KR101855712B1 - 백래시 방지 싸이클로이드 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백래시 방지 싸이클로이드 감속기에 관한 것으로, 입력 샤프트의 외주면 상에 편심 회전가능하게 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 관통 내에 삽입되어 출력 샤프트에 출력 토크를 전달하는 탄성변형가능한 로우터 핀과, 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 치형돌기와 치합되는 탄성변형가능한 이너 핀을 수단으로 하여 백래시를 제거(방지)할 수 있다.
또한, 본 발명은 축선방향으로 배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터에 디스크형 부시를 배치하고 출력 샤프트에 디스크 스프링을 배치함으로써 스러스트 방향으로 예압을 부여할 수 있는 구조를 갖는다.

Description

백래시 방지 싸이클로이드 감속기 {Backlash-free cycloidal reducer}

본 발명은 백래시 방지 싸이클로이드 감속기에 관한 것이다.

산업용 로봇은 다수의 관절 자유도를 갖는 관절 구조에 액츄에이터 모터, 서보 모터 등을 통해 관절에 움직임을 제공하고 있다. 로봇의 관절은 서보 모터 등으로부터 고출력 토크를 얻기 위해 서보 모터의 출력단에 감속기를 설치하는 것이 일반적이다.

산업용 로봇은 감속을 위해서 하모닉 구동(harmonic drive)방식 또는 싸이클로이드 구동(cycloidal drive)방식을 채택하고 있는데, 예를 들면 특허문헌 1의 싸이클로이드 감속기는 싸이클로이드 디스크의 외치가 출력축의 내치와 맞물려 회전함에 따라 입력축의 회전력을 감속하여 출력축에 전달하는 구조를 통해 큰 토크의 전달이 가능하고 감속비가 크기 때문에 다양한 분야의 감속장비로서 사용되고 있지만, 특허문헌 1에 기술된 바와 같이 사이클로이드 치형기어의 병진운동에 따른 소음과 진동 및 백래시에 의한 위치 정밀도의 한계를 가지는 문제점을 노출하고 있다.

간략하게, 특허문헌 1에서는 서로 분리 제작된 제1 사이클로이드 디스크와 제2 사이클로이드 디스크 1쌍이 서로 대면하는 상태로 1조 1세트로 이루어지도록 구성되어 있으며, 각 디스크에 형성된 치형 간에 미소한 위상차를 제공하여 백래시를 저감하도록 작용한다고 기술되어 있다.

하지만, 제1 사이클로이드 디스크의 외치와 제2 사이클로이드 디스크의 외치는 출력부재의 내치와 부분적으로 치합되는 과정에서 기어의 회전을 돕기 위해 그 배면(背面)에 백래시(backlash)를 제공할 수밖에 없다.

당해분야의 숙련자들은 사이클로이드 디스크의 외주면에 형성된 외치와 치합되는 부분에 롤러(roller)를 배치하고 있지만, 이 또한 백래시와 같은 여유공간 없이는 롤러의 회전을 보장하지 못하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-1424739호

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 하우징 내에서 편심 회전하는 싸이클로이드 로우터의 외치와 치합되는 이너 핀, 또는 싸이클로이드 로우터의 관통공 내부에 배치된 로우터 핀을 탄성변형가능한 원통형 구조로 설계하여 구성부재 간에 백래시를 제거(방지)할 수 있는 감속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기는 입력 토크를 감속하는 감속부와 이 감속부를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부로 이루어지는데,

감속부는 입력 토크를 전달받는 입력 샤프트와; 입력 샤프트를 수용할 수 있는 중공형상의 하우징; 내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 다수의 관통공과 가장자리 둘레를 따라 형성된 치형돌기를 갖추고, 입력 샤프트의 외주면 상에 편심 회전가능하게 축선방향으로 적층되어 있는 하나 이상의 싸이클로이드 로우터; 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 치형돌기와 접촉가능하게 하우징의 내주면 둘레를 따라 배치되어 있는 다수의 탄성변형가능한 이너 핀; 및 축선방향으로 배치된 다수의 관통공 내에서 후단측을 향해 신장되어 있는 다수의 탄성변형가능한 로우터 핀;으로 이루어지고,

출력부는 중공형상의 본체와, 본체의 일면 중심부에서 후단측으로 길이연장된 중공형상의 저널, 및 탄성변형가능한 로우터 핀의 일단부를 수용하도록 본체의 전단측에 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈을 갖추고, 출력 토크를 외부로 전달하는 출력 샤프트와; 출력 샤프트를 수용할 수 있는 중공형상의 하우징 커버;로 이루어져 있다.

본 발명의 실시예에서, 탄성변형가능한 이너 핀은 편심 회전시 싸이클로이드 로우터의 치형돌기에 예압을 제공하여 이너 핀과 싸이클로리드 로우터의 치형돌기 간에 백래시를 방지할 수 있도록 내부에 중공부를 갖춘 원통형상부재로 이루어지는 한편 탄성변형가능한 로우터 핀은 편심 회전시 싸이클로이드 로우터의 관통공에 예압을 제공하여 로우터 핀과 싸이클로이드 로우터의 관통공 사이에 백래시를 방지할 수 있도록 내부에 중공부를 갖춘 원통형상부재로 이루어져 있다.

추가로, 본 발명은 탄성변형가능한 이너 핀의 하단부에서 길이방향으로 슬롯을 추가로 형성할 수 있으며, 탄성변형가능한 로우터 핀의 하단부에서 길이방향으로 슬롯을 추가로 형성할 수 있다.

본 발명은 출력 샤프트의 스러스트 하중에 대한 유격을 제거하기 위해 탄성력을 통해 예압을 제공할 수 있도록 본체와 저널의 교차지점에 디스크 스프링을 추가로 배치할 수 있다.

선택가능하기로, 디스크 스프링은 탄성력을 가진 소재로 제작될 수 있다.

바람직하기로, 중공형상의 하우징은 내부영역 중앙에 입력 샤프트의 관통을 허용하는 중심공을 갖춘 환형상 플레이트와; 환형상 플레이트 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽; 중심공의 가장자리 둘레에 형성된 단차부; 및 이너 핀을 축선방향으로 배치시키기 위해, 내주면 둘레를 따라 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈;을 구비할 수 있다.

바람직하기로, 중공형상의 하우징 커버는 내부영역 중앙에 출력 샤프트의 관통을 허용하는 중심공을 갖춘 환형상 플레이트와; 환형상 플레이트 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽; 및 중심공의 가장자리 둘레에 형성된 단차부;를 구비할 수 있다.

본 발명은 로우터 핀과 싸이클로이드 로우터의 관통공 사이에 마찰력을 감소시키기 위해 관통공 내주면 둘레에 튜브형 부시를 배치할 수 있다.

바람직하기로, 본 발명은 하나 이상의 싸이클로이드 로우터 사이에 디스형 부시를 개재할 수 있으며, 선택가능하기로 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 전단측과 후단측에 디스크형 부시를 추가로 배치할 수 있다.

여기서, 튜브형 부시와 디스크형 부시는 낮은 마찰계수를 갖는 합성수지로 제작될 수 있다.

디스크형 부시는 로우터 핀의 관통을 허용하는 삽통공을 추가로 형성할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 싸이클로이드 로우터와 접촉하는 이너 핀 및/또는 로우터 핀 사이에 백래시를 제거하여 우수한 위치결정 정밀도, 내구성, 토크 전달 능력을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명은 백래시 방지를 위해 별도의 구성부재 없이도 단순히 중공의 이너 핀 및/또는 로우터 핀의 탄성변형을 통해 구현될 수 있다.

본 발명은 스러스트 방향의 하중에 대한 구성부재들 간의 유격을 제거하고 예압을 부여하는 스프링 효과를 갖는 구조를 제공할 수 있다. 이는 고가의 롤러 베어링을 대신하여 저가의 볼 베어링을 채택할 수 있는 장점과 함께 구조적 안정화를 통해 저마찰 구동, 소음, 및 진동을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 백래시 방지 싸이클로이드 감속기를 후단측에서 바라본 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 백래시 방지 싸이클로이드 감속기를 전단측에서 바라본 분해 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A 선으로 절취한 백래시 방지 싸이클로이드 감속기의 단면도이다.
도 5는 출력 샤프트의 배열 상태를 확인할 수 있게 하우징 커버를 제거한 상태의 출력부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 싸이클로이드 로우터의 배열 상태를 확인할 수 있게 출력부를 제거한 상태의 감속기를 후단측에서 도시한 평면도이다.
도 7은 입력 샤프트 축상에 배치된 2개의 싸이클로이드 로우터의 결합 상태를 확인할 수 있도록 도시한 평면도로서, 도 6에 도시된 감속부에서 디스크형 부시와 하우징을 제거하였다.
도 8은 입력 샤프트 축상에 배치된 2개의 싸이클로이드 로우터의 결합 상태를 확인할 수 있는 측면도로서, 도 7에 도시된 감속부를 측면에서 바라본 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 감속부의 요부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 다양한 유형의 로우터 핀을 도해한 도면들이다.
도 11은 다양한 유형의 이너 핀을 도해한 도면들이다.
도 12는 본 발명의 탄성변형가능한 중공 타입의 로우터 핀과 종래의 솔리드 타입의 로우터 핀의 응력 분포도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 싸이클로이드 감속기는 싸이클로이드 로우터의 편심 회전운동에도 불구하고 백래시를 없애 위치결정 정밀도와 내구성의 향상을 기대할 수 있으며, 이로 인해 소음과 진동을 저감시킬 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 9를 참조로 하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기가 개략적으로 도해되어 있다.

당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 산업용 로봇은 동력 발생용 모터와 이 모터의 입력 토크를 감속하는 감속기를 필요로 한다. 본 발명은 모터, 예컨대 서보 모터의 입력 토크를 감속할 뿐만 아니라 앞서 기술된 바와 같이 백래시를 방지(혹은 저감)시킬 수 있는 감속기를 제안하는 것이다. 본 발명에 따른 감속기는 산업용 다관절 로봇에 국한되지 않고 다양한 산업 분야에 채용될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기는 축선방향을 따라 결합되어 있는 구동 장치(미도시)와 출력 장치(미도시) 사이에 동력전달 가능하게 결합될 수 있다. 구동 장치는 감속기의 전단측인 입력단에 배치되어 모터의 회전력을 통해 후단설비인 감속기의 중공형 입력 샤프트를 회전구동시킬 수있다. 출력 장치는 감속기의 후단측인 출력단에 배치되어 구동 장치의 모터 등의 입력 토크를 감속기 내에 배치된 싸이클로이드 로우터의 편심 회전을 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 출력 토크를 외부로 전달한다. 여기서, 전단측이라 함은 구동 장치의 입력 토크를 공급받아 중공형 입력 샤프트를 향해 방향 설정된 입력단을 의미하며, 이와 대응되게 후단측이라 함은 출력 토크를 외부로 전달하는 중공형 출력 샤프트를 향해 방향설정된 출력단을 의미한다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기는 모터 등의 구동 장치로부터 제공되는 입력 토크를 감속하는 감속부(1)와, 구동 장치의 입력 토크를 감속부(1)를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받고 출력 토크를 외부로 전달하는 출력부(2)로 구성되는데, 감속부(1)와 출력부(2)는 축선방향을 따라 결합되어 있다. 예컨대, 본 발명은 감속부(1)의 하우징(12)과 출력부(2)의 하우징 커버(22)를 나사체결 등의 다양한 결합방식으로 축선방향을 따라 일체로 결합할 수 있다.

감속부(1)는 모터의 입력 토크를 전달받는 중공형 입력 샤프트(11)와, 이 입력 샤프트(11)를 둘러싸는 중공형상의 하우징(12), 입력 샤프트(11)의 외주면에 결합된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14;cycloid rotor), 싸이클로이드 로우터(13,14)의 외주면 둘레에 형성된 치형돌기와 치합되도록 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 배치된 다수의 이너 핀(15;inner pin), 및 축선방향으로 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)의 내부영역에 배치되어 외부로 감속 토크를 전달하는 로우터 핀(16;rotor pin)으로 이루어진다.

하우징(12)은 후단측을 개방한 중공의 원통형상 혹은 컵형상으로 형성되는데, 내부영역 중앙에 중심공(123)을 갖춘 환형상 플레이트(121)와 이 환형상 플레이트(121) 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽(122)으로 구성된다. 중심공(123)은 중공형 입력 샤프트(11)의 전단측을 회전가능하게 수용할 수 있는 크기와 형상으로 형성되되, 하우징(12)의 중심공(123)과 중공형 입력 샤프트(11) 사이에 제1 베어링(B1)을 개재할 수 있다. 덧붙여서, 하우징(12)은 이의 내주면 둘레를 따라 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈(125)을 배치하고, 수용홈(125) 내에 이너 핀(15)을 축선방향을 따라 위치시킬 수 있다.

중심공(123)은 중공형 입력 샤프트(11) 전단측의 관통을 허용할 수 있는 크기와 형상으로 형성되되, 중심공(123)의 가장자리에 인접해 있는 환형상 플레이트(121)의 내부면에 단차부(124)를 형성하고 있다. 단차부(124)는 환형상 플레이트(21)의 내부면에 제1 베어링(B1)의 안착을 돕는다.

싸이클로이드 로우터(13,14)는 입력 샤프트(11)의 외주면에 형성된 하나 이상의 단차면(참조부호 없음)에 배치되되, 바람직하기로 싸이클로이드 로우터(13,14)의 중앙 삽입공(131,141)과 입력 샤프트(11)의 외주면 사이에 제2 및 제3 베어링(B2,B3)을 개재할 수 있다. 싸이클로이드 로우터(13,14)는 베어링(B2,B3)을 수단으로 하여 입력 샤프트의 외주면에 형성된 단차면 상에 안정적으로 지지될 수 있을 것이다. 여기서, 하나 이상의 단차면은 앞서 기술된 바와 같이 중공형 입력 샤프트(11)의 외주면에 형성되되 그 축중심에 대하여 편심되어 있다.

도시된 바와 같이, 싸이클로이드 로우터(13)는 편평한 디스크 형상으로 형성되는데, 내부영역 중심에 입력 샤프트의 외주면(구체적으로, 단차면) 둘레에 끼워 넣어지는 중앙 삽입공(131)과, 내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 하나 이상의 관통공(136), 및 이의 가장자리 둘레를 따라 연속적으로 배치된 치형돌기(135)를 구비한다.

싸이클로이드 로우터(14)는 편평한 디스크 형상을 갖추고 싸이클로이드 로우터(13)와 평행하게 배열되어 입력 샤프트(11)의 축선방향을 따라 배치될 수 있는데, 내부영역 중심에 입력 샤프트의 외주면(구체적으로, 단차면) 둘레에 끼워 넣어지는 중앙 삽입공(141)과, 내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 하나 이상의 관통공(146), 및 이의 가장자리 둘레를 따라 연속적으로 배치된 치형돌기(145)를 구비한다. 싸이클로이드 로우터(14)는 싸이클로이드 로우터(13)와 동일한 형상 및/또는 동일한 크기로 형성될 수 있다.

참고로, 싸이클로이드 로우터(13,14)는 만곡형상의 라운딩 치형돌기(135,145)를 갖춰 이너 핀(15)과 구름 접촉하는 과정에서 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 마찰을 최소화한다.

본 발명은 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 마찰을 최소화하기 위해 싸이클로이드 로우터(13,14) 가장자리 둘레에 이너 핀(15)을 배치하여, 이너 핀(15)과 싸이클로이드 로우터의 치형돌기(135,145)를 구름 접촉되게 한다.

이너 핀(15)은 중공형상의 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 형성된 수용홈(125) 내에 안착되는 한편 하우징(12)의 개방 후단측 가장자리 내주면 둘레에 배치된 환형상 커버(19)로 덮혀져 위치고정된다. 이너 핀(15)은 도시된 바와 같이 싸이클로이드 로우터(13,14) 가장자리 둘레의 치형돌기(135,145)와 치합되도록 배치하여, 입력측 스러스트 하중을 효과적으로 지지하는 한편 싸이클로이드 로우터(13,14)의 편심 회전이 가능하도록 지지할 수 있다.

특별하기로, 이너 핀(15)은 내부에 중공부(151)를 갖춘 원통형상부재로서, 탄성변형가능한 재질로 제작될 수 있다. 즉 이너 핀(15)은 속이 비어 있는 원통형 구조를 갖추고 있기 때문에, 이너 핀은 싸이클로이드 로우터(13,14)의 치형돌기와 맞물려지는 경우에 싸이클로이드 로우터(13,14)의 치형돌기의 형상과 대응되게 이너 핀의 형상을 변형시킬 수 있다. 이는 이너 핀(15)과 싸이크로이드 로우터의 치형돌기(135,145) 사이의 백래시를 없앨 수 있게 한다.

감속부(1)는 앞서 기술하였듯이 입력된 토크를 감속시켜 고출력 토크로 변환하는 감속 토크를 생성하며, 모터와 연결되어 입력 토크를 전달받고 이를 다시 출력부(2)로 전달하는 입력 샤프트(11)를 구비하는데, 입력 샤프트(11)의 축선방향을 따라 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)를 배치할 수 있다.

감속부(1)는 싸이클로이드 로우터(13,14)를 편심 회전시켜 정해진 감속비에 따라 회전 속도를 줄일 수 있는 구조로 이루어지 있다. 통상적으로, 싸이클로이드 로우터가 편심 회전하면서 진동을 유발하게 되는데, 이러한 진동을 억제할 수 있도록 하나 이상의 로우터, 바람직하기로는 2개의 싸이클로이드 로우터(13,14)를 축선방향으로 배치한다.

싸이클로이드 로우터(13,14)는 이의 내부영역에 원주방향으로 등간격으로 이격배치된 관통공(136,146) 내에서 다수의 로우터 핀(16)을 후단측을 향해 신장되도록 삽입배치한다. 다수의 로우터 핀(16)은 도시된 바와 같이 축선방향으로 적층되어 있는 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)의 위치선정을 돕는 한편 출력 샤프트(21)의 수용홈(212)에 결합된다. 싸이클로이드 로우터(13,14)의 편심 회전이 축선방향으로 일렬로 배열된 관통공(136,146) 내에 배치된 각각의 로우터 핀(16)을 싸이클로이드 회전방향으로 강제로 회전시키면서 감속비에 따라 입력 샤프트의 입력 토크를 출력 샤프트에 축결합되어 출력 토크로 전달되게 회전시킨다.

관통공(136,146)은 로우터 핀(16)의 크기보다 큰 직경을 갖도록 한다. 관통공(136,146)은 싸이클로이드 로우터(13,14)의 편심 회전을 보장할 수 있게 로우터 핀(16)의 외형보다 큰 크기로 형성될 수 있어야 할 것이다. 선택가능하기로, 관통공(136,146)은 원형 단면의 중공부로 형성될 수 있다. 관통공이 원통형상의 로우터 핀(16)과 대응되는 형상으로 형성되어, 로우터 핀(16)이 관통공(136,146)의 내주면과 접촉하면서 회동할 수 있게 한다. 또한, 관통공의 내주면과 원통형상의 로우터 핀의 외주면이 대응되는 형상으로 이루어져 있기 때문에, 회동시 관통공과 로우터 핀의 마모를 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 로우터 핀(16)을 내부에 중공부(161;도 10 참조)를 갖춘 원통형상부재로 형성하는데, 바람직하기로는 탄성변형가능한 재질로 제작할 수 있다. 즉 로우터 핀(16)은 속이 비어 있는 원통형 구조를 갖추고 있기 때문에, 로우터 핀은 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 관통공(136,146)의 내주면과 접촉되면서 관통공(136,146)의 내경 형상과 대응되게 로우터 핀의 형상을 변형시킬 수 있다. 이는 로우터 핀(16)과 싸이클로이드 로우터의 관통공(136,146) 사이의 응력 완화 뿐만 아니라 백래시를 없앨 수 있게 한다. 싸이클로이드 로우터의 관통공 내에 배치된 로우터 핀의 변형 상태는 도 12을 참조하여 더욱 상세히 설명할 것이다.

덧붙여서, 본 발명은 편심 회전시 싸이클로이드 로우터(13,14)의 관통공(136,146) 내주면과 로우터 핀(16) 간의 마찰력을 저감시키기 위해 관통공(136,146) 내주면 둘레에 튜브(tube)형 부시(17)를 배치한다. 튜브형 부시(17;bush)는 낮은 마찰계수를 갖는 합성수지, 예컨대 테프론으로 제작될 수 있다. 튜브형 부시(17)는 전술된 바와 같이 저마찰 회전을 가능하게 할 뿐만 아니라 로우터 핀과 관통공의 접촉시 소음 및 진동을 저감시킬 수도 있다.

본 발명에서, 중공형 입력 샤프트(11)는 축선방향으로 적층배열된 2개의 싸이클로이드 로우터(13,14) 사이에 디스크형 부시(18)를 개재한다. 디스형 부시(18)는 스러스트 방향으로 예압을 부여하여 2개의 싸이클로이드 로우터(13,14) 사이에 유격(裕隔)을 제거할 수 있도록 한다. 바람직하기로, 디스크형 부시(18)는 낮은 마찰계수를 갖는 합성수지, 예컨대 테프론으로 제작될 수 있다. 디스크형 부시(18)는 싸이클로이드 로우터 상에 양면테이프, 접착제 등의 다양한 방식으로 위치고정될 수 있다.

디스크형 부시(18)는 싸이클로이드 로우터(13,14) 사이에만 국한되게 배치되지 않고, 인접 구성부재와의 유격 현상을 제거하고 저마찰 상태로 인접될 수 있도록 다양한 부위에 배치될 수 있다. 예컨대, 디스형 부시(18)는 하우징(12)의 환형상 플레이트(121) 내측면과 싸이클로이드 로우터(14) 사이의 접촉 부위인 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 전단측에, 그리고 하우징 커버(22)의 환형상 플레이트(221) 내측면과 싸이클로 로우터(13) 사이의 접촉 부위인 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 로우터의 후단측에도 선택적으로 배치가능하다.

선택가능하기로, 디스크형 부시(18)는 2개의 싸이클로이드 로우터(13,14)의 관통공(136,146)에 수용된 로우터 핀(16)의 관통을 허용할 수 있도록 관통공(136,146)에 대응되게 삽통공(186)을 형성할 수도 있다.

출력부(2)는 감속부(1)의 싸이클로이드 로우터(13,14)로부터 전달받은 토크를 외부로 전달하는 중공형 출력 샤프트(21)와, 이 출력 샤프트(21)를 둘러싸는 중공형상의 하우징 커버(22), 출력 샤프트(21)의 외주면 둘레에 배치된 제5 베어링(B5), 출력 샤프트(21)의 저널(213) 외주면 둘레에 배치된 제6 베어링(B6), 및 하우징 커버(22)를 향해 제6 베어링(B6)을 축선방향으로 예압(preload)을 부여하는 디스크 스프링(23)으로 이루어져 있다.

중공형 출력 샤프트(21)는 중공형 혹은 원통형상의 본체(211;body)와 이 본체(211)의 일면 중심부에서 외부방향(후단측)으로 길이연장된 중공형 혹은 원통형상의 저널(213;journal) 및 본체(211)의 타면(전단측)에 로우터 핀(16)의 일단부를 수용하는 다수의 수용홈(212)을 구비한다. 다수의 수용홈(212)은 본체(211)의 타면에 원주방향으로 등간격으로 이격배치될 수 있다.

하우징 커버(22)는 싸이클로이드 로우터의 수용공간을 형성하는 하우징(12)의 후단측 개방부를 덮어씌울 수 있도록 전단측을 개방한 중공의 원통형상 혹은 컵형상의 구성부재로서, 전술된 바와 같이 출력 샤프트(21)를 수용할 수 있는 형상으로 형성되어 있다. 하우징 커버(22)는 내부영역 중앙에 중심공(223)을 갖춘 환형상 플레이트(221)와 이 환형상 플레이트(221) 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽(222)으로 구성된다. 중심공(223)은 중공형 출력 샤프트(21)의 저널(213)의 관통을 허용할 수 있는 크기와 형상으로 형성되되, 중심공(223)의 가장자리에 인접해 있는 환형상 플레이트(221)의 내부면에 단차부(224)를 형성하고 있다. 단차부(224)는 환형상 플레이트(221)의 내부면에 제6 베어링(B6)의 안착을 돕는다.

제6 베어링(B6)은 출력 샤프트(21)의 저널(213)을 축 지지하기 위해 볼 베어링을 채용할 수 있으며, 이에 국한되지 않고 다양한 유형의 베어링으로 대체가능하다. 출력부(2)는 스러스트(thrust) 방향의 하중에 의해 제6 베어링(B6)과 환형상 플레이트(222), 더욱 구체적으로 환형상 플레이트의 단차부(224) 간에 유격을 제거하기 위해 출력 샤프트(21)의 본체(211)와 저널의 교차지점에 디스크 스프링(23)을 배치한다. 디스크 스프링(23)은 제6 베어링(B6)을 후단측, 다시 말하자면 축선방향으로 예압을 가하여 출력 샤프트(21) 회전시 마모, 소음, 진동 등을 미연에 방지할 수 있다. 디스크 스프링(23)은 도시된 바와 같이 링(ring)형상으로 형성되어 제6 베어링(B6)의 내륜 부위와 접촉될 수 있도록 한다. 디스크 스프링(23)은 예컨대 우레탄 소재, 합성수지 등으로 제작될 수 있으며, 탄성력을 갖춰 스프링 효과를 제공할 수 있는 어떠한 소재라도 무방할 것이다.

도 10은 탄성변형가능한 로우터 핀의 다양한 실례들을 도해한 도면이다.

로우터 핀(16)은 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 관통공(136,146)과의 접촉으로 가해지는 외력에 위해 탄성변형가능한 구조를 제공할 수 있는 중공부를 갖춘 원통형상부재이다. 로우터 핀(16)의 상단부는 출력 샤프트(21)의 수용홈(212)에 축결합되고, 로우터 핀(16)의 하단부는 싸이클로이드 로우터(13,14)의 관통공(136,146) 내에 배치된다(도 4 참조).

도 10(a)는 내부에 중공부(161)를 구비하고 상부를 폐쇄한 원통형상의 로우터 핀(16)을 도해하고 있으며, 중공부(161)에 의해 외력이 가해지면 용이하게 탄성변형을 제공할 수 있다.

도 10(b)는 내부에 중공부(161)를 구비하고 상부를 폐쇄한 원통형상의 로우터 핀(16')을 도해하고 있으며, 측면의 하단부에서 길이방향으로 슬롯(162)을 추가로 구비한다. 외력이 가해지면, 로우터 핀(16')은 중공부(161)에 의해 보다 용이하게 탄성변형을 가능하게 한다.

도 10(c)는 내부에 중공부(161)를 구비한 관형상의 로우터 핀(16")을 도해하고 있으며, 중공부(161)에 의해 외력이 가해지면 용이하게 탄성변형을 제공할 수 있다.

도 10(d)는 내부에 중공부(161)를 구비하고 측면의 하단부에서 길이방향을 따라 상단부까지 슬롯(162)을 추가로 구비한다. 외력이 가해지면, 로우터 핀(16＇＂)은 종공부(161)에 의해 보다 용이하게 탄성변형을 가능하게 한다.

도 11은 탄성변형가능한 이너 핀의 다양한 실례들을 도해한 도면이다.

이너 핀(15)은 싸이클로이드 로우터의 편심 회전시 치형돌기(135,145)와의 접촉으로 가해지는 외력에 위해 탄성변형가능한 구조를 제공할 수 있는 중공부를 갖춘 원통형상부재이다. 이너 핀(15)의 상단부는 환형상 커버(19)로 위치고정되고, 이너 핀(15)의 하단부는 하우징(12)의 내주면에 형성된 수용홈(125) 내에 배치된다(도 2 참조).

도 11(a)는 내부에 중공부(151)를 구비한 관형상의 이너 핀(15)을 도해하고 있으며, 중공부(151)에 의해 외력이 가해지면 용이하게 탄성변형을 제공할 수 있다.

도 11(b)는 내부에 중공부(161)를 구비하고 측면의 하단부에서 길이방향을 따라 상단부까지 슬롯(152)을 추가로 구비한다. 외력이 가해지면, 이너 핀(15＇)은 종공부(151)에 의해 보다 용이하게 탄성변형을 가능하게 한다.

도 11(c)는 내부에 중공부(151)를 구비하고 상부를 폐쇄한 원통형상의 이너 핀(15＂)을 도해하고 있으며, 중공부(151)에 의해 외력이 가해지면 용이하게 탄성변형을 제공할 수 있다.

도 11(d)는 내부에 중공부(151)를 구비하고 상부를 폐쇄한 원통형상의 이너 핀(15＇＂)을 도해하고 있으며, 측면의 하단부에서 길이방향으로 슬롯(152)을 추가로 구비한다. 외력이 가해지면, 이너 핀(15＇＂)은 중공부(151)에 의해 보다 용이하게 탄성변형을 가능하게 한다.

도 12는 싸이클로이드 로우터의 관통공(136,146)과 로우터 핀 간의 접촉 부위에 따른 응력 분포도로서, 도 12(a)는 본 발명의 탄성변형가능한 중공(hollow) 타입의 로우터 핀의 응력 분포도이며 도 12(b)는 종래기술에 따른 솔리드(solid) 타입의 로우터 핀의 응력 분포도이다. 이번 실험은 관통공의 내주면에 튜브형 부시를 제거한 상태로 실시하였다.

도 12(a)는 전술된 바와 같이 탄성변형가능하게 중공(속이 비어 있는) 타입의 로우터 핀이 유격없이 축선방향으로 적층배열된 2개의 싸이클로이드 로우터에 형성된 관통공(136,146)에 삽입된 상태 하에서 부품간의 접촉 부위에서 응력 분포를 도해하고 있다. 도시된 바와 같이, 로우터 핀(16)은 관통공(136,146)의 접촉 내주면과 동일한 형상으로 탄성변형되어 로우터 핀과 관통공 간에 백래시 제거를 가능하게 할 뿐만 아니라 응력이 분산되어 상호 간의 원활한 회전을 보장할 수 있다.

도 12(b)는 솔리드(속이 꽉 차 있는) 타입의 로우터 핀이 유격없이 축선방향으로 적층배열된 2개의 싸이클로이드 로우터에 형성된 관통공(136,146)에 삽입된 상태 하에서 부품간의 접촉 부위에서 응력 분포를 도해하고 있다(0.1mm의 +오차 부여). 도시된 바와 같이, 로우터 핀은 관통공(136,146) 내부에 억지끼움방식으로 배치되어 로우터 핀과 관통공 간에 백래시 제거를 달성할 수 있지만, 접촉부위에 응력집중이 있고 상당한 마찰력이 발생하여 상호 간의 회전이 원활하지 않아 소음과 진동이 수반될 수밖에 없다.

덧붙여서, 본 발명의 이너 핀도 싸이클로이드 로우터의 치형돌기와 맞물리는 동안에 백래시 방지할 수 있도록 탄성변형가능한 구조를 채택하고 있으며, 전술된 중공타입의 로우터 핀과 유사한 구조를 갖추고 있어 치형돌기와 접촉시 응력 분산을 기대할 수 있다.

이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 ----- 감속부,
11 ----- 입력 샤프트,
12 ----- 하우징,
13, 14 ----- 싸이클로이드 로우터,
15 ----- 이너 핀,
16 ----- 로우터 핀,
17 ----- 튜브형 부시,
18 ----- 디스크형 부시,
2 ----- 출력부,
21 ----- 출력 샤프트,
22 ----- 하우징 커버,
B1, B2, B3, B4, B5, B6 ----- 베어링.

Claims (11)

1. 입력 토크를 감속하는 감속부(1)와 상기 감속부(1)를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부(2)를 구비한 싸이클로이드 감속기에 있어서,
   상기 감속부(1)는,
   입력 토크를 전달받는 입력 샤프트(11)와;
   상기 입력 샤프트(11)를 수용할 수 있는 중공형상의 하우징(12);
   내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 다수의 관통공(136,146)과 가장자리 둘레를 따라 형성된 치형돌기(135,145)를 갖추고, 상기 입력 샤프트(11)의 외주면 상에 편심 회전가능하게 축선방향으로 적층배열되어 있는 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14);
   상기 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)의 치형돌기(135,145)와 접촉가능하게 상기 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 배치되어 있는 다수의 이너 핀(15;inner pin); 및
   축선방향으로 배치된 상기 다수의 관통공(136,146) 내에서 후단측을 향해 신장되어 있는 다수의 탄성변형가능한 로우터 핀(16;rotor pin);을 포함하여 구성되며,
   상기 탄성변형가능한 로우터 핀(16)은 내부에 중공부(161)를 갖춘 원통형상부재로 이루어져 있으며,
   상기 이너 핀(15)은 탄성변형가능하며 내부에 중공부(151)를 갖춘 원통형상부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 핀(15)은 하단부에서 길이방향으로 슬롯(152)을 추가로 형성하고,
   상기 로우터 핀(16)은 하단부에서 길이방향으로 슬롯(162)을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력부(2)는,
   중공형상의 본체(211)와, 상기 본체(211)의 일면 중심부에서 후단측으로 길이연장된 중공형상의 저널(213), 및 상기 탄성변형가능한 로우터 핀(16)의 일단부를 수용하도록 상기 본체(211)의 전단측에 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈(212)을 갖추고, 출력 토크를 외부로 전달하는 출력 샤프트(21)와;
   상기 출력 샤프트(21)를 수용할 수 있는 중공형상의 하우징 커버(22);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 출력 샤프트(21)는 상기 본체(211)와 상기 저널(213)의 교차지점에 디스크 스프링(23)을 추가로 배치하며,
   상기 디스크 스프링(23)은 탄성력을 가진 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 중공형상의 하우징(12)은,
   내부영역 중앙에 상기 입력 샤프트(11)의 관통을 허용하는 중심공(123)을 갖춘 환형상 플레이트(121)와;
   상기 환형상 플레이트(121) 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽(122);
   상기 중심공(123)의 가장자리 둘레에 형성된 단차부(124); 및
   상기 이너 핀(15)을 축선방향으로 배치시키기 위해, 내주면 둘레를 따라 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈(125);을 구비하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 중공형상의 하우징 커버(22)는,
   내부영역 중앙에 상기 출력 샤프트(21)의 관통을 허용하는 중심공(223)을 갖춘 환형상 플레이트(221)와;
   상기 환형상 플레이트(221) 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽(222); 및
   상기 중심공(223)의 가장자리 둘레에 형성된 단차부(224);를 구비하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)는 상기 관통공(136,146) 내주면 둘레에 튜브형 부시(17)를 배치하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 감속부(1)는 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14) 사이에 디스크형 부시(18)를 개재하고,
   상기 감속부(1)는 적층배열된 상기 하나 이상의 싸이클로이드 로우터(13,14)의 전단측과 후단측에 디스크형 부시(18)를 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 튜브형 부시(17)는 낮은 마찰계수를 갖는 합성수지로 제작될 수 있는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 디스크형 부시(18)는 상기 로우터 핀(16)의 관통을 허용하는 삽통공(186)을 형성하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.

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