順送り変速歯車装置
【課題】コンパクトかつ簡易で、平滑な移動を特徴とし、かつ遅れた終点の到達を可能にする歯車装置を提供する。
【解決手段】順送り変速歯車装置は、少なくとも１個の平歯車１，２と、平歯車１，２と噛合する歯付き構造体３，４とを備えている。平歯車１，２は、１本の曲線に沿って配列された複数の歯１１を備え、曲線は９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する曲率半径を備えている。曲線は螺線、特に対数螺線であることが好ましい。
【解決手段】順送り変速歯車装置は、少なくとも１個の平歯車１，２と、平歯車１，２と噛合する歯付き構造体３，４とを備えている。平歯車１，２は、１本の曲線に沿って配列された複数の歯１１を備え、曲線は９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する曲率半径を備えている。曲線は螺線、特に対数螺線であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書きに記載されているような順送り変速歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
順送り変速歯車装置は、例えば車両のための、特に自動車のための操舵装置に用いられている。操舵ハンドルの回転は、ラックに噛合している歯車に操舵軸を介して伝達される。このようにして歯車が駆動されると、車輪を左右に動かすラックを歯車が移動させる。順送り変速操舵装置、すなわち順送り変速歯車装置により、操舵ハンドルが回されると、変速比は操舵ハンドルの中央領域における最大値から減少せしめられる。このことは、直線前進時の操舵ハンドルの位置においては、操舵ハンドルを比較的大きく回しても車輪の方向変化は小さく、操舵ハンドルが既に大きく回されているときには、操舵ハンドルを比較的小さく回しても、車輪の方向が大きく方向が変化することを意味する。このことは、駐車時または曲がりくねった道路をドライブするときには特に望ましい。
【０００３】
従来技術において、順送り変速動作が得られる歯車装置に関する問題解決に多くの努力がなされている。しかしながら、これらの歯車装置は比較的複雑な構造を有し、したがって、製造および保守に費用を要するものであった。また、多数の部品からなる歯車装置の欠点は、望ましくないバックラッシュを呈することが多く、あるいは我慢しなければならないトルク変動が存在した。これに加えて、比較的早く引返し点に達する欠点もあった。
【０００４】
特許文献１には、１個の歯車と１個のラックからなる可変変速比を備えた自動車の操舵歯車が開示されている。この構成においては、非円形に形成された歯車が偏心して取り付けられている。
【０００５】
特許文献２には、一対の楕円形歯車を備えた小角度操舵装置が提案されている。
【特許文献１】独国特許出願公開第１４６ ７６９ Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１３ ８０９ Ａ３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、特に車両用操舵装置のための比較的小型でコンパクトな順送り変速歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。
【０００８】
本発明による順送り変速歯車装置は、少なくとも１個の平歯車と、この平歯車と噛合する歯付き構造体または歯車構造体とを備えている。上記平歯車は、１本の曲線に沿って配列された複数の歯を備えている。上記曲線の曲率半径は、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する。
【０００９】
上記平歯車の複数の歯は、１本の曲線に沿って配列され、この曲線の曲率半径は９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大するが、上記平歯車の残りの周縁部分は直線的に形成されている。しかしながら、上記残りの周縁部分、またはその少なくとも一部分が、一定または減少する曲率半径を備えていてもよい。上述に教示された範囲内でさらなる実施の形態が可能なことは言うまでもない。
【００１０】
一つの好ましい実施の形態においては、単調に増大する曲率半径を備えた曲線が、少なくとも部分的に螺線であり、その中心点は上記平歯車の回転軸線に一致するのが好ましい。
【００１１】
この螺線は、中心点からの距離が各回転毎に同一因数だけ増大する対数螺線であることが好ましい。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記歯付き構造体が勾配を有する少なくとも１個のラックである。ラックの数は、平歯車の数に対応することが好ましい。
【００１３】
上記ラックは、平歯車の形状に応じて直線勾配または曲線勾配を備えたものに形成される。対数的な平歯車の湾曲部分の場合、協働するラック部分は直線的に形成されるのが好ましい。円形の平歯車の湾曲部分の場合、この円形に湾曲した部分の中心点が平歯車の回転軸線上に位置していれば、協働するラック部分は直線的かつ水平に延びるように形成される。平歯車の湾曲部分が他の輪郭を有する場合、協働するラック部分は、対応する勾配を有し、および／または湾曲している。
【００１４】
平歯車もしくはピニオンと歯付き構造体とが対応して適合していることによって、回転運動の終点は、双方向において平歯車、もしくはピニオンもしくは操舵軸の3/4 回転以前に回転運動の終点に達することはなく、その結果、操舵軸は一方の終点から他方の終点まで１回転半回転することが可能である。これは特に、互いに少なくとも部分的に相後かつ平行にずれて配置された少なくとも２個のラック上を走行する２個以上のピニオンを用いることによって達成される。この構成は、トルク変動が生じないというさらなる利点を提供する。
【００１５】
歯車およびラックがそれぞれ特殊な形状を有することによって、順送り変速操舵装置を得るのにさらなる部品は必要としない。したがって、操舵軸は直接ピニオンに取り付けることができ、その結果、バックラッシュがゼロの歯車装置を得ることができる。
【００１６】
別の実施の形態においては、歯付き構造体が、１本の曲線に沿って配列された複数の歯を備えた第２の平歯車であり、この平歯車の曲線の曲率半径は、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大している。この曲線は対数螺線に対応することが好ましい。第１の平歯車は、操舵軸であることが好ましい駆動軸に連結可能である。上記第２の平歯車は、一般的なラックアンドピニオン機構を駆動するのが好ましい被駆動軸に連結可能である。この実施の形態は、本発明による順送り変速歯車装置を用いて、簡単かつ費用効果の良い方法で、車両の性能を高めることができるという利点を有する。
【００１７】
本発明による順送り変速歯車装置は、一様なトルク特性を備えている。個々の部品の対称的な配置によって、あるいは複数の平歯車に対して互いにずれた平行な３個の走行区間を利用することによって、対称的なエッジ走行が実現可能である。
【００１８】
本発明による順送り変速歯車装置は、自動車の車両操舵装置に特に適している。この装置は、通常の道路を走行する車両およびスポーツ車両の双方に適している。
【００１９】
操舵歯車がその中央位置にあるときに平歯車の歯付き構造体に接触または噛合する部位においては、複数の歯が配列されている上記曲線の曲率半径が最小である。この結果、変速比は、中央位置から比較的小さい偏位をもって緩やかに変化し、かつ平歯車と噛合するラックが、急な側面を伴ったサイクロイド形状を有する必要があることを回避することができる。
【００２０】
曲線の曲率半径は、最小から出発して少なくとも９０°、特に少なくとも１８０°の角度範囲に亘って単調に増大するのがよい。このことは、この角度範囲を越えても変速比の変化が一様であることを可能にする。
【００２１】
操舵歯車の中央位置においては、平歯車の回転軸線と、平歯車の歯付き構造体との接触点との間の距離は、この領域における操舵車輪に対する操舵歯車の応答が最も遅くなるように、最小であることが好ましい。
【００２２】
さらなる効果的な実施の形態は、従属請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に示された本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１ａおよび図１ｂを参照すると、例えば自動車に用いられる、本発明による順送り変速歯車装置の第１の実施の形態が示されている。この歯車装置は、共通の回転軸線１２の周りで回転可能な少なくとも２個の、好ましくは３個の平歯車１，２を備えている。このため、上記平歯車１，２は、操舵ハンドル軸（不図示）に連結されている。操舵ハンドル軸は、その都度、車両の操舵ハンドルを用いて所望の回転位置に回動される。
【００２５】
上記平歯車１，２のそれぞれは、ラック３，４，５の形態の歯付き機構と噛合って、ラック３，４，５に沿って転動する。その結果、水平であることが好ましい直線に沿って回転軸線１２が移動せしめられるか、あるいはラック３，４，５がそれらの長手方向にそれぞれ移動せしめられる。随意的に設けられる第３のラック５は、図１ｂにおいて、第１および第２のラック３，４よりも薄く示されている。
【００２６】
図１ａにおいては、平歯車１，２が、ラック３，４，５に沿った数箇所の転動位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４に示されている。
【００２７】
平歯車１，２は、曲線１０（図２ａ参照）に沿って配列された複数の歯１１を備えている。この曲線１０は、この曲線の、すなわち平歯車１，２の９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する曲率半径ｒを有する。
【００２８】
本実施の形態においては、曲線１０上で１８０°を超え、３６０°未満の角度範囲に亘って歯が配列されており、平歯車１，２の残りの周縁部分には歯が形成されていない。図１ａおよび図１ｂに示された実施の形態においては、約２７０°の周縁部分が歯を備え、平歯車の周縁の残りの部分１３は直線に形成されている。この構成における曲線１０の中心点は、平歯車１，２に関して一定の位置にあるのが好ましく、さらに平歯車１，２の回転軸線１２に一致するのが好ましい。
【００２９】
ここに示されている実施の形態においては、曲線１０は螺線、特に平歯車１，２の回転軸線１２に一致するのが好ましい対数螺線である。
【００３０】
本実施の形態に使用されている２個ないし３個の平歯車１，２は、それぞれ同数の歯および同一の曲線形状を有する。特にその他の点においても同一に形成されている。しかしながら、第１および第２の平歯車１，２は、異なる位置に配置され、かつ互いに鏡面対称関係にある。これら平歯車の最長の曲率半径ｒを有する部位は１８０°反対方向を向いているが、最短の曲率半径ｒを有する部位は同一方向を向いている。このことは、図１ａの位置Ｐ１およびＰ４から良く認識することができる。第３の平歯車は第１の平歯車と並列に配置され、かつ第１の平歯車１と同一方向を向いている。したがって、第３の平歯車が第１の平歯車１と重なっているので、図１ａでは見えない。
【００３１】
平歯車１，２およびラック３，４，５の個々の歯の側面形状は、個々の平歯車１，２が、最小の摩擦および雑音を伴いながらラック３，４，５上を平滑に転動し得るように理想化されている。しかしながら、このことは当業者周知の事項であり、本明細書ではこれ以上説明しない。
【００３２】
本実施の形態におけるラック３，４，５は、直線的でかつ勾配を有している。この勾配により、平歯車の回転軸線が一定の高さを保ちながら、平歯車がラック上を転動するのを可能にしている。ラックは互いに平行に、かつ少なくとも一部分が前後に並んで配置されている。この配置において、第１および第３のラック３，５は互いに隣接して並列に配置されている。これらは同一に形成され、かつ同一の勾配を有している。この２個のラックの間に第２のラック４が配置され、その始端は、第１および第３のラック３，５の終端とオーバーラップしている。この第２のラック４は同一の勾配を有するが、第１および第３のラック３，５に対して反対方向に傾斜しているのが好ましい。ラック３，４，５は遷移部Ｕにおいてそれぞれ頂点を形成している。
【００３３】
操舵ハンドルの中央位置、したがって平歯車１，２の中央位置は、位置Ｐ４、すなわち平歯車１，２がラック３，４，５の頂点にあるのが好ましい。操舵ハンドルを左に回すと、平歯車１，２は位置Ｐ３，Ｐ２，Ｐ１を通過する。この過程において、第１および、存在する場合の第３の平歯車１が、対応する第１および第３のラック３，５に噛合する。それらの回動位置に応じて平歯車１は、曲線１０の曲率半径が単調に増大するように構成されているので、ラックに線接触または点接触する。換言すれば、位置Ｐ４においては、ラックに噛合する平歯車の歯に最小の曲率半径が与えられ、位置Ｐ１においてラックに噛合する平歯車の歯に最大の曲率半径が与えられている。中間の第２の平歯車２はラックに噛合せずに空転する。この非噛合状態は図１ｄから特に明らかである。
【００３４】
平歯車１，２とラック３，４，５とが操舵ハンドルの中央位置において、すなわち位置Ｐ４において噛合するときには、上記曲線の曲率半径ｒは最小である。しかしながら、この曲線の最小の曲率半径は、この曲線または歯と回転軸線１２との間の最短距離よりも大きいことが好ましく、その結果、操舵ハンドルがその中央位置から回動されるときには、歯車の変速比が小さくなる。
【００３５】
操舵ハンドルを右に回すと、第１および第３の平歯車１は噛合せず、第２の平歯車２が対応するラック４に噛合する。この場合も、平歯車２は、中央位置Ｐ４から、最小の曲率半径から最大の曲率半径まで転動する。図１ｄから明らかなように、一方の平歯車がラックに噛合するが、他方の平歯車（単数または複数）は噛合しない。
【００３６】
位置Ｐ４から位置Ｐ１までの転動によって齎される移動行程が図１ｃに示されている。図から明らかなように、単調に増大する移動行程は２７０°の角度範囲に亘って達成される。このことは、歯車装置の終端にまで達するまで操舵ハンドルが２７０°回動可能なことを意味する。操舵ハンドルは双方向に同じように回動可能であるため、双方向の終端に達するまで１回転半回動することが可能である。
【００３７】
図３ａ〜図３ｃを参照すると、２個の平歯車１，２と２個のラック３，４とを用いた、本発明による歯車装置の第２の実施の形態が示されている。図３ａにおいては、２個の平歯車１，２が中央位置Ｐ４および最外位置Ｐ１に示されている。この場合、平歯車１，２の歯は、約１８０°の角度範囲Ａに亘って対数螺線に沿って配列されている。９０°を超える隣接する角度範囲においては、曲線は、単調に増大する曲率半径の特徴を有するが、この曲線はもはや対数螺線に従わない。残りの角度範囲における周縁は直線的に形成されている。この構成において、平歯車１，２は、操舵ハンドルの中立位置において、すなわち第１および第２のラック３，４の頂点領域において、対数螺線の形状を有する範囲が最初に転動されるように回転軸線１２に取り付けられている。
【００３８】
ラック３，４は、平歯車１，２の形状に合わせて、最初に、すなわち頂点から出発して、直線的に下降するように形成され、その後は下降するが曲がった曲線Ｋになっている。
【００３９】
図３ｃには、操舵角度の関数としての移動行程が再び示されている。図１ａ〜図１ｃに示された第１の実施の形態と比較すると、１８０°〜２７０°の角度範囲におけるグラフの曲がり方が弱い。
【００４０】
図４ａ〜図４ｃを参照すると、１個のみの平歯車１および１個のみのラック３を備えた実施の形態が示されており、平歯車１が中央位置Ｐ４および両外端位置の一方Ｐ１に示されている。平歯車１の複数の歯１１は、その中央位置から出発して平歯車１の正負の回転に関して対称的な曲線上に配列されている。歯１１は、２組の歯群１４，１５に組分けすることができる。各歯群１４，１５に曲線１０が割り当てられ、２本の曲線１０はそれぞれ１８０°の角度範囲に拡がっている。これらは、回転軸線１２が位置する平面に関して鏡面対称に配置されており、かつ回転軸線１２に一致するのが好ましい同一の中心点を備えている。しかしながら、これらは反対方向に配置されている。これによって、歯車１は、一方の曲線から他方の曲線に連続的に移行し、双方の曲線の最大半径と最小半径とがそれぞれ一致する「卵型」になる。もし歯車１の２本の曲線がそれぞれ対数螺線であれば、ラック３は、頂点としての中立位置から出発して双方向へ傾斜した直線に形成される。図４ｃから明らかなように、各側への変位は１８０°であるが、この歯車機構は部品点数が最少であるという特徴があり、したがって、かなり小型になり、場所をとらない。さらに安価に製造することができる。
【００４１】
図５ａ〜図５ｃを参照すると、２個の平歯車１，６と、少なくとも部分的に前後に並びかつ平行に偏位して配置された３個のラック３，７，８とを備えている。歯車１，６は３位置Ｐ１，Ｐ２、Ｐ４に示されている。第１の歯車１は、図４ａに示された実施の形態と同様の歯車であり、第１の歯車１に所属するラック３は直線的に形成され、かつ双方向へ勾配を有している。第２の歯車６の歯は円または楕円上に配列されている。この歯車６は２個のラック７，８と噛合する。これらラック７，８の歯は水平かつ直線的に配列されている。共通に取り付けられた歯車は、中央位置Ｐ４から出発して右方または左方へ転動することができる。図５ａにおいては、左方への転動に関して個々の位置が示されている。先ず最初に、勾配を有するラック３に螺線歯車１が噛合し、円形歯車６は噛合せずに空転する。１８０°転動した位置で、勾配を有するラック３の端部に達し、螺線歯車１は空転する。それと引き換えに、２個のラック３，７がオーバーラップする部分を有していることにより、円形歯車６が引き継いで、さらに少なくとも９０°の角度範囲に亘って第１の直線ラック７と噛合する。右方への転動においては、第１の直線ラック７の延長線上に長手方向に離れて配置されている第２の直線ラック８に円形歯車６が噛合する。図５ｃから明らかなように、この構成における終点は、各方向の転動に関して２７０°以前には到達せず、１８０°〜２７０°の操舵角度範囲における移動行程は直線的である。より大きい変位のためには、円形歯車および直線的ラックに代えて、例えば図３ａ〜図３ｃに示された実施の形態を用いて説明されたような適当な曲線形状を用いることによって、移動行程の特性が選択可能である。これに加えて、この構成の変型においては、数回の回転を可能にするように、ラックの水平に形成された部分が必要に応じて延長される。この変型は特に商用車に適している。
【００４２】
図６ａ〜図６ｃを参照すると、図５ａ〜図５ｃに示された実施の形態にほぼ対応する実施の形態が示されている。しかしながら、この場合は、２個の直線的ラックが独立したユニットとして形成されてなく、勾配を有するラックに対し一体にされ、または少なくとも連結されている。このため、ラックは、少なくとも１箇所の、この場合は２箇所の幅広部分７′，８′と、中間の幅狭部分３′とを備えている。操舵軸、従って歯車１，６の回転位置に応じて、螺線形歯車１が幅狭部分３′に噛合するか、あるいは円形歯車６が幅広部分７′，８′の一方に噛合する。図６ｂにおいては、ラックがその両端部においてどのように拡幅されているかが明らかである。この形状は、１個の円形歯車６に代えて、螺線形歯車１の両側にそれぞれ配置された２個の円形歯車を用いるときに推奨される。この構成も、エッジの対称的な転動を保証する。
【００４３】
ラックの頂点は、種々の方法で構成することができる。図７ａおよび図７ｂには第１の変型が示されている。この変型においては、頂点には１個の中央歯３０が設けられ、この実施の形態においては２個のラックに、また３個のラックが備えられている場合には、３個のラックのすべてに、このような１個の中央歯３０が設けられている。この構成は、平滑な転動を可能にする。
【００４４】
図２ａおよび図２ｂには、ラックの頂点の構成の第２の変型が示されている。この変型においては、中央歯が設けられておらず、その代わりに、各ラックの端部が、斜めに配置された１個の歯３１を備えており、その歯３１の、同じラックの隣の歯に対する角度および間隔は、このラックの残りの複数の歯の配列に対応する。この構成においては、一方のラックが、他方のラックが始まる以前に終わり、すなわち、オーバーラップする歯が存在しない。この変型は製作が簡単である。
【００４５】
図８ａおよび図８ｂによる頂点の構成においては、双方のラックが上述の実施の形態と同じに形成され、すなわち最上位の二つの歯３１が斜めに配置され、かつ残りの複数の歯に対応する。しかしながらこの場合は、隣接するラックの最上位の二つの歯３１がオーバーラップしている。この変型は、やはり製作が簡単であるが、図２ａおよび図２ｂに示された変型よりもピニオンの転動が平滑であるという利点を有する。
【００４６】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、特に歯付き構造体がラックではなく、さらなる平歯車、すなわち被駆動歯車９であることによって、前述の実施の形態とは異なる実施の形態が示されている。平歯車１は駆動軸、すなわち操舵軸Ｌ（一部のみが示されている）を介して操舵ハンドルに連結され、駆動歯車に対応する。被駆動歯車９は被駆動軸Ａを介して、通常のラックアンドピニオン機構のピニオンＲおよびラックＺに連結されている。
【００４７】
駆動歯車１は、図４ａに示された歯車と同一形状を有するのが好ましく、したがって再び詳細には説明しない。この駆動歯車１はその複数の歯１１によって、図４ａに示された歯車と同様の形状に形成されているのが好ましい、したがって駆動歯車１と同一形状の曲線および同一歯数を備えているのが好ましい被駆動歯車９に噛合している。２個の平歯車１，９は同一構成を有し、それぞれ２本の対数螺線、または曲線の曲率半径が９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する限り他の形状の曲線を備え、相補性を有するのが好ましい。ここに示された実施の形態において、上記曲線の中心点は、対応する歯車の回転軸線と一致している。ところで、図９ａおよび図９ｂに示された駆動歯車１および被駆動歯車９の回転位置は、操舵ハンドルの中央位置に対応しているのではなく、１８０°回転させた位置である。
【００４８】
上述した実施の形態においては、上記曲線の中心点がそれぞれ歯車の回転軸線に一致している。さらに、この回転軸線は歯車の取付け軸線でもある。これらは好ましい実施の形態である。しかしながら、歯車を別の態様で取り付けること、あるいは、回転軸線を曲線の中心点かられるように配置することも可能である。上述のように、対数螺線は好ましい曲線の形状ではあるが、歯車に噛合するラックまたはさらなる歯車が、対応する適合した形状を有する限り、少なくとも９０°の角度範囲を超える角度範囲に亘って曲率半径が単調に増大するものを含むその他の曲線も可能である。さらに、個々の実施の形態の組み合わせも可能であり、それらもこの明細書に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第１の実施の形態の概略的側面図
【図１ｂ】図１ａに示された複数のラックの平面図
【図１ｃ】図１ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図１ｄ】２個のラックを備えた、図１ａに示された歯車装置の変型の斜視図
【図２ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第１の変型との詳細図
【図２ｂ】図２ａのラックを上方から見た詳細図
【図３ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第２の実施の形態の概略的側面図
【図３ｂ】図３ａに示された複数のラックの平面図
【図３ｃ】図３ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図４ａ】１個の歯車と１個のラックとを備えた本発明による歯車装置の第３の実施の形態の概略的側面図
【図４ｂ】図４ａに示されたラックの平面図
【図４ｃ】図４ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図５ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第４の実施の形態の概略的側面図
【図５ｂ】図５ａに示されたラックの平面図
【図５ｃ】図５ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図６ａ】複数の歯車と１個のラックとを備えた本発明による歯車装置の第５の実施の形態の概略的側面図
【図６ｂ】図６ａに示されたラックの平面図
【図６ｃ】図６ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図７ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第２の変型との詳細図
【図７ｂ】図７ａのラックを上方から見た詳細図
【図８ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第３の変型との詳細図
【図８ｂ】図８ａのラックを上方から見た詳細図
【図９ａ】本発明による歯車装置の第６の実施の形態の斜視図
【図９ｂ】図９ａの歯車を側方から見た概略図
【符号の説明】
【００５０】
１ 第１の平歯車
１０ 曲線
１１ 歯
１２ 回転軸線
１３ 残りの部分
１４ 第１の歯群
１５ 第２の歯群
２ 第２の平歯車
３ 第１のラック
３′ 幅狭部分
３０ 中央の歯
３１ 歯
４ 第２のラック
５ 第３のラック
６ 円形歯車
７ 第１の直線ラック
７′ 幅広部分
８ 第２の直線ラック
８′ 幅広部分
９ 被駆動歯車
Ａ 被駆動軸
Ｌ 操舵軸
Ｒ ピニオン
Ｚ ラック
ｒ 曲率半径
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 転動位置
Ｕ オーバーラップ部分
Ｋ 湾曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書きに記載されているような順送り変速歯車装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
順送り変速歯車装置は、例えば車両のための、特に自動車のための操舵装置に用いられている。操舵ハンドルの回転は、ラックに噛合している歯車に操舵軸を介して伝達される。このようにして歯車が駆動されると、車輪を左右に動かすラックを歯車が移動させる。順送り変速操舵装置、すなわち順送り変速歯車装置により、操舵ハンドルが回されると、変速比は操舵ハンドルの中央領域における最大値から減少せしめられる。このことは、直線前進時の操舵ハンドルの位置においては、操舵ハンドルを比較的大きく回しても車輪の方向変化は小さく、操舵ハンドルが既に大きく回されているときには、操舵ハンドルを比較的小さく回しても、車輪の方向が大きく方向が変化することを意味する。このことは、駐車時または曲がりくねった道路をドライブするときには特に望ましい。
【０００３】
従来技術において、順送り変速動作が得られる歯車装置に関する問題解決に多くの努力がなされている。しかしながら、これらの歯車装置は比較的複雑な構造を有し、したがって、製造および保守に費用を要するものであった。また、多数の部品からなる歯車装置の欠点は、望ましくないバックラッシュを呈することが多く、あるいは我慢しなければならないトルク変動が存在した。これに加えて、比較的早く引返し点に達する欠点もあった。
【０００４】
特許文献１には、１個の歯車と１個のラックからなる可変変速比を備えた自動車の操舵歯車が開示されている。この構成においては、非円形に形成された歯車が偏心して取り付けられている。
【０００５】
特許文献２には、一対の楕円形歯車を備えた小角度操舵装置が提案されている。
【特許文献１】独国特許出願公開第１４６ ７６９ Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１３ ８０９ Ａ３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、特に車両用操舵装置のための比較的小型でコンパクトな順送り変速歯車装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、請求項１の特徴部分によって解決される。
【０００８】
本発明による順送り変速歯車装置は、少なくとも１個の平歯車と、この平歯車と噛合する歯付き構造体または歯車構造体とを備えている。上記平歯車は、１本の曲線に沿って配列された複数の歯を備えている。上記曲線の曲率半径は、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する。
【０００９】
上記平歯車の複数の歯は、１本の曲線に沿って配列され、この曲線の曲率半径は９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大するが、上記平歯車の残りの周縁部分は直線的に形成されている。しかしながら、上記残りの周縁部分、またはその少なくとも一部分が、一定または減少する曲率半径を備えていてもよい。上述に教示された範囲内でさらなる実施の形態が可能なことは言うまでもない。
【００１０】
一つの好ましい実施の形態においては、単調に増大する曲率半径を備えた曲線が、少なくとも部分的に螺線であり、その中心点は上記平歯車の回転軸線に一致するのが好ましい。
【００１１】
この螺線は、中心点からの距離が各回転毎に同一因数だけ増大する対数螺線であることが好ましい。
【００１２】
好ましい実施の形態においては、上記歯付き構造体が勾配を有する少なくとも１個のラックである。ラックの数は、平歯車の数に対応することが好ましい。
【００１３】
上記ラックは、平歯車の形状に応じて直線勾配または曲線勾配を備えたものに形成される。対数的な平歯車の湾曲部分の場合、協働するラック部分は直線的に形成されるのが好ましい。円形の平歯車の湾曲部分の場合、この円形に湾曲した部分の中心点が平歯車の回転軸線上に位置していれば、協働するラック部分は直線的かつ水平に延びるように形成される。平歯車の湾曲部分が他の輪郭を有する場合、協働するラック部分は、対応する勾配を有し、および／または湾曲している。
【００１４】
平歯車もしくはピニオンと歯付き構造体とが対応して適合していることによって、回転運動の終点は、双方向において平歯車、もしくはピニオンもしくは操舵軸の3/4 回転以前に回転運動の終点に達することはなく、その結果、操舵軸は一方の終点から他方の終点まで１回転半回転することが可能である。これは特に、互いに少なくとも部分的に相後かつ平行にずれて配置された少なくとも２個のラック上を走行する２個以上のピニオンを用いることによって達成される。この構成は、トルク変動が生じないというさらなる利点を提供する。
【００１５】
歯車およびラックがそれぞれ特殊な形状を有することによって、順送り変速操舵装置を得るのにさらなる部品は必要としない。したがって、操舵軸は直接ピニオンに取り付けることができ、その結果、バックラッシュがゼロの歯車装置を得ることができる。
【００１６】
別の実施の形態においては、歯付き構造体が、１本の曲線に沿って配列された複数の歯を備えた第２の平歯車であり、この平歯車の曲線の曲率半径は、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大している。この曲線は対数螺線に対応することが好ましい。第１の平歯車は、操舵軸であることが好ましい駆動軸に連結可能である。上記第２の平歯車は、一般的なラックアンドピニオン機構を駆動するのが好ましい被駆動軸に連結可能である。この実施の形態は、本発明による順送り変速歯車装置を用いて、簡単かつ費用効果の良い方法で、車両の性能を高めることができるという利点を有する。
【００１７】
本発明による順送り変速歯車装置は、一様なトルク特性を備えている。個々の部品の対称的な配置によって、あるいは複数の平歯車に対して互いにずれた平行な３個の走行区間を利用することによって、対称的なエッジ走行が実現可能である。
【００１８】
本発明による順送り変速歯車装置は、自動車の車両操舵装置に特に適している。この装置は、通常の道路を走行する車両およびスポーツ車両の双方に適している。
【００１９】
操舵歯車がその中央位置にあるときに平歯車の歯付き構造体に接触または噛合する部位においては、複数の歯が配列されている上記曲線の曲率半径が最小である。この結果、変速比は、中央位置から比較的小さい偏位をもって緩やかに変化し、かつ平歯車と噛合するラックが、急な側面を伴ったサイクロイド形状を有する必要があることを回避することができる。
【００２０】
曲線の曲率半径は、最小から出発して少なくとも９０°、特に少なくとも１８０°の角度範囲に亘って単調に増大するのがよい。このことは、この角度範囲を越えても変速比の変化が一様であることを可能にする。
【００２１】
操舵歯車の中央位置においては、平歯車の回転軸線と、平歯車の歯付き構造体との接触点との間の距離は、この領域における操舵車輪に対する操舵歯車の応答が最も遅くなるように、最小であることが好ましい。
【００２２】
さらなる効果的な実施の形態は、従属請求項から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に示された本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１ａおよび図１ｂを参照すると、例えば自動車に用いられる、本発明による順送り変速歯車装置の第１の実施の形態が示されている。この歯車装置は、共通の回転軸線１２の周りで回転可能な少なくとも２個の、好ましくは３個の平歯車１，２を備えている。このため、上記平歯車１，２は、操舵ハンドル軸（不図示）に連結されている。操舵ハンドル軸は、その都度、車両の操舵ハンドルを用いて所望の回転位置に回動される。
【００２５】
上記平歯車１，２のそれぞれは、ラック３，４，５の形態の歯付き機構と噛合って、ラック３，４，５に沿って転動する。その結果、水平であることが好ましい直線に沿って回転軸線１２が移動せしめられるか、あるいはラック３，４，５がそれらの長手方向にそれぞれ移動せしめられる。随意的に設けられる第３のラック５は、図１ｂにおいて、第１および第２のラック３，４よりも薄く示されている。
【００２６】
図１ａにおいては、平歯車１，２が、ラック３，４，５に沿った数箇所の転動位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３およびＰ４に示されている。
【００２７】
平歯車１，２は、曲線１０（図２ａ参照）に沿って配列された複数の歯１１を備えている。この曲線１０は、この曲線の、すなわち平歯車１，２の９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する曲率半径ｒを有する。
【００２８】
本実施の形態においては、曲線１０上で１８０°を超え、３６０°未満の角度範囲に亘って歯が配列されており、平歯車１，２の残りの周縁部分には歯が形成されていない。図１ａおよび図１ｂに示された実施の形態においては、約２７０°の周縁部分が歯を備え、平歯車の周縁の残りの部分１３は直線に形成されている。この構成における曲線１０の中心点は、平歯車１，２に関して一定の位置にあるのが好ましく、さらに平歯車１，２の回転軸線１２に一致するのが好ましい。
【００２９】
ここに示されている実施の形態においては、曲線１０は螺線、特に平歯車１，２の回転軸線１２に一致するのが好ましい対数螺線である。
【００３０】
本実施の形態に使用されている２個ないし３個の平歯車１，２は、それぞれ同数の歯および同一の曲線形状を有する。特にその他の点においても同一に形成されている。しかしながら、第１および第２の平歯車１，２は、異なる位置に配置され、かつ互いに鏡面対称関係にある。これら平歯車の最長の曲率半径ｒを有する部位は１８０°反対方向を向いているが、最短の曲率半径ｒを有する部位は同一方向を向いている。このことは、図１ａの位置Ｐ１およびＰ４から良く認識することができる。第３の平歯車は第１の平歯車と並列に配置され、かつ第１の平歯車１と同一方向を向いている。したがって、第３の平歯車が第１の平歯車１と重なっているので、図１ａでは見えない。
【００３１】
平歯車１，２およびラック３，４，５の個々の歯の側面形状は、個々の平歯車１，２が、最小の摩擦および雑音を伴いながらラック３，４，５上を平滑に転動し得るように理想化されている。しかしながら、このことは当業者周知の事項であり、本明細書ではこれ以上説明しない。
【００３２】
本実施の形態におけるラック３，４，５は、直線的でかつ勾配を有している。この勾配により、平歯車の回転軸線が一定の高さを保ちながら、平歯車がラック上を転動するのを可能にしている。ラックは互いに平行に、かつ少なくとも一部分が前後に並んで配置されている。この配置において、第１および第３のラック３，５は互いに隣接して並列に配置されている。これらは同一に形成され、かつ同一の勾配を有している。この２個のラックの間に第２のラック４が配置され、その始端は、第１および第３のラック３，５の終端とオーバーラップしている。この第２のラック４は同一の勾配を有するが、第１および第３のラック３，５に対して反対方向に傾斜しているのが好ましい。ラック３，４，５は遷移部Ｕにおいてそれぞれ頂点を形成している。
【００３３】
操舵ハンドルの中央位置、したがって平歯車１，２の中央位置は、位置Ｐ４、すなわち平歯車１，２がラック３，４，５の頂点にあるのが好ましい。操舵ハンドルを左に回すと、平歯車１，２は位置Ｐ３，Ｐ２，Ｐ１を通過する。この過程において、第１および、存在する場合の第３の平歯車１が、対応する第１および第３のラック３，５に噛合する。それらの回動位置に応じて平歯車１は、曲線１０の曲率半径が単調に増大するように構成されているので、ラックに線接触または点接触する。換言すれば、位置Ｐ４においては、ラックに噛合する平歯車の歯に最小の曲率半径が与えられ、位置Ｐ１においてラックに噛合する平歯車の歯に最大の曲率半径が与えられている。中間の第２の平歯車２はラックに噛合せずに空転する。この非噛合状態は図１ｄから特に明らかである。
【００３４】
平歯車１，２とラック３，４，５とが操舵ハンドルの中央位置において、すなわち位置Ｐ４において噛合するときには、上記曲線の曲率半径ｒは最小である。しかしながら、この曲線の最小の曲率半径は、この曲線または歯と回転軸線１２との間の最短距離よりも大きいことが好ましく、その結果、操舵ハンドルがその中央位置から回動されるときには、歯車の変速比が小さくなる。
【００３５】
操舵ハンドルを右に回すと、第１および第３の平歯車１は噛合せず、第２の平歯車２が対応するラック４に噛合する。この場合も、平歯車２は、中央位置Ｐ４から、最小の曲率半径から最大の曲率半径まで転動する。図１ｄから明らかなように、一方の平歯車がラックに噛合するが、他方の平歯車（単数または複数）は噛合しない。
【００３６】
位置Ｐ４から位置Ｐ１までの転動によって齎される移動行程が図１ｃに示されている。図から明らかなように、単調に増大する移動行程は２７０°の角度範囲に亘って達成される。このことは、歯車装置の終端にまで達するまで操舵ハンドルが２７０°回動可能なことを意味する。操舵ハンドルは双方向に同じように回動可能であるため、双方向の終端に達するまで１回転半回動することが可能である。
【００３７】
図３ａ〜図３ｃを参照すると、２個の平歯車１，２と２個のラック３，４とを用いた、本発明による歯車装置の第２の実施の形態が示されている。図３ａにおいては、２個の平歯車１，２が中央位置Ｐ４および最外位置Ｐ１に示されている。この場合、平歯車１，２の歯は、約１８０°の角度範囲Ａに亘って対数螺線に沿って配列されている。９０°を超える隣接する角度範囲においては、曲線は、単調に増大する曲率半径の特徴を有するが、この曲線はもはや対数螺線に従わない。残りの角度範囲における周縁は直線的に形成されている。この構成において、平歯車１，２は、操舵ハンドルの中立位置において、すなわち第１および第２のラック３，４の頂点領域において、対数螺線の形状を有する範囲が最初に転動されるように回転軸線１２に取り付けられている。
【００３８】
ラック３，４は、平歯車１，２の形状に合わせて、最初に、すなわち頂点から出発して、直線的に下降するように形成され、その後は下降するが曲がった曲線Ｋになっている。
【００３９】
図３ｃには、操舵角度の関数としての移動行程が再び示されている。図１ａ〜図１ｃに示された第１の実施の形態と比較すると、１８０°〜２７０°の角度範囲におけるグラフの曲がり方が弱い。
【００４０】
図４ａ〜図４ｃを参照すると、１個のみの平歯車１および１個のみのラック３を備えた実施の形態が示されており、平歯車１が中央位置Ｐ４および両外端位置の一方Ｐ１に示されている。平歯車１の複数の歯１１は、その中央位置から出発して平歯車１の正負の回転に関して対称的な曲線上に配列されている。歯１１は、２組の歯群１４，１５に組分けすることができる。各歯群１４，１５に曲線１０が割り当てられ、２本の曲線１０はそれぞれ１８０°の角度範囲に拡がっている。これらは、回転軸線１２が位置する平面に関して鏡面対称に配置されており、かつ回転軸線１２に一致するのが好ましい同一の中心点を備えている。しかしながら、これらは反対方向に配置されている。これによって、歯車１は、一方の曲線から他方の曲線に連続的に移行し、双方の曲線の最大半径と最小半径とがそれぞれ一致する「卵型」になる。もし歯車１の２本の曲線がそれぞれ対数螺線であれば、ラック３は、頂点としての中立位置から出発して双方向へ傾斜した直線に形成される。図４ｃから明らかなように、各側への変位は１８０°であるが、この歯車機構は部品点数が最少であるという特徴があり、したがって、かなり小型になり、場所をとらない。さらに安価に製造することができる。
【００４１】
図５ａ〜図５ｃを参照すると、２個の平歯車１，６と、少なくとも部分的に前後に並びかつ平行に偏位して配置された３個のラック３，７，８とを備えている。歯車１，６は３位置Ｐ１，Ｐ２、Ｐ４に示されている。第１の歯車１は、図４ａに示された実施の形態と同様の歯車であり、第１の歯車１に所属するラック３は直線的に形成され、かつ双方向へ勾配を有している。第２の歯車６の歯は円または楕円上に配列されている。この歯車６は２個のラック７，８と噛合する。これらラック７，８の歯は水平かつ直線的に配列されている。共通に取り付けられた歯車は、中央位置Ｐ４から出発して右方または左方へ転動することができる。図５ａにおいては、左方への転動に関して個々の位置が示されている。先ず最初に、勾配を有するラック３に螺線歯車１が噛合し、円形歯車６は噛合せずに空転する。１８０°転動した位置で、勾配を有するラック３の端部に達し、螺線歯車１は空転する。それと引き換えに、２個のラック３，７がオーバーラップする部分を有していることにより、円形歯車６が引き継いで、さらに少なくとも９０°の角度範囲に亘って第１の直線ラック７と噛合する。右方への転動においては、第１の直線ラック７の延長線上に長手方向に離れて配置されている第２の直線ラック８に円形歯車６が噛合する。図５ｃから明らかなように、この構成における終点は、各方向の転動に関して２７０°以前には到達せず、１８０°〜２７０°の操舵角度範囲における移動行程は直線的である。より大きい変位のためには、円形歯車および直線的ラックに代えて、例えば図３ａ〜図３ｃに示された実施の形態を用いて説明されたような適当な曲線形状を用いることによって、移動行程の特性が選択可能である。これに加えて、この構成の変型においては、数回の回転を可能にするように、ラックの水平に形成された部分が必要に応じて延長される。この変型は特に商用車に適している。
【００４２】
図６ａ〜図６ｃを参照すると、図５ａ〜図５ｃに示された実施の形態にほぼ対応する実施の形態が示されている。しかしながら、この場合は、２個の直線的ラックが独立したユニットとして形成されてなく、勾配を有するラックに対し一体にされ、または少なくとも連結されている。このため、ラックは、少なくとも１箇所の、この場合は２箇所の幅広部分７′，８′と、中間の幅狭部分３′とを備えている。操舵軸、従って歯車１，６の回転位置に応じて、螺線形歯車１が幅狭部分３′に噛合するか、あるいは円形歯車６が幅広部分７′，８′の一方に噛合する。図６ｂにおいては、ラックがその両端部においてどのように拡幅されているかが明らかである。この形状は、１個の円形歯車６に代えて、螺線形歯車１の両側にそれぞれ配置された２個の円形歯車を用いるときに推奨される。この構成も、エッジの対称的な転動を保証する。
【００４３】
ラックの頂点は、種々の方法で構成することができる。図７ａおよび図７ｂには第１の変型が示されている。この変型においては、頂点には１個の中央歯３０が設けられ、この実施の形態においては２個のラックに、また３個のラックが備えられている場合には、３個のラックのすべてに、このような１個の中央歯３０が設けられている。この構成は、平滑な転動を可能にする。
【００４４】
図２ａおよび図２ｂには、ラックの頂点の構成の第２の変型が示されている。この変型においては、中央歯が設けられておらず、その代わりに、各ラックの端部が、斜めに配置された１個の歯３１を備えており、その歯３１の、同じラックの隣の歯に対する角度および間隔は、このラックの残りの複数の歯の配列に対応する。この構成においては、一方のラックが、他方のラックが始まる以前に終わり、すなわち、オーバーラップする歯が存在しない。この変型は製作が簡単である。
【００４５】
図８ａおよび図８ｂによる頂点の構成においては、双方のラックが上述の実施の形態と同じに形成され、すなわち最上位の二つの歯３１が斜めに配置され、かつ残りの複数の歯に対応する。しかしながらこの場合は、隣接するラックの最上位の二つの歯３１がオーバーラップしている。この変型は、やはり製作が簡単であるが、図２ａおよび図２ｂに示された変型よりもピニオンの転動が平滑であるという利点を有する。
【００４６】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、特に歯付き構造体がラックではなく、さらなる平歯車、すなわち被駆動歯車９であることによって、前述の実施の形態とは異なる実施の形態が示されている。平歯車１は駆動軸、すなわち操舵軸Ｌ（一部のみが示されている）を介して操舵ハンドルに連結され、駆動歯車に対応する。被駆動歯車９は被駆動軸Ａを介して、通常のラックアンドピニオン機構のピニオンＲおよびラックＺに連結されている。
【００４７】
駆動歯車１は、図４ａに示された歯車と同一形状を有するのが好ましく、したがって再び詳細には説明しない。この駆動歯車１はその複数の歯１１によって、図４ａに示された歯車と同様の形状に形成されているのが好ましい、したがって駆動歯車１と同一形状の曲線および同一歯数を備えているのが好ましい被駆動歯車９に噛合している。２個の平歯車１，９は同一構成を有し、それぞれ２本の対数螺線、または曲線の曲率半径が９０°を超える角度範囲に亘って単調に増大する限り他の形状の曲線を備え、相補性を有するのが好ましい。ここに示された実施の形態において、上記曲線の中心点は、対応する歯車の回転軸線と一致している。ところで、図９ａおよび図９ｂに示された駆動歯車１および被駆動歯車９の回転位置は、操舵ハンドルの中央位置に対応しているのではなく、１８０°回転させた位置である。
【００４８】
上述した実施の形態においては、上記曲線の中心点がそれぞれ歯車の回転軸線に一致している。さらに、この回転軸線は歯車の取付け軸線でもある。これらは好ましい実施の形態である。しかしながら、歯車を別の態様で取り付けること、あるいは、回転軸線を曲線の中心点かられるように配置することも可能である。上述のように、対数螺線は好ましい曲線の形状ではあるが、歯車に噛合するラックまたはさらなる歯車が、対応する適合した形状を有する限り、少なくとも９０°の角度範囲を超える角度範囲に亘って曲率半径が単調に増大するものを含むその他の曲線も可能である。さらに、個々の実施の形態の組み合わせも可能であり、それらもこの明細書に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第１の実施の形態の概略的側面図
【図１ｂ】図１ａに示された複数のラックの平面図
【図１ｃ】図１ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図１ｄ】２個のラックを備えた、図１ａに示された歯車装置の変型の斜視図
【図２ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第１の変型との詳細図
【図２ｂ】図２ａのラックを上方から見た詳細図
【図３ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第２の実施の形態の概略的側面図
【図３ｂ】図３ａに示された複数のラックの平面図
【図３ｃ】図３ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図４ａ】１個の歯車と１個のラックとを備えた本発明による歯車装置の第３の実施の形態の概略的側面図
【図４ｂ】図４ａに示されたラックの平面図
【図４ｃ】図４ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図５ａ】複数の歯車と複数のラックとを備えた本発明による歯車装置の第４の実施の形態の概略的側面図
【図５ｂ】図５ａに示されたラックの平面図
【図５ｃ】図５ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図６ａ】複数の歯車と１個のラックとを備えた本発明による歯車装置の第５の実施の形態の概略的側面図
【図６ｂ】図６ａに示されたラックの平面図
【図６ｃ】図６ａに示された歯車装置の進行をプロットしたグラフ
【図７ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第２の変型との詳細図
【図７ｂ】図７ａのラックを上方から見た詳細図
【図８ａ】１個の歯車と、頂点領域におけるラックの第３の変型との詳細図
【図８ｂ】図８ａのラックを上方から見た詳細図
【図９ａ】本発明による歯車装置の第６の実施の形態の斜視図
【図９ｂ】図９ａの歯車を側方から見た概略図
【符号の説明】
【００５０】
１ 第１の平歯車
１０ 曲線
１１ 歯
１２ 回転軸線
１３ 残りの部分
１４ 第１の歯群
１５ 第２の歯群
２ 第２の平歯車
３ 第１のラック
３′ 幅狭部分
３０ 中央の歯
３１ 歯
４ 第２のラック
５ 第３のラック
６ 円形歯車
７ 第１の直線ラック
７′ 幅広部分
８ 第２の直線ラック
８′ 幅広部分
９ 被駆動歯車
Ａ 被駆動軸
Ｌ 操舵軸
Ｒ ピニオン
Ｚ ラック
ｒ 曲率半径
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ 転動位置
Ｕ オーバーラップ部分
Ｋ 湾曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵用歯車装置である順送り変速歯車装置であって、第２の平歯車（２）が第１の平歯車（１）と第３の平歯車との間に配置された、共通の回転軸線（１２）の周りで回転可能である前記第１、前記第２および前記第３の平歯車（１，２）と、
少なくとも一部分が前後に並びかつ平行に配置された、第１のラック（３）、第２のラック（４）および第３のラック（５）と備え、
前記第１の平歯車（１）が前記第１のラック（３）に噛合するように適合され、前記第２の平歯車（２）が前記第２のラック（４）に噛合するように適合され、前記第３の平歯車（３）が前記第３のラック（５）に噛合するように適合されており、
前記第３の平歯車は、前記第１の平歯車（１）と一致し、前後に並びかつ平行となるように、前記共通の回転軸線（１２）に配置され、
前記第１のラック（３）および前記第３のラック（５）が同一に形成されていることを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
前記操舵用歯車装置の第１の部分において、前記第１の平歯車（１）が前記第３のラック（３）に噛合し、かつ前記第３の平歯車が前記第３のラック（５）に噛合し、かつ前記第２の平歯車（２）は噛合せずに空転し、
前記操舵用歯車装置の第２の部分において、前記第２の平歯車（２）が前記第２のラック（４）に噛合し、かつ前記第１および第３の歯車（１）が空転することを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【請求項３】
前記第１の平歯車（１）および前記第２の平歯車（２）は前記共通の回転軸線（１２）上で互いに鏡面対象であることを特徴とする請求項１または２記載の歯車装置。
【請求項４】
前記第１および前記第３のラック（３，５）は同一勾配を有し、かつ前記第２のラック（４）は、前記第１および前記第３のラック（３，５）の勾配とは反対の勾配を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項５】
最小の曲率半径（ｒ）を有する前記第１の平歯車（１）の領域および最小の曲率半径（ｒ）を有する前記第２の平歯車の領域が同一方向に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項６】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項歯車装置。
【請求項７】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備え、
前記操舵歯車の中央位置（Ｐ４）において、前記共通の回転軸線（１２）と、前記平歯車（１，２）が噛合する前記ラック（３，４，５）を伴う前記平歯車（１，２）の接触範囲との間の距離が最小であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備え、
前記操舵歯車の中央位置（Ｐ４）において、前記平歯車（１，２）が、該平歯車（１，２）が噛合する前記ラック（３，４，５）に接触する領域において最小の曲率半径（ｒ）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項９】
前記複数の歯（１１）が、１８０°を超えかつ３６０°未満の角度範囲に亘って前記曲線（１０）上に配列され、かつ前記平歯車（１，２）の残りの周縁部分は歯なしに形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項１０】
前記曲線の曲率半径（ｒ）は、前記最小の曲率半径から出発して、少なくとも１８０°の角度範囲に亘って単調に増大することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項１】
車両の操舵用歯車装置である順送り変速歯車装置であって、第２の平歯車（２）が第１の平歯車（１）と第３の平歯車との間に配置された、共通の回転軸線（１２）の周りで回転可能である前記第１、前記第２および前記第３の平歯車（１，２）と、
少なくとも一部分が前後に並びかつ平行に配置された、第１のラック（３）、第２のラック（４）および第３のラック（５）と備え、
前記第１の平歯車（１）が前記第１のラック（３）に噛合するように適合され、前記第２の平歯車（２）が前記第２のラック（４）に噛合するように適合され、前記第３の平歯車（３）が前記第３のラック（５）に噛合するように適合されており、
前記第３の平歯車は、前記第１の平歯車（１）と一致し、前後に並びかつ平行となるように、前記共通の回転軸線（１２）に配置され、
前記第１のラック（３）および前記第３のラック（５）が同一に形成されていることを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
前記操舵用歯車装置の第１の部分において、前記第１の平歯車（１）が前記第３のラック（３）に噛合し、かつ前記第３の平歯車が前記第３のラック（５）に噛合し、かつ前記第２の平歯車（２）は噛合せずに空転し、
前記操舵用歯車装置の第２の部分において、前記第２の平歯車（２）が前記第２のラック（４）に噛合し、かつ前記第１および第３の歯車（１）が空転することを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
【請求項３】
前記第１の平歯車（１）および前記第２の平歯車（２）は前記共通の回転軸線（１２）上で互いに鏡面対象であることを特徴とする請求項１または２記載の歯車装置。
【請求項４】
前記第１および前記第３のラック（３，５）は同一勾配を有し、かつ前記第２のラック（４）は、前記第１および前記第３のラック（３，５）の勾配とは反対の勾配を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項５】
最小の曲率半径（ｒ）を有する前記第１の平歯車（１）の領域および最小の曲率半径（ｒ）を有する前記第２の平歯車の領域が同一方向に配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項６】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項歯車装置。
【請求項７】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備え、
前記操舵歯車の中央位置（Ｐ４）において、前記共通の回転軸線（１２）と、前記平歯車（１，２）が噛合する前記ラック（３，４，５）を伴う前記平歯車（１，２）の接触範囲との間の距離が最小であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項８】
少なくとも一つの前記平歯車（１，２）が、９０°を超える角度範囲に亘って単調に増加する曲率半径（ｒ）を有する曲線（１０）に沿って配列された複数の歯（１１）を備え、
前記操舵歯車の中央位置（Ｐ４）において、前記平歯車（１，２）が、該平歯車（１，２）が噛合する前記ラック（３，４，５）に接触する領域において最小の曲率半径（ｒ）を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項９】
前記複数の歯（１１）が、１８０°を超えかつ３６０°未満の角度範囲に亘って前記曲線（１０）上に配列され、かつ前記平歯車（１，２）の残りの周縁部分は歯なしに形成されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項記載の歯車装置。
【請求項１０】
前記曲線の曲率半径（ｒ）は、前記最小の曲率半径から出発して、少なくとも１８０°の角度範囲に亘って単調に増大することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載の歯車装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図５ｃ】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【公開番号】特開２０１３−４０６８７（Ｐ２０１３−４０６８７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２２９６９（Ｐ２０１２−２２２９６９）
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【分割の表示】特願２００７−５５２５６０（Ｐ２００７−５５２５６０）の分割
【原出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（５０７２５１３０９）
【氏名又は名称原語表記】ＢＬＥＳＳ， Ｗｅｒｎｅｒ Ｍ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月５日（２０１２．１０．５）
【分割の表示】特願２００７−５５２５６０（Ｐ２００７−５５２５６０）の分割
【原出願日】平成１８年１月２３日（２００６．１．２３）
【出願人】（５０７２５１３０９）
【氏名又は名称原語表記】ＢＬＥＳＳ， Ｗｅｒｎｅｒ Ｍ．
【Ｆターム（参考）】
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