JP2003206960A - 遊星変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作中の変速時にも衝突が生じなくて騒音や
振動が少ない。 【解決手段】 遊星機構における遊転自在とされたリン
グギア３２の回転阻止状態と該リングギア３２の自由回
転状態との切り換えで変速を行うとともに、リングギア
３２の回転阻止をワンウェイクラッチ３３で行う。ワン
ウェイクラッチ３３は楔状空間に配される噛み込み部材
３３２と付勢ばね３３３と空間が狭くなる方向が異なる
２種の楔状空間を備え、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７７を両種楔状
空間の間に配置する。位置規制部材７７の両側に夫々噛
み込み部材３３２及び付勢ばね３３３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で正逆両回転に
対応するものとする。リングギアの回転阻止はワンウェ
イクラッチで行うために衝突が生じない。しかも正逆両
回転に対応する。

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、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、遊星
機構における遊転自在とされたリングギアの回転阻止状
態と該リングギアの自由回転状態との切り換えで変速を
行うとともに、上記リングギアの回転阻止をワンウェイ
クラッチで行っている遊星変速装置において、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１
１，１２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３
２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３
３１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３３
０，３３１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７
０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３
３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９
０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３
３０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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 遊星機構における遊転自在とされたリン
   グギアの回転阻止状態と該リングギアの自由回転状態と
   の切り換えで変速を行うとともに、上記リングギアの回
   転阻止をワンウェイクラッチで行っている遊星変速装置
   において、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。