KR101542488B1 - 가요성 외치 기어, 파동 기어 장치, 및 가요성 외치 기어의 체결 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 파동 기어 장치(1)의 가요성 외치 기어(3)의 보스(7)에 형성된 보스측 체결면(16)을, 체결 대상인 출력 부재(11)의 부재측 체결면(15)에 동축으로 포개어, 체결 볼트(13)에 의해 보스(7)와 출력 부재(11)를 체결하고, 체결 볼트(13)의 볼트 축력에 의해, 보스측 체결면(16)의 걸림결합용 돌기(20)를, 부재측 체결면(15)에 소정의 파고들어간 깊이까지 파고들어가게 한다. 이러한 구성의 가요성 외치 기어(3)와 출력 부재(11)의 체결 부분은, 큰 마찰력이 발생하므로, 체결 볼트에, 박음 핀(push-in pin), 마찰 시트를 병용하지 않고, 볼트 축력만으로 필요한 토크 전달이 가능하다.

Description

가요성 외치 기어, 파동 기어 장치, 및 가요성 외치 기어의 체결 방법{FLEXIBLE EXTERNALLY TOOTHED GEAR, STRAIN WAVE GEARING, AND METHOD FOR FASTENING FLEXIBLE EXTERNALLY TOOTHED GEAR}

본 발명은, 체결 대상인 부재를 확실히 체결할 수 있는 파동 기어 장치의 가요성(可撓性) 외치 기어, 상기 가요성 외치 기어를 구비한 파동(波動) 기어 장치, 및 상기 가요성 외치 기어를 체결 대상인 부재에 체결하기 위한 체결 방법에 관한 것이다.

파동 기어 장치는, 감속기로서 이용될 경우에는, 일반적으로 그 가요성 외치 기어로부터 감속 회전 출력이 부하측의 출력축으로 전달된다. 가요성 외치 기어와 출력축은 체결 볼트에 의해 체결 고정된다. 특허 문헌 1의 도 1에는 체결 볼트에 의해 가요성 외치 기어가 출력축 측에 체결된 구조가 기재되어 있다.

한편, 토크(torque) 전달을 행하는 2개의 부재의 체결 고정 구조로서, 체결되는 2개의 부재의 체결면의 사이에 마찰판을 끼우고, 이들 2개의 부재를 볼트 등에 의해 체결 고정하는 구조가 알려져 있다. 특허 문헌 2에는, 이러한 체결 고정 방법에 이용하는 마찰 시트가 제안되어 있다. 상기 마찰 시트는, 금속제의 탄성 시트의 표면에, 체결 대상인 부재의 체결면에 파고들어갈(dig into) 수 있는 다이아몬드 입자를 도금 코팅한 것이다.

예컨대, 2개의 축부재의 체결용 단면(端面)의 사이에 마찰 시트를 끼우고, 체결 볼트에 의해 쌍방의 체결용 단면을 체결 고정하면, 마찰 시트의 양면의 다이아몬드 입자가 쌍방의 체결용 단면에 파고들어가, 이들 체결용 단면의 사이에 큰 마찰력이 발생한다. 이로써, 2개의 축부재의 체결력이 증가하여, 큰 토크를 전달할 수 있게 된다.

일본 특허 공개 공보 제2002－339990호 일본 특허 공보 제3547645호

여기서, 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어와 출력축의 체결력을 높여 큰 토크 전달을 행하기 위하여, 박음 핀(push-in pin)이 병용(倂用)되고 있다. 또, 특허 문헌 2에 개시된 마찰 시트를 병용하는 것이 고려된다.

그러나, 박음 핀(push-in pin)을 병용하는 경우에는, 체결 대상인 부재에 체결되는 가요성 외치 기어의 보스(boss)에, 체결 볼트용의 볼트 구멍에 추가하여, 핀 구멍을 가공할 필요가 있다. 또, 마찰 시트를 이용한 체결 고정 구조에서는, 도금층에 의해 유지되어 있는 다이아몬드 분말의 탈락(脫落)이 우려된다. 마찰 시트로부터 탈락한 다이아몬드 입자가, 가요성 외치 기어와 파동 발생기 사이의 슬라이딩 부분, 가요성 외치 기어와 강성 내치 기어의 맞물림 부분 등에 침입할 우려가 있다. 이들 부분에 경질(硬質)의 다이아몬드 입자가 침입하면, 이들 부분에 마모, 파손 등이 발생할 우려가 있다.

본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 핀 구멍 가공을 필요로 하지 않고, 또, 마찰 시트를 사용하지 않으며, 볼트 축력(軸力)(bolt tension)만으로 필요한 토크 전달을 행할 수 있는 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어를 제안하는 데에 있다.

또, 본 발명의 과제는, 이러한 새로운 가요성 외치 기어를 구비한 파동 기어 장치를 제안하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 과제는, 핀 구멍 가공을 필요로 하지 않고, 또, 마찰 시트를 사용하지 않으면서, 볼트 축력만으로 필요한 토크 전달을 행할 수 있는 가요성 외치 기어의 체결 방법을 제안하는 데에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어는,

체결 대상인 부재에 체결되는 둥근 링형상 혹은 원반(圓盤)형상의 보스(boss)와,

상기 보스에 형성되며, 상기 체결 대상인 부재에 형성한 부재측 체결면에 맞닿는 보스측 체결면과,

상기 보스측 체결면에 소정 피치로 형성된 소정 사이즈의 복수의 걸림결합용 돌기를 가지며,

상기 걸림결합용 돌기는, 상기 보스측 체결면에 포토 에칭 가공을 실시함으로써, 일체로 형성된 돌기이고,

상기 보스측 체결면 및 상기 걸림결합용 돌기의 경도(硬度)는 HRC45 이상인 것을 특징으로 하고 있다.

전형적인 상기 걸림결합용 돌기는, 상기 보스측 체결면으로부터 수직으로 돌출되어 있는 테이퍼(taper) 형상(끝으로 갈수록 가늘어지는 형상)의 돌기이며, 상기 걸림결합용 돌기의 선단은, 상기 보스측 체결면에 평행한 평탄한 꼭대기면(頂面)으로 되어 있고, 상기 걸림결합용 돌기에 있어서의, 그 돌출방향에 직교하는 단면(斷面) 형상은, 원형, 사각형 혹은 삼각형이다.

이 경우, 인접 배치된 상기 걸림결합용 돌기의 피치는 0.2㎜~0.5㎜이고, 상기 걸림결합용 돌기의 꼭대기면의 최대 지름 혹은 최대 폭은 0.01㎜~0.05㎜이며, 상기 걸림결합용 돌기의 높이는, 상기 돌기의 꼭대기면의 최대 지름 혹은 최대 폭의 1.0배에서 1.2배인 것이 바람직하다.

상기 걸림결합용 돌기의 꼭대기면의 최대 지름 혹은 최대 폭이 0.03㎜~0.05㎜인 경우에는, 예컨대, 상기 걸림결합용 돌기의 상기 부재측 체결면에 대한 파고들어간 깊이를 0.015㎜~0.025㎜로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 걸림결합용 돌기는, 10㎟당 40~250개의 밀도로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성의 가요성 외치 기어를 체결 대상인 부재에 체결하는 경우에는, 상기 가요성 외치 기어의 상기 보스측 체결면을, 상기 체결 대상인 부재의 부재측 체결면에 동축(同軸)으로 포갠다. 이 상태에서, 체결 볼트에 의해 상기 보스와 상기 체결 대상인 부재를 체결하고, 상기 체결 볼트의 볼트 축력(bolt tension)에 의해, 상기 보스측 체결면의 상기 걸림결합용 돌기를, 상기 체결 대상인 부재에 대해 상기 부재측 체결면으로부터 소정의 파고들어간 깊이까지 파고들게 한다. 걸림결합용 돌기가 부재측 체결면에 파고들어감에 따라, 큰 마찰력이 체결면의 사이에 발생한다.

볼트 축력, 보스의 강도 및 경도, 체결 대상인 부재의 경도, 걸림결합용 돌기의 형상·사이즈, 걸림결합용 돌기의 파고들어간 깊이를 적절히 설정함으로써, 보스와 체결 대상인 부재의 사이의 마찰 계수를 크게 할 수 있다. 이로써, 핀, 마찰 시트를 병용하지 않고, 체결 볼트만으로, 가요성 외치 기어로부터 체결 대상인 부재에 대해 필요하게 되는 토크 전달을 행할 수 있게 된다.

따라서, 가요성 외치 기어의 보스에 핀 구멍 가공을 행할 필요가 없게 되어, 마찰 시트를 병용할 필요가 없게 된다. 또, 걸림결합용 돌기는 포토 에칭 가공에 의해 보스측 체결면에 일체로 형성되어 있으므로, 걸림결합용 돌기가 보스측 체결면으로부터 탈락하여, 파동 기어 장치의 회전 슬라이딩 동작 부분, 맞물림 부분에 침입하는 등의 폐해를 방지 혹은 억제할 수가 있다.

본 발명의 가요성 외치 기어의 체결 방법에 있어서, 체결 대상인 부재의 부재측 체결면에 걸림결합용 돌기를 형성해 두는 것도 가능하다. 이 경우에는, 걸림결합용 돌기가 형성되어 있는 부재의 경도를 타방(他方)의 부재의 경도 이상으로 해두면 좋다. 또, 보스측 체결면 및 부재측 체결면의 쌍방에 걸림결합용 돌기를 형성해 두는 것도 가능하다. 이 경우에는, 쌍방의 부재의 경도를 동일한 정도로 해두면 좋다.

즉, 본 발명에 의한 가요성 외치 기어의 체결 방법은,

체결 대상인 부재에는 부재측 체결면이 형성되고,

상기 체결 대상인 부재를 체결하기 위하여 상기 가요성 외치 기어에 설치한 보스에는, 보스측 체결면이 형성되며,

상기 부재측 체결면 및 상기 보스측 체결면 중 적어도 일방(一方)의 체결면은 돌기측 체결면이고,

상기 돌기측 체결면에는, 소정 피치로 소정 사이즈의 복수의 걸림결합용 돌기가, 포토 에칭 가공에 의해, 일체로 형성되며,

상기 돌기측 체결면의 경도는, 타방(他方)의 상기 체결면의 경도와 동일하거나 혹은 그 이상의 경도로 되어 있고,

상기 가요성 외치 기어의 상기 보스측 체결면을, 상기 체결 대상인 부재의 상기 부재측 체결면에 동축으로 포개어,

체결 볼트를 이용해 상기 보스와 상기 체결 대상인 부재를 체결하고,

상기 체결 볼트에 의한 볼트 축력에 의해, 상기 돌기측 체결면의 상기 걸림결합용 돌기를, 타방의 상기 체결면으로부터 소정의 파고들어간(dig into) 깊이까지 파고드는 것을 특징으로 하고 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 컵 형상의 파동 기어 감속기(減速機)의 사시도이다.
도 2는 파동 기어 감속기의 종단면도이다.
도 3은 파동 기어 감속기의 가요성 외치 기어의 보스와 부하측의 출력축의 체결 부분을 나타내는 종단면도이다.
도 4는 도 3의 체결 부분의 구성부품을 분해한 상태에서 나타내는 종단면도이다.
도 5(a)는 보스측 체결면의 일부를 나타내는 부분 확대 평면도, 도 5(b)는 부분 확대 단면도, 도 5(c)는 부분 확대 단면도이다.
도 6은 걸림결합용 돌기의 케미컬 에칭(chemical etching)에 의해 제조하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 7(a)는 걸림결합용 돌기의 다른 예를 나타내는 부분 확대 단면도, 도 7(b)는 부분 확대 단면도, 도 7(c)는 부분 확대 단면도이다.
도 8(a)는 걸림결합용 돌기의 다른 예를 나타내는 부분 확대 단면도, 도 8(b)는 부분 확대 단면도, 도 8(c)는 부분 확대 단면도이다.
도 9(a)는 원추 돌기가 강재(鋼材) 표면에 밀어 넣어진 경우의 상태를 나타내는 설명도이며, 도 9(b)는 걸림결합용 돌기가 보스에 파고들어간 경우의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10은 꼭대기면(頂面)의 지름이 다른 걸림결합용 돌기에 있어서의 파고들어간 깊이와 근사 마찰 계수의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에, 도면을 참조하여, 본 발명을 적용한 컵 형상의 가요성 외치 기어를 구비한 파동 기어 장치의 실시 형태를 설명한다. 또한, 본 발명은, 실크 햇(silk-hat) 형상의 가요성 외치 기어를 구비한 파동 기어 장치에도 적용 가능하다.

(파동 기어 장치)

도 1은 파동 기어 장치를 나타내는 사시도이며, 도 2는 그 종단면도이다. 파동 기어 장치(1)는, 둥근 링형상의 강성 내치 기어(2)와, 강성 내치 기어(2)에 맞물림 가능한 컵 형상의 가요성 외치 기어(3)와, 가요성 외치 기어(3)를 타원 형상으로 휘게 하여 강성 내치 기어(2)에 대해 부분적으로 맞물리게 하고 있는 타원형 윤곽의 파동 발생기(4)를 구비하고 있다.

컵 형상의 가요성 외치 기어(3)는, 반경 방향으로 휠 수 있는 원통형 몸통부(5)와, 그 후단(後端) 가장자리로부터 내측으로 연장되는 둥근 링형상의 다이어프램(6, diaphragm)과, 다이어프램(6)의 내주 가장자리에 연속하여 형성된 둥근 링형상의 보스(7)와, 원통형 몸통부(5)의 개구단측의 외주면 부분에 형성된 외치(8)를 구비하고 있다. 또한, 실크 햇 형상의 가요성 외치 기어는, 반경 방향으로 휠 수 있는 원통형 몸통부와, 그 후단 가장자리로부터 반경 방향의 외측으로 연장되는 둥근 링형상의 다이어프램과, 다이어프램의 외주 가장자리에 연속하여 형성된 둥근 링형상의 보스와, 원통형 몸통부의 개구단측의 외주면 부분에 형성된 외치를 구비하고 있다.

가요성 외치 기어(3)에 있어서의 외치(8)가 형성된 원통형 몸통부(5) 부분의 내측에, 파동 발생기(4)가 끼워 넣어져 있다. 파동 발생기(4)에 의해, 원통형 몸통부(5)는 타원 형상으로 휘어지며, 타원 형상에 있어서의 장축(長軸) 방향의 양단에 위치하는 외치(8)의 부분이, 강성 내치 기어(2)의 내치(9)에 맞물려 있다.

파동 발생기(4)는, 모터축 등의 회전 입력축(도시 생략)이 연결 고정되며, 상기 회전 입력축에 의해 회전 구동된다. 파동 발생기(4)가 회전하면, 양 기어(2,3)의 맞물림 위치가 둘레 방향으로 이동한다. 그 결과, 양 기어의 톱니 수의 차(差)에 따라, 양 기어의 사이에 상대 회전이 발생한다. 본 예에서는, 강성 내치 기어(2)가 도시되지 않은 고정측의 부재에 고정되어 있으며, 가요성 외치 기어(3)가 감속 회전 출력 요소로 되어 있다. 가요성 외치 기어(3)의 감속 회전이, 부하측의 부재(체결 대상인 부재)에 출력된다.

도 3은 가요성 외치 기어(3)와 체결 대상인 출력 부재의 체결 부분을 나타내는 종단면도이며, 도 4는 그 구성부품을 분해하여 나타내는 설명도이다. 가요성 외치 기어(3)의 둥근 링형상의 보스(7)에는, 부하측의 출력 부재(11)가 체결 고정된다. 체결 고정을 위해, 둥근 링형상의 부착용 플랜지(12) 및 복수개의 체결 볼트(13)가 이용된다.

출력 부재(11)의 후단부에는 지름이 큰 부재측 플랜지(14)가 형성되어 있고, 부재측 플랜지(14)의 원형의 후단면은, 그 중심 축선에 직교하는 부재측 체결면(15)이다. 부재측 체결면(15)은, 보스(7)의 외측 단면인 보스측 체결면(16)에 동축으로 포개어진다. 보스측 체결면(16)은 장치 축선(1a)에 직교하는 단면이다. 보스(7)의 내측 단면에는 부착용 플랜지(12)가 동축으로 포개어진다. 부재측 플랜지(14)에는 볼트 구멍이 원주 방향으로 일정한 간격으로 형성되며, 보스(7) 및 부착용 플랜지(12)에는 볼트 관통 삽입 구멍이 마찬가지로 원주 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다. 이러한 볼트구멍, 볼트 관통 삽입 구멍이 일치하는 상태로 3 부재가 동축으로 포개어져, 부착용 플랜지(12)쪽으로부터 삽입된 체결 볼트(13)에 의해, 이들 3 부재가 소정의 볼트 축력으로 체결 고정되어 있다.

도 5(a)~도 5(c)는 보스측 체결면(16)의 표면을 확대하여 나타내는 부분 확대 평면도, b-b선으로 절단한 경우의 부분 확대 단면도, 및, c-c선으로 절단한 경우의 부분 확대 단면도이다.

보스측 체결면(16)에는, 포토 에칭 가공에 의해, 소정 피치로 소정 형상의 걸림결합용 돌기(20)가 일체로 형성되어 있다. 걸림결합용 돌기(20)는 일정한 피치로 매트릭스(matrix) 형상으로 배열되어 있으며, 인접하는 걸림결합용 돌기의 피치(Px, Py)는 모두 0.2㎜~0.5㎜의 범위 내의 값이다. 걸림결합용 돌기(20)의 배열 형태는 매트릭스 형상의 배열 형태 이외의 배열 형태여도 무방하다.

걸림결합용 돌기(20)의 각각은, 보스측 체결면(16)으로부터 수직으로 돌출되어 있는 테이퍼 형상의 돌기이다. 걸림결합용 돌기(20)의 선단은, 보스측 체결면(16)에 평행한 평탄한 꼭대기면(頂面)으로 되어 있다. 또, 걸림결합용 돌기(20)에 있어서의, 그 돌출방향에 직교하는 단면 형상은 원형이다. 즉, 본 예에서는, 걸림결합용 돌기(20)는, 전체적으로 원뿔대(圓錐臺) 형상에 근사(近似)한 형상의 돌기이며, 그 중심 축선(20a)은 보스측 체결면(16)에 수직이다. 걸림결합용 돌기(20)의 외주면(20b)은 선단을 향할수록 끝이 가늘어지는(taper) 만곡면으로 형성되어 있다. 걸림결합용 돌기(20)의 꼭대기면(20c)은 중심 축선(20a)에 직교하는 평탄한 원형면으로 되어 있다.

걸림결합용 돌기(20)에 있어서의 꼭대기면(20c)의 최대 지름(L)은 0.01㎜~0.05㎜의 범위 내의 값이다. 걸림결합용 돌기(20)의 높이(H)는, 꼭대기면(20c)의 최대 지름(L)의 1.0배에서 1.2배의 범위 내의 값이다. 따라서, 높이(H)는 0.06㎜ 이하이다. 또, 걸림결합용 돌기(20)는, 10㎟당 40~250개의 범위 내의 값이 되는 밀도로 형성되어 있다.

도시된 예에 있어서는, 걸림결합용 돌기(20)의 꼭대기면(20c)의 지름(L)이 0.05㎜, 높이(H)가 0.065㎜, 피치(Px, Py)가 모두 0.2㎜이다.

또, 보스측 체결면(16)의 표면 부분 및 걸림결합용 돌기(20)의 경도는 HRC45 이상이다. 가요성 외치 기어(3)의 블랭크(blank)로서 경도가 HRC45 이상인 것을 이용하면 좋다. 혹은, 블랭크의 경도가 HRC45 미만인 경우에는, 포토 에칭 가공에 의해 걸림결합용 돌기(20)를 형성하기 전의 단계 혹은 후의 단계에 있어서, 보스측 체결면(16)에 대해, 열처리, 침탄(浸炭) 처리, 질화 처리 등의 표면 처리를 실시하여, 보스측 체결면(16)의 표면 부분 및 걸림결합용 돌기(20)의 경도를 HRC45 이상으로 하여도 무방하다. 가요성 외치 기어(3)의 소재 경도는 일반적으로 HRC36~45의 사이이며, 출력 부재(11)의 소재 경도도 마찬가지이다. 보스측 체결면(16), 걸림결합용 돌기(20)의 경도를, 체결측의 부재측 체결면(15)의 경도 이상으로 해두는 것이 바람직하다.

여기서, 걸림결합용 돌기(20)의 형성은, 일반적인 포토 에칭 가공에 의해 행할 수 있다. 예컨대, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가요성 외치 기어(3)에 치절(齒切, gear cutting) 가공을 행한 후에, 그 보스(7)의 외측 단면(16A)을 덮는 상태로 포토레지스트막(31, photoresist film)을 형성한다(도 6(a), (b)). 다음으로, 포토레지스트막(31)에 노광 및 현상을 행하여 포토레지스트막에 마스킹 패턴을 형성한다(도 6(c)). 그 후에는, 외측 단면(16A)의 노출면 부분에 예컨대 웨트(wet) 에칭을 행하여, 걸림결합용 돌기(20)를 형성한다(도 6(d)). 그리고, 포토레지스트막(31)의 마스킹 패턴을 박리 제거하고, 세정·건조 공정 등의 후처리를 행한다(도 6(e)). 이로써, 마스킹 패턴이 원형인 경우에는 대략 원뿔대 형상의 걸림결합용 돌기(20)가, 보스측 체결면(16)에 일체로 형성된다. 마스킹 패턴이 사각형, 삼각형인 경우에는, 사각뿔대 형상, 삼각뿔대 형상의 걸림결합용 돌기가 형성된다.

도 7, 도 8에는 걸림결합용 돌기(20)의 다른 형상이 도시되어 있다. 도 7에 나타내는 걸림결합용 돌기(20A)는 전체적으로 대략 사각뿔대의 형상을 하고 있다. 예컨대, 걸림결합용 돌기(20A)의 꼭대기면은 정사각형이고, 그 폭(L)은 0.05㎜, 높이(H)는 0.06㎜, 피치(P)는 0.2㎜이다. 또, 도 8에 나타내는 걸림결합용 돌기(20B)는 전체적으로 대략 삼각뿔대의 형상을 하고 있다. 예컨대, 걸림결합용 돌기(20B)의 꼭대기면은 정삼각형이며, 그 정삼각형의 폭(L)은 0.06㎜이다. 걸림결합용 돌기(20B)의 높이(H)는 0.06㎜, 피치(P)는 0.2㎜이다. 또, 매트릭스 형상으로 배열되어 있는 걸림결합용 돌기(20B)의 한쪽의 열(列)에 있어서는, 하나 걸러, 삼각형의 방향이 반전되어 있다.

이러한 구성의 가요성 외치 기어(3)의 보스(7)에 체결 대상인 출력 부재(11)를 체결하는 경우에는, 보스측 체결면(16)을, 체결 대상인 부재측 체결면(15)에 동축으로 포개고, 보스(7)의 반대측에 부착용 플랜지(12)를 포갠다. 이 상태에서, 체결 볼트(13)를 부착 플랜지(12)쪽으로부터 삽입하여, 출력 부재(11), 보스(7) 및 부착 플랜지(12)의 3 부재를 체결 고정한다. 체결 볼트(13)의 볼트 축력에 의해, 보스측 체결면(16)의 걸림결합용 돌기(20)가, 체결 대상인 부재측 체결면(15)으로부터 소정의 파고들어간 깊이까지 파고든다. 걸림결합용 돌기(20)가 부재측 체결면(15)에 파고들어감으로써, 큰 마찰력이 체결면의 사이에 발생한다.

가요성 외치 기어(3)와 출력 부재(11)의 체결 부분에 있어서, 보스측 체결면(16)의 걸림결합용 돌기(20)가 부재측 체결면(15)에 파고들어간 경우의 체결력은, 강(鋼)의 파내기(digging out)에 수반하는 마모에 근사할 수 있다. 도 9(a)를 참조하여 설명하면, 원추 돌기가 강재의 체결면에 밀어 넣어진 경우를 상정한다. n개의 원추 돌기가 체결면에 접촉되어 있는 것으로 한다. 굵은 선 화살표로 나타내는 진행 방향의 원추 돌기의 투영 면적(삼각형)(At)은 다음의 식으로 나타내어진다.

At = n·r·d = n·r·r·cotθ = n·r2·(1/tanθ)

단, r : 원추 돌기에 의한 압흔(壓痕)의 평균 반경(半徑)

θ : 돌기의 반꼭지각(半頂角)

d ： 깊이

원추 돌기에 의한 압흔 면적은 다음의 식과 같이 근사할 수 있다.

원추 돌기에 의한 압흔 면적 ≒ 진실(眞實) 접촉 면적(AR) = P/Pm = n·πr²

P ： 전체 하중

Pm：진실 접촉 면적의 평균 면압(面壓)

따라서, F를 파내기 저항력(마찰력)으로 하면, 마찰 계수(μ)는 다음 식으로 표시할 수가 있다.

마찰 계수(μ) = F/P = At·Pm/Ar·Pm = At/Ar

= 1/(π·tanθ)

원추 돌기의 θ가 45deg인 경우에는, μ= 0.3183이 된다.

도 9(b)에는, 본 예의 원뿔대 형상의 걸림결합용 돌기(20)를 부재측 체결면(15)에 파고들게 한 경우가 도시되어 있다. 이 경우에는, 다음과 같이 각 값을 근사할 수가 있다.

파고들어간 깊이(x) ≒ d

파고들어간 부분의 투영 면적(AT) ≒ At

압흔 면적(AR) ≒ Ar

근사 마찰 계수(M) = AT/AR

여기서, 체결 부분의 전달 토크는, 걸림결합용 돌기(20)를 부재측 체결면(15)에 파고들게 한 경우에 있어서의 체결면의 마찰 계수에 크게 영향을 받는다. 마찰 계수는, 상기와 같이, 파고들어간 부분의 투영 면적(AT) 및 압흔 면적(AR)에 의해 규정할 수 있다. 즉, 마찰 계수는, 주로, 걸림결합용 돌기(20)의 형상·사이즈, 파고들어간 깊이, 보스측 체결면(16)과 부재측 체결면(15) 사이의 경도 차에 의해 정해진다.

따라서, 걸림결합용 돌기(20)의 형상·사이즈, 보스(7)측의 경도 및 출력 부재(11) 측의 경도를 적절히 설정함으로써, 목표로 하는 마찰 계수의 체결면을 얻을 수 있다. 본 예에서는 포토 에칭 가공에 의해 원뿔대 형상의 걸림결합용 돌기(20)가 형성된다. 이러한 형상의 걸림결합용 돌기(20)의 꼭대기면의 크기(L), 돌기 높이(H), 및 경도를 상기와 같이 설정함으로써, 큰 마찰 계수를 얻을 수가 있다.

또, 돌기 수(n)는, 전체 압흔 면적(AR×n)에 따른 소재의 전단(剪斷) 강도로 제한된다. 본 예에서는, 보스(7)의 전단 강도를 고려하여, 돌기 수(n)를, 10㎟당 40~250개의 범위 내의 값으로 하고 있다.

또한, 동일한 볼트 축력을 부여한 경우에, 걸림결합용 돌기의 파고들어간 깊이(x)는 돌기의 꼭대기면의 형상에 따라 다르다. 걸림결합 돌기의 꼭대기면의 형상이 원형, 사각형, 삼각형인 경우에는, 그 이외가 동일 조건인 것으로 하면, 삼각형인 경우가 가장 파고들기 쉽고, 원형인 경우가 가장 파고들기 어렵다. 또, 경도가 높은 체결면보다 경도가 낮은 체결면이 파고들어간 깊이(x)가 커진다. 또한, 걸림결합 돌기의 파고들어간 깊이(x)는, 걸림결합 돌기의 꼭대기면의 면적에 따라 다르며, 면적이 작은 것이 파고들어가기가 쉽다. 마찬가지로, 걸림결합 돌기의 꼭대기면의 총 면적이 작은 것이, 총 면적이 큰 경우에 비해, 파고들어가기가 쉽다. 따라서, 보스측 체결면(16)의 크기, 필요 전달 토크, 부가되는 볼트 축력에 따라, 걸림결합용 돌기(20)의 크기, 형상(꼭대기면의 형상, 면적, 돌기 높이), 걸림결합용 돌기(20)의 배열 피치 및 단위면적당 개수, 및 각 부의 경도를 적절히 설정하면 된다.

도 10은, 원뿔대 형상의 걸림결합용 돌기(20)의 경우에 있어서, 원형의 꼭대기면의 지름을 변경한 경우에 있어서의 파고들어간 깊이(밀어 넣음 깊이)와 근사 마찰 계수의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 걸림결합용 돌기(20)를 매트릭스 형상으로 배치하고, 인접 배치된 걸림결합용 돌기(20)의 피치(P)를 0.2㎜~0.5㎜로 하며, 걸림결합용 돌기(20)의 꼭대기면의 최대 지름(L)을 0.03㎜, 0.04㎜ 및 0.05㎜의 3 종류로 하고, 걸림결합용 돌기(20)의 높이를 돌기의 꼭대기면의 최대 지름(L)의 1.0배에서 1.2배로 하였다.

상기 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 걸림결합용 돌기(20)의 꼭대기면의 최대 지름(L)이 0.03㎜인 경우에는, 파고들어간 깊이를 0.01㎜~0.025㎜로 하면 근사 마찰 계수를 0.35 이상으로 할 수가 있다. 꼭대기면의 최대 지름(L)이 0.04㎜인 경우에는, 파고들어간 깊이를 0.015㎜~0.035㎜로 하면 근사 마찰 계수를 0.35 이상으로 할 수가 있다. 꼭대기면의 최대 지름(L)이 0.05㎜인 경우에는, 파고들어간 깊이를 0.020㎜~0.040㎜로 하면 근사 마찰 계수를 0.35 이상으로 할 수 있다. 또, 0.03㎜~0.05㎜인 경우에는, 파고들어간 깊이를 대략 0.015㎜~0.025㎜로 하면, 근사 마찰 계수를 대략 0.35 이상으로 할 수가 있다.

(그 밖의 실시 형태)

또한, 본 발명의 가요성 외치 기어의 체결 방법에서는, 체결 대상인 부재의 부재측 체결면에, 걸림결합용 돌기를 형성해 두는 것도 가능하다. 이 경우에는, 걸림결합용 돌기가 형성되어 있는 부재의 경도를 타방의 부재의 경도 이상으로 해두면 좋다. 또, 보스측 체결면 및 부재측 체결면의 쌍방에 걸림결합용 돌기를 형성해두는 것도 가능하다. 이 경우에는, 쌍방의 부재의 경도를 동일한 정도로 해두면 좋다.

Claims (10)

1. 체결 대상인 부재에 체결되는 보스(boss)와,
   상기 보스에 형성되며, 상기 체결 대상인 부재의 부재측 체결면에 맞닿는 보스측 체결면과,
   상기 보스측 체결면에 소정 피치로 형성된 소정 사이즈의 복수의 걸림결합용 돌기를 가지며,
   상기 걸림결합용 돌기는, 상기 보스측 체결면에 포토 에칭 가공을 실시함으로써, 일체로 형성된 돌기이고,
   상기 보스측 체결면 및 상기 걸림결합용 돌기의 경도(硬度)는 HRC45 이상이고,
   상기 걸림결합용 돌기는, 상기 보스측 체결면으로부터 수직으로 돌출되어 있는 테이퍼(taper) 형상의 돌기이며,
   상기 걸림결합용 돌기의 선단은, 상기 보스측 체결면에 평행한 평탄한 꼭대기면(頂面)으로 되어 있고,
   상기 걸림결합용 돌기에 있어서의, 그 돌출방향에 직교하는 단면(斷面) 형상은, 원형, 사각형 혹은 삼각형이며,
   인접 배치된 상기 걸림결합용 돌기의 피치는 0.2㎜~0.5㎜이고,
   상기 걸림결합용 돌기의 꼭대기면의 최대 지름 혹은 최대 폭은 0.01㎜~0.05㎜이며,
   상기 걸림결합용 돌기의 높이는, 상기 돌기의 꼭대기면의 최대 지름 혹은 최대 폭의 1.0배에서 1.2배인 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 걸림결합용 돌기는, 10㎟당 40~250개의 밀도로 배치되어 있는 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어.
3. 강성 내치 기어와,
   상기 강성 내치 기어에 맞물림 가능한 가요성 외치 기어와,
   상기 가요성 외치 기어를 타원 형상으로 휘게 하여 상기 강성 내치 기어에 대해서 부분적으로 서로 맞물리게 하고 있으며, 회전에 수반하여 양 기어의 맞물림 위치를 둘레방향으로 이동시키는 파동 발생기
   를 가지며,
   상기 가요성 외치 기어는, 제 1항 또는 제 2항에 기재된 가요성 외치 기어인 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
4. 파동 기어 장치의 가요성 외치 기어를 체결 대상인 부재에 체결하는 가요성 외치 기어의 체결 방법으로서,
   제 1항 또는 제 2항에 기재된 상기 가요성 외치 기어의 상기 보스측 체결면을, 상기 체결 대상인 부재의 부재측 체결면에 동축(同軸)으로 포개고,
   체결 볼트를 이용하여 상기 보스와 상기 체결 대상인 부재를 체결하며,
   상기 체결 볼트의 볼트 축력에 의해, 상기 보스측 체결면의 상기 걸림결합용 돌기를, 상기 체결 대상인 부재에 대하여 상기 부재측 체결면으로부터 소정의 파고들어간 깊이까지 파고들어가게 하는 것을 특징으로 하는 가요성 외치 기어의 체결 방법.
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