KR101743461B1

KR101743461B1 - 플랫형 파동기어장치

Info

Publication number: KR101743461B1
Application number: KR1020167014510A
Authority: KR
Inventors: 마사루 고바야시; 다쓰로 호시나
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-06-05
Also published as: US10352426B2; JPWO2016194066A1; TW201700880A; DE112015000197T5; TWI619895B; US20170009868A1; WO2016194066A1; CN107614929A; JP6091710B1; CN107614929B

Abstract

플랫형 파동기어장치(1)는, 가요성의 외접기어(4)가 강성의 내접기어(2, 3)에 대하여 장치중심축선(1a)의 방향으로 이동하는 것을 저지하기 위한 기구를 구비하고 있다. 이 기구는, 내접기어(3)의 내치(3a)에 형성된 내주홈(11), 외접기어(4)의 외치(4a)에 형성된 외주홈(12) 및 내주홈(11)과 외주홈(12)의 사이에 장착된 가요성의 링(13)을 구비하고 있다. 링(13)은, 양쪽 기어(2, 4)의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선(1a)의 방향으로부터, 홈내주 측면(11a, 1lb, 12a, 12b)에 결합될 수 있다.

Description

플랫형 파동기어장치{FLAT STRAIN WAVE GEARINGS}

본 발명은, 2개의 강성기어(剛性gear)와, 파동발생기(波動發生器)에 의하여 반경방향으로 휘어져서 강성기어의 각각에 대하여 부분적으로 맞물리는 원통모양의 가요성 기어(可撓性 gera)를 구비한 플랫형 파동기어장치(flat型波動gear裝置)에 관한 것이다.

이러한 종류의 플랫형 파동기어장치로서는, 2개의 강성의 내접기어(internally toothed gear)와, 이들의 내측에 배치된 원통모양의 가요성의 외접기어(externally toothed gear)를 구비한 것이 일반적으로 알려져 있다. 플랫형 파동기어장치에 있어서는, 그 구조상 운전 중에, 내접기어와 외접기어의 맞물림에 의하여 양쪽 기어의 사이에 스러스트력(thrust力)이 발생하여, 외접기어가 장치중심축선(裝置中心軸線)의 방향으로 이동된다. 즉 양쪽 기어 모두 비틀림각(torsion angle)이 0°인 평기어(spur gear)임에도 불구하고, 파동기어장치 특유의 맞물림 시의 워킹현상(walking現象)에 기인하여 스러스트력이 발생한다.

도6에 나타내는 바와 같이 일반적인 플랫형 파동기어장치(100)에서는, 일방(一方)의 내접기어(102)가 회전하지 않도록 하우징(housing)(101)에 고정되고, 타방(他方)의 내접기어(103)는 회전하도록 하우징(101)에 의하여 지지된다. 이 내접기어(103)는 외접기어(104)와 일체로 되어 회전된다. 파동발생기(105)는 모터(motor)(106)에 의하여 회전구동되고, 내접기어(103)의 회전은, 당해 내접기어(103)에 동축(同軸)으로 고정된 출력축(出力軸)(107)으로부터 출력된다. 감속운전 시에는 고정측의 내접기어(102)측을 향하는 스러스트력이 발생하고, 가속운전 시에는 반대로 회전측의 내접기어(103)측을 향하는 스러스트력이 발생한다.

스러스트력에 의한 장치중심축선(100a)의 방향으로의 이동을 제한하기 위하여 외접기어(104)의 양측에, 그 이동을 제한하기 위한 저지부(restraining part)(108, 109)(도면에 있어서 1점쇄선으로 둘러싸는 부위)가 구비되어 있다. 또한 외접기어(104)에 작용하는 스러스트력은, 외접기어(104)가 장치중심축선(100a)의 방향으로 이동하고 있을 때에는 최대로 되며, 외접기어(104)가 저지부(108 혹은 109)에 부딪쳐서 이동하지 않는 상태의 스러스트력의 약 3배에서 4배로 큰 값을 나타낸다.

특허문헌1, 2에 기재되어 있는 플랫형 파동기어장치에 있어서는, 스러스트력에 의하여 외접기어가 축선방향으로 이동하지 않도록 외접기어의 양측에 제한부재를 배치하고 있다.

: 일본국 공개특허 특개2011-110976호 공보 : 일본국 공개특허 특개2013-177938호 공보

플랫형 파동기어장치에 있어서, 외접기어의 장치중심축선 방향의 이동을 제한하기 위하여 그 양측에 저지부 혹은 제한부재를 배치하면, 그만큼 장치의 대형화, 고비용을 초래한다. 또한 외접기어의 장치중심축선 방향의 양측에 저지부 혹은 제한부재를 배치하면, 외접기어의 양측을 경유하여 양쪽 기어의 맞물림 부분에 이르는 윤활제의 흐름이 저해되는 경우가 있다. 이 결과 윤활부족에 기인하여 맞물림 부분의 마모량이 증가하는 등의 폐해가 발생한다.

본 발명의 과제는, 이러한 점을 고려하여 가요성 기어의 장치중심축선 방향의 양측에 저지부, 제한부재 등의 부재를 배치하지 않고, 가요성 기어의 이동을 제한할 수 있는 기구를 구비한 플랫형 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 플랫형 파동기어장치는,

제1강성기어와,

상기 제1강성기어의 이웃에 동축으로 배치된 제2강성기어와,

상기 제1, 제2강성기어의 외주측 혹은 내주측에 동축으로 배치된 원통모양의 가요성 기어와,

상기 가요성 기어를 비원형으로 휘어지게 하여, 상기 제1, 제2강성기어에 대하여 각각 부분적으로 맞물리고, 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키는 파동발생기와,

상기 제1강성기어의 톱니부에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제1홈과,

상기 가요성 기어의 톱니부에 있어서, 상기 제1홈과 대치하도록 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제2홈과,

제1, 제2홈의 사이에 배치되고 반경방향으로 휘어질 수 있는 제1링을

구비하고 있고,

상기 제1링은, 상기 제1강성기어와 상기 가요성 기어의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선을 따른 방향으로부터 상기 제1, 제2홈의 각각의 홈 내주면에 결합 가능한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에서는, 가요성 기어가 제1강성기어에 대하여 장치중심축선의 방향으로 이동하는 것을 저지하기 위한 기구가, 제1강성기어의 톱니부에 형성된 제1홈, 가요성 기어의 톱니부에 형성된 제2홈 및 제1링으로 구성된다.

가요성 기어가 제1강성기어에 대하여 장치중심축선의 방향으로 이동되면, 제1강성기어측의 제1홈에 대하여 가요성 기어측의 제2홈도 동일한 방향으로 이동된다. 제1, 제2홈에 장착되어 있는 제1링은, 양쪽 기어의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선 방향의 일방측에서 제1홈의 홈 내주면에 결합되고, 타방측에서 제2홈의 홈 내주면에 결합된다. 따라서 제1링은, 가요성 기어의 이동을 제한하기 위한 부재로서 기능을 한다. 가요성 기어의 양측에 그 이동을 제한하기 위한 부재를 배치하지 않고, 제1강성기어에 대한 가요성 기어의 이동이 제한된다.

일반적인 플랫형 파동기어장치에서는, 상기 제1강성기어의 톱니수는 상기 가요성 기어의 톱니수와 동일하고, 상기 제2강성기어의 톱니수는 상기 제1강성기어의 톱니수보다 많고, 상기 제2강성기어는 회전하지 않도록 장치의 하우징 등에 고정된다.

이 경우에는, 상기 파동발생기가 회전하면, 상기 가요성 기어는 상기 제2강성기어에 대하여 톱니수 차이에 따라 상대회전하고, 상기 제1강성기어는 상기 가요성 기어와 일체로 되어 회전한다. 이들 기어의 사이에 장착되어 있는 제1링도 이들 기어와 실질적으로 일체로 되어 회전한다. 따라서 파동기어장치의 성능저하 등의 폐해의 발생을 억제하면서 가요성 기어의 이동을 제한할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1홈은, 상기 제1강성기어에 있어서 상기 제2강성기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제1강성기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

제1, 제2강성기어와 가요성 기어 사이의 맞물림 영역에 있어서, 톱니폭방향에 있어서의 중앙으로부터 외측으로 벗어난 위치에 제1, 제2홈이 배치된다. 이에 따라, 제1, 제2홈을 형성함으로써 야기되는 양쪽 기어의 맞물림에 의한 치면응력(tooth surface stress)의 증가 등 영향을 작게 할 수 있다.

여기에서 상기 제1링의 외경과 내경 차이의 1/2은, 상기 가요성 기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값으로 하여 두면 좋다.

다음에 제2강성기어와 가요성 기어의 사이에도 링을 배치할 수 있다. 이 경우에는 본 발명의 플랫형 파동기어장치에는, 상기 구성에 추가하여, 상기 제2강성기어의 톱니부에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제3홈과, 상기 가요성 기어의 톱니부에 있어서 상기 제3홈과 대치하도록 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제4홈과, 상기 제3, 제4홈의 사이에 배치된 가요성의 제2링이 구비된다. 상기 제2링은, 상기 제2강성기어와 상기 가요성 기어의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선을 따른 방향으로부터 상기 제3, 제4홈의 각각의 홈 내주면에 결합 가능한 상태로 배치된다.

이 경우에 있어서도 상기 제3홈은, 상기 제2강성기어에 있어서의 상기 제1강성기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제2강성기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2링의 외경과 내경 차이의 1/2은, 상기 가요성 기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값인 것이 바람직하다.

다음에 본 발명을 적용한 전형적인 플랫형 파동기어장치에 있어서는, 상기 제1강성기어는 제1내접기어이고, 상기 제2강성기어는 제2내접기어이고, 상기 가요성 기어는 외접기어이고, 상기 파동발생기는, 상기 외접기어를 타원모양 형상으로 휘어지게 하여, 상기 타원모양 형상의 장축 양단에 있어서 상기 외접기어를 상기 제1, 제2내접기어에 맞물리고, 상기 제1내접기어의 톱니수는 상기 외접기어의 톱니수와 동일하고, 상기 제2내접기어의 톱니수는, n을 정의 정수라고 하면, 상기 제1내접기어의 톱니수보다 2n개 많고, 상기 제2내접기어는 회전하지 않도록 고정되어 있고, 상기 파동발생기의 1회전마다, 상기 외접기어는 상기 제2내접기어에 대하여 톱니수 차이만큼 상대회전하고, 상기 제1내접기어는 상기 외접기어와 일체로 되어 회전한다.

이 경우에 있어서도 상기 제1홈은, 상기 제1내접기어에 있어서의 상기 제2내접기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제1내접기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 제1링이 외접기어와 일체로 되어 타원모양 형상으로 휘어지도록, 상기 제1링의 내경은 상기 외접기어에 형성된 상기 제2홈에 있어서의 홈바닥의 지름과 동일한 것이 바람직하다.

또한 제2홈을 형성함으로써, 가요성 기어의 이뿌리 림(root rim)의 두께가 얇아지게 되어 이뿌리 피로강도의 저하를 초래하지 않도록 상기 제2홈의 홈바닥 지름은 상기 외접기어의 이뿌리원 지름보다 큰 것이 바람직하다.

또한 양쪽 기어의 맞물림 위치인 타원모양 형상의 장축 양단에 있어서, 타원모양 형상으로 휘어진 제1링의 외주면 부분이 제1내접기어에 간섭하지 않도록, 상기 제1내접기어에 형성된 상기 제1홈의 홈바닥의 지름은 타원모양 형상으로 휘어진 상기 제1링의 장축위치에 있어서의 외경보다 큰 것이 바람직하다.

또한 이 경우에 있어서, 상기 제1링의 외경과 내경 차이의 1/2을, 상기 제1내접기어 혹은 상기 외접기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값으로 하여 두면 좋다.

제1링으로서는, 그 중심축선 방향의 강성이 높고, 반경방향으로 휘어지기 쉽고 또한 전체로서 반경방향으로 용이하게 수축, 팽창될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 구비한 제1링으로서 경사 와인딩 코일스프링으로 이루어지는 링을 사용할 수 있다. 또한 판스프링을 소용돌이 모양으로 감아서 구성한 링, 가터스프링으로 이루어지는 링, 판스프링을 벨로우즈 모양으로 만곡시키면서 구성한 벨로우즈 형상 링 등을 사용할 수 있다.

도1에 있어서, (a)는 본 발명을 적용한 플랫형 파동기어장치를 나타내는 종단면도, (b)는 그 정면도이다.
도2에 있어서, (a)는 도1의 플랫형 파동기어장치의 일부를 확대하여 나타내는 부분확대 종단면도, (b)는 링의 장착부분을 나타내는 설명도이다.
도3에 있어서, (a)는 링의 장착부분을 나타내는 설명도, (b)는 제1, 제2홈의 단면형상을 나타내는 설명도이다.
도4에 있어서, (a), (b)는 링에 필요한 특성을 나타내는 설명도, (c), (d)는 링을 나타내는 설명도이다.
도5에 있어서, (a)는 본 발명을 적용할 수 있는 플랫형 파동기어장치의 다른 예를 나타내는 반종단면도, (b)는 그 반정면도이다.
도6은, 종래의 플랫형 파동기어장치를 나타내는 개략적인 종단면도이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 플랫형 파동기어장치(flat型波動gear裝置)의 실시형태를 설명한다.

도1(a)는 본 실시형태에 관한 플랫형 파동기어장치를 나타내는 종단면도이고, 도1(b)는 그 정면도이다. 플랫형 파동기어장치(1)는, 강성기어(剛性gear)인 고정측의 내접기어(internally toothed gear)(2) 및 출력측(회전측)의 내접기어(3)와, 가요성 기어(可撓性 gear)인 원통모양의 외접기어(externally toothed gear)(4)와, 파동발생기(波動發生器)(5)를 구비하고 있다.

내접기어(2, 3)는, 장치중심축선(裝置中心軸線)(1a)의 방향으로 약간의 간격을 두고 동축(同軸)으로 배열되어 있다. 외접기어(4)는 내접기어(2, 3)의 내측에 동축으로 배치되어 있다. 외접기어(4)는 내접기어(2, 3)를 포함하는 톱니폭(tooth width)을 구비하고 있다. 외접기어(4)의 외치(外齒)(4a)는, 그 톱니폭방향에 있어서 일방(一方)측의 부분이 내접기어(2)의 내치(內齒)(2a)와 대치(對峙)되어 있고, 타방(他方)측의 부분이 내접기어(3)의 내치(3a)와 대치되어 있다.

파동발생기(5)는, 외접기어(4)를 비원형(非圓形), 본 예에서는 타원모양 형상으로 휘어지게 하여, 내접기어(2, 3)에 대하여 타원모양 형상의 장축(長軸)(L)의 위치에서 맞물리게 하고 있다. 파동발생기(5)가 회전하면, 외접기어(4)와 내접기어(2, 3) 사이의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동한다.

예를 들면 고정측인 내접기어(2)의 톱니수(number of teeth)에 비하여, 출력측인 내접기어(3)의 톱니수가 2n개 적다(n은 정(正)의 정수(整數)). 내접기어(3)와 외접기어(4)의 톱니수는 동일하다. 파동발생기(5)가 1회전하는 사이에, 외접기어(4)는 고정측의 내접기어(2)에 대하여 톱니수 차이에 대응하는 각도만큼 상대회전한다. 출력측의 내접기어(3)는 외접기어(4)와 일체로 되어 회전한다. 내접기어(3)의 회전이 도면에 나타내지 않은 부하부재측으로 출력된다.

도2(a)는 플랫형 파동기어장치(1)의 일부분을 확대하여 나타내는 부분확대 종단면도이고, 도2(b)는 도2(a)의 일부를 더 확대하여 나타내는 설명도이다.

이들의 도면에 나타내는 바와 같이 출력측인 내접기어(3)의 내치(3a)의 부분에는, 내측으로 개구되어 있는 내주홈(內周groove)(11)(제1홈)이 형성되어 있다. 내주홈(11)은 내치(3a)에 대하여, 그 톱니폭방향과 직교하는 방향으로 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 외접기어(4)의 외치(4a)에도 내주홈(11)과 대치하는 부위에, 전체 둘레에 걸쳐서 외측으로 개구되는 외주홈(外周groove)(12)(제2홈)이 형성되어 있다. 내주홈(11), 외주홈(12)의 사이에는, 반경방향으로 휘어질 수 있는 가요성의 링(ring)(13)이 장착되어 있다. 링(13)은 원형의 단면(斷面)을 이루고 있다.

도3(a)는 내주홈(11), 외주홈(12) 및 링(13)을 나타내는 설명도이고, 도3(b)는 내주홈(11) 및 외주홈(12)의 단면형상을 나타내는 설명도이다. 도2, 도3를 참조하여 내주홈(11), 외주홈(12), 링(13)을 더 상세하게 설명한다.

내주홈(11), 외주홈(12)의 단면형상 및 홈바닥 지름과, 링(13)의 단면형상 및 크기는, 이하에서 설명하는 바와 같이 적절하게 설정되어 있다. 또한 내접기어(3)와 외접기어(4)의 맞물림 위치 즉 장축위치에 있어서, 링(13)은 장치중심축선(1a)을 따른 방향으로부터 내주홈(11), 외주홈(12)의 각각의 좌우의 홈내주 측면(11a, 1lb, 12a, 12b)에 결합될 수 있다.

본 예에서는, 내주홈(11)은 사각형 단면의 홈으로서, 그 홈폭은 링(13)의 지름(d)과 동일하거나 약간 넓다. 또한 내주홈(11)은, 내접기어(3)에 있어서 타방의 내접기어(2)측의 끝으로부터 장치중심축선(1a)(도1을 참조)의 방향으로, 당해 내접기어(3)의 톱니폭(W)의 1/2 이상 떨어진 거리(L1)의 위치에 형성되어 있다. 예를 들면 대략 2/3 떨어진 위치에 형성되어 있다. 톱니폭방향에 있어서 중앙보다 외측의 위치는, 양쪽 기어(3, 4)의 맞물림에 의한 치면응력(tooth surface stress)의 영향이 적다. 따라서 내주홈(11), 외주홈(12)을 형성한 것에 기인하여, 양쪽 기어(3, 4)의 치면응력이 대폭적으로 증가하는 등의 폐해를 최소한으로 억제할 수 있다.

다음에 링(13)은, 외접기어(4)와 일체로 되어 타원모양 형상으로 휘어지도록 그 내경(內徑)(Di(13))이, 외접기어(4)에 형성된 외주홈(12)에 있어서의 홈바닥 지름(D(12))과 거의 동일하다. 또한 링(13)의 원형 윤곽의 지름(d) 즉 그 외경(外徑)(Do(13))과 내경(Di(13)) 차이의 1/2은, 외접기어(4)의 톱니높이(L(4a))와 동일 혹은 그것보다 약간 작은 치수로 설정되어 있다.

한편 외접기어(4)측의 외주홈(12)은 대략 반원형(半圓形)의 단면의 홈으로서, 그 개구단(開口端)의 홈폭은 링(13)의 지름(d)과 동일하거나 약간 넓다. 반원형의 홈을 형성함으로써 응력집중(應力集中)이 완화되어, 이뿌리 피로강도(齒底疲勞强度(root fatigue strength))의 저하를 억제할 수 있다. 또한 외주홈(12)의 홈바닥의 지름(D(12))은, 외접기어(4)의 이뿌리원 지름(root circle diameter)(D(4a))보다 약간 크게 되도록 설정되어 있다. 원호모양의 단면인 외주홈(12)에 의하여 단면결손(斷面缺損)에 따르는 응력집중을 완화할 수 있어, 이뿌리 피로강도의 저하를 억제할 수 있다.

또한 내접기어(3)측의 내주홈(11)의 홈바닥 지름(D(11))은, 타원모양 형상으로 휘어진 가요성 링(13)의 장축위치에 있어서의 외경보다 크게 되도록 설정되어 있다. 이에 따라 양쪽 기어(3, 4)의 맞물림 위치(장축 양단)에 있어서, 타원모양 형상으로 휘어진 가요성 링(13)의 외주면 부분이 내접기어(3)측에 간섭하지 않는다.

다음에 도4(a) 및 도4(b)는 링(13)에 요구되는 특성을 나타내는 설명도이다. 링(13)은, 도4(a)에 나타내는 바와 같이 축방향 강성이 높은 것이 요구된다. 이에 따라 외접기어(4)의 이동을 확실하게 제한할 수 있다.

또한 링(13)은, 도4(b)에 나타내는 바와 같이 그 반경방향으로 휘어지기 쉽고, 외주홈(12)에 장착된 상태에 있어서 그 홈바닥을 따른 타원모양 형상으로 되는 것이 필요하다. 또한 링(13)은, 전체로서 그 외주측으로부터 반경방향의 내측으로 작용하는 힘에 의하여 용이하고 균일하게 지름이 작아지게 되도록 수축될 수 있고, 그 내주측으로부터 반경방향의 외측으로 작용하는 힘에 의하여 용이하고 균일하게 지름이 커지게 되도록 팽창될 수 있는 것이 필요하다. 이에 따라 링(13)의 조립을 용이하게 할 수 있다.

이러한 특성을 구비한 링(13)으로서는, 판스프링(板spring)을 소용돌이 모양으로 감아서 구성한 링을 사용할 수 있다. 또한 밀착하여 감긴 코일스프링(coil spring)의 양단을 연결하여 링으로 한 가터스프링(garter spring)을 사용할 수 있다. 또한 도4(c)에 나타내는 바와 같이 일정 폭의 판스프링을 벨로우즈(bellows) 모양으로 만곡(彎曲)시키면서 링으로 한 벨로우즈 형상 링을 사용할 수 있다. 또한 도4(d)에 나타내는 바와 같이 경사 와인딩 코일스프링(diagonal-winding coil spring)으로 구성한 링을 사용하는 것이 바람직하다. 또 이들 이외의 링이더라도 상기 특성을 구비한 링이면 사용할 수 있다.

또 내접기어(3)의 내주홈(11)과 외접기어(4)의 외주홈(12)의 사이에, 다음 순서로 링(13)을 조립할 수 있다. 우선 링(13)을 팽창시켜서, 진원상태(眞圓狀態(perfectly round state))의 외접기어(4)의 외주홈(12)에 장착한다. 링(13)이 장착된 외접기어(4)를 내접기어(2, 3)의 내측에 장착한다.

이 경우에 외접기어(4)에 장착된 링(13)의 외경과, 내접기어(2, 3)의 이끝원(addendum circle)이 약간 오버랩(overlap) 되는 경우가 있다. 링(13)은 반경방향의 내측으로 수축될 수 있는 탄성을 구비하고 있기 때문에, 링(13)을 탄성변형시켜서 외접기어(4)를 내접기어(2, 3)의 내측에 장착할 수 있다. 외접기어(4)를 내접기어(2, 3)에 장착하면, 링(13)이 외접기어(4)의 외주홈(12)과 내접기어(3)의 내주홈(11)의 사이에 장착된 상태가 형성된다.

이 후에 파동발생기(5)를 외접기어(4)의 내주면에 장착한다. 이에 따라 외접기어(4)가 타원모양 형상으로 휘어져서, 그 장축의 양단에 있어서 내접기어(2, 3)와 맞물린 상태가 된다. 외접기어(4)와 내접기어(3)의 맞물림 위치에 있어서는, 도2, 도3에 나타내는 바와 같이 링(13)은, 장치중심축선(1a)의 방향으로부터, 내주홈(11), 외주홈(12)의 홈내주 측면(11a, 1lb, 12a, 12b)에 결합 가능한 상태가 된다.

상기한 바와 같이 구성된 플랫형 파동기어장치(1)의 운전 시에는, 내접기어(2, 3)와 외접기어(4)의 맞물림에 의하여 발생하는 스러스트력(thrust力)에 의한 외접기어(4)의 장치중심축선(1a)의 방향으로의 이동이, 링(13)과 홈내주 측면(11a, 1lb, 12a, 12b)의 결합에 의하여 제한된다.

예를 들면 도3(a)에 나타내는 바와 같이 외접기어(4)가 화살표(A1)의 방향으로 이동하려고 하면, 링(13)에 대하여 내주홈(11)의 홈내주 측면(1lb), 외주홈(12)의 홈내주 측면(12a)이 상대적으로 접근하여, 당해 링(13)에 양측으로부터 가압된다. 내접기어(3)는 회전하도록 지지되어 있지만, 장치중심축선(1a) 방향의 이동은 구속되어 있다.

따라서 외접기어(4)는, 외주홈(12)의 홈내주 측면(12a), 링(13) 및 내주홈(11)의 홈내주 측면(1lb)을 통하여 내접기어(3)측에 결합되어, 화살표(A1) 방향의 이동이 제한된다. 외접기어(4)의 역방향(화살표(A2)의 방향)으로의 이동도 마찬가지로 하여 제한된다.

외접기어(4)의 이동을 제한하기 위하여 그 장치중심축선(1a) 방향의 양측에 제한부재를 배치할 필요가 없다. 따라서 외접기어(4)의 양측을 경유하여 외접기어(4)와 내접기어(2, 3)의 맞물림 부분에 윤활제를 공급하는 공급경로를 확보할 수 있다. 도6에 나타내는 바와 같이 외접기어의 양측에 제한부재인 저지부가 배치되어 있는 경우에는, 맞물림부에 대한 윤활부족에 기인하는 마모가 발생하기 쉽지만, 본 예에서는 이러한 마모를 방지할 수 있다.

(변형예)

상기의 플랫형 파동기어장치(1)에서는, 출력측의 내접기어(3)와 외접기어(4)의 사이에 외접기어(4)의 이동을 제한하기 위한 기구(내주홈(11), 외주홈(12), 링(13))가 구비되어 있다. 이것에 추가하여 타방의 고정측인 내접기어(2)와 외접기어(4)의 사이에 동일한 기구를 설치하더라도 좋다.

이 경우에는, 도2(a)에 있어서 상상선으로 나타내는 바와 같이 내접기어(2)의 내치(2a)에 있어서 그 전체 둘레에 걸쳐서 내주홈(21)을 형성한다. 외접기어(4)에는, 내주홈(21)과 대치하는 위치에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 외주홈(22)을 형성한다. 이들 내주홈(21)과 외주홈(22)의 사이에 가요성의 링(23)을 장착한다.

이 경우에 있어서도 내주홈(21)의 형성위치는, 내접기어(3)측의 끝으로부터 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치로 하는 것이 바람직하다. 또한 내주홈(21), 외주홈(22), 링(23)의 각 부의 치수는, 상기의 내주홈(11), 외주홈(12) 및 링(13)의 경우와 동일한 관계로 설정하는 것이 바람직하다.

또한 이 경우에는, 고정측인 내접기어(2)와 외접기어(4)의 사이에는, 톱니수 차이에 따른 상대회전이 발생한다. 내접기어(2)의 사각형 단면인 내주홈(21)과 원형의 단면인 가요성 링(23)과의 사이는 접촉면적이 작다(도3을 참조). 따라서 내접기어(2)와 링(23)의 사이에 발생하는 미끄럼 마찰력(sliding frictional force)은 작다.

(기타의 실시형태)

도5(a)는 본 발명을 적용할 수 있는 다른 구성의 플랫형 파동기어장치의 예를 나타내는 반단면도(半斷面圖)이고, 도5(b)는 그 반정면도(半正面圖)이다. 이들의 도면에 나타내는 플랫형 파동기어장치(30)는, 강성기어인 제1외접기어(32) 및 제2외접기어(33)와, 이들의 외측에 동축으로 배치되고 원통형상을 이루고 가요성 기어인 내접기어(34)와, 내접기어(34)의 외측에 장착된 파동발생기(35)를 구비하고 있다.

내접기어(34)는, 반경방향으로 휘어질 수 있는 원통모양 몸통부(34c)와, 이 원통모양 몸통부(34c)의 원형 내주면에 형성된 내치(34a, 34b)를 구비하고 있다. 내치(34a, 34b)는 제1, 제2외접기어(32, 33)의 외치(32a, 33a)에 맞물릴 수 있다.

파동발생기(35)는, 타원모양 내주면을 구비하고 일정한 두께의 강성의 플러그(plug)(35a)와, 이 플러그(35a)의 타원모양 내주면에 장착된 한 쌍의 파동발생기 베어링(波動發生器 bearing)(35b)으로 구성되어 있다. 파동발생기 베어링(35b)은 전체로서, 플러그(35a)의 타원모양 내주면을 따른 타원모양 형상으로 휘어져 있다. 따라서 내접기어(34)도 플러그(35a)의 타원모양 내주면을 따른 타원모양 형상으로 휘어져서, 그 단경(短徑) 위치의 내치(34a, 34b)가 제1, 제2외접기어(32, 33)의 제1, 제2외치(32a, 33a)의 각각에 맞물려 있다. 파동발생기(35)를 회전시키면, 내접기어(34)와 제1, 제2외접기어(32, 33) 사이의 맞물림 위치가 각각 원주방향으로 이동된다.

이러한 구성의 플랫형 파동기어장치(30)에 있어서, 제1외접기어(32)와 내접기어(34)의 사이에 내접기어(34)의 이동을 제한하기 위한 외주홈(41), 내주홈(42) 및 링(43)을 배치할 수 있다. 마찬가지로 제2외접기어(33)와 내접기어(34)의 사이에 내접기어(34)의 이동을 제한하기 위한 외주홈, 내주홈 및 링을 배치할 수 있다.

Claims

제1강성기어(第1剛性gear)와,
상기 제1강성기어의 이웃에 동축(同軸)으로 배치된 제2강성기어와,
상기 제1, 제2강성기어의 외주측 혹은 내주측에 동축으로 배치된 원통모양의 가요성 기어(可撓性 gear)와,
상기 가요성 기어를 비원형(非圓形)으로 휘어지게 하여, 상기 제1, 제2강성기어에 대하여 각각 부분적으로 맞물리고, 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키는 파동발생기(波動發生器)와,
상기 제1강성기어의 톱니부에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제1홈(第1 groove)과,
상기 가요성 기어의 톱니부에 있어서, 상기 제1홈과 대치(對峙)하도록 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제2홈과,
제1, 제2홈의 사이에 배치되고 반경방향으로 휘어질 수 있는 제1링(第1 ring)을
구비하고 있고,
상기 제1링은, 상기 제1강성기어와 상기 가요성 기어의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선(裝置中心軸線)을 따른 방향으로부터 상기 제1, 제2홈의 각각의 홈 내주면에 결합 가능한 플랫형 파동기어장치(flat型波動gear裝置).
제1항에 있어서,
상기 제1강성기어의 톱니수(number of teeth)는 상기 가요성 기어의 톱니수와 동일하고,
상기 제2강성기어의 톱니수는 상기 제1강성기어의 톱니수보다 많고,
상기 제2강성기어는 회전하지 않도록 고정되어 있고,
상기 파동발생기가 회전하면, 상기 가요성 기어는 상기 제2강성기어에 대하여 톱니수 차이에 따라 상대회전(相對回轉)하고, 상기 제1강성기어는 상기 가요성 기어와 일체로 되어 회전하는 플랫형 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 제1홈은, 상기 제1강성기어에 있어서 상기 제2강성기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제1강성기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 플랫형 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 제1링의 외경과 내경 차이의 1/2은, 상기 가요성 기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값인 플랫형 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 제2강성기어의 톱니부에 있어서 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제3홈과,
상기 가요성 기어의 톱니부에 있어서, 상기 제3홈과 대치하도록 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제4홈과,
상기 제3, 제4홈의 사이에 배치되고 반경방향으로 휘어질 수 있는 제2링을
구비하고 있고,
상기 제2링은, 상기 제2강성기어와 상기 가요성 기어의 맞물림 위치에 있어서, 장치중심축선을 따른 방향으로부터 상기 제3, 제4홈의 각각의 홈 내주면에 결합 가능한 플랫형 파동기어장치.
제5항에 있어서,
상기 제3홈은, 상기 제2강성기어에 있어서 상기 제1강성기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제2강성기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 플랫형 파동기어장치.
제5항에 있어서,
상기 제2링의 외경과 내경 차이의 1/2은, 상기 제2강성기어 혹은 상기 가요성 기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값인 플랫형 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 제1강성기어는 제1내접기어(第1 internally toothed gear)이고,
상기 제2강성기어는 제2내접기어이고,
상기 가요성 기어는 외접기어(externally toothed gear)이고,
상기 파동발생기는, 상기 외접기어를 타원모양 형상으로 휘어지게 하여, 상기 타원모양 형상의 장축(長軸) 양단에 있어서 상기 외접기어를 상기 제1, 제2내접기어에 맞물리고,
상기 제1내접기어의 톱니수는 상기 외접기어의 톱니수와 동일하고,
상기 제2내접기어의 톱니수는, n을 정(正)의 정수(整數)라고 하면, 상기 제1내접기어의 톱니수보다 2n개 많고,
상기 제2내접기어는 회전하지 않도록 고정되어 있고,
상기 파동발생기의 1회전마다, 상기 외접기어는 상기 제2내접기어에 대하여 톱니수 차이만큼 상대회전하고, 상기 제1내접기어는 상기 외접기어와 일체로 되어 회전하는 플랫형 파동기어장치.
제8항에 있어서,
상기 제1홈은, 상기 제1내접기어에 있어서의 상기 제2내접기어측의 끝으로부터 상기 장치중심축선의 방향으로, 상기 제1내접기어의 톱니폭의 1/2 이상 떨어진 위치에 형성되어 있는 플랫형 파동기어장치.
제8항에 있어서,
상기 제1링의 내경은, 상기 외접기어에 형성된 상기 제2홈에 있어서의 홈바닥의 지름과 동일하고,
상기 제2홈의 홈바닥의 지름은, 타원모양 형상으로 휘어지기 전의 상기 외접기어의 이뿌리원 지름(root circle diameter)보다 크고,
상기 제1내접기어에 형성된 상기 제1홈의 홈바닥의 지름은, 타원모양 형상으로 휘어진 상기 제1링의 장경(長徑)보다 큰 플랫형 파동기어장치.
제10항에 있어서,
상기 제1링의 외경과 내경 차이의 1/2은, 상기 외접기어의 톱니높이와 동일 혹은 그 이하의 값인 플랫형 파동기어장치.
제11항에 있어서,
상기 제1링은,
판스프링(plate spring)을 소용돌이 모양으로 감아서 구성된 링,
가터스프링(garter spring)으로 이루어지는 링,
판스프링을 벨로우즈(bellows) 모양으로 만곡(彎曲)시키면서 구성된 벨로우즈 형상 링(bellows-shaped ring) 또는
경사 와인딩 코일스프링(diagonal-winding coil spring)으로 이루어지는 링인 플랫형 파동기어장치.