KR101933435B1 - 파동기어장치의 윤활방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 파동기어장치(1)의 외치기어(3)와 내치기어(2)의 톱니부를 제외한 윤활대상의 접촉부(B, C)의 각각은, 층상의 결정구조를 가지는 무기계의 윤활성 분체에 의해 윤활된다. 윤활성 분체는, 파동기어장치(1)의 운전 시에 각 접촉부(B, C)의 접촉면의 사이에서 뭉개져, 접촉면으로 이동하면서 부착되어 얇은 표면막을 형성한다. 또한 얇게 압연되어 더 세분화되어서, 접촉면 내에 진입하기 쉬운 형상으로 변화된다. 형상이 변화된 미세한 분말과 표면막에 의하여, 접촉부의 윤활이 유지된다. 미세한 분말, 표면막도 점성이 없다. 윤활제로서 그리스, 오일을 사용하는 경우에 비하여, 저부하 영역, 고속회전 영역에서의 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.

Description

파동기어장치의 윤활방법{METHOD FOR LUBRICATING STRAIN WAVE GEARING}

본 발명은, 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것으로서, 특히 윤활성 분체(潤滑性 粉體)를 사용한 파동기어장치의 윤활방법(潤滑方法)에 관한 것이다.

파동기어장치의 대부분은 오일(oil) 및 그리스(grease)로 윤활하고 있다. 특허문헌1에 개시된 파동기어장치에서는, 그리스 저장조(grease 貯藏槽)로부터 윤활이 필요한 부분으로 그리스를 공급하는 기구를 구비하고 있다. 특허문헌2에 기재되어 있는 파동기어장치에서는, 컵 형상(cup 形狀)의 외치기어(外齒gear)의 내부에, 외치기어와 일체로 회전하는 오일탱크(oil tank)를 배치하고, 원심력을 이용하여 오일탱크로부터 윤활이 필요한 부분으로 오일을 공급하고 있다. 특허문헌3에 개시된 동력전달장치에 있어서는, 슬라이딩 부재(sliding 部材) 간의 마찰·마모(摩擦·磨耗)를 감소시키기 위하여, 슬라이딩 면(sliding 面)을 소정의 표면조도(表面粗度)의 면(面)으로 하고, 당해 면을 탄소계 피막(炭素系 皮膜)으로 덮고, 또한 탄소계 피막으로 덮인 슬라이딩 면의 사이를 그리스로 윤활하고 있다.

: 일본국 공개특허 특개2013-92217호 공보 : 일본국 공개특허 특개2011-64304호 공보 : 일본국 공개특허 특개2009-41747호 공보

파동기어장치는 일반적으로 감속기로서 사용되고, 파동발생기(波動發生器)는 모터 등에 의해 고속회전한다. 파동발생기에 있어서의 외치기어와의 접촉부분, 및 파동발생기 내부의 접촉부분을 오일 혹은 그리스로 윤활하면, 고속회전하는 파동발생기에 의한 점성저항(粘性抵抗)의 로스(loss)가 커지게 된다. 이 때문에, 파동기어장치에 있어서의 저부하 영역, 고속회전 영역에서의 효율이 감소한다.

본 발명의 과제는, 윤활제로서 그리스 혹은 오일을 사용하는 경우에 비하여, 저부하 영역, 고속회전 영역에서의 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 파동기어장치의 윤활방법을 제안하는 것에 있다.

또한 본 발명의 과제는, 윤활제로서 그리스 혹은 오일을 사용하는 경우에 비하여, 저부하 영역 및 고속회전 영역에서의 효율을 대폭적으로 향상시킬 수 있는 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 파동기어장치의 윤활방법은, 파동기어장치에 있어서의 외치기어 및 내치기어의 톱니부를 제외한 윤활대상의 접촉부의 각각을, 층상의 결정구조를 가지며 소정의 입경 및 소정의 경도의 무기계의 윤활성 분체를 사용하여 윤활 하는것을 특징으로 하고 있다.

파동발생기에 있어서의 다른 부재와의 접촉부, 및 그 내부의 접촉부를 덮는 상태로 충전한 윤활성 분체는, 층상의 결정구조를 구비하고 있고, 각 층면을 따라 미끄러지는 구조의 고체 윤활제이다. 윤활성 분체는, 파동기어장치의 운전 시에, 각 접촉면의 사이에서 뭉개져, 접촉부를 형성하고 있는 쌍방의 접촉면으로 이동하면서 부착되어 얇은 표면막을 형성한다. 또한 얇게 압연되어 더 세분화되어서, 접촉부의 내부(접촉면의 사이)에 진입하기 쉬운 형상으로 변화된다.

이렇게 형상이 변화된 미세한 분말과, 쌍방의 접촉면에 형성된 얇은 표면막에 의하여, 접촉부의 윤활이 유지된다. 또한 접촉면으로 이동하면서 부착된 얇은 표면막 및 압연되어 세분화된 미세한 분말도 점성이 없기 때문에, 파동기어장치의 저부하 영역 및 고속회전 영역에서의 고효율을 실현할 수 있다. 또한 이와 같이 운전조건에 의한 효율변화가 적어지기 때문에, 파동기어장치의 제어성도 향상한다.

소정의 윤활효과가 얻어지고, 파동발생기의 스무드(smooth)한 회전을 실현하기 위하여는, 윤활성 분체로서 평균입경이 15μm 이하인 미소분체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 윤활성 분체는 모스경도(Mohs hardness)가 1.5 이하인 부드러운 분체인 것이 바람직하다.

특히 파동기어장치의 운전 초기부터, 윤활효과가 발휘되고, 파동발생기의 스무드한 회전을 실현하기 위하여서는, 윤활성 분체를 압연하여 인편상(鱗片狀)으로 깨뜨려서 얻어지는 미세한 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

층상의 결정구조를 가지는 윤활성 분체로서는, 2황화 몰리브덴, 2황화 텅스텐, 그래파이트, 질화 붕소 중의 어느 하나를 사용할 수 있다. 2황화 몰리브덴, 그래파이트는 육방정(六方晶)이라는 층상의 결정구조를 가지고, 질화 붕소는 인편상의 결정구조를 가진다. 또 이들 중의 2종류 이상의 윤활성 분체를 조합시켜서 사용하는 것도 가능하다.

다음에, 본 발명의 파동기어장치는, 강성의 내치기어, 상기 내치기어의 내측에 동축(同軸)으로 배치된 가요성의 외치기어, 및 상기 외치기어의 내측에 동축으로 장착되고 상기 외치기어를 비원형으로 휘어지게 하여 상기 내치기어에 맞물리게 하고 이들 양 기어의 맞물림 위치를 둘레방향으로 이동시키는 파동발생기를 구비하고, 상기 외치기어의 내측 및 상기 파동발생기의 내부에는 상기의 윤활성 분체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 또 내치기어와 외치기어의 톱니부에는 오일 윤활제 혹은 그리스 윤활제가 도포 혹은 충전된다.

도1은, 파동기어장치의 일례를 나타내는 개략적인 종단면도 및 개략적인 정면도이다.
도2는, 분체 윤활과 그리스 윤활의 경우의 감속기 효율의 비교결과를 나타내는 그래프이다.
도3은, 운전 후에 미세한 분말상태로 된 윤활성 미소분체를 나타내는 현미경 사진이다.
도4는, 압연하여 얇은 인편상으로 된 윤활성 미소분체를 나타내는 현미경 사진이다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 파동기어장치(波動gear裝置)의 윤활방법(潤滑方法)을 설명한다.

도1(a), (b)는, 본 발명을 적용할 수 있는 파동기어장치의 일례를 나타내는 개략적인 종단면도 및 개략적인 정면도이다. 파동기어장치(1)는 컵형(cup型)이라고 불리고, 원환모양의 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(2)와, 컵 형상(cup 形狀)을 한 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)(3)와, 타원모양 윤곽의 파동발생기(波動發生器)(4)를 구비하고 있다. 외치기어(3)는 내치기어(2)의 내측에 동축(同軸)으로 배치되어 있다. 파동발생기(4)는, 외치기어(3)에 있어서의 원통모양의 외치 형성부분(外齒 形成部分)(3a)의 내측에 장착되어 있다. 파동발생기(4)에 의해 타원모양으로 휘어진 외치 형성부분(3a)의 외주(外周)에 형성되어 있는 외치는, 타원형상의 장축(L)의 양단(兩端)의 위치에 있어서 내치기어(2)의 내치에 맞물려 있다.

파동기어장치(1)를 감속기로서 사용하는 경우에는, 파동발생기(4)가 도면에 나타내지 않은 모터 등에 의해 고속회전한다. 예를 들면 내치기어(2)가 도면에 나타내지 않은 케이싱(casing) 등에 고정되고, 외치기어(3)가 감속회전한다. 감속회전이, 외치기어(3)에 형성되어 있는 강성의 보스(boss)(3b)에 동축으로 연결되는 도면에 나타내지 않은 출력축으로 나온다.

파동기어장치(1)의 주요한 윤활부분(潤滑部分)은, 내치기어(2) 및 외치기어(3)의 사이의 접촉부(톱니부)(A), 외치기어(3)의 외치 형성부분(3a)의 내주면과 파동발생기(4)의 외주면(外周面)의 접촉부(B), 및 파동발생기(4)의 내부의 접촉부(C)이다. 파동발생기(4)의 내부의 접촉부(C)는, 웨이브 플러그(wave plug)(4a)와 웨이브 베어링(wave bearing)(4b)의 사이의 접촉부분, 웨이브 베어링(4b)의 구성부품의 사이의 접촉부분 등이다. 이들 중에서, 접촉부(톱니부)(A)에 대하여는 일반적으로 이루어지는 오일 윤활(oil 潤滑) 혹은 그리스 윤활(grease 潤滑)을 한다.

이에 대하여, 접촉부(B) 및 접촉부(C)에 대하여는 미소분체(微小粉體) 윤활을 한다. 즉 층상(層狀)의 결정구조(結晶構造)를 가지는 부드러운 무기계(無機系)의 윤활성 미소분체를 사용하여 윤활을 한다. 본 발명자 등의 실험에 의하면, 소정의 윤활효과가 얻어지고, 파동발생기(4)의 스무드(smooth)한 회전을 실현하기 위하여, 윤활성 미소분체로서, 평균입경(平均粒徑)이 15μm 이하인 미소분체를 사용하는 것이 바람직하고, 모스경도(Mohs Hardness)가 1.5 이하인 부드러운 미소분체인 것이 바람직한 것으로 확인되었다.

층상의 결정구조를 가지는 윤활성 미소분체로서는, 2황화 몰리브덴(2黃化 molybdenum), 2황화 텅스텐(2黃化 tungsten), 그래파이트(graphite), 질화 붕소(窒化 硼素) 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 이들 중의 2종류 이상의 윤활성 분체를 조합시켜서 사용하는 것도 가능하다.

도2는, 파동기어장치를, 그리스를 사용하여 윤활하였을 경우와, 톱니부를 제외하고 윤활성 미소분체를 사용하여 윤활하였을 경우의 감속기 효율에 대한 비교결과의 일례를 나타내는 그래프이다. 도1에 나타내는 파동기어장치(1)(타입A)를 그리스로 윤활하였을 경우 및 윤활성 미소분체로 윤활하였을 경우에 있어서의 각 회전수에 있어서의 출력 토크(出力 torque)와 효율의 관계를, 각각 도2(a) 및 (b)에 나타내었다. 또한 파동기어장치(1)와는 다른 형상의 컵형의 파동기어장치(타입B)를 그리스로 윤활하였을 경우 및 윤활성 미소분체로 윤활하였을 경우의 관계를, 각각 도2(c) 및 (d)에 나타내었다.

이들의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 미소분체 윤활의 경우에는, 그리스 윤활에 비하여, 저부하 영역에서의 효율이 향상되고 있고, 또한 입력회전수에 의한 효율차이도 거의 없다는 것을 알 수 있다. 또한 효율이 거의 모든 운전 영역에 있어서, 거의 90%를 나타내고 있다(거의 파동기어장치의 기어 맞물림 효율에 가까운 값이다). 따라서 본 발명의 미소분체 윤활을 사용함으로써, 운전조건에 의한 효율변화가 적어지게 되기 때문에 제어성(制御性)이 향상된다.

다음에, 본 발명자 등이 파동기어장치의 운전 후의 윤활성 미소분체의 상태를 관찰한 바, 다음과 같은 거동이 확인되었다.

즉 충전된 윤활성 미소분체는, 파동기어장치의 운전 시에, 각 접촉부의 접촉면의 사이에서 뭉개져, 쌍방의 접촉면으로 이동하면서 부착되어 얇은 표면막을 형성한다. 또한 얇게 압연(壓延)되어 더 세분화되어서, 접촉면 내에 진입하기 쉬운 미세한 분말로 변화된다. 도3(a)는, 운전 후에 각 접촉부에 있어서 생성된 미세한 분말을 나타내는 현미경 사진(×100)이고, 도3(b)는 그 일부를 나타내는 확대 현미경 사진(×1000)이다.

이렇게 형상이 변화된 미세한 분말과 쌍방의 접촉면에 형성된 얇은 표면막에 의하여, 접촉부의 윤활이 유지되어 각 마찰부의 마찰저항 감소에도 효과가 있다. 또한 접촉면으로 이동하면서 부착된 얇은 표면막 및 압연되어 세분화된 미세한 분말도 점성(粘性)이 없기 때문에, 점성저항 로스(loss)가 나타나지 않는다.

또한 층상의 결정구조를 가지는 윤활성 미소분체를 사용한 윤활방법에 의하면, 다음과 같은 효과가 얻어지는 것도 확인되었다.

(a) 저온(-75℃)부터 고온(250℃:미세한 분말의 산화온도가 낮은 2황화 몰리브덴에도 산화되지 않는 온도)의 폭넓은 사용온도에서의 윤활이 가능하다.

(b) 오일, 그리스에 의한 윤활에 비하여, 윤활성 미소분체에 의한 윤활은 발열이 적다. 예를 들면 본 발명자 등의 실험에 의하면, 그리스 윤활 시의 파동기어장치의 내부온도에 비하여, 윤활성 미소분체에 의한 윤활의 경우에는 내부온도가 약 15∼18℃ 낮은 것이 확인되었다.

(c) 오일, 그리스에 의한 윤활에서는 정하중(靜荷重) 시에 접촉면에서의 윤활제의 추출(抽出)이 발생하지만, 윤활성 미소분체에 의한 윤활에서는 정하중에 의한 접촉면에서의 윤활제의 추출이 없다. 따라서 정지기간이 길고, 저빈도(低頻度)의 동작일 때에도 접촉부가 확실하게 윤활이 가능하다.

(d) 윤활성 미소분체에 의한 윤활은 저속 입력회전(低速 入力回轉)의 경우에도 대응이 가능하다.

여기에서 파동기어장치의 운전 초기부터, 충분한 윤활효과, 보다 스무드한 파동발생기의 회전을 실현하기 위하여는, 저부하에서 길들이기 운전(aging)을 하는 것이 유효하다고 확인되었다.

또한 파동기어장치의 조립 전에, 각 접촉부의 접촉면마다 낮은 면압(面壓) 하에서의 미끄럼, 굴림 운동에 의하여 윤활성 미소분체를 각 접촉면으로 이동하면서 부착시켜 놓으면, 길들이기 운전을 생략할 수 있는 것이 확인되었다. 윤활성 미소분체의 쇼트 피닝(shot peening)의해서, 각 접촉면에 미세한 분말이 이동하면서 부착되는 것이 유효하다는 것이 확인되었다.

또한 외치기어의 내측 및 파동발생기의 내부에 충전하는 윤활성 미소분체를, 미리 압연하여 얇은 인편상(鱗片狀)의 미소분체로 해 두어도 좋다. 도4(a) 및 (b)는, 압연하여 얇은 인편상으로 한 미소분체를 나타내는 현미경 사진(×100)이고, 도4(c)는 그 일부를 나타내는 현미경 사진(×1000)이다. 이러한 인편상의 미소분체를 충전하면, 특히 운전 초기의 파동발생기의 스무드한 회전을 실현하는 것에 효과가 있다는 것이 확인되었다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 윤활성 미소분체에 의해 접촉부가 윤활되는 파동기어장치에서는, 파동발생기가 점성저항 로스를 나타내지 않고, 저부하 영역, 고속회전 영역에서의 고효율을 실현할 수 있다.

Claims (11)

1. 파동기어장치(波動gear裝置)에 있어서의 외치기어(外齒gear) 및 내치기어(內齒gear)의 톱니부를 제외한 윤활대상의 접촉부의 각각을, 층상(層狀)의 결정구조를 가지는 무기계(無機系)의 윤활성 분체(潤滑性 粉體)를 분체의 상태로 사용하여 윤활하는 파동기어장치의 윤활방법으로서,
   상기 윤활성 분체로서, 모스경도(Mohs hardness)가 1.5 이하, 평균입경(平均粒徑)이 15μm 이하이고, 압연(壓延)하여 인편상(鱗片狀)으로 깨뜨려서 얻어지는 인편상의 분체를 사용하는 파동기어장치의 윤활방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 윤활성 분체는, 2황화 몰리브덴, 2황화 텅스텐 및 그래파이트 중 적어도 어느 하나인 파동기어장치의 윤활방법.
   
3. 강성의 내치기어, 상기 내치기어의 내측에 동축(同軸)으로 배치된 가요성의 외치기어, 및 상기 외치기어의 내측에 동축으로 장착되고 상기 외치기어를 비원형으로 휘어지게 하여 상기 내치기어에 맞물리게 하고 이들 양 기어의 맞물림 위치를 둘레방향으로 이동시키는 파동발생기를 구비하고,
   상기 외치기어의 내측 및 상기 파동발생기의 내부에는, 윤활제로서, 층상의 결정구조를 가지는 무기계의 윤활성 분체가 분체의 상태로 충전되어 있고,
   상기 윤활성 분체는, 모스경도가 1.5 이하, 평균입경이 15μm 이하이고, 압연하여 인편상으로 깨뜨려진 상태의 인편상의 분체인 파동기어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 외치기어와 상기 파동발생기 사이의 접촉면, 및 상기 파동발생기의 내부의 접촉면은, 각각, 상기 윤활성 분체를 이동시키면서 부착하여 형성된 표면막에 의해 덮어져 있는 파동기어장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 윤활성 분체는, 2황화 몰리브덴, 2황화 텅스텐 및 그래파이트 중 적어도 어느 하나인 파동기어장치.
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