KR100825472B1

KR100825472B1 - 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛

Info

Publication number: KR100825472B1
Application number: KR1020050133427A
Authority: KR
Inventors: 김영석; 정보인; 김충석; 정준호
Original assignee: 김영석
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2008-04-25
Also published as: KR20070070654A

Abstract

본 발명은 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛에 관련한 것으로서, 더 상세하게는 감속유닛의 경량화와 원가절감을 위해서 하모닉 드라이브의 플렉시블 스플라인과 웨이브 제네레이터를 플라스틱 소재(정확하게는 엔지니어링 플라스틱)로 제작하되, 하모닉 드라이브의 앞선 위치에 예비감속기를 일체로 연결하여 플렉시블 스플라인의 변형휫수를 줄여주므로써 플렉시블 스플라인의 탄성력과 강성에 대한 약점을 보완할 수 있도록 한 플라스틱 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 구성적 특징은,

구동모터의 회전속도를 1차적으로 감속시키는 선행 감속부와; 상기 선행 감속부와 연결되어 선행 감속부에 의해 감속된 회전수를 2차적으로 감속시키는 역할을 수행하는 하모닉 드라이브;로 이루어진 것이다.

감속기, 유성기어, 하모닉 기어, 하모닉 드라이브, 플라스틱, 플렉스플라인, 플라스틱 플렉스플라인

Description

하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛{Reduction unit}

도 1은 종래 하모닉 드라이브의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 1 실시예를 나타낸 분리사시도

도 3은 도 2의 단면도

도 4는 도 2의 결합단면도

도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도

도 6은 본 발명에 따른 감속유닛의 제 2 실시예를 나타낸 분리사시도

도 7은 도 6의 단면도

도 8은 도 6의 결합단면도

도 9은 도 8의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도

도 10은 본 발명에 따른 감속유닛의 제 3 실시예

도 11은 도 10의 결합단면도

도 12는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 4 실시예

도 13은 도 12의 결합단면도

도 14는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 5 실시예

도 15는 도 14의 결합단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동모터

20 : 모터브라켓

30 : 선행감속부

31 : 제 1 서큘러 스플라인 32 : 태양기어

33 : 유성기어 34 : 캐리어

40 : 하모닉 드라이브

41 : 제 2 서큘러 스플라인 42 : 플렉스 스플라인

43 : 가압로울러 44 : 센터롤

45 : 웨이브 제네레이터

450 : 유성기어 451 : 태양기어

452 : 유성기어 453 : 태양기어

50 : 베어링

51 : 내륜 52 : 외륜

60 : 베어링 고정플레이트

61 : 제 1 베어링 고정플레이트 62 : 제 2 베어링 고정플레이트

63 : 제 1 베어링 고정플레이트 64 : 제 2 베어링 고정플레이트

70 : 앤드플레이트

71 : 굴곡부

주지하는 바와 같이, 하모닉 드라이브(harmonic drive)는 감속기의 일종으로서 소형, 경량이면서도 고감속비를 얻을 수 있고, 전달 토오크의 용량이 크며, 백래시(backlash)가 작기 때문에 정밀한 감속비를 얻기 위한 여러 가지 장치, 예컨데 CNC 머신이나 산업용 로봇 등에 널리 이용되고 있다.

이러한 하모닉 드라이브는 도 1에서 도시된 바와 같이 입력축(2)과 연결되는 타원형의 캠(1)과, 이 캠의 외주에 끼워지는 볼베어링(4)으로 이루어진 웨이브 제네레이터(wave generator)(3)와; 상기 웨이브 제네레이터의 외부에 끼워지며, 외부 일단부에는 치형이 형성되고, 타단부는 출력축(미도시)과 연결되는 플렉스 스플라인(flex spline)(5)과; 내주면에 상기 플렉스 스플라인의 치형과 동일한 치형이 형성되되, 잇수에 있어서 플렉스 스플라인의 잇수에 비해 약 2 ~ 4개가 더 많게 형성 된 서큘러 스플라인(circular spline)(6)의 3요소로 이루어져 있다.

따라서, 입력축(2)과 연결된 캠(1)이 회전하게 되면 플렉스 스플라인(5)은 웨이브 제네레이터(3)의 회전에 의해 타원형으로 변형하여 타원의 장축 부분에서 서큘러 스플라인(6)의 기어이와 맞물리게 되고, 단축부분에서는 기어이가 서로 떨어진 상태를 유지하게 된다. 서큘러 스플라인(6)을 고정한 상태에서 웨이브 제네레이터(3)를 도면상 시계방향으로 회전시키면 플렉스 스플라인(5)은 탄성변형하게 되고, 서큘러 스플라인(6)과 맞물리는 기어이의 위치는 순차적으로 이동한다. 웨이브 제네레이터(3)가 완전히 일회전하게 되면 플렉스 스플라인(5)은 서큘러 스플라인(6)과의 잇수차이만큼 반대방향(도면상 반시계방향)으로 서행회전하게 되므로써 감속된 회전력을 얻을 수 있게 되는 것이다.

이러한 종래의 하모닉 드라이브는 플렉스 스플라인(5)이 금속재로 되어 있어서 절삭가공에 의해 치형을 형성하게 된다. 그러나, 얇은 튜브형상의 플렉스 스플라인의 표면에 치형을 가공하기 위해서는 플렉스 스플라인의 외주면상에 치형을 가공한 후에 내면을 보링가공 하던지, 내면을 보링가공한 후 내경과 같은 크기의 보조봉을 삽입한 상태에서 치형을 가공해야 하는 어려움이 있다. 또한, 치형을 가공하는 과정에서 발생되는 변형을 방지해야 하는 가공상의 어려움으로 인하여 생산성 향상에 장애가 되어 왔다.

그리고, 하모닉 드라이브는 로봇 아암 및 NC 공작기계 등에 일반적으로 많이 사용되므로 경량이고 컴팩트해야 할 뿐 아니라, 진동의 발생이 작아야 한다. 하지만 하모닉 드라이브가 고속회전할 때 플렉스 스플라인의 고유 진동수와 하모닉 드 라이브의 동작 진동수가 일치하게 될 경우 공진이 일어날 수 있기 때문에, 플렉스 스플라인의 동적특성과 고유진동수 등을 고려하여 설계되어야 하므로 설계조건이 상당이 까다롭다.

이상에서 언급된 문제점들은 플렉스 스플라인(5)이 금속으로 되어 있는데서 기인되는 문제점들이다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 감속유닛의 경량화와 원가절감을 위해서 하모닉 드라이브의 동체부분인 플렉시블 스플라인과 웨이브 제네레이터를 엔지니어링 플라스틱으로 제작하되, 엔지니어링 플라스틱의 물성치가 금속에 비해 떨어지는 약점을 보완하기 위해서 하모닉 드라이브의 앞선위치에 선행감속부를 일체로 연결하므로써 하모닉 드라이브에서의 부하를 줄여줄 수 있으면서도 감속성능을 유지할 수 있도록 한 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주요 특징은,

구동모터의 회전속도를 1차적으로 감속시키는 선행 감속부와; 상기 선행 감속부와 일체로 연결되어 선행 감속부에 의해 감속된 회전수를 2차적으로 감속시키는 역할을 수행하는 하모닉 드라이브;로 이루어진 것이다.

여기서, 상기 선행 감속부는,

내주면에 내접기어가 형성된 링형상의 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 중심부에 위치하는 태양기어와, 상기 제 1 서큘러 스플라인과 태양기어를 연결하는 수 개의 유성기어와, 상기 태양기어의 중심과 유성기어의 중심축을 연결하는 캐리어로 이루어진 유성기어장치이고; 상기 하모닉 드라이브는, 제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되, 상기 웨이브 제네레이터는 상기 각 유성기어와 동축상으로 결합되는 3개의 로울러로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유성기어는 3개로 구성된 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 하모닉 드라이브중에서 플렉스 스플라인은 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하모닉 드라이브는, 제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되; 이 중에서 상기 플렉스 스플라인은 상기 제 2 서큘러 스플라인과 접촉되는 외주면 일측과 상기 웨이브 제네레이터와 접촉되는 내면에 기어이가 각각 형성되며; 상기 웨이브 제네레이터는 상기 플렉스 스플라인의 내주면 기어이와 맞물리게 설치되는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 구동축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물리는 태양기어로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하모닉 드라이브는, 제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되; 이 중에서 상기 플렉스 스플라인은, 상기 제 2 서큘러 스플라인과 접촉되는 외주면 일측에 기어이가 형성되고, 또한 상기 웨이브 제네레이터와 접촉되는 내면중 일부에는 기어이가 형성되며 나머지 일부에는 평활면이 형성되고; 상기 웨이브 제네레이터는, 그 외주면 상에 상기 플렉스 스플라인의 내주면 기어이와 평활면에 동시에 접하도록 상기 내주면 기어이와 상대되는 기어이와 평활면이 동시에 형성된 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 구동축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물리는 태양기어로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유성기어의 외주면은 기어이가 형성된 부위와 평활면이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성되고, 또한 상기 유성기어의 외주면과 상대되는 플렉스 스플라인의 내주면도 상기 유성기어의 단차형상과는 상대되는 형상으로 단차진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양기어는, 그 외주면 상에 상기 유성기어의 기어이와 평활면에 동시에 접하도록 기어이와 평활면이 동시에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양기어는, 기어이가 형성된 부위와 평활면이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 플렉스 스플라인 및 유성기어, 태양기어는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 감속유닛은

구동모터의 바디에 고정되는 모터브라켓; 상기 모터브라켓의 일측면에 결합되는 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 내면기어와 맞물리는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 모터축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물려 있는 태양기어로 이루어진 선행 감속부; 상기 제 1 서큘러 스플라인의 일측면에 결합되는 제 2 서큘러 스플라인과, 상기 제 2 서큘러 스플라인의 내접기어와 접하는 외면에 외접기어가 형성된 플렉스 스플라인과, 상기 플렉스 스플라인의 내면과 선접촉된 상태이면서 센터롤의 외면에 지지된 상태의 3개의 로울러와, 상기 유성기어 및 로울러와 동일 축에 의해 결합되는 캐리어로 이루어진 하모닉 드라이브; 상기 제 2 서큘러 스플라인의 일면에 결합되며, 내면의 일측 단부에 후술될 베어링 외륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 1 베어링 고정플레이트; 상기 제 1 베어링 고정플레이트의 일면에 결합되며, 후술될 베어링 외륜의 나머지 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 2 베어링 고정플레이트; 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트의 안치홈에 안치되되, 내륜은 상기 플렉스 스플라인에 접하고, 외륜은 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트와 접해 있는 베어링; 상기 플렉스 스플라인의 일측면에 결합되면서 베어링의 내륜과 접해있는 앤드플레이트;로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 감속유닛은,

구동모터의 바디에 고정되는 모터브라켓; 상기 모터브라켓의 일측면에 결합되는 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 내면기어와 맞물리는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터 모터축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물려 있는 태양기어로 이루어진 선행 감속부; 상기 제 1 서큘러 스플라인의 일측면에 결합되며, 외면의 일측 단부에 후술될 베어링 내륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 2 서큘러 스플라인과; 상기 제 2 서큘러 스플라인의 내접기어와 접하는 외면에 외접기어가 형성된 플렉스 스플라인과; 상기 플렉스 스플라인의 내면과 선접촉된 상태이면서 센터롤의 외면에 지지된 상태의 3개의 로울러와, 상기 유성기어 및 로울러와 동일 핀에 의해 결합되는 캐리어로 이루어진 하모닉 드라이브; 상기 제 2 서큘러 스플라인의 일측에 결합되며, 외면 일측에 후술될 베어링 내륜의 다른 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 1 베어링 고정플레이트; 상기 플렉스 스플라인의 일측면에 결합되며, 외주단은 상기 제 1 베어링 고정플레이트를 감싸는 형태로 굴곡되되, 이 굴곡된 내측 단부에 후술될 베어링 외륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈이 형성된 앤드플레이트; 상기 앤드플레이트의 굴곡부위의 말단부에 결합되며, 내측 단부에 후술될 베어링 외륜의 다른 일부가 안치되는 베어링 안치홈이 형성된 제 2 베어링 고정플레이트; 상기 제 2 서큘러 스플라인 및 제 1, 2 베어링 고정플레이트에 형성된 베어링 안치홈에 내륜이 안착되되, 외륜은 상기 앤드 플레이트 및 제 2 베어링 고정플레이트에 안착되는 베어링;으로 구성할 수 있다.

여기서, 상기 태양기어와 유성기어는 엔지니어링 플라스틱으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 로울러, 플렉스 스플라인은 엔지니어링 플라스틱으로 되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 통해 상세히 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 1 실시예를 나타낸 분리사시도 이고, 도 3은 도 2의 단면도이며, 도 4는 도 2의 결합단면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 감속유닛의 제 2 실시예를 나타낸 분리사시도이고, 도 7은 도 6의 단면도이며, 도 8은 도 6의 결합단면도이고,도 9은 도 8의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 감속유닛의 제 3 실시예이고, 도 11은 도 10의 결합단면도이며, 도 12는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 4 실시예이고, 도 13은 도 12의 결합단면도이며, 도 14는 본 발명에 따른 감속유닛의 제 5 실시예이고, 도 15는 도 14의 결합단면도를 나타내고 있다.

본 발명에 따른 감속유닛은, 앞서 설명한 바 있듯이 유닛의 경량화 및 원가절감차원에서 개선을 시도하는 과정에서 하모닉 드라이브의 동체(動體) 부분을 플라스틱 소재로 대체할 경우 개선의도를 만족할 수 있는 것에 착안한 것이다, 그러나, 플라스틱의 물성치가 금속에 비해 떨어지는것이 사실이기 때문에 이러한 물성치의 약점을 보완하기 위해 역시 플라스틱으로 된 선행감속부를 두어서 하모닉 드라이브에서의 부하를 줄여줄 수 있도록 한 것으로서, 그 구체적인 구성은 아래와 같다.

본 발명에 따른 감속유닛은, 첨부도면에서와 같이,

구동모터(10)의 바디(11)에 고정되는 모터브라켓(20)을 포함하며; 상기 구동모터(10)의 회전력을 1차적으로 감속하는 역할을 하는 선행감속부(30)와; 상기 선행감속부를 통하는 회전력을 2차적으로 감속하는 역할을 하는 후행감속부, 즉 하모닉 드라이브(40)와; 후술될 출력측의 앤드플레이트(70)의 원활한 회전을 돕기 위한 베어링(50)과; 상기 베어링을 지지하기 위한 베어링 고정플레이트(60)와; 앞서 설명하였듯이 유닛의 최후방, 즉 출력측에 플렉스 스플라인과 결합된 채 감속된 회전력이 최종적으로 출력되는 앤드플레이트(70)로 구성된다.

여기서, 상기 모터브라켓(20)은 구동모터(10)의 바디에 나사고정된 채 다른 여타 부품을 구동모터와 연결해 주는 베이스 역할을 한다.

상기 선행감속부(30)는, 상기 모터브라켓(20)의 후면에 형성된 암단차부(21)(도 3/도 7에 도시됨)에 억지끼움되도록 상기 암단차부의 상대면상에 숫단차부(31a)가 형성되고, 내주면에는 내접기어(31b)가 형성된 제 1 서큘러 스플라인(31)과; 상기 제 1 서큘러 스플라인의 중심부에 위치하는 태양기어(32)와; 상기 제 1 서큘러 스플라인과 태양기어 간을 연결하는 수 개의 유성기어(33)와; 상기 태양기어와 유성기어의 중심축을 연결하는 캐리어(34)로 이루어진 유성기어장치(Planetary gear train)로 구성된다.

여기서, 상기 태양기어(32)와 유성기어(33) 및 캐리어(34)는 플라스틱, 보다 정확하게는 엔지니어링 플라스틱(Engineering plastics)으로 되는 것이 바람직하다. 엔지니어링 플라스틱은 경량이면서 가격이 저렴하고 또한 가공에 의하지 않고 성형에 의해 제품이 만들기 때문에 가공불량의 문제점을 해소할 수 있다는 점에서 이 소재를 선택하게 되었다.

참고적으로 엔지니어링 플라스틱의 물성(物性)은 강철보다도 강하고 알루미늄보다도 전성(展性)이 풍부하며, 금·은보다도 내약품성(耐藥品性)이 강한 고분자(高分子) 구조의 고기능 수지(樹脂)이다. 이 플라스틱의 성능과 특징은 그 화학구 조에 따라 다른데, 주로 폴리아미드·폴리아세틸·폴리카보네이트·PBT(폴리에스테르 樹脂)·변성(變性) PPO(폴리페닐렌옥사이드)의 5종류로 분리된다. 이들의 공통점은 분자량이 몇 십∼몇 백 정도의 저분자(低分子) 물질인 종래의 플라스틱과는 달리, 몇 십만∼몇 백만이나 되는 고분자물질이라는 점이다. 따라서 이 플라스틱은 강도·탄성(彈性)뿐만 아니라, 내충격성(耐衝擊性)·내마모성(耐磨耗性)·내열성(耐熱性)·내한성(耐寒性)·내약품성·전기절연성(電氣絶緣性) 등이 뛰어나 그 용도도 가정용품·일반잡화는 물론, 카메라·시계부품·항공기 구조재·일렉트로닉스 등 각 분야에 걸쳐 사용할 수 있다. 한편, 이보다 한발 앞서 엔지니어링플라스틱을 유리섬유 또는 탄소섬유 등과 혼합시켜, 더욱 강력한 특성을 발휘하는 복합재료인 섬유강화플라스틱(FRP:fiber reinforced plastics)의 개발도 이루어지고 있다. 이러한 물성을 볼 때 엔지니어링 플라스틱은 본 발명의 선행감속부에 적용하여도 큰 문제점이 발생하지 않는다는 결론이 내려진다.

보다 바람직하기로는, 피크(Peek:Poly ether ether ketone:폴리 에테르 에테르 케톤)로 제작하는 것이 좋다. 피크는 용해 성형 가능한 결정성 수지로서는, 가장 높은 내열성(연속 사용 온도는 250℃)을 가지고 있으며, 내피로성, 내환경성, 난소성(부식성 가스를 내지 않고, 연기의 발생도 적다) 등이 뛰어나므로, 전기·전자 분야, 항공우주 분야 등에 널리 사용되고 있다. 피크의 기계적성질은 강성과 함께 신장율도 크고, 내충격성이 뛰어나 지극히 강인한 재료이다.

상기 하모닉 드라이브(40)는, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 후면에 형성된 암단차부(31c)에 억지끼움되도록 상기 암단차부의 상대면상에 숫단차부(41a)가 형성되고, 내주면은 내접기어(41b)가 형성된 제 2 서큘러 스플라인(41)과; 상기 제 2 서큘러 스플라인의 내접치차와 접하는 외면에 외접기어(42a)가 형성되며, 외력에 의해 반지름방향으로 변형이 가능한 정도의 연성을 갖는 플렉스 스플라인(42)과; 외면이 상기 플렉스 스플라인의 내면과 선접촉된 상태로 원형배열되어 있어서 플렉스 스플라인을 가압에 의해 변형시키는 역할을 하는 3개의 가압 로울러(43)와, 상기 원형배열된 3개의 가압 로울러의 중심부위에 위치하면서 가압 로울러를 회전 가능한 상태로 지지하는 역할을 하는 센터롤(44)로 이루어진 웨이브 제네레이터(45)로 구성된다. 이때, 상기 가압 로울러(43)는 상기한 유성기어(33)와 동축상으로 연결된다.

여기서, 상기 가압 로울러(43), 센터롤(44), 플렉스 스플라인(42)은 엔지니어링 플라스틱 또는 피크로 되는 것이 바람직하다. 그 이유는 선행감속부(20)에서 이미 설명된 것과 동일하되 다만, 피크는 금속재와 비교할 때 복원력에서 뒤쳐지는 것이 사실이므로(표 1참조) 이를 보완하는 차원에서 앞서 설명된 선행감속부(20)를 두게 된 것이다. 다시말하면, 선행감속부(20)에서 어느 정도 감속된 상태의 회전력이 하모닉 드라이브에 전달되므로 로울러가 고속으로 회전되지 않게 되므로 플렉스 스플라인의 변형횟수를 기존에 비해 줄일 수 있다. 따라서, 복원력 부족에 대한 문제점을 개선할 수 있게 되는 것이다. 또한, 피크는 강성이 약하기 때문에 기어이가 미세한 경우에 사용이 불가능하므로 되도록 기어이를 크게 해야 한다. 이 경우 감속비가 떨어지게 되므로 앞서 설명된 선행감속부(20)의 존재가 반드시 필요하다.

(표 1)

재료	비중	인장강도(MPa)	굴곡강도(MPa)	굴곡탄성율(GPa)	압축강도(MPa)
피크 (PEEK-Ca30%)	1.44	224	355	22.3	240
SUS	7.93	580	250	197	206
AL	2.7	190	141	70	238

한편, 상기 하모닉 드라이브(30)는 로울러가 구비된 구성이지만 도 10 내지 도 15에서 보듯이 로울러를 빼고 다른 형태로도 제작될 수 있다.

예컨데, 플렉스 스플라인(42)의 제 2 서큘러 스플라인(41)과의 접촉되는 외면 일측과 상기 웨이브 제네레이터(45)와 접촉되는 내면에 외접기어(420)와 내접기어(421)를 각각 형성하고; 상기 웨이브 제네레이터(45)는 상기 플렉스 스플라인(42)의 내접기어(421)와 맞물리게 설치되는 3개의 유성기어(450)와, 상기 구동모터(10)의 구동축(12)과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물리는 태양기어(451)로 구성할 수 있다. 즉, 이 형태는 유성기어가 웨이브 제네레이터의 역할을 수행하게 된다. 이 실시예에서 거론된 유성기어와 태양기어는 앞서 설명된 유성기어와 태양기어와 동일한 구조이지만 적용양태가 다르기 때문에 혼돈을 방지하기 위해서 다른 번호를 부여키로 하였다.

그리고, 또 다른 형태는, 플렉스 스플라인(42)의 상기 제 2 서큘러 스플라인(41)과 접촉되는 외주면 일측에 외접기어(422)를 형성하고, 또한 상기 웨이브 제네레이터(45)와 접촉되는 내면중 일부에 내접기어(423)를 형성하며 나머지 일부에는 평활면(424)을 형성하고; 상기 웨이브 케네레이터(45)는 외주면상에 상기 플렉스 스플라인의 내접기어(423)와 평활면(424)이 동시에 접하도록 기어이(452a)와 평활 면(452b)이 동시에 형성된 3개의 유성기어(452)와, 상기 구동모터(10)의 구동축(12)과 결합된 채 상기 3개의 유성기어(452)와 동시에 맞물리는 태양기어(453)로 구성된 것이다.

여기서, 상기 유성기어(452)의 외주면은 기어이(452a)가 형성된 부위와 평활면(452b)이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성되고, 또한 상기 유성기어의 외주면과 상대되는 플렉스 스플라인(42)의 내주면도 상기 유성기어(452)의 단차형상과는 상대되는 형상으로 단차져 있다.

아울러, 상기 태양기어(453)도 그 외주면 상에 상기 유성기어(452)의 기어이(452a)와 평활면(452b)에 동시에 접하도록 기어이(453a)와 평활면(453b)이 동시에 형성되고, 또한 상기 태양기어는 기어이(453a)가 형성된 부위와 평활면(453b)이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성된다.

상기 베어링 고정플레이트(60)는 베어링의 지지형태에 따라 두가지 형태로 제시된다.

첫 번째 베어링 고정플레이트는 도 3 및 도 4에서 보듯이, 상기 제 2 서큘러 스플라인(41)의 후면에 형성되는 암단차부(41c)에 억지끼움되도록 상기 암단차부의 상대면상에 숫단차부(610)가 형성되고, 내면의 일측 단부에 상기 베어링(50)의 일부분이 안치되는 베어링 안치홈(611)을 갖는 제 1 베어링 고정플레이트(61)를 구비하고 있으며; 상기 제 1 베어링 고정플레이트의 후면에 결합되며, 상기 베어링(50)의 나머지 일부분이 안치되는 베어링 안치홈(620)을 갖는 제 2 베어링 고정플레이트(62)를 구비하고 있다. 여기서 상기 베어링(50)은 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트(61,62)의 각 안치홈(611,620)에 안착되되, 내륜(52)은 상기 플렉스 스플라인(42)과 접하고, 외륜(52)은 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트(61,62)와 접하게 설치된다. 상기한 베어링 지지구조는 후술될 베어링 지지구조에 비해 축방향 길이가 길고 반경방향 길이가 짧은 구조가 된다.

두 번째 베어링 고정플레이트는 도 7 및 도 8에서 보듯이, 상기 제 2 서큘러 스플라인(41)의 후방에 결합되는 제 1 베어링 고정플레이트(63)와, 상기 앤드플레이트(70)의 일측 단부에 결합되는 제 2 베어링 고정플레이트(64)로 구성된다. 여기서, 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트는 앞선 베어링 고정플레이트와의 명확한 구분을 위해서 다른 부호의 적용하였다.

이를 보다 구체적으로 묘사하면, 제 2 서큘러 스플라인(41)의 후방측 외단부에 베어링(50) 내륜(52)의 일부가 안치될 수 있도록 베어링 안치홈(41d)을 형성하고; 상기 제 2 서큘러 스플라인(41)의 후방에 결합되는 제 1 베어링 고정플레이트(63)의 외단부에는 상기 베어링(50) 내륜(52)의 다른 일부가 안치될 수 있도록 베어링 안치홈(630)을 형성하여 베어링(50)의 내륜(52)이 지지되게 하였다.

또한, 상기 앤드플레이트(70)의 외주단은 상기 제 1 베어링 고정플레이트(63)의 외주면을 감싸는 형태로 굴곡되되, 이 굴곡부(71)의 내측 단부에 상기 베어링(50) 외륜(51)의 일부가 지지되는 베어링 안치홈(72)을 형성하고, 상기 굴곡부(71)의 말단부에 결합되는 제 2 베어링 고정플레이트(64)의 내측 단부에는 상기 베 어링(50) 외륜(51)의 다른 일부가 지지되는 베어링 안치홈(640)을 형성하여 베어링(50)의 외륜(51)이 지지되게 하였다. 상기한 베어링 지지구조는 앤드플레이트(70)의 직경이 길어지다보니 상기의 첫 번째 베어링 지지구조에 비해 반경방향 길이가 길고 대신 축방향 길이는 짧아지는 구조가 된다.

이상, 본 발명에 따른 감속기의 구성 설명을 마치고 이하에서는 작동과정을 설명하기로 한다. 다만, 작동설명을 함에 있어서 제시된 여러 가지 실시예가 거의 대동소이하므로 대표적으로 도 4에 도시된 감속기의 작동과정만을 설명하기로 한다.

구동모터(10)에 전원이 인가되어 작동되기 시작하면, 구동축(12)에 결합된 태양기어(32)가 일방향으로 회전하면서 그 주변에 치합된 각 유성기어(33)가 고정체인 제 1 서큘러 스플라인(31)을 기준으로 자전과 공전을 하게 된다. 이러한 유성기어장치의 작용에 의해 최초 구동모터(10)에서 제공된 회전력은 유성기어장치를 통하면서 1차적으로 감속이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 각 유성기어(33)는 그 후방에 위치하는 각 가압 로울러(43)와 동일 축에 의해 연결되어 있기 때문에 유성기어의 자전과 공전에 편승하여 역시 자전 및 공전을 하게 된다. 특히, 가압 로울러(43)가 공전함에 의해서 상기 플렉스 스플라인(42)은 가압로울러와 선접촉되는 부분에서 가압되면서 이 가압부분에서 제 2 서큘러 스플라인(41)과 맞물린 상태가 된다(도 5참조).

즉, 상기 가압 로울러(43)의 공전방향이 시계방향으로 회전한다면 플렉스 스 플라인은 탄성변형되면서 제 2 서큘러 스플라인(41)과 맞물리는 이의 위치가 순차적으로 이동된다. 가압로울러가 완전히 일회전하게 되면 플렉스 스플라인(42)은 제 2 서큘러 스플라인(41)의 잇수차이만큼 반대방향으로 상대회전하게 되고, 이러한 반대방향의 회전으로 2차 감속이 이루어지게 되는 것이다.

결론적으로, 유성기어장치로 이루어진 선행감속부(30)에 의해서 1차적으로 감속이 이루어지게 되고, 감속된 회전수가 하모닉 드라이브에 전달되면서 2차 감속되므로써 기어가 플라스틱으로 만들어짐에 따른 감속효율의 감소를 커버할 수 있다. 아울러, 소재가 전반적으로 플라스틱 소재로 이루어져 있기 때문에 경량화 및 단가가 저렴한 장점이 있어서 제품의 경쟁력을 높일 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은, 감속유닛의 경량 및 소형화와 원가절감을 위해서 하모닉 드라이브의 플렉시블 스플라인과 웨이브 제네레이터를 플라스틱 소재로 제작하되, 하모닉 드라이브의 앞선 위치에 예비감속기를 일체로 연결하여 플렉시블 스플라인의 변형휫수를 줄여주므로써 플렉시블 스플라인의 탄성력에 대한 약점을 보완할 수 있도록 하므로써 기능상의 문제가 없도록 하였으며,

하모닉 드라이브와 선행감속부의 주요 부품들이 플라스틱으로 됨에 따라서 전반적으로 경량화 및 원가절감이 가능해 지므로써 제품의 경쟁력을 높일 수 있고, 또 기어가 성형에 의해 제작되기 때문에 가공에 의한 기어에 비해서 생산성이 높고 불량율도 낮음에 따라 대량생산에 적합하다.

Claims

구동모터의 회전속도를 1차적으로 감속시키는 선행 감속부와; 상기 선행 감속부와 일체로 연결되어 선행 감속부에 의해 감속된 회전수를 2차적으로 감속시키는 역할을 수행하는 하모닉 드라이브;로 이루어진 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 선행 감속부는,

내주면에 내접기어가 형성된 링형상의 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 중심부에 위치하는 태양기어와, 상기 제 1 서큘러 스플라인과 태양기어를 연결하는 수 개의 유성기어와, 상기 태양기어의 중심과 유성기어의 중심축을 연결하는 캐리어로 이루어진 유성기어장치이고;

상기 하모닉 드라이브는,

제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되, 상기 웨이브 제네레이터는 상기 각 유성기어와 동축상으로 결합되는 3개의 로울러로 구성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 2 항에 있어서,

상기 유성기어장치중에서 태양기어와 유성기어는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 유성기어는 3개로 구성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
삭제
제 2 항에 있어서,

상기 하모닉 드라이브중에서 로울러와, 플렉스 스플라인은 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 하모닉 드라이브는, 제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되;

이 중에서 상기 플렉스 스플라인은 상기 제 2 서큘러 스플라인과 접촉되는 외주면 일측과 상기 웨이브 제네레이터와 접촉되는 내면에 기어이가 각각 형성되며;

상기 웨이브 제네레이터는 상기 플렉스 스플라인의 내주면 기어이와 맞물리 게 설치되는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 구동축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물리는 태양기어로 구성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 1 항에 있어서,

상기 하모닉 드라이브는, 제 2 서큘러 스플라인, 플렉스 스플라인, 웨이브 제네레이터로 구성하되;

이 중에서 상기 플렉스 스플라인은, 상기 제 2 서큘러 스플라인과 접촉되는 외주면 일측에 기어이가 형성되고, 또한 상기 웨이브 제네레이터와 접촉되는 내면중 일부에는 기어이가 형성되며 나머지 일부에는 평활면이 형성되고;

상기 웨이브 제네레이터는, 그 외주면 상에 상기 플렉스 스플라인의 내주면 기어이와 평활면에 동시에 접하도록 상기 내주면 기어이에 상대되는 기어이와 평활면이 동시에 형성된 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 구동축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물리는 태양기어로 구성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 8 항에 있어서,

상기 유성기어의 외주면은 기어이가 형성된 부위와 평활면이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성되고, 또한 상기 유성기어의 외주면과 상대되는 플렉스 스플라인의 내주면도 상기 유성기어의 단차형상과는 상대되는 형상으로 단차진 것을 특징 으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

상기 태양기어는, 그 외주면 상에 상기 유성기어의 기어이와 평활면에 동시에 접하도록 기어이와 평활면이 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 10 항에 있어서,

상기 태양기어는, 기어이가 형성된 부위와 평활면이 형성된 부위가 서로 단차지게 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
제 7 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 플렉스 스플라인 및 유성기어, 태양기어는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브를 이용한 감속유닛.
구동모터의 바디에 고정되는 모터브라켓;

상기 모터브라켓의 일측면에 결합되는 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 내면기어와 맞물리는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 모터축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물려 있는 태양기어로 이루어진 선행 감속부;

상기 제 1 서큘러 스플라인의 일측면에 결합되는 제 2 서큘러 스플라인과, 상기 제 2 서큘러 스플라인의 내접기어와 접하는 외면에 외접기어가 형성된 플렉스 스플라인과, 상기 플렉스 스플라인의 내면과 선접촉된 상태이면서 센터롤의 외면에 지지된 상태의 3개의 로울러와, 상기 유성기어 및 로울러와 동일 축에 의해 결합되는 캐리어로 이루어진 하모닉 드라이브;

상기 제 2 서큘러 스플라인의 일면에 결합되며, 내면의 일측 단부에 후술될 베어링 외륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 1 베어링 고정플레이트;

상기 제 1 베어링 고정플레이트의 일면에 결합되며, 후술될 베어링 외륜의 나머지 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 2 베어링 고정플레이트;

상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트의 각 안치홈에 안치되되, 내륜은 상기 플렉스 스플라인에 접하고, 외륜은 상기 제 1, 2 베어링 고정플레이트와 접해 있는 베어링;

상기 플렉스 스플라인의 일측면에 결합되면서 베어링의 내륜과 접해있는 앤드플레이트;로 구성된 것을 특징으로 하는 감속유닛.
구동모터의 바디에 고정되는 모터브라켓;

상기 모터브라켓의 일측면에 결합되는 제 1 서큘러 스플라인과, 상기 제 1 서큘러 스플라인의 내면기어와 맞물리는 3개의 유성기어와, 상기 구동모터의 축과 결합된 채 상기 3개의 유성기어와 동시에 맞물려 있는 태양기어로 이루어진 선행 감속부;

상기 제 1 서큘러 스플라인의 일측면에 결합되며, 외면의 일측 단부에 후술될 베어링 내륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 2 서큘러 스플라인과; 상기 제 2 서큘러 스플라인의 내접기어와 접하는 외면에 외접기어가 형성된 플렉스 스플라인과; 상기 플렉스 스플라인의 내면과 선접촉된 상태이면서 센터롤의 외면에 지지된 상태의 3개의 로울러와, 상기 유성기어 및 로울러와 동일 핀에 의해 결합되는 캐리어로 이루어진 하모닉 드라이브;

상기 제 2 서큘러 스플라인의 일측에 결합되며, 외면 일측에 후술될 베어링 내륜의 다른 일부가 안치되는 베어링 안치홈을 갖는 제 1 베어링 고정플레이트;

상기 플렉스 스플라인의 일측면에 결합되며, 외주단은 상기 제 1 베어링 고정플레이트를 감싸는 형태로 굴곡되되, 이 굴곡된 내측 단부에 후술될 베어링 외륜의 일부가 안치되는 베어링 안치홈이 형성된 앤드플레이트;

상기 앤드플레이트의 굴곡부위의 말단부에 결합되며, 내측 단부에 후술될 베어링 외륜의 다른 일부가 안치되는 베어링 안치홈이 형성된 제 2 베어링 고정플레이트;

상기 제 2 서큘러 스플라인 및 제 1, 2 베어링 고정플레이트에 형성된 베어링 안치홈에 내륜이 안착되되, 외륜은 상기 앤드 플레이트 및 제 2 베어링 고정플레이트에 안착되는 베어링;으로 구성된 것을 특징으로 하는 감속유닛.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 태양기어와 유성기어는 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 감속유닛.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 로울러, 플렉스 스플라인은 엔지니어링 플라스틱으로 된 것을 특징으로 하는 감속유닛.