JP5857576B2 - 複数出力切替機構 - Google Patents

Description

本発明は、複数の出力歯車のうち中間歯車が噛合した出力歯車にのみ駆動源からの回転駆動力を伝達する複数出力切替機構に関するものである。

複数の出力により多様な動作が可能な機器として、例えば、自動車等のパワーシートがある。通常、パワーシートには、シートスライド装置、シートチルト装置及びリクライニグ装置等のように、複数の着座姿勢制御装置が併設されるため、１つのシートに、これらの装置の数だけのモータが必要となる。そのため、モータの複数化に伴う部品点数の増加によって、部品コスト及び組立コストの増大を招く虞がある。また、モータの取付けスペースを確保しなければならないため、シートの全体的な大型化、及び各装置の大型化に伴うシートのクッション性の低下を招く虞がある。

このような問題を解決するために、特許文献１には、１台で複数の着座姿勢制御装置を作動可能な複数出力切替機構（ギヤードモータ）が開示されている。この複数出力切替機構は、切替用モータとウォームギヤにより中間歯車を移動させ、複数の出力歯車のうち中間歯車が噛合した出力歯車にのみ駆動源からの回転駆動力を伝達する構成となっている。この複数出力切替機構では、中間歯車と出力歯車との離接が繰り返される際に、中間歯車及び出力歯車の歯先同士が干渉して噛合不良となる場合がある。

一方、特許文献２及び３には、離接が繰り返される入力歯車（駆動歯車）及び出力歯車（従動歯車、被駆動歯車）の歯先同士の干渉による噛合不良を防止し得る歯車伝達機構が開示されている。特許文献２に開示されている歯車伝達機構は、入力歯車及び出力歯車の歯たけを並歯よりも高くして歯先を面取りして尖らせることにより、入力歯車及び出力歯車のスムーズな噛合が行われる構成を有している。また、この歯車伝達機構は、コイルスプリングによって出力軸に対する周方向の所定位置に回動付勢された出力歯車を備えており、入力歯車及び出力歯車の歯先同士が干渉した際には、コイルスプリングの付勢力に抗して出力歯車が出力軸に対して微小角度回転することによって、入力歯車及び出力歯車のスムーズな噛合が行われる構成を有している。

また、特許文献３に開示されている歯車伝達機構は、環状の入力歯車と、入力軸と一体に回転するように入力軸に軸装され入力歯車の両側面を軸方向から回転自在に挟持する一対の支持部材と、入力歯車の内周面及び各支持部材の各凹部に圧入された断面Ｃ状（軸方向のスリットが設けられたロール状）の弾性部材と、入力歯車が離接する出力歯車とを備えている。この歯車伝達機構では、入力軸の回転駆動力が支持部材と入力歯車との間の摩擦抵抗及び弾性部材と入力歯車との間の摩擦抵抗によって入力歯車に伝達される。そして、入力歯車及び出力歯車の歯先同士が干渉した際には、弾性部材の弾性変形によって、入力歯車が出力歯車から離間する方向に移動しながら回転動作して歯先同士の干渉状態が外れ、弾性部材の弾性力によって入力歯車と出力歯車とが噛合する。

実開平６−４５１３６号公報 特開平８−２８６５８号公報 特許第３４７７７４３号

特許文献１に開示されている複数出力切替機構においては、出力軸に対して出力歯車が径方向及び周方向に固定されているため、出力歯車に中間歯車が噛合するときに、出力歯車及び中間歯車の歯先同士が干渉した際には、出力歯車と中間歯車とが噛合できず出力軸の切り替えができないという課題がある。

また、特許文献２に開示されている歯車伝達機構においては、入力歯車及び出力歯車の歯先同士が互いに最先端付近で干渉した場合には、入力歯車から出力歯車に出力歯車を周方向に微小角度回転させる回転駆動力が伝達されない。このとき、出力歯車は周方向に逃げることができず、また、径方向に固定されているため噛合不良となる虞がある。

また、特許文献３に開示されている歯車伝達機構においては、入力軸に対して入力歯車が径方向及び周方向に移動可能とされているため、入力歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉による噛合不良を防止する効果が高い。しかし、上述したように入力軸の回転駆動力は摩擦抵抗によって入力歯車に伝達され、また、この摩擦抵抗を大きくすることは入力軸に対して入力歯車を径方向及び周方向にスムーズに移動することの阻害要因となるため、特許文献３に開示されている歯車伝達機構においては、入力軸から入力歯車へ大きな回転駆動力を伝達することができない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、複数の出力歯車のうち中間歯車が噛合した出力歯車にのみ駆動源からの回転駆動力を伝達する複数出力切替機構において、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉による噛合不良を防止して確実に出力切替を行うことが可能であると共に、駆動源からの大きな回転駆動力を確実に出力軸に伝達することが可能な複数出力切替機構を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る複数出力切替機構の構成上の特徴は、ハウジングに移動可能に装架され、駆動装置によって複数の切換位置間で移動される切換部材と、駆動源によって回転駆動される入力歯車と、前記切換部材に回転可能に支承され前記入力歯車と常に噛合する中間歯車と、前記ハウジングに各前記切換位置でそれぞれ回転可能に支承された複数の出力軸と、各前記出力軸に径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能に遊嵌され、前記切換部材が各前記切換位置に移動されると前記中間歯車と噛合する複数の出力歯車と、を備え、複数の前記出力歯車のうち前記中間歯車が噛合した出力歯車にのみ前記駆動源からの回転駆動力が伝達される複数出力切替機構であって、
前記出力歯車は、前記中間歯車と噛合する歯が外周に形成された環状の歯車部と、前記歯車部の内周面に周方向に等間隔で配置され第１径位置まで径方向内側に向かって半径方向に突設された少なくとも３個の第１トルク伝達壁とを有し、前記出力軸は、隣接する前記第１トルク伝達壁間に１個ずつ周方向に等間隔で配置され前記第１径位置よりも径方向外側の第２径位置まで径方向外側に向かって半径方向に突設され前記第１トルク伝達壁と周方向でトルク伝達可能な第２トルク伝達壁と、前記第２トルク伝達壁の基端部側の厚さ方向の両側における少なくとも一方側に断面円弧状のカム面が形成され、前記出力歯車と前記出力軸とが相対回転すると前記第１トルク伝達壁の先端部と前記カム面とが当接して前記出力歯車を前記出力軸に対して自動調心する少なくとも３個の調心用カム部とを有し、各前記出力歯車と各前記出力軸との間に介在され、無負荷状態で前記出力歯車を前記出力軸に対する前記径方向中立位置及び前記周方向中立位置に保持する弾性部材を備えたことである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１に記載の複数出力切替機構において、前記弾性部材は、スポンジ、ゴムあるいは金属バネであることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２に記載の複数出力切替機構において、前記中間歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の歯先が尖状に面取りされていることである。

請求項１に係る複数出力切替機構によれば、複数の出力歯車のうち中間歯車が噛合した出力歯車にのみ駆動源からの回転駆動力が伝達される。この出力歯車は、出力軸に径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能に遊嵌されており、環状の歯車部の内周面に周方向に等間隔で配置され第１径位置まで径方向内側に向かって突設された少なくとも３個の第１トルク伝達壁を有している。また、出力軸は、隣接する第１トルク伝達壁間に１個ずつ周方向に等間隔で配置され第１径位置よりも径方向外側の第２径位置まで径方向外側に向かって突設され第１トルク伝達壁と周方向でトルク伝達可能な第２トルク伝達壁を有している。

よって、出力歯車が出力軸に対して径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されているときには、出力歯車の全第１トルク伝達壁と出力軸の全第２トルク伝達壁とが径方向にラップしている。また、出力歯車が出力軸に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位したときには、少なくとも１つの第１トルク伝達壁と１つの第２トルク伝達壁とが径方向にラップしている。これにより、出力歯車の出力軸に対する変位によらず駆動源からの大きな回転駆動力を確実に出力軸に伝達することが可能である。

また、請求項１に係る複数出力切替機構によれば、出力軸は、出力歯車と出力軸とが相対回転すると第１トルク伝達壁の先端部と当接して出力歯車を出力軸に対して自動調心する少なくとも３個の調心用カム部を有している。また、各出力歯車と各出力軸との間に介在され、無負荷状態で出力歯車を出力軸に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持する弾性部材を備えている。

よって、出力歯車に回転駆動力が伝達されていない無負荷状態においては、弾性部材により出力歯車が出力軸に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持される。また、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉により出力歯車が出力軸に対して径方向及び周方向に変位したとしても、出力歯車に回転駆動力が伝達されると出力歯車と出力軸とが相対回転し、これにより出力歯車の第１トルク伝達壁の先端部と出力軸の調心用カム部とが当接して出力歯車が出力軸に対する径方向中立位置に自動調心される。すなわち、出力歯車の出力軸に対する変位、及び出力歯車への回転駆動力の伝達状態によらず、常に出力歯車は、中間歯車と適切な噛合が行える位置に自動調心される。よって、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉による噛合不良を防止して確実に出力切替を行うことが可能である。

請求項２に係る複数出力切替機構によれば、各出力歯車と各出力軸との間に介在される弾性部材は、スポンジ、ゴムあるいは金属バネである。ここで、「ゴム」には、天然ゴムと、天然ゴム同様のゴム弾性を有する合成高分子物質である合成ゴムとが含まれている。スポンジ又はゴムによる弾性部材は、安価である。また、スポンジ又はゴムによる弾性部材は成形加工性に優れているため、出力歯車と出力軸との間の空間形状に合わせて弾性部材を成形することにより、出力軸に対して出力歯車をガタツキなく保持することが可能である。

請求項３に係る複数出力切替機構によれば、中間歯車及び出力歯車の少なくとも一方の歯先が尖状に面取りされている。したがって、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉が発生しにくく、中間歯車及び出力歯車のスムーズな噛合が可能である。

以上のように、本発明によれば、複数の出力歯車のうち中間歯車が噛合した出力歯車にのみ駆動源からの回転駆動力を伝達する複数出力切替機構において、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉による噛合不良を防止して確実に出力切替を行うことが可能であると共に、駆動源からの大きな回転駆動力を確実に出力軸に伝達することが可能な複数出力切替機構を提供することができる。

第１実施形態の複数出力切替機構の斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。 図２に示した複数出力切替機構に備わる出力歯車、出力軸及び弾性部材（スポンジ部材）を拡大して説明する断面図である。 第１実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車、出力軸及び弾性部材（スポンジ部材）の分解斜視図である。 第１実施形態の複数出力切替機構に備わる中間歯車及び出力歯車の歯先同士が干渉した状態を説明する断面図である。 図５に示した状態から中間歯車が僅かに回転した状態を説明する断面図である。 図６に示した状態から中間歯車がさらに回転して中間歯車及び出力歯車が適切に噛合した状態を説明する断面図である。 第２実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車、出力軸及び弾性部材（ゴム部材）を拡大して説明する断面図である。 第３実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車、出力軸及び弾性部材（スポンジ部材）を拡大して説明する断面図である。 第３実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車、出力軸及び弾性部材（スポンジ部材）の分解斜視図である。

以下、本発明の複数出力切替機構の実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。

＜第１実施形態＞
図１及び２に示すように、本実施形態の複数出力切替機構１は、アッパボデー２ａ（ハウジング）と、ロアボデー２ｂ（ハウジング）と、切替用モータ３ａ（駆動装置）と、ウォーム３ｂ（駆動装置）と、ウォームホイール４（切替部材）と、駆動用モータ５（駆動源）と、入力歯車６と、中間歯車７と、３個の出力歯車８と、３個の出力軸９と、各出力歯車８と各出力軸９との間に介在されるスポンジ部材１０（弾性部材）とを備えている。そして、３個の出力歯車８のうち中間歯車７が噛合した出力歯車８にのみ駆動用モータ５からの回転駆動力が伝達される。

アッパボデー２ａ及びロアボデー２ｂは、互いに対向して配置された板部材である。アッパボデー２ａ及びロアボデー２ｂの面方向は、それぞれ平行に配置された入力歯車６の軸６ａ、中間歯車７の軸７ａ及び出力軸９の軸方向（以下、入出力軸方向と呼ぶ）に直交している。

切替用モータ３ａは、直流電動モータであり、回転軸を入出力軸方向と直交する方向に向けて、ロアボデー２ｂの上部に固定されている。切替用モータ３ａの回転軸には、ウォーム３ｂの軸３ｃが直結されており、ウォーム３ｂは、切替用モータ３ａによって回転駆動される。ウォーム３ｂの軸３ｃの両端は、ロアボデー２ｂに固定された軸受け部材２ｂ１及び２ｂ２により回転可能に支承されている。

ウォームホイール４は、入力歯車６の軸６ａと同軸にロアボデー２ｂの上部に回転可能に装架されている。ウォーム３ｂとウォームホイール４とによりウォームギヤが形成されており、ウォームホイール４は、切替用モータ３ａの回転駆動によって、入力歯車６の軸６ａを回転中心として回転駆動する。

駆動用モータ５は、直流電動モータであり、回転軸（図示せず）を入出力軸方向の下方に向けて、アッパボデー２ａの上部に固定されている。駆動用モータ５の回転軸は、アッパボデー２ａに形成された貫通孔（図示せず）を上方から下方に貫通しており、駆動用モータ５の回転軸には、入力歯車６の軸６ａが直結されている。

入力歯車６は、軸６ａを入出力軸方向に向けて、ウォームホイール４の中心の上方に配置されている。入力歯車６の軸６ａは、ウォームホイール４に形成された中心孔（図示せず）を上方から下方に貫通している。入力歯車６の軸６ａは、上端が駆動用モータ５の回転軸に直結されており、下端がロアボデー２ｂに設けられた軸受け孔（図示せず）により回転可能に支承されている。

中間歯車７は、軸７ａを入出力軸方向に向けて、ウォームホイール４の中心から外れたウォームホイール４の上方に配置されている。中間歯車７の軸７ａは、下端がウォームホイール４の上部に固定された片持ち構造となっており、中間歯車７は、軸７ａにより回転可能に保持されている。中間歯車７は、常に入力歯車６と噛合しており、ウォームホイール４の回転駆動によって、入力歯車６の周りを回転移動する。そして、図２に示す３箇所の切替位置Ｘ、Ｙ及びＺにおいて、中間歯車７と出力歯車８とが噛合する。

図２に示すように、入力歯車６の軸６ａから等しい距離にある３箇所の切替位置Ｘ、Ｙ及びＺには、３個の出力軸９が配置されている。各出力軸９は、上端がアッパボデー２ａに設けられた軸受け孔（図示せず）により回転可能に支承されており、下端がロアボデー２ｂに設けられた軸受け孔（図示せず）により回転可能に支承されている。図１に示すように各出力軸９の上端は、アッパボデー２ａの上方に突出しており、この突出した各出力軸９の上端に複数出力切替機構１によって作動する機器（装置）が接続される。

出力歯車８は、出力軸９に径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能に遊嵌されている。なお、径方向中立位置及び周方向中立位置とは、中間歯車７と出力歯車８とが噛合していない出力歯車８の無負荷状態において、出力軸９の位置を基準とした出力歯車８の相対位置である。そして、出力歯車８に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されることによって、出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位する。

以下、出力歯車８、出力軸９、及び出力歯車８と出力軸９との間に介在されるスポンジ部材１０の構造について、図３及び４を参照しつつ詳しく説明する。図３は、図２に示した複数出力切替機構１の切替位置Ｘにある無負荷状態の出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０を拡大して説明する断面図を示している。図４は、出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０の分解斜視図を示している。

図３に示すように、出力歯車８は、中間歯車７と噛合する歯８ｂが外周に形成された環状の歯車部８ａと、歯車部８ａの内周面８ｃに周方向に等間隔で配置され先端部８ｅが第１径位置Ｒ１まで径方向内側に向かって半径方向に突設された３個の第１トルク伝達壁８ｄとを有している。第１トルク伝達壁８ｄは、面方向が入出力軸方向に向き壁厚が一律厚さの板部材である。３個の第１トルク伝達壁８ｄは、出力歯車８の中心軸を中心として１２０°毎に配置されている。また、図４に示すように、出力歯車８の上端には、内周面８ｃから第１径位置Ｒ１まで径方向内側に向かって張り出した内向きフランジ部８ｆが形成されている。

図３に示すように、出力軸９は、隣接する第１トルク伝達壁８ｄ間に１個ずつ外周面９ｄに周方向に等間隔で配置され先端部が第１径位置Ｒ１よりも径方向外側の第２径位置Ｒ２まで径方向外側に向かって半径方向に突設された３個の第２トルク伝達壁９ａを有している。第２トルク伝達壁９ａは、第１径位置Ｒ１付近から径方向内側の基端部に至る部位が面方向が入出力軸方向に向きかつ基端部に向かうにつれて壁厚が徐々に厚くなる調心用カム部９ｂとなっており、第１径位置Ｒ１付近から径方向外側の先端部に至る部位が面方向が入出力軸方向に向き壁厚が一律厚さの伝達壁部９ｃとなっている。

３個の第２トルク伝達壁９ａは、出力軸９の中心軸を中心として１２０°毎に配置されており、各第２トルク伝達壁９ａの基端部側の厚さ方向の両側に１個ずつ調心用カム部９ｂが形成されている。したがって、出力軸９は、６個の調心用カム部９ｂを有しており、各調心用カム部９ｂの面の形状は、円筒面の一部を切り取ったカム面となっている。また、図４に示すように、出力軸９の第２トルク伝達壁９ａの下端には、出力軸９の外周面９ｄから歯車部８ａの内周面８ｃ付近まで径方向外側に向かって張り出したフランジ部９ｅが形成されている。

出力歯車８に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されていない無負荷状態において、図３に示すように、出力歯車８の中心軸と出力軸９の中心軸とは同軸となっており、また、出力歯車８及び出力軸９の中心軸を中心として６０°毎に、第１トルク伝達壁８ｄ及び第２トルク伝達壁９ａが交互に配置されている。この状態が、出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されている状態である。

図３及び４に示すように、出力歯車８と出力軸９との間に介在されるスポンジ部材１０は、外径が歯車部８ａの内径にほぼ等しく内径が第１径位置Ｒ１の径にほぼ等しいリング状部材を中心軸に沿って６等分した形状に類似した形状を呈している。６個のスポンジ部材１０は、出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されている状態において、歯車部８ａの内周面８ｃと、第１トルク伝達壁８ｄと、第２トルク伝達壁９ａとにより区画された６つの空間を埋めるように配置されている。図４に示すように、スポンジ部材１０は、出力歯車８の内向きフランジ部８ｆと出力軸９のフランジ部９ｅとにより上下方向から挟まれているため、出力歯車８及び出力軸９から脱落することはない。

スポンジ部材１０はウレタンスポンジ製であり、図３に示す形状から変形すると元の形状に戻ろうとする復元力を発現する。したがって、出力歯車８に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されて出力歯車８が径方向及び周方向に変位すると、スポンジ部材１０は容易に変形して、出力歯車８の変位が阻害されることはない。また、出力歯車８が径方向及び周方向に変位した後に、中間歯車７と出力歯車８との噛合が外れて出力歯車８が無負荷状態になると、スポンジ部材１０の復元力によって、出力歯車８が出力軸９に対する周方向中立位置及び径方向中立位置に戻される。

以下、中間歯車７及び出力歯車８の歯先同士が干渉した際の出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０の動作について、図２及び図５〜７を参照しつつ詳しく説明する。出力切替を行う前には、複数出力切替機構１の中間歯車７は、図２に示す切替位置Ｙにあり、駆動用モータ５の回転駆動によって、入力歯車６は図２中左回りに回転し、中間歯車７は図２中右回りに回転し、出力歯車８は図２中左回りに回転して駆動用モータ５の回転駆動力が出力軸９に伝達されている。

そして、中間歯車７が駆動用モータ５によって回転駆動されている状態において、ウォームホイール４を図２中左回りに回転することによって中間歯車７の位置を切替位置Ｙから切替位置Ｘへ切り替える。図５は、中間歯車７を切替位置Ｘへ切り替えた直後に中間歯車７及び出力歯車８の歯先同士が干渉した状態を示している。図５中に矢印で示しているように中間歯車７は図５中右回りに回転し、出力歯車８は回転していない。図５に示すように、中間歯車７の図５中黒丸印を付けた歯７ｂと、出力歯車８の図５中黒丸印を付けた歯８ｂとが歯先同士で干渉することにより、出力歯車８が一点鎖線で示す正規の噛合位置Ｎから図５中左方に変位する。このとき、出力歯車８は、出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向にのみ変位している。

これにより、出力歯車８の３個の第１トルク伝達壁８ｄのうち図５中黒丸印を付けた歯８ｂに最も近い１個の第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅが出力軸９の外周面９ｄに近接する。そして、６個のスポンジ部材１０のうち２個は、出力歯車８の歯車部８ａの内周面８ｃと、第１トルク伝達壁８ｄと、第２トルク伝達壁９ａとにより区画された空間が狭くなったことにより圧縮変形する。また、６個のスポンジ部材１０のうち残りの４個は、上記空間が広がっているため変形しない。

図６は、図５に示した状態から中間歯車７が図６中右回りに僅かに回転した状態を示している。中間歯車７の回転によって、中間歯車７の図６中黒丸印を付けた歯７ｂと、出力歯車８の図６中黒丸印を付けた歯８ｂとの干渉が外れる。そして、中間歯車７の図６中黒丸印を付けた歯７ｂの回転方向後方の図６中白丸印を付けた歯７ｂが出力歯車８の図６中黒丸印を付けた歯８ｂと緩く噛合する。これにより、出力歯車８は、図６中左回りに僅かに回転して、出力歯車８が一点鎖線で示す正規の噛合位置Ｎから図６中左方及び上方に変位する。このとき、出力歯車８は、出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位している。

出力歯車８の第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅが出力軸９の外周面９ｄに近接した図５に示した状態から、出力歯車８が僅かに回転して図６に示す状態になるとき、第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅは、出力軸９の第２トルク伝達壁９ａの調心用カム部９ｂの面（カム面）に摺接しながら径外方向に誘導される。すなわち、出力歯車８が出力軸９に対して相対回転すると、第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅと第２トルク伝達壁９ａの調心用カム部９ｂとが当接して出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置に向かって自動調心される。

図７は、図６に示した状態から中間歯車７がさらに回転して中間歯車７及び出力歯車８が適切に噛合した状態を示している。図６に示した状態から中間歯車７がさらに図７中右回りに回転すると、出力歯車８もさらに図７中左回りに回転する。そして、出力歯車８の回転が進むにつれて出力歯車８の出力軸９に対する相対回転が大きくなり、出力歯車８の位置が徐々に出力軸９に対する径方向中立位置に自動調心される。出力歯車８の位置が出力軸９に対する径方向中立位置となったときに中間歯車７及び出力歯車８が適切に噛合する。そして、図７に示すように、６個のスポンジ部材１０のうち３個が、第１トルク伝達壁８ｄと、第２トルク伝達壁９ａとにより挟まれて大きく圧縮変形し、中間歯車７から出力歯車８に伝達された回転駆動力が圧縮変形した３個のスポンジ部材１０を介して出力軸９に伝達される。

以上のとおりに説明した、出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０の動作は、入力歯車６、中間歯車７及び出力歯車８が図２に示した回転方向と逆方向に回転した際にも同様に動作する。ここで、図７に示すように、出力歯車８が図７中左回りに回転するときには、出力軸９の３個の第２トルク伝達壁９ａに形成されている６個の調心用カム部９ｂのうち、各第２トルク伝達壁９ａの図７中右回り側に形成されている３個の調心用カム部９ｂのみが出力歯車８の自動調心に寄与する。また、出力歯車８が図７中右回りに回転するときには、６個の調心用カム部９ｂのうち、各第２トルク伝達壁９ａの図７中左回り側に形成されている３個の調心用カム部９ｂのみが出力歯車８の自動調心に寄与する。

このような本実施形態の複数出力切替機構１によれば、３個の出力歯車８のうち中間歯車７が噛合した出力歯車８にのみ駆動用モータ５からの回転駆動力が伝達される。この出力歯車８は、出力軸９に径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能に遊嵌されており、環状の歯車部８ａの内周面８ｃに周方向に等間隔で配置され第１径位置Ｒ１まで径方向内側に向かって突設された３個の第１トルク伝達壁８ｄを有している。また、出力軸９は、隣接する第１トルク伝達壁８ｄ間に１個ずつ周方向に等間隔で配置され第１径位置Ｒ１よりも径方向外側の第２径位置Ｒ２まで径方向外側に向かって突設され第１トルク伝達壁８ｄと周方向でトルク伝達可能な第２トルク伝達壁９ａを有している。

よって、出力歯車８が出力軸９に対して径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されているときには、出力歯車８の全第１トルク伝達壁８ｄと出力軸９の全第２トルク伝達壁９ａとが径方向にラップしている。また、出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位したときには、少なくとも１つの第１トルク伝達壁８ｄと１つの第２トルク伝達壁９ａとが径方向にラップしている。これにより、出力歯車８の出力軸９に対する変位によらず駆動用モータ５からの大きな回転駆動力を確実に出力軸９に伝達することが可能である。

また、本実施形態の複数出力切替機構１によれば、出力軸９は、第２トルク伝達壁９ａの基端部側の厚さ方向の両側に断面円弧状のカム面が形成され、出力歯車８と出力軸９とが相対回転すると第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅとカム面が当接して出力歯車８を出力軸９に対して自動調心する６個の調心用カム部９ｂを有している。これら６個の調心用カム部９ｂのうち３個は、出力歯車８と出力軸９との一方への相対回転に対応しており、６個の調心用カム部９ｂのうち残りの３個は、出力歯車８と出力軸９との他方への相対回転に対応している。また、各出力歯車８と各出力軸９との間に介在され、無負荷状態で出力歯車８を出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持するスポンジ部材１０を備えている。

よって、出力歯車８に回転駆動力が伝達されていない無負荷状態においては、スポンジ部材１０により出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持される。また、中間歯車７及び出力歯車８の歯先同士の干渉により出力歯車８が出力軸９に対して径方向及び周方向に変位したとしても、出力歯車８に回転駆動力が伝達されると出力歯車８と出力軸９とが相対回転し、これにより出力歯車８の第１トルク伝達壁８ｄの先端部８ｅと出力軸９の調心用カム部９ｂとが当接して出力歯車８が出力軸９に対する径方向中立位置に自動調心される。すなわち、出力歯車８の出力軸９に対する変位、及び出力歯車８への回転駆動力の伝達状態によらず、常に出力歯車８は、中間歯車７と適切な噛合が行える位置に自動調心される。よって、中間歯車７及び出力歯車８の歯先同士の干渉による噛合不良を防止して確実に出力切替を行うことが可能である。

また、本実施形態の複数出力切替機構１によれば、各出力歯車８と各出力軸９との間に介在される弾性部材としてウレタンスポンジ製のスポンジ部材１０を用いている。スポンジによる弾性部材は、安価である。また、スポンジによる弾性部材は成形加工性に優れているため、出力歯車８と出力軸９との間の空間形状に合わせてスポンジ部材１０を成形することにより、出力軸９に対して出力歯車８をガタツキなく保持することが可能である。

＜第２実施形態＞
図８に示すように、本実施形態の複数出力切替機構は、第１実施形態における複数出力切替機構１の出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０を、出力歯車８０、出力軸９０及びゴム部材１００（弾性部材）に変更した実施形態である。これ以外の構成部材等については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態における出力歯車８０は、第１実施形態における出力歯車８の歯８ｂを歯８０ｂに変更したこと以外は第１実施形態における出力歯車８と同一の構造よりなる。出力歯車８０は、中間歯車７と噛合する歯８０ｂが外周に形成された環状の歯車部８０ａと、歯車部８０ａの内周面８０ｃに周方向に等間隔で配置され先端部８０ｅが第１径位置Ｒ１まで径方向内側に向かって半径方向に突設された３個の第１トルク伝達壁８０ｄとを有している。歯８０ｂの形状は、第１実施形態における出力歯車８の歯８ｂの形状と異なっており、歯８０ｂの歯先が面取りされていることによって、歯８ｂの歯先よりも尖状とされている。第１トルク伝達壁８０ｄは、第１実施形態における出力歯車８の第１トルク伝達壁８ｄと同一の構造よりなるため説明を省略する。

本実施形態における出力軸９０は、第１実施形態における出力軸９の第２トルク伝達壁９ａを第２トルク伝達壁９０ａに変更したこと以外は第１実施形態における出力軸９と同一の構造よりなる。出力軸９０は、隣接する第１トルク伝達壁８０ｄ間に１個ずつ外周面９０ｄに周方向に等間隔で配置され先端部が第１径位置Ｒ１よりも径方向外側の第２径位置Ｒ２まで径方向外側に向かって半径方向に突設された３個の第２トルク伝達壁９０ａを有している。

第２トルク伝達壁９０ａは、第１径位置Ｒ１付近から径方向内側の基端部に至る部位が面方向が入出力軸方向に向きかつ基端部に向かうにつれて壁厚が徐々に厚くなる調心用カム部９０ｂとなっており、第１径位置Ｒ１付近から径方向外側の先端部に至る部位が面方向が入出力軸方向に向き壁厚が徐々に薄くなる伝達壁部９０ｃとなっている。図８に示すように、第２トルク伝達壁９０ａの面形状は、基端部から第１径位置Ｒ１付近までが凸曲面、第１径位置Ｒ１付近から先端部付近までが凹曲面、先端部が凸曲面となっており、基端部から先端部まで滑らかに連続した曲面形状よりなる。

第２トルク伝達壁９０ａは、第１実施形態における第２トルク伝達壁９ａと同様に、出力軸９０の中心軸を中心として１２０°毎に配置されており、各第２トルク伝達壁９０ａの基端部側の厚さ方向の両側に１個ずつ調心用カム部９０ｂが形成されている。したがって、出力軸９０は、６個の調心用カム部９０ｂを有しており、各調心用カム部９０ｂの面の形状は、円筒面の一部を切り取ったカム面となっている。

出力歯車８０に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されていない無負荷状態において、図８に示すように、出力歯車８０の中心軸と出力軸９０の中心軸とは同軸となっており、また、出力歯車８０及び出力軸９０の中心軸を中心として６０°毎に、第１トルク伝達壁８０ｄ及び第２トルク伝達壁９０ａが交互に配置されている。この状態が、出力歯車８０が出力軸９０に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されている状態である。

図８に示すように、出力歯車８０と出力軸９０との間に介在される６個のゴム部材１００は、歯車部８０ａの内周面８０ｃと、第１トルク伝達壁８０ｄと、第２トルク伝達壁９０ａとにより区画された６つの空間を埋めるように配置されている。ゴム部材１００は合成ゴム製であり、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びポリブタジエンゴム（ＢＲ）などを原料としている。

ゴム部材１００は、内部に剛性（弾性）を低減するための空洞を有する中空筒状を呈しており、図８に示す形状から変形すると元の形状に戻ろうとする復元力を発現する。したがって、出力歯車８０に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されて出力歯車８０が径方向及び周方向に変位すると、ゴム部材１００は容易に変形して、出力歯車８０の変位が阻害されることはない。また、出力歯車８０が径方向及び周方向に変位した後に、中間歯車７と出力歯車８０との噛合が外れて出力歯車８０が無負荷状態になると、ゴム部材１００の復元力によって、出力歯車８０が出力軸９０に対する周方向中立位置及び径方向中立位置に戻される。

中間歯車７及び出力歯車８０の歯先同士が干渉した際の出力歯車８０、出力軸９０及びゴム部材１００の動作については、第１実施形態において説明した出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０の動作と同様であるため説明を省略する。

このような本実施形態の複数出力切替機構によれば、出力歯車８０の歯８０ｂの歯先が尖状に面取りされている。したがって、中間歯車７及び出力歯車８０の歯先同士の干渉が発生しにくく、中間歯車７及び出力歯車８０のスムーズな噛合が可能である。

また、本実施形態の複数出力切替機構によれば、出力軸９０の第２トルク伝達壁９０ａの面形状は、基端部から先端部まで滑らかに連続した曲面形状よりなる。このように第２トルク伝達壁９０ａの面形状を滑らかに連続した曲面形状とすることによって、面に角ばった折れ曲がり部がある場合よりも、第２トルク伝達壁９０ａの成形加工性が優れたものとなる。

また、本実施形態の複数出力切替機構によれば、各出力歯車８０と各出力軸９０との間に介在される弾性部材として合成ゴム製のゴム部材１００を用いている。ゴムによる弾性部材は、安価である。また、ゴムによる弾性部材は成形加工性に優れているため、出力歯車８０と出力軸９０との間の空間形状に合わせてゴム部材１００を成形することにより、出力軸９０に対して出力歯車８０をガタツキなく保持することが可能である。また、ゴムによる弾性部材は、スポンジによる弾性部材に比べて耐久性に優れている。本実施形態における他の効果については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

＜第３実施形態＞
図９及び１０に示すように、本実施形態の複数出力切替機構は、第１実施形態における複数出力切替機構１の出力軸９及びスポンジ部材１０を、出力軸９１及びスポンジ部材１１０（弾性部材）に変更した実施形態である。これ以外の構成部材等については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。なお、図９は、本実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車８、出力軸９１及びスポンジ部材１１０を拡大して説明する断面図であって、６個のスポンジ部材１１０のうち２個を取り除いた状態を示している。また、図１０は、本実施形態の複数出力切替機構に備わる出力歯車８、出力軸９１及びスポンジ部材１１０の分解斜視図を示している。

本実施形態における出力軸９１は、第１実施形態における出力軸９の第２トルク伝達壁９ａを第２トルク伝達壁９１ａに変更したこと以外は第１実施形態における出力軸９と同一の構造よりなる。本実施形態における第２トルク伝達壁９１ａの調心用カム部９１ｂ及び伝達壁部９１ｃは、第１実施形態における第２トルク伝達壁９ａの調心用カム部９ｂ及び伝達壁部９ｃと同一の構造よりなる。本実施形態における第２トルク伝達壁９１ａは、伝達壁部９１ｃの図１０中下方に伝達壁部９１ｃの入出力軸方向の長さの１／３程度の長さの当接段部９１ｆを有していることのみが第１実施形態における第２トルク伝達壁９ａと構造が異なっている。

当接段部９１ｆは、各第２トルク伝達壁９１ａの伝達壁部９１ｃの厚さ方向の両側に１個ずつ形成されている。したがって、出力軸９１は、６個の当接段部９１ｆを有している。各当接段部９１ｆは、第１径位置Ｒ１付近の調心用カム部９１ｂの面から第２径位置Ｒ２までの範囲に形成されており、各当接段部９１ｆの入出力軸方向から見た平面形状は、外径が第２径位置Ｒ２の径に等しく内径が第１径位置Ｒ１の径にほぼ等しいリング状部材を中心軸に沿って２０等分程度した形状に類似した形状を呈している。

出力歯車８に中間歯車７からの当接力や回転駆動力が伝達されていない無負荷状態において、図９に示すように、出力歯車８の中心軸と出力軸９１の中心軸とは同軸となっており、また、出力歯車８及び出力軸９１の中心軸を中心として６０°毎に、第１トルク伝達壁８ｄ及び第２トルク伝達壁９１ａが交互に配置されている。この状態が、出力歯車８が出力軸９１に対する径方向中立位置及び周方向中立位置に保持されている状態である。

出力歯車８と出力軸９１との間に介在されるスポンジ部材１１０は、ウレタンスポンジ製であり、第１実施形態におけるスポンジ部材１０と同様の機能を有する。図９及び１０に示すように、スポンジ部材１１０の入出力軸方向から見た平面形状は、第１実施形態におけるスポンジ部材１０と同一である。スポンジ部材１１０の入出力軸方向の長さは、第１実施形態におけるスポンジ部材１０の入出力軸方向の長さの２／３程度の長さとなっている。したがって、スポンジ部材１１０は、当接段部９１ｆよりも図１０中上方のみに配置されており、第１トルク伝達壁８ｄと当接段部９１ｆとの間には配置されていない。

中間歯車７及び出力歯車８の歯先同士が干渉した際の出力歯車８、出力軸９１及びスポンジ部材１１０の動作については、第１実施形態において説明した出力歯車８、出力軸９及びスポンジ部材１０の動作とほぼ同様である。しかし、本実施形態においては、中間歯車７及び出力歯車８が適切に噛合した第１実施形態における図７で示した状態となったときに、出力歯車８の第１トルク伝達壁８ｄと出力軸９１の当接段部９１ｆとがスポンジ部材１１０を介することなく当接する。

このような本実施形態の複数出力切替機構によれば、弾性部材であるスポンジ部材１１０は、出力歯車８の第１トルク伝達壁８ｄと出力軸９１の当接段部９１ｆとの間には配置されていない。したがって、中間歯車７及び出力歯車８が適切に噛合して出力歯車８に回転駆動力が伝達されたときに、第１トルク伝達壁８ｄと当接段部９１ｆとがスポンジ部材１１０を介することなく当接することが可能である。これにより、駆動用モータ５からの大きな回転駆動力を確実に出力軸９１に伝達することが可能であると共に、スポンジ部材１１０を過剰に圧縮変形させることがないため、スポンジ部材１１０の変形性能の低下を防止することができる。本実施形態における他の効果については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

＜その他の実施形態＞
本発明の複数出力切替機構は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、第１実施形態においては、出力歯車８及び出力軸９を入力歯車６の軸６ａから等しい距離にある３箇所の切替位置Ｘ、Ｙ及びＺに配置しているが、出力歯車８及び出力軸９を入力歯車６の軸６ａから等しい距離にある４箇所以上の切替位置に配置することもできる。

また、第１実施形態においては、出力歯車８及び出力軸９を３箇所の切替位置Ｘ、Ｙ及びＺに円弧状に配置したが、複数個の出力歯車８及び出力軸９を直線的に配置することもできる。複数個の出力歯車８及び出力軸９を直線的に配置する場合には、駆動用モータ５、入力歯車６及び中間歯車７を一括してアクチュエータ等により直線的に移動して、中間歯車７が各出力歯車８と離接する構成とすればよい。

また、第１実施形態においては、ウォーム３ｂとウォームホイール４とによりウォームギヤを形成し、ウォームホイール４の回転駆動によって中間歯車７の位置を切り替えているが、中間歯車７の位置を切り替える方法はこれに限定されない。例えば、ラック＆ピニオン、ベルト伝達又はリンク機構等によって、中間歯車７の位置を切り替えることもできる。

また、第１実施形態においては、出力軸９が出力歯車８を出力軸９に対して自動調心する６個の調心用カム部９ｂを有している。これら６個の調心用カム部９ｂのうち３個は、出力歯車８と出力軸９との一方への相対回転に対応しており、６個の調心用カム部９ｂのうち残りの３個は、出力歯車８と出力軸９との他方への相対回転に対応している。したがって、出力歯車８と出力軸９との相対回転が一方のみに限定されている場合には、３個の調心用カム部９ｂを出力軸９の各第２トルク伝達壁９ａに１個ずつ形成すればよい。

また、第１実施形態においては、中間歯車７が駆動用モータ５によって回転駆動されている状態において、中間歯車７の位置を切り替えて、中間歯車７と出力歯車８とを噛合させているが、中間歯車７が回転駆動されていない状態において、中間歯車７と出力歯車８とを噛合させることもできる。

また、第２実施形態においては、出力歯車８０の歯８０ｂの歯先を尖状に面取りすることにより、中間歯車７及び出力歯車８０のスムーズな噛合を可能としているが、中間歯車の歯先のみを尖状に面取りしたり、中間歯車の歯先及び出力歯車８０の歯先の両方を尖状に面取りしたりすることによっても同様の効果が得られる。

また、第１〜第３実施形態においては、出力歯車に３個の第１トルク伝達壁と、出力軸に３個の第２トルク伝達壁とを備えているが、第１トルク伝達壁及び第２トルク伝達壁の組み合わせ個数は３個に限定されず、４個以上とすることもできる。

また、第１〜第３実施形態においては、弾性部材としてスポンジ部材１０、ゴム部材１００、スポンジ部材１１０を用いているが、弾性部材の原料は、スポンジ又はゴムに限定されない。例えば、弾性部材として金属製の渦巻バネまたは金属製のコイルバネ等の金属バネを用いることもできる。金属製の渦巻バネの場合、渦巻バネの外周面が、歯車部の内周面、第１トルク伝達壁及び第２トルク伝達壁に当接するように配置すればよい。金属製のコイルバネの場合、複数個のコイルバネを歯車部の内周面と、第１トルク伝達壁と、第２トルク伝達壁とにより区画された６つの空間にそれぞれ配置して、コイルバネの一端を出力歯車に他端を出力軸に繋げばよい。このような金属バネは、弾性部材に耐熱性・耐摩耗性・耐久性等が求められる場合に適している。

なお、本発明と構成が異なるが、第１〜第３実施形態における出力歯車、出力軸及び弾性部材の構成を中間歯車に適用することもできる。この場合、中間歯車が中間歯車の軸に対する径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能となるため、中間歯車及び出力歯車の歯先同士の干渉による噛合不良を防止する効果が得られる。なお、中間歯車は、常に入力歯車と噛合しているため、第１〜第３実施形態における出力歯車のように径方向及び周方向に自由に変位できるわけではなく、中間歯車が径方向に変位したときにのみ周方向に変位可能である。

１ … 複数出力切替機構 ２ａ … アッパボデー（ハウジング）
２ｂ … ロアボデー（ハウジング） ３ａ … 切替用モータ（駆動装置）
３ｂ … ウォーム（駆動装置） ４ … ウォームホイール（切替部材）
５ … 駆動用モータ（駆動源） ６ … 入力歯車
７ … 中間歯車 ８ … 出力歯車
８ａ … 歯車部 ８ｂ … 歯
８ｃ … 内周面 ８ｄ … 第１トルク伝達壁
８ｅ … 先端部 ９ … 出力軸
９ａ … 第２トルク伝達壁 ９ｂ … 調心用カム部
１０ … スポンジ部材（弾性部材） ８０ … 出力歯車
８０ａ… 歯車部 ８０ｂ… 歯
８０ｃ… 内周面 ８０ｄ… 第１トルク伝達壁
８０ｅ… 先端部 ９０ … 出力軸
９０ａ… 第２トルク伝達壁 ９０ｂ… 調心用カム部
１００… ゴム部材（弾性部材） ９１ … 出力軸
９１ａ… 第２トルク伝達壁 ９１ｂ… 調心用カム部
１１０… スポンジ部材（弾性部材）
Ｒ１ … 第１径位置 Ｒ２ … 第２径位置
Ｘ、Ｙ、Ｚ… 切替位置

Claims (3)

1. ハウジングに移動可能に装架され、駆動装置によって複数の切換位置間で移動される切換部材と、
   駆動源によって回転駆動される入力歯車と、
   前記切換部材に回転可能に支承され前記入力歯車と常に噛合する中間歯車と、
   前記ハウジングに各前記切換位置でそれぞれ回転可能に支承された複数の出力軸と、
   各前記出力軸に径方向中立位置及び周方向中立位置から径方向及び周方向に変位可能に遊嵌され、前記切換部材が各前記切換位置に移動されると前記中間歯車と噛合する複数の出力歯車と、を備え、
   複数の前記出力歯車のうち前記中間歯車が噛合した出力歯車にのみ前記駆動源からの回転駆動力が伝達される複数出力切替機構であって、
   前記出力歯車は、前記中間歯車と噛合する歯が外周に形成された環状の歯車部と、前記歯車部の内周面に周方向に等間隔で配置され第１径位置まで径方向内側に向かって半径方向に突設された少なくとも３個の第１トルク伝達壁とを有し、
   前記出力軸は、隣接する前記第１トルク伝達壁間に１個ずつ周方向に等間隔で配置され前記第１径位置よりも径方向外側の第２径位置まで径方向外側に向かって半径方向に突設され前記第１トルク伝達壁と周方向でトルク伝達可能な第２トルク伝達壁と、前記第２トルク伝達壁の基端部側の厚さ方向の両側における少なくとも一方側に断面円弧状のカム面が形成され、前記出力歯車と前記出力軸とが相対回転すると前記第１トルク伝達壁の先端部と前記カム面とが当接して前記出力歯車を前記出力軸に対して自動調心する少なくとも３個の調心用カム部とを有し、
   各前記出力歯車と各前記出力軸との間に介在され、無負荷状態で前記出力歯車を前記出力軸に対する前記径方向中立位置及び前記周方向中立位置に保持する弾性部材を備えた複数出力切替機構。
2. 前記弾性部材は、スポンジ、ゴムまたは金属バネである請求項１に記載の複数出力切替機構。
3. 前記中間歯車及び前記出力歯車の少なくとも一方の歯先が尖状に面取りされている請求項１又は２に記載の複数出力切替機構。

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