JP3391906B2 - 遊星変速装置 - Google Patents
遊星変速装置Info
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Description
変速装置に関するものである。
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。
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。
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。
であり、その目的とするところは変速時に衝突を起こす
ことがなく、衝突に起因する問題を招くことがない遊星
変速装置を提供するにある。
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リングギア
のなかの一つの回転を阻止し、他を回転自在とすること
で出力を取り出すとともに回転を阻止するリングギアの
選択にて減速比の切り換えを行う遊星変速装置におい
て、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するととも
に、ワンウェイクラッチで支持されていない回転自在な
リングギアの回転を阻止するロック部材を設けて、後者
のリングギアが回転可能な状態においてワンウェイクラ
ッチで支持された前者のリングギアをワンウェイクラッ
チによって回転阻止状態とし、上記ロック部材による後
者のリングギアの回転阻止状態においてワンウェイクラ
ッチで支持された前者のリングギアを回転可能としてい
ることに特徴を有している。
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る。なお、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。また、他方のリングギア
の回転阻止がロック部材の係合によってなされていて
も、この他方のリングギアの回転を阻止した時に高速回
転低トルク状態、ワンウェイクラッチで支持されたリン
グギアの回転が阻止されている状態を低速回転高トルク
状態とすることで、実使用上において衝突が生じること
はない。
アを2つ設けて、回転可能方向が逆であり且つ共に遊転
自在となっている対のワンウェイクラッチで上記リング
ギアを夫々支持するとともに、対のワンウェイクラッチ
の遊転を選択的に阻止する回転方向切換部材を設けた時
には、正転及び逆転の両状態において、ワンウェイクラ
ッチを用いたことによる利点を得ることができる。
のリングギアの回転をロック部材で阻止する時、ロック
部材として、リングギアにかかる負荷に応じて回転阻止
位置から退去して該リングギアをフリーとするものを用
いれば、負荷に応じた自動変速が可能となる。ロック部
材は手動操作によって回転阻止位置から退去して該リン
グギアをフリーとするものであっても、電磁アクチュエ
ータによる駆動で回転阻止位置から退去して該リングギ
アをフリーとするものであってもよい。
ると、図1〜図8は電動ドリルドライバー等の電動工具
用とした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に取り付けられたモータの出
力軸60には、一体物として形成された歯数の異なる二
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。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、出力軸60の回りに回転方
向において90°ずれた状態で配設されており、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。
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2つのリングギア32
a,32bが遊星ギア22とかみ合っている。軸方向に
並ぶこれら3つのリングギア31,32a,32bのう
ち、リングギア31は図3にも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32a,32bは、いずれも外レー
ス330と内レース331及びこの両者の間の楔状空間
に配されたボール332からなるフリーホイール型のワ
ンウェイクラッチ33a,33bの内レース331とし
て形成されたもので、軸方向に並ぶ両ワンウェイクラッ
チ33a,33bの各外レース330はやはりギアケー
ス1に対して遊転自在とされており、更に両ワンウェイ
クラッチ33a,33bでは、図4及び図5から明らか
なように、外レース330に対する内レース331(リ
ングギア32a,32b)の回転可能方向が逆とされて
いる。なお、ここではフリーホイール型のワンウェイク
ラッチ33a,33bを示したが、この形式のものに限
るものではない。
ッチ33a,33bは上述のようにギアケース1に対し
て遊転自在とされているが、リングギア31については
ロック部材70によってその回転を止めることができ、
二つのワンウェイクラッチ33a,33bについては回
転方向切換部材76によって選択的に回転を止めること
ができるようになっている。
保持されているロック部材70は、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、
この係合でリングギア31の回転を阻止するものである
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の回転を許すもの
で、ばね73によって突起71が係合突起35と係合す
る方向に付勢されている。また、リングギア31の係合
突起35は、図6に示すように、その両側壁がリングギ
ア31の軸方向に対して傾いた傾斜面となっており、ロ
ック部材70の突起71は丸ピン状とされていて、リン
グギア31の回転しようとする力が強くなった時(負荷
が増大した時)には、上記傾斜面により、ロック部材7
0をばね73に抗して押し戻して、係合突起35と突起
71との係合を解除するようになっている。
ばねからなるラッチ部材で、その先端は、自身の弾性に
よって、上記ロック部材70の外面に接触しており、ロ
ック部材70がばね73に抗して図中上方に移動して係
合突起35と突起71との係合を解除した時、先端をロ
ック部材70の移動経路内に位置させて、ロック部材7
0の復帰、つまり係合突起35と突起71との係合を阻
止するラッチ状態となる。なお、このラッチ部材8によ
るロック部材70のラッチは、図6〜図8に示すよう
に、電源スイッチであるトリガーハンドル9を引いた時
にのみ可能であり、トリガーハンドル9がオフ位置にあ
る時には、トリガーハンドル9とラッチ部材8とを連結
している線ばねからなるリセット用レバー95がラッチ
部材8の先端を引っ張ることから、ラッチ部材8がラッ
チ位置に移動することがない。
33bの回転を選択的に止める回転方向切換部材76
は、ギアケース1にスライド自在に保持されるととも
に、外レース330に係合させることでその外レース3
30の回転を止める突起77を備えたもので、スライド
移動に伴って突起77を係合させる外レース330を両
ワンウェイクラッチ33a,33bの間で切り換える。
なお、回転方向切換部材76を操作した時には、モータ
の回転方向を切り換えるスイッチ(図示せず)も駆動さ
れる。
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5
5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1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。
リガーハンドル9がオフ位置にある時、ラッチ部材8は
図6及び図1に示す状態にあり、ロック部材70はばね
73による付勢でリングギア31の回転を阻止している
位置にある。今、回転方向切換部材76によって図1に
示すように両ワンウェイクラッチ33a,33bのう
ち、ワンウェイクラッチ33aの回転を止めている状態
でトリガーハンドル9を引けば、モータに通電されてそ
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、キャリア4から出力軸5に伝達される。この時、リ
ングギア32a,32bは出力軸5と同方向に空転する
が、この空転は、リングギア32aにおいてはワンウェ
イクラッチ33aにおける回転可能方向となっており、
リングギア32bについてはワンウェイクラッチ33b
の回転不能方向であるもののワンウェイクラッチ33b
そのものが遊転自在な状態にあることから、ワンウェイ
クラッチ33bと共に空転している。また、トリガーハ
ンドル9のオン位置への移動に伴い、トリガーハンドル
9とレバー95とによるラッチ部材8の引っ張りが解除
されるために、ラッチ部材8は自身の弾性により、ロッ
ク部材70の外面に弾接した状態となる。
て、リングギア31にかかる回転トルクがある値を越え
ると、リングギア31の係合突起35の傾斜面となって
いる側壁が突起71を押し出してロック部材70をばね
73による付勢に抗して移動させるために、図7に示す
状態を経て図8に示すように係合突起35と突起71と
の係合が解除され、リングギア31はフリーとなる。ま
た、ラッチ部材8が自身の弾性でロック部材70の復帰
移動経路内に位置して、ロック部材70の復帰を阻止す
る。
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、3
2a,32bを回転させようとするが、この時のリング
ギア32a,32bの回転方向は、上記空転時とは逆方
向になることから、ワンウェイクラッチ33aによって
リングギア32aの回転が止められるために、この時点
からリングギア32aと噛み合った遊星ギア22を通じ
てキャリア4に動力が伝達される。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。また負荷が小さくなってばね7
3による付勢でロック部材70が逆方向移動を行い、突
起71をリングギア31に係合させようとしても、ラッ
チ部材8がこの移動を阻止するために、リングギア31
がフリーとなっている状態が維持される。
を停止させれば、ばね付勢で復帰するトリガーハンドル
9がレバー95を介してラッチ部材8の先端部を引き下
げるために、ロック部材70はばね73による付勢で再
度突起71がリングギア31の係合突起35に係合して
リングギア31の回転を阻止する状態に戻る。回転方向
切換部材76を操作して、図2に示すようにワンウェイ
クラッチ33bの遊転を阻止するとともにモータの回転
方向を逆にした時には、当初、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32bはワン
ウェイクラッチ33bにおける回転可能方向に空転し、
リングギア32aはワンウェイクラッチ33aと共に空
転している。負荷の増大でロック部材70が押し出され
てリングギア31がフリーとなれば、ワンウェイクラッ
チ33bによって回転が阻止されているリングギア32
b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、トリガーハンドル9を戻した時に復帰
する。
ガーハンドル9を引けばモータが回転を始めるとともに
高速回転低トルク出力が出力軸5に伝えられ、負荷が増
大すれば自動的に低速回転高トルク状態に変速されると
ともにこの状態がトリガーハンドル9から指を離してモ
ータを停止させるまで持続されることになるものであ
り、そして上記変速時には、ワンウェイクラッチ33
a,33bを利用してリングギア32aまたはリングギ
ア32bの回転を止めるために、リングギア31の係止
突起35からロック部材70が離れるだけで、リングギ
ア32a,32b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。
31にロック部材70を係合させてリングギア31の回
転を止めることは、モータがオフの時になされるわけで
あるから、リングギア31とロック部材70との衝突が
問題となることはない。また、以上の説明から明らかな
ように、遊星ギア22に二つのリングギア32a,32
bを噛み合わせているのは、電動ドリルドライバーとし
ての利用を考えた場合を想定して、正転時と逆転時とで
同じ動作を行わせるためであり、このために、モータを
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33a,33b及びリングギア32a,32bの各
一方は不要である。
動で行うようにしたものを示しており、ロック部材70
をスライド操作することで、図9に示す高速回転低トル
ク状態と、図10に示す低速回転高トルク状態との切り
換えを行う。この場合、リングギア31の係合突起31
の両側壁は、リングギア31の軸方向と平行な面とし、
負荷トルクの増大でリングギア31がロック部材70を
押し出すようにはしていない。
リーとなっているリングギア31にロック部材70を動
作中に係合させてリングギア31の回転を止める時、リ
ングギア31とロック部材70との間で衝突が生じるこ
とになるが、使用にあたり、動作中の変速操作は高速回
転低トルク状態から低速回転高トルク状態とする時にの
み行い、逆方向の変速操作は作業終了後のモータの停止
中に行うのが通常であることから、上述のように、リン
グギア31の回転を阻止した時に高速回転低トルク状態
となり、ワンウェイクラッチ33a,33bで支持され
たリングギア32aまたはリングギア32bの回転が阻
止されている状態を低速回転高トルク状態としている場
合、実使用上において衝突が生じることはない。
イド7によってロック部材70を移動させて変速を行う
ようにしたものを示している。ロック部材70がプラン
ジャー74に固着されているソレノイド7は、図11に
示すように、引っ張りばね75に抗してプランジャー7
4の吸引状態を維持する時、リングギア31の回転を阻
止し、吸引状態を解除して引っ張りばね75の付勢でプ
ランジャー74が引き出された時、図12に示すよう
に、リングギア31の係合突起35からロック部材70
が外れてリングギア31がフリーとなる。
は、内蔵する永久磁石によってプランジャー74の吸引
状態を維持することができるもの、いわゆるキープソレ
ノイドを用いることが消費電力の低減の点で好ましく、
ここでは正電圧をソレノイド7のコイルに印加すればプ
ランジャー74が吸引されて、この後は正電圧の印加状
態を持続させなくとも内蔵する永久磁石による吸引力で
引っ張りばね75に抗して吸引状態が維持され、コイル
に負電圧を印加して永久磁石の磁力を打ち消せば、引っ
張りばね75のばね力でプランジャー74が引き出され
るタイプのキープソレノイドを用いているが、他のタイ
プのものであってもよく、プランジャー74の吸引状態
の維持にコイルへの通電が必要なタイプのものであって
もよい。いずれにしても、ソレノイド7を用いた場合、
その変速、つまりソレノイド7の駆動は、手動操作され
るスイッチによって行うほか、負荷変動による出力トル
クや出力回転数の変化を電気的に検出する検出回路の出
力で行ったり、リングギア31にかかる負荷反力に応動
するスイッチで行ったりすることができ、また自動変速
と手動変速とを切り換えられるようにすることも容易に
行うことができる。
設けた遊星機構におけるリングギアのなかの一つの回転
を阻止し、他を回転自在とすることで出力を取り出すと
ともに回転を阻止するリングギアの選択にて減速比の切
り換えを行う遊星変速装置において、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するとともに、ワンウェイクラッチ
で支持されていない回転自在なリングギアの回転を阻止
するロック部材を設けて、後者のリングギアが回転可能
な状態においてワンウェイクラッチで支持された前者の
リングギアをワンウェイクラッチによって回転阻止状態
とし、上記ロック部材による後者のリングギアの回転阻
止状態においてワンウェイクラッチで支持された前者の
リングギアを回転可能としていることから、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
阻止がなされるものであり、変速時に衝突を起こす部材
を用いていないことから、衝突に起因する騒音や寿命に
ついての問題を招くことがないものである。
を2つ設けて、回転可能方向が逆であり且つ共に遊転自
在となっている対のワンウェイクラッチで上記リングギ
アを夫々支持するとともに、対のワンウェイクラッチの
遊転を選択的に阻止する回転方向切換部材を設けたもの
では、正転及び逆転の両状態において、ワンウェイクラ
ッチを用いたことによる上記利点を得ることができ、電
動ドリルドライバーのような電動工具用として好適に採
用することができる。
いない他のリングギアの回転をロック部材で阻止する
時、ロック部材として、リングギアにかかる負荷に応じ
て回転阻止位置から退去して該リングギアをフリーとす
るものを用いた時には、負荷に応じた自動変速を行うこ
とができる。手動操作によって回転阻止位置から退去し
て該リングギアをフリーとするロック部材を用いたり、
電磁アクチュエータによる駆動で回転阻止位置から退去
して該リングギアをフリーとするロック部材を用いても
よいのはもちろんである。
る。
す横断面図である。
図である。
図である。
部分底面図、(b)は部分縦断面図である。
分底面図、(b)は部分縦断面図である。
底面図、(b)は部分縦断面図である。
Claims (5)
- 【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
構におけるリングギアのなかの一つの回転を阻止し、他
を回転自在とすることで出力を取り出すとともに回転を
阻止するリングギアの選択にて減速比の切り換えを行う
遊星変速装置において、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
て支持するとともに、ワンウェイクラッチで支持されて
いない回転自在なリングギアの回転を阻止するロック部
材を設けて、後者のリングギアが回転可能な状態におい
てワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアを
ワンウェイクラッチによって回転阻止状態とし、上記ロ
ック部材による後者のリングギアの回転阻止状態におい
てワンウェイクラッチで支持された前者のリングギアを
回転可能としていることを特徴とする遊星変速装置。 - 【請求項2】 ある遊星ギアと噛み合うリングギアを2
つ設けて、回転可能方向が逆であり且つ共に遊転自在と
なっている対のワンウェイクラッチで上記リングギアを
夫々支持するとともに、対のワンウェイクラッチの遊転
を選択的に阻止する回転方向切換部材を備えていること
を特徴とする請求項1記載の遊星変速装置。 - 【請求項3】 ワンウェイクラッチで支持されていない
他のリングギアは、ロック部材によってその回転が阻止
されているとともに、このロック部材は、リングギアに
かかる負荷に応じて回転阻止位置から退去して該リング
ギアをフリーとするものであることを特徴とする請求項
1または2記載の遊星変速装置。 - 【請求項4】 ワンウェイクラッチで支持されていない
他のリングギアは、ロック部材によってその回転が阻止
されているとともに、このロック部材は手動操作によっ
て回転阻止位置から退去して該リングギアをフリーとす
るものであることを特徴とする請求項1または2記載の
遊星変速装置。 - 【請求項5】 ワンウェイクラッチで支持されていない
他のリングギアは、ロック部材によってその回転が阻止
されているとともに、このロック部材は電磁アクチュエ
ータによる駆動で回転阻止位置から退去して該リングギ
アをフリーとするものであることを特徴とする請求項1
または2記載の遊星変速装置。
Priority Applications (4)
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Publications (2)
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