KR101169700B1 - 조화감속기 - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Abstract

비교적 단순한 구조로 복수의 출력이 가능한 조화감속기를 개시한다. 개시된 조화감속기는, 파동을 발생시키는 캠부재와 베어링을 구비한 파동발생부와; 상기 베어링을 사이에 두고 상기 캠부재에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재에 의해 발생된 상기 파동에 의해 형상이 변형되며, 외주면에 형성된 제1치형부를 포함하는 플렉스 스플라인과; 상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제2치형부를 포함하는 제1출력 써큘러 스플라인과; 상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제3치형부를 포함하며, 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 동축으로 배치되는 제2출력 써큘러 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조화감속기{STRAIN WAVE GEARING REDUCER}
본 발명은 조화감속기에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 출력이 가능한 조화감속기에 관한 것이다.
조화감속기는 파동발생기에 의하여 발생되는 파동에 의하여 형상 변형되는 플렉스 스플라인과 써큘러 스플라인 사이의 치수 차이를 이용하여 감속을 구현하는 고정밀 감속기의 일종이다. 이 조화감속기는 소형, 경량이면서도 고감속비를 얻을 수 있고, 전달 토오크의 용량이 크며, 백래시가 작기 때문에 정밀한 감속비가 요구되는 산업분야에 이용되고 있다.
일반적으로 조화감속기는 파동발생기, 플렉스 스플라인 및 써큘러 스플라인으로 구성된다. 파동발생기에 의해 생성된 파동에 의해 플렉스 스플라인이 변형되어 조화운동(하모닉 운동)을 하게 되어 플렉스 스플라인의 일부 치형과 써큘러 스플라인의 치형일부가 서로 맞물리게 된다. 플렉스 스플라인의 치수(齒數)와 써큘러 스플라인의 치수(齒數)의 차이가 플렉스 스플라인의 치수 대비 미소한 차이가 나기 때문에 그러한 치수 차이로 인해 비교적 큰 감속비를 갖는 감속기가 구현될 수 있다.
그러나, 기존 조화감속기는 단일 출력이 대부분이고 복수의 출력이 있다고 하더라도 그 구조가 복잡하여 상용화가 곤란하다.
본 발명의 목적은, 비교적 단순한 구조로 복수의 출력이 가능한 조화감속기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 감속비가 서로 다른 복수의 출력이 가능한 조화감속기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조화감속기에 있어서, 파동을 발생시키는 캠부재와 베어링을 구비한 파동발생부와; 상기 베어링을 사이에 두고 상기 캠부재에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재에 의해 발생된 상기 파동에 의해 형상이 변형되며, 외주면에 형성된 제1치형부를 포함하는 플렉스 스플라인과; 상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제2치형부를 포함하는 제1출력 써큘러 스플라인과; 상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제3치형부를 포함하며, 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 동축으로 배치되는 제2출력 써큘러 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 조화감속기에 의해서 달성될 수 있다.
여기서, 상기 제2치형부와 상기 제3치형부는 그 치수가 서로 상이하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1출력 써큘러 스플라인은 상기 제2출력 써큘러 스플라인 내에 수용되도록 마련될 수 있다.
여기서, 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 상기 제2출력 써큘러 스플라인 사이에 배치된 크로스롤러 베어링을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 플렉스 스플라인은 상기 파동에 의해 형상이 변형될 뿐 회전하지 않도록 설치될 수 있다.
여기서, 상기 제1치형부와 동일한 개수의 치수를 가지며 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제4치형부를 포함하는 고정용 써큘러 스플라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고정용 써큘러 스플라인은 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 상기 제2출력 써큘러 스플라인 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 고정용 써큘러 스플라인 및 상기 제1출력 써큘러 스플라인은 각각 상기 플렉스 스플라인의 외곽에 인접하게 배치될 수 있다.
여기서, 축방향을 따라 상기 플렉스 스플라인을 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 상기 플렉스 스플라인의 상기 축방향 이동을 규제하는 한 쌍의 스톱퍼를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 스톱퍼는 각각 상기 고정용 써큘러 스플라인 및 상기 제1출력 써큘러 스플라인에 설치될 수 있다.
또한, 상기 베어링은 상기 캠부재에 의해 발생되는 파동에 따라 외형이 변형되며, 내륜, 외륜 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 움직임 가능하게 마련된 가동체를 포함하고, 상기 내륜과 상기 외륜 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 가동체는, 금속, 세라믹 및 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 베어링은 가동체를 포함하고, 상기 캠부재 및 상기 플렉스 스플라인의 대향면에 각각 상기 가동체가 움직이도록 안내하는 안내홈이 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 조화감속기에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 비교적 단순한 구조로 복수의 출력이 가능하다.
둘째, 감속비가 서로 다른 복수의 출력이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 조화감속기의 분해 사시도,
도 2는, 도 1의 조화감속기의 종단면도,
도 3은, 도 1의 조화감속기의 플렉스 스플라인의 다른 실시예를 설명하기 위한 개략 사시도,
도 4는, 본 발명의 제2실시예에 따른 조화감속기의 개략 종단면도,
도 5는, 본 발명의 제3실시예에 따른 조화감속기의 개략 종단면도,
도 6은, 본 발명의 제4실시예에 따른 조화감속기의 개략 종단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 조화감속기를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 조화감속기(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 파동을 발생시키는 파동발생부(10); 상기 파동발생부(10)에 의해 발생된 파동에 의해 형상이 변형되는 플렉스 스플라인(20); 상기 플렉스 스플라인(20)과의 상호작용에 의해, 보다 구체적으로 설명하면 부분적인 치맞물림됨에 의해 감속회전 하는 제1출력 써큘러 스플라인(30): 및 상기 플렉스 스플라인(20)과의 상호 작용으로 감속회전 하는 제2출력 써큘러 스플라인(40)을 포함한다.
상기 파동발생부(10)는 파동을 발생시키는 캠부재(11)와, 상기 캠부재(11)와 플렉스 스플라인(20) 사이에 개재되어 상대회전이 원활하게 이루어지도록 하는 베어링(16)을 포함한다.
상기 캠부재(11)는 입력축(미도시)이 삽입되는 삽입공(11a)을 포함한다. 일례로서, 상기 입력축(미도시)은 구동모터(M)의 출력축(S)이될 수도 있으며, 감속되기 전의 구동축이다.
상기 캠부재(11)는 소정의 캠 프로파일을 그 외형이 형성되며 바람직하게는 장축 및 단축을 가지는 타원형상으로 마련될 수 있다. 상기 캠부재(11)의 장축에 대응하는 부분의 상기 플렉스 스플라인(20)과 상기 복수의 써큘러 스플라인(30, 40)이 서로 치맞물림되고, 상기 단축에 대응하는 부분의 상기 플렉스 스플라인(20)과 상기 복수의 써큘러 스플라인(30, 40)은 서로 이격된다.
상기 베어링(16)은 형상 변형 가능한 구조를 가지는 것으로, 제조시에는 원형상으로 제조된다. 한편, 캠부재(11)의 외측에 결합시 캠부재(11)의 형상에 따라 형상 변형되며, 캠부재(11)의 형상변형에 연동하여 상기 플렉스 스플라인(20)도 상기 캠부재(11)의 변형된 형상에 대응하여 형상 변형된다.
상기 베어링(16)은 엔지니어링 플라스틱으로 제조될 수 있다. 종래 금속재질로 제조된 베어링에 비하여 캠부재(11)에 의해 발생되는 파동에 따른 형상 변형이 현저히 용이하다.
상기 베어링(16)은 캠부재(11)에 의해 발생되는 파동에 따라 외형이 변형 가능한 파동베어링이다. 상기 베어링(16)은 복수의 가동체(13, 14)와; 상기 복수의 가동체(13, 14)를 구름운동 가능하게 지지하는 내륜(12) 및 외륜(15)을 포함한다.
상기 복수의 가동체(13, 14)는 도면에 도시된 바와 같은 형상의 볼 또는 니들(needle)을 포함할 수 있다.
상기 내륜(12)에는 상기 복수의 가동체(13, 14)의 구름이동을 안내하는 복수의 안내홈(12a, 12b)이 각각 형성되며, 상기 외륜(15)에도 그에 대응하여 복수의 안내홈(15a, 15b)이 각각 형성된다.
여기서, 상기 내륜(12) 및 상기 외륜(15)은 경우에 따라서 생략될 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 캠부재(11)의 외주면을 따라 상기 복수의 가동체(13, 14)의 구름이동을 안내하는 복수의 안내홈(미도시)을 형성하고, 상기 플렉스 스플라인(20)의 상기 캠부재(11) 외주면에 대향하는 대향면에 상기 복수의 가동체(13, 14)의 구름이동을 안내하는 복수의 안내홈(미도시)을 형성하는 경우가 그 일례이다. 즉, 상기 복수의 안내홈(12a, 12b) 및 상기 복수의 안내홈(15a, 15b)에 대응하는 안내홈을 각각 상기 캠부재(11)의 외주면 및 상기 플렉스 스플라인(20)의 제1치형부(21)의 내주면에 형성할 수 있다.
한편, 상기 베어링(16)은 상기 단일 행의 가동체(13)가 그 간격을 유지할 수 있도록 가동체(13)의 위치를 유지하기 위한 리테이너(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 리테이너(미도시)는 상기 내륜(12) 및 상기 외륜(15) 사이에 배치될 수 있다.
여기서, 도면에서는 단일의 내륜(12) 및 외륜(15)에 복수의 안내홈(12a, 12b, 15a, 15b)가 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 경우에 따라서는 내륜(12) 및 외륜(15)이 복수로 마련되고 그 내부에 단일의 안내홈이 형성될 수도 있다. 즉, 복수의 베어링을 상기 캠부재(11)와 상기 플렉스 스플라인(20) 사이에 배치할 수도 있다.
상기 플렉스 스플라인(flex spline, 20)은 상기 베어링(16)을 사이에 두고 상기 캠부재(11)에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재(11)에 의해 발생된 파동에 의하여 형상 변형된다.
상기 플렉스 스플라인(20)은 대체로 원통형의 몸체(23)와; 상기 몸체(23)의 외면 일부 영역에 형성된 제1치형부(21)와; 상기 몸체(23)의 제1치형부(21)가 형성된 측의 타측에 형성되 반경 방향으로 연장된 플랜지(22)를 포함한다.
상기 플랜지(22)에는 미도시된 프레임과 결합하기 위한 결합공(22a)이 형성될 수 있다. 상기 결합공(22a)을 통해 프레임과 상기 플렉스 스플라인(20)은 체결구(가령, 볼트)에 의해 서로 결합될 수 있다. 이에 의해, 상기 플렉스 스플라인(20)은 상기 파동발생부(10)에 의해 그 형상이 변형될 뿐 회전하지 않도록 설치될 수 있다.
상기 플랜지(22)는 상기 결합공(22a)이 형성된 위치의 원주방향을 따라 타부분 보다 상대적으로 두께가 더 두꺼운 패드업부(24)를 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 형상의 플렉스 스플라인(20)은 그 형상이 모자처럼 생겼다고 하여 실크 햇(silk hat) 타입으로 불려지고 있으며, 그 외에도 컵(cup) 타입 및 후술할 팬 케이크(fan cake) 타입 중 어느 하나로 마련될 수도 있다.
상기 제1써큘러 스플라인(30)은 상기 제1치형부(21)의 치수(齒數)와 상이한 치수(齒數)를 가지며 상기 제1치형부(21)와 부분적으로 맞물리는 제2치형부(31)를 포함한다. 상기 제2치형부(31)의 표면에는 제1치형부(21)의 치면에 형성된 치수와 상이한 치수를 가지는 치면이 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 제1써큘러 스플라인(30)의 상기 제2치형부(31)의 치수는 상기 플렉스 스플라인(20)의 상기 제1치형부(21)의 치수보다 2n만큼 더 많게 형성될 수 있다(여기서 n은 자연수로서, 바람직하게는 n=1).
보다 구체적인 예를 들어 설명하면, 상기 플렉스 스플라인(20)의 상기 제1치형부(21)의 치수가 100개이고, 상기 제1써큘러 스플라인(30)의 상기 제2치형부(31)의 치수는 102개 일 수 있다. 이 경우, 감속비는 100:2(50:1)가 된다. 즉, 상기 캠부재(11)가 50바퀴 회전할 때 상기 제1써큘러 스플라인(30)은 1바퀴 회전한다.
상기 캠부재(11)에 의해 발생된 파동으로 인한 플렉스 스플라인(20)의 형상 변형과 상기 제1치형부(21)와 제2치형부(31)와의 치수의 차이로 인하여, 제1치형부(21)와 제2치형부(31)가 부분적으로 맞물림과 아울러 위상이 변형되면서 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)을 통해 감속된 출력이 발생하게 된다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 상기 제1치형부(21)의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부(21)와 부분적으로 맞물리는 제3치형부(41)를 포함한다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)과 동축으로 배치된다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)을 수용 가능한 수용공간(42)을 형성하도록 상기 축방향(A)으로 연장된 연장부(43)를 더 포함할 수 있다.
상기 캠부재(11)에 의해 발생된 파동으로 인한 플렉스 스플라인(20)의 형상 변형과 상기 제1치형부(21)와 제3치형부(41)와의 치수의 차이로 인하여, 제1치형부(21)와 제3치형부(41)가 부분적으로 맞물림과 아울러 위상이 변형되면서 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)을 통해 감속된 출력이 발생하게 된다.
여기서, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)의 상기 제2치형부(31)와 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)의 상기 제3치형부(41)의 치수는 동일할 수 있다. 이 경우, 상기 조화감속기(100)를 통해 감속비가 서로 동일한 2개의 출력이 발생될 수 있다.
물론, 경우에 따라서, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)의 상기 제2치형부(31)와 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)의 상기 제3치형부(41)의 치수는 서로 상이할 수 있다. 일례로서, 상기 제1치형부(21), 상기 제2치형부(31) 및 상기 제3치형부(41)의 치수가 각각 100개, 102개, 104개 일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)에는 50:1의 감속비에 따른 출력이 발생하고, 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)에는 25:1의 감속비에 의한 출력이 발생할 수 있다. 즉, 서로 다른 감속비를 갖는 복수의 출력이 구현될 수 있다.
여기서, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)과 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40) 사이에는 크로스롤러 베어링(60)이 배치될 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)의 상기 연장부(43)의 내주면(44)과 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)의 외주면에는 상기 크로스롤러 베어링(60)이 배치될 수 있다.
또한, 상술한 조화감속기(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30) 및 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)에 각각 결합되는 제1출력 디스크(50) 및 제2출력 디스크(70)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)과 상기 제1 및 제2출력 디스크(50, 70)는 각각 체결구에 의해 결합될 수 있다. 도면에서는 체결구의 머리가 돌출된 타입(protruding type)의 체결구를 도시하였으나, 경우에 따라서는 모재에 체결구의 머리가 수용되는 카운터성크 타입(countersunk type)의 체결구가 사용될 수도 있다.
경우에 따라서는, 상기 제1 및 제2출력 디스크(50, 70)는 모두 생략될 수도 있다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30) 및 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)이 각각 복수의 출력기어(미도시)에 맞물리도록 그 외주면에 치열이 형성된 경우에는, 별도의 디스크 없이도 감속된 출력을 출력기어(미도시)로 전달할 수 있다.
필요에 따라서, 상기 제1출력 디스크(50)를 이용하여 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)에 의해 감속된 출력을 외부로 전달하고, 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)의 외주면에 별도의 치형부를 형성하여 감속된 동력을 상기 출력기어(미도시)를 통해 외부로 전달하는 방식을 채용할 수도 있다.
이상에서, 상기 캠부재(11), 상기 플렉스 스플라인(20), 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30) 및 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 각각 엔지니어링 플라스틱으로 제조될 수 있다.
여기서, 엔지니어링 플라스틱은 그 물성이 강철보다 강하고 알루미늄보다 전성이 풍부하며, 금/은 보다 내약품성이 강한 고부자 구조의 고기능 수지이다. 그 성능 및 특징은 그 화학구조에 따라 다른데, 주로 폴리아마이드, 폴리아세틸, 폴리카보네이트, 폴리에스터수지, 변성 폴리페닐렌옥사이드의 5종류로 크게 분리될 수 있다. 이들은 분자량이 몇십~몇백 정도의 저분자 물질인 종래의 플라스틱과 달리, 몇 십만 ~ 몇 백만이나 되는 고분자물질이다.
상기 엔지니어링 플라스틱은, 폴리아세탈(POM, Polyacetal PolyOxyMethylene), 폴리페닐렌옥사이드(PPO, PolyPhehyleneoxide), 폴리아미드(Polyamide,PI), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리부틸렌텔레프탈레이트(PBT, Polybuthylene Terephthlate), 폴리아릴레이트(Polyarylate), 폴리술폰(PSF, Polysulfone, Polysulphone), 폴리페닐렌설파이드(PPS, Polyphenylene sulfide), 폴리에테르이미드(PEI, Polyether Imide), 폴리에테르술폰(PES, PolyetherSulfon), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, PolyEtherEtherKetone), 4불화에틸렌수지(PTFE, PolyTetraFluoroEthylene), 폴리크로로트리플오로에틸렌 (PCTFE, PolychlorotriFluoroEthylene), 크로로토리플오로에틸렌 에틸렌 공중합체 (ECTFE, Ethylene ChlorotriFluoroEthylene), 펄플루오로알콕시 (PFA, Perfluoroalkoxy), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET, Polyethylene terephthalate), 고밀도분자량 폴리에틸렌 (UHMW-PE, Ultra high molecular weight polyethylene), 폴리비닐아이덴플루오리드 (PVDF, Polyvinylidenfluorid), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(ABS, Acrylonitryl Butadiene Styrene), 나일론6(PA6, PA66), 세라졸(PBI, PolyBenzimidazole), 폴리우레탄(Poly Urethane) 및 폴리아마이드이미드(PolyAmideImide)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 어느 하나이다.
예를 들어, 상기 엔지니어링 플라스틱 군 중에서 선택된 어느 하나의 물질로만 본 실시예의 조화감속기(100)를 제조할 수 있으며, 가장 바람직하기는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 본 실시예의 조화감속기(100)를 제조할 수 있다. 이 때, 베어링(16)에 포함되는 상기 복수의 가동체(13, 14) 중 적어도 어느 하나는 상기 폴리에테르에테르케톤으로 제조될 수도 있고, 경우에 따라서는 폴리에테르에테르케톤이 아닌 다른 종류의 엔지니어링 플라스틱, 금속, 세라믹 등으로 제조될 수도 있다.
예를 들어, 본 실시예의 조화감속기(100)는 상기 엔지니어링 플라스틱 군 중에서 선택된 적어도 두 가지의 물질을 혼합하여 제조될 수도 있다.
또한, 본 실시예는 상기 엔지니어링 플라스틱 내에 함유되어, 상기 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 부재의 강도를 증가시키는 강화제를 더 포함할 수 있다. 상기 강화제는 탄소섬유, 유리섬유, 무기필러 중 어느 하나이다. 상기 무기필러는 세라믹을 포함할 수 있다.
상기와 같이 엔지니어링 플라스틱 (또는 강화제 첨가된 엔지니어링 플라스틱)으로 본 실시예의 조화감속기(100)를 제조하는 경우에는 가공에 의하지 않고 사출성형에 의하여 제조할 수 있기에 제조단가의 감소, 가공불량방지, 단시간에 대량생산가능이라는 긍정적인 효과를 향유할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 조화감속기의 변형예로서, 파동발생부(10)의 캠부재(11)를 엔지니어링 플라스틱으로 구성하고, 파동발생부(10)의 베어링(16), 플렉스 스플라인(20) 및 복수의 제1 및 제2써큘러 스플라인(30, 40)은 엔지니어링 플라스틱이 아닌 세라믹 또는 금속재질로 구성할 수 있다. 여기에서, 상기 캠부재(11)는 폴리에테르에테르케톤으로 이루어진 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 플렉스 스플라인(20)이 단일의 재질로 이루어진 데 반해, 도 3에서는 도 1의 플렉스 스플라인(20)의 변형 실시예의 일종으로서 서로 다른 재질로 구성된 플렉스 스플라인(120)을 도시하고 있다.
도 3에 도시된 플렉스 스플라인(120)은 본체(123)와; 상기 본체(123)의 일측에 형성된 제1치형부(121)와; 상기 본체(123)의 타측에 형성되어 반경방향을 따라 연장된 플랜지(122)를 포함한다.
상기 플랜지(122)에는 미도시된 프레임에 고정하기 위한 결합공(122a)이 형성되며, 상기 결합공(122a)을 둘러싸는 반경방향을 따라 국부적으로 두께가 상대적으로 더 두꺼운 패드업부(124)가 형성된다.
여기서, 상기 본체(123), 상기 제1치형부(121) 및 상기 플랜지(122) 중 적어도 어느 두 부재는 서로 다른 재질로 이루어질 수 있다.
가령, 상기 본체(123)는 엔지니어링 플라스틱, 세라믹 및 금속 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 본체(123)는 PEEK를 포함하는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 상기 제1치형부(121)는 금속 또는 세라믹 중 어느 한 재질, 바람직하게는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 본체(123)가 세라믹으로 이루어지는 경우, 플렉스 스플라인(120)의 압축강도 및 탄력성이 금속재질보다 우수하며, 금속재질이 피로현상을 가지는 데 반해 세라믹은 피로도 제로의 소재로서 다이아몬드 드릴로 구멍을 뚫어도 뚫리지 않는 특성을 갖는다. 따라서, 세라믹 재질을 이용하여 약 0.1mm두께로 상기 본체(123)를 제조할 경우, 금속재질을 이용하여 0.2mm두께로 본체를 제조한 경우보다 탄력성 및 압축강도 면에서 더 탁월하다.
이형 재질로 각각 성형된 본체(123)와 제1치형부(121)의 접합방법으로는, 접합제를 이용하거나, 초음파 접합방법을 이용할 수 있다. 즉, 상기 본체(123)와 제1치형부(121)가 엔지니어링 플라스틱 또는 세라믹으로 성형되는 경우에는 초음파 접합방법으로도 접합이 가능하다. 초음파 접합은 초음파 진동에 의한 플라스틱/세라믹 내부의 발열, 연화, 용융현상에 의해 플라스틱/세라믹이 용착되도록 하는 것이다.
한편, 상기 초음파 접합을 이용하여 상기 본체(123)와 제1치형부(121)를 접합하는 경우, 선행 과정으로서 샌딩(sanding)과 같이 각 부재의 표면을 거칠게하여 표면적을 확장시킨다. 그 후, 초음파 접합을 수행할 수 있다. 용융점이 비슷한 재질 사이의 접합은 초음파 접합만으로도 가능하지만, 엔지니어링 플라스틱과 세라믹과 같이 용융점이 서로 다른 경우에는 표면 선처리 후 초음파 접합과정을 수행하는 것이 바람직하다.
상기 이형재질로 각각 성형된 본체(123)와 제1치형부(121)의 접합방법의 다른 예로서 상호 요철결합의 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어 본체(123)의 접합면을 요(凹) 형상으로 가공하고, 이에 대향하는 제1치형부(121)의 접합면을 철(凸) 형상으로 가공한 후, 상호 접합하는 경우 접합면적을 넓힐 수 있다.
상기 이형재질의 본체(123)와 제1치형부(121)는 인서트 사출성형의 방법으로 접합되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1치형부(121)를 금속재로 형성하는 경우, 본체(123)를 사출하는 사출기에 제1치형부(121)를 국부적으로 삽입한 후 사출함으로써, 제1치형부(121)와 본체(123)를 견고하게 접합할 수 있다.
한편, 상기 플랜지(122)는 본체(123)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지(122)는 본체(123)와 일체로 사출성형할 수 있다. 이러한 경우에는 금형 구조를 단순화 할 수 있고, 제조시간이 단축될 뿐만 아니라 제조비용의 절감이라는 긍정적인 효과를 누릴 수 있다. 물론, 경우에 따라서, 상기 플랜지(122)가 본체(123)와 동일한 재질로 이루어지는 경우에도 본체(123)와는 분리되어 별도로 사출 성형할 수도 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 조화감속기(100a)는 도 4에 도시된 바와 같이, 파동발생부(110); 플렉스 스플라인(220); 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30); 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40) 및 상기 플렉스 스플라인(220)을 고정하기 위한 고정용 써큘러 스플라인(80)을 포함한다.
상기 파동발생부(110)는 파동을 발생시키는 캠부재(111); 상기 캠부재(111)와 상기 플렉스 스플라인(220) 사이에 개재되어 상대회전이 원활하게 이루어지도록 하는 베어링(117)을 포함한다.
상기 베어링(117)은 내륜(112), 외륜(116) 및 내륜(112)과 외륜(116)사이에 개재되는 3열의 가동체(113, 114, 115)를 포함한다. 제1실시예와 비교하여 가동체의 개수가 다른 점에서 차이가 있을 뿐, 나머지는 동일하다.
상술한 바와 같이, 경우에 따라서, 상기 캠부재(111)의 외면 및 상기 플렉스 스플라인(220)의 내주면에 상기 내륜(112) 및 외륜(116)에 형성된 복수의 안내홈(112a, 116a)에 대응하는 안내홈을 형성하고, 상기 내륜(112), 외륜(116)은 생략할 수도 있다.
상기 플렉스 스플라인(220)은 상기 베어링(117)을 사이에 두고 상기 캠부재(111)에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재(111)에 의해 발생된 상기 파동에 의해 형상이 변형된다.
상기 플렉스 스플라인(220)은 그 외주면에 형성된 제1치형부(221)를 포함한다. 여기서, 제1실시예의 플렉스 스플라인(20)은 실크 햇(silk hat) 타입인 반면, 제2실시예의 플렉스 스플라인(220)은 팬 케이크 타입이다.
상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제2치형부(31)를 포함한다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제3치형부(41)를 포함하며, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)과 동축상에 배치된다.
상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)에 대해서는 상술한 제1실시예에서 설명한 바 있으므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(80)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 동일한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제4치형부(81)를 포함한다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(80)은 체결공(82)을 통해 체결구에 의해 프레임(B)에 결합된다. 상기 프레임(B)은 상기 조화감속기(100a)가 설치될 베이스로서 고정된다. 이에 의해, 상기 플렉스 스플라인(220)은 상기 파동발생부(110)에 의한 파동에 의해 그 외형만 변형될 뿐 회전하지 않도록 설치될 수 있다. 여기서, 경우에 따라서는 상기 프레임(B)과 상기 고정용 써큘러 스플라인(80) 사이에는 상기 파동발생부(110), 상기 플렉스 스플라인(220), 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40) 및 상기 고정용 써큘러 스플라인(80)을 수용하는 하우징(미도시)이 존재할 수도 있다.
여기서, 상기 캠부재(111), 상기 플렉스 스플라인(220) 및 상기 고정용 써큘러 스플라인(80)은 각각 상술한 엔지니어링 플라스틱으로 제조될 수 있다.
본 제2실시예의 조화감속기(100a)는 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)을 통해 복수의 감속된 출력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 보다 소형화된 사이즈로 구현될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 조화감속기(100b)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 파동발생부(110); 상기 플렉스 스플라인(220); 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30); 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40) 및 상기 플렉스 스플라인(220)을 고정하기 위한 고정용 써큘러 스플라인(180)을 포함한다.
제2실시예의 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)의 경우 서로 인접하게 배치되어 제1출력 써큘러 스플라인(30)이 제2출력 써큘러 스플라인(40) 내부에 수용되는 구조인데 반해, 본 제3실시예의 경우 상기 제1출력 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)이 서로 이격되어 있다는 점에서 차이가 있다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(180)은 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)과 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40) 사이에 배치된다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(180)은 상기 플렉스 스플라인(220)을 고정하기 위한 것으로서, 상기 플렉스 스플라인(220)은 그 외형이 변형될 뿐 회전하지 않도록 설치된다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(180)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 동일한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제4치형부(181)를 포함한다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(180)은 체결공(183)을 통해 체결구에 의해 프레임(C)에 결합된다. 상기 프레임(C)은 상기 조화감속기(100b)가 설치될 베이스로서 고정된 상태에 있다. 여기서, 경우에 따라서는 상기 프레임(C)과 상기 고정용 써큘러 스플라인(180) 사이에는 상기 파동발생부(110), 상기 플렉스 스플라인(220), 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40) 및 상기 고정용 써큘러 스플라인(180)을 수용하는 하우징(103)이 존재할 수도 있다.
상기 하우징(103)과 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40) 사이에는 각각 크로스롤러 베어링(60, 105)이 개재될 수 있다.
여기서, 상기 캠부재(111), 상기 플렉스 스플라인(220) 및 상기 고정용 써큘러 스플라인(180)은 각각 상술한 엔지니어링 플라스틱으로 제조될 수 있다.
상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)은 제1출력 디스크(50)와 결합되며, 상기 제1출력 디스크(50)를 통해서 감속된 출력이 전달될 수 있다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 제2출력 디스크(90)와 결합되며, 상기 제2출력 디스크(90)를 통해서 감속된 출력이 전달될 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2출력 써큘러 스플라인(30, 40)을 통한 출력의 감속비는 서로 같을 수도 있고 다를 수도 있음은 상술한 바와 같다.
복수의 출력 써큘러 스플라인(30, 40)의 위치를 변경함으로써 상기 조화감속기(100b)의 양단에서 감속 출력을 얻을 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 조화감속기(100c)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 파동발생부(110); 상기 플렉스 스플라인(220); 제1출력 써큘러 스플라인(130); 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40) 및 상기 플렉스 스플라인(220)을 고정하기 위한 고정용 써큘러 스플라인(280)을 포함한다.
상기 플렉스 스플라인(220)은 상기 베어링(117)을 사이에 두고 상기 캠부재(111)에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재(111)에 의해 발생된 상기 파동에 의해 형상이 변형된다.
상기 플렉스 스플라인(220)은 그 외주면에 형성된 제1치형부(221)를 포함한다.
상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제2치형부(131)를 포함한다.
상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)과 상기 고정용 써큘러 스플라인(280)은 각각 상기 플렉스 스플라인(220)의 외곽에 인접하게 각각 배치된다.
상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)과 상기 고정용 써큘러 스플라인(280) 사이에 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)이 배치된다.
상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제3치형부(41)를 포함하며, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(30)과 동축상에 배치된다.
상기 고정용 써큘러 스플라인(280)은 상기 제1치형부(221)의 치수와 동일한 치수를 가지고 상기 제1치형부(221)와 부분적으로 맞물리는 제4치형부(281)를 포함한다.
상기 조화감속기(100c)는 상기 고정용 써큘러 스플라인(280)을 고정하기 위한 고정용 베이스(107)를 더 포함한다. 상기 고정용 베이스(107)에는 후술할 스톱퍼(285)를 수용하기 위한 수용공간(107a)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 조화감속기(100c)는 상기 플렉스 스플라인(220)의 축방향 이동을 규제하기 위한 한 쌍의 스톱퍼(135, 285)를 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 스톱퍼(135, 285)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)에 설치된 제1스톱퍼(135)와, 상기 고정용 써큘러 스플라인(280)에 설치된 제2스톱퍼(285)를 포함할 수 있다.
상기 제1스톱퍼(135)는 축방향을 따라 외부를 향해 연장된 외부 연장부(135a)와; 상기 축방향 연장부(135a)로부터 상기 플렉스 스플라인(220)을 향해 절곡된 절곡부(135b)와; 상기 절곡부(135b)로부터 상기 축방향을 따라 내부를 향해 연장된 내부 연장부(135c)를 포함한다.
상기 외부 연장부(135a), 상기 절곡부(135b) 및 상기 내부 연장부(135c) 사이에 형성되는 공간에는 상기 베어링(117)의 내륜(112) 및 외륜(116) 사이에 충전된 윤활제가 흘러나오는 것을 막기 위한 와셔(108)이 배치될 수 있다. 와셔(108)는 상기 베어링(117) 단부와 상기 제1스톱퍼(135)간의 마찰을 방지하는 기능도 수행할 수 있다. 상기 내부 연장부(135c)는 상기 와셔(108)를 지지한다.
경우에 따라서, 상기 와셔(108)는 경우에 따라서는 코팅층(강화피막)으로 대체될 수도 있다. 가령, 상기 코팅층은 크롬 또는 니켈과 같은 내마모성 금속으로 상기 절곡부(135b)의 상기 베어링(117)에 대향하는 대항면을 전기도금을 통해 형성될 수 있다. 전기도금 외에도 물리적 또는 화학적 증착법에 의해서 코팅될 수도 있다. 경우에 따라서는, 상기 베어링(117)의 단부측 상기 절곡부(135b)에 대향하는 대향면을 상기 내마모성 금속으로 코팅할 수도 있다. 또한, 상기 코팅층은 금속 대신에 세라믹 또는 다이아몬드 재질로 물리적 또는 화학적 증착법에 의해서 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 와셔(108) 대신에 상기 코팅층(강화피막)이 사용되는 경우 상기 내부 연장부(135c)는 생략될 수도 있다.
상기 제1스톱퍼(135)의 형상은 일례에 불과하고 상기 플렉스 스플라인(220)의 축방향 이동을 규제할 수 있는 한 다양한 형상으로 변경 가능함은 물론이다.
상기 제2스톱퍼(285)는 축방향을 따라 외부를 향해 연장된 외부 연장부(285a)와; 상기 축방향 연장부(285a)로부터 상기 플렉스 스플라인(220)을 향해 절곡된 절곡부(285b)와; 상기 절곡부(285b)로부터 상기 축방향을 따라 내부를 향해 연장된 내부 연장부(285c)를 포함한다.
상기 외부 연장부(285a), 상기 절곡부(285b) 및 상기 내부 연장부(285c) 사이에 형성되는 공간에는 상기 베어링(117)의 내륜(112) 및 외륜(116) 사이에 충전된 윤활제가 흘러나오는 것을 막기 위한 와셔(109)가 배치될 수 있다. 와셔(108)는 상기 베어링(117) 단부와 상기 제2스톱퍼(285)간의 마찰을 방지하는 기능도 수행할 수 있다. 상기 내부 연장부(285c)는 상기 와셔(109)를 지지한다.
경우에 따라서, 상기 와셔(109)가 코팅층(강화피막)으로 대체될 수 있음은 상술한 바와 같다.
한편, 상기 제4실시예에 따른 조화감속기(100c)는 상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)으로부터 감속된 출력을 외부로 전달하기 위해 상기 제1출력 써큘러 스플라인(130)과 결합되는 제1출력 디스크(150)와, 상기 제2출력 써큘러 스플라인(40)으로부터 감속된 출력을 외부로 전달하기 위해 상기 제1출력 써큘러 스플라인(40)과 결합되는 제2출력 디스크(70)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1출력 디스크(150)에는 그 내부에 상기 제1스톱퍼(135)를 수용하기 위한 수용공간(153)이 형성될 수 있다.
한편, 이상에서는 2개의 써큘러 스팔라인을 배치한 것을 예로 들어 설명하였으나, 써큘러 스플라인을 3개 이상 배치하면 3개 이상의 다출력이 가능한 조화감속기를 구현할 수 있다.
한편, 상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c: 조화감속기
10, 110: 파동발생부 11, 111: 캠부재
16, 117: 베어링 12, 112: 내륜
15, 116: 외륜 13, 14, 113, 114, 115: 가동체
20, 120, 220: 플렉스 스플라인 30, 130: 제1출력 써큘러 스플라인
40: 제2출력 써큘러 스플라인 50, 150: 제1출력 디스크
70: 제2출력 디스크
80, 180, 280: 고정용 써큘러 스플라인

Claims (13)

  1. 조화감속기에 있어서,
    파동을 발생시키는 캠부재와 베어링을 구비한 파동발생부와;
    상기 베어링을 사이에 두고 상기 캠부재에 연동 가능하게 형성되어 상기 캠부재에 의해 발생된 상기 파동에 의해 형상이 변형되며, 외주면에 형성된 제1치형부를 포함하는 플렉스 스플라인과;
    상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제2치형부를 포함하는 제1출력 써큘러 스플라인과;
    상기 제1치형부의 치수와 상이한 치수를 가지고 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제3치형부를 포함하며, 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 동축으로 배치되는 제2출력 써큘러 스플라인;을 포함하며,
    상기 제1출력 써큘러 스플라인은 상기 제2출력 써큘러 스플라인 내에 수용 가능한 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2치형부와 상기 제3치형부는 그 치수가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1출력 써큘러 스플라인과 상기 제2출력 써큘러 스플라인 사이에 배치된 크로스롤러 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플렉스 스플라인은 상기 파동에 의해 형상이 변형될 뿐 회전하지 않도록 설치된 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1치형부와 동일한 개수의 치수를 가지며 상기 제1치형부와 부분적으로 맞물리는 제4치형부를 포함하는 고정용 써큘러 스플라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정용 써큘러 스플라인은 상기 제1출력 써큘러 스플라인과 상기 제2출력 써큘러 스플라인 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 고정용 써큘러 스플라인 및 상기 제1출력 써큘러 스플라인은 각각 상기 플렉스 스플라인의 외곽에 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  9. 제8항에 있어서,
    축방향을 따라 상기 플렉스 스플라인을 사이에 두고 양측에 각각 배치되어 상기 플렉스 스플라인의 상기 축방향 이동을 규제하는 한 쌍의 스톱퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 한 쌍의 스톱퍼는 각각 상기 고정용 써큘러 스플라인 및 상기 제1출력 써큘러 스플라인에 설치된 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 상기 캠부재에 의해 발생되는 파동에 따라 외형이 변형되며, 내륜, 외륜 및 상기 내륜과 상기 외륜 사이에서 움직임 가능하게 마련된 가동체를 포함하고,
    상기 내륜과 상기 외륜 중 적어도 어느 하나는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가동체는,
    금속, 세라믹 및 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 조화감속기.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 베어링은 가동체를 포함하고,
    상기 캠부재 및 상기 플렉스 스플라인의 대향면에 각각 상기 가동체가 움직이도록 안내하는 안내홈이 형성된 것을 특징으로 하는 조화감속기.
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