(57)【要約】【課題】スピンドルの外部トルクに応じて自動的に変速する自動変速装置を内蔵した電動工具において、従来変速装置を初期状態にリセットするためにはスイッチレバーをオフ操作しなければならず、この点で使い勝手がよくなかった。本発明では、スピンドルの外部トルクが小さくなった時点で変速装置が自動的にリセットされるようにして電動工具の使い勝手を一層高めることを目的とする。【解決手段】変速装置Ｈを構成する遊星歯車機構のインターナルギヤを双方向型のワンウエイクラッチにより支持して、その回転規制状態と回転許容状態を電動モータ１０の負荷の増減に基づいて作動する切り換えモータ５０により切り換える構成とする。【選択図】図１
2010264578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチレバーのオン操作により起動する電動モータと、該電動モータの回転動力を減速してスピンドルに出力するための変速装置を内蔵した電動工具であって、
前記変速装置は、高速出力用の第１段遊星歯車機構と、低速出力用の第２段遊星歯車機構を備え、該両遊星歯車機構のインターナルギヤをそれぞれワンウエイクラッチを介して回転規制状態と回転フリー状態に切り換えて、該両遊星歯車機構の一方を有効とし、他方を無効とすることにより高速出力状態と低速出力状態を切り換え可能であり、前記インターナルギヤの切り換えを前記電動モータの負荷に基づいて作動する切り換えモータにより前記ワンウエイクラッチのクラッチリングの位置を切り換えて行う構成とした電動工具。
【請求項２】
請求項１記載の電動工具であって、前記電動モータは、正逆切り換えレバーにより正転又は逆転可能であるとともに、前記ワンウエイクラッチは右回転及び左回転の双方についてインターナルギヤの回転を規制可能な双方向型のワンウエイクラッチであり、
前記第１段遊星歯車機構側のワンウエイクラッチの回転規制方向と、第２段遊星歯車機構側のワンウエイクラッチの回転規制方向を、前記正逆切り換えレバーに連動して切り換えて、前記電動モータの正転時及び逆転時の双方について前記変速装置を変速可能な構成とした電動工具。
【請求項３】
請求項２記載の電動工具であって、前記両ワンウエイクラッチは、それぞれ前記インターナルギヤを内周側に収容するクラッチリングと、該クラッチリングと前記インターナルギヤとの間に介装した係合部材と、前記クラッチリングと前記インターナルギヤとの間に形成される幅が変化する楔形の隙間を備え、該隙間に前記係合部材を食い込ませて前記インターナルギヤの回転を規制し、該食い込み状態を解除して前記インターナルギヤの回転を許容する構成を備え、前記クラッチリングを回転方向に変位させて前記係合部材の食い込み方向を切り換えることにより前記インターナルギヤの回転規制方向を切り換える構成とした電動工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば孔明け加工用の電気ドリルやねじ締め用の電動ねじ締め機等の主として回転動力を出力する電動工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にこの種の電動工具は、駆動源としての電動モータの回転動力を変速装置によって減速して必要な回転トルクを出力する構成を備えている。多くの場合変速装置には、遊星歯車機構が用いられている。
例えば、ねじ締め機では、締め付け当初は小さなトルクで足り、締め付けが進行するに従って徐々に大きな回転トルクが必要となる。このため、締め付け当初では変速装置の減速比を小さくして高速低トルクを出力し、締め付け途中で変速装置の減速比を大きくして低速高トルクを出力することが、迅速かつ確実なねじ締めを行う観点で要求される機能となる。しかも、締め付け途中の段階で、ねじ締めビットを経てスピンドル（出力軸）に付加される締め付け抵抗（負荷トルク）が一定値に達した時点で自動的に減速比が切り換わることが使い勝手の点で要求される。
下記の特許文献１には、電動モータの出力軸とねじ締めビットを装着したスピンドルとの間に２段階の遊星歯車機構を有する変速装置を介装したねじ締め機が開示されている。この変速装置によれば、ねじ締め当初では出力側の第２段遊星のインターナルギヤが第１段遊星のキャリアに回転について直結された状態である結果減速比が小さくなって高速低トルクが出力されて迅速なねじ締めがなされる。ねじ締めが進行して使用者がねじ締め機の押し付け力を強くすると、第２段遊星のインターナルギヤが軸方向へ相対変位して第１段遊星のキャリアから回転について切り離されて固定されることにより、第２段遊星での減速が有効となって第１段遊星での減速に加わる結果当該変速装置の減速比が大きくなって低速高トルクが出力されて確実なねじ締めがなされる。
また、別の従来技術によれば、この低速高トルク出力状態は、第２段遊星のインターナルギヤを第１段遊星のキャリアから切り離した位置に保持することによってロックされる。この場合、リセット機構により、インターナルギヤのロック状態を解除して第１段遊星のキャリアに回転について直結された初期位置に戻すことによって当該変速装置が高速低トルク出力状態（初期状態）にリセットされる。
下記の特許文献２には、自動変速により切り換わった低速高トルク出力状態を初期状態の高速低トルク出力状態に戻すためのリセット機構が開示されている。この従来のリセット機構によれば、本体部の動作を停止させるためになされるスイッチレバーの戻し動作（オフ操作）を利用して変速装置を初期状態（高速低トルク出力状態）に戻す構成であるので、当該ねじ締め機の使用者の特別の操作を必要とすることなく、変速装置を初期状態にリセットすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２８９９５８号公報
【特許文献２】特許第３０８４１３８号公報
【特許文献３】特許第３３９１９３２号公報
【特許文献４】特開平９−７２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の自動変速装置では、スイッチレバーのオフ操作により作動するリセット機構によって低速高トルク出力状態から高速低トルク出力状態（初期状態）にリセットされる構成となっていた。このため、例えば、ねじの緩め作業を行う場合には、その当初には大きな出力トルクが必要であるので当該電動工具は起動直後に低速高トルク出力状態に変速するのであるが、ねじが緩められてスピンドルの負荷トルクが小さくなった状態であってもスイッチレバーをオフ操作しない限りこの低速高トルク出力状態のままであるので、迅速に緩め作業を進行することができなかった。
また、ねじ締め作業においても、１本のねじ締めが完了した後に、次のねじ締めを行う場合に一旦スイッチレバーをオフ操作して変速装置をリセットする必要があり、この点で迅速なねじ締め作業を行うことができなかった。
さらに、一定厚の板材に対して複数箇所の孔明け作業を行う場合に、低速高トルク出力状態でドリルが板材を貫通して１箇所の孔明け作業が完了した後に、スイッチレバーをオン操作したまま、次の孔明け作業を続行する場合には、当初より低速高トルク出力状態で孔明けが開始されるため、素早い孔明け作業を行うことができなかった。
このように従来の変速装置では、一旦低速高トルク出力状態に切り換わった後には、負荷トルクに関係なく、これが維持され、初期状態にリセットするためにはスイッチレバーをオフ操作する等してリセット機構を作動させる必要があり、その結果上記のような作業について使い勝手が損なわれる問題があった。
この点、上記の特許文献３，４には、２段階の遊星歯車機構とそれぞれについて双方向のワンウエイクラッチを備えた変速機構が開示されている。しかしながら、この従来の変速装置は、ワンウエイクラッチの回転規制方向を手動操作により切り換えて変速する構成としたもので、ねじ締め作業中等にスピンドルに付加される外部トルクに応じて自動的に変速する構成とはなっておらず、使い勝手の点で改良する必要があった。
本発明は、係る従来の変速装置の問題を解消するためになされたもので、負荷トルクの増大に伴って高速低トルク出力状態から低速高トルク出力状態に自動的に切り換わり、その後負荷トルクが低減され若しくは無負荷状態となった場合には、リセット機構によることなく高速低トルク出力状態に自動的に戻されるようにして、電動工具の様々な使用形態での使い勝手を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載した構成の電動工具とした。
請求項１記載の電動工具によれば、電動モータの負荷によりスピンドルに付加される外部トルクが間接的に検知され、これに基づいて切り換えモータが起動して第１段遊星歯車機構のワンウエイクラッチが切り換えられることにより、当該第１段遊星歯車機構の有効、無効が切り換えられて変速装置が初期状態である高速低トルク出力状態から低速高トルク出力状態あるいはその逆に自動的に変速される。このため、従来のように一旦スイッチレバーをオフ操作する等して変速装置をリセットする必要はなく、スイッチレバーをオン操作した状態のままであってもスピンドルの付加トルクが小さくなれば初期状態に自動的にリセットされるので、例えばねじ締めや孔明け加工を連続して行う作業を迅速かつ効率よく行うことができる。
請求項２記載の電動工具によれば、例えばねじ締めを行う場合であって電動モータを正転方向に起動させる場合に、正逆切り換えレバーの切り換え操作に連動して第１段及び第２段遊星歯車機構のインターナルギヤの回転規制方向がそれぞれ電動モータの回転方向に合わせて切り換わるとともに、ねじ締めが進行して電動モータの負荷が増大した時点で切り換えモータが作動して変速装置が低速高トルク出力状態に変速される。ねじ締めが完了して電動モータの負荷が除去された無負荷状態になると、切り換えモータがリセット側に起動して当該変速装置が高速低トルク出力状態にリセットされる。
このように、請求項２記載の電動工具によれば、電動モータの正転時及び逆転時の双方について、スピンドルの外部トルクにより電動モータの負荷が増大すると、これに基づいて切り換えモータが減速側に起動して変速装置が低速高トルク出力状態に自動的に変速され、スピンドルの外部トルクが小さくなり、若しくは除去されることにより電動モータの負荷が小さくなると、これに基づいて切り換えモータがリセット側に起動して変速装置が高速低トルク出力状態（初期状態）に自動的にリセットされる。このことから、従来のように一旦スイッチレバーをオフ操作等して特別のリセット機構を作動させる必要はなく、電動モータを起動させた状態のまま当該変速装置を初期状態にリセットすることができ、この点で請求項２記載の電動工具によれば様々な使用形態での使い勝手を高めることができる。
請求項３記載の電動工具によれば、クラッチリングとインターナルギヤとの間のくさび形の隙間に係合部材が食い込むことによってインターナルギヤの回転が規制される。正逆切り換えレバーの切り換え操作に連動して、及び切り換えモータの作動によりクラッチリングが回転して係合部材が食い込む方向が切り換えられ、これによりインターナルギヤの回転規制方向が切り換えられ、また回転フリー状態に切り換えられる。
高速出力側のインターナルギヤが回転ロックされて低速出力側のインターナルギヤが回転フリー状態では、前者の遊星歯車機構が有効になって高速低トルクが出力される。逆に、高速出力側のインターナルギヤが回転フリー状態で低速出力側のインターナルギヤが回転ロックされると低速高トルクが出力される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本実施形態の電動工具の全体の縦断面図である。
【図２】図１中、本体部の拡大図である。
【図３】図２中(III)-(III)線断面矢視図であって、駆動側の第１段遊星歯車機構及び第１段ワンウエイクラッチの縦断面を前側から見た図である。本図は、電動モータ正転時における第１段インターナルギヤの右回りの回転が規制された状態であって、変速装置の高速低トルク出力状態を示している。
【図４】図２中(IV)-(IV)線断面矢視図であって、第１段ワンウエイクラッチの縦断面を前側から見た図である。本図は、電動モータ正転時に第１段クラッチリングが第１段インターナルギヤの右回りの回転を規制する初期位置に切り換えられた状態を示している。
【図５】図２中(V)-(V)線断面矢視図であって、出力側の第２段遊星歯車機構及び第２段ワンウエイクラッチの縦断面を前側から見た図である。本図は、電動モータの正転に合わせて第２段インターナルギヤの右回りの回転が規制された状態を示している。
【図６】図２中(VI)-(VI)線断面矢視図であって、第２段ワンウエイクラッチの縦断面を前側から見た図である。本図は、電動モータの正転に合わせて第２段クラッチリングが第２段インターナルギヤの右回りの回転を規制する位置に切り換えられた状態を示している。
【図７】外部トルクの変化に伴う変速装置の動作状況を示す図である。本図において、上段側の(A)段と(B)段は電動モータ正転時の動作状況を示し、下段側の(C)段と(D)段は電動モータ逆転時の動作状況を示している。また、(A)段と(C)段は、高速低トルク出力状態を示し、(B)段と(D)段は低速高トルク出力状態を示している。  本図において、インターナルギヤが回転するためにトルクを出力しない側の遊星歯車機構を明確にするためにその共通キャリア２３の回転方向が括弧書きで示されている。
【図８】図１中(VIII)-(VIII)線矢視図であって、バッテリ取り付け部に設けたモード切り換え操作部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
次に、本発明の実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電動工具１の全体を示している。本実施形態では、電動工具１の一例として充電式電動ドライバドリルを例示する。この電動工具１は、先端工具としてドライバビットを装着することにより電動ねじ締め機として用いることができ、ドリルビットを装着することにより孔明け加工用の電動ドリルとして用いることができる。
この電動工具１は、本体部２とハンドル部３を備えている。本体部２は概ね円柱体形状を有するもので、その長手方向（機軸方向、図１では左右方向）の中程から側方へ突き出す状態にハンドル部３が設けられている。
ハンドル部３の基部前側には、トリガ形式のスイッチレバー４が配置されている。このスイッチレバー４を使用者が指先で引き操作（オン操作）すると、メインスイッチ４ａがオンする。メインスイッチ４ａのオン信号に基づいて、本体部２の後部に内蔵された電動モータ１０が起動する。このスイッチレバー４の上側には、正逆切り換えレバー７が配置されている。この正逆切り換えレバー７は、ハンドル部３の基部を左右に貫通する状態に配置されたもので、左端部若しくは右端部を押し込んで移動させることにより電動モータ１０の回転方向を正転側若しくは逆転側に切り換えることができる。電動モータ１０を正転させることによりねじ締めがなされ、逆転させることによりねじ緩めがなされる。
また、ハンドル部３の先端には、バッテリパック５を取り付けるためのバッテリ取り付け台座部６が設けられている。このバッテリパック５を電源として電動モータ１０が作動する。
電動モータ１０の回転動力は、三つの遊星歯車機構を有する変速装置Ｈにより減速されてスピンドル１１に出力される。スピンドル１１の先端には、ドリルビット等の先端工具を装着するためのチャックが取り付けられている。図では、先端工具及びチャックの図示が省略されている。
三つの遊星歯車機構は電動モータ１０からスピンドル１１に至る動力伝達経路に介在されている。以下、動力伝達経路の駆動側（電動モータ１０側）から第１段遊星２０、第２段遊星３０、第３段遊星４０と略称し、それぞれを構成するギヤについても第１〜第３の名称を付して区別する。この第１〜第３段遊星２０，３０，４０の詳細が図２に示されている。本実施形態では、第１段遊星２０は高速出力用として機能し、第２段遊星３０は低速出力用として機能する。
第１〜第３段遊星２０，３０，４０は、本体部２に固定した円筒形のギヤハウジング１５及びフロントハウジング１６内に組み込まれて、電動モータ１０の出力軸１０ａに同軸に配置され、またスピンドル１１に同軸に配置されている。以下、スピンドル１１の回転軸線（電動モータ１０の出力軸１０ａの回転軸線）を機軸Ｊとも言う。この機軸Ｊ上に電動モータ１０、第１〜第３段遊星２０，３０，４０及びスピンドル１１が同軸に配置されている。この機軸Ｊに沿った方向が当該電動工具１の機軸方向であり、この機軸Ｊ方向が本体部２の長手方向となる。
【０００８】
電動モータ１０の出力軸１０ａに第１段遊星２０の第１段太陽ギヤ２１が取り付けられている。この第１段太陽ギヤ２１には三つの第１段遊星ギヤ２２〜２２が噛み合わされている。第１段太陽ギヤ２１に対する三つの第１段遊星ギヤ２２〜２２の歯数が増速の関係に設定されているため、当該第１段遊星２０が高速出力用として機能する。
この三つの第１段遊星ギヤ２２〜２２は、支軸２２ａを介して共通キャリア２３に回転自在に支持されている。この共通キャリア２３は、第１段遊星２０及び第２段遊星３０の共通のキャリアとして機能する。また、この三つの第１段遊星ギヤ２２〜２２は、第１段インターナルギヤ２４に噛み合わされている。第１段インターナルギヤ２４は、第１段ワンウエイクラッチ２５を介してギヤハウジング１５の内面に沿って取り付けられている。この第１段インターナルギヤ２４は、第１段ワンウエイクラッチ２５によって機軸Ｊ回りの右回転又は左回転が規制された状態とそれぞれ許容された状態に切り換えられる。この第１段ワンウエイクラッチ２５には、従来公知の双方向型のワンウエイクラッチが用いられている。この第１段ワンウエイクラッチ２５の詳細については後述する。
第１段太陽ギヤ２１には、より小径の第２段太陽ギヤ３１が同軸かつ一体に設けられている。この第２段太陽ギヤ３１には三つの第２段遊星ギヤ３２〜３２が噛み合わされている。第２段太陽ギヤ３１に対する三つの第２段遊星ギヤ３２〜３２の歯数が減速の関係に設定されているため、当該第２段遊星３０が低速出力用として機能する。
この三つの第２段遊星ギヤ３２〜３２は、支軸３２ａを介して共通キャリア２３に回転自在に支持されている。
三つの第２段遊星ギヤ３２〜３２は、第２段インターナルギヤ３４に噛み合わされている。この第２段インターナルギヤ３４は、第２段ワンウエイクラッチ３５を介してギヤハウジング１５の内面に沿って取り付けられている。この第２段ワンウエイクラッチ３５にも従来公知の双方向型のワンウエイクラッチが用いられている。この第２段インターナルギヤ３４は、第２段ワンウエイクラッチ３５によって機軸Ｊ回りの回転が規制される向きを電動モータ１０の回転方向に合わせて右回転と左回転で切り換えられる。この第２段ワンウエイクラッチ３５の詳細についても後述する。
共通キャリア２３の前面中心には、第３段遊星４０の第３段太陽ギヤ４１が一体に設けられている。この第３段太陽ギヤ４１には三つの第３段遊星ギヤ４２〜４２が噛み合わされている。この三つの第３段遊星ギヤ４２〜４２は、第３段キャリア４３に回転自在に支持されている。また、この三つの第３段遊星ギヤ４２〜４２は、第３段インターナルギヤ４４に噛み合わされている。この第３段インターナルギヤ４４はフロントハウジング１６の内面に沿って取り付けられている。この第３段インターナルギヤ４４は、機軸Ｊ回りの回転及び機軸Ｊ方向に移動について固定されている。
第３段キャリア４３の前面中心にスピンドル１１が同軸に結合されている。スピンドル１１は、軸受け１３，１４を介して機軸Ｊ回りに回転自在な状態でフロントハウジング１６に支持されている。このスピンドルの先端にチャックが取り付けられる。
【０００９】
前記したように第１段遊星２０及び第２段遊星３０のインターナルギヤ２４，３４の機軸Ｊ回りの回転は、それぞれ双方向型の第１段ワンウエイクラッチ２５及び第２段ワンウエイクラッチ３５によって電動モータ１０の正転又は逆転に合わせてその回転規制方向が切り換えられる。図３及び図５において、第１段遊星２０及び第２段遊星３０の各ギヤに付された矢印は、電動モータ１０の正転時（左回り）における回転方向を示している。但し、第１段、第２段インターナルギヤ２４，３４については、規制される回転方向を示している。なお、遊星歯車機構の性質より、太陽ギヤ２１，３１と共通キャリア２３の回転方向は同じで、電動モータ１０の回転方向に一致する。また、遊星ギヤ２４，３４の回転方向は、インターナルギヤ２４，３４の回転方向若しくは回転トルクの付加方向に一致する。
第１段ワンウエイクラッチ２５の詳細が図３及び図４に示されている。この第１段ワンウエイクラッチ２５は、クラッチリング２６と複数の係合部材（係合ピン）２７〜２７を備えている。クラッチリング２６は、第１段インターナルギヤ２４の外周側に一定の角度範囲で機軸Ｊ回りに回転可能な状態でギヤハウジング１５の内周側に支持されている。このクラッチリング２６には、その周方向３等分位置に係合凸部２６ａ〜２６ａが一体に設けられている。ギヤハウジング１５の内周側には、その周方向３等分位置に区画壁部１５ａ〜１５ａが内周側へ突き出す状態に設けられている。隣接する２区画壁部１５ａ，１５ａ間に各係合凸部２６ａが進入している。各係合凸部２６ａと区画壁部１５ａとの間に１つずつ係合部材２７が配置されている。ギヤハウジング１５の隣接する２区画壁部１５ａ，１５ａによって形成される３つの周方向円弧型の空間部２８〜２８の径方向の幅は、その周方向中央部に形成された平坦面１５ｂによって狭くなっている。この平坦面１５ｂに対して係合凸部２６ａが変位することにより、狭くなったくさび形の隙間に食い込む係合部材２７が切り換えられ、これにより第１段インターナルギヤ２４の回転が規制される方向が切り換えられる。電動モータ１０の正転、逆転によって変化する第１段インターナルギヤ２４の回転方向に合わせてクラッチリング２６を一定角度回転させることによりくさび形の隙間に食い込む係合部材２７を係合凸部２６ａの左右で切り換えることができる。
図４に示すようにクラッチリング２６の外周には、各係合凸部２６ａに対応して作動凹部２６ｂが設けられている。上部の作動凹部２６ｂには、第１段切り換えレバー５２の一端側が進入している。この第１段切り換えレバー５２は、支軸５３を介してギヤハウジング１５に左右傾動可能に支持されている。第１段切り換えレバー５２の他端側には、駆動レバー５１が相互に回転可能な状態で結合されている。この駆動レバー５１は、切り換えモータ５０の出力軸５０ａに取り付けられている。切り換えモータ５０は、本体部２の上部に取り付けられている。この切り換えモータ５０もバッテリパック５を電源として駆動する。
【００１０】
この切り換えモータ５０は、電動モータ１０の負荷が一定条件に達した時に正転側に起動し、又は逆転側に起動する。切り換えモータ５０の起動条件は、常時検知される電動モータ１０の電圧、電流及び回転数等の種々要因（負荷状態）に基づいて予め定められている。この切り換えモータ５０は、電動モータ１０の負荷状態に基づいて一定角度正転し、又は一定角度逆転し、これにより駆動レバー５１が一定角度の範囲で左右に傾動する。駆動レバー５１が左右に傾動することにより、第１段切り換えレバー５２が逆方向にほぼ同じ角度だけ傾動する。第１段切り換えレバー５２が左右に傾動することにより、第１段クラッチリング２６が機軸Ｊ回りに一定角度だけ回転する。第１段クラッチリング２６が左右に一定角度回転することにより、その各係合凸部２６ａがギヤハウジング１５の平坦面１５ｂに対して、第１段インターナルギヤ２４の回転方向について前側又は後ろ側（以下単に前側又は後ろ側という。）に変位し、これによりくさび形の隙間に食い込む係合部材２７が係合凸部２６ａの前側又は後ろ側で切り換えられる。くさび形の隙間に食い込む係合部材２７が係合凸部２６ａの前側又は後ろ側で切り換えられることにより、第１段インターナルギヤ２４の回転規制方向が切り換えられ、従って当該第１段インターナルギヤ２４の回転が規制される状態と回転が許容される状態とが切り換えられる。第１段インターナルギヤ２４の回転方向について、係合凸部２６ａが平坦面１５ｂよりも前側へ変位すると、係合部材２７の食い込み方向と第１段インターナルギヤ２４の回転方向が一致するため、後ろ側の係合部材２７がくさび形の隙間に食い込まれて第１段インターナルギヤ２４の回転が規制される。第１段インターナルギヤ２４の回転方向について、係合凸部２６ａが平坦面１５ｂよりも後ろ側へ変位すると、前側の係合部材２７の食い込み方向と第１段インターナルギヤ２４の回転方向が一致しないため、前後何れの係合部材２７，２７も食い込まれず、従って第１段インターナルギヤ２４の回転が許容される。
駆動レバー５１の他端側には、当該変速装置Ｈの変速状態を検知するための変速センサ５４が取り付けられている。この変速センサ５４には磁気センサが用いられている。この変速センサ５４によって、駆動レバー５１の傾動方向が検知される。磁気センサ５４によって、駆動レバー５１の傾動方向が検知されることによって、クランチリング２６の回転位置が検知され、これにより第１段インターナルギヤ２６の回転規制方向が区別され若しくは両方向について回転が規制されない回転フリー状態であることが検知される。
【００１１】
次に、図５及び図６には、第２段ワンウエイクラッチ３５の詳細が示されている。この第２段ワンウエイクラッチ３５も第１段ワンウエイクラッチ２５と同様、１つの第２段クラッチリング３６と複数の係合部材（係合ピン）３７〜３７を備えている。第２段クラッチリング３６は、第２段インターナルギヤ３４の外周側に一定の角度範囲で機軸Ｊ回りに回転可能な状態でギヤハウジング１５の内周側に支持されている。この第２段クラッチリング３６にもその周方向３等分位置に係合凸部３６ａ〜３６ａが一体に設けられている。また、各係合凸部３６ａ〜３６ａに対応して、ギヤハウジング１５の内周側には、その周方向３等分位置に区画壁部１５ｄ〜１５ｄが内周側へ突き出す状態に設けられている。隣接する２区画壁部１５ｄ，１５ｄ間に各係合凸部３６ａが進入している。各係合凸部３６ａと区画壁部１５ｄとの間に１つずつ係合部材３７が配置されている。ギヤハウジング１５の隣接する２区画壁部１５ｄ，１５ｄによって形成される３つの周方向円弧型の空間部２８〜２８の径方向の幅は、その周方向中央部に形成された平坦面１５ｅによって狭くなっている。この平坦面１５ｅに対して係合凸部３６ａが変位することにより、狭くなったくさび形の隙間に食い込む係合部材３７が切り換えられる。電動モータ１０の正転、逆転によって変化する第２段インターナルギヤ３４の回転方向に合わせてクラッチリング３６を一定角度回転させることによりくさび形の隙間に食い込む係合部材３７を係合凸部３６ａの左右で切り換えることができる。
【００１２】
図６に示すようにクラッチリング３６の外周には、各係合凸部３６ａに対応して作動凹部３６ｂが設けられている。下部の作動凹部３６ｂには、第２段切り換えレバー５５の一端側が進入している。この第２段切り換えレバー５５は、支軸５６を介してギヤハウジング１５に左右傾動可能に支持されている。この第２段切り換えレバー５５の下方に、正逆切り換えレバー７が配置されている。正逆切り換えレバー７の長手方向中央には、係合ブロック体８が一体に設けられている。この係合ブロック体８には上方に開口する作動凹部８ａが設けられている。この作動凹部８ａに第２段切り換えレバー５５の他端部が進入している。このため、正逆切り換えレバー７を正転側若しくは逆転側に押し込み操作すると、これに連動して第２段切り換えレバー５５が支軸５６を中心にして左右に傾動し、これにより第２段クラッチリング３６が機軸Ｊ回りに一定の角度だけ回転する。第２段クラッチリング３６が一定角度回転することにより、その各係合凸部３６ａがギヤハウジング１５の平坦面１５ｅに対して前側又は後ろ側に変位し、これによりくさび形の隙間に食い込む係合部材３７が係合凸部３６ａの前側又は後ろ側に切り換えられる。くさび形の隙間に食い込む係合部材３７が係合凸部３６ａの前側又は後ろ側で切り換えられることにより、第２段インターナルギヤ３４の回転規制方向が切り換えられ、従って当該第２段インターナルギヤ３４の回転が電動モータ１０の正転時及び逆転時の何れにも規制される状態に切り換えられる。電動モータ１０を正転又は逆転に切り換えると、これに合わせて第２段ワンウエイクラッチ３５の回転規制方向が自動的に切り換わって、第２段インターナルギヤ３４が常時回転規制状態に維持される。
係合ブロック体８には、電動モータ１０の回転方向を検知するための正逆センサ９が取り付けられている。この正逆センサ９にも磁気センサが用いられている。正逆切り換えレバー７を正転側又は逆転側に押し込み操作するとこの正逆センサ９がオン、オフし、これにより電動モータ１０の回転方向が間接的に検知される。
【００１３】
以上のように構成した変速装置Ｈによれば、スピンドル１１に付加される外部トルク（負荷）が一定値以上に高まると高速低トルク出力状態（初期状態）から低速高トルク出力状態に自動的に切り換わり、その後外部トルクが低下すると初期状態に自動的にリセットされる。図７には、電動モータ１０の正転時及び逆転時において、外部トルクの変化に伴う当該変速装置Ｈの動作状況が示されている。以下、この図７に沿って変速装置Ｈの動作状況を説明する。図７において上段側は電動モータ１０の正転時を示し、下段側は電動モータ１０の逆転時を示している。電動モータ１０の正転時から説明する。
正逆切り換えレバー７を正転側（図６において右側）に切り換えてスイッチレバー４を引き操作すると、電動モータ１０が正転側（左回り）に起動する。又、図５及び図６に示すように正逆切り換えレバー７を正転側に切り換えると、これに伴って第２段切り換えレバー５５が傾動して第２段ワンウエイクラッチ３５のクラッチリング３６が図６に示すように右回りに一定角度だけ回転する。このため、図５において各係合凸部３６ａのインターナルトルク付加方向（インターナルギヤ２４，３４に付加される回転トルクの付加方向、以下同じ）の後ろ側の係合部材３７がくさび形の隙間に食い込むことにより、第２段インターナルギヤ３４の右回りの回転がロック（規制）された状態となる。
なお、各ギヤ及びクラッチリング等の回転方向については、スピンドル１１側から見た方向を言うものとする。従って、図３〜図７において、時計回り方向の回転を単に右回転あるいは右回りと言い、反時計回り方向の回転を単に左回転あるいは左回りと言う。
【００１４】
電動モータ１０の起動当初は、スピンドル１１に付加される外部トルクが低いため、電動モータ１０の負荷が小さく、従って切り換えモータ５０は駆動レバー５１及び第１段切り換えレバー５２を図３及び図４に示す正転時高速位置に位置させた初期状態で停止している。この正転時起動当初の変速装置Ｈの動作状況が図７の(A)段に示されている。
切り換えモータ５０の初期状態であって、第１段切り換えレバー５２が正転時高速位置に位置する状態では、クラッチリング２６が図４に示す右回転規制位置に保持されている。クラッチリング２６が右回転規制位置に位置する状態では、図３に示すように各係合凸部２６ａに対してインターナル回転方向後ろ側の係合部材２７がくさび形の隙間に食い込む状態となり、その結果第１段インターナルギヤ２４の右回転がロックされた状態となる。このため、第１段遊星２０では、太陽ギヤ２１が左回りして各遊星ギヤ２２が高速で右回りすることにより共通キャリア２３が機軸Ｊ回りを高速で左回りに回転する。なお、この時第２段遊星３０では、太陽ギヤ３１が太陽ギヤ２１と一体で左回転して各遊星ギヤ３２が低速で右回転するが供給キャリア２３が高速で左回りに回転するため、第２段インターナルギヤ３４が左回りに回転する。その結果、インターナルギヤ２４が回転しない第１段遊星２０の減速比が有効となって共通キャリア２３から第３段遊星４０に入力され、これによりスピンドル１１が高速で左回転する。スピンドル１１が左回りに高速で回転することによりねじ締めが迅速に行われる（(A)段：正転時高速出力状態）。
【００１５】
ねじ締めが進行してスピンドル１１に付加される外部トルクが高まって、電動モータ１０の負荷が予め定めた一定の条件を満たす状態になると、これに基づいて切り換えモータ５０が起動する。切り換えモータ５０が起動すると駆動レバー５１が図４に示す位置から反時計回り方向に一定角度回転してほぼ直立した位置に移動し、その結果第１段切り換えレバー５２が図４に示す正転時高速位置から支軸５３を中心にして一定角度回転して同じくほぼ直立した低速位置に移動する。この時の変速装置Ｈの動作状況が図７において(B)段に示されている。
第１段切り換えレバー５２が直立した低速位置に移動すると、第１段ワンウエイクラッチ２５のクラッチリング２６が図４に示す位置から左回りに一定角度回転する。クラッチリング２６が図４に示す位置から左回りに一定角度回転すると、周方向の位置について各係合突部２６ａが平坦面１５ｂに一致する中立位置に至るため、インターナルトルク付加方向について前側及び後ろ側の何れの係合部材２７もくさび形の隙間に食い込まない状態となり、その結果第１段インターナルギヤ２４の右回り及び左回りの回転が許容されるフリー状態となる。このインターナルフリー状態では、(A)段と同様太陽ギヤ２１が左回転し、遊星ギヤ２２が高速で右回転するがインターナルギヤ２４が右回りに回転するため、当該第１遊星２０ではキャリア２３に対して回転トルクが伝達されない。この場合、第２段インターナルギヤ３４が右回りに回転ロックされていることから、第２段遊星３０の太陽ギヤ３１が太陽ギヤ２１と一体で左回りに回転し、各遊星ギヤ３２が低速で右回りに回転することにより共通キャリア２３が低速で左回りに回転し、これが第３段遊星４０を経てスピンドル１１に出力される。このように、第２段遊星３０の減速比が有効になってスピンドル１１に低速高トルクが出力されることによりねじ締めが大きなトルクで引き続き確実になされる（(B)段：正転時低速出力状態）。
ねじ締めが完了して、スピンドル１１に装着したねじ締めビットをねじから外すとスピンドル１１は無負荷状態になるため、電動モータ１０の負荷が除去される。電動モータ１０の負荷が低下若しくは除去されると、切り換えモータ５０が逆転して駆動レバー５１及び第１段切り換えレバー５２が図３及び図４に示す正転時高速位置に戻されるため、第１インターナルギヤ２４の右回転が規制される状態となって第１段遊星２０が有効となり、従って変速装置Ｈが(A)段の初期状態（高速低トルク出力状態）に自動的にリセットされる。このため、その直後に別のねじ締め作業を引き続き行う場合に、従来のようにスイッチレバー４を一旦オフ操作することなくオン操作した状態のまま変速装置Ｈの初期状態でねじ締めを迅速に開始及び進行することができる。
このように、電動モータ１０の正転時では、第１ワンウエイクラッチ２５のクラッチリング２６の位置を切り換えることにより、第１段インターナル２４を右回転ロック状態から回転フリー状態へ、あるいはその逆に切り換えることにより、高速用の第１段遊星２０と低速用の第２段遊星３０を切り換え、これによりスピンドル１１の出力状態を高速低トルク出力状態と低速高トルク出力状態との間で自動的にかつ双方向で切り換えることができる。
【００１６】
次に、既に締め付けられたねじを緩める作業を行う場合には、正逆切り換えレバー７を逆転側に移動操作（図６において左方へ押し操作）して電動モータ１０の回転方向を逆転側に切り換える。電動モータ１０の逆転（右回り）時における変速装置Ｈの動作状況が図７において(C)段と(D)段に示されている。
正逆切り換えレバー７を逆転側に移動操作すると、第２段ワンウエイクラッチ３５のクラッチリング３６が図６に示す位置から左回りに一定角度回転する。すると、図５において係合凸部３６ａが平坦面１５ｂに対してインターナルトルク付加方向前側に変位して、逆転時左回りの回転トルクが付加される第２段インターナルギヤ３４のトルク付加方向後ろ側の係合部材３７がくさび形の隙間に食い込む状態となって、この場合も電動モータ１０の逆転に伴う第２段インターナルギヤ３４の逆転（左回転）がロックされた状態となる。
また、正逆センサ９により正逆切り換えレバー７が逆転側に切り換えられたことが検知され、これに基づいて切り換えモータ５０が起動して第１段切り換えレバー５２が図４に示す逆転時高速位置（逆転時の初期位置）に移動する。第１段切り換えレバー５２が逆転時高速位置に移動すると、第１段クラッチリング２６が図４に示す位置から左回りに一定角度回転して、各係合凸部２６ａが平坦面１５ｂに対してインターナルトルク付加方向前側へ変位する。このため、インターナルトルク付加方向後ろ側の係合部材２７がくさび形の隙間に食い込まれて第１段インターナルギヤ２４の左回転がロックされる状態となって、高速用の第１段遊星２０が有効となる結果、変速装置Ｈは初期状態である高速低トルク出力状態となる。
逆転起動当初、スピンドル１１の負荷が小さい状態であれば、(C)段に示すように第１遊星２０のインターナルギヤ２４が左回りにロックされているため共通キャリア２３が高速で右回転して当該第１段遊星２０が有効となり、その結果第２段遊星３０のインターナルギヤ３４が右回りして当該第２段遊星３０が無効となって、スピンドル１１は高速で右回転する（逆転時高速低トルク出力状態）。
【００１７】
しかしながら、ねじ締めビットをねじにセットした状態でスイッチレバー４をオン操作して電動モータ１０を逆転側に起動すると、その起動当初より大きなトルクを必要とするため、電動モータ１０の負荷がねじ緩め当初から高くなる。このため、電動モータ１０の起動直後に、これが検知されて切り換えモータ５０が起動して第１段切り換えレバー５２が直立した低速位置に戻される。この時の動作状況が(D)段に示されている。
第１段切り換えレバー５２が低速位置に移動すると、第１段ワンウエイクラッチ２５が中立位置に切り換わって第１段インターナルギヤ２４が回転フリー状態となる。このため、太陽ギヤ２１が右回りに回転し、各遊星ギヤ２２が高速で左回りに回転するが、第１段インターナルギヤ２４が左回りに回転して当該第１段遊星２０の減速比が無効となる。この場合には、インターナルギヤ３４の左回転がロックされた低速用の第２段遊星３０において、太陽ギヤ３１が太陽ギヤ２１と一体で右回りに回転し、各遊星ギヤ３２が低速で左回転することにより共通キャリア２３が低速で右回りに回転し、これが有効に第３遊星４０を経てスピンドル１１に出力されてねじを確実に緩めることができる（逆転時低速高トルク出力状態）。
ねじ緩めが進行して電動モータ１０の負荷が低下すると、これが検知されて切り換えモータ５０が逆転し、これにより(C)段に示すように第１段切り換えレバー５２が図４に示す逆転時高速位置に移動して第１段インターナルギヤ２４の左回転がロックされた初期状態にリセットされる。このため、ねじ緩めが進行して電動モータ１０の負荷が小さくなると、変速装置Ｈが自動的に高速低トルク出力状態（逆転時の初期位置）に切り換わってその後のねじ緩めが迅速に行われる。
このように、電動モータ１０の逆転時でも、スピンドル１１の負荷の増減に応じて第１ワンウエイクラッチ２５のクラッチリング２６の位置を切り換えて、第１段インターナルギヤ２４を左回転ロック状態から回転フリー状態へ、あるいはその逆に切り換えることにより、高速用の第１段遊星２０と低速用の第２段遊星３０の有効、無効を切り換え、これによりスピンドル１１の出力状態を高速低トルク出力状態（(C)段）と低速高トルク出力状態（(D)段）との間で自動的にかつ双方向で切り換えることができる。
【００１８】
本実施形態の電動工具１は、以上説明した自動変速機能に加えて出力固定機能を備えている。本実施形態では、自動変速モードと、高速固定モードと、低速固定モードに切り換えることができる。図８には、各モードを切り換え操作するためのモード切り換え操作部６０が示されている。このモード切り換え操作部６０は、バッテリ取り付け部６の上面に設けられている。このモード切り換え操作部６０には、「Ｈｉ」の表示がなされた高速固定ボタン６１と、「Ａｕｔｏ」の表示がなされた自動変速ボタン６２と、「Ｌｏ」の表示がなされた低速固定ボタン６３が配置されている。
高速固定ボタン６１を押し操作すると、高速固定モードが有効になって、変速装置Ｈは高速低トルク出力状態に固定される。このため、スピンドル１１の外部トルクが高まって電動モータ１０の負荷が大きくなっても、切り換えモータ５０は作動せず、第１段切り換えレバー５２は正転時高速位置若しくは逆転時高速位置に固定されて変速装置Ｈは高速低トルク出力状態に維持される。
自動変速ボタン６２を押し操作すると、自動変速モードが有効になって、変速装置Ｈは上記説明したように電動モータ１０の正転時及び逆転時の双方について、スピンドル１１の外部トルクに基づいて自動的に高速低トルク出力状態から低速高トルク出力状態あるいはその逆に自動的に変速される。
低速固定ボタン６３を押し操作すると、低速固定モードが有効になって、変速装置Ｈは低速高トルク出力状態に固定される。この低速固定モードでは、切り換えモータ５０が第１段切り換えレバー５２を直立状態の低速位置に位置させた状態にロックされる。このため、スピンドル１１の外部トルクに関係なく、電動工具１を低速高トルク出力状態に固定して使用することができる。
モード切り換え操作部６０の出力信号は、制御部Ｃに入力される。この制御部Ｃには、電動モータ１０及び切り換えモータ５０の起動、停止を制御するためのモータ駆動部が組み込まれている。また、この制御部Ｃには、正逆センサ９と変速センサ５４の出力信号及びスイッチレバー４の操作によるメインスイッチ４ａのオン信号が入力される。
【００１９】
以上説明したように、本実施形態の変速装置Ｈによれば、第１段遊星２０のインターナルギヤ２４がワンウエイクラッチ２５で支持されて、その回転規制状態（高速低トルク出力状態）と回転許容状態（低速高トルク出力状態）がスピンドル１１に付加される外部トルクの大きさに基づいて自動的に切り換えられるのであり、従来のように一旦スイッチレバー４をオフ操作することなく、スイッチレバー４をオン操作した状態のままであっても外部トルクが除去若しくは小さくなると変速装置Ｈが自動的に初期状態にリセットされる。このため、連続したねじ締め作業、ねじ緩め作業あるいは孔明け作業を迅速かつ確実に行うことができ、この点で当該電動工具１の使い勝手をよくすることができる。
以上説明した実施形態には、種々変更を加えて実施することができる。例えば、第３遊星歯車機構４０は省略することができる。
また、ねじの緩め作業を考慮して正逆切り換えタイプの電動工具１を例示したが、ねじ締め専用あるいは孔明け専用の正転のみの電動工具に適用することもできる。正転のみの場合には、第２段ワンウエイクラッチ３５の回転規制方向を切り換えるための機構を省略することができる。具体的には、第２段切り換えレバー５５、係合ブロック体８を省略して、第２段クラッチリング３６を一定に位置（例えば図５及び図６に示す位置）に固定した構成とすることができる。係る構成では、図７に示す(A)段と(B)段のみの動作（若しくは(C)段と(D)段のみの動作）がなされて、１方向出力について高速と低速の自動変速がなされる。
さらに、電動工具として孔明け、ねじ締め兼用機を例示したが、いずれか一方の単能機に適用することもできる。
【符号の説明】
【００２０】
１…電動工具
２…本体部
Ｊ…機軸（スピンドルの回転軸）
３…ハンドル部
４…スイッチレバー、４ａ…メインスイッチ
５…バッテリパック
７…正逆切り換えレバー
９…正逆センサ（磁気センサ）
１０…電動モータ
１１…スピンドル
１５…ギヤハウジング、１５ａ…区画壁部、１５ｂ…平坦面
Ｈ…変速装置
２０…第１段遊星歯車機構
２３…共通キャリア
２４…第１段インターナルギヤ
２５…第１段ワンウエイクラッチ
２６…第１段クラッチリング、２６ａ…係合凸部、２６ｂ…作動凹部
２７…係合部材（係合ピン）
３０…第２段遊星歯車機構
３４…第２段インターナルギヤ
３５…第２段ワンウエイクラッチ
３６…第２段クラッチリング、３６ａ…係合凸部、３６ｂ…作動凹部
３７…係合部材（係合ピン）
４０…第３段遊星歯車機構
５０…切り換えモータ
５２…第１段切り換えレバー
５４…変速センサ（磁気センサ）
５５…第２段切り換えレバー
６０…モード切り換え操作部
６１…高速固定ボタン
６２…自動変速ボタン
６３…低速固定ボタン
Ｃ…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010264578.tif 000008
【図７】
2010264578.tif 000009
【図８】
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