JP2018080748A - 回転伝達装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれの許容性が十分に得られ、弾性力や摩擦力の伝達を回避できる回転伝達装置を提供する。
【解決手段】回転伝達装置1は、第1部材4、第2部材5、中間部材6を有する。第1部材4と中間部材6とは第1回動機構10で接続され、第2部材5と中間部材6とは第2回動機構20で接続される。第2回動機構20は、第2部材5と中間部材6との一方に支持されて第2回動軸A2方向に延びる第2径方向ピン21と、第2径方向ピン21の異なる位置に配置されて各位置で一対が第2径方向ピン21を両側から挟むローラ24と、ローラ24の各々を支持しかつ第2部材5と中間部材6との他方に支持されて第2回動軸A2方向に延びる軸方向ピン22とを有し、ローラ24と軸方向ピン22との間には、ローラ24を軸方向ピン22に対して回転自在かつ回転軸の方向へ移動自在に支持するストロークベアリング23が介装される。
【選択図】図3

Description

本発明は回転伝達装置に関し、回転可能な2つの部材を連結して相互に回転を伝達するとともに、連結する各部材の回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれを許容できる回転伝達装置に関する。
従来、回転可能な2つの部材を連結して相互に回転を伝達する際、例えば回転軸を延長したり回転軸端部に他の回転要素を接続したりする際に、様々な形式の回転伝達装置が利用されている。このような回転伝達装置は軸継手、ジョイントあるいはカップリングとも呼ばれる。
このような回転伝達装置においては、基本機能として、連結する2つの回転部材間で相互に回転力および回転角度位置を伝達することが要求される。さらに、真円度測定機など、高精度の回転機構に適用される際には、各回転軸間の傾き、芯ずれ、軸ずれを許容できることが要求される。
真円度測定機では、ワークの外周の真円度を高精度で測定するために、ワークを載置するテーブルの回転精度を高めている。このようなテーブルを回転させるために、回転力を伝達する駆動軸が接続される。
ここで、テーブル側と駆動軸との間には、傾き(偏角、各々の回転中心軸の傾き)、芯ずれ(偏心、各々の回転中心軸の軸線交差方向のずれ)、軸ずれ(各々の回転中心軸の軸方向のずれ、軸の進退)が避けられない。
このような傾き、芯ずれ、軸ずれが駆動軸からテーブルへとそのまま伝達されると、テーブルの回転精度に影響を及ぼすことがある。
このような問題に対し、従来、前述のような傾き、芯ずれ、軸ずれを緩和あるいは吸収できる各種の回転伝達装置(自在継手、フレキシブルジョイントあるいはフレキシブルカップリング)が提案されている。
特許文献1は、いわゆるディスク式の回転伝達装置であり、同軸一連に配置された一対の回転軸を連結するにあたり、各回転軸と直交方向のディスク部材を介在させ、回転の伝達を行っている。そして、ディスクの変形を利用して各回転軸の傾き、軸方向のずれをそれぞれ許容している。
ただし、各回転軸の芯位置はディスク部材に対して固定されるため、芯ずれには対応が難しい。
特許文献2は、いわゆるクロスジョイント式の回転伝達装置であり、同軸一連に配置された一対の回転軸を連結するにあたり、各回転軸と直交方向かつ互いに交差方向に配置された2本の連結ピンを介在させ、回転の伝達を行っている。そして、交差方向の2本のピンを軸として回動することで回転軸の傾きを許容するとともに、各ピンに沿ってそれぞれ長手方向に変位することで回転軸の芯ずれを許容している。
ただし、回転軸に沿った方向には変位できないため、軸ずれには対応が難しい。
特許文献3は、いわゆるオルダム式の回転伝達装置であり、回転軸交差方向に延びる凸条と凹溝とで構成されるスライド構造を2組、互いに交差方向に組み合わせ、回転の伝達を行っている。そして、各スライド構造がその長手方向に変位することで各回転軸の芯ずれを許容し、各スライド構造の凸条と凹溝とが傾くように変位することで各回転軸の傾きを許容し、さらに各スライド構造の凸条と凹溝とが軸方向へ変位することで軸方向のずれを許容している。
ただし、オルダム式の回転伝達装置では、互いに長手方向へ摺動可能な凸条と凹溝とを嵌合させており、組み立てにあたって相互の嵌め合い隙間が必要であり、スライドを行うためにも所定の隙間が必要である。このような隙間があることで、オルダム式の回転伝達装置では、回転伝達にあたってバックラッシュが発生し、回転角度位置の精度に影響が避けられない。
このようなオルダム式の回転伝達装置の問題を解決するために、本願発明者により、新たな回転伝達装置が提案されている(特許文献4)。
特許文献4の回転伝達装置は、オルダム式の特徴である交差方向のスライド構造を基本としつつ、スライド構造のスライダの位置をガイド面に対して調整する機構を設け、これにより動作時のバックラッシュを解消している。
また、本願出願人により、前述したディスク式およびクロスジョイント式を組み合わせ、各々の問題を解決した新たな回転伝達装置が提案されている(特許文献5)。
特許文献5の回転伝達装置は、クロスジョイント式の構造にディスクを組み合わせ、その弾性を利用してクロスジョイント式で難しかった軸ずれへの対応を可能としている。
特開2010−203469号公報 特開2008−208952号公報 実用新案登録第2512843号公報 特開2014−34996号公報 特開2014−34997号公報
前述した特許文献4あるいは特許文献5の回転伝達装置により、従来の回転伝達装置では困難であった回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれの全てに対する許容性が得られるようになった。
しかし、これらの特許文献4あるいは特許文献5の回転伝達装置であっても、更なる高精度を追求する過程で、次のような課題が生じていた。
すなわち、特許文献4においては、交差方向のスライド構造により芯ずれの対応が円滑に行われる。しかし、回転軸の傾きに対してはガイド面とスライダとのすべり案内が伴い、軸ずれについては専らガイド面とスライダとのすべり案内で対応することになる。このようなすべり案内があると、そこで摩擦力が伝達することになり、高精度な回転伝達に影響を及ぼす可能性がある。
また、特許文献5においては、交差方向のクロスジョイント構造により回転軸の傾きおよび芯ずれの対応が円滑に行われる。しかし、軸ずれについては専らディスクの弾性変形を利用しており、弾性力が伝達することになり、高精度な回転伝達に影響を及ぼす可能性がある。
本発明の目的は、回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれの許容性が十分に得られるとともに弾性力や摩擦力の伝達を回避できる回転伝達装置を提供することにある。
本発明の回転伝達装置は、同じ回転軸を中心に回転する一対の回転部材を相互に連結する回転伝達装置であって、前記一対の回転部材のいずれか一方に接続された第1部材と、前記一対の回転部材のいずれか他方に接続された第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する中間部材とを有し、前記第1部材と前記中間部材とは、前記回転軸と交差する第1回動軸まわりに回動可能かつ前記第1回動軸の方向へ移動可能な第1回動機構を介して接続され、前記第2部材と前記中間部材とは、前記回転軸および前記第1回動軸と交差する第2回動軸まわりに回動可能かつ前記第2回動軸の方向へ移動可能な第2回動機構を介して接続され、前記第2回動機構は、前記第2部材と前記中間部材とのいずれか一方に支持されて前記第2回動軸の方向へ延びる第2径方向ピンと、前記第2径方向ピンの異なる位置に配置されて各位置で一対が前記第2径方向ピンを両側から挟むローラと、前記ローラの各々を支持しかつ前記第2部材と前記中間部材とのいずれか他方に支持されて前記第2回動軸の方向へ延びる軸方向ピンとを有し、前記ローラと前記軸方向ピンとの間には、それぞれ前記ローラを前記軸方向ピンに対して回転自在かつ前記回転軸の方向へ移動自在に支持するストロークベアリングが介装されていることを特徴とする。
本発明では、第1回動機構および第2回動機構によりクロスジョイント式の基本機能が得られる。すなわち、回転伝達にあたって、第1回動軸および第2回動軸の各々に対して回動可能であるため、回転軸の傾きを許容できる。また、第1回動軸および第2回動軸の各々に沿って移動可能であるため、回転軸の芯ずれを許容できる。
さらに、本発明では、第2回動機構において、第2径方向ピンおよびローラを用いて第2回動軸に対する回転および軸線移動を許容するとともに、ローラと軸方向ピンとの間のストロークベアリングにより、軸方向の移動を許容することができる。
つまり、本発明では、第2回動機構において、軸ずれを許容することができる。この際、ストロークベアリングにおいては、軸方向ピンとローラとの間の相対移動に弾性力を生じず、摩擦力も無いか極微量にできる。
従って、本発明の回転伝達装置によれば、回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれの許容性が十分に得られるとともに、弾性力や摩擦力の伝達を回避することができる。
本発明で採用するストロークベアリングは、ストロークブッシュ、スライドロータリーブッシュ、リニアベアリングあるいはリニアブッシュとも呼ばれる構造要素である。
ストロークベアリングは、具体的な構成として、筒状のスリーブ(またはブッシュ)と、その内側に同軸で挿通されたピン(またはシャフト)と、スリーブの内周面とピンの外周面との間に介装された多数のボールとを有する。これらのボールは、スリーブの内周面およびピンの外周面に対して極僅かな遊びで転動自在とされ、これによりスリーブとピンとは互いに回転自在かつ回転軸線方向へ移動自在とされる。
一般に、多数のボールはリテーナで保持される。また、リップシールなどにより、ボールおよびリテーナが収容された部分の防水および防塵が図られる。
多数のボールによる転動に代えて、ポリアセタール樹脂などの低摩擦性材料を摺動面にしたものも利用することができる。
本発明の回転伝達装置において、前記第1回動機構は、前記第1部材と前記中間部材とのいずれか一方に支持されて前記第1回動軸の方向へ延びる第1径方向ピンと、前記第1径方向ピンが挿通されかつ前記第2部材と前記中間部材とのいずれか他方に支持されたブラケットとを有し、前記第1径方向ピンと前記ブラケットとの間には、それぞれ前記第1径方向ピンを前記ブラケットに対して回転自在かつ前記第1回動軸の方向へ移動自在に支持するストロークベアリングが介装されていることが好ましい。
本発明では、第1部材と中間部材とが、第1径方向ピン、ストロークベアリングおよびブラケットを介して連結される。この際、第1径方向ピンとブラケットとは、ストロークベアリングを介して連結され、第1回動機構としての第1回動軸まわりの回動および第1回動軸に沿った移動を円滑に行うことができる。
本発明の回転伝達装置によれば、回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれの許容性が十分に得られるとともに、弾性力や摩擦力の伝達を回避することができる。
本発明の第1実施形態を示す第2部材側の斜視図。 前記第1実施形態を示す第1部材側の斜視図。 前記第1実施形態を示す分解斜視図。 本発明の第2実施形態を示す分解斜視図。 本発明の第3実施形態を示す分解斜視図。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
図1から図3には、本発明の第1実施形態が示されている。
図1および図2に示すように、本実施形態の回転伝達装置1は、同じ回転軸A0を中心に回転する一対の回転部材2,3を相互に連結するものである。
本実施形態において、回転伝達装置1は、例えば真円度測定機の載物テーブルと駆動軸との連結部分に適用され、円柱状の軸部材(駆動軸側)が回転部材2とされ、円盤状の部材(テーブル側)が回転部材3とされている。
図3にも示すように、回転伝達装置1は、回転部材2,3の回転軸A0と同軸で配列された第1部材4、第2部材5および中間部材6を有する。
第1部材4は、ブロック状の本体41を有し、本体41はボルト42により回転部材2の端部に締結される。
第2部材5は、円盤状の本体51を有し、本体51はボルト52により回転部材3に締結される。
中間部材6は、ブロック状の本体61を有し、第1部材4との間に第1回動機構10が形成され、第2部材5との間に第2回動機構20が形成される。
第1回動機構10は、第1部材4と中間部材6とを接続するものである。
第1回動機構10においては、回転軸A0に交差する方向へ延びる第1回動軸A1まわりに回動可能、かつ第1回動軸A1方向に移動可能である。
このために、第1回動機構10は以下の構成を有する。
中間部材6の本体61には、互いに反対側の側面に、第1回動軸A1方向に延びる一対の第1径方向ピン11が、圧入などにより固定されている。
第1部材4の本体41には、互いに反対側の側面に、一対のブラケット12がボルト14で固定されている。
ブラケット12にはストロークベアリング13が嵌め込まれ、ストロークベアリング13には第1径方向ピン11が挿入され、ブラケット12と第1径方向ピン11とは第1回動軸A1方向に移動可能かつ第1回動軸A1まわりに回動可能である。
これらの第1径方向ピン11、ブラケット12、ストロークベアリング13により、第1回動機構10が構成されている。
第2回動機構20は、第2部材5と中間部材6とを接続するものである。
第2回動機構20においては、回転軸A0および第1回動軸A1の各々と交差する方向へ延びる第2回動軸A2まわりに回動可能、かつ第2回動軸A2方向に移動可能である。
このために、第2回動機構20は以下の構成を有する。
中間部材6の本体61には、第2回動軸A2方向に延びる第2径方向ピン21第2第2径方向ピン21が、一方の側面から反対側の側面へと貫通する状態で設置されている。第2径方向ピン21は、一対のベアリング27を介して本体61に回転自在に支持され、両端の小径部が両側面から露出した状態(本体61から第2回動軸A2方向に突出した状態)で保持されている。
なお、ベアリング27を省略し、第2径方向ピン21を圧入などにより本体61に固定してもよい。
第2部材5の本体51の下面(中間部材6がある側)には、第1回動軸A1に延びる一対の支持部材53がボルト54で固定されている。支持部材53には、それぞれ回転軸A0方向に延びる軸方向ピン22が各一対ずつ計4本、圧入などにより固定されている。各支持部材53に固定された一対の軸方向ピン22は、それぞれ第2径方向ピン21を両側から挟む状態で配置されている(図1および図2参照)。
軸方向ピン22には、それぞれ内側にストロークベアリング23が嵌め込まれたローラ24が装着されている。ローラ24は、ストロークベアリング23により、軸方向ピン22に対して回転軸A0方向に移動可能かつ回転軸A0まわりに回転可能である。
ローラ24は、一対ずつが第2径方向ピン21を両側から挟むとともに、第2径方向ピン21に転動可能である。一対ずつのローラ24は、回転軸A0まわりの回転力を伝達するために、第2径方向ピン21の異なる位置に、なるべく離れた位置を挟むように配置されている。
これらの第2径方向ピン21、軸方向ピン22、ストロークベアリング23およびローラ24により、第2回動機構20が構成されている。
第2回動機構20においては、ローラ24が第2径方向ピン21に転動することで、第2部材5と中間部材6とは第2回動軸A2方向に移動可能である。
また、ローラ24が転動する第2径方向ピン21は、ベアリング27により本体61に対して回動可能であるため、第2部材5と中間部材6とは第2回動軸A2まわりに回動可能である。
さらに、ローラ24が軸方向ピン22に沿って移動することで、第2部材5と中間部材6とは回転軸A0方向に移動可能である。
このような本実施形態では、第1回動機構10および第2回動機構20により、クロスジョイント式の基本機能が得られる。
すなわち、回転伝達にあたって、回転部材2,3は、第1回動軸A1および第2回動軸A2の各々に対して回動可能であるため、回転部材2,3の回転軸A0方向の傾きを許容できる。また、第1回動軸A1および第2回動軸A2の各々に沿って移動可能であるため、回転部材2,3の回転軸A0の芯ずれを許容できる。
さらに、本実施形態では、第2回動機構20において、第2径方向ピン21およびローラ24を用いて第2回動軸A2に対する回転および軸線移動を許容するとともに、ローラ24と軸方向ピン22との間のストロークベアリング23により、回転軸A0方向の移動を許容することができる。
つまり、本実施形態では、第2回動機構20において、回転部材2,3の回転軸A0方向の軸ずれを許容することができる。この際、ストロークベアリング23においては、軸方向ピン22とローラ24との間の相対移動に弾性力を生じず、摩擦力も無いか極微量にできる。
以上により、本実施形態の回転伝達装置1によれば、回転軸A0の傾き、芯ずれ、軸ずれの許容性が十分に得られるとともに、弾性力や摩擦力の伝達を回避することができる。
〔第2実施形態〕
図4には、本発明の第2実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第1実施形態の一部を変更したものであり、基本構成は第1実施形態と同様である。従って、共通の構成については重複する説明を省略し、以下には相違部分についてのみ説明する。
前述した第1実施形態の回転伝達装置1(図3参照)では、中間部材6の本体61に第1径方向ピン11が固定され、ブラケット12にストロークベアリング13が嵌め込まれていた。
これに対し、本実施形態の回転伝達装置1A(図4参照)では、中間部材6の本体61Aにストロークベアリング13が嵌め込まれ、ブラケット12Aに第1径方向ピン11が固定されている。なお、本体61Aはストロークベアリング13を嵌め込むために、厚みが大きくされている。
このような本実施形態では、前述した第1実施形態と同様に、第1径方向ピン11、ブラケット12、ストロークベアリング13により第1回動機構10が構成される。そして、第1回動機構10により、第1部材4と中間部材6とを第1回動軸A1方向に移動可能かつ第1回動軸A1まわりに回動可能に接続することができる。
従って、本実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
なお、他の実施形態として、第1部材4の本体41に第1径方向ピン11を固定し、中間部材6の本体61にブラケット12を固定し、ブラケット12にストロークベアリング13を嵌め込むことで第1回動機構10を構成してもよい。
あるいは、第1部材4の本体41にストロークベアリング13を嵌め込み、中間部材6の本体61にブラケット12を固定し、ブラケット12に第1径方向ピン11を固定することで第1回動機構10を構成してもよい。
このような実施形態によっても、それぞれ前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
〔第3実施形態〕
図5には、本発明の第3実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第1実施形態の一部を変更したものであり、基本構成は第1実施形態と同様である。従って、共通の構成については重複する説明を省略し、以下には相違部分についてのみ説明する。
前述した第1実施形態の回転伝達装置1(図3参照)では、中間部材6の本体61に第2径方向ピン21が固定され、第2部材5の本体51に軸方向ピン22、ストロークベアリング23およびローラ24が設置されていた。
これに対し、本実施形態の回転伝達装置1B(図5参照)では、中間部材6の本体61Bに軸方向ピン22、ストロークベアリング23およびローラ24が設置され、第2部材5の本体51Bに第2径方向ピン21Bが設置されている。
中間部材6の本体61Bは、軸方向ピン22ないしローラ24の一対ずつを離れた位置に設置するために、十分に広い平面形状に拡張されている。
第2部材5の本体51Bには、第1回動軸A1方向に対向する外周の反対側の位置に一対の支持部材53Bがボルト54Bで固定されている。これらの支持部材53Bにより、回転軸A0と交差しかつ第1回動軸A1方向に延びる第2径方向ピン21Bが支持されている。第2径方向ピン21Bは、前述した第1実施形態における一対の第2径方向ピン21に代わるものである。
本実施形態において、ローラ24は、一対ずつが第2径方向ピン21Bを両側から挟むとともに、第2径方向ピン21Bに転動可能である。
一対ずつのローラ24は、回転軸A0まわりの回転力を伝達するために、第2径方向ピン21Bの異なる位置に、なるべく離れた位置を挟むように配置されている。
これらの第2径方向ピン21B、軸方向ピン22、ストロークベアリング23およびローラ24により、第2回動機構20が構成されている。
このような本実施形態においても、前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
〔他の実施形態〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
第1実施形態および第2実施形態で説明した通り、第1回動機構10における第1径方向ピン11、ブラケット12およびストロークベアリング13の配置は適宜変更してよい。
また、第1回動機構10では一対の第1径方向ピン11を用いたが、第3実施形態の第2回動機構20の第2径方向ピン21Bと同様に一連の部材としてもよい。
さらに、第1回動機構10は、第1部材4と中間部材6とを第1回動軸A1まわりに回動可能かつ第1回動軸A1に沿って移動可能であって、回転軸A0まわりの回転力を伝達できればよく、他の結合要素を用いて同様の機能を実現してもよい。
第1実施形態および第3実施形態で説明した通り、第2回動機構20における第2径方向ピン21,21B、軸方向ピン22、ストロークベアリング23およびローラ24の配置は適宜変更してよい。
この際、第2回動機構20は、第2径方向ピン21,21Bおよびローラ24により第2部材5と中間部材6とを第2回動軸A2まわりに回動可能かつ第2回動軸A2に沿って移動可能であって、回転軸A0まわりの回転力を伝達できるようにする。さらに、軸方向ピン22とローラ24とをストロークベアリング23を介して支持することで、回転軸A0に沿って移動ができるように構成すればよい。
前記実施形態において、回転伝達装置1が連結する一対の回転部材2,3としては、円柱状の一般的な軸部材どうし、あるいは円盤状の部材どうしであってもよく、同じ回転軸A0を中心に回転しかつ高精度を要求される一対の回転部材2,3に適用すれば、本発明による優れた効果を得ることができる。
このような回転部材2,3としては、前述した実施形態のように、真円度測定機の駆動軸と、この駆動軸で回転駆動される載物テーブルなどが適用できるが、他の測定機の回転伝達部分や測定機以外の装置の回転伝達部分に適用してもよく、所定のトルクを伝達しつつ角度位置精度が要求される一対の回転部材の連結部分であれば、本発明の回転伝達装置1を適用することで優れた効果を得ることができる。
本発明は、回転可能な2つの部材を連結して相互に回転を伝達するとともに、連結する各部材の回転軸の傾き、芯ずれ、軸ずれを許容できる回転伝達装置として利用できる。
1,1A,1B…回転伝達装置、2,3…回転部材、4…第1部材、5…第2部材、6…中間部材、10…第1回動機構、11…第1径方向ピン、12,12A…ブラケット、13…ストロークベアリング、14…ボルト、20…第2回動機構、21,21B…第2径方向ピン、22…軸方向ピン、23…ストロークベアリング、24…ローラ、41…本体、42…ボルト、51,51B…本体、52,54,54B…ボルト、53,53B…支持部材、61、61A,61B…本体、A0…回転軸、A1…第1回動軸、A2…第2回動軸。

Claims (2)

  1. 同じ回転軸を中心に回転する一対の回転部材を相互に連結する回転伝達装置であって、
    前記一対の回転部材のいずれか一方に接続された第1部材と、前記一対の回転部材のいずれか他方に接続された第2部材と、前記第1部材と前記第2部材とを連結する中間部材とを有し、
    前記第1部材と前記中間部材とは、前記回転軸と交差する第1回動軸まわりに回動可能かつ前記第1回動軸の方向へ移動可能な第1回動機構を介して接続され、
    前記第2部材と前記中間部材とは、前記回転軸および前記第1回動軸と交差する第2回動軸まわりに回動可能かつ前記第2回動軸の方向へ移動可能な第2回動機構を介して接続され、
    前記第2回動機構は、前記第2部材と前記中間部材とのいずれか一方に支持されて前記第2回動軸の方向へ延びる第2径方向ピンと、前記第2径方向ピンの異なる位置に配置されて各位置で一対が前記第2径方向ピンを両側から挟むローラと、前記ローラの各々を支持しかつ前記第2部材と前記中間部材とのいずれか他方に支持されて前記第2回動軸の方向へ延びる軸方向ピンとを有し、
    前記ローラと前記軸方向ピンとの間には、それぞれ前記ローラを前記軸方向ピンに対して回転自在かつ前記回転軸の方向へ移動自在に支持するストロークベアリングが介装されていることを特徴とする回転伝達装置。
  2. 請求項1に記載した回転伝達装置において、
    前記第1回動機構は、前記第1部材と前記中間部材とのいずれか一方に支持されて前記第1回動軸の方向へ延びる第1径方向ピンと、前記第1径方向ピンが挿通されかつ前記第2部材と前記中間部材とのいずれか他方に支持されたブラケットとを有し、
    前記第1径方向ピンと前記ブラケットとの間には、それぞれ前記第1径方向ピンを前記ブラケットに対して回転自在かつ前記第1回動軸の方向へ移動自在に支持するストロークベアリングが介装されていることを特徴とする回転伝達装置。
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