(57)【要約】本発明により、入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機が提供される。本発明の変速機は、環状リング、変速機の中心軸回りに回転可能な太陽歯車、変速機の中心軸回りに回転可能な遊星キャリア、および１組の遊星歯車を備える。各遊星歯車は、異なる直径の歯車セグメントを複数有している。各遊星歯車は、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されている。環状リングおよび太陽歯車は、例えば歯の噛み合いを介して、それぞれ歯車セグメントの１つと係合する。このギアは、ギア内の異なる位置における多様な係合手段を与え、したがって、潜在的に、少ない構成部品によって、低騒音、軽量、小型、ハイパワーを実現できる。
2009535583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機であって、当該変速機は、
少なくとも１つの環状リングと、
変速機の中心軸回りに回転可能な、少なくとも１つの太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、少なくとも１つの遊星キャリアと、
１組の遊星歯車と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられて、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
環状リングと太陽歯車は、１つの歯車セグメントと係合する、変速機。
【請求項２】
環状リングと太陽歯車は、異なる歯車セグメントと係合する、請求項１記載の変速機。
【請求項３】
環状リングと太陽歯車は、同じ歯車セグメントと係合する、請求項１記載の変速機。
【請求項４】
入力軸は、太陽歯車または遊星キャリアと共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項５】
環状リングは、基準系に対して少なくとも部分的にロックされている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項６】
第１構成または第２構成を切替可能に実現する構成切替手段をさらに有しており、
第１構成において、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転し、太陽歯車は、歯車セグメントの１つと係合する。
第２の構成において、入力軸は、出力軸と共に回転する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項７】
少なくとも２つの環状リングと、当該環状リングの一方を選択的に基準系に対して少なくとも部分的にロックする選択手段とを備える、請求項１〜６のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項８】
遊星歯車は、太陽歯車および環状リングと異なる２つの方法で係合する、請求項１〜７のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項９】
歯車セグメントのうちの少なくとも２つは、異なる材料で造られている、請求項１〜８のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１０】
各環状リングは、内歯を有するギアホイールであって、各歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールであって、太陽歯車は、外歯を有するギアである、請求項１〜９のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１１】
歯車セグメントの１つは、環状リングおよび太陽歯車の両方と係合するように配置されている、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１２】
入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機であって、当該変速機は、
第１環状リングと、
第２環状リングと、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第１太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、遊星キャリアと、
１組の遊星歯車と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
複数ある歯車セグメントの１つは、第１環状リングと係合し、他の１つの歯車セグメントは、第２環状リングと係合し、歯車セグメントの１つは、太陽歯車と係合し、
当該変速機は、環状リング選択手段をさらに備えていて、当該環状リング選択手段は、基準系に対して、第１環状リングおよび第２環状リングの一方を、少なくとも部分的にロックすることを選択する、変速機。
【請求項１３】
変速機の中心軸回りに回転可能な第２太陽歯車をさらに備えるとともに、太陽歯車選択手段を有しており、
当該太陽歯車選択手段は、太陽歯車の１つと歯車セグメントの１つを選択的に係合させる、請求項１２記載の変速機。
【請求項１４】
入力軸は、太陽歯車または遊星キャリアと共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する、請求項１２または１３記載の変速機。
【請求項１５】
第１構成と第２構成の間における切替えを選択的に行う、構成切替手段をさらに有しており、
第１構成において、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転し、太陽歯車は、歯車セグメントの１つと係合し、
第２構成においては、入力軸は出力軸と共に回転する、請求項１２〜１４のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１６】
歯車セグメントの１つは、太陽歯車および少なくとも部分的にロックされている環状リングと係合する、請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１７】
遊星歯車は、太陽歯車および環状リングと異なる２つの方法で係合する、請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１８】
歯車セグメントのうちの少なくとも２つは、異なる材料で造られている、請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項１９】
各環状リングは、内歯を有するギアホイールであって、各歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールであって、太陽歯車は、外歯を有するギアである、請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項２０】
入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機であって、当該変速機は、
少なくとも１つの環状リングと、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第１太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第２太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、遊星キャリアと、
１組の遊星歯車と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、環状リングと係合し、
当該変速機は、一方または他方の太陽歯車と、複数ある歯車セグメントのうちの１つと、を選択的に係合させる選択手段を有する、変速機。
【請求項２１】
入力軸は、太陽歯車または遊星キャリアと共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する、請求項２０記載の変速機。
【請求項２２】
歯車セグメントの１つと係合する第２環状リングをさらに備えた、請求項２０または２１記載の変速機。
【請求項２３】
少なくとも１つの環状リングが、基準系に対して、少なくとも部分的にロックされている、請求項２０〜２２のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項２４】
構成切替手段をさらに有しており、当該構成切替手段は、
太陽歯車の１つが少なくとも部分的に基準系に対してロックされるとともに、環状リングが解放されて遊星歯車とだけ係合する構成を実現する、請求項２０〜２３のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項２５】
構成切替手段は、太陽歯車の１つまたは環状リングの１つが基準系に対して少なくとも部分的にロックされる構成の切替えを許容する、請求項２４記載の変速機。
【請求項２６】
第１構成と第２構成の間における切替えを選択的に行う、構成切替手段をさらに有しており、
第１構成において、入力軸は、第１太陽歯車、第２太陽歯車、および遊星キャリアのグループから選択される１つと共に回転し、出力軸は、同グループから選択される太陽歯車のつとと共に回転する、請求項２０〜２５のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項２７】
各環状リングは、内歯を有するギアホイールであって、各歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールであって、太陽歯車は、外歯を有するギアである、請求項２０〜２６のいずれか１つに記載の変速機。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれか１つに記載の変速機を備えた電動工具。
【請求項２９】
モータおよび駆動輪を備えた自動車であって、
モータは、請求項１〜２１のいずれか１つに記載の変速機を介して、駆動輪を駆動する、自動車。
【請求項３０】
変速機を介して工具にトルクを伝達するモータを使用する工具駆動方法であって、当該方法で使用する変速機は、
第１環状リングと、
第２環状リングと、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第１太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、遊星キャリアと、
１組の遊星歯車と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、第１環状リングと係合し、他の歯車セグメント車は、第２環状リングと係合し、歯車セグメントの１つは、太陽歯車と係合し、
当該変速機は、さらに、環状リング選択手段を有していて、当該環状リング選択手段は、基準系に対して、第１および第２の環状リングの１つを選択的に、少なくとも部分的にロックし、
当該方法は、工具を運転する速度とモータの回転速度との比率を、選択手段を使用して変更することを含む、工具駆動方法。
【請求項３１】
変速機を介して工具にトルクを伝達するモータを使用する工具駆動方法であって、当該方法で使用する変速機は、
少なくとも１つの環状リングと、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第１太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、第２太陽歯車と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、遊星キャリアと、
１組の遊星歯車と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、環状リングと係合し、
当該変速機は、一方または他方の太陽歯車と、複数ある歯車セグメントのうちの１つと、を選択的に係合させる選択手段を有し、
当該方法は、工具を運転する速度とモータの回転速度との比率を、選択手段を使用して変更することを含む、工具駆動方法。
【請求項３２】
太陽歯車の１つを、基準系に対して、少なくとも部分的にロックして、各環状リングが対応する歯車セグメントと共に回転することを許容することを含む、請求項３０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸と出力軸間のギア比を発生させる変速機に関する。変速機は、環状リングと、変速機の中心軸周りに回転可能な太陽歯車と、変速機の中心軸周りに回転可能な遊星キャリアと、一組の遊星歯車とから構成される。遊星歯車は、遊星キャリアの回転軸受けに固定されていて、中心軸の回りに公転するように配置されている。そのような変速機は、作動力歯車装置または遊星歯車装置と呼ばれることもある。
【背景技術】
【０００２】
変速機またはギアボックスは、機械的な動力を、例えばエンジンや電動モータ等の原動機から、何らかの出力装置へと伝達する装置である。代表的には、入力軸の回転速度を変えて、異なる出力速度を発生させる。しかし、中には、動力を伝達する物理的な方向を変換するだけのトランスミッションも存在する。
【０００３】
遊星歯車システムは１または２以上の遊星歯車を備え、これら遊星歯車は、中心に配置された太陽歯車の周りを回転する。遊星歯車は、可動キャリアに取り付けられる場合もある。キャリアは、ハウジングに固定してもよいし、ハウジングおよび（または）太陽歯車に対して回転させるようにしてもよい。
変速機は、半径方向内向きに突出する歯を有する外側リング歯車を更に備えていてもよい。この歯車は、一般的に環体（annulus）と呼ばれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の遊星歯車においては、異なるギア比間で切替え（シフティング）を行うために、複雑な歯車構成が必要であった。本発明の各実施例の目的は、変速機（特に、電動工具および車両用の変速機）を改善することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００５】
本発明の第１局面により提供される変速機においては、各遊星歯車が異なる複数の歯車セグメントを備え、環状リングおよび太陽歯車が、そのうちの１つの歯車セグメントと係合する。
【０００６】
係合とは、歯車セグメントと太陽歯車が、何らかの駆動機構によって互いに影響を与え合うことを意味する。例えば、歯の噛み合い、表面摩擦、牽引力、磁力等によるもので、係合している要素間において、トルクが伝達される。
ギア比とは、入力軸の回転速度と出力軸の回転速度の比である。この比は、１：１を含めて、どのような数値であってもよい。
【０００７】
遊星歯車は、幾つかの歯車セグメントから構成されているので、遊星歯車と太陽歯車の係合は、遊星歯車と環状リングの係合とは異なるものとすることが可能である。それ故、係合は、変速機の使用に関する特別の条件を考慮して設計することができる。例えば、防音性、フレキシビリティ等である。
本発明の変速機は、従来の変速機に比べて、少ない係合部品の使用で、容易に大きなギア比を発生させる。潜在的に大きなギア比が可能であるため、非常にコンパクトな歯車装置を提供することが可能となる。
【０００８】
一例を挙げると、遊星歯車は、太陽歯車および環状リングに対して、全く異なる係合原理をもって係合することが可能である。太陽歯車に対しては、１つの歯車セグメントがギア歯をもって係合し、環状リングに対しては、他の歯車セグメントが牽引力、磁力、その他を介して係合することが可能である。
【０００９】
他の例を挙げると、遊星歯車は、歯の噛み合いを介して、太陽歯車および環状リングの両方と係合するが、太陽歯車と係合する歯と、環状リングと係合する歯とは異なる。
１組の歯が、他の組の歯よりも大きなトルクを伝えるようにしてもよく、１組の歯が、他の組の歯よりも静かにトルクを伝えるようにしてもよく、また、１組の歯が、他の組の歯等よりうまく、最大負荷を吸収するようにしてもよい。その他の構成を採用することも可能である。したがって、１組の歯の幾何学形状が、他の組の歯の幾何学形状と異なっていてもよいし、また、２組の歯を異なる素材で作ることも可能である。
【００１０】
したがって、１つの遊星歯車であっても、そこに含まれる複数の歯車セグメントについて、直径、係合の種類、製造素材が異なっていてもよい。
【００１１】
１つの実施例において、１つの遊星歯車の歯車セグメントは、互いにロックし合って同じ回転速度（１分間の回転数）で回転してもよい。
１つの実施例において、複数の歯車セグメントは、例えば、成形もしくは焼結により、単一の部品として形成してもよい。この単一の部品は、直径が異なるセグメントを複数有する歯車、歯数が異なるセグメントを複数有する歯車、表面摩擦等の表面特性が異なるセグメントを複数有する歯車、その他であってもよい。
【００１２】
１つの実施例では、１つの歯車セグメントが、環状リングおよび太陽歯車の両方と係合するように構成する。この実施例において、変速機は、他の歯車セグメントと係合する環状リングまたは太陽歯車をさらに含んでいてもよい。もしくは、他の歯車セグメントは使用せずに、異なる係合原理、幾何学形状、またはサイズの環状リングまたは太陽歯車を使用して、トランスミッションの再係合を実現してもよい。
【００１３】
入力軸を、太陽歯車または遊星キャリアと共に回転させ、出力軸を、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転させてもよい。「共に回転する」とは、入力軸が太陽歯車または遊星キャリアと同じ回転速度で回転することを意味し、また、出力軸が太陽歯車および遊星キャリアの他方と同じ回転速度で回転することを意味する。
入力軸は、単純に太陽歯車または遊星キャリアの一部として形成されるか、またはそれらに対して剛体連結される。一方、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方の一部として形成されるか、またはそれらに対して剛体連結させる。
【００１４】
環状リングは、基準系に対して、少なくとも部分的にロックされてもよい。基準系は、車のシャーシ（台）または電動工具の一部を構成する。通常は、変速機のハウジングに固定される一部分として構成されるか、もしくは、基準系が変速機のハウジングで構成されてもよい。
一例を挙げると、環状リングは、カップリングを介して基準系に接続される。このカップリングは、基準系に対する環状リングの相対的回転に対して可変的な抵抗を与えるか、もしくは完全に相対的回転を防止する。このようにして、相対的回転をロック、部分的にロック、あるいは解除することで、ギア比を変更することができる。または、トルクの伝達を完全に防止できる。
このようにカップリングは、例えば電動ドリル等の電動工具に接続して使用されるが、その場合、トルクが制限値を超えて伝達されるのを防ぐことによって、スクリュー溝を保護することが望ましい。この種のトルクの制限は（ラチェットと呼ばれることがある）、本発明の第２局面によれば、環状リングを少なくとも１つ、カップリングを介して基準系に接続することで達成される。このカップリングは、環状リングと基準系の間のトルクが一定値に達した時に、環状リングを解放して、基準系に対して相対的に回転させる。
【００１５】
遊星歯車、太陽歯車、および環状リングの係合により決定されるギア比と、ギア比１：１との間でのシフティングを可能にするため、変速機は、２つの構成間での使用者によるシフティングを可能ならしめる構成切替手段を有するのがよい。
第１の構成において、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転し、太陽歯車は、歯車セグメントの１つと係合する。
第２の構成において、例えば入力軸と出力軸を直接連結することで、入力軸は出力軸と共に回転する。
【００１６】
異なるギア比間で任意のシフティングを行うために、変速機は、追加的な少なくとも１つの環状リングと、選択手段とを備える。この選択手段は、基準系に対して環状リングの１つを少なくとも部分的にロックすることを選択する。
変速機が有する複数の環状リングは、異なる半径を有していてもよく、異なる係合原理（例えば、ギア歯による係合、牽引力、磁力等）に適合するものであってもよい。複数の環状リングは、異なるピッチ径、異なる歯数を有していてもよく、異なる素材で造られていてもよい。
【００１７】
１つの実施例において、各環状リングは、内歯を有するギアホイールを構成する。歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールを構成する。太陽歯車は、外歯を有するギアを構成する。
【００１８】
本発明の第２局面により、入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機が提供される。この変速機は、以下のものから構成される。
第１環状リング。
第２環状リング。
第１太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
遊星キャリア（変速機の中心軸回りに回転可能）。
１組の遊星歯車。各遊星歯車は、複数の異なる歯車セグメントを備えている。各遊星歯車は、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されている。
【００１９】
複数ある歯車セグメントの１つは、第１環状リングと係合する。他の１つの歯車セグメントは、第２環状リングと係合する。歯車セグメントの１つは、太陽歯車と係合する。この変速機は、環状リング選択手段を備えていてもよい。環状リング選択手段により、基準系に対して、第１環状リングおよび第２環状リングの一方を、少なくとも部分的にロックすることが選択可能となる。
【００２０】
したがって、１つの遊星歯車に含まれる複数の歯車セグメントは、直径において、それら歯車セグメントが適する係合の種類において、あるいは製造材料において、異なっていてもよい。
【００２１】
環状リング選択手段は、多くのギア比間におけるシフティングを簡易に行う手段を提供する。この変速機によれば、多くのギア比中の最小ギア比を、大きな値とすることが容易となる。それにより、たった１つの追加的な構成要素（すなわち、環状リング選択手段）を使用して、小さなギア比のギアへシフトすることが可能となる。
【００２２】
加えて、本発明の第２局面による変速機は、周辺の対象物を保護するためにトルクの解放が望まれる用途に適用可能である。例えば、電動ドリル等の電動工具にあっては、制限値を超えるトルクの伝達を防止することで、スクリュー溝を保護することが望まれる。
本発明の第２局面によれば、この種のトルクの制限は、環状リングの少なくとも１つをカップリングを介して基準系に接続することで達成される。このカップリングは、基準系と環状リングの間のトルクがある値に達した時、基準系に対する環状リングの相対回転を解放し許容する。この種のカップリングは、基準系と各環状リングの間に個別に設けられて、異なる制限トルクで解放を行う。
【００２３】
本発明の変速機は、当該変速機の中心軸回りに回転可能な第２太陽歯車を有していてもよい。この変速機は太陽歯車選択手段を有しており、太陽歯車の１つと歯車セグメントの１つを選択的に係合させる。
【００２４】
本発明の第１局面によれば、入力軸は、太陽歯車または遊星キャリアと共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する。
【００２５】
本発明の変速機は、さらに、第１構成と第２構成の間における切替えを使用者が行うことを許容する、構成切替手段を有していてもよい。
第１構成において、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する。また、太陽歯車は、歯車セグメントの１つと係合する。第２構成においては、入力軸は、出力軸と共に回転する。
【００２６】
歯車セグメントは、太陽歯車および少なくとも部分的にロックされている環状リングと係合する。
【００２７】
１つの実施例において、環状リングの各々は、内歯を有するギアホイールであり、各歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールである。各太陽歯車は、外歯を有するギアホイールである。
【００２８】
本発明の第３局面により、入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機が提供される。この変速機は、以下のものから構成される。
少なくとも１つの環状リング。
第１太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
第２太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
遊星キャリア（変速機の中心軸回りに回転可能）。
１組の遊星歯車。各遊星歯車は、複数の異なる歯車セグメントを備えている。各遊星歯車は、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されている。
【００２９】
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、環状リングと係合する。変速機は、一方または他方の太陽歯車と、複数ある歯車セグメントのうちの１つと、を選択的に係合させる選択手段を有する。
【００３０】
したがって、１つの遊星歯車に設けられた複数の歯車セグメントは、直径において、好適な係合の種類において、および製造材料において、異なっていてもよい。
【００３１】
選択手段は、ギア比を変更する簡単な方法を提供する。
【００３２】
各太陽歯車が異なる歯車セグメントと定常に係合していてもよく、異なるギア比間におけるシフティングは、太陽歯車の１つに選択的に入力を与え、遊星キャリアに出力を与える（または、その逆）ことで実現される。
【００３３】
太陽歯車の１つを基準系に対して少なくとも部分的にロックするとともに、環状リングを、歯車セグメントとの係合に影響を受けながらも回転自在とすることで、入力軸に対する出力軸の回転方向を変化させることができる。
この方法は、車両や工具の駆動方向を逆転させるのに適している。
【００３４】
本発明の第１局面および第２局面の場合と同様、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する。この装置は、歯車セグメントの１つと係合するように配置された第２環状リングを有してもよく、環状リングの少なくとも１つは、基準系に対して少なくとも部分的にロックされる。
変速機は、さらに、第１構成または第の構成を選択的に切り替える構成切替手段を有していてもよい。第１構成において、入力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの一方と共に回転し、出力軸は、太陽歯車および遊星キャリアの他方と共に回転する。太陽歯車は、歯車セグメントの１つと係合する。第２構成において、入力軸は出力軸と共に回転する。
【００３５】
各環状リングは、内歯を有するギアホイールであり、複数ある歯車セグメントは、異なるピッチ径の外歯を有するギアホイールであり、各太陽歯車は、外歯を有するギアホイールである。
【００３６】
上記の変速機、すなわち、第１局面、第２局面、および第３局面による変速機は、電動工具および車両に使用できる。
【００３７】
第４局面において、本発明により、そのような変速機を備えた電動ネジ回し等の電動工具が提供される。第５局面において、本発明により、第１局面、第２局面、および第３局面の変速機（特に、車輪のハブに配置された変速機）を使用する車両が提供される。
電動工具に使用される場合、変速機は特に、環状リングと基準系（例えば、電動ドリルまたはスクリュードライバのシャーシ）の間におけるトルクを解放するのに使用される。この解放は、環状リングと基準系の間のトルクが過大となったときに行われる。
【００３８】
本発明の第６局面により、変速機を介して工具にトルクを伝達するモータを使用する工具駆動方法が提供される。この工具駆動方法で使用する変速機は、以下のものから構成される。
第１環状リング。
第２環状リング。
第１太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
遊星キャリア（変速機の中心軸回りに回転可能）。
１組の遊星歯車。各遊星歯車は、複数の異なる歯車セグメントを備えている。各遊星歯車は、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されている。
【００３９】
１つの遊星歯車に設けられた複数の歯車セグメントは、直径において、好適な係合の種類において、および製造材料において、異なっていてもよい。
【００４０】
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、第１環状リングと係合し、他の歯車セグメント車は、第２環状リングと係合する。歯車セグメントの１つは、太陽歯車と係合する。
変速機は、さらに、環状リング選択手段を有していてもよい。環状リング選択手段は、基準系に対して、第１および第２の環状リングの１つを選択的に、少なくとも部分的にロックする。
【００４１】
本発明の方法は、工具を運転する速度とモータの回転速度との比率を、選択手段を使用して変更する工程を含む。
【００４２】
本発明の第７局面において、変速機を介して工具にトルクを伝達するモータを使用する工具駆動方法が提供される。この工具駆動方法で使用する変速機は、以下のものから構成される。
少なくとも１つの環状リング。
第１太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
第２太陽歯車（変速機の中心軸回りに回転可能）。
遊星キャリア（変速機の中心軸回りに回転可能）。
１組の遊星歯車。各遊星歯車は、複数の異なる歯車セグメントを備えている。各遊星歯車は、回転軸受を介して遊星キャリアに取り付けられ、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されている。
【００４３】
複数ある歯車セグメントのうちの１つは、環状リングと係合する。変速機は、一方または他方の太陽歯車と、複数ある歯車セグメントのうちの１つと、を選択的に係合させる選択手段を有する。１つの遊星歯車に設けられた複数の歯車セグメントは、直径において、好適な係合の種類において、および製造材料において、異なっていてもよい。
【００４４】
本発明の方法は、工具を運転する速度とモータの回転速度との比率を、選択手段を使用して変更することを含む。
【００４５】
本発明の方法は、さらに、複数ある太陽歯車のうちの１つを基準系に対して少なくとも部分的にロックし、各環状リングを対応する歯車セグメントと共に回転させる工程を更に含む。
ロックされていない太陽歯車および遊星キャリアにつき、いずれか一方を介して入力を与え、他方から出力を得ることにより、太陽歯車の１つをロックする上記工程において、出力に対する入力の方向を切り替えることが可能となる。
車両においては、太陽歯車の１つをロックすることで駆動方向を変化させることが可能となる。ネジ回し等の電動工具においては、太陽歯車の１つをロックすることで、工具の左回転または右回転（締結または解除）を選択できるようになる。
【００４６】
本発明の第１、第２、および第３局面に関して詳述した事項は、本発明の第４、第５、および第７局面にも適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
図１は簡単な実施例を示しており、太陽歯車１は、遊星歯車２のある直径を有する歯車セグメントと係合している。遊星歯車の他方の歯車セグメントは、環状リング３と係合している。環状リングは、基準系に対して、ロックまたは部分的にロックされている。遊星歯車は、回転軸受けを介して、遊星キャリア４に固定されている。
太陽歯車１と遊星歯車２の係合は、歯車の歯の噛み合い、摩擦力、牽引力、磁力等で実現される。遊星歯車２と環状リング３の係合は、歯の噛み合い、摩擦力、牽引力、磁力等で実現され、他の箇所における係合態様とは無関係である。
全ての歯車と環状リング３に歯を設ける場合、太陽歯車と遊星歯車の噛合いについて、遊星歯車と環状リングの噛み合わせとは異なるモジュールまたはギアプロファイルを採用することで、動力特性が最大となり、価格を抑えることができる。
【００４８】
図２は他の実施例を示しており、２つの環状リング（第１環状リング３と第２環状リング６）が、少なくとも１つの遊星歯車２と係合している。この遊星歯車２は、直径が異なる２つの歯車セグメントを有している。さらに、１つの太陽歯車１は、遊星歯車２の一方の歯車セグメントと係合している。遊星歯車２は、回転軸受け５を用いて遊星キャリア４に固定されている。
環状リング３、６は、シフトアレンジメント７を構成する選択手段により、基準系にロックまたは部分的にロックされている。ロックは次のように行う。すなわち、両方の環状リングを同時にロックして、その後、一方のロックを解除して、歯車を機能させる。
この様に、シフティングによって、両方の環状リングを基準系にロックして一種のパーキングブレーキを構成し、入力軸が十分な保持トルクを発生できない時に、出力軸が回転するのを防ぐことができる（パワーオフ）。例えば、工具の交換時に出力軸をロックするのが望ましい電動工具において、この事が特に好適である。
【００４９】
環状リングをロックする別の方法は、両方の環状リングを解除して自由に回転させ、その後、一方の環状リングを基準系にロックする方法である。これにより、システムは慣性で回転することが可能となり、モータを制動することなく、出力軸を急速に制動したい場合に有益である（モータの回転子のエネルギーが、出力軸のエネルギーを超える）。
別の実施例においては、第１環状リングおよび第２環状リングのロックのシフティングは、瞬時に行われる。ある条件が発生するまで環状リングの回転性能に制限を与えるようなやり方で、環状リングを基準系にロックしてもよい。ある条件とは、環状リングに作用する力またはトルクである。例えば、基準系にロックされた環状リングに作用するトルクがあるレベルを超えた時、当該環状リングの基準系へのロックを解除して、スライドまたは回転させる。
この事は、ラチェット等の電動工具においても知られており、出力軸に接続されたモータ、変速機、切削工具への過度の応力が作用することを防ぐ。しかしこの事を、あるトルクが出力軸または入力軸に作用するまで、変速機をロックする場合にも利用できる。それは、パワーが上昇して入力軸が出力軸上の負荷を駆動することが可能となるまで、変速機の位置を保つためである。
環状リング３、６、遊星歯車３、および太陽歯車１は、互いに噛み合う歯車であってもよい。全ての歯車とリング（または、幾つかの歯車とリング）間における係合は、摩擦力または牽引力に基づくものであってもよい。係合域における動力の変換は、歯車およびリングの表面に形成された微少構造に基づくものであってもよい。
２つの環状リングについて、いずれを基準系にロックするかのシフティングは、手動で行ってもよい。例えば、ロックブラケットをスライドさせて、第１環状リングあるいは第２環状リングと交差させて、当該環状リングの自由回転を防止する。このシフティングを電気的な方法で行ってもよい。例えば、磁性ブレーキを使って、環状リングの何れか一方が自由回転するのを防ぎ、歯車を作動させる。
さらに、ある実施例では、そのようなシフティングは、機械的、かつ自動的に行う。１つの実施例では、太陽歯車を入力軸に接続し、遊星キャリアを出力軸に接続する。
【００５０】
図３に示した別の実施例では、環状リング３が１つで、異なる直径の歯車セグメントを２つ有する遊星歯車２が複数存在する。この伝達装置は、２つの太陽歯車（第１太陽歯車１、第２太陽歯車８）を有する。２つの太陽歯車が一体化されて、異なる直径の歯車セグメントを２つ有する単一の部品を構成している。
他の実施例では、２つの太陽歯車が２つの独立した部品を構成してもよい。２つの歯車セグメントは、これら各太陽歯車が、遊星歯車の歯車セグメントの１つと係合できるように選択される。どちらかの太陽歯車が入力軸９からの動力を伝達するかによって、変速機のギア比が変わる。
２つの太陽歯車について、いずれが入力を変速機に伝達するのかのシフティングは、図１に示したようにして行う。すなわち、入力軸９にロッキングのための幾何学形状を持たせ、この幾何学形状を利用して第１太陽歯車を駆動するか、または、入力軸を移動させて第２太陽歯車と係合させて、この歯車によって変速機を駆動する。駆動されていない太陽歯車は、自由回転が可能となる。
【００５１】
図３Ａに、他の実施例を示した。環状リング３（ギアの一態様）は、基準系から解除されているが、その代わり、太陽歯車８の１つが基準系にロックされている。これにより、基準系の回転方向が変わり、ギア比も変化する。
【００５２】
図３Ｂに示した一実施例においては、最も小さい太陽歯車（第１太陽歯車）１が入力軸に接続されている。この太陽歯車は、遊星歯車２と係合することで駆動するか、または移動して、他の太陽歯車８と接続する。このようにして、動力は、両方の太陽歯車を介して伝達される。
この実施例では、第１太陽歯車が遊星歯車と係合し動力を伝達している時は常に、第２太陽歯車は自由回転が可能となる。図１に示した実施例の場合と同様に、歯車は、歯の噛合いにより、または、摩擦力、牽引力もしくは磁力を利用する歯車を介して、互いに係合する。
【００５３】
図４に示した他の好ましい実施例では、図１、２に示した各形態を組み合わせて、多くの異なるギア比を有する１つの変速機を実現している。
この変速機は、太陽歯車１または８について、いずれが入力軸に接続されるのかを切り替える。また、環状リング３または６について、いずれが基準系にロックされるのかを切り替える。
【００５４】
図４Ａでは、変速機は特殊な状態にある。環状リング３、６のいずれも基準系にロックされておらず、一方の太陽歯車８が基準系にロックされ、他方の太陽歯車１は入力軸として機能している。
この特殊な変速機においては、４種の前進ギア比と、１の逆進ギア比が可能となる。図１で説明した例では、変速機は、両方の環状リングを基準系にロックさせるか、または、１つの環状リングと１つの太陽歯車を基準系にロックさせることで、変速機全体がロックされていた。
【００５５】
以下の図において、“Ａ”は２段歯車を示し、“Ｂ”は短絡接続を示す。“２段歯車”とは、少なくとも２つの異なる構成となって、入／出力間のギア比を異ならせることができる歯車を言う。
【００５６】
図５の実施例では、図１〜３のいずれかの実施例をプレステージ変速機に組み合わせている。プレステージ変速機は、例えば、太陽歯車１０、１または２以上の遊星歯車１１、遊星キャリア１３、環状リング１２、および回転軸受け１４から構成される遊星変速機である。環状リングは、基準系に全体的または部分的にロックされている。プレステージギアは、一定のギア比を有する。
１つの実施例では、変速機全体でより多くのギア比を実現する他の方法として、プレステージ変速機を任意に選択して、短絡接続を行う（または行わない）。短絡は、このプレステージの環状リングを、基準系ではなくキャリアにロックすることで行う。図５Ａはそれを示している。
他の実施例においては、この短絡は、単に、入力軸または太陽歯車を遊星キャリアに直接接続することで行われる。
【００５７】
図６の実施例では、図１〜３のいずれかの実施例をパワーギアステージに組み合わせている。このパワーステージは、遊星変速機であって、太陽歯車１５、１または２以上の遊星歯車１６、環状リング１７、遊星キャリア１８、および回転軸受け１９を備える。このパワーステージは、あらゆる種類のパワーステージ変速機であってよい。パワーステージ変速機は、任意に選択されて、作動するか、または当該ギア比を省略すべく短絡される。
図６Ａは、短絡の一例を示している。パワーステージの環状リングが、基準系ではなく遊星キャリアに接続されている。この一例においては、パワーステージの環状リングは、ラチェット２０を介して基準系に接続されて、運転中の変速機の過負荷を防止している。図６Ｂは、この特別な具体例を示している。
【００５８】
図７に示して実施例では、環状リング３、６の数は２つであるが、遊星歯車２の歯車セグメントの数が環状リングよりも１つ以上多い。図７では、遊星歯車は歯車セグメントを１つ追加的に有しており、この歯車セグメントは、どの環状リングとも係合せず、太陽歯車１とのみ係合する。
この実施例では、異なる種類の係合が実現可能となる。例えば、太陽歯車と遊星歯車の係合、遊星歯車と環状リングの係合について、伝達モジュールが可能になる。
【００５９】
図７Ａの実施例では、環状リング２１、２２を追加しているので、環状リングの数は４つとなる。太陽歯車１は、１つだけである。各環状リングは、基準系にロックされ、もしくは部分的にロックされる。
【００６０】
図７Ｂの変速機は、図７Ａに示したものと同じであるが、ただ太陽歯車８を１つ追加している。この太陽歯車８は、ギア比の数を増やすために使用されている。図７Ａでは、４つのギア比が可能となるが、太陽歯車を１つ追加することで、ギア比の数は倍にできる。
追加した太陽歯車は、入力軸に接続された太陽歯車１がスライドして遊星歯車から離れて、追加の太陽歯車の切欠と係合したときに機能する。すなわち、動力を直接遊星歯車に伝える代わりに、この追加の太陽歯車を介して動力を遊星歯車に伝える。２つ以上の太陽歯車を設けて、更にギア比を増やしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１−３】本発明の様々の実施例を示す図。
【図４−６】上記変速機の特徴を組み合わせてなる変速機を示す図。
【図４Ａ】何れの環状リングも基準系にロックされていない変速機を示す図。
【図７】遊星歯車の数が環状リングの数に等しいか、それ以上である、変速機を示す図。
【図７ａ】遊星歯車の数が環状リングの数に等しいか、それ以上である、変速機を示す図。
【図７ｂ】遊星歯車の数が環状リングの数に等しいか、それ以上である、変速機を示す図。
【図１】
2009535583.tif 000003
【図２】
2009535583.tif 000004
【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
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【図５Ａ】
2009535583.tif 000011
【図６】
2009535583.tif 000012
【図６Ａ】
2009535583.tif 000013
【図６Ｂ】
2009535583.tif 000014
【図７】
2009535583.tif 000015
【図７Ａ】
2009535583.tif 000016
【図７Ｂ】
2009535583.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月30日(2008.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸の間にギア比を与える変速機であって、当該変速機は、
少なくとも１つの環状リング（３）と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、少なくとも１つの太陽歯車（１）と、
変速機の中心軸回りに回転可能な、少なくとも１つの遊星キャリア（４）と、
１組の遊星歯車（２）と、を備え、
各遊星歯車は、
複数の異なる歯車セグメントを備えるとともに、回転軸受（５）を介して遊星キャリアに取り付けられて、変速機の中心軸の周囲を公転するように配置されていて、
上記環状リングのうちの１つおよび上記太陽歯車のうちの１つが、１つの歯車セグメントと係合し、入力軸は太陽歯車と共に回転し、出力軸は遊星キャリアと共に回転し、
当該変速機は２つの環状リング（３、６）を含んでいて、当該２つの環状リング（３、６）は、シフトアレンジメント（７）を構成する選択手段によって、基準系に対してロックまたは部分的にロックされることを特徴とする、変速機。
【請求項２】
上記環状リング（３、６）の両方が同時にロックされ、その後、一方のリングが解放される、請求項１記載の変速機。
【請求項３】
異なる歯車セグメントと係合する環状リングおよび太陽歯車を備える、請求項１または２記載の変速機。
【請求項４】
同じ歯車セグメントと係合する環状リングおよび太陽歯車を備える、請求項１または２記載の変速機。
【請求項５】
少なくとも２つの環状リング（３、６）を備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載の変速機。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
遊星歯車システムは１または２以上の遊星歯車を備え、これら遊星歯車は、中心に配置された太陽歯車の周りを回転する。遊星歯車は、可動キャリアに取り付けられる場合もある。キャリアは、ハウジングに固定してもよいし、ハウジングおよび（または）太陽歯車に対して回転させるようにしてもよい。
変速機は、半径方向内向きに突出する歯を有する外側リング歯車を更に備えていてもよい。この歯車は、一般的に環体（annulus）と呼ばれる。
ＥＰ１ ２３２ ６８３は、擬似-遊星運動力学変速機（pseudo-planetary kinematic transmission）のためのトレイン・ハウジングを開示している。この変速機は、太陽歯車、内部リング歯車、および遊星歯車対を備える。各遊星歯車対は、２つの遊星歯車で構成されている。図示された変速機においては、大きなベアリングを使用することが可能であるが、シンプルで、信頼性が高く、コスト低減が可能なギア構成で大きなギア比を得ることについては、言及されていない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第１局面により提供される変速機においては、各遊星歯車が異なる複数の歯車セグメントを備え、環状リングおよび太陽歯車が、そのうちの１つの歯車セグメントと係合する。
この変速機は、シフトアレンジメントを構成する選択手段によって、２つの環状リングが基準系に対してロックまたは部分的にロックされ得ることを特徴とする。
本発明によって、非常にシンプルで、信頼性が高く、コスト低減が可能な構成が提供される。本発明の構成は、ギア比が大きな場合であっても、僅かのギア構成要素で実現することができる。
【国際調査報告】
2009535583.tif 000018
2009535583.tif 000019
2009535583.tif 000020
2009535583.tif 000021