KR101699813B1

KR101699813B1 - 파동 기어 장치

Info

Publication number: KR101699813B1
Application number: KR1020157015827A
Authority: KR
Inventors: 타츠로 호시나; 마사카츠 사사하라
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2017-01-25
Also published as: JPWO2015045008A1; JP6091631B2; CN104937309A; TW201533351A; WO2015045008A1; KR20150085049A; DE112013005950T5; TWI632310B; CN104937309B; US20150316134A1; US9644728B2

Abstract

본 발명의 파동 기어 장치(1)의 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9)은, 파동 발생기(10)에 의해 타원 형상으로 휘어져, 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4)에 맞물린다. 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9)은, 회전 중심선(1a) 둘레로 위상이 90도 회전한 타원 형상이 되도록, 휘어진다. 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9)의 사이에는, 변형하지 않고 단면(斷面) 형상이 원형 그대로인 커플링용 외치 기어 부분(8)이 형성된다. 커플링용 외치 기어 부분(8)은, 커플링용 내치 기어(3)에 맞물려 결합된 상태로 유지된다. 파동 기어 장치(1)는, 맞물림 강성이 높으며, 큰 토크(torque)를 전달할 수가 있다.

Description

파동 기어 장치{STRAIN WAVE GEAR DEVICE}

본 발명은, 큰 토크(torque)를 전달할 수 있는 플랫(flat)형의 파동 기어 장치에 관한 것이다.

파동 기어 장치는, 강성(剛性)의 내치(內齒) 기어, 반경 방향으로 휠 수 있는 가요성의 외치(外齒) 기어, 및 파동 발생기로 구성되어 있다. 통상적인 강체(剛體) 기어의 조합으로 이루어지는 기어 감속기와는 달리, 백래시(backlash)가 없으며, 1단(段)으로 큰 감속비를 얻을 수가 있다. 전형적인 파동 기어 장치로서 특허 문헌 1에 개시된 원통 형상의 외치 기어를 구비한 플랫형의 파동 기어 장치가 알려져 있다.

플랫형의 파동 기어 장치는, 동축(同軸) 상태로 병렬 배치된 2개의 강성의 내치 기어와, 이들 내치 기어에 맞물림 가능한 원통 형상의 가요성의 외치 기어와, 외치 기어를 타원 형상으로 휘게 하여 쌍방(雙方)의 내치 기어에 맞물리게 하는 파동 발생기를 구비하고 있다. 일방(一方)의 제 1 내치 기어와 외치 기어는 톱니 수가 동일하고, 타방(他方)의 제 2 내치 기어는 톱니 수가 2n개(n：양의 정수) 많은데, 통상적으로는 2개 많다.

톱니 수가 많은 제 2 내치 기어를 회전하지 않도록 고정시킨 상태에서 파동 발생기를 모터에 의해 회전 구동하면, 톱니 수의 차이에 따른 상대 회전이 외치 기어에 발생한다. 타방의 제 1 내치 기어는 외치 기어와 톱니 수가 동일하며, 해당 외치 기어와 일체로 회전한다. 따라서, 외치 기어의 회전이, 해당 제 1 내치 기어로부터 부하(負荷) 측에 출력된다.

일본 특허 공개 공보 제2009－156462호

파동 기어 장치는 탄성 변형을 필수로 하는 외치 기어를 구비하고 있다. 이 때문에, 강체의 기어끼리 맞물리게 하는 경우에 비해, 파동 기어 장치는 유지 강성(holding rigidity)이 부족하며, 커다란 전달 토크를 확보할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 과제는, 종래의 플랫형의 파동 기어 장치에 비해, 큰 토크를 전달할 수 있는 파동 기어 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 파동 기어 장치는,

반경(半徑) 방향으로 휠 수 있는 통체(筒體)와,

상기 통체에 있어서, 해당 통체의 중심축선의 방향으로 떨어진 부위에 형성된 제 1 외치(外齒) 기어 부분 및 제 2 외치 기어 부분과,

상기 통체에 있어서, 상기 중심축선의 방향에 있어서의 상기 제 1 외치 기어 부분 및 상기 제 2 외치 기어 부분의 사이에 형성된 커플링용 외치 기어 부분과,

상기 커플링용 외치 기어 부분의 단면(斷面) 형상이 원형이 되고, 상기 제 1, 제 2 외치 기어 부분의 단면 형상이 비(非)원형이 되도록, 상기 통체를 반경 방향으로 휘게 하고 있는 파동 발생기와,

상기 파동 발생기에 의해 휘어진 상기 제 1 외치 기어 부분이 부분적으로 맞물려 있는 제 1 내치 기어와,

상기 파동 발생기에 의해 휘어진 상기 제 2 외치 기어 부분이 부분적으로 맞물려 있는 제 2 내치 기어와,

상기 커플링용 외치 기어 부분에 맞물려 결합되어 있는 커플링용 내치 기어

를 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

파동 발생기에 의해 휘어진 통체에 있어서, 제 1, 제 2 외치 기어 부분은 단면 형상이 비원형으로 휘어지며, 각각, 제 1, 제 2 내치 기어에 대하여 부분적으로 맞물린다. 이에 대하여, 커플링용 외치 기어 부분은 단면 형상이 원형이 되며(혹은, 단면 형상이 원형으로 유지되며), 전체 둘레에 있어서, 커플링용 내치 기어와의 맞물림 결합이 유지된다. 따라서, 파동 기어 장치의 맞물림 강성(engagement rigidity)을 높여, 가요성의 통체를 통해 전달되는 전달 토크를 크게 할 수가 있다.

일반적으로는, 파동 발생기에 의해, 제 1, 제 2 외치 기어 부분은 타원 형상으로 휘어진다. 이 경우에는, 상기 제 1 외치 기어 부분은, 상기 파동 발생기에 의해, 제 1 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어지며, 상기 제 2 외치 기어 부분은, 상기 파동 발생기에 의해, 제 2 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어진다. 또, 상기 제 1 타원 형상 곡선의 장축(長軸) 위치에 대하여, 상기 제 2 타원 형상 곡선의 장축 위치는, 상기 중심축선을 중심으로 하여 90도 회전한 위치가 된다.

이 경우, 상기 제 1, 제 2 외치 기어 부분은, 상기 커플링용 외치 기어 부분으로부터 상기 중심축선의 방향으로 등거리(等距離)의 위치에 있으며, 상기 제 1 외치 기어 부분은, 상기 파동 발생기에 의해, 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어지고, 상기 제 2 외치 기어 부분은, 상기 파동 발생기에 의해, 상기 중심축선을 중심으로 하여 90도 회전한 상기 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어지는 것이 바람직하다.

가요성의 통체에 있어서의 양측의 제 1, 제 2 외치 기어 부분은, 위상이 90도 다른 상태에서, 단면 형상이 동일한 타원 형상으로 휘어져, 제 1, 제 2 내치 기어에 맞물린다. 그 결과, 제 1, 제 2 외치 기어 부분의 사이에 위치하는 커플링용 외치 기어 부분의 단면 형상을 원형으로 유지할 수가 있다.

제 1, 제 2 외치 기어 부분을 상기와 같이 타원 형상으로 휘게 하기 위하여, 상기 파동 발생기는, 일체로 회전하도록 서로 연결된 제 1 파동 발생기 및 제 2 파동 발생기를 구비하며, 상기 제 1 파동 발생기의 윤곽 형상은, 상기 제 1 타원 형상 곡선에 의해 규정되고, 상기 제 2 파동 발생기의 윤곽 형상은, 상기 제 2 타원 형상 곡선에 의해 규정된다.

가요성 외치 기어를 타원 형상으로 휘게 하는 경우에는, 상기 제 1 내치 기어 및 상기 제 2 내치 기어의 톱니 수를 제 1 톱니 수로 하면, 상기 제 1 외치 기어 부분 및 상기 제 2 외치 기어 부분의 톱니 수는, 상기 제 1 톱니 수보다 2n개(n：양의 정수) 적은 제 2 톱니 수로 한다. 파동 기어 장치를 감속기로서 이용하는 경우에는, 상기 제 1, 제 2 파동 발생기를 회전 입력 요소로 한다. 상기 제 1, 제 2 내치 기어를 회전하지 않도록 고정하면, 상기 커플링용 내치 기어가 감속 회전 출력 요소가 된다. 반대로, 상기 커플링용 내치 기어를 회전하지 않도록 고정하면, 상기 제 1, 제 2 내치 기어가 감속 회전 출력 요소가 된다.

제 1, 제 2 외치 기어 부분 및 커플링용 외치 기어 부분은, 중심축선의 방향으로 떨어뜨려 별개로 형성할 수 있다. 그 대신에, 통체의 외주면에 형성된 외치에 있어서의 잇줄(齒筋, tooth-trace) 방향의 양측의 부분을 상기 제 1, 제 2 외치 기어 부분으로서 이용하고, 잇줄 방향의 중앙 부분을 상기 커플링용 외치 기어 부분으로서 이용할 수도 있다.

또, 커플링용 외치 기어 부분과 커플링용 내치 기어간의 맞물림 결합 강도를 높이기 위하여, 상기 커플링용 외치 기어 부분을 내측으로부터 지지하는 백업 링(backup ring)을 배치하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 파동 기어 장치의 개략적인 종단면도이다.
도 2는 도 1의 파동 기어 장치의 일방(一方)의 단면도(端面圖), 축선 방향의 중앙부의 종단면을 나타내는 설명도, 및 타방(他方)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 2에 관한 아암 선회 기구의 사시도이다.
도 4는 도 3의 아암 선회 기구의 단면도 및 개략적인 종단면도이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 파동 기어 장치의 실시형태를 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은 실시형태 1에 관한 파동 기어 장치를 나타내는 개략적인 종단면도이다. 도 2(A)는, 파동 기어 장치를 도 1에 있어서 화살표(ⅡA) 측에서 본 경우의 단면도이고, 도 2(B)는 파동 기어 장치를 도 1에 있어서 장치 축선 방향의 중앙 위치(ⅡB)에서 절단한 경우의 단면을 나타내는 설명도이며, 도 2(C)는 파동 기어 장치를 도 1에 있어서 화살표(ⅡC) 측에서 본 경우의 단면도이다.

파동 기어 장치(1)는, 강성 내치 기어로서, 링(圓環, ring) 형상의 제 1 내치 기어(2), 링 형상의 커플링용 내치 기어(3), 및 링 형상의 제 2 내치 기어(4)를 구비하고 있다. 내치 기어(2~4)는, 이들의 회전 중심선(1a)을 따라, 상기 순서로 동축으로 배치되어 있다. 커플링용 내치 기어(3)는, 회전 중심선(1a)의 방향에 있어서, 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4) 사이의 중앙에 위치한다.

내치 기어(2~4)의 내측에는, 동축으로, 가요성 외치 기어(5)가 배치되어 있다. 가요성 외치 기어(5)는 반경 방향으로 휠 수 있는 원통체(6)를 구비하고 있다. 원통체(6)의 원형 외주면에는, 제 1 외치(7a), 커플링용 외치(8a) 및 제 2 외치(9a)가, 회전 중심선(1a)의 방향을 따라, 일정한 간격으로, 상기 순서로 형성되어 있다.

원통체(6)에 있어서의 제 1 외치(7a)가 형성되어 있는 부분은 제 1 외치 기어 부분(7)이다. 제 1 외치 기어 부분(7)은, 제 1 내치 기어(2)에 내측으로부터 대치(對峙)하고 있으며, 해당 제 1 내치 기어(2)의 내치(2a)에 맞물릴 수 있다. 원통체(6)에 있어서의 커플링용 외치(8a)가 형성되어 있는 부분은 커플링용 외치 기어 부분(8)이다. 커플링용 외치 기어 부분(8)은, 커플링용 내치 기어(3)에 내측으로부터 대치하고 있으며, 해당 커플링용 내치 기어(3)의 내치(3a)에 맞물려 결합되어 있다. 원통체(6)에 있어서의 제 2 외치(9a)가 형성되어 있는 부분은 제 2 외치 기어 부분(9)이다. 제 2 외치 기어 부분(9)은, 제 2 내치 기어(4)에 내측으로부터 대치하고 있으며, 해당 제 2 내치 기어(4)의 내치(4a)에 맞물릴 수 있다.

가요성 외치 기어(5)의 내측에는 파동 발생기(10)가 동축으로 배치되어 있다. 파동 발생기(10)는 제 1 파동 발생기(11) 및 제 2 파동 발생기(12)를 구비하고 있다. 제 1, 제 2 파동 발생기(11, 12)는, 연결 부재(13)에 의해, 일체로 회전하도록, 동축으로 연결되어 있다. 제 1 파동 발생기(11)는 가요성 외치 기어(5)에 있어서의 제 1 외치 기어 부분(7)의 내측에 끼워 넣어져 있으며, 제 2 파동 발생기(12)는 가요성 외치 기어(5)에 있어서의 제 2 외치 기어 부분(9)의 내측에 끼워 넣어져 있다.

제 1 파동 발생기(11)는, 강성 플러그(14)와, 그 외주면에 장착된 웨이브 베어링(wave bearing; 15)을 구비하고 있다. 강성 플러그(14)의 윤곽 형상은 타원 형상 곡선을 이루고 있다. 웨이브 베어링(15)은 반경 방향으로 휠 수 있는 내륜(內輪) 및 외륜(外輪)을 구비한 볼 베어링(ball bearing)이다. 제 1 외치 기어 부분(7)의 내주면에 접해 있는 외륜의 윤곽 형상은 강성 플러그(14)를 따라서 타원 형상 곡선을 이루고 있다. 따라서, 제 1 파동 발생기(11)가 끼워 넣어져 있는 제 1 외치 기어 부분(7)은 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어져 있다. 타원 형상으로 휘어진 제 1 외치 기어 부분(7)은, 타원의 장축 방향의 양단 부분에서, 제 1 내치 기어(2)에 맞물려 있다. 또한, 강성 플러그(14)에는 도시되지 않은 입력 회전축을 연결하기 위한 중심 관통 구멍(16)이 형성되어 있다.

타방의 제 2 파동 발생기(12)도 동일한 구조로서, 강성 플러그(17)와 웨이브 베어링(18)을 구비하며, 강성 플러그(17)에는 중심 관통 구멍(19)이 형성되어 있다. 제 2 파동 발생기(12)가 끼워 넣어져 있는 제 2 외치 기어 부분(9)은 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어져 있다. 타원 형상으로 휘어진 제 2 외치 기어 부분(9)은, 타원의 장축 방향의 양단 부분에서, 제 2 내치 기어(4)에 맞물려 있다.

제 1 파동 발생기(11)의 타원 형상의 윤곽 형상과 제 2 파동 발생기(12)의 타원 형상의 윤곽 형상은 동일하지만, 쌍방의 타원 형상의 윤곽 형상은, 회전 중심선(1a)을 중심으로 하여 위상이 90도 회전한 관계에 있다. 즉, 쌍방의 타원 형상의 윤곽 형상의 장축 위치는, 회전 중심선(1a)을 중심으로 하여, 서로 90도 회전한 위치에 있다. 따라서, 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어져 있는 제 1 외치 기어 부분(7)과 제 2 외치 기어 부분(9)도, 회전 중심선(1a)을 중심으로 하여, 위상이 90도 회전한 상태에서, 각각 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어져 있다.

도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 제 1 외치 기어 부분(7)은, 횡축(橫軸)이 장축(20)이 되고, 종축(縱軸)이 단축(短軸; 21)이 되도록, 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어진다. 이에 대하여, 도 2(C)에 나타내는 바와 같이, 제 2 외치 기어 부분(9)은, 횡축이 단축(21)이 되고, 종축이 장축(20)이 되도록, 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어진다. 따라서, 제 2 외치 기어 부분(9)과 제 2 내치 기어(4)의 맞물림 위치(23a, 23b)는, 제 1 외치 기어 부분(7)과 제 1 내치 기어(2)의 맞물림 위치(22a, 22b)에 대하여, 회전 중심선(1a) 둘레로 90도 회전한 위치로 되어 있다.

도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 가요성 외치 기어(5)의 원통체(6)는, 회전 중심선(1a)의 방향에 있어서의 제 1 외치 기어 부분(7)과 제 2 외치 기어 부분(9) 사이의 중앙 위치(ⅡB)에 있어서, 변형하지 않고 진원(眞圓)의 상태가 유지된다. 커플링용 외치 기어 부분(8)은, 상기 진원 상태의 부분을 포함하는 원통체(6)의 부분에 형성되어 있다. 따라서, 커플링용 외치 기어 부분(8)은, 이것에 대응하는 피치원 직경(pitch diameter)을 구비한 커플링용 내치 기어(3)에 대하여, 전체 둘레에 있어서, 맞물려 결합한 상태가 유지된다.

다음으로, 원통체(6)에 있어서의 커플링용 외치 기어 부분(8)의 내주면 부분에, 일정 폭의 백업 링(24)이 끼워 넣어져 있다. 백업 링(24)에 의해, 커플링용 외치 기어 부분(8)과 커플링용 내치 기어(3)간의 맞물림 결합이 유지되며, 이들 사이의 결합력이 강화된다.

파동 기어 장치(1)의 각 기어의 톱니 수는, 예컨대 다음과 같이 설정된다. 제 1 내치 기어(2)의 톱니 수(Z(2))와 제 2 내치 기어(4)의 톱니 수(Z(4))는 동일하다. 제 1 외치 기어 부분(7)의 톱니 수(Z(7))와 제 2 외치 기어 부분(9)의 톱니 수(Z(9))는 동일하다. 이들 톱니 수(Z(7), Z(9))는, 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4)의 톱니 수(Z(2), Z(4))보다 2n개(n：양의 정수) 적다. 전형적으로는, 2개 적다. 한편, 커플링용 내치 기어(3)의 톱니 수(Z(3))는, 커플링용 외치 기어 부분(8)의 톱니 수(Z(8))와 동일하다. 예컨대, 이들 톱니 수(Z(3), Z(8))는, 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9)의 톱니 수(Z(7), Z(9))와 동일하다.

이와 같이 구성한 파동 기어 장치(1)를 감속기로서 이용하는 경우에는, 제 1, 제 2 파동 발생기(11, 12)가 회전 입력 요소이며, 모터축 등의 입력 회전축(도시 생략)에 연결된다. 이 경우, 예컨대, 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4)는 회전하지 않도록 고정된다. 커플링용 내치 기어(3)는 감속 회전 출력 요소가 되어, 도시되지 않은 부하 측의 부재에 연결된다.

제 1, 제 2 파동 발생기(11, 12)가 고속 회전하면, 가요성 외치 기어(5)에 있어서의 타원 형상으로 휘어져 있는 제 1 외치 기어 부분(7)과 제 1 내치 기어(2)의 맞물림 위치, 및 제 2 외치 기어 부분(9)과 제 2 내치 기어(4)의 맞물림 위치가, 동기하여, 동일 원주 방향으로 이동한다. 그 결과, 가요성 외치 기어(5)는, 고정 측의 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4)에 대하여, 톱니 수의 차이에 따른 상대 회전 속도로 회전한다. 가요성 외치 기어(5)의 커플링용 외치 기어 부분(8)은 커플링용 내치 기어(3)에 맞물려 결합되어 있기 때문에, 커플링용 내치 기어(3)는 가요성 외치 기어(5)와 일체가 되어 회전한다. 따라서, 가요성 외치 기어(5)의 회전이 커플링용 내치 기어(3)를 통해 부하 측에 출력된다.

이에 대하여, 커플링용 내치 기어(3)를 회전하지 않도록 고정한 경우에는, 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4)가 감속 회전 출력 요소가 된다. 이들의 일방, 혹은 쌍방이, 도시되지 않은 부하 측의 부재에 연결된다.

(실시형태 2)

도 3은, 본 발명을 적용한 파동 기어 장치가 조립된 아암 선회 기구를 나타내는 사시도이다. 도 4(A)는 아암 선회 기구의 단면도이며, 도 4(B)는 그 개략적인 종단면도이다.

아암 선회 기구(30)는 케이싱(31)을 구비하며, 케이싱(31)의 원호 형상의 상면에는, 180도 이상의 각도 범위에 걸쳐 개구부(32)가 형성되어 있다. 개구부(32)로부터는 상방으로 원기둥 형상의 선회 아암(33)이 돌출되어 있다. 선회 아암(33)은, 케이싱(31)에 내장되어 있는 파동 기어 장치(40)에 의해, 개구부(32)를 따라 소정의 각도 범위 내를 선회할 수 있다.

선회 아암(33)의 회전 중심선(30a)을 따른 방향을 아암 선회 기구(30)의 전후방향으로 할 때, 케이싱(31) 앞뒤의 단부판(端板) 부분(34, 35)에는, 회전 중심선(30a)을 중심으로 하는 원형의 관통 구멍(34a, 35a)이 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(34a, 35a)을 통해, 회전 구동측의 축부재(도시 생략)가, 케이싱(31) 내에 삽입되어, 내장된 파동 기어 장치(40)의 회전 입력 요소에 연결 고정된다.

도 4를 참조하여 설명하면, 파동 기어 장치(40)는, 앞뒤의 단부판 부분(34, 35)의 사이에 동축으로 배치된 강성의 제 1 내치 기어(41), 강성의 제 2 내치 기어(42) 및 커플링용 내치 기어(43)를 구비하고 있다. 링 형상의 제 1 내치 기어(41)는, 앞쪽의 단부판 부분(34)의 내측의 측면에 고정되고, 링 형상의 제 2 내치 기어(42)는 뒤쪽의 단부판 부분(35)의 내측의 측면에 고정되어 있다.

제 1, 제 2 내치 기어(41, 42)를 동축으로 둘러싸는 상태로, 강성의 원통체(44)가 배치되어 있다. 원통체(44)는, 앞뒤의 베어링(45, 46)을 통해, 제 1, 제 2 내치 기어(41, 42)의 외주면에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 원통체(44)의 원형 외주면에는 원통 형상의 선회 아암(33)이 일체로 형성되어 있으며, 그 원형 내주면에는, 커플링용 내치 기어(43)가 일체로 형성되어 있다. 커플링용 내치 기어(43)는, 회전 중심선(30a)의 방향에 있어서 제 1, 제 2 내치 기어(41, 42) 사이의 중앙에 배치되어 있다.

제 1, 제 2 내치 기어(41, 42) 및 커플링용 내치 기어(43)의 내측에는, 반경 방향으로 휠 수 있는 원통체(50)가 동축으로 배치되어 있다. 원통체(50)는 앞뒤의 단부판 부분(34, 35)의 사이에 있어서, 그 중심축선이 회전 중심선(30a)과 일치하도록 배치되어 있다. 원통체(50)에 있어서, 해당 원통체(50)의 중심축선 방향의 앞쪽의 단부(端部)에는, 제 1 내치 기어(41)에 맞물릴 수 있는 제 1 외치 기어 부분(51)이 형성되어 있다. 원통체(50)에 있어서의 뒤쪽의 단부에는, 제 2 내치 기어(42)에 맞물릴 수 있는 제 2 외치 기어 부분(52)이 형성되어 있다. 또, 원통체(50)에 있어서의 중심축선 방향에 있어서의 중앙의 부위에는, 커플링용 내치 기어(43)에 맞물려 결합되어 있는 커플링용 외치 기어 부분(53)이 형성되어 있다. 이들 제 1, 제 2 외치 기어 부분(51, 52) 및 커플링용 외치 기어 부분(53)에 의해, 가요성 외치 기어(5)가 형성되어 있다.

원통체(50)의 내측에는, 일체가 되어 회전하는 제 1 파동 발생기(61) 및 제 2 파동 발생기(62)가 동축으로 배치되어 있다. 제 1 파동 발생기(61)에 의해, 제 1 외치 기어 부분(51)은 타원 형상으로 휘어져, 제 1 내치 기어(41)에 대해 타원 형상의 장축의 양단 부위에 있어서 맞물려 있다. 제 2 파동 발생기(62)에 의해, 제 2 외치 기어 부분(52)은 타원 형상으로 휘어져, 제 2 내치 기어(42)에 대해 타원 형상의 장축의 양단 부위에 있어서 맞물려 있다.

제 1 파동 발생기(61)는, 강성의 원통체(63)에 있어서의 앞쪽의 단부(端部)에 형성된 강성 플러그(64)와, 강성 플러그(64)의 외주면에 끼운 파동 발생기 베어링(65)을 구비하고 있다. 강성 플러그(64)의 외주면은, 타원 형상 곡선에 의해 규정되는 윤곽 형상을 하고 있다. 파동 발생기 베어링(65)은 가요성의 내외륜을 구비하고 있으며, 그 외륜 외주면의 윤곽 형상은, 강성 플러그(64)의 타원 형상의 윤곽 형상을 따른 형상으로 되어 있다. 따라서, 제 1 파동 발생기(61)가 끼워 넣어져 있는 제 1 외치 기어 부분(51)도 타원 형상으로 휘어진다.

마찬가지로, 제 2 파동 발생기(62)는, 원통체(63) 뒤쪽의 단부에 형성된 강성 플러그(66)와, 그 외주면에 끼워진 파동 발생기 베어링(67)을 구비하고 있다. 강성 플러그(66)의 외주면은, 타원 형상 곡선에 의해 규정되는 윤곽 형상을 하고 있다. 파동 발생기 베어링(67)은 가요성의 내외륜을 구비하고 있으며, 그 외륜 외주면의 윤곽 형상은, 강성 플러그(66)의 타원 형상의 윤곽 형상을 따른 형상으로 되어 있다. 따라서, 제 2 파동 발생기(62)가 끼워 넣어져 있는 제 2 외치 기어 부분(52)도 타원 형상으로 휘어진다.

여기서, 강성 플러그(64)의 윤곽 형상을 규정하고 있는 제 1 타원 형상 곡선과, 강성 플러그(66)의 윤곽 형상을 규정하고 있는 제 2 타원 형상 곡선은, 동일한 타원 형상 곡선이다. 그러나, 제 1 타원 형상 곡선에 대해, 제 2 타원 형상 곡선은 위상이 90도 회전되어 있다. 회전 중심선(30a)을 중심으로 하는 회전 방향에 있어서, 제 1 타원 형상 곡선의 장축 위치와 제 2 타원 형상 곡선의 단축 위치가 일치하고, 제 1 타원 형상 곡선의 단축 위치와 제 2 타원 형상 곡선의 장축 위치가 일치한다.

따라서, 원통체(50)의 앞쪽의 제 1 외치 기어 부분(51)과 뒤쪽의 제 2 외치 기어 부분(52)도 마찬가지로, 위상이 서로 90도 회전한 타원 형상으로 휘어진다. 그 결과, 제 1, 제 2 외치 기어 부분(51, 52)의 중간에 위치하고 있는 커플링용 외치 기어 부분(53)은 변형하는 일 없이, 초기 형상인 원형의 단면 형상으로 유지된다. 따라서, 커플링용 외치 기어 부분(53)은, 커플링용 내치 기어(43)에 대하여 맞물림 결합 상태가 유지된다.

여기서, 가요성의 원통체(50)의 내주면에는, 백업 링(70)이 끼워 넣어져 있다. 백업 링(70)은, 원통체(50)에 형성된 커플링용 외치 기어 부분(53)의 내주면 부분에 끼워 넣어져 있다. 커플링용 외치 기어 부분(53)은, 백업 링(70)에 의해 진원의 상태로 유지된다. 이로써, 커플링용 외치 기어 부분(53)과 커플링용 내치 기어(43)간의 맞물림 결합 상태가 확실하게 유지된다.

파동 기어 장치(40)의 각 기어의 톱니 수는, 예컨대 다음과 같이 설정된다. 제 1 내치 기어(41)의 톱니 수(Z(41))와 제 2 내치 기어(42)의 톱니 수(Z(42))는 동일하다. 제 1 외치 기어 부분(51)의 톱니 수(Z(51))와 제 2 외치 기어 부분(52)의 톱니 수(Z(52))는 동일하다. 이들 톱니 수(Z(51), Z(52))는, 제 1, 제 2 내치 기어(41, 42)의 톱니 수(Z(41), Z(42))보다 2n개(n：양의 정수) 적다. 전형적으로는, 2개 적다. 한편, 커플링용 내치 기어(43)의 톱니 수(Z(43))는, 커플링용 외치 기어 부분(53)의 톱니 수(Z(53))와 동일하다. 예컨대, 이들 톱니 수(Z(43), Z(53))는, 제 1, 제 2 외치 기어 부분(51, 52)의 톱니 수(Z(51), Z(52))와 동일하다.

이러한 구성의 아암 선회 기구(30)에서는, 제 1, 제 2 파동 발생기(61, 62)는 회전 입력 요소이며, 모터 축 등의 입력 회전축(도시 생략)에 연결 고정된다. 제 1, 제 2 내치 기어(41, 42)는 케이싱(31)에 고정된 고정측 요소이다. 커플링용 내치 기어(43)는 감속 회전 출력 요소이다.

제 1, 제 2 파동 발생기(61, 62)가 고속 회전하면, 타원 형상으로 휘어져 있는 제 1 외치 기어 부분(51)과 제 1 내치 기어(41)의 맞물림 위치, 및 제 2 외치 기어 부분(52)과 제 2 내치 기어(42)의 맞물림 위치가, 동기하여, 동일 원주 방향으로 이동한다. 그 결과, 제 1, 제 2 외치 기어 부분(51, 52)이 형성되어 있는 원통체(50)는, 고정 측의 제 1, 제 2 내치 기어(41, 42)에 대하여, 톱니 수의 차이에 따른 상대 회전 속도로 회전한다.

커플링용 외치 기어 부분(53)은 커플링용 내치 기어(43)에 맞물려 결합되어 있기 때문에, 커플링용 내치 기어(43)는 원통체(50)와 일체가 되어 회전한다. 따라서, 커플링용 내치 기어(43)가 일체로 형성되어 있는 강체(剛體)인 원통체(44), 및 해당 원통체(44)에 일체로 형성되어 있는 선회 아암(33)도, 원통체(50)와 일체로 회전한다. 본 예에서는, 도 4(A)에 나타내는 바와 같이, 180도를 넘은 소정의 유한(有限) 각도 범위 내에 있어서, 아암(33)이 임의의 각도 위치로 선회 구동할 수 있다.

(그 밖의 실시형태)

또한, 상기의 실시형태에서는, 제 1, 제 2 외치 기어 부분이 타원 형상으로 휘어져 있다. 그 대신에, 제 1, 제 2 외치 기어 부분을 세 갈래(three-lobed)의 형상으로 휘어지게 할 수도 있다. 이러한 경우에는, 원주 방향의 3 개소(箇所)에 있어서, 제 1, 제 2 외치 기어 부분은 제 1, 제 2 내치 기어에 맞물린다. 제 1, 제 2 외치 기어 부분의 세 갈래의 형상을, 회전 중심선 둘레로, 60 회전한 위상 관계가 되도록 한다. 이로써, 제 1, 제 2 외치 기어 부분 사이의 중앙에 위치하는 커플링용 외치 기어 부분은 휘어지지 않고 거의 진원의 상태로 유지된다. 또한, 제 1, 제 2 외치 기어 부분의 톱니 수는, 제 1, 제 2 내치 기어의 톱니 수에 대하여, 3n개 적은 톱니 수로 설정된다.

Claims

반경(半徑) 방향으로 휠 수 있는 통체(筒體)(6；50)와,
상기 통체(6；50)에 있어서, 해당 통체의 중심축선(1a；30a)의 방향으로 떨어진 부위에 형성된 제 1 외치(外齒) 기어 부분(7；51) 및 제 2 외치 기어 부분(9；52)과,
상기 통체(6：50)에 있어서, 상기 중심축선(1a；30a)의 방향에 있어서의 상기 제 1 외치 기어 부분(7；51) 및 상기 제 2 외치 기어 부분(9；52)의 사이에 형성된 커플링용 외치 기어 부분(8；53)과,
상기 커플링용 외치 기어 부분(8；53)의 단면(斷面) 형상이 원형이 되고, 상기 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9；51, 52)의 단면 형상이 비(非)원형이 되도록, 상기 통체(6；50)를 반경 방향으로 휘게 하고 있는 파동 발생기(11, 12；61, 62)와,
상기 파동 발생기(11, 12；61, 62)에 의해 휘어진 상기 제 1 외치 기어 부분(7；51)이 부분적으로 맞물려 있는 제 1 내치(內齒) 기어(2；41)와,
상기 파동 발생기(11, 12；61, 62)에 의해 휘어진 상기 제 2 외치 기어 부분(9；52)이 부분적으로 맞물려 있는 제 2 내치 기어(4；42)와,
상기 커플링용 외치 기어 부분(8；53)에 맞물려 결합되어 있는 커플링용 내치 기어(3；43)와,
상기 커플링용 외치 기어 부분(8；53)을 내측으로부터 지지하고 있는 백업 링(backup ring)(24；70)을 가지고 있는,
파동 기어 장치(1；30).
제 1항에 있어서,
상기 제 1 외치 기어 부분(7；51)은, 상기 파동 발생기(11, 12；61, 62)에 의해, 제 1 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어지고,
상기 제 2 외치 기어 부분(9；52)은, 상기 파동 발생기(11, 12；61, 62)에 의해, 제 2 타원 형상 곡선을 따른 형상으로 휘어지며,
상기 제 1 타원 형상 곡선의 장축(長軸) 위치에 대하여, 상기 제 2 타원 형상 곡선의 장축 위치는, 상기 중심축선(1a；30a)을 중심으로 하여 90도 회전한 위치에 있는,
파동 기어 장치(1；30).
제 2항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 외치 기어 부분(7, 9；51, 52)은, 상기 커플링용 외치 기어 부분(8；53)으로부터 상기 중심축선(1a；30a)의 방향으로 등거리(等距離)의 위치에 있으며,
상기 제 1 타원 형상 곡선과 상기 제 2 타원 형상 곡선은, 위상이 90도 다른 동일한 타원 형상 곡선인,
파동 기어 장치(1；30).
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 파동 발생기는, 일체로 회전하도록 서로 연결된 제 1 파동 발생기(11；61) 및 제 2 파동 발생기(12；62)를 구비하며,
상기 제 1 파동 발생기(11；61)의 윤곽 형상은, 상기 제 1 타원 형상 곡선에 의해 규정되고,
상기 제 2 파동 발생기(12；62)의 윤곽 형상은, 상기 제 2 타원 형상 곡선에 의해 규정되어 있는,
파동 기어 장치(1；30).
제 4항에 있어서,
상기 제 1 내치 기어(2；41)의 톱니 수 및 상기 제 2 내치 기어(4；42)의 톱니 수는, 모두 제 1 톱니 수이고,
n을 양의 정수로 하면, 상기 제 1 외치 기어 부분(7；51)의 톱니 수 및 상기 제 2 외치 기어 부분(9；52)의 톱니 수는, 모두, 상기 제 1 톱니 수보다 2n개 적은 제 2 톱니 수이며,
상기 제 1, 제 2 파동 발생기(11, 12；61, 62)는 회전 입력 요소이고,
상기 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4；41, 42)가 회전하지 않도록 고정되는 경우에는, 상기 커플링용 내치 기어(3；43)가 감속 회전 출력 요소이며,
상기 커플링용 내치 기어(3；43)가 회전하지 않도록 고정되는 경우에는, 상기 제 1, 제 2 내치 기어(2, 4；41, 42)가 감속 회전 출력 요소인,
파동 기어 장치(1；30).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 내치 기어(2；41) 및 상기 제 2 내치 기어(4；42)는 일체로 회전하도록 서로 연결되어 있는,
파동 기어 장치(1；30).
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 통체(6；50)의 외주면에 형성된 외치를 구비하고,
상기 외치에 있어서의 잇줄(齒筋, tooth-trace) 방향의 일방(一方)의 단부가 상기 제 1 외치 기어 부분(7；51), 타방(他方)의 단부가 상기 제 2 외치 기어 부분(9；52)이며,
상기 외치에 있어서의 상기 잇줄 방향의 중앙 부분이 상기 커플링용 외치 기어 부분(8；53)인,
파동 기어 장치(1；30).
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