JPH07317851A

JPH07317851A - 遊星自動変速装置

Info

Publication number: JPH07317851A
Application number: JP6113152A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kawamoto; 哲郎川本; Yosuke Ishida; 洋介石田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】変速時の衝撃力を緩和して、係止片によるリ
ングギアの切り替え動作の長寿命化を図る。【構成】リングギア３１，３２の外周に、遊星機構の
軸方向に対して幅が漸次変化するテーパ形状の係止部３
５，３６を夫々形成する。両リングギアの係止部３５，
３６の対向面の一方に、係止部３５，３６よりも大きな
角度で傾斜した誘い込みテーパ部５５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は遊星機構を利用して変速
を行なう遊星自動変速装置、殊に負荷の増大に伴って変
速を自動的に行う遊星自動変速装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１０に実公昭５１−４７１８５号公報
で開示された従来例を示す。この従来例の変速機構にお
いては、遊星減速機構の構成部材であるリングギアａを
固定ギアｂに固定するか、遊星ギアｃを支持するキャリ
アｄと連結してリングギアａをキャリアｄと一体に回転
させるかによって変速を行なうようにしている。

【０００３】図１１乃至図１３に特開昭６３−１８６０
５４号公報で開示された従来例を示す。この従来例にお
いては、モータ出力軸６０に異なる複数の太陽ギア１
１，１２が固着されており、同一キャリア４上には異な
る歯数の遊星ギア２１，２２を設置して互いに噛み合わ
せ、且つ各々の遊星ギア２１，２２に別体のリングギア
３１，３２を噛み合わせており、いずれかのリングギア
３１，３２を遊星機構のスラスト方向にスライド自在な
係止片７′により固定することで変速させる変速機構が
開示されている。そして、リングギア３１，３２の外周
にリング状部材３７，３８を取付けると共に、各リング
状部材３７，３８に軸方向において幅が漸次変化するテ
ーパ形状の係止部３５，３６を形成し、負荷に応じてリ
ングギア３１，３２に加わる反力により係止片７′が隣
接するリングギア３１，３２の方へ移動し、自動的に変
速させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図１０の従
来例では、リングギアａの内周に切った歯車ｅとキャリ
アｄ外周の歯車ｆを噛み合わせて太陽ギアｇとキャリア
ｄとを直結するか、該噛み合わせを外してリングギアａ
を固定ギアｂに固定するかにより変速しているので、変
速に際してリングギアａとキャリアｄの係合がスムーズ
でなく、変速時には動作を停止する必要があるなど、変
速の操作性を損ない、このため、動作中に自動変速させ
ることは困難である。

【０００５】これに対し図１１乃至図１３の従来例で
は、変速時の切り替えはいずれかのリングギア３１，３
２の外周の係止部３５，３６に係止片７′を係止させて
いるため、図１０に示す従来例のようなギアの噛み合わ
せによる変速と異なり、変速がスムーズに行なわれ、さ
らに、負荷に応じてリングギア３１，３２に加わる反力
を利用して、係止片７′が移動して自動的に変速させる
ものなので、簡単な機構で自動変速が可能となる。例え
ば電動工具にこの変速機構を用いた場合、ネジ締めにお
いて、着座するまで高速モードで作業した後、負荷が大
きくなるにつれ自動的に低速モードに切り替わり、所定
の締め付けトルクで締め上げることができる。

【０００６】しかしながら、図１１乃至図１３に示す従
来例では、リングギア３１，３２の係止部３５，３６は
連続したテーパ形状に形成されているため、係止片７′
が負荷により移動する際に、リングギア３１，３２の係
止部３５，３６の間に係止片７′が挟み込まれ易くな
り、この場合、減速機がロックしてギアが破損するとい
う問題がある。しかも、緩やかに大きくなる負荷の場合
（例えば木ねじ状）では、負荷の変動に応じて係止片
７′が隣接するリングギア３２に移動したり、ばねによ
り元のリングギア３１に戻ったりして、移動動作が不安
定なものとなり、このため係止片７′とリングギア３
１，３２の係止部３５，３６との衝突が増し、寿命を短
くするという問題もある。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、変速時の衝撃力を
緩和して、係止片によるリングギアの切り替え動作の長
寿命化を図ることができる信頼性の高い遊星自動変速装
置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、太陽ギア１１，１２とこれに噛み合う遊
星ギア２１，２２及び太陽ギア１１，１２と同心で遊星
ギア２１，２２が噛み合っているリングギア３１，３２
からなる遊星機構を軸方向に複数個設けてハウジングＡ
内に収納し、各遊星機構における遊転自在とされたリン
グギア３１，３２のなかの一つの回転を選択的に阻止す
る係止片７ａを設けるとともに、リングギア３１，３２
にかかる負荷に応じて係止片７ａを移動させて係止片７
ａが係合するリングギア３１，３２を切り替える遊星自
動変速装置であって、各リングギア３１，３２の外周
に、遊星機構の軸方向に対して幅が漸次変化するテーパ
形状の係止部３５，３６が夫々形成されると共に、両リ
ングギアの係止部３５，３６の対向面に、該係止部３
５，３６よりも大きな角度で傾斜した誘い込みテーパ部
５５が形成されていることに特徴を有している。

【０００９】上記誘い込みテーパ部５５の上面に、係止
片７ａを誘い込みテーパ部５５に導くための斜面５が形
成されているのが好ましい。上記隣接するリングギア３
１，３２の両係止部３５，３６の高さを異ならせ、高さ
が低い方の係止部３６側に誘い込みテーパ部５５が形成
されているのが好ましい。

【００１０】上記係止片７ａをリングギア３１，３２の
周方向に間隔をあけて複数個配置して成るのが好まし
い。上記係止片７ａの移動方向と直交する方向の両側面
を、係止部３５，３６のテーパ形状と略同じテーパ形状
に形成するのが好ましい。上記係止片７ａの移動方向の
両端面に、誘い込みテーパ面６６を形成するのが好まし
い。

【００１１】

【作用】本発明によれば、各リングギア３１，３２の外
周に、遊星機構の軸方向に対して幅が漸次変化するテー
パ形状の係止部３５，３６が夫々形成されると共に、両
リングギアの係止部３５，３６の対向面に、係止部３
５，３６よりも大きな角度で傾斜した誘い込みテーパ部
５５が形成されているから、係止片７ａが負荷によりリ
ングギア３１からリングギア３２に切り替えられる途中
で、誘い込みテーパ部５５によって係止片７ａはリング
ギア３２の係止部３６に誘い込まれて、係止部３５，３
６間で係止片７ａが挟み込まれてしまうのを確実に防止
でき、モータロックによるギアの破損を招く心配がなく
なる。しかも、緩やかに大きくなる負荷の場合であって
も、誘い込みテーパ部５５の存在によって、係止片７ａ
が隣接するリングギア３２に移動したり、ばねにより元
のリングギア３１に戻ったりする不安定な移動動作を防
止できるので、係止片７ａとリングギアの係止部３５，
３６との衝突が減少し、係止片７ａによるリングギアの
切り替え動作がスムーズに行なわれるものである。

【００１２】

【実施例】以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述す
ると、図３及び図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自動変速装置の一実施例を示してお
り、ギアケース１の一端開口を閉じるモータ取付台２に
取り付けられたモータ６の出力軸６０には、歯数の異な
る二つの太陽ギア１１，１２が固着されており、軸方向
に並ぶこれら太陽ギア１１，１２には夫々複数個、図示
例では二個ずつの遊星ギア２１，２２が噛み合ってい
る。両遊星ギア２１，２２は互いに歯数が異なるととも
に、出力軸５を一体に備えて軸受５０で支持されたキャ
リア４に対し、遊星ギア２１は軸４１で太陽ギア１１の
回りに等間隔で、遊星ギア２２は軸４２で太陽ギア１２
の回りに等間隔で支持されており、両遊星ギア２１，２
２は出力軸６０の回りに回転方向において９０°ずれた
状態で個々に自転を行ないながら、同じ公転を行なうも
のとなっている。図２中５１はスラストリングである。

【００１３】そして上記出力軸６０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３１，３２の
うち、リングギア３１が遊星ギア２１と噛み合ってお
り、リングギア３２が遊星ギア２２と噛み合っている。
ここで、リングギア３１による遊星段は減速比は小さ
く、ハイスピード段とされ、一方、リングギア３２によ
る遊星段は減速比は大きく、ロースピード段とされてい
る。また、両リングギア３１，３２はその内径が異なる
ものの外径は同一となっており、リングギア３１の外周
面には、図１に示すように、周方向に間隔をあけて複数
の突部３３が突設されると共に、外周縁に周方向全長に
亘って周壁３７が突設され、この突部３３と周壁３７と
で囲まれた部分に凹溝状の係止部３５が周方向に等間隔
で形成されている。またリングギア３２の外周面には周
方向に間隔をあけて複数の突部３４が突設されると共
に、外周縁に周方向全長に亘って周壁３８が突設され、
この突部３４と周壁３８とで囲まれた部分に凹溝状の係
止部３６が周方向に等間隔で形成されており、これら各
係止部３５，３６のいずれかに係止片７ａが係止してい
る。

【００１４】ここで、上記リングギア３１，３２の各係
止部３５，３６は、図２に示すように、遊星機構の軸方
向に沿って漸次変化するテーパ形状に形成されている。
つまり、リングギア３１側の係止部３５は、軸方向に対
して小さな角度で傾斜した第１テーパ面８１と、第１テ
ーパ面８１よりも大きな角度で傾斜した第２テーパ面８
２とが連続形成されており、係止部３５の先端は先細状
に形成されている。一方、リングギア３２側の係止部３
６は、リングギア３１の係止部３５の第２テーパ面８２
よりも幅広で且つ軸方向に対して大きな角度で傾斜した
誘い込みテーパ部５５と、誘い込みテーパ部５５よりも
小さな角度で傾斜した第３テーパ面８３とが連続形成さ
れている。この誘い込みテーパ部５５は、係止片７ａの
係止部３５，３６間での挟み込みを防ぐ機能を有する。
また、誘い込みテーパ部５５の上面には、係止片７ａを
誘い込みテーパ部５５に導くための斜面６５が形成さ
れ、係止片７ａがこの斜面６５を利用して誘い込みテー
パ部５５により誘い込まれ易い構造となっている。

【００１５】一方、選択係止部材７は、両リングギア３
１，３２に選択的に係止することで変速比の切り替えを
行なうものであって、図１に示すように、ギアケース１
の支持凹所８０にスライド自在に取付けられた保持部材
８１と、保持部材８１の下面に保持された係止片７ａと
で構成されている。保持部材８１の軸方向の一端部には
弾性部材９０であるコイル状のばね９０ａが連結され、
このばね９０ａのばね力によって保持部材８１は軸方向
の内方に向けて常にばね付勢されると共に、保持部材８
１と係止片７ａとの間にはコイル状のばね９が介在さ
れ、このばね９によって係止片７ａはリングギア３１，
３２の径方向外方から係止部３５，３６に挿入係止され
ている。

【００１６】上記係止片７ａは、平面視半円形状に形成
され、係止片７ａの寸法は係止部３５，３６の夫々の幅
寸法Ｌ₁よりも短く、且つ隣接する誘い込みテーパ部５
５間の距離Ｌ₂よりも短く設定され、これにより、係止
片７ａは誘い込みテーパ部５５を含む係止部３５，３６
間を自由に移動でき、且つ係止部３５，３６の一方のみ
に確実に係止している。この係止片７ａの移動方向の両
端面には、図６に示すように、断面円弧状の誘い込みテ
ーパ面６６が形成されており、後述のように係止片７ａ
が低速領域から高速領域に復帰する際における衝撃を緩
和し、小さなばね力で係止片７ａが戻れるようにしてあ
る。尚、選択係止部材７はばね９０よって内方に向けて
付勢されているために、常時は係止片７ａはリングギア
３１と係合して、リングギア３１の回転を止めている状
態にある。

【００１７】しかして、この遊星自動変速装置において
は、モータ６の始動時には、図５に示すように、係止片
７ａはばね９０ａによって付勢されて初期位置Ｘ＝０に
位置しており、リングギア３１の回転が阻止されている
状態にあるために、モータ６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。このとき、リングギア
３２は空転した状態となっている。

【００１８】そして、出力軸５にかかる負荷が増大し
て、リングギア３１にかかる回転トルクが大きくなって
ある値を越えると、リングギア３１の係止部３５のテー
パ面８１，８２に接触して、係止片７ａは軸方向の外方
へ向かう分力を受け、ばね９０ａのばね力とつりあう位
置まで移動する。つまり、ばね９０ａのばね定数を、あ
る設定トルクＴ₀となった時に係止片７ａが第１テーパ
面８１からさらに角度が大きい第２テーパ面８２の境界
Ｘαに位置するように設定しておくことにより、係止片
７ａはばね力に抗して第１テーパ面８１から第２テーパ
面８２に移動すると共に、第２テーパ面８２において急
激に大きな軸方向の分力を受け、隣接するリングギア３
２の係止部３５に形成された誘い込みテーパ部５５に誘
い込まれて、リングギア３２の設定位置Ｘβまで素早く
移動する。そして、負荷の増加に伴い第３テーパ面８３
の最終位置Ｘｌｏｗまで移動することができ、これによ
り、回転が阻止されているリングギア３２と噛み合った
遊星ギア２２を通じてキャリア４に伝達されるものであ
り、出力軸５は高速回転低トルク状態から低速回転高ト
ルク状態に切り替えられるものである。

【００１９】ここで、係止片７ａがリングギア３１から
リングギア３２に切り替わる際に、係止片７ａは係止部
３６と衝突しながらリングギア３２に移動するが、誘い
込みテーパ部５５によって係止片７ａは係止部３６に素
早く誘い込まれるので、係止片７ａが係止部３５，３６
間で挟み込まれてしまうのを防止でき、モータロックに
よるギアの破損を招く心配がなくなる。しかも、誘い込
みテーパ部５５の上面には斜面６５が形成されているの
で、係止片７ａはばね９０ａに付勢されながらこの斜面
６５を乗り上げる形で衝撃を緩和し、これによりリング
ギア３１，３２の切り替えが一層スムーズなものとな
り、切り替え時のロック防止と衝突による寿命低下を確
実に防止できるようになる。

【００２０】ところで、係止片７ａがリングギア３１か
らリングギア３２に切り替えられる際に、係止片７ａは
リングギア３１の係止部３５により軸方向の推進力を受
けているが、係止片７ａがリングギア３２の上に完全に
乗り上げてしまうと、リングギア３１の係止部３５の引
掛かりがなくなり、軸方向の推進力を失い、ばねにより
リングギア３１側に引き戻されてしまうことがあり、こ
の場合、リングギア３２への切り替えが行なわれなくな
るおそれがある。そこで、誘い込みテーパ部５５の斜面
６５を図７（ａ）に示すように凸状の曲線を描くテーパ
面６５′、或いは図７（ｂ）に示すように凹状の曲線を
描くテーパ面５″に形成するのが好ましい。いずれの場
合も、係止片７ａがリングギア３２に誘い込まれるま
で、係止片７ａがリングギア３１の係止部３５と引掛か
ることができ、より確実な切り替えが可能となる。

【００２１】次に、低速から高速への切り替えを説明す
る。モータを停止させたり、或いは軽負荷となった際
に、係止片７ａはばね９０ａのばね力によって図５に示
すリングギア３１の初期位置Ｘ＝αまで復帰する。この
とき、リングギア３１は遊転しており、係止片７ａが誘
い込みテーパ部５５から第２テーパ面８２へと戻る際
に、係止片７ａがリングギア３１の係止部３５と衝突
し、このため、復帰させるために大きなばね力が必要に
なり、高速領域から低速領域への切り替えの障害とな
る。そこで、係止片７ａの移動方向の両端面に、断面円
弧状の誘い込みテーパ面６６（図６）を形成したもので
あり、これにより、係止片７ａが低速領域から高速領域
に復帰する際における衝撃を緩和でき、小さなばね力で
係止片７ａが戻れるようになる。

【００２２】また、緩やかに大きくなる負荷の場合（例
えば木ねじ作業の場合）では、上記設定トルクＴ₀近辺
の負荷が持続するため、第２テーパ面８２に移動し、さ
らに第２テーパ面８２において軸方向に大きな分力を受
けるために誘い込みテーパ部５５によってリングギア３
２に誘い込まれて低速領域に自動的に移動し、高速領域
に戻る心配はないので、負荷の変動に応じて係止片７ａ
が隣接するリングギア３２に移動したり、ばね９０ａに
より元のリングギア３１に戻ったりする繰り返し動作の
発生が防がれ、係止片７ａと係止部との衝突を減少させ
ることができ、切り替え動作の寿命を延ばして高信頼性
を確保できる。

【００２３】図７（ｃ）は隣接するリングギア３１，３
２の両係止部３５，３６の高さを異ならせ、高さが低い
方の係止部３６側に誘い込みテーパ部５５を形成したも
のを示している。この場合、係止片７ａがリングギア３
１からリングギア３２に切り替わる際に、係止片７ａが
係止部３５，３６の高さの差ｈによって係止部３６側に
押し出される形となり、係止片７ａの引掛かりがより確
実となる。

【００２４】図８は、複数の係止片７ａを設けたものを
示している。係止片７ａの寿命という観点から考える
と、リングギア３１，３２の係止部３５，３６は夫々複
数個あるのに対し、係止片７ａが１組の場合、リングギ
ア３１，３２に対して係止片７ａの磨耗が速くなる。そ
こで、係止片７ａを複数設け、荷重を分散させるように
することにより、各々の係止片７ａの磨耗を低減させる
ことができる。

【００２５】図９は、係止片７ａの移動方向と直交する
方向の両側面７ｃを、係止部３５，３６のテーパ形状と
略同じテーパ形状に形成したものを示している。この場
合、係止片７ａがリングギア３２に切り替わった後での
係止片７ａと係止部３６との引掛かりが良くなり、低速
領域への切り替えがより確実になるという利点がある。

【００２６】尚、上記各実施例では、変速段を高速、低
速の２段としたが、３段以上の変速構成も可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、各リングギアの外周に、遊星機構の軸方向に対し
て幅が漸次変化するテーパ形状の係止部が夫々形成され
ると共に、両リングギアの係止部の対向面に、該係止部
よりも大きな角度で傾斜した誘い込みテーパ部が形成さ
れているから、係止片が負荷により一方のリングギアか
ら他方のリングギアに切り替えられる途中で、誘い込み
テーパ部によって係止片はリングギアの係止部に誘い込
まれ、係止部間で係止片が挟み込まれてしまうのを防止
でき、モータロックによるギアの破損を招く心配がなく
なる。しかも、緩やかに大きくなる負荷の場合であって
も、誘い込みテーパ部の存在によって、係止片が隣接す
るリングギアに移動したり、ばねにより元のリングギア
に戻ったりする不安定な移動動作を防止できるので、係
止片とリングギアの係止部との衝突が減少し、係止片に
よるリングギアの切り替え動作をスムーズに行なえるよ
うになる。その結果、係止片の切り替え動作の寿命を向
上させて、遊星自動変速装置の高信頼性を確保できると
いう効果を奏する。

【００２８】請求項２記載の発明によれば、誘い込みテ
ーパ部の上面に、係止片を誘い込みテーパ部に導くため
の斜面が形成されているから、請求項１の効果に加え
て、係止片はばね付勢されながらこの斜面を乗り上げる
形で衝撃を緩和し、従って、リングギアの切り替えが一
層スムーズなものとなり、切り替え時のロック防止と衝
突による寿命低下を確実に防止できるようになる。

【００２９】請求項３記載の発明によれば、隣接するリ
ングギアの両係止部の高さを異ならせ、高さが低い方の
係止部側に誘い込みテーパ部が形成されているから、請
求項１の効果に加えて、係止片は高さの高いリングギア
から低いリングギアに押し出される形で切り替えられる
ようになり、誘い込みテーパ部への誘い込みがよりスム
ーズなものとなり、切り替え動作をより確実にすること
ができる。

【００３０】請求項４記載の発明によれば、係止片をリ
ングギアの周方向に間隔をあけて複数個配置して成るか
ら、請求項１の効果に加えて、リングギアから係止片に
かかる荷重を分散して磨耗を低減させることができる。
請求項５記載の発明によれば、係止片の移動方向と直交
する方向の両側面を、係止部のテーパ形状と略同じテー
パ形状に形成したから、請求項１の効果に加えて、係止
片と係止部との引掛かりが一層良くなり、低速領域への
切り替えがより確実となる。

【００３１】請求項６記載の発明によれば、係止片の移
動方向の両端面に、誘い込みテーパ面を形成したから、
請求項１の効果に加えて、係止片が係止部間を移動する
際に、誘い込みテーパ面によって係止片と一方の係止部
との衝撃が緩和され、係止片が小さなばね力で一方の係
止部に切り替えられるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の分解斜視図である。

【図２】同上の係止部の平面図である。

【図３】同上の変速機構の縦断面図である。

【図４】同上の変速機構の横断面図である。

【図５】同上の係止片の動作を説明する平面図である。

【図６】同上の係止片の動作を説明する側面図である。

【図７】（ａ）（ｂ）は誘い込みテーパ部の斜面の他の
実施例の概略図、（ｃ）はさらに他の実施例の概略図で
ある。

【図８】さらに他の実施例の斜視図である。

【図９】さらに他の実施例の平面図である。

【図１０】従来例の変速機構の縦断面図である。

【図１１】他の従来例の変速機構の縦断面図である。

【図１２】図１１の横断面図である。

【図１３】図１１の斜視図である。

【符号の説明】７ａ係止片３１，３２リングギア３５，３６リングギアの係止部５５誘い込みテーパ部６５斜面６６誘い込みテーパ面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽ギアとこれに噛み合う遊星ギア及び
太陽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ハウジング内
に収納し、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係止片を設
けるとともに、リングギアの外周に係止片が係止する係
止部を夫々設け、リングギアにかかる負荷に応じて係止
片をリングギアの係止部に沿って移動させて係止片が係
合するリングギアを切り替えるように構成された遊星自
動変速装置であって、各リングギアの外周に、遊星機構
の軸方向に対して幅が漸次変化するテーパ形状の係止部
が夫々形成されると共に、両リングギアの係止部の対向
面に、該係止部の傾斜角度よりも大きな角度で傾斜した
誘い込みテーパ部が形成されていることを特徴とする遊
星自動変速装置。
【請求項２】誘い込みテーパ部の上面に、係止片を誘
い込みテーパ部に導くための斜面が形成されていること
を特徴とする請求項１記載の遊星自動変速装置。
【請求項３】隣接するリングギアの両係止部の高さを
異ならせ、高さが低い方の係止部側に誘い込みテーパ部
が形成されていることを特徴とする請求項１記載の遊星
自動変速装置。
【請求項４】係止片をリングギアの周方向に間隔をあ
けて複数個配置して成ることを特徴とする請求項１記載
の遊星自動変速装置。
【請求項５】係止片の移動方向と直交する方向の両側
面を、係止部のテーパ形状と略同じテーパ形状に形成し
たことを特徴とする請求項１記載の遊星自動変速装置。
【請求項６】係止片の移動方向の両端面に、誘い込み
テーパ面を形成したことを特徴とする請求項１記載の遊
星自動変速装置。