JP2000205358A - 回転動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力軸の回転振動を抑制することのできる回
転動力伝達装置を胎教する。 【解決手段】 入力軸４と出力軸９との間でトルクを伝
達する回転動力伝達装置であって、ローラ１４，１５，
２０，２１を介してトルクを伝達する第１のトルク伝達
経路と、歯車５，１６，１７，２３，２２，１２によっ
てトルクを伝達する第２のトルク伝達経路とが、前記入
力軸４と出力軸９との間に、互いに並列に設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入力軸と出力軸
との間でトルクを伝達するための回転動力伝達装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】比較的長い距離に亘って製品などを搬送
したり、比較的広い範囲に亘って所定の加工を施したり
する場合の動力源として、一般には、モータやエンジン
などの回転動作をおこなう装置が使用されている。その
ために、各種の機械装置類では、動力源から機能部材に
対して動力を伝達するための伝動機構が設けられてい
る。

【０００３】この種の伝動機構としては、歯車を使用し
た機構やベルトまたはチェーンなどを使用した巻き掛け
伝動機構、摩擦車を使用した摩擦伝動機構などが知られ
ている。これらのうち、歯車伝動機構は、駆動側の部材
と出力側の部材とが互いに噛み合っている歯によって連
結されるから、回転速度が正確でかつ伝達可能なトルク
の大きいなどの利点がある。そこで例えば特開昭６３−
２１２４４２号公報に記載されているようなコンタリン
グ加工をおこなうための主軸頭の機構として歯車機構を
採用すれば、工具の回転数を正確に制御し、また切削ト
ルクを大きくすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、歯車機
構では、歯の噛み合いと噛み合い状態からの離脱とが連
続的に生じるので、騒音や歯面の滑りによる発熱が大き
くなり、これに加えて歯の噛み合いと離脱とのためにバ
ックラッシが不可欠であるから、負荷の変動などに起因
して振動が発生する不都合がある。特に上述した公報に
記載されているコンタリング加工のための伝動機構とし
て使用した場合には、工具の自転と公転とを同時に生じ
させるので、高速回転時の振動が顕著になり、その振動
が加工面に転写されて加工精度が悪化し、また工具の寿
命が低下するなどの問題が生じる。

【０００５】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、高速回転させた場合の振動を抑制する
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。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は、上記の目的を達成するために、入力軸と出力軸との
間でトルクを伝達する回転動力伝達装置において、ロー
ラを介してトルクを伝達する第１のトルク伝達経路と、
歯車によってトルクを伝達する第２のトルク伝達経路と
が、前記入力軸と出力軸との間に、互いに並列に設けら
れていることを特徴とするものである。

【０００７】したがってこの発明においては、ローラを
介した第１のトルク伝達経路と歯車を介した第２のトル
ク伝達経路との２つの経路を経て入力軸と出力軸との間
でトルクが伝達される。その場合、歯車にはバックラッ
シがあってこれが噛み合い部分でのガタの要因になる
が、出力軸に対する負荷の変動などが生じても、ローラ
を介した第１のトルク伝達経路でのトルクが、歯車の噛
み合いを維持する方向に常時作用しているので、噛み合
っている歯の面が互いに離隔する方向の相対回転が繰り
返し生じること、すなわちバックラッシで許容される振
動が抑制される。

【０００８】

【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。図１はこの発明の一例を概略的
に示す断面図であり、ここに示す例は、切削機械の主軸
頭に適用した例である。円筒状をなすハウジング１の一
端部に、スリーブ２がはめ込まれて固定されている。こ
のスリーブ２の内周側に、一対の軸受３によって入力軸
４が回転自在に支持されており、この入力軸４の後端部
はハウジング１の後方に延び、図示しない主軸モータに
連結されている。また入力軸４の先端部は、スリーブ２
から突出し、ハウジング１の内部に位置している。そし
てこの入力軸４の先端部の外周に駆動ギヤ５が形成され
ている。なお、この駆動ギヤ５は、入力軸４とは別に製
造したものを入力軸４に固定した構造のものであっても
よい。

【０００９】またハウジング１の先端側（図１での左
側）の開口端部に偏心スリーブ６が挿入され、軸受７に
よって回転自在に支持されている。この偏心スリーブ６
は、内周側の中空部８が、外周面に対して偏心して成形
された円筒状の部材であり、その中空部８の内部に出力
軸９が一対の軸受１０によって回転自在に支持されてい
る。したがって偏心スリーブ６が自転することにより、
その内部に保持されている出力軸９が、偏心スリーブ６
の回転軸心を中心に公転するようになっている。このよ
うにして出力軸９の偏心量を変更するために、偏心スリ
ーブ６の先端部には、図示しない駆動歯車に噛合する公
転用歯車１１が固定されている。

【００１０】そして前記入力軸４の中心軸線が、出力軸
９の中心軸線の公転円の円周上に配置されている。した
がって入力軸４に対する出力軸９の偏心量が、出力軸９
の偏心スリーブ６に対する偏心量の２倍からゼロの範囲
で変化するように構成されている。

【００１１】出力軸９の先端部は、ハウジング１の先端
方向に延び、図示しない切削工具を取り付けるように構
成され、また後端部は、偏心スリーブ６から突出し、前
記入力軸４の先端部に接近している。そしてこの出力軸
９の後端部の外周に、出力ギヤ１２が形成されている。
なお、この出力ギヤ１２は、出力軸９とは別に製造させ
たものを出力軸９に固定一体化したものであってもよ
い。

【００１２】これらの入力軸４の先端部と出力軸９の後
端部とを包囲するようにこれらの外周側に伝動スリーブ
１３が配置されている。この伝動スリーブ１３は、前記
偏心スリーブ６の回転中心軸線と同一の軸線を中心に回
転する円筒体であって、図２に示すように、その内周面
と前記入力軸４の外周面との間に、１つの大径の伝動ロ
ーラ１４とそれより小径の２つの伝動ローラ１５とが圧
入されている。

【００１３】これらの伝動ローラ１４，１５は、入力軸
４と伝動スリーブ１３との間でトルクを伝達するための
ものであって、伝動ローラ１４，１５の外周面に高粘性
油（図示せず）が充填され、その油膜の剪断抵抗力によ
ってトルクを伝達するようになっている。すなわちいわ
ゆるトラクションドライブ機構として構成されている。
また、大径の伝動ローラ１４の先端部（図１での左端
部）の外周に、前記入力軸４における駆動ギヤ５に噛合
したギヤ１６が形成されている。そして、前記伝動スリ
ーブ１３の内周面の一部には、そのギヤ１６に噛合する
内歯歯車であるギヤ１７が形成されている。なお、各伝
動ローラ１４，１５は、前記スリーブ２に突設した支持
軸１８に軸受１９を介して回転自在に支持されている。

【００１４】さらに、伝動スリーブ１３の内周面と出力
軸９の外周面との間に、図３に示すように、１つの大径
の伝動ローラ２０と２つの小径の伝動ローラ２１とが圧
入されている。これらの伝動ローラ２０，２１は、前述
した伝動ローラ１４，１５と同様に、高粘性油の油膜に
作用する剪断抵抗力によってトルクを伝達するトラクシ
ョンドライブ機構を構成しており、伝動スリーブ１３と
出力軸９との間でのトルク伝達を媒介するようになって
いる。また、大径の伝動ローラ２０の後端部（図１での
右端部）の外周に、前記出力軸９における出力ギヤ１２
に噛合したギヤ２２が形成されている。そして、前記伝
動スリーブ１３の内周面の一部には、そのギヤ２２に噛
合する内歯歯車であるギヤ２３が形成されている。な
お、各伝動ローラ１４，１５は、前記スリーブ２に突設
した支持軸２４に軸受２５を介して回転自在に支持され
ている。すなわち偏心スリーブ６の回転と共に公転する
ようになっている。

【００１５】したがって図１に示す装置は、各伝動ロー
ラ１４，１５，２０，２１および伝動スリーブ１３によ
って構成されるトラクションドライブ機構に相当する第
１のトルク伝達経路と、各ギヤ５，１６，１７，２３，
２２，１２によって構成されるギヤドライブ機構に相当
する第２のトルク伝達経路とを備えている。

【００１６】つぎに上述した装置の作用について説明す
る。図示しないモータなどの動力源から入力軸４にトル
クを入力してこれを回転させると、その外周面と伝動ロ
ーラ１４，１５との間に形成されている油膜に剪断作用
が生じ、それに伴う剪断抵抗力によって伝動ローラ１
４，１５にトルクが伝達される。またこれと同時に、入
力軸４に形成してある駆動ギヤ５が大径の伝動ローラ１
４におけるギヤ１６に噛合しているので、これらのギヤ
５，１６を介して伝動ローラ１４にトルクが伝達され
る。

【００１７】また、各伝動ローラ１４，１５と伝動スリ
ーブ１３との間に形成されている油膜に、各伝動ローラ
１４，１５がトルクを受けて回転することにより剪断作
用が生じ、その結果、この油膜を介して伝動スリーブ１
３にトルクが伝達される。これと同時に、大径の伝動ロ
ーラ１４のギヤ１６と伝動スリーブ１３のギヤ１７とが
噛み合っていることにより、これらのギヤ１６，１７を
介して伝動スリーブ１３にトルクが伝達される。これら
のトラクションドライブおよびギヤドライブと同様に、
伝動スリーブ１３から出力軸９に対しては、伝動ローラ
２０，２１を介したトラクションドライブと、ギヤ２
３，２２，１２を介したギヤドライブとによってトルク
が伝達される。

【００１８】各ローラ１４，１５，２０，２１を介した
トラクションドライブでは、高粘性油の剪断作用によっ
てトルクが伝達されるから、駆動側と出力側との相対的
な滑りが大きいほど、伝達トルクが大きくなり、また所
定の滑り率以上では伝達トルクが増大せずに一定になっ
てしまう。これに対してギヤ５，１６，１７，２３，２
２，１２を介したギヤドライブでは、伝達トルクが大き
くなるほど、噛み合い面の面圧が高くなるとともに、噛
み合っている歯がその弾性によって若干変形する。

【００１９】したがってこのギヤドライブ機構を構成し
ている第２のトルク伝達経路が弾性系を構成し、そのた
め、出力軸９に対する負荷の変動などに起因して振動が
生じる。これに対してトラクションドライブ機構を構成
している第１のトルク伝達経路では、高粘性油の油膜を
介したトルクの伝達をおこなうから、弾性振動に対して
は減衰器として機能する。その結果、出力軸９に切削工
具を取り付けて断続切削をおこなうなどのことにより出
力軸９に対する負荷が連続的かつ繰り返し変化するとし
ても、出力軸９の回転の振動が抑制される。そのため、
切削精度や工具寿命が低下することが回避される。

【００２０】図４は上記の図１に示す装置の振動特性を
説明するための説明図であり、符号Ａが入力軸を示し、
ここに振動のない一定レベルの入力が作用している。ま
た符号Ｂは出力軸を示し、入力軸Ａとの間に、第１のト
ルク伝達経路における油膜Ｃと、この油膜Ｃに対して並
列でかつ互いに直列の歯車の弾性系Ｄおよびガタ（バッ
クラッシ）Ｅとが配列されている。出力軸Ｂに加工振動
などの外乱が作用した場合、ギヤドライブのみであれば
符号Ｖ1 で示すように出力軸の振動が激しくなるが、図
１に示す装置は、油膜を介したトルクをおこなうトラク
ションドライブを併用しているので、符号Ｖ2 で示すよ
うに出力軸の振動が大幅に抑制される。

【００２１】つぎにこの発明の他の具体例を図５を参照
して説明する。ここに示す例は、ギヤドライブ機構に相
当する第２のトルク伝達経路に弾性機構を設けた例であ
る。すなわち円筒状をなすハウジング１の一端部に、ス
リーブ２がはめ込まれて固定されている。このスリーブ
２の内周側に、一対の軸受３によって入力軸３０が回転
自在に支持されており、この入力軸３０の後端部はハウ
ジング１の後方に延び、図示しない主軸モータに連結さ
れている。また入力軸３０の先端部は、スリーブ２から
突出し、ハウジング１の内部に位置している。

【００２２】またハウジング１の先端側（図５での左
側）の開口端部に偏心スリーブ６が挿入され、軸受７に
よって回転自在に支持されている。この偏心スリーブ６
は、内周側の中空部８が、外周面に対して偏心して成形
された円筒状の部材であり、その中空部８の内部に出力
軸９が一対の軸受１０によって回転自在に支持されてい
る。したがって偏心スリーブ６が自転することにより、
その内部に保持されている出力軸９が、偏心スリーブ６
の回転軸心を中心に公転するようになっている。このよ
うにして出力軸９の偏心量を変更するために、偏心スリ
ーブ６の先端部には、図示しない駆動歯車に噛合する公
転用歯車１１が固定されている。

【００２３】そして前記入力軸３０の中心軸線が、出力
軸９の中心軸線の公転円の円周上に配置されている。し
たがって入力軸３０に対する出力軸９の偏心量が、出力
軸９の偏心スリーブ６に対する偏心量の２倍からゼロの
範囲で変化するように構成されている。

【００２４】出力軸９の先端部は、ハウジング１の先端
方向に延び、図示しない切削工具を取り付けるように構
成され、また後端部は、偏心スリーブ６から突出し、前
記入力軸３０の先端部に所定の間隔をあけて接近してい
る。これらの入力軸３０の先端部と出力軸９の後端部と
を包囲するようにこれらの外周側に伝動スリーブ３１が
配置されている。この伝動スリーブ３１は、前記偏心ス
リーブ６の回転中心軸線と同一の軸線を中心に回転する
円筒体であって、その内周面と前記入力軸３０の外周面
との間に、１つの大径の伝動ローラ３２と２つの小径の
伝動ローラ３３とが圧入されている。これらの伝動ロー
ラ３２，３３は、入力軸３０と伝動スリーブ３１との間
でトルクを伝達するためのものであって、伝動ローラ３
２，３３の外周面に高粘性油（図示せず）が充填され、
その油膜の剪断抵抗力によってトルクを伝達するように
なっている。すなわちいわゆるトラクションドライブ機
構として構成されている。なお、各伝動ローラ３２，３
３は、前記スリーブ２に突設した支持軸３４に軸受３５
を介して回転自在に支持されている。

【００２５】さらに、伝動スリーブ３１の内周面と出力
軸９の外周面との間に、１つの大径の伝動ローラ３６と
２つの小径の伝動ローラ３７とが圧入されている。これ
らの伝動ローラ３６，３７は、前述した伝動ローラ３
２，３３と同様に、高粘性油の油膜に作用する剪断抵抗
力によってトルクを伝達するトラクションドライブを構
成しており、伝動スリーブ３１と出力軸９との間でのト
ルク伝達を媒介するようになっている。なお、これらの
伝動ローラ３６，３７は、前記偏心スリーブ６に突設し
た支持軸３８によって軸受３９を介して回転自在に支持
されている。すなわち偏心スリーブ６の回転と共に公転
するようになっている。

【００２６】したがって図５に示す装置は、各伝動ロー
ラ３２，３３，３６，３７および伝動スリーブ３１を介
して入力軸３０と出力軸９との間でトルクを伝達するよ
うに構成されている。すなわち入力軸３０が回転するこ
とにより、その外周側の伝動ローラ３２，３３にトルク
が伝達されてこれが自転し、その結果、その伝動ローラ
３２，３３の外周側に嵌合している伝動スリーブ３１が
回転する。その伝動スリーブ３１からその内周側に圧入
されている他の伝動ローラ３６，３７にトルクが伝達さ
れ、この伝動ローラ３６，３７が自転する。そしてこれ
らの伝動ローラ３６，３７の内周側に出力軸９が圧入状
態で嵌合しているので、伝動ローラ３６，３７からこの
出力軸９にトルクが伝達される。

【００２７】その場合、入力軸３０の回転方向に対して
伝動スリーブ３１の回転方向が反対になるが、この伝動
スリーブ３１の回転方向に対して出力軸９の回転方向が
反対になるので、結局、出力軸９が入力軸３０と同方向
に同速度で回転する。なお、ハウジング１の全体を入力
軸３０の中心軸線を中心に回転させれば、出力軸９を自
転させつつ公転させることができ、またその状態で偏心
スリーブ６を回転させれば、出力軸９の偏心量が変化す
るので、その公転半径を変更することができる。

【００２８】図５に示す装置は、上記の伝動ローラ３
２，３３，３６，３７および伝動スリーブ３１を介した
トラクションドライブ機構に相当する第１のトルク伝達
経路と並列に第２のトルク伝達経路を備えている。すな
わち前記入力軸３０は、中空状に形成されており、その
内部にギヤ軸４０が回転自在に挿入されている。このギ
ヤ軸４０の前後両端部に入力軸３０の内径とほぼ等しい
外径のボス部４１が形成されており、これらのボス部４
１の間が捩り弾性力を生じる小径のトーションバー４２
として形成されている。このトーションバー４２に対し
て後端側のボス部４１が入力軸３０の内部にスプライン
嵌合している。さらに、ギヤ軸４０の先端部は入力軸３
０の先端側に延びて突出しており、その先端部に入力軸
３０の外径より大径の駆動ギヤ４３が一体的に設けられ
ている。

【００２９】また、前記出力軸９の後端部の外周に出力
ギヤ１２が形成されている。そしてこの出力ギヤ１２と
前記の駆動ギヤ４３とに噛合する内歯歯車であるリング
ギヤ４４が設けられている。このリングギヤ４４は、前
記スリーブ２に連結されている環状のリテーナ４５の内
周側に軸受４６によって回転自在に保持されている。し
たがって入力軸３０と出力軸９との間には、トーション
バー４２および各ギヤ４３，４４，１２によって構成さ
れたギヤドライブ機構に相当する第２のトルク伝達経路
が設けられている。

【００３０】したがって図５に示す構成の装置では、駆
動ギヤ４３の入力軸３０に対する捩り弾性が、トーショ
ンバー４２によって設定された弾性となり、図１に示す
装置では、ギヤの歯の弾性によっていたのに対して弾性
係数が小さくなる。すなわち柔らかくなる。そのため出
力軸９に対する負荷が大きくなった場合の入力軸３０と
出力軸９との相対回転が生じやすいと同時に相対回転に
よって蓄積されるトルクが小さくなる。その結果、出力
軸９に対して加工振動などの外乱が作用した場合であっ
ても、トラクションドライブ機構に相当する第１のトル
ク伝達経路での油膜による粘性と相俟って出力軸９の振
動が抑制される。その状態を図４に符号Ｖ3 で示してあ
る。

【００３１】なお、この発明は上述した具体例に限定さ
れないのであって、この発明におけるローラを介してト
ルクを伝達する第１のトルク伝達経路は、要は、ローラ
がトルク伝達に介在していればよいのであって、図１や
図５に示すわゆる差動機構を２組連結した構成に限定さ
れない。また、この発明における弾性機構は、上述した
トーションバーに限定されないのであって、円周方向に
向けて配置した弾性体やバネなどによって構成してもよ
く、またその配置位置は、入力軸と駆動ギヤとの間に限
られないのであって、歯車を介して入力軸から出力軸に
トルクを伝達するトルク伝達経路の途中に設けられてい
ればよい。

【００３２】ここでこの発明の好ましい実施の態様を列
記すれば以下のとおりである。請求項１に記載された構
成に加えて、前記第１のトルク伝達経路が、前記ローラ
の外周面に形成されている油膜を介してトルクを伝達す
るように構成されていることを特徴とする回転動力伝達
装置。また、前記第２のトルク伝達経路に、前記歯車を
その回転方向に押圧する弾性機構が設けられていること
を特徴とする回転動力伝達装置。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ローラを介した第１のトルク伝達経路と歯車を介した第
２のトルク伝達経路との２つの経路を経て入力軸と出力
軸との間でトルクが伝達され、その場合、出力軸に対す
る負荷の変動などが生じても、ローラを介した第１のト
ルク伝達経路でのトルクが、歯車の噛み合いを維持する
方向に常時作用しているので、噛み合っている歯の面が
互いに離隔する方向の相対回転が繰り返し生じること、
すなわちバックラッシで許容される振動を抑制すること
ができる。

【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線に沿う矢視断面図である。

【図３】 図１のIII−III線に沿う矢視断面図である。

【図４】 この発明に係る装置の出力軸の振動特性を説
明するための図である。

【図５】 この発明の他の例を模式的に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

４，３０…入力軸、 ９…出力軸、 １３，３１…伝動
スリーブ、 １４，１５，２０，２１，３２，３３，３
６，３７…伝動ローラ、 ５，１６，１７，１２，２
２，２３，４３，４４，４６…ギヤ、 ４２…トーショ
ンバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と出力軸との間でトルクを伝達す
   る回転動力伝達装置において、 ローラを介してトルクを伝達する第１のトルク伝達経路
   と、歯車によってトルクを伝達する第２のトルク伝達経
   路とが、前記入力軸と出力軸との間に、互いに並列に設
   けられていることを特徴とする回転動力伝達装置。