減速比自動切換装置
【課題】構成部品である歯車等の各種諸元及び構成部品間の関係を設定することにある。
【解決手段】太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０に設けられたはすば歯車のねじれ角を、２５度以上４５度以下に設定する。また、ロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄ及び内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γを、０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝の関係式を充足するように設定する。但し、α：太陽歯車のねじれ角、η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率、ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径、ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【解決手段】太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０に設けられたはすば歯車のねじれ角を、２５度以上４５度以下に設定する。また、ロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄ及び内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γを、０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝の関係式を充足するように設定する。但し、α：太陽歯車のねじれ角、η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率、ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径、ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【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、例えば、構成部品である歯車等の各種諸元及び構成部品間の関係を設定することにより、当業者が簡便且つ最適に製造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、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記太陽歯車、遊星歯車及び内歯車に設けられたはすば歯車のねじれ角は、２５度以上４５度以下に設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、太陽歯車、遊星歯車及び内歯車にはすば歯車を用い、キャリア部に設けられたインナ部と内歯車との間に粘性抵抗体を設けることにより、予め設定されたトルクを超える負荷がキャリアに付与された場合に、内歯車とキャリアとの相対的回転速度差に基づいて内歯車が入力軸方向又は出力軸方向に平行移動し、キャリアに連結された出力軸からアクチュエータの変位部材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。
【００１１】
この場合、はすば歯車のねじれ角を４５度を超える角度に設定すると、例えば、遊星歯車に対して軸方向に変位する力が付与され、前記遊星歯車の端面がキャリアと接触して摺動し、前記遊星歯車とキャリアとの間に過大な摩擦抵抗が作用して、前記遊星歯車の回転が阻止されるという不具合がある。
【００１２】
一方、はすば歯車のねじれ角を２５度未満に設定すると、内歯車が軸方向に向かって変位する力（スラスト力）が弱くなって、前記内歯車の応答感度（応答速度）が劣化するという不具合がある。
【００１３】
また、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、遊星歯車機構を収装するハウジングに設けられたロック部と、前記内歯車の周縁部に設けられた内歯車クラッチとからなり、前記ロック部及び前記内歯車クラッチにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γは、以下の関係式を充足するように設定されることを特徴とする。
【００１４】
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【００１５】
本発明によれば、爪部の立ち上がり角度γが、０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝からなる関係式を充足するように設定されることにより、爪部の高さが適正に設定され、前記爪部の過剰な摩耗や爪部の根本部の割れを防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記キャリアから流出するのを防ぐための第１シール手段が前記キャリアの環状溝に設けられ、
前記第１シール手段は一組のＯリングからなり、前記Ｏリングのつぶし量は、略円形状の縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記入力軸からから流出するのを防ぐための第２シール手段が前記入力軸の環状溝に設けられ、
前記第２シール手段は断面略Ｘ状のリングからなり、前記断面略Ｘ状のリングのつぶし量は、縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、前記つぶし量が１．５％を超えると回転抵抗があまりに大きくなって歯車全体の効率が低下し、一方、前記つぶし量が０．５％未満であるとシール機能が低下してグリスが漏出してしまうからである。
【００１９】
さらにまた、本発明では、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、前記内歯車の周縁部に設けられたロック受部と、内側の第１ベアリングと外側の第２ベアリングとの間で一方向にのみ空転する円筒体を有し前記円筒体の軸方向に沿った周縁部に前記内歯車のロック受部に係合するロック部が形成されたクラッチ機構とからなり、前記クラッチ機構は、同一構造で入力軸側及び出力軸側にそれぞれ設けられることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、ロック部が内歯車のロック受部と当接した際、前記ロック部を有する円筒体が第１ベアリングと第２ベアリングとの間で回動することにより、当接したときの衝撃が緩衝されて当接音を極力抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、例えば、構成部品である歯車等の各種諸元及び構成部品間の関係を設定することにより、当業者が簡便且つ最適に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。図１に示すように、この参考例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及び遊星歯車機構１４を備える。
【００２４】
ハウジング１２ａは断面矩形状であり、後述する内歯車２０が入力軸２６方向に平行移動した場合に、後述する内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄと係合するための円弧状突起であるロック部３２ａ〜３２ｄが内部に形成され、さらに、前記入力軸２６を回転自在に軸支するための軸受部３４ａが設けられている。
【００２５】
ハウジング１２ｂは、ハウジング１２ａと同様に断面矩形状であり、後述するように内歯車２０が出力軸２８方向に平行移動した場合に、内歯車ロック受部３１ａ〜３１ｄと係合するための円弧状突起であるロック部３３ａ〜３３ｄが内部に形成され、さらに、出力軸２８を回転自在に軸支するための軸受部３４ｂが設けられている。
【００２６】
遊星歯車機構１４は、入力軸２６と一体的に形成された太陽歯車１６と、前記太陽歯車１６の周方向に沿って約１２０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、内歯車２０及びキャリア２２を備えている。
【００２７】
前記キャリア２２は、円筒状の大径なインナ部２３とこのインナ部２３から前記ハウジング１２ｂに指向して突出する出力軸２８を有する。前記インナ部２３の内方に前記太陽歯車１６が臨入する。前記インナ部２３には、１２０度ずつ等角度で離間する窓部２１が形成され、前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、窓部２１に臨むように設けられる。
【００２８】
前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、この場合、ピン２４を用いてキャリア２２に回転自在に軸支され、ピン２４には、図３Ａ、図３Ｂに示されるようにその外周の一部を切り欠き形成した切欠部２９ａ、２９ｂが設けられている。前記切欠部２９ａ、２９ｂによって、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃとピン２４の間にクリアランス２５ａ、２５ｂが設けられ、これらのクリアランス２５ａ、２５ｂにオイルやグリス等が充填される。前記オイル又はグリスは粘度の高い品質のものが好ましい。さらに、前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃの外周側には、大径な内歯車２０が嵌合し、前記内歯車２０の内周に刻設された内歯と噛合する。前記太陽歯車１６と一体的な入力軸２６は、図示しない回転駆動源の回転駆動軸にカップリング部材（図示せず）を介して連結される。この場合、前記入力軸２６と出力軸２８とは、同軸上に設けられていることは図１から容易に諒解されよう。
【００２９】
太陽歯車１６、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び内歯車２０は、はすば歯車で構成されている。この場合、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃとキャリア２２のインナ部２３との間及び遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと内歯車２０の間には、粘性抵抗を得るために、粘度の高いオイルやグリス等が充填乃至塗布されている。
【００３０】
前記内歯車２０の円筒状の端部にはそれぞれ湾曲して突出する複数の内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄが形成されている。内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄは、図１４に示すようにロック部３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄに対応して周方向に曲線を描く突起形状である。内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ及びロック部３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄは、内歯車ロック手段として機能する。
【００３１】
前記のように構成される入力軸２６、内歯車２０及びキャリア２２を組み立てるに際しては、先ず、入力軸２６をハウジング１２ａの軸受部３４ａに挿入し、出力軸２８をハウジング１２ｂの軸受部３４ｂに挿入し、前記キャリア２２の外側に内歯車２０を嵌合する。
【００３２】
そして、入力軸２６の太陽歯車１６を遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃに噛合するようにハウジング１２ａとハウジング１２ｂとを接合し、ねじ止めすることにより、前記ハウジング１２ａ、１２ｂの内部に遊星歯車機構１４が収装される（図５参照）。
【００３３】
次に、前記参考例に係る減速比自動切換装置１０の動作について説明する。先ず、図示しない回転駆動源を付勢して回転駆動源の回転駆動力を、入力軸２６を介して太陽歯車１６に伝達する。この回転駆動力は、入力軸２６から出力軸２８の方向（図２の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸２６及び太陽歯車１６を時計方向に回転させるものとする。
【００３４】
入力軸２６に低負荷の回転力が伝達されると、太陽歯車１６、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、インナ部２３及び内歯車２０間では粘性抵抗体が用いられているため、この粘性抵抗体の粘性抵抗によって静摩擦力が働くために、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは自転することなく矢印方向に公転（これをクロスした矢印方向で示す。以下同様）し、内歯車２０も矢印方向に公転（太字の矢印方向で示す。以下同様）し、キャリア２２も一体となって時計方向に公転する（図６参照）。
【００３５】
すなわち、図６において、太陽歯車１６が矢印方向に回転（斜線の矢印方向で示す。以下同様）すると、低回転であるためにインナ部２３と内歯車２０との間の粘性抵抗体によって、静摩擦力が作用し、インナ部２３と、内歯車２０と、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、太陽歯車１６が一体化して回転するに至る。
【００３６】
次に、予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２８を介してキャリア２２に付与された場合、太陽歯車１６が回転することにより、遊星歯車１８は公転せずに太陽歯車１６と反対方向である反時計方向に自転（白抜き矢印方向）し、遊星歯車１８と噛合している内歯車２０は反時計方向に回転することとなる（図７参照）。
【００３７】
すなわち、出力軸２８が付与される負荷によって回転速度が低下すると、前記出力軸２８と一体的に形成されたキャリア２２も回転速度が低下するに至る。しかしながら、内歯車２０は従前のまま回転しようとするために、換言すれば、キャリア２２の回転速度よりも内歯車２０の回転速度が大であるために、前記内歯車２０とキャリア２２の間の粘性抵抗が増加する。この粘性抵抗の増大に伴い、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及びそれらに噛合する内歯車２０がはすば歯車であることから、その歯筋方向にスラスト力を生じ、図８に示すように、内歯車２０が矢印方向Ｚ１へと移動することになる。
【００３８】
この結果、内歯車ロック受部３１ｂとロック部３３ｂ、内歯車ロック受部３１ｃとロック部３３ｃが噛合し、内歯車２０がロック状態になって、更なる移動が出来なくなる。前記内歯車２０がロック状態になることにより、太陽歯車１６の図６における斜線矢印方向の自転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが反時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に時計方向に公転し（図９参照）、出力軸２８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。この場合、前記トルクは遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと内歯車２０とのギア比に対応した力となる。
【００３９】
次いで、内歯車２０のロック状態を解除するために、回転駆動方向を反転させる。すなわち、入力軸２６を介して太陽歯車１６を反時計方向に回転させる。この結果、図１０に示すように、太陽歯車１６の回転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に反時計方向に公転する（図１０参照）。
【００４０】
太陽歯車１６が反時計方向への回転を開始した直後は、内歯車２０は、ロック状態、すなわち、停止した状態であるために、キャリア２２と内歯車２０の間には、相対的回転速度数の差が生じることにより、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗が増大する。この内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗の増大並びに遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び内歯車２０がはすば歯車あることから、歯車円筒面に螺旋状に形成された歯筋の方向にスラスト力が生じる。
【００４１】
このスラスト力によって、内歯車２０がＺ１方向と逆方向に平行移動することとなる。内歯車２０がＺ１方向と逆方向に且つ時計方向に回転しながら平行移動し、内歯車２０の内歯車ロック受部３０がハウジング１２ｂのロック部３２から離間し、内歯車２０のロック状態が解除される。
【００４２】
前記のように、内歯車２０のロック状態が解除されると、太陽歯車１６の反時計方向の回転に合わせて、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、内歯車２０及びキャリア２２が再び一体となって、太陽歯車１６の周りを反時計方向に公転し（図１１参照）、図５に示す初期位置に復帰する。すなわち、内歯車２０のロック状態が解除された後、太陽歯車１６が反時計方向へと高速度で回転すると、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃはその自転をすることなく反時計方向へと回転し、内歯車２０も反時計方向へと自転する。
【００４３】
前記の場合は、入力軸２６及び太陽歯車１６を時計方向に回転させている状態を説明したが、これら入力軸２６と太陽歯車１６を反時計方向に回転させた場合も同様の動作及び効果が達成される。
【００４４】
すなわち、入力軸２６及び太陽歯車１６を反時計方向に回転させ、この状態で、予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２８を介してキャリア２２に付与された場合には、図１２に示すように、内歯車ロック受部３０ｂとロック部３２ｂ、内歯車ロック受部３０ｃとロック部３２ｃが噛合し、内歯車２０がロック状態になる。
【００４５】
さらにまた、回転駆動力を反転し、入力軸２６を介して太陽歯車１６を時計方向に回転させることにより、内歯車２０がロック状態から解除され、図５に示す初期位置に復帰する。
【００４６】
一方、図８に示されるように内歯車２０がロック状態にあるとき、出力軸２８へ付与される負荷を減少させることにより、前記内歯車２０のロック状態の解除を行うことができる。
【００４７】
すなわち、出力軸２８への負荷が減少した状態では、太陽歯車１６の時計方向の回転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが反時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に時計方向に公転し、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと噛合している内歯車２０は時計方向に回転する（図１３参照）。
【００４８】
この状態において、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗体によって、内歯車２０の回転速度がキャリア２２の回転速度よりも小さくなり、前記キャリア２２と内歯車２０の間には、相対的回転速度数に差が生じ、その結果、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗が増大する。この内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗体の増大並びに遊星歯車１８と内歯車２０がはすば歯車あることから、歯車円筒面に螺旋状に形成された歯すじの方向にスラスト力が生じる。
【００４９】
さらに、図１４に示すように、内歯車ロック受部３１ｃとロック部３３ｃは、周方向に曲線を描く形状となっているために、内歯車２０が時計方向に回転することにより、Ｚ１方向と逆方向に前記スラスト力と共に力が作用し、内歯車２０が平行移動することとなる。すなわち、内歯車２０がＺ１方向と逆方向に且つ時計方向に回転しながら平行移動し、内歯車ロック受部３１ａ〜３１ｄがロック部３３ａ〜３３ｄから離間し、内歯車２０のロック状態が解除される。
【００５０】
参考例に係る減速比自動切換装置１０では、太陽歯車１６、遊星歯車１８及び内歯車２０に、はすば歯車を用い、キャリア２２に設けられたインナ部２３と内歯車２０との間に粘性抵抗体を設けることにより、予め設定されたトルクを超える負荷がキャリア２２に付与された場合に、内歯車２０とキャリア２２との相対的回転速度差に基づいて、内歯車２０が入力軸２６方向又は出力軸２８方向に平行移動し、出力軸２８からアクチュエータの変位部材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。
【００５１】
また、アクチュエータの変位部材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容易に内歯車２０のロック状態も解除し、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。
【００５２】
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、ロータリー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。
【００５３】
次に、本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置１００を図１５及び図１６に示す。
【００５４】
減速比自動切換装置１００は、参考例に係る減速比自動切換装置１０に対して、ハウジング１２ａ、１２ｂを３分割された第１〜第３ハウジング２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで構成し、キャリア２２をキャリア２２２ａ、２２２ｂで構成し、遊星歯車機構２１４内に一対のＯリング２４０ａ、２４０ｂ、入力軸リング２４２を有し、ハウジング１２ａ内に形成されていたロック部３２ａ〜３２ｄをロック板２４４ａにロック部２３２ａ〜２３２ｄとして設け、ハウジング１２ｂ内に形成されていたロック部３３ａ〜３３ｄをロック板２４４ｂにロック部２３３ａ〜２３３ｄとして設けた点で相違している。
【００５５】
第１ハウジング２１２ａは円環状であり、入力軸２２６を回転自在に軸支するための軸受部２３４ａが設けられ、第２ハウジング２１２ｂは、第１ハウジング２１２ａと同様に円環状であり、出力軸２２８を回転自在に軸支するための軸受部２３４ｂが設けられ、第３ハウジング２１２ｃは円筒状に形成されて前記第１ハウジング２１２ａと第２ハウジング２１２ｂとの間に介装される。
【００５６】
ロック板２４４ａは円環状であり、後述する内歯車２２０が入力軸２２６方向に平行移動した場合に、後述する内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと係合するための円弧状突起からなるロック部２３２ａ〜２３２ｄが相互に対向するように設けられている。
【００５７】
ロック板２４４ｂは、ロック板２４４ａと同様に円環状からなり、後述するように内歯車２２０が出力軸２２８方向に平行移動した場合に、内歯車ロック受部２３１ａ〜２３１ｄと係合するための円弧状突起からなるロック部２３３ａ〜２３３ｄが相互に対向するように設けられている。
【００５８】
なお、内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとロック部２３２ａ〜２３２ｄ又は内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとロック部２３２ａ〜２３２ｄが係合する場合には衝撃力が作用し、内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２は摩耗しやすくなる。
【００５９】
この摩耗を防ぐためには、内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２の円弧状突起部同士の接触面積を大きくし、又は内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２に多くの円弧状突起部を設けると好ましい。
【００６０】
また、摩耗を防ぐための他の方法としては、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの機械的強度を高める方法を採用することもできる。機械的強度を高める場合には、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂのロックウエル硬度（ＨＲＣ）を５０以上にすることが好ましい。さらに、摩耗を防ぐための他の方法としては、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの材料を同じにして機械的強度を同等にする方法がある。
【００６１】
内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの材料は同じものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアセタールを用いて内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂを形成することができる。ポリアセタール等の樹脂系の材料を用いた場合には、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの自重を軽くすることができるために、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂが接触するときに発生する音を低減することができる。
【００６２】
遊星歯車機構２１４は、入力軸２２６と一体的に形成された太陽歯車２１６と、前記太陽歯車２１６の周方向に沿って約１２０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと、内歯車２２０、キャリア２２２ａ、２２２ｂ、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂ及び入力軸リング２４２を備えている。
【００６３】
前記キャリア２２２ｂは、周方向に沿って複数個に分割形成されたインナ部２２３とこのインナ部２２３から前記第２ハウジング２１２ｂに指向して突出する出力軸２２８を有する。前記インナ部２２３の内径部に前記太陽歯車２１６が臨入する。前記インナ部２２３には、１２０度ずつ等角度で離間する窓部２２１が形成され、前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃは、前記窓部２２１に臨むように設けられる。前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃは、この場合、ピン２２４を用いて一方のキャリア２２２ａと他方のキャリア２２２ｂとの間に回転自在に軸支される。
【００６４】
また、前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃの外周側には、円筒状で内周に内歯２４６が刻設された大径な内歯車２２０が嵌合し、前記内歯２４６と噛合する。また、前記キャリア２２２ｂの側周面には、鋼球２４８とばね２５０から構成される係止手段２５２を取り付けるための穴２５４が設けられ、内歯車２２０の内周面の前記係止手段２５２に対応する位置に環状の溝２５６が設けられている。
【００６５】
例えば、アクチュエータとして無負荷又は低負荷で駆動しても入力軸２６と出力軸２８との間に回転数のずれが発生する場合があり、前記回転数のずれによって内歯車２０が軸方向に移動するおそれがある。
【００６６】
これに対し減速比自動切換装置１００では、無負荷又は低負荷で駆動され入力軸２２６と出力軸２２８との間で回転数のずれが発生しようとする場合であっても、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動するのを阻止して無負荷又は低負荷時における入力軸２２６と出力軸２２８との回転数のずれを防止する前記係止手段２５２が設けられている。
【００６７】
従って、前記係止手段２５２を設けることにより、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動することが阻止され（図１７Ａ参照）、無負荷又は低負荷時における内歯車２２０とロック板２５８ａ、２５８ｂとの当接が回避されて当接音の発生を防止することができる。
【００６８】
逆説的にいうと、前記係止手段２５２を設けない場合には、無負荷又は低負荷時において、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動し内歯車２２０とロック板２５８ａ、２５８ｂとが当接して当接音が発生する。例えば、前記内歯車２２０が出力軸２２８方向に移動したとき、前記内歯車２２０は入力軸２２６側からみて時計回り方向に回転しているため、内歯車ロック受部２３１ａとロック板２４４ｂのロック部２３３ｂとが噛み合うことがなく当接し、当接音が発生する。
【００６９】
太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ及び内歯車２２０は、参考例に係る減速比自動切換装置１０と同様に、はすば歯車で構成されている。この場合、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃとキャリア２２２ｂのインナ部２２３との間及び遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと内歯２４６の間には、粘性抵抗を得るために、粘度の高いオイルやグリス等が充填乃至塗布されている。
【００７０】
なお、粘性抵抗を効果的に得るためには、キャリア２２２ｂのインナ部２２３と内歯車２２０の内歯２４６の歯先との間のクリアランスが、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７１】
太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０（内歯２４６）を構成するはすば歯車のねじれ角θは、２５度以上４５度以下に設定されるとよく、好ましくは３０度以上４０度以下に設定されるとよい（図１８参照）。
【００７２】
この場合、はすば歯車のねじれ角θを４５度を超える角度に設定すると、例えば、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃに対して軸方向に変位する力が付与され、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃの端面がキャリア２２２ｂ（２２２ａ）と摺動し、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとキャリア２２２ｂ（２２２ａ）との間に過大な摩擦抵抗が作用して、最悪の場合、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃの回転が阻止されるという不具合がある。
【００７３】
一方、はすば歯車のねじれ角θを２５度未満に設定すると、内歯車２２０が軸方向に向かって変位する力（スラスト力）が弱くなって、前記内歯車２２０の応答感度が劣化するという不具合がある。
【００７４】
また、粘性抵抗体として用いられるオイルやグリス等の粘度は、約１００００〜１０００００（ｃＳｔ）であることが好ましい。さらに、粘性抵抗体の粘性抵抗は、上述した、クリアランスの幅、グリス等の粘度の他にせん断速度によっても変化させることができる。
【００７５】
また、前記オイルやグリス等が前記内歯車２２０から漏出することを防止するために、前記内歯車２２０とキャリア２２２ａとの間にＯリング２４０ａが設けられると共に、前記内歯車２２０とキャリア２２２ｂとの間にＯリング２４０ｂが設けられている。
【００７６】
前記一対のＯリング２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ、第１シール手段として機能するものであり、例えば、ＮＢＲ等のゴム製材料によって形成されるとよい。
【００７７】
この場合、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂのつぶし量は、略円形状の縦断面積の約０．５％以上１．５％以下に設定され、好ましくは約１％となるように設定されるとよい。前記つぶし量が１．５％を超えると回転抵抗があまりに大きくなって歯車全体の効率が低下し、一方、前記つぶし量が０．５％未満であるとシール機能が低下してグリスが漏出してしまうからである。
【００７８】
実験では、硬度７０でＮＢＲからなるＪＩＳ規格の縦断面積１．７６ｍｍ2からなるＯリングを用い、つぶし量の縦断面積を０．０１８ｍｍ2に設定した。
【００７９】
なお、前記つぶし量とは、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂが溝部等に装着されたときの太さの減少量であって、いわゆる、「つぶししろ」をいう。
【００８０】
さらに、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと噛合する太陽歯車２１６から入力軸２２６側へ漏出するオイルやグリス等を防ぐために入力軸リング２４２が環状溝を介して入力軸２２６に装着されている。前記入力軸リング２４２は、第２シール手段として機能するものであり、例えば、潤滑性を有するシリコーンゴム等のゴム製材料によって形成されるとよい。
【００８１】
縦断面略Ｘ状からなる前記入力軸リング２４２のつぶし量は、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂと同様に、縦断面積で約０．５％以上１．５％以下に設定され、好ましくは約１％となるように設定されるとよい。
【００８２】
この場合、縦断面略Ｘ状からなる入力軸リング２４２における通常のつぶし量に設定すると回転抵抗が過大となるため、縦断面積で約０．５％以上１．５％以下である約１％に設定した。このような縦断面略Ｘ状からなる入力軸リング２４２のつぶし量の設定により、キャリア２２２ａと入力軸リング２４２とを密着させ、入力軸２２６と一体的に回転するカラー部材を、前記カラー部材の環状溝内に装着された入力軸リング２４２に対して空回りさせた状態であっても十分なシール効果を得ることができた。
【００８３】
前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂ、入力軸リング２４２の形状は、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂの断面形状が略長円状又は略円形状であることが好ましく、また、入力軸リング２４２の断面形状は略Ｘ状であることが好ましい。
【００８４】
前記内歯車２２０の円筒状の両端部にはそれぞれ周方向に湾曲し且つ軸線方向に所定長だけ突出する複数の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄが形成されている。内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄは、図２７に示すようにロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄに対応して周方向に沿って曲線状で且つ突起形状に形成される。なお、内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄ及びロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄは、内歯車ロック手段として機能するものである。
【００８５】
第１〜第３ハウジング２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ及びロック板２４４ａ、２４４ｂには、入力軸２２６、内歯車２２０及びキャリア２２２ａ、２２２ｂを組み立てるためのねじ２５８を挿入するための組立穴２６０が各々に設けられている。
【００８６】
前記ロック板２４４ａのロック部２３２ａ〜２３２ｄ、ロック板２４４ｂのロック部２３３ａ〜２３３ｄ及び前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄは、相互に噛み合う爪部として機能するものであり、この爪部の立ち上がり角度γについて考察する。
【００８７】
前記爪部の高さを低くしすぎると爪部の摩耗により引っかかりがなくなり、かみ合い機能の早期低下となり、一方、前記爪部の高さを高くしすぎると爪部の根本に付与される応力が過大となり、繰り返し付与される衝撃によって、根本部分から爪部の割れが発生するおそれがあるからである。
【００８８】
先ず、内歯車２２０の発生推力（スラスト力）であるＦ１、Ｆ２が以下のように表される（図１９及び図２０参照）。
【００８９】
Ｆ１＝（２π・η・β・Ｔ）／｛π・ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
Ｆ２＝｛（２β・Ｔ）／ｄｉ｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
β：増力比（減速比）
γ：爪部の立ち上がり角度
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
Ｔ：入力トルク
ベクトルを用いた力の分力によって、ｆ１、ｆ２が以下のように表される。
【００９０】
ｆ１＝｛（２π・η・β・Ｔ）／π・ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝・ｃｏｓγ
ｆ２＝｛（２β・Ｔ）／ｄｉ｝ｓｉｎγ
相互に噛み合った爪部同士が抜けないようにするために、ｆ１＞ｆ２を条件として式を整理すると、
ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
と表される。そこで、前記式ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝を充足するように爪部の立ち上がり角度γを設定するとよい。
【００９１】
例えば、内歯車２２０がロック板２４４ａ（２４４ｂ）にまだロックされていないスリップ状態において、ねじ効率η＝０．７、内歯車２２０の外径ｄｉ＝φ２７、太陽歯車２１６のピッチ円直径ｄｐ＝φ７．３９、ねじれ角α＝３０度とすると、爪部の立ち上がり角度γは、上式からγ＜１６．４５となり、確実に噛み合わせが発生するためには、爪部の立ち上がり角度γを１６．４５度以下に設定するとよい。
【００９２】
なお、前記γを０度未満に設定してしまうと、爪部が抜けなくなってしまうので、必ず０度以上に設定する必要がある。この結果、爪部の立ち上がり角度γに関する上式は、以下のように表される。
【００９３】
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
【００９４】
本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置１００は、参考例に係る減速比自動切換装置１０と基本的には同様な動作を行う。但し、減速比自動切換装置１００では、減速比自動切換装置１０と比較して係止手段２５２を有するため、無負荷又は低負荷で駆動している場合、前記係止手段２５２の鋼球２４８が、ばね２５０のばね力によって内歯車２２０の溝２５６側に押圧されて保持されることにより、内歯車２２０の出力軸２２８方向又は入力軸２２６方向への移動を防ぐことができる(図１７Ａ参照)。
【００９５】
出力軸２２８に予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２２８に付与された場合には、鋼球２４８がばね２５０のばね力に打ち勝って僅かにばね２５０側に変位し、前記鋼球２４８が溝２５６を乗り越えて該溝２５６から離脱して保持状態が解除されることにより、内歯車２２０が出力軸２２８方向又は入力軸２２６方向に移動する(図１７Ｂ、１７Ｃ参照)。
【００９６】
次に、本発明の他の実施形態に係る減速比自動切換装置３００を図２１〜図２３に示す。なお、図１５及び図１６に示す前記実施形態に係る減速比自動切換装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９７】
この他の実施形態に係る減速比自動切換装置３００では、入力軸２２６側及び出力軸２２８側にそれぞれ同一構成からなるクラッチ機構３０２が設けられている点で相違している。このクラッチ機構３０２は、回転する一方向で空転しその逆方向で回転を阻止してロックする機能を有するものである。
【００９８】
このクラッチ機構３０２は、図２３に示されるように、入力軸２２６（出力軸２２８）に外嵌されて該入力軸２２６と一体的に回転する第１円筒部材３０４と、前記第１円筒部材３０４の外周面に形成された一組の第１環状溝３０６に沿って転動する複列の第１ボール群３０８と、複数の第１ボルト３１０を介して第１ハウジング２１２ａ（第２ハウジング２１２ｂ）に固定されると共に前記第１円筒部材３０４に外嵌される第２円筒部材３１２とを含む。
【００９９】
前記第２円筒部材３１２の内周面には、前記第１環状溝３０６に対向し前記第１ボール群３０８が転動する一組の第２環状溝３１４が形成され、前記第２円筒部材３１２の外周面には、第３環状溝３１６に沿って転動する複列の第２ボール群（第１ベアリング）３１８が設けられる。
【０１００】
さらに、前記クラッチ機構３０２は、内周面に前記第３環状溝３１６に対向し前記第２ボール群３１８が転動する一組の第４環状溝３２０が形成されると共に、内歯車２２０が入力軸２２６方向に平行移動したときに内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと係合するための円弧状突起部からなるロック部２３２ａ〜２３２ｄが周縁部に突出形成された第３円筒部材（円筒体）３２２と、前記第３円筒部材３２２に外嵌され、両鍔部に沿って内周面に沿って並設された複数のニードルベアリング（第２ベアリング）３２４を有する第４円筒部材３２６と、前記第４円筒部材３２６に外嵌され、複数の第２ボルト３２８を介して第１ハウジング２１２ａ及び第３ハウジング２１２ｃに固定される第５円筒部材３３０とを備える。
【０１０１】
なお、前記第４円筒部材３２６の内周面には、個々のニードルベアリング３２４を保持する断面楔状の溝部（図示せず）が形成され、前記ニードルベアリング３２４が前記断面楔状の溝部によって係止されることによりロック部２３２ａ〜２３２ｄを有する第３円筒部材３２２がロック状態となる。また、前記断面楔状の溝部には、ニードルベアリング３２４を図示しない前記溝部から離間させる方向に付勢する、例えば、板ばね等の復帰ばね（図示せず）が設けられる。この復帰ばねのばね力によってロック状態が解除される。
【０１０２】
他の実施形態では、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に平行移動した場合、前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄとが係合する際、第２ボール群３１８及びニードルベアリング３２４の転動作用によって前記ロック部２３２ａ〜２３２ｄを有する第３円筒部材３２２が回転可能に設けられているため、当接した際の衝撃が緩衝されて当接音を極力抑制することができる。従って、ロック部２３２ａ〜２３２ｄ及び内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄの爪部の摩耗を抑制して耐久性を向上させることができる。
【０１０３】
換言すると、前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄとが係合する際、前記第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄが第２ボール群３１８及びニードルベアリング３２４によって回動可能に保持されているため、前記ロック部２３２ａ〜２３２ｄと内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとが当接する際の衝撃が緩和されて当接音の発生を抑制することができる。
【０１０４】
次に、軸方向に沿って突出して形成されたインナ部２２３（図１５参照）を有する出力軸２２８側のキャリア２２２ｂの変形例を図２４〜図２８に示す。
【０１０５】
入力軸２２６側及び出力軸２２８側にそれぞれ設けられた一組のキャリア２２２ａ、２２２ｂには、軸方向に沿って離間して配置された一組のＯリング２４０ａ、２４０ｂが装着され、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂのシール機能によって遊星歯車機構内にグリスが保持されている。
【０１０６】
この場合、出力軸２２８側のキャリア２２２ｂに形成されるインナ部２２３の形状は、前記Ｏリング装着溝、入力軸リング２４２の摺動面、内歯車２２０の内周面とキャリア２２２ｂの外周面との間のクリアランスを狭小としてせん断トルクを増大させることが可能な形状とすることが好ましい。
【０１０７】
そこで、内歯車２２０の内歯２４６の歯先円とキャリア２２２ｂの隙間部分の面積を大きくすることができると共に、グリス（潤滑油）の油溜まり部となるような形状に設定している。
【０１０８】
第１変形例に係るキャリア４００は、図２４及び図２５に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と平行な複数（例えば、３条）の溝部４０２を形成している点に特徴がある。
【０１０９】
第２変形例に係るキャリア４１０は、図２６に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と直交する周方向と平行な複数の環状溝４１２を形成している点に特徴がある。
【０１１０】
第３変形例に係るキャリア４２０は、図２７に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と所定角度で交差する複数の傾斜状溝部４２２が並設されている点に特徴がある。
【０１１１】
第４変形例に係るキャリア４３０は、図２８に示されるように、インナ部２２３の外径面に断面半球状の凹部からなる複数のディンプル４３２が軸方向に沿って直線状に延在し且つ軸方向と平行に複数条形成されている点に特徴がある。
【０１１２】
次に、以上のように構成される減速比自動切換装置１００、３００の適用分野及び利用分野について説明する。
【０１１３】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１１４】
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、車いす（電動又は手動の車いすを含む）、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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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２９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。
【０１１８】
次に、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１００（３００）と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを、図５９Ａ〜図５９Ｄに示す。図５９Ａ及び図５９Ｂに示される各パターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１１９】
図５９Ｃに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１２０】
図５９Ｄに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１２１】
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３０参照）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３１参照）のいずれであってよい。
【０１２２】
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３２Ａ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３４Ｂ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３２Ｂ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３３参照）、キャリア／内歯車にディテントタイプ（例えば、図３４Ａ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。
【０１２３】
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手段として、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、簡便なシール手段として用いることができる。また、Ｏリングの弾性体を図３２Ｂ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手段としてよく利用されている。
【０１２４】
また、前記減速比自動切換装置１００、３００をロックアップ機構又は遠心クラッチ機構（後述する）と組み合わせることにより、高速回転時のスリップロス（図３５に示される斜線部分参照）をなくすことができ、前記ロックアップ機構又は遠心クラッチ機構の効率（トルクと回転数との関係における動力特性）を向上させることもできる。
【０１２５】
なお、遠心クラッチ機構としては、遠心ウェイトとバネによって遊星ギヤを固定する構造のもの、また、ＷＯ２００４／６１３１８公報に開示されているような多数の転動体と案内クラッチ板によるクラッチ構造のものであってもよい。
【０１２６】
例えば、図６０は、図２に示された遊星歯車機構１４と入力軸２６との間にレブロック型の遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２を組み入れた構造を示したものであり、また、図６１は、図２２に示された遊星歯車機構２１４と入力軸２２６との間にレブロック型の遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２を組み入れた構造を示したものである。
【０１２７】
図６０及び図６１では、入力軸２６（２２６）が所定方向に回転すると、前記入力軸２６（２２６）に連結された遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２が該入力軸２６（２２６）と一体的に回転する。この場合、遠心クラッチ５８０のクラッチプレート５８４の内部空間に設けられたボール（鋼球）５８６が遠心力の作用下に半径外方向に沿って変位しようとする力が発生する。この力が前記ボール５８６を保持しようとする図示しないクラッチスプリングに勝るとボール５８６が半径外方向に沿って変位してプッシュロッド５８８を押圧し、前記プッシュロッド５８８の押圧力によって多板摩擦クラッチ５８２を圧着させてクラッチ力が発生する。
【０１２８】
図２では、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、本実施の形態では、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たものである。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。
【０１２９】
さらに、前記減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３０】
すなわち、可動要素（図３６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。
【０１３１】
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１００、３００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１００、３００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。
【０１３２】
図３７は、減速比自動切換装置１００、３００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、米国特許出願公開第２００４−７１５６３号公報、米国特許出願公開第２００５−８７０６８号公報、米国特許出願公開第２００５−２２５２３号公報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１００、３００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。
【０１３３】
また、図３８は、減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３４】
さらに、図３９は、減速比自動切換装置１００、３００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４０は、減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３５】
この減速比自動切換装置１００、３００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４１参照）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４２及び図４３参照）、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４４参照）、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。
【０１３６】
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４５参照）。
【０１３７】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３８】
この減速比自動切換装置１００、３００を、電動車いす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４８参照）。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。
【０１３９】
この減速比自動切換装置１００、３００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４９参照）、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。
【０１４０】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１４１】
なお、この減速比自動切換装置１００、３００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手段６０２のモータ部（図５０参照）、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５１参照）、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５２参照）、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５３）、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５４）、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５５）、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５６）、米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６（図５７）、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車いす６１８（図５８）に対して、それぞれ、適用するとよい。
【０１４２】
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１００、３００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。
【０１４３】
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いす６１８（図５８）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１００、３００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いすを駆動させる労力を削減することができる。
【０１４４】
ところで、太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０を一体的に回転させる要素としては、１）内歯車２２０と遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとの間のクリアランス、２）太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０に設けられたはすば歯車のねじれ角、３）太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ、内歯車２２０間の粘性抵抗、４）遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとこれを軸支するピン２４との摩擦抵抗（図３Ａ及び図３Ｂに示される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。
【０１４５】
また、内歯車２２０を入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させるスラスト力は、前記内歯車２２０とキャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗（粘性抵抗）等によって発生する。
【０１４６】
この抵抗があまりに大きいとスリップが無くなり伝達効率が向上するが、前記内歯車２２０を入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させるときの抵抗となる。従って、内歯車２２０及びキャリア２２２ａ（２２２ｂ）間の抵抗は、応答時間や耐久性（寿命）等を考慮して決定されるべきである。
【０１４７】
ところが、前記スリップは全体の伝達効率を低下させる要因となるため、これを向上させる手段として前記内歯車２２０と前記キャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗ではなく、スラスト力に影響を与えない、第２の抵抗として、入力軸２２６（出力軸２２８）とキャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗をある程度の大きさに設定すると、前記内歯車２２０のスラスト力を増大させることがなくスリップを減少させることができる。
【０１４８】
この結果、この２つの抵抗の値と比を適宜に配分することによって、前記内歯車２２０の応答時間を確保しながら、スリップを小さくすることができる。
【０１４９】
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１００、３００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。
【０１５０】
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】
【０１５１】
【図１】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の参考例に係る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３】図３Ａは、図１に示す減速比自動切換装置を構成する遊星歯車の縦断面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った横断面図である。
【図４】遊星歯車と内歯車の噛合部分の部分拡大縦断面図である。
【図５】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の一部切り欠き斜視図である。
【図６】高速回転している状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図７】予め設定されたトルクを越える負荷がキャリアに付与された場合における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図８】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置におけるロック状態を示した一部切り欠き斜視図である。
【図９】ロック状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図１０】太陽歯車が反転した直後における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図１１】太陽歯車が反転し、高速回転している状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車が示す図である。
【図１２】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置におけるロック状態を示した一部切り欠き斜視図である。
【図１３】図８において出力軸への負荷が減少した状態における太陽歯車と遊星歯車と内歯車の回転方向を示す説明図である。
【図１４】図８において、内歯車クラッチとロック部が噛合する部分の拡大図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の縦断面図である。
【図１７】図１７Ａは、係止手段により内歯車が保持されている状態を示す図であり、図１７Ｂ、図１７Ｃは、それぞれ、内歯車が係止手段からはずれて出力軸方向又は入力軸方向に水平移動した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図１８】はすば歯車のねじれ角を示す説明図である。
【図１９】内歯車の発生推力（スラスト力）であるＦ１及びその分力であるｆ１の説明に供される図である。
【図２０】内歯車の発生推力（スラスト力）であるＦ２及びその分力であるｆ２の説明に供される図である。
【図２１】本発明の他の実施形態に係る減速比自動切換装置の斜視図である。
【図２２】図２１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２３】図２１に示す減速比自動切換装置に設けられるクラッチ機構の分解斜視図である。
【図２４】第１変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２５】図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った縦断面図である。
【図２６】第２変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２７】第３変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２８】第４変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３０】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図３１】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図３２】図３２Ａ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３２Ｂ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３３】回転数とトルクとの関係を示す抵抗特性図である。
【図３４】図３４Ａ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３４Ｂ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３５】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３６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をプレス機に適用した概略構成図である。
【図３７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３８】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４０】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４１】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４２】電動ドリルの正面図である。
【図４３】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４４】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４５】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４６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をワークを回転させるロータリーアクチュエータに適用した斜視図である。
【図４７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４８】図４７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４９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をクランプ装置に適用した側面図である。
【図５０】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５１】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５２】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５３】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５４】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５５】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５８】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５９】図５９Ａ〜図５９Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１００（３００）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。
【図６０】図２の減速比自動切換装置を構成する遊星歯車機構と入力軸との間にレブロック型の遠心クラッチ及び多板摩擦クラッチを組み入れた構造を示した縦断面図である。
【図６１】図２２の減速比自動切換装置を構成する遊星歯車機構と入力軸との間にレブロック型の遠心クラッチ及び多板摩擦クラッチを組み入れた構造を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０、１００、３００…減速比自動切換装置
１２ａ、１２ｂ、２１２ａ〜２１２ｃ…ハウジング
１４、２１４、５２０…遊星歯車機構
１６、２１６…太陽歯車
１８、１８ａ〜１８ｃ、２１８ａ〜２１８ｃ…遊星歯車
２０、２２０…内歯車 ２１、２２１…窓部
２２、２２２ａ、２２２ｂ、４００、４１０、４２０、４３０…キャリア
２３、２２３…インナ部 ２４、２２４…ピン
２６、２２６…入力軸 ２８、２２８…出力軸
３０、３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ、２３０、２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄ…内歯車ロック受部
３２、３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ、２３２、２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄ…ロック部
３４ａ、３４ｂ、２３４ａ、２３４ｂ…軸受部
２４０ａ、２４０ｂ…Ｏリング ２４２…入力軸リング
２４４ａ、２４４ｂ、２５８ａ、２５８ｂ…ロック板
２４６…内歯 ２４８…鋼球
２５２…係止手段 ２５４…穴
２５６…溝 ２６０…組立穴
３０２…クラッチ機構
【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、例えば、構成部品である歯車等の各種諸元及び構成部品間の関係を設定することにより、当業者が簡便且つ最適に製造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、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記太陽歯車、遊星歯車及び内歯車に設けられたはすば歯車のねじれ角は、２５度以上４５度以下に設定されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、太陽歯車、遊星歯車及び内歯車にはすば歯車を用い、キャリア部に設けられたインナ部と内歯車との間に粘性抵抗体を設けることにより、予め設定されたトルクを超える負荷がキャリアに付与された場合に、内歯車とキャリアとの相対的回転速度差に基づいて内歯車が入力軸方向又は出力軸方向に平行移動し、キャリアに連結された出力軸からアクチュエータの変位部材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。
【００１１】
この場合、はすば歯車のねじれ角を４５度を超える角度に設定すると、例えば、遊星歯車に対して軸方向に変位する力が付与され、前記遊星歯車の端面がキャリアと接触して摺動し、前記遊星歯車とキャリアとの間に過大な摩擦抵抗が作用して、前記遊星歯車の回転が阻止されるという不具合がある。
【００１２】
一方、はすば歯車のねじれ角を２５度未満に設定すると、内歯車が軸方向に向かって変位する力（スラスト力）が弱くなって、前記内歯車の応答感度（応答速度）が劣化するという不具合がある。
【００１３】
また、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、遊星歯車機構を収装するハウジングに設けられたロック部と、前記内歯車の周縁部に設けられた内歯車クラッチとからなり、前記ロック部及び前記内歯車クラッチにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γは、以下の関係式を充足するように設定されることを特徴とする。
【００１４】
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【００１５】
本発明によれば、爪部の立ち上がり角度γが、０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝からなる関係式を充足するように設定されることにより、爪部の高さが適正に設定され、前記爪部の過剰な摩耗や爪部の根本部の割れを防止することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記キャリアから流出するのを防ぐための第１シール手段が前記キャリアの環状溝に設けられ、
前記第１シール手段は一組のＯリングからなり、前記Ｏリングのつぶし量は、略円形状の縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする。
【００１７】
さらにまた、本発明は、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記入力軸からから流出するのを防ぐための第２シール手段が前記入力軸の環状溝に設けられ、
前記第２シール手段は断面略Ｘ状のリングからなり、前記断面略Ｘ状のリングのつぶし量は、縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、前記つぶし量が１．５％を超えると回転抵抗があまりに大きくなって歯車全体の効率が低下し、一方、前記つぶし量が０．５％未満であるとシール機能が低下してグリスが漏出してしまうからである。
【００１９】
さらにまた、本発明では、回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、前記内歯車の周縁部に設けられたロック受部と、内側の第１ベアリングと外側の第２ベアリングとの間で一方向にのみ空転する円筒体を有し前記円筒体の軸方向に沿った周縁部に前記内歯車のロック受部に係合するロック部が形成されたクラッチ機構とからなり、前記クラッチ機構は、同一構造で入力軸側及び出力軸側にそれぞれ設けられることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、ロック部が内歯車のロック受部と当接した際、前記ロック部を有する円筒体が第１ベアリングと第２ベアリングとの間で回動することにより、当接したときの衝撃が緩衝されて当接音を極力抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、例えば、構成部品である歯車等の各種諸元及び構成部品間の関係を設定することにより、当業者が簡便且つ最適に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。図１に示すように、この参考例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及び遊星歯車機構１４を備える。
【００２４】
ハウジング１２ａは断面矩形状であり、後述する内歯車２０が入力軸２６方向に平行移動した場合に、後述する内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄと係合するための円弧状突起であるロック部３２ａ〜３２ｄが内部に形成され、さらに、前記入力軸２６を回転自在に軸支するための軸受部３４ａが設けられている。
【００２５】
ハウジング１２ｂは、ハウジング１２ａと同様に断面矩形状であり、後述するように内歯車２０が出力軸２８方向に平行移動した場合に、内歯車ロック受部３１ａ〜３１ｄと係合するための円弧状突起であるロック部３３ａ〜３３ｄが内部に形成され、さらに、出力軸２８を回転自在に軸支するための軸受部３４ｂが設けられている。
【００２６】
遊星歯車機構１４は、入力軸２６と一体的に形成された太陽歯車１６と、前記太陽歯車１６の周方向に沿って約１２０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、内歯車２０及びキャリア２２を備えている。
【００２７】
前記キャリア２２は、円筒状の大径なインナ部２３とこのインナ部２３から前記ハウジング１２ｂに指向して突出する出力軸２８を有する。前記インナ部２３の内方に前記太陽歯車１６が臨入する。前記インナ部２３には、１２０度ずつ等角度で離間する窓部２１が形成され、前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、窓部２１に臨むように設けられる。
【００２８】
前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、この場合、ピン２４を用いてキャリア２２に回転自在に軸支され、ピン２４には、図３Ａ、図３Ｂに示されるようにその外周の一部を切り欠き形成した切欠部２９ａ、２９ｂが設けられている。前記切欠部２９ａ、２９ｂによって、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃとピン２４の間にクリアランス２５ａ、２５ｂが設けられ、これらのクリアランス２５ａ、２５ｂにオイルやグリス等が充填される。前記オイル又はグリスは粘度の高い品質のものが好ましい。さらに、前記遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃの外周側には、大径な内歯車２０が嵌合し、前記内歯車２０の内周に刻設された内歯と噛合する。前記太陽歯車１６と一体的な入力軸２６は、図示しない回転駆動源の回転駆動軸にカップリング部材（図示せず）を介して連結される。この場合、前記入力軸２６と出力軸２８とは、同軸上に設けられていることは図１から容易に諒解されよう。
【００２９】
太陽歯車１６、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び内歯車２０は、はすば歯車で構成されている。この場合、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃとキャリア２２のインナ部２３との間及び遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと内歯車２０の間には、粘性抵抗を得るために、粘度の高いオイルやグリス等が充填乃至塗布されている。
【００３０】
前記内歯車２０の円筒状の端部にはそれぞれ湾曲して突出する複数の内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄが形成されている。内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄは、図１４に示すようにロック部３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄに対応して周方向に曲線を描く突起形状である。内歯車ロック受部３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ及びロック部３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄは、内歯車ロック手段として機能する。
【００３１】
前記のように構成される入力軸２６、内歯車２０及びキャリア２２を組み立てるに際しては、先ず、入力軸２６をハウジング１２ａの軸受部３４ａに挿入し、出力軸２８をハウジング１２ｂの軸受部３４ｂに挿入し、前記キャリア２２の外側に内歯車２０を嵌合する。
【００３２】
そして、入力軸２６の太陽歯車１６を遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃに噛合するようにハウジング１２ａとハウジング１２ｂとを接合し、ねじ止めすることにより、前記ハウジング１２ａ、１２ｂの内部に遊星歯車機構１４が収装される（図５参照）。
【００３３】
次に、前記参考例に係る減速比自動切換装置１０の動作について説明する。先ず、図示しない回転駆動源を付勢して回転駆動源の回転駆動力を、入力軸２６を介して太陽歯車１６に伝達する。この回転駆動力は、入力軸２６から出力軸２８の方向（図２の矢印Ｚ方向）に見て、入力軸２６及び太陽歯車１６を時計方向に回転させるものとする。
【００３４】
入力軸２６に低負荷の回転力が伝達されると、太陽歯車１６、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、インナ部２３及び内歯車２０間では粘性抵抗体が用いられているため、この粘性抵抗体の粘性抵抗によって静摩擦力が働くために、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃは自転することなく矢印方向に公転（これをクロスした矢印方向で示す。以下同様）し、内歯車２０も矢印方向に公転（太字の矢印方向で示す。以下同様）し、キャリア２２も一体となって時計方向に公転する（図６参照）。
【００３５】
すなわち、図６において、太陽歯車１６が矢印方向に回転（斜線の矢印方向で示す。以下同様）すると、低回転であるためにインナ部２３と内歯車２０との間の粘性抵抗体によって、静摩擦力が作用し、インナ部２３と、内歯車２０と、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、太陽歯車１６が一体化して回転するに至る。
【００３６】
次に、予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２８を介してキャリア２２に付与された場合、太陽歯車１６が回転することにより、遊星歯車１８は公転せずに太陽歯車１６と反対方向である反時計方向に自転（白抜き矢印方向）し、遊星歯車１８と噛合している内歯車２０は反時計方向に回転することとなる（図７参照）。
【００３７】
すなわち、出力軸２８が付与される負荷によって回転速度が低下すると、前記出力軸２８と一体的に形成されたキャリア２２も回転速度が低下するに至る。しかしながら、内歯車２０は従前のまま回転しようとするために、換言すれば、キャリア２２の回転速度よりも内歯車２０の回転速度が大であるために、前記内歯車２０とキャリア２２の間の粘性抵抗が増加する。この粘性抵抗の増大に伴い、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及びそれらに噛合する内歯車２０がはすば歯車であることから、その歯筋方向にスラスト力を生じ、図８に示すように、内歯車２０が矢印方向Ｚ１へと移動することになる。
【００３８】
この結果、内歯車ロック受部３１ｂとロック部３３ｂ、内歯車ロック受部３１ｃとロック部３３ｃが噛合し、内歯車２０がロック状態になって、更なる移動が出来なくなる。前記内歯車２０がロック状態になることにより、太陽歯車１６の図６における斜線矢印方向の自転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが反時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に時計方向に公転し（図９参照）、出力軸２８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。この場合、前記トルクは遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと内歯車２０とのギア比に対応した力となる。
【００３９】
次いで、内歯車２０のロック状態を解除するために、回転駆動方向を反転させる。すなわち、入力軸２６を介して太陽歯車１６を反時計方向に回転させる。この結果、図１０に示すように、太陽歯車１６の回転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に反時計方向に公転する（図１０参照）。
【００４０】
太陽歯車１６が反時計方向への回転を開始した直後は、内歯車２０は、ロック状態、すなわち、停止した状態であるために、キャリア２２と内歯車２０の間には、相対的回転速度数の差が生じることにより、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗が増大する。この内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗の増大並びに遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ及び内歯車２０がはすば歯車あることから、歯車円筒面に螺旋状に形成された歯筋の方向にスラスト力が生じる。
【００４１】
このスラスト力によって、内歯車２０がＺ１方向と逆方向に平行移動することとなる。内歯車２０がＺ１方向と逆方向に且つ時計方向に回転しながら平行移動し、内歯車２０の内歯車ロック受部３０がハウジング１２ｂのロック部３２から離間し、内歯車２０のロック状態が解除される。
【００４２】
前記のように、内歯車２０のロック状態が解除されると、太陽歯車１６の反時計方向の回転に合わせて、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、内歯車２０及びキャリア２２が再び一体となって、太陽歯車１６の周りを反時計方向に公転し（図１１参照）、図５に示す初期位置に復帰する。すなわち、内歯車２０のロック状態が解除された後、太陽歯車１６が反時計方向へと高速度で回転すると、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃはその自転をすることなく反時計方向へと回転し、内歯車２０も反時計方向へと自転する。
【００４３】
前記の場合は、入力軸２６及び太陽歯車１６を時計方向に回転させている状態を説明したが、これら入力軸２６と太陽歯車１６を反時計方向に回転させた場合も同様の動作及び効果が達成される。
【００４４】
すなわち、入力軸２６及び太陽歯車１６を反時計方向に回転させ、この状態で、予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２８を介してキャリア２２に付与された場合には、図１２に示すように、内歯車ロック受部３０ｂとロック部３２ｂ、内歯車ロック受部３０ｃとロック部３２ｃが噛合し、内歯車２０がロック状態になる。
【００４５】
さらにまた、回転駆動力を反転し、入力軸２６を介して太陽歯車１６を時計方向に回転させることにより、内歯車２０がロック状態から解除され、図５に示す初期位置に復帰する。
【００４６】
一方、図８に示されるように内歯車２０がロック状態にあるとき、出力軸２８へ付与される負荷を減少させることにより、前記内歯車２０のロック状態の解除を行うことができる。
【００４７】
すなわち、出力軸２８への負荷が減少した状態では、太陽歯車１６の時計方向の回転によって遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃが反時計方向に自転しながら、キャリア２２と共に時計方向に公転し、遊星歯車１８ａ、１８ｂ、１８ｃと噛合している内歯車２０は時計方向に回転する（図１３参照）。
【００４８】
この状態において、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗体によって、内歯車２０の回転速度がキャリア２２の回転速度よりも小さくなり、前記キャリア２２と内歯車２０の間には、相対的回転速度数に差が生じ、その結果、内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗が増大する。この内歯車２０とインナ部２３間の粘性抵抗体の増大並びに遊星歯車１８と内歯車２０がはすば歯車あることから、歯車円筒面に螺旋状に形成された歯すじの方向にスラスト力が生じる。
【００４９】
さらに、図１４に示すように、内歯車ロック受部３１ｃとロック部３３ｃは、周方向に曲線を描く形状となっているために、内歯車２０が時計方向に回転することにより、Ｚ１方向と逆方向に前記スラスト力と共に力が作用し、内歯車２０が平行移動することとなる。すなわち、内歯車２０がＺ１方向と逆方向に且つ時計方向に回転しながら平行移動し、内歯車ロック受部３１ａ〜３１ｄがロック部３３ａ〜３３ｄから離間し、内歯車２０のロック状態が解除される。
【００５０】
参考例に係る減速比自動切換装置１０では、太陽歯車１６、遊星歯車１８及び内歯車２０に、はすば歯車を用い、キャリア２２に設けられたインナ部２３と内歯車２０との間に粘性抵抗体を設けることにより、予め設定されたトルクを超える負荷がキャリア２２に付与された場合に、内歯車２０とキャリア２２との相対的回転速度差に基づいて、内歯車２０が入力軸２６方向又は出力軸２８方向に平行移動し、出力軸２８からアクチュエータの変位部材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。
【００５１】
また、アクチュエータの変位部材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容易に内歯車２０のロック状態も解除し、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。
【００５２】
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、ロータリー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。
【００５３】
次に、本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置１００を図１５及び図１６に示す。
【００５４】
減速比自動切換装置１００は、参考例に係る減速比自動切換装置１０に対して、ハウジング１２ａ、１２ｂを３分割された第１〜第３ハウジング２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで構成し、キャリア２２をキャリア２２２ａ、２２２ｂで構成し、遊星歯車機構２１４内に一対のＯリング２４０ａ、２４０ｂ、入力軸リング２４２を有し、ハウジング１２ａ内に形成されていたロック部３２ａ〜３２ｄをロック板２４４ａにロック部２３２ａ〜２３２ｄとして設け、ハウジング１２ｂ内に形成されていたロック部３３ａ〜３３ｄをロック板２４４ｂにロック部２３３ａ〜２３３ｄとして設けた点で相違している。
【００５５】
第１ハウジング２１２ａは円環状であり、入力軸２２６を回転自在に軸支するための軸受部２３４ａが設けられ、第２ハウジング２１２ｂは、第１ハウジング２１２ａと同様に円環状であり、出力軸２２８を回転自在に軸支するための軸受部２３４ｂが設けられ、第３ハウジング２１２ｃは円筒状に形成されて前記第１ハウジング２１２ａと第２ハウジング２１２ｂとの間に介装される。
【００５６】
ロック板２４４ａは円環状であり、後述する内歯車２２０が入力軸２２６方向に平行移動した場合に、後述する内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと係合するための円弧状突起からなるロック部２３２ａ〜２３２ｄが相互に対向するように設けられている。
【００５７】
ロック板２４４ｂは、ロック板２４４ａと同様に円環状からなり、後述するように内歯車２２０が出力軸２２８方向に平行移動した場合に、内歯車ロック受部２３１ａ〜２３１ｄと係合するための円弧状突起からなるロック部２３３ａ〜２３３ｄが相互に対向するように設けられている。
【００５８】
なお、内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとロック部２３２ａ〜２３２ｄ又は内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとロック部２３２ａ〜２３２ｄが係合する場合には衝撃力が作用し、内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２は摩耗しやすくなる。
【００５９】
この摩耗を防ぐためには、内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２の円弧状突起部同士の接触面積を大きくし、又は内歯車ロック受部２３０、ロック部２３２に多くの円弧状突起部を設けると好ましい。
【００６０】
また、摩耗を防ぐための他の方法としては、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの機械的強度を高める方法を採用することもできる。機械的強度を高める場合には、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂのロックウエル硬度（ＨＲＣ）を５０以上にすることが好ましい。さらに、摩耗を防ぐための他の方法としては、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの材料を同じにして機械的強度を同等にする方法がある。
【００６１】
内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの材料は同じものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアセタールを用いて内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂを形成することができる。ポリアセタール等の樹脂系の材料を用いた場合には、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂの自重を軽くすることができるために、内歯車２２０とロック板２４４ａ、２４４ｂが接触するときに発生する音を低減することができる。
【００６２】
遊星歯車機構２１４は、入力軸２２６と一体的に形成された太陽歯車２１６と、前記太陽歯車２１６の周方向に沿って約１２０度の角度で互いに離間して噛合し、公転及び自転する遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと、内歯車２２０、キャリア２２２ａ、２２２ｂ、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂ及び入力軸リング２４２を備えている。
【００６３】
前記キャリア２２２ｂは、周方向に沿って複数個に分割形成されたインナ部２２３とこのインナ部２２３から前記第２ハウジング２１２ｂに指向して突出する出力軸２２８を有する。前記インナ部２２３の内径部に前記太陽歯車２１６が臨入する。前記インナ部２２３には、１２０度ずつ等角度で離間する窓部２２１が形成され、前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃは、前記窓部２２１に臨むように設けられる。前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃは、この場合、ピン２２４を用いて一方のキャリア２２２ａと他方のキャリア２２２ｂとの間に回転自在に軸支される。
【００６４】
また、前記遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃの外周側には、円筒状で内周に内歯２４６が刻設された大径な内歯車２２０が嵌合し、前記内歯２４６と噛合する。また、前記キャリア２２２ｂの側周面には、鋼球２４８とばね２５０から構成される係止手段２５２を取り付けるための穴２５４が設けられ、内歯車２２０の内周面の前記係止手段２５２に対応する位置に環状の溝２５６が設けられている。
【００６５】
例えば、アクチュエータとして無負荷又は低負荷で駆動しても入力軸２６と出力軸２８との間に回転数のずれが発生する場合があり、前記回転数のずれによって内歯車２０が軸方向に移動するおそれがある。
【００６６】
これに対し減速比自動切換装置１００では、無負荷又は低負荷で駆動され入力軸２２６と出力軸２２８との間で回転数のずれが発生しようとする場合であっても、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動するのを阻止して無負荷又は低負荷時における入力軸２２６と出力軸２２８との回転数のずれを防止する前記係止手段２５２が設けられている。
【００６７】
従って、前記係止手段２５２を設けることにより、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動することが阻止され（図１７Ａ参照）、無負荷又は低負荷時における内歯車２２０とロック板２５８ａ、２５８ｂとの当接が回避されて当接音の発生を防止することができる。
【００６８】
逆説的にいうと、前記係止手段２５２を設けない場合には、無負荷又は低負荷時において、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に移動し内歯車２２０とロック板２５８ａ、２５８ｂとが当接して当接音が発生する。例えば、前記内歯車２２０が出力軸２２８方向に移動したとき、前記内歯車２２０は入力軸２２６側からみて時計回り方向に回転しているため、内歯車ロック受部２３１ａとロック板２４４ｂのロック部２３３ｂとが噛み合うことがなく当接し、当接音が発生する。
【００６９】
太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃ及び内歯車２２０は、参考例に係る減速比自動切換装置１０と同様に、はすば歯車で構成されている。この場合、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃとキャリア２２２ｂのインナ部２２３との間及び遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと内歯２４６の間には、粘性抵抗を得るために、粘度の高いオイルやグリス等が充填乃至塗布されている。
【００７０】
なお、粘性抵抗を効果的に得るためには、キャリア２２２ｂのインナ部２２３と内歯車２２０の内歯２４６の歯先との間のクリアランスが、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００７１】
太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０（内歯２４６）を構成するはすば歯車のねじれ角θは、２５度以上４５度以下に設定されるとよく、好ましくは３０度以上４０度以下に設定されるとよい（図１８参照）。
【００７２】
この場合、はすば歯車のねじれ角θを４５度を超える角度に設定すると、例えば、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃに対して軸方向に変位する力が付与され、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃの端面がキャリア２２２ｂ（２２２ａ）と摺動し、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとキャリア２２２ｂ（２２２ａ）との間に過大な摩擦抵抗が作用して、最悪の場合、前記遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃの回転が阻止されるという不具合がある。
【００７３】
一方、はすば歯車のねじれ角θを２５度未満に設定すると、内歯車２２０が軸方向に向かって変位する力（スラスト力）が弱くなって、前記内歯車２２０の応答感度が劣化するという不具合がある。
【００７４】
また、粘性抵抗体として用いられるオイルやグリス等の粘度は、約１００００〜１０００００（ｃＳｔ）であることが好ましい。さらに、粘性抵抗体の粘性抵抗は、上述した、クリアランスの幅、グリス等の粘度の他にせん断速度によっても変化させることができる。
【００７５】
また、前記オイルやグリス等が前記内歯車２２０から漏出することを防止するために、前記内歯車２２０とキャリア２２２ａとの間にＯリング２４０ａが設けられると共に、前記内歯車２２０とキャリア２２２ｂとの間にＯリング２４０ｂが設けられている。
【００７６】
前記一対のＯリング２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ、第１シール手段として機能するものであり、例えば、ＮＢＲ等のゴム製材料によって形成されるとよい。
【００７７】
この場合、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂのつぶし量は、略円形状の縦断面積の約０．５％以上１．５％以下に設定され、好ましくは約１％となるように設定されるとよい。前記つぶし量が１．５％を超えると回転抵抗があまりに大きくなって歯車全体の効率が低下し、一方、前記つぶし量が０．５％未満であるとシール機能が低下してグリスが漏出してしまうからである。
【００７８】
実験では、硬度７０でＮＢＲからなるＪＩＳ規格の縦断面積１．７６ｍｍ2からなるＯリングを用い、つぶし量の縦断面積を０．０１８ｍｍ2に設定した。
【００７９】
なお、前記つぶし量とは、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂが溝部等に装着されたときの太さの減少量であって、いわゆる、「つぶししろ」をいう。
【００８０】
さらに、遊星歯車２１８ａ、２１８ｂ、２１８ｃと噛合する太陽歯車２１６から入力軸２２６側へ漏出するオイルやグリス等を防ぐために入力軸リング２４２が環状溝を介して入力軸２２６に装着されている。前記入力軸リング２４２は、第２シール手段として機能するものであり、例えば、潤滑性を有するシリコーンゴム等のゴム製材料によって形成されるとよい。
【００８１】
縦断面略Ｘ状からなる前記入力軸リング２４２のつぶし量は、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂと同様に、縦断面積で約０．５％以上１．５％以下に設定され、好ましくは約１％となるように設定されるとよい。
【００８２】
この場合、縦断面略Ｘ状からなる入力軸リング２４２における通常のつぶし量に設定すると回転抵抗が過大となるため、縦断面積で約０．５％以上１．５％以下である約１％に設定した。このような縦断面略Ｘ状からなる入力軸リング２４２のつぶし量の設定により、キャリア２２２ａと入力軸リング２４２とを密着させ、入力軸２２６と一体的に回転するカラー部材を、前記カラー部材の環状溝内に装着された入力軸リング２４２に対して空回りさせた状態であっても十分なシール効果を得ることができた。
【００８３】
前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂ、入力軸リング２４２の形状は、Ｏリング２４０ａ、２４０ｂの断面形状が略長円状又は略円形状であることが好ましく、また、入力軸リング２４２の断面形状は略Ｘ状であることが好ましい。
【００８４】
前記内歯車２２０の円筒状の両端部にはそれぞれ周方向に湾曲し且つ軸線方向に所定長だけ突出する複数の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄが形成されている。内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄは、図２７に示すようにロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄに対応して周方向に沿って曲線状で且つ突起形状に形成される。なお、内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄ及びロック部２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄは、内歯車ロック手段として機能するものである。
【００８５】
第１〜第３ハウジング２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ及びロック板２４４ａ、２４４ｂには、入力軸２２６、内歯車２２０及びキャリア２２２ａ、２２２ｂを組み立てるためのねじ２５８を挿入するための組立穴２６０が各々に設けられている。
【００８６】
前記ロック板２４４ａのロック部２３２ａ〜２３２ｄ、ロック板２４４ｂのロック部２３３ａ〜２３３ｄ及び前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄは、相互に噛み合う爪部として機能するものであり、この爪部の立ち上がり角度γについて考察する。
【００８７】
前記爪部の高さを低くしすぎると爪部の摩耗により引っかかりがなくなり、かみ合い機能の早期低下となり、一方、前記爪部の高さを高くしすぎると爪部の根本に付与される応力が過大となり、繰り返し付与される衝撃によって、根本部分から爪部の割れが発生するおそれがあるからである。
【００８８】
先ず、内歯車２２０の発生推力（スラスト力）であるＦ１、Ｆ２が以下のように表される（図１９及び図２０参照）。
【００８９】
Ｆ１＝（２π・η・β・Ｔ）／｛π・ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
Ｆ２＝｛（２β・Ｔ）／ｄｉ｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
β：増力比（減速比）
γ：爪部の立ち上がり角度
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
Ｔ：入力トルク
ベクトルを用いた力の分力によって、ｆ１、ｆ２が以下のように表される。
【００９０】
ｆ１＝｛（２π・η・β・Ｔ）／π・ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝・ｃｏｓγ
ｆ２＝｛（２β・Ｔ）／ｄｉ｝ｓｉｎγ
相互に噛み合った爪部同士が抜けないようにするために、ｆ１＞ｆ２を条件として式を整理すると、
ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
と表される。そこで、前記式ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝を充足するように爪部の立ち上がり角度γを設定するとよい。
【００９１】
例えば、内歯車２２０がロック板２４４ａ（２４４ｂ）にまだロックされていないスリップ状態において、ねじ効率η＝０．７、内歯車２２０の外径ｄｉ＝φ２７、太陽歯車２１６のピッチ円直径ｄｐ＝φ７．３９、ねじれ角α＝３０度とすると、爪部の立ち上がり角度γは、上式からγ＜１６．４５となり、確実に噛み合わせが発生するためには、爪部の立ち上がり角度γを１６．４５度以下に設定するとよい。
【００９２】
なお、前記γを０度未満に設定してしまうと、爪部が抜けなくなってしまうので、必ず０度以上に設定する必要がある。この結果、爪部の立ち上がり角度γに関する上式は、以下のように表される。
【００９３】
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
【００９４】
本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置１００は、参考例に係る減速比自動切換装置１０と基本的には同様な動作を行う。但し、減速比自動切換装置１００では、減速比自動切換装置１０と比較して係止手段２５２を有するため、無負荷又は低負荷で駆動している場合、前記係止手段２５２の鋼球２４８が、ばね２５０のばね力によって内歯車２２０の溝２５６側に押圧されて保持されることにより、内歯車２２０の出力軸２２８方向又は入力軸２２６方向への移動を防ぐことができる(図１７Ａ参照)。
【００９５】
出力軸２２８に予め設定されたトルクを越える負荷が出力軸２２８に付与された場合には、鋼球２４８がばね２５０のばね力に打ち勝って僅かにばね２５０側に変位し、前記鋼球２４８が溝２５６を乗り越えて該溝２５６から離脱して保持状態が解除されることにより、内歯車２２０が出力軸２２８方向又は入力軸２２６方向に移動する(図１７Ｂ、１７Ｃ参照)。
【００９６】
次に、本発明の他の実施形態に係る減速比自動切換装置３００を図２１〜図２３に示す。なお、図１５及び図１６に示す前記実施形態に係る減速比自動切換装置１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９７】
この他の実施形態に係る減速比自動切換装置３００では、入力軸２２６側及び出力軸２２８側にそれぞれ同一構成からなるクラッチ機構３０２が設けられている点で相違している。このクラッチ機構３０２は、回転する一方向で空転しその逆方向で回転を阻止してロックする機能を有するものである。
【００９８】
このクラッチ機構３０２は、図２３に示されるように、入力軸２２６（出力軸２２８）に外嵌されて該入力軸２２６と一体的に回転する第１円筒部材３０４と、前記第１円筒部材３０４の外周面に形成された一組の第１環状溝３０６に沿って転動する複列の第１ボール群３０８と、複数の第１ボルト３１０を介して第１ハウジング２１２ａ（第２ハウジング２１２ｂ）に固定されると共に前記第１円筒部材３０４に外嵌される第２円筒部材３１２とを含む。
【００９９】
前記第２円筒部材３１２の内周面には、前記第１環状溝３０６に対向し前記第１ボール群３０８が転動する一組の第２環状溝３１４が形成され、前記第２円筒部材３１２の外周面には、第３環状溝３１６に沿って転動する複列の第２ボール群（第１ベアリング）３１８が設けられる。
【０１００】
さらに、前記クラッチ機構３０２は、内周面に前記第３環状溝３１６に対向し前記第２ボール群３１８が転動する一組の第４環状溝３２０が形成されると共に、内歯車２２０が入力軸２２６方向に平行移動したときに内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと係合するための円弧状突起部からなるロック部２３２ａ〜２３２ｄが周縁部に突出形成された第３円筒部材（円筒体）３２２と、前記第３円筒部材３２２に外嵌され、両鍔部に沿って内周面に沿って並設された複数のニードルベアリング（第２ベアリング）３２４を有する第４円筒部材３２６と、前記第４円筒部材３２６に外嵌され、複数の第２ボルト３２８を介して第１ハウジング２１２ａ及び第３ハウジング２１２ｃに固定される第５円筒部材３３０とを備える。
【０１０１】
なお、前記第４円筒部材３２６の内周面には、個々のニードルベアリング３２４を保持する断面楔状の溝部（図示せず）が形成され、前記ニードルベアリング３２４が前記断面楔状の溝部によって係止されることによりロック部２３２ａ〜２３２ｄを有する第３円筒部材３２２がロック状態となる。また、前記断面楔状の溝部には、ニードルベアリング３２４を図示しない前記溝部から離間させる方向に付勢する、例えば、板ばね等の復帰ばね（図示せず）が設けられる。この復帰ばねのばね力によってロック状態が解除される。
【０１０２】
他の実施形態では、内歯車２２０が入力軸２２６方向又は出力軸２２８方向に平行移動した場合、前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄとが係合する際、第２ボール群３１８及びニードルベアリング３２４の転動作用によって前記ロック部２３２ａ〜２３２ｄを有する第３円筒部材３２２が回転可能に設けられているため、当接した際の衝撃が緩衝されて当接音を極力抑制することができる。従って、ロック部２３２ａ〜２３２ｄ及び内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄの爪部の摩耗を抑制して耐久性を向上させることができる。
【０１０３】
換言すると、前記内歯車２２０の内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄと第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄとが係合する際、前記第３円筒部材３２２のロック部２３２ａ〜２３２ｄが第２ボール群３１８及びニードルベアリング３２４によって回動可能に保持されているため、前記ロック部２３２ａ〜２３２ｄと内歯車ロック受部２３０ａ〜２３０ｄとが当接する際の衝撃が緩和されて当接音の発生を抑制することができる。
【０１０４】
次に、軸方向に沿って突出して形成されたインナ部２２３（図１５参照）を有する出力軸２２８側のキャリア２２２ｂの変形例を図２４〜図２８に示す。
【０１０５】
入力軸２２６側及び出力軸２２８側にそれぞれ設けられた一組のキャリア２２２ａ、２２２ｂには、軸方向に沿って離間して配置された一組のＯリング２４０ａ、２４０ｂが装着され、前記Ｏリング２４０ａ、２４０ｂのシール機能によって遊星歯車機構内にグリスが保持されている。
【０１０６】
この場合、出力軸２２８側のキャリア２２２ｂに形成されるインナ部２２３の形状は、前記Ｏリング装着溝、入力軸リング２４２の摺動面、内歯車２２０の内周面とキャリア２２２ｂの外周面との間のクリアランスを狭小としてせん断トルクを増大させることが可能な形状とすることが好ましい。
【０１０７】
そこで、内歯車２２０の内歯２４６の歯先円とキャリア２２２ｂの隙間部分の面積を大きくすることができると共に、グリス（潤滑油）の油溜まり部となるような形状に設定している。
【０１０８】
第１変形例に係るキャリア４００は、図２４及び図２５に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と平行な複数（例えば、３条）の溝部４０２を形成している点に特徴がある。
【０１０９】
第２変形例に係るキャリア４１０は、図２６に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と直交する周方向と平行な複数の環状溝４１２を形成している点に特徴がある。
【０１１０】
第３変形例に係るキャリア４２０は、図２７に示されるように、インナ部２２３の外径面に軸方向と所定角度で交差する複数の傾斜状溝部４２２が並設されている点に特徴がある。
【０１１１】
第４変形例に係るキャリア４３０は、図２８に示されるように、インナ部２２３の外径面に断面半球状の凹部からなる複数のディンプル４３２が軸方向に沿って直線状に延在し且つ軸方向と平行に複数条形成されている点に特徴がある。
【０１１２】
次に、以上のように構成される減速比自動切換装置１００、３００の適用分野及び利用分野について説明する。
【０１１３】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１１４】
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、車いす（電動又は手動の車いすを含む）、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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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２９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。
【０１１８】
次に、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１００（３００）と遊星ギヤ機構との組み合わせパターンを、図５９Ａ〜図５９Ｄに示す。図５９Ａ及び図５９Ｂに示される各パターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１１９】
図５９Ｃに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１２０】
図５９Ｄに示されるパターンでは、減速比自動切換装置１００（３００）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。
【０１２１】
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３０参照）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３１参照）のいずれであってよい。
【０１２２】
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３２Ａ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３４Ｂ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３２Ｂ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３３参照）、キャリア／内歯車にディテントタイプ（例えば、図３４Ａ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。
【０１２３】
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手段として、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、簡便なシール手段として用いることができる。また、Ｏリングの弾性体を図３２Ｂ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手段としてよく利用されている。
【０１２４】
また、前記減速比自動切換装置１００、３００をロックアップ機構又は遠心クラッチ機構（後述する）と組み合わせることにより、高速回転時のスリップロス（図３５に示される斜線部分参照）をなくすことができ、前記ロックアップ機構又は遠心クラッチ機構の効率（トルクと回転数との関係における動力特性）を向上させることもできる。
【０１２５】
なお、遠心クラッチ機構としては、遠心ウェイトとバネによって遊星ギヤを固定する構造のもの、また、ＷＯ２００４／６１３１８公報に開示されているような多数の転動体と案内クラッチ板によるクラッチ構造のものであってもよい。
【０１２６】
例えば、図６０は、図２に示された遊星歯車機構１４と入力軸２６との間にレブロック型の遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２を組み入れた構造を示したものであり、また、図６１は、図２２に示された遊星歯車機構２１４と入力軸２２６との間にレブロック型の遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２を組み入れた構造を示したものである。
【０１２７】
図６０及び図６１では、入力軸２６（２２６）が所定方向に回転すると、前記入力軸２６（２２６）に連結された遠心クラッチ５８０及び多板摩擦クラッチ５８２が該入力軸２６（２２６）と一体的に回転する。この場合、遠心クラッチ５８０のクラッチプレート５８４の内部空間に設けられたボール（鋼球）５８６が遠心力の作用下に半径外方向に沿って変位しようとする力が発生する。この力が前記ボール５８６を保持しようとする図示しないクラッチスプリングに勝るとボール５８６が半径外方向に沿って変位してプッシュロッド５８８を押圧し、前記プッシュロッド５８８の押圧力によって多板摩擦クラッチ５８２を圧着させてクラッチ力が発生する。
【０１２８】
図２では、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、本実施の形態では、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たものである。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。
【０１２９】
さらに、前記減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３０】
すなわち、可動要素（図３６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。
【０１３１】
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１００、３００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１００、３００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。
【０１３２】
図３７は、減速比自動切換装置１００、３００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、米国特許出願公開第２００４−７１５６３号公報、米国特許出願公開第２００５−８７０６８号公報、米国特許出願公開第２００５−２２５２３号公報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１００、３００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。
【０１３３】
また、図３８は、減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３４】
さらに、図３９は、減速比自動切換装置１００、３００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４０は、減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３５】
この減速比自動切換装置１００、３００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４１参照）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４２及び図４３参照）、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４４参照）、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。
【０１３６】
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４５参照）。
【０１３７】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１３８】
この減速比自動切換装置１００、３００を、電動車いす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４８参照）。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。
【０１３９】
この減速比自動切換装置１００、３００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４９参照）、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。
【０１４０】
この減速比自動切換装置１００、３００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。
【０１４１】
なお、この減速比自動切換装置１００、３００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手段６０２のモータ部（図５０参照）、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５１参照）、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５２参照）、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５３）、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５４）、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５５）、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５６）、米国特許第３１６４０３４号公報に開示されたトルク変換装置６１６（図５７）、米国特許出願公開第２００４−１０４５５４号公報に開示された手動車いす６１８（図５８）に対して、それぞれ、適用するとよい。
【０１４２】
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１００、３００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。
【０１４３】
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いす６１８（図５８）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１００、３００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いすを駆動させる労力を削減することができる。
【０１４４】
ところで、太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０を一体的に回転させる要素としては、１）内歯車２２０と遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとの間のクリアランス、２）太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ及び内歯車２２０に設けられたはすば歯車のねじれ角、３）太陽歯車２１６、遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃ、内歯車２２０間の粘性抵抗、４）遊星歯車２１８ａ〜２１８ｃとこれを軸支するピン２４との摩擦抵抗（図３Ａ及び図３Ｂに示される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。
【０１４５】
また、内歯車２２０を入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させるスラスト力は、前記内歯車２２０とキャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗（粘性抵抗）等によって発生する。
【０１４６】
この抵抗があまりに大きいとスリップが無くなり伝達効率が向上するが、前記内歯車２２０を入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させるときの抵抗となる。従って、内歯車２２０及びキャリア２２２ａ（２２２ｂ）間の抵抗は、応答時間や耐久性（寿命）等を考慮して決定されるべきである。
【０１４７】
ところが、前記スリップは全体の伝達効率を低下させる要因となるため、これを向上させる手段として前記内歯車２２０と前記キャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗ではなく、スラスト力に影響を与えない、第２の抵抗として、入力軸２２６（出力軸２２８）とキャリア２２２ａ（２２２ｂ）との間の抵抗をある程度の大きさに設定すると、前記内歯車２２０のスラスト力を増大させることがなくスリップを減少させることができる。
【０１４８】
この結果、この２つの抵抗の値と比を適宜に配分することによって、前記内歯車２２０の応答時間を確保しながら、スリップを小さくすることができる。
【０１４９】
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１００、３００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。
【０１５０】
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】
【０１５１】
【図１】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図２】本発明の参考例に係る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３】図３Ａは、図１に示す減速比自動切換装置を構成する遊星歯車の縦断面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った横断面図である。
【図４】遊星歯車と内歯車の噛合部分の部分拡大縦断面図である。
【図５】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置の一部切り欠き斜視図である。
【図６】高速回転している状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図７】予め設定されたトルクを越える負荷がキャリアに付与された場合における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図８】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置におけるロック状態を示した一部切り欠き斜視図である。
【図９】ロック状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図１０】太陽歯車が反転した直後における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車を示す図である。
【図１１】太陽歯車が反転し、高速回転している状態における太陽歯車、遊星歯車及び内歯車が示す図である。
【図１２】本発明の参考例に係る減速比自動切換装置におけるロック状態を示した一部切り欠き斜視図である。
【図１３】図８において出力軸への負荷が減少した状態における太陽歯車と遊星歯車と内歯車の回転方向を示す説明図である。
【図１４】図８において、内歯車クラッチとロック部が噛合する部分の拡大図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る減速比自動切換装置の分解斜視図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る減速比自動切換装置の縦断面図である。
【図１７】図１７Ａは、係止手段により内歯車が保持されている状態を示す図であり、図１７Ｂ、図１７Ｃは、それぞれ、内歯車が係止手段からはずれて出力軸方向又は入力軸方向に水平移動した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図１８】はすば歯車のねじれ角を示す説明図である。
【図１９】内歯車の発生推力（スラスト力）であるＦ１及びその分力であるｆ１の説明に供される図である。
【図２０】内歯車の発生推力（スラスト力）であるＦ２及びその分力であるｆ２の説明に供される図である。
【図２１】本発明の他の実施形態に係る減速比自動切換装置の斜視図である。
【図２２】図２１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２３】図２１に示す減速比自動切換装置に設けられるクラッチ機構の分解斜視図である。
【図２４】第１変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２５】図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線に沿った縦断面図である。
【図２６】第２変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２７】第３変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２８】第４変形例に係るキャリアの斜視図である。
【図２９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３０】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図３１】回転数とトルクとの関係を示すモータ特性図である。
【図３２】図３２Ａ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３２Ｂ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３３】回転数とトルクとの関係を示す抵抗特性図である。
【図３４】図３４Ａ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３４Ｂ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３５】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３６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をプレス機に適用した概略構成図である。
【図３７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３８】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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３９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４０】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４１】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４２】電動ドリルの正面図である。
【図４３】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４４】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４５】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４６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をワークを回転させるロータリーアクチュエータに適用した斜視図である。
【図４７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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４８】図４７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４９】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比切換装置をクランプ装置に適用した側面図である。
【図５０】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５１】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５２】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５３】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５４】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５５】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５６】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５７】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５８】本発明の実施の形態に係る前記自動減速比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５９】図５９Ａ〜図５９Ｄは、それぞれ、本実施の形態に係る減速比自動切換装置１００（３００）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。
【図６０】図２の減速比自動切換装置を構成する遊星歯車機構と入力軸との間にレブロック型の遠心クラッチ及び多板摩擦クラッチを組み入れた構造を示した縦断面図である。
【図６１】図２２の減速比自動切換装置を構成する遊星歯車機構と入力軸との間にレブロック型の遠心クラッチ及び多板摩擦クラッチを組み入れた構造を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０、１００、３００…減速比自動切換装置
１２ａ、１２ｂ、２１２ａ〜２１２ｃ…ハウジング
１４、２１４、５２０…遊星歯車機構
１６、２１６…太陽歯車
１８、１８ａ〜１８ｃ、２１８ａ〜２１８ｃ…遊星歯車
２０、２２０…内歯車 ２１、２２１…窓部
２２、２２２ａ、２２２ｂ、４００、４１０、４２０、４３０…キャリア
２３、２２３…インナ部 ２４、２２４…ピン
２６、２２６…入力軸 ２８、２２８…出力軸
３０、３０ａ〜３０ｄ、３１ａ〜３１ｄ、２３０、２３０ａ〜２３０ｄ、２３１ａ〜２３１ｄ…内歯車ロック受部
３２、３２ａ〜３２ｄ、３３ａ〜３３ｄ、２３２、２３２ａ〜２３２ｄ、２３３ａ〜２３３ｄ…ロック部
３４ａ、３４ｂ、２３４ａ、２３４ｂ…軸受部
２４０ａ、２４０ｂ…Ｏリング ２４２…入力軸リング
２４４ａ、２４４ｂ、２５８ａ、２５８ｂ…ロック板
２４６…内歯 ２４８…鋼球
２５２…係止手段 ２５４…穴
２５６…溝 ２６０…組立穴
３０２…クラッチ機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記太陽歯車、遊星歯車及び内歯車に設けられたはすば歯車のねじれ角は、２５度以上４５度以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項２】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、遊星歯車機構を収装するハウジングに設けられたロック部と、前記内歯車の周縁部に設けられた内歯車クラッチとからなり、前記ロック部及び前記内歯車クラッチにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γは、以下の関係式を充足するように設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【請求項３】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記キャリアから流出するのを防ぐための第１シール手段が前記キャリアの環状溝に設けられ、
前記第１シール手段は一組のＯリングからなり、前記Ｏリングのつぶし量は、略円形状の縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項４】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記入力軸からから流出するのを防ぐための第２シール手段が前記入力軸の環状溝に設けられ、
前記第２シール手段は断面略Ｘ状のリングからなり、前記断面略Ｘ状のリングのつぶし量は、縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項５】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、前記内歯車の周縁部に設けられたロック受部と、内側の第１ベアリングと外側の第２ベアリングとの間で一方向にのみ空転する円筒体を有し前記円筒体の軸方向に沿った周縁部に前記内歯車のロック受部に係合するロック部が形成されたクラッチ機構とからなり、前記クラッチ機構は、同一構造で入力軸側及び出力軸側にそれぞれ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】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記太陽歯車、遊星歯車及び内歯車に設けられたはすば歯車のねじれ角は、２５度以上４５度以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項２】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、遊星歯車機構を収装するハウジングに設けられたロック部と、前記内歯車の周縁部に設けられた内歯車クラッチとからなり、前記ロック部及び前記内歯車クラッチにそれぞれ設けられた爪部の立ち上がり角度γは、以下の関係式を充足するように設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
０≦ｔａｎγ＜（η・ｄｉ）／｛ｄｐ・ｔａｎ（９０−α）｝
但し、
α：太陽歯車のねじれ角
η：太陽歯車の滑りねじとしてのねじ効率
ｄｐ：太陽歯車のピッチ円直径
ｄｉ：内歯車の外径（爪部のトルクがかかる中心）
【請求項３】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記キャリアから流出するのを防ぐための第１シール手段が前記キャリアの環状溝に設けられ、
前記第１シール手段は一組のＯリングからなり、前記Ｏリングのつぶし量は、略円形状の縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項４】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記粘性抵抗体が前記入力軸からから流出するのを防ぐための第２シール手段が前記入力軸の環状溝に設けられ、
前記第２シール手段は断面略Ｘ状のリングからなり、前記断面略Ｘ状のリングのつぶし量は、縦断面積の０．５％以上１．５％以下に設定されることを特徴とする減速比自動切換装置。
【請求項５】
回転駆動源とアクチュエータとの間に配設され、前記回転駆動源の回転駆動力によって動作する変位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、前記アクチュエータに連結される出力軸と、はすば歯車である太陽歯車と遊星歯車と内歯車と、前記遊星歯車を回転自在に軸支すると共に、前記遊星歯車の公転に伴って一体的に回転するキャリアとを含む遊星歯車機構と、
前記内歯車に内挿された前記キャリアのインナ部と前記遊星歯車と前記内歯車との間に設けられ、前記内歯車と前記遊星歯車との間でスラスト力を発生させる粘性抵抗体と、
出力負荷の増減に従って前記内歯車を前記スラスト力により入力軸方向又は出力軸方向に平行移動させ、前記内歯車の回転運動を制動させる制動手段と、
を備え、
前記制動手段は、前記内歯車の周縁部に設けられたロック受部と、内側の第１ベアリングと外側の第２ベアリングとの間で一方向にのみ空転する円筒体を有し前記円筒体の軸方向に沿った周縁部に前記内歯車のロック受部に係合するロック部が形成されたクラッチ機構とからなり、前記クラッチ機構は、同一構造で入力軸側及び出力軸側にそれぞれ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４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【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４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図５３】
【図５４】
【図５５】
【図５６】
【図５７】
【図５８】
【図５９】
【図６０】
【図６１】
【公開番号】特開２００７−９２９８２（Ｐ２００７−９２９８２Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３８７４３（Ｐ２００５−３３８７４３）
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月２４日（２００５．１１．２４）
【出願人】（０００１０２５１１）ＳＭＣ株式会社 (344)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]