(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した第1実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、本実施形態の動力工具10は、工具本体11と、この工具本体11に対して着脱可能な電池パック12とを有する。この電池パック12には二次電池が内蔵されている。工具本体11におけるハウジング13の外部には、図示しない工具(ビット)を装着可能なビット装着部14が形成される。
一方、ハウジング13内部には、電池パック12の二次電池によって駆動される駆動源としてのモータ16と、モータ16から入力された回転動力を伝達する動力伝達部17と、締め付けトルク調整用のトルククラッチ18とが収容される。なお、動力伝達部17は、モータ16から入力された回転動力を予め設定される減速比に基づいて減速して出力側に高トルクで出力する。
また、ハウジング13の上面13aには、動力工具10の駆動モードを変更することで動力伝達部17の減速比を変更可能な減速比変更部としてのスライドスイッチ20が設けられている。このスライドスイッチ20は、作業者に操作されることによって、ハウジング13の長手方向に往復移動可能である。また、スライドスイッチ20の上面20aには、摘み部20bが形成されている。この摘み部20bのビット装着部14側となる前方には、「1」、「2」の数字がその上面20aに印字されている。さらに、ハウジング13の上面13aにおいて、スライドスイッチ20近傍位置には、スライドスイッチ20の上面20aに印字された「1」、「2」のいずれが選択されているかが判別できるように、白抜き三角の目印部13bが形成される。
そして、スライドスイッチ20の摘み部20bをハウジング13の長手方向に移動させることで、スライドスイッチ20が長手方向に移動し、動力工具10の駆動モードが切り替えられる。なお、本実施形態では、目印部13bに位置合わせされる数字として「1」が選択されることにより、動力工具10の駆動モードは、高速回転低トルクで動作する高速モードとなる。また、目印部13bに位置合わせされる数字として「2」が選択されることにより、動力工具10の駆動モードは、高速モードと比べて低速回転高トルクで動作する低速モードとなる。
さらに、図2に示すように、工具本体11には、作業者が動力工具10の駆動開始及び駆動停止を指示するためのトリガスイッチ21が設けられている。さらに、工具本体11内部には、モータ16を制御する制御部22と、動力伝達部17の減速比を変更するために該動力伝達部17における動力伝達経路を変更する際に作動する作動機構としてのソレノイド23とが収容される。なお、制御部22は、前記ビットにかかるトルクを検出したり、モータ16への電流を監視して前記ビットにかかるトルクを負荷トルクとして間接的に検出したりし、検出した負荷トルクに基づいてソレノイド23を作動して減速比を自動的に変更する。
次に、動力伝達部17について説明する。
図3に示すように、動力伝達部17は、略円筒状のギアケース25と、ギアケース25内に収容された複数(本実施形態では4つ)の第1〜第4遊星歯車機構26〜29を有する。
図3,図4に示すように、モータ16の回転軸16aには、この回転軸16aと一体回転するように第1サンギア31が取り付けられている。第1サンギア31は、モータ16側となる基端側が大径ギア部31aに形成され、その大径ギア部31aよりも先端側が小径ギア部31bに形成されている。第1サンギア31における大径ギア部31aの径方向外側には第1リングギア32が配置され、第1サンギア31における小径ギア部31bの径方向外側には第2リングギア39が配置されている。これらの第1リングギア32及び第2リングギア39は、ギアケース25内に遊転自在に設けられている。
そして、第1サンギア31の大径ギア部31aと第1リングギア32との間には、少なくとも1つ(本実施形態では3つ)の第1プラネットギア33が配置され、第1サンギア31の大径ギア部31aと第1リングギア32とに噛合している。なお、本実施形態では、第1サンギア31、第1リングギア32、第1プラネットギア33により、第1遊星歯車機構26が構成されている。また、第1サンギア31の大径ギア部31a、第1リングギア32、第1プラネットギア33の各歯数は、第1遊星歯車機構26の減速比が約1/3.4となるように設定されている。すなわち、第1遊星歯車機構26では、第1プラネットギア33が第1サンギア31の周りを1回転(公転)する間に第1サンギア31が約3.4回転する。
図3,図4に示すように、第1リングギア32におけるモータ16とは反対側の出力側の面となる前面の周縁部には、複数(本実施形態では8つ)の被係止部34が周方向に互いに間隔を有して凹み形成されている。すなわち、図3に示すように、第1リングギア32における前面の周縁部には周方向全体に亘って環状の段差部が形成され、その段差部の底面(モータ16とは反対側の出力側の面)に対して等角度間隔で被係止部34が径方向外側及び前方側に開口するように凹み形成されている。
また、ギアケース25の周壁において第1リングギア32と軸方向で対応する位置には、ギアケース25の内外を貫通するように第1挿入孔25aが形成される。この第1挿入孔25aには、基端側がソレノイド23に支持された状態でばね36によって前方へ付勢された係止部材37の先端側が挿入される。この係止部材37は、ソレノイド23及びばね36の作用によって、第1リングギア32の被係止部34に対して係合する係合位置(図3に示す位置)と非係合となる非係合位置(図7に示す位置)との間を変位する。そして、係止部材37が係合位置に位置する場合には、第1リングギア32の回転を規制し、非係合位置に位置する場合には、第1リングギア32の回転を許容する。
また、図3,図5に示すように、第1サンギア31の小径ギア部31bと第2リングギア39との間には、少なくとも1つ(本実施形態では3つ)の第2プラネットギア40が配置され、第1サンギア31の小径ギア部31bと第2リングギア39とに噛合している。なお、本実施形態では、第1サンギア31、第2リングギア39、第2プラネットギア40により、第2遊星歯車機構27が構成されている。また、第1サンギア31の小径ギア部31b、第2リングギア39、第2プラネットギア40の各歯数は、第2遊星歯車機構27の減速比が約1/5.4となるように設定されている。
図5に示すように、第2リングギア39におけるモータ16とは反対側の出力側の面となる前面の周縁部には、ワンウェイクラッチ42が形成されている。ワンウェイクラッチ42は、第2リングギア39の周縁部に周方向に沿って楔形に形成された少なくとも1つ(本実施形態では4つ)の凹部43と、該凹部43とギアケース25の内周面との間に形成される隙間44に収容された円筒部材45とにより構成される。
すなわち、第2リングギア39が正転方向(図5では反時計回り方向)Aに回転した場合には、円筒部材45が図5に示すように凹部43内の幅広部分に位置して第2リングギア39の回転を許容する。一方、第2リングギア39が逆転方向(図5では時計回り方向)Bに回転した場合には、円筒部材45が凹部43内の幅狭部分側へ移動してギアケース25と第2リングギア39とに両者間へ楔を打ち込むように圧接することにより、第2リングギア39の回転を規制する。
図3に示すように、第1,第2プラネットギア33,40は、該第1,第2プラネットギア33,40と同数(本実施形態では3つ)設けられる第1支持軸47に1組ずつ支持される。すわなち、各第1支持軸47には、入力側から順に1つの第1プラネットギア33と1つの第2プラネットギア40がそれぞれ個別回転可能に軸支される。また、第1支持軸47の出力側の端部は、第2サンギア48の大径ギア部48aに嵌合される。なお、第2サンギア48は、第1サンギア31よりも出力側となる前方側の位置に設けられ、回転軸16aと同軸上で回転可能である。また、第1支持軸47は、回転軸16aと平行に設けられる。
このため、回転軸16aが正転方向Aに回転すると、第1プラネットギア33及び第2プラネットギア40は、それら自身が第1支持軸47を中心に回転(自転)し、回転軸16aと一体回転する第1サンギア31の周囲を回転(公転)する。そして、第1プラネットギア33と第2プラネットギア40の公転に伴って第2サンギア48が回転する。
すなわち、第1,第2遊星歯車機構26,27では、係止部材37が係合位置に位置して第1リングギア32の回転を規制する場合には、第2リングギア39は正転方向Aに回転して空転状態となる。そのため、モータ16の回転動力は、第1遊星歯車機構26によって約1/3.4に減速されて出力側となる第3遊星歯車機構28へ伝達される。
一方、係止部材37が非係合位置に位置して第1リングギア32の回転を許容する場合には、第1リングギア32が空転状態となるのに対し、第2リングギア39は逆転方向Bに回転しようとする。しかし、第2リングギア39の逆転方向Bへの回転はワンウェイクラッチ42により規制される。そのため、モータ16の回転動力は、第2遊星歯車機構27によって約1/5.4に減速されて出力側となる第3遊星歯車機構28へ伝達される。
このようにワンウェイクラッチ42は、第2リングギア39の逆転方向Bへの回転を規制するのに基づいて第2遊星歯車機構27における動力伝達を許容し、第2リングギア39の正転方向Aの回転に基づく動力伝達を規制する。
さらに、係止部材37は、第1リングギア32の回転の許容と規制とを切り替えることによって動力伝達部17における減速比を変更する。そのため、本実施形態では、係止部材37と、該係止部材37を変位させるソレノイド23とばね36とによって減速比変更部が構成される。さらに、動力伝達部17及び減速比変更部により変速装置が構成される。
また、第2サンギア48は、大径ギア部48aよりも出力側に小径ギア部48bを備える。この小径ギア部48bの径方向外側には、ギアケース25内に遊転自在に設けられた第3リングギア50が配置されている。そして、第2サンギア48の小径ギア部48bと第3リングギア50との間には、少なくとも1つの第3プラネットギア51が配置され、第2サンギア48の小径ギア部48bと第3リングギア50とに噛合している。なお、本実施形態では、第2サンギア48、第3リングギア50、第3プラネットギア51により、第3遊星歯車機構28が構成されている。また、第2サンギア48の小径ギア部48b、第3リングギア50、第3プラネットギア51の各歯数は、第3遊星歯車機構28の減速比が約1/3.0となるように設定されている。
第3リングギア50は、回転軸16aの軸線と平行な方向において、第2サンギア48の大径ギア部48aと第3プラネットギア51とに同時に噛合可能な幅に形成されている。そして、第3リングギア50の外周壁には、その周方向全体に亘って環状をなす凹条52が形成される。また、凹条52よりも出力側となる第3リングギア50の前面には、径方向外側及び前方側に開口するように凹み形成された複数の切り欠き部53が設けられる。
また、ギアケース25の周壁において第3リングギア50と軸方向で対応する位置には、ギアケース25の内外を貫通するように第2挿入孔25bが形成される。この第2挿入孔25bには、基端側をスライドスイッチ20に支持されたスイッチ部材54が挿入される。そして、そのスイッチ部材54の先端側が第3リングギア50の凹条52と摺動可能に係合される。すなわち、第3リングギア50が回転した場合であっても、第3リングギア50とスイッチ部材54の係合状態は維持される。
さらに、ギアケース25内における第2挿入孔25bよりも出力側となる前方側の位置には、第3リングギア50の切り欠き部53と係合可能な凸部55が形成されている。そのため、スライドスイッチ20が操作されてスイッチ部材54が出力側に移動すると、スイッチ部材54と共に第3リングギア50が出力側に移動し、切り欠き部53と凸部55とが係合することにより第3リングギア50の回転が規制される(図8参照)。
第3プラネットギア51は、第2支持軸57に回転可能に軸支される。また、第2支持軸57の出力側の端部は、第3サンギア58の大径部58aに嵌合される。なお、第3サンギア58は、第2サンギア48よりも出力側となる前方側の位置に設けられ、回転軸16aと同軸上で回転可能である。また、第2支持軸57は、回転軸16aと平行に設けられる。このため、回転軸16aが正転方向Aに回転すると、第3プラネットギア51は、それ自身が第2支持軸57を中心に回転(自転)し、第2サンギア48の小径ギア部48bの周囲を回転(公転)する。そして、第3プラネットギア51の公転に伴って第3サンギア58が回転する。
そのため、図3に示すように、スライドスイッチ20の位置合わせされる数字に「1」が選択されて高速モードで駆動される場合、第3リングギア50は入力側に位置する。そのため、第3リングギア50は、第2サンギア48と一体回転し、非減速状態(減速比1/1)となる。したがって、第1,第2遊星歯車機構26,27から入力された回転動力は、そのまま第4遊星歯車機構29に伝達される。一方、スライドスイッチ20の位置合わせされる数字に「2」が選択されて低速モードで駆動される場合、第3リングギア50は出力側に位置する(図8参照)。そのため、第3リングギア50の回転が規制され、第1,第2遊星歯車機構26,27から入力された回転動力は、1/3.0に減速されて第4遊星歯車機構29に伝達される。
第3サンギア58は、大径部58aよりも出力側に小径ギア部58bを備える。この小径ギア部58bの径方向外側には、ギアケース25内に遊転自在に設けられた第4リングギア59が配置されている。そして、第3サンギア58の小径ギア部58bと第4リングギア59との間には、少なくとも1つの第4プラネットギア60が配置され、第3サンギア58の小径ギア部58bと第4リングギア59とに噛合されている。なお、本実施形態では、第3サンギア58、第4リングギア59、第4プラネットギア60により、第4遊星歯車機構29が構成されている。また、第3サンギア58の小径ギア部58b、第4リングギア59、第4プラネットギア60の各歯数は、第4リングギア59がトルククラッチ18によってその回転が妨げられた状態において、第4遊星歯車機構29の減速比が約1/2.8となるように設定されている。
第4プラネットギア60は、第3支持軸62に回転可能に軸支されている。また、第3支持軸62の出力側の端部は、伝達部材63に嵌合される。なお、伝達部材63は、第3サンギア58の出力側位置に設けられ、回転軸16aと同軸上で回転可能である。また、第3支持軸62は、回転軸16aと平行に設けられる。このため、回転軸16aが正転方向Aに回転すると、第4プラネットギア60は、それ自身が第3支持軸62を中心に回転(自転)し、第3サンギア58の小径ギア部58bの周囲を回転(公転)する。そして、第4プラネットギア60の公転に伴って伝達部材63が回転する。
また、伝達部材63は、ロック機構を構成するロック板64を介して出力部としての出力軸65に連結されている。なお、手締め作業時のためのオートロックを行うロック機構については説明を省略する。
締め付けトルク調整用のトルククラッチ18は、第4リングギア59の出力側の面に形成された突起59aと、この突起59aと回転方向において係合するボール68と、ギアケース25の小径とされた先端部外周面に配されている調整部材69と、前記ボール68を第4リングギア59側に付勢するクラッチばね70とで構成される。クラッチばね70は、収縮した蓄力状態で調整部材69に一端を当接させると共に、他端をクラッチ板71に当接させ、このクラッチ板71を介してボール68に付勢力を付与する。そのため、第4リングギア59は、クラッチばね70による付勢力でボール68が突起59aと係止することにより回転が妨げられる。
調整部材69は、円盤状をなし、その中央部が軸方向に沿って貫通する形状とされ、その内周面69aには、ギアケース25の小径部外周面に形成された雄ねじ部25cと螺合する雌ねじ部69bが形成される。このため、調整部材69は、ギアケース25に対し、軸(スラスト)方向に螺進退するものとなっている。
次に、動力伝達部17の減速比について説明する。
図6に示すように、動力工具10は、高速モードにおいて4速もしくは3速で駆動され、低速モードにおいて2速もしくは1速で駆動される。なお、1速から4速は、1速が最も低速回転で高トルクが出力され、4速が最も高速回転で低トルクが出力される。したがって、同じ負荷トルクが加わった場合に出力される回転速度は、1速が最も遅く、続いて2速、3速、4速の順に速くなる。
さて、4速の駆動時は、図3に示すように、第1リングギア32の回転が規制され、第3リングギア50が第2サンギア48と一体回転する。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第1遊星歯車機構26、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第1の減速比)は、第1,第4遊星歯車機構26,29の減速比を掛け合わせた約1/9.3(≒1/3.4×1/2.8)となる。
また、3速の駆動時は、図7に示すように、第2リングギア39の回転が規制され、第3リングギア50が第2サンギア48と一体回転する。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第2遊星歯車機構27、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第2の減速比)は、第2、第4遊星歯車機構27,29の減速比を掛け合わせた約1/15(≒1/5.4×1/2.8)となる。
そして、2速の駆動時は、図8に示すように、第1リングギア32及び第3リングギア50の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第1遊星歯車機構26、第3遊星歯車機構28、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第3の減速比)は、第1,第3,第4遊星歯車機構26,28,29の減速比を掛け合わせた約1/27(≒1/3.4×1/3.0×1/2.8)となる。
さらに、1速の駆動時は、図9に示すように第2リングギア39及び第3リングギア50の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第2遊星歯車機構27、第3遊星歯車機構28、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第4の減速比)は、第2〜第4遊星歯車機構27〜29の減速比を掛け合わせた約1/44(≒1/5.4×1/3.0×1/2.8)となる。
したがって、図6に示すように、動力伝達部17の減速比を4速から3速(もしくは3速から4速)に変更する前後の減速比の比(以下、「変速比」という。)は、約1.6(≒1/9.3÷1/15)となる。また、動力伝達部17の減速比を2速から1速(もしくは1速から2速)に変更する前後の変速比は、約1.6(≒1/27÷1/44)となる。
なお、図10に示すように、第1〜第3遊星歯車機構26〜28の各減速比は、動力伝達部17において減速比を変更する前と変更した後の変速比が2.5よりも小さくなるように設定されるのが好ましい。
すなわち、変速比が2.5以上の場合には、ビットに加わる負荷トルクの変動が大きくなくては減速比の変更(変速)がされず、作業者は迅速に作業を行うことができない。そのため、変速比は2.5よりも小さく設定されるのが好ましく、さらには1.5〜2.0に設定されるのがより好ましい。これは変速比が1.5よりも小さく設定されると、負荷トルクが非常に狭い範囲で変動する作業でしか効果を得ることができないためである。
次に、上記のように構成された第1実施形態の動力工具10の作用について図11に基づいて説明する。
なお、高速モード及び低速モードのどちらのモードで駆動する場合であっても、初期状態としてソレノイド23が励磁されて係止部材37が係合位置に位置し、第1リングギア32の移動を規制しているものとする。そのため、トリガスイッチ21が操作されることにより、高速モードではまず4速で駆動されるのに対し、低速モードではまず2速で駆動される。
さて、図11に示すように、高速モードにおいて4速で駆動されると、負荷トルクの大きさに応じた回転速度で出力軸65が回転する。すなわち、第1高速出力H1として示すように、負荷トルクの大きさが大きいほど単位時間あたりの回転数が少なくなる。そして、制御部22は、第1閾値T1よりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると係止部材37は、ばね36の付勢力によって非係合位置へ移動し、動力伝達部17の動力伝達が4速から3速に1段変更される。したがって、第2高速出力H2として示すように、4速で駆動を続けた場合の出力(第1高速出力H1の点線部分)に比べて単位時間あたりの回転数が増えるため、出力軸65は高速で回転する。
一方、低速モードでも高速モードの場合と同様に、2速で駆動されると、負荷トルクの大きさに応じた回転速度で出力軸65が回転する。すなわち、第1低速出力L1として示すように、負荷トルクの大きさが大きいほど単位時間当たりの回転数が少なくなる。そして、制御部22は、第2閾値T2よりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると、係止部材37は、ばね36の付勢力によって非係合位置へ移動し、動力伝達部17の動力伝達が2速から1速に1段変更される。したがって、第2低速出力L2として示すように、2速で駆動を続けた場合の出力(第1低速出力L1の点線部分)に比べて単位時間当たりの回転数が増えるため出力軸65は高速で回転する。
このように、4速から3速、及び2速から1速への変更は、出力軸65への回転動力を連続して伝達するシームレスな状態で行われる。これに対し、高速モード(4速もしくは3速)と低速モード(2速もしくは1速)の切り替えは、出力軸65への回転動力の伝達が非連続な状態において、スライドスイッチ20が操作されることにより行われる。
なお、図11には、高速モードと低速モードの切替のみを行うことにより、減速比を1段変更する場合の従来出力HLを1点鎖線で合わせて図示している。図11に示すとおり、この従来出力HLは、第1,第2閾値T1,T2付近で第1,第2高速出力H1,H2及び第1,第2低速出力L1,L2よりも一時的に高速となる。しかし、負荷トルクが第1,第2閾値T1,T2付近で固定されるのは稀である。したがって、第1,第2高速出力H1,H2及び第1,第2低速出力L1,L2は、同負荷トルクの従来出力HLに対して高速であると言える。
上記第1実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)動力伝達部17の減速比は、負荷トルクが第1閾値T1もしくは第2閾値T2を跨ぐように変動することによって切り替わる。すなわち、減速比を2段に変更する場合に比べ、僅かな負荷トルクの変動によって減速比は変更される。したがって、負荷トルクに適した回転速度で作業をすることができるため、迅速な作業が可能となる。
(2)第2遊星歯車機構27にワンウェイクラッチ42を設けることにより、騒音を低減しつつ減速比の変更を瞬時に行うことができる。そのため、減速比の変更に基づく作業者の違和感を低減させることができる。
(3)制御部22は、負荷トルクと第1,第2閾値T1,T2とを比較してソレノイド23を作動する。したがって、動力伝達部17において減速比を変更するタイミングを第1,第2閾値T1,T2の設定に応じて自由に設定することができる。
(4)ソレノイド23は、4速から3速への変更、及び2速から1速への変更を出力軸65に回転動力を連続して伝達する状態で行う。そのため、高速モード及び低速モードの各モードにおいて、作業を中断することなく減速比の変更を行うことができる。
(5)高速モードと低速モードの変更は、モータ16が停止されて動力伝達部17における回転動力の伝達が非連続な状態において、スライドスイッチ20を操作することにより行う。そのため、減速比を自動的に3段変更する場合に比べて変速装置を小型化することができる。
(6)ソレノイド23は、第1,第2遊星歯車機構26,27のうち回転動力を伝達する遊星歯車機構を変更することにより動力伝達部17の減速比を変更する。すなわち、第1,第2遊星歯車機構26,27は、第1,第2リングギア32,39の回転の許容もしくは規制を切り替えることにより、動力伝達部17の減速比を容易に変更することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図12〜図17を参照しながら説明する。なお、この第2実施形態は、第1リングギア32を係止する係止部材73と係止部材73を変位させるための構成が第1実施形態の場合とは異なっている。そして、その他の点では第1実施形態とほぼ同じであるため、同一の構成については同一符号を付すことによって重複した説明は省略する。
図12,図13に示すように、第1リングギア32の周縁部の前面には、径方向外側及び前方側に開口する複数の被係止部74が周方向に互いに間隔を有して凹み形成されている。これらの被係止部74の周方向の両端には、カム面74aが被係止部74の底面(入力側の面)に対して斜めに形成されている。また、係止部材73は、ギアケース25に固定された支持部75に引っ張りばね76を介して支持されている。また、係止部材73よりも出力側となる前方側の位置には、磁石77が設けられる。さらに、係止部材73は、円柱状をなして磁性体(例えば鉄)により形成される。
図12,図13に示すように、係止部材73は、引っ張りばね76の作用により係合位置に位置して被係止部74と係合し、第1リングギア32の回転を規制する。そして、図14に示すように、係止部材73は、負荷トルクが大きくなると被係止部74のカム面74aに沿って出力側となる非係合位置へ移動する。すると、第1リングギア32の回転が許容されると共に、第2リングギア39の回転が規制されて動力伝達部17の減速比が変更される。
すなわち、係止部材73及びカム面74aは、出力側に発生した負荷トルク(トルク)を動力伝達部17の減速比を変更する動力に変更するカム機構として機能している。さらに、係止部材73、カム面74a、引っ張りばね76、磁石77によって動力伝達部17における減速比を変更する減速比変更部が構成される。
図15に示すように、非係合位置へ移動した係止部材73は、非係合位置において磁石77に吸着されて移動が規制される。したがって、第1,第2遊星歯車機構26,27は、第1リングギア32の回転が許容されると共に、第2リングギア39の回転が規制された状態が維持される。
次に、上記のように構成された第2実施形態の動力工具10の作用について説明する。
なお、図12に示すように、スライドスイッチ20は入力側に位置して高速モードが選択されているものとする。また、係止部材73は、係合位置に位置している。
さて、トリガスイッチ21が操作されて動力工具10が駆動されると、制御部22は、モータ16を駆動する。すると、第1リングギア32の回転が規制されている動力伝達部17は、4速で動力を伝達する。そして、図15に示すように、出力軸65にかかる負荷トルクが第1閾値T1よりも大きくなると、係止部材73は、カム面74aに沿って非係合位置へ移動し、磁石77に吸着される。すなわち、第1リングギア32の回転が許容されると共に、第2リングギア39の回転が規制されることにより、動力伝達部17の動力伝達が4速から3速へ1段変更される。
したがって、動力伝達部17における4速から3速への1段の変更は、出力軸65への回転動力を連続して伝達するシームレスな状態で行われる。そして、トリガスイッチ21が操作されて動力工具10の駆動が停止されると、制御部22はモータ16の駆動を停止する。さらに、トリガスイッチ21の操作に基づき、該トリガスイッチ21と連動する解除機構(図示略)が係止部材73を磁石77による吸着状態から解除する。すると、係止部材73は、引っ張りばね76の付勢力により係合位置へ移動する。
次に、図16に示すように、モータ16が停止した状態においてスライドスイッチ20が出力側へ操作されると、動力伝達部17は4速から2速へ1段変更される。すなわち、第3リングギア50が出力側に移動して切り欠き部53と凸部55とが係合することにより、第3リングギア50の回転が規制される。したがって、モードの変更に伴う動力伝達部17の減速比の1段の変更は、動力伝達部17における出力軸65への回転動力の伝達が非連続な状態において、スライドスイッチ20が操作されることにより行われる。
さて、スライドスイッチ20が出力側に位置する低速モードにおいて、トリガスイッチ21が操作されて動力工具10が駆動されると、制御部22は、モータ16を駆動する。すると、第1リングギア32の回転が規制されている動力伝達部17は、2速で動力を伝達する。そして、図17に示すように、負荷トルクが第2閾値T2よりも大きくなると、係止部材73は、カム面74aに沿って非係合位置へ移動し、磁石77に吸着される。すなわち、第1リングギア32の回転が許容されると共に、第2リングギア39の回転が規制されることにより、動力伝達部17の動力伝達が2速から1速へ1段変更される。
したがって、動力伝達部17における2速から1速への1段の変更は、出力軸65への回転動力を連続して伝達するシームレスな状態で行われる。そして、トリガスイッチ21が操作されて動力工具10の駆動が停止されると、制御部22はモータ16の駆動を停止する。さらに、係止部材73は、トリガスイッチ21の操作に伴って係合位置へ移動する。
上記第2実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(7)動力伝達部17における4速から3速への1段の減速比の変更、及び2速から1速への1段の減速比の変更を、カム面74aに沿って係止部材73を移動させることにより行う。すなわち、減速比を変更するために、制御部や負荷トルクを検出するための機構を設ける必要がなく、動力工具10を安価に構成することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図18〜図23を参照しながら説明する。なお、この第3実施形態は、スイッチ部材54を変位させるための構成が第1実施形態の場合とは異なっている。そして、その他の点では第1実施形態とほぼ同じであるため、同一の構成については同一符号を付すことによって重複した説明は省略する。
図18に示すように、スイッチ部材54の基端側は、ばね78に付勢された状態でソレノイド79に支持されている。すなわち、スイッチ部材54は、ばね78及びソレノイド79の作用によって入力側位置(図18に示す位置)と出力側位置(図20に示す位置)との間を変位する。
図18に示すように、スイッチ部材54が入力側位置に位置していると共に、係止部材37が係合位置に位置している場合には、動力伝達部17は4速で駆動される。
図19に示すように、スイッチ部材54が入力側位置に位置していると共に、ソレノイド23の励磁が解除(消磁)されて係止部材37が非係合位置に位置している場合には、動力伝達部17は3速で駆動される。
図20に示すように、ソレノイド79の励磁が解除されると、ばね78の付勢力によりスイッチ部材54は出力側位置に位置する。そのため、係止部材37が係合位置に位置している場合には、動力伝達部17は2速で駆動される。
図21に示すように、スイッチ部材54が出力側位置に位置すると共に、係止部材37が非係合位置に位置している場合には、動力伝達部は1速で駆動される。
したがって、ソレノイド23,79は、動力伝達部17の減速比を変更するために該動力伝達部17における動力伝達経路を変更する際に作動する作動機構として機能している。そして、ソレノイド23,79、ばね36,78、係止部材37及びスイッチ部材54によって減速比変更部が構成されている。
次に、上記のように構成された第3実施形態の動力工具10の作用について説明する。
なお、初期状態として図18に示すように、ソレノイド23が励磁されて係止部材37が係合位置に位置しているものとする。また、ソレノイド79が励磁されてスイッチ部材54が入力側位置に位置しているものとする。
さて、本実施形態では、動力伝達部17の動力伝達を4速から1速のうちから選択して変更することができる。そのため、まず4速から3速へ、続けて3速から1速へと、2段変更する場合の作用を図22に基づいて説明する。
図22に示すように、トリガスイッチ21が操作されると、制御部22は、モータ16を駆動する。すると、動力伝達部17は4速で動力を伝達し、第1高速出力H1を出力する。そして、制御部22は、第1閾値T1よりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると、係止部材37は、ばね36の付勢力によって非係合位置へ移動すると共に、動力伝達部17の動力伝達が4速から3速に1段変更されて第2高速出力H2が出力される。
なお、このときモータ16の回転駆動は維持されている。したがって、動力伝達部17における4速から3速への1段の変更は、出力軸65へ回転動力を連続して伝達するシームレスな状態で行われる。
続いて制御部22は、第2閾値T2よりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、モータ16を減速させると共に、ソレノイド79の励磁状態を解除する。すると、スイッチ部材54と共に第3リングギア50が出力側へ移動し、切り欠き部53と凸部55とが係合して第3リングギア50の回転が規制される。一方、係止部材37は、非係合位置に位置している。そのため、動力伝達部17は、3速から1速に1段変更され、1速時の第2低速出力L2を出力する。
なお、このときモータ16は、停止もしくは停止に近い状態まで減速される。したがって、動力伝達部17における3速から1速への1段の変更は、出力軸65への回転動力の伝達が非連続な状態にて行われる。
次に、動力工具10の作用について4速から1速に変更する場合の作用を図23に基づいて説明する。なお、図18に示すように、初期状態では4速で駆動されるものとする。
さて、図23に示すように、トリガスイッチ21が操作されると、制御部22は、モータ16を駆動する。すると、動力伝達部17は4速で動力を伝達し、第1高速出力H1を出力する。そして、制御部22は、第1閾値T1よりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、モータ16を減速させると共に、ソレノイド23とソレノイド79の励磁状態を解除する。すると係止部材37は、ばね36の付勢力によって非係合位置へ移動する。また、スイッチ部材54と共に第3リングギア50が出力側へ移動し、切り欠き部53と凸部55とが係合して第3リングギア50の回転が規制される。すなわち、動力伝達部17は、4速から1速に1段変更されて1速時の第2低速出力L2を出力する。
なお、このときモータ16は、停止もしくは停止に近い状態まで減速される。したがって、動力伝達部17における4速から1速への1段の変更は、出力軸65への回転動力の伝達が非連続な状態にて行われる。
上記第3実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(8)ソレノイド23及びソレノイド79によって1速から4速のうちの各段の変更を自動的に行うことができる。したがって、負荷トルクが広範囲に亘って変化する場合であっても、負荷トルクに適した回転速度で出力することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図24〜図31を参照しながら説明する。なお、この第4実施形態は、第1実施形態における第3遊星歯車機構28の構成を変更した点で第1実施形態の場合とは異なっている。そして、その他の点では第1実施形態とほぼ同じであるため、同一の構成については同一符号を付すことによって重複した説明は省略する。
図24に示すように、第1支持軸47の出力側の端部は、第4サンギア81の大径ギア部81aに嵌合されている。なお、第4サンギア81は、第1サンギア31よりも出力側となる前方側の位置に設けられ、回転軸16aと同軸上で回転可能である。また、第4サンギア81は、大径ギア部81aよりも出力側に中径ギア部81bと小径ギア部81cとを備える。
中径ギア部81bの径方向外側には、ギアケース25内に遊転自在に設けられた第5リングギア82が配置されている。そして、中径ギア部81bと第5リングギア82との間には、少なくとも1つの第5プラネットギア83が配置され、第4サンギア81の中径ギア部81bと第5リングギア82とに噛合している。また、小径ギア部81cの径方向外側には、ギアケース25内に遊転自在に設けられた第6リングギア84が配置されている。そして、小径ギア部81cと第6リングギア84との間には、少なくとも1つの第6プラネットギア85が配置され、第4サンギア81の小径ギア部81cと第6リングギア84とに噛合している。そして、第5,第6プラネットギア83,85は、該第5,第6プラネットギア83,85と同数設けられる第4支持軸86に1組ずつ支持される。すなわち、第4支持軸86には、入力側から順に1つの第5プラネットギア83と1つの第6プラネットギア85とがそれぞれ個別回転可能に軸支される。また、第4支持軸86の出力側の端部は、第3サンギア58の大径部58aに嵌合される。
このため、回転軸16aが回転すると、第5プラネットギア83及び第6プラネットギア85は、それら自身が第4支持軸86を中心に回転(自転)し、第4サンギア81の周囲を回転(公転)する。そして、第5プラネットギア83と第6プラネットギア85の公転に伴って第3サンギア58が回転する。
そして、第4サンギア81、第5リングギア82、第5プラネットギア83により第5遊星歯車機構88が構成される。なお、第4サンギア81の中径ギア部81b、第5リングギア82、第5プラネットギア83の各歯数は、第5遊星歯車機構88の減速比が約1/2.5となるように設定される。
さらに、第4サンギア81、第6リングギア84、第6プラネットギア85により第6遊星歯車機構89が構成される。なお、第4サンギア81の小径ギア部81c、第6リングギア84、第6プラネットギア85の各歯数は、第6遊星歯車機構89の減速比が約1/3.8となるように設定される。
第5リングギア82の外周面における入力側位置には、複数の第1爪部91が周方向に沿って互いに間隔を有して形成される。また、第6リングギア84の外周面における出力側位置には、複数の第2爪部92が周方向に沿って互いに間隔を有して形成される。そして、第3リングギア50は、回転軸16aの軸線と平行な方向において、第4サンギア81の大径ギア部81aと第5リングギア82の第1爪部91とに同時に噛合可能な幅に形成される。さらに、第3リングギア50は、第1爪部91と第2爪部92のうちどちらか一方と係合する。
また、本実施形態のスライドスイッチ20は、上面20aに「1」、「2」、「3」の数字が印字されている(図示略)。そして、目印部13bに位置合わせされる数字として「1」が選択されることにより、動力工具10の駆動モードは、高速回転低トルクで動作する高速モードとなる。また、目印部13bに位置合わせされる数字として「2」が選択されることにより、動力工具10の駆動モードは、高速モードと比べて低速回転高トルクで動作する中速モードとなる。さらに、目印部13bに位置合わせされる数字として「3」が選択されることにより、動力工具10の駆動モードは、中速モードと比べて低速回転高トルクで動作する低速モードとなる。
次に、動力伝達部17の減速比について説明する。
図25に示すように、動力工具10は、高速モードにおいて6速もしくは5速で駆動されると共に、中速モードにおいて4速もしくは3速で駆動され、さらに低速モードにおいて2速もしくは1速で駆動される。なお、1速から6速は、1速が最も低速回転で高トルクが出力され、6速が最も高速回転で低トルクが出力される。したがって、同じ負荷トルクが加わった場合に出力される回転速度は、本実施形態の場合は、1速が最も遅く、続いて3速、2速、4速、5速、6速の順に速くなる。なお、この回転速度は、1速から6速における各減速比を変更することにより、1速、2速、3速、4速、5速、6速の順に速くなるように設定することもできる。
さて、6速の駆動時は、図24に示すように、第1リングギア32の回転が規制され、第3リングギア50が入力側位置に位置して第4サンギア81と一体回転する。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第1遊星歯車機構26、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第1の減速比)は、第1,第4遊星歯車機構26,29の減速比を掛け合わせた約1/9.3(≒1/3.4×1/2.8)となる。
5速の駆動時は、図26に示すように、第2リングギア39の回転が規制され、第3リングギア50が第4サンギア81と一体回転する。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第2遊星歯車機構27、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第2の減速比)は、第2、第4遊星歯車機構27,29の減速比を掛け合わせた約1/15(≒1/5.4×1/2.8)となる。
4速の駆動時は、図27に示すように、第3リングギア50は、入力側位置よりも出力側の中間位置に位置して第1爪部91と係合すると共に、切り欠き部53が凸部55に係合し、第5リングギア82の回転を規制する。また、係止部材37により第1リングギア32の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第1遊星歯車機構26、第5遊星歯車機構88、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第3の減速比)は、第1,第5,第4遊星歯車機構26,88,29の減速比を掛け合わせた約1/23(≒1/3.4×1/2.5×1/2.8)となる。
3速の駆動時は、図28に示すように第2リングギア39及び第5リングギア82の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第2遊星歯車機構27、第5遊星歯車機構88、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第4の減速比)は、第2,第5,第4遊星歯車機構27,88,29の減速比を掛け合わせた約1/37(≒1/5.4×1/2.5×1/2.8)となる。
2速の駆動時は、図29に示すように、第3リングギア50は、中間位置よりも出力側の出力側位置に位置して第2爪部92と係合すると共に、切り欠き部53が凸部55に係合し、第6リングギア84の回転を規制する。また、係止部材37により第1リングギア32の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第1遊星歯車機構26、第6遊星歯車機構89、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第5の減速比)は、第1,第6,第4遊星歯車機構26,89,29の減速比を掛け合わせた約1/35(≒1/3.4×1/3.8×1/2.8)となる。
1速の駆動時は、図30に示すように第2リングギア39及び第6リングギア84の回転が規制される。そのため、モータ16から入力された回転動力は、第2遊星歯車機構27、第6遊星歯車機構89、第4遊星歯車機構29によって減速される。したがって、動力伝達部17のトータルの減速比(第6の減速比)は、第2,第6,第4遊星歯車機構27,89,29の減速比を掛け合わせた約1/56(≒1/5.4×1/3.8×1/2.8)となる。
したがって、図25に示すように、動力伝達部17の減速比を6速から5速(もしくは5速から6速)に変更する前後の変速比は、約1.6(≒1/9.3÷1/15)となる。また、動力伝達部17の減速比を4速から3速(もしくは3速から4速)に変更する前後の変速比は、約1.6(≒1/23÷1/37)となる。そして、動力伝達部17の減速比を2速から1速(もしくは1速から2速)に変更する前後の変速比は、約1.6(≒1/35÷1/56)となる。
次に、上記のように構成された第4実施形態の動力工具10の作用について図31に基づいて説明する。
なお、高速モード、中速モード、低速モードのいずれのモードで駆動する場合であっても、初期状態としてソレノイド23が励磁されて係止部材37が係合位置に位置し、第1リングギア32の移動を規制しているものとする。そのため、トリガスイッチ21が操作されることにより、高速モードではまず6速で駆動され、中速モードではまず4速で駆動され、低速モードではまず2速で駆動される。
さて、図31に示すように、高速モードが選択された状態でトリガスイッチ21が操作されると、制御部22は、モータ16を駆動する。すると、動力伝達部17は、6速で動力を伝達し、高速出力Hを出力する。そして、制御部22は、高速閾値THよりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると係止部材37は、ばね36の付勢力によって非係合位置へ移動し、動力伝達部17の動力伝達が6速から5速に1段変更される。したがって、負荷トルクに対する単位時間当たりの回転数を示す高速出力Hは、高速閾値THを境に変更される。
また、中速モードの場合には、動力伝達部17は、4速で動力を伝達し、中速出力Mを出力する。そして、制御部22は、中速閾値TMよりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると、動力伝達部17の動力伝達が4速から3速に1段変更される。
さらに、低速モードの場合には、動力伝達部17は2速で動力を伝達し、低速出力Lを出力する。そして、制御部22は、低速閾値TLよりも検出した負荷トルクの方が大きいと判断すると、ソレノイド23の励磁状態を解除する。すると、動力伝達部17の動力伝達が2速から1速に1段変更される。
このように、6速から5速へ、次に4速から3速へ、さらに2速から1速への各1段の計3段の変更は、出力軸65への回転動力を連続して伝達するシームレスな状態で行われる。これに対し、各モードの切り替えは、モータ16の駆動を停止させて出力軸65への回転動力の伝達が非連続な状態において、スライドスイッチ20が操作されることにより行われる。
上記第4実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(9)動力伝達部17の減速比を1速から6速の5段に変速することができる。したがって、減速比を2段や3段変更する場合に比べ、より負荷トルクに適した回転速度を出力することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態において、動力伝達部17は、例えば歯数の異なる平歯車同士を噛合させて回転動力を減速させるようにしてもよい。また、スプロケットとチェーンにより回転動力を減速させてもよい。
・上記第3実施形態において、ソレノイド79の励磁状態の切り替えを、モータ16の駆動を維持した状態で行うようにしてもよい。すなわち、1速から4速のうちの全ての段の変更を出力側に回転動力を連続して伝達してもよい。
・上記各実施形態において、ワンウェイクラッチ42を設けない構成としてもよい。
・上記第1〜第3実施形態における第3遊星歯車機構28、及び第4実施形態における第5,第6遊星歯車機構88,89にワンウェイクラッチ42を設けてもよい。
・上記第4実施形態において、ソレノイド23、ばね36、係止部材37を設けない構成とすると共に、第3リングギア50を変位させるカム機構を設けてもよい。すなわち、第3リングギア50を出力側に変位したトルクに応じて移動させることにより、減速比を2段に変更してもよい。また、制御部22の制御により第3リングギア50を移動させてもよい。
・上記各実施形態において、スイッチ部材54を移動させるカム機構を設けてもよい。
・上記各実施形態において、駆動源は電気モータ、油圧モータ、空圧モータなどのモータや、シリンダなどを適用することができる。また、手動で回転軸16aを回転させることによって駆動してもよい。
・上記各実施形態において、動力工具は、モータを駆動源にするインパクトドライバー、ハンマードリル、インパクトレンチ、丸鋸、ジグソー、スクリュードライバー、振動ドライバー、グラインダ(研磨機)、釘打機、チェーンソー、などに適用することができる。また変速装置は、動力工具には限定されずミキサ(攪拌機、混合機)や、ジューサー、フードプロセッサー、電動ミルなどに適用することもできる。
・上記各実施形態において、自動変速をさせないモードを設けてもよい(例えば4速固定、2速固定など)。
・上記各実施形態では、モータ16が正転方向Aにのみ回転する仕様になっている。そこで、動力工具10をねじ緩めなどにも使用可能とするために、モータ16が逆転方向Bにも回転可能な仕様としてもよい。例えば特許文献1のように、第2リングギア39を2分割し、一方に本実施例のワンウェイクラッチ42を配置し、他方に反対方向に機能するワンウェイクラッチを配置する。すなわち、モータ16が正転方向Aに回転する場合と、逆転方向Bに回転する場合で有効となるリングギアを変更する構造としてもよい。