回転機構
【課題】正方形状をなす回転機構を提供する。
【解決手段】所定の固定中心線Ｐと、固定中心線Ｐに対して平行に設けてあって当該固定中心線Ｐを中心とした回転移動する態様で設けた移動中心線Ｇと、移動中心線Ｇを中心に回転可能に設けた羽根部材６と、固定中心線Ｐの周りに移動中心線Ｇを１回転させつつ、当該移動中心線Ｇの１回転に対して羽根部材６を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備え、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１と、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を特定の条件式に基づいて規定した外形線６２とで羽根部材６を形成し、さらに固定中心線Ｐと移動中心線Ｇと間の距離を［Ｌ／３］と設定する。
【解決手段】所定の固定中心線Ｐと、固定中心線Ｐに対して平行に設けてあって当該固定中心線Ｐを中心とした回転移動する態様で設けた移動中心線Ｇと、移動中心線Ｇを中心に回転可能に設けた羽根部材６と、固定中心線Ｐの周りに移動中心線Ｇを１回転させつつ、当該移動中心線Ｇの１回転に対して羽根部材６を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備え、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１と、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を特定の条件式に基づいて規定した外形線６２とで羽根部材６を形成し、さらに固定中心線Ｐと移動中心線Ｇと間の距離を［Ｌ／３］と設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正方形状の軌跡をなす回転機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な掘削機は、回転機構によってカッタヘッドを回転させて当該カッタヘッドで地盤を掘削するものが知られている。このような掘削機は、カッタヘッドが所定の中心を以て回転することから必然的に断面形状が円形になる。しかし、鉄道や道路などのトンネル利用空間においては、必要とされる断面形状が非円形状であることが多い。よって、上記円形の掘削断面内に非円形状とした鉄道や道路などの空間を構築することになる。このため、利用空間以上の掘削を行うことになるので、用地面積が多く必要となることに加えて建設費が嵩むという問題がある。
【０００３】
従来、例えばルーロー三角形なるルーロー三角形回転体に切削用バイトを設け、当該ルーロー三角形回転体を回転することで、被加工物に正方形状の穴明けを行う正方形穴明け加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他に、加工部材をその中心周りに回転自在に加工部材自転支持装置に取り付け、当該加工部材自転支持装置を加工部材公転支持装置に取り付けた掘削機がある。加工部材には、中心と同芯状のほぼ正三角形の各頂点とその内方に掘削刃を設けて掘削作用面が形成してある。加工部材自転支持装置は、加工部材を前記正三角形の一辺の（（１／２）／ｃｏｓ３０°−（１／２））倍の半径で中心が回転するように加工部材公転支持装置に取り付けてある。そして、加工部材を自転させながらその自転方向とは逆の方向に３倍公転させる駆動手段を設けてある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また他に、正三角形の各頂点を中心とし、その一辺の長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これらの３つの円弧により囲まれたルーロー三角形を外形とするカッタを、矩形状スキンプレートの中心軸の回りに公転させながら自転させて掘削する矩形シールド工法がある。スキンプレートの中心軸に対するカッタの回転軸の偏芯距離は、（Ｌ／２）／ｃｏｓ３０°−（Ｌ／２）を満足するように設定してある（Ｌ：ルーロー三角形の頂点間の距離）。なお、カッタの公転数は自転数の３倍で、公転方向と自転方向が逆方向である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６７９５０号公報
【特許文献２】特開平１−１５８１９６号公報
【特許文献３】特許第２９２６１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の回転機構では、ルーロー三角形をその重心を中心として回転させ、かつルーロー三角形の重心を加工する正方形状の中心の周りに公転させる。しかし、このような構成で加工された孔断面は、正方形状の角部が丸みを帯びた断面であって完全な正方形断面にはなっていない。このため、加工した孔断面を正方形断面とするようにさらに加工する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、正方形状をなす回転機構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】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る回転機構は、所定の固定中心線と、前記固定中心線に対して平行に設けてあって当該固定中心線を中心として回転移動する態様で設けた移動中心線と、前記移動中心線を中心に回転可能に設けた羽根部材と、前記固定中心線の周りに前記移動中心線を１回転させつつ、当該移動中心線の１回転に対して前記羽根部材を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備え、移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（１）
【数１】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る回転機構は、所定の固定中心線を中心とした環状の内周部を有する固定の軸受と、前記固定中心線に平行な移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあってその外周部を前記軸受の内周部に当接係合して前記軸受に内装した環状軸と、前記固定中心線を回転中心として回転可能に設けてあって前記環状軸の内周部に対して自身の外周部を当接係合した回転軸と、前記回転軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持するとともに前記軸受の内周部と前記環状軸の外周部との係合を保持する保持部材と、前記回転軸を回転駆動する駆動部と、前記環状軸に固定した羽根部材とを備え、移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（２）
【数２】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定し、前記軸受の内周部の径を［８・Ｌ／３］と設定し、前記環状軸の外周部の径を［６・Ｌ／３］と設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転運動に基づいた羽根部材の移動軌跡によってほぼ完全な正方形状を描くことが可能になる。この結果、例えば清掃機、表面処理機、掘削（切削）機、攪拌機など様々な用途に適用した場合に、角部の処理に対応できるので、作業を確実かつ迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転機構の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る回転機構を示す概略側断面図、図２は図１に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。ここで示す回転機構は、軸受１、環状軸２、回転軸３、保持部材４、駆動部５および羽根部材６を有している。
【００１４】
軸受１は、駆動手段を構成し、本回転機構の基部１００に固定してあり、基部１００の前後方向に沿って配置した所定の固定中心線Ｐを中心として環状の内周部１１を有している。
【００１５】
環状軸２は、駆動手段を構成し、固定中心線Ｐと平行にして基部１００の前後方向に沿って配置した所定の移動中心線Ｇを中心とした内周部２１および外周部２２を有してほぼ円環状に形成してある。この環状軸２は、軸受１の環状内に内装してあり、その外周部２２を軸受１の内周部１１に対して当接係合してある。なお、環状軸２は、内周部２１および外周部２２を一体に有した環状体、あるいは内周部２１を有した管体と外周部２２を有した管体とを組み合わせた構成とすることができる。
【００１６】
回転軸３は、駆動手段を構成し、軸受１の固定中心線Ｐを回転中心として回転可能に基部１００に支持してある。この回転軸３は、環状軸２の環状内に内装してあり、ほぼ円柱状の外周部３１を環状軸２の内周部２１に対して当接係合してある。
【００１７】
保持部材４は、駆動手段を構成し、第一保持部４１と第二保持部４２とを有している。第一保持部４１は、環状軸２の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸２の内周に摺接して移動中心線Ｇを中心に回転する態様で環状軸２に内装してある。また、第一保持部４１には、固定中心線Ｐを中心として回転軸３の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔４１１が偏芯して設けてある。この挿通孔４１１には、回転軸３が回転可能に挿通支持してある。すなわち、第一保持部４１は、回転軸３を回転可能に挿通支持して回転軸３の外周部３１と環状軸２の内周部２１との係合を常に保持するものである。
【００１８】
一方、第二保持部４２は、軸受１の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、軸受１の内周に摺接して固定中心線Ｐを中心に回転する態様で軸受１に内装してある。また、第二保持部４２には、移動中心線Ｇを中心として環状軸２の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔４２１が偏芯して設けてある。この挿通孔４２１には、環状軸２が回転可能に挿通支持してある。すなわち、第二保持部４２は、環状軸２を回転可能に挿通支持して環状軸２の外周部２２と軸受１の内周部１１との係合を常に保持するものである。
【００１９】
駆動部５は、駆動手段を構成し、回転軸３を回転させるものであり、例えばモータなど基部１００に設けた駆動源からなる。なお、駆動部５は、図には明示しないが回転軸３との間に適宜減速機構を有していてもよい。
【００２０】
なお、軸受１と環状軸２との係合、環状軸２と回転軸３との係合には、例えば歯車の噛合による係合がある。あるいは、高摩擦材などを介して接触滑りが防止された係合であってもよい。
【００２１】
羽根部材６は、環状軸２の前方に固定してある。具体的には、環状軸２の前側に円板状の取付台７が固定してあり、羽根部材６は当該取付台７の前面に移動中心線Ｇに沿って前方に延在して固定してある。羽根部材６は、環状軸２とともに移動中心線Ｇを中心として回転可能に設けてある。この羽根部材６は、図２に示す前面視で、移動中心線Ｇから垂直に所定長さで延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた３つの基準線６１を有し、当該基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けた外形線６２からなる外形をなしている。すなわち、羽根部材６は、その重心（中心）を移動中心線Ｇの上に置いて設けてある。
【００２２】
ここで、上記軸受１、環状軸２および羽根部材６に係る寸法設定について説明する。図２に示すように、回転軸３の中心（固定中心線Ｐ）から羽根部材６の重心（移動中心線Ｇ）に至る距離（偏芯量）を［ｒ］として、環状軸２の外周部２２の直径Ｄ１を［６ｒ］、軸受１の内周部１１の直径Ｄ２を［８ｒ］と設定してある。さらに、偏芯量［ｒ］は、羽根部材６の基準線６１の移動中心線Ｇから延在端Ｔに至る延在長さ［Ｌ］の１／３に設定してある。そして、上記回転機構では、駆動手段において、駆動部５によって回転軸３を回転駆動させる。すると、この回転軸３の回転により環状軸２（移動中心線Ｇ）が羽根部材６を伴って固定中心軸Ｐの周りに回転移動（公転）し、同時に環状軸２が軸受１との係合によって移動中心線Ｇを中心にして公転と逆方向に羽根部材６が回転する。さらに、上記回転機構は、環状軸２の外周部２２の直径Ｄ１と、軸受１の内周部１１の直径Ｄ２との比を３：４としてあるため、環状軸２（移動中心線Ｇ）が羽根部材６を伴って固定中心軸Ｐの周りに１回転移動（公転）すると、同時に移動中心線Ｇを中心にして公転と逆方向に羽根部材６が１／３回転することになる。
【００２３】
すなわち、図３に示すように羽根部材６における基準線６１の延在端Ｔの軌跡がアステロイド曲線（内サイクロイド）となる。このアステロイド曲線は、図３で示す直交座標系の方程式として下記式（３）であらわすことができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記式（３）での［ｃ］は、固定中心線Ｐから基準線６１の延在端Ｔまでの長さである。また、これをパラメータ表示とすると下記式（４）であらわすことができる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
具体的に、図４に示すように羽根部材６の座標系で基準線６１の１つを垂直から４５°傾けた場合について定式化すると下記式（５）のようになる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
これを下記式（６）〜式（８）のごとく整理する。
【００３０】
【数６】
【００３１】
【数７】
【００３２】
【数８】
【００３３】
これは、回転中心（固定中心線Ｐ）からの最大長さが［４Ｌ／３］のアステロイドである。
【００３４】
ところで、上記アステロイド曲線では、図３に示すように正方形の各辺が凹んだ形状となる。そこで、羽根部材６において、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ外形線６２を凸形状することで、外形線６２をなす点の軌跡を加えて凹みに対処する。
【００３５】
基準線６１の延在端Ｔがアステロイドの隣接する頂点間を９０°移動する際、羽根部材６は、自転と公転を合わせて１２０°回転する。すなわち、基準線６１の延在端Ｔを繋ぐ三角形上に固定された座標系からみた場合、固定座標系での回転量は３／４倍になる。そして、図２に示すように、移動中心線Ｇから外形線６２に至る距離［Ｓ］の点［Ａ］、移動中心線Ｇ、固定中心線Ｐが、この順で直線上に並んだときには、固定中心線Ｐから点［Ａ］が最も遠く、ここで正方形の辺に接することになる。これは、図５に示すように移動中心線Ｇから点［Ａ］までの距離［Ｓ］が不変ということであって、下記式（９）であらわされる。
【００３６】
【数９】
【００３７】
上記式（９）において、θ＝６０°、Ｓ＝Ｌである場合では、下記式（１０）により、下記式（１１）が得られることになる。
【００３８】
【数１０】
【００３９】
【数１１】
【００４０】
具体的に、羽根部材６の１つの外形線６２の形状を、移動中心線Ｇを原点とした直交座標で表すと、−６０°≦θ≦６０°の範囲において下記式（１２）のようにあらわすことができる。
【００４１】
【数１２】
【００４２】
上記式（１２）によって羽根部材６の各外形線６２について計算をし、羽根部材６の外形を規定する。そして、移動中心線Ｇから基準線６１の延在端Ｔまでの長さを［Ｌ＝３］としたときの結果を図６に示す。ここでは、ルーロー三角形を一点鎖線にてあらわしている。本実施の形態における羽根部材６は、差し渡し長さが一定のルーロー三角形と比較して、外形（外形線６２）の外への膨らみが小さく、正三角形に近づいている。また、羽根部材６の頂部の角度は９０°であり、ルーロー三角形（１２０°）と異なる。
【００４３】
すなわち、上記構成の回転機構では、駆動部５の駆動力を回転軸３に伝達することによって、回転軸３が軸受１の固定中心線Ｐを中心として回転（例えば図２における反時計回り方向）する。すると、回転軸３の外周部３１に係合する環状軸２が移動中心線Ｇを中心として回転軸３と同方向（例えば図２における反時計回り方向）に回転する。すると、環状軸２は、回転軸３の回転に伴って、保持部材４（第一保持部４１）に保持された形態で移動中心線Ｇを中心として回転する。さらに、移動中心線Ｇを中心として回転する環状軸２は、その外周部２２が軸受１の内周部１１に係合し、この係合が保持部材４（第二保持部４２）によって保持された形態で、軸受１の内周部１１に沿って固定中心線Ｐの周りに回転軸３と逆方向（例えば図２における時計回り方向）に輪転運動（公転）することになる。このため、環状軸２に設けた羽根部材６は、環状軸２の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する羽根部材６は、図２に一点鎖線で示す正方形状の軌跡をなす。
【００４４】
具体的には、図７〜図１５に示すように環状軸２が固定中心線Ｐを中心に１回転公転すると、当該環状軸２は移動中心線Ｇを中心に１／３自転する。ここで、羽根部材６は、基準線６１の延在端である頂点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有し、図７示すように移動中心線Ｇから外形線６２に至る距離［Ｓ］の点［Ａ］、移動中心線Ｇ、固定中心線Ｐが、この順で直線上に並んだ状態で、頂点Ｔ３と頂点Ｔ１との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の辺の中央に接している。
【００４５】
この図７の状態から図８の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１が正方形の角部頂点に至り移動する。これにより、上記外形線６２の中央から頂点Ｔ１に至る範囲によって図８に太線で示すように正方形状の辺の中央から角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００４６】
次いで、図８の状態から図９の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１と頂点Ｔ２との間の外形線６２の中央が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ１から外形線６２の中央に至る範囲によって図９に太線で示すように正方形の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００４７】
次いで、図９の状態から図１０の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ２が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ２に至る範囲によって図１０に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００４８】
次いで、図１０の状態から図１１の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ２と頂点Ｔ３との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ２から外形線６２の中央に至る範囲によって図１１に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００４９】
次いで、図１１の状態から図１２の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ３が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ３に至る範囲によって図１２に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００５０】
次いで、図１２の状態から図１３の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ３と頂点Ｔ１との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ３から外形線６２の中央に至る範囲によって図１３に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００５１】
次いで、図１３の状態から図１４の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ１に至る範囲によって図１４に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００５２】
次いで、図１４の状態から図１５の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転（図７の状態から３６０°公転）しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転（図７の状態から１２０°自転）すると、羽根部材６の頂点Ｔ１と頂点Ｔ２との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ１から外形線６２の中央に至る範囲によって図１５に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００５３】
すなわち、環状軸２が固定中心線Ｐを中心に３６０°公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１２０°自転すると、羽根部材６が移動し、この移動に伴って正方形状が描かれることになる。この正方形状は、羽根部材６の頂点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が上述したアステロイド曲線をなす駆動手段の構成、および羽根部材６の外形線６２の形状によって、完全な正方形状と言えるほどの正方形状Ｈを描くことが可能である。
【００５４】
この回転機構では、図１６に示すように羽根部材６を、移動中心線Ｇを中心に自転させながら固定中心線Ｐを中心に逆方向に公転させることで、辺長［ａ］が下記式（１３）の正方形を描くことが可能になる。
【００５５】
【数１３】
【００５６】
そして、図１７に示すように羽根部材６の外形線６２上の、移動中心線Ｇから距離［Ｓ］の点［Ａ］の軌跡は、移動中心線Ｇと外形線６２の中央とを結ぶ直線と、移動中心線Ｇと点［Ａ］とを結ぶ直線とのなす角度をθとすると、羽根部材６の頂点間（−６０°≦θ≦６０°）の範囲において、下記式（１４）のように求められる。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
なお、羽根部材６の頂点Ｔの１つ、固定中心線Ｐ、移動中心線Ｇが、この順で直線上に並んだ直線方向であって、当該直線に垂直に正方形状の辺が描かれるため、描く正方形状の向きを必要に応じて合わせればよい。
【００５９】
このように、上述した回転機構は、所定の固定中心線Ｐと、固定中心線Ｐに対して平行に設けてあって当該固定中心線Ｐを中心として回転移動する態様で設けた移動中心線Ｇと、移動中心線Ｇを中心に回転可能に設けた羽根部材６と、固定中心線Ｐの周りに移動中心線Ｇを１回転させつつ、移動中心線Ｇの１回転に対して羽根部材６を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備えている。そして、羽根部材６は、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１を有し、固定中心線Ｐと移動中心線Ｇとの間の距離（偏芯量）を［Ｌ／３］と設定してある。さらに、羽根部材６は、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を上記式（１１）に基づいて規定した外形線６２を有している。
【００６０】
この回転機構を具体的にすると、所定の固定中心線Ｐを中心とした環状の内周部１１を有する固定の軸受１と、固定中心線Ｐに平行な移動中心線Ｇを中心とした内周部２１および外周部２２を有して環状に形成してあってその外周部２２を軸受１の内周部１１に当接係合して軸受１に内装した環状軸２と、固定中心線Ｐを回転中心として回転可能に設けてあって環状軸２の内周部２１に対して自身の外周部３１を当接係合した回転軸３と、回転軸３の外周部３１と環状軸２の内周部２１との係合を保持するとともに軸受１の内周部１１と環状軸２の外周部２２との係合を保持する保持部材４と、回転軸３を回転駆動する駆動部５と、環状軸２に固定した羽根部材６とを備えている。そして、羽根部材は、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１を有し、固定中心線Ｐと移動中心線Ｇとの間の距離（偏芯量）を［Ｌ／３］と設定してある。さらに、羽根部材６は、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を上記式（１１）に基づいて規定した外形線６２を有している。またさらに、軸受１の内周部１１の径を［８・Ｌ／３］と設定し、環状軸２の外周部２２の径を［６・Ｌ／３＝２Ｌ］と設定してある。
【００６１】
したがって、上述した回転機構によれば、回転運動に基づいた羽根部材６の移動軌跡によってほぼ完全な正方形状を描くことが可能になる。この回転機構の適用例としては、清掃機、表面処理機、掘削（切削）機、攪拌機などがある。
【００６２】
掃除機としては、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に刷毛機能を設けた掃き掃除、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に吸引機能を設けた吸引掃除、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に拭き取り機能を設けた拭き掃除がある。すなわち、建物の床、壁、天井、窓ガラスなどの角部にまで対応して掃除を行うことが可能である。さらに、掃除機として車両の窓ガラスに設けるワイパーにも適用できる。
【００６３】
また、表面処理機としては、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に研磨機能や塗装機能を設ければ、各所角部にまで対応してコーティングや塗装を行うことが可能である。さらに表面処理機として建設工事での床コンクリート打設後に行うコテ均しも適用できる。
【００６４】
掘削（切削）機としては、羽根部材６の基準線６１上、外形線６２上および羽根部材６の外周にカッタを設けて、正方形状の穴の掘削や切削、正方形状の連続加工によるほぞ溝の加工に適用できる。なお、カッタは、羽根部材６の基準線６１上に設ける場合には羽根部材６の回転方向に有効となるように、例えば回転方向に向けて斜めに配置する。さらに、カッタは、羽根部材６の外周に設ける場合には回転の放射方向に有効となるように、例えば放射方向に向けて斜めに配置する。また、カッタは、外形線６２上に設ける場合には羽根部材６の回転方向および回転の放射方向に有効となるように、例えば回転方向および放射方向に向けて斜めに配置する。
【００６５】
攪拌機としては、正方形断面の容器内の液体などにおいて容器内全体の攪拌を行うことが可能である。
【００６６】
このように上述した回転機構は、ほぼ完全な正方形状を描くことが可能であるため、様々な用途に適用した場合に、角部の処理に対応できるので、作業を確実かつ迅速に行うことが可能になる。
【００６７】
なお、上記回転機構の係合を歯車による噛合にした場合、羽根部材６を固定した環状軸２の外周部２２の歯車と、軸受１の内周部１１の歯車とが噛み合う。ここで、羽根部材６の自転：公転を１：−３の比にするため、外周部２２の歯数：内周部１１の歯数を３：４にする。この際、互いの歯車の大きさが異なるため、本実施の形態では保持部材４を用いることで安定した噛み合わせを実現している。
【００６８】
また、羽根部材６の中心である移動中心線Ｇは、駆動軸となる回転軸３の中心である固定中心線Ｐから偏芯している。本実施の形態では、保持部材４（第二保持部４２）が移動中心線Ｇの偏芯方向に対して逆方向に偏芯しているため、この第二保持部４２の重量を利用して重量偏芯を低減して振動を抑えることが可能である。
【００６９】
また、図１に示すように回転軸３の外周に溝３２を設けてこの溝３２に係合する爪２３を環状軸２に設けたり、軸受１の前端縁に環状軸２の前端に係合する爪１２を設けたりすることで、各中心線Ｐ，Ｇに沿う方向や各中心線Ｐ，Ｇに交わる方向のズレやガタを抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る回転機構を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【図３】羽根部材の頂点の軌跡を示す概念図である。
【図４】羽根部材の頂点の軌跡の座標系を示す図である。
【図５】羽根部材の外形線の座標系を示す図である。
【図６】羽根部材の外形を示す概念図である。
【図７】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図８】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図９】図２に示す回転機構を説明する概念図である。
【図１０】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１１】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１２】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１３】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１４】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１５】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１６】本発明に係る回転機構によって描かれる正方形状を示す概念図である。
【図１７】羽根部材の外形線の軌跡の座標系を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 軸受
１１ 内周部
１２ 爪
２ 環状軸
２１ 内周部
２２ 外周部
２３ 爪
３ 回転軸
３１ 外周部
３２ 溝
４ 保持部材
４１ 第一保持部
４１１ 挿通孔
４２ 第二保持部
４２１ 挿通孔
５ 駆動部
６ 羽根部材
６１ 基準線
６２ 外形線
７ 取付台
１００ 基部
Ｇ 移動中心線
Ｐ 固定中心軸
Ｔ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３） 延在端（頂点）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正方形状の軌跡をなす回転機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な掘削機は、回転機構によってカッタヘッドを回転させて当該カッタヘッドで地盤を掘削するものが知られている。このような掘削機は、カッタヘッドが所定の中心を以て回転することから必然的に断面形状が円形になる。しかし、鉄道や道路などのトンネル利用空間においては、必要とされる断面形状が非円形状であることが多い。よって、上記円形の掘削断面内に非円形状とした鉄道や道路などの空間を構築することになる。このため、利用空間以上の掘削を行うことになるので、用地面積が多く必要となることに加えて建設費が嵩むという問題がある。
【０００３】
従来、例えばルーロー三角形なるルーロー三角形回転体に切削用バイトを設け、当該ルーロー三角形回転体を回転することで、被加工物に正方形状の穴明けを行う正方形穴明け加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
他に、加工部材をその中心周りに回転自在に加工部材自転支持装置に取り付け、当該加工部材自転支持装置を加工部材公転支持装置に取り付けた掘削機がある。加工部材には、中心と同芯状のほぼ正三角形の各頂点とその内方に掘削刃を設けて掘削作用面が形成してある。加工部材自転支持装置は、加工部材を前記正三角形の一辺の（（１／２）／ｃｏｓ３０°−（１／２））倍の半径で中心が回転するように加工部材公転支持装置に取り付けてある。そして、加工部材を自転させながらその自転方向とは逆の方向に３倍公転させる駆動手段を設けてある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また他に、正三角形の各頂点を中心とし、その一辺の長さを半径とする円弧を各対辺の外側に描き、これらの３つの円弧により囲まれたルーロー三角形を外形とするカッタを、矩形状スキンプレートの中心軸の回りに公転させながら自転させて掘削する矩形シールド工法がある。スキンプレートの中心軸に対するカッタの回転軸の偏芯距離は、（Ｌ／２）／ｃｏｓ３０°−（Ｌ／２）を満足するように設定してある（Ｌ：ルーロー三角形の頂点間の距離）。なお、カッタの公転数は自転数の３倍で、公転方向と自転方向が逆方向である（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６７９５０号公報
【特許文献２】特開平１−１５８１９６号公報
【特許文献３】特許第２９２６１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の回転機構では、ルーロー三角形をその重心を中心として回転させ、かつルーロー三角形の重心を加工する正方形状の中心の周りに公転させる。しかし、このような構成で加工された孔断面は、正方形状の角部が丸みを帯びた断面であって完全な正方形断面にはなっていない。このため、加工した孔断面を正方形断面とするようにさらに加工する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みて、正方形状をなす回転機構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】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る回転機構は、所定の固定中心線と、前記固定中心線に対して平行に設けてあって当該固定中心線を中心として回転移動する態様で設けた移動中心線と、前記移動中心線を中心に回転可能に設けた羽根部材と、前記固定中心線の周りに前記移動中心線を１回転させつつ、当該移動中心線の１回転に対して前記羽根部材を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備え、移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（１）
【数１】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２に係る回転機構は、所定の固定中心線を中心とした環状の内周部を有する固定の軸受と、前記固定中心線に平行な移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあってその外周部を前記軸受の内周部に当接係合して前記軸受に内装した環状軸と、前記固定中心線を回転中心として回転可能に設けてあって前記環状軸の内周部に対して自身の外周部を当接係合した回転軸と、前記回転軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持するとともに前記軸受の内周部と前記環状軸の外周部との係合を保持する保持部材と、前記回転軸を回転駆動する駆動部と、前記環状軸に固定した羽根部材とを備え、移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（２）
【数２】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定し、前記軸受の内周部の径を［８・Ｌ／３］と設定し、前記環状軸の外周部の径を［６・Ｌ／３］と設定したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回転運動に基づいた羽根部材の移動軌跡によってほぼ完全な正方形状を描くことが可能になる。この結果、例えば清掃機、表面処理機、掘削（切削）機、攪拌機など様々な用途に適用した場合に、角部の処理に対応できるので、作業を確実かつ迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る回転機構の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る回転機構を示す概略側断面図、図２は図１に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。ここで示す回転機構は、軸受１、環状軸２、回転軸３、保持部材４、駆動部５および羽根部材６を有している。
【００１４】
軸受１は、駆動手段を構成し、本回転機構の基部１００に固定してあり、基部１００の前後方向に沿って配置した所定の固定中心線Ｐを中心として環状の内周部１１を有している。
【００１５】
環状軸２は、駆動手段を構成し、固定中心線Ｐと平行にして基部１００の前後方向に沿って配置した所定の移動中心線Ｇを中心とした内周部２１および外周部２２を有してほぼ円環状に形成してある。この環状軸２は、軸受１の環状内に内装してあり、その外周部２２を軸受１の内周部１１に対して当接係合してある。なお、環状軸２は、内周部２１および外周部２２を一体に有した環状体、あるいは内周部２１を有した管体と外周部２２を有した管体とを組み合わせた構成とすることができる。
【００１６】
回転軸３は、駆動手段を構成し、軸受１の固定中心線Ｐを回転中心として回転可能に基部１００に支持してある。この回転軸３は、環状軸２の環状内に内装してあり、ほぼ円柱状の外周部３１を環状軸２の内周部２１に対して当接係合してある。
【００１７】
保持部材４は、駆動手段を構成し、第一保持部４１と第二保持部４２とを有している。第一保持部４１は、環状軸２の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、環状軸２の内周に摺接して移動中心線Ｇを中心に回転する態様で環状軸２に内装してある。また、第一保持部４１には、固定中心線Ｐを中心として回転軸３の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔４１１が偏芯して設けてある。この挿通孔４１１には、回転軸３が回転可能に挿通支持してある。すなわち、第一保持部４１は、回転軸３を回転可能に挿通支持して回転軸３の外周部３１と環状軸２の内周部２１との係合を常に保持するものである。
【００１８】
一方、第二保持部４２は、軸受１の内周とほぼ同じ外周を有して所定厚さの円板状に形成してあり、軸受１の内周に摺接して固定中心線Ｐを中心に回転する態様で軸受１に内装してある。また、第二保持部４２には、移動中心線Ｇを中心として環状軸２の外周とほぼ同じ内周を有した挿通孔４２１が偏芯して設けてある。この挿通孔４２１には、環状軸２が回転可能に挿通支持してある。すなわち、第二保持部４２は、環状軸２を回転可能に挿通支持して環状軸２の外周部２２と軸受１の内周部１１との係合を常に保持するものである。
【００１９】
駆動部５は、駆動手段を構成し、回転軸３を回転させるものであり、例えばモータなど基部１００に設けた駆動源からなる。なお、駆動部５は、図には明示しないが回転軸３との間に適宜減速機構を有していてもよい。
【００２０】
なお、軸受１と環状軸２との係合、環状軸２と回転軸３との係合には、例えば歯車の噛合による係合がある。あるいは、高摩擦材などを介して接触滑りが防止された係合であってもよい。
【００２１】
羽根部材６は、環状軸２の前方に固定してある。具体的には、環状軸２の前側に円板状の取付台７が固定してあり、羽根部材６は当該取付台７の前面に移動中心線Ｇに沿って前方に延在して固定してある。羽根部材６は、環状軸２とともに移動中心線Ｇを中心として回転可能に設けてある。この羽根部材６は、図２に示す前面視で、移動中心線Ｇから垂直に所定長さで延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた３つの基準線６１を有し、当該基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けた外形線６２からなる外形をなしている。すなわち、羽根部材６は、その重心（中心）を移動中心線Ｇの上に置いて設けてある。
【００２２】
ここで、上記軸受１、環状軸２および羽根部材６に係る寸法設定について説明する。図２に示すように、回転軸３の中心（固定中心線Ｐ）から羽根部材６の重心（移動中心線Ｇ）に至る距離（偏芯量）を［ｒ］として、環状軸２の外周部２２の直径Ｄ１を［６ｒ］、軸受１の内周部１１の直径Ｄ２を［８ｒ］と設定してある。さらに、偏芯量［ｒ］は、羽根部材６の基準線６１の移動中心線Ｇから延在端Ｔに至る延在長さ［Ｌ］の１／３に設定してある。そして、上記回転機構では、駆動手段において、駆動部５によって回転軸３を回転駆動させる。すると、この回転軸３の回転により環状軸２（移動中心線Ｇ）が羽根部材６を伴って固定中心軸Ｐの周りに回転移動（公転）し、同時に環状軸２が軸受１との係合によって移動中心線Ｇを中心にして公転と逆方向に羽根部材６が回転する。さらに、上記回転機構は、環状軸２の外周部２２の直径Ｄ１と、軸受１の内周部１１の直径Ｄ２との比を３：４としてあるため、環状軸２（移動中心線Ｇ）が羽根部材６を伴って固定中心軸Ｐの周りに１回転移動（公転）すると、同時に移動中心線Ｇを中心にして公転と逆方向に羽根部材６が１／３回転することになる。
【００２３】
すなわち、図３に示すように羽根部材６における基準線６１の延在端Ｔの軌跡がアステロイド曲線（内サイクロイド）となる。このアステロイド曲線は、図３で示す直交座標系の方程式として下記式（３）であらわすことができる。
【００２４】
【数３】
【００２５】
上記式（３）での［ｃ］は、固定中心線Ｐから基準線６１の延在端Ｔまでの長さである。また、これをパラメータ表示とすると下記式（４）であらわすことができる。
【００２６】
【数４】
【００２７】
具体的に、図４に示すように羽根部材６の座標系で基準線６１の１つを垂直から４５°傾けた場合について定式化すると下記式（５）のようになる。
【００２８】
【数５】
【００２９】
これを下記式（６）〜式（８）のごとく整理する。
【００３０】
【数６】
【００３１】
【数７】
【００３２】
【数８】
【００３３】
これは、回転中心（固定中心線Ｐ）からの最大長さが［４Ｌ／３］のアステロイドである。
【００３４】
ところで、上記アステロイド曲線では、図３に示すように正方形の各辺が凹んだ形状となる。そこで、羽根部材６において、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ外形線６２を凸形状することで、外形線６２をなす点の軌跡を加えて凹みに対処する。
【００３５】
基準線６１の延在端Ｔがアステロイドの隣接する頂点間を９０°移動する際、羽根部材６は、自転と公転を合わせて１２０°回転する。すなわち、基準線６１の延在端Ｔを繋ぐ三角形上に固定された座標系からみた場合、固定座標系での回転量は３／４倍になる。そして、図２に示すように、移動中心線Ｇから外形線６２に至る距離［Ｓ］の点［Ａ］、移動中心線Ｇ、固定中心線Ｐが、この順で直線上に並んだときには、固定中心線Ｐから点［Ａ］が最も遠く、ここで正方形の辺に接することになる。これは、図５に示すように移動中心線Ｇから点［Ａ］までの距離［Ｓ］が不変ということであって、下記式（９）であらわされる。
【００３６】
【数９】
【００３７】
上記式（９）において、θ＝６０°、Ｓ＝Ｌである場合では、下記式（１０）により、下記式（１１）が得られることになる。
【００３８】
【数１０】
【００３９】
【数１１】
【００４０】
具体的に、羽根部材６の１つの外形線６２の形状を、移動中心線Ｇを原点とした直交座標で表すと、−６０°≦θ≦６０°の範囲において下記式（１２）のようにあらわすことができる。
【００４１】
【数１２】
【００４２】
上記式（１２）によって羽根部材６の各外形線６２について計算をし、羽根部材６の外形を規定する。そして、移動中心線Ｇから基準線６１の延在端Ｔまでの長さを［Ｌ＝３］としたときの結果を図６に示す。ここでは、ルーロー三角形を一点鎖線にてあらわしている。本実施の形態における羽根部材６は、差し渡し長さが一定のルーロー三角形と比較して、外形（外形線６２）の外への膨らみが小さく、正三角形に近づいている。また、羽根部材６の頂部の角度は９０°であり、ルーロー三角形（１２０°）と異なる。
【００４３】
すなわち、上記構成の回転機構では、駆動部５の駆動力を回転軸３に伝達することによって、回転軸３が軸受１の固定中心線Ｐを中心として回転（例えば図２における反時計回り方向）する。すると、回転軸３の外周部３１に係合する環状軸２が移動中心線Ｇを中心として回転軸３と同方向（例えば図２における反時計回り方向）に回転する。すると、環状軸２は、回転軸３の回転に伴って、保持部材４（第一保持部４１）に保持された形態で移動中心線Ｇを中心として回転する。さらに、移動中心線Ｇを中心として回転する環状軸２は、その外周部２２が軸受１の内周部１１に係合し、この係合が保持部材４（第二保持部４２）によって保持された形態で、軸受１の内周部１１に沿って固定中心線Ｐの周りに回転軸３と逆方向（例えば図２における時計回り方向）に輪転運動（公転）することになる。このため、環状軸２に設けた羽根部材６は、環状軸２の輪転運動に伴って自転および公転移動する。移動する羽根部材６は、図２に一点鎖線で示す正方形状の軌跡をなす。
【００４４】
具体的には、図７〜図１５に示すように環状軸２が固定中心線Ｐを中心に１回転公転すると、当該環状軸２は移動中心線Ｇを中心に１／３自転する。ここで、羽根部材６は、基準線６１の延在端である頂点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を有し、図７示すように移動中心線Ｇから外形線６２に至る距離［Ｓ］の点［Ａ］、移動中心線Ｇ、固定中心線Ｐが、この順で直線上に並んだ状態で、頂点Ｔ３と頂点Ｔ１との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の辺の中央に接している。
【００４５】
この図７の状態から図８の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１が正方形の角部頂点に至り移動する。これにより、上記外形線６２の中央から頂点Ｔ１に至る範囲によって図８に太線で示すように正方形状の辺の中央から角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００４６】
次いで、図８の状態から図９の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１と頂点Ｔ２との間の外形線６２の中央が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ１から外形線６２の中央に至る範囲によって図９に太線で示すように正方形の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００４７】
次いで、図９の状態から図１０の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ２が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ２に至る範囲によって図１０に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００４８】
次いで、図１０の状態から図１１の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ２と頂点Ｔ３との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ２から外形線６２の中央に至る範囲によって図１１に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００４９】
次いで、図１１の状態から図１２の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ３が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ３に至る範囲によって図１２に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００５０】
次いで、図１２の状態から図１３の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ３と頂点Ｔ１との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ３から外形線６２の中央に至る範囲によって図１３に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００５１】
次いで、図１３の状態から図１４の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転すると、羽根部材６の頂点Ｔ１が正方形の次の角部頂点に至り移動する。これにより、外形線６２の中央から頂点Ｔ１に至る範囲によって図１４に太線で示すように正方形状の次の辺の中央から次の角部頂点に至る範囲が描かれる。
【００５２】
次いで、図１４の状態から図１５の状態、すなわち環状軸２が固定中心線Ｐを中心に４５°さらに公転（図７の状態から３６０°公転）しつつ移動中心線Ｇを中心に１５°さらに自転（図７の状態から１２０°自転）すると、羽根部材６の頂点Ｔ１と頂点Ｔ２との間の外形線６２の中央（距離Ｓが最短の点）が正方形の次の辺の中央に接するまで移動する。これにより、頂点Ｔ１から外形線６２の中央に至る範囲によって図１５に太線で示すように正方形の次の角部頂点から次の辺の中央に至る範囲が描かれる。
【００５３】
すなわち、環状軸２が固定中心線Ｐを中心に３６０°公転しつつ移動中心線Ｇを中心に１２０°自転すると、羽根部材６が移動し、この移動に伴って正方形状が描かれることになる。この正方形状は、羽根部材６の頂点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が上述したアステロイド曲線をなす駆動手段の構成、および羽根部材６の外形線６２の形状によって、完全な正方形状と言えるほどの正方形状Ｈを描くことが可能である。
【００５４】
この回転機構では、図１６に示すように羽根部材６を、移動中心線Ｇを中心に自転させながら固定中心線Ｐを中心に逆方向に公転させることで、辺長［ａ］が下記式（１３）の正方形を描くことが可能になる。
【００５５】
【数１３】
【００５６】
そして、図１７に示すように羽根部材６の外形線６２上の、移動中心線Ｇから距離［Ｓ］の点［Ａ］の軌跡は、移動中心線Ｇと外形線６２の中央とを結ぶ直線と、移動中心線Ｇと点［Ａ］とを結ぶ直線とのなす角度をθとすると、羽根部材６の頂点間（−６０°≦θ≦６０°）の範囲において、下記式（１４）のように求められる。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
なお、羽根部材６の頂点Ｔの１つ、固定中心線Ｐ、移動中心線Ｇが、この順で直線上に並んだ直線方向であって、当該直線に垂直に正方形状の辺が描かれるため、描く正方形状の向きを必要に応じて合わせればよい。
【００５９】
このように、上述した回転機構は、所定の固定中心線Ｐと、固定中心線Ｐに対して平行に設けてあって当該固定中心線Ｐを中心として回転移動する態様で設けた移動中心線Ｇと、移動中心線Ｇを中心に回転可能に設けた羽根部材６と、固定中心線Ｐの周りに移動中心線Ｇを１回転させつつ、移動中心線Ｇの１回転に対して羽根部材６を逆方向に１／３回転させる駆動手段とを備えている。そして、羽根部材６は、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１を有し、固定中心線Ｐと移動中心線Ｇとの間の距離（偏芯量）を［Ｌ／３］と設定してある。さらに、羽根部材６は、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を上記式（１１）に基づいて規定した外形線６２を有している。
【００６０】
この回転機構を具体的にすると、所定の固定中心線Ｐを中心とした環状の内周部１１を有する固定の軸受１と、固定中心線Ｐに平行な移動中心線Ｇを中心とした内周部２１および外周部２２を有して環状に形成してあってその外周部２２を軸受１の内周部１１に当接係合して軸受１に内装した環状軸２と、固定中心線Ｐを回転中心として回転可能に設けてあって環状軸２の内周部２１に対して自身の外周部３１を当接係合した回転軸３と、回転軸３の外周部３１と環状軸２の内周部２１との係合を保持するとともに軸受１の内周部１１と環状軸２の外周部２２との係合を保持する保持部材４と、回転軸３を回転駆動する駆動部５と、環状軸２に固定した羽根部材６とを備えている。そして、羽根部材は、移動中心線Ｇから垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線Ｇを中心に１２０°間隔で設けた基準線６１を有し、固定中心線Ｐと移動中心線Ｇとの間の距離（偏芯量）を［Ｌ／３］と設定してある。さらに、羽根部材６は、基準線６１の延在端Ｔの間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線６１間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線Ｇから垂直方向の距離［Ｓ］を上記式（１１）に基づいて規定した外形線６２を有している。またさらに、軸受１の内周部１１の径を［８・Ｌ／３］と設定し、環状軸２の外周部２２の径を［６・Ｌ／３＝２Ｌ］と設定してある。
【００６１】
したがって、上述した回転機構によれば、回転運動に基づいた羽根部材６の移動軌跡によってほぼ完全な正方形状を描くことが可能になる。この回転機構の適用例としては、清掃機、表面処理機、掘削（切削）機、攪拌機などがある。
【００６２】
掃除機としては、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に刷毛機能を設けた掃き掃除、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に吸引機能を設けた吸引掃除、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に拭き取り機能を設けた拭き掃除がある。すなわち、建物の床、壁、天井、窓ガラスなどの角部にまで対応して掃除を行うことが可能である。さらに、掃除機として車両の窓ガラスに設けるワイパーにも適用できる。
【００６３】
また、表面処理機としては、羽根部材６の少なくとも基準線６１上および外形線６２上に研磨機能や塗装機能を設ければ、各所角部にまで対応してコーティングや塗装を行うことが可能である。さらに表面処理機として建設工事での床コンクリート打設後に行うコテ均しも適用できる。
【００６４】
掘削（切削）機としては、羽根部材６の基準線６１上、外形線６２上および羽根部材６の外周にカッタを設けて、正方形状の穴の掘削や切削、正方形状の連続加工によるほぞ溝の加工に適用できる。なお、カッタは、羽根部材６の基準線６１上に設ける場合には羽根部材６の回転方向に有効となるように、例えば回転方向に向けて斜めに配置する。さらに、カッタは、羽根部材６の外周に設ける場合には回転の放射方向に有効となるように、例えば放射方向に向けて斜めに配置する。また、カッタは、外形線６２上に設ける場合には羽根部材６の回転方向および回転の放射方向に有効となるように、例えば回転方向および放射方向に向けて斜めに配置する。
【００６５】
攪拌機としては、正方形断面の容器内の液体などにおいて容器内全体の攪拌を行うことが可能である。
【００６６】
このように上述した回転機構は、ほぼ完全な正方形状を描くことが可能であるため、様々な用途に適用した場合に、角部の処理に対応できるので、作業を確実かつ迅速に行うことが可能になる。
【００６７】
なお、上記回転機構の係合を歯車による噛合にした場合、羽根部材６を固定した環状軸２の外周部２２の歯車と、軸受１の内周部１１の歯車とが噛み合う。ここで、羽根部材６の自転：公転を１：−３の比にするため、外周部２２の歯数：内周部１１の歯数を３：４にする。この際、互いの歯車の大きさが異なるため、本実施の形態では保持部材４を用いることで安定した噛み合わせを実現している。
【００６８】
また、羽根部材６の中心である移動中心線Ｇは、駆動軸となる回転軸３の中心である固定中心線Ｐから偏芯している。本実施の形態では、保持部材４（第二保持部４２）が移動中心線Ｇの偏芯方向に対して逆方向に偏芯しているため、この第二保持部４２の重量を利用して重量偏芯を低減して振動を抑えることが可能である。
【００６９】
また、図１に示すように回転軸３の外周に溝３２を設けてこの溝３２に係合する爪２３を環状軸２に設けたり、軸受１の前端縁に環状軸２の前端に係合する爪１２を設けたりすることで、各中心線Ｐ，Ｇに沿う方向や各中心線Ｐ，Ｇに交わる方向のズレやガタを抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る回転機構を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示す回転機構を軸方向（前方向）から視た概念図である。
【図３】羽根部材の頂点の軌跡を示す概念図である。
【図４】羽根部材の頂点の軌跡の座標系を示す図である。
【図５】羽根部材の外形線の座標系を示す図である。
【図６】羽根部材の外形を示す概念図である。
【図７】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図８】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図９】図２に示す回転機構を説明する概念図である。
【図１０】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１１】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１２】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１３】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１４】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１５】図２に示す回転機構の動作を示す概念図である。
【図１６】本発明に係る回転機構によって描かれる正方形状を示す概念図である。
【図１７】羽根部材の外形線の軌跡の座標系を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 軸受
１１ 内周部
１２ 爪
２ 環状軸
２１ 内周部
２２ 外周部
２３ 爪
３ 回転軸
３１ 外周部
３２ 溝
４ 保持部材
４１ 第一保持部
４１１ 挿通孔
４２ 第二保持部
４２１ 挿通孔
５ 駆動部
６ 羽根部材
６１ 基準線
６２ 外形線
７ 取付台
１００ 基部
Ｇ 移動中心線
Ｐ 固定中心軸
Ｔ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３） 延在端（頂点）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の固定中心線と、
前記固定中心線に対して平行に設けてあって当該固定中心線を中心として回転移動する態様で設けた移動中心線と、
前記移動中心線を中心に回転可能に設けた羽根部材と、
前記固定中心線の周りに前記移動中心線を１回転させつつ、当該移動中心線の１回転に対して前記羽根部材を逆方向に１／３回転させる駆動手段と
を備え、
移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（１）
【数１】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、
前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定した
ことを特徴とする回転機構。
【請求項２】
所定の固定中心線を中心とした環状の内周部を有する固定の軸受と、
前記固定中心線に平行な移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあってその外周部を前記軸受の内周部に当接係合して前記軸受に内装した環状軸と、
前記固定中心線を回転中心として回転可能に設けてあって前記環状軸の内周部に対して自身の外周部を当接係合した回転軸と、
前記回転軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持するとともに前記軸受の内周部と前記環状軸の外周部との係合を保持する保持部材と、
前記回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記環状軸に固定した羽根部材と
を備え、
移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（２）
【数２】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、
前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定し、
前記軸受の内周部の径を［８・Ｌ／３］と設定し、
前記環状軸の外周部の径を［６・Ｌ／３］と設定した
ことを特徴とする回転機構。
【請求項１】
所定の固定中心線と、
前記固定中心線に対して平行に設けてあって当該固定中心線を中心として回転移動する態様で設けた移動中心線と、
前記移動中心線を中心に回転可能に設けた羽根部材と、
前記固定中心線の周りに前記移動中心線を１回転させつつ、当該移動中心線の１回転に対して前記羽根部材を逆方向に１／３回転させる駆動手段と
を備え、
移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（１）
【数１】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、
前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定した
ことを特徴とする回転機構。
【請求項２】
所定の固定中心線を中心とした環状の内周部を有する固定の軸受と、
前記固定中心線に平行な移動中心線を中心とした内周部および外周部を有して環状に形成してあってその外周部を前記軸受の内周部に当接係合して前記軸受に内装した環状軸と、
前記固定中心線を回転中心として回転可能に設けてあって前記環状軸の内周部に対して自身の外周部を当接係合した回転軸と、
前記回転軸の外周部と前記環状軸の内周部との係合を保持するとともに前記軸受の内周部と前記環状軸の外周部との係合を保持する保持部材と、
前記回転軸を回転駆動する駆動部と、
前記環状軸に固定した羽根部材と
を備え、
移動中心線から垂直方向に所定長さ［Ｌ］で延在してあって移動中心線を中心に１２０°間隔で設けた基準線と、当該基準線の延在端の間を繋ぐ態様で設けてあって各基準線間の角度の中央を［θ＝０］とした移動中心線から垂直方向の距離［Ｓ］を下記式（２）
【数２】
に基づいて規定した外形線とで羽根部材を形成し、
前記固定中心線と移動中心線との間の距離を［Ｌ／３］と設定し、
前記軸受の内周部の径を［８・Ｌ／３］と設定し、
前記環状軸の外周部の径を［６・Ｌ／３］と設定した
ことを特徴とする回転機構。
【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】
【公開番号】特開２００７−３２７２７８（Ｐ２００７−３２７２７８Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６０１８８（Ｐ２００６−１６０１８８）
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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