KR100854518B1

KR100854518B1 - 파동 기어 장치

Info

Publication number: KR100854518B1
Application number: KR1020080038899A
Authority: KR
Inventors: 야스지 사이토
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2008-08-26
Also published as: CN100552259C; KR20070109898A; US20070261516A1; KR20080045666A; KR100854517B1; JP2007303592A; CN101070898A; US8020470B2

Abstract

미끄러짐에 의한 소음을 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있는 파동 기어 장치를 제공한다.

파동 기어 장치는, 서로 맞물리는 가요성 기어부재(3A) 및 강성 기어부재와, 가요성 기어부재(3A)를 휘게 하여 맞물림 위치를 이동시키는 파동 발생기(4A)를 구비하고, 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에 있어서, 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A)의 접촉부의 길이가 항상 파동 발생기(4A)의 폭보다도 짧아지도록 형성되어 있다.

Description

파동 기어 장치{Harmonic gear drive}

도 1은 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 사시 단면도이다.

도 2는 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 주요부를 나타내는 개념도이다.

도 3은 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 4는 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 사시 단면도이다.

도 5는 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 6은 변형예에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 주요부를 나타내는 개념도이다.

도 7은 변형예에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 8은 종래 기술에 따른 파동 기어 장치의 단면도이다.

도 9는 종래 기술에 따른 파동 기어 장치의 측면도이다.

도 10은 종래 기술에 따른 파동 기어 장치에서의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

<부호의 설명>

1A, 1B 파동 기어 장치

2 강성 기어부재

21 톱니부(내치)

3A, 3B, 3C 가요성 기어부재(플렉스 스플라인)

31 원통부

32 다이아프램부

33 결합부

34A, 34B, 34C 톱니부(외치)

34B₁ 오목부(홈부)

4A, 4B, 4C 파동 발생기

41A, 41B 캠부

41B₁ 오목부(홈부)

51 구름운동체

본 발명은 소형, 경량이며 고정밀도, 고감속비를 얻을 수 있는 파동 기어 장치에 관한 것으로, 특히 운전의 정숙함과 원활함이 요구되는 로보트의 관절 구동 부, 반도체 제조 장치, 정밀 엑튜에이터용 감속기 등의 자동화 기계 분야, 우주 기술 분야에서의 제어 기구, 구동 기구로서 바람직한 파동 기어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 파동 기어 장치는 동력을 전달하기 위한 기어 감속 장치로서, 경량 및 콤팩트하며, 복잡한 기구, 구조를 사용하는 일 없이 고정밀도, 고감속비를 얻을 수 있고, 백래쉬가 매우 작은 가요성 기어(플렉스 스플라인:flexspline)을 구비하는 기어 감속 장치로서 알려져 있다.

종래의 파동 기어 장치로서는 환상의 강성 내치 기어에 탄성적인 휨 맞물림식의 가요성 외치 기어를 부분적으로 맞물리게 하는 동시에, 탄성적인 가요성을 이용함으로써 그 맞물림 위치를 양 기어의 톱니수의 차에 의해 원주 방향으로 이동시키는 파동 발생기를 구비하는 구조인 것이 대표적이었다(일본공개특허 평10-110790호 공보(단락 0002~0003, 도 1 및 도 2) 참조),

일본공개특허 평10-110790호 공보에 기재된 파동 기어 장치(100)는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 환상의 강성 기어부재(200)와, 이 내측에 배치된 가요성 외치 기어(300)와, 이 내측에 베어링을 통하여 삽입된 타원형의 파동 발생기(400)를 가지고 있다. 가요성 외치 기어(300)는 원통형의 원통부(310)와, 이 원통부(310)의 기단(基端)측에 이어지는 환상의 다이아프램부(320)와, 이 다이아프램부(320)의 중심에 일체적으로 형성되어 있는 보스(결합부)(330)와, 원통부(310)의 선단측의 개구 단부의 외주면에 형성된 외치(340)를 구비하고 있다.

파동 발생기(400)가 구동원의 모터 회전축 등에 의해 회전하면, 베어링의 탄성 변형 가능한 외륜과 함께 가요성 외치 기어(300)가 탄성 변형되어 양 기어의 맞 물림 위치가 원주 방향으로 이동한다. 일반적으로는 강성 기어부재(200) 쪽이 고정부에 고정되어 있기 때문에 가요성 외치 기어(300) 쪽 보스(결합부)(330)로부터 양 기어의 톱니수의 차에 따라 대폭적으로 감속된 회전이 출력된다.

가요성 외치 기어(300)는 탄성 변형을 허용하는 원통부(310)와 환상의 다이아프램부(320)가 원통부(310)의 한쪽의 기단측으로부터 반경 방향의 내측을 향하는 만곡부를 통하여 서로 연결되어 있고, 이 다이아프램부(320)의 내주연에 일체적으로 형성된 환상의 보스(결합부)(330)와 원통부(310)의 다른쪽 선단측의 개구 단부의 외주면에 형성된 외치(340)를 구비하고 있다.

이 종래의 파동 기어 장치(100)는 다른 형식의 인벌류트 유성 감속기, 싸이클로이드 유성 감속기 등의 감속기에 비해 소형 경량이며 백래쉬가 없기 때문에 정밀 위치 결정 용도 등에 적합하다.

상기 일본공개특허 평10-110790호 공보에 기재된 파동 기어 장치(100)는 정숙성이 요구되는 로보트 등의 상품에 사용하기 때문에 소음을 억제하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 파동 기어 장치(100)는 이하에 나타낸 바와 같이 소음을 발생시키게 되는 구조로 되어 있었다.

즉, 파동 기어 장치(100)는 그 구조상, 가요성 기어부재(300)와 파동 발생기(400) 사이에 클리어런스가 있어서는 안 된다. 그 때문에, 파동 발생기(400)는 가요성 기어부재(300)에 약하게 압입되어 있다.

그러나, 파동 발생기(400)의 외주면은 타원형이고, 가요성 기어부재(300)의 내주면은 파동 발생기(400)의 회전에 따라 각 위치에서의 굴곡량이 변화한다. 따라 서, 가요성 기어부재(300) 및 파동발생기(400)의 접촉 부위는 완전히 면접촉 되지는 않고, 도 10a, 도 10b, 도 10c에 나타낸 바와 같이, 파동 발생기(400)가 1회전하는 동안에 접촉 부위의 상태가 변화한다. 그 때, 접촉 부위에서 미끄짐 현상이 발생하고, 파동 발생기(400)가 고속 회전하면 그 회전 주파수에 따른 금속의 미끄러짐 접촉음이 발생하게 된다.

사용한 파동 기어 장치(100)를 분해하면 가요성 기어부재(300) 및 파동발생기(400)의 접촉부에, 사용 시간의 길고 짧음에 상관없이 미끄러짐의 흔적이 보인다. 또한, 장시간 사용한 파동 기어 장치(100)에서는 미끄러짐에 의해 부식을 일으킬 우려가 있다. 이러한 부식은 제품 수명의 저하로 이어질 우려가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 창안된 것으로, 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있는 파동 기어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 서로 맞물리는 가요성 기어부재 및 강성 기어부재와, 상기 가요성 기어부재를 휘게 하여 맞물림 위치를 이동시키는 파동 발생기를 구비한 파동 기어 장치로서, 상기 파동 발생기의 회전축을 포함하는 단면에 있어서, 상기 가요성 기어부재 및 상기 파동 발생기의 접촉부의 길이가 항상 상기 파동 발생기의 폭보다도 짧아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 가요성 기어부재와 파동 발생기와의 접촉 면적을 작 게 할 수 있다. 따라서, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 서로 맞물리는 가요성 기어부재 및 강성 기어부재와, 상기 가요성 기어부재를 휘게 하여 맞물림 위치를 이동시키는 파동 발생기를 구비한 파동 기어 장치로서, 상기 가요성 기어부재 및 상기 파동 발생기의 접촉부가 되는 면 중 적어도 하나가, 상기 파동 발생기의 회전축을 포함하는 단면의 위치에서 볼록한 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 가요성 기어부재와 파동 발생기의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 따라서, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐을 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 상기 가요성 기어부재 및 상기 파동 발생기의 접촉부가 되는 면 중 적어도 하나가, 상기 파동 발생기의 회전축을 포함하는 단면의 위치에서 원호형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 파동 발생기의 회전축에 따른 방향으로의 이동량을 억제할 수 있다. 따라서, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐을 더욱 바람직하게 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 더욱 바람직하게 억제하고 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 더욱 바람직하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 가요성 기어부재는 외치 기어이고, 상기 강성 기어부재는 내치 기어이고, 상기 파동 발생기는 타원형상이고, 상기 가요성 기어부재는 외치가 마련된 톱니부와, 상기 톱니부에 이어지는 원통부와, 상기 원통부에 이어지는 다이아프램부를 구비하고 있고, 상기 파동 발생기의 접촉부가 되는 면이 상기 파동 발생기의 회전축을 포함하는 단면의 위치에서 원호형상으로 형성되어 있고, 그 곡률 반경(R)은 파동 발생기의 회전축을 포함하는 단면에 있어서의 파동 발생기의 폭을 B, 파동 발생기의 장경(長徑)의 1/2를 a, 진원 형성시의 가요성 기어부재의 반경을 d, 다이아프램부로부터 톱니부까지의 거리를 H라고 할 때,

0<R≤B/(2·sinθ)…식(1)

θ=a·tan{(a-d)/H}…식(2)

로 설정되어 있는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 파동 발생기의 회전축에 따른 방향으로의 이동량을 더욱 억제할 수 있다. 따라서, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐을 더욱 바람직하게 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 더욱 바람직하게 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 더욱 바람직하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 서로 맞물리는 가요성 기어부재 및 강성 기어부재와, 상기 가요성 기어부재를 휘게 하여 맞물림 위치를 이동시키는 파동 발생기를 구비한 파동 기어 장치로서, 상기 가요성 기어부재의 상기 파동 발생기와 대향하는 주면(周面)에 형성된 제1 오목부와, 상기 파동 발생기의 상기 가요성 기어부재와 대향하는 주면에 형성된 제2 오목부와, 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오 목부에 회전 가능하게 끼워진 구름운동체를 구비하고, 상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부 중 적어도 하나가 원주방향으로 연장되는 홈부이고, 상기 파동 발생기는 상기 구름운동체를 통하여 상기 가요성 부재를 휘게 하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 구름운동체를 사용함으로써 미끄러짐이 발생할 우려가 있는 부위의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 따라서, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐을 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 종래의 파동 기어 장치에 비하여 베어링의 내륜 및 외륜을 생략한 구성으로 되어 있어 소형 경량화를 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대해서 적절히 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 동일한 구성에는 동일 부호를 붙이고 중복하는 설명을 생략한다. 또한, 각 실시 형태에 따른 파동 기어 장치에 있어서, 공지의 파동 기어 장치(플렉스 스플라인)와 중복되는 상세한 설명을 생략한다.

<제1 실시형태>

우선, 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치에 대해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 사시 단면도이다. 도 2는 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 주요부를 나타내는 개념도이다. 도 3은 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 파동 기어 장치(1A)는 크게, 환상의 강성 기어부 재(2)와, 탄성 변형 가능한 환상의 가요성 기어부재(플렉스 스플라인)(3A)와, 파동 발생기(4A)로 구성되어 있다.

강성 기어부재(2)는 이 강성 기어부재(2)의 내주부에 형성된 톱니부(21)와, 이 강성 기어부재(2)의 외주부를 고정부재(미도시)에 고정하기 위한 강성 기어 결합부(22)를 구비하고 있다.

가요성 기어부재(3A)는 출력부재(미도시)에 접속되는 결합부(33)와, 강성 기어부재(2)의 톱니부(21)에 맞물리는 톱니부(34A)를 구비하고 있다.

결합부(33)는 가요성 기어부재(3A)의 일단에 설치되고, 톱니부(34A)는 가요성 기어부재(3A)의 타단에 마련되어 있다. 이 가요성 기어부재(3A)에는 결합부(33)과 톱니부(34) 사이를 연결하는 두께가 얇은 부분에 형성한 얇은 두께의 휨 부분이 마련되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 파동 기어 장치(1A)는 강성 기어부재(2)의 톱니부(21)에 형성된 내치와, 가요성 기어부재(3A)의 톱니부(34A)에 형성된 외치가 맞물리도록 구성되어 있다. 파동 발생기(4A)는 가요성 기어부재(3A)의 톱니부(34A)를 비원형의 타원형상 등으로 휘게 하여 외치를 상기 강성 기어부재(2)의 내치에 맞물리게 하기 위한 타원형상의 캠부(41A)와, 캠부(41A)의 외측에 끼워진 베어링(42)을 구비하고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 가요성 기어부재(3A)의 상기 얇은 두께의 휨 부분은 축 방향으로 원통형으로 형성된 원통부(31)와, 이 원통부(31)의 기단측에 연속해서 반경 방향으로 접속되는 다이아프램부(32)를 구비하고 있다.

상기 가요성 기어부재(3A)의 결합부(33)는 상기 다이아프램부(32)로부터 더욱 반경 방향의 바깥쪽 또는 안쪽으로 연속적으로 연장 접속되어 환상으로 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 결합부(33)를 도시한 바와 같이 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되어 환상으로 형성되어 있는 예로 설명한다.

이 가요성 기어부재(3A)는 전체가 가요성 재료로 형성된 것이어도 되지만 적어도 원통부(31) 및 다이아프램부(32)를 포함하는 얇은 두께의 휨 부분은 가요성 재료로 형성되고, 또 탄성 변형이 가능하도록 얇게 형성되어 있다. 한편, 환상의 결합부(33)는 두께가 두껍게 형성되고 볼트 등의 결합용 구멍이 마련되어 있다. 가요성 기어부재(3A)의 톱니부(34A)도 탄성 변형 가능하게 구성되어 있다.

가요성 기어부재(3A)의 원통부(31)의 선단측의 개구 단부의 외주면에 형성한 톱니부(34A)에는 방사 방향을 향한 외치가 형성되어 있다. 가요성 기어부재(3A)의 단부는 이 외치를 형성하기 위해 원통부(31)의 본체 부분보다도 약간 두껍게 형성되어 있다. 다이아프램부(32)는 원통부(31)의 일단으로부터 만곡부(35)를 통해 반경 방향으로 연속적으로 연장되어 접속되어 있다. 결합부(33)는 다이아프램부(32)의 반경 방향으로 연속적으로 연장되어 접속되어 있다.

강성 기어부재(2)는 강성체로 형성되어 있고, 그 내주 측에 반경 방향을 향해 톱니부(21)에 내치가 형성되어 있다. 강성 기어부재(2)의 내치는, 파동 발생기(4A)의 타원형상의 캠부(41A)의 외측에 끼워진 가요성의 베어링(볼 베어링)(42)을 통하여 가요성 기어부재(3A)에 형성된 톱니부(34A)의 외치와 부분적으로 맞물리도록 구성되어 있다.

파동 발생기(4A)는 캠부(41A)와, 베어링(42)을 구비하고, 도시하지 않은 모터 등의 회전축에 고정된다. 캠부(41A)는 그 외주면이 모터 등의 회전 구동에 의해 캠 작용을 하도록 타원형상으로 형성되어 있다.

이 캠부(41A)는 강성 기어부재(2)의 내치에 대해 가요성 기어부재(3A)의 외치를 반경 방향으로 휘게 하여 부분적으로 맞물리게 하는 역할을 하는 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 가요성 기어부재(3A)의 구성에 있어서, 두께가 얇은 휨 부분은 원통부(31)와 만곡부(35)와 상기 다이아프램부(32)에 의해 일체적으로 형성되어 있다.

베어링(42)은 리테이너(42b)에 의해 유지된 구름운동체(42a), 내륜(42c) 및 외륜(42d)을 가지고 있다. 구름운동체(42a)는 그 중심이 캠부(41A)의 중심과 일치하도록 유지되어 있다. 내륜(42c)은 캠부(41A)의 외주에 고정되어 있고, 외륜(42d)은 가요성 기어부재(3A)의 상기 원통부(31)의 선단측의 개구 단부에 형성된 톱니부(34A)의 뒷면 쪽에 끼워 맞춰져 있다. 베어링(42)의 외륜(42d)은 탄성 변형 가능하게 구성되어 있다. 외륜(42d)의 외주면(42d₁)은 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에서 원호형상이다. 이 외주면(42d₁)의 형상에 대한 상세한 설명은 후술한다.

<파동 기어 장치의 운전>

다음으로, 파동 기어 장치(1A)의 운전에 대해서 설명한다.

파동 발생기(4A)가 모터 등에 의해 구동되면, 도시하지 않은 입력축을 통하 여 파동 발생기(4A)의 캠부(41A)가 회전한다. 이에 따라, 가요성 기어부재(3A)의 원통부(31)는, 캠부(41A)에 의해 베어링(42)의 탄성 변형 가능한 외륜(42d)을 통하여 타원형으로 휘어 연속적으로 변형되면서, 가요성 기어부재(3A)의 외치가 강성 기어부재(2)의 내치와의 맞물림 위치를 원주 방향으로 차례로 이동한다.

양 기어 부재(2, 3A)의 톱니의 맞물림 위치는 강성 기어부재(2)와 가요성 기어부재(3A)의 톱니수가, 예를 들어 제1 실시형태에는 4개의 차가 있으므로 이 톱니수의 차에 따른 상대 회전이 양 기어 부재(2, 3A) 사이에 발생한다. 이에 의해, 강성 기어부재(2) 측이 상대 회전하지 않도록 고정되어 있기 때문에 가요성 기어부재(3A) 측으로부터 양 기어 부재(2, 3A)의 톱니수의 차에 따라 대폭적으로 감속된 회전이 도시하지 않은 출력 측으로 전달되어 출력된다.

이 파동 기어 장치(1A)의 동작에 의하면, 베어링(42)의 탄성 변형 가능한 외륜(42d)을 통하여 가요성 기어부재(3A)의 원통부(31)의 탄성 변형이 이루어지기 때문에, 가요성 기어부재(3A)의 외치를 강성 기어부재(2)의 내치 쪽으로 가압하는 예압이 발생하고, 가요성 기어부재(3A)의 외치와 강성 기어부재(2)의 내치 사이의 움직임이 흡수되는 동시에 백래쉬의 저감 등의 향상을 도모할 수 있다.

상기한 바와 같이 파동 기어 장치(1A)를 운전하면, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A)의 접촉부의 상태가 변화한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 파동 발생기(4A)의 접촉부가 되는 면, 즉, 외륜(42d)의 외주면(42d₁)은 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에 있어서 원 호형상으로 되어 있다. 또한, 가요성 기어부재(3A)의 접촉부가 되는 면, 즉, 톱니부(34A)의 내주면(34A₁)은 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에 있어서 직선 형태로 되어 있다. 이러한 외주면(42d₁)이 내주면(34A₁)과 접촉하여 톱니부(34A), 원통부(31) 및 다이아프램부(32)를 휘게 한다.

즉, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A)의 접촉부의 길이는 항상 파동 발생기(4A)의 폭(B)보다 짧아진다. 따라서, 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1A)는 가요성 기어부재(3A)와 파동 발생기(4A) 사이의 미끄러짐을 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 외주면(42d₁)의 곡률 반경(R)은 하기식 (1), (2)에 나타낸 바와 같이 설정되어 있다.

0<R≤B/(2·sinθ)…식(1)

θ=a·tan{(a-d)/H}…식(2)

여기에서, B는 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에서의 파동 발생기의 폭, a는 파동 발생기의 장경의 1/2, d는 진원 형성시의 가요성 기어부재(3A)의 반경, H는 다이아프램부로부터 톱니부까지의 거리이다. 또한, 도 3에 있어서, b는 파동 발생기의 단경(短徑)의 1/2이다.

이러한 구성에 의하면, 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A)의 접촉부의 파동 발생기(4A)의 회전축에 따른 방향으로의 이동량을 더욱 억제할 수 있다. 따라 서, 가요성 기어부재(3A)와 파동 발생기(4A) 사이의 미끄러짐을 더욱 바람직하게 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 더욱 바람직하게 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 더욱 바람직하게 억제할 수 있다.

더우기, 재료의 강도면을 고려하면, 외주면(42d₁)의 곡률 반경(R)은 하기식 (3)을 만족하는 것이 바람직하다.

r+t≤R≤B/(2·sinθ)…식(3)

여기에서, r은 구름운동체(42a)의 반경, t는 외륜(42d)의 구름운동체(42a)와 접하는 부분에 있어서의, 강도를 유지하기 위한 최소한의 두께이다.

t는 베어링(42)의 재료, 크기, 사용 조건 등에 따라 다른 값이고, 실험 또는 연산에 의해 사전에 얻어지는 값이다.

파동 기어 장치(1A)는 일반적으로, 하기식 (4)가 성립되도록 설계되는 것이 바람직하다.

a-d=d-b…식(4)

식(4)가 성립하지 않는 경우(a-d≠d-b)에는, θ는 하기식 (5), (6), (7)에 나타낸 바와 같이 설정되는 것이 바람직하다.

θ=a·tan[{MAX(Δra, Δrb)}/H]…식(5)

Δra=a-d…식(6)

Δrb=d-b…식(7)

여기에서, MAX(Δra, Δrb)는 Δra 및 Δrb 중 최대값이다.

<제2 실시형태>

이어서, 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치에 대해서, 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1A)와의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 4는 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 사시 단면도이다. 도 5는 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1B)는 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A) 대신에 가요성 기어부재(3B) 및 파동 발생기(4B)를 구비하고 있다. 또한, 파동 기어 장치(1B)는 리테이너(52)에 구름운동 가능하게 유지된 구름운동체(51; 여기서는 볼)를 더 구비하고 있다.

가요성 기어부재(3B)는 톱니부(34A) 대신에 톱니부(34B)를 구비하고 있다. 톱니부(34B)의 내주면에는 제1 오목부(34B₁)가 형성되어 있다. 제1 오목부(34B₁)는 내주면의 원주방향으로 연장되는 루프형상의 홈부이다.

파동 발생기(4B)는 캠부(41A) 대신에 캠부(41B)를 구비하고 있다. 또한, 파동 발생기(4B)는 베어링(42)을 구비하고 있지 않다. 캠부(41B)의 내주면에는 제2 오목부(41B₁)가 형성되어 있다. 제2 오목부(41B₁)는 외주면의 원주방향으로 연장되는 루프형상의 홈부이다.

구름운동체(51) 및 리테이너(52)는 구름운동체(42a) 및 리테이너(42b)와 거의 동일하다. 구름운동체(51)는 제1 오목부(34B₁) 및 제2 오목부(41B₁)에 회전 가능 하게 끼워져 있다.

즉, 제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1B)는 제1 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1A)에서 내륜(42c) 및 외륜(42d)을 생략한 것과 거의 같은 구성으로 되어 있다.

또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 오목부(41B₁)의 홈 형상은 구름운동체(51)를 따르도록 설정되어 있고, 제1 오목부(34B₁)의 홈 형상은 구름운동체(51)의 도 5의 좌우 방향으로의 상대 변위를 허용하는 크기로 설정되어 있다. 이와 같이 함으로써, 가요성 기어부재(3B)의 휨에 수반되는 제1 오목부(34B₁)와 구름운동체(51)의 접촉 위치의 어긋남에 바람직하게 대응할 수 있다.

또한, 리테이너(52)의 높이는 리테이너(42b)보다 낮게 설정되어 있다. 이와 같이 함으로써, 리테이너(52)가 톱니부(34B)의 내주면에 간섭하는 것이 방지된다.

제2 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1B)에 의하면, 구름운동체(51)를 사용하고 있으므로 미끄러짐이 발생할 우려가 있는 부위의 접촉 면적을 작게 할 수 있다. 따라서, 파동 기어 장치(1B)의 운전에 의해 발생하는 미끄러짐을 억제하는 동시에, 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 베어링의 내륜 및 외륜을 생략한 구성으로 되어 있어, 소형 경량화를 실현할 수 있다.

이상, 본 발명 실시형태에 대해서 설명했으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 적절히 설계 변경이 가능하다.

예를 들어, 제1 실시형태에서, 가요성 기어부재(3A)의 접촉부가 되는 면, 즉 톱니부(34A)의 내주면과, 파동 발생기(4A)의 외주면(42d₁) 중 적어도 하나가, 파동 발생기(4A)의 회전축을 포함하는 단면에 있어서 볼록부, 바람직하게는 원호형상인 구성이어도 된다.

도 6은 변형예에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 주요부를 나타내는 개념도이다. 도 7은 변형예에 따른 파동 기어 장치의 가요성 기어부재 및 파동 발생기의 접촉부의 상태 변화를 나타내는 개념도이다.

도 6 및 도 7에 나타내는 가요성 기어부재(3C) 및 파동 발생기(4C)는 제1 실시형태에 따른 가요성 기어부재(3A) 및 파동 발생기(4A)의 변형예로서, 이하, 제1 실시형태와의 차이점을 중심으로 설명한다.

본 변형예에 있어서, 가요성 기어 장치(3C)의 톱니부(34C)의 내주면(34C₁)은 파동 발생기(4C)의 회전축을 포함하는 단면에 있어서 원호형상으로 되어 있다. 또한, 외륜(42e)의 외주면(42e₁)은 파동 발생기(4C)의 회전축을 포함하는 단면에서 직선 형태로 되어 있다.

이러한 가요성 기어부재(3C) 및 파동 발생기(4C)에서도, 내주면(34C₁)의 곡률 반경(R')에 대해서 제1 실시형태에서의 외주면(42d₁)의 곡률 반경(R)과 마찬가지 의 조건이 성립한다.

또한, 각 실시형태에서는 강성 기어부재(2)는 그 내주에 내치를 구비하고 있는데, 본 발명은 이에 한정되지 않고 반대로 외주에 외치를 구비하고 있을 수도 있다. 이 경우에는 가요성 기어부재(3A, 3B)로서는 외주에 외치를 구비하는 것 대신에 내주에 내치를 구비하는 것을 사용하면 된다. 파동 발생기(4A, 4B)도 각 실시형태에 한정되는 일 없이 타원형상의 캠부를 가지는 것 대신에, 예를 들어, 전자석과 자성 유체로 이루어지는 파동 발생기를 사용할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 가요성 기어부재와 파동 발생기 사이의 미끄러짐에 의한 소음을 억제하고, 미끄러짐에 의한 제품 수명의 저하를 억제할 수 있다.

Claims

서로 맞물리는 가요성 기어부재 및 강성 기어부재와, 상기 가요성 기어부재를 휘게 하여 맞물림 위치를 이동시키는 파동 발생기를 구비한 파동 기어 장치로서,

상기 가요성 기어부재의 상기 파동 발생기와 대향하는 주면(周面)에 형성된 제1 오목부와,

상기 파동 발생기의 상기 가요성 기어부재와 대향하는 주면에 형성된 제2 오목부와,

상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부에 회전 가능하게 끼워진 구름운동체를 구비하고,

상기 제1 오목부 및 상기 제2 오목부 중 적어도 하나가 원주방향으로 연장되는 홈부이고,

상기 파동 발생기는 상기 구름운동체를 통하여 상기 가요성 부재를 휘게 하는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 오목부는, 상기 구름운동체의 상기 제1 오목부로의 상대 변위를 허용하고, 상기 제2의 오목부는, 상기 구름운동체를 따르도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.