減速比自動切換装置
【課題】入力側に大きなトルクが付与された場合であっても前記トルクを制御して、出力側に円滑に伝達することにある。
【解決手段】入力側キャリア４４ａ、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃとを含み、入力軸１８の軸方向に沿って並設された第１及び第２遊星歯車機構１４ａ、１４ｂと、前記入力軸１８の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１及び第２インナクラッチ部材３４ａ、３４ｂと、入力側又は出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１及び第２アウタクラッチ部材５４ａ、５４ｂと、静摩擦力の働きによって入力側又は出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、入力側又は出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、及び入力側又は出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体６６とを備える。
【解決手段】入力側キャリア４４ａ、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃとを含み、入力軸１８の軸方向に沿って並設された第１及び第２遊星歯車機構１４ａ、１４ｂと、前記入力軸１８の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１及び第２インナクラッチ部材３４ａ、３４ｂと、入力側又は出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１及び第２アウタクラッチ部材５４ａ、５４ｂと、静摩擦力の働きによって入力側又は出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、入力側又は出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、及び入力側又は出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体６６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定トルクを越える負荷が付与された際、遊星歯車機構を用いて出力軸から他の部材、装置等に伝達される減速比を自動的に切り換えることが可能な減速比自動切換装置に関し、その適用分野乃至利用分野としては、後述するような各種広汎な分野に適用乃至利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、減速比切換機構が適用されるものとして、建設機械等の機械システムがある。この機械システムでは、リンク機構を駆動する伸縮作動系のアクチュエータとして電動シリンダが用いられている。
【０００３】
この種の電動シリンダは、ケーシング内において、回転軸が電動モータの入力部に連結され、この回転軸内にねじ軸が配置されている。ねじ軸は、ケーシング内に回転自在に支持されたナット部材に螺合し、回転軸とナット部材の間に減速比の異なる２組の遊星歯車機構が設けられている。各遊星歯車機構は、太陽歯車と、この各太陽歯車と筒状ケーシングの内側に設けた内歯車に噛み合って遊星運動する遊星歯車とからなり、それぞれの各太陽歯車は係合方向が正転方向と逆転方向に異なる一方向クラッチを介して回転軸に連結されている。そして、各遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持している遊星支持軸はナット部材に結合されている。
【０００４】
この電動シリンダでは、電動モータが正転方向に回転駆動すると、回転軸も正転方向に回転し、減速比が小さい遊星歯車機構を介してナット部材が正転してねじ軸が伸長動される。一方、電動モータが逆転方向に回転駆動すると、回転軸も逆転方向に回転し、減速比が大きい遊星歯車機構を介してナット部材が逆転してねじ軸が短縮動される（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上述の電動シリンダでは、ねじ軸が伸長動作、短縮動作を行うために、２種類の減速比の異なる遊星歯車機構を用いる必要があり、部品点数が増え、電動シリンダ全体が大きくなってしまうという問題がある。また、上述の電動シリンダの遊星歯車機構では、電動シリンダにかかる負荷トルクの大小にかかわらず、伸長動作は低速、大推力であり、一方、短縮動作は、高速、小推力である。従って、伸長動作については、電動シリンダにかかる負荷トルクが小さい場合であっても、ねじ軸の移動速度を高速にすることができないという他の問題がある。
【０００６】
そこで、本出願人は、アクチュエータを構成する変位部材の動作に対応して自動的に減速比を切り換え、これによって、トルクの制御、高速なトルクの伝達をすることができる減速比自動切換装置を提案している（特願２００５−１４１１２３号）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８４９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても前記トルクを制御して、出力側に円滑に伝達することが可能な減速比自動切換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、回転駆動源と駆動機器との間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力に基づいて動作する部材の減速比を自動的に切り換える装置であって、
前記回転駆動源に連結される入力軸と、前記駆動機器に連結される出力軸と、入力側太陽歯車及び出力側太陽歯車と、入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車と、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車にそれぞれ噛合する入力側リングギヤ及び出力側リングギヤと、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車の公転に伴って一体的に回転する入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアとを含み、前記入力軸の軸方向に向かって並設された第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構と、
前記入力軸の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１インナクラッチ部材及び第２インナクラッチ部材と、
前記入力側リングギヤ又は出力側リングギヤの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１アウタクラッチ部材及び第２アウタクラッチ部材と、
静摩擦力の働きによって前記入力側太陽歯車、前記入力側遊星歯車、及び前記入力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させ、又は、前記出力側太陽歯車、前記出力側遊星歯車、及び前記出力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記中間キャリアは、前記入力側キャリアと前記出力側キャリアとの間に配置され、遊星歯車を軸支するピンによって前記入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアが一体的に回動可能に設けられるとよい。
【００１１】
本発明によれば、回転駆動源の駆動作用下に入力軸から一方向の回転駆動力が付与された場合、ロック方向が相互に異なる第１インナクラッチ部材がフリー状態となって第１遊星歯車機構が機能しないと共に、第２インナクラッチ部材がロック状態となって第２遊星歯車機構に一方向の回転駆動力が付与される。
【００１２】
その際、前記第２遊星歯車機構では、出力側リングギヤに対して粘性抵抗に勝る負荷（例えば、出力軸に連結された駆動機器が滅勢した停止状態にあるために出力軸に付与される負荷）が予め付与されており、前記出力側リングギヤが前記一方向と反対の他方向に回転することにより第２アウタクラッチ部材によってロックされる。この結果、第２遊星歯車機構は、減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１３】
前記第２遊星歯車機構が減速した後、出力軸側の負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性抵抗が勝ったとき、粘性抵抗体の静摩擦力の働きによって出力側太陽歯車、出力側遊星歯車、及び出力側リングギヤがそれぞれ一体的に同一方向に向かって公転する。このように出力側太陽歯車、出力側遊星歯車、及び出力側リングギヤが一体的に公転した状態において、駆動機器を介して出力軸側に負荷（駆動機器に対して付与される外部負荷）が付与されると、シフトダウンして減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１４】
一方、回転駆動源の切換作用下に前記とは反対に入力軸に他方向の回転駆動力が付与された場合、ロック方向が相互に異なる第２インナクラッチ部材がフリー状態となって第２遊星歯車機構が機能しないと共に、第１インナクラッチ部材がロック状態となって第１遊星歯車機構に他方向の回転駆動力が付与される。
【００１５】
その際、前記第１遊星歯車機構では、入力側リングギヤに対して粘性抵抗に勝る負荷が付与され、前記入力側リングギヤが前記他方向と反対の一方向に回転することにより第１アウタクラッチ部材によってロックされる。この結果、第１遊星歯車機構は、減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１６】
前記第１遊星歯車機構が減速した後、出力軸側の負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性抵抗が勝ったとき、粘性抵抗体の静摩擦力の働きによって入力側太陽歯車、入力側遊星歯車、及び入力側リングギヤがそれぞれ一体的に同一方向に向かって公転する。このように入力側太陽歯車、入力側遊星歯車、及び入力側リングギヤが一体的に公転した状態において、駆動機器を介して出力軸側に負荷が付与されると、シフトダウンして減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１７】
本発明では以上のように、入力軸の軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とが入力軸に付与される回転方向に対応していずれか一方が適宜切り換えられて作動することにより、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても大きなギヤ等を用いることがなく、円滑に出力軸側に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても前記トルクを好適に制御して、出力側に円滑に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る減速比自動切換装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図であり、図３は、前記減速比自動切換装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【００２１】
図１及び図３に示すように、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０は、２分割されて構成されるハウジング１２ａ、１２ｂと、前記ハウジング１２ａ、１２ｂによって密封された室内に軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構１４ａ及び第２遊星歯車機構１４ｂを備える。
【００２２】
ハウジング１２ａは、円形状のフランジ部１６が一体的に形成された円板部を有する。前記円板部の中心部には、入力軸１８が挿通されて前記入力軸１８の一部を外部に露呈させる円形状の孔部２０が形成され、また、前記ハウジング１２ａの内壁には、前記入力軸１８を回転自在に軸支するための軸受部２２ａが係止される環状凹部２４ａが設けられている。
【００２３】
ハウジング１２ｂは、有底円筒体からなり、前記有底円筒体の開口部が前記ハウジング１２ａによって閉塞される。前記有底円筒体の底部の中心部には、出力軸２６が挿通されて前記出力軸２６の一部を外部に露呈させる円形状の孔部２８が形成される。また、前記孔部２８に近接するハウジング１２ｂの内壁には、前記出力軸２６を回転自在に軸支するための軸受部２２ｂが装着される環状凹部２４ｂが設けられている。
【００２４】
なお、前記ハウジング１２ａ、１２には、外周面から直径方向に向かって突出する断面円弧状の一組の膨出部３０が設けられ、前記膨出部３０には軸線方向に沿って貫通する取付用孔部３２が形成される。前記一組の取付用孔部３２に対してロッド３３をそれぞれ挿入してねじ部と嵌合させることにより、２部品から構成される前記ハウジング１２ａ、１２ｂが一体的に連結される。
【００２５】
入力軸１８に対して略平行に並設された第１遊星歯車機構１４ａ及び第２遊星歯車機構１４ｂは、概略同一構成部材によって構成される。
【００２６】
第１遊星歯車機構１４ａは、第１インナクラッチ部材３４ａ（以下、インナＯＷＬ３４ａという）を介して入力軸１８に連結される入力側太陽歯車３６ａと、前記入力側太陽歯車３６ａの周方向に沿って約９０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、内周面に前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと噛合するギヤ部４０が設けられた入力側リングギヤ４２ａと、円板状に形成された入力側キャリア４４ａとを備えている。
【００２７】
なお、前記入力側キャリア４４ａの孔部の内周面には、入力軸１８の外周面を囲繞する断面Ｘ状のリング体からなる第１シール部材４５が環状溝を介して装着され、前記第１シール部材４５によって入力軸１８を媒介して後述するオイルやグリス等の粘性流体が外部へ漏出することを防止することができる。また、前記入力側キャリア４４ａの外周面には、断面Ｘ状のリング体からなり、入力側リングギヤ４２ａの内周面に接触してシール機能を営む第２シール部材４７が環状溝を介して装着される。
【００２８】
第２遊星歯車機構１４ｂは、第２インナクラッチ部材３４ｂ（以下、インナＯＷＲ３４ｂという）を介して入力軸１８に連結される出力側太陽歯車３６ｂと、前記出力側太陽歯車３６ｂの周方向に沿って約９０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと、内周面に前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと噛合するギヤ部４０が設けられた出力側リングギヤ４２ｂと、円板状のディスク部４３及び前記ディスク部４３の中心部に一体的に形成された出力軸２６を有する出力側キャリア４４ｂとを備えている。
【００２９】
前記出力側キャリア４４ｂの外周面には、断面Ｘ状のリング体からなり、出力側リングギヤ４２ｂの内周面に接触してシール機能を営む第３シール部材４９が環状溝を介して装着される。
【００３０】
この場合、図３に示されるように、入力軸１８と出力軸２６とは、同軸上に設けられている。また、前記出力軸２６は、ハウジング１２ｂの内壁に係止されたベアリング部材４６を介して回転自在に支持される。
【００３１】
前記入力側キャリア４４ａ及び出力側キャリア４４ｂは、入力軸１８の軸線と略直交する方向に相互に平行に延在し且つ前記入力軸１８に沿って所定距離離間して配置され、前記入力側キャリア４４ａと出力側キャリア４４ｂとの間には、略円板状からなる中間キャリア４４ｃが設けられる（図２参照）。
【００３２】
この場合、前記中間キャリア４４ｃは、前記入力側キャリア４４ａ及び出力側キャリア４４ｂと同様に入力軸１８の軸線と略直交する方向に延在し、前記入力側キャリア４４ａ、前記出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃの三者が相互に略平行に延在するように設けられる。
【００３３】
また、前記中間キャリア４４ｃの外周面には、入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの内壁にそれぞれ接触してシール機能を営む第４シール部材５１が装着される。前記第４シール部材５１はリング体で一体的に形成され、円弧状に膨出した一組のリップが前記入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの内周面にそれぞれ接触してシール機能が営まれる。
【００３４】
第１遊星歯車機構１４ａを構成する４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、それぞれ、ピン４８を用いて入力側キャリア４４ａと中間キャリア４４ｃとの間に回転自在に軸着され、一方、第２遊星歯車機構１４ｂを構成する４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、それぞれ、ピン４８を用いて出力側キャリア４４ｂと中間キャリア４４ｃとの間に回転自在に軸着される。
【００３５】
従って、ピン４８を介して相互に略平行に軸着された入力側キャリア４４ａ、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃは、それぞれ、入力軸１８の軸芯を中心とし前記入力軸１８の回転方向に対応して一体的に回転するように設けられている。
【００３６】
なお、図２及び図５に示されるように、中間キャリア４４ｃの一側面に設けられた前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、前記一側面とは反対の中間キャリア４４ｃの他側面に設けられた前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈとは、それぞれ、周方向に沿って約４５度だけ位相がずれるように配置されている。
【００３７】
前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの外周側には、中径な入力側リングギヤ４２ａが嵌合し、前記入力側リングギヤ４２ａの内周に刻設されたギヤ部４０と噛合する。一方、前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈの外周側には、中径な出力側リングギヤ４２ｂが嵌合し、前記出力側リングギヤ４２ｂの内周に刻設されたギヤ部４０と噛合する。
【００３８】
入力軸１８と入力側太陽歯車３６ａとの間に介装されるインナＯＷＬ３４ａ、及び、入力軸１８と出力側太陽歯車３６ｂとの間に介装されるインナＯＷＲ３４ｂは、それぞれ、一方向のみの回転を許容し前記とは反対側の他方向の回転を阻止してロックする、例えば、周知のワンウェイクラッチによって構成される。
【００３９】
前記インナＯＷＬ３４ａ及び前記インナＯＷＲ３４ｂは、図８及び図９に示されるように、それぞれ、入力軸１８の外周面に外嵌される円筒体５０と、前記円筒体５０の内周面に形成された溝部に保持される複数のニードルベアリング５２とから構成される。
【００４０】
前記円筒体５０の内周面には、個々のニードルベアリング５２を保持する断面円弧状の溝部５０ａが形成され、前記ニードルベアリング５２が前記断面円弧状の溝部５０ａによって係止されることにより前記入力軸１８に対して外嵌された円筒体５０がロック状態（図８参照）、すなわち、入力軸１８に対して円筒体５０が固定された状態となる。また、前記断面円弧状の溝部５０ａには、個々のニードルベアリング５２を押圧する、例えば、板ばね等のばね５３が設けられる。
【００４１】
この場合、入力側太陽歯車３６ａが外嵌されるインナＯＷＬ３４ａは、入力軸１８の左方向の回転のみを許容し、右方向に回転したときに前記入力軸１８をロックするように設定され、一方、出力側太陽歯車３６ｂが外嵌されるインナＯＷＲ３４ｂは、入力軸１８の右方向の回転のみを許容し、左方向に回転したときに前記入力軸１８をロックするように設定される。換言すると、前記インナＯＷＬ３４ａと前記インナＯＷＲ３４ｂとは、入力軸１８に対する回転許容方向（ロック方向）が相互に反対になるように設けられている。
【００４２】
入力側リングギヤ４２ａの外周側には、大径な第１アウタクラッチ部材５４ａ（以下、アウタＯＷＲ５４ａという）が嵌合し、前記入力側リングギヤ４２ａの回転方向に対応して該入力側リングギヤ４２ａが前記アウタＯＷＲ５４ａによってロックされる。一方、出力側リングギヤ４２ｂの外周側には、大径な第２アウタクラッチ部材５４ｂ（以下、アウタＯＷＬ５４ｂという）が嵌合し、前記出力側リングギヤ４２ｂの回転方向に対応して該出力側リングギヤ４２ｂが前記アウタＯＷＬ５４ｂによってロックされる。
【００４３】
この場合、アウタＯＷＲ５４ａ及びアウタＯＷＬ５４ｂは、それぞれ、一方向のみの回転を許容し前記とは反対側の他方向の回転を阻止してロックするワンウェイクラッチによって構成される。
【００４４】
前記アウタＯＷＲ５４ａ及び前記アウタＯＷＬ５４ｂは、図６及び図７に示されるように、それぞれ、入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの外周面に外嵌され、両側に環状の鍔部を有し内周面の周方向に沿って複数の断面円弧状の溝部５６が形成された外側リング体５８と、前記外側リング体５８に形成された溝部５６に保持される複数の円柱体からなるコロベアリング６０と、前記コロベアリング６０を保持するリテーナ６２と、ばね力によって前記コロベアリング６０を前記溝部５６に向かって押圧する板ばね６４と、複数の前記コロベアリングを回転自在に保持する内側リング体６５から構成される。
【００４５】
この場合、第１シール部材４５、第２シール部材４７及び第４シール部材５１によってシール（密閉）された第１遊星歯車機構１４ａの空間部内であって、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ及び入力側太陽歯車３６ａを含み、入力側キャリア４４ａと中間キャリア４４ｃと入力側リングギヤ４２ａによって閉塞された間隙内には、ビスカスカップリングとして機能し粘性抵抗を得るために所定の粘度を有するオイルやグリス等の粘性流体６６（必要に応じて粘性抵抗体６６ともいう）が充填乃至塗布されている（図４参照）。
【００４６】
また、前記と同様に、第３シール部材４９及び第４シール部材５１によってシール（密閉）された第２遊星歯車機構１４ｂの空間部内であって、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側太陽歯車３６ｂを含み、出力側キャリア４４ｂと中間キャリア４４ｃと出力側リングギヤ４２ｂによって閉塞された間隙内には、ビスカスカップリングとして機能し粘性抵抗を得るために所定の粘度を有するオイルやグリス等の粘性流体（粘性抵抗体）６６が充填乃至塗布されている（図４参照）。
【００４７】
本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００４８】
先ず、図示しない回転駆動源を付勢して前記回転駆動源の回転駆動力を入力軸１８に伝達する。この回転駆動力は、入力軸１８から出力軸２６の方向（図３の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸１８を反時計方向（左回転方向）に回転させるものとする。なお、出力軸２６は、作動停止状態にある図示しないアクチュエータ等の駆動機器に連結されて、予め何らかの低負荷が付与されているものとする。
【００４９】
前記反時計方向の回転駆動力が入力軸１８に伝達された際、予めインナＯＷＬ３４ａは反時計方向の回転が許容されるように設定されているため前記インナＯＷＬ３４ａがフリー状態となり、第１遊星歯車機構１４ａは何ら機能しないと共に、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたインナＯＷＲ３４ｂによってロック状態（入力軸１８と出力側太陽歯車３６ｂとが固定された状態）となる。
【００５０】
第２遊星歯車機構１４ｂを構成するインナＯＷＲ３４ｂがロック状態となり、反時計方向の回転駆動力は、出力側太陽歯車３６ｂ及び４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに伝達され、さらに、前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに噛合する出力側リングギヤ４２ｂに伝達される。
【００５１】
すなわち、インナＯＷＲ３４ｂによってロックされた出力側太陽歯車３６ｂが反時計方向に回転することにより、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは公転することがなく出力側太陽歯車３６ｂと反対方向である時計方向に自転し、４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと噛合している出力側リングギヤ４２ｂは粘性流体６６の粘性抵抗に打ち勝って時計方向に回転しようとする。
【００５２】
この場合、出力側リングギヤ４２ｂには時計方向（右回転方向）の回転駆動力が発生するが、予め時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＬ５４ｂによって出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止されたロック状態となる。
【００５３】
前記出力側リングギヤ４２ｂの回転が阻止されたロック状態となった瞬間にシフトダウン状態となり、前記出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止した固定状態において、出力側太陽歯車３６ｂが反時計方向に回転すると共に４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈがそれぞれ前記出力側太陽歯車３６ｂと反対の時計方向に自転したシフトダウン状態となる。
【００５４】
なお、第１遊星歯車機構１４ａを構成する入力側太陽歯車３６ａ及び入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、中間キャリア４４ｃを介して一体的に連結されているため、インナＯＷＬ３４ａがフリー状態に保持されたまま、シフトダウンした第２遊星歯車機構１４ｂと一体的に反時計方向に回転する。
【００５５】
シフトダウンした後、例えば、出力軸２６に連結された図示しない駆動機器が作動して出力軸２６側に付与された負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性流体６６の粘性抵抗が打ち勝つと、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側リングギヤ４２ｂの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって静摩擦力が働き、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転し始める。この結果、前記アウタＯＷＬ５４ｂによるロック状態が解除され、出力側リングギヤ４２ｂは入力軸１８と同様に反時計方向に回転し始める。
【００５６】
すなわち、駆動機器が作動停止状態から作動を開始して出力軸２６側に付与された負荷が減少した際、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側リングギヤ４２ｂの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力が出力軸２６側に付与される前記負荷（トルク）に対して打ち勝った状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転し始め、前記出力側リングギヤ４２ｂのロックが解除される。
【００５７】
前記アウタＯＷＬ５４ｂがフリー状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転する。この場合、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、自転することがなく出力側リングギヤ４２ｂの周方向に沿って公転した状態にあり、出力側リングギヤ４２ｂも同様に公転した状態にある。
【００５８】
このように出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転（公転）した状態において、例えば、図示しない駆動機器等によって出力軸２６側に予め設定されたトルクを超えた負荷（粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力に対して打ち勝つトルク）が付与されると、前記出力側キャリア４４ｂの回転を停止させる力、すなわち、出力側リングギヤ４２ｂを時計方向（右回転方向）に向かって回転させる力が発生し、予め時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＬ５４ｂによって出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止されたロック状態となり、前述したようにシフトダウンする。
【００５９】
この結果、シフトダウン状態となることにより、出力軸２６に対し減速された回転速度と増大されたトルクとが伝達される。なお、前記トルクは、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと出力側リングギヤ４２ｂとのギヤ比に対応した力となる。
【００６０】
前記シフトダウン状態の後、出力軸２６側に付与される負荷（トルク）が予め粘性流体６６によって設定された静止摩擦力よりも減少することにより、前記出力側リングギヤ４２ｂのロックが解除されてアウタＯＷＬ５４ｂがフリー状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転（公転）する。
【００６１】
次に、図示しない回転駆動源に対する電流の極性を切り換えることにより、入力軸１８から出力軸２６の方向（図３の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸１８に対して前記とは反対の時計方向（右回転方向）の回転駆動力が付与された場合について、以下説明する。
【００６２】
前記時計方向の回転駆動力が入力軸１８に伝達された際、予め時計方向の回転をロックするように設定されたインナＯＷＬ３４ａによってロック状態（入力軸１８と入力側太陽歯車３６ａとが固定された状態）となると共に、予めインナＯＷＲ３４ｂは時計方向の回転が許容されるように設定されているため前記インナＯＷＲ３４ｂがフリー状態となり、第２遊星歯車機構１４ｂは何ら機能しない。
【００６３】
第１遊星歯車機構１４ａを構成するインナＯＷＬ３４ａがロック状態となり、時計方向の回転駆動力は、入力側太陽歯車３６ａ及び４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに伝達され、さらに、前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに噛合する入力側リングギヤ４２ａに伝達される。
【００６４】
すなわち、インナＯＷＬ３４ａによってロックされた入力側太陽歯車３６ａが時計方向に回転することにより、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは公転することがなく入力側太陽歯車３６ａと反対方向である反時計方向に自転し、４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと噛合している入力側リングギヤ４２ａは粘性流体６６の粘性抵抗に打ち勝って反時計方向に回転しようとする。
【００６５】
この場合、入力側リングギヤ４２ａには反時計方向（左回転方向）の回転駆動力が発生するが、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＲ５４ａによって入力側リングギヤ４２ａの回転が停止されたロック状態となる。
【００６６】
前記入力側リングギヤ４２ａの回転が阻止されたロック状態となった瞬間にシフトダウン状態となり、前記入力側リングギヤ４２ａの回転が停止した固定状態において、入力側太陽歯車３６ａが時計方向に回転すると共に４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄがそれぞれ前記入力側太陽歯車３６ａと反対の反時計方向に自転した状態となる。
【００６７】
なお、第２遊星歯車機構１４ｂを構成する出力側太陽歯車３６ｂ及び出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、中間キャリア４４ｃを介して一体的に連結されているため、インナＯＷＲ３４ｂがフリー状態に保持されたまま、シフトダウンした第１遊星歯車機構１４ａと一体的に回転する。
【００６８】
シフトダウンした後、出力軸２６側に付与された負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性流体６６の粘性抵抗が打ち勝つと、前記減少した負荷が出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃを介して第１遊星歯車機構１４ａ側に伝達され、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ及び入力側リングギヤ４２ａの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力の作用下に、入力側リングギヤ４２ａは入力軸１８と同様に時計方向に回転し始めると共に前記アウタＯＷＲ５４ａによるロック状態が解除される。
【００６９】
前記アウタＯＷＲ５４ａがフリー状態となり、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転する。この場合、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、１３８ｄは、自転することがなく入力側リングギヤ４２ａの周方向に沿って公転した状態にあり、入力側リングギヤ４２ａも同様に公転した状態にある。
【００７０】
このように入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転した状態において、例えば、図示しない駆動機器等によって出力軸２６側に予め設定されたトルクを超えた負荷が付与されると、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃを媒介して入力側キャリア４４ａの回転を停止させる力、すなわち、入力側リングギヤ４２ａを反時計方向（左回転方向）に向かって回転させる力が発生し、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＲ５４ａによって入力側リングギヤ４２ａの回転が停止されたロック状態となり、前述したようにシフトダウンする。
【００７１】
この結果、シフトダウン状態となることにより、出力軸２６に対し減速された回転速度と増大されたトルクとが伝達される。なお、前記トルクは、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと入力側リングギヤ４２ａとのギヤ比に対応した力となる。
【００７２】
前記シフトダウン状態の後、出力軸２６側に付与される負荷（トルク）が予め粘性流体６６によって設定された静止摩擦力よりも減少することにより、前記入力側リングギヤ４２ａのロックが解除されてアウタＯＷＲ５４ａがフリー状態となり、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転（公転）する。
【００７３】
本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０では、入力側及び出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、並びに入力側及び出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈを含む第１遊星歯車機構１４ａと第２遊星歯車機構１４ｂとからなる２つの遊星歯車機構を入力軸１８の軸方向に並設すると共に、回転を阻止するロック方向が相互に異なるインナＯＷＬ３４ａ及びインナＯＷＲ３４ｂと、入力側及び出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂの回転を停止させるロック方向が相互に異なるアウタＯＷＲ５４ａ及びアウタＯＷＬ５４ｂとをそれぞれ設け、さらに粘性流体６６によるビスカスカップリングを用いて入力側及び出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、入力側及び出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、並びに、入力側及び出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂをそれぞれ一体的に同一方向に回転させてロック状態が解除されることにより、入力軸１８に対して時計方向又は反時計方向の回転駆動力が付与された場合であっても円滑に切り換えることができる。
【００７４】
なお、インナ及びアウタのワンウェイクラッチ部材３４ａ、３４ｂ、５４ａ、５４ｂは、インナ同士及びアウタ同士でそれぞれ回転許容方向（ロック方向）が異なると共に、第１及び第２遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを構成するインナとアウタとの間においてもそれぞれ回転許容方向（ロック方向）が異なるように設けられる。
【００７５】
換言すると、本実施の形態では、２つの遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを用い入力軸１８の回転方向に対応していずれか一方の遊星歯車機構１４ａ（１４ｂ）を適宜作動させることにより、出力軸２６から、例えば、アクチュエータ等の駆動機器に伝達される減速比を自動的に切り換えることができる。
【００７６】
従って、本実施の形態では、入力軸１８の回転方向に対応して、例えば、入力軸１８の軸方向に沿って変位する部材を設ける必要がないため、大きなトルクが付与された場合であっても、円滑に出力軸２６側に伝達することができる。この結果、遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを構成するギヤ等が大型することがなく、小型で軽量な減速比自動切換装置１０を提供することができる。
【００７７】
また、アクチュエータの変位部材（スライダ）が往路で一旦停止した後に、再び、往路方向に変位する場合も入力軸１８の回転方向に対応して第１遊星歯車機構１４ａ又は第２遊星歯車機構１４ｂをそれぞれ作動させ、減速比を自動に切り換えることが可能となり且つ、アクチュエータの変位部材を、低トルク、高速で往路に沿って変位させることができる。なお、このアクチュエータには、例えば、リニアアクチュエータ、ロータリアクチュエータ等の種々のアクチュエータが含まれることは勿論である。
【００７８】
次に、以上のように構成される減速比自動切換装置１０の適用分野及び利用分野について説明する。
【００７９】
この減速比自動切換装置１０は、動力源に対する負荷変動が発生することにより、負荷抵抗の増大・減少時に補正して動くシステムである回転系の全ての分野に適用乃至利用することができる。
【００８０】
例えば、車両、船舶、飛行機、農業機械（耕耘機、芝刈り機等）、戦車、重量車両（大型建設機械、鉱山用機械等）、プレス機械、コンプレッサ、発電機、食品機械、工作機械、工作機械、リフタ機構、介護用変速装置、上下水平移動装置、車椅子（電動又は手動の車椅子を含む）、ドアの開閉機構、スライドドアの開閉機構、スライドドアの閉時の増し閉め機構、各種ルーフの開閉機構、各種ブレーキ機構（ドラムブレーキ、ディスクブレーキを含む）等に適用される。
【００８１】
なお、車両では、動力エンジン（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを含む）、燃料電池で起動するモータ、ハイブリッドシステム等が搭載された自動車が含まれる。その際、回転駆動源としては、電動モータに限定されるものではなく、人力、内燃機関、水力、油圧・空圧源であってもよい。
【００８２】
高速回転型モータを高トルクモータとして使用可能とするものであり、トルクが不要な領域では、高速回転が可能となる。換言すると、負荷が小さくなることにより、従来のギャードモータを高速で回転させることができる。モータの直径を縮系して小型化することができる。
【００８３】
次に、車両に使用される部位としては、ワイパ用モータ、パワーウインド用モータ、パワーシート用モータ、スライドドア用の駆動モータ、自動車の駆動用モータ等が挙げられる。ワイパ用モータに適用した場合、雪、ブレード等の抵抗が増大したときであってもワイパを円滑に起動させることができる。自動車の車輪駆動用モータとしては、図１０に示されるように、直流モータ、誘導モータ、インホイールモータ等の各種モータ５００を含む。前記モータ５００の小型化を推進することができると共に、障害物や登り坂のときに出力（トルク）を増大させることができる。前記インホイールモータでは、小型で自力式の変速機を有効に活用することができる。それぞれのホイールに組み込んだ場合、従来の自動変速機では大型化されていて組み込むことが困難となるからである。従来からインホイールモータに遊星ギヤ機構を組み込んだものが知られており、これらを本実施の形態に係る減速比自動切換装置と組み合わせて用いることにより、より一層小型な変速装置付インホイールモータを構成することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを、図４０Ａ〜図４０Ｄに示す。図４０Ａ及び図４０Ｂに示される各パターンでは、減速比自動切換装置１０の入力側又は出力側に、それぞれ、単一の遊星ギヤ機構５０１を配設することにより、減速比を１／１２〜１／４の範囲内に設定することができる。
【００８５】
図４０Ｃに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１０の入力側及び出力側の両方に、それぞれ、単一の遊星ギヤ機構５０１を配設することにより、減速比を１／４８〜１／１６の範囲内に設定することができる。
【００８６】
図４０Ｄに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１０を２つ組み合わせることにより、減速比を１／９〜１／３〜１／１の範囲内に設定することができる。
【００８７】
モータ入力パターンとしては、回転数に対してトルクが一定のタイプ（図１１参照）であってもよいし、あるいは回転数に対してトルクが変化するタイプ（図１２参照）のいずれであってよい。
【００８８】
また、遊星ギヤ内部の抵抗特性の切換パターンとしては、回転速度差と発生トルクとの関係が、完全ビスカスカップリング特性（潤滑油特性のみ）によってトルクが直線状（比例的）に変化するもの（図１３Ａ参照）、前記ビスカスカップリング特性に静止摩擦発生機構（例えば、図１５Ｂに示されるように、バネ５０２によって摩擦板５０５を押圧して静止摩擦を発生させる機構）を含みトルクが曲線的に変化するもの（図１３Ｂ参照）、キャリア／内歯車にトルクリミットタイプを含みトルクが一旦低下したのち一定に保持されるもの（図１４参照）、キャリア／内歯車にディテントタイプ（例えば、図１５Ａに示されるように、バネ５０２によってボール５０４を押圧することにより係止作用を営むもの）を含むもの、等のいずれを用いてもよい。
【００８９】
この場合、遊星ギヤ機構の内部に油（潤滑油等）を封じ込めるシール部材として、例えば、Ｏリングやウェアリング等は、静止摩擦や流体潤滑特性を含む抵抗特性を有するため、簡便なシール部材として用いることができる。また、Ｏリングの弾性体を図１３Ｂに示されるばね部材に代替して利用してもよい。このような構造は、油圧シリンダのシール部材としてよく利用されている。
【００９０】
ワンウェイクラッチ（ＯＮＥＷＡＹ ＣＬＵＴＣＨ）としてスパイラルジョークラッチ（ＳＰＩＲＡＬ−ＪＡＷ ＣＬＵＴＣＨ）が用いられているが、前記ワンウェイクラッチとしてジョー（ＪＡＷ）を用いるのではなく、ボール、ローラ、スプラグタイプのワンウェイクラッチをベアリングと一体的に組み付けて構成してもよい。その際、リングギヤとの結合には、スクウェアジョークラッチ（ＳＱＵＡＲＥ−ＪＡＷ ＣＬＵＴＣＨ）やカービックカップリングを用いるとよい。
【００９１】
さらに、前記減速比自動切換装置１０を、プレス加工装置、曲げ加工装置、型閉め加工装置、射出成形装置、ダイカスト鋳造成形装置等に適用するとよい。これらの各種加工／成形装置では、生産効率を向上させるために、可動要素が変位終端の近傍で大きな力（高トルク）を発生させ且つ前記変位終端までの到達時間を短縮させることが要求される。
【００９２】
すなわち、可動要素（図１７に示される下型５０６に対して接近乃至離間する上型５０８参照）の１つのストロークにおいて、大きな加速度を加えて高速で変位させ、ほとんど仕事をしないまま迅速に変位終端位置まで移動し、その変位終端位置で大きな力を発生させる必要があるからである。
【００９３】
これらの各種加工／成形装置では、変位終端位置で、例えば、トグルリンク機構やカム機構等の可変速機構と連結されて使用される場合が多いが、前記減速比自動切換装置１０は、簡単な自力式の可変速機構であってコストを低減させてＦＡ機器に有益とすることができる。加えて、電動サーボガンの早送り機構に設けられたサーボモータ部分に対して前記減速比自動切換装置１０を組み入れることにより、サーボモータを小型化し、ロボット先端部の負荷を小さくして特性向上を図ることができる。
【００９４】
図１８は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５１０によって駆動されるアキシャルポンプ５１２から吐出される圧油によりピストン５１４及びピストンロッド５１６が変位する状態を示す。なお、本出願人は、例えば、米国特許出願公開公報第２００４−７１５６３号、米国特許出願公開公報第２００５−８７０６８号、米国特許出願公開公報第２００５−２２５２３号等に示される電動油圧システムを既に提案しており、この電動油圧システム内に配設されたアキシャルポンプを駆動させるモータに対して減速比自動切換装置１０を組み付けることにより、前記モータの小型・軽量化を図ることができる。
【００９５】
また、図１９は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５１８による遊星歯車機構５２０の駆動作用下にナット部材５２２を所定方向に回転させ、前記ナット部材５２２に係合するボールねじ軸５２４を矢印Ｂ１又はＢ２方向に変位させた状態を示す。
【００９６】
さらに、図２０は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５２６によってボールねじ軸５２８を回転させる状態を示す。さらにまた、図２１は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５３０によって駆動されるアキシャルポンプ５３２から吐出される圧油により両ロッドタイプのピストン５３４を変位させた状態を示す。
【００９７】
この減速比自動切換装置１０を、重量物５３６をコンベア５３８によって搬送するギャードモータ５４０（図２２参照）又はコンベアモータ、ドリル５４２を回転させてワークを切削加工する電動ドリル５４４に設けられたスピンドルモータ５４６（図２３及び図２４参照）、ねじ締め機（タッピングねじのねじ締め、通常のねじ締め）に設けられたパルスモータ５４８（図２５参照）、ブラシレスＤＣモータ、ブラシ付きＤＣモータ、インダクションモータ、ＡＣサーボモータ等に一体的に組み付けて適用するとよい。
【００９８】
前記ギャードモータに適用した場合、前記ギャードモータの高トルク化と、低トルクで負荷が付与されたときの小型高速回転化との両方の機能を達成することができる（図２６参照）。
【００９９】
この減速比自動切換装置１０を、ワーク５５０ａ、５５０ｂをモータ５５２駆動によって回転させるロータリアクチュエータ５５４に適用した場合、直線／回転時の低抵抗案内や浮上があって、加速時に高トルクで加速することができることによって高効率からなるＦＡ機器とすることができる。例えば、加速時に大部分のパワーを使用して回転数を上昇させた後、その後に慣性のみでワークを回動させることができる。
【０１００】
この減速比自動切換装置１０を、電動車椅子５５６又は電気自動車（ハイブリッド自動車、燃料電池によって駆動される電動モータ５５８を搭載した自動車等をいう）に適用した場合、例えば、平坦面から隆起した段差を乗り越えるときに自動的に速度が低下し且つトルクアップさせた状態で前記段差を乗り超えることができる（図２９参照）。なお、人力によってハンド回転力をトルクアップさせてもよい。
【０１０１】
この減速比自動切換装置１０を、例えば、加締め機用、アーム５６０を回動させてワークをクランプするクランプ装置５６２用（図３０参照）、型閉め用のカム機構やトグルリンク機構と組み合わせて使用することにより、前記カム機構やトグルリンク機構の作動力を増大させることができる。また、前記作動力が働かないときは高速で変位させることができる。
【０１０２】
この減速比自動切換装置１０を、バイス（加工物を固定するクランプとして機能するバイスを含む）、クランプ、チャック（数値制御装置のチャックを含む）等の早送り機構や締め付け機構等に適用するとよい。
【０１０３】
なお、この減速比自動切換装置１０を、特開２００５−１３３３７９号公報に開示された車両用のスライドドア６００を駆動させる進退移動部材６０２のモータ部（図３１参照）、米国特許第５７３０４９４号公報に開示された電動椅子６０４を駆動させるリニアアクチュエータ機構のモータ部（図３２参照）、米国特許第５０４１７４８号公報に開示され飛行機に組み込まれるエレクトロメカニカルアクチュエータ６０６のモータ部（図３３参照）、米国特許第５７３０２３２号公報に開示された電動ファスナー６０８のモータ部又は遊星ギヤ部（図３４）、米国特許第５８１３６６６号公報に開示されたクランプ装置６１０の遊星ギヤ部（図３５）、米国特許第４８６９１３９号公報に開示された自動速度トルク切換装置６１２の複数の遊星ギヤ部の少なくともいずれか１つ又は複数或いはモータ部（図３６）、米国特許第６８０６６０２号公報に開示されたエレクトロメカニカルホィールブレーキ装置６１４のねじ部とモータ部との間（図３７）、米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６（図３８）、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車椅子６１８（図３９）に対して、それぞれ、適用するとよい。
【０１０４】
前記米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６の遊星ギヤ部、トルクコンバータ、フルードカップリング部のいずれかと本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０とを代替させることにより、遊星ギヤ機構自体が双方向に対してトルクアップを図ることができると共に、遊星ギヤ機構自体がビスカスカップリング特性を有するフルードカップリングとして使用することができる。
【０１０５】
また、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車椅子６１８（図３９）のクラッチやギヤ部分に対して本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０を適用することにより、左右車輪のそれぞれが独立に前後方向にトルクアップすることができ、段差があったときに非力な人や障害者や老人等が車椅子を駆動させる労力を削減することができる。
【０１０６】
ところで、太陽歯車３６ａ、３６ｂ、遊星歯車３８ａ〜３８ｈ及びリングギヤ４２ａ、４２ｂを一体的に回転させる要素としては、１）リングギヤ４２ａ、４２ｂと遊星歯車３８ａ〜３８ｈとの間のクリアランス、２）太陽歯車３６ａ、３６ｂ、遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、リングギヤ４２ａ、４２ｂ間の粘性抵抗、３）遊星歯車３８ａ〜３８ｈとこれを軸支するピン４８との摩擦抵抗（オイル又はグリスであって、好適には粘度が調整されたシリコンオイル又はシリコングリス）とが挙げられる。
【０１０７】
さらに、モータ等の回転駆動源からの入力トルクに基づいて回転運動又は直線運動等の所要の動作を行って出力側機構に伝達する入力側装置では、出力側からの過大な負荷（力）、垂直動作による負荷（重力）、エネルギを貯蓄するスプリング力等が付与される場合がある。このように出力側からの逆入力トルクが付与される場合には、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０と共に、出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を有する逆入力防止クラッチ（例えば、特開２００２−２６６９０２号公報、特開平１−６９８２９号公報参照）を前記回転駆動源と前記入力側装置との間に設けるとよい。
【０１０８】
前記逆入力防止クラッチを設けることにより、動力伝達系における出力側の過大な負荷から入力側装置自体が保護されると共に、回転駆動源から入力トルクが停止した場合のワークの保持、ロック等ができる。鉛直方向に沿ってワークを昇降させる場合には、ワークが停止位置に確実にロックされて入力側機器の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図２】図１の減速比自動切換装置を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とが並設された状態を示す部分拡大斜視図である。
【図３】図１に示す減速比自動切換装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図４】図３の部分拡大縦断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】入力側及び出力側リングギヤの外周に設けられる第１及び第２アウタクラッチ部材のフリー状態を示す縦断面図である。
【図７】前記第１及び第２アウタクラッチ部材を構成するコロベアリングが溝部に係合したロック状態を示す縦断面図である。
【図８】入力軸と入力側及び出力側太陽歯車との間に介装される第１及び第２インナクラッチ部材のフリー状態を示す縦断面図である。
【図９】前記第１及び第２インナクラッチを構成するニードルベアリングが溝部に係合したロック状態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を車輪駆動用のモータに適用した一部省略側面図である。
【図１１】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図１２】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図１３】図１３Ａは、回転数とトルクとの関係がリニアである完全ビスカス特性図であり、図１３Ｂは、回転数とトルクとの関係が変化する静止摩擦＋ビスカス特性図である。
【図１４】回転数とトルクとの関係を示す抵抗特性図である。
【図１５】図１５Ａは、ボールをバネによって押圧して係止するデテント機構を示す縦断面図であり、図１５Ｂは、摩擦部材をバネによって押圧して係止する静止摩擦機構を示す縦断面図である。
【図１６】ロックアップ機構又は遠心クラッチ機構の有無によって回転数に対するトルク変化を示す特性図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をプレス機に適用した概略構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をアキシャルポンプを駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をボールねじ機構を駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をボールねじ軸を駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をアキシャルポンプを駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をコンベアを駆動させるギャードモータに適用した概略構成図である。
【図２３】電動ドリルの正面図である。
【図２４】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を前記電動ドリルのドリルを駆動させるモータに適用した斜視図である。
【図２５】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をねじ締め機のモータに適用した斜視図である。
【図２６】前記ギャードモータの回転数に対するトルク変化を示す特性図である。
【図２７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をワークを回転させるロータリアクチュエータに適用した斜視図である。
【図２８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を電動車椅子を駆動させるモータに適用した斜視図である。
【図２９】図２８に示される電動車椅子が段差を昇る状態を示す側面図である。
【図３０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をクランプ装置に適用した側面図である。
【図３１】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたスライドドアの正面図である。
【図３２】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動椅子の斜視図である。
【図３３】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたエレクトロメカニカルアクチュエータの縦断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動ファスナーの縦断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたクランプ装置の縦断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された自動トルク切換装置の縦断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたエレクトロメカニカルホィールブレーキ装置の縦断面図である。
【図３８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたトルク変換装置の縦断面図である。
【図３９】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動車椅子の斜視図である。
【図４０】図４０Ａ〜図４０Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る減速比自動切換装置と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを示した概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…減速比自動切換装置 １２、１２ａ、１２ｂ…ハウジング
１４ａ、１４ｂ…遊星歯車機構 １８…入力軸
２０、２８…孔部 ２６…出力軸
３４ａ、３４ｂ…インナクラッチ部材 ３６ａ、３６ｂ…太陽歯車
３８ａ〜３８ｈ…遊星歯車 ４０…ギヤ部
４２ａ、４２ｂ…リングギヤ ４４ａ〜４４ｃ…キャリア
４５、４７、４９、５１…シール部材 ４６…ベアリング部材
４８…ピン ５４ａ、５４ｂ…アウタクラッチ部材
６６…粘性流体（粘性抵抗体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定トルクを越える負荷が付与された際、遊星歯車機構を用いて出力軸から他の部材、装置等に伝達される減速比を自動的に切り換えることが可能な減速比自動切換装置に関し、その適用分野乃至利用分野としては、後述するような各種広汎な分野に適用乃至利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、減速比切換機構が適用されるものとして、建設機械等の機械システムがある。この機械システムでは、リンク機構を駆動する伸縮作動系のアクチュエータとして電動シリンダが用いられている。
【０００３】
この種の電動シリンダは、ケーシング内において、回転軸が電動モータの入力部に連結され、この回転軸内にねじ軸が配置されている。ねじ軸は、ケーシング内に回転自在に支持されたナット部材に螺合し、回転軸とナット部材の間に減速比の異なる２組の遊星歯車機構が設けられている。各遊星歯車機構は、太陽歯車と、この各太陽歯車と筒状ケーシングの内側に設けた内歯車に噛み合って遊星運動する遊星歯車とからなり、それぞれの各太陽歯車は係合方向が正転方向と逆転方向に異なる一方向クラッチを介して回転軸に連結されている。そして、各遊星歯車機構の遊星歯車を回転自在に支持している遊星支持軸はナット部材に結合されている。
【０００４】
この電動シリンダでは、電動モータが正転方向に回転駆動すると、回転軸も正転方向に回転し、減速比が小さい遊星歯車機構を介してナット部材が正転してねじ軸が伸長動される。一方、電動モータが逆転方向に回転駆動すると、回転軸も逆転方向に回転し、減速比が大きい遊星歯車機構を介してナット部材が逆転してねじ軸が短縮動される（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上述の電動シリンダでは、ねじ軸が伸長動作、短縮動作を行うために、２種類の減速比の異なる遊星歯車機構を用いる必要があり、部品点数が増え、電動シリンダ全体が大きくなってしまうという問題がある。また、上述の電動シリンダの遊星歯車機構では、電動シリンダにかかる負荷トルクの大小にかかわらず、伸長動作は低速、大推力であり、一方、短縮動作は、高速、小推力である。従って、伸長動作については、電動シリンダにかかる負荷トルクが小さい場合であっても、ねじ軸の移動速度を高速にすることができないという他の問題がある。
【０００６】
そこで、本出願人は、アクチュエータを構成する変位部材の動作に対応して自動的に減速比を切り換え、これによって、トルクの制御、高速なトルクの伝達をすることができる減速比自動切換装置を提案している（特願２００５−１４１１２３号）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８４９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記提案に関連してなされたものであり、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても前記トルクを制御して、出力側に円滑に伝達することが可能な減速比自動切換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、回転駆動源と駆動機器との間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力に基づいて動作する部材の減速比を自動的に切り換える装置であって、
前記回転駆動源に連結される入力軸と、前記駆動機器に連結される出力軸と、入力側太陽歯車及び出力側太陽歯車と、入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車と、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車にそれぞれ噛合する入力側リングギヤ及び出力側リングギヤと、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車の公転に伴って一体的に回転する入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアとを含み、前記入力軸の軸方向に向かって並設された第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構と、
前記入力軸の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１インナクラッチ部材及び第２インナクラッチ部材と、
前記入力側リングギヤ又は出力側リングギヤの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１アウタクラッチ部材及び第２アウタクラッチ部材と、
静摩擦力の働きによって前記入力側太陽歯車、前記入力側遊星歯車、及び前記入力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させ、又は、前記出力側太陽歯車、前記出力側遊星歯車、及び前記出力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記中間キャリアは、前記入力側キャリアと前記出力側キャリアとの間に配置され、遊星歯車を軸支するピンによって前記入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアが一体的に回動可能に設けられるとよい。
【００１１】
本発明によれば、回転駆動源の駆動作用下に入力軸から一方向の回転駆動力が付与された場合、ロック方向が相互に異なる第１インナクラッチ部材がフリー状態となって第１遊星歯車機構が機能しないと共に、第２インナクラッチ部材がロック状態となって第２遊星歯車機構に一方向の回転駆動力が付与される。
【００１２】
その際、前記第２遊星歯車機構では、出力側リングギヤに対して粘性抵抗に勝る負荷（例えば、出力軸に連結された駆動機器が滅勢した停止状態にあるために出力軸に付与される負荷）が予め付与されており、前記出力側リングギヤが前記一方向と反対の他方向に回転することにより第２アウタクラッチ部材によってロックされる。この結果、第２遊星歯車機構は、減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１３】
前記第２遊星歯車機構が減速した後、出力軸側の負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性抵抗が勝ったとき、粘性抵抗体の静摩擦力の働きによって出力側太陽歯車、出力側遊星歯車、及び出力側リングギヤがそれぞれ一体的に同一方向に向かって公転する。このように出力側太陽歯車、出力側遊星歯車、及び出力側リングギヤが一体的に公転した状態において、駆動機器を介して出力軸側に負荷（駆動機器に対して付与される外部負荷）が付与されると、シフトダウンして減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１４】
一方、回転駆動源の切換作用下に前記とは反対に入力軸に他方向の回転駆動力が付与された場合、ロック方向が相互に異なる第２インナクラッチ部材がフリー状態となって第２遊星歯車機構が機能しないと共に、第１インナクラッチ部材がロック状態となって第１遊星歯車機構に他方向の回転駆動力が付与される。
【００１５】
その際、前記第１遊星歯車機構では、入力側リングギヤに対して粘性抵抗に勝る負荷が付与され、前記入力側リングギヤが前記他方向と反対の一方向に回転することにより第１アウタクラッチ部材によってロックされる。この結果、第１遊星歯車機構は、減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１６】
前記第１遊星歯車機構が減速した後、出力軸側の負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性抵抗が勝ったとき、粘性抵抗体の静摩擦力の働きによって入力側太陽歯車、入力側遊星歯車、及び入力側リングギヤがそれぞれ一体的に同一方向に向かって公転する。このように入力側太陽歯車、入力側遊星歯車、及び入力側リングギヤが一体的に公転した状態において、駆動機器を介して出力軸側に負荷が付与されると、シフトダウンして減速すると共に高トルクが出力軸側に伝達される。
【００１７】
本発明では以上のように、入力軸の軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とが入力軸に付与される回転方向に対応していずれか一方が適宜切り換えられて作動することにより、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても大きなギヤ等を用いることがなく、円滑に出力軸側に伝達することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、入力側に大きなトルクが付与された場合であっても前記トルクを好適に制御して、出力側に円滑に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る減速比自動切換装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図であり、図３は、前記減速比自動切換装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【００２１】
図１及び図３に示すように、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０は、２分割されて構成されるハウジング１２ａ、１２ｂと、前記ハウジング１２ａ、１２ｂによって密封された室内に軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構１４ａ及び第２遊星歯車機構１４ｂを備える。
【００２２】
ハウジング１２ａは、円形状のフランジ部１６が一体的に形成された円板部を有する。前記円板部の中心部には、入力軸１８が挿通されて前記入力軸１８の一部を外部に露呈させる円形状の孔部２０が形成され、また、前記ハウジング１２ａの内壁には、前記入力軸１８を回転自在に軸支するための軸受部２２ａが係止される環状凹部２４ａが設けられている。
【００２３】
ハウジング１２ｂは、有底円筒体からなり、前記有底円筒体の開口部が前記ハウジング１２ａによって閉塞される。前記有底円筒体の底部の中心部には、出力軸２６が挿通されて前記出力軸２６の一部を外部に露呈させる円形状の孔部２８が形成される。また、前記孔部２８に近接するハウジング１２ｂの内壁には、前記出力軸２６を回転自在に軸支するための軸受部２２ｂが装着される環状凹部２４ｂが設けられている。
【００２４】
なお、前記ハウジング１２ａ、１２には、外周面から直径方向に向かって突出する断面円弧状の一組の膨出部３０が設けられ、前記膨出部３０には軸線方向に沿って貫通する取付用孔部３２が形成される。前記一組の取付用孔部３２に対してロッド３３をそれぞれ挿入してねじ部と嵌合させることにより、２部品から構成される前記ハウジング１２ａ、１２ｂが一体的に連結される。
【００２５】
入力軸１８に対して略平行に並設された第１遊星歯車機構１４ａ及び第２遊星歯車機構１４ｂは、概略同一構成部材によって構成される。
【００２６】
第１遊星歯車機構１４ａは、第１インナクラッチ部材３４ａ（以下、インナＯＷＬ３４ａという）を介して入力軸１８に連結される入力側太陽歯車３６ａと、前記入力側太陽歯車３６ａの周方向に沿って約９０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、内周面に前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと噛合するギヤ部４０が設けられた入力側リングギヤ４２ａと、円板状に形成された入力側キャリア４４ａとを備えている。
【００２７】
なお、前記入力側キャリア４４ａの孔部の内周面には、入力軸１８の外周面を囲繞する断面Ｘ状のリング体からなる第１シール部材４５が環状溝を介して装着され、前記第１シール部材４５によって入力軸１８を媒介して後述するオイルやグリス等の粘性流体が外部へ漏出することを防止することができる。また、前記入力側キャリア４４ａの外周面には、断面Ｘ状のリング体からなり、入力側リングギヤ４２ａの内周面に接触してシール機能を営む第２シール部材４７が環状溝を介して装着される。
【００２８】
第２遊星歯車機構１４ｂは、第２インナクラッチ部材３４ｂ（以下、インナＯＷＲ３４ｂという）を介して入力軸１８に連結される出力側太陽歯車３６ｂと、前記出力側太陽歯車３６ｂの周方向に沿って約９０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと、内周面に前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと噛合するギヤ部４０が設けられた出力側リングギヤ４２ｂと、円板状のディスク部４３及び前記ディスク部４３の中心部に一体的に形成された出力軸２６を有する出力側キャリア４４ｂとを備えている。
【００２９】
前記出力側キャリア４４ｂの外周面には、断面Ｘ状のリング体からなり、出力側リングギヤ４２ｂの内周面に接触してシール機能を営む第３シール部材４９が環状溝を介して装着される。
【００３０】
この場合、図３に示されるように、入力軸１８と出力軸２６とは、同軸上に設けられている。また、前記出力軸２６は、ハウジング１２ｂの内壁に係止されたベアリング部材４６を介して回転自在に支持される。
【００３１】
前記入力側キャリア４４ａ及び出力側キャリア４４ｂは、入力軸１８の軸線と略直交する方向に相互に平行に延在し且つ前記入力軸１８に沿って所定距離離間して配置され、前記入力側キャリア４４ａと出力側キャリア４４ｂとの間には、略円板状からなる中間キャリア４４ｃが設けられる（図２参照）。
【００３２】
この場合、前記中間キャリア４４ｃは、前記入力側キャリア４４ａ及び出力側キャリア４４ｂと同様に入力軸１８の軸線と略直交する方向に延在し、前記入力側キャリア４４ａ、前記出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃの三者が相互に略平行に延在するように設けられる。
【００３３】
また、前記中間キャリア４４ｃの外周面には、入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの内壁にそれぞれ接触してシール機能を営む第４シール部材５１が装着される。前記第４シール部材５１はリング体で一体的に形成され、円弧状に膨出した一組のリップが前記入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの内周面にそれぞれ接触してシール機能が営まれる。
【００３４】
第１遊星歯車機構１４ａを構成する４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、それぞれ、ピン４８を用いて入力側キャリア４４ａと中間キャリア４４ｃとの間に回転自在に軸着され、一方、第２遊星歯車機構１４ｂを構成する４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、それぞれ、ピン４８を用いて出力側キャリア４４ｂと中間キャリア４４ｃとの間に回転自在に軸着される。
【００３５】
従って、ピン４８を介して相互に略平行に軸着された入力側キャリア４４ａ、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃは、それぞれ、入力軸１８の軸芯を中心とし前記入力軸１８の回転方向に対応して一体的に回転するように設けられている。
【００３６】
なお、図２及び図５に示されるように、中間キャリア４４ｃの一側面に設けられた前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと、前記一側面とは反対の中間キャリア４４ｃの他側面に設けられた前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈとは、それぞれ、周方向に沿って約４５度だけ位相がずれるように配置されている。
【００３７】
前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄの外周側には、中径な入力側リングギヤ４２ａが嵌合し、前記入力側リングギヤ４２ａの内周に刻設されたギヤ部４０と噛合する。一方、前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈの外周側には、中径な出力側リングギヤ４２ｂが嵌合し、前記出力側リングギヤ４２ｂの内周に刻設されたギヤ部４０と噛合する。
【００３８】
入力軸１８と入力側太陽歯車３６ａとの間に介装されるインナＯＷＬ３４ａ、及び、入力軸１８と出力側太陽歯車３６ｂとの間に介装されるインナＯＷＲ３４ｂは、それぞれ、一方向のみの回転を許容し前記とは反対側の他方向の回転を阻止してロックする、例えば、周知のワンウェイクラッチによって構成される。
【００３９】
前記インナＯＷＬ３４ａ及び前記インナＯＷＲ３４ｂは、図８及び図９に示されるように、それぞれ、入力軸１８の外周面に外嵌される円筒体５０と、前記円筒体５０の内周面に形成された溝部に保持される複数のニードルベアリング５２とから構成される。
【００４０】
前記円筒体５０の内周面には、個々のニードルベアリング５２を保持する断面円弧状の溝部５０ａが形成され、前記ニードルベアリング５２が前記断面円弧状の溝部５０ａによって係止されることにより前記入力軸１８に対して外嵌された円筒体５０がロック状態（図８参照）、すなわち、入力軸１８に対して円筒体５０が固定された状態となる。また、前記断面円弧状の溝部５０ａには、個々のニードルベアリング５２を押圧する、例えば、板ばね等のばね５３が設けられる。
【００４１】
この場合、入力側太陽歯車３６ａが外嵌されるインナＯＷＬ３４ａは、入力軸１８の左方向の回転のみを許容し、右方向に回転したときに前記入力軸１８をロックするように設定され、一方、出力側太陽歯車３６ｂが外嵌されるインナＯＷＲ３４ｂは、入力軸１８の右方向の回転のみを許容し、左方向に回転したときに前記入力軸１８をロックするように設定される。換言すると、前記インナＯＷＬ３４ａと前記インナＯＷＲ３４ｂとは、入力軸１８に対する回転許容方向（ロック方向）が相互に反対になるように設けられている。
【００４２】
入力側リングギヤ４２ａの外周側には、大径な第１アウタクラッチ部材５４ａ（以下、アウタＯＷＲ５４ａという）が嵌合し、前記入力側リングギヤ４２ａの回転方向に対応して該入力側リングギヤ４２ａが前記アウタＯＷＲ５４ａによってロックされる。一方、出力側リングギヤ４２ｂの外周側には、大径な第２アウタクラッチ部材５４ｂ（以下、アウタＯＷＬ５４ｂという）が嵌合し、前記出力側リングギヤ４２ｂの回転方向に対応して該出力側リングギヤ４２ｂが前記アウタＯＷＬ５４ｂによってロックされる。
【００４３】
この場合、アウタＯＷＲ５４ａ及びアウタＯＷＬ５４ｂは、それぞれ、一方向のみの回転を許容し前記とは反対側の他方向の回転を阻止してロックするワンウェイクラッチによって構成される。
【００４４】
前記アウタＯＷＲ５４ａ及び前記アウタＯＷＬ５４ｂは、図６及び図７に示されるように、それぞれ、入力側リングギヤ４２ａ及び出力側リングギヤ４２ｂの外周面に外嵌され、両側に環状の鍔部を有し内周面の周方向に沿って複数の断面円弧状の溝部５６が形成された外側リング体５８と、前記外側リング体５８に形成された溝部５６に保持される複数の円柱体からなるコロベアリング６０と、前記コロベアリング６０を保持するリテーナ６２と、ばね力によって前記コロベアリング６０を前記溝部５６に向かって押圧する板ばね６４と、複数の前記コロベアリングを回転自在に保持する内側リング体６５から構成される。
【００４５】
この場合、第１シール部材４５、第２シール部材４７及び第４シール部材５１によってシール（密閉）された第１遊星歯車機構１４ａの空間部内であって、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ及び入力側太陽歯車３６ａを含み、入力側キャリア４４ａと中間キャリア４４ｃと入力側リングギヤ４２ａによって閉塞された間隙内には、ビスカスカップリングとして機能し粘性抵抗を得るために所定の粘度を有するオイルやグリス等の粘性流体６６（必要に応じて粘性抵抗体６６ともいう）が充填乃至塗布されている（図４参照）。
【００４６】
また、前記と同様に、第３シール部材４９及び第４シール部材５１によってシール（密閉）された第２遊星歯車機構１４ｂの空間部内であって、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側太陽歯車３６ｂを含み、出力側キャリア４４ｂと中間キャリア４４ｃと出力側リングギヤ４２ｂによって閉塞された間隙内には、ビスカスカップリングとして機能し粘性抵抗を得るために所定の粘度を有するオイルやグリス等の粘性流体（粘性抵抗体）６６が充填乃至塗布されている（図４参照）。
【００４７】
本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００４８】
先ず、図示しない回転駆動源を付勢して前記回転駆動源の回転駆動力を入力軸１８に伝達する。この回転駆動力は、入力軸１８から出力軸２６の方向（図３の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸１８を反時計方向（左回転方向）に回転させるものとする。なお、出力軸２６は、作動停止状態にある図示しないアクチュエータ等の駆動機器に連結されて、予め何らかの低負荷が付与されているものとする。
【００４９】
前記反時計方向の回転駆動力が入力軸１８に伝達された際、予めインナＯＷＬ３４ａは反時計方向の回転が許容されるように設定されているため前記インナＯＷＬ３４ａがフリー状態となり、第１遊星歯車機構１４ａは何ら機能しないと共に、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたインナＯＷＲ３４ｂによってロック状態（入力軸１８と出力側太陽歯車３６ｂとが固定された状態）となる。
【００５０】
第２遊星歯車機構１４ｂを構成するインナＯＷＲ３４ｂがロック状態となり、反時計方向の回転駆動力は、出力側太陽歯車３６ｂ及び４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに伝達され、さらに、前記出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈに噛合する出力側リングギヤ４２ｂに伝達される。
【００５１】
すなわち、インナＯＷＲ３４ｂによってロックされた出力側太陽歯車３６ｂが反時計方向に回転することにより、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは公転することがなく出力側太陽歯車３６ｂと反対方向である時計方向に自転し、４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと噛合している出力側リングギヤ４２ｂは粘性流体６６の粘性抵抗に打ち勝って時計方向に回転しようとする。
【００５２】
この場合、出力側リングギヤ４２ｂには時計方向（右回転方向）の回転駆動力が発生するが、予め時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＬ５４ｂによって出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止されたロック状態となる。
【００５３】
前記出力側リングギヤ４２ｂの回転が阻止されたロック状態となった瞬間にシフトダウン状態となり、前記出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止した固定状態において、出力側太陽歯車３６ｂが反時計方向に回転すると共に４個の出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈがそれぞれ前記出力側太陽歯車３６ｂと反対の時計方向に自転したシフトダウン状態となる。
【００５４】
なお、第１遊星歯車機構１４ａを構成する入力側太陽歯車３６ａ及び入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは、中間キャリア４４ｃを介して一体的に連結されているため、インナＯＷＬ３４ａがフリー状態に保持されたまま、シフトダウンした第２遊星歯車機構１４ｂと一体的に反時計方向に回転する。
【００５５】
シフトダウンした後、例えば、出力軸２６に連結された図示しない駆動機器が作動して出力軸２６側に付与された負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性流体６６の粘性抵抗が打ち勝つと、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側リングギヤ４２ｂの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって静摩擦力が働き、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転し始める。この結果、前記アウタＯＷＬ５４ｂによるロック状態が解除され、出力側リングギヤ４２ｂは入力軸１８と同様に反時計方向に回転し始める。
【００５６】
すなわち、駆動機器が作動停止状態から作動を開始して出力軸２６側に付与された負荷が減少した際、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ及び出力側リングギヤ４２ｂの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力が出力軸２６側に付与される前記負荷（トルク）に対して打ち勝った状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転し始め、前記出力側リングギヤ４２ｂのロックが解除される。
【００５７】
前記アウタＯＷＬ５４ｂがフリー状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転する。この場合、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、自転することがなく出力側リングギヤ４２ｂの周方向に沿って公転した状態にあり、出力側リングギヤ４２ｂも同様に公転した状態にある。
【００５８】
このように出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転（公転）した状態において、例えば、図示しない駆動機器等によって出力軸２６側に予め設定されたトルクを超えた負荷（粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力に対して打ち勝つトルク）が付与されると、前記出力側キャリア４４ｂの回転を停止させる力、すなわち、出力側リングギヤ４２ｂを時計方向（右回転方向）に向かって回転させる力が発生し、予め時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＬ５４ｂによって出力側リングギヤ４２ｂの回転が停止されたロック状態となり、前述したようにシフトダウンする。
【００５９】
この結果、シフトダウン状態となることにより、出力軸２６に対し減速された回転速度と増大されたトルクとが伝達される。なお、前記トルクは、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈと出力側リングギヤ４２ｂとのギヤ比に対応した力となる。
【００６０】
前記シフトダウン状態の後、出力軸２６側に付与される負荷（トルク）が予め粘性流体６６によって設定された静止摩擦力よりも減少することにより、前記出力側リングギヤ４２ｂのロックが解除されてアウタＯＷＬ５４ｂがフリー状態となり、出力側太陽歯車３６ｂ、出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈ、出力側リングギヤ４２ｂ及び出力側キャリア４４ｂが、入力軸１８と一体的に反時計方向に回転（公転）する。
【００６１】
次に、図示しない回転駆動源に対する電流の極性を切り換えることにより、入力軸１８から出力軸２６の方向（図３の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸１８に対して前記とは反対の時計方向（右回転方向）の回転駆動力が付与された場合について、以下説明する。
【００６２】
前記時計方向の回転駆動力が入力軸１８に伝達された際、予め時計方向の回転をロックするように設定されたインナＯＷＬ３４ａによってロック状態（入力軸１８と入力側太陽歯車３６ａとが固定された状態）となると共に、予めインナＯＷＲ３４ｂは時計方向の回転が許容されるように設定されているため前記インナＯＷＲ３４ｂがフリー状態となり、第２遊星歯車機構１４ｂは何ら機能しない。
【００６３】
第１遊星歯車機構１４ａを構成するインナＯＷＬ３４ａがロック状態となり、時計方向の回転駆動力は、入力側太陽歯車３６ａ及び４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに伝達され、さらに、前記入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄに噛合する入力側リングギヤ４２ａに伝達される。
【００６４】
すなわち、インナＯＷＬ３４ａによってロックされた入力側太陽歯車３６ａが時計方向に回転することにより、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄは公転することがなく入力側太陽歯車３６ａと反対方向である反時計方向に自転し、４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと噛合している入力側リングギヤ４２ａは粘性流体６６の粘性抵抗に打ち勝って反時計方向に回転しようとする。
【００６５】
この場合、入力側リングギヤ４２ａには反時計方向（左回転方向）の回転駆動力が発生するが、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＲ５４ａによって入力側リングギヤ４２ａの回転が停止されたロック状態となる。
【００６６】
前記入力側リングギヤ４２ａの回転が阻止されたロック状態となった瞬間にシフトダウン状態となり、前記入力側リングギヤ４２ａの回転が停止した固定状態において、入力側太陽歯車３６ａが時計方向に回転すると共に４個の入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄがそれぞれ前記入力側太陽歯車３６ａと反対の反時計方向に自転した状態となる。
【００６７】
なお、第２遊星歯車機構１４ｂを構成する出力側太陽歯車３６ｂ及び出力側遊星歯車３８ｅ、３８ｆ、３８ｇ、３８ｈは、中間キャリア４４ｃを介して一体的に連結されているため、インナＯＷＲ３４ｂがフリー状態に保持されたまま、シフトダウンした第１遊星歯車機構１４ａと一体的に回転する。
【００６８】
シフトダウンした後、出力軸２６側に付与された負荷が減少し且つ前記負荷に対して粘性流体６６の粘性抵抗が打ち勝つと、前記減少した負荷が出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃを介して第１遊星歯車機構１４ａ側に伝達され、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ及び入力側リングギヤ４２ａの間に付与された粘性流体６６の粘性抵抗によって発生する静摩擦力の作用下に、入力側リングギヤ４２ａは入力軸１８と同様に時計方向に回転し始めると共に前記アウタＯＷＲ５４ａによるロック状態が解除される。
【００６９】
前記アウタＯＷＲ５４ａがフリー状態となり、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転する。この場合、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、１３８ｄは、自転することがなく入力側リングギヤ４２ａの周方向に沿って公転した状態にあり、入力側リングギヤ４２ａも同様に公転した状態にある。
【００７０】
このように入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転した状態において、例えば、図示しない駆動機器等によって出力軸２６側に予め設定されたトルクを超えた負荷が付与されると、出力側キャリア４４ｂ及び中間キャリア４４ｃを媒介して入力側キャリア４４ａの回転を停止させる力、すなわち、入力側リングギヤ４２ａを反時計方向（左回転方向）に向かって回転させる力が発生し、予め反時計方向の回転をロックするように設定されたアウタＯＷＲ５４ａによって入力側リングギヤ４２ａの回転が停止されたロック状態となり、前述したようにシフトダウンする。
【００７１】
この結果、シフトダウン状態となることにより、出力軸２６に対し減速された回転速度と増大されたトルクとが伝達される。なお、前記トルクは、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄと入力側リングギヤ４２ａとのギヤ比に対応した力となる。
【００７２】
前記シフトダウン状態の後、出力軸２６側に付与される負荷（トルク）が予め粘性流体６６によって設定された静止摩擦力よりも減少することにより、前記入力側リングギヤ４２ａのロックが解除されてアウタＯＷＲ５４ａがフリー状態となり、入力側太陽歯車３６ａ、入力側遊星歯車３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、入力側リングギヤ４２ａ及び入力側キャリア４４ａが、入力軸１８と一体的に時計方向に回転（公転）する。
【００７３】
本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０では、入力側及び出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、並びに入力側及び出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈを含む第１遊星歯車機構１４ａと第２遊星歯車機構１４ｂとからなる２つの遊星歯車機構を入力軸１８の軸方向に並設すると共に、回転を阻止するロック方向が相互に異なるインナＯＷＬ３４ａ及びインナＯＷＲ３４ｂと、入力側及び出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂの回転を停止させるロック方向が相互に異なるアウタＯＷＲ５４ａ及びアウタＯＷＬ５４ｂとをそれぞれ設け、さらに粘性流体６６によるビスカスカップリングを用いて入力側及び出力側太陽歯車３６ａ、３６ｂ、入力側及び出力側遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、並びに、入力側及び出力側リングギヤ４２ａ、４２ｂをそれぞれ一体的に同一方向に回転させてロック状態が解除されることにより、入力軸１８に対して時計方向又は反時計方向の回転駆動力が付与された場合であっても円滑に切り換えることができる。
【００７４】
なお、インナ及びアウタのワンウェイクラッチ部材３４ａ、３４ｂ、５４ａ、５４ｂは、インナ同士及びアウタ同士でそれぞれ回転許容方向（ロック方向）が異なると共に、第１及び第２遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを構成するインナとアウタとの間においてもそれぞれ回転許容方向（ロック方向）が異なるように設けられる。
【００７５】
換言すると、本実施の形態では、２つの遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを用い入力軸１８の回転方向に対応していずれか一方の遊星歯車機構１４ａ（１４ｂ）を適宜作動させることにより、出力軸２６から、例えば、アクチュエータ等の駆動機器に伝達される減速比を自動的に切り換えることができる。
【００７６】
従って、本実施の形態では、入力軸１８の回転方向に対応して、例えば、入力軸１８の軸方向に沿って変位する部材を設ける必要がないため、大きなトルクが付与された場合であっても、円滑に出力軸２６側に伝達することができる。この結果、遊星歯車機構１４ａ、１４ｂを構成するギヤ等が大型することがなく、小型で軽量な減速比自動切換装置１０を提供することができる。
【００７７】
また、アクチュエータの変位部材（スライダ）が往路で一旦停止した後に、再び、往路方向に変位する場合も入力軸１８の回転方向に対応して第１遊星歯車機構１４ａ又は第２遊星歯車機構１４ｂをそれぞれ作動させ、減速比を自動に切り換えることが可能となり且つ、アクチュエータの変位部材を、低トルク、高速で往路に沿って変位させることができる。なお、このアクチュエータには、例えば、リニアアクチュエータ、ロータリアクチュエータ等の種々のアクチュエータが含まれることは勿論である。
【００７８】
次に、以上のように構成される減速比自動切換装置１０の適用分野及び利用分野について説明する。
【００７９】
この減速比自動切換装置１０は、動力源に対する負荷変動が発生することにより、負荷抵抗の増大・減少時に補正して動くシステムである回転系の全ての分野に適用乃至利用することができる。
【００８０】
例えば、車両、船舶、飛行機、農業機械（耕耘機、芝刈り機等）、戦車、重量車両（大型建設機械、鉱山用機械等）、プレス機械、コンプレッサ、発電機、食品機械、工作機械、工作機械、リフタ機構、介護用変速装置、上下水平移動装置、車椅子（電動又は手動の車椅子を含む）、ドアの開閉機構、スライドドアの開閉機構、スライドドアの閉時の増し閉め機構、各種ルーフの開閉機構、各種ブレーキ機構（ドラムブレーキ、ディスクブレーキを含む）等に適用される。
【００８１】
なお、車両では、動力エンジン（ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを含む）、燃料電池で起動するモータ、ハイブリッドシステム等が搭載された自動車が含まれる。その際、回転駆動源としては、電動モータに限定されるものではなく、人力、内燃機関、水力、油圧・空圧源であってもよい。
【００８２】
高速回転型モータを高トルクモータとして使用可能とするものであり、トルクが不要な領域では、高速回転が可能となる。換言すると、負荷が小さくなることにより、従来のギャードモータを高速で回転させることができる。モータの直径を縮系して小型化することができる。
【００８３】
次に、車両に使用される部位としては、ワイパ用モータ、パワーウインド用モータ、パワーシート用モータ、スライドドア用の駆動モータ、自動車の駆動用モータ等が挙げられる。ワイパ用モータに適用した場合、雪、ブレード等の抵抗が増大したときであってもワイパを円滑に起動させることができる。自動車の車輪駆動用モータとしては、図１０に示されるように、直流モータ、誘導モータ、インホイールモータ等の各種モータ５００を含む。前記モータ５００の小型化を推進することができると共に、障害物や登り坂のときに出力（トルク）を増大させることができる。前記インホイールモータでは、小型で自力式の変速機を有効に活用することができる。それぞれのホイールに組み込んだ場合、従来の自動変速機では大型化されていて組み込むことが困難となるからである。従来からインホイールモータに遊星ギヤ機構を組み込んだものが知られており、これらを本実施の形態に係る減速比自動切換装置と組み合わせて用いることにより、より一層小型な変速装置付インホイールモータを構成することができる。
【００８４】
次に、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを、図４０Ａ〜図４０Ｄに示す。図４０Ａ及び図４０Ｂに示される各パターンでは、減速比自動切換装置１０の入力側又は出力側に、それぞれ、単一の遊星ギヤ機構５０１を配設することにより、減速比を１／１２〜１／４の範囲内に設定することができる。
【００８５】
図４０Ｃに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１０の入力側及び出力側の両方に、それぞれ、単一の遊星ギヤ機構５０１を配設することにより、減速比を１／４８〜１／１６の範囲内に設定することができる。
【００８６】
図４０Ｄに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１０を２つ組み合わせることにより、減速比を１／９〜１／３〜１／１の範囲内に設定することができる。
【００８７】
モータ入力パターンとしては、回転数に対してトルクが一定のタイプ（図１１参照）であってもよいし、あるいは回転数に対してトルクが変化するタイプ（図１２参照）のいずれであってよい。
【００８８】
また、遊星ギヤ内部の抵抗特性の切換パターンとしては、回転速度差と発生トルクとの関係が、完全ビスカスカップリング特性（潤滑油特性のみ）によってトルクが直線状（比例的）に変化するもの（図１３Ａ参照）、前記ビスカスカップリング特性に静止摩擦発生機構（例えば、図１５Ｂに示されるように、バネ５０２によって摩擦板５０５を押圧して静止摩擦を発生させる機構）を含みトルクが曲線的に変化するもの（図１３Ｂ参照）、キャリア／内歯車にトルクリミットタイプを含みトルクが一旦低下したのち一定に保持されるもの（図１４参照）、キャリア／内歯車にディテントタイプ（例えば、図１５Ａに示されるように、バネ５０２によってボール５０４を押圧することにより係止作用を営むもの）を含むもの、等のいずれを用いてもよい。
【００８９】
この場合、遊星ギヤ機構の内部に油（潤滑油等）を封じ込めるシール部材として、例えば、Ｏリングやウェアリング等は、静止摩擦や流体潤滑特性を含む抵抗特性を有するため、簡便なシール部材として用いることができる。また、Ｏリングの弾性体を図１３Ｂに示されるばね部材に代替して利用してもよい。このような構造は、油圧シリンダのシール部材としてよく利用されている。
【００９０】
ワンウェイクラッチ（ＯＮＥＷＡＹ ＣＬＵＴＣＨ）としてスパイラルジョークラッチ（ＳＰＩＲＡＬ−ＪＡＷ ＣＬＵＴＣＨ）が用いられているが、前記ワンウェイクラッチとしてジョー（ＪＡＷ）を用いるのではなく、ボール、ローラ、スプラグタイプのワンウェイクラッチをベアリングと一体的に組み付けて構成してもよい。その際、リングギヤとの結合には、スクウェアジョークラッチ（ＳＱＵＡＲＥ−ＪＡＷ ＣＬＵＴＣＨ）やカービックカップリングを用いるとよい。
【００９１】
さらに、前記減速比自動切換装置１０を、プレス加工装置、曲げ加工装置、型閉め加工装置、射出成形装置、ダイカスト鋳造成形装置等に適用するとよい。これらの各種加工／成形装置では、生産効率を向上させるために、可動要素が変位終端の近傍で大きな力（高トルク）を発生させ且つ前記変位終端までの到達時間を短縮させることが要求される。
【００９２】
すなわち、可動要素（図１７に示される下型５０６に対して接近乃至離間する上型５０８参照）の１つのストロークにおいて、大きな加速度を加えて高速で変位させ、ほとんど仕事をしないまま迅速に変位終端位置まで移動し、その変位終端位置で大きな力を発生させる必要があるからである。
【００９３】
これらの各種加工／成形装置では、変位終端位置で、例えば、トグルリンク機構やカム機構等の可変速機構と連結されて使用される場合が多いが、前記減速比自動切換装置１０は、簡単な自力式の可変速機構であってコストを低減させてＦＡ機器に有益とすることができる。加えて、電動サーボガンの早送り機構に設けられたサーボモータ部分に対して前記減速比自動切換装置１０を組み入れることにより、サーボモータを小型化し、ロボット先端部の負荷を小さくして特性向上を図ることができる。
【００９４】
図１８は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５１０によって駆動されるアキシャルポンプ５１２から吐出される圧油によりピストン５１４及びピストンロッド５１６が変位する状態を示す。なお、本出願人は、例えば、米国特許出願公開公報第２００４−７１５６３号、米国特許出願公開公報第２００５−８７０６８号、米国特許出願公開公報第２００５−２２５２３号等に示される電動油圧システムを既に提案しており、この電動油圧システム内に配設されたアキシャルポンプを駆動させるモータに対して減速比自動切換装置１０を組み付けることにより、前記モータの小型・軽量化を図ることができる。
【００９５】
また、図１９は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５１８による遊星歯車機構５２０の駆動作用下にナット部材５２２を所定方向に回転させ、前記ナット部材５２２に係合するボールねじ軸５２４を矢印Ｂ１又はＢ２方向に変位させた状態を示す。
【００９６】
さらに、図２０は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５２６によってボールねじ軸５２８を回転させる状態を示す。さらにまた、図２１は、減速比自動切換装置１０が組み付けられたモータ５３０によって駆動されるアキシャルポンプ５３２から吐出される圧油により両ロッドタイプのピストン５３４を変位させた状態を示す。
【００９７】
この減速比自動切換装置１０を、重量物５３６をコンベア５３８によって搬送するギャードモータ５４０（図２２参照）又はコンベアモータ、ドリル５４２を回転させてワークを切削加工する電動ドリル５４４に設けられたスピンドルモータ５４６（図２３及び図２４参照）、ねじ締め機（タッピングねじのねじ締め、通常のねじ締め）に設けられたパルスモータ５４８（図２５参照）、ブラシレスＤＣモータ、ブラシ付きＤＣモータ、インダクションモータ、ＡＣサーボモータ等に一体的に組み付けて適用するとよい。
【００９８】
前記ギャードモータに適用した場合、前記ギャードモータの高トルク化と、低トルクで負荷が付与されたときの小型高速回転化との両方の機能を達成することができる（図２６参照）。
【００９９】
この減速比自動切換装置１０を、ワーク５５０ａ、５５０ｂをモータ５５２駆動によって回転させるロータリアクチュエータ５５４に適用した場合、直線／回転時の低抵抗案内や浮上があって、加速時に高トルクで加速することができることによって高効率からなるＦＡ機器とすることができる。例えば、加速時に大部分のパワーを使用して回転数を上昇させた後、その後に慣性のみでワークを回動させることができる。
【０１００】
この減速比自動切換装置１０を、電動車椅子５５６又は電気自動車（ハイブリッド自動車、燃料電池によって駆動される電動モータ５５８を搭載した自動車等をいう）に適用した場合、例えば、平坦面から隆起した段差を乗り越えるときに自動的に速度が低下し且つトルクアップさせた状態で前記段差を乗り超えることができる（図２９参照）。なお、人力によってハンド回転力をトルクアップさせてもよい。
【０１０１】
この減速比自動切換装置１０を、例えば、加締め機用、アーム５６０を回動させてワークをクランプするクランプ装置５６２用（図３０参照）、型閉め用のカム機構やトグルリンク機構と組み合わせて使用することにより、前記カム機構やトグルリンク機構の作動力を増大させることができる。また、前記作動力が働かないときは高速で変位させることができる。
【０１０２】
この減速比自動切換装置１０を、バイス（加工物を固定するクランプとして機能するバイスを含む）、クランプ、チャック（数値制御装置のチャックを含む）等の早送り機構や締め付け機構等に適用するとよい。
【０１０３】
なお、この減速比自動切換装置１０を、特開２００５−１３３３７９号公報に開示された車両用のスライドドア６００を駆動させる進退移動部材６０２のモータ部（図３１参照）、米国特許第５７３０４９４号公報に開示された電動椅子６０４を駆動させるリニアアクチュエータ機構のモータ部（図３２参照）、米国特許第５０４１７４８号公報に開示され飛行機に組み込まれるエレクトロメカニカルアクチュエータ６０６のモータ部（図３３参照）、米国特許第５７３０２３２号公報に開示された電動ファスナー６０８のモータ部又は遊星ギヤ部（図３４）、米国特許第５８１３６６６号公報に開示されたクランプ装置６１０の遊星ギヤ部（図３５）、米国特許第４８６９１３９号公報に開示された自動速度トルク切換装置６１２の複数の遊星ギヤ部の少なくともいずれか１つ又は複数或いはモータ部（図３６）、米国特許第６８０６６０２号公報に開示されたエレクトロメカニカルホィールブレーキ装置６１４のねじ部とモータ部との間（図３７）、米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６（図３８）、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車椅子６１８（図３９）に対して、それぞれ、適用するとよい。
【０１０４】
前記米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６の遊星ギヤ部、トルクコンバータ、フルードカップリング部のいずれかと本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０とを代替させることにより、遊星ギヤ機構自体が双方向に対してトルクアップを図ることができると共に、遊星ギヤ機構自体がビスカスカップリング特性を有するフルードカップリングとして使用することができる。
【０１０５】
また、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車椅子６１８（図３９）のクラッチやギヤ部分に対して本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０を適用することにより、左右車輪のそれぞれが独立に前後方向にトルクアップすることができ、段差があったときに非力な人や障害者や老人等が車椅子を駆動させる労力を削減することができる。
【０１０６】
ところで、太陽歯車３６ａ、３６ｂ、遊星歯車３８ａ〜３８ｈ及びリングギヤ４２ａ、４２ｂを一体的に回転させる要素としては、１）リングギヤ４２ａ、４２ｂと遊星歯車３８ａ〜３８ｈとの間のクリアランス、２）太陽歯車３６ａ、３６ｂ、遊星歯車３８ａ〜３８ｈ、リングギヤ４２ａ、４２ｂ間の粘性抵抗、３）遊星歯車３８ａ〜３８ｈとこれを軸支するピン４８との摩擦抵抗（オイル又はグリスであって、好適には粘度が調整されたシリコンオイル又はシリコングリス）とが挙げられる。
【０１０７】
さらに、モータ等の回転駆動源からの入力トルクに基づいて回転運動又は直線運動等の所要の動作を行って出力側機構に伝達する入力側装置では、出力側からの過大な負荷（力）、垂直動作による負荷（重力）、エネルギを貯蓄するスプリング力等が付与される場合がある。このように出力側からの逆入力トルクが付与される場合には、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１０と共に、出力側からの逆入力トルクをロックして入力側に還流させない機能を有する逆入力防止クラッチ（例えば、特開２００２−２６６９０２号公報、特開平１−６９８２９号公報参照）を前記回転駆動源と前記入力側装置との間に設けるとよい。
【０１０８】
前記逆入力防止クラッチを設けることにより、動力伝達系における出力側の過大な負荷から入力側装置自体が保護されると共に、回転駆動源から入力トルクが停止した場合のワークの保持、ロック等ができる。鉛直方向に沿ってワークを昇降させる場合には、ワークが停止位置に確実にロックされて入力側機器の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図２】図１の減速比自動切換装置を構成する第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とが並設された状態を示す部分拡大斜視図である。
【図３】図１に示す減速比自動切換装置の軸線方向に沿った縦断面図である。
【図４】図３の部分拡大縦断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】入力側及び出力側リングギヤの外周に設けられる第１及び第２アウタクラッチ部材のフリー状態を示す縦断面図である。
【図７】前記第１及び第２アウタクラッチ部材を構成するコロベアリングが溝部に係合したロック状態を示す縦断面図である。
【図８】入力軸と入力側及び出力側太陽歯車との間に介装される第１及び第２インナクラッチ部材のフリー状態を示す縦断面図である。
【図９】前記第１及び第２インナクラッチを構成するニードルベアリングが溝部に係合したロック状態を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を車輪駆動用のモータに適用した一部省略側面図である。
【図１１】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図１２】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図１３】図１３Ａは、回転数とトルクとの関係がリニアである完全ビスカス特性図であり、図１３Ｂは、回転数とトルクとの関係が変化する静止摩擦＋ビスカス特性図である。
【図１４】回転数とトルクとの関係を示す抵抗特性図である。
【図１５】図１５Ａは、ボールをバネによって押圧して係止するデテント機構を示す縦断面図であり、図１５Ｂは、摩擦部材をバネによって押圧して係止する静止摩擦機構を示す縦断面図である。
【図１６】ロックアップ機構又は遠心クラッチ機構の有無によって回転数に対するトルク変化を示す特性図である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をプレス機に適用した概略構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をアキシャルポンプを駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をボールねじ機構を駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をボールねじ軸を駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をアキシャルポンプを駆動させるモータに適用した概略構成図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をコンベアを駆動させるギャードモータに適用した概略構成図である。
【図２３】電動ドリルの正面図である。
【図２４】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を前記電動ドリルのドリルを駆動させるモータに適用した斜視図である。
【図２５】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をねじ締め機のモータに適用した斜視図である。
【図２６】前記ギャードモータの回転数に対するトルク変化を示す特性図である。
【図２７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をワークを回転させるロータリアクチュエータに適用した斜視図である。
【図２８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置を電動車椅子を駆動させるモータに適用した斜視図である。
【図２９】図２８に示される電動車椅子が段差を昇る状態を示す側面図である。
【図３０】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置をクランプ装置に適用した側面図である。
【図３１】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたスライドドアの正面図である。
【図３２】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動椅子の斜視図である。
【図３３】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたエレクトロメカニカルアクチュエータの縦断面図である。
【図３４】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動ファスナーの縦断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたクランプ装置の縦断面図である。
【図３６】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された自動トルク切換装置の縦断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたエレクトロメカニカルホィールブレーキ装置の縦断面図である。
【図３８】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示されたトルク変換装置の縦断面図である。
【図３９】本発明の実施の形態に係る前記減速比自動切換装置が適用される従来技術に開示された電動車椅子の斜視図である。
【図４０】図４０Ａ〜図４０Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る減速比自動切換装置と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを示した概略構成図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１０…減速比自動切換装置 １２、１２ａ、１２ｂ…ハウジング
１４ａ、１４ｂ…遊星歯車機構 １８…入力軸
２０、２８…孔部 ２６…出力軸
３４ａ、３４ｂ…インナクラッチ部材 ３６ａ、３６ｂ…太陽歯車
３８ａ〜３８ｈ…遊星歯車 ４０…ギヤ部
４２ａ、４２ｂ…リングギヤ ４４ａ〜４４ｃ…キャリア
４５、４７、４９、５１…シール部材 ４６…ベアリング部材
４８…ピン ５４ａ、５４ｂ…アウタクラッチ部材
６６…粘性流体（粘性抵抗体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源と駆動機器との間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力に基づいて動作する部材の減速比を自動的に切り換える装置であって、
前記回転駆動源に連結される入力軸と、前記駆動機器に連結される出力軸と、入力側太陽歯車及び出力側太陽歯車と、入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車と、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車にそれぞれ噛合する入力側リングギヤ及び出力側リングギヤと、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車の公転に伴って一体的に回転する入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアとを含み、前記入力軸の軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構と、
前記入力軸の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１インナクラッチ部材及び第２インナクラッチ部材と、
前記入力側リングギヤ又は出力側リングギヤの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１アウタクラッチ部材及び第２アウタクラッチ部材と、
静摩擦力の働きによって前記入力側太陽歯車、前記入力側遊星歯車、及び前記入力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させ、又は、前記出力側太陽歯車、前記出力側遊星歯車、及び前記出力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体と、
を備えることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記中間キャリアは、前記入力側キャリアと前記出力側キャリアとの間に配置され、遊星歯車を軸支するピンによって前記入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアが一体的に回動可能に設けられることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項１】
回転駆動源と駆動機器との間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力に基づいて動作する部材の減速比を自動的に切り換える装置であって、
前記回転駆動源に連結される入力軸と、前記駆動機器に連結される出力軸と、入力側太陽歯車及び出力側太陽歯車と、入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車と、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車にそれぞれ噛合する入力側リングギヤ及び出力側リングギヤと、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記入力側遊星歯車及び出力側遊星歯車の公転に伴って一体的に回転する入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアとを含み、前記入力軸の軸方向に沿って並設された第１遊星歯車機構及び第２遊星歯車機構と、
前記入力軸の一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１インナクラッチ部材及び第２インナクラッチ部材と、
前記入力側リングギヤ又は出力側リングギヤの一方向の回転を許容し他方向の回転をロックすると共に、相互にロック方向が異なる第１アウタクラッチ部材及び第２アウタクラッチ部材と、
静摩擦力の働きによって前記入力側太陽歯車、前記入力側遊星歯車、及び前記入力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させ、又は、前記出力側太陽歯車、前記出力側遊星歯車、及び前記出力側リングギヤをそれぞれ一体的に同一方向に向かって回転させる粘性抵抗体と、
を備えることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記中間キャリアは、前記入力側キャリアと前記出力側キャリアとの間に配置され、遊星歯車を軸支するピンによって前記入力側キャリア、出力側キャリア及び中間キャリアが一体的に回動可能に設けられることを特徴とする減速比自動切換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２００７−２１８３６０（Ｐ２００７−２１８３６０Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３９７８０（Ｐ２００６−３９７８０）
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
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