JP3001636B2 - 歯車対 - Google Patents

歯車対

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JP3001636B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の技術分野 本発明は、一般的には歯車に関し，より正確に言えば
低出力，低速のものに適用する歯車対に関する。
歯車は、２つの離間して回転するシャフト間に動作を
伝達するためのものに広く適用されている。平歯車にお
いて，互いに平行なシャフトに設けられた２つの歯車
は、駆動歯車として作動する１つの歯車と他の従動歯車
とが互いに噛合している。このような平歯車の典型的な
歯形は、インボリュート曲線に沿って設計されるインボ
リュート形状を有している。
歯車のこのようなインボリュート歯形の使用は、噛合
する２つの歯車間に最小の滑りを伴う円滑な回転動作を
もたらす。
或る歯車適用例において，噛合する２つの歯車によっ
て連結される２つの平行な回転するシャフト間の中心距
離は、上記シャフト間の回転の伝達を効率的にするため
精密さが要求される。仮に上記中心距離が小さ過ぎる場
合，噛合する歯車歯は拘束され，或いは少なくとも歯車
の円滑な回転を阻害するような高い摩擦力を生じる。逆
に,2つのシャフト間の中心距離が大き過ぎる場合、噛合
する２つの歯車歯間のバックラッシュが増大し、歯車間
がルーズになり又，均一でない急激な動作を起こすこと
になる。
自動車への適用については，多機能のステアリングコ
ラムスイッチ装置が、そのスイッチの作動方向や切換え
モードに従って数多くの電気装置を制御するために，車
両のステアリングコラムに設けられている。これら装置
は、例えば，ヘッドライトビームや風防ガラスのワイパ
ー組立体，或いは信号変更等が含まれる。これら装置
は、回転やチルト或いは多機能のステアリングコラムス
イッチレバーの回転動作により夫々別個に作動する。上
記スイッチハウジングに設けられた接点は、接続装置の
作動，非作動を制御するレバーの特殊な動きにより接続
される。これらの適用例において，スイッチレバー端部
の回転が、典型的には風防ガラスワイパー装置のオン，
オフや多くの個別的，間欠的操作速度間の制御に使用さ
れる。スイッチレバーで回転可能に設けられている駆動
歯車は、スイッチハウジングに設けられた平歯車のイン
ボリュート歯形に係合する。平歯車は、そこに取付けら
れた１つの接点を、スイッチレバー端部の回転方向及び
度合に従って風防ガラスワイパー組立体の操作を選択的
に制御するため，スイッチハウジング内に設けられた種
々の固定接点と係合するように動かす。
重量及びコスト低減のために，この一対の歯車は合成
樹脂で作られている。しかしながら，合成樹脂製歯車の
公差は、同種の金属製歯車ほどには精密性を保持し得な
い。これはスイッチレバーの非円滑な操作及び高い摩擦
力に起因し、又，これはスイッチレバーの動きに不具合
な触知感覚を生み出すことにもなる。
従って，歯車シャフト中心公差の広い範囲内で円滑な
ギア操作を提供することに関し，上述の問題を解決し得
る歯車装置を提供することが望ましく、又，低出力，低
速を要する自動車への適用に有利に使用される歯車装置
を提供することも望ましい。さらにギア操作中，ギア操
作レバーに確実かつ一定の触知感覚をもたらす歯車装置
を提供することが望まれる。
発明の要約 本発明は第１歯車と第２歯車からなる歯車対に使用す
るための歯車装置である。
第１歯車は複数の径方向に伸びる非インボリュートの
歯列を備え、各歯は略球状をなす断面円形状の端部作動
面を有する。第２歯車は複数の間隔を有する非インボリ
ュート状の歯を有する。第２歯車の各歯には、非インボ
リュート歯両側の歯間隙に位置するセンターから同一か
つ一定の半径位置に配された対向するベース面が形成さ
れている。一対のフラット部が、上記各ベース面から夫
々所定距離をもって延出している。内方に伸びる切欠部
が、上記各フラット部の端部から各歯の頂部にかけて延
出している。上記フラット部及び第２歯車における２つ
の隣接する歯の上記円形ベース面は、２つの隣接する歯
間に略Ｕ状の歯間隙を形成する。第１歯車の頂面は、上
記円形状ベース面及び第２歯車における２つの隣接する
歯間の歯間隙に係合する。
歯車対の作動時，第１或いは第２歯車のいずれか一方
が駆動歯車として、他の歯車が従動歯車として作動させ
ることができる。
第１及び第２歯車は、各歯車の全周にわたって延出す
る歯を備えた完全な歯車を形成し、或いは２つの歯車間
における回転動作を限定する扇形歯車を形成することが
できる。
本発明の歯車の配置は、特に低出力，低速回転の適用
例，例えば自動車のステアリングコラムレバー制御スイ
ッチ等に重大な利点を提供する。本発明の非インボリュ
ート歯車そのもの、或いは非インボリュートで，その端
部がアーチ状を有する他の歯車とを組合わせて使用する
ことによって，歯車対は、歯車中心公差の広範囲にわた
り，歯車の全作動域を通じて歯車の円滑な作動させ得る
ように構成することができる。
図面の簡単な説明 本発明の種々の特徴，利点及び他の使用例は、以下に
述べる記載及び図面を参照することによってより明らか
にする。
図１は本発明の非インボリュート歯車からなる歯車対
を使用した自動車用の多機能ステアリングコラムスイッ
チ装置の部分的斜視図。
図２は本発明の上記歯車対の斜視図。
図３は図２に示される第１歯車の正面図。
図４は図２に示される第１歯車の背面図。
図５は図４の５−５線に沿う断面図。
図６は本発明に従って構成された歯車対の異なる実施
例の斜視図。
図７は図２に示される第２歯車の部分的な拡大正面
図。
図８は図７に示される第２歯車の歯車歯の構造を示す
拡大図。
図9A,9B及び9Cは、最小のギヤ中心距離での，スター
ト時及び歯の1/4及び歯の1/2に相当する回転動作時にお
ける本発明の第１及び第２歯車間の位置的関係を描いた
正面の立面図。
図10A,10B及び10Cは、最大のギヤ中心距離での，スタ
ート時及び歯の1/4及び歯の1/2に相当する回転動作時に
おける本発明の第１及び第２歯車間の位置的関係を描い
た正面の立面図。
好適な実施例の説明 図面を参照すれば、図面中，特に図２には,2つの回転
シャフト間の動作を伝達するための歯車対（gear pai
r）10が図示されている。図１は自動車用の多機能ステ
アリングコラムスイッチ組立体12に使用する本発明の歯
車対10を示している。又，上記歯車対10が他の適用例，
特に低出力，低回転速度のものにも使用可能であること
は理解されよう。
本発明の歯車対10は、歯車シャフト中心距離の広い範
囲を越えて使用可能である。さらに，上記歯車対10は、
歯車の回転軸が平行，非整列，斜め，或いは平行でない
場合も作動可能である。
単なる例示に過ぎないが，多機能ステアリングコラム
スイッチ組立体12の一部が図１に示されている。上記組
立体12は、ステアリングホイールに近接する車両のステ
アリングコラムに取付け固定されている。レバー16はハ
ウジング14から外方に延出し、ステアリングコラムの長
手軸に対し，略直角方向を向いている。多機能スイッチ
組立体12の構造，及びその自動車ステアリングコラムへ
の取付けに関するより詳細な構成は、1991年、９月17日
に公布された米国特許No.5,049,706号に開示されてお
り、多機能ステアリングスイッチ組立体の構造，取付け
及び使用に関するこの発明の具体的部分が示されてい
る。典型的にはスイッチレバー16は、３つの異なるモー
ド或いは作用面において動くようにハウジング14の第１
端部に取付けられている。上記レバー16は、上記第１端
部の周りの１つの面内で回動可能であり、かつ上記第１
の面に略垂直な第２の面内でも回動可能である。又，少
なくとも上記レバー16の端部はレバー16の長手軸の回り
に回転可能になっている。単なる例示に過ぎないが，本
発明の歯車対10は、スイッチレバー16の端部キャップ或
いは端部部分18の回転と共に作動する。上記回転端部部
分18は、スイッチレバー16を長手方向に貫通し，スイッ
チハウジング14内部に延出する回転シャフト20の一端に
取付け固定されている。
以下さらに詳細に述べるように，本発明の歯車対10
は、シャフト20に取付け固定され，かつ共に回転する第
１の駆動歯車22と、スイッチハウジング14内に固定され
るシャフト26に回転可能に設けられている第２の従動歯
車を具備している。以下に使用される“駆動歯車“及び
“従動歯車“なる術語は第１の歯車22及び第２の歯車24
に適用される。しかしながら、歯車22及び24のいずれか
一方を駆動歯車として設定すれば、他方は従動歯車とし
て作動するようにすることも可能である。さらに、以下
に述べるように，歯車22及24に夫々特定される構造は、
各歯車対におえる他方の歯車の構造に適用することもで
きる。
可動電気接点（図示せず）は、従動歯車24に設けら
れ、選択された位置間を動き、例えば車両風防ガラスの
ワイパー組立体のようなオン，オフや不連続かつ間欠的
に作動する複数の操作位置をとる装置の制御を行うため
にスイッチハウジング14内に設けられた同じく図示しな
い種々の静止接点（同じく図示せず）と接触する。
図１〜５に示される駆動歯車22は、上述の多機能ステ
アリングコラムスイッチ12に使用するために構成されて
いる。この適用例において、駆動歯車22は２つの異なる
面及び１つの軸に沿ってレバー16と共に可動である。他
の適用例として，駆動歯車22の異なる構造が提供され
る。
駆動歯車22は、略シリンダー状を有するカラー23を具
備する。ボア28は、図１に示されるように，ステアリン
グコラムスイッチシャフト20の通路としてカラー23を通
じて延出している。キー30はカラー23を回転軸20に固定
するためにカラー23に形成されている。
円錐状の面32はカラーと一体に形成され、かつカラー
から角度をもって外方に延出している。単なる例示に過
ぎないが，上記円錐状の面32は、種々の構成部材やステ
アリングコラムスイッチ組立体12に使用されるワイヤリ
ングのためのスペースを駆動歯車22の端部に提供する。
一様で略平坦な面を駆動歯車22に設けることもできる。
参照番号34で示される円周方向に互いに離間する複数
の歯が、上記円錐状面32の端部から半径方向外方に延出
形成されている。歯34の数及び上記歯34の円周方向の広
がり範囲は、特定の用途の必要に応じて設定することが
可能である。従って，駆動歯車22に扇形ギヤ配置で配列
された７つの歯34を有する図示のものは、単に例示に過
ぎないものである。
自動車用の多機能ステアリングコラム組立体12とし
て，図１に示される上述の適用において，駆動歯車22の
各歯34の端部35は、上記円錐状の面から延出するステム
37上に略球体のボール形状を有している。参照番号36で
示される平坦部は、各歯34の端部35に，各歯34の噛み合
い係合しない面から，構成部材の一部を切欠して形成さ
れている。
図６は本発明の歯車対10に使用される駆動歯車の異な
る実施例を示す。この実施例において，駆動歯車40は略
円形状をなし、その周面から半径方向に伸びる複数の歯
42を有する。歯42の数及び歯車40における歯42の円周方
向の広がり範囲は、図６に示されるように，駆動歯車40
の全周にわたって，歯42が配列する全周歯車とするか、
又，駆動歯車40の限定された部分、或いは扇形状の部分
に少数の歯を配列させるかは、必要に応じて変更可能で
ある。図６に示される駆動歯車40の歯42は、ステム46上
にアーチ状の端部44を有するシリンダー形状をなし、上
記アーチ状の面は、以下述べるように，噛合する従動歯
車の方向に臨んでいる。
駆動歯車22或いは40及び従動歯車24或いは80は、強化
ナイロン，アセタール樹脂等の合成樹脂のごとき適切な
材料で形成される。又，駆動歯車及び従動歯車を粉末金
属によって形成することもできる。
図２及び図7,8に詳細に示されるように，従動歯車24
は、駆動歯車22に噛み合い係合するように配置されてい
る。上記従動歯車24は、中心にハブ50が位置するボア52
を備えた略平坦な部材からなる。上記ボア52はスイッチ
ハウジング14内において回転シャフト26に取付け固定さ
れている。
従動歯車24の周面には円周方向に間隙を保ち，かつ半
径方向に延出する歯56が形成されている。上記歯56の数
及び円周方向の配置範囲は、特定用途の必要に応じて選
定することができる。従って，従動歯車24に扇形ギア配
置で配列された図７に示す７つの歯56を有する図示のも
のは、歯56の異なる態様のものも採用可能であることを
単に例示するに過ぎない。
従動歯車24の歯56は、各歯56に対向するベース部側面
に形成された第１及び第２の対向する円形ベース部58,6
0によって形成される略非インボリュート形状を有す
る。上記円形ベース部58,60は、各歯56の隣接歯間隙に
位置するセンターから同一の半径位置にある。第１及び
第２のフラット部62及び64は、上記円形ベース部58,60
の半径方向最外側端部から延出し、かつ互いに平行に配
置されている。各歯56における半径方向最外側端部63及
び65は、上記フラット部62及び64の端部から略平坦な頂
部66にかけて内方に傾斜するテーパー状をなす。
歯56は、夫々，同一形状で形成され、図８に参照番号
68で示される歯間隙は、歯56及び70のごとく隣接する２
つの歯間に形成されており、円形ベース部分72、隣接す
る歯56及び70のフラット部62及び64によって形成される
一対の平行な平坦部、及び各歯56及び70の夫々外端部に
おける傾斜する面63及び65により形成される端部を有し
ている。上記円形ベース部分72と隣接する２つの歯の平
行な平坦部62及び64は、駆動歯車22における歯34の球状
或いはシリンダー状端部を受容するための略Ｕ状の歯間
隙を形成する。
各歯，例えば歯56の内方にテーパをなす端部63,65の
設定、及び隣接する２つの歯の平行なフラット部62,64
を有するテーパ部63,65の角度の配置は、駆動歯車22と
従動歯車24の噛合回転時，駆動歯車22における歯34のシ
リンダー状端部に対するクリアランスを提供する。上記
テーパ面の角度は特定の用途の必要に応じて設定するこ
とができる。
歯56,70等における平行なフラット部62,64は、駆動歯
車22及び従動歯車24間における歯車の中心軸間距離の許
容し得る範囲内で拡張し、この軸間離距を介して本発明
の歯車対は効果的に作動し得る。上記中心軸間距離の許
容範囲は図9A,9B,9C、10A,10B及び10Cに示されている。
他の実施例として，駆動歯車40と噛み合い係合する従
動歯車80が図６に示されている。従動歯車80は、上述の
通り非インボリュート形状を有する複数の歯56を備えて
いる点において従動歯車24と近似している。しかしなが
ら，この実施例における歯56は、全周の駆動歯車40と噛
合する従動歯車80の全周に配置されている。図６に示さ
れる歯車40及び80のどちらかが、歯車対の駆動歯車とし
て作用するためにシャフト20に接続され、従って他方の
歯車は従動歯車として作用する。さらに，歯車24として
上述の非インボリュート歯車の構成は、駆動歯車におけ
る円錐状面の端部に採用することも可能である。
図9Aは、静止したスタート位置において，従動歯車24
の歯と噛み合い係合している駆動歯車22を示している。
この位置において，駆動歯車22の１つの歯34は、従動歯
車24の隣接する２つの歯56及び70間に形成される略Ｕ状
の歯間隙68に完全に係合している。歯34の球状端部は、
駆動歯車22と従動歯車24のセンター或いはシャフト間の
最小の中心間距離において，従動歯車24のＵ状の歯間隙
68を介して自由に転がり可能である。
図9Bは駆動歯車22の歯が反時計方向に1/4回転した後
の歯車22,24の位置を示している。上記位置において，
歯34は、従動歯車24の隣接する歯56及び70間の歯間隙68
に完全に係合している。しかし駆動歯車22の隣接する歯
35は、従動歯車24の歯70におけるフラット部64と初期係
合する位置に動いている。
さらに図9Cに示される歯1/2に相当する回転位置に駆
動歯車22が回転すると，従動歯車24は時計方向に回転す
る。この位置において，駆動歯車22の歯35は、従動歯車
の24の２つの隣接する歯56及び70間の歯間隙68に完全に
係合し、一方，隣接する歯34は、隣接する歯間隙68から
の引き出しが始まる。しかしながら，駆動歯車22の歯34
及び35は、駆動及び従動歯車22及び24間の最小の中心間
クリアランスにも拘らず，従動歯車24の歯に対し自由に
動き得る。
図10Aは、最大の中心間の公差或いはクリアランスに
おける駆動歯車22と従動歯車24の初期の静止スタート位
置を示したものである。上記位置において，駆動歯車22
の歯34が、従動歯車24の歯間隙68と最小の係合位置にあ
ることを示している。又，上記位置において，駆動歯車
22における歯34の球状端部は、従動歯車24の隣接する歯
56及び70のフラット部62及び64に係合する。図10Bに示
すように，駆動歯車22が反時計方向に歯1/4に相当する
回転をすると、歯34は従動歯車24の２つの隣接する歯56
及び70と実質的に係合する状態にとどまる。駆動歯車22
の隣接する歯35は、歯70の１つのフラット部64と初期接
触位置に達し、それによって駆動歯車22及び従動歯車24
間に一定の噛み合い係合を維持する。さらに図10Cに示
すように，駆動歯車22が反時計方向に歯1/2に相当する
回転をすると、従動歯車24における歯間隙68からその一
部が離れ、一方，隣接する歯35は、従動歯車24の隣接す
る歯間隙68において,2つの歯とより完全に係合する。
かくして，本発明の独自の非インボリュート歯車から
なる歯車対は、離間する歯車シャフト間の広範囲な中心
間距離にわたって,2つの歯車歯間における円滑かつ効果
的な接触をもたらすことができ、又，コストの低減並び
にこれら歯車を形成するために低コスト，軽量の合成樹
脂材料を使用することができ、低出力，低速回転の用途
における円滑な歯車係合を提供することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミラー、エルスワース・エス アメリカ合衆国、ミシガン州 48367、 レオナルド、ハンプトン・サークル 842 (56)参考文献 特開 平１−210660（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−289479（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−141358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−77964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−131781（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−16154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−54851（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−74646（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−63145（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5049706（ＵＳ，Ａ) 米国特許5259262（ＵＳ，Ａ) 米国特許4112782（ＵＳ，Ａ) 米国特許3377877（ＵＳ，Ａ) 米国特許1853513（ＵＳ，Ａ) 米国特許1833159（ＵＳ，Ａ) 欧州特許640194（ＥＰ，Ｂ１)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】周方向に離間して半径方向に延びる複数の
    歯（34,42）を有する第１歯車（22,40）と、周方向に離
    間した複数の半径方向に延びる非インボリュート歯（5
    6）を有する第２歯車（24,80）とから形成され、上記第
    ２歯車の各歯は、各歯に隣接する歯間隙内の中心から一
    定半径の位置に対向して配置されたベース面（58,60）
    と、 上記ベース面の半径方向最外端部から夫々延びる一対の
    実質的に平行なフラット部（62,64）と、上記フラット
    部から各歯の頂部にかけて夫々内方に傾斜して延びる端
    部（63,65）とを具備し、上記第２歯車（24,80）の２つ
    の隣接する歯間に形成される歯間隙（68）は、２つの隣
    接する歯（56）における２つの対向するベース面（58,6
    0）によって形成されるベース部（72）と、上記ベース
    部の端部から夫々延びる実質的に平行な２つのフラット
    部（62,64）とで、上記第１歯車（22,40）の歯（34,4
    2）を噛合可能に収容するための略Ｕ状の間隙を形成す
    る歯車対であって、 上記第１歯車の各歯（34,42）は、ステム部（37,46）と
    アーチ状の端部（44）を有し、上記アーチ状の端部は、
    上記第２歯車の少なくとも２つの実質的に平行なフラッ
    ト部（62,64）と、第２歯車に対する第１歯車の全ての
    センター間位置において，係合可能であることを特徴と
    する歯車対。
  2. 【請求項２】前記第１歯車の各歯の端部が実質的に円形
    断面を有する請求項１に記載の歯車対。
  3. 【請求項３】前記第1,第２歯車がプラスチックで形成さ
    れる請求項１に記載の歯車対。
  4. 【請求項４】前記第１歯車は、カラー（23）と、上記カ
    ラーの一端から半径方向及び長手方向に延びる円錐状面
    （32）と、上記円錐状面の外端部に形成される複数の歯
    （34）とを有する請求項１に記載の歯車対。
  5. 【請求項５】前記歯（34）は、円錐状面の端部の周方向
    に制限された角度範囲で周方向に延びる請求項４に記載
    の歯車対。
  6. 【請求項６】前記第１歯車は、平坦な環状部材（40）
    と、上記平坦な環状部材の周部に形成された複数の歯
    （42）とを備える請求項１に記載の歯車対。
  7. 【請求項７】前記第１歯車の各歯の端部が、実質的に円
    形断面を有する請求項６に記載の歯車対。
  8. 【請求項８】前記歯は、平坦な環状部材の周部を、制限
    された角度範囲で周方向に延びる請求項７に記載の歯車
    対。
  9. 【請求項９】ステアリングコラムと、少なくとも１つの
    電気的に励磁可能な装置とを有する車両用ステアリング
    コラムスイッチ装置であって、 車両のステアリングコラムに装着可能なハウジングと、
    上記ハウジング上に装着され、該ハウジングに対して少
    なくとも回動するスイッチレバーと、上記ハウジングに
    装着され、上記スイッチレバーの一端に接続して上記ス
    イッチレバーと共に回動可能に作動する第１歯車と、上
    記ハウジングに回転可能に装着された第２歯車と、上記
    第２歯車に装着され、第２歯車と共に回転可能な電気コ
    ンタクトとを有し、上記電気コンタクトは、第２歯車の
    回動時，複数の位置間を移動し、ハウジング内に設けら
    れた複数の固定コンタクトと選択的に係合して、少なく
    とも１つの電気的に励磁可能な装置を励磁する請求項１
    に記載の歯車対。
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