JP5979568B1

JP5979568B1 - 加工装置

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Publication number: JP5979568B1
Application number: JP2015231239A
Authority: JP
Inventors: 森　健一; 健一森
Original assignee: 株式会社カットランドジャパン
Priority date: 2015-06-24
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: US9919387B2; JP2017007080A; JP5966209B1; JP2017009107A; US20160377160A1

Abstract

【課題】加工対象であるパイプに対する工具の軸方向及び径方向の移動・停止、移動速度、移動距離を自在且つ正確にコントロールできる加工装置を提供すること。【解決手段】加工装置１００は、ハウジング１０、面板２０、リングギア３０，４０、工具ホルダ１１０、軸方向移動機構１２０、径方向移動機構１３０、及び差動装置７０を具え、差動装置７０は、モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３と連結されている。差動装置７０により、モータＭ１を駆動し、モータＭ２，Ｍ３を停止させておけば、面板２０及びリングギアを３０，４０を同速で同回転方向に回転させることができ、モータＭ２又はＭ３を駆動すれば、パイプに対する工具の軸方向及び径方向の移動・停止、移動速度、移動距離を自在にコントロールすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、一つの駆動装置の駆動で複数の対象にトルクを出力し、この状態から他の駆動装置を駆動することで複数の対象へのトルクに差動を生じさせる差動装置（以下、単に、「差動装置」ということがある。）を利用可能な、被加工物、具体的には、配管（パイプ）を加工するための装置（以下、単に、「加工装置」ということがある。）に関する。

差動装置を利用した加工装置には、例えば、特許文献１に示されているようなものがある。

特開２０１４−１７２１３４号公報

特許文献１の加工装置は、環状のハウジングと面板、リングギア、工具ホルダ、差動装置、及び２つの駆動装置（モータ）から構成されている。この加工装置は、ハウジングに対称的に設けられた複数のクランプで配管を挟持するという構成で、基本的には配管の外側に固定される。面板とリングギアはハウジングに対して回転可能に支持されており、面板の、ハウジングと反対側の表面上には、工具を具える工具ホルダが装着されている。なお、特許文献１では、工具はバイトであり、バイトとは、配管の開先加工、切断等に用いる刃物である。

この加工装置の面板は、外歯車である面板ギアを有し、リングギアは、外歯車である外周側ギアと、内歯車である内周側ギアを有する。面板及びリングギアは、ハウジングに対して相対的に回転可能に取付けられている。リングギアの内周側ギアは、動力伝達軸上に設けられる動力伝達入力ギアと噛み合っている。動力伝達軸は、面板内部に回転可能に軸支されており、面板の表面に露出している動力伝達出力ギアを具えている。動力伝達出力ギアは、工具ホルダが具える工具送りギアと噛み合い、工具送りギアが回転することによって、ねじ送り機構等を介して、工具が配管に近づく、又は離れる方向に移動する。

特許文献１の加工装置は、メインモータとサブモータの２つのモータを具え、これらのモータは、差動装置に連結されている。差動装置は、モータからのトルクを面板及びリングギアへ伝達する。具体的には、差動装置の作用により、メインモータのみを駆動させた場合、面板とリングギアへ同速且つ同回転方向のトルクを伝達させることができる。一方、この状態からサブモータを駆動させれば、リングギアへ伝達するトルクの回転数を任意に変更することができる。面板とリングギアの回転数の差が生じたとき、リングギアの内周側ギアから動力伝達入力ギアにトルクが伝達され、動力伝達軸を回転させるため、かくして、メインモータとサブモータを操作することにより、工具を配管に対して近づけ、又は遠ざけることができる。

上記のとおり、特許文献１に示されている加工装置によれば、差動装置と連結されるメインモータ及びサブモータの回転数、回転方向をコントロールするだけで、工具の移動・停止、移動速度、移動距離を自在にコントロールすることができる。

しかしながら、工具の移動・停止、移動速度、移動距離を自在にコントロールすることができるのは、特定の１つの方向である。具体的には、特許文献１の図１に示されているような、パイプを切断するための加工装置の場合、パイプに対する径方向のみであり、他方、特許文献１の図２に示されているような、開先加工用の加工装置の場合、パイプに対する軸方向のみである。

すなわち、パイプを切断するための加工装置の場合、パイプに対する工具の軸方向の位置決めは、加工装置の設置個所に基づいて概ね決定されており、加工装置の設置後は事後的に変更することはできない。また、開先加工用の加工装置の場合、パイプに対する工具の径方向の位置決めは、依然として、人がハンドルを操作して、工具を任意の位置に移動させ、決定しているというのが現状である。

なお、特許文献１に示されている差動装置は、基本的には、メインモータのみを駆動したとき、メインモータから伝達されるトルクと同速のトルクが面板とリングギアに出力されるため、面板とリングギアを回転させるために十分な容量を有するモータを使用する必要があり、小型のモータを使用する場合は、別個の減速機構を組込む必要がある。また、差動装置において特に傘歯車を使用している場合、歯車機構に要するスペースが大きく、装置が大型になり易い。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、加工対象であるパイプに対する軸方向及び径方向に工具を自動で移動させることができる加工装置を提供することも目的とする。

本発明は、環状のハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に設けられる、面板ギアを有する環状の面板及び外周側ギアと内周側ギアを有する一対の環状のリングギアと、
前記ハウジング、面板、及びリングギアが被加工物である配管の外径側に位置するように前記ハウジングを前記配管の外径側に固定する、前記ハウジングに取付けられているクランプと、
前記面板に回転可能に軸支され、一方の前記リングギアからトルクが伝達される第一動力伝達入力ギアと該第一動力伝達入力ギアからのトルクを伝達するための第一動力伝達出力ギアを具える第一動力伝達軸と、
前記面板に回転可能に軸支され、他方の前記リングギアからトルクが伝達される第二動力伝達入力ギアと該第二動力伝達入力ギアからのトルクを伝達するための第二動力伝達出力ギアを具える第二動力伝達軸と、
前記第一動力伝達出力ギアのトルクを前記面板の径方向の直線運動に変換する径方向移動機構と、
前記径方向移動機構に設けられ、前記第二動力伝達出力ギアのトルクを前記面板の軸方向の直線運動に変換する軸方向移動機構と、
前記軸方向移動機構に連結され、前記面板側に取付けられる工具ホルダと、
前記面板へトルクを伝達する第一駆動装置、前記一対のリングギアの内一方のリングギアへトルクを伝達する第二駆動装置、及び前記一対のリングギアの内他方のリングギアへトルクを伝達する第三駆動装置を具えることを特徴とする加工装置によって前記課題を解決した。

本発明の加工装置によれば、３つの駆動装置、一対のリングギア、第一・第二動力伝達軸、径方向移動機構及び軸方向移動機構を有するので、径方向移動機構及び軸方向移動機構に連結された工具ホルダ、すなわち、工具を、パイプに対する軸方向と径方向に自動で移動させることができる。

さらに、差動装置を具える加工装置とすれば、第二駆動装置及び第三駆動装置を停止させ、第一駆動装置を駆動することで、面板ギアと一対のリングギアの等速且つ同回転方向の駆動を実現できる。そして、この状態から第二駆動装置と第三駆動装置を駆動し、それらの回転数、回転方向をコントロールすれば、パイプに対する軸方向と径方向の工具の移動・停止、移動速度、移動距離を自在にコントロールすることができる。

また、面板がハウジングに回転可能に支持され、一対のリングギアが面板に対して相対回転可能に取付けられている構成とすれば、面板と一対のリングギアを一つの支持機構でハウジングに対し回転可能に支持することができるので、部品点数の削減に資することができる。

（ａ）は本発明の第一実施形態を表す正面図。（ｂ）はその側方視縦断面図。（ａ）は図１（ａ）の２ａ−２ａ線断面図。（ｂ）は図１（ａ）の２ｂ−２ｂ線断面図。本発明に用いる差動装置の第一実施形態の要部スケルトン図。（ａ）は図１（ａ）の４ａ−４ａ線断面図。（ｂ）は図１（ａ）の４ｂ−４ｂ線断面図。工具ホルダを取付けた状態の本発明の第一実施形態を表す正面視一部縦断面図。本発明の第一実施形態の工具ホルダの正面視縦断面図。図６の７−７線断面図。本発明に用いる差動装置の第二実施形態の要部スケルトン図。

本発明の実施例を図１〜８を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、本発明の加工装置１００は、ハウジング１０、面板２０、及び差動装置７０を具える。差動装置７０は、第一駆動装置であるモータＭ１、第二駆動装置であるモータＭ２、及び第三駆動装置であるモータＭ３を具える（図５参照。）。差動装置７０を介さずに、モータＭ１〜Ｍ３のトルクをそれぞれ、面板２０と第一・第二リングギア３０，４０に伝達させることもできる。しかし、差動装置７０を具えた場合、後述するように、モータＭ１のみの駆動によって面板２０と第一・第二リングギア３０，４０を回転させることができるので好ましい。なお、便宜上、図１（ａ）においては、モータＭ１〜Ｍ３の図示を省略しており、図１（ａ）（ｂ）のいずれにおいても、工具ホルダ１１０（図５参照。）の図示は省略している。モータＭ１，Ｍ２，Ｍ３のモータ容量は特に限定されないが、後述するプラネタリキャリア又は環状ギアを回転させるためには、比較的大きなトルクを要しないため、モータＭ２及びＭ３はモータＭ１に比べて小さいモータ容量のものでよい。

ハウジング１０及び面板２０は、図示されているように、環状であり、ハウジング１０の径方向対称の位置に設けられる一対のクランプＣが配管（パイプ）Ｐの外周面を挟持することによって、加工装置１００は、基本的には、配管Ｐの外径側に固定される。クランプＣは、周知の構造のものを適用すればよいため、これについての説明は省略する。

面板２０は、ハウジング１０に設けられている複数のローラ１２によって、ハウジング１０に対して回転可能に支持されている。環状の第一リングギア３０と第二リングギア４０は、面板２０の両面に対して、それぞれ、相対回転可能に嵌め込まれている。この構成によれば、第一リングギア３０と第二リングギア４０のそれぞれを回転可能に支持するためのローラを用意する必要がないため、その分、部品点数を削減できる。なお、面板２０の片側に第一・第二リングギア３０，４０を並べて配置し、例えば、面板２０に対して第一リングギア３０が相対回転可能に嵌め込まれ、第一リングギア３０に対して第二リングギア４０が相対回転可能に嵌め込まれているという構成とすることも可能である。

後に詳述するが、モータＭ１のトルクは面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０に伝達され、この状態から、モータＭ２，Ｍ３を駆動し、その回転数と回転方向をコントロールすることで、第一リングギア３０又は第二リングギア４０の回転数を自在にコントロールすることができる。そして、第一リングギア３０が面板２０に対して異なる回転数で回転した場合、第一動力伝達出力ギア５４が回転し、第二リングギア４０が面板２０に対して異なる回転数で回転した場合、第二動力伝達出力ギア６４が回転する。

差動装置７０は、モータＭ１からトルクが伝達されるメインギア７２を有する。メインギア７２に伝えられたトルクは、メイントルク出力ギア７４，７５，７６，７７の順に伝えられる（図２も参照。）。メイントルク出力ギア７７は、面板２０の外周に設けられた面板ギア２２（図４（ａ）参照。）と噛み合っているため、結果として、面板２０は、モータＭ１の駆動により回転する。

図２（ｂ）に示すように、メインギア７２は、メイントルク出力ギア７４（図１（ａ）、図２（ａ）参照。）の他に、第一サブトルク入力ギア７８、第二サブトルク入力ギア７９とも噛み合っている。第一サブトルク入力ギア７８と第二サブトルク入力ギア７９の同軸線上には、それぞれ、第一サブギア８２と第二サブギア９２が第一サブトルク入力ギア７８と第二サブトルク入力ギア７９と同速で同回転方向に連動するように設けられている。なお、第一サブギア８２と第二サブギア９２は、傘歯車である。

また、第一サブギア８２と第二サブギア９２の同軸線上には、それぞれ、第一自由歯車８４と第二自由歯車９４が回転可能に設けられている。第一自由歯車８４と第二自由歯車９４は、詳細には、それぞれ、第一入力傘歯車８４ａ、第二入力傘歯車９４ａと、第一出力平歯車８４ｂ、第二出力平歯車９４ｂを具えている。

他方で、第一サブギア８２と第二サブギア９２の同軸線上には、それぞれ、第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３が設けられており、第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３には、第一サブギア８２及び第一入力傘歯車８４ａと噛合う複数の第一プラネタリギア８５、並びに第二サブギア９２及び第二入力傘歯車９４ａと噛合う複数の第二プラネタリギア９５がそれぞれ回転可能に設けられている。第一・第二プラネタリギア８５，９５は、単数でも機能するが、複数設けた方が強度等の観点より望ましい。

第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３には、それぞれ、第一プラネタリキャリアギア８３ａと第二プラネタリキャリアギア９３ａが設けられている。第一プラネタリキャリアギア８３ａと第二プラネタリキャリアギア９３ａは、それぞれ、モータＭ２，Ｍ３からトルクが伝達されるＭ２入力ギア８１とＭ３入力ギア９１と噛合っている（図１（ａ）も参照。）。これにより、モータＭ２，Ｍ３を駆動すれば、第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３を第一サブギア８２又は第二サブギア９２の軸を中心に個別に回転させることができる。

第一入力傘歯車８４ａと連動する第一出力平歯車８４ｂ（図３も参照。）に伝えられたトルクは、第一サブトルク出力ギア８６，８７，８８，８９の順に伝えられ、第二入力傘歯車９４ａと連動する第二出力平歯車９４ｂ（図３も参照。）に伝えられたトルクは、第二サブトルク出力ギア９６，９７，９８，９９の順に伝えられる。第一サブトルク出力ギア８９は、第二リングギア４０の外周に設けられた第二外周側ギア４２（図４（ａ）参照。）と噛み合っており、第二サブトルク出力ギア９９は、第一リングギア３０の外周に設けられた第一外周側ギア３２（図４（ａ）参照。）と噛み合っている。

上記に説明した差動装置７０の構成の要部を簡略に表したものが図３である。ここで、図３を参照して、差動装置７０の動作、すなわち、各モータＭ１〜Ｍ３から面板２０及び一対のリングギア３０，４０へのトルク伝達の流れを説明する。

まず、モータＭ２及びＭ３が停止しているとき、第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３に設けられた第一プラネタリキャリアギア８３ａと第二プラネタリキャリアギア９３ａは、モータＭ２，Ｍ３からトルクが伝達されるＭ２入力ギア８１とＭ３入力ギア９１と噛合っているため、第一プラネタリキャリア８３と第二プラネタリキャリア９３は回転不能に固定される。この状態で、モータＭ１のみを駆動させると、以下のように、矢印Ａ，Ｂ，Ｃからトルクが伝達される。

まず、矢印Ａに出力されるトルクは、メインギア７２から、これと噛合うメイントルク出力ギア７４、及び最終的には面板ギア２２（図４（ａ）参照。）を通じて面板２０に伝達される。

一方、メインギア７２が回転することにより、そのトルクは第一サブトルク入力ギア７８にも伝達される。第一サブトルク入力ギア７８と第一サブギア８２は同速で同回転方向に連動するように設けられているため、第一サブトルク入力ギア７８に伝えられたトルクは第一サブギア８２に伝達される。第一サブギア８２が回転すると、第一プラネタリギア８５が自転（それ自体の軸を中心に回転）し、トルクを第一入力傘歯車８４ａに伝達する。このとき、上記のように、第一プラネタリキャリア８３は回転不能に固定されているから、第一プラネタリギア８５は公転しない。そして、第一入力傘歯車８４ａと第一出力平歯車８４ｂは同速で同回転方向に連動するように設けられているため、かくして、矢印Ｂにトルクが出力される。矢印Ｃへトルクが出力される原理は、矢印Ｂの場合と対称であるから、これについての説明は省略する。このようにして、矢印Ｂ，Ｃに出力されるトルクは、最終的に、第一外周側ギア３２と第二外周側ギア４２を通じて、第一リングギア３０と第二リングギア４０にそれぞれ伝達される（図４（ａ）参照。）。

上記のとおり、モータＭ２及びＭ３を停止させ、モータＭ１のみを駆動すると、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０を回転させることができる。このとき、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０が同速で同回転方向に回転するように、ギアの数量及び各ギア比を設定する。第一リングギア３０又は第二リングギア４０が面板２０に対して異なる回転数で回転した場合、後述するように、第一動力伝達出力ギア５４又は第二動力伝達出力ギア６４が回転し、工具ホルダ１１０（図５参照。）がパイプの軸方向又は径方向に移動するからである。

モータＭ２及びＭ３を停止させ、モータＭ１のみを駆動した状態から、モータＭ２又はＭ３を駆動することにより、下記の通り、第一リングギア３０と第二リングギア４０を面板２０に対して異なる回転数で回転させることができる。なお、モータＭ２を駆動した場合とモータＭ３を駆動した場合の動作は、対称なものであるから、モータＭ２を駆動した場合のみを説明し、モータＭ３を駆動した場合の動作の説明は省略する。

まず、第一プラネタリキャリア８３を固定し、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態から、モータＭ２を駆動して、プラネタリキャリア８３を第一サブギア８２の回転方向と逆方向に回転させると、第一サブギア８２の回転とは相対的に第一プラネタリギア８５が公転するため、第一プラネタリギア８５の自転の回転数が上がる。これに伴い、第一入力傘歯車８４ａの回転数も上がり、結果として、第一入力傘歯車８４ａの回転数は、メインギア７２よりも上がる。かくして、面板２０の回転数に対して第二リングギア４０の回転数を上げることができる。

一方、第一プラネタリキャリア８３を固定し、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態から、モータＭ２を駆動して、第一プラネタリキャリア８３を第一サブギア８２の回転方向と同方向に回転させると、第一サブギア８２の回転と同方向に第一プラネタリギア８５が公転するため、第一プラネタリギア８５の自転の回転数が下がる。これに伴い、第一入力傘歯車８４ａの回転数も下がるため、結果として、第一入力傘歯車８４ａの回転数は、メインギア７２よりも下がる。かくして、面板２０の回転数に対して第二リングギア４０の回転数を下げることができる。なお、第一プラネタリキャリア８３の同方向への回転数をさらに上げると、第一入力傘歯車８４ａの回転を停止させ、又は逆転させることも出来る。また、上記では、便宜上、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態について説明したが、モータＭ１の速度が一定でなくてもいいことは当然である。

このように、本発明によれば、モータＭ１を駆動させるだけで、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０を確実に同方向に等速で回転させることができ、この状態からモータＭ２，Ｍ３をコントロールすることにより、第一リングギア３０と第二リングギア４０の回転数を自由自在にコントロールすることができる。

次に、図４を参照して、第一動力伝達出力ギア５４と第二動力伝達出力ギア６４が回転する仕組みについて説明する。

面板２０の表面から露出している第一動力伝達出力ギア５４は、図４（ａ）に示すとおり、第一動力伝達軸５０に設けられている。第一動力伝達軸５０は、面板２０内部に回転可能に軸支されている。第一動力伝達軸５０は、第一リングギア３０の内周に設けられた第一内周側ギア３４と噛合う第一動力伝達入力ギア５２を具えている。

第一動力伝達軸５０は、面板２０に軸支されているため、面板２０と第一リングギア３０が同方向に等速で回転した場合、面板２０及び第一リングギア３０の回転軸を中心に回転する。このとき、第一動力伝達軸５０は、自転しない。

一方、第一リングギア３０の回転数が面板２０の回転数よりも高い場合、第一内周側ギア３４から第一動力伝達入力ギア５２を通じて第一動力伝達軸５０にトルクが伝達されるため、第一動力伝達軸５０は一方向へ自転する。他方、第一リングギア３０の回転数が面板２０の回転数より低い場合も、第一内周側ギア３４から第一動力伝達入力ギア５２を通じて第一動力伝達軸５０にトルクが伝達されるが、この場合、第一動力伝達軸５０は他方向へ自転する。すなわち、動力伝達軸５０は、面板２０とリングギア４０との間に回転数の差が生じたときにいずれかの方向へ自転し、第一動力伝達出力ギア５４へトルクを伝達する。

面板２０の表面から露出している第二動力伝達出力ギア６４が回転する仕組みは、基本的に、第一動力伝達出力ギア５４の場合と同じである。違いは、第二動力伝達軸６０に設けられる第二動力伝達入力ギア６２が第二リングギア４０の内周に設けられた第二内周側ギア４４と噛合っているという点だけであるから、その説明は省略する。

次に、図５乃至７を用いて、加工装置１００の工具ホルダ１１０に係る動作について説明する。工具ホルダ１１０は、第一のトルク利用手段である軸方向移動機構１２０に設けられ、軸方向移動機構１２０は、第二のトルク利用手段である径方向移動機構１３０に設けられている。なお、以下では、パイプの内側に工具（バイト）１１４を挿入して、開先加工をするタイプの工具ホルダ１１０について説明するが、本発明は、当然、パイプの外側から工具を当ててパイプを切断するタイプの工具ホルダにも適用できる。また、工具１１４がどのようにパイプに当接し、パイプを加工するかは、従来と同様であるから、その説明は省略する。

第一動力伝達出力ギア５４（図１（ａ）参照。）は、径方向移動入力ギア１３４と噛合うように構成されている。そして、径方向移動入力ギア１３４に伝達されたトルクは、径方向移動出力ギア１３５，１３６，１３７を通じて、径方向移動用回転軸１３２に伝達される。

一方、第二動力伝達出力ギア６４（図１（ａ）参照。）は、軸方向移動入力ギア１２４と噛合うように構成されている。そして、軸方向移動入力ギア１２４に伝達されたトルクは、軸方向移動出力ギア１２５，１２６，１２７を通じて、第一軸方向移動用回転軸１２２に伝達される。

径方向移動用回転軸１３２に伝達されたトルクは、図６に示すように、ねじ送り機構等の直線運動変換機構１３８によって直線運動に変換される。これにより、直線運動変換機構１３８に連結されている工具ホルダハウジング１１２を矢印Ｘの方向（面板２０の径方向）に移動させることができる。ここで、軸方向移動用入力傘歯車１２９ａは、第一軸方向移動用回転軸１２２上にスプライン嵌合しているため、工具用ハウジング１１２の移動に合わせて、第一軸方向移動用回転軸１２２上を移動する。

第一軸方向移動用回転軸１２２に伝達されたトルクは、軸方向移動用入力傘歯車１２９ａに伝達され、図７に示すように、軸方向移動用入力傘歯車１２９ａと噛合う軸方向移動用出力傘歯車１２９ｂ、軸方向移動用出力傘歯車１２９ｂと連動する軸方向移動用入力平歯車１２１ａ、軸方向移動用入力平歯車１２１ａと噛合う軸方向移動用出力平歯車１２１ｂを通じて、第二軸方向移動用回転軸１２３に伝達される。なお、図示は省略しているが、第二軸方向移動用回転軸１２３は雄ねじを具えている。

第二軸方向移動用回転軸１２３上には、送りナット１２８ａが設けられており、送りナット１２８ａは、第二軸方向移動用回転軸１２３が回転することによって、第二軸方向移動用回転軸１２３上をその軸方向に移動する。ここで、送りナット１２８ａは、刃物台１１６と刃物台１１６に固定されているナット受け１２８ｂに挟まれているため、結果として、第二軸方向移動用回転軸１２３の回転により、刃物台１１６がＹ方向（面板２０の軸方向）に進退動する。

上記のように、第一動力伝達出力ギア５４又は第二動力伝達出力ギア６４を回転させることにより、工具ホルダハウジング１１２と刃物台１１６を面板２０の径方向及び軸方向に移動させることができる。すなわち、モータＭ２，Ｍ３の回転数と回転方向をコントロールすることにより、工具１１４を面板２０の径方向及び軸方向に自在に移動させることができるのであり、かくして、パイプに対する工具１１４の軸方向と径方向の移動・停止、移動速度、移動距離を自在にコントロールできる。

以上、差動装置７０がハウジング１０の外径側に配設されている構成を説明した。他方、図示しての説明は省略するが、差動装置７０をハウジング１０の内径側に配設することもできる。この場合、加工装置をパイプの内側に固定するようにして、面板ギア２２を面板２０の内周に設け、第一・第二自由歯車８４，９４からのトルクを第一・第二内周側ギア３４，４４に伝達し、第一・第二外周側ギア３２，４２から第一・第二動力伝達入力ギア５２，６２にトルクを伝達するように構成すればよい。

図８は、差動装置７０に替えて適用することができる本発明の差動装置１７０の構成の要部を簡略に表したものである。ここでは、便宜上、３つの駆動装置Ｍ１〜Ｍ３と、一対のサブギア１８２，１９２、環状ギア１８３，１９３、プラネタリギア１８５，１９５、及び自由歯車１８４，１９４を具え、３つの対象（矢印Ａ〜Ｃ）にトルクを出力する構成の差動装置１７０を説明する。しかし、差動装置としては、例えば、駆動装置Ｍ３と、サブギア１９２、環状ギア１９３、プラネタリギア１９５、及び自由歯車１９４を有さない、２つの対象（矢印Ａ，Ｂ）にトルクを出力する差動装置とすることもでき、逆に、駆動装置とサブギア、環状ギア、プラネタリギア、及び自由歯車を増設して、より多くの対象にトルクを出力する差動装置とすることができる。また、差動装置１７０は、加工装置以外にも、溶接装置等、多様な装置に使用することができ、これらの装置に用いられるトルク利用手段は、上述した軸方向移動機構１２０又は径方向移動機構１３０に限られるものではない。なお、差動装置１７０を加工装置に適用した場合の構成は、加工装置１００の差動装置７０以外の構成と同様であるため、差動装置１７０の構成及び各モータＭ１〜Ｍ３から面板２０及び一対のリングギア３０，４０へのトルク伝達の流れのみを説明する。

差動装置１７０は、モータＭ１からトルクが伝達されるメインギア１７２を有する。メインギア１７２は、メイントルク出力ギア１７４、第一サブトルク入力ギア１７８、第二サブトルク入力ギア１７９と噛合っている。第一サブトルク入力ギア１７８と第二サブトルク入力ギア１７９は、それぞれ、第一サブギア１８２、第二サブギア１９２と連動するように構成されている。第一サブギア１８２と第二サブギア１９２の同軸線上には、それぞれ、第一自由歯車１８４と第二自由歯車１９４が回転可能に設けられている。

他方で、第一サブギア１８２と第二サブギア１９２の同軸線上には、それぞれ、第一環状ギア１８３と第二環状ギア１９３が設けられており、第一環状ギア１８３と第二環状ギア１９３は、各々、内歯１８３ａ、１９３ａと外歯１８３ｂ、１９３ｂを有している。第一環状ギア１８３の内歯１８３ａと第一サブギア１８２の間には、内歯１８３ａ及び第一サブギア１８２と噛合う複数の第一プラネタリギア１８５が設けられ、第二環状ギア１９３の内歯１９３ａと第二サブギア１９２の間には、内歯１９３ａ及び第一サブギア１９２と噛合う複数の第二プラネタリギア１９５がそれぞれ設けられている。第一・第二プラネタリギア１８５，１９５は、単数でも機能するが、複数設けた方が強度等の観点より望ましい。このように、差動装置１７０は、第一・第二サブギア１８２，１９２、第一・第二環状ギア１８３，１９３、第一・第二プラネタリギア１８５，１９５からなる遊星歯車機構を具える構成であるため、差動装置７０のような傘歯車機構を使用しているものに比べ、第一・第二サブギア１８２，１９２の軸方向にコンパクトな差動装置とすることができる。

第一プラネタリギア１８５と第二プラネタリギア１９５は、それぞれ、第一自由歯車１８４と第二自由歯車１９４に対して回転可能に設けられている。これにより、第一プラネタリギア１８５と第二プラネタリギア１９５の公転によるトルクが第一自由歯車１８４と第二自由歯車１９４のそれぞれに対して伝達される。

第一環状ギア１８３の外歯１８３ｂと第二環状ギア１９３の外歯１９３ｂは、それぞれ、モータＭ２，Ｍ３からトルクが伝達されるＭ２入力ギア１８１とＭ３入力ギア１９１と噛合っている。これにより、モータＭ２，Ｍ３を駆動すれば、第一環状ギア１８３と第二環状ギア１９３を第一サブギア１８２又は第二サブギア１９２の軸を中心に個別に回転させることができる。

ここで、モータＭ２及びＭ３が停止しているとき、第一環状ギア１８３の外歯１８３ｂと第二環状ギア１９３の外歯１９３ｂは、モータＭ２，Ｍ３からトルクが伝達されるＭ２入力ギア１８１とＭ３入力ギア１９１と噛合っているため、第一環状ギア１８３と第二環状ギア１９３は回転不能に固定される。この状態で、モータＭ１のみを駆動させると、以下のように、矢印Ａ，Ｂ，Ｃからトルクが伝達される。

まず、メインギア１７２のトルクは、メインギア１７２と噛合うメイントルク出力ギア１７４から矢印Ａに出力される。そして、矢印Ａのトルクは、最終的には面板２０に伝達される。

一方、メインギア１７２が回転することにより、そのトルクは第一サブトルク入力ギア１７８にも伝達される。第一サブトルク入力ギア１７８と第一サブギア１８２は同速で同回転方向に連動するように設けられているため、第一サブトルク入力ギア１７８に伝えられたトルクは第一サブギア１８２に伝達される。第一サブギア１８２が回転すると、第一プラネタリギア１８５が自転しながら公転し、その公転によるトルクを第一自由歯車１８４に伝達する。かくして、矢印Ｂにトルクが出力される。矢印Ｃへトルクが出力される原理は、矢印Ｂの場合と対称であるから、これについての説明は省略する。このようにして、矢印Ｂ，Ｃに出力されるトルクは、最終的に、第一外周側ギア３２と第二外周側ギア４２を通じて、第一リングギア３０と第二リングギア４０にそれぞれ伝達される（図４（ａ）参照。）。

上記のとおり、差動装置１７０によっても、モータＭ２及びＭ３を停止させ、モータＭ１のみを駆動すると、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０を回転させることができる。一方で、差動装置１７０の場合、第一・第二自由歯車１８４，１９４には、第一・第二プラネタリギア１８５，１９５の公転のトルクが伝達されるので、メインギア１７２からのトルクが減速されて伝達されることになる。よって、従来に比べて小型の駆動装置（モータＭ１）で十分な容量のトルクを第一・第二自由歯車１８４，１９４から取出すことができる。ここで、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０が同速で同回転方向に回転するように、ギアの数量及び各ギア比を設定すれば、メインギア１７２からのトルクを減速し、且つ等速のトルクをメイントルク出力ギア１７４と第一・第二自由歯車１８４，１９４から取出すことができる。

また、モータＭ２及びＭ３を停止させ、モータＭ１のみを駆動した状態から、モータＭ２又はＭ３を駆動することにより、下記の通り、第一リングギア３０と第二リングギア４０を面板２０に対して異なる回転数で回転させることができる。なお、モータＭ２を駆動した場合とモータＭ３を駆動した場合の動作は、対称なものであるから、モータＭ２を駆動した場合のみを説明し、モータＭ３を駆動した場合の動作の説明は省略する。

まず、第一環状ギア１８３を固定し、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態から、モータＭ２を駆動して、第一環状ギア１８３を第一サブギア１８２の回転方向と逆方向に回転させると、第一環状ギア１８３の回転は、第一プラネタリギア１８５をそれまでとは逆方向に公転させようと作用するため、第一プラネタリギア１８５の公転の回転数を下げる。これに伴い、第一自由歯車１８４の回転数も下がり、結果として、第一自由歯車１８４の回転数は、メインギア１７２よりも下がる。かくして、面板２０の回転数に対して第一リングギア３０の回転数を下げることができる。

一方、第一環状ギア１８３を固定し、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態から、モータＭ２を駆動して、第一環状ギア１８３を第一サブギア１８２の回転方向と同方向に回転させると、第一環状ギア１８３の回転は、第一プラネタリギア１８５をそれまでと同方向に公転させようと作用するため、第一プラネタリギア１８５の公転の回転数を上げる。これに伴い、第一自由歯車１８４の回転数も上がり、結果として、第一自由歯車１８４の回転数は、メインギア１７２よりも上がる。かくして、面板２０の回転数に対して第一リングギア３０の回転数を上げることができる。なお、上記では、便宜上、モータＭ１を一定の速度で駆動している状態について説明したが、モータＭ１の速度が一定でなくてもいいことは当然である。

このように、差動装置１７０によっても、モータＭ１を駆動させるだけで、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０を確実に同方向に等速で回転させることができ、この状態からモータＭ２，Ｍ３をコントロールすることにより、第一リングギア３０と第二リングギア４０の回転数を自由自在にコントロールすることができる。

上記に説明したとおり、本発明の加工装置によれば、モータＭ１を駆動するだけで、面板２０、第一リングギア３０、及び第二リングギア４０を同方向に等速で回転させることができ、この状態から、モータＭ２又はＭ３を駆動し、その回転方向及び回転数をコントロールすれば、第一動力伝達出力ギア５４と第二動力伝達出力ギア６４を自由自在に回転させることができる。これにより、結果として、工具１１０を径方向及び軸方向に対し自在に且つ正確に移動させることができる。

１０ハウジング
２０面板
２２面板ギア
３０第一リングギア
４０第二リングギア
５０第一動力伝達軸
５２第一動力伝達入力ギア
５４第一動力伝達出力ギア
６０第二動力伝達軸
６２第二動力伝達入力ギア
６４第二動力伝達出力ギア
７０，１７０差動装置
７２，１７２メインギア
８２，９２，１８２，１９２サブギア
８３，９３，１８３，１９３プラネタリキャリア（環状ギア）
８４，９４，１８４，１９４自由歯車
８５，９５，１８５，１９５プラネタリギア
１００加工装置
１１０工具ホルダ
１２０軸方向移動機構（トルク利用手段）
１３０径方向移動機構（トルク利用手段）
Ｍ１第一駆動装置
Ｍ２第二駆動装置
Ｍ３第三駆動装置

Claims

環状のハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に設けられる、面板ギアを有する環状の面板及び外周側ギアと内周側ギアを有する一対の環状のリングギアと、
前記ハウジング、面板、及びリングギアが被加工物である配管の外径側に位置するように前記ハウジングを前記配管の外径側に固定する、前記ハウジングに取付けられているクランプと、
前記面板に回転可能に軸支され、一方の前記リングギアからトルクが伝達される第一動力伝達入力ギアと該第一動力伝達入力ギアからのトルクを伝達するための第一動力伝達出力ギアを具える第一動力伝達軸と、
前記面板に回転可能に軸支され、他方の前記リングギアからトルクが伝達される第二動力伝達入力ギアと該第二動力伝達入力ギアからのトルクを伝達するための第二動力伝達出力ギアを具える第二動力伝達軸と、
前記第一動力伝達出力ギアのトルクを前記面板の径方向の直線運動に変換する径方向移動機構と、
前記径方向移動機構に設けられ、前記第二動力伝達出力ギアのトルクを前記面板の軸方向の直線運動に変換する軸方向移動機構と、
前記軸方向移動機構に連結され、前記面板側に取付けられる工具ホルダと、
前記面板へトルクを伝達する第一駆動装置、前記一対のリングギアの内一方のリングギアへトルクを伝達する第二駆動装置、及び前記一対のリングギアの内他方のリングギアへトルクを伝達する第三駆動装置を具えることを特徴とする、
加工装置。
前記第一乃至第三駆動装置が取付けられ、前記ハウジングに取付けられる差動装置を具え、
前記差動装置が、
前記第一駆動装置からトルクが伝達されるメインギアと
前記メインギアと連動する一対のサブギアと、
前記一対のサブギアにそれぞれ対応する一対の自由歯車を具え、
前記第二駆動装置からのトルクが伝達される一のプラネタリキャリアと、
前記第三駆動装置からのトルクが伝達される他のプラネタリキャリアと、
前記一対のプラネタリキャリアに各々具えられ、前記サブギア及び自由歯車と噛合い、前記サブギア及び自由歯車の軸を中心に公転するプラネタリギアとを具え、
前記メインギアからのトルクが前記面板ギアに伝達され、
前記一対の自由歯車からのトルクが、それぞれ、前記一対のリングギアに伝達され、
前記一対のプラネタリキャリアが固定、前記メインギアが回転の場合、前記面板と一対のリングギアに等速且つ同回転方向のトルクが伝達されるように構成されている、請求項１の加工装置。
前記第一乃至第三駆動装置が取付けられ、前記ハウジングに取付けられる差動装置を具え、
前記差動装置が、
前記第一駆動装置からトルクが伝達されるメインギアと
前記メインギアと連動する一対のサブギアと、
前記第二駆動装置からのトルクが伝達され、内歯を具える一の環状ギアと、
前記第三駆動装置からのトルクが伝達され、内歯を具える他の環状ギアと、
前記一方のサブギア及び環状ギアの内歯と噛合い、該一方のサブギア及び環状ギアの軸を中心に公転する一のプラネタリギアと、
前記他方のサブギア及び環状ギアの内歯と噛合い、該他方のサブギア及び環状ギアの軸を中心に公転する他のプラネタリギアと、
前記一方のプラネタリギアの公転のトルクが伝達される一の自由歯車と、
前記他方のプラネタリギアの公転のトルクが伝達される他の自由歯車を具え、
前記メインギアからのトルクが前記面板ギアに伝達され、
前記一対の自由歯車からのトルクが、それぞれ、前記一対のリングギアに伝達され、
前記一対の環状ギアが固定、前記メインギアが回転の場合、前記面板ギアと一対のリングギアに等速且つ同回転方向のトルクが伝達されるように構成されている、請求項１の加工装置。
前記面板が前記ハウジングに回転可能に支持され、前記一対のリングギアが前記面板に対して相対回転可能に取付けられている、請求項１から３のいずれかの加工装置。