KR100392698B1 - 단순유성롤러기구 및 제동기구를 구비하는 마찰전동장치,이 마찰전동장치를 구비하는 마찰전동식 회전구동장치 및그 시리즈, 및 마찰전동장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

마찰롤러로서 태양롤러(30), 유성롤러(34), 및 링롤러(36)를 가지는 단순유성롤러기구(28)와, 제동기구(22)를 구비하는 마찰전동장치(20)에서, 제동기구(22)에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크(Y)와, 캐리어(32) 및 링롤러(36)을 고정한 상태에서 태양롤러(30)에 시험토크를 서서히 증대화하여 입력하고, 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 시험토크의 값(Xd)을, 0.1Xd＜Y＜0.7Xd의 범위내로 설정한다. 또한, 이 임계시험토크(Xd)가 제동기구(22)의 정지마찰토크(Yd)의 1.4∼10.0배의 범위가 되도록 링롤러(36)의 압착력을 설정하도록 한다. 혹은, 정지마찰토크(Y)와 임계시험토크(Xd)가 Y＜Xd가 되도록 설정하고, 또한 정격회전속도에 있어서 제동기구(122)에 의해 얻을 수 있는 운동마찰토크(Ys)와, 태양롤러(130)가 정격회전속도로 회전하는 경우에 단순유성롤러기구(128)의 한계전달토크(Xs)가 0.65Ys＜Xs＜3.4Ys가 되도록 설정한다.

Description

단순유성롤러기구 및 제동기구를 구비하는 마찰전동장치, 이 마찰전동장치를 구비하는 마찰전동식 회전구동장치 및 그 시리즈, 및 마찰전동장치의 제조방법{Frictional transmission apparatus comprising simple planetary roller mechanism and brake mechanism, frictional transmission type rotational driving apparatus comprising the frictional transmission apparatus, series of the same, and method of fabricating frictional transmission apparatus}

본 발명은 마찰롤러로서, 태양롤러, 유성롤러 및 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 이들 마찰롤러의 회전을 제동하는 제어기구를 구비하는 마찰전동(傳動)장치, 이 마찰전동장치에 모터를 조합한 마찰전동식 회전구동장치, 및 그 시리즈, 및 이 마찰전동장치의 제조방법에 관한 것이다.

종래, 단순유성롤러기구를 구비한 마찰전동장치가 널리 알려져 있다.

도 8에는 종래 이 종류의 마찰전동장치의 예를 모식적으로 나타내고 있다. 이 마찰전동장치(1)는 마찰롤러로서 태양롤러(2)와, 태양롤러(2)의 외주에 전접(轉接)하는 유성롤러(6)와, 이 유성롤러(6)가 자신의 내주에 전접함과 동시에 자신의 회전이 규제된 링롤러(8)를 단순유성롤러기구(10)로서 외부케이싱(9)(전체 도시는 생략)의 내부에 구비하고 있다. 또한, 지지핀이 유성롤러(6)에 삽입됨으로써 캐리어(4)가 이 단순유성롤러기구(10)에 연결되어 있다.

이 마찰전동장치(1)는 태양롤러(2) 또는 캐리어(4)를 입ㆍ출력요소로 하고, 링롤러(8)를 고정요소로 한 것이며, 태양롤러(2)를 입력요소로 한 경우에는 감속기능을, 태양롤러(2)를 출력요소로 한 경우에는 증속기능을 갖게 된다. 또, 링롤러(8)는 외부케이싱(9)측에 고정되어 있다.

도 9는 도 8의 구조를 보다 구체화한 것이며, 본 발명자가 고안한(출원시점에서는 미공지의) 마찰전동식 회전구동장치(100)를 나타내고 있다. 이 회전구동장치(100)는 마찰롤러로서, 태양롤러(30), 캐리어(32)에 지지됨과 동시에, 태양롤러(30)의 외주에 전접하는 유성롤러(34), 및 이 유성롤러(34)가 자신의 내주에 전접함과 동시에 자신의 회전이 규제된 링롤러(36)를 가지는 단순유성롤러기구(28)와, 이 태양롤러(30)에 연결되어 이 태양롤러(30)를 구동하는 모터(102)를 구비하고 있다.

구체적으로는 모터(102)의 모터축(102A)이 평행키를 개재하여 태양롤러(30)와 연결되어 있으며, 모터(102) 자체는 단순유성롤러기구(28)를 수용하는 케이싱(38)의 플랜지부(38B)에 볼트에 의해 고정되어 있다.

이 케이싱(38)의 내주면측에는 직경방향 내측으로 돌출하는 링형상의 고정부(38A)가 형성되어 있고, 그곳에 링롤러(36)가 볼트(40)에 의해 고정되어 있다.

이 단순유성롤러기구(28)는 태양롤러(30)를 입력요소, 캐리어(32)를 출력요소, 링롤러(36)를 고정요소로 한 것이며, 전체로서는 감속기능을 가지고 있다. 즉, 이 회전구동장치(100)는 모터(102)의 회전동력을 태양롤러(30)에 전달하여, 이를 소정의 감속비로써 캐리어(32)측으로부터 출력하는 구조이다.

단순유성롤러기구(28)는 각 마찰롤러 사이의 접촉면에 생기는 마찰력 혹은 오일 전단력(剪斷力)을 이용하여 모터(102)의 회전동력을 전달하는 것이며(트랙션전달), 기어 등에 의한 전달구조에 비교하여 원활하면서 정숙(整肅)한 운전이 가능하다.

따라서, 이 단순유성롤러기구(28)에 의해 소정의 전달능력(전달가능토크)을 확보하기 위해서는 각 마찰롤러 사이에 충분한 마찰력을 발생시킬 필요가 있다. 이 마찰력은 일반적으로는 링롤러(36)의 내경(內徑)을, 유성롤러(34) 직경의 2배와 태양롤러(30)의 직경의 합보다 작게 하여, 소위 압착력을 부여하여 링롤러(36)를 탄성변형시킴으로써 부여된다. 압착력이 큰 경우는 마찰롤러 사이의 마찰력도 커지고, 이 마찰력에 의해 단순유성롤러기구(28)의 전달가능토크도 증대하며, 반대로 압착력이 작은 경우에는 전달가능토크가 저하한다. 또한, 전달가능토크가 큰(압착력이 큰) 경우에는 각 마찰용 롤러의 회전저항도 증대하여 있고, 회전구동장치(100)의 전달효율이 저하함과 동시에 전동피로(轉動披露)에 의한 단순유성롤러기구(28)의 내구성의 저하가 문제가 된다.

이 회전구동장치(100)는 상기 단순유성롤러기구(28)를 채용함으로써 주로 두가지 장점을 얻는다. 하나는 이미 나타낸 바와 같이 기어 등의 전달구조에 비하여 원활하면서 정숙한 동력전달을 할 수 있는 결과, 회전동력의 전달효율이 높아져 모터(102)의 소비전력이 낮게 억제되어, 소위 「에너지절약」에 기여하는 것이다. 또 하나는 기어 등에 비하여 마찰롤러는 제조가 비교적 용이하기 때문에 제조비용이 저감되어 회전구동장치(100) 전체가 「저렴한 가격」이 되는 것이다.

한편, 이 마찰전동식의 단순유성롤러기구(28)를 채용함에 따른 단점으로서는 마찰력에 의해 회전동력을 전달하는 구조이기 때문에, 회전하는 각 마찰롤러의 접촉면 사이에는 항상 미묘한 슬립이 생기고, 태양롤러(30)의 회전속도와 캐리어(32)의 회전속도는 반드시 「엄밀한」 관계에 있지는 않다는 것이다. 따라서, 이 점에 대해서는 기어 등의 전달구조의 경우가 뛰어나다고 말할 수 있다.

그러나, 이와같은 감속기 기구의 모터(회전구동장치)가 실제로 사용되는 상황을 고려하면, 처음에는 유도모터 등이 채용되는 경우는 로터와 회전자계의 사이에 일정한 슬립이 생기고, 이 감속기구 자체에 엄밀한 감속비를 요구할 필요는 없다. 즉, 연결되는 상대 기계의 회전속도를 소정의 값으로 유지하기 위해서는 상대 기계측 등의 회전속도를 계측하여 모터를 피드백 제어하지 않으면 안되는 것이 일반적이며, 엄밀한 감속비관계이기는 하지만 고가(高價)이기도 한 기어감속구조보다도, 차라리 「에너지절약」이면서 「저렴한 가격」인 단순유성롤러기구의 경우가 현재 시장의 요구에 따르고 있다고도 말할 수 있다.

종래, 기어전동식 회전구동장치(소위 기어드모터)에 있어서는, 모터 등에 제동기구가 추가되어 있는 것이 많이 존재하지만, 본 발명자가 알고 있는 한은 제동기구가 있는 마찰전동식 회전구동장치는 시장에 나와 있지 않으며, 또한 제동기구를 부설하고 싶다는 제안도 전혀 이루어져 있지 않은 것이 현재 상황이다. 이것은 이하에 나타내는 것과 같은 어려운 점이 실제로는 많이 존재하기 때문이라고 예상된다.

보다 구체적으로 설명하면, 단순유성롤러기구를 구비한 마찰전동장치는 각 마찰롤러의 접촉면 사이에 생기는 마찰력을 통하여 동력을 전달하는 것이기 때문에 큰 회전부하가 걸린 것과 같은 경우에는 접촉면에 「슬립」이 생긴다. 한편, 일반적으로 이용되는 제동기구도 또한 브레이크 륜(輪)과 브레이크 편(片) 사이의 마찰에 의해 운동에너지를 열에너지로 바꾸는 것이며, 즉 브레이크 륜과 브레이크 편의 「슬립」에 의해 제동력을 발생하는 것이다.

따라서, 마찰전동장치 및 제동기구는 함께 슬립을 동반할 가능성을 가지고 있기 때문에 그 최적의 조합을 찾아내는 것이 곤란하며, 또한 수많은 경험과 직감에 의해서도 단순유성롤러기구에 대한 제동기구의 최적의 제동특성을 얻는 것은 반드시 보증될 수 없는 면이 있다.

예를 들면, 제동기구에 의해 얻을 수 있는 제동토크가 너무 작으면 마찰전동장치, 혹은 이에 연결된 상대기계(부하)를 확실하게 제동할 수 없기 때문에, 안전을 기하기 위해서는 이 얻을 수 있는 정지마찰토크(제동능력)를 상당히 크게 설정하지 않으면 안된다. 그렇지만, 이 설정된 정지마찰토크가 너무 크면, 단지 단순하게 제동기구의 능력이 (필요능력에 대하여)과대하게 되어 불필요한 비용상승이 생길 뿐 아니라 제동이 필요 이상으로 급격하게 행해져, 마찰전동장치의 각 롤러의 마찰면이 상대기계(부하)측의 관성력(반력)을 지지할 수 없게 되는 문제가 생긴다. 즉, 만약 제동토크가 적정하고 타당한 속도에서의 제동이었다면 문제없이 제동할 수 있었음에도 불구하고, 제동토크가 너무 강력하기 때문에 마찰전동장치에 슬립이 발생하여 버리는 경우도 있을 수 있다. 두말할 것도 없이, 한번 슬립이 발생하면 마찰전동장치의 제동은 곤란하게 된다.

따라서, 단순히 안전을 기하여 제동기구를 대형으로 하면 된다는 것이 아니라는 것에 이 종류의 설계의 어려움이 있다.

또한, 더욱 설계를 복잡화하고 있는 것은 마찰전동장치의 전달가능토크(최대전달토크)는 간섭(interference) 등에 의해 결정되지만, 제품의 분산(variation)에 의해 실제 간섭이 설계상의 간섭으로부터 약간 어긋난 것만으로도 전달가능토크가 상당히 변화하여 버리는 일이 있다는 사정이다.

따라서, 제동기구를 마찰전동장치에 조합하고자 하면 실제로는 너무나도 불확정 요소, 혹은 불명확한 요소가 많으며, 그로 인해 「제품」으로서 완성하기 위해서는 수없이 시작(試作)하고, 모든 상황을 상정하여 시운전하고, 마찰전동장치의 전달능력과 제동기구의 제동능력을 최적의 범위에서 균형잡는 작업을 행하지 않으면 안된다.

게다가, 기업이 「제품」으로서 이 종류의 제동기구가 있는 마찰전동장치를 시장에 제공하는 경우, 일반적으로는 다양한 전달용량 혹은 다양한 감속비의 장치를 시리즈(제품군)로서 제공하지 않으면 안되고, 이경우 소정의 설계ㆍ제조방법을 발견하지 않는 한, 전체로서 통일된 시리즈를 (한종류 한종류마다의 시행착오만으로) 구축한다는 것은 불가능에 가깝다는 사정도 있다.

이러한 사정은 기어기구 등의 다른 동력전달장치에 제동기구를 넣은 제품에서 시리즈를 구축하는 것에 대하여, 결국은 비용적으로 불리해지는 것을 의미하며, 이것이 마찰전동장치에 제동기구를 지금까지 넣은 제품이 이제까지 없었던 이유라고 생각된다.

왜냐하면, 일반적으로 필요한 크기에 대하여 1랭크(rank) 또는 2랭크 큰 롤러기구를 이용하는 것보다 특성이 알려진(슬립이 없는) 기어기구를 이용하는 편이차라리 확실하고 또한 낮은 비용이 되기 때문이다.

그러나, 한편 마찰전동장치에는 정숙성과 동축성과 같은 뛰어난 특성이 있으며, 콤팩트하고 비교적 높은 감속비, 게다가 임의의 값의 감속비를 용이하게 얻을 수 있는 등 이점도 많다. 따라서, 본 발명은 이들 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 단순유성롤러기구에 대하여 실용상 최적의 제동특성이 되는 제동기구를 구비하는 마찰전동장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적의 하나로 하고, 또한 다른 목적으로서는 이 마찰전동장치와 모터를 조합한 마찰전동식 회전구동장치 및 그 시리즈를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 관계되는 마찰전동장치의 부분단면도,

도 2는 동 마찰전동장치에 있어서의 단순유성롤러기구의 임계시험토크를 측정하는 상태를 나타내는 모식도,

도 3은 동 측정상태에 있어서의 검출토크의 데이터를 나타내는 모식도,

도 4는 본 발명의 제2실시형태에 관계되는 마찰전동식 회전구동장치의 부분단면도,

도 5는 본 발명에 관계되는 회전구동장치에 있어서의 단순유성롤러기구의 시험토크를 측정하는 다른 상태를 나타내는 모식도,

도 6은 동 회전구동장치에 있어서의 단순유성롤러기구의 한계전달토크를 측정하는 상태를 나타내는 모식도,

도 7은 동 측정상태에 있어서의 검출토크의 데이터를 나타내는 모식도,

도 8은 종래의 일반적인 마찰전동장치를 나타내는 개념도,

도 9는 구체적인 마찰전동식 회전구동장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 마찰롤러로서, 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 태양롤러의 외주에 전접하는 유성롤러, 및 이 유성롤러가 자신의 내주에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러의 회전을 제동하는 제동기구를 구비하는 마찰전동장치로서, 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크를 Y로 하고, 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 상기 시험토크의 값을 임계시험토크(Xd)로 했을 때에 상기 정지마찰토크(Y)를 0.1Xd＜Y＜0.7Xd의 범위내로 설정함으로써 상기 목적을 달성하는 것이다.

본 발명자는 우선 마찰전동장치의 구조로서 태양롤러를 입력요소, 캐리어 또는 링롤러를 출력요소로 한 감속기능을 가지며, 이 캐리어 또는 링롤러측에 연결된 외부부하(상대기계)의 회전을 태양롤러에 연결되는 제동기구에 의해 제동하는 구조의 채용을 생각했다. 그것은, 이 구조는 입출력축의 동축성을 가지며, 정숙성이 뛰어나고, 콤팩트하고 큰 감속비가 얻어지며, 또한 가장 일반적인 마찰전동장치의 구조로서 범용성도 있기 때문이다.

그런데, 이 마찰전동장치는 그 범용성이 높기 때문에 매우 다양한 사용방법이 생각되며 다양한 상대기계와 조합하여 사용될 가능성이 있다. 따라서, 예측할 수 있는 다양한 상황하에서 가장 합리적인 특성의 제동기구를 조합하지 않으면 안된다. 그래서 본 발명자는 단순유성롤러기구에 대하여 제동이 행해지는 상황을 가상적으로 만들어내기로 하였다. 즉, 지금 만약 태양롤러가 제동기구에 의해 완전히 고정되고, 캐리어 또는 링롤러측에 연결되어 있는 상대기계(외부부하)의 정지상태를, 이 제동기구에 의해 단순유성롤러기구를 통하여 지지하고 있는 상태를 생각한다. 그러면, 상대기계 자신의 (관성력이나, 자중 등에 의해 생기는) 회전동력에 의해 제동기구측에 생기는 반력토크가 제동기구에 의해 나오고 있는 토크에 해당된다. 발명자들은 이 반력토크를 이용하면 단순유성롤러기구의 전달능력과 제동기구의 제동능력의 밸런스를 최적의 것으로 할 수 있게 되는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명에서는 이 반력토크를 태양롤러에 「시험토크」를 가하는 형태로 서서히 증가시키고, 그 결과 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 생겼을 때에 실제로 가해져 있는 값(이하, 이것을 임계시험토크(Xd)라고 함)을 관찰한다.

이 상황은 물론 현실적으로 제동기구의 제동토크가 마찰전동장치를 통하여 상대기계를 제동하고 있는 상태와 반드시 일치하지는 않는다. 그러나, 매우 많은 추가 시험의 결과, 이 임계시험토크(Xd)를 바탕으로하여 이것에 소정의예정율(predetermined factors)을 곱한 범위(0.1Xd＜Y＜0.7Xd), 바람직하게는 (0.2Xd＜Y＜0.5Xd)의 범위에 제동기구의 정지마찰토크(Y)가 포함되도록 설정하면, 다양한 부하가 접속되어 있는 경우에 있어서, 또한 다양한 구동원(예컨대, 모터)가 접속되어 있는 경우에 있어서, 실제 사용상황을 매우 재현성 높게 가상(假想)한 후에 제동기구의 적절한 설정이 가능하게 된다는 지견(知見)을 얻은 것이다.

즉, 임계시험토크(Xd)에 대하여 제동기구의 정지마찰토크(Y)가 상기 범위로 설정되어 있으면 제동기구의 능력이 상대적으로 너무 높아져, 소위 급제동의 상태가 되어 「제동기구가 보증하는 제동능력의 한계에 달하기 전에 먼저 단순유성롤러기구가 슬립되기 시작한다」라는 상황이 거의 발생하지 않게 할 수 있다.

또한, 구동원의 구동능력(구동토크)이 마찰전동조치에 대하여 실용상 한계에 가까울 만큼 큰 경우라도 이것을 「제동할 수 없다」라는 상황도 거의 발생하지 않도록 할 수 있다.

또, 이와같이 설정된 제동기구를 구비하는 마찰전동장치에 있어서 그 태양롤러와 제동기구를 연결하는 연결축을 자신의 모터축으로 하는 모터를 이 연결축의 외주에 배치하고, 이 연결축에 모터의 회전동력을 전달하도록 하여 마찰전동식 회전구동장치를 구성하여도 좋다.

더욱이, 이 설계사상에 기하여 제작된 마찰전동식 회전구동장치에서, 각각의 전달용량 및 변속비가 서로 다른 다수의 마찰전동식 회전구동장치에 의해 마찰전동식 회전구동장치의 시리즈를 구성하여도 좋다.

또, 본 발명자에 의해 안출된 상기와 같은 이론은 상기 마찰전동장치의 명확한 제조방법을 얻는 결과가 되었다.

구체적으로는, 우선 캐리어 및 링롤러를 고정한 상태에서 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 생겼을 때의 시험토크의 값(임계시험토크)(Xd)을 측정한다.

다음으로, 이 측정된 임계시험토크(Xd)에 대하여, 제동기구의 정지마찰토크(Y)가 0.1Xd＜Y＜0.7Xd의 범위내(바람직하게는 0.2Xd＜Y＜0.5Xd)에 포함되도록 제동기구의 제동부를 설정ㆍ제작하도록 하면 좋다.

이상과 같은 두가지 순서를 가지는 마찰전동장치의 제조방법에 의하면 단순유성롤러기구와 제동기구의 최적의 조합을 얻을 수 있으며, 제동성능이 확실하게 보증된 비용대비성능면(cost performance)에 뛰어난 마찰전동장치를 제조할 수 있다. 이것은, 마찰전동장치의 제조과정에 있어서 단순히 설계이론이 아니고 가상적으로 만들어진 사용상태(제동상태)의 개념을 도입했기 때문이다.

또, 일반적으로 상기 단순유성롤러기구의 동력전달태양으로서는 이하에 나타내는 것과 같은 고정ㆍ입력ㆍ출력의 관계가 있다.

1) 태양롤러를 입력요소로 한 경우 링롤러를 고정요소, 유성롤러를 지지하는 캐리어를 출력요소로 하는 경우와, 링롤러를 출력요소, 유성롤러를 지지하는 캐리어를 고정요소로 하는 경우가 있고,

2) 유성롤러를 지지하는 캐리어를 입력요소로 한 경우는 링롤러를 고정요소, 태양롤러를 출력요소로 하는 경우와, 링롤러를 출력요소, 태양롤러를 고정요소로 하는 경우가 있으며,

3) 링롤러를 입력요소로 한 경우는 유성롤러를 지지하는 캐리어를 고정요소, 태양롤러를 출력요소로 하는 경우와, 유성롤러를 지지하는 캐리어를 출력요소, 태양롤러를 고정요소로 하는 경우가 있다.

본 발명의 단순유성롤러기구는 상기 (1)의 양태를 채용하는 것이며, 링롤러 또는 캐리어의 어느 하나를 출력요소로 했다 하더라도 본 발명을 적용할 수 있다.

그런데, 본 발명자는 상술한 바와 같이 마찰전동장치의 제조방법에 있어서 「시험토크의 입력」이라는 새로운 개념을 도입하였다. 이 시험토크는 실제 (현실)의 단순유성롤러기구에 직접 입력되는 것이며, 그 결과 얻어지는 데이터는 이론치가 아니므로, 이것을 제조과정에 도입하면 제조 분산의 영향을 극복하여 반드시 최적의 밸런스의 마찰전동장치를 제조할 수 있게 된다.

본 발명의 제2측면은, 마찰롤러로서 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 상기 태양롤러의 외주에 전접하는 유성롤러, 및 이 유성롤러와 태양롤러에 압착력을 주고, 또한 상기 유성롤러가 자신의 내주에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 상기 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러의 회전을 제동하는 제동기구를 구비하는 마찰전동장치의 제조방법에 있어서, 상기 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 상기 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 상기 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 생겼을 때의 상기 시험토크를 측정하여 그것을 임계시험토크로 한 경우에, 이 임계시험토크가 상기 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크의 1.4∼10.0배의 범위에 포함되도록 상기 링롤러의 압착력을 설정함으로써 상기 목적을 달성하는 것에 있다.

구체적으로는 「시험토크의 입력」에 의한 실제 데이터수집은 이하와 같이 된다.

우선, 캐리어 및 링롤러를 고정한 상태에서 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력한다. 이와같이 하면, 최초에는 마찰롤러 사이의 마찰력에 의해 반력토크가 생기기 때문에, 각 마찰롤러는 회전하지 않는 상태에서 시험토크가 증대한다. 그러나, 마찰력에 의해 발생하는 반력토크에 한계가 생기면 마찰롤러의 어느 하나에 슬립 회전이 생기고 반력토크는 돌연 저하한다. 이 반력토크가 돌연 저하했을 때에 그때까지 실제로 적용된 시험토크의 값을 측정하여, 이것을 상술한 「임계시험토크」로서 파악한다.

이미 서술한 바와 같이, 이 「임계시험토크」의 검출양태는 실제로 제동기구의 제동토크가 마찰전동장치를 통하여 상대기계를 제동하고 있는 상황과 반드시 일치하지는 않지만 발명자는 많은 추가시험의 결과, 이 값에 소정의 예정율을 곱함으로써 제동기구의 정지마찰토크에 대한 유효한 지표를 제공할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 본 발명자는 수많은 추가시험의 결과, 임계시험토크가 제동기구의 정지마찰토크의 1.4∼10.0배의 범위에 있으면, 범용성이 높은 이 마찰전동장치에 있어서 대부분의 사용태양에 충분히 적용할 수 있으며, 또한 고효율의 전달성능 및 제동성능을 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다. 그리고, 이것이 본 발명의 제2측면의 안출(案出)과 관계된 것이다.

구체적으로는 상기 제조순서를 거쳐 제조된 마찰전동장치는 임계시험토크가 결과로서 상기 범위내에 포함되어 있기 때문에, 제동기구의 제동능력과 단순유성롤러기구의 전달능력(이 경우는 지지능력이라고 생각할 수도 있다)의 균형이 잡힌 마찰전동장치를 얻을 수 있다. 예컨대, 제동기구의 제동능력에 대하여 단순유성롤러기구의 전달능력이 상대적으로 너무 작은 결과, 제동기구측에서 충분한 제동토크를 발휘하고 있으면서 단순유성롤러기구의 전달능력이 너무 낮아져 슬립이 생겨 버리고, 그 제동토크가 확실하게 상대측기계에 전달되지 않는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제동기구에 대하여 단순유성롤러기구의 전달능력이 너무 높고(회전저항이 너무 커서), 큰(불필요한) 에너지손실이 생기거나 하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 단순유성롤러기구의 내구성이 필요 이상으로 저하하거나 하는 것을 방지할 수도 있다.

즉, 결과로서 이 제조방법에 의하면 상대기계로 확실하게 동력이 전달되는 마찰전동장치가 얻어짐과 동시에, 경험과 직감에 기하여 마찰전동장치를 제조한 후에 모든 상황을 상정하여 그 동력성능 등을 측정하는 경우와 비교하여, 제조공정중에 있어서의 마찰전동장치의 동력전달성능시험 및 제동성능시험을 매뉴얼화한 후에 실시할 수 있기 때문에, 제조ㆍ설계 미스 등이 방지되어 제조비용의 대폭적인 저감을 도모할 수 있다.

또한, 상기 마찰전동장치의 제조방법에 있어서는 제동기구의 정지마찰토크에 대하여 임계시험토크가 정지마찰토크의 2.0∼5.0배의 범위에 포함되도록 설정하는 것이 더욱 바람직하다.

더욱이, 본 발명의 제3측면은 마찰롤러로서, 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 태양롤러의 외주에 전접하는 유성롤러, 및 이 유성롤러가 자신의 내주에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 이 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러를 구동하는 모터를 구비하는 마찰전동식 회전구동장치에 있어서, 이 모터에 제동기구를 부설함과 동시에 이 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크(Y)와, 이 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립이 생겼을 때의 시험토크의 값(임계시험토크)(Xd)이 Y＜Xd가 되도록 설정하고, 또한 모터의 정격회전속도에 있어서 제동기구에 의해 얻을 수 있는 운동마찰토크(Ys)와, 태양롤러가 정격회전속도로 회전하는 경우에, 단순유성롤러기구가 이 태양롤러에서 전달할 수 있는 한계전달토크(Xs)가 0.65Ys＜Xs＜3.4Ys가 되도록 설정함으로써 상기 목적을 달성하는 것에 있다.

본 발명자는 상술한 바와 같이 단순유성롤러기구와 모터를 조합한 마찰전동식 회전구동장치에 새롭게 제동기구를 부설함에 있어서 실제로 이 회전구동장치가 사용될 만한 상황을 고려하였다. 이 본 발명의 제3측면에 있어서는 그 정지시의 제동상태와 회전시의 제동상태와의 차이에 착안하고 있다.

이 제3측면의 창안의 취지는 이하와 같다.

즉, 단순유성롤러기구는 각 마찰롤러의 접촉면 사이에 생기는 마찰력 혹은 오일 전단력을 통하여 전달하는 것이며, 큰 회전부하가 걸린 것과 같은 경우에는 접촉면에 「슬립」이 생긴다. 한편, 일반적으로 이용되는 제동기구도 또한, 브레이크 편에 의해 브레이크 륜을 압착하는 것에 의한 마찰에 의해 운동에너지를 열에너지로 변환하는 것이며, 즉 브레이크 륜과 브레이크 편의 「슬립」에 의해 제동력을발생하는 것이다.

따라서, 단순유성롤러기구 및 제동장치는 함께 슬립을 동반할 가능성을 가지므로, 확실한 제동이라는 관점에서는 그 최적의 조합을 발견하는 것이 곤란하다. 그로 인해 실제로 설계ㆍ제조하는 경우에는 이와같은 불확정한 요인을 포함하여 안전성을 높게 설정하고, 단순유성롤러기구의(압착력에 의존하는) 전달가능토크를 크게 설정하는 것이 요구된다.

이와같이 하는 것은 예컨대, 제동기구의 제동능력(제동시에 발생하는 제동토크)에 대하여 단순유성롤러기구의 전달능력(전달가능토크)이 너무 작으면, 이 회전구동장치에 연결된 상대기계(외부부하)를 확실하게 제동할 수 없다고 생각되었기 때문이다.

한편, 단순유성롤러기구는 모터의 회전구동력을 효율좋게 전달하지 않으면 안된다.

즉, 단순유성롤러기구를(전달능력을 포함) 크게 설계ㆍ제조한 경우에는 각 마찰롤러의 회전저항이 커지고, 「고효율로 회전동력을 전달한다」라는 마찰전동식 단순유성롤러기구의 장점이 없어져 버린다. 또한, 당연히 비용도 상승하게 된다. 따라서, 전달효율과 비용대비성능면에서 생각하면 단순유성롤러기구는(전달능력을 포함) 가능한 한 작게 설계하지 않으면 안된다.

이 상반되는 요인으로 인하여, 종래는 마찰전동식 회전구동장치에 용이하게 제동기구를 부설할 수 없으며, 그 결과 제동기구의 채용이 늦어졌다고 생각된다. 이것은 일반적으로 이 업계에 있어서는 상술한 것같이 필요한 크기에 대하여 1랭크또는 2랭크상의 롤러기구를 이용하는 정도라면, 차라리 기어기구를 이용하는 편이 확실하고도 낮은 비용의 제조가 결과로서 가능하게 된다는 사정이 있기 때문이다.

본 발명의 제3측면은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 단순유성롤러기구, 모터, 및 제동기구의 3자의 밸런스를 가장 적합한 상태에서 조합하여, 제동능력을 유지하면서 고효율화 및 저렴화를 양립한 비용대비성능면에서 뛰어난 마찰전동식 회전구동장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

제3측면을 보다 구체적으로 설명하면, 일반적으로 제동기구는 예컨대 브레이크 륜을 브레이크 편에 의해 사이에 끼워서(挾持) 마찰력에 의해 제동력을 발휘한다. 제동기구의 경우, 그 제동능력이 브레이크 륜의 회전속도에 의해 변동하지 않도록 하기 위해서, 정지시의 정지마찰토크(소위 지지토크)와 회전시의 운동마찰토크의 상대차를 (다소 정지마찰토크가 상회하지만)가능한 한 작게 설정하고 있다.

한편, 단순유성롤러기구는 그 기능상 회전부하를 발생하는 목적의 것이 아니고, 각 마찰롤러 사이에 소정의 압착력을 주어 원활하게 회전하는 것에 주안점을 두고 있다. 따라서 정지시의 전달토크(지지토크라고도 할 수 있다)에 대하여 회전중인 전달토크는 「상대적으로」상당히 작아서 좋다.

그래서, 본 발명자는 정지시와 회전시의 전달(제동)능력의 상대적인 차가 제동기구와 단순유성롤러기구에서 크게 상이한 것에 착안하였다. 즉, 이 차이를 능숙하게 이용하기 위하여 단순유성롤러기구의 정지시의 전달능력을 나타내는 「임계시험토크(Xd)」 이외에, 회전시의 전달능력을 나타내는 「임계전달토크(Xs)」라는 새로운 개념을 도입한 것이다. 이에 따라, 실제 단순유성롤러기구로부터 측정되는 이들의 수치로부터 단순유성롤러기구, 제동기구 및 모터의 최적의 밸런스를 설정할 수 있다.

즉, 상기 임계시험토크(Xd), 임계전달토크(Xs)와, 제동기구의 제동토크(정지마찰토크, 운동마찰토크)를 상기과 같은 대소관계로 설정한다. 이와같이 설정된 마찰전동식 회전구동장치에 의하면, 정지시에는 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크를 단순유성롤러기구를 통하여 접속되는 상대기계에 확실하게 전달하여 상대기계를 확실하게 정지상태로 유지할 수 있다. 또한, 회전하고 있는 상대기계에 대해서는 제동기구가 발생하는 운동마찰토크를 단순유성롤러기구를 통하여 「어느 정도」 확실하게 전달하여 상대기계의 회전속도를 확실하게 저하시킬 수 있다.

즉, 제동기구의 기능으로 보아, 최종적으로는 상대기계를 확실하게 정지시키지 않으면 안되지만, 회전중의 제동시에는 처음 제동기구 자신이 슬립되면서 제동하고 있는 상태라고 생각되므로, 단순유성롤러기구는 반드시 그 제동력을 「완전히」상대기계에 전달할 필요는 없고, 자신이 슬립될 가능성을 가지고 있어도 상관없다고 말할 수 있다. 다시 말하면, 단순유성롤러기구가 전달할 수 있는 한계의 범위내에서 회전구동장치가 소정의 제동력을 발휘하여 상대기계의 회전속도를 확실하게 저감시키면 충분하다. 더욱이, 상대기계측 회전속도가 제동에 의해 서서히 저하함에 따라 단순유성롤러기구의 한계전달능력도 서서히 증대하기 때문에(발명자가 확인완료), 결과로서 최종적으로는 반드시 상대기계를 확실하게 제동할 수 있으며, 또한 일단 정지하면 상대기계가 맘대로 회전하기 시작하는 경우가 없다.

한편, 일반적인 모터와 제동기구의 조합 관계를 고려하면 본 발명에 관계되는 회전구동장치의 구성이라면, 정격회전속도에 있어서의 모터의 구동능력에 대하여 단순유성롤러기구의 전달능력은 너무 큰 것은 아니고 또한 너무 작은 것도 아니며 최적으로 설정되어 있다고 말할 수 있다. 즉, 상기와 같이 제동기능을 확실하게 발휘하는 것임에도 불구하고 정숙하면서 원활한 회전동력의 전달(고효율의 전달)이라는 마찰전동타입의 특성을 충분하게 유지하고 있다.

결과로서, 본 발명에 의하면 단순유성롤러기구, 제동기구, 모터의 3자의 능력밸런스가 최적으로 설정되어 비용대비성능면에 뛰어난 회전구동장치를 얻을 수 있다.

또한, 이 회전구동장치에 있어서는 구체적인 모터의 구동능력에 대해서는 단순유성롤러기구의 한계전달토크(Xs)에 대하여, 모터의 정격토크(T)가 T＜Xs가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이와같이 하면, 제동능력에 더하여 구동능력의 면에 있어서도, 이 마찰전동식 회전구동장치에 연결되는 상대기계를 더욱 확실하게 구동할 수 있다.

또한, 상기 발명에 있어서는 단순유성롤러기구의 한계전달토크(Xs)가 0.65Ys＜Xs＜3.4Ys가 되도록 설정하였지만, 바람직하게는 0.8Ys＜Xs＜1.7Ys로 하고, 최선의 것은 Ys와 Xs가 거의 일치하도록 설정하는 것이다.

[실시예]

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관계되는 마찰전동장치(20)를 나타내는 부분단면도이다. 이 마찰전동장치는 마찰롤러로서, 태양롤러(30), 캐리어(32)에 지지됨과동시에, 태양롤러(30)의 외주에 전접하는 유성롤러(34), 및 이 유성롤러(34)가 자신의 내주에 전접함과 동시에 자신의 회전이 규제된 링롤러(36)를 가지는 단순유성롤러기구(28)와, 상기 태양롤러(30)에 연결되어 태양롤러(30)의 회전을 제동하는 제동기구(22)를 구비한다.

이 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크(Y)는 단순유성롤러기구(28)가 가지는 임계시험토크(Xd)(상세한 것은 후술)에 대하여, 0.1Xd＜Y＜0.7Xd의 범위내, 바람직하게는 0.2Xd＜Y＜0.5Xd의 범위내로 설정하고, 구체적으로는 0.3Xd로 설정되어 있다.

단순유성롤러기구(28)는 케이싱(38)의 내부에 수용되어 있으며, 이 케이싱(38)의 내주측에 설치된 도너츠형상의 돌기(38A)에 볼트(40)에 의해 링롤러(36)가 고정되어 있다.

이 케이싱(38)은 중심축선방향의 양단측에 있어서 직경방향 외측으로 퍼지는 플랜지부(38B, 38C)를 구비하고 있으며, 태양롤러(30)측의 플랜지부(38B)에는 제동기구(22)의 케이싱(42)이 일체적으로 연결되어 있다. 제동기구(22)는 상기 케이싱(42)에 일체적으로 설치되는 링형상의 여자코일(44)과, 케이싱(42)에 대하여 둘레방향으로 회전불가능한 상태로, 축방향으로 슬라이딩 가능한 링형상의 브레이크 편(brake shoe;46)과, 태양롤러(30)와 연결축(48)을 통하여 연결되고 이 태양롤러(30)와 일체가 되어 회전하는 브레이크 륜(brake ring;50)과, 브레이크 편(46)을 항상 브레이크 륜(50) 방향으로 힘을 가하는 코일스프링(52)을 구비한다.

여자코일(44)이 여자상태인 경우는 이 여자코일(44)에 브레이크 편(46)이 끌어당겨지고 코일스프링(52)의 부세력에 대항하여 브레이크 편(46)이 브레이크 륜(50)으로부터 이격하여 비제동상태가 되며, 여자코일(44)이 비여자상태인 경우는 코일스프링(52)에 의해 브레이크 편(46)이 브레이크 륜(50)에 눌려짐으로써 제동상태가 된다.

다음으로 시험토크(X) 및 임계시험토크(Xd)에 대하여 설명한다.

도 2에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 태양롤러(30)에 토크검출기(60)를 개재하여 토크발생기(62)(회전동력을 발생할 수 있는 것)를 연결한다. 한편, 캐리어(32)는 고정부재(64)에 연결되어 회전이 규제되어 있다. 또, 링롤러(36)는 케이싱(38)을 통하여 동일하게 고정부재(64)에 고정되어 있다.

이 상태에서 토크발생기(62)에 의해 태양롤러(30)에 토크를 서서히 증대시켜 입력한다. 이 서서히 증대되어 가는 입력토크가 본 발명에서 말하는 「시험토크(X)」이다. 이와같이 하면, 각 마찰롤러의 접촉면에 있어서의 마찰력에 의해 단순유성롤러기구(28)측에 반력토크(Xo)가 발생하고, 토크검출기(60)에 의해 검출되는 검출토크(Xr)도 그에 따라 서서히 증대한다(X=Xo=Xr). 그러나, 마찰력에 의해 생기는 반력토크(Xo)가 한계에 달하면 각 마찰롤러의 어느 하나에 슬립 회전이 발생하고, 비록 시험토크(X)를 증대시켜도 이 슬립에 의해 반력토크(Xo)가 급격하게 저하하기 때문에 토크검출기(60)에 의해 검출되는 검출토크(Xr)도 급격하게 저하한다. 토크검출기(60)에 의해 얻어진 상기 데이터(도 3참조)로부터 검출토크(Xr)가 급격하게 저하했을 때(도 3의 P에 대응하는)에, 그때까지 실제로 가해져 있던 시험토크(X)(검출토크(Xr)와 일치)의 값을 「임계시험토크(Xd)」로 정의한다.

이 임계시험토크(Xd)는 이 단순유성롤러기구(28)가 외부부하를 지지할 수 있는 한계의 토크를 태양롤러(30)측의 토크값으로 환산한 것이라고 할 수 있으며, 다시 말하면, 태양롤러(30)를 고정하여 캐리어(32)측에 연결된 외부부하가 회전하고자 하는 경우에, 이 단순유성롤러기구(28)가 견딜 수 있는 한계능력을 태양롤러(30)측에서 수치화한 것이라고 할 수 있다.

이 마찰전동장치(20)에 의하면, 상술한 바와 같이 제동기구(22)의 제동능력(얻을 수 있는 정지마찰토크)(Y)이 임계시험토크(Xd)의 0.7배보다 작게 설정되어 있기 때문에, 제동기구(22)의 제동능력이 너무 커서 급제동의 경향이 되거나 상대기계(부하)의 관성력이 너무 크게 되어 마찰전동장치에 슬립이 발생하여 버리는 것과 같은 사태가 거의 발생하지 않는다. 이것은 많은 성능추가시험에 있어서 확인되고 있다.

또한, 이 마찰전동장치(20)에 의하면, 제동기구(22)의 제동능력(Y)이 임계시험토크(Xd)의 0.1배보다도 크게 설정되어 있기 때문에, 제동기구(22)의 제동능력이 너무 작아서 구동원 혹은 상대기계(부하)를 제동할 수 없는 것과 같은 사태도 거의 발생하지 않는다. 이것도 많은 성능추가시험에 있어서 확인되고 있다.

즉, 단순유성롤러기구(28)의 전달능력과 제동기구(22)의 제동특성이 가장 밸런스가 잡힌 상태로 설정되어 있기 때문에, 결국은 전달효율 및 제동능력의 쌍방에 뛰어난 비용대비성능이 높은 마찰전동장치를 얻을 수 있는 것이다.

또, 이 범위는 보다 바람직하게는 0.2Xd＜Y＜0.5Xd의 범위이며, 최선의 것은 Y=0.25Xd∼0.35Xd의 부근이다.

그런데, 이 실시형태에 관계되는 마찰전동장치(20)에서는 단순유성롤러기구(28)의 전달능력과 제동기구(22)의 제동특성이 가장 밸런스가 잡힌 상태로 설정되어 있기 때문에, 이 제동기구(22)를 기준으로하여 마찰전동장치(20)에 전달되는 동력(회전구동장치의 용량, 상대측기계의 부하 등)을 설정하면 단순유성롤러기구(28)에 생기는 슬립을 방지할 수 있다.

도 4를 참조하여 이 사상에 입각한 본 발명의 제2실시형태에 관계되는 마찰전동식 회전구동장치(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

이 회전구동장치(100)는 단순유성롤러기구(128)와 제동기구(122)를 구비한 마찰전동장치(120)에 있어서의 연결축(148)을 자신의 모터축으로 한 모터(126)를 연결축(모터축)(148)의 외주에 설치하여, 이 모터(126)의 회전동력을 연결축(148)에 전달하도록 한 것이다.

구체적으로는 제1실시형태에서 나타낸 마찰전동장치(20)의 연결축(48)과 비교하여 축방향으로 긴 연결축(148)이 채용되어 있으며, 이 연결축(148)의 주위에서 단순유성롤러기구(128)와 제동기구(122) 사이의 위치에, 이 연결축(148)을 모터축으로 하는 모터(126)가 설치되어 있다.

또한, 단순유성롤러기구(128)의 케이싱(138)은 2분할구조로 되어 있고, 그 사이에 링롤러(136)를 끼워놓도록 되어 있다. 즉, 링롤러(136)도 케이싱(138)의 일부를 구성하고 있다고 할 수 있다. 더욱이, 캐리어(132)의 축심위치에는 출력축(133)이 돌출하여 설치되어 있으며, 커플링 등을 통하여 상대기계(피구동기계)와 연결할 수 있도록 되어 있다.

모터(126)의 모터케이싱(126A)은 한쪽 끝이 제동기구(122)의 케이싱(142)에 연결되고, 다른쪽끝이 단순유성롤러기구(128)의 케이싱(138)에 연결되어 있다. 또한, 마찰전동장치(120)의 기타의 구성에 대해서는 이미 제1실시형태에서 나타낸 마찰전동장치(20)와 거의 동일하므로, 동일 또는 유사한 부분에는 이 마찰전동장치(20)와 아래 2자리수를 동일부호를 부여함으로써 구성ㆍ작용 등의 상세한 설명은 생략한다.

이 모터(126)의 정격토크(P)는 여기에서는 제동기구(122)의 제동능력(정지마찰토크)(Y)의 1.5분의 1이 되도록 설정되어 있다. 따라서, 예컨대 상기 실시형태와 같이 제동능력(Y)이 임계시험토크(Xd)의 0.3배로 설정되어 있는 경우는 정격토크(P)는 이 1.5분의 1, 즉 임계시험토크(Xd)로부터 보면, 그 0.3 ÷1.5 ≒ 0.2배의 값으로 설정되어 있게 된다.

이 수치(관계치)는 제동기구가 있는 마찰전동식 회전구동장치로서 거의 베스트 모드라고 할 수 있는 것이며, 실용상 생각할 수 있는 많은 부하를 접속한 경우라도 양호한 구동특성과 제동특성을 가장 불필요함이 없이 발휘할 수 있다.

따라서 이 수치를 만족하도록 상이한 전달용량, 상이한 변속비의 제동기구가 있는 마찰전동식 회전구동장치를 다수 제조하면, 어느 기종에 있어서도 필요하면서도 충분한 구동특성 및 제동특성을 가지는 제동기구가 있는 마찰전동식 회전구동장치의 시리즈를 얻을 수 있다.

또, 상술한 바와 같이 마찰전동장치에 있어서는 설계상 얻어지게 될 전달토크와 실제로 완성된 제품에 있어서 얻어지는 전달토크가 반드시 일치하지 않는 경우가 있지만, 이 점에 대해서도 본 발명에 의하면 시험토크를 실제 제품에 가하여 감으로써 실제로 얻어지는 전달토크를 간단히 확인할 수 있다. 이것은 제품이 소정 공차(公差)에 포함되어 있는지의 확인 시험의 범주에 속하는 것으로, 소정의 공차 자체를 시행착오에 의해 결정하는 것과는 차원이 다른 것이다.

그런데, 본 발명의 제2측면에 착안하여 이 마찰계합장치(20)를 제조하는 경우는, 이 측정된 임계시험토크가 제동기구(22)의 제동토크 1.4∼10.0배의 범위에 포함되도록 링롤러(36)의 압착력을 설정한다. 또, 보다 바람직하게는 2.0∼5.0배의 범위로 설정한다. 최선의 것은 3.3배 정도이다.

이 「압착력」은 각종 내경(內徑)을 구비한 링롤러(36)로부터 최적인 것을 선택하거나, 링롤러(36)의 내주를 연마함으로써 간섭(interference)을 조절함으로써 행해지는 것이 일반적이지만, 또한 그 외에도 각 마찰롤러의 직경(곡률) 및 폭을 조절하여 접촉면적을 변화시키고, 이 접촉면에 작용하는 압력에 의해 접촉면을 탄성변형시켜 압착력을 조절할 수도 있다. 또, 상기 압착력의 조정수단은 결국 롤러재료의 탄성변형에 의한 것이기 때문에, 재료자신의 영률(young's module)을 변경(즉, 재료자체를 변경)하여 「압착력」을 설정하여도 상관없다.

이상과 같이 하여, 링롤러(36)의 압착력을 변경하여 재차 임계시험토크를 측정하고, 이 값이 상기 범위내에 포함되도록 압착력의 변경이 반복되게 된다. 여기에서, 임계시험토크가 너무 큰 경우에는 압착력을 작게 하는 방향으로, 반대로 임계시험토크가 너무 작은 경우에는 압착력을 크게 하는 방향으로 설정하지만, 어느 경우에나 이 반복에 의해 반드시 상기 범위내에 포함시킬 수 있다.

또, 실제로 일단 압착력이 결정되고 또한 제조분산이 있어도 상기 범위내에 포함되는 것을 확인할 수 있으면 그 후는 동일한 압착력을 구비한 단순유성롤러기구(28)를 대량 생산하면 되고, 예컨대 다수개마다 확인적으로 임계시험토크를 측정하는 것만으로 그 전달능력도 거의 일정하게 유지할 수 있다. 이와같이, 제조분산이 있어도 반드시 상기 범위에 포함할 수 있는 것이 확인된 후의 대량생산은 그 한 개 한 개에 대하여 본 발명에 관계되는 제조방법에 따라(기하여) 제조되어 있는 것과 동일하다.

최종적으로 상기와 같이 하여 제조된 단순유성롤러기구(28)와 제동기구(22)를 조합시킴으로써 도 1에 나타낸 마찰전동장치(20)가 완성된다.

이상에 나타낸 마찰전동장치(20)의 제조방법에 의하면 제동능력이 보증된 마찰전동장치(20)를 대량 생산할 수 있으며 제조비용이 대폭으로 저감된다.

또한, 이 마찰전동장치(20)에 의하면 제동기구(22)의 제동능력에 대하여 단순유성롤러기구(28)의 전달능력이 최적으로 설정되어 있기 때문에, 이 제동기구(22)를 기준으로하여 마찰전동장치(20)에 전달되는 동력(예컨대, 회전구동장치의 용량, 상대측기계의 부하)을 설정하면, 단순유성롤러기구(28)에 생기는 슬립을 방지함과 동시에 비용의 상승과 내구성의 저하를 방지할 수 있다.

즉, 단순유성롤러기구(28)의 전달능력과 제동기구의 제동특성이 가장 밸런스가 잡힌 상태로 설정되어 있기 때문에, 결국은 전달효율 및 제동능력의 쌍방에 뛰어난 비용대비성능이 높은 마찰전동장치를 얻을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3측면에 관한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

재차 도 4를 참조하여, 이 회전구동장치(100)의 모터(126)에는 제동기구(122)가 부설되어 있다. 이 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크(Y)와 단순유성롤러기구(128)가 가지는 임계시험토크(Xd)가 Y＜Xd가 되도록 설정된다. 또한, 모터(126)의 정격회전속도에 있어서 제동기구(122)에 의해 얻을 수 있는 운동마찰토크(Ys)와 태양롤러(130)가 정격회전속도에서 회전하는 경우의 단순유성롤러기구(128)가 가지는 한계전달토크(Xs)(상세한 것은 후술)가 0.65Ys＜Xs＜3.4Ys가 되도록 설정된다.

또, 이 한계전달토크(Xs)는 바람직하게는 0.8Ys＜Xs＜1.7Ys의 범위내로 설정하고, 또한 모터(126)의 정격토크(T)와 상기 한계전달토크(Xs)는 T＜Xs가 되도록 설정된다. 이 수치는 발명자들이 수많은 시작품을 제작하고, 실제로 수많은 장면에서 적용시험을 행한 결과 얻어진 지견에 근거하고 있다.

여기서, 「임계시험토크(Xd)」 및 「한계전달토크(Xs)」에 대하여 설명한다.

도 5에는 임계시험토크(Xd)를 측정하는 다른 형태가 나타나 있다. 태양롤러(130)에는 토크측정기(60)를 통하여 토크발생기(62)(회전동력을 발생할 수 있는 것)가 연결된다. 한편, 캐리어(132)는 고정부재(64)에 연결되어 회전이 완전히 규제되어 있다. 또, 링롤러(136)는 케이싱(138)을 통하여 동일하게 고정부재(64)에 고정되어 있다.

이 구성은 그러나 구체적인 개략은 상기 도 2의 것과 동일하며, 임계시험토크(Xd)도 도 2를 이용하여 이미 설명한 방법과 동일한 방법으로 측정할 수 있다. 따라서, 도면중에서 동일한 부위에 아래 2자리수가 동일한 부호를 부여하기로 하고중복설명은 생략한다.

다음으로 도 6을 참조하여 단순유성롤러기구(128)의 한계전달토크(Xs)에 대하여 설명한다.

한계전달토크(Xs)를 측정하기 위해서는 태양롤러(130)에 토크측정기(60)를 개재하여 부하발생기(80)(회전부하를 발생할 수 있는 것)를 연결한다. 한편, 캐리어(132)에는 고정부재(모재(母材))(64)에 고정된 시험모터(84)의 모터축(84A)이 커플링을 개재하여 연결되어 있다. 또, 링롤러(136)는 케이싱(138)을 통하여 동일하게 고정부재(64)에 고정되어 있다.

우선, 부하발생기(80)의 회전부하를 발생시키지 않은 상태에서 시험모터(84)에 의해 캐리어(132)를 회전시켜, 장래 연결될 모터(102)(도 1참조)의 정격회전속도로 태양롤러(130)를 회전시킨다.

이 시험모터(84)의 구동토크는 이번에 측정하고자 하는 단순유성롤러기구(128)에 있어서 전달가능한 토크와 제동기구(122)의 제동토크에 비하여 충분히 크고, 태양롤러측에서 다소 부하변동이 있어도 이 태양롤러(130)를 소정의 회전속도(장래 연결될 모터(102)의 정격회전속도)로 계속 회전시킬 수 있을 만큼의 구동력을 가지고 있다. 이 상태에서 부하발생기(제동토크발생기)(80)에 의해 태양롤러(130)의 회전부하(부하토크(Xn1))를 서서히 증대시켜 입력해 가면, 시험모터(84)는 이 부하의 증대에 상관없이 일정 회전을 계속하기 때문에, 태양롤러(130)에는 부하발생기(80)측으로부터 가해진 부하토크(Xn1)에 상당하는 반력토크(Xo1)가 되돌아오고, 그 결과 토크검출기(60)에 있어서 검출토크(Xr1)가 검출되게 된다(Xn1=Xo1=Xr1). 이 검출토크(Xr1)는 부하토크(Xn1)를 증대시키면 이와 함께 증대하여 간다. 그러나, 부하발생기(80)에 의해 입력되는 부하토크(Xn1)를 더욱 증대시켜 가면, 각 마찰롤러 사이의 슬립에 의해 반력토크(Xo1)가 부하토크(Xn1)의 상승에 따라갈 수 없게 되고, 슬립이 크게 되어 제품으로서 허용되는 한계의 슬립되는 비율(slip ratio)(거의 0.2%)에 달한다(도 7참조). 결과로서, 이 한계에 달했을 때에 토크검출기(60)로부터 검출된 검출토크의 값(Xr1)(도 7에 있어서의 Q점에 대응한다)이 「한계전달토크(Xs)」이다.

또, 이 실시예에서는 캐리어(132)가 출력요소인 경우를 나타내고 있지만, 링롤러를 출력요소로 하는 경우는 이 링롤러를 시험모터(84)를 연결하여 동일하게 측정하면 된다.

이 한계전달토크(Xs)는, 이 단순유성롤러기구(128)가 장래 연결될 수 있는 모터(102)에 의해 구동되어 정격속도로 회전하고 있는 경우에 상대기계의 외부부하를 구동할 수 있는 허용한계의 토크값을 나타내고 있다. 즉, 상대기계의 제동이란 면에서 생각하면 태양롤러(130)가 정격속도로 회전하고 있는 상태에 있어서, 이 단순유성롤러기구(128)가 상대기계측에 전달할 수 있는 제동능력(토크)의 허용한계치라고도 할 수 있다.

이 회전구동장치는 이상과 같이 하여 측정된 임계시험토크값(Xd), 한계전달토크(Xs), 및 제동기구의 정지마찰토크(Y), 운동마찰토크(Ys)가 상기와 같이 설정되어 있기 때문에, 제동기구(122)에 대하여 단순유성롤러기구(128)가 최적의 크기(전달능력)로 되어 있으며, 「최종적으로는 상대기계를 확실하게 정지시킨다」라는기본 기능을 충분히 발휘한다.

회전중에 있어서의 제동시에는 단순유성롤러기구(128)의 각 마찰롤러에 슬립이 발생할 가능성을 가지지만, 제동기구(122)의 제동토크(운동마찰토크)를 상대기계측에 (단순유성롤러기구(128)가 전달할 수 있는 한계내에서) 확실하게 전달하여 상대기계의 회전속도를 저감할 수 있다. 이 상태가 계속되면 이윽고 상대기계의 회전속도가 저하하며, 그에 따라 단순유성롤러기구(128)의 한계전달토크가 상승하여 가기 때문에(본 발명자에 의해 실험ㆍ실증 완료), 제동기구(122)의 제동토크가 더욱 확실하게 전달하게 되고, 최종적으로는 상대기계를 반드시 정지시킬 수 있다.

일단 상대기계가 정지하면, 제동기구(122)의 제동토크(정지마찰토크(Y))보다 단순유성롤러기구(128)의 지지토크(시험토크의 값(Xd))가 상회하고 있기 때문에, 제동기구(122)가 슬립되기 시작하기 전에 단순유성롤러기구(128)가 먼저 슬립되지 않고 상대기계를 충분하게 유지할 수 있다.

한편, 이 회전구동장치(101)는 모터(126)와 제동기구(122)의 일반적인 능력밸런스에서 생각하면, 상기 한계전달토크(Xs)와 운동마찰토크(Ys)의 관계에서도 분명한 것과 같이, 모터(126)에 대하여 단순유성롤러기구(128)가 최적의 크기(전달능력)로 되어 있으며 단순유성롤러기구(128)가 너무 큰 것과 같은 경우는 없다. 따라서, 모터(126)의 회전동력을 고효율로 상대기계측에 전달할 수 있다.

결과로서, 제동특성과 전달효율이라는 단순유성롤러기구(128)에는 상반하는 요구를, 동시에 최적의 상태에서 밸런스를 이루게 하기 때문에, 전체로서 비용효율이 뛰어난 회전구동장치로 되어 있다.

또, 상기 예에서는 단순유성롤러기구의 한계전달토크(Xs)와 모터의 정격토크(T)가 T＜Xs가 되도록 설정하였지만, 더욱 바람직하게는 T＜0.8Xs가 되도록 설정하고, 최선의 것은 T≒0.6Xs이다.

이상에 나타낸 실시형태에 있어서는 모터의 후미에 제동기구가 부설된 경우를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고 단순유성롤러기구와 모터의 사이에 제동기구가 부설되는 경우도 포함하는 것이며, 그 제동기구의 구조도 상기 디스크식에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 브레이크 륜을 브레이크 편에 의해 직경방향으로 눌러 접촉하는 드럼타입이라도 좋고, 또한 ONㆍOFF의 절환방법도 유압식, 기계식, 공기압식 등을 채용할 수도 있다.

또한, 이 실시형태에 있어서는 단순유성롤러기구와, 모터와, 제동기구를 조합한 회전구동장치를 나타내었지만, 더욱 이에 더하여 본 발명의 요지가 적용가능한 범위에서 별도의 감속기 등을 부설한 것이라도 좋다.

더욱이, 본 발명에서는 단순유성롤러기구의 태양롤러에 대하여 제동기구가 직접 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 이 사이에 전동기가 개재되어 있는 경우와 감속기를 개재하여 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함하는 것이다. 이와 같은 경우의 제동기구의 정지마찰토크는 태양롤러측에 환산된 값을 이용하면 된다.

본 발명에 의하면, 단순유성롤러기구와 제동기구의 밸런스를 도모하여, 비용을 저감하면서 확실한 제동능력을 가지는 마찰전동장치를 얻을 수 있다. 또한, 이 마찰전동장치에 모터를 포함시킴으로써 고효율의 마찰전동식 회전구동장치를 얻을수 있다. 또한, 상기와 같은 효과를 가지는 마찰전동장치를 확실하게 제조할 수 있는 제조방법을 얻을 수 있다.

Claims (7)

1. 마찰롤러로서, 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 상기 태양롤러의 외주(外周)에 전접(轉接)하는 유성롤러, 및 이 유성롤러가 자신의 내주(內周)에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 상기 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러의 회전을 제동하는 제동기구를 구비하는 마찰전동(傳動)장치로서,

   상기 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크를 Y로 하고,

   상기 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 상기 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 상기 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 상기 시험토크의 값을 임계(臨界)시험토크(Xd)로 했을 때에 상기 정지마찰토크(Y)를,

   0.1Xd＜Y＜0.7Xd

   의 범위내로 설정한 것을 특징으로 하는 단순유성롤러기구 및 제동기구를 구비하는 마찰전동장치.
2. 제 1항에 기재된 마찰전동장치에 있어서의 상기 태양롤러와 상기 제동기구를 연결하는 연결축을 자신의 모터축으로서 구비하는 모터를, 이 연결축의 외주에 배치하고,

   이 연결축에 이 모터의 회전동력을 전달하도록 한 것을 특징으로 하는 단순유성롤러기구 및 제동기구를 구비하는 마찰전동식 회전구동장치.
3. 제 2항에 기재된 마찰전동식 회전구동장치의 시리즈에서, 각각의 전달용량 및 변속비가 서로 다른 다수의 마찰전동식 회전구동장치로 구성된 마찰전동식 회전구동장치의 시리즈.
4. 제 1항에 기재된 마찰전동장치의 제조방법에서,

   상기 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 상기 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하는 순서와, 상기 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 상기 시험토크의 값(Xd)을 임계시험토크로서 측정하는 순서와,

   이 측정된 임계시험토크(Xd)에 대하여, 상기 제동기구의 상기 정지마찰토크(Y)가

   0.1Xd＜Y＜0.7Xd

   의 범위내가 되도록, 이 제동기구의 제동부를 설정ㆍ제작하는 순서를 가지는 것을 특징으로 하는 단순유성롤러기구 및 제동기구를 구비하는 마찰전동장치의 제조방법.
5. 마찰롤러로서, 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 상기 태양롤러의 외주에 전접하는 유성롤러, 및 이 유성롤러와 태양롤러에 압착력을 주고, 또한 상기 유성롤러가 자신의 내주에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와,

   상기 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러의 회전을 제동하는 제동기구를 구비하는 마찰전동장치의 제조방법에서,

   상기 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 상기 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 상기 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 상기 시험토크를 측정하여 그것을 임계시험토크로 한 경우에,

   이 임계시험토크가 상기 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크의 1.4∼10.0배의 범위가 되도록 상기 링롤러의 압착력을 설정하는 것을 특징으로 하는 마찰전동장치의 제조방법.
6. 마찰롤러로서, 태양롤러, 캐리어에 지지됨과 동시에 상기 태양롤러의 외주에 전접하는 유성롤러, 및 이 유성롤러가 자신의 내주에 전접하는 링롤러를 가지는 단순유성롤러기구와, 상기 태양롤러에 연결되어 이 태양롤러를 구동하는 모터를 구비하는 마찰전동식 회전구동장치에 있어서,

   상기 모터에 제동기구를 부설함과 동시에,

   상기 제동기구에 의해 얻을 수 있는 정지마찰토크(Y)와, 상기 캐리어 및 상기 링롤러를 고정한 상태에서 상기 태양롤러에 시험토크를 서서히 증대시켜 입력하고, 상기 마찰롤러의 어느 하나에 최초로 슬립 회전이 발생한 때의 상기 시험토크의 값(Xd)이 Y＜Xd가 되도록 설정하고, 또한

   상기 모터의 정격회전속도에 있어서 상기 제동기구에 의해 얻을 수 있는 운동마찰토크(Ys)와, 상기 태양롤러가 상기 정격회전속도로 회전하는 경우에 상기 단순유성롤러기구가 이 태양롤러에서 전달할 수 있는 한계전달토크(Xs)가 0.65Ys＜Xs＜3.4Ys가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 마찰전동식 회전구동장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 단순유성롤러기구의 상기 한계전달토크(Xs)와, 상기 모터의 정격토크(T)가 T＜Xs가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 마찰전동장치.