JP2530638B2 - 遊星変速装置 - Google Patents

遊星変速装置

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JP2530638B2
JP2530638B2 JP62016602A JP1660287A JP2530638B2 JP 2530638 B2 JP2530638 B2 JP 2530638B2 JP 62016602 A JP62016602 A JP 62016602A JP 1660287 A JP1660287 A JP 1660287A JP 2530638 B2 JP2530638 B2 JP 2530638B2
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JP
Japan
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ring gear
locking member
planetary
gear
ring
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JP62016602A
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裕之 安藤
昌巳 北村
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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  • Drilling And Boring (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【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、殊に電動工具に使用される遊星変速装置に関するも
のである。
【背景技術】
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が、このものに
おいては、ある変速比に設定すればこの状態が保持され
るものであり、出力特性を変更するには手動で切り替え
てやらねばならず、またこの切替えによってどの出力特
性を選ぶかは使用者の判断によるものとなっている。つ
まり、ねじ締めや孔明は作業を考えると、まず低トルク
高速回転で作動させ、その後、高トルク低速回転に切り
替えてやることが、作業効率を高める結果となるが、低
負荷時には高速回転となるように、高負荷時には低速回
転となるように、変速操作を使用者が行なわなければな
らないものであった。
【発明の目的】
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いずれも1:1でない複数の変速比
を得ることができるものにおいて、低負荷時には高速回
転となり、高負荷時には低速回転高トルクとなる変速が
自動的になされる遊星変速装置を提供するにある。
【発明の開示】
しかして本発明は、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て、各遊
星機構におけるサンギアを単一の回転入力軸に固定する
とともに各遊星機構における遊星ギアを回転出力を取り
出す単一のキャリアで支持し、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ひとつの回転を選択的
に阻止する係止部材を設けた変速装置であって、固定の
ケースに回転拘束されて複数のリングギア間を移動自在
であり且つこの移動で回転阻止するリングギアの変更を
行う上記係止部材は、高速側の第1のリングギアに向け
て所定の付勢力で係合付勢されており、リングギアにか
かる負荷に応じた力によって上記係止部材を上記付勢力
に抗して移動させて係止部材と係合するリングギアを変
更する係止部材移動ガイドをリングギアが備えているこ
とを特徴とするものである。 以下本発明を図示の実施例に基づいて詳述すると、第
1図乃至第5図は本発明の一実施例を示している。ギア
ケース1の一端開口を閉じるモータ取付台2にはモータ
6が取り付けられており、このモータ6の回転を出力す
る出力軸60が、本例の場合、遊星機構の回転の入力とな
る回転入力軸Aとなっている。この回転入力軸A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でサンギア11の回りに等間隔で、
遊星ギア22は軸42でサンギア12の回りに等間隔で支持さ
れているもので、両遊星ギア21,22は回転入力軸Aの回
りに回転方向におい90゜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。 そして上記回転入力軸A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。両リングギア31,32はそ
れの内径が異なるものの、外径は同一とされたもので、
各々の外周面には多数個の係合溝35,36が周方向に等間
隔で形成されている。図中51はスラストリングである。 次に上記両リングギア31,32に選択的に係止すること
で変速比の切り替えを行なう係止部材7について説明す
る。この係止部材7は、遊星機構の径方向及び軸方向に
対して直交する軸70によってギアケース1に揺動自在に
取り付けられたもので、第5図に示すように、軸70から
一端までの一片71の長さl1が、軸70から他端までの他片
72の長さl2よりも長くされている。この係止部材7はそ
の揺動によって、一片71がリングギア31外周面の係合溝
35に係合する状態と、他片72がリングギア32外周面の係
合溝36に係合する状態とが選択的に得られるようになっ
ているのであるが、一片71がばね73によって内方に向け
て付勢されているために、常時は一片71がリングギア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。 そして、両係合溝35,36は第4図から明らかなよう
に、リングギア31,32の内周側ほど幅が狭くなるよう
に、その両側壁が角度αの傾斜を持つものとされてお
り、本例の場合この傾斜を持つ側壁が係止部材ガイドと
しての作用をするものとなっている。 しかしてこの遊星変速装置においては、モータ6を始
動させる際にはリングギア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。この時、リングギア32は空転
した状態となっている。 しかし、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、係合溝35の側壁における傾斜のために、係止部材7
の一片71はばね73に抗して係合溝35から押し出されるも
のであり、この係止部材7の回動の結果、第2図に示す
ように、他片72がリングギア32の係合溝36と係合するこ
とになる。つまり、これ以降は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。 リングギア31の回転が阻止されている時には高速回転
低トルクの出力が出力軸5に、リングギア32の回転が阻
止されている時には低速回転高トルクの出力が出力軸5
に現われるように変速比が設定されているため、そし
て、上述のように、負荷トルクによって変速比が自動的
に変更されるために、この遊星変速装置では第6図に実
線で示す出力特性を持つものである。 この点について更に詳しく説明すると、モータトルク
をTm、リングギア31の回転を止めている時の出力軸トル
ク及び変速比をT1,i1、リングギア32の回転を止めてい
る時の出力軸トルク及び変速比をT2,i2、リングギア31
及びリングギア32に夫々生ずる負荷トルクをTL1,TL2
すると、 T1=Tm×(i1+1),TL1=−(Tm×i1) T2=Tm×(i2+1),TL2=−(Tm×i2) となる。 また、第4図に示す係合溝35,36の側壁の傾斜角を
α、係止部材7とリングギア31,32との噛み合い半径を
Rとすると、リングギア31,32にかかる負荷トルクTL
よって生ずるリングギア31,32と係止部材7との噛み合
い点にかかる力F及び係止部材7を押し出そうとする力
Pは、 F=TL/R P=Fsinα=|Tm・i・sinα/R| となる。 従って、係止部材7をリングギア31に押し付けるばね
73の力をP0とすると、P>P0なるトルクが出力された
時、係止部材7はリングギア31の係合溝35から外れてリ
ングギア31の回転拘束を解除し、リングギア32の回転拘
束を行なう。 ここにおいて、i1<i2であり、TL1<TL2であるため
に、両リングギア31,32の各係合溝35,36の傾斜角αが同
一であると、リングギア31と係止部材7との間に働く力
F1及びP1は、リングギア32と係止部材7との間に働く力
F2,P2に対して、 F1<F2,P1<P2 となるために、リングギア31から外れた係止部材7はリ
ングギア32に係止してもすぐに外れてしまい、リングギ
ア32に再度係合するように揺動し、係止部材7は結局揺
動を繰り返すだけとなってしまう。 このために、ここでは前述のように係止部材7の両片
の長さl1,l2をl1>l2とするとともに、P1<P2であって
も揺動支点回りの第5図に示すところのモーメントM1,M
2が、 M1=P1l1>M2=P2l2 となるようにl1,l2の値を決めて、係止部材7の揺動の
繰り返しが生じないようにしてある。尚、モータ6を停
止させると、係止部材7は元の状態に復帰する。 係止部材7の両片71,72の長さを変えるのではなく、
第7図に示すように、両リングギア31,32における係合
溝75,76の深さを変えて係止部材7と両リングギア31,32
との噛み合い半径Rを変えたり、第8図に示すように、
両係合溝35,36の側壁の傾斜角α1を変えても、上
記実施例の場合と同様に、係止部材7の揺動の繰り返し
を防ぐことができる。 第9図乃至第12図に他の実施例を示す。ここでは係止
部材7を遊星機構のスラスト方向にスライド自在なもの
として構成するとともに、ばね73によって係止部材7が
リングギア31の係合溝35に常時位置するようにしてあ
る。また、リングギア31,32の各係合溝35,36は第11図及
び第12図から明らかなように、ばね73の付勢方向と逆方
向に幅が漸次広くなるテーパを有するものとしてあり、
このテーパが係止部材移動ガイドの作用をするようにし
てある。 モータ6の始動時には前記実施例の場合と同様にリン
グギア31が係止部材7との係合で回転が阻止されてお
り、負荷が大きくなると、係合溝35の側壁のテーパ角β
のために、係止部材7はばね73に抗してリングギア32側
へと押されて、係合溝36に係合し、以後、リングギア32
の回転が阻止された状態となる。 尚、係合溝35の最大幅W1よりも係合溝36の最小幅W2
方を大きくしているのは、係止部材7が係合溝35から係
合溝36へと移行しやすくするためであるとともに、係止
部材7が両係合溝35,36に同時に係合した状態ではモー
タ6がロックされてしまうために、係止部材7がその係
合相手を完全に変えてしまうまでの時間を上記の幅の差
による遊びで稼ぐことができるようにしているためであ
る。 モータ6を停止させたならば、係止部材7がばね73に
よる付勢で再度リングギア31の係合溝35に係合する状態
に復帰するのは、前記実施例と同様である。 第13図乃至第15図に更に他の実施例を示す。ここでは
モータ6の出力軸60と、サンギア11,12、遊星ギア21,2
2、リングギア31,32及びキャリア4よりなる遊星機構と
の間には、更にサンギア13と遊星ギア23とリングギア33
及びキャリア43からなる他の遊星機構を設けてある。本
例の場合、上記他の遊星機構のキャリア43に設けられた
軸44が、サンギア11,12、遊星ギア21,22、リングギア3
1,32及びキャリア4よりなる遊星機構の回転入力軸Aと
なっている。そしてこの回転入力軸Aに上記サンギア1
1,12を取り付けるとともに、他の遊星機構におけるリン
グギア33で係止部材7の動きを制御するようにしてい
る。 すなわち、ここにおけるリングギア33は、その外周面
から突設した突起37とギアケース1内面に設けられた溝
(図示せず)との係合によって所定角度内の回転が自在
とされているとともに、一端をモータ取付台2に係止し
ているねじりコイルばね34の他端が係止することで、所
定回転方向に付勢されているもので、遊星機構のスラス
ト方向にスライド自在であり且つばね73によってリング
ギア31側へと付勢されている係止部材7と係合自在な係
合突起38を一面に備えている。そしてこの係合突起38が
係止部材移動ガイドの作用をするようにしてある。 モータ6の始動時にはばね73による付勢で係止部材7
はリングギア31と係合してこれの回転を止めているが、
リングギア33にかかるトルクが大きくなってねじりコイ
ルばね34に抗してリングギア33が所定角度内における回
転を行なうと、係合突起38が係止部材7をばね73に抗し
て押して、係止部材7をリングギア31からリングギア32
側へと移す、変速操作がなされるわけである。モータ6
を停止させたならば、リングギア33がねじりコイルばね
34による付勢で復帰し、係止部材7はばね73による付勢
でリングギア31と係合する状態に復帰する。
【発明の効果】
以上のように本発明においては、負荷の大きさに応じ
て変速動作が自動的になされるものであって、低負荷時
には低トルク高速回転、高負荷時には高トルク低速回転
を自動的に得ることができるものであり、作業内容に応
じて変速動作を行なう必要がなく、非常に使い勝手がよ
い上に、作業時間の短縮も期待できるものであり、しか
も上記低トルク高速回転も1:1の直結状態ではなく、適
宜の減速比を得られる状態であることから、別途減速機
を組み合わせなくては所望の減速比を得られないものに
比して、コンパクトにまとめることができるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明一実施例の縦断面図、第3図
は同上の横断面図、第4図は同上の部分拡大正面図、第
5図は同上の部分拡大縦断面図、第6図は同上の出力特
性図、第7図は他の例の縦断面図、第8図は更に他の例
の斜視図、第9図及び第10図は他の実施例の縦断面図、
第11図は同上の斜視図、第12図は同上の平面図、第13図
は別の実施例の縦断面図、第14図及び第15図は同上の斜
視図であって、7は係止部材、11,12はサンギア、21,22
は遊星ギア、31,32はリングギア、35,36は係合溝を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−151650(JP,A) 特開 昭60−30844(JP,A) 実公 昭55−50423(JP,Y2)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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て、各遊星機構に
    おけるサンギアを単一の回転入力軸に固定するとともに
    各遊星機構における遊星ギアを回転出力を取り出す単一
    のキャリアで支持し、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ひとつの回転を選択的に阻止す
    る係止部材を設けた変速装置であって、固定のケースに
    回転拘束されて複数のリングギア間を移動自在であり且
    つこの移動で回転阻止するリングギアの変更を行う上記
    係止部材は、高速側の第1のリングギアに向けて所定の
    付勢力で係合付勢されており、リングギアにかかる負荷
    に応じた力によって上記係止部材を上記付勢力に抗して
    移動させて係止部材と係合するリングギアを変更する係
    止部材移動ガイドをリングギアが備えていることを特徴
    とする遊星変速装置。
  2. 【請求項2】係止部材は中間部を軸支されて揺動自在と
    されたものであるとともに、一端が一方のリングギア
    に、他端が他方のリングギアに係止するものであり、係
    止部材が係合するリングギアの係合溝には上記係止部材
    移動ガイドとしての傾斜した側壁が設けられていること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の遊星変速装
    置。
  3. 【請求項3】係止部材はその軸支点から両端までの長さ
    が異なっていることを特徴とする特許請求の範囲第2項
    記載の遊星変速装置。
  4. 【請求項4】係止部材と一対のリングギアとの噛み合い
    半径が異なっていることを特徴とする特許請求の範囲第
    2項記載の遊星変速装置。
  5. 【請求項5】係止部材が係合する一対のリングギアにお
    ける係合溝の側壁の傾斜角が異なっていることを特徴と
    する特許請求の範囲第2項記載の遊星変速装置。
  6. 【請求項6】係止部材は遊星機構の軸方向にスライド自
    在とされたものであるとともに、この係止部材が係合す
    る複数のリングギアにおける係合溝は上記係止部材移動
    ガイドとしての軸方向において幅が漸次変化するテーパ
    を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の遊星変速装置。
  7. 【請求項7】一方のリングギアの係合溝の最大幅より
    も、他方のリングギアの係合溝の最小幅の方が大きくさ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第6項記載の
    遊星変速装置。
  8. 【請求項8】係止部材が噛み合うリングギアを備えた遊
    星機構とは別の遊星機構のリングギアに係止部材移動ガ
    イドとしての突起が設けられ、この突起にて係止部材が
    移動させられるようにして成ることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の遊星変速装置。
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