JP3733712B2

JP3733712B2 - 回転動力伝達装置

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Publication number: JP3733712B2
Application number: JP29622497A
Authority: JP
Inventors: 博樹野中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2017-10-14
Also published as: US6013002A; EP0909909B1; EP0909909A1; DE69821433T2; DE69821433D1; JPH11114758A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、相互に偏心した入力用の回転部材と出力用の回転部材との間で回転動力を伝達し、かつその偏心量を変化させることのできる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばフライス盤などによる回転切削加工では、工具における刃先の回転半径を変えることにより、一種類の工具で複数の径の加工をおこなう場合がある。このような場合、工具本体に対して刃を着脱することにより、その取付位置を変える構造に替えて、工具本体の半径方向に刃を移動させる機構を設ければ、加工半径の変更が容易になるばかりか、テーパ面の切削などの複雑な加工が可能になる。
【０００３】
このような刃先の回転半径を連続的に変化させることのできる機構が、特開平６４−５１２１１号公報に記載されている。この公報に記載された装置は、工作機械の回転主軸に取り付けられる円筒状のホルダー本体の先端部に、半径方向に向けたスライドガイドが形成されており、このスライドガイドに工具が移動可能に係合させられている。またホルダー本体の内部には、モータおよびこのモータによって動作させられる送りねじ機構が設けられており、この送りねじ機構によって工具をスライドガイドに沿って移動させるように構成されている。したがってこの公報に記載された装置では、モータを駆動することにより工具がスライドガイドに沿って移動するので、回転主軸の半径方向における刃先位置が連続的に変化し、また回転主軸の回転中においても刃先位置を変更することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の構成では、モータや送りねじ機構を回転主軸の内部に設けなければならないので、構造が複雑になる不都合がある。また回転主軸の回転中心と重心とが一致しなくなるので、偏心荷重のための遠心力が、回転数の増大に伴って大きくなり、そのために振動を防止し、また回転精度を維持するために、回転主軸の回転数が制約される不都合がある。さらに切削中に刃先位置すなわち切削半径を変更するためには、回転している回転主軸の内部のモータに給電する必要があり、そのためには、回転主軸の外周側にスリップリングやブラシなどからなる接点を設けることになるが、回転主軸を高速回転させた場合には、この接点での接触不良や接点の摩耗が生じる可能性が高く、その信頼性や耐久性が劣る問題がある。
【０００５】
なお、入力側と出力側とが相対的に偏心した状態でトルクを伝達する機構として、オルダム継手やユニバーサルジョイント、可撓性の円筒体などが知られている。しかしながら、これら従来の機構は、伝達可能なトルクや回転数が制限されるばかりか、偏心量を変更するためには、入力側の部材と出力側の部材との間隔を変更せざるを得ない場合もある。ましてや回転中に偏心量を変更するとすれば、そのための機構が複雑になる不都合がある。
【０００６】
この発明は、上述した事情を背景としてなされたものであり、入力回転部材に対する出力回転部材の偏心量を容易に変更することができ、しかも高速回転させることのできる回転動力伝達装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、入力回転部材からその入力回転部材に対して偏心した軸線を中心に回転する出力回転部材に回転動力を伝達する回転動力伝達装置において、前記入力回転部材および出力回転部材の外周側に配置され、これら入力回転部材と出力回転部材とに対して偏心した軸線を中心に回転可能なリング部材と、前記入力回転部材の外周部とリング部材の内周部とに接触して自転することにより入力回転部材とリング部材との間でトルクを伝達する第１のローラと、前記出力回転部材の外周部とリング部材の内周部とに接触して自転することによりリング部材と出力回転部材との間でトルクを伝達する第２のローラと、前記第１のローラと第２のローラとの前記リング部材の内周部に沿った公転方向での相対的な位相を変化させる相対位相変更機構とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
したがって請求項１の発明によれば、第１のローラを公転させずにこれを自転可能な状態とし、この状態で入力回転部材を回転させれば、入力回転部材と第１のローラとリング部材とが、遊星歯車機構と同様な機構を構成するので、リング部材が入力回転部材とは反対方向に回転する。また一方、リング部材と第２のローラと出力回転部材とが、遊星歯車機構と同様な機構を構成しているから、リング部材が入力回転部材からトルクを受けて上記のように回転することにより、出力回転部材がそのリング部材とは反対方向、すなわち入力回転部材と同方向に回転する。そして入力回転部材に対してリング部材が偏心し、かつリング部材に対して出力回転部材が偏心しているので、それぞれの偏心方向を異ならせることにより、入力回転部材に対して出力回転部材が偏心した位置に保持される。したがって互いに偏心した状態で入力回転部材から出力回転部材に対してトルクが伝達される。その場合、前記第１、第２のローラと接触する各部材間で従来よりも相対的に高い接触圧が生じるとともに、全ての部材がそれぞれの中心軸線を中心に自転し、したがって偏心荷重やそれに起因する遠心力などが生じないので、高速回転をおこなうことができる。また相対位相変更機構によっていずれか一方のローラを公転させ、両者のローラの相対的な位相を変更すれば、入力回転部材とリング部材との相対的な偏心方向と、出力回転部材とリング部材との相対的な偏心方向とが変化するので、結局、入力回転部材と出力回転部材との相対的な偏心量が変化する。すなわち出力回転部材の偏心量を変更することができる。
【０００９】
また、請求項２の発明は、上記の請求項１の発明に構成に加えて、前記第１および第２のローラを、同速度で同方向に公転させる公転機構を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
したがって請求項２の発明によれば、第１のローラが入力回転部材の軸心を中心に公転することにより、リング部材が入力回転部材の軸心を中心に回転する。このリング部材の回転は入力回転部材の軸線を中心にした偏心回転であるが、これと同時に第２のローラが同方向に公転するので、第２のローラに係合させられている出力回転部材が、入力回転部材の軸心を中心に公転する。したがって出力回転部材を自転させつつ、入力回転部材に対する偏心量を半径として公転させることができる。
【００１１】
さらに請求項３の発明は、請求項１に記載した構成に加えて、前記第１および第２のローラを同方向に公転させつつこれら第１のローラと第２のローラとの公転方向での相対的な位相を変化させる公転機構を備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
したがって請求項３の発明によれば、上記の請求項２の発明について述べたと同様にして出力回転部材が自転しつつ、入力回転部材に対する偏心量を半径として公転し、さらにその公転中に、各ローラの公転方向での相対位相が変化させられることにより、入力回転部材に対する出力回転部材の偏心量が変化するので、公転中にその公転半径が変化させられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図面に基づいてより具体的に説明する。先ず、この発明の原理的な構成について図１および図２を参照して説明する。これらの図において符号１は、入力回転部材としての入力軸を示し、この入力軸１は、基台部２によって回転自在に支持され、また図示しないモータなどの動力源に連結されている。この入力軸１の外周面には、中心軸線が入力軸１の中心軸線Ｏ1 と平行でかつ外径の相違する複数（図では３つ）の中間回転部材としてのローラ３が、トルク伝達可能に接触して配置されている。より具体的には、これらのローラ３のうち二つのローラ３は、共に外径が同一であり、残りの一つのローラ３が小径に形成されており、そしてこれらの３つのローラ３は入力軸１の外周側に円周方向に等間隔に配置されている。
【００１４】
これらの各ローラ３は、支持軸４にそれぞれ回転自在に取り付けられており、さらにこれらの支持軸４は、保持部材５に取り付けられている。この保持部材５は、図示の例では、円筒状の部材であって、その一方の端部に半径方向で内側に向けた側壁部が一体に形成されており、この側壁部に前記各支持軸４が取り付けられている。そしてこの円筒状の保持部材５は、前記入力軸１の中心軸線Ｏ1 と同一の軸線を中心にして回転するように前記基台部２によって回転自在に保持されている。
【００１５】
さらに入力軸１の外周側でかつ保持部材５の内周側には、この発明のリング部材に相当する円筒体６が回転自在に配置されている。すなわちこの円筒体６は、前記３つのローラ３にトルク伝達可能に接触した状態でこれらのローラ３の外周側に配置されている。したがって入力軸１と円筒体６とが所定の寸法ｘだけ相対的に偏心している。
【００１６】
上記の入力軸１とローラ３と円筒体６とが遊星歯車機構と同様な機構を構成しており、入力軸１がサンギヤに相当し、ローラ３がプラネタリーピニオンに相当し、さらに円筒体６がリングギヤに相当している。したがってローラ３の公転を止めた状態、すなわち各支持軸４を取り付けてある保持部材５を固定した状態で入力軸１が回転すると、各ローラ３が自転し、このローラ３から円筒体６にトルクで伝達されて円筒体６が入力軸１とは反対方向に回転する。その場合の円筒体６の回転数は、入力軸１の外径と円筒体６の内径との比によって決まり、その比は“１”より小さいから、結局、円筒体６は入力軸１に対して減速して入力軸１とは反対方向に回転するように構成されている。
【００１７】
上記の円筒体６は、入力軸１の先端部よりも前方側（図１での右側）にまで突出した状態に延びており、その入力軸１の先端側に延びた部分の内周側には、前記のローラ３と同一構成の３つのローラ７が配置されている。すなわち外径の大きい二つのローラ７とこれらのローラ７より小径の一つのローラ７とが、一定間隔に配置されている。そしてこれら３つローラ７で囲われた箇所の中心部には、これら３つのローラ７にトルク伝達可能に接触した状態に出力軸８が配置されている。
【００１８】
この出力軸８がこの発明の出力回転部材に相当し、またこの出力軸８側の３つのローラ７がこの発明の第２の中間回転部材に相当している。そしてこれらの３つのローラ７は、前記入力軸１の軸線と平行な方向に向けた支持軸９に回転自在に保持されている。したがって出力軸８の中心軸線Ｏ8 と入力軸１の中心軸線Ｏ1 とが互いに平行になっている。
【００１９】
ローラ７を取り付けてある支持軸９のそれぞれは、前記円筒体６の中心軸線Ｏ1 と一致する軸線を中心に回転可能な保持部材１０に取り付けられている。そしてこの保持部材１０が円筒状をなす前記保持部材５の内周部に回転自在に嵌合されている。また出力軸８が保持部材１０を回転自在に貫通している。したがって入力軸１側の保持部材５が基台部２によって回転自在に保持され、この保持部材５によって出力軸８側の保持部材１０が回転自在に保持され、さらにこの保持部材１０によって出力軸８が回転自在に保持されている。
【００２０】
上記の出力軸８とローラ７と円筒体６とが遊星歯車機構と同様な機構を構成しており、出力軸８がサンギヤに相当し、ローラ７がプラネタリーピニオンに相当し、さらに円筒体６がリングギヤに相当している。したがってローラ７の公転を止めた状態、すなわち各支持軸９を取り付けてある保持部材１０を固定した状態で円筒体６が回転すると、各ローラ７が自転し、このローラ７から出力軸８にトルクで伝達されて出力軸８が円筒体６とは反対方向に回転する。その場合の出力軸８の回転数は、出力軸８の外径と円筒体６の内径との比によって決まり、その比は“１”より小さいから、結局、出力軸８は円筒体６に対して増速して円筒体６とは反対方向に回転するように構成されている。
【００２１】
そしてこれらの保持部材５，１０を個別に回転させる回転装置１１，１２が設けられている。これらの回転装置１１，１２は、各保持部材５，１０を同方向に同速度で回転させる機能と、一方の保持部材５を他方の保持部材１０に対して相対的に回転させて両者の回転位相すなわち公転方向での相対的な位相を変化させる機能とを備えている。したがってこれらの回転装置１１，１２がこの発明の相対位相変更機構に相当している。また後述するようにこれらの回転装置１１，１２によって出力軸８が公転させられ、さらには出力軸８の偏心量が変更されるので、これらの回転装置１１，１２がこの発明の公転機構に相当している。
【００２２】
上記の構造では、入力軸１、ローラ３、円筒体６、ローラ７ならびに出力軸８が、それぞれ円弧面で互いに接触してトルクを伝達するように構成されている。したがってその接触圧力によって伝達可能なトルクが制約されるので、要求されるトルクを伝達するように構成するには、それらの部材の接触圧を高くすることが望ましい。したがって円筒体６の内部に各ローラ３，７および入力軸１ならびに出力軸８を圧入し、あるいは焼きばめすることにより、これらの部材の間の接触圧力を高くするように構成することが好ましい。
【００２３】
つぎに上述した機構の作用について説明する。先ず、入力軸１から出力軸８に対するトルクの伝達について説明する。入力軸１は基台部２に回転自在に保持されているから、モータなどの図示しない動力源を起動すると、入力軸１が自転する。その場合、各回転装置１１，１２を止めて保持部材５，１０を固定し、これにより各ローラ３，７の公転を止めておけば、入力軸１が自転することにより、ローラ３が自転する。それに伴ってリング部材に相当する円筒体６がその中心軸線Ｏ6 を中心に入力軸１とは反対方向に回転する。その場合の入力軸１と円筒体６との回転数の比は、入力軸１の外径と円筒体６の内径との比に基づいた減速比となる。
【００２４】
これに対して出力軸８側では、第２の中間回転体に相当するローラ７の公転を止めた状態で円筒体６が回転するから、ローラ７を介して出力軸８にトルクが伝達され、出力軸８がその中心軸線Ｏ8 を中心にして自転する。その場合の円筒体６と出力軸８との回転数の比は、円筒体６の内径と出力軸８の外径との比に基づいた増速比となる。したがって入力軸１と円筒体６との間で減速され、また円筒体６と出力軸８との間で増速されるので、結局、入力軸１および出力軸８と円筒体６との内外径差があっても、入力軸１と出力軸８との回転数は大きくは相違しない。より具体的には、入力軸１と出力軸８とが同一外径であれば、両者は同一回転数で回転し、また両者の外径が相違していれば、それらの外径の比に応じ増減速作用が生じる。
【００２５】
つぎに入力軸１と出力軸８との相対的な偏心量の変更作用について説明する。図１および図２に示す状態は、偏心量が最大になった状態を示している。なお、これらの図に示す例では、入力軸１と出力軸８とが同一外径であるから、最大偏心量は“２ｘ”となる。すなわち入力軸１に対して円筒体６が所定の寸法ｘだけ偏心している。その円筒体６に対して出力軸８側のローラ７を公転させる。
【００２６】
これは、ローラ７の支持軸９を取り付けてある保持部材１０を回転させることによりおこなうが、この保持部材１０の中心軸線が円筒体６の中心軸線に一致しているから、この保持部材１０およびローラ７によって支持されている出力軸８が、円筒体６の中心軸線Ｏ6 を中心にして公転する。すなわち出力軸８が、円筒体６の中心軸線Ｏ6 を中心にした半径ｘの円上を移動する。これに対して入力軸１と円筒体６とが所定寸法ｘだけ偏心しているから、出力軸８が図に示す状態から１８０度公転することにより、出力軸８の中心軸線Ｏ8 が入力軸１の中心軸線Ｏ1 に一致する。このように一方の保持部材１０を他方の保持部材５に対して相対回転させることにより、すなわち第１の中間回転部材に相当するローラ３に対して第２の中間回転部材に相当するローラ７を公転方向に移動させて両者の相対的な位相を変化させれば、入力軸１の中心軸線Ｏ1 と出力軸８の中心軸線Ｏ8 との間隔（偏心量）が０〜２ｘの間で変化する。なお、入力軸１に対する出力軸８の偏心量の変更は、前述した回転装置１１，１２によって一方の保持部材５，１０もしくは両方の保持部材５，１０を回転させて、それらの回転位相を異ならせることによりおこなうことができる。
【００２７】
さらに出力軸８を公転させる作用について説明する。前記回転装置１１，１２によって各保持部材５，１０を同速度で同方向に回転させる。これは、各保持部材５，１０を一体に連結し、その状態で両者を一体に回転させる状態と同様である。したがってそれぞれの保持部材５，１０に支持軸４，９を介して取り付けてあるローラ３，７の相対的な位相が変化せずに、各ローラ３，７が相対的な位置関係を維持したまま公転する。その結果、図に示す装置の全体が入力軸１の中心軸線Ｏ1 を中心に回転することにより、出力軸８の回転軌跡は入力軸１の中心軸線Ｏ1 を中心としかつ相対的な偏心量を半径とした円になる。すなわちそのような円の円周上を出力軸８が公転する。
【００２８】
なお、上述した入力軸１から出力軸８へのトルクの伝達作用、入力軸１に対する出力軸８の偏心量の変更作用、出力軸８の公転作用は、それぞれ重畳しておこなわせることができる。すなわち出力軸８を回転駆動しつつその偏心量を変化させ、あるいは公転させ、さらには出力軸８を自転かつ公転させつつその偏心量を変化させることができる。これは、入力軸１を駆動しつつ、前記各回転装置１１，１２を制御して各保持部材５，１０を回転させ、またその保持部材５，１０に相対回転を生じさせればよい。
【００２９】
図３は上記の装置を利用した切削機械の主軸頭の一例を模式的に示している。なお、図３において図１および図２と同一の部分には図１および図２に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３０】
基台部２には主軸モータ１５が固定されており、入力軸１がこの主軸モータ１５に連結されている。なお、主軸モータ１５の出力軸を入力軸とする構成としてもよい。また出力軸８は入力軸１とは反対方向に長く延びており、フライスカッタなどの切削工具（図示せず）を取り付けるためのチャック１６が設けられている。したがって出力軸８は工具軸として構成されている。また出力軸８側の保持部材１０が出力軸８と同様に軸線方向に延びた比較的長い円筒状の部材として形成されている。
【００３１】
また入力軸１側の保持部材５の外周には、従動プーリ１７が一体に設けられており、その従動プーリ１７の外周側には、従動プーリ１７と平行に駆動プーリ１８が配置されている。そしてこれら従動プーリ１７と駆動プーリ１８とにはタイミングベルト１９が巻き掛けられている。
【００３２】
この駆動プーリ１８は、軸線方向での両側に突出した軸を備えており、図３での左側に突出した軸が公転軸モータ２０に連結されている。なおこの軸は公転軸モータ２０の出力軸であってもよい。また図３の右側に突出した軸は、遊星歯車機構２１におけるサンギヤ２２に連結されている。この遊星歯車機構２１は、サンギヤ２２と、サンギヤ２２に噛合して自転および公転する複数のピニオンギヤ２３と、これらのピニオンギヤ２３を保持しているキャリヤ２４と、ピニオンギヤ２３に噛合しているリングギヤ２５とから構成されている。そしてこのキャリヤ２４が位相決めモータ２６に連結されている。この位相決めモータ２６は、後述するように、入力軸１に対する出力軸８の偏心量を設定するためのものであるから、回転位相を細かくかつ正確に設定することのできるモータが好ましく、例えばステップモータが使用される。なお、この位相決めモータ２６は、基台部２などの所定の固定箇所に取り付けられている。
【００３３】
また出力軸８側の保持部材１０の外周部のうち前記遊星歯車機構２１の半径方向で外側に位置する部分には、外歯歯車２７が一体に設けられ、さらにこれに噛合しかつ入力軸１の中心軸線を中心に回転する内歯歯車２８が設けられている。この内歯歯車２８が従動プーリを形成し、また前記リングギヤ２５が駆動プーリを形成しており、したがってこれらの内歯歯車２８とリングギヤ２５とにタイミングベルト２９が巻き掛けられている。
【００３４】
図３に示す主軸頭において、主軸モータ１５によって主軸１を回転させれば、出力軸８が入力軸１と同方向に自転する。その場合の回転数比は、入力軸１と出力軸８との外径の比によって決まることは前述したとおりである。なお、歯車によってトルクの伝達をおこなう場合には、入力軸１における歯数と出力軸８における歯数との比によって入力軸１と出力軸８との間の回転数比が決まる。
【００３５】
また公転軸モータ２０を回転させると、駆動プーリ１８およびタイミングベルト１９ならびに従動プーリ１７を介して、入力軸１側の保持部材５にトルクが伝達され、これが回転する。すなわちローラ３が公転する。また一方、公転軸モータ２０のトルクが遊星歯車機構２１のサンギヤ２２に伝達され、これが回転する。したがって遊星歯車機構２１では、サンギヤ２２が入力要素となり、リングギヤ２５が出力要素となる。そのリングギヤ２５からタイミングベルト２９を介して外歯歯車２８にトルクが伝達され、さらにこの外歯歯車２８から内歯歯車２７にトルクが伝達されて、出力軸８側の保持部材１０が回転する。すなわち出力軸８側のローラ７が公転する。
【００３６】
その場合、入力軸１側の保持部材５は、駆動プーリ１８と従動プーリ１７との外径の比（もしくはタイミングベルト１９に噛合する歯の数の比）に応じて増減速されて回転する。また遊星歯車機構２１においては、キャリヤ２４の回転数および回転方向によって出力回転すなわちリングギヤ２５の回転数や回転方向が決まる。さらにリングギヤ２５と外歯歯車２８との間および外歯歯車２８と内歯歯車２７との間で変速作用が生じる。したがって位相決めモータ２６によりキャリヤ２４を所定の方向に所定の回転数で回転させることにより、公転軸モータ２０から出力軸８側の保持部材１０に到るトルク伝達経路の変速比を、公転軸モータ２０から入力軸１側の保持部材５に到るトルク伝達経路の変速比と同一に設定する。このようにすれば、入力軸１側のローラ３と出力軸８側のローラ７とが同一方向に同速度で公転するから、出力軸８が入力軸１の中心軸線を中心に公転する。
【００３７】
さらに、図１および図２に示す基本構成の説明で述べたように、入力軸１側のローラ３と出力軸８側のローラ７との相対的な回転位相を変化させることにより、入力軸１に対する出力軸８の偏心量が変化する。したがって、公転軸モータ２０と位相決めモータ２６とによって各保持部材５，１０を同方向に同速度で回転させている状態、もしくはいずれのモータ２０，２６も停止させて保持部材５，１０の回転を止めている状態で、いずれかの一方のモータ２０，２６の他方のモータ２０，２６に対する相対回転を生じさせれば、一方のローラ３，７に対する他方のローラ３，７の相対的な公転が生じて、両者の回転位相が変化するので、入力軸１に対する出力軸８の偏心量が増減する。このようにしておこなう偏心量の変更は、出力軸８を公転させている状態および公転させていない状態のいずれでも可能である。このように各保持部材５，１０を回転させる公転軸モータ２０や位相決めモータ２６ならびにこれらのモータ２０，２６のトルクを伝達するタイミングベルト１９，２９などの機構がこの発明の公転機構に相当する。
【００３８】
したがって図３に示すこの発明の装置を採用した主軸頭では、切削工具の公転半径を変更できるので、単一の工具で径の異なる孔加工をおこなうことができ、加工効率を向上させ、また工具費を低廉化することができる。また図３に示す主軸頭では、出力軸８を公転させている間にその公転半径を変更することができるので、工具による切削中にその公転半径を変更できる。このような機能を利用することにより、テーパ孔の切削加工や孔の中間部の内径を増大させるリセス加工などの複雑な加工を容易におこなうことができる。
【００３９】
特に、図３に示す主軸頭では、単純な回転体の組合せによって構成されているから、工具を自転させつつ公転させておこなうコンタリング加工においても、遠心力などによる回転数の制約が少なく、高速回転をおこなうことができる。そのためこの発明の装置を利用した切削装置では、コンタリング加工の際の加工能率を従来になく向上させることができる。
【００４０】
図４にこの発明の回転動力伝達装置を使用した他の主軸頭の例を示してある。ここに示す例では、公転半径を変更するための機構に差動機構が採用されている。すなわち前述した保持部材に相当する公転軸３０が中空軸として形成されるとともにその公転軸３０が複数の軸受によってハウジング３１の内部に回転自在に保持されている。またこの公転軸３０の内部に、入力軸１が複数の軸受によって回転自在に保持されている。そしてこの入力軸１に主軸回転用のモータＭ1 が連結されている。
【００４１】
さらに公転軸３０の先端側の部分（図４での左側の部分）の内径が大きく形成されており、その大径部分の内部にこの発明に係る回転動力伝達装置が配置されている。すなわち円筒体６が、公転軸３０と同一軸線上に配置されており、その円筒体６の内周面と入力軸１の先端部外周面との間に、外径の異なる複数のローラ３が圧入されている。すなわちローラ３が入力軸１と円筒体６とに、トルク伝達可能に密着している。またこのローラ３を回転自在に取り付けてある支持軸４が、前記公転軸３０に取り付けられており、したがって公転軸３０が回転することによりローラ３が公転するように構成されている。
【００４２】
また前記出力軸８に相当する主軸３２の後端部が円筒体６の内部に挿入されており、その外周面と円筒体６の内周面との間に、前記ローラ３と同様に外径が互いに相違する複数のローラ７が圧入されている。そのローラ７を回転自在に取り付けてある支持軸９が、主軸３２の外周側に軸受を介して回転自在に配置した歯車３３に連結されている。さらに前記主軸３２の外周側に半径変更軸３４が軸受を介して回転自在に嵌合されており、この半径変更軸３４に前記歯車３３がピンによって連結されている。
【００４３】
したがって入力軸１のトルクが、その外周面に接触しているローラ３の自転により円筒体６に伝達され、またこの円筒体６のトルクが、その内周面に密着している他の複数のローラ７の自転によって主軸３２に伝達される。そして各ローラ３，７が相対的に公転することにより、入力軸１に対する主軸３２の偏心量すなわち主軸３２の公転半径が変更される。なお、主軸１の回転に伴って各ローラ３，７および円筒体６ならびに主軸３２が回転することにより、主軸３２が公転する。
【００４４】
前記半径変更軸３４の外周側に円筒状の公転軸３５が、軸受を介して回転自在に嵌合されている。この公転軸３５の後端部と前記の公転軸３０の先端部とが、前記歯車３３の外周側で間隔を開けて対向しており、これらの公転軸３５，３０の端部同士の間に、歯車３３に噛合した複数の中間歯車３６が配置されている。これらの中間歯車３６は、前記入力軸１の軸心を中心に公転する歯車であり、したがってその中間歯車３６としては、主軸３２の入力軸１に対する偏心量に対応して外径が相互に相違した複数の歯車が採用されている。
【００４５】
これらの中間歯車３６を取り付けてある支持軸３７が、前記各公転軸３０，３５に嵌合されており、したがって各公転軸３０，３５がこの支持軸３７によって、一体回転するように連結されている。また各中間歯車３６が、内歯歯車である公転半径変更歯車３８に噛合している。この公転半径変更歯車３８は、円筒軸３９の先端部の内周面に形成されている。そしてこの円筒軸３９は、前記公転軸３０の外周側に入力軸１と同一軸線上に嵌合させて配置され、かつ軸受によって回転自在に保持されている。また先端側の公転軸３５は、その外周側に嵌合させた軸受を介してハウジング３１に回転自在に支持されている。
【００４６】
前記入力軸１の外周側に位置する公転軸３０の外周部に公転軸歯車４０が固定され、またこの公転軸歯車４０に隣接して配置された中間軸歯車４１が前記円筒軸３９に固定されている。その公転軸歯車４０が、差動機構４２における入力歯車４３に噛合し、また中間軸歯車４１が差動機構４２における出力歯車４４に噛合している。
【００４７】
ここで差動機構４２について説明すると、この差動機構４２は、内周面にスプライン歯を形成した一対の円筒状のサーキュラスプライン４５，４６と、そのサーキュラスプライン４５，４６のスプライン歯に噛合するスプライン歯が外周面に形成され、かつ可撓性のある円筒体であるフレクスプライン４７と、楕円形のカムの外周面にボールベアリングがはめ込まれ、そのボールベアリングの外周に前記フレクスプライン４７が嵌合されるウェーブジェネレータ４８とを備えている。
【００４８】
一方のサーキュラスプライン４５の歯数とフレクスプライン４７の歯数とが等しく（例えば２００枚に）設定され、そのサーキュラスプライン４５が入力歯車４３の内周側に嵌合固定されている。これに対して他方のサーキュラスプライン４６の歯数が、フレクスプライン４７の歯数よりわずか多く（例えば２０２枚に）設定されており、このサーキュラスプライン４６が出力歯車４４の内周側に嵌合固定されている。そしてそのウェーブジェネレータ４８が調整軸４９に嵌合固定され、かつその調整軸４９が半径変更モータＭ2 に連結されている。
【００４９】
したがってこの差動機構４２では、ウェーブジェネレータ４８すなわち調整軸４９を固定した状態で入力歯車４３を回転させると、入力歯車４３に固定したサーキュラスプライン４５の歯数とフレクスプライン４７の歯数とが等しいので、フレクスプライン４７が入力歯車４３と同一回転数で回転する。これに対して出力歯車４４に固定してあるサーキュラスプライン４６の歯数が、フレクスプライン４７の歯数より多いので、出力歯車４４がその歯数差に応じて減速されて回転する。上記の例では、フレクスプライン４７の歯数が“２００”に対して、サーキュラスプライン４６の歯数が“２０２”であるから、出力歯車４４は、２００／２０２＝１００／１０１に減速されて回転する。
【００５０】
このように回転数の差が生じるが、その場合であっても主軸３２の公転半径が変化しないように入力歯車４３と公転軸歯車４０との歯数比および出力歯車４４と中間軸歯車４１の歯数比が設定されている。一例として、入力歯車４３の歯数が“１００”で、公転軸歯車４０の歯数が“２００”の場合、出力歯車４４の歯数が“１０１”で、かつ中間軸歯車４１の歯数が“２００”に設定される。このような構成の場合、調整軸４９すなわちウェーブジェネレータ４８を固定した状態で例えば入力歯車４３を１０１ｒｐｍで回転させれば、出力歯車４４が１００ｒｐｍで回転し、かつ公転軸歯車４０が１０１／２ｒｐｍで回転する。そして出力歯車４４が１００ｒｐｍで回転することにより、これに噛合している中間軸歯車４１が、１００×１０１／２００＝１０１／２ｒｐｍで回転する。すなわち公転軸歯車４０と中間軸歯車４１とが同速度で回転する。
【００５１】
したがって公転軸３０の回転数と円筒軸３９との回転数とが等しくなるので、円筒軸３９に形成した公転半径変更歯車３８とこれに噛合している中間歯車３６とこれに噛合している歯車３３とが一体となって回転する。すなわち各ローラ３，７の公転方向の位相が一定に維持される。
【００５２】
また一方、フレクスプライン４７と出力歯車４４側のサーキュラスプライン４６との歯数に相違があるために、フレクスプライン４７の回転に対してサーキュラスプライン４６の減速が生じ、その減速度は歯数に差に応じたものとなる。上記の例では、歯数の差が“２”であるから、フレクスプライン４７の回転に対してサーキュラスプライン４６は、２／２００＝１／１００の割合で減速される。すなわち調整軸４９と共にフレクスプライン４７を１００ｒｐｍで回転させると、サーキュラスプライン４６がマイナス（−）１ｒｐｍで相対回転する。なお、入力歯車４３側のサーキュラスプライン４５とフレクスプライン４７とは歯数が同じであるため、回転数に差が生じない。結局、調整軸４９と共にフレクスプライン４７を回転させると、入力歯車４３と出力歯車４４との回転位相に相違が生じる。すなわち調整軸４９の回転数の１／１００の回転速度で入力歯車４３と出力歯車４４との相対回転運動を生じさせることができる。
【００５３】
このような相対回転は、公転軸３０と歯車３３との相対回転すなわち各ローラ３，７の相対的な公転速度として現れる。そして各ローラ３，７の相対的な公転によって主軸３２の入力軸１に対する偏心量すなわち公転半径が変化するので、上記の主軸頭では、公転半径の微調整を容易におこなうことができる。なお、図４において符号５０は公転歯車を示し、この公転歯車５０は前記入力歯車４３に噛合している。そしてこの公転歯車５０に公転モータＭ3 が連結されている。
【００５４】
そして、図４に示す主軸頭においても、図３に示す例と同様に、主軸３２を高速回転させることができることに加え、主軸３２を自転させつつ公転させ、さらには公転中にその半径を変更することができる。そのため、テーパ孔の切削加工や内径の相違する複数種類のボーリング加工さらにはリセス加工などを容易におこなうことができる。
【００５５】
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであり、入力側の中間回転部材および出力側の中間回転部材を公転させるための公転機構は、図３に示すモータ２０，２６やタイミングベルトを使用した伝動手段あるいは遊星歯車機構などの機構以外のものであってもよい。またこの発明の回転動力伝達装置は、切削機械における主軸頭のみならず、トルクを伝達する各種の機械類に用いることができる。さらにこの発明における中間回転部材は、入力回転部材あるいは出力回転部材とリング部材とに同時に係合してトルクを伝達する単一の回転部材に限らず、トルク伝達可能に連結された複数の回転部材によって構成してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、互いに偏心した入力回転部材と出力回転部材とがリング部材の内周側に配置され、そのリング部材と入力回転部材との間およびリング部材と出力回転部材との間のそれぞれに、自転することによりトルクを伝達する中間回転部材を配置したので、入力回転部材から出力回転部材に、それらの中間回転部材およびリング部材を介してトルクを伝達することができ、また少なくともいずれか一方の中間回転部材を公転させることにより、入力回転部材と出力回転部材との相対的な偏心量を変えることができる。そしてこれらのトルク伝達機能と偏心量の変更機能とは、中間回転部材やリング部材などの回転体を回転させることにより達成されるので、トルク伝達時の回転数を高くしても過大な遠心力が発生することがなく、したがって請求項１の発明によれば、従来になく高速回転をおこなわせることができる。また各中間回転部材の公転方向での相対位相を変更すれば、出力回転部材の偏心量を変更できるので、偏心量の変更・設定を容易におこなうことができる。
【００５７】
さらに請求項２あるいは請求項３の発明では、各中間回転部材を共に公転させることにより出力回転部材が公転するので、出力回転部材の自転を伴う公転運動を容易におこなわせることができ、その際にも遠心力などの回転阻害要因が特には生じないので、高速回転をおこなわせることができる。そして特に、請求項３の発明では、出力回転部材の公転中にこの偏心量すなわち公転半径を変更することができるので、出力回転部材の多様な運動を容易におこなわせることができる。このような機能を利用して回転切削工具を自転かつ公転させることにより、複雑な切削加工が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】この発明の回転動力伝達装置を使用した主軸頭の一例を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の回転動力伝達装置を使用した他の主軸頭を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１入力軸
３，７ローラ
６円筒体
８出力軸
１１，１２回転装置
１５主軸モータ
２０公転軸モータ
２６位相決めモータ

Claims

入力回転部材からその入力回転部材に対して偏心した軸線を中心に回転する出力回転部材に回転動力を伝達する回転動力伝達装置において、
前記入力回転部材および出力回転部材の外周側に配置され、これら入力回転部材と出力回転部材とに対して偏心した軸線を中心に回転可能なリング部材と、
前記入力回転部材の外周部とリング部材の内周部とに接触して自転することにより入力回転部材とリング部材との間でトルクを伝達する第１のローラと、
前記出力回転部材の外周部とリング部材の内周部とに接触して自転することによりリング部材と出力回転部材との間でトルクを伝達する第２のローラと、
前記第１のローラと第２のローラとの前記リング部材の内周部に沿った公転方向での相対的な位相を変化させる相対位相変更機構と
を備えていることを特徴とする回転動力伝達装置。
前記第１および第２のローラを、同速度で同方向に公転させる公転機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転動力伝達装置。
前記第１および第２のローラを同方向に公転させつつこれら第１のローラと第２のローラとの公転方向での相対的な位相を変化させる公転機構を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転動力伝達装置。