JPWO2003036135A1 - ラックピニオンギア機構 - Google Patents

Abstract

この発明に係るラックピニオンギア機構は、ラック（２３）を備えたラック形成部材（２１）と、該ラック形成部材（２１）のラック（２３）に対して解除可能に噛合するピニオンギア（３２）と、該ピニオンギア（３２）との噛合に際し最初に前記ピニオンギア（３２）の歯と接触する前記ラックの歯（２３ａ）とは反対側に位置する前記ラック形成部材（２１）の一部に接触しかつ歯先当たりによるラック形成部材の変位に対応して弾性変形する弾性部材（３５）とを備えている。弾性部材（３５）は、ラック（２３）とピニオンギア（３２）との噛合開始前後においてラック形成部材（２１）の一部に接触しかつ当該噛合中においてラック形成部材（２１）から離間している。弾性部材を片持ち梁状に固定し、該弾性部材の自由端の高さ位置を位置決めする位置決め手段（３１）を備えている。ピニオンギア（３２）との噛合に際し最初に前記ピニオンギアの歯と接触するラックの歯（２３ａ）は、該ラックの他の歯よりも歯先の高さを低く設定されている。

Description

技術分野
この発明は、ラックとピニオンギアとの間で噛合およびその解除を行えるラックピニオンギア機構に関する。
背景技術
従来のラックピニオンギア機構としては、例えば特開昭６３−１７６８５７号公報に開示されたものが知られている。
第１図は、上記公開公報に開示された従来のラックピニオンギア機構の構成を示す正面図である。図において、符号１は本体ラックであり、２はピニオン列３Ａ，３Ｂ，３Ｃ．．．を搬送するコンベア手段である。本体ラック１は本体フレームにピン５および６で固定されている。この本体ラック１のピニオン導入側（第１図において右側）には本体ラック１に接してピン６を軸として上下方向に揺動自在に導入セグメントラック７が設けられている。この導入セグメントラック７の端部７Ａと本体ラック１の端部との接合点８においては、導入セグメントラック７の歯たけ方向ピッチ線１１と本体ラック１の歯たけ方向ピッチ線１３とが一致している。また、導入セグメントラック７は、接合点８における刻みピッチ９が本体ラック１の刻みピッチ１０と等しい寸法となるように、本体ラック１に対して配置されている。導入セグメントラック７のピニオン導入側端部７Ｂは、少なくとも歯たけ方向ピッチ線１１が所定の寸法１２だけ本体ラック１の歯たけ方向ピッチ線１３より低くなるように保持されている。即ち、導入セグメントラック７と一体に組みつけられたブロック１５がスプリング１６の押上力によって係止ピン１４に押圧されることによって上記寸法１２が保持される。
また、導入セグメント７のピニオン導入側端部７Ｂの端面と係止ピン１４との間隔２０は、刻みピッチの１／２以内とされている。スプリング１７は、導入セグメントラック７を本体ラック１に向けて押し付ける弾性部材である。ピニオン３Ｂ等と導入セグメントラック７の係合時の歯面で発生する力は、この導入セグメントラック７の長手方向への変位およびその復帰によって吸収させることができる。
次に動作について説明する。
通常、例えばピニオン３Ｂが図面右側から進行してきて導入セグメントラック７の上に到達したとき、ピニオン３Ｂの歯先と導入セグメントラック７の歯先とが干渉する。このとき、導入セグメントラック７が軸６を中心として下方に揺動して歯面で発生する力を吸収する。これにより、歯車機構の動作不良、駆動モータの損傷や歯の破壊等の不都合が防止される。
しかしながら、従来のラックピニオンギア機構では、歯先当たりにより発生する不都合を回避する手段が、歯先当たりに際し噛合が外れる方向に移動する導入セグメントラック７と、この導入セグメントラック７を上方に常に付勢して所定位置に保持するスプリング１６と、噛合が外れた際に噛合する方向に付勢して滑らかに係合させるスプリング１７とから構成されており、構成上、非常に複雑であるという課題があった。
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、簡易な構成で歯先当たりによる不都合を回避できるラックピニオンギア機構を提供することを目的とする。
発明の開示
この発明に係るラックピニオンギア機構は、ラックを備えたラック形成部材と、該ラック形成部材のラックに対して解除可能に噛合するピニオンギアと、該ピニオンギアとの噛合に際し最初に前記ピニオンギアの歯と接触する前記ラックの歯とは反対側に位置する前記ラック形成部材の一部に接触しかつ歯先当たりによるラック形成部材の変位に対応して弾性変形する弾性部材とを備えたものである。これにより、従来に比べて簡易な構成であるにもかかわらず、噛合開始時に歯先当たりが生じた場合に、ラックを備えたラック形成部材の変位に対応して弾性部材を弾性変形させることができ、歯先当たりによる歯の破壊や駆動モータの損傷等の不都合の発生を回避することができるという効果がある。
この発明に係るラックピニオンギア機構は、弾性部材を、ラックとピニオンギアとの噛合開始前後においてラック形成部材の一部に接触させかつ当該噛合中においてラック形成部材から離間させたものである。これにより、必要なときに弾性部材の弾性を利用してラック形成部材の復帰を確実に行うことができると共に、不要なときには弾性部材とラック形成部材との接触を避けて摺動負荷を最小限に抑えることができるという効果がある。
この発明に係るラックピニオンギア機構は、弾性部材を片持ち梁状に固定し、該弾性部材の自由端の高さ位置を位置決めする位置決め手段を備えたものである。これにより、噛合開始前後においてラック形成部材の一部に弾性部材を僅かに接触させるように、弾性部材の高さを調整することができ、ラック形成部材に対する弾性部材の摺動負荷を最小限に抑えることができるので、動作耐久性の低下を回避することができるという効果がある。
この発明に係るラックピニオンギア機構は、ピニオンギアとの噛合に際し最初に前記ピニオンギアの歯と接触するラックの歯を、該ラックの他の歯よりも歯先の高さを低く設定したものである。これにより、歯先当たりを減少させることができ、滑らかに噛合を行うことができるという効果がある。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従ってこれを説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１によるラックピニオンギア機構は、例えばコンパクトディスク（以下、ＣＤという）等の光記録媒体の再生を行うＣＤドライブ装置（図示せず）内において、ＣＤを把持し、所定位置に搬送すると共に、ＣＤ投影面上から退避するディスク搬送機構（図示せず）の駆動に適用可能であり、この実施の形態１は一例に過ぎず、この発明はこれに限定されるものではない。
第２図はこの発明の実施の形態１によるラックピニオンギア機構の噛合前の状態を示す斜視図であり、第３図は第２図の正面図であり、第４図は第２図の要部を示す拡大斜視図であり、第５図は第２図から第４図に示したラックピニオンギア機構の歯先当たりせずに噛合を開始した直後の状態を示す斜視図であり、第６図は第５図に示した噛合開始状態から噛合が進行した状態を示す斜視図であり、第７図は第５図および第６図に示した噛合時におけるラックの動作を示す正面図であり、第８図は第２図から第４図に示したラックピニオンギア機構の歯先当たりした状態で噛合を開始した直後の状態を示す斜視図であり、第９図は第８図に示した歯先当たりした状態での噛合におけるラックの動作を示す正面図である。なお、特に言及しない限り、図面においてピニオンギアに近い側のラック端部を前端とし、ピニオンギアから遠い側のラック端部を後端として説明する。
図面において、符号２１は長尺板状のラックプレートである。このラックプレート２１の前方内側には後述するピニオンギア寄りの位置に長尺の開口部２２が設けられている。この開口部２２の幅は後述するピニオンギアの外径（歯先円の直径）よりも大きく形成されている。開口部２２の下縁部には直線状に配列された歯列からなるラック２３が設けられている。この実施の形態１では、ラック２３と後述するピニオンギアとの歯先当たりを緩和するために、ラック２３の第１歯２３ａの高さ（歯丈）が他の歯よりも低くなるように形成されている。
このようなラックプレート２１の後述する取付台に対向する面には、その長さ方向に沿って互いに離間した後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５が設けられている。後方ガイドピン２４は開口部２２から離れた後方位置に形成され、前方ガイドピン２５は開口部２２に寄った前方位置に形成されている。これら後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５は共に外径の大きい頭部２４ａおよび２５ａとこれらよりも外径の小さい脚部（図示せず）および２５ｂとから構成されている。
また、ラックプレート２１の前方下部には、後述する弾性部材と摺動接触する摺動部２６が形成されている。この摺動部２６は、後述する弾性部材の摺動を受ける摺動面２６ａと、この摺動面２６ａの前方に形成されかつラックプレート２１の前方移動時における後述する弾性部材との接触時の衝撃を緩和する前方曲面２６ｂと、上記摺動面２６ａの後方に形成されかつラックプレート２１の後方移動時における後述する弾性部材との接触時の衝撃を緩和する後方曲面２６ｃとから構成されている。
２７は上述のＣＤドライブ装置（図示せず）のシャーシ（図示せず）上に立設された長尺板状の取付台である。この取付台２７はその長さ方向に沿って延在しかつ互いに長さ方向に離間する２つの後方ガイド溝２８および前方ガイド溝２９を有している。後方ガイド溝２８は後方ガイドピン２４の頭部２４ａの貫通が可能な円形溝部２８ａと、この円形溝部２８ａに連続して形成されかつ後方ガイドピン２４の頭部２４ａの外径とその脚部（図示せず）の外径との間の範囲内に設定された幅で形成された直線溝部２８ｂとから概略構成されている。
また、前方ガイド溝２９は前方ガイドピン２５の頭部２５ａの貫通が可能な円形溝部２９ａと、この円形溝部２９ａに連続して形成されかつ前方ガイドピン２５の頭部２５ａの外径と脚部２５ｂの外径との間の範囲内に設定された幅で形成された直線溝部２９ｂとから概略構成されている。但し、この直線溝部２９ｂには、円形溝部２９ａに隣接する位置に凹部３０が形成されている。この凹部３０は直線溝部２９ｂから下降する下降部３０ａと、この下降部３０ａの最下部に連続して形成されかつ直線溝部２９ｂと平行な平坦部３０ｂと、この平坦部３０ｂに連続して形成されかつ直線溝部２９ｂに向かって上昇する上昇部３０ｃとから構成されている。このとき、直線溝部２９ｂの上縁部と凹部３０の平坦部３０ｂとの離間距離は前方ガイドピン２５の頭部２５ａの外径よりも短くなるように設定されている。
取付台２７の下縁部には、上記凹部３０の近傍に、後述する弾性部材の高さ調整を行うための凹部３１が形成されている。
このような取付台２７には、ラックプレート２１のラック２３と噛合可能なピニオンギア３２が回転自在に取り付けられている。また、この取付台２７には、ピニオンギア３２にアイドラギア連３３を介して駆動力を伝達する駆動モータ３４が取り付けられている。
また、取付台２７には、ラックプレート２１の下側位置に板ばね（弾性部材）３５が片持ち梁状に取り付けられている。この板ばね３５は、取付台２７への固定用ビス（図示せず）を取り付けるためのビス穴３５ａを有する基部３５ｂと、この基部３５ｂから前方に延在する自由端側に形成された逆Ｖ字状の突起部３５ｃと、この突起部３５ｃに連続して形成されかつ取付台２７の凹部３１に係合する係合部３５ｄとから構成されている。板ばね３５はその基部３５ｂを取付台２７に支持され、突起部３５ｃがラックプレート２１を常に上方に付勢するように設定されている。しかし、板ばね３５の係合部３５ｄが取付台２７の凹部３１に係合されることで、ラックプレート２１が突起部３５ｃに僅かに接触して大きな負荷なく摺動できる程度に板ばね３５の突起部３５ｃによるラックプレート２１に対する付勢が規制され、突起部３５ｃの高さが調節される。また、ラックプレート２１の後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５が後方ガイド溝２８および前方ガイド溝２９のそれぞれの上縁部に押し付けられることがないので、後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５に対する大きな摺動負荷を回避することができる。
３６はトリガである。このトリガ３６は、例えばＣＤを再生位置や交換位置まで搬送するなどのタイミングで、ＣＰＵ（図示せず）から指令が発せられると、ラックプレート２１の後端部を前方に押圧してラック２３とピニオンギア３２とを噛合させ、上記のように構成されたラックピニオンギア機構の動作開始を促すものである。
次に動作について説明する。
まず、動作前において、ラックプレート２１の後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５は取付台２７の後方ガイド溝２８の円形溝部２８ａおよび前方ガイド溝２９の円形溝部２９ａ内に貫通された状態で支持されている。
次に、第２図から第４図に示すように、例えばＣＤを再生位置や交換位置まで搬送するなどのタイミングで、ＣＰＵ（図示せず）から指令が発せられると、トリガ３６がラックプレート２１の後端部を前方に押圧する。トリガ３６押圧後、同じくＣＰＵ（図示せず）からの指令により駆動モータ３４が駆動を開始し、アイドラギア連３３を介して駆動力が伝達されてピニオンギア３２が回転し始める。上述のトリガ３６の押圧によりラックプレート２１が矢印Ｘ１方向に沿って前進すると、ラック２３の第１歯２３ａとピニオンギア３２とが接触する。なお、この実施の形態１では、ラック２３の第１歯２３ａの高さを他の歯よりも低く設定しているので、歯先当たりを極力減少させることができ、滑らかに噛合を行うことが可能である。
このため、通常、ラック２３とピニオンギア３２との間で歯先当たりを生じない。この場合には、速やかに一方の歯先が他方の歯元に深く入り、滑らかに噛合が行われる。この噛合によりラックプレート２１は矢印Ｘ１方向に沿って前方に送り出され、後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５は後方ガイド溝２８および前方ガイド溝２９に沿って案内される。噛合開始の直前および直後においては、板ばね３５の突起部３５ｃがラックプレート２１の摺動部２６に摺動接触してラックプレート２１を支持しているので、第５図から第７図に示すように、前方ガイドピン２５が前方ガイド溝２９の凹部３０の上方を通過して、直線溝部２９ｂへ移行できる。後方ガイドピン２４は後方ガイド溝２８の円形溝部２８ａから直接直線溝部２８ｂへ移行しているので、ラックプレート２１全体の高さは噛合の前後において変わらず、常に一定である。
なお、第７図におけるＡ１は第２図から第４図に対応した噛合直前のラックプレート２１の姿勢および位置を示し、Ａ２は第５図に対応した噛合時のラックプレート２１の姿勢および位置を示し、Ａ３は第６図に対応した噛合直後のラックプレート２１の姿勢および位置を示している。
万が一、ラック２３とピニオンギア３２との間で歯先当たりが生じた場合には、歯先当たりにより発生した力で板ばね３５を弾性変形させ、第８図および第９図に示すように、ラックプレート２１を後方ガイドピン２４を中心にして矢印Ｙ１方向に回動させることで吸収する。これにより、歯先当たりによる動作不良等を回避する。その直後に、板ばね３５の弾性復元により、回動した状態のラックプレート２１を矢印Ｙ２方向に向けて元の位置に復帰させる。これにより、速やかに一方の歯先を他方の歯元に深く入れ、滑らかに噛合させる。
ラックプレート２１の復帰後においては、ラックプレート２１の摺動部２６から板ばね３５の突起部３５ｃが離間し、後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５が後方ガイド溝２８の直線溝部２８ｂおよび前方ガイド溝２９の直線溝部２９ｂのみに案内される。
なお、第９図におけるＢ１は歯先当たり直前のラックプレート２１の姿勢および位置を示し、Ｂ２は第８図に対応した歯先当たりした瞬間のラックプレート２１の姿勢および位置を示し、Ｂ３は歯先当たり直後のラックプレート２１の姿勢および位置を示している。また、第９図におけるＣ１はラックプレート２１がＢ１およびＢ３の姿勢および位置にあるときの板ばね３５の姿勢および位置を示し、Ｃ２はラックプレート２１がＢ２の姿勢および位置にあるときの板ばね３５の姿勢および位置を示している。
上述のように歯先当たりしない場合や歯先当たりした場合のいずれにおいても、ラックプレート２１を矢印Ｘ２方向に沿って後方に送り返すときは、ピニオンギア３２が逆回転するように駆動モータ３４の駆動力をピニオンギア３２に伝達する。これにより、ラックプレート２１が後方に送り返され、最終的にラック２３の第１歯２３ａ側でラック２３とピニオンギア３２との噛合が解除され、ラックプレート２１の後方移動が停止される。このようにラックプレート２１の後方移動時においては、後退開始からピニオンギア３２がラック２３の第１歯２３ａに到達する前までは、ラックプレート２１はその後方ガイドピン２４および前方ガイドピン２５が後方ガイド溝２８の直線溝部２８ｂおよび前方ガイド溝２９の直線溝部２９ｂのみに案内されて姿勢および高さが維持される。また、ピニオンギア３２がラック２３の第１歯２３ａに到達する直前から直後においては、前方ガイドピン２５が前方ガイド溝２９の凹部３０上を通過するときに限って、ラックプレート２１の摺動部２６は板ばね３５の突起部３５ｃのみに接触してこれに支持されて姿勢および高さが維持される。従って、ラックプレート２１の後方移動時においてはラックプレート２１の姿勢および高さが常に維持されている。
以上のように、この実施の形態１によれば、弾性部材として板ばね３５を設けるように構成したので、従来に比べて簡易な構成であるにもかかわらず、ラック２３とピニオンギア３２との噛合開始時に歯先当たりが生じた場合、ラック２３を備えたラックプレート２１の変位（回動）に対応して板ばね３５を弾性変形させることができ、歯先当たりによる歯の破壊や駆動モータの損傷等の不都合の発生を回避することができるという効果がある。
この実施の形態１によれば、板ばね３５を、ラック２３とピニオンギア３２との噛合開始前後においてラックプレート２１の一部に接触させかつ当該噛合中においてラックプレート２１から離間させるように構成したので、歯先当たりを解消するように、板ばね３５を弾性変形させながら変位したラックプレート２１を、板ばね３５の弾性を利用して確実に元の位置に復帰させることができると共に、ラック２３とピニオンギア３２の噛合い動作時は、板ばね３５とラックプレート２１との接触を避けて摺動負荷を最小限に抑えることができるという効果がある。
この実施の形態１によれば、板ばね３５を片持ち梁状に固定し、この板ばね３５の自由端側の突起部３５ｃの高さ位置を位置決めする位置決め手段として、取付台２７に凹部３１を設けるように構成したので、噛合開始前後においてラックプレート２１の摺動部２６に突起部３５ｃを僅かに接触させるように、突起部３５ｃの高さを調整することができる。これにより、ラックプレート２１に対する突起部３５ｃの摺動負荷を最小限に抑えることができるので、動作耐久性の低下を回避することができるという効果がある。
この実施の形態１によれば、ピニオンギア３２との噛合に際し最初にピニオンギア３２の歯と接触するラック２３の第１歯２３ａを、ラック２３の他の歯よりも歯先の高さを低く構成したので、歯先当たりを減少させることができ、滑らかに噛合を行うことができるという効果がある。
産業上の利用可能性
この発明は、ラックとピニオンギアとの間で噛合およびその解除を行えるラックピニオンギア機構であり、例えばＣＤドライブ装置内において、ＣＤを把持し、所定位置に搬送すると共に、その後、ＣＤ投影面上から退避移動するディスク搬送機構の駆動に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のラックピニオンギア機構の構成を示す正面図である。
第２図はこの発明の実施の形態１によるラックピニオンギア機構の噛合前の状態を示す斜視図である。
第３図は第２図の正面図である。
第４図は第２図の要部を示す拡大斜視図である。
第５図は第２図から第４図に示したラックピニオンギア機構の歯先当たりせずに噛合を開始した直後の状態を示す斜視図である。
第６図は第５図に示した噛合開始状態から噛合が進行した状態を示す斜視図である。
第７図は第５図および第６図に示した噛合時におけるラックの動作を示す正面図である。
第８図は第２図から第４図に示したラックピニオンギア機構の歯先当たりした状態で噛合を開始した直後の状態を示す斜視図である。
第９図は第８図に示した歯先当たりした状態での噛合におけるラックの動作を示す正面図である。

Claims (4)

1. ラックを備えたラック形成部材と、該ラック形成部材のラックに対して解除可能に噛合するピニオンギアと、該ピニオンギアとの噛合に際し最初に前記ピニオンギアの歯と接触する前記ラックの歯とは反対側に位置する前記ラック形成部材の一部に接触しかつ歯先当たりによるラック形成部材の変位に対応して弾性変形する弾性部材とを備えたラックピニオンギア機構。
2. 弾性部材は、ラックとピニオンギアとの噛合開始前後においてラック形成部材の一部に接触しかつ当該噛合中においてラック形成部材から離間している請求の範囲第１項記載のラックピニオンギア機構。
3. 弾性部材を片持ち梁状に固定し、該弾性部材の自由端の高さ位置を位置決めする位置決め手段を備えた請求の範囲第２項記載のラックピニオンギア機構。
4. ピニオンギアとの噛合に際し最初に前記ピニオンギアの歯と接触するラックの歯は、該ラックの他の歯よりも歯先の高さを低く設定されている請求の範囲第１項記載のラックピニオンギア機構。

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