JP5032956B2 - 電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも２つの遊星減速機を備えて減速比の切り替えが可能となっている電動工具に関するものである。

ドリルドライバーのような電動工具においては、高速回転低トルクモードと低速回転高トルクモードの２段変速のものが多数存在している。これはモータと出力軸の間に配した遊星減速機を減速状態にするか、非減速状態とするかによって行っている。

しかし、より幅広い作業領域をカバーするには、減速比の切り替え範囲を大きくしたり、３段以上の多段変速を行うことができるようにしたものが好ましく、この点に対応させたものが特許文献１や特許文献２に示されている。

しかし、前者は３つの遊星減速機のうちの２つが、１つのキャリアと２組のプラネットギアと２つのリングギアより構成されているために全長が大幅に増加したものとなっている。これに対して後者は複数の遊星減速機の各減速状態の切り替えを組み合わせることで、多段の変速を行えるようにしたもので、軸方向全長の増加はさほど大きくはならない。

ところで、後者のように複数遊星減速機を組み合わせて３段以上の変速を行えるようにする場合、ある遊星減速機単体の減速比と、他の遊星減速機単体の減速比とが同じであると、遊星減速機の減速比の切り替えは、減速状態とするか非減速状態（減速比が１の状態）とするかによって行っていることから、得られる変速比が実質的に少なくなってしまう。

このために、各遊星減速機は夫々異なる減速比を持つようにしておかなくてはならないが、この点が次のような制約を招き、その結果、構造的に複雑化を招いたり重量増を招くものとなってしまっている。

すなわち、遊星減速機の減速比は、サンギアの歯数ＺｓとリングギアＺｒとの歯数で定まるために、同じモジュールを持たせなくてはならない関係で、サンギアの外径とリングギアの内径も上記減速比で決まってしまうことになる。

ここにおいて、遊星減速機の減速比の切り替え（非減速状態への切り替え）をリングギアがギアケース等に係合して回転不能な状態から、リングギアを軸方向に移動させてプラネットギアを支持しているキャリアに係合させてキャリアと一体に回転する状態とすることで行う時、リングギアの内径にキャリアの外径を合わせる必要がある。

２つの遊星減速機のうちの他方の遊星減速機の減速比の切り替えも、本発明の実施例で示すものと同様に、他方側の遊星減速機のリングギアを上記一方の遊星減速機におけるキャリアに係合させることで行うとすれば、異なる内径となっているはずの２つの遊星減速機のリングギアを単一のキャリアに係合させることになり、例えばキャリア側に２種の係合部を設けなくてはならなくなるし、リングギアを同じ内径として同一部で噛み合わせるようにすると変速比の設定の自由度はどうしても小さくなる。

もちろん、単一のキャリアに異なる遊星減速機の各リングギアを係合させるのではなく、各遊星減速機のリングギアを各遊星減速機のキャリアに夫々係合させるようにすることも可能であるが、リングギアはスライドしてもプラネットギアと噛み合い続けさせるためにリングギアの軸方向寸法を長くしなくてはならず、これはリングギアの重量が大となることを意味する上に、２つのリングギアが共に重くなるために、全体としての重量増が
かなり大きくなる。
特許第３６９６４９３号公報 特表２００４−５２６１０３号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、３段以上の多段変速を得るにあたっての設計上の制約を避けることができて、変速比の設定の自由度が高い電動工具を提供することを課題とするものであり、また、軽量化にも有利な電動工具を提供することを他の課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る電動工具は、減速用に少なくとも２つの遊星減速機を備えるとともに、２つの遊星減速機の各リングギアを回転不能状態とするか遊星減速機を構成する他部材に連結されて該他部材と一体に回転する状態とするかの切り替えを夫々可能とするとともに、両遊星減速機の上記切り替えの組み合わせで多数段の変速を可能としている電動工具において、２つの遊星減速機のうちの減速比が小さい方の遊星減速機におけるリングギアと相対回転不可で且つ軸方向相対移動可能な切替用部材を設けて、該切替用部材の軸方向移動で上記他部材に係合自在とし、２つの遊星減速機のうちの他方の遊星減速機はそのリングギアを軸方向移動自在として該リングギアを上記他部材に係合自在としていることに特徴を有している。一方のリングギアは軸方向に動かさずに該リングギアと一体に回転する切替用部材を動かすことで減速比の切り替えを行うようにしたものである。なお、ここでいう他部材は後述するように、２つの遊星減速機において夫々存在するものであっても、単一の存在であってもよい。

上記切替用部材は前段側の遊星減速機に設けていることが好ましい。前段側の方が回転が高速でトルクが小さいために、切替用部材を軽量化に有利な合成樹脂製とすることができるからである。

上記他部材が減速比が小さい方の遊星減速機におけるキャリアであり、２つの遊星減速機における各リングギアが共に回転不能な状態と、減速比が小さい方の遊星減速機の切替用部材が該遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態と、他方の遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態とを切替自在としているものや、上記３状態に加えて、減速比が小さい方の遊星減速機の切替用部材が該遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転し且つ他方の遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態に切替自在としているものを好適に用いることができる。

また、上記切替用部材は遊星変速機の軸方向に突出するピンを備えて、該ピンでリングギアと他部材とを連結するものであってもよい。径に関する制約を更に少なくすることができる。

本発明によれば、一方の遊星減速機はそのリングギアの内径とは無関係に減速状態の切り替えを行うことができるものとなるために、上記内径を因子とする設計上の制約を逃れることができるものであり、このために各遊星減速機の減速比の設定の自由度が高いものであり、また、上記制約下にあるものに比して、構造的な複雑化や重量増を避けることが容易なものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１は本発明に係る電動工具の主要部を示しており、半割りのハウジング４の片方をはずした状態で減速機ブロックを断面で示している。ハウジング４内には後方側からモータ９、３段の遊星減速機１，２，３が納められており、ハウジング４の前端部外周には締め付けトルク調整用のハンドル８が配設されており、ハウジング４の先端からはチャックが装着された出力軸７が突出している。図中６はトリガーハンドルであり、該トリガーハンドル６によってスイッチ５の操作がなされる。

上記の３段の遊星減速機１，２，３は、軸方向に直列に配設されたもので、図２にも示すように、第１遊星減速機１はモータ軸１０に圧入された第１サンギア１１、第１プラネットギア１２、第１キャリア１３、第１リングギア１４とからなり、第１サンギア１１と第１リングギア１４とに噛み合っている第１プラネットギア１２を軸１３ａで支持している第１キャリア１３は、その外周面に第１キャリア係合歯１３ｂを備えている。

また、第１リングギア１４の外側に切替用部材であるリング１５が配置されている。リング１５は軸方向にスライド自在となっているもので、その内周面に形成されたリング内歯１５ａは第１リングギア１４の外周に形成された第１リングギア外歯１４ａと噛み合っている。

ここで、リング１５は、図２に示す位置にある時、後端側の外周面に形成されている歯１５ｂがギアケース２４の歯２４ａと噛み合って回転不能となっているために、この状態では第１リングギア１４も回転不能な状態となっている。

第２遊星減速機２は、上記第１キャリア１３に一体に形成されている第２サンギア１６と、第２プラネットギア１７と、第２キャリア１８と、第２リングギア１９とからなるもので、第２サンギア１６と第２リングギア１９とに噛み合う第２プラネットギア１７は、第２キャリア１８に設けた軸１８ａによって支持されている。また、ここにおける第２リングギア１９は、軸方向に可動であって、図２に示すようにギアケース２４に設けた歯２５ａに外周の歯１９ａが噛み合っている時には回転不能な状態にある。

第３遊星減速機３は、上記第２キャリア１８に一体に形成されている第３サンギア２０と、第３プラネットギア２１と、該第３プラネットギア２１を軸２２ａで支持している第３キャリア２２と、第３リングギア２３とからなるもので、第３キャリア２２から前記出力軸７に出力が伝達される。

ここにおける第３リングギア２３は、締め付けトルクの調整のためのボールカムクラッチの構成部材ともなっており、第３リングギア１９に加わるトルクが設定値を超えると、第３リングギア２３が空転して出力軸７側にトルクが伝わらない構成となっているのであるが、この点については説明を省略する。

図１及び図２に示す状態は、第１〜第３遊星減速機の各リングギア１４，１８，２３が回転不能な状態にあり、このために第１遊星減速機１の減速比を３、第２遊星減速機２の減速比を６、第３遊星減速機３の減速比を３とすれば、モータ９から出力軸７に至るまでの減速は１／３×１／６×１／３＝１／５４となっている。

今、図２に示す状態からリング１５を前方にスライドさせて、リング１５とギアケース２４との係合を解除するとともに、リング１５の内歯１５ａを図３に示すように第１リングギア１４の外歯１４ａに係合させた状態のままでリング１５の内歯１５ａを第１キャリア１３の外周に設けた係合歯１３ｂに係合させたならば、リング１５と第１リングギア１４と第１キャリア１３とが一体に回転することになり、第１遊星減速機１は非減速状態となる。この時、第２遊星減速機２と第３遊星減速機３は共に減速状態を保っているために、トータルの減速は１×１／６×１／３＝１／１８となる。

一方、図２に示す状態から第２リングギア１９を軸方向において後退させることで、図４に示すように、第２リングギア１９の外歯１９ａとギアケース２４の歯２５ａとの係合を解除するとともに、第２リングギア１９を第１キャリア１３（第２サンギア１６）の外周の係合歯１３ｂに係合させたならば、第２リングギア１９と第１キャリア１３（第２サンギア１６）とが一体回転する状態となって、第２遊星変速機２は非減速状態となる。このために、トータルの減速は１／３×１×１／３＝１／９となる。

また、図５に示すように、リング１５を前進させて第１遊星減速機１を非減速状態とするとともに、第２リングギア１９を後退させて第２遊星減速機２を非減速状態とすれば、第３遊星減速機３のみで減速が行われる（厳密には第３遊星減速機３が締め付けトルク調整用クラッチを兼ねているために該クラッチが働いてしまう場合を除く）ことになり、トータルの減速は１×１×１／３＝１／３となる。

第１遊星減速機１を減速状態とするか非減速状態とするか、第２遊星減速機２を減速状態とするか非減速状態とするかの組み合わせによって、該電動工具では、総計４通りのトータル減速比を選択することができるものである。

しかも、軸方向において隣接した位置にある遊星減速機１，２が夫々減速を行っている図２に示す状態から、後方側の第１遊星減速機１におけるリング１５を前進させて第１キャリア１３に係合させて第１遊星減速機１を非減速状態とし、前方側の第２遊星減速機２の第２リングギア１９を図２に示す状態から後退させて第１キャリア１３に係合させて第２遊星減速機２を非減速状態とするものであるために、上記減速比の切り替えのための可動部材（本例ではリング１５と第２リングギア１９）は、その切り替えのためのストロークが短くて済むとともに、動作スペースが第１遊星減速機１の外周部分と第２遊星減速機２の外周部分とに納まるものであり、３段以上の減速比切り替えが可能であるにもかかわらず、全長も短くてコンパクトなものである。

しかも、第１キャリア１３に第１リングギア１４と第２リングギア１９の双方を連結するとはいえ、第１リングギア１４はリング１５を介して連結するものであり、このために第１リングギア１４の内径と第２リングギア１９の内径の違いが問題を招いてしまうこともない。

また、リング１５を第１遊星減速機１側に設けているのは、第２遊星減速機２側よりも第１遊星減速機１の方がモータ９側で高速回転するために、トルクが小さく、リング１５を合成樹脂製とすることに困難がなく、軽量化に有利なためである。この点からすれば、第１遊星減速機１の減速比を第２遊星減速機２の減速比よりも小さくしておくことが好ましい。第１リングギア１４を径が小さくて軽量化に有利なものとすることができるためであり、また、第１遊星減速機１の全体としての外径を抑えることにも有利なためである。ただし、本発明は、前段側（入力側）に減速比の大きい遊星減速機を、後段側（出力側）に減速比の小さい遊星減速機を配置することを妨げるものではなく、またこのような配置の場合にリング１５をどちら側に設けるかについて制限を設けるものでもない。

なお、図示例においては、ギアケース２４の外面に配した第１変速ハンドル２７に設けられてギアケース２４内に突出するピン２８がリング１５の外周の溝に係合して、第１変速ハンドル２７の操作でリング１５がスライドし、同じくギアケース２４の外面に配した第２変速ハンドル３０に設けたピン３１が第２リングギア１９の外周面の溝に係合して、第２変速ハンドル３０の操作で第２リングギア１９がスライドするようにしているが、このような構成に限定されるものではなく、上記可動部材を軸方向に動かすことができるものであれば、どのようなものであってもよい。また、単一の変速ハンドルの操作でリング１５と第２リングギア１９をスライドさせて変速を行うようにすることも可能である。この場合、変速ハンドルはギアケース２４を囲む筒状で内周面に第１遊星変速機１の変速用のカムと、第２遊星変速機２の変速用のカムとを設けたものとすればよい。図２において、２９，３２は上記ピン２８，３１を夫々遊星減速機１，２，３の軸方向に付勢しているばねである。

図６〜９は図２中のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄの各断面を示している。ただし、これらの断面図においては、変速ハンドル２７，３０は図示しておらず、また遊星減速機１，２，３における各ギアの歯形状は一部省略している。

図１０以下に他例を示す。ここでは切替用部材であるリング１５として、図１４に示すように遊星減速機１の軸方向に突出する多数のピン１５ｄ，１５ｅを備えたものを用いており、該リング１５のピン１５ｄがギアケース２４の孔としての係合部２４ａに係合し且つピン１５ｅが第１リングギア１４の軸方向貫通孔１４ｅに係合することで、第１リングギア１４は回転不能状態に保持される。

またリング１５を前進させて、ピン１５ｄを係合部２４ａから抜け出されると同時に、ピン１５ｅが第１リングギア１４に加えて第１キャリア１３に設けた軸方向孔１３ｅにも係合する時、第１リングギア１４と第１キャリア１３とが連結されて両者が一体に回転する非減速状態となる。

なお、第２遊星減速機２側については、先の実施例と同じであり、図１０は減速比が最も大きい状態、図１１は次に減速比が大きい状態、図１２はその次に減速比が大きい状態、図１３が減速比が最も小さい状態を示している。

上記の各例においては、第１遊星減速機１の第１キャリア１３が第１遊星減速機１の減速比の切り替えに用いる部材（本発明における他部材）となっているだけでなく、第２遊星減速機２の減速比の切り替えにも用いられる部材ともなっているが、第２遊星減速機２の減速比の切り替えは第２キャリア１８を他部材として用いるものであってもよい。

また、軸方向において直列に並ぶ３段の遊星減速機１，２，３のうちの第１遊星減速機１と第２の遊星減速機２とにおいて、減速比の切り替えを行っているが、第２の遊星減速機２と第３の遊星減速機３とで減速比の切り替えを行ってもよいのはもちろんであり、第１の遊星減速機１と第３の遊星減速器３とで減速比の切り替えを行うものであってもよい。

本発明の実施の形態の一例の破断正面図である。 同上の要部断面図である。 同上の他の減速比の状態の要部断面図である。 同上の更に他の減速比の状態の要部断面図である。 同上の別の減速比の状態の要部断面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図２中のＢ−Ｂ線断面図である。 図２中のＣ−Ｃ線断面図である。 図２中のＤ−Ｄ線断面図である。 他例の要部断面図である。 同上の他の減速比の状態の要部断面図である。 同上の更に他の減速比の状態の要部断面図である。 同上の別の減速比の状態の要部断面図である。 同上のリング（切替用部材）の斜視図である。

符号の説明

１ 第１遊星歯車減遠機
２ 第２遊星歯車減遠機
３ 第３遊星歯車減遠機
９ モータ
１１ 第１サンギア
１２ 第１プラネットギア
１３ 第１キャリア
１３ｂ 係合歯
１４ 第１リングギア
１４ａ 第１リングギア外歯
１５ リング
１６ 第２サンギア
１７ 第２プラネットギア
１８ 第２キャリア
１９ 第２リングギア
１９ａ 第２リングギア外歯

Claims (5)

1. 減速用に少なくとも２つの遊星減速機を備えるとともに、２つの遊星減速機の各リングギアを回転不能状態とするか遊星減速機を構成する他部材に連結されて該他部材と一体に回転する状態とするかの切り替えを夫々可能とするとともに、両遊星減速機の上記切り替えの組み合わせで多数段の変速を可能としている電動工具において、２つの遊星減速機のうちの減速比が小さい方の遊星減速機におけるリングギアと相対回転不可で且つ軸方向相対移動可能な切替用部材を設けて、該切替用部材の軸方向移動で上記他部材に係合自在とし、２つの遊星減速機のうちの他方の遊星減速機はそのリングギアを軸方向移動自在として該リングギアを上記他部材に係合自在としていることを特徴とする電動工具。
2. 切替用部材は前段側の遊星減速機に設けていることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
3. 切替用部材は遊星変速機の軸方向に突出するピンを備えており、該ピンでリングギアと他部材とを連結するものであることを特徴とする請求項１または２記載の電動工具。
4. 上記他部材が減速比が小さい方の遊星減速機におけるキャリアであり、２つの遊星減速機における各リングギアが共に回転不能な状態と、減速比が小さい方の遊星減速機の切替用部材が該遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態と、他方の遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態とを切替自在としていることを特徴とする請求項１記載の電動工具。
5. 上記３状態に加えて、減速比が小さい方の遊星減速機の切替用部材が該遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転し且つ他方の遊星減速機のリングギアを上記キャリアに連結してこのキャリアと一体に回転する状態に切替自在としていることを特徴とする請求項４記載の電動工具。

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