JP4044170B2

JP4044170B2 - 伝達機構

Info

Publication number: JP4044170B2
Application number: JP06976897A
Authority: JP
Inventors: 輝林; 哲太郎江藤
Original assignee: 江藤電気株式会社; 輝林
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: JPH10267100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、平板上に載置された走行体の走行に用いられるギヤ伝達機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図６に示すような走行体３を平板上で移動させるための駆動力の伝達機構が知られている（特開平５−２７０３９７号公報等参照）。このような機構では、平板状の走行板１の上に、複数の縦ラック条２ａ…が所定間隔をおいて配設されることにより縦ラック２が形成されている。
【０００３】
この縦ラック２の縦ラック条２ａには、図中右上拡大図に示すように、各々横方向への走行体３の移動時に、横スプロケット４，４と噛み合う複数の横ラック歯５ａ…を所定間隔をおいて設けた横ラック５が、形成されている。
【０００４】
また、走行体３は、金属板で平面略長ロ字状に形成された走行体本体３ａに、走行車輪６…が左右に４輪づつ回転自在となるように軸支されている。
【０００５】
この走行車輪６…には、各々前記縦ラック条２ａと噛み合う係合溝６ａ…が、９０度ごとに設けられている。この係合溝６ａ，６ａ間には、樽状ベアリング６ｂが回転軸ピンによって横移動方向へ回転自在となるように軸支されていて、前記走行板１の上面部１ａに当接することにより、前記走行体本体３ａを支持するように構成されている。
【０００６】
このように構成された従来の走行体の駆動機構では、駆動モータ７，８の回転駆動により、各減速ギヤ９〜１１を介して、前記横スプロケット４，４又は走行車輪６…が、前記横ラック歯５ａ及び縦ラック条２ａと噛み合いながら各々回転駆動して、走行体３を縦，横方向或いは、両方向の移動を同時に行うことにより、斜め方向へ移動可能となるように構成されている。
【０００７】
例えば、縦ラック条２ａに、係合溝６ａを噛み合わせながら縦方向に進行する際、前記スプロケット４の歯が、略鉛直方向へ起立した端面５ｂ，５ｂを有する横ラック歯５ａ，５ａ間をすり抜ける。
【０００８】
このため、スプロケット４の歯をこれらの横ラック歯５ａに噛み合わせて確動性を確保しつつ、縦方向への進行の妨げとなる摺動抵抗を削減させるために、前記走行車輪６に、樽状ベアリング６ｂが、回転軸ピンを介して、回動自在となるように設けられて、所定のクリアランスが、走行板１の上面部１ａと走行体本体３ａとの間に常に形成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものでは、所定のクリアランスを走行板１の上面部１ａと走行体本体３ａとの間に常に形成されなければならないので、樽状ベアリング６ｂを走行車輪６に複数設けると共に、位相差の異なる複数の走行車輪６，６を設けなければならない。
【００１０】
このため、部品点数が増大すると共に、走行車輪６を小型化する場合、樽状ベアリング６ｂ…を回転軸ピンを用いて組み付けることは困難であった。
【００１１】
そこで、この発明は、簡易な構成で、走行体と、走行板との間のクリアランスを常に一定に保つことができる伝達機構を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のものでは、略平板状の走行板上に載置されて、回転駆動する歯車の駆動力を、該走行板上に、等間隔で形成されたラックに噛み合わせて伝達することにより、該走行板上を移動走行する走行体を有する伝達機構であって、
前記歯車は、インボリュート曲線を有して、前記ラックに常に噛み合わせ率が、１以上で支持されて構成される伝達機構を特徴としている。
【００１３】
このように構成された請求項１記載のものでは、回転駆動される歯車には、インボリュート曲線が用いられているので、噛み合わせ率は、常に一以上保持される。
【００１４】
このため、歯車軸と、走行板との間の距離は、常に一定に保たれて、該歯車軸を設けた走行体と、走行板との間のクリアランスを常に一定に保つことができる。
【００１５】
従って、従来のように、樽状ベアリングを複数設ける必要がないと共に、走行車輪数も駆動する歯車と兼ねられているので、減少させることができる。
【００１６】
よって、簡易な構成で、部品点数の増大を抑制し、組付け及び小型化を容易に行うことができるので、製造コストを削減することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載されたものでは、前記ラックを相互に歯先を共有して、略直交する二方向へ形成すると共に、前記走行体には、各ラックに噛み合うインボリュート歯車を有する走行車輪を少なくとも一つづつ設けた請求項１記載の伝達機構を特徴としている。
【００１８】
このように構成された請求項２記載のものでは、各走行車輪が回転駆動することにより、前記走行体が、略直交する二方向へ移動する。この際、異なる方向の噛み合うラック及びインボリュート歯車間は、点接触しているので、摺接による動力損失は少ない。
【００１９】
そして、請求項３に記載されたものでは、前記ラックは、平板状に前記歯車を創成する際に用いられるラックカッタと略同一形状のラック歯を略直交する二方向へ延設することにより構成される各請求項１，２記載の伝達機構を特徴としている。
【００２０】
このように構成された請求項３記載のものでは、ラックが歯車創成時に用いられたラックカッタと略同一形状を呈しているので、確実に両歯面接触する。
【００２１】
このため、更に軸との距離が一定に保たれ、走行体の上下方向への振動を抑制することができる。
【００２２】
また、ラックカッタと略同一形状であるので、ラックを平板上に形成しやすい。このため、二方向に略直交する複雑な形状であっても、比較的容易に形成できる。
【００２３】
【発明の実施の形態１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１乃至図５は、この発明の実施の形態１の構成を示すものである。なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明する。
【００２５】
まず、構成を説明すると、この実施の形態１の伝達機構では、略平板状の走行板１２上に、走行体１４が載置されている。
【００２６】
このうち、走行板１２には、図５に示すように、上面部１２ａの上に、複数の略四角錐形状で、しかも、歯先面１３ａを略平面とするラック歯１３…が等間隔をおいて、格子状に整列されることにより、縦横のラックが、相互に歯先を共有して、略直交する二方向へ向けて形成されている。
【００２７】
このラック歯１３の各側面１３ｂは、図４に示すように鉛直方向から所定角度α１（この実施の形態１では２０度）傾斜するように形成されている。
【００２８】
そして、前記ラック歯１３は、インボリュート歯車を創成する際に所定角度α１（この実施の形態１では２０度）傾斜して、創成されるインボリュート曲線を圧力角α＝２０度とするラックカッタの形状と略同一形状として、略直交する二方向へ延設することにより構成されている。
【００２９】
また、前記走行体１４は、略四方形板状の走行体本体１４ａに、二対の軸受け部材１５，１６及び１７，１８が、略直交する位置に各辺に沿って一体となるように固着されている。これらの軸受け部材１５〜１８には、ベアリング２１…を介在させて、相互に略直交する方向へ延設される回転シャフト２２，２３が、回動自在となるように挿通されている。
【００３０】
この回転シャフト２２，２３の両端には、歯車としての走行車輪２４，２４及び２５，２５が各々設けられている。
【００３１】
この走行車輪２４，２５の外周面には、インボリュート曲線を有するインボリュート歯２４ａ…，及び２５ａ…が、各々１６枚及び２２枚づつ形成されている。
【００３２】
この実施の形態１のインボリュート歯２４ａとインボリュート歯２５ａとは、共に、同一ピッチ（ｐ＝２．５１）で形成されている。そして、この実施の形態１のインボリュート歯２４ａとインボリュート歯２５ａとは、前記走行板１２に形成されたラック歯１３…と略同一形状のラックカッタによって創成されている。
【００３３】
また、前記走行体１４では、各ラックに噛み合うインボリュート歯車を有する走行車輪を少なくとも各々一対設けた前記軸受け部材１５，１７には、モータマウント部１５ａ及び１７ａが形成されていて、このモータマウント部１５ａ及び１７ａには、駆動手段としての駆動モータ１９，２０が配設されている。
【００３４】
この駆動モータ１９，２０の回転軸には、ピニオンギヤ２６，２７が設けられている。このピニオンギヤ２６，２７は、前記軸受け部材１５，１７に回動自在に軸支される減速ギヤ２８，２９の大径ギヤ２８ａ，２９ａに各々噛み合わせられている。
【００３５】
この減速ギヤ２８，２９には、小径ピニオン部２８ｂ，２９ｂが一体に形成されていて、この小径ピニオン部２８ｂ，２９ｂが、前記走行車輪２４，２５のインボリュート歯２４ａ，２５ａに、各々噛み合わせられていて、前記走行車輪２４，２５に回転駆動力を減速して伝達するように構成されている。
【００３６】
また、この実施の形態１では、走行体本体１４ａの裏面側１４ｂは、前記ラック歯１３の歯先面１３ａ…から所定距離ａ離間するように、構成されている。
【００３７】
また、前記インボリュート歯２４ａ，２５ａの歯幅ｂ又は、歯幅ｃが、各々少なくとも隣接する前記ラック歯１３，１３間に跨る幅を有して構成されている。
【００３８】
次に、一般的なインボリュート歯車の性質を用いて、かみ合い率により、走行体１４の回転シャフト２２，２３位置が、走行板１２から一定距離に保たれる原理について説明する。
【００３９】
ラックであるラック歯１３とピニオンである走行車輪２４のインボリュート歯２４ａとが噛み合う場合の噛み合いの範囲は、インボリュート歯２４ａに切り下げがないとすれば、図４に示すように、作用線とインボリュート歯２４ａの歯先及びラック背である側面１３ｂの歯先とが交わる点Ｐｋ−Ｐｌであり、その長さは、下記式１で表される。
【００４０】
【数１】

従って、噛み合い率εは、下記式２で与えられる。
【００４１】
【数２】

歯数２０枚では、ε＝１．７６、４０枚ではε＝１．８５を得て、機構学的にラック歯１３が形成される走行板１２と、走行車輪２４，２５の軸である回転シャフト２２，２３との間が、一点以上で常に支持されていることがわかる。
【００４２】
なお、図中二点差線で示すように、インボリュート歯車では、歯面が両面であるため、両端面噛み合いとなり、作用線が、対称位置に一対存在する。
【００４３】
次に、略直交する方向へ移動する場合に発生する動力損失が、ラック歯１３とピニオンである走行車輪２４のインボリュート歯２４ａとの間に発生する歯筋方向の摺動抵抗であることに着目して、２次元移動の可能性について洞察する。
【００４４】
図４に示すように、この実施の形態１では、作用点に駆動力の他に、走行体１４の重量に基づく重力ｗが加わる。
【００４５】
この重力ｗによって、一歯分の噛み合いに対して作用線上の全領域に渡り、摩擦損失が増大して生じる。
【００４６】
特に、前記駆動モータ１９，２０を同時に回転駆動して、前記前記走行車輪２４，２５を同時に回動し、走行体１４を斜行させる場合には、歯筋方向の摩擦損失が互いに生じる。
【００４７】
駆動のための法線力は、重力と比べて小さいとすれば、回転方向と歯筋方向との移動についての摩擦損失ＷR，ＷAは、各々下記式３で表される。
【００４８】
【数３】

ここで、μ：接触面の摩擦係数、ｒｂ：ピニオンの基礎円半径、ｇ１，ｇ２：近寄り、遠のき噛み合い長さ、α：圧力角を表し、両軸の噛み合いの条件は同一とする。両者の比は、下記式４で示される。
【００４９】
【数４】

いま、歯数をｚ＝１６、α＝２０度としてＷA／ＷRは、１．６に近似し、斜行によって、増加する摩擦損失は、許容しえるものと考えられる。
【００５０】
但し、経験的には、滑り始める摩擦角は、例えば１８度と３５度、正弦比は１．８となって論理式とは異なる値を示している。
【００５１】
次に、この実施の形態１の作用について説明する。
【００５２】
まず、前記駆動モータ１９，２０を回転駆動させると、この駆動モータ１９，２０の回転駆動力は、ピニオンギヤ２６，２７、減速ギヤ２８，２９を介して、回転シャフト２２，２３の両側に、設けられた走行車輪２４，２４及び２５，２５を回転駆動する。
【００５３】
この走行車輪２４，２５のインボリュート歯２４ａ，２５ａが、駆動力を、前記ラック歯１３に噛み合わせて伝達することにより、この走行板１２上を、縦，横或いは、これらの縦横の動きを組み合わせて、斜め方向に、前記走行体１４を移動走行させることができる。
【００５４】
回転駆動されるインボリュート歯２４ａ，２５ａには、インボリュート曲線が用いられているので、噛み合わせ率は、常に１以上保持される。
【００５５】
しかも、インボリュート歯車では、歯面が両面であるため、両端面噛み合いとなり、作用線が対称位置に一対存在する。このため、バックラッシュの無い状態で、噛み合わせ率は２倍となり、走行体１４が、常に２点以上で、安定して支持される。
【００５６】
このため、歯車軸である回転シャフト２２，２３と、走行板１２との間の距離は、常に一定に保たれて、回転シャフト２２，２３を回動自在に設けた走行体１４と、走行板１２との間のクリアランスを常に一定に保つことができる。
【００５７】
従って、従来のように、樽状ベアリングを複数設ける必要がないと共に、走行車輪数も駆動する歯車と兼ねられているので、２組で済み、減少させることができる。
【００５８】
よって、簡易な構成で、部品点数の増大を抑制し、組付け及び小型化を容易に行うことができるので、製造コストを削減することができる。
【００５９】
また、各走行車輪２４，２４及び２５，２５が回転駆動することにより、前記走行体１４が、略直交する二方向へ移動する。この際、異なる方向の噛み合うラック歯１３及びインボリュート歯２４ａ，２５ｂ間は、点接触しているので、摺接による動力損失は少ない。
【００６０】
従って、上述したように斜行時はもちろん、歯筋方向に沿って移動する際の摺動抵抗が押さえられ、縦横方向へ２次元平面内を自在に走行移動できる。
【００６１】
しかも、ラック歯１３及びインボリュート歯２４ａ，２５ｂ間にガタ付きがないので、回転角度に対する移動距離精度が更に向上する。
【００６２】
また、走行体５が、前記走行板１２の上面部１２ａから鉛直方向に略一定距離を常に保ちながら移動できるので、例えば、ラック歯１３の歯先面１３ａに、走行体１４の電源電極を接触させる場合であっても、所定のクリアランスが維持されているので、接触量（面積及び圧力）を略一定に保持する事ができる。このため、通電供給量を安定させることができる。
【００６３】
更に、この実施の形態１では、同一ピッチで、歯枚数の異なる走行車輪２４，２５を用いているので、半径の大きさが異なる。このため、回転シャフト２２，２３の高さ位置を異ならせて、交差させることが出来、例えば、両側辺で、中央部を寸断した異なるシャフトを用いて、走行車輪２４，２４を各々回動支持するものに比して、部品点数の削減を行えると共に、一組の走行車輪２４，２４或は、走行車輪２５，２５に対して、駆動モータ１９，２０が各々一つづつで駆動力を与えることができる。従って、駆動力伝達効率が良好である。
【００６４】
また、同一ピッチで走行車輪２４，２５のインボリュート歯車２４ａ，２５ａが形成されているので、噛み合うラック歯１３…のピッチも、縦，横二方向で、同一ピッチとすることができる。このため、製作が容易で、しかも、歯車創成に用いられるラックピッチと同ピッチとすることにより、更に製造コストの削減を行うことができる。
【００６５】
そして、前記ラック歯１３…が歯車創成時に用いられたラックカッタと略同一形状である圧力角α＝２０度の形状を呈しているので、確実に両歯面接触する。
【００６６】
このため、更に、回転シャフト２２，２３と、走行板１２との距離が一定に保たれ、走行体１４の上下方向への振動を抑制することができる。
【００６７】
また、ラック歯１３…がラックカッタと略同一形状であるので、ラック歯１３…を走行板１２平板上に形成しやすい。このため、二方向に略直交する複雑な形状であっても、比較的容易に形成できる。
【００６８】
しかも、この実施の形態１では、前記インボリュート歯２４ａ，２５ａの歯幅ｂ又は、歯幅ｃが、各々少なくとも隣接する前記ラック歯１３，１３間に跨る幅を有していると共に、走行体本体１４ａの両側辺部に一対設けられているので、軸角度がブレない。このため、これらの走行車輪２４，２５が、略直交する方向に移動する際の歯通りが良好である。
【００６９】
以上、この発明の実施の形態１を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態１に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００７０】
例えば、前記実施の形態１では、走行体１４に２組の走行車輪２４，２４及び２５，２５を設けているが、特にこれに限らず、例えば、複数組の走行車輪を同一走行体本体１４ａの同一側辺に設けてもよい。
【００７１】
また、前記実施の形態１では、同一ピッチで走行車輪２４，２５のインボリュート歯車２４ａ，２５ａが形成されているが、特にこれに限らず、縦横方向に用いるインボリュート歯を、異なるピッチで、同一歯枚数或いは、異なるピッチで、異なる歯枚数のインボリュート歯としてもよい。
【００７２】
更に、この実施の形態１では、走行体本体１４ａの裏面側１４ｂは、前記ラック歯１３の歯先面１３ａ…から所定距離ａ離間するように、構成されているが、特にこれに限らず、裏面側１４ｂを前記ラック歯１３の歯先面１３ａ…に摺接させるように構成して、更に走行体１４の走行移動時の安定を増大させてもよい。
【００７３】
また、この実施の形態１では、走行体本体１４ａのインボリュート歯２４ａ，２４ａ又は２５ａ，２５ａの歯幅ｂ又は、歯幅ｃが、隣接する前記ラック歯１３，１３間に跨る幅を有して構成されているが、特にこれに限らず、例えば、図２，３に示すように両インボリュート歯２４ａ，２４ａ間距離と略同じ大きさの歯幅Ａ又は、両インボリュート歯２５ａ，２５ａ間距離と略同じ大きさの歯幅Ｂを有する略ローラー形状の走行車輪を走行体本体１４ａに設け、この走行車輪周面に、車輪全幅を有するインボリュート歯を形成する等、少なくとも、一つのラック歯１３側面に、少なくとも一つのインボリュート歯が、常に接触するものであれば、どのような歯幅及び、軸方向に並べられる歯車数であってもよい。
【００７４】
例えば、前記両インボリュート歯２４ａ，２４ａ間距離と略同じ大きさの歯幅Ａ又は、両インボリュート歯２５ａ，２５ａ間距離と略同じ大きさの歯幅Ｂを有する略ローラー形状の走行車輪を走行体本体１４ａに設けた場合には、歯車数が、縦，横方向に一つづつで済み部品点数を更に削減することができると共に、走行体本体１４ａが安定して、回転シャフト２２，２３の軸角度がブレない。このため、これらの走行車輪２４，２５が、略直交する方向に移動する際の歯通りが、更に良好なものとなる。
【００７５】
また、走行車輪２４，２４又は２５，２５の数量も、前記実施の形態１に限定されるものではなく、複数の回転シャフト２２…又は回転シャフト２３…を並列に設けて、これらの回転シャフト２２…又は回転シャフト２３…の両端部に走行車輪２４…又は２５…を各々４個以上設けるように構成してもよい。
【００７６】
この場合、走行体本体１４ａが、更に安定することは言うまでもない。
【００７７】
更に、回転シャフト２２，２２同士或いは回転シャフト２３，２３同士を同一駆動モータ１９，或いは２０で回転駆動させるようにギヤ等の伝達機構を用いて連結させてもよい。この場合、駆動モータ１９，或いは２０を回転シャフト毎に設ける必要がないので、部品点数の増大を抑制できる。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明の請求項１記載のものによれば、回転駆動される歯車には、インボリュート曲線が用いられているので、噛み合わせ率は、常に一以上保持される。
【００７９】
このため、歯車軸と、走行板との間の距離は、常に一定に保たれて、該歯車軸を設けた走行体と、走行板との間のクリアランスを常に一定に保つことができる。
【００８０】
従って、従来のように、樽状ベアリングを複数設ける必要がないと共に、走行車輪数も駆動する歯車と兼ねられているので、減少させることができる。
【００８１】
よって、簡易な構成で、部品点数の増大を抑制し、組付け及び小型化を容易に行うことができるので、製造コストを削減することができる。
【００８２】
また、請求項２に記載されたものでは、各走行車輪が回転駆動することにより、前記走行体が、略直交する二方向へ移動する。この際、異なる方向の噛み合うラック及びインボリュート歯車間は、点接触しているので、摺接による動力損失は少ない。
【００８３】
そして、請求項３に記載されたものでは、ラックが歯車創成時に用いられたラックカッタと略同一形状を呈しているので、確実に両歯面接触する。
【００８４】
このため、更に軸との距離が一定に保たれ、走行体の上下方向への振動を抑制することができる。
【００８５】
また、ラックカッタと略同一形状であるので、ラックを平板上に形成しやすい。このため、二方向に略直交する複雑な形状であっても、比較的容易に形成できる、という実用上有益な効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の伝達機構で、伝達機構を用いる走行体の上面図である。
【図２】実施の形態１の伝達機構で、伝達機構を用いる走行体の側面図である。
【図３】実施の形態１の伝達機構で、伝達機構を用いる走行体の正面図である。
【図４】実施の形態１の伝達機構で、要部のインボリュート歯車とラック歯との噛み合いを説明する側面図である。
【図５】実施の形態１の伝達機構で、ラック歯を形成した走行板の斜視図である。
【図６】従来例の伝達機構を用いた走行体の駆動機構を説明する斜視図である。
【符号の説明】
１２走行板
１２ａ上面部
１３ラック歯（ラック）
１３ａ歯先面
１４走行体
１４ａ走行体本体
２２，２３回転シャフト（歯車軸）
２４，２５走行車輪（インボリュート歯車）
２４ａ，２５ａインボリュート歯

Claims

略平板状の走行板上に載置されて、回転駆動する歯車の駆動力を、該走行板上に、等間隔で形成されたラックに噛み合わせて伝達することにより、該走行板上を移動走行する走行体を有する伝達機構であって、
前記歯車は、インボリュート曲線を有して、前記ラックに常に噛み合わせ率が、１以上で支持されて構成されることを特徴とする伝達機構。
前記ラックを相互に歯先を共有して、略直交する二方向へ形成すると共に、前記走行体には、各ラックに噛み合うインボリュート歯車を有する走行車輪を少なくとも一つづつ設けたことを特徴とする請求項１記載の伝達機構を特徴としている。
前記ラックは、平板状に前記歯車を創成する際に用いられるラックカッタと略同一形状のラック歯を略直交する二方向へ延設することにより構成されることを特徴とする各請求項１，２記載の伝達機構。