JP5750591B2 - 多段変速工具 - Google Patents

Description

本発明は、変速段を複数有する多段変速工具に関する。

多段変速工具では、モータと出力軸の間に配される減速機として、減速比が切替自在な変速段を複数有するものが用いられる。各変速段では、移動部材（リングギア等）が軸方向にスライドすることによって、減速比が切替自在となる。それぞれの変速段の減速比を組み合わせることで、減速機は１速から３速以上まで変速可能となる（特許文献１等参照）。

この多段変速工具によれば、作業状況に適した減速比を３段階以上で選択できるため、変速なしの工具や２段変速の工具に比べて、作業を速やかに完了することができる。

特表２００７−５２７９７７号公報

前述した従来の多段変速工具においては、例えば作業に応じて減速機を３速から１速に切り替えようとするとき、いったん２速に切り替え、次いで１速に切り替える必要がある。そのため、最適な減速比に切り替えるために時間がかかってしまい、特にボルト締め作業などの、急激に負荷トルクが変動するような作業において、作業時間のロスにつながるという問題がある。

本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、減速比を３段階以上で選択することができ、急激に負荷トルクが変動するような作業においても作業時間のロスを極力抑えながらこれに対応することのできる多段変速工具を提供することを、課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の多段変速工具を、下記特徴を有するものとする。

本発明の多段変速工具は、モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設ける。

そして、前記変速部材の移動に伴う前記減速機の変速順を、１速ずつ順に増速する前記第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速する前記第二変速順が連続するように設けたことを、特徴とする。

また、リング状又は円弧状である前記変速部材は、前記移動部材に動力を伝達するカム溝を有し、且つ、周方向に回転自在に配されたものであり、前記変速部材の周方向の回転に伴って前記移動部材がスライドされ、１速ずつ順に増速する前記第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速される前記第二変速順が連続するように設けたことを、更なる特徴としてもよい。

また、前記第二変速順は、最高速の次に最低速にまで変速されるものであることを、更なる特徴としてもよい。

また、前記第一変速順は、１速から３速までの三段階で変速されるものであり、前記第二変速順は、１速と３速の間を１速飛ばしで変速されるものであることを、更なる特徴としてもよい。

また、リング状である前記変速部材を一方向にのみ回転させる駆動部を備え、前記変速部材の一方向の回転に伴い、前記第一変速順と前記第二変速順が交互に繰り返されるように設けたことを、更なる特徴としてもよい。

また、前記変速部材を回転させる駆動部を備え、前記変速部材には、前記カム溝とは軸方向にずれた位置に、前記駆動部からの動力が伝達されるギア構造を形成したことを、更なる特徴としてもよい。

また、前記課題を解決するために、本発明の多段変速工具を、下記特徴を有するものとしてもよい。
本発明の多段変速工具は、モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設け、複数の前記移動部材と対応するように前記変速部材を複数備え、それぞれの前記変速部材により別々の前記移動部材を独立してスライドさせることで、前記減速機を、前記第一変速順に加えて前記第二変速順でも変速可能としたことを、特徴とする。

また、前記課題を解決するために、本発明の多段変速工具を、下記特徴を有するものとしてもよい。
本発明の多段変速工具は、モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設け、前記変速部材を動作させる駆動部と、作業状況を検知する検知部と、前記検知部での検知結果に基づいて前記第一変速順と前記第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する制御部と、を備えることを、特徴とする。

さらに、前記制御部は、前記検知部での検知結果に基づいて前記第一変速順と前記第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する変速モードと、常に前記第二変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する変速モードとを、別々に有することを、更なる特徴としてもよい。

本発明は、減速比を３段階以上で選択することができ、急激に負荷トルクが変動するような作業においても作業時間のロスを極力抑えながらこれに対応することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態１の多段変速工具のハウジングを一部外した状態の要部側面図である。 同上の多段変速工具の要部側断面図である。 同上の多段変速工具に内蔵する減速機の分解斜視図である。 同上の減速機の変速順を示す説明図である。 本発明の実施形態２の多段変速工具に内蔵する減速機を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 本発明の実施形態３の多段変速工具に内蔵する減速機を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 本発明の実施形態４の多段変速工具に内蔵する減速機の側面図であり、（ａ）は４速、（ｂ）は３速、（ｃ）は２速、（ｄ）は１速の状態を示している。

本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１〜図４には、本発明の実施形態１の多段変速工具を示している。本実施形態の多段変速工具は、クラッチ機能を有するドリルドライバであり、筒型の本体ハウジング８０内に、動力源であるモータ１と、このモータ１の回転力を伝達する減速機２と、減速機２を通じて伝達された回転力により回転駆動される出力軸３と、出力軸３にかかるトルクが所定水準に達した時点でクラッチを働かせるクラッチ機構４とを配している。

このモータ１と出力軸３の間に配される減速機２が、移動部材５の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を、ギアケース５０内に複数（ここでは２段）有する。以下においては、ギアケース５０内に２段備えた変速段のうち入力側（即ちモータ１側）の変速段を「１段目の変速段」といい、出力側（即ち出力軸３側）の変速段を「２段目の変速段」という。なお、後述するように、１段目と２段目の減速段の移動部材５は、ともにリングギア１５，２９であり、変速部材３５の回転に伴ってスライド操作される。

１段目の減速段は、以下の構成を具備する。

モータ１のモータ軸１ａに固定される１段目のサンギア６は、歯数の異なる二つのサンギア７，８を一体に形成したものであり、一方のサンギア７が入力側、他方のサンギア８が出力側に位置する。入力側のサンギア７は、１段目の入力側のプラネットギア９に噛み合い、出力側のサンギア８は、同じく１段目の出力側のプラネットギア１０に噛み合う。入力側と出力側のプラネットギア９，１０は、軸方向に所定距離を隔てて配置されている。

入力側のプラネットギア９は円周上に複数配置され、それぞれのプラネットギア９が、ピン１１を介して１段目の入力側のキャリア１２に回転自在に保持される。また、出力側のプラネットギア１０も円周上に複数配置され、それぞれのプラネットギア１０が、ピン１３を介して１段目の出力側のキャリア１４に回転自在に保持される。入力側と出力側のキャリア１２，１４は、複数のピン１３の圧入により相対回転不能に連結されている。

１段目のリングギア１５は、入力側のプラネットギア９に噛み合うことのできる入力側のリングギア１６と、出力側のプラネットギア１０に噛み合うことのできる出力側のリングギア１７とを、一体に形成したものである。リングギア１５をなす入力側と出力側のリングギア１６，１７は、軸方向に距離を隔てて位置する。このリングギア１５の外周面には、軸方向に伸びる突起体１８（図３参照）が複数形成されている。この突起体１８がギアケース５０内周面の溝に嵌まることで、１段目のリングギア１５は、ギアケース５０に対して軸方向にスライド自在且つ回転不能となっている。

１段目のリングギア１５の外周面には、周方向につながったリング溝１９が形成されており、このリング溝１９に、Ω字形状のワイヤーから成る１段目の支持部材２０が、外側から嵌まり込む（図３参照）。Ω字状である支持部材２０の両端部２０ａは、ギアケース５０の両側面に貫設した１段目用のスライド溝５１を通じて、両側方に突出する。スライド溝５１は、軸方向に一直線状に形成した長孔である。支持部材２０のギアケース５０外に突出した端部２０ａは、後述の変速部材３５に係合し、変速部材３５の回動に伴って支持部材２０が軸方向にスライド操作される。この支持部材２０を介して、リングギア１５は軸方向の所定範囲内にてスライド移動される。

図２では、１段目のリングギア１５は前記所定範囲の入力側端部に位置する。この位置においては、入力側のリングギア１６の部分が入力側のプラネットギア９と噛み合い、出力側のリングギア１７の部分は出力側のプラネットギア１０と噛み合わない。一方、１段目のリングギア１５が前記所定範囲の出力側端部に位置する場合には、入力側のリングギア１６の部分は入力側のプラネットギア９と噛み合わず、出力側のリングギア１７の部分が出力側のプラネットギア１０と噛み合う。

リングギア１６とプラネットギア９が噛み合う場合と、リングギア１７とプラネットギア１０が噛み合う場合とでは、減速比が相違する。つまり、１段目の移動部材５であるリングギア１５が軸方向にスライドすることで、１段目の減速段の減速比が変更される。

２段目の減速段は、以下の構成を具備する。

２段目のサンギア２５は、１段目の出力側のキャリア１４と一体に形成されている。２段目のプラネットギア２６は、２段目のサンギア２５と噛み合う位置の円周上に複数配されている。２段目のキャリア２７には、これら複数のプラネットギア２６が、ピン２８を介して回転自在に支持される。

２段目のリングギア２９は、ギアケース５０に対して軸方向にスライド自在に且つ回転自在に配される。２段目のリングギア２９の外周面には、周方向につながるリング溝３０が形成されており、このリング溝３０に、Ω字形状のワイヤーから成る２段目の支持部材３１が、外側から嵌まり込む（図３参照）。支持部材３１の両端部３１ａは、ギアケース５０の両側面に貫設した２段目用のスライド溝５２を通じて両側方に突出する。支持部材３１のギアケース５０外に突出した端部３１ａは、変速部材３５に係合し、変速部材３５の回動に伴って支持部材３１が軸方向にスライド操作される。この支持部材３１を介して、２段目のリングギア２９は軸方向の所定範囲内にてスライド移動される。

図２では、２段目のリングギア２９は前記所定範囲の入力側端部に位置する。この位置においては、リングギア２９が有する内歯に対して、１段目の出力側のキャリア１４がその外周部に有する噛合部と、２段目の複数のプラネットギア２６とが噛み合う。一方、このリングギア２９は後述の係合部５３には係合せず、ギアケース５０に対して回転自在の状態にある。これにより、２段目のプラネットギア２６はキャリア１４及びリングギア２９と一体に回転し、２段目の減速段は非減速状態となる。

一方、２段目のリングギア２９が前記所定範囲の出力側端部に位置する場合には、このリングギア２９の内歯に対して、１段目の出力側のキャリア１４の噛合部が噛み合わず、２段目の複数のプラネットギア２６が噛み合う。そして、ギアケース５０の内周面に固定した係合部５３に対して、２段目のリングギア２９の出力側外周部が係合し、２段目のリングギア２９がギアケース５０に対して回転不能の状態となる。このとき、２段目の減速段は減速状態となる。

つまり、２段目の移動部材５であるリングギア２９が軸方向にスライドすることで、２段目の減速段の減速比が変更される。なお、２段目の減速段での減速比変更は、減速状態と非減速状態が切り替わることを意味する。

以上のように、１段目の減速段では、移動部材５である１段目のリングギア１５が軸方向にスライドして、１段目の減速比を変更する。２段目の減速段では、１段目とは別の移動部材５である２段目のリングギア２９が軸方向にスライドして、２段目の減速比を変更する。本実施形態の減速機２では、１段目と２段目の減速比の組み合わせにより、減速機２全体の減速比が変更される。本文中においては、減速比変更を「変速」といい、１速から４速に向かう側の変速を「増速」、４速から１速に向かう側の変速を「減速」という。

次に、１段目と２段目のリングギア１５，２９をスライドさせるための変速部材３５について説明する。本実施形態の変速部材３５は、軸方向から視て円弧状に湾曲した一枚のカムプレート３６を用いて形成される。カムプレート３６は、円筒状であるギアケース５０の外周面上に、所定範囲内で周方向にスライド自在に配置される。

カムプレート３６には、１段目の変速に用いるカム溝３７と、２段目の変速に用いるカム溝３８とが、軸方向に並設されている。入力側に位置するカム溝３７は、ギアケース５０側面のスライド溝５１から突出した１段目の支持部材２０の端部２０ａが嵌まるように、径方向に貫通させて形成したものである。出力側に位置するカム溝３８は、ギアケース５０側面のスライド溝５２から突出した２段目の支持部材３１の端部３１ａが嵌まるように、径方向に貫通させて形成したものである。

並設される一対のカム溝３７，３８は共に、軸方向及び周方向に対して傾斜した傾斜部分を有するものであり、カム溝３７，３８同士ではその形状を相違させている。１段目側のカム溝３７では、互いに逆側に傾斜した傾斜部分を、周方向に沿って交互に連続させ、全体をジグザグ状に形成している。２段目側のカム溝３８では、互いに逆側に傾斜した傾斜部分を、周方向に沿って伸びる直線部分を介して周方向に連続させ、一方の傾斜部分の端部からさらに直線部分を連続させている。

１段目の支持部材２０の端部２０ａは、ピン形状を有し、ギアケース５０のスライド溝５１とカムプレート３６のカム溝３７との交差部分に、挿通される。したがって、カムプレート３６が軸まわりに回動されると、これに伴ってスライド溝５１とカム溝３７との交差部分が軸方向にスライドし、両側の端部２０ａひいては支持部材２０全体が軸方向にスライド移動される。これにより、前述のとおり１段目のリングギア１５がスライドして減速比が変更される。

２段目においても、同様の構造に基づいて、移動部材５であるリングギア２９がスライド移動される。１段目側のカム溝３７と２段目側のカム溝３８は形状を相違させており、共通のカムプレート３６を回転操作するだけで、１段目と２段目のリングギア１５，２９を個別にスライド操作することができる。

カムプレート３６には、カム溝３７，３８を形成した部分から周方向（図中下方向）に所定距離だけ離れた部分に、ギア構造３９を形成している。ギア構造３９は、カムプレート３６の外周面上に形成され、周方向に並設された多数のギアを有している。カムプレート３６を軸まわりに回転駆動する駆動部としては、モータ１とは別のアクチュエータを用いる。図中ではアクチュエータを省略しているが、小型モータと減速機とでアクチュータを構成し、小型モータの回転動力が減速機を介してギア構造３９に伝達されるように設ける。小型モータは、ＦＥＴ回路により正逆回転可能である。なお、このようなアクチュエータを設けず、外部から手動でカムプレート３６を回転操作可能に設けてもよい。

図４には、変速部材３５であるカムプレート３６の回転に伴い、減速機２が変速される様子を示している。本実施形態では、多段変速工具に備えた制御部（図示略）が作業状況を検知し、その作業状況に基づいてアクチュエータを駆動操作することで、減速機２を自動変速させる。ここでの作業状況とは、出力軸３にかかる負荷トルクであり、出力軸３に配されるトルクセンサ（図示略）によって検知される。負荷トルクを検知する手段としては、公知である多様なセンサが採用可能である。例えば、出力軸３以外の箇所に設置するトルクセンサを用いてもよいし、電流検出手段を設け、検出される電流値と減速比によって負荷トルクを推定するという手段を用いてもよい。

本体ハウジング８０に備えたトリガスイッチ７０を引き込み、作業開始した時点では、カムプレート３６は図４中の（Ｂ）に示す４速の状態にある。４速では、１段目と２段目のリングギア１５，２９が共に入力側に位置する。そして、負荷トルクが増加するに伴い、これを検知した制御部がアクチュエータを駆動させ、カムプレート３６を軸まわりに回転移動させる。通常は、負荷トルクが増加するに伴ってカムプレート３６を一方向に回転させてゆき、図４中（Ｃ）の３速、（Ｄ）の２速、（Ｅ）の１速と、１速ずつ順に減速させていく。

３速では、１段目のリングギア１５が出力側，２段目のリングギア２９が入力側に位置する。２速では、１段目のリングギア１５が入力側、２段目のリングギア２９が出力側に位置する。１速では、１段目と２段目のリングギア１５，２９が共に出力側に位置する。つまり、４速の状態から１段目のリングギア１５を出力側にスライドさせることで１段減速される。ここから１段目のリングギア１５を入力側にスライドさせて２段目のリングギア２９を出力側にスライドさせることで更に１段減速され、ここから１段目のリングギア１５を出力側にスライドさせることで更に１段減速される。

一方、作業開始直後から負荷トルクが急激に上昇するような場合には、これをトルクセンサで検知した制御部が、開始時点で４速の状態にあるカムプレート３６が前記方向とは逆方向に回転するように、駆動部を制御する。これにより、図４中（Ｂ）の４速から（Ａ）の１速へと、２速飛ばしで速やかに減速される。つまり、カムプレート３６の逆回転に伴い、４速の状態から１段目と２段目のリングギア１５，２９がともに出力側にスライドされることで、２速飛ばしでの減速が実現される。

２速飛ばしの減速によれば、１速ずつの減速に比べて以下の利点がある。つまり、通常の減速では１速ずつの減速に時間がかかり、さらにギア同士の衝撃的な噛み合いも発生してしまう。これに対して、１速以上飛ばして最高速から最低速へと一気に変速することで変速時間が短縮され、トータルの作業時間も短縮される。また、ギア同士の衝突も最小限に抑えることができる。

しかも、このように減速機２の変速順として、１速ずつ順に変速する通常の変速順（以下「第一変速順」という。）と、１速以上飛ばして変速する別の変速順（以下「第二変速順」という。）とを、選択的に実施可能とするために、一対のカム溝３７，３８を有するカムプレート３６を配置して軸まわりに正逆回転自在とするだけでよい。そのため、装置の小型化や低コスト化が実現される。

本実施形態の多段変速工具において、負荷トルクの急激な上昇は、トルクセンサにより検知される負荷トルクの変動を基にして、所定時間後の負荷トルクを推定することで検知する。つまり、減速機２が４速の状態にあるときに、所定時間後の負荷トルクの推定値が閾値以下であるときは、制御部が変速順として第一変速順を選択し、カムプレート３６を入力側から視て反時計まわりに回転させていく。一方、減速機２が４速の状態にあるときに、所定時間後の負荷トルクの推定値が閾値を越えるときは、制御部が変速順として第二変速順を選択し、カムプレート３６を時計まわりに回転させる。また、制御部は、作業終了後にいったん４速に戻るように、カムプレート３６を自動的に回転させる。

なお、前記のように制御部が第一変速順と第二変速順の一方を自動的に選択するのでなく、使用者が第一変速順と第二変速順の一方を選択できるようにしてもよい。この場合、変速順が自動選択される前記内容の変速モードとは別に、外部操作によって変速順が選択される変速モードを、制御部に備えておく。具体的には、外部操作可能なスイッチを本体ハウジング８０の外面上に配しておき、負荷トルクの急激な変動があらかじめ想定されるボルト締め作業などを行う場合には、このスイッチを操作して、常に第二変速順に従って変速が行われる変速モードを選択すればよい。また、負荷トルクの急激な変動が想定されない作業を行う場合には、スイッチ操作により、常に第一変速順に従って変速が行われる変速モードを選択してもよい。このようにすることで、変速の仕方が不意に変更されて使用者の混乱を招くことが、効果的に防止される。

前述のように、本実施形態の多段変速工具では、リングギア１５，２９を移動部材５としているが、他部材を移動部材５として用いてもよい。

例えば、１段目のリングギア１５を成す入力側と出力側のリングギア１６，１７を別部材とし、プラネットギア９，１０と噛み合う箇所にそれぞれリングギア１６，１７を回転可能に設け、各リングギア１６，１７の外側に噛合部を設け、これらの外側にさらにアウターリングを備え、このアウターリングを移動部材５としてもよい。このアウターリングは、ギアケース５０に対して回転不能であり且つ軸方向にスライド自在なものとし、スライド位置に応じてリングギア１６，１７の一方にだけ噛み合い、回転不能に保持するように設ける。この場合も、移動部材５であるアウターリングのスライドにより、１段目の減速段が変速される。

また、２段目のリングギア２９についても、これをスライド不能に設けて（つまりリングギア２９を移動部材５とはせず）、リングギア２９の外側に別途備えたアウターリングを、移動部材５として用いてもよい。この場合のアウターリングは、リングギア２９と一体に回転し且つ軸方向にスライド自在なものとし、そのスライド位置に応じてキャリア１４やギアケース５０と噛み合うように設ける。この場合も、移動部材５であるアウターリングのスライドにより、２段目の減速段が変速される。

さらに、本実施形態の多段変速工具では、回転駆動されるカムプレート３６を変速部材３５として用いているが、軸方向に往復駆動される適宜形状の変速部材３５をワイヤー等で移動部材５に連結させて設け、この変速部材３５の軸方向の移動に伴って１速、４速、３速、２速、１速の順に変速されるように設けてもよい。この場合も、変速部材３５を自動的にスライドさせるためのアクチュエータやギア構造を備えてもよいし、手動でスライド可能に設けてもよい。

次に、本発明の実施形態２の多段変速工具について説明する。図５には、本実施形態の多段変速工具の特徴部分を示している。なお、本実施形態の多段変速工具の構成のうち、実施形態１と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

本実施形態の多段変速工具では、移動部材５をスライドさせるための変速部材３５として、周方向に一周してつながるリング状のカムプレート３６を用いている。このリング状のカムプレート３６は、ギアケース５０の外周面上に、周方向の全範囲で回転自在に配置される。

カムプレート３６の各カム溝３７，３８は、周方向に一周してつながるように、環状に形成されている。これらカム溝３７，３８は、いずれもカムプレート３６内面に凹設したものであり、カム溝３７，３８が径方向に貫通しないように設けている。凹溝状のカム溝３７には、ギアケース５０側面のスライド溝５１から突出した１段目の支持部材２０の端部２０ａが嵌まり、凹溝状のカム溝３８には、ギアケース５０側面のスライド溝５２から突出した２段目の支持部材３１の端部３１ａが嵌まる（図５（ｂ）参照）。

１段目側のカム溝３７では、互いに逆側に傾斜した傾斜部分を、全周にわたって交互に連続させている。２段目側のカム溝３８では、互いに逆側に傾斜した傾斜部分同士を、周方向に沿って伸びる直線部分を挟みながら、全周にわたって交互に連続させている。リング状のカムプレート３６を軸まわりに回転させれば、１段目と２段目のリングギア１５，２９は、カム溝３７，３８の形状により規定される形態でそれぞれスライド操作される。

カムプレート３６には、軸方向に並設されるカム溝３７，３８に挟まれる軸方向の位置に、駆動部からの動力が伝達されるギア構造３９を形成している。このギア構造３９は、カムプレート３６の外周面上の全周にわたって形成され、周方向に並設された多数のギアを有している。ギア構造３９には、図示略のアクチュエータの回転力が伝達され、この回転力によってカムプレート３６が回転操作される。なお、外部から手動でカムプレート３６を回転操作可能に設けてもよい。

作業開始時点では、リング状のカムプレート３６は、図５（ａ）に示す４速の状態にある。負荷トルクが増加するに伴い、これを検知した制御部がアクチュエータを駆動させ、リング状のカムプレート３６を入力側から視て反時計まわりに回転移動させ、３速、２速、１速と１速ずつ順に減速させていく。一方、作業開始直後から負荷トルクが急激に上昇するような場合には、４速の状態にあるカムプレート３６を、入力側から視て時計まわりに回転移動させ、２速飛ばしで一気に１速へと減速させる。

このカムプレート３６は、一方向に回転されることで、４速、３速、２速、１速という１速ずつの第一変速順に従った減速を行い、次いで、１速、４速という２速飛ばしの第二変則順に従った増速を行う。その後も、カムプレート３６の一方向の回転により、第一変速順と第二変速順が交互に繰り返される。また、これの逆方向にカムプレート３６を回転させていくと、４速、１速という２速飛ばしの第二変則順に従って減速され、次いで、１速、２速、３速、４速という１速ずつの第一変速順に従って増速される。その後も、カムプレート３６の逆方向の回転により、第二変速順と第一変速順が交互に繰り返される。

この無端の変速順によれば、“…⇔４速⇔１速⇔２速⇔３速⇔４速⇔１速⇔２速⇔３速⇔４速⇔１速⇔…”というように、一つの変速状態から、必ず、他の二つの変速状態にまで直ぐに変更可能となる。しかも、最高速と最低速を一気に切り替えることが可能である。

また、本実施形態のカムプレート３６においては、前述のようにカム溝３７，３８とは軸方向にずれた位置に、ギア構造３９を設けている。本実施形態では、凹状のカム溝３７，３８が形成される部分ではカムプレート３６が全周にわたって薄肉となる。そのため、仮にギア構造３９を、軸方向の位置においてカム溝３７，３８と重なるように設けた場合には、ギア構造３９の強度を確保するという制約のため、ギア構造３９の歯底円直径を大径化せざるを得ない。これに対して、カム溝３７，３８とは軸方向にずれた位置にギア構造３９を設けることで、ギア構造３９の歯底円直径を小さくしてもその箇所の強度を確保できる。そのため、カム溝３７，３８とギア構造３９を全周にわたって形成する必要のある本実施形態のカムプレート３６を、極力小径化することができる。

ところで、本実施形態では、リング状のカムプレート３６を正逆回転させるようにアクチュエータを設けているが、一方向にのみカムプレート３６を回転させるように設けてもよい。この場合、カムプレート３６を一方向に回転させていくと、“…、４速⇒３速⇒２速⇒１速⇒４速⇒３速⇒２速⇒１速⇒４速⇒…”という順に変速される。この場合も、１速ずつ切り替える第一変速順と、最低速と最高速の間を一気に切り替える第二変速順とが、交互に実現される。また、アクチュエータとして一方向にだけ回転可能なものを用いることができ、部品コストが削減される。

次に、本発明の実施形態３の多段変速工具について説明する。図６には、本実施形態の多段変速工具の特徴部分を示している。なお、本実施形態の多段変速工具の構成のうち、実施形態１，２と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

本実施形態の多段変速工具は、基本的な構成は実施形態２と共通であるが、減速機２が１速から３速までの三段階で変速されるようにカム溝３７，３８を形成している点のみ、実施形態２と相違する。本実施形態のカム溝３７，３８は共に、互いに逆側に傾斜した傾斜部と直接部分とが、周方向に沿って規則的に連続するものである。

作業開始時点では、リング状のカムプレート３６は、図６（ａ）に示す３速の状態にある。通常の作業では、負荷トルクが上昇すると制御部がアクチュエータを駆動させ、カムプレート３６を入力側から視て反時計まわりに回転移動させる。これにより、３速から２速、１速というように１速ずつ順に減速していく。一方、作業開始直後から負荷トルクが急激に上昇するような場合には、３速の状態にあるカムプレート３６を、入力側から視て時計まわりに回転移動させ、１段飛ばしで一気に１速へと減速させる。

このカムプレート３６は、一方向に回転されることで、３速、２速、１速という第一変速順に従った減速を行い、次いで、１速、３速という１段飛ばしの第二変則順に従った増速を行う。その後も、カムプレート３６の一方向の回転により、第一変速順と第二変速順が交互に繰り返される。これの逆方向にカムプレート３６を回転させていくと、３速、１速という１段飛ばしの第二変則順に従って減速され、次いで、１速、２速、３速という１速ずつの第一変速順に従って増速される。その後も、カムプレート３６の逆方向の回転により、第二変速順と第一変速順が交互に繰り返される。

この無端の変速順によれば、“…⇔３速⇔１速⇔２速⇔３速⇔１速⇔２速⇔３速⇔１速⇔…”というように、一つの変速状態から、必ず、他の全ての変速状態にまで直ぐに変更可能となる。

ところで、本実施形態においても、一方向にのみカムプレート３６を回転させるようにアクチュエータを設けてもよい。この場合、カムプレート３６を一方向に回転させていくと、“…⇒３速⇒２速⇒１速⇒３速⇒２速⇒１速⇒３速⇒…”という順に変速されるようになり、アクチュエータとしては一方向にだけ回転可能なものを使用すればよいため、部品コストが削減される。

次に、本発明の実施形態４の多段変速工具について説明する。図７には、本実施形態の多段変速工具の特徴部分を示している。なお、本実施形態の多段変速工具の構成のうち、実施形態１〜３と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特徴的な構成についてのみ、以下に詳述する。

本実施形態の多段変速工具では、移動部材５をなす１段目および２段目のリングギア１５，２９と一対一で対応するように、二個の変速部材３５を独立操作可能に備えている。一方の変速部材３５は、１段目のリングギア１５を軸方向にスライドさせるための一枚のカムプレート３６であり、軸方向から視て円弧状に湾曲した形状である。他方の変速部材３５は、２段目のリングギア２９を軸方向にスライドさせるための一枚のカムプレート３６であり、軸方向から視て円弧状に湾曲した形状である。両カムプレート３６は、ギアケース５０の外周面上にて軸方向に並設されている。以下においては、入力側に位置するカムプレート３６に符号３６ａを付し、出力側に位置するカムプレート３６に符号３６ｂを付す。カムプレート３６ａ，３６ｂは共に、所定範囲内で周方向にスライド自在である。

入力側のカムプレート３６ａには、１段目の変速に用いるカム溝３７が形成されており、出力側のカムプレート３６ｂには、２段目の変速に用いるカム溝３８が形成されている。カム溝３７とカム溝３８は共に、軸方向及び周方向に対して傾斜した直線状の貫通溝であり、カム溝３７には１段目の支持部材２０の端部２０ａが嵌まり、カム溝３８には２段目の支持部材３１の端部３１ａが嵌まる。

入力側のカムプレート３６ａが軸まわりに回動されると、カム溝３７に端部２０ａを嵌めた支持部材２０が軸方向にスライドされ、１段目のリングギア１５が軸方向にスライドされる。同様に、出力側のカムプレート３６ｂが軸まわりに回動されると、カム溝３８に端部３１ａを嵌めた支持部材３１が軸方向にスライドされ、２段目のリングギア２９が軸方向にスライドされる。

両カムプレート３６ａ，３６ｂには、それぞれのカム溝３７，３８を形成した部分から周方向に所定距離だけ離れた部分に、ギアが周方向に並設されたギア構造３９ａ，３９ｂを形成している。そして、カムプレート３６ａ，３６ｂをそれぞれ軸まわりに回転駆動する駆動部として、小型モータと減速機で構成されるアクチュエータ４０ａ，４０ｂを独立して一対備えている。なお、このようなアクチュエータ４０ａ，４０ｂを設けず、外部から手動でカムプレート３６ａ，３６ｂを回転操作可能に設けてもよい。

図７（ａ）〜（ｄ）には、４速〜１速の状態にある減速機２を示している。図７（ａ）は、１段目と２段目のリングギア１５，２９が入力側に位置する４速の状態を示し、図７（ｂ）は、１段目のリングギア１５が出力側、２段目のリングギア２９が入力側に位置する３速の状態を示す。図７（ｃ）は、１段目のリングギア１５が入力側、２段目のリングギア２９が出力側に位置する２速の状態を示し、図７（ｄ）は、１段目と２段目のリングギア１５，２９が出力側に位置する１速の状態を示す。

本実施形態の多段変速工具が備える制御部は、出力軸３にかかる負荷トルクに基づいて作業状況を検知し、その検知結果に基づいて、駆動部をなすアクチュエータ４０ａ，４０ｂを独立に駆動制御し、減速機２を変速させる。

ここで、二つのリングギア１５，２９が独立して移動可能となっているため、１速から４速までの四段階の変速状態の全てが、直ぐに選択可能である。したがって、減速機２の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順が実現可能であることは勿論のこと、１速以上飛ばして変速する第二変速順も実現可能となる。

例えば、作業開始時点では、カムプレート３６ａ，３６ｂを図７（ａ）の４速の状態にセットしておき、負荷トルクが増加するとアクチュエータ４０ａを駆動させ、カムプレート３６ａだけを回転させることで、図７（ｂ）に示す３速の状態に減速させる。さらに負荷トルクが増加すれば、今度はアクチュエータ４０ａ，４０ｂを同時に駆動させ、カムプレート３６ａ，３６ｂを互いに逆側に回転させることで、図７（ｃ）に示す２速の状態に減速させる。さらに負荷トルクが増加すれば、アクチュエータ４０ａを駆動させ、カムプレート３６ａだけを回転させることで、図７（ｃ）に示す１速の状態に減速させる。このように、通常は、負荷トルクが増加するに伴ってカムプレート３６ａ，３６ｂの一方または両方を回転させ、４速から３速、２速、１速というように（つまり、１速ずつ順に変速する第一変速順で）減速させていく。

一方、作業開始直後から負荷トルクが急激に上昇するような場合には、アクチュエータ４０ａ，４０ｂを駆動させ、開始時点で図７（ａ）の４速の状態にあるカムプレート３６ａ，３６ｂを共に回転させて、図７（ａ）の４速から図７（ｄ）の１速へと、２速飛ばしで速やかに減速させる。このように、負荷トルクが急上昇するような作業の場合は、カムプレート３６ａ，３６ｂを同時に回転させ、４速から一気に１速へと（つまり、２速飛ばして変速する第二変速順で）減速させる。なお、４速から２速へ減速させるように、第二変速順を１速飛ばしで設定してもよいし、１速飛ばしと２速飛ばしを使用者が選択可能となるように設けてもよい。また、負荷トルクの変動に基づいて、１速飛ばしと２速飛ばしの一方が自動的に選択されるように設けてもよい。本実施形態によれば、一つの変速状態から、必ず、他の全ての変速状態にまで直ぐに変更することができるので、第一変速順や第二変速順のような多様な変速順が実現可能となる。

なお、本実施形態においても、変速部材３５は円弧状のカムプレート３６ａ，３６ｂに限定されず、他の構成であってもよい。例えば、変速部材３５として、独立して軸方向にスライド自在な部材を一対配し、各変速部材３５に支持部材２０，３１を一対一で連結させ、各変速部材３５を専用のアクチュエータ４０ａ，４０ｂで独立して往復動させる機構としてもよい。この場合のアクチュエータ４０ａ，４０ｂとしては、回転式のモータやソレノイドが採用可能である。

以上、説明したように、実施形態１〜４の多段変速工具では、モータ１と出力軸３の間に、移動部材５の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機２を配置し、移動部材５をスライドさせるための変速部材３５を備えている。この変速部材３５を操作して移動部材５をスライドさせることによって、減速機２が１速から３速以上まで変速可能である。そして、変速部材３５による減速機２の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設けている。

したがって、通常の作業では一速ずつの第一変速順で作業を行い、急激に負荷トルクが変動するような作業においては、１速以上飛ばす第二変速順で作業を行うといったように、その作業に適した変速順を選択することができる。そのため、急激に負荷トルクが変動するような作業においても、作業時間のロスを極力抑えながらこれに対応することができる。特に、動作中にモータ１を完全に停止させずに変速を行うような場合には、ギアの切り替え回数が減ることでギアの寿命が向上する。

また、実施形態１〜３の多段変速工具では、変速部材３５の移動に伴う減速機２の変速順を、１速ずつ順に増速する第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速する第二変速順が連続するように設けている。このように、変速部材３５の所定方向の移動によって実現される一連の変速順のなかに、第一変速順と第二変速順が連続的に存在するように設けることで、変速部材３５を移動させるだけで第一変速順と第二変速順を簡単に選択することができる。

また、実施形態１〜３の多段変速工具において、リング状又は円弧状である変速部材３５は、移動部材５に動力を伝達するカム溝３７，３８を有し、且つ、周方向に回転自在に配されたものである。そして、変速部材３５の周方向の回転に伴って移動部材５がスライドされ、１速ずつ順に増速する第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速される第二変速順が連続するように設けている。このようにすることで、変速部材３５を軸まわりに回転させるだけで、第一変速順と第二変速順を簡単に選択することができる。

また、実施形態１〜３の多段変速工具において、第二変速順は、最高速の次に最低速にまで変速されるものである。これにより、負荷トルクが急激に変動するボルト締めなどの作業を行う場合においても、作業時間のロスを極力抑えながらこれに対応することができ、また、ギア寿命も向上させることができる。

さらに、実施形態３の多段変速工具において、第一変速順は、１速から３速までの三段階で変速されるものであり、第二変速順は、１速と３速の間を１速飛ばしで変速されるものである。これによれば、１速、２速、３速の全ての変速状態から、他の全ての変速状態へと直ぐに切り替えることができる。そのため、結果的にトータルの作業時間が短縮される。

また、実施形態２，３の多段変速工具においては、リング状である変速部材３５を一方向にのみ回転させる駆動部を備え、変速部材３５の一方向の回転に伴い、第一変速順と第二変速順が交互に繰り返されるように設けることも好ましい。これによれば、駆動部として、変速部材３５を一方向にのみ回転可能なものを利用することができ、部品コストが削減される。

また、実施形態２，３の多段変速工具においては、変速部材３５を回転させる駆動部を備え、変速部材３５には、カム溝３７，３８とは軸方向にずれた位置に、駆動部からの動力が伝達されるギア構造３９を形成している。このように、カム溝３７，３８が形成されて強度が低下する箇所ではなく、この箇所とは軸方向にずれた箇所にギア構造３９を設けることで、ギア構造３９の歯底円直径を小さく設けてもその箇所の強度を確保することができる。そのため、カム溝３７，３８とギア構造３９を共に全周にわたって有する変速部材３５であっても、極力小型化した部材として提供することができる。

また、実施形態４の多段変速工具では、複数の移動部材５と対応するように変速部材３５を複数備え、それぞれの変速部材３５により別々の移動部材５を独立してスライドさせることで、減速機２を、第一変速順に加えて第二変速順でも変速可能としている。これによれば、複数の変速部材３５を独立してスライド操作し、第一変速順や第二変速順のような多様な変速順を実現することが可能となる。

また、実施形態１〜４の多段変速工具では、変速部材３５を動作させる駆動部と、作業状況を検知する検知部と、検知部での検知結果に基づいて第一変速順と第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように駆動部を制御する制御部と、を備えている。これによれば、作業状況に適した変速順が自動的に選択されるようになり、使用者自らが作業状況に応じて変速順を選択する手間や技能が不要となる。

また、実施形態１〜４の多段変速工具では、制御部は、検知部の検知結果に基づいて第一変速順と第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように駆動部を制御する変速モードと、常に第二変速順で変速が行われるように駆動部を制御する変速モードとを、別々に有することも好ましい。負荷トルクが急激に変動する作業を行うことがあらかじめ決まっているときは、常に第二変速順で変速が行われる変速モードで作業を行えばよい。これにより、作業中に使用者の混乱を招くことが防止される。

以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことや、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。

１ モータ
２ 減速機
３ 出力軸
５ 移動部材
３５ 変速部材
３７ カム溝
３８ カム溝
３９ ギア構造

Claims (9)

1. モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、
   前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設け、前記変速部材の移動に伴う前記減速機の変速順を、１速ずつ順に増速する前記第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速する前記第二変速順が連続するように設けたことを特徴とする多段変速工具。
2. リング状又は円弧状である前記変速部材は、前記移動部材に動力を伝達するカム溝を有し、且つ、周方向に回転自在に配されたものであり、前記変速部材の周方向の回転に伴って前記移動部材がスライドされ、１速ずつ順に増速する前記第一変速順の最高速から、１速以上飛ばして減速される前記第二変速順が連続するように設けたことを特徴とする請求項１に記載の多段変速工具。
3. 前記第二変速順は、最高速の次に最低速にまで変速されるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の多段変速工具。
4. 前記第一変速順は、１速から３速までの三段階で変速されるものであり、前記第二変速順は、１速と３速の間を１速飛ばしで変速されるものであることを特徴とする請求項３に記載の多段変速工具。
5. リング状である前記変速部材を一方向にのみ回転させる駆動部を備え、前記変速部材の一方向の回転に伴い、前記第一変速順と前記第二変速順が交互に繰り返されるように設けたことを特徴とする請求項２に記載の多段変速工具。
6. 前記変速部材を回転させる駆動部を備え、前記変速部材には、前記カム溝とは軸方向にずれた位置に、前記駆動部からの動力が伝達されるギア構造を形成したことを特徴とする請求項２に記載の多段変速工具。
7. モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、
   前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設け、複数の前記移動部材と対応するように前記変速部材を複数備え、それぞれの前記変速部材により別々の前記移動部材を独立してスライドさせることで、前記減速機を、前記第一変速順に加えて前記第二変速順でも変速可能としたことを特徴とする多段変速工具。
8. モータと出力軸の間に、移動部材の軸方向のスライドによって減速比が切替自在な変速段を複数有する減速機を配置し、前記移動部材をスライドさせるための変速部材を備え、前記変速部材を操作して前記移動部材をスライドさせることによって前記減速機が１速から３速以上まで変速可能となった多段変速工具において、
   前記変速部材による前記減速機の変速順として、１速ずつ順に変速する第一変速順に加えて、１速以上飛ばして変速する第二変速順を設け、前記変速部材を動作させる駆動部と、作業状況を検知する検知部と、前記検知部での検知結果に基づいて前記第一変速順と前記第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする多段変速工具。
9. 前記制御部は、前記検知部での検知結果に基づいて前記第一変速順と前記第二変速順のうち一方を変速順として選択し、その選択した変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する変速モードと、常に前記第二変速順で変速が行われるように前記駆動部を制御する変速モードとを、別々に有することを特徴とする請求項８に記載の多段変速工具。

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