JP2002168311A

JP2002168311A - 遊星変速装置

Info

Publication number: JP2002168311A
Application number: JP2000364621A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Ishibashi; 昭宏石橋; Koichi Hashimoto; 浩一橋本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】リセットのタイミングを電源遮断のタイミン
グと切り離し、リングギアの円滑な切り換えを確保し、
併せて、リングギア周辺部品類の保全に寄与しうる遊星
変速装置を提供する。【解決手段】リセットのタイミングを電源遮断即ちト
リガー２１の復帰のタイミングと切り離し、電源遮断の
後、リングギアの慣性による回転運動エネルギーが充
分、緩和した後、リセットできるので選択係止部材１５
がリングギア８と衝突することによる関係部品の形状変
化、破損、摩損等の故障、或いは、チャタリング等の不
具合を確実に防止できる。

Description

【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て
変速を行なう遊星変速装置、殊に負荷の増大に伴って変
速を自動的に行う遊星変速装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、遊星変速装置として、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、いずれ
も１:１ではない複数の変速比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を用いた電動工具で
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
行うことができるために、作業効率を高める結果とな
る。

【０００３】例えば、特開昭６３-１８６０５４号公報
には、負荷の大小に応じた上記変速、つまり低負荷時に
は低トルク高速回転とし、高負荷時には高トルク低速回
転とする変速を自動的に行う遊星変速装置が示されてい
る。これは、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るとともに、各遊
星機構における遊転自在とされたリングギアのなかの一
つの回転を選択的に阻止する選択係止部材を設けるとと
もに、この選択係止部材が、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が切り換えら
れるものが開示されている。

【０００４】更に、特開平７-２０８６０４号公報で
は、稼働中の負荷変動に応じた頻繁な選択係止による騒
音や振動及び関連部品の消耗に伴う寿命低下等の上記遊
星変速装置の問題点に対応するため、切換手段による上
記選択係止部材が係合するリングギアの切り換え動作の
後の選択係止部材をラッチするラッチ手段と、回転動力
停止に伴って上記ラッチを解除して、選択係止部材を初
期状態に戻すリセット手段とを設けることにより、負荷
の増大によって、選択係止部材が係合するリングギアの
切り換えとともに、ラッチ手段によって選択係止部材を
ラッチし、回転動力停止によってリセット手段でラッチ
が解除されるまで、その状態が維持されるものを提案し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のリセッ
ト手段を備えた改良例においても該リセット手段は、電
源スイッチ用のトリガーハンドルと連動してラッチ手段
を解除するものであり、トリガー復帰時の電源遮断直後
にリセットされる為、初期状態にリセットされる時点で
は当該リセットに係るリングギアが慣性により依然とし
て回転運動を継続している(図７：本事例ではトリガー
リセット時間が１.９msecであるのに対し、リングギア
の制動時間が１２０msecである)。このため、前記選択
係止部材が前記リングギアと衝突することによる関係部
品の形状変化、破損、摩損等の可能性を未だ完全に排除
できないという問題点がある。

【０００６】また、上記リセット手段が上記スライダー
に常時付勢されている弾性体(コイルバネ)によりなされ
るため、該弾性体により付与される弾性力とリセット側
リングギアの慣性による回転運動により生ずる力の軸方
向分力との前記選択係止部材上の力学的均衡により上記
リセット側リングギアの係止溝と係止部材が接触しても
即座には嵌合せず、直ちにリセットされずにチャタリン
グを生じる等の不具合も生じ得る。

【０００７】本発明は、かかる事由に鑑み、なされたも
ので、リセットのタイミングを電源遮断のタイミングと
切り離し、選択係止部材が係合するリングギアの円滑な
切り換えを確保し、併せて、選択係止部材及びリングギ
ア周辺部品類の保全に寄与しうる遊星変速装置を提供し
ようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の遊星変速装置の発明にあっては、少な
くとも回転駆動手段と連結するサンギアと、これと噛み
合う遊星ギアと、前記サンギアと同心で前記遊星ギアが
噛み合っているリングギアを備えた、相互に異なるギア
比に対応した遊星機構を軸方向に複数個有し、前記遊星
機構において遊転自在とされた前記リングギアのなかの
一つの回転を選択的に阻止しうる選択係止部材を設ける
とともに、前記リングギアにかかる負荷に応じて前記選
択係止部材が係合する相互に隣接する前記リングギアを
低トルク高速側から高トルク低速側に切り換える切換手
段を設けた遊星変速装置において、前記切換手段による
前記選択係止部材が係合する前記リングギアの切り換え
動作の後の前記選択係止部材をラッチするラッチ手段
と、前記回転駆動手段の電源供給停止の後、前記切り換
え動作前に前記選択係止部材が係合していた前記低トル
ク高速側リングギアの慣性による回転運動エネルギーが
充分、緩和した後、前記ラッチを解除して、前記選択係
止部材が前記低トルク高速側リングギアと係合する初期
状態に戻すリセット手段とを備えていることを特徴とす
るものである。

【０００９】請求項２記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１記載の遊星変速装置において、前記選択
係止部材が、少なくとも軸方向に移動可能なスライダー
を有し、軸方向に隣接する前記切り換え動作に係る前記
リングギアのいずれか一方のみに選択的に係合可能に構
成され、前記スライダーの軸方向移動によって係合する
前記リングギアを変更し得ることを特徴とするものであ
る。

【００１０】請求項３記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１または請求項２記載の遊星変速装置にお
いて前記選択係止部材が、軸方向に隣接する前記切り換
え動作に係る前記リングギアの一方に対しては、変速負
荷トルクの設定、係止機能を有し、前記切り換え動作に
係る前記リングギアの他方に対しては、係止機能を有す
ることを特徴とするものである。

【００１１】請求項４記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の遊星変
速装置において、前記ラッチ手段が、前記切り換え動作
の後において前記スライダーの逆方向移動を阻止するも
のであることを特徴とするものである。

【００１２】請求項５記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の遊星変
速装置において、前記リセット手段が、少なくとも電源
スイッチ用のトリガーハンドルを備え、その引込動作で
前記ラッチ手段による前記ラッチを解除するものである
ことを特徴とするものである。

【００１３】請求項６記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項５記載の遊星変速装置において前記リセッ
ト手段が、前記スライダーに連結した連結棒で前記トリ
ガーハンドルと連動させるものであることを特徴とする
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。なお、本発明の遊星変速装置は、下
記実施形態にのみ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内において種々変更を加え得ること
は勿論である。

【００１５】図１乃至図４は電動ドリルドライバー等の
電動工具に用いられる遊星変速装置の一実施形態を示し
ており、図１に示す様に、ギアケース１の一端開口を閉
塞するモータ取付台２に取り付けられたモータ(図示せ
ず)の出力軸３には、歯数の異なる歯車を有するサンギ
ア４が固着されており、軸方向に並ぶこれらのサンギア
には夫々複数個、図示例では三個ずつの遊星ギア５、６
が噛み合っている。両遊星ギア５、６は互いに歯数が異
なるとともに、出力を１つのキャリア７に対して伝達
し、両遊星ギア５、６はキャリア７の回りに回転方向に
おいて６０°ずれた状態で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。

【００１６】そして上記キャリア７と同心に配されてい
るとともに軸方向に並ぶ二つのリングギア８、９のう
ち、リングギア８が遊星ギア５と噛み合っており、リン
グギア９が遊星ギア６と噛み合っている。両リングギア
８、９はその内径が異なるものの外径は同一となってい
て、各々の外周面には多数個のカム山１０、１１が周方
向に等間隔で形成されている。このキャリア７の出力は
もう一段の遊星ギア１２で減速され、出力軸１３に伝達
している。この遊星ギア１２と噛み合っている最終段リ
ングギア１４は軸方向に突出したカム山(図示せず)を外
周に形成し、クラッチハンドル(図示せず)と連動して荷
重を変える様に設定したコイルバネ(図示せず)により係
合状態を設定するトルクリミッター(クラッチ)の役割を
果たしている。この点についての説明は省略する。

【００１７】図２は変速前後の係止状態の変化を示す下
面図((a)高速側リングギア係止状態(b)変速中(c) 低速
側リングギア係止状態)である。また、図３、図４はト
リガー操作と変速機構の関係を示す図である。図２に示
す様に、上記リングギア８、９は選択係止部材１５と選
択的に係止することで変速比の切り換えを行っている。
選択係止部材１５はギアケース１の外周開口部に軸方向
に移動可能に形成されたスライダー１６及び後述する係
止片１８、１９を有する。即ち、本選択係止部材１５
は、高速側リングギア８の外周面のカム山１０と係合す
る状態と低速側リングギア９の外周面のカム山１１と係
合する状態とが選択的に得られるように構成されてい
る。

【００１８】選択的に係合する状態を変更する手段とし
て、出力軸１３にかかるトルクに対する高速側リングギ
ア８の周力とスライダー１６に付勢されているラッチバ
ネ１７の弾性力との力学的均衡を利用している(図２
(a)、図３)。即ち、出力側にかかるトルクが増大
し、前記高速側リングギア８の周力がかかる弾性力に抗
して力学的均衡から外れると(図２(b))、前記高速側リ
ングギア８から押し出された前記選択係止部材１５の係
止片１８は、前記高速側リングギア８との係合状態から
解放され、低速側リングギア９に他方の係止片１９が係
合する(図２(c)、図３)。この際、係止片を介してス
ライダー１６は軸方向に速度を有して移動するため、ス
ライダー１６自身の位置決めを衝撃緩和できる部材で設
定する必要がある。即ち、衝撃でギアケース１等を破壊
するおそれがあるからである。本実施形態では、Ｚ軸方
向に固定した弾性体(NBRゴム)２０でスライダー１６の
位置決めを行っている(図３)。

【００１９】この力学的釣り合い式は図４に示す変数に
よればTc=PZ (μ₂+ tanθ₂) (1-μ₂tanθ₂)^-1 ( tan^-1
θ₁-2μ₁)^-1で表わされる。但し、ここでTcは変速トル
ク、Pはラッチバネ力、高速側リングギア８の減速比を
i₁、最終段リングギア１４の減速比をi₃、としたときZ
= i₁× i₃ 、μ₁は係止片１８と高速側リングギアカム
山１０との摩擦係数、μ₂はラッチバネ１７とスライダ
ー１６との摩擦係数、θ₁は高速側リングギアカム山１
０の角度、θ₂はスライダー１６の傾面角度である。

【００２０】ここで高速側リングギアカム山１０と高速
側リングギア係止片１８の接触角度(θ₁-π/2)は高速側
リングギア８より係止片１８に加わる力の軸方向成分に
より上記した機構による変速比の切り換えが円滑に行わ
れる程度に充分大きく設定する必要がある(図２)。一
方、低速側リングギア９の係止においては、リングギア
９の外周のカム山１１は軸方向に等間隔で配列してお
り、低速側リングギア９より係止片１９に加わる力の軸
方向成分は不要であるため、低速側リングギアカム山１
１と低速側リングギア係止片１９の接触角度は充分小さ
く(即ち、軸方向と略平行に)設定されている(図２)。こ
れに加えて、ラッチバネ１７の弾性力によりスライダー
１６を低速側リングギアと係止した位置で保持してお
り、これによりスライダー１６の高速側リングギア８側
への軸方向の逆移動を防ぐラッチ機能を果たしている
(図３)。

【００２１】図３、図４に示す様に、本実施形態のリセ
ット手段においては、スライダー１６にトリガー２１と
連動させるための連結棒２２を配設し、トリガー２１に
は連結棒２２を両側からガイドする弾性体２３を設けて
ある。スライダー１６が低速側リングギア９と係止した
状態でトリガー２１が復帰した状態の時、前記弾性体２
３に設けたカム山２４が連結棒２２に接触するように構
成し(図３)、トリガー２１引込時にスライダー１６を
初期状態にする様に軸移動させる力を付与する(図３
)。スライダー１６が初期状態になると軸方向に移動
させる力は大きくなり、前記弾性体２３の弾性力に抗す
る様になり、連結棒２２はカム山２４を乗り越え、移動
させる力が付与されない状態になり、トリガー２１は最
大ストロークまで引込まれる(図３)。トリガー２１引
込による電源供給は、初期状態リセット後に行われる。

【００２２】以上の様にしてリセットのタイミングを電
源遮断即ちトリガー２１の復帰のタイミングと切り離
し、電源遮断の後、リングギアの慣性による回転運動エ
ネルギーが充分、緩和した後、リセットできるので選択
係止部材１５がリングギア８と衝突することによる関係
部品の形状変化、破損、摩損等の故障、或いは、チャタ
リング等の不具合を確実に防止できる。更に、トリガー
２１引込時は弾性体２３にかかる抵抗力を高く、トリガ
ー２１復帰時には弾性体２３にかかる抵抗力を低く設定
すれば、リセットが確実でユーザーの作業性の良いもの
にできる。また、これにより、スライダー１６が高速側
リングギアと係止した状態でのラッチバネ１７によるス
ライダー１６の保持力も小さくできて変速トルクを設定
するラッチバネ１７に与える影響を低減できる。即ち、
ラッチバネ１７の保持力を高く設定する必要がなく、変
速トルクに与える影響を低減できるからである。

【００２３】以上の様にする手段の１例として図５に示
す様にトリガー２１内の弾性体２３のカム山２４の形状
の設計を行うことにより弾性体２３にかかる抵抗力(F)
の軸方向の分力(F_x)をトリガー２１引込み時には高く
(図５(a))、トリガー２１復帰時には低くなる様に設定
する(図５(b))こともできる。即ち、図５においては|-F
_x2 |＜F_x1となる様にカム山２４の形状を設計すること
になる。

【００２４】また、変速機構に係る他の実施形態とし
て、変速トルク設定側の係止片１８とスライダー１６を
一体化することが挙げられる。即ち、変速トルク設定側
の係止片１８は構造上、変速あるいはリセット時に衝突
の可能性がなく、スライダー１６と係止片１８を分離し
て衝突を緩和する必要がないからである。

【００２５】更に、リセット時に高速側リングギアカム
山１０と高速側リングギア係止片１８の衝突による関連
部品等の破損等を有効に回避するために、高速側リング
ギアカム山１０の高速側リングギア係止片１８側の当接
部位に衝突緩和のための弾性体２５を設け、高速側リン
グギアカム山１０と高速側リングギア係止片１８とが衝
突する部位にあるとき、リセットされても前記弾性体２
５が先行してリングギアカム山１０に当接し、リングギ
アカム山１０と係止片１８とが確実に係合できる位置ま
で回転させた後、リセットするようにする構成も可能で
ある(図６)。但し、図６はリセット前後の係止に係る部
位の状態変化を示す下面図((a)リセット前、(b)リセッ
ト中、(c)リセット後)である。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の遊星変速
装置の発明にあっては、少なくとも回転駆動手段と連結
するサンギアと、これと噛み合う遊星ギアと、前記サン
ギアと同心で前記遊星ギアが噛み合っているリングギア
を備えた、相互に異なるギア比に対応した遊星機構を軸
方向に複数個有し、前記遊星機構において遊転自在とさ
れた前記リングギアのなかの一つの回転を選択的に阻止
しうる選択係止部材を設けるとともに、前記リングギア
にかかる負荷に応じて前記選択係止部材が係合する相互
に隣接する前記リングギアを低トルク高速側から高トル
ク低速側に切り換える切換手段を設けた遊星変速装置に
おいて、前記切換手段による前記選択係止部材が係合す
る前記リングギアの切り換え動作の後の前記選択係止部
材をラッチするラッチ手段と、前記回転駆動手段の電源
供給停止の後、前記切り換え動作前に前記選択係止部材
が係合していた前記低トルク高速側リングギアの慣性に
よる回転運動エネルギーが充分、緩和した後、前記ラッ
チを解除して、前記選択係止部材が前記低トルク高速側
リングギアと係合する初期状態に戻すリセット手段とを
備えているので前記選択係止部材が前記回転駆動手段の
電源供給停止の後、慣性による回転運動を継続している
前記低トルク高速側リングギアと衝突することによる関
係部品の形状変化、破損、摩損等の可能性を排除できる
という優れた効果を奏する。

【００２７】請求項２記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１記載の発明の効果に加えてスムーズなリ
ングギアの変更を確実に達成できるという効果を奏す
る。

【００２８】請求項３記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え
て負荷の増大によって変速動作が自動的且つ省力的に行
うことができるという優れた効果を奏する。

【００２９】請求項４記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明の
効果に加えてリングギアの変更の後、リセット手段でラ
ッチが解除されるまでその状態を維持することができ、
運転中のスライダーの逆方向移動による関係部品の破
損、摩損等の不測の事故を防止できるという優れた効果
を奏する。

【００３０】請求項５記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明の
効果に加えてリセット操作を作業者が特に意識すること
なく、しかも確実に行うことができるという優れた効果
を奏する。

【００３１】請求項６記載の遊星変速装置の発明にあっ
ては、請求項５記載の発明の効果に加えてシンプル且つ
直接的に上記効果を得ることができ、部品点数削減等の
合理化にも寄与しうるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態の要部を示す断面図であ
る。

【図２】本実施形態における変速前後の係止状態の変化
を示す下面図である。

【図３】本実施形態におけるトリガー操作と変速機構の
関係を示す図である。

【図４】本実施形態におけるトリガー操作と変速機構の
関係を示す図である。

【図５】本実施形態におけるトリガー操作とトリガー内
弾性体の形状との関係を示す図である。

【図６】本実施形態におけるリセット前後の係止に係る
部位の状態変化を示す下面図である。

【図７】従来例に係るトリガーリセット時間とリングギ
アの制動時間の関係を示す図である。

【符号の説明】

１ギアケース２モータ取付台３出力軸４サンギア５遊星ギア６遊星ギア７キャリア８リングギア９リングギア１０カム山１１カム山１２遊星ギア１３出力軸１４リングギア１５選択係止部材１６スライダー１７ラッチバネ１８係止片１９係止片２０弾性体２１トリガー２２連結棒２３弾性体２４カム山２５弾性体

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも回転駆動手段と連結するサン
ギアと、これと噛み合う遊星ギアと、前記サンギアと同
心で前記遊星ギアが噛み合っているリングギアを備え
た、相互に異なるギア比に対応した遊星機構を軸方向に
複数個有し、前記遊星機構において遊転自在とされた前
記リングギアのなかの一つの回転を選択的に阻止しうる
選択係止部材を設けるとともに、前記リングギアにかか
る負荷に応じて前記選択係止部材が係合する相互に隣接
する前記リングギアを低トルク高速側から高トルク低速
側に切り換える切換手段を設けた遊星変速装置におい
て、前記切換手段による前記選択係止部材が係合する前
記リングギアの切り換え動作の後の前記選択係止部材を
ラッチするラッチ手段と、前記回転駆動手段の電源供給
停止の後、前記切り換え動作前に前記選択係止部材が係
合していた前記低トルク高速側リングギアの慣性による
回転運動エネルギーが充分、緩和した後、前記ラッチを
解除して、前記選択係止部材が前記低トルク高速側リン
グギアと係合する初期状態に戻すリセット手段とを備え
ていることを特徴とする遊星変速装置。
【請求項２】前記選択係止部材は、少なくとも軸方向
に移動可能なスライダーを有し、軸方向に隣接する前記
切り換え動作に係る前記リングギアのいずれか一方のみ
に選択的に係合可能に構成され、前記スライダーの軸方
向移動によって係合する前記リングギアを変更し得るこ
とを特徴とする請求項１記載の遊星変速装置。
【請求項３】前記選択係止部材は、軸方向に隣接する
前記切り換え動作に係る前記リングギアの一方に対して
は、変速負荷トルクの設定、係止機能を有し、前記切り
換え動作に係る前記リングギアの他方に対しては、係止
機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２
記載の遊星変速装置。
【請求項４】前記ラッチ手段が、前記切り換え動作の
後において前記スライダーの逆方向移動を阻止するもの
であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載の遊星変速装置。
【請求項５】前記リセット手段は、少なくとも電源ス
イッチ用のトリガーハンドルを備え、その引込動作で前
記ラッチ手段による前記ラッチを解除するものであるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の遊星変速装置。
【請求項６】前記リセット手段が、前記スライダーに
連結した連結棒で前記トリガーハンドルと連動させるも
のであることを特徴とする請求項５記載の遊星変速装
置。