KR101742045B1 - 감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법 - Google Patents

감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 또는 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜의 압력 각도가 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정된다.

Description

감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법{SPEED REDUCTION MECHANISM, MOTOR WITH SPEED REDUCTION MECHANISM, AND METHOD FOR PRODUCING SPEED REDUCTION MECHANISM}
본 발명은, 웜(worm) 및 웜 휠(worm wheel)을 구비하는 감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법에 관한 것이다.
종래에는, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 웜(51) 및 웜 휠(52)을 구비한 감속 기구가 제안되어 왔다. 이러한 감속 기구에 있어서, 일반적으로는, 웜(51) 및 웜 휠(52)의 압력 각도는 서로 같은 값(예를 들면, α°)으로 설정되어 있다. 또한, 특허 문헌 1은 웜의 압력 각도를 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정하는 것으로 마모량을 감소시키는 감속 기구를 개시하고 있다.
선행 기술 문헌
특허 문헌 1：일본 특허 공개 공보 제2002-139127호
그런데, 특허 문헌 1의 감속 기구는 웜의 압력 각도를 웜 휠의 압력 각도 보다 극히 조금만 크게 하여 마모량을 감소시키고 있다. 그러나 이와 같은 감속 기구에서는 맞물리는 부분에서 주로 운동 마찰에 의해 회전력에 큰 손실이 발생하여 회전력의 전달 효율이 나빠지기 때문에, 회전력의 전달 효율의 향상이 요구되고 있다. 특히 상술한 바와 같은 감속 기구를 구비하는 감속 기구 부착 모터에서는, 회전력의 전달 효율의 악화에 따라 모터의 효율이 나빠져 원하는 감속 효율을 얻지 못할 우려가 있다. 이로 인하여, 회전력의 전달 효율성의 향상이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 회전력의 전달 효율이 좋은 감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양에서는, 웜과 상기 웜에 맞물리는 웜 휠을 포함하는 감속 기구가 제공된다. 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대하여, 최대 맞물림 톱니 수가 n 이하가 되도록 상기 웜의 압력 각도가 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정된다.
동일한 구성에 의하면, 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 웜 및 웜 휠에서는, 맞물림 톱니 수가 증가하면 각 톱니에 대한 면압(面壓)이 저하되고, 그에 의해 마찰 계수가 증대되어 맞물리는 부분에서의 동력 손실이 증대되어 버린다. 그러나 상술한 구성에서는, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜의 압력 각도가 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정되기 때문에, 맞물림 톱니 수가 n＋1이 되는 일은 없다. 이에 따라, 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 5개가 되거나, 혹은 5개와 4개 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대하여, 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 상기 웜의 압력 각도가 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정된다.
동일한 구성에 의하면, 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 5개가 되거나, 혹은 5개와 4개 사이에서 변화하는 웜 및 웜 휠에서는, 맞물림 톱니 수가 5개로 증가하면 각 톱니에 대한 면압이 저하되고, 그에 의해 마찰 계수가 증대되어 맞물리는 부분에서의 동력 손실이 증가되어 버린다. 그러나 상술한 구성에서는, 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 웜의 압력 각도가 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정되기 때문에, 맞물림 톱니 수가 5개가 되는 일은 없다. 이에 따라, 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 웜의 압력 각도는 상기 웜과 상기 웜 휠과의 관계 성립 중에서 최대의 각도로 설정된다.
동일한 구성에 의하면, 웜의 압력 각도를 웜과 웜 휠과의 관계 성립 중에서, 다시 말하면, 웜과 웜 휠이 웜 기어로서 기능할 수 있는 범위에서 최대 각도로 하는 것에 의해 맞물림 톱니 수의 평균을 최소로 할 수 있다. 이에 따라, 동력 손실을 크게 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 감속 기구 부착 모터는 상술한 구성의 감속 기구와 상기 웜을 회전 구동하는 모터 본체를 구비한다.
동일한 구성에 의하면, 감속 기구 부착 모터의 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 웜 및 웜 휠을 포함하는 감속 기구의 제조 방법이 제공된다. 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대하여, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 상기 웜의 압력 각도를 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정한다.
동일한 방법에 의하면, 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 웜 및 웜 휠에서는, 맞물림 톱니 수가 증가하면 각 톱니에 대한 면압이 저하되고, 그에 의해 마찰 계수가 증대되어 맞물리는 부분에서의 동력 손실이 증대되어 버린다. 그러나 상술한 방법으로 제조된 감속 기구에서는, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜의 압력 각도가 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정되기 때문에, 맞물림 톱니 수가 n+1이 되는 일은 없다. 이에 따라, 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 감속 효율이 좋은 감속 기구를 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웜과 상기 웜에 맞물리는 웜 휠을 포함하는 감속 기구가 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 감속 효율이 좋은 감속 기구를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 감속 기구 부착 모터의 모식도이다.
도 2는 도 1의 모터 본체의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 1의 모터 본체를 평면 형상으로 전개한 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 감속 기구의 부분 확대 모식도이다.
도 5a 및 도 5b는 종래 기술에 따른 감속 기구의 부분 확대 모식도이다.
도 6은 도 4의 감속 기구의 웜에 있어서의 축 방향 위치와 맞물리는 위치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 5의 종래의 감속 기구의 웜에 있어서의 축 방향 위치와 맞물리는 위치와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8a는 다른 예에 있어서의 웜 휠을 지름 방향의 외측에서 바라본 부분 확대 모식도이며, 도 8b는 다른 예에 있어서의 웜 휠을 축 방향에서 바라본 부분 확대 모식도이며, 도 8c는 다른 예에 있어서의 웜을 축 방향에서 바라본 부분 확대 모식도이다.
이하, 본 발명을 구체화한 일 실시 형태를 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 감속 기구 부착 모터(1)는 모터 본체(2)와 기어부(3)를 구비한다. 상기 모터(1)는 차량의 앞 유리 등을 닦는 차량용 와이퍼(도시되지 않음)의 구동원으로 이용할 수 있다.
모터 본체(2)는 바닥부(4a)를 갖는 원통 형상의 요크 하우징(4)을 포함하며, 해당 요크 하우징(4)의 내주면에는 4개의 자극부(2개의 N극 및 2개의 S극)를 갖는 적어도 하나의 자석(5)이 고정 부착되어 있다. 다시 말하면, 모터 본체(2)는 2개의 자기 회로를 포함한다. 자석(5)에 있어서, N극과 S극은 요크 하우징(4)의 둘레 방향으로 번갈아가며 배치되어 있다.
자석(5)의 지름 방향 내측에는 전기자인 로터(6)(회전자)가 회전이 가능하도록 배치되어 있다. 로터(6)는 회전축(7)과 로터 코어(63)와 정류자(25)를 포함한다. 요크 하우징(4)의 바닥부(4a) 측에 위치하는 회전축(7)의 기단(基端)부는 바닥부(4a)의 중앙에 마련된 베어링(23)에 의해 지지된다. 또한, 회전축(7)의 선단부는 요크 하우징(4)의 개구부에서 기어부(3)를 향하여 연장되어 있다.
상기 로터 코어(63)는 상기 자석(5)과 지름 방향으로 대향하는 위치에 배치되며, 상기 회전축(7)에 일체로 회전이 가능하도록 고정되어 있다. 로터 코어(63)는 회전축(7)을 중심으로 하여 지름 방향의 외측을 향해 방사상으로 연장되는 18개의 톱니(63a)를 구비한다. 로터 코어(63)의 둘레 방향으로 이웃하는 톱니(63a) 사이의 공간에는 슬롯(63b)이 형성되어 있다(도 3 참조).
또한, 로터 코어(63)보다도 기어부(3)측의 회전축(7) 부위에는 상기 정류자(25)가 일체로 회전이 가능하도록 고정되어 있다. 정류자(25)는 절연성 수지 재료로 구성되어 있으며, 회전축(7)에 외감(外嵌)되는 원통 형상의 절연체(도시되지 않음)와 해당 절연체의 외주면에 고정 부착된 18개의 세그먼트(27)를 포함한다. 각 세그먼트(27)는 회전축(7)의 축 방향으로 긴 직사각형의 판 형상을 가지면서 동시에, 상기 절연체의 외주면을 따라 만곡되어 있다. 18개의 세그먼트(27)는 둘레 방향으로 등각도 간격으로 나란하게 병설되는 동시에, 전체적으로 대략 원통 형상을 이루도록 배치된다. 또한, 회전축(7)의 둘레 방향에 있어서 이웃하는 세그먼트(27)들끼리는 회전축(7)의 둘레 방향에 있어서 이격된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 기어부(3)는 요크 하우징(4)의 개구 둘레부에 연결되어 고정되는 기어 하우징(11)을 구비하고 있다. 기어 하우징(11)은 요크 하우징(4)을 향하여 개구된 개구부를 가지며, 이러한 개구부에는 정류자(25)의 지름 방향의 외측에 배치된 브러쉬 홀더(32)가 나사(33)에 의해 고정되어 있다. 상기 브러쉬 홀더(32)는 절연성 수지 재료로 구성되며, 링 형상을 가진다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 기어 하우징(11)의 상기 개구부에는 회전축(7)의 축 방향을 따라 연장되는 원통 형상의 베어링 지지부(31a)가 설치된다. 이러한 베어링 지지부(31a) 내에는 회전축(7)의 거의 중앙부를 회전이 가능하도록 지지하는 링 형상의 베어링(34)이 수용된다. 본 실시 형태에 있어서, 베어링(34)으로서 볼 베어링을 채용하고 있다. 이는 베어링(34)으로서 소결 메탈 베어링 등의 슬라이딩 베어링을 사용할 경우, 필요한 내하중을 얻지 못하여 베어링(34)이 파손될 우려가 있기 때문이다. 상기 베어링(34)은 상기 베어링(23)과 함께 회전축(7)을 회전이 가능하도록 지지한다. 또한, 베어링(34)을 관통하여 기어 하우징(11) 내로 연장되는 회전축(7) 부위에는 나사식 톱니 형상의 웜(worm)(8)이 형성된다. 기어 하우징(11)은 웜 수용 오목부(11a)와 웜 수용 오목부(11a)에 연통되는 휠 수용 오목부(1lb)를 가진다. 웜 수용 오목부(11a) 내에는 웜(8)이 수용되며, 휠 수용 오목부(1lb) 내에는 원판 형상의 웜 휠(12)이 웜(8)에 맞물린 상태로 수용되어 있다. 상기 웜(8)과 웜 휠(12)과는 회전축(7)의 회전을 감속시키는 감속 기구(53)를 구성하고 있다. 웜(8)은 금속으로 이루어진다. 웜 휠(12)은 직쇄상의 분자 구조를 갖는 자기 윤활성 수지, 예를 들면, 폴리아세탈(POM)이나 나일론(PA)으로 이루어진다.
또한, 웜 휠(12)의 지름 방향의 중앙부에는 연결홀(12a)이 형성되며, 해당 연결홀(12a)에는 웜 휠(12)의 축 방향으로 연장되어 해당 웜 휠(12)과 일체로 회전하는 대략 원기둥 형상의 출력축(54)이 설치된다. 이러한 출력축(54)의 선단부는 기어 하우징(11)으로부터 외부로 돌출되는 동시에, 해당 출력축(54)의 선단부에는 크랭크 암(55)의 기단부가 고정되어 있다. 그리고 크랭크 암(55)의 선단부에는 링크 기구(도시되지 않음)를 통하여 차량용 와이퍼(도시되지 않음)가 연결된다.
도 3은 본 실시 형태에 있어서의 모터 본체(2) 및 급전 브러쉬를 평면 형상으로 전개한 모식도를 나타낸다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 톱니(63a)에는 18개의 코일(65)이 반복적으로 감겨있다. 각 코일(65)은 연속적으로 둘레 방향으로 나란하게 설치된 4개의 톱니(63a)들에 각각 걸쳐지도록 하여, 슬롯(63b)을 통하여 로터 코어(63)에 감겨있다. 또한, 각 코일(65)의 감김이 시작되는 단부는 상기 세그먼트(27) 중 하나에 접속되며, 각 코일(65)의 감김이 끝나는 단부는 상기 감김이 시작되는 단부가 접속된 세그먼트(27)와 둘레 방향으로 이웃하는 다른 세그먼트(27)에 접속되어 있다.
또한, 기어부(3)에 구비되는 상기 브러쉬 홀더(32)(도 2 참조)는 지름 방향으로 연장되는 사각형의 통 형상의 6개의 급전 브러쉬(70)들을 지지하고 있다. 6개의 급전 브러쉬(70)들 중에서 2개의 브러쉬들은 공통 브러쉬(71)들이고, 또 다른 2개의 브러쉬들은 저속 구동용 브러쉬(72)들이며, 나머지 2개의 브러시들은 고속 구동용 브러쉬(73)들이다. 이러한 브러쉬들(71, 72, 73)은 정류자(25) 회전 방향의 후측에서 선행측을 향하여, 공통 브러쉬(71), 고속 구동용 브러쉬(73) 및 저속 구동용 브러쉬(72)의 순서로 배치되어있다. 다시 말하면, 공통 브러쉬(71)에 대하여, 정류자(25) 회전 방향의 선행측에 고속 구동용 브러쉬(73)가 배치되고, 이와 동일하게 상기 고속 구동용 브러쉬(73)에 대하여, 정류자(25) 회전 방향의 선행측에 저속 구동용 브러쉬(72)가 배치되어 있다.
그리고 각 급전 브러쉬(70)는 용수철 등(도시되지 않음)에 의해 정류자(25)를 향하여 가세(加勢)되어, 그 선단부가 정류자(25)의 외주면(즉, 세그먼트(27)의 지름 방향 외측의 측면)에 접접(摺接)이 가능하도록 눌려 있다. 한편, 도 3에 나타내는 바와 같이, 18개의 세그먼트(27)에 대하여, 둘레 방향으로 순서대로 세그먼트 참조 번호 '1' 내지 '18'을 부여한다. 또한, 공통 브러쉬(71)는 양극 브러쉬로서 기능하고, 저속 구동용 브러쉬(72) 및 고속 구동용 브러쉬(73)는 음극 브러쉬로서 기능한다. 또한, 각 급전 브러쉬(70)에는 피그테일(도시되지 않음)이 접속되어 있으며, 상기 피그 테일들을 통해 급전 브러쉬(70)에 전류가 공급된다.
상술한 바와 같이 구성된 모터(1)에서는, 공통 브러쉬(71) 및 저속 구동용 브러쉬(72)를 통해 로터(6)에 전류가 공급되면 해당 로터(6)는 저속으로 회전된다. 또한, 공통 브러쉬(71) 및 고속 구동용 브러쉬(73)를 통해 로터(6)에 전류가 공급되면, 해당 로터(6)는 저속 구동 시보다도 빠르게 고속으로 회전한다. 그리고 로터(6)가 회전되면, 회전축(7)의 회전이 웜(8) 및 웜 휠(12)에서 감속되고 출력축(54)으로부터 출력되어, 링크 기구를 통해 크랭크 암(55)에 연결된 차량용 와이퍼가 왕복 회전 운동하게 된다.
이어서, 6개의 급전 브러쉬들(70), 즉 2개의 공통 브러쉬(71)들, 2개의 저속 구동용 브러쉬(72)들 및 2개의 고속 구동용 브러쉬(73)들의 회전축(7)의 둘레 방향에 있어서의 폭 및 회전축(7)의 둘레 방향에 있어서의 배치 위치에 대하여 설명한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 모터(1)에 있어서는, 로터(6)의 회전에 따라 공통 브러쉬(71), 저속 구동용 브러쉬(72) 및 고속 구동용 브러쉬(73)와 같은 3종류의 급전 브러쉬들(70) 중에서 1종류의 급전 브러쉬(70)만이 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 세그먼트(27)를 단락시키는 1종 단락 상태(단락 상태)와 어느 급전 브러쉬(70)도 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 세그먼트(27)를 단락시키지 않는 무단락 상태가 반복되도록, 각 브러쉬들(71 내지 73)의 둘레 방향의 폭 및 둘레 방향의 폭이 설정되어 있다.
먼저, 모터(1)에 있어서, 자석(5)이 갖는 자극부(磁極部)의 수(P)는 P≥4를 충족시키는 값으로 설정되며, 톱니(63a)의 수와 세그먼트(27)의 수가 같은 수로 설정된다. 그리고 톱니(63a)의 수(즉, 세그먼트(27)의 수)를 'S'라고 하면, (2S/P)이 홀수가 되도록 'S'의 값이 설정된다. 본 실시 형태에서는, P＝4, S＝18라는 점에서 (2S/P)는 '9'로 홀수가 된다.
또한, 회전축(7)의 둘레 방향에 관하여, 세그먼트(27)의 폭을 'L1' 이웃하는 세그먼트(27)와의 간격을 'L2', 공통 브러쉬(71)의 폭을 'B1', 저속 구동용 브러쉬(72)의 폭을 'B2', 고속 구동용 브러쉬(73)의 폭을 'B3'로 한다. 나아가, 회전축(7)의 둘레 방향에 관하여, 고속 구동용 브러쉬(73)를 중앙에 두고 배치된 3개의 브러쉬들(71 내지 73)을 한 세트라고 생각하고, 한 세트의 브러쉬들(71 내지 73)의 배치 영역의 폭을 'A', 고속 구동용 브러쉬(73)를 사이에 둔 공통 브러쉬(71)와 저속 구동용 브러쉬(72) 사이의 간격을 'D1', 공통 브러쉬(71)와 고속 구동용 브러쉬(73) 사이의 간격을 'D2', 고속 구동용 브러쉬(73)와 저속 구동용 브러쉬(72) 사이의 간격을 'D3'로 한다. 이 경우, 각 값들은 이하의 조건을 충족시키도록 설정된다.
B1＞L2, B2＞L2, B3＞L2
A＜(n× L1＋(n＋1)× n2),
D1＞((n－1)× L1+(n－2)× L2),
D2＞(n1× L1+(n1－1)× L2)
D3＞(n2× L1+(n2－1)× L2)
n＝n1＋n2＋1
그리고 'n'은 (360°/P)의 각도 범위로 배치된 세그먼트(27)의 수에 상당하는 수이다. 말하자면, 'n'은 모터 본체(2)에 구비되는 세그먼트(27)의 수(즉, 톱니(63a)의 수(S)와 동일)를 자극부의 수(P)로 나누어서 얻어지는 몫이다. 몫이 정수가 아닐 경우에는, 올림한 수가 'n'이 된다. 또한, 'n1' 및 'n2'는 상기 n=n1+n2+1을 충족시키는 양의 정수이다. 본 실시 형태와 같이, 자석(5)의 자극부의 수(P)가 '4'이고, 세그먼트(27)의 수가 '18'일 때는, 예를 들면, n＝5, n1＝2, n2＝2 등으로 설정된다.
그리고 본 실시 형태에서는, 상술한 조건을 충족시키도록 공통 브러쉬(71), 저속 구동용 브러쉬(72) 및 고속 구동용 브러쉬(73)는 둘레 방향의 폭 및 둘레 방향의 배치 위치가 설정되며, 각 브러쉬들(71 내지 73)의 둘레 방향의 폭들(B1, B2, B3)은 같은 값들이면서 동시에 세그먼트(27)의 둘레 방향의 폭보다도 좁게 되어 있다. 또한, 고속 구동용 브러쉬(73)를 사이에 두고 배치된 공통 브러쉬(71)와 저속구동용 브러쉬(72)는 자석(5)의 이웃하는 자극부끼리의 각도 간격과 같이 90° 간격으로 배치되어 있다.
여기서, 본 실시 형태의 웜(8)과 웜 휠(12)에 있어서는 웜(8)의 압력 각도가 웜 휠(12)의 압력 각도 보다 크게 설정된다. 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은, n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화되는 것과 같은 웜 및 웜 휠에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 웜 휠(12)의 압력 각도 보다 크게 설정되어 있다. 상세하게는, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 웜(51) 및 웜 휠(52)에서는 그들의 압력각이 모두 α°이며, 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 5개(도 5a 참조)와 4개(도 5b 참조) 사이에서 변화한다(맞물림 톱니 수의 평균은 4.1). 그리고 이러한 웜(51) 및 웜 휠(52)의 압력 각도를 변경한 것이 도 4a 및 도 4b에 나타낸 웜(8) 및 웜 휠(12)이다. 다시 말하면, 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 웜 휠(12)의 압력 각도 보다 크게 설정되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 웜 휠(12)의 압력 각도가 α°로 설정되어, 웜(8)의 압력 각도가 1.76× α°로 설정되는 것으로서, 최대 맞물림 톱니 수가 4개가 되고, 맞물림 톱니 수의 평균이 3.7이 된다. 다시 말하면, 본 실시 형태에서는, 도 4a에 나타낸 바와 같이, 웜(8)의 톱니(8a)와 웜 휠(12)의 톱니(12b)가 맞물리는(접촉하는) 맞물림 톱니 수가 4개가 되는 기간(각도)이 7할을 차지하고, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 맞물림 톱니 수가 3개가 되는 기간(각도)이 3할을 차지한다. 그리고 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도를(본 실시 형태에서는 1.76× α°로) 크게 설정할 때, 그 법선 피치는 압력 각도가 α°의 경우와 같도록 한다. 또한, 본 실시 형태의 웜(8)의 압력 각도(1.76× α°)는 웜(8)과 웜 휠(12)과의 관계(말하자면, 웜 기어로서의 관계) 성립 중에서 최대의 각도로 설정된다. 이와 같이 최대의 각도로 하면, 웜(8) 톱니의 선단부분이 사다리꼴에서 삼각 형상이 되지만, 웜(8)의 직경은 작아지지 않는다. 또한, 맞물림 톱니 수가 항상 4개가 되는 웜(8)의 압력 각도는 1.2× α°이다. 또한, 도 4 및 도 5에서는 맞물려 있는(접촉하고 있는) 것을 시각적으로 이해하기 쉽도록 하기 위하여, 맞물려 있는(접촉하고 있는) 곳을 검은 점으로 나타내고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 웜(8)이 금속으로 이루어지고, 웜 휠(12)은 수지로 이루어진다. 도 6은 도 4의 감속 기구(53)의 웜(8)에 있어서의 축 방향 위치와 맞물림 위치와의 관계를 나타낸다. 다시 말하면, 도 6은 웜(8)이 금속으로 이루어지는 동시에 웜 휠(12)은 수지로 이루어지고, 또한 웜(8)의 압력 각도가 웜 휠(12)의 압력 각도 보다 큰 감속 기구(53)에 있어서의 맞물림 특성을 나타낸다. 도 7은 도 5의 종래의 감속 기구의 웜(51)에 있어서의 축 방향 위치와 맞물림 위치와의 관계를 나타낸다. 다시 말하면, 도 7은 웜(51)이 금속으로 이루어지는 동시에 웜 휠(52)은 수지로 이루어지고, 또한 웜(51) 및 웜 휠(52)의 압력 각도가 서로 같은 감속 기구에 있어서의 맞물림 특성을 나타낸다. 도 6 및 도 7에 있어서, '축 방향 위치'는 웜 축 방향 위치를 나타내고, '맞물림 위치'는 웜과 웜 휠과의 맞물림 위치를 웜의 지름 방향에 있어서의 위치로서 나타낸 것이다. 또한, '출력축 중심'은 웜의 축선에 직교하는 동시에 웜 휠의 축선을 통과하는 직선의 웜 축 방향에 있어서의 위치를 나타낸다. 한편, '맞물림 위치' 값은 맞물림 위치가 웜의 톱니 바닥에 근접할수록 커진다.
웜 및 웜 휠 양쪽 모두가 금속으로 이루어질 경우, 웜 및 웜 휠이 맞물릴 때에 상기 웜 및 웜 휠의 변형이 거의 허용되지 않는다. 이 경우, 축 방향 위치와 맞물림 위치와의 관계를 나타내는 그래프에 있어서, 맞물림 위치는 출력축 중심에 있어서 최대치가 되는 동시에 맞물림 시작 및 맞물림 끝에 있어서의 맞물림 위치는 거의 같은 값이 된다.
한편, 웜이 금속으로 이루어지면서 웜 휠은 수지로 이루어질 경우, 웜 및 웜 휠이 맞물릴 때에 웜 휠의 변형이 허용된다. 이 경우, 축 방향 위치와 맞물려 위치와의 관계를 나타내는 그래프에 있어서 맞물림 시작과 맞물림 끝 사이의 축 방향 위치의 범위는 웜 및 웜 휠이 모두 금속으로 이루어지는 경우에 비해 넓어진다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 종래의 감속 기구에 있어서는, 웜(51)과 웜 휠(52)과의 맞물림 시작의 축 방향 위치(E2)가 출력축 중심(0)에 대하여 비교적 이격되어 있으며, 그만큼 맞물림 끝의 축방향 위치(D2)가 출력축 중심(0)에 대하여 비교적 가까워진다. 또한, 맞물림 위치의 최대치(H2)는 비교적 작고, 상기 최대치(H2)의 위치와 출력축 중심(0)과의 간격(W2)은 비교적 크다. 더욱이, 맞물림 시작의 축 방향 위치(E2)에서 맞물림 끝의 축 방향 위치(D2)까지 범위의 중앙(C2)은 출력축 중심(0)에 대하여 맞물림 시작의 축 방향 위치(E2)측에 위치한다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태의 감속 기구(53)에 있어서는, 종래의 감속 기구에 비해 웜(8)과 웜 휠(12)과의 맞물림 시작의 축 방향 위치(E1)가 출력축 중심(0)에 대하여 보다 가깝고, 맞물림 끝의 축 방향 위치(D1)가 출력축 중심(0)에 대하여 보다 멀다. 또한, 맞물림 위치의 최대치(H1)가 종래의 감속 장치에 비해 보다 더 크며, 상기 최대치(H2)의 위치와 출력축 중심(0)과의 간격(W1)이 종래의 감속 장치에 비해 보다 더 작다. 더욱이, 맞물림 시작의 축 방향 위치(E1)에서 맞물림 끝의 축 방향 위치(D1)까지 범위의 중앙(C1)은 출력축 중심(0)에 대하여 맞물림 끝의 축 방향 위치(D1)측에 가깝게 위치한다.
이하, 본 실시 형태의 특징적인 이점들을 설명한다.
(1) 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다(모두 α°)고 하는 조건 하에서 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 5개와 4개 사이에서 변화하는 웜 및 웜 휠에서는, 맞물림 톱니 수가 5개로 증가하면 각 톱니에 대한 면압이 저하되고, 그에 따라 마찰 계수가 증대하여 맞물림 부분에서의 동력손실이 증대되어 버린다. 그러나 본 실시 형태에서는, 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 웜 휠(12)의 압력 각도 보다 크게 설정되기 때문에, 맞물림 톱니 수가 5개가 되는 일은 없다. 이에 따라, 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 다시 말하면, 본 실시 형태와 같이 맞물림 톱니 수가 감소하면 각 톱니에 대한 면압이 증대되고, 그에 따라 마찰 계수가 저하되며, 맞물림 부분에서의 동력손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 감속 기구 부착 모터(1)의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 웜(8)의 압력 각도를 상술한 바와 같이 설정하는 제조 방법에서는, 회전 전달 효율이 좋은 감속 기구(감속 기구 부착 모터(1))를 용이하게 제조할 수 있다.
(2) 웜(8)의 압력 각도를 웜(8)과 웜 휠(12)과의 관계 성립 중, 다시 말하면, 웜(8)과 웜 휠(12)이 웜 기어로서 기능할 수 있는 범위에서, 최대 각도인 1.76× α°로 설정하기 때문에, 맞물림 톱니 수의 평균을 최소의 3.7로 할 수 있다. 이에 따라, 동력 손실을 대폭 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
(3) 웜 휠(12)을 직쇄상의 분자 구조를 갖는 자기 윤활성 수지로 형성하기 때문에, 웜(8)으로부터 압력이 가해지면 웜 휠(12)의 표면에 있는 분자가 웜(8)으로부터의 압력 방향을 따라 직선적으로 나열되어 압력 방향에 대하여 마찰이 더욱 저감된다. 따라서 운동 마찰에 따른 동력 손실을 대폭 저감시킬 수 있고, 회전 전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태는 다음과 같이 변경하여도 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 웜(8) 및 웜 휠(12)의 압력 각도가 모두 α°이라고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 5개와 4개 사이에서 변화하는 감속 기구에 대해서 기재하였다. 압력 각도가 모두 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 설정되면 좋다. 예를 들면, 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 6개와 5개 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대하여, 최대 맞물림 톱니 수가 5개 이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 설정되면 좋다. 또한, 예를 들면, 웜 및 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 4개와 3개로 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 3개 이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 설정되면 좋다. 이러한 구성에 의해서도, 동력 손실을 저감시킬 수 있고, 나아가 회전 전달 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 웜(8)의 압력 각도를 1.76× α°에 설정하였지만, 이에 한정되지 않는다. 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 혹은 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 웜(8)의 압력 각도가 설정되기만 하면, 웜(8)의 압력 각도는 적절히 변경할 수도 있다. 다시 말하면, 웜(8)의 압력 각도를 웜(8)과 웜 휠(12)과의 관계 성립 중(웜(8)과 웜 휠(12)이 웜 기어로서 기능할 수 있는 범위 내)에서의 최대 각도인 1.76×α°이하 (예를 들면, 1.5× α°이나 1.2× α° 등)로 설정해도 좋다. 한편, 웜 휠의 압력 각도를 α° 이외로 변경했을 경우 등에서는, 물론 조건을 충족시키는 웜의 압력 각도가 변화된다. 또한, 이 경우라도 웜의 압력 각도를 웜과 웜 휠과의 관계 성립 중에서 최대 각도로 하면, 맞물림 톱니 수의 평균을 최소로 할 수 있고, 동력 손실을 대폭 저감시킬 수 있으며, 나아가서는 회전 전달 효율을 대폭 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 웜 휠(12)의 톱니(12b)의 형상을, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 지름 방향의 외측에서 보았을 때에 축 방향의 양단에 노치부(12c)가 형성된 형상으로 하여도 좋다. 상세하게는, 웜 휠(12) 톱니(12b)의 축 방향 양단은 지름 방향의 외측에서 보았을 때, 도 8a에 점선으로 나타낸 것과 같은 단순한 직선형상과는 다르며, 축방향의 단부를 향해 갈수록 폭이 좁아지도록 깎여나간 형상(노치부(12c)가 형성된 형상)이어도 좋다. 이러한 형상을 적용하면, 접촉 면적의 저감에 의해 마찰 계수의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 노치부(12c)에서 윤활유의 공급이 원활하여 마찰 계수의 저감을 한층 더 도모할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 웜 휠(12)의 톱니(12b)의 선단 형상을 도 8b에 나타낸 바와 같이, 축 방향에서 보았을 때에 선단이 가늘어지도록 노치부(12d)가 형성된 형상이어도 좋다. 상세하게는, 웜 휠(12)의 톱니(12b)의 선단은 축 방향에서 보았을 때, 도 8b에서 점선으로 나타낸 것과 같은 단순히 매끄러운 곡선 형상과는 달리, 급격하게 폭이 좁아지는 가는 선단이 되도록 깎여나간 형상(노치부(12d)가 형성된 형상)으로 해도 좋다. 이러한 형상을 적용하면, 접촉 면적의 저감에 의해 마찰 계수의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 노치부(12d)에서 윤활유의 공급이 원활하여 마찰 계수의 저감을 한층 더 도모할 수 있다.
상술한 실시 형태에 있어서, 웜(8)의 톱니(8a)의 선단 형상을, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 축과 직교하는 방향에서 보았을 때에 가는 선단이 되도록 노치부(8b)가 형성된 형상이어도 좋다. 상세하게는, 웜(8)의 톱니(8a)의 선단은 축과 직교하는 방향에서 보았을 때, 도 8c에서 점선으로 나타낸 것과 같은 단순한 직선 형상과는 달리, 급격하게 폭이 좁아지는 가는 선단이 되도록 깎여나간 형상(노치부(8b)가 형성된 형상)으로 해도 좋다. 이러한 형상을 적용하면, 접촉 면적의 저감에 의해 마찰 계수의 저감을 도모할 수 있는 동시에, 노치부(8b)에서 윤활유의 공급이 원활하여 마찰 계수의 저감을 한층 더 도모할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 감속 기구(웜(8) 및 웜 휠(12))와 웜(8)을 회전 구동하는 모터 본체(2)를 구비한 감속 기구 부착 모터(1)에 본원 발명을 구체화하였으나, 모터 본체(2)를 구비하지 않은 다른 장치에 채용되는 감속 기구로서 구체화되어도 좋다.

Claims (5)

  1. 금속으로 이루어지는 웜; 및
    직쇄상의 분자 구조를 갖는 자기 윤활성 수지로 이루어지면서 동시에 상기 웜에 맞물리는 웜 휠을 구비하는 감속 기구에 있어서,
    상기 웜과 상기 웜 휠과의 접촉점에 있어서, 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 또는 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대하여, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜의 압력 각도가 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 감속 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜과 상기 웜 휠과의 접촉점에 있어서, 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 5개가 되거나, 또는 5개와 4개 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 4개 이하가 되도록 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜의 압력 각도가 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 감속 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 웜의 압력 각도는 상기 웜과 상기 웜 휠이 웜 기어로서 기능할 수 있는 범위에서 최대 각도로 설정되는 것을 특징으로 하는 감속 기구.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 감속 기구; 및
    상기 웜을 회전 구동하는 모터 본체를 구비하는 것을 특징으로 하는 감속 기구 부착 모터.
  5. 금속으로 이루어지는 웜 및 직쇄상의 분자 구조를 갖는 자기 윤활성 수지로 이루어지는 웜 휠을 구비하는 감속 기구의 제조 방법에 있어서,
    상기 웜과 상기 웜 휠과의 접촉점에 있어서, 상기 웜 및 상기 웜 휠의 압력 각도가 서로 같다고 하는 조건하에서는 회전에 의해 맞물림 톱니 수가 항상 n＋1이 되거나, 또는 n＋1과 n(단, n은 자연수) 사이에서 변화하는 것과 같은 감속 기구에 대해서, 최대 맞물림 톱니 수가 n이하가 되도록 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜의 압력 각도를 상기 접촉점에 있어서의 상기 웜 휠의 압력 각도 보다 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
KR1020127025056A 2010-03-24 2011-03-15 감속 기구, 감속 기구 부착 모터 및 감속 기구의 제조 방법 KR101742045B1 (ko)

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