、カーテン３８を垂直下方に引っ張っている。ここで、固定ラック３１に噛み合っている第１のピニオン歯車３４のピッチ円直径をＤａとし、可動ラック３３に噛み合っている第２のピニオン歯車３５のピッチ円直径をＤｂとすると、その関係は、Ｄｂ＞Ｄａとなっている。このため、引き下げ操作部３７を矢示４１のように踏み込むと、可動ラック３３が下がり、矢示４２のように第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６が上昇する。これらが上昇すると、カーテン３８が緩むので、カーテン３８の緩んだ分がシート巻取部３８ａによって巻き取られ、カーテン３８が開く。

このような原理で作動するカーテン開閉装置３０につき、より具体的な構成を図８乃至図１１を参照しつつ説明する。

カーテン開閉装置３０は、平行に設けられた２本の支柱部３９ａを有し、床に立設されたフレーム３９を備えている。２本の支柱部３９ａは、対向する面にそれぞれ垂直方向に沿って延びるガイド溝３９ａ１が設けられている。ガイド溝３９ａ１には、回転軸部３６の端部がそれぞれ差し込まれ、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６は、ガイド溝３９ａ１に沿って昇降できるようになっている。

２本の支柱部３９ａの対抗する面には、それぞれ固定ラック３２と、突起部３９ａ２とが設けられている。カーテン開閉装置３０は、固定ラック３２の長手方向に沿って移動可能に設けられている可動ラック３３を備えている。可動ラック３３には、垂直方向に縦長となっているガイド孔３３ａが設けられている。このガイド孔３３ａには、突起部３９ａ２が差し込まれている。これにより、可動ラック３３は、垂直方向、すなわち、固定ラック３２の長手方向に沿って移動可能な状態とされている。引き下げ操作部３７が踏み込まれると、可動ラック３３が引き下げられる。

ここで、第１のピニオン歯車３４のピッチ円直径がＤａ、第２のピニオン歯車３５のピッチ円直径がＤｂは、Ｄｂ＞Ｄａとなっている。このため、可動ラック３３が下がると、回転軸部３６が上昇する。すなわち、カーテン３８の下端が上昇する。また、平常時、すなわち、引き下げ操作部３７を踏んでいない状態では、可動ラック３３を下げておく必要がある。これらの動作を実現するために、下記式４を満たすことが求められる。
（第１、第２のピニオン歯車及び回転軸部の質量―巻き上げ力）
＞（引き下げ操作部の質量÷２＋可動ラックの質量）×変速比
式４

なお、式４において、引き下げ操作部３７の質量を１／２としているのは、本実施形態のカーテン開閉装置３０がカーテン３８の両側に変速機構を備えており、引き下げ操作部３７は、２つの変速機構に接続されているためである。

より具体的に数値を当て嵌めた例を示すと、以下の如くである。まず、人が立ったままの状態でカーテン３８を開け、潜り抜けるようにするため、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６の移動距離を身長よりも長い２１００ｍｍに設定する。

また、足で引き下げ操作部３７を押し下げる距離は、人が自然に歩きながら足を持ち上げられる程度を考慮して１５０ｍｍとする。つまり、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６の移動距離２１００ｍｍに対して、可動ラック３３の移動距離は１５０ｍｍである。従って、必要な変速比は、１５０ｍｍ／２１００ｍｍ＝１／１４となる。

また、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６と可動ラック３３の移動方向は逆なので、歯数比は、下記式５のようになる。
（Ｄａ−Ｄｂ）／Ｄａ＝−１／１４
１−Ｄｂ／Ｄａ＝−１／１４
Ｄｂ／Ｄａ＝１５／１４
式５

所望の動作を実現するためには、第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５が式５で表されている歯数比を実現できる歯数であればよい。ただし、第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５の歯数が１４枚や１５枚のように歯数が少ないと、噛み合い率が下がり強度が下がることが考えられる。そこで、本実施形態では、適正な歯数として第１のピニオン歯車３４のピニオン歯数として２８枚、第２のピニオン歯車３５のピニオン歯数として３０枚が選定されている。

次に、各構成要素の重量バランスを考える。引き下げ操作部３７が均等な板厚材で２Ｋｇとすると、各可動ラック３３にはそれぞれ１Ｋｇの重量がかかり、更に可動ラック３３自体の重量２Ｋｇが加わる。このため、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６を押し上げようとする力は、下記式６のようになる。
（引き下げ操作部の質量÷２＋可動ラックの質量）×変速比
＝（２÷２＋２）×１／１４
＝０．２１Ｋｇｆ
式６

引き下げ操作部３７を踏んでいない場合、カーテン３８は閉まっている状態にしたい。このため、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６は０．２１Ｋｇｆよりも重いことが求められる。

そこで、本実施形態では、シート巻取部３８ａによる巻き上げ力を１Ｋｇｆ、第１のピニオン歯車３４及び第２のピニオン歯車３５の質量を０．４Ｋｇ、回転軸部３６の質量を２Ｋｇに設定する。これにより、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６が降下しようとする力は、下記式７のようになる。
（第１、第２のピニオン歯車及び回転軸部の質量―巻き上げ力）
＝１．４Ｋｇｆ
式７

これにより第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６が可動ラック３３側よりも１．２Ｋｇ分だけ重くなる。この結果、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６、すなわち、カーテン３８の下端が下がり、カーテン３８が閉じた状態になる。

更に仮に、体重５０ｋｇの人が引き下げ操作部３７に乗ると、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６が上昇しようとする力が５０／１４＝３．６Ｋｇｆの分だけ加算される。これにより、引き下げ操作部３７を踏んでいない場合と比較して、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６を上昇させようとする力が大きくなる。この結果、第１のピニオン歯車３４、第２のピニオン歯車３５及び回転軸部３６が上昇し、カーテン３８が開く。

このように、本実施形態のカーテン開閉装置３０によれば、引き下げ操作部３７を押し下げる力によって、下がろうとする部品を持ち上げるようとする向きの力を発生させることができる。また、足で踏む短いストロークを、長いストロークに変換してカーテン３８を開閉することができる。また、本実施形態では、足踏み式としているので、引き下げ操作部３７に力を加えやすい。

本実施形態では、シート部材を巻き取るために、シート巻取部３８ａを備えているが、シート巻取部３８ａを備えていることは必須ではなく、例えば、シート部材の下端をバネ等の弾性部材で上方へ引き上げるようにするだけでも良い。例えば、組み立てロボットで安全策が求められる環境では、ロボット動作時に作業者が誤って作業領域に手を入れていまわないように開閉式扉を設置するケースがある。このような開閉式扉が設置される場合、開口部の寸法は、作業者の手が入ることができればよく、扉の移動距離も短くて済む。このような場合は、扉を形成する部材を巻き取る必要はなく、その部材をバネで真上へ引っ張るだけでも良い。

その他、カーテン等のシート部材の用途は、冷暖房の効率向上、衛生面や塵埃のために空気を遮断、セキュリティ面での視界の遮断、安全性確保等、種々想定される。本実施形態のカーテン開閉装置３０は、これらの用途にも応用することができる。

本実施形態のカーテン開閉装置３０は、足踏みのような短いストロークで、入力部の移動方向（踏み込み方向）とは反対方向へ出力部を移動させることができる。これにより、例えば、衛生上の理由や、手に何かを持っていて、両手が使えない環境で、カーテン等の部材を引き上げることができる。また、電気のような動力を使わずに安全に操作できる。

（第３実施形態）
次に、図１２〜図１４を参照して、第３実施形態について説明する。図１２は実施形態の直動変速機構を用いた昇降機の作動原理を示す説明図である。図１３は実施形態の直動変速機構を備えた昇降機を上方から観た説明図である。図１４は実施形態の直動変速機構を備えた昇降機を側方から観た説明図である。

図１２を参照して、昇降機５０の原理について説明する。昇降機５０は、荷台５８に搭載した荷物を持ち上げることができる。

昇降機５０は、固定ラック５２と可動ラック５３を備える。可動ラック５３は固定ラック５２の長手方向に沿って移動可能に設けられている。固定ラック５２には、第１のピニオン歯車５４が噛み合っている。可動ラック５３には、第２のピニオン歯車５５が噛み合っている。第１のピニオン歯車５４と第２のピニオン歯車５５とは、回転軸部５６を介して連結されている。第２のピニオン歯車５５のピッチ円直径Ｄｂは、第１のピニオン歯車５４のピッチ円直径Ｄａよりも大きい。これらの固定ラック５２、可動ラック５３、第１のピニオン歯車５４、第２のピニオン歯車５５及び回転軸部５６は、変速機構の構成要素に含まれる。

可動ラック５３には、アクチュエータ５７が備える摺動シャフト５７ａが連結されている。アクチュエータ５７は、入力部として機能する。本実施形態におけるアクチュエータ５７は油圧式であるが、電動式としてもよい。回転軸部５６には、軸受部５８ａを介して荷台５８が取り付けられている。軸受部５８ａは、荷台５８に設けられている。荷台５８は、出力部として機能する。荷台５８は、アクチュエータ５７により可動ラック５３が下方に下がると、上昇することができる。

このような原理で作動する昇降機５０につき、より具体的な構成を図１３乃至図１４を参照しつつ説明する。

昇降機５０は、三方が壁部５９に囲まれた場所に設置されている。壁部５９は、昇降機５０の両側と、奥側に位置している。各壁部５９には、鉛直方向に延びるガイドレール６０が設けられている。各ガイドレール６０には、ガイドブロック６１が摺動自在に取り付けられている。ガイドブロック６１のうち、奥側の壁部５９に沿って設置されているガイドレール６０に取り付けられているガイドブロック６１には、荷台５８の一部が直接接続されている。昇降機５０の両側にそれぞれ設けられ、対向配置されている壁部５９に沿って設けられているガイドブロック６１には、可動ラック５３が取り付けられている。これにより、可動ラック５３は、鉛直方向に沿って移動することができる。昇降機５０の両側にそれぞれ設けられ、対向配置されている壁部５９には、鉛直方向に沿って延びる固定ラック５２が設けられている。固定ラック５２は、可動ラック５３が取り付けられているガイドレール６０の両側に取り付けられている。従って、本実施形態の昇降機５０は、４本の固定ラック５２を備えている。

荷台５８の両側面には、上下に一組ずつの軸受部５８ａが設けられている。すなわち、荷台５８には、４組の軸受部５８ａが設けられている。４組の軸受部５８ａには、それぞれ回転軸部５６が支持されている。それぞれの回転軸部５６には、第１のピニオン歯車５４及び第２のピニオン歯車５５が設けられている。第１のピニオン歯車５４は、第２のピニオン歯車５５の両側に配置されている。

可動ラック５３の下端部には、アクチュエータ５７の摺動シャフト５７ａが取り付けられている。摺動シャフト５７ａは、可動ラック５３を下方に引き下ろすことができる。

ここで、第１のピニオン歯車５４、第２のピニオン歯車５５、回転軸部５６及び荷台５８と、可動ラック５３とのバランスを保つには、以下の条件が必要となる。すなわち、可動ラック５３側が、（回転軸部５６側に係る質量÷変速比）に対応する質量を備えることが必要となる。変速比が１より小さい（Ｄａ−Ｄｂ)／Ｄａであることを考えると、下記式８を満たすことが望ましい。
（荷台の質量＋第１、第２のピニオン歯車及び回転軸部の質量）
≒（可動ラックの質量＋ガイドブロックの質量）×変速比
式８

本実施形態においては、第１のピニオン歯車５４のピッチ円直径Ｄａ、第２のピニオン歯車５５のピッチ円直径Ｄｂの関係は、Ｄｂ＞Ｄａとなっている。このため、可動ラック５３が下がると、荷台５８が装着されている第１のピニオン歯車５４、第２のピニオン歯車５５及び回転軸部５６が上昇しようとする。このように、可動ラック５３は、釣合い錘として機能する。

両者が釣り合っている状態から、アクチュエータ５７により、可動ラック５３を引き下げると、釣り合いが崩れ、荷台５８が上昇し、これとは逆に、可動ラック５３を持ち上げると荷台５８が降下する。

ここで、荷台５８に荷物を載せていない場合に式８を満たすようにしておけば、アクチュエータ２７は摩擦分に打ち勝つだけの少量の仕事をすれば良い。荷台５８に荷物が搭載されている場合には、アクチュエータ５７は、荷物を持ち上げる分と摩擦分に相当する力を発揮することできればよく、省エネルギで運搬できる。

より具体的に数値を当て嵌めた例を示すと、以下の如くである。まず、昇降機５０が荷台５８を持ち上げる高さ、すなわち、第１のピニオン歯車５４、第２のピニオン歯車５５、回転軸部５６及び荷台５８の移動範囲を１０ｍに設定する。アクチュエータ５７のストローク、すなわち、可動ラック５３の移動範囲を１ｍに設定すると、変速比は１ｍ／１０ｍ＝１／１０となる。

また、荷台５８と可動ラック５３の移動方向は逆になるので、歯数比は、下記式９のようになる。
（Ｄａ−Ｄｂ）／Ｄａ＝−１／１０
１−Ｄｂ／Ｄａ＝−１／１０
Ｄｂ／Ｄａ＝１１／１０
式９

所望の動作を実現するためには、第１のピニオン歯車５４及び第２のピニオン歯車５５が式９で表されている歯数比を実現できる歯数であればよい。ただし、第１のピニオン歯車５４及び第２のピニオン歯車５５の歯数が１０枚や１１枚のように歯数が少ないと、噛み合い率が下がり強度が下がることが考えられる。そこで、本実施形態では、適正な歯数として第１のピニオン歯車５４のピニオン歯数として３０枚、第２のピニオン歯車５５のピニオン歯数として３３枚が選定されている。

次に、各構成要素の重量バランスを考える。荷台５８の質量２０Ｋｇ、第１のピニオン歯車５４、第２のピニオン歯車５５及び回転軸部５６の質量５Ｋｇ、ガイドブロックの質量１Ｋｇとする。式８が成立するように可動ラック５３の質量を選定し、可動ラック５３の質量を２５０Ｋｇとすれば、
（２０Ｋｇ＋５Ｋｇ)≒（２５０Ｋｇ＋１Ｋｇ）/１０
式１０
となる。このように、昇降機５０は、荷台５８に荷物を載せていない状態で、カウンタバランスとして機能する。また、荷台５８に１０Ｋｇの荷物を載せる場合、アクチュエータ５７は変速比分の力が必要となる。そこで、本実施形態では、１０÷１／１０＝１００Ｋｇｆ以上の推進力を持つアクチュエータ５７が選定されている。

なお、本実施形態では、油圧式のアクチュエータ５７を使っているが、一般に普及しているラック式昇降機と同じように荷台自体にモータを取り付けてピニオンを回転させるようにしてもよい。ただし、この場合、荷台５８の質量にモータや減速機の質量が加わることになるため、アクチュエータ５７の利用が望ましい。

なお、従来、ワイヤー式の昇降機が知られている。ワイヤー式の昇降機出は、滑車を用い、荷台の反対側に錘を吊り下げる釣り合い錘式、あるいはツルベ式と呼ばれるカウンタバランスが用いられることで、小さい動力で昇降ができる。しかしながら、その一方で、ワイヤーが切れないよう厳しい管理が必要である。本実施形態によれば、ワイヤーが切れてしまう危険性から解放される。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 変速機構
２、１２、３２、５２ 固定ラック
３、１３、３３、５３ 可動ラック
４、１４、３４、５４ 第１のピニオン歯車
５、１５、３５、５５ 第２のピニオン歯車
６、１６、３６、５６ 回転軸部
１０ 計量器
１７ 計量容器
１７ａ 容器設置台
１８ 分銅
１９ 検知スイッチ
１９ａ 検知レバー
２０ ポンプ
３０ カーテン開閉装置
３７ 引き下げ操作部
３８ カーテン
３８ａ シート巻取部
５０ 昇降機
５７ アクチュエータ
５８ 荷台

Claims (5)

1. 固定ラックと、
   前記固定ラックに連動する第１のピニオンと、
   前記固定ラックに平行に配置されると共に、前記固定ラックの長手方向に沿って移動可能な可動ラックと、
   前記第１のピニオンに連結され、前記第１のピニオンと共に回転したときの周速度が前記第１のピニオンの周速度よりも速く、前記可動ラックに連動する第２のピニオンと、
   前記可動ラックに連結され、前記可動ラックを作動させる入力部と、
   前記第１のピニオン及び前記第２のピニオンに連結された出力部と、
   を含む直動変速機構を備えた機器。
2. 前記第１のピニオンは、前記固定ラックに噛み合う第１のピニオン歯車であり、
   前記第２のピニオンは、回転軸部材を介して前記第１のピニオンと連結されると共に、ピッチ円直径が前記第１のピニオン歯車のピッチ円直径よりも大きく、前記可動ラックに噛み合う第２のピニオン歯車である請求項１に記載の直動変速機構を備えた機器。
3. 前記入力部は、計量対象物を搭載する計量容器であり、
   前記出力部は、前記計量対象物の目的とする質量に対応した分銅であり、
   前記出力部が移動したことを検知する検知スイッチをさらに備えた請求項１に記載の直動変速機構を備えた機器。
4. 前記入力部は、前記可動ラックを引き下ろす引き下げ操作部であり、
   前記出力部は、部材引き上げ部により引き上げ可能に装着されたシート部材である請求項１に記載の直動変速機構を備えた機器。
5. 前記入力部は、前記可動ラックを移動させるアクチュエータであり、
   前記出力部は、荷台である請求項１に記載の直動変速機構を備えた機器。

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