KR101748177B1 - 복합 롤링 베어링부착 파동기어장치 - Google Patents

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Abstract

파동기어장치(30)는, 제1강성 내치기어(31)와 가요성 외치기어(33)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링으로서, 스러스트 베어링용의 제1롤러(53), 제2롤러(54), 레이디얼 베어링용의 제3롤러(55)를 구비한 복합 롤링 베어링(38)을 사용하고 있다. 복합 롤링 베어링(38)은 크로스 롤러 베어링이나 앵귤러 베어링에 비하여, 적은 설치공간으로 고강성의 베어링을 실현할 수 있다. 복합 롤링 베어링(38)의 내륜부분(51)과 제1강성 내치기어(31)가 일체화되어 단일부품이 되어 있으므로, 이들의 부재를 연결하기 위한 부착부가 불필요하다. 고강성을 구비한 편평한 파동기어장치를 실현할 수 있다.

Description

복합 롤링 베어링부착 파동기어장치{WAVE GEAR DEVICE WITH COMPOSITE ROLLER BEARING}
본 발명은, 레이디얼 방향(radial 方向)과 스러스트 방향(thrust 方向)의 하중(荷重)을 받을 수 있는 복합 롤링 베어링(複合 rolling bearing)을 구비한 내치기어 유닛(內齒gear unit) 및 이 내치기어 유닛을 사용하여 구성된 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것이다.
공작기계, 로봇 핸드(robot hand) 등의 구동기구(驅動機構)에는, 소형이고 컴팩트(compact)한 파동기어장치가 감속기(減速機)로서 사용되고 있다. 파동기어장치는, 강성 내치기어(剛性 內齒gear), 가요성 외치기어(可撓性 外齒gear) 및 파동발생기(波動發生器)의 3개의 부품으로 구성되어 있으며, 강성 내치기어와 가요성 외치기어는 베어링을 통하여 상대회전(相對回轉)이 가능한 상태로 지지되어 있다. 파동기어장치로서는, 주로 그 가요성 외치기어가 컵 형상을 하고 있는 컵형(cup型)으로 불리는 것, 실크햇(silk hat) 형상을 하고 있는 실크햇형(silk hat型)으로 불리는 것 및 원통형상을 하고 있는 플랫형(flat型)으로 불리는 것이 알려져 있다.
특허문헌1(일본국 공개특허 특개2001-336588호 공보)에는 컵형의 파동기어장치가 개시되어 있고, 특허문헌2(일본국 공개특허 특개평09-280325호 공보)에는 실크햇형의 파동기어장치가 개시되어 있고, 특허문헌3(일본국 공개특허 특개2009-156461호 공보, 도6)에는 플랫형의 파동기어장치가 개시되어 있다. 또한 특허문헌1, 2에 있어서는, 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)을 사용하여 강성 내치기어와 가요성 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 기구가 개시되어 있다.
한편 본원 출원인은, 특허문헌4에 있어서 레이디얼 방향 및 스러스트 방향의 쌍방의 하중을 받을 수 있는 복합 롤링 베어링을 제안하고 있다.
; 일본국 공개특허 특개2001-336588호 공보 ; 일본국 공개특허 특개평09-280325호 공보 ; 일본국 공개특허 특개2009-156461호 공보 ; WO2005/103515호 공보
여기에서 파동기어장치의 축선방향의 치수를 작게 하여 그 편평화(扁平化)를 도모하면, 이에 따라 베어링의 사이즈도 작아져서 필연적으로 베어링의 강성이 저하된다. 그 때문에 고강성(高剛性)이 요구되는 경우에는 파동기어장치의 편평화에 한계가 있다.
본 발명의 과제는, 이 점을 감안하여 고강성을 유지하면서 파동기어장치 등의 기어식 감속기의 편평화를 실현하기 위하여 사용하는데 적합한 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 제안하는 것에 있다.
또한 본 발명의 과제는, 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 사용하여 구성된 편평한 고강성의 파동기어장치를 제안하는 것에 있다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛은,
내치기어와 복합 롤링 베어링을 구비하고,
상기 내치기어는, 그 회전중심축선의 방향으로부터 서로 대치하고 있음과 아울러 당해 회전중심축선과 직교하는 방향으로 연장되어 있는 제1끝면 및 제2끝면과, 상기 제1끝면 및 상기 제2끝면 사이에 위치하는 원형 외주면 및 원형 내주면을 구비하고, 상기 원형 내주면에 내치가 형성되어 있으며,
상기 복합 롤링 베어링은, 상기 내치기어와 일체로 형성되어 있는 내륜부분과, 외륜과, 상기 내륜부분 및 상기 외륜 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 제1전동체, 복수개의 제2전동체 및 복수개의 제3전동체를 구비하고 있으며,
상기 내륜부분은, 상기 내치기어의 상기 제1끝면에 형성된 제1내륜 궤도면과, 상기 내치기어의 상기 제2끝면에 형성된 제2내륜 궤도면과, 상기 내치기어의 상기 원형 외주면에 형성된 제3내륜 궤도면을 구비하고 있으며,
상기 외륜은, 상기 제1내륜 궤도면과 대치하고 있는 제1외륜 궤도면과, 상기 제2내륜 궤도면과 대치하고 있는 제2외륜 궤도면과, 상기 제3내륜 궤도면과 대치하고 있는 제3외륜 궤도면을 구비하고 있으며,
상기 제1내륜 궤도면과 상기 제1외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제1전동체가 삽입되어 있으며,
상기 제2내륜 궤도면과 상기 제2외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제2전동체가 삽입되어 있으며,
상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이에는, 레이디얼 베어링용의 상기 제3전동체가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
여기에서 상기 외륜은, 상기 제1외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면(端面)을 구비한 제1단판과, 상기 제2외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면을 구비한 제2단판과, 상기 제1단판과 상기 제2단판 사이에 끼워져 있음과 아울러 상기 제3외륜 궤도면이 형성되어 있는 원형 내주면을 구비한 원통부재로 구성할 수 있다.
또한 상기 제1전동체를, 전동 가능한 상태로 상기 제1내륜 궤도면과 상기 제1외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 스러스트 베어링용의 제1리테이너와, 상기 제2전동체를, 전동 가능한 상태로 상기 제2내륜 궤도면과 상기 제2외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 스러스트 베어링용의 제2리테이너와, 상기 제1리테이너 및 상기 제2리테이너의 끝으로부터 상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이로 연장되어 상기 제3전동체를, 전동 가능한 상태로 상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 레이디얼 베어링용의 한 쌍의 제3리테이너 부분을 구비하고 있는 구성으로 할 수 있다.
또한 상기 제1, 제2 및 제3전동체로서 원기둥모양의 롤러(roller)를 사용하는 것이 바람직하다. 이 대신에 전동체로서 볼(ball)을 사용하는 것도 가능하다.
다음에 본 발명의 파동기어장치는,
원환모양의 강성 내치기어와,
상기 강성 내치기어의 내측에 동축상태로 배치된 가요성 외치기어와,
상기 가요성 외치기어를 비원형으로 휘어지게 하여 당해 가요성 외치기어의 외치를 상기 강성 내치기어의 내치에 대하여 원주방향에 있어서 부분적으로 서로 맞물리게 함과 아울러, 이들 양 기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킴으로써 양 기어 사이에 상대회전을 발생시키는 파동발생기와,
상기 강성 내치기어 및 상기 가요성 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 복합 롤링 베어링을 구비하고,
상기 강성 내치기어는, 그 회전중심축선의 방향으로부터 서로 대치하고 있음과 아울러 당해 회전중심축선과 직교하는 방향으로 연장되어 있는 제1끝면 및 제2끝면과, 상기 제1끝면 및 상기 제2끝면 사이에 위치하는 원형 외주면 및 원형 내주면을 구비하고, 상기 원형 내주면에 상기 내치가 형성되어 있으며,
상기 복합 롤링 베어링은, 상기 내치기어와 일체로 형성되어 있는 내륜부분과, 외륜과, 상기 내륜부분 및 상기 외륜 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 제1전동체, 복수개의 제2전동체 및 복수개의 제3전동체를 구비하고 있으며,
상기 내륜부분은, 상기 내치기어의 상기 제1끝면에 형성된 제1내륜 궤도면과, 상기 내치기어의 상기 제2끝면에 형성된 제2내륜 궤도면과, 상기 내치기어의 상기 원형 외주면에 형성된 제3내륜 궤도면을 구비하고 있으며,
상기 외륜은, 상기 제1내륜 궤도면과 대치하고 있는 제1외륜 궤도면과, 상기 제2내륜 궤도면과 대치하고 있는 제2외륜 궤도면과, 상기 제3내륜 궤도면과 대치하고 있는 제3외륜 궤도면을 구비하고 있으며,
상기 제1내륜 궤도면과 상기 제1외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제1전동체가 삽입되어 있으며,
상기 제2내륜 궤도면과 상기 제2외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제2전동체가 삽입되어 있으며,
상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이에는, 레이디얼 베어링용의 상기 제3전동체가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에서는, 강성 내치기어와 가요성 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링으로서, 스러스트력(thrust力)을 지지하는 제1, 제2전동체와, 레이디얼력(radial力)을 지지하는 제3전동체를 구비한 복합 롤링 베어링을 사용하고 있다. 복합 롤링 베어링은 종래의 크로스 롤러 베어링이나 앵귤러 베어링에 비하여, 적은 설치공간으로 고강성을 실현할 수 있다. 또한 복합 롤링 베어링의 내륜과 강성 내치기어가 일체화되어 단일부품이 되어 있으므로, 이들의 부재를 연결하기 위한 부착부가 불필요하여 파동기어장치의 소형화, 컴팩트화에 유리하다. 따라서 본 발명에 의하면, 고강성이고 편평한 파동기어장치를 실현할 수 있다.
여기에서 상기 외륜은, 상기 제1외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면을 구비한 제1단판과, 상기 제2외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면을 구비한 제2단판과, 상기 제1단판과 상기 제2단판 사이에 끼워져 있음과 아울러 상기 제3외륜 궤도면이 형성되어 있는 원형 내주면을 구비한 원통부재로 구성할 수 있다.
다음에 본 발명을 실크햇형의 파동기어장치에 적용하였을 경우에는, 상기 가요성 외치기어는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부와, 이 원통부의 일단으로부터 반경방향의 외측으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램과, 이 다이어프램의 외주 가장자리에 연속되어 있는 원환모양의 보스와, 상기 원통부의 타단측의 외주면 부분에 형성되어 있는 상기 외치를 구비한 실크햇 형상의 것이다. 이 경우에는 상기 보스는, 상기 복합 롤링 베어링의 상기 제1단판 및 상기 제2단판 중의 일방의 단판에 고정되거나, 혹은 당해 단판의 일부로서 일체로 형성된다.
또한 본 발명을 컵모양의 파동기어장치에 적용하였을 경우에는, 상기 가요성 외치기어는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부와, 이 원통부의 일단으로부터 반경방향의 내측으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램과, 이 다이어프램의 내주 가장자리에 연속되어 있는 원반모양 혹은 원환모양의 보스와, 상기 원통부의 타단측의 외주면 부분에 형성되어 있는 상기 외치를 구비한 컵 형상의 것이다. 이 경우에는 상기 보스는, 상기 복합 롤링 베어링의 상기 제1단판 및 상기 제2단판 중의 일방의 단판에 고정되거나, 혹은 당해 단판의 일부로서 일체로 형성된다.
또한 본 발명을 플랫형의 파동기어장치에 적용하였을 경우에는,
상기 강성 내치기어와 상기 외륜의 상기 제1단판 및 상기 제2단판 중의 일방의 단판과의 사이에 배치되어 있는 제2강성 내치기어를 구비하고 있으며,
상기 가요성 외치기어는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부의 원형 외주면을 따라 상기 외치가 형성되어 있는 원통형상의 것이며,
상기 제2강성 내치기어는, 상기 단판에 고정되어 있거나 혹은 당해 단판의 일부로서 일체로 형성되어 있으며,
상기 가요성 외치기어의 톱니수는, 강성 내치기어의 톱니수보다 적고, 또한 상기 제2강성 내치기어의 톱니수와 동일하며,
상기 가요성 외치기어는 상기 파동발생기에 의하여 비원형으로 휘어져서 상기 강성 내치기어 및 상기 제2강성 내치기어에 대하여 부분적으로 서로 맞물려 있다.
도1은 본 발명을 적용한 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 나타내는 단면도이다.
도2는 본 발명을 적용한 플랫형의 파동기어장치를 나타내는 정면도 및 단면도이다.
도3은 도2의 파동기어장치를 나타내는 확대 단면도이다.
도4는 본 발명을 적용한 실크햇형의 파동기어장치를 나타내는 단면도이다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛(複合 rolling bearing附着 內齒gear unit) 및 파동기어장치(波動gear裝置)의 실시형태에 관하여 설명한다.
(복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛)
도1은 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 나타내는 단면도이다. 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛(1)은 내치기어(2)와 복합 롤링 베어링(3)을 구비하고 있다. 내치기어(2)는 직사각형 단면의 원환모양 부재로 이루어지고, 그 양측의 제1끝면(4) 및 제2끝면(5)은, 장치중심축선(1a)과 직교하는 방향으로 연장되어 있는 평탄면이며, 이들 제1끝면(4) 및 제2끝면(5)의 외주 가장자리 사이에는 원형 외주면(圓形 外周面)(6)이 형성되어 있고, 이들의 내주 가장자리 사이에는 원형 내주면(圓形 內周面)(7)이 형성되어 있다. 원형 내주면(7)에는, 그 원주방향을 따라 내치(8)가 형성되어 있다.
복합 롤링 베어링(3)은, 내치기어(2)에 일체(一體)로 형성되어 있는 내륜부분(內輪部分)(11)과, 외륜(外輪)(12)과, 내륜부분(11) 및 외륜(12) 사이에 전동(轉動) 가능한 상태로 삽입되어 있는 스러스트 베어링용의 복수개의 제1롤러(13)(제1전동체), 스러스트 베어링용의 복수개의 제2롤러(14)(제2전동체) 및 레이디얼 베어링용의 복수개의 제3롤러(15)(제3전동체)를 구비하고 있다. 내륜부분(11)은, 내치기어(2)의 제1끝면(4)에 있어서의 외주 가장자리측의 부분에 형성된 제1내륜 궤도면(16)과, 내치기어(2)의 제2끝면(5)에 있어서의 외주 가장자리측의 부분에 형성된 제2내륜 궤도면(17)과, 내치기어(2)의 원형 외주면(6)에 형성된 제3내륜 궤도면(18)으로 이루어지는 부분이다. 외륜(12)은, 제1내륜 궤도면(16)에 대하여 장치중심축선(1a)의 방향으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제1외륜 궤도면(19)과, 제2내륜 궤도면(17)에 대하여 장치중심축선(1a)의 방향으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제2외륜 궤도면(20)과, 제3내륜 궤도면(18)에 대하여 장치반경방향의 외측으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제3외륜 궤도면(21)을 구비하고 있다.
스러스트 베어링용의 복수개의 제1롤러(13)는, 제1내륜 궤도면(16)과 제1외륜 궤도면(19) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 스러스트 베어링용의 복수개의 제2롤러(14)는, 제2내륜 궤도면(17)과 제2외륜 궤도면(20) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 또한 레이디얼 베어링용의 복수개의 제3롤러(15)는, 제3내륜 궤도면(18)과 제3외륜 궤도면(21) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 또한 부하용량의 향상 및 스큐 대책(skew 對策)을 위해서는, 풀 롤러형(full roller type)의 레이디얼 베어링(radial bearing)으로 하는 것이 바람직하다.
여기에서 외륜(12)은, 제1외륜 궤도면(19)이 형성되어 있는 내측끝면을 구비한 제1단판(第1端板)(22)과, 제2외륜 궤도면(20)이 형성되어 있는 내측끝면을 구비한 제2단판(23)과, 제1단판(22)과 제2단판(23) 사이에 동축(同軸)상태로 끼워져 있음과 아울러 제3외륜 궤도면(21)이 형성되어 있는 원형 내주면을 구비한 원통부재(24)의 3개의 부재로 구성되어 있다. 이들의 3개의 부재는 복수개의 체결볼트(25)(도면에 있어서는 일점쇄선으로 나타내고 있다)에 의하여 서로 고정되어 있다. 또한 제1단판(22), 제2단판(23) 및 원통부재(24)의 외경치수는 동일하고, 제1, 제2단판(22, 23)에 형성되어 있는 중심관통구멍(22b, 23b)의 지름은 내치기어(2)의 내경(內徑)보다 크다.
다음에 제1내륜 궤도면(16)과 제1외륜 궤도면(19) 사이에는 스러스트 베어링용의 제1리테이너(第1retainer)(26)가 삽입되어 있다. 제1리테이너(26)에는 원주방향을 따라 일정한 각도간격으로 롤러지지구멍(26a)이 형성되어 있으며, 제1롤러(13)가 각 롤러지지구멍 내에 전동 가능한 상태로 지지되어 있다. 마찬가지로 타방(他方)의 제2내륜 궤도면(17)과 제2외륜 궤도면(20) 사이에도 스러스트 베어링용의 제2리테이너(27)가 삽입되어 있으며, 여기에도 원주방향을 따라 일정한 각도간격으로 롤러지지구멍(27a)이 형성되어 있다. 각 롤러지지구멍(27a)에는, 제2롤러(14)가 전동 가능한 상태로 지지되어 있다. 또한 본 예에서는 전동체(轉動體)로서 원기둥모양의 롤러를 사용하고 있지만, 다른 형상의 전동체를 사용하는 것도 가능하다.
스러스트 베어링용의 제1리테이너(26) 및 제2리테이너(27)의 외주 가장자리끝에는, 직각으로 구부러져서 서로 접근하는 방향으로 연장되어 있는 레이디얼 베어링용의 제3리테이너 부분(26b, 27b)이 형성되어 있다. 이들 리테이너 부분(26b, 27b)에 의하여 제3롤러(15)의 스러스트 방향(장치중심축선(1a)의 방향)의 위치가 규정되어 있다.
이 구성의 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛(1)은 기어식 감속기의 내치기어로서 사용할 수 있으며, 그 복합 롤링 베어링(3)은 내치기어에 대하여 상대회전하는 기어 혹은 회전축을 지지하기 위한 베어링으로서 사용할 수 있다. 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛(1)을 사용함으로써 편평하고 고강성의 기어식 감속기를 실현할 수 있다.
(플랫형(flat型)의 파동기어장치)
도2(a), (b)는 본 발명을 적용한 플랫형의 파동기어장치의 정면도 및 단면도이며, 도3은 그 확대 부분단면도이다. 파동기어장치(30)는, 원환모양의 제1, 제2강성 내치기어(31, 32)와, 이들 제1, 제2강성 내치기어(31, 32)의 내측에 동축상태로 배치된 가요성 외치기어(可撓性 外齒gear)(33)와, 가요성 외치기어(33)를 비원형으로 휘어지게 하여 당해 가요성 외치기어(33)의 외치(34)를 제1, 제2강성 내치기어(31, 32)의 내치(35, 36)에 대하여 원주방향에 있어서 부분적으로 서로 맞물리게 함과 아울러, 이들의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키는 파동발생기(37)를 구비하고 있다. 또한 파동기어장치(30)는, 제1강성 내치기어(31)와 가요성 외치기어(33)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 복합 롤링 베어링(38)을 구비하고 있다.
가요성 외치기어(33)는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부의 원형 외주면을 따라 외치(34)가 형성되어 있는 원통형상을 한 플랫형의 것이다. 이 가요성 외치기어(33)의 톱니수는, 제1강성 내치기어(31)의 톱니수보다 적고, 제2강성 내치기어(32)의 톱니수와 동일하다. 본 예에서는 파동발생기(37)는 타원모양 윤곽의 것으로서, 가요성 외치기어(33)를 타원모양으로 휘어지게 하여, 그 외치(34)를, 타원형상 곡선의 장축(長軸)의 양단(兩端)의 2군데에서 제1강성 내치기어(31)의 내치(35) 및 제2강성 내치기어(32)의 내치(36)와 서로 맞물리게 하고 있다. 이 경우에는 제1강성 내치기어(31)의 톱니수에 대하여, 제2강성 내치기어(32)의 톱니수 및 가요성 외치기어(33)의 톱니수는 2n개(n은 양의 정수)만큼 적고, 일반적으로는 2개 적다.
파동발생기(37)는 도면에 나타내지 않은 모터 출력축 등의 회전부재에 연결고정된다. 파동발생기(37)가 회전하면, 제1강성 내치기어(31), 제2강성 내치기어(32)와, 가요성 외치기어(33)와의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동한다. 제2강성 내치기어(32)와 가요성 외치기어(33)의 톱니수는 동일하기 때문에, 이들 사이에는 상대회전은 발생하지 않아 일체(一體)가 되어 회전한다. 이에 대하여 제1강성 내치기어(31)와 가요성 외치기어(33)는, 그들의 톱니수 차이에 따라 상대회전이 발생한다. 예를 들면 제1강성 내치기어(31)를 회전하지 않도록 고정하여 두면, 가요성 외치기어(33)로부터 제2강성 내치기어(32)를 통하여 파동발생기(37)의 회전에 비하여 대폭적으로 감속된 회전이 출력된다. 이에 따라 제2강성 내치기어(32)에 연결고정되어 있는 부하측의 부재가 회전구동된다.
다음에 각 부분의 구조에 대해서 설명한다. 우선 제1강성 내치기어(31)는 직사각형 단면형상을 한 강체(剛體)인 원환모양 부재로 이루어지고, 그 양측의 제1끝면(44) 및 제2끝면(45)은, 장치중심축선(30a)과 직교하는 방향으로 연장되어 있는 평탄면으로서, 이들 제1끝면(44) 및 제2끝면(45)의 외주 가장자리 사이에는 원형 외주면(46)이 형성되어 있으며, 이들의 내주 가장자리 사이에는 원형 내주면(47)이 형성되어 있다. 원형 내주면(47)에는, 그 원주방향을 따라 내치(35)가 형성되어 있다.
복합 롤링 베어링(38)은, 제1강성 내치기어(31)와 일체로 형성되어 있는 내륜부분(51)과, 외륜(52)과, 내륜부분(51) 및 외륜(52) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있는 스러스트 베어링용의 복수개의 제1롤러(53)(제1전동체), 스러스트 베어링용의 복수개의 제2롤러(54)(제2전동체) 및 레이디얼 베어링용의 복수개의 제3롤러(55)(제3전동체)를 구비하고 있다. 내륜부분(51)은, 제1강성 내치기어(31)의 제1끝면(44)에 있어서의 외주 가장자리측의 부분에 형성된 제1내륜 궤도면(56)과, 제1강성 내치기어(31)의 제2끝면(45)에 있어서의 외주 가장자리측의 부분에 형성된 제2내륜 궤도면(57)과, 제1강성 내치기어(31)의 원형 외주면(46)에 형성된 제3내륜 궤도면(58)으로 이루어지는 부분이다. 외륜(52)은, 제1내륜 궤도면(56)에 대하여 장치중심축선(30a)의 방향으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제1외륜 궤도면(59)과, 제2내륜 궤도면(57)에 대하여 장치중심축선(30a)의 방향으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제2외륜 궤도면(60)과, 제3내륜 궤도면(58)에 대하여 장치반경방향의 외측으로부터 일정한 간격으로 대치하고 있는 제3외륜 궤도면(61)을 구비하고 있다.
스러스트 베어링용의 복수개의 제1롤러(53)는, 제1내륜 궤도면(56)과 제1외륜 궤도면(59) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 스러스트 베어링용의 복수개의 제2롤러(54)는, 제2내륜 궤도면(57)과 제2외륜 궤도면(60) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 또한 레이디얼 베어링용의 복수개의 제3롤러(55)는, 제3내륜 궤도면(58)과 제3외륜 궤도면(61) 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있다. 또한 부하용량의 향상 및 스큐 대책을 위해서는, 풀 롤러형의 레이디얼 베어링으로 하는 것이 바람직하다.
여기에서 외륜(52)은, 제1외륜 궤도면(59)이 형성되어 있는 내측끝면을 구비한 제1단판(62)과, 제2외륜 궤도면(60)이 형성되어 있는 내측끝면을 구비한 제2단판(63)과, 제1단판(62)과 제2단판(63) 사이에 동축상태로 끼워져 있음과 아울러 제3외륜 궤도면(61)이 형성되어 있는 원형 내주면을 구비한 원통부재(64)의 3개의 부재로 구성되어 있다. 이들 3개의 부재는 복수개의 체결볼트(65)(도면에 있어서는 일점쇄선으로 나타내고 있다)에 의하여 서로 고정되어 있다. 또한 제1단판(62), 제2단판(63) 및 원통부재(64)의 외경치수는 동일하고, 제1단판(62)에 형성되어 있는 중심관통구멍(62b)의 지름은 제1강성 내치기어(31)의 내경보다 크고, 제2단판(63)에 형성되어 있는 중심관통구멍(63b)의 지름은 제1강성 내치기어(31)의 내경과 거의 동일하다.
다음에 제1내륜 궤도면(56)과 제1외륜 궤도면(59) 사이에는 스러스트 베어링용의 제1리테이너(66)가 삽입되어 있다. 제1리테이너(66)에는 원주방향을 따라 일정한 각도간격으로 롤러지지구멍(66a)이 형성되어 있으며, 제1롤러(53)가 각 롤러지지구멍 내에 전동 가능한 상태로 지지되어 있다. 마찬가지로 타방의 제2내륜 궤도면(57)과 제2외륜 궤도면(60) 사이에도 스러스트 베어링용의 제2리테이너(67)가 삽입되어 있으며, 여기에도 원주방향을 따라 일정한 각도간격으로 롤러지지구멍(67a)이 형성되어 있다. 각 롤러지지구멍(67a)에는, 제2롤러(54)가 전동 가능한 상태로 지지되어 있다. 또한 본 예에서는 전동체로서 원기둥모양의 롤러를 사용하고 있지만, 다른 형상의 전동체를 사용하는 것도 가능하다.
스러스트 베어링용의 제1리테이너(66) 및 제2리테이너(67)의 외주 가장자리끝에는, 직각으로 구부러져서 서로 접근하는 방향으로 연장되어 있는 레이디얼 베어링용의 제3리테이너 부분(66b, 67b)이 형성되어 있다. 이들의 리테이너 부분(66b, 67b)에 의하여 제3롤러(55)의 스러스트 방향(장치중심축선(30a)의 방향)의 위치가 규정되어 있다.
여기에서 제2강성 내치기어(32)는, 제1강성 내치기어(31)와 외륜(52)의 제2단판(63) 사이에 위치하고, 제2단판(63)에 체결볼트(도면에는 나타내지 않는다)에 의하여 체결고정되어 있다. 즉 제2단판(63)에 있어서의 내주 가장자리측의 부분은 바깥쪽으로 약간 단차(段差)가 부여되어 있는 단차부(63c)로 되어 있으며, 이 단차부(63c)의 내측끝면 부분에 제2강성 내치기어(32)가 체결고정되어 있다. 이 대신에 제2단판(63)의 내주 가장자리측의 부분에 제2강성 내치기어(32)를 일체로 형성하더라도 좋다. 환언하면 제2단판(63)과 제2강성 내치기어(32)를 단일부품으로 형성하더라도 좋다.
이렇게 구성한 플랫형의 파동기어장치(30)에서는, 제1강성 내치기어(31)와 가요성 외치기어(33)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링으로서, 한 쌍의 스러스트 베어링용의 제1, 제2롤러(53, 54)와, 레이디얼 베어링용의 제3롤러(55)를 구비한 3롤러 베어링인 복합 롤링 베어링(38)을 사용하고 있다. 복합 롤링 베어링(38)은 종래의 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)이나 앵귤러 베어링(angular bearing)에 비하여, 적은 설치공간으로 고강성을 실현할 수 있다. 또한 복합 롤링 베어링(38)의 내륜부분(51)은 제1강성 내치기어(31)와 일체화되어 단일부품이 되어 있으므로, 이들의 부재를 연결하기 위한 부착부(附着部)가 불필요하여 파동기어장치의 소형·컴팩트화에 유리하다. 따라서 고강성이고 편평한 플랫형의 파동기어장치(30)가 얻어진다.
(실크햇형(silk hat型)의 파동기어장치)
도4는 본 발명을 적용한 실크햇형의 파동기어장치를 나타내는 단면도이다. 파동기어장치(70)는, 원환모양의 강성 내치기어(71)와, 이 내측에 동축상태로 배치된 가요성 외치기어(72)와, 가요성 외치기어(72)를 비원형으로 휘어지게 하여 당해 가요성 외치기어(72)의 외치(73)를 강성 내치기어(71)의 내치(74)에 대하여 원주방향에 있어서 부분적으로 서로 맞물리게 함과 아울러 이들 양 기어(71, 72)의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킴으로써 양 기어(71, 72) 사이에 상대회전을 발생시키는 파동발생기(75)와, 강성 내치기어(71) 및 가요성 외치기어(72)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 복합 롤링 베어링(76)을 구비하고 있다.
여기에서 강성 내치기어(71)와 복합 롤링 베어링(76)은, 도1에 나타내는 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛(1)의 내치기어(2) 및 복합 롤링 베어링(3)과 동일한 구조로 되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 또한 도4에 있어서 도1의 각 부분에 대응하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
가요성 외치기어(72)는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부(72a)와, 이 원통부(72a)의 일단(一端)으로부터 반경방향의 외측으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램(diaphragm)(72b)과, 이 다이어프램(72b)의 외주 가장자리에 연속되어 있는 원환모양의 보스(boss)(72c)와, 원통부(72a)의 타단(他端)측의 외주면 부분에 형성되어 있는 외치(73)를 구비한 실크햇 형상의 것이다. 보스(72c)는, 복합 롤링 베어링(76)의 제1단판(22)에 고정되어 있다. 이 대신에 제1단판(22)의 일부로서 일체로 형성하더라도 좋다. 또한 제2단판(23)의 측면에 보스(72c)를 고정 혹은 일체로 형성하는 것도 물론 가능하다.
또한 본 예는 실크햇형의 파동기어장치의 예이지만, 본 발명은 컵형의 파동기어장치에 대하여도 마찬가지로 적용 가능하다. 컵형의 파동기어장치의 가요성 외치기어는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부와, 이 원통부의 일단으로부터 반경방향의 내측으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램과, 이 다이어프램의 내주 가장자리에 연속되어 있는 원반모양 혹은 원환모양의 보스와, 원통부의 타단측의 외주면 부분에 형성되어 있는 외치를 구비한 컵 형상의 것이다. 이 경우에도 보스를, 복합 롤링 베어링의 제1단판 및 제2단판 중의 일방(一方)의 단판에 고정하거나 또는 당해 단판의 일부로서 일체로 형성할 수 있다.
(기타의 실시형태)
상기의 각 예는 파동기어장치에 본 발명의 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 적용하였을 경우의 것이지만, 본 발명은 파동기어장치 이외의 기어식 감속기의 내치기어에 대하여도 마찬가지로 적용 가능하다. 예를 들면 유성기어감속기(遊星gear減速機)에 있어서의 내치기어로서 본 발명의 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛을 사용하여, 복합 롤링 베어링에 의하여 태양 기어(太陽gear) 혹은 유성 캐리어(遊星 carrier) 등을 내치기어에 대하여 상대회전이 가능한 상태로 지지할 수 있다. 이에 따라 고강성이고 편평한 유성기어감속기를 실현할 수 있다.
1 ; 복합 롤링 베어링부착 내치기어 유닛
1a, 30a ; 장치중심축선
2 ; 내치기어
3, 38 ; 복합 롤링 베어링
6, 46 ; 원형 외주면
7, 47 ; 원형 내주면
11, 51 ; 내륜부분
12, 52 ; 외륜
24, 64 ; 원통부재
25, 65 ; 체결볼트
30, 70 ; 파동기어장치
33, 72 ; 가요성 외치기어
37, 75 ; 파동발생기

Claims (11)

  1. 원환모양의 강성 내치기어(剛性 內齒gear)와,
    상기 강성 내치기어의 내측에 동축상태로 배치된 가요성 외치기어(可撓性 外齒gear)와,
    상기 가요성 외치기어를 비원형으로 휘어지게 하여 상기 가요성 외치기어의 외치(外齒)를 상기 강성 내치기어의 내치에 대하여 원주방향에 있어서 부분적으로 서로 맞물리게 함과 아울러, 이들 양 기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킴으로써 양 기어 사이에 상대회전(相對回轉)을 발생시키는 파동발생기(波動發生器)와,
    상기 강성 내치기어 및 상기 가요성 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 복합 롤링 베어링을
    구비하고,
    상기 강성 내치기어는, 그 회전중심축선의 방향으로부터 서로 대치하고 있음과 아울러 상기 회전중심축선과 직교하는 방향으로 연장되어 있는 제1끝면 및 제2끝면과, 상기 제1끝면 및 상기 제2끝면 사이에 위치하는 원형 외주면 및 원형 내주면을 구비하고, 상기 원형 내주면에 상기 내치가 형성되어 있고,
    상기 복합 롤링 베어링은, 상기 강성 내치기어와 일체로 형성되어 있는 내륜부분과, 외륜과, 상기 내륜부분 및 상기 외륜 사이에 전동 가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 제1전동체, 복수개의 제2전동체 및 복수개의 제3전동체를 구비하고 있고,
    상기 내륜부분은, 상기 강성 내치기어의 상기 제1끝면에 형성된 제1내륜 궤도면과, 상기 강성 내치기어의 상기 제2끝면에 형성된 제2내륜 궤도면과, 상기 강성 내치기어의 상기 원형 외주면에 형성된 제3내륜 궤도면을 구비하고 있고,
    상기 외륜은, 상기 제1내륜 궤도면과 대치하고 있는 제1외륜 궤도면과, 상기 제2내륜 궤도면과 대치하고 있는 제2외륜 궤도면과, 상기 제3내륜 궤도면과 대치하고 있는 제3외륜 궤도면을 구비하고 있고,
    상기 제1내륜 궤도면과 상기 제1외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제1전동체가 삽입되어 있고,
    상기 제2내륜 궤도면과 상기 제2외륜 궤도면 사이에는, 스러스트 베어링용의 상기 제2전동체가 삽입되어 있고,
    상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이에는, 레이디얼 베어링용의 상기 제3전동체가 삽입되어 있고,
    상기 외륜은, 상기 제1외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면(端面)을 구비한 제1단판(第1端板)과, 상기 제2외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면을 구비한 제2단판과, 상기 제1단판과 상기 제2단판 사이에 끼워져 있음과 아울러 상기 제3외륜 궤도면이 형성되어 있는 원형 내주면을 구비한 원통부재(圓筒部材)로 구성되어 있고,
    상기 제1전동체를, 전동 가능한 상태로 상기 제1내륜 궤도면과 상기 제1외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 스러스트 베어링용의 제1리테이너(第1retainer)와,
    상기 제2전동체를, 전동 가능한 상태로 상기 제2내륜 궤도면과 상기 제2외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 스러스트 베어링용의 제2리테이너와,
    상기 제1리테이너 및 상기 제2리테이너의 끝으로부터 상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이로 연장되고, 상기 제3전동체를 전동 가능한 상태로 상기 제3내륜 궤도면과 상기 제3외륜 궤도면 사이에 지지하고 있는 레이디얼 베어링용의 한 쌍의 제3리테이너 부분을 구비하고 있고,
    상기 제1, 제2 및 제3전동체는 원기둥모양의 롤러(roller)이고,
    상기 제3전동체는 풀 롤러형(full roller type)의 레이디얼 베어링을 구성하고 있고,
    상기 강성 내치기어와 상기 외륜의 상기 제2단판 사이에 배치되어 있는 제2강성 내치기어를 구비하고 있고,
    상기 가요성 외치기어는, 반경방향으로 휘어짐이 가능한 원통부의 원형 외주면을 따라 상기 외치가 형성되어 있는 원통형상의 것이고, 상기 강성 내치기어, 제2강성 내치기어의 내측에 동축상태로 배치되어 있고,
    상기 가요성 외치기어의 톱니수는, 상기 강성 내치기어의 톱니수보다 적고 또한 상기 제2강성 내치기어의 톱니수와 동일하고,
    상기 가요성 외치기어는 상기 파동발생기에 의하여 비원형으로 휘어져서 상기 강성 내치기어 및 상기 제2강성 내치기어에 대하여 부분적으로 맞물려 있고,
    상기 제2단판에 있어서의 상기 제2외륜 궤도면이 형성되어 있는 단면(端面)보다 반경방향의 내측의 부분은 상기 강성 내치기어로부터 떨어지는 방향으로 단차가 부여되어 있는 단차부로 되어 있고,
    상기 제2강성 내치기어는, 상기 제2외륜 궤도면 및 상기 제2리테이너의 반경방향의 내측으로서, 상기 강성 내치기어와 상기 제2단판의 상기 단차부의 내측끝면 부분과의 사이에 배치되고,
    상기 제2강성 내치기어는, 상기 단차부의 내측끝면 부분에 체결고정되거나 혹은 상기 내측끝면 부분에 있어서 상기 제2단판의 일부로서 일체로 형성되어 있는 복합 롤링 베어링부착 파동기어장치.
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