(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンギアとこれに噛み合う遊星ギア及びサンギアと同心で遊星ギアが噛み合っているリングギアからなる遊星機構を軸方向に複数個設けて、各遊星機構におけるリングギアのなかの一つの回転を阻止し、他を回転自在とすることで出力を取り出すとともに回転を阻止するリングギアの選択にて減速比の切り換えを行う遊星変速装置であって、少なくとも一つのリングギアを一方向にのみ回転自在とするワンウェイクラッチを介して支持するとともに、ワンウェイクラッチで支持されていない回転自在なリングギアの回転を阻止するロック部材を設けて、後者のリングギアが回転可能な状態においてワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアをワンウェイクラッチによって回転阻止状態とし、上記ロック部材による後者のリングギアの回転阻止状態においてワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアを回転可能としているものであって、上記ワンウェイクラッチは、外レース及び内レースと、両レースの間に形成された楔状空間に配されるローラやボール等からなる噛み込み部材と、この噛み込み部材を楔状空間における狭い方の空間側に押し込む付勢ばねとを備えたものであるとともに、空間が狭くなる方向が異なる２種の楔状空間を備えたものであり、楔状空間内を移動自在であり且つ楔状空間における広い方の空間側への移動時に噛み込み部材を楔状空間における広い方の空間側に強制的に留める位置規制部材を両種楔状空間の間に配置するとともに、この位置規制部材の両側に夫々噛み込み部材及び付勢ばねを配置して、ワンウェイクラッチの回転可能方向の切り換えが可能であり且つ該切り換えでモータの正逆両回転に対応するものとなっていることを特徴とする遊星変速装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遊星機構を利用した遊星変速装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
変速装置として、複数の遊星機構を軸方向に並べてこれら遊星機構における複数の部材の回転拘束を選択的に行なうことによって、異なる変速比の出力を得られるようにしたものがある。このような遊星変速装置は、入力軸と出力軸とを同心に配置することができるとともに得られる減速比に比してコンパクトにまとめることができるために、電動工具において多用されており、またこのような変速装置の使用により、その電動工具は、ねじ締めや孔明け作業に際して、初期作業を低トルク高速回転で行い、最終的な作業は高トルク低速回転で行うことができて高い作業効率を発揮するものとなる。
【０００３】
たとえば、特開昭６３−１０１５４５号公報には、同軸に設けられて一体に回転する２つのサンギアを設けるとともに、これらサンギアに夫々噛み合う２種の遊星ギアと、各遊星ギアに夫々噛合する２種のリングギアと、各遊星ギアを共に支持するキャリアとを設けるとともに、遊転自在となっている２種のリングギアの回転を選択的に阻止する部材を設けて、いずれのリングギアの回転を止めるかによって、キャリアから異なる変速比の出力を取り出せるようにしたものが示されており、また特開昭６３−１８６０５４号公報には、リングギアにかかる負荷に応じて移動して回転を阻止するリングギアの切り換えを行う部材を設けることで、手動操作によらずに負荷の大小に応じて自動的に変速されるようにしたものが示されている。
【０００４】
このために、少なくとも一つのリングギアを一方向にのみ回転自在とするワンウェイクラッチを介して支持してこのリングギアの回転阻止をワンウェイクラッチによって行うものが提案されている。この場合、ワンウェイクラッチで支持されたリングギアについては回転阻止部材を係合させなくともワンウェイクラッチによって回転阻止がなされるために、衝突が生じることがないものとなる。そして、他方のリングギアの回転阻止中の上記リングギアの空転は、ワンウェイクラッチにおける回転自在となっている方向となるために問題は生じない。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１０１５４５号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１８６０５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記機構による変速では、回転を止めているリングギアとこのリングギアに噛み合う遊星ギアとによって出力が取り出されるものであり、回転を止めていない方のリングギアは出力を取り出している間、空転している状態にある。このために、動作中の変速は、空転中のリングギアの回転を強制的に止めることになり、この時、リングギアの回転阻止力の設定の関係から、リングギアに設けた係合部に回転阻止部材を係合させることによってリングギアの回転を止めているために、リングギアと回転阻止部材との間で衝突が生じるものであり、この衝突が騒音や振動をもたらすとともに、リングギア及び回転阻止部材の寿命を低下させてしまう。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは動作中の変速時にも衝突が生じることがなくて騒音や振動が少ない遊星変速装置を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、サンギアとこれに噛み合う遊星ギア及びサンギアと同心で遊星ギアが噛み合っているリングギアからなる遊星機構を軸方向に複数個設けて、各遊星機構におけるリングギアのなかの一つの回転を阻止し、他を回転自在とすることで出力を取り出すとともに回転を阻止するリングギアの選択にて減速比の切り換えを行う遊星変速装置であって、少なくとも一つのリングギアを一方向にのみ回転自在とするワンウェイクラッチを介して支持するとともに、ワンウェイクラッチで支持されていない回転自在なリングギアの回転を阻止するロック部材を設けて、後者のリングギアが回転可能な状態においてワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアをワンウェイクラッチによって回転阻止状態とし、上記ロック部材による後者のリングギアの回転阻止状態においてワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアを回転可能としているものであって、ワンウェイクラッチは、外レース及び内レースと、両レースの間に形成された楔状空間に配されるローラやボール等からなる噛み込み部材と、この噛み込み部材を楔状空間における狭い方の空間側に押し込む付勢ばねとを備えたものであるとともに、空間が狭くなる方向が異なる２種の楔状空間を備えたものであり、楔状空間内を移動自在であり且つ楔状空間における広い方の空間側への移動時に噛み込み部材を楔状空間における広い方の空間側に強制的に留める位置規制部材を両種楔状空間の間に配置するとともに、この位置規制部材の両側に夫々噛み込み部材及び付勢ばねを配置して、ワンウェイクラッチの回転可能方向の切り換えが可能であり且つ該切り換えでモータの正逆両回転に対応するものとなっていることに特徴を有している。
【０００９】
本発明によれば、ワンウェイクラッチで支持されたリングギアについては回転阻止部材を係合させなくともワンウェイクラッチによって回転阻止がなされるために、衝突が生じることがないものであり、しかもワンウェイクラッチをその回転可能方向の切り換えが可能でこの切り換えにより正逆両回転に対応するために、電動ドライバーのように正逆回転が機能上求められるものにおいても適用することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の電動ドリルドライバー等の電動工具用とした一実施例に基づいて詳述すると、ギアケース１の一端開口側に配されるモータ６の出力軸６０には、歯数の異なる二つのサンギア１１，１２が固着されており、軸方向に並ぶこれらサンギア１１，１２には夫々複数個、図示例では３個ずつの遊星ギア２１，２２が噛み合っている。互いに歯数が異なる両遊星ギア２１，２２は共にキャリア４によって支持されたもので、遊星ギア２１はサンギア１１の回りに等間隔で、遊星ギア２２はサンギア１２の回りに等間隔で支持されており、両遊星ギア２１，２２は個々に自転を行なうものの、同じ公転を行なうものとなっている。
【００１１】
そして出力軸６０と同心に配されているリングギア３１に遊星ギア２１がかみ合っており、同じく出力軸６０と同心に配されているリングギア３２が遊星ギア２２とかみ合っている。軸方向に並ぶこれら２つのリングギア３１，３２のうち、リングギア３１は図５及び図８に示すようにその外周面に複数個の係合突起３５が周方向において等間隔に形成されたもので、ギアケース１に対して遊転自在とされている。またリングギア３２もギアケース１に対して遊転自在とされたものであるとともに、このリングギア３２は、ギアケース１を外レース３３０とするワンウェイクラッチ３３の内レース３３１を兼ねたものとなっている。
【００１２】
ここにおけるワンウェイクラッチ３３は、上述のようにギアケース１を外レース３３０、リングギア３２を内レース３３１とするとともに、両レース３３０，３３１間に形成された楔状空間にボール３３２を配したものとして形成されたフリーホイール型のもので、狭くなる方向が異なる２種の楔状空間を備えるともに、両種楔状空間の間に正逆切換リング７６から突設させた駆動片７７を位置させたもので、ギアケース１に対して正逆切換リング７６を回転させて、駆動片７７の両側に位置する一対のボール３３２，３３２のうちのいずれを駆動片７７で押圧するかによって、内レース３３１であるリングギア３２の回転可能方向を切り換えることができるものとなっている。
【００１３】
すなわち、駆動片７７が図９に示すように片側のボール３３２を楔状空間の広い方に押し込んでいる時、他方のボール３３２はばね３３３による付勢で楔状空間の狭い部分に位置しており、この状態では図中の矢印Ａ方向のリングギア３２（内レース３３１）の回転は可能であるが、図中の矢印Ｂ方向のリングギア３２の回転は阻止される。駆動片７７によって図中右側のボール３３２を図中右方に押す時には、逆に図中の矢印Ｂ方向のリングギア３２（内レース３３１）の回転が可能となるとともに矢印Ａ方向のリングギア３２の回転は阻止される。
【００１４】
ギアケース１内には、上記遊星機構及び正逆切換リング７６とワンウェイクラッチ３３の他に、係止リング７０が配設されている。軸方向にスライド自在とされている係止リング７０は、図６及び図８に示すように、一方向に移動した時にリングギア３１外周面の上記係合突起３５と係合する突起７１を具備しているもので、この係合によってリングギア３１の回転を阻止するとともに、そのスライドで係合突起３５と突起７１との係合が解除された時、リングギア３１の回転を許す。この係止リング７０の上記軸方向スライドは、図８及び図１１に示すソレノイドのような切換駆動部材７と、ギアケース１外面に軸６６に枢支されるとともに一端を切換駆動部材７に、他端を係止リング７０外周面から突設させた連結軸７２に連結させたレバー６５によってなされる。
【００１５】
上記両遊星ギア２１，２２を支持しているキャリア４は、サンギア４１を一体に備えており、このサンギア４１の回転はサンギア４１とリングギア４３とに噛み合う遊星ギア４２を支持しているキャリア４４に伝達され、更にキャリア４４の回転はオートロック機構５５を通じて出力軸５に伝達される。ここにおけるオートロック機構５５は、モータの回転を止めた時に出力軸５をギアケース１６に対して自動的にロックしてしまい、モータを回転させればこのロックを自動的に解除する機能をもつものであるが、この点については説明を省略する。また、上記リングギア４３も遊転自在として、このリングギア４３にクラッチばね４７のばね圧力でボール４８を係合させることで、負荷トルクが所定値以上になった時に出力軸５とサンギア４１とを切り離してしまうトルクリミッターを構成しているのであるが、この点についても説明を省略する。
【００１６】
今、図８(a)に示すように、係止リング７０がリングギア３１の回転を阻止しており、且つリングギア３２が図中矢印で示す方向について回転可能にワンウェイクラッチ３３が設定されている時、モータ６を回転させれば、その回転出力は、回転が阻止されているリングギア３１と噛み合った遊星ギア２１を通じてキャリア４に伝達される。この時、リングギア３２は出力軸５と逆方向に空転するが、この空転は図中矢印で示す回転が許されている方向である。
【００１７】
そして、モータ６の回転数検出手段等によって検出される負荷の増大に応じて切換駆動部材７が作動し、図８(b)に示すように係止リング７０が移動して係合突起３５と突起７１との係合を解除すれば、リングギア３１がフリーとなるとともに、負荷につながったキャリア４の停止がサンギア１１，１２に噛み合う遊星ギア２１，２２の自転でリングギア３１，３２を回転させようとするが、この時のリングギア３２の回転方向は、上記空転時とは逆方向に、つまりワンウェイクラッチ３３によって回転が阻止されている方向となるために、この時点からリングギア３２と噛み合った遊星ギア２２を通じてキャリア４、そして出力軸５に動力が伝達される。
【００１８】
サンギア１２の歯数がサンギア１１の歯数より少なく且つ遊星ギア２２の歯数が遊星ギア２１の歯数より多くなっていることから、高速回転低トルク状態から低速回転高トルク状態に切り換えられたことになる。しかもこの変速は、ワンウェイクラッチ３３を利用してリングギア３２の回転を止めるために、リングギア３１の係止突起３５から係止リング７０が離れるだけで、リングギア３２の回転阻止のために衝突が生じる部材が存在しておらず、従って動作中の変速であるにもかかわらず、スムーズで且つ騒音の無い変速がなされるものである。なお、低速回転高トルク状態から高速回転低トルク状態への復帰は、上記切換駆動部材７の復帰によって行われるとともに、この変速は、モータ６の停止時、またはモータ６の起動時に行われる。
【００１９】
正逆切換リング７６を回転させることで、ワンウェイクラッチ３３による回転規制方向を逆にするとともにモータ６の回転方向を逆にした時には、当初、係止リング７０によって回転が止められているリングギア３１に噛み合う遊星ギア２１を通じてキャリア４に動力が伝達され、この時、リングギア３２はワンウェイクラッチ３３における回転可能方向に空転し、負荷の増大の検出で切換駆動部材７が作動してリングギア３１がフリーとなれば、ワンウェイクラッチ３３によって回転が阻止されているリングギア３２とこれに噛み合う遊星ギア２２を通じてキャリア４に動力が伝達される。ワンウェイクラッチ３３は一つだけであるものの、その回転阻止方向を切り換えられるようにすることで、電動ドリルドライバーに求められる正転と逆転とにおいて、同じ動作を得られるようにしているわけである。モータ６を一方向にしか回転させないのであれば、ワンウェイクラッチ３３は回転阻止方向を切り換えられるものとしなくともよい。
【００２０】
なお、図示例における正逆切換リング７６は、図１０に示す回転方向切換ロッド８と、ギアケース１に軸９１で軸支されて一端を回転方向切換ロッド８に、他端を正逆切換リング７６に係合させた切換レバー９０とによってなされる。ここにおける回転方向切換ロッド８は、図１１に示すスイッチユニットＳＷとも連動しており、モータ６の回転方向の切り換えも同時になされる。スイッチユニットＳＷは、トリガースイッチハンドル９を引いた際のモータ６への通電制御や、トリガースイッチハンドル９を引く量に応じたモータ６の回転速度制御も行うものであるが、この点については説明を省略する。また、変速のための係止リング７０のスライド駆動を切換駆動部材７によって行うものを示したが、これに限るものではなく、手動で行うものであってもよい。
【００２１】
ところで、ワンウェイクラッチ３３の外レース３３０をギアケース１で兼用する場合、ギアケース１は単なる器ではなく、高い強度が必要なものとなり、金属で構成せざるを得ない。一方、楔状空間を構成するための面をギアケース１内面に形成しなくてはならず、内面形状が複雑となるために、切削加工が困難となる。このために、ここではギアケース１を焼結金属による成形品として形成することでこの点に対処するとともにコストアップを避けている。また、ギアケース１は通常、できるだけ少ない部品数で構成するが、正逆切換リング７６の動作空間を確保しつつ正逆切換リング７６とリングギア３２との間の摺動抵抗を無くして機構ロスの低減を図るために、リングギア３２のスラスト受け面となる突部１３もギアケース１に設けるとなると、ギアケース１の成形性が非常に悪くなるために、ここではギアケース１の一端は別部材である蓋部材１０で閉じるものとし、上記突部１３もギアケース１の一端に嵌合する蓋部材１０に一体に形成している。なお、図示例において３個設けられている突部１３は、ギアケース１に対する蓋部材１０の位置決め並びに心出しの機能も有するものとなっている。
【００２２】
ちなみに図２から図７までは、ギアケース１への各部品の組み込み順を示しており、切換レバー９０及び蓋部材１０を装着した後、図３に示すように、正逆切換リング７６とキャリア４を納め、次いで図４に示すように、遊星ギア２２及びリングギア３２とワンウェイクラッチ構成部材、図５に示すように、遊星ギア２１とリングギア３１、さらに図６に示すように係止リング７０を順に納めた後、図７に示すようにスラスト板１９を装着して組み立てる。
【００２３】
上記形状のギアケース１は、焼結金属による成形品としてではなく、金属製環状薄板の積層体として形成してもよい。所要形状に打ち抜いた金属薄板を重ねることで、必要となる形状のものとするわけである。この場合も製作が容易となるとともにコストダウンを図ることができる。また、ギアケース１全体を金属製とすると、重量の点で新たな問題が生じるが、強度が必要となる部分、つまりワンウェイクラッチ３３の外レース３３０となる部分のみを金属製とし、他の部分は合成樹脂で構成して軽量化を図ることができ、この場合、金属製部分をインサート成形するとよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、ワンウェイクラッチで支持されたリングギアについては回転阻止部材を係合させなくともワンウェイクラッチによって回転阻止がなされるために、衝突が生じることがなく、従ってスムーズな変速動作がなされるものとなっているものであり、しかもワンウェイクラッチはその回転可能方向が切換可能で正逆回転に対応するために、電動ドライバーのように正逆回転が機能上求められるものにおいても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例を示す縦断面図である。
【図２】同上のギアケースと蓋部材の背面図である。
【図３】同上のギアケースに正逆切換リングとキャリアとを組み込んだ状態の背面図である。
【図４】同上のギアケースにさらにワンウェイクラッチ構成部材とリングギア及び遊星ギアを組み込んだ状態の背面図である。
【図５】同上のギアケースに他のリングギア及び遊星ギアを組み込んだ状態の背面図である。
【図６】同上のギアケースにさらに係止リングを組み込んだ状態の背面図である。
【図７】同上のギアケースにさらにスラスト板を装着した状態の背面図である。
【図８】同上の動作を示すもので、(a)は変速前を示す斜視図、(b)は変速後を示す斜視図である。
【図９】同上のワンウェイクラッチの回転方向切り換え部分の説明図である。
【図１０】本発明にかかる遊星変速装置を備えた電動工具における回転方向切換操作部を示す断面図である。
【図１１】同上の電動工具の部分破断側面図である。
【符号の説明】
１ ギアケース
２２ 遊星ギア
３２ リングギア
３３ ワンウェイクラッチ
【図１】
0003664162.tif 000002
【図２】
0003664162.tif 000003
【図３】
0003664162.tif 000004
【図４】
0003664162.tif 000005
【図５】
0003664162.tif 000006
【図６】
0003664162.tif 000007
【図７】
0003664162.tif 000008
【図８】
0003664162.tif 000009
【図９】
0003664162.tif 000010
【図１０】
0003664162.tif 000011
【図１１】
0003664162.tif 000012