JP2017047786A - 自動車用前輪切れ角表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりコンパクト化が可能な自動車用前輪切れ角表示器を提供。【解決手段】中心がハンドル回転軸と一致するようハンドルカバーに固定設置される盲端扁平円筒状のケーシング２と、ケーシング２内に回転自在に配設した円板状の目盛板５と、目盛板５の一側に偏倚して設けた重錘５ａと、ケーシング２内底面中央に固着した駆動歯車６と、目盛板５に軸枢され、駆動歯車６に噛合する大歯車７ａ及び大歯車７ａの回転軸の表側に固着された小歯車７ｂを具備する二段歯車７と、目盛板５の裏面に軸枢され、小歯車７ｂに噛合し且つ扇形状に形成された扇形歯車８と、扇形歯車８の回転軸である出力軸８ａと、目盛板５の表側に配設され、基端が出力軸８ａの表側端部に軸着された指針９とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車のハンドルに取り付けられ、自動車の前輪切れ角を表示する自動車用前輪切れ角表示器に関する。

本発明に関連する先行技術としては、特許文献１−７に記載のものが公知である。

特許文献１−３には、円形のケーシング（１）の底部に、比較的厚い錘り（２１）が設けられ、中央に軸受孔（２２）が設けられ、軸受孔（２２）の脇の錘り（２１）の位置に軸孔（２３，２３）が設けられ、これらの軸受孔（２２）、軸孔（２３，２３）が一直線上に配列され、ケーシング（１）の開口に透明盤（２５）が設けられ、透明盤（２５）の中央には軸孔（２６）が設けられ、透明盤（２５）の下側には目盛盤（３）が設けられ、目盛盤（３）の片側には目視孔（３１）が形成され、他の側には錘り（３３）が形成され、目視孔（３１）の上縁には適当な目盛り（３２）が刻設され、中央には軸孔（３４）が設けられており、目盛盤（３）の下方に丸盤状の指示盤（４）が設けられ、指示盤（４）の上面には外側に向かって突起した指針（４１）が形成されており、指示盤（４）の内側周縁には連続した内歯車（４３）が形成されており、主動歯車（５）が、主軸（５１）を利用して指示盤（４）とケーシング（２）の底部との間に装着され、主軸（５１）の上端は、それぞれ軸受（８ａ，８ｂ）を介して指示盤（４）の軸孔（４３）、目盛盤（３）の軸孔（３４）及び透明盤（２５）の軸孔（２６）を貫通し、下端は、軸受（８ｃ）を介してケーシング（２）の軸受孔（２２）を貫通し、更に下に向かって適当の長さに伸長し、遊び車（６，６）が、それぞれの軸（６１，６１）によりケーシング（２）の軸孔（２３，２３）に取り付けられ、主動歯車（５）と指示盤（４）の内歯車（４２）との間に主動歯車（５）と一直線をなすように配列されており、主軸（５１）の動作を順次伝達して指示盤（４）を駆動し、ケーシング（２）の下側には、回転盤（７）が回転自在に取り付けられ、中央に設けられた軸孔（７１）では主軸（５１）の下端を受承して、回転盤（７）がハンドル（９）の中央に取り付けられるとハンドル（９）と共に回転されるように構成された自動車前輪の方向及び角度指示計が記載されている（特許文献１の請求項１及び図１〜図５参照）。図１０（ａ）に、特許文献１−３の自動車前輪の方向及び角度指示計の駆動機構を示す。

特許文献４には、偏平浅盤容器状の基座（１）と、基座（１）の開口部を閉蓋する透明カバー（透明罩殻）（１３）と、下端が基座（１）の筒内盤面中心の位置決め凹部（定位凹坑）（１１）に嵌着されて該盤面に突設された指針軸（３９）と、基座（１）の筒内盤面の中心に指針軸（３９）と同軸に固設され、基座（１）と共に回転する第一小歯輪（２１）と、中央に設けられた軸孔が指針軸（３９）に回動自在に枢支され、表側面に角度目盛りが刻設された円板状のスケールパネル（刻度面板）（３２）と、スケールパネル（３２）の盤面の一周縁部近傍に偏倚して固設された鉄球（４１，４１）からなる位置決め懸錘（４）と、スケールパネル（３２）の裏面側に突設された短歯輪軸（３５）と、短歯輪軸（３５）に回転自在に軸支され、第一小歯輪（２１）と噛合する第一大歯輪（２３）と、第一大歯輪（２３）の表側面に該第一大歯輪（２３）と同軸且つ一体に固設された第二小歯輪（２４）と、指針軸（３９）に軸合して固設され、第二小歯輪（２４）と噛合する第二大歯輪（２５）と、スケールパネル（３２）の中心孔に設けられ指針軸（３９）に遊嵌されたボールベアリング（滾珠軸承）（３４）と、スケールパネル（３２）の表側面に配設され、細長の涙滴形板状に形成され、基端が指針軸（３９）に樞結され、第二大歯輪（２５）とともに回動する指針（３１）とを備えた自動車ステアリングホイールインジケータが記載されている（特許文献４の第１図〜第３図参照）。図１０（ｂ）に、特許文献４の自動車ステアリングホイールインジケータの駆動機構を示す。

特許文献５には、ハンドル（方向盤）（１）の回転軸（轉軸）（１１）に装着された出力コネクタ（輸出接頭）（２）と、可撓軸（３）により出力コネクタ（２）と接続された指示計器（指示表）（４）とを備えた自動車ステアリングホイール方向顕示器（汽車方向盤角度顯示器）が記載されている。この自動車ステアリングホイール方向顕示器において、出力コネクタ（２）は、回転軸（１１）の外套に固定されたピニオンスタンド（齒輪座）（２３）と、回転軸（１１）に環装され該回転軸（１１）とともに回転する駆動歯車（齒輪）（１２）と、ピニオンスタンド（２３）の筺内に配設され、ベアリング（軸承）（２３，２３）により出力軸（方形頭）（３１）が回転自在に軸支され駆動歯車（１２）に噛合する従動歯車（齒輪）（２１）とを備えており、可撓軸（３）は、撓曲自在な可撓管（３３）の内部に撓曲自在な軸心（３４）を挿通した構成をなし、この軸心（３４）が出力軸（３１）に連結され出力軸（３１）とともに回転する。指示計器（指示表）（４）は、ケーシング（殻體）（５）、駆動歯車（小齒輪）（６）、従動歯車（大齒輪）（７）、目盛盤（蓋板）（８）、及び指針（９）を備えている。ケーシング（５）は円筒形状に形成され、表側開口端は透明面板（５５）により閉蓋されている。駆動歯車（６）は、ベアリング（軸承）（６２）によりケーシング（５）内に回転自在に軸支され、その回転軸が可撓軸（３）の軸心（３４）と連結されて該軸心（３４）により回転駆動される。従動歯車（７）は、ベアリング（軸承）（７１）によりケーシング（５）内に回転自在に軸支され、駆動歯車（６）に噛合することで回転駆動される。目盛盤（８）はケーシング（５）内の底盤と透明面板（５５）との中間に位置し、ケーシング（５）内の底部を閉蓋するように配設され、表面に目盛り（刻度）（８１）が付されている。従動歯車（７）の軸心（出力軸）は、目盛盤（８）を貫通して目盛盤（８）の表側に突出し、この突出した端部に指針（９）が接続されている。ハンドル（１）の回転軸（１１）が回転すると、出力コネクタ（２）の駆動歯車（１２），従動歯車（２１）を介して可撓軸（３）の軸心（３４）が回転駆動される。この回転は、可撓軸（３）を通して指示計器（４）の駆動歯車（６）に伝達され、さらに従動歯車（７）を介して指針（９）が回転し、指針（９）が目盛盤（８）の目盛り（８１）を指すことで、自動車のステアリングホイールの回転角度を表示する。

その他、本発明の技術分野と関連する公知技術としては、特許文献６，７に記載されたようなものもある。

実用新案登録第３０１８６５５号公報 中華民國專利第３２１１１９号公報 米国特許第５６１０５７７号明細書 中華民國專利第２３２２６６号公報（申請案号８３２００２９６專利説明書） 中華民國專利第２８１９６４号公報（申請案号８４２０４１８８專利説明書） 実開平２−６５６７９号公報 特開２０１０−１００２７２号公報

上記の特許文献５に記載の自動車用前輪切れ角表示器は、出力コネクタ（２）と指示計器（４）とが分離しており、出力コネクタ（２）をハンドル（１）の回転軸（１１）に装着する場合、かなりの改造が必要とされるため、自動車のアクセサリとして簡易に取り付けることができない。また、出力コネクタ（２）と指示計器（４）とを接続する可撓軸（３）が必要とされ、狭い運転室内では邪魔になる。

一方、特許文献１−３及び特許文献４に記載の自動車用前輪切れ角表示器は、自動車のハンドル前面のハンドルカバーに取り付けて使用するものであるため、アクセサリとして簡易に取り付けが可能である。これらの自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構は、要部のみを示すと図１０（ａ），（ｂ）のように表される。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、それぞれ、上段は正面から視た図、下段は側面から視た断面図を表す。また、図１０（ａ），（ｂ）においてｙ軸方向が上側である。

特許文献１−３の自動車用前輪切れ角表示器（図１０（ａ））は３つの外歯歯車（Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３）と１つの内歯歯車（Ｇ_４）により構成されている。歯車（Ｇ_１）は、ハンドルカバーに固着された基盤（Ｂａｓｅ）の中心に固定されており、ハンドルの回転と共に回転駆動される。また、指針（ＩＮＤ）は歯車（Ｇ_４）の表側盤面に固着され歯車（Ｇ_４）とともに回転する。支軸（ＡＸ_１，ＡＸ_２，ＡＸ_３）は基盤（Ｂａｓｅ）に固定されている。各歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４のピッチ円半径をｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４、回転角をθ_１，θ_２，θ_３，θ_４とする。この歯車機構の場合、各歯車（Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４）のピッチ長を同じとすると、入力歯車（Ｇ_１）と出力歯車（Ｇ_４）との回転角の比θ_４／θ_１はθ_４／θ_１＝ｒ_１／ｒ_４となる。一方、通常の自動車では、多くの場合、ハンドルを約１．６〜１．７回転させたときに前輪が４５度回転するように設計されている。従って、指針（ＩＮＤ）の回転角θ_４を実際の前輪の回転角に合わせる場合、θ_４／θ_１＝４５／６１２〜４５／５７６となるので、外周の内歯歯車のピッチ円半径ｒ_４はｒ_４＝１２．８ｒ_１〜１３．６ｒ_１とかなり大きくなる。一方、ハンドルカバー前面にこの自動車用前輪切れ角表示器を取り付けることのできる面積は限られており、内歯歯車のピッチ円半径ｒ_４を大きくするのには限界がある。また、入力歯車（Ｇ_１）のピッチ円半径ｒ_１を小さくすることも考えられるが、入力歯車（Ｇ_１）を小さくすると強度が低下することから、これも限界がある。従って、指針（ＩＮＤ）の回転角θ_４を実際の前輪の切れ角よりも大きくなるようにし、内歯歯車のピッチ円半径ｒ_４を抑えることが必要であるため、ドライバーが指針（ＩＮＤ）の回転の様子から前輪の切れ角を直感的に認知するのが難しくなる。

特許文献４の自動車用前輪切れ角表示器（図１０（ｂ））は４つの外歯歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４により構成されている。歯車Ｇ_１は、ハンドルカバーに固着された基盤（Ｂａｓｅ）の中心に固定されており、ハンドルの回転と共に回転駆動される。歯車Ｇ_２，Ｇ_３は減速歯車であり同軸に配置され一体となって回転する。歯車Ｇ_４は歯車Ｇ_１と同軸に配置される。平面視に於いて、歯車Ｇ_１，Ｇ_４の回転中心点を原点Ｏ、歯車Ｇ_２，Ｇ_３の回転中心点を点Ｐとし、点Ｏから点Ｐまでの距離をｄとする。また、各歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４のピッチ円半径をｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４、回転角をθ_１，θ_２，θ_３，θ_４とする。また、歯車Ｇ_２のピッチ円がｙ軸と交叉する点のうち、原点Ｏから遠い方の点をＱとし、点Ｏから点Ｑまでの距離をｒ_ｍとして外輪規定半径と呼ぶ。基盤の外輪半径ｒ_ｏｕｔはｒ_ｏｕｔ＞ｒ_ｍ＋ｈ_ａ２（ｈ_ａ２は歯車Ｇ_２の末歯丈）により規定される。この場合、歯車Ｇ_１，Ｇ_３の半径ｒ_１，ｒ_３として許容される半径の最小値（最小歯車半径）をｒ_ｍｉｎとすると、外輪規定半径ｒ_ｍの最小値と各歯車のピッチ円半径は、

と表される。最小歯車半径ｒ_ｍｉｎは、歯車の曲げ強さによって規定される。例えば、θ_４／θ_１＝４５／６１２のとき、ｒ_ｍ＝８．３７５６ｒ_ｍｉｎとなり、特許文献１−３の自動車用前輪切れ角表示器に比べると小型化が可能である。然し、例えば、ｒ_ｍｉｎ＝５．０ｍｍとすると、基盤の外輪直径ｒ_ｏｕｔは２ｒ_ｏｕｔ＞８３．７５６ｍｍ＋２ｈ_ａ２となり、ハンドルカバーのサイズ（一般の普通乗用車ではハンドルカバーの平坦面部分のサイズが約７０×６０ｍｍ程度）に対しては依然として大きく、更なるコンパクト化を図る必要がある。

そこで、本発明の目的は、自動車のハンドル前面のハンドルカバーに取り付けて使用することができ、従来よりもさらにコンパクト化を図ることが可能な自動車用前輪切れ角表示器を提供することにある。

本発明に係る自動車用前輪切れ角表示器の第１の構成は、自動車のハンドルのエアバックカバーに付設又は埋着され、該ハンドルの回転角に対応する自動車の前輪の切れ角を表示する自動車用前輪切れ角表示器であって、
中心が前記ハンドルの回転軸と一致乃至略一致するように前記ハンドルカバーに対し固定設置される、裏端側が閉塞された扁平円筒状のケーシングと、
前記ケーシング内に回転自在に配設された円板状の目盛板と、
前記目盛板の一側に偏倚して設けられた重錘と、
前記ケーシングの内底面中央に固着された駆動歯車と、
前記目盛板の裏面に回転自在に軸枢され、前記駆動歯車に噛合し且つ該駆動歯車より大径の大歯車、及び前記大歯車の回転軸の表側に固着され前記大歯車よりも小径に形成された小歯車を具備する二段歯車と、
前記目盛板の裏面に回転自在に軸枢され、前記二段歯車の前記小歯車に噛合し且つ該小歯車より大径の扇形状に形成された扇形歯車と、
前記扇形歯車の回転軸であって表側の端部が前記目盛板を貫通している出力軸と、
前記目盛板の表側に配設され、基端が前記出力軸の表側端部に軸着され、前記扇形歯車に連動して回動する指針と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、上述した従来の自動車用前輪切れ角表示器よりもさらにコンパクト化を図ることが可能となる。

本発明に係る自動車用前輪切れ角表示器の第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記重錘を含む前記目盛板の重心点を前記目盛板の表面に射影した点を射影重心点Ｇ、前記目盛板表面の中心点Ｏと前記射影重心点Ｇとを通る直線を主中心線ｙ、前記目盛板において前記重錘が設けられた側を下側、その反対側を上側としたとき、
前記二段減速歯車の回転軸（ＡＸ_２）は、前記主中心線ｙ上であって前記目盛板の中心点Ｏよりも上側の点Ｐを通り、前記目盛板の表面に垂直な直線上に配設され、前記出力軸は、前記主中心線ｙ上であって前記目盛板の中心点Ｏよりも下側の点Ｓを通り、前記目盛板の表面に垂直な直線上に配設されていることを特徴とする。

この構成により、上述した従来の自動車用前輪切れ角表示器よりもさらにコンパクト化を図ることが可能となる。

本発明に係る自動車用前輪切れ角表示器の第３の構成は、前記第１又は２の構成に於いて、前記扇形歯車が最大角θ_ｍａｘまで回動した状態に於いて、当該扇形歯車の２つの弧端点Ｅ_１，Ｅ_２のうち前記駆動歯車の中心軸から遠い方の弧端点Ｅ_ｉ（ｉ＝１又は２）と前記駆動歯車の中心軸との距離ｒ_４ｅが、前記駆動歯車のピッチ円半径ｒ_１に前記二段歯車の前記大歯車のピッチ円直径２ｒ_２を加えた長さｒ_ｍに等しく、且つ、前記駆動歯車のピッチ円半径ｒ_１と前記二段歯車の前記小歯車のピッチ円半径ｒ_３とが等しいことを特徴とする。

この構成により、ケーシングの径を最小化することができ、各歯車で構成される歯車機構の減速比Ｒ_０を通常の自動車のハンドル回転角に対する前輪の回転角の比である０．１２５／１．７程度とした場合に於いて、上記特許文献４の自動車用前輪切れ角表示器の場合と比べ、ケーシングの径を約０．８６〜０．８８倍程度にまで小さくすることが可能となる。

本発明に係る自動車用前輪切れ角表示器の第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成に於いて、前記扇形歯車の回動範囲を、前記扇形歯車と二段歯車の小歯車との噛合が解除されない範囲内に規制するストッパ構造を備えたことを特徴とする。

この構成により、自動車用前輪切れ角表示器を自動車に取り付ける前に運搬している際に、扇形歯車と二段歯車の小歯車との噛合が解除されて扇形歯車が小歯車から脱落することが防止される。

ここでストッパ構造としては、例えば、目盛板の裏面にストッパ突起を設けたり、扇形歯車の弧端付近に歯がない区間を設けたりする等の構造を用いることができる。

本発明に係る自動車用前輪切れ角表示器の第５の構成は、前記第４の構成に於いて、前記重錘は、前記目盛板の裏面を段差状に突出形成することにより形成されており、前記ストッパ構造は、前記扇形歯車が左右何れかに最大角まで回転した状態において、前記扇形歯車の左右何れかの弧端点が前記重錘の段差面に接触する構造であることを特徴とする。

この構成によれば、ストッパ構造は重錘の構造そのものを利用しているため、全体をコンパクト且つ簡単に構成することができる。

以上のように、本発明によれば、自動車のハンドル前面のハンドルカバーに取り付けて使用することができ、従来よりもさらにコンパクト化を図ることが可能な自動車用前輪切れ角表示器を提供することが可能となる。

本発明の実施例１に係る自動車用前輪切れ角表示器の外観斜視図である。 図１の自動車用前輪切れ角表示器の分解斜視図である。 図１の自動車用前輪切れ角表示器の断面図である。 実施例１の自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構及び目盛板５を裏面側から視た斜視図である。 実施例１の自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構を表す模式図である。（ａ）は表側から見た平面図、（ｂ）は主中心線（ｙ軸）を含む垂直面で切断し右側から視た断面図である。 図５の歯車機構におけるｒ_４，ｄ_４に対するｒ_３の変化を表すグラフである（Ｒ_０＝０．１２５／１．７）。 ｄ_４に対するｒ_４の下限値ｒ_４ｍｉｎ ^（０），ｒ_４ｍｉｎ ^（２），ｒ_４ｍｉｎ ^（３）の変化を表す図である（Ｒ_０＝０．１２５／１．７）。 図５の歯車機構において、扇形歯車Ｇ_４が最大角まで回転した状態を表す模式図である。 ｄ_４に対するｒ_４の下限値ｒ_ｍ，ｒ_４ｅの変化を表す図である（Ｒ_０＝０．１２５／１．７）。 従来の自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構を表す図である。（ａ）特許文献１−３，（ｂ）特許文献４。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る自動車用前輪切れ角表示器の外観斜視図である。図２は、図１の自動車用前輪切れ角表示器の分解斜視図である。図３は、図１の自動車用前輪切れ角表示器の断面図である。

本実施例の自動車用前輪切れ角表示器１は、自動車のハンドルのエアバックカバーに付設又は埋着され、ハンドルの回転角に対応する自動車の前輪の切れ角を表示する器具である。通常の自動車では、ハンドルを右又は左方向に１．６〜１．７回転させると、前輪の切れ角が右又は左方向４５度回転するように設計されている。

図１乃至図３に示すように、自動車用前輪切れ角表示器１は、ケーシング２、透明カバー３、外周ベアリング４、目盛板５、重錘５ａ、駆動歯車固定軸６ａ、駆動歯車６、大歯車７ａ及び小歯車７ｂからなる二段歯車７、二段歯車回転軸７ｃ、二段歯車ベアリング７ｄ、扇形歯車８、出力軸８ａ、扇形歯車ベアリング８ｂ、指針９を備えている。

ケーシング２は、裏端側が閉塞された扁平円筒状に形成されている。ケーシング２は、中心が自動車のハンドルの回転軸と一致乃至略一致するようにハンドルカバーに対し固定設置される。また、ケーシング２の表端側の開口部には、該開口部を閉塞するように、透明円板状の透明カバー３が嵌着されている。さらに、ケーシング２の内側面には、全周に亘る凹溝が形成されており、当該凹溝に円環状の外周ベアリング４が嵌着されている。

目盛板５は、ケーシング２筒内径と略同径の円板状に形成され、ケーシング２の筒内に、外周ベアリング４によって回転自在に枢支されている。目盛板５の裏面には、一側に偏倚して、外周に沿った弓形柱状の段差突起が形成され（図４参照）、この段差突起が重錘５ａとなっている。また、目盛板５の表面には、前輪切れ角を示す目盛図形５ｂが付されている。

図４に、実施例１の自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構及び目盛板５を裏面側から視た斜視図を示す。図４は、扇形歯車８が表側から見て左方向に最大角まで回転した状態を表している。尚、見易くするため、駆動歯車６及び二段歯車７の大歯車７ａは透過色としている。重錘５ａを含む目盛板５の重心点を目盛板５の表面に射影した点を射影重心点Ｇ（図５参照）、目盛板５の表面の中心点Ｏと射影重心点とを通る直線を主中心線（図５のｙ軸）、目盛板５において重錘５ａが設けられた側を下側（図５のｙ＜０の側）、その反対側を上側（図５のｙ＞０の側）とする。このとき、重錘５ａの段差面５ｃは主中心線（図５のｙ軸）に対し垂直である。また、目盛板５の板面には、主中心線上の中心点Ｏより上側に軸孔５ｄが貫設され、主中心線上の中心点Ｏより下側であって重錘５ａの段差面５ｃと同位置に軸孔５ｅが貫設されている。また、例えば図４のように、扇形歯車８が左右何れかに最大角まで回転した状態において、扇形歯車８の弧端点Ｅ_１，Ｅ_２（図５参照）が段差面５ｃに接触するように構成されている。これにより、扇形歯車８の回動範囲を、扇形歯車８と二段歯車７の小歯車７ｂとの噛合が解除されない範囲内に規制するストッパ構造が構成されている。

ケーシング２の底面（裏端側の閉塞面）の中央には、円形開孔が貫通形成されており、この円形開孔に、ケーシング２の筒内側に突出するように駆動歯車固定軸６ａが嵌着されている。そして、円形外歯歯車である駆動歯車６は、この駆動歯車固定軸６ａに嵌着され、ケーシング２に対して固定されている。

二段歯車７は、目盛板の裏面側に回転自在に軸枢されている。二段歯車７は、大歯車７ａと、大歯車７ａと同軸で該大歯車７ａの表側に配され且つ該大歯車７ａよりも小径の小歯車７ｂにより構成された減速歯車である。また、大歯車７ａは、駆動歯車６に噛合し且つ該駆動歯車６より大径に構成されている。大歯車７ａと小歯車７ｂの共通の回転軸である二段歯車回転軸７ｃは、目盛板５の軸孔５ｄに嵌合された二段歯車ベアリング７ｄによって、軸孔５ｄに回転自在に軸枢されている。

扇形歯車８は、目盛板の裏面側に回転自在に軸枢されている。扇形歯車８は、二段歯車７の小歯車７ｂに噛合し且つ該小歯車７ｂより大径の扇形状に形成されている。扇形歯車８の回転軸である出力軸８ａは、目盛板５の軸孔５ｅに嵌合された扇形歯車ベアリング８ｂによって、軸孔５ｅに回転自在に軸枢されている。また、出力軸８ａの先端は、軸孔５ｅを貫通して目盛板５の表側に突出している。

指針９は、目盛板５の表側に配設されており、その基端が出力軸８ａの先端部に軸着されている。これにより、指針９は、扇形歯車８に連動して回動する。

以上のように構成された本実施例に係る自動車用前輪切れ角表示器について、以下その動作を説明する。ケーシング２はハンドルカバーに固定され、駆動歯車６はケーシング２に固定されているので、ハンドルの回転と連動して駆動歯車６は回転する。一方、目盛板５はケーシング２の筒内に回転自在に枢支されており、目盛板５には重錘５ａが偏倚して設けられているので、ケーシング２が回転しても、目盛板５は重錘５ａを下向きにして、主中心線（ｙ軸）が常に上下方向を向いた状態に維持される。従って、中心Ｏに対する二段歯車回転軸７ｃ及び出力軸８ａの位置関係は常に維持され、二段歯車回転軸７ｃは中心Ｏより上側、出力軸８ａは中心Ｏより下側の状態が維持される。そのため、駆動歯車６が回転すると、それにより二段歯車７及び扇形歯車８が回転駆動され、減速比に応じて出力軸８ａ及び指針９が回転する。

図５は、実施例１の自動車用前輪切れ角表示器の歯車機構を表す模式図である。図５（ａ）は表側から見た平面図、図５（ｂ）は主中心線（ｙ軸）を含む垂直面で切断し右側から視た断面図である。尚、図５は、角歯車の回転角が０度の状態を表している。また、図５において、駆動歯車６，大歯車７ａ，小歯車７ｂ，扇形歯車８は、それぞれ記号Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４で表し、駆動歯車固定軸６ａ，二段歯車回転軸７ｃ，出力軸８ａは、それぞれ記号ＡＸ_１，ＡＸ_２，ＡＸ_３で表し、ケーシング２の底面を記号"Base"で表し、目盛板５を記号"Scale Plate"で表し、指針９を記号"IND"で表している。また、駆動歯車固定軸ＡＸ_１の中心点を原点Ｏ、二段歯車回転軸ＡＸ_２の中心点を点Ｐ、原点Ｏ及び点Ｐを通る軸をｙ軸（点Ｐの側を正）、原点Ｏを通りｙ軸に垂直な軸をｘ軸（表側から視て右手系とする）、出力軸ＡＸ_３の中心点を点Ｓ、射影重心点を点Ｇ、大歯車Ｇ_２のピッチ円とｙ軸とが交叉する点のうち原点Ｏから遠い側の点を点Ｑ、歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４のピッチ円半径をそれぞれｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４、点Ｏから点Ｐまでの距離をｄ_２、点Ｏから点Ｓまでの距離をｄ_４、目盛板５の半径をｒ_ｏｕｔ、点Ｏから点Ｓまでの距離をｒ_ｍと記す。また、歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４の回転角を、それぞれθ_１，θ_２，θ_３，θ_４と記す。

歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４のピッチ長はピッチ円の円周長に対して十分に小さいとし、歯車Ｇ_１，Ｇ_２のピッチ長が等しく且つ歯車Ｇ_３，Ｇ_４のピッチ長が等しいとすると、各歯車Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３，Ｇ_４の回転角θ_１，θ_２，θ_３，θ_４の間には、次の関係が成り立つ。

従って、θ_１に対するθ_４の比であるこの歯車機構の減速比Ｒ_０は、次式で表される。

通常の自動車では、ハンドル１．６〜１．７回転に対して前輪の回転角が４５度となるように設計されているので、Ｒ_０＝０．１２５／１．７〜０．１２５／１．６程度に設定される。また、図５より、次の関係がある。

図５の歯車機構に於いて、変数はｒ_１，ｒ_２，ｒ_３，ｒ_４，ｄ_４であるが、ｒ_１を定数（基準値）とし、束縛条件式（３），（４ｂ）を考慮すると、この歯車機構の自由度は２であることが分かる。そこで、独立変数をｒ_４，ｄ_４とする。このとき、ｒ_２，ｒ_３は次式で表される。

ｒ_４＝ｒ_１／Ｒ_０のとき式（５ｂ）の分母が０となりｒ_３は発散するのでｒ_４＜ｒ_１／Ｒ_０である。また、ｒ_３＞０なので式（５ｂ）よりｒ_４＞ｒ_１＋ｄ_４である。従って、ｒ_４の採り得る値は次式の範囲に制限される。

式（５ｂ）により計算されるｒ_３のグラフを図６に示す。図６より、ｒ_３はｒ_４に対して式（６）のｒ_４の定義域内で単調増加関数であることが分かる。これは実際、式（５ｂ）をｒ_４で偏微分することにより確かめられる。

実際には、歯車の半径は無限に小さくすることはできず、歯車を小さくすると該歯車の歯幅が小さくなり、歯が耐えうる円周力の許容値が低下するため、強度的に許容される最小歯車半径ｒ_０を考慮する必要がある。まず、歯車機構全体のサイズを最小化するには、基準値であるｒ_１を最小歯車半径ｒ_０に設定しなければならない。即ち、ｒ_１＝ｒ_０である。また、歯車Ｇ_２，Ｇ_３の半径ｒ_２，ｒ_３は最小歯車半径ｒ_０以上でなければならない。即ち、以下の条件を満たさなければならない。

式（７）の第２式に式（５ｂ）を代入することにより、ｒ_４の範囲として次式の条件が得られる。

式（７）の第１式に式（５ｂ），（５ａ）を代入することにより、ｒ_４の範囲として次式の条件が得られる。

ここで、ｒ_４の下限値ｒ_４ｍｉｎ ^（０），ｒ_４ｍｉｎ ^（２），ｒ_４ｍｉｎ ^（３）を下式（１０）のようにおくと、各下限値はｄ_４に対して図７のように変化し、ｒ_４ｍｉｎ ^（０）＜ｒ_４ｍｉｎ ^（２）＜ｒ_４ｍｉｎ ^（３）であることが分かる。

従って、最小歯車半径ｒ_０を考慮した場合に許容されるｒ_４の範囲は次式の範囲となる。

次に、図５の歯車機構のケーシングの外輪半径ｒ_ｏｕｔの最小化について考察する。まず、図５より、外輪半径ｒ_ｏｕｔはｒ_ｍ＝ｒ_１＋２ｒ_２よりも大きくなければならないことが分かる。一方、図８に示したように、扇形歯車Ｇ_４が最大角まで回転した状態（扇形歯車Ｇ_４の弧端点Ｅ_１（又はＥ_２）が段差面５ｃに接触した状態）における切れ角（指針ＩＮＤがｙ軸と成す角）をθ_４ｍａｘ、扇形歯車Ｇ_４の中心角∠（Ｅ_１ＳＥ_２）をφ_４とし、θ_４ｅ＝θ_４ｍａｘ＋φ_４／２とする。角θ_４ｅは、最大切れ角θ_４ｍａｘにおいて扇形歯車Ｇ_４の中心点Ｓと扇形歯車Ｇ_４の外側の弧端点Ｅ_１とを結ぶ直線ＳＥ_１が、扇形歯車Ｇ_４の中心点Ｓと駆動歯車Ｇ_１の中心点Ｏとを結ぶ直線ＳＯ（即ちｙ軸）と成す角∠（ＯＳＥ_１）である。このとき、原点Ｏから弧端点Ｅ_１までの距離をｒ_４ｅとする。図８より、外輪半径ｒ_ｏｕｔはｒ_４ｅよりも大きくなければならないことが分かる。従って、外輪半径ｒ_ｏｕｔは次式の条件を満たす必要がある。

式（１２）で定義されるｒ_ｎを「外輪規定半径」と呼ぶ。図５の歯車機構のケーシングの外輪半径ｒ_ｏｕｔの最小化をするためには、目的関数を外輪規定半径ｒ_ｎに設定し、ｒ_ｎを最小化すればよい。ｒ_４ｅ，ｒ_ｍは次式（１３ａ），（１３ｂ）により表される。

ｒ_３はｒ_４に対して単調増加するので、式（１３ｂ）よりｒ_ｍもｒ_４に対して単調増加する。従って、ｒ_４＝ｒ_４ｍｉｎ ^（３）のときにｒ_ｍは最小値をとる。このとき、ｒ_３，ｒ_２，ｒ_ｍは次式のように表される。

式（１４ｃ）のｒ_ｍをｄ_４で微分すると、ｄｒ_ｍ／ｄｄ_４＜０となり、ｒ_ｍはｄ_４に対して単調減少することが分かる。

一方、式（１３ａ）より、∂ｒ_４ｅ ^２／∂ｒ_４＞０となるので、ｒ_４ｅはｒ_４に対して単調増加する関数であることが分かる。従って、ｒ_４＝ｒ_４ｍｉｎ ^（３）のときにｒ_４ｅは最小値をとる。このとき、ｒ_４ｅは次式のように表される。

ｄ_４に対するｒ_ｍ，ｒ_４ｅの変化は図９のようになる。図９より、ｒ_４ｅはｄ_４に対して増加することが分かる。故に、式（１２）の外輪規定半径ｒ_ｎを最小化する条件は、ｒ_４ｅ＝ｒ_ｍであることが分かる。即ち、外輪規定半径ｒ_ｎを最小化するには、ｒ_１＝ｒ_３＝ｒ_０とし、ｄ_４を図９のｒ_ｍ，ｒ_４ｅの曲線の交点、即ち、次式により決定すればよいことが分かる。

これにより、ｄ_４が決定されれば、ｒ_４，ｒ_２，ｒ_ｍは、其々、式（１０）の第２式，式（１４ｂ），式（１４ｃ）により定まり、外輪規定半径ｒ_ｎはｒ_ｎ＝ｒ_ｍにより定められる。

以上の結果から、本実施例の自動車用前輪切れ角表示器１において、ケーシング２を最小化するには、
（１）駆動歯車６のピッチ円半径ｒ_１と二段歯車７の小歯車７ｂのピッチ円半径ｒ_３とを等しくし、
（２）扇形歯車８が最大角θ_４ｍａｘまで回動したときに、当該扇形歯車８の２つの弧端点Ｅ_１，Ｅ_２のうち駆動歯車６の中心軸Ｏから遠い方の弧端点Ｅ_ｉ（ｉ＝１又は２）と駆動歯車６の中心軸Ｏとの距離ｒ_４ｅが、駆動歯車６のピッチ円半径ｒ_１に二段歯車７の大歯車７ａのピッチ円直径２ｒ_２を加えた長さに等しくする
ことにより、実現できることが分かる。

また、このとき、図９より、ｄ_４＝０の場合（このとき、扇形歯車Ｇ_４を円形歯車に置き換えると、特許文献４の自動車用前輪切れ角表示器の場合（図１０（ｂ）参照）と同じになる。）と比較して、ケーシング２の径を約０．８６〜０．８８倍程度にまで小さくすることが可能であることが分かる。

１ 自動車用前輪切れ角表示器
２ ケーシング
３ 透明カバー
４ 外周ベアリング
５ 目盛板
５ａ 重錘
５ｂ 目盛図形
５ｃ 段差面
５ｄ，５ｅ 軸孔
６ 駆動歯車
６ａ 駆動歯車固定軸
７ 二段歯車
７ａ 大歯車
７ｂ 小歯車
７ｃ 二段歯車回転軸
７ｄ 二段歯車ベアリング
８ 扇形歯車
８ａ 出力軸
８ｂ 扇形歯車ベアリング
９ 指針

Claims (5)

1. 自動車のハンドルのエアバックカバーに付設又は埋着され、該ハンドルの回転角に対応する自動車の前輪の切れ角を表示する自動車用前輪切れ角表示器であって、
   中心が前記ハンドルの回転軸と一致乃至略一致するように前記ハンドルカバーに対し固定設置される、裏端側が閉塞された扁平円筒状のケーシングと、
   前記ケーシング内に回転自在に配設された円板状の目盛板と、
   前記目盛板の一側に偏倚して設けられた重錘と、
   前記ケーシングの内底面中央に固着された駆動歯車と、
   前記目盛板の裏面に回転自在に軸枢され、前記駆動歯車に噛合し且つ該駆動歯車より大径の大歯車、及び前記大歯車の回転軸の表側に固着され前記大歯車よりも小径に形成された小歯車を具備する二段歯車と、
   前記目盛板の裏面に回転自在に軸枢され、前記二段歯車の前記小歯車に噛合し且つ該小歯車より大径の扇形状に形成された扇形歯車と、
   前記扇形歯車の回転軸であって表側の端部が前記目盛板を貫通している出力軸と、
   前記目盛板の表側に配設され、基端が前記出力軸の表側端部に軸着され、前記扇形歯車に連動して回動する指針と、を備えた自動車用前輪切れ角表示器。
2. 前記重錘を含む前記目盛板の重心点を前記目盛板の表面に射影した点を射影重心点Ｇ、前記目盛板表面の中心点Ｏと前記射影重心点Ｇとを通る直線を主中心線ｙ、前記目盛板において前記重錘が設けられた側を下側、その反対側を上側としたとき、
   前記二段減速歯車の回転軸（ＡＸ_２）は、前記主中心線ｙ上であって前記目盛板の中心点Ｏよりも上側の点Ｐを通り、前記目盛板の表面に垂直な直線上に配設され、
   前記出力軸は、前記主中心線ｙ上であって前記目盛板の中心点Ｏよりも下側の点Ｓを通り、前記目盛板の表面に垂直な直線上に配設されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用前輪切れ角表示器。
3. 前記扇形歯車が最大角θ_ｍａｘまで回動した状態に於いて、当該扇形歯車の２つの弧端点Ｅ_１，Ｅ_２のうち前記駆動歯車の中心軸から遠い方の弧端点Ｅ_ｉ（ｉ＝１又は２）と前記駆動歯車の中心軸との距離ｒ_４ｅが、前記駆動歯車のピッチ円半径ｒ_１に前記二段歯車の前記大歯車のピッチ円直径２ｒ_２を加えた長さｒ_ｍに等しく、
   且つ、前記駆動歯車のピッチ円半径ｒ_１と前記二段歯車の前記小歯車のピッチ円半径ｒ_３とが等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用前輪切れ角表示器。
4. 前記扇形歯車の回動範囲を、前記扇形歯車と二段歯車の小歯車との噛合が解除されない範囲内に規制するストッパ構造を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の自動車用前輪切れ角表示器。
5. 前記重錘は、前記目盛板の裏面を段差状に突出形成することにより形成されており、
   前記ストッパ構造は、前記扇形歯車が左右何れかに最大角まで回転した状態において、前記扇形歯車の左右何れかの弧端点が前記重錘の段差面に接触する構造であることを特徴とする請求項４記載の自動車用前輪切れ角表示器。