KR101967183B1

KR101967183B1 - 파동기어장치 및 파동발생기

Info

Publication number: KR101967183B1
Application number: KR1020177024300A
Authority: KR
Inventors: 마사루 고바야시
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2019-04-09
Also published as: US20180031103A1; CN107210686B; EP3258590A1; WO2016129123A1; TWI665396B; CN107210686A; TW201702498A; EP3258590A4; EP3258590B1; JP6338704B2; US10393250B2; KR20170109645A; JPWO2016129123A1

Abstract

파동기어장치(1)의 파동발생기(4)는, 복수개의 고체변위소자(12)를 사용하여 가요성의 외치기어(3)를 비원형으로 휘게 하여 강성의 내치기어(2)에 대하여 부분적으로 맞물리게 한다. 고체변위소자(12)는, 모노몰프형 혹은 바이몰프형의 직4각형의 판모양 소자를 원호형상으로 만곡시킨 것으로서, 통전에 의하여 원호형상(12A)으로부터, 당해 원호형상의 원호반경보다 작은 반경의 반원형상(12B)로 변형 가능하다. 고체변위소자(12)의 변형에 따른 강성, 변형량 및 변형력의 변화를 이용하고, 큰 부하 토크를 담당할 수 있는 파동발생기를 실현한다.

Description

파동기어장치 및 파동발생기{STRAIN WAVE GEARING AND WAVE GENERATOR}

본 발명은, 통전(通電)에 의하여 신축(伸縮) 가능한 고체변위소자(固體變位素子)를 사용한 파동기어장치(波動gear裝置)의 파동발생기(波動發生器), 및 당해 파동발생기를 구비한 파동기어장치에 관한 것이다.

파동기어장치의 파동발생기는, 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)를 비원형(非圓形)으로 휘게 하여 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)에 부분적으로 맞물리게 하고, 양 기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시켜서, 양 기어의 사이에 톱니수 차이에 따른 상대회전이 생기도록 하고 있다. 파동발생기로서는, 특허문헌1, 2에 있어서 제안되어 있는 것 같이, 통전에 의하여 신축 가능한 고체변위소자인 압전소자(壓電素子)를 사용한 것이 알려져 있다.

이 구성의 파동발생기에서는, 외치기어의 원주방향의 각 부를, 복수개의 압전소자를 사용하여 반경방향으로 일정한 진폭 및 주기로 반복하여 휘게 하여, 내치기어에 대한 외치기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킨다. 이에 따라 외치기어와 내치기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에 생긴다.

: 일본국 공개특허 특개2011-152026호 공보 : 일본국 공개특허 특개2007-71242호 공보

종래의 고체변위소자를 사용한 파동발생기는, 외치기어를 휘게 하기 위하여 요구되는 변형을 충분히 얻을 수 없고, 또한 반경방향의 강성이 충분하지 않을 경우가 많다. 이 때문에, 큰 부하 토크(負荷 torque)를 발생시키는 파동기어장치의 파동발생기로서 실용화하는 것이 어려울 경우가 많다.

본 발명의 과제는, 원호형상(圓弧形狀)으로 만곡(彎曲)하도록 형성한 판모양의 변위소자의 강성, 변형량 및 변형력을 이용하여, 큰 부하 토크를 담당할 수 있는 파동기어장치의 파동발생기, 및 당해 파동발생기를 구비한 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 가요성의 외치기어의 원주방향의 각 부를, 복수개의 고체변위소자를 사용하여 반경방향으로 소정의 진폭 및 주기로 휘게 하여, 강성의 내치기어에 대한 상기 외치기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키고, 상기 외치기어와 상기 내치기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 양 기어의 사이에 생기게 하는 파동기어장치의 파동발생기로서, 상기 고체변위소자는, 모노몰프형 혹은 바이몰프형의 직4각형의 판모양 소자를 원호형상로 만곡시킨 것이며, 통전에 의하여 상기 원호형상으로부터 당해 원호형상의 원호반경보다 작은 반경의 반원형상으로 변형 가능하고, 상기 반원형상으로 변형한 상기 고체변위소자에 의하여 휘어지는 상기 외치기어의 부분이, 상기 내치기어에 맞물리는 것을 특징으로 하고 있다.

고체변위소자는, 편평한 원호형상으로부터 반원형상에 근접하는 방향으로 변형할 때에, 반원형상 부근까지는, 원호의 현방향의 변형량에 비하여 반경방향의 변형량이 크기 때문에, 그 볼록측면의 정점을 크게 변위 시킬 수 있다. 또한 고체변위소자의 반경방향의 강성은, 반원형상으로 변형시키면 그보다도 편평한 원호형상의 변형상태의 경우에 비하여 현저하게 높아진다.

따라서 고체변위소자를 반원형상으로 변형시킴으로써, 당해 고체변위소자에 의하여 가압되는 외치기어의 부분을 반경방향으로 크게 변형시켜서, 내치기어에 확실하게 맞물리게 할 수 있다. 또한 양 기어의 맞물림 위치에 있어서 고체변위소자에 작용하는 반경방향 하중이 최대가 되지만, 이 위치의 고체변위소자는 반원형상으로 변형하고 있어, 강성이 매우 높다. 따라서 고체변위소자의 반경방향으로의 큰 변위와 강성의 세기를 이용하여, 큰 부하 토크를 담당할 수 있는 파동발생기를 실현할 수 있다.

여기에서 상기 고체변위소자의 상기 반원형상의 상기 반경을 Ro, 상기 원호반경을 R이라고 하면, 이들의 관계는 다음의 조건식을 만족하는 것이 바람직하다.

1 ＜ R/Ro ＜ 2

본 발명의 파동발생기는, 상기 고체변위소자를 지지하는 소자 지지부재를 갖고, 상기 소자 지지부재가, 상기 외치기어의 내주면과 대향 가능한 원형외주면과, 당해 원형외주면에 있어서 원주방향으로 등각도 간격으로 형성된 복수의 소자 지지부를 구비하고 있는 경우에는, 상기 소자 지지부에는, 상기 고체변위소자의 볼록측면이, 상기 원형외주면의 반경방향의 외측을 향하는 상태로 지지된다. 또한 상기 고체변위소자에 있어서의 길이방향의 일방의 제1단부는, 이동하지 않도록 상기 소자 지지부에 힌지결합(핀결합)되고, 타방의 제2단부는, 상기 제1단부에 대하여 접근 및 멀어지는 방향으로 이동이 자유롭게 된다.

이 경우에, 상기 소자 지지부의 각각은, 상기 원형외주면의 반경선과 직교하는 직교면에 대하여 경사지는 경사 지지면을 구비하고, 상기 고체변위소자의 상기 제1단부는 상기 경사 지지면에 있어서의 상기 원주방향의 일방의 단에 핀결합되고, 상기 제2단부는 상기 경사 지지면을 따라 슬라이딩 가능한 것이 바람직하다.

이와 같이 하면, 각 고체변위소자의 변위에 따르는 당해 고체변위소자의 정점(외치기어의 내주면과의 접촉위치)의 움직임은, 외치기어의 타원운동에 가깝게 된다. 따라서 각 고체변위소자의 지지면을 경사면으로 함으로써 타원모양 윤곽의 강체 플러그를 사용한 파동발생기에 의한 외치기어의 변위에 더 가까운 변위를, 외치기어에 부여할 수 있다.

또한 본 발명의 파동발생기에 있어서, 상기 고체변위소자의 상기 볼록측면의 정상면 부분은, 직접 또는 가요성의 원환을 통하여, 상기 외치기어의 내주면을 가압하면 좋다. 가요성의 원환을 사용하면, 보다 적은 개수의 고체변위소자를 사용하여 외치기어를, 원하는 휨형상이 되도록 휘게 하는 것이 용이하게 된다.

다음에 고체변위소자에 의한 외치기어의 휨량을 크게하기 위하여는, 상기 구성의 2개의 고체변위소자를 연결하여 사용하면 좋다. 이 경우에는, 상기 고체변위소자는 제1, 제2고체변위소자로 형성되고, 상기 제1, 제2고체변위소자의 각각은, 모노몰프형 혹은 바이몰프형의 직4각형의 판모양 소자를 원호형상에 만곡시킨 것이며, 통전에 의하여 상기 원호형상으로부터, 당해 원호형상의 원호반경보다 작은 반경의 반원형상으로 변형 가능하다. 또한 상기 고체변위소자는, 상기 제1, 제2고체변위소자가 그들의 길이방향의 양단에 있어서 서로 연결된 통형 모양을 하고 있고, 상기 제1, 제2고체변위소자가 상기 반원형상으로 변형함으로써 상기 통형 모양으로부터 원통형 모양으로 변형한다. 원통형 모양으로 변형한 상기 고체변위소자에 의하여 휘어지는 상기 외치기어의 부분이, 상기 내치기어에 맞물린다.

이 경우에는, 고체변위소자를 지지하는 소자 지지부재의 각 소자 지지부에 있어서 상기 고체변위소자를, 상기 제1, 제2고체변위소자의 볼록측면이 상기 원형외주면의 반경방향을 향하고, 당해 반경방향으로의 변형이 가능한 상태로 지지하면 좋다.

다음에 본 발명의 파동기어장치는, 상기 구성의 파동발생기를 갖고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

도1은, 본 발명을 적용한 파동기어장치의 정면도 및 종단면도이다.
도2는, 도1의 파동기어장치의 파동발생기를 나타내는 정면도, 단면도 및 부분확대 단면도이다.
도3은, 도2의 파동발생기의 고체변위소자의 변형상태를 나타내는 설명도이다.
도4는, 파동발생기의 고체변위소자의 현방향 및 반경방향의 휨량을 나타내는 설명도, 및 원호반경과 변위량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도5는, 고체변위소자의 반경방향 강성율을 나타내는 설명도, 및 원호반경과 반경방향 강성율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도6은, 고체변위소자의 현방향 수축량 및 원호방향 수축량을 나타내는 설명도, 및 원호반경과 수축률의 관계를 나타내는 그래프다.
도7은, 고체변위소자의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도8은, 고체변위소자의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도9는, 본 발명을 적용한 파동기어장치의 파동발생기의 다른 예를 나타내는 정면도, 단면도 및 부분확대 단면도이다.
도10은, 지지면의 각도를 바꾸었을 경우에 있어서의 고체변위소자의 정점의 움직임을 나타내는 설명도이다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 파동발생기(波動發生器)를 구비한 파동기어장치(波動gear裝置)의 실시형태를 설명한다.

도1(a)는 본 실시형태에 관한 파동기어장치를 나타내는 정면도이며, 도1(b)는 그 종단면도이다. 파동기어장치(1)는, 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(2)와, 이 내측에 동축(同軸)으로 배치된 컵형상(cup形狀)의 외치기어(外齒gear)(3)와, 이 내측에 동축으로 장착된 파동발생기(4)를 갖고 있다. 예를 들면 n을 양의 정수라고 하면, 외치기어(3)의 톱니수는 내치기어(2)의 톱니수보다 2n개 적다.

파동발생기(4)에 의하여 외치기어(3)는 타원형 모양으로 휘어지고, 그 타원형상(楕圓形狀)의 장축(L1)의 방향의 양단(兩端)에 있어서 내치기어(2)와 맞물리고 있다. 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치는, 파동발생기(4)에 의하여 내치기어(2)의 원주방향으로 이동하게 된다. 양 기어(2, 3)는, 맞물림 위치가 1바퀴 이동하는 사이에, 톱니수 차이에 상당하는 각도만큼의 상대회전(相對回轉)이 발생한다.

도2(a)는 파동발생기(4)를 꺼내서 나타내는 정면도이며, 도2(b)는 그 종단면도이며, 도2(c)는 그 부분확대 단면도이다. 파동발생기(4)는, 원환형상(圓環形狀)을 한 강성의 소자 지지부재(素子支持部材)(11)와, 이 소자 지지부재(11)의 외주부분에 지지되어 있는 복수 개의 고체변위소자(固體變位素子)(12)와, 소자 지지부재(11)의 외주를 덮는 상태로 동축으로 장착된 가요성(可撓性)의 원환(圓環)(13)과, 소자 지지부재(11)의 외주부분의 양측에 동축으로 부착된 원환모양의 소자홀더(素子holder)(14)를 구비하고 있다.

소자 지지부재(11)는, 그 중심축선(1a) 방향의 폭이 일정한 원형외주면(15)을 구비하고, 당해 원형외주면(15)에는, 원주방향을 따라 복수의 소자 지지부(素子支持部)(16)가 일정한 각도 간격으로 형성되어 있다. 소자 지지부(16)는, 원형외주면(15)을 전폭(全幅)에 소정의 깊이로 도려낸 오목부이며, 인접하는 소자 지지부(16)의 사이는, 원주방향으로 소정의 두께의 구획부(區劃部)(17)에 의하여 구획되어 있다. 본 예에서는 12개의 소자 지지부(16)가 형성되어 있다. 소자 지지부(16)는, 소자 지지부재(11)의 반경선(18)에 직교하는 지지면(16a)을 구비하고, 지지면(16a)은, 반경선(18)과의 교점(P1)으로부터 일방측(一方側)의 단(端)(16b)까지의 거리가, 교점으로부터 타방측(他方側)의 단(16c)까지의 거리보다 짧다.

소자 지지부(16)의 각각에, 고체변위소자(12)가 1개씩 지지되어 있다. 고체변위소자(12)는, 지지면(16a)의 폭과 거의 동일한 폭으로, 지지면(16a)의 길이보다 긴 직4각형의 판모양 소자를 원호모양으로 만곡(彎曲)하여 성형된 것이다. 고체변위소자(12)는, 원호모양으로 만곡시킨 직4각형의 전극판(21)과, 전극판(21)의 오목면측에 적층(積層)된 판모양의 압전소자(壓電素子)(22)를 구비한 모노몰프형(monomorph型)의 변형소자(變形素子)이다. 고체변위소자(12)로서 형상기억합금(形狀記憶合金)을 사용하는 것도 가능하다.

소자 지지부(16)에 지지된 고체변위소자(12)가 폭방향으로 빠지지 않도록, 양측으로부터 소자홀더(14)에 의하여 지지된다. 소자홀더(14)는 소자 지지부(16)의 사이의 구획부(17)의 양측의 측면부분에 부착되어 있다. 또한 고체변위소자(12)의 각각은, 반경방향의 외측에 배치되어 있는 가요성의 원환(13)의 내주면을 내측으로부터 가압하고 있다.

고체변위소자(12)의 초기설정 형상은, 도2(c)에 실선으로 나타내는 바와 같이 지지면(16a)의 일방의 단(16b)으로부터 타방의 단(16c)에 걸쳐지는 원호형상(12A)이며, 소자 지지부재(11)의 반경방향의 외측에 볼록측면(12a)이 면(面)하고 있다. 원호형상(12A)는, 상상선으로 나타내는 반원형상(12B)으로 되었을 경우에 비하여, 지지면(16a)로부터의 높이(반경방향의 높이)가 낮은 편평한 원호형상이다. 고체변위소자(12)에 대한 통전을 제어함으로써 고체변위소자(12)는, 편평한 원호형상(12A)로부터 반원형상(12B)까지의 사이에서, 변형상태를 변경할 수 있다.

고체변위소자(12)의 일방의 제1단부(第1端部)(12b)는 지지면(16a)의 일방의 단(16b)에 대하여 힌지결합(hinge結合)(핀결합(pin結合))되어, 이 제1단부(12b)를 중심으로 하여, 고체변위소자(12)는 지지면(16a)에 대하여 접근 및 멀어지는 방향으로 회전 가능하다. 이에 대하여 고체변위소자(12)의 타방의 제2단부(12c)는 자유단이며, 제1단부(12b)에 대하여 접근 및 멀어지는 방향으로의 이동이 자유롭다. 또한 고체변위소자(12)가 반원형상(12B)의 상태에서는, 그 정점(P)이 지지면(16a)에 직교하는 반경선(18)상에 위치하도록 설정되어 있다.

또한 고체변위소자(12)가 편평한 원호형상(12A)의 상태에서는, 그 볼록측면(12a)의 정점(P)은 가장 낮은 위치에 있고, 이 위치는, 소자 지지부재(11)의 원형외주면(15)상에 위치하도록 설정되어 있다. 이에 대하여 고체변위소자(12)가 가장 변형된 반원형상(12B)의 상태에서는, 그 정점(P)은 원형외주면(15)보다 반경방향으로 외측에 소정량만 돌출한 위치가 되도록 설정되어 있다.

본 예에서는, 외치기어(3)를 타원형 모양으로 휘게 하기 위하여 타원형상의 장축(L1)의 양단에 위치하는 고체변위소자(12), 즉 도2(a)에 있어서의 고체변위소자(12(1)), (12(7))를 반원형상(12B)으로 변형시키고, 이것에 직교하는 단축(L2)의 양단에 위치하는 고체변위소자(12), 즉 도2(a)에 있어서의 고체변위소자(12(4)), (12(10))를 편평한 원호형상(12A)으로 한다. 또한 고체변위소자(12(4)), (12(10))부터 고체변위소자(12)(7), 12(1)를 향하여, 각 고체변위소자(12)를 서서히 반원형상(12B)에 근접하는 방향으로 변형량을 증가시킨다. 이에 따라 각 고체변위소자(12)의 정점(P)에 외접하는 타원형상이 규정된다.

소자 지지부재(11)의 외주에는 가요성의 원환(13)이 장착되어 있다. 원환(13)의 내경은 소자 지지부재(11)의 원형외주면(15)보다 근소하게 크다. 따라서 원환(13)은, 상기와 같이 변형되어진 고체변위소자(12)에 의하여 반경방향으로 휘어져, 그것들의 정점(P)에 의하여 규정되는 타원형상으로 된다. 도2(a)의 경우에는, 고체변위소자(12(1)), (12(7))를 지나는 지름선이 장축(L1)의 위치가 되고, 고체변위소자(12(4)), (12(10))를 지나는 지름선이 단축(L2)의 위치가 된다.

가요성의 원환(13)은 가요성의 외치기어(3)의 내주면에 끼워져 있다. 따라서 타원형 모양으로 휘어진 원환(13)에 의하여 외치기어(3)도 타원형 모양으로 휘어진다. 이 결과, 타원형상의 장축(L1)의 양단에 있어서 외치기어(3)의 외치(3a)가 내치기어(2)의 내치(2a)에 맞물린다.

도3에는 고체변위소자(12)의 변형상태를 나타내고 있다. 고체변위소자(12)의 각각의 변형상태를 원주방향으로 순차적으로 변화시킴으로써, 타원형상이 중심축선(1a)(도1 참조)을 중심으로 하여 회전하여, 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동한다. 즉 타원형상의 단축(L2)의 위치를 규정하는 고체변위소자(12)는 서서히 수축하여 반원형상(12B)이 되어, 타원형상의 장축위치를 규정한다. 반대로, 타원형상의 장축위치를 규정하는 반원형상(12B)의 고체변위소자(12)는 서서히 신장하여 편평한 원호형상(12A)으로 되돌아가서, 타원형상의 단축위치를 규정한다.

본 예의 파동발생기(4)는, 상기와 같이 원호형상을 한 고체변위소자(12)의 변형에 따르는 강성의 변화, 변형량 및 변형력을 이용하여, 큰 부하 토크를 담당하는 것이 가능하다. 이 점에 대하여 이하에서 설명한다.

(고체변위소자의 원호형상의 변위와 반경방향 강성)

도4(a)는 고체변위소자(12)의 원호형상의 현방향(弦方向) 및 반경방향의 변위량을 나타내는 설명도이며, 도4(b)는 고체변위소자(12)의 편평율(扁平率)과 변위량 비율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도4(b)의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 원호형상의 고체변위소자(12)의 변위량은, δx(원호의 현방향) 및 δy(원호의 반경방향) 모두 반원형상으로 근접할수록 크다. 즉 원호형상의 원호반경을 R이라고 하고 반원형상의 반경을 Ro이라고 하여 원호형상의 편평율을 R/Ro이라고 하면, 편평율이 1로 근접할수록 크다. 또한 편평율이 2의 부근으로부터 작아짐에 따라 변위량 비율이 커지게 된다. 또한 반원형상 부근까지는, δy>δx의 관계가 있다. 변위량(δy)의 최대위치인 볼록측면의 정점(P)의 수평방향 차이는, 반원형상으로 근접함에 따라서 작아지는 것을 알 수 있다.

본 발명에서는, 외치기어와 내치기어의 맞물림 위치에 대응하는 위치에 배치되어 있는 고체변위소자(12)가 반원형상으로 변형한다. 따라서 맞물림 위치에 있어서 고체변위소자(12)의 볼록측면의 정점(P)이 반경방향 외측으로 크게 변위 하기 때문에, 외치기어를 휘게 하기 위하여 필요한 변위량의 확보가 용이하다.

도5(a)는 고체변위소자(12)의 반경방향 강성율을 나타내는 설명도이며, 도5(b)는 고체변위소자(12)의 편평율과 반경방향 강성율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도5(b)의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 고체변위소자(12)의 반경방향 강성은, 편평율 2의 부근으로부터 1로 가면서 증가하고, 반원형상에 근접하면(편평율이 1에 근접하면) 급격하게 커지게 된다. 본 발명에서는, 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치인 타원형상의 장축(L1)의 위치에 있어서 고체변위소자(12)가 반원형상으로 변형하기 때문에 맞물림 위치에 있는 고체변위소자(12)는 큰 부하 토크를 받을 수 있다.

다음에 도6(a)는 고체변위소자(12)의 현방향 수축량 및 원호방향 수축량을 나타내는 설명도이며, 도6(b)는 편평율과 수축률의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 고체변위소자(12)를 반원형상으로 변형시키기 위한 수축량은, 현방향의 수축량(화살표(A)를 따른 방향)에 비하여 원호방향의 수축량(화살표(B)를 따른 방향)이 매우 작다. 또한 원호방향의 수축량은 반원형상에 근접하여도 미소한 증가로 끝난다.

상기의 고체변위소자(12)의 원호형상의 변형과 강성에 의거하면, 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치인 타원형상의 장축위치에 있어서 고체변위소자(12)를 반원형상으로 변형시키고, 단축위치에 있어서 편평한 원호형상으로 되돌리는 것이 바람직하다. 또한 원호형상의 원호반경R과 반원형상의 반경Ro가 이하의 조건식을 충족시키는 모노몰프형의 변형소자를 사용하는 것이 바람직하다.

1 ＜ R/Ro ＜ 2

이상에서 설명한 바와 같이 본 예에 의하면, 외치기어(3)의 내주에 접촉하는 가요성의 원환(13)의 내측에, 원호형상의 고체변위소자(12)를 원주방향으로 등각도 간격으로 복수개 배치하고 있다. 각 고체변위소자(12)를 원호형상으로부터 반원형상의 사이에서 일정한 주기로 반복하여 변형시킴으로써, 외치기어(3)에 있어서의 원주방향의 각 부분을 반복하여 반경방향으로 휘게 할 수 있어, 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시킬 수 있다.

또한 파동기어장치(1)의 양 기어(2, 3)의 맞물림에 의한 반경방향 하중이 최대가 되는 타원형상의 장축(L1)부근에서, 고체변위소자(12)를 반원형상으로 변형시키고 있다. 각 고체변위소자(12)를 반원형상으로 변형시켰을 경우에 있어서의 반경방향의 강성의 세기와, 변위량 및 변형력을 이용하고 있으므로, 큰 부하 토크를 담당할 수 있는 파동발생기(4)를 실현할 수 있다.

또 본 예에 있어서는, 가요성의 원환(13)을 외치기어(3)와 고체변위소자(12)의 사이에 배치하고, 고체변위소자(12)의 볼록측면의 정상면 부분에 의하여 원환(13)의 내주면을 가압하여 원환(13)을 타원형 모양으로 휘게 하고, 원환(13)을 통하여 외치기어(3)를 타원형 모양으로 휘게 하고 있다. 원환(13)을 생략하여 고체변위소자(12)의 볼록측면의 정상면 부분을 외치기어(3)의 내주면에 접촉시켜, 고체변위소자(12)에 의하여 직접적으로 외치기어(3)를 휘게 하는 것도 가능하다.

본 예에서는 외치기어(3)를 타원모양으로 휘게 하고 있지만, 외치기어(3)를 내치기어(2)에 대하여 동시에 3곳에서 맞물리는 형상으로 휘게 하는 것도 가능하다. 또한 본 예에서는, 12개의 고체변위소자(12)를 배치하고 있지만, 이외의 개수의 고체변위소자를 배치하더라도 좋다. 적어도 4개 이상의 고체변위소자(12)를 등각도 간격으로 배열하면 좋다.

다음에 고체변위소자(12)로서는, 도7에 나타내는 바와 같이 모노몰프형의 변형소자의 대신에, 바이몰프형(bimorph型)의 변형소자를 사용하는 것도 가능하다.

또한 고체변위소자로서, 도8에 나타내는 구성의 연결형의 고체변위소자를 사용하는 것도 가능하다. 도8(b)에 나타내는 바와 같이 연결형의 고체변위소자(30)는, 제1, 제2고체변위소자(31, 32)를 그들의 길이방향의 양단을 서로 힌지결합(핀결합)한 연결단(連結端)(33, 34)을 구비한 편평한 통형 모양으로 한 것이다. 제1, 제2고체변위소자(31, 32)는, 상기의 고체변위소자(12)와 동일한 것이다.

또한 소자 지지부재(11A)의 각 소자 지지부(16A)에 있어서, 일방의 연결단(33)을 반경방향으로만 이동할 수 있게 하고, 타방의 연결단(34)을 연결단(33)에 대하여 접근 및 멀어지는 방향으로 이동할 수 있게 하고 있다.

따라서 연결형의 고체변위소자(30)에 통전하면, 각각의 제1, 제2고체변위소자(31, 32)가 편평한 원호형상으로부터 반원형상으로 변형한다. 이 결과로 연결형의 고체변위소자(30)는, 도8(a)에 나타내는 바와 같이 원통형 모양으로 변형한 상태가 된다.

이와 같이 하면, 제1, 제2고체변형소자(31, 32)의 볼록측면이 반경방향의 양측으로 향하므로, 외치기어(3)를 가압하는 정점(P)의 변위량을, 단일의 고체변위소자를 사용하는 경우에 비하여 2배로 할 수 있다.

[파동발생기의 다른 예]

도9(a)는 파동발생기(4)의 다른 예를 나타내는 정면도이며, 도9(b)는 그 종단면도이며, 도9(c)는 그 부분확대 단면도이다. 본 예의 파동발생기(40)의 기본구성은 상기의 파동발생기(4)와 동일하다. 따라서 파동발생기(40)에 있어서의 대응하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그들의 설명은 생략한다.

본 예의 파동발생기(40)에서는, 각 소자 지지부(16)의 지지면이 경사지지면(161a)으로 되어 있다. 경사지지면(161a)은, 원형외주면(15)의 반경선에 직교하는, 1점쇄선으로 나타내는 직교면(160)에 대하여, 원주방향을 따른 방향으로 일정각도만 경사진 경사평면이다. 본 예에서는, 직교면(160)에 대하여 10도 경사진 경사평면이며, 그 일방의 단(16lb)으로부터 타방의 단(161c)을 향하여 직교면(160)에 대하여 반경방향의 내측으로 경사져 있다.

고체변위소자(12)의 일방의 제1단부(12b)는, 경사지지면(161a)에 있어서의 일방의 단(16lb)에 핀결합되고, 타방의 제2단부(12c)는 경사지지면(161a)을 따라 슬라이딩을 할 수 있다. 고체변위소자(12)가 반원형상(12B)의 상태에서는, 그 정점(P)이, 반경선(18)상에 위치하도록 설정되어 있다.

또한 고체변위소자(12)가 편평한 원호형상(12A)의 상태에서는, 그 볼록측면(12a)의 정점(P)은 가장 낮은 위치에 있고, 이 위치는 소자 지지부재(11)의 원형외주면(15)상에 위치하도록 설정되어 있다. 이에 대하여 고체변위소자(12)가 가장 변형된 반원형상(12B)의 상태에서는, 그 정점(P)은 원형외주면(15)보다 반경방향의 외측으로 소정량만 돌출한 위치로 되도록 설정되어 있다.

본 예에서는, 외치기어(3)를 타원형 모양으로 휘게 하기 위하여, 타원형상의 장축(L1)의 양단에 위치하는 고체변위소자(12), 즉 도9(a)에 있어서의 고체변위소자(12(1)), (12(7))를 반원형상(12B)으로 변형시키고, 이에 직교하는 단축(L2)의 양단에 위치하는 고체변위소자(12), 즉 도2(a)에 있어서의 고체변위소자(12(4)), (12(10))를 편평한 원호형상(12A)으로 지지한다. 또한 고체변위소자(12(4)), (12(10))로부터 고체변위소자(12(7)), (12(1))를 향하여, 각 고체변위소자(12)를 서서히 반원형상(12B)으로 근접하는 방향으로 변형량을 증가시킨다. 이에 따라 각 고체변위소자(12)의 정점(P)이 내접(內接)하는 타원형상이 규정된다.

도10은 고체변위소자(12)의 변형에 따르는 그 정점(P)의 움직임을 나타내는 설명도이며, (a)는 지지면으로서 직교면(160)을 사용하였을 경우의 설명도이며, (b1)은 직교면에 대하여 10도 경사진 경사지지면(161a)을 사용하였을 경우의 설명도이며, (b2)는 직교면(160)에 대하여 5도 경사진 경사지지면(162)을 사용하였을 경우의 설명도이며, (b3)은 직교면(160)에 대하여 15도 경사진 경사지지면(163)을 사용하였을 경우의 설명도이다.

이들의 설명도에서 알 수 있는 바와 같이 직교면(160)에 지지되어 있는 고체변위소자(12)의 변형에 따르는 정점(P)의 이동궤적(M0)은 반경방향의 외측으로 경사진 직선모양이 되고, 반경방향으로의 변위량은 V0, 반경선(18)에 직교하는 방향으로의 변위량은 H0이 된다. 이에 대하여 경사지지면(161a), (162), (163)의 경우에는, 정점(P)의 이동궤적(M1), (M2), (M3)은 일방에 만곡한 곡선이 된다. 반경방향으로의 변위량(V1), (V2), (V3)은 거의 변위량(V0)과 동일하지만, 반경선(18)에 직교하는 방향으로의 변위량(H1), (H2), (H3)은 직교면(160)의 경우와 비교하여 작아진다.

특히 본 예의 경사각이 10도의 경사지지면(161a)의 경우에는, 초기의 원호형상의 고체변위소자(12)의 정점(P)의 위치 및 반원형으로 변형한 후의 정점(P)의 위치가, 거의 반경선(18)상에 위치하는 것 같은 이동궤적(M1)을 그린다. 따라서 외치기어를 가압하는 각 고체변위소자(12)의 정점(P)(외치기어의 내주면과의 접촉위치)의 움직임은, 외치기어의 타원운동에 가깝게 된다. 이 결과로, 타원모양 윤곽의 강체 플러그를 사용한 파동발생기에 의한 외치기어의 변위에 더 가까운 변위를, 고체변위소자(12)를 사용하여 외치기어에 부여할 수 있다.

또한 경사 지지면의 경사각도는, 고체변위소자의 크기, 형상, 변위량, 파동발생기의 외경치수 등에 따라서 적절한 각도로 설정하면 좋다. 도10(b1)에 나타내는 바와 같이 초기의 원호형상의 고체변위소자(12)의 정점(P)의 위치 및 반원형으로 변형한 후의 정점(P)의 위치가, 거의 반경선(18)상에 위치하도록 설정하는 것이 바람직하다.

Claims

가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)의 원주방향의 각 부(部)를, 복수개의 고체변위소자(固體變位素子)를 사용하여 반경방향으로 소정의 진폭 및 주기로 휘게 하여, 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)에 대한 상기 외치기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키고, 상기 외치기어와 상기 내치기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 양 기어의 사이에 생기게 하는 파동기어장치(波動gear裝置)의 파동발생기(波動發生器)로서,
상기 고체변위소자는, 모노몰프형(monomorph型) 혹은 바이몰프형(bimorph型)의 직4각형의 판모양 소자를 원호형상(圓弧形狀)으로 만곡(彎曲)시킨 것이며, 통전(通電)에 의하여 상기 원호형상으로부터 상기 원호형상의 원호반경(圓弧半徑)보다 작은 반경의 반원형상(半圓形狀)으로 변형 가능하고,
상기 반원형상으로 변형한 상기 고체변위소자에 의하여 휘어지는 상기 외치기어의 부분이 상기 내치기어에 맞물리고,
상기 고체변위소자를 지지하는 소자 지지부재(素子支持部材)를 갖고,
상기 소자 지지부재는, 상기 외치기어의 내주면과 대향(對向) 가능한 원형외주면(圓形外周面)과, 상기 원형외주면에 있어서 원주방향으로 등각도 간격으로 형성된 복수의 소자 지지부(素子支持部)를 구비하고,
상기 소자 지지부에는, 상기 고체변위소자의 볼록측면이 상기 원형외주면의 반경방향의 외측을 향하는 상태로 지지되고,
상기 고체변위소자에 있어서의 길이방향의 일방(一方)의 제1단부(第1端部)는 이동하지 않도록 상기 소자 지지부에 핀결합(pin結合)되고, 타방의 제2단부(第2端部)는 상기 제1단부에 대하여 접근 및 멀어지는 방향으로 이동이 자유로운 것을
특징으로 하는 파동기어장치의 파동발생기.
제1항에 있어서,
상기 고체변위소자의 상기 반원형상의 상기 반경을 Ro, 상기 원호반경을 R이라고 하면,
1 ＜ R/Ro ＜ 2
인 파동기어장치의 파동발생기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 소자 지지부의 각각은, 상기 원형외주면의 반경선과 직교하는 직교면에 대하여, 상기 원주방향을 따른 방향으로 경사하는 지지면을 구비하고,
상기 고체변위소자의 상기 제1단부는 상기 지지면에 있어서의 상기 원주방향의 일방의 단에 핀결합되고, 상기 제2단부는 상기 지지면을 따라 슬라이딩 가능한
파동기어장치의 파동발생기.
제1항에 있어서,
상기 고체변위소자의 상기 볼록측면의 정상면 부분은, 직접 또는 가요성의 원환(圓環)을 통하여, 상기 외치기어의 내주면을 가압하는 파동기어장치의 파동발생기.
가요성의 외치기어의 원주방향의 각 부를, 복수개의 고체변위소자를 사용하여 반경방향으로 소정의 진폭 및 주기로 휘게 하고, 강성의 내치기어에 대한 상기 외치기어의 맞물림 위치를 원주방향으로 이동시키고, 상기 외치기어와 상기 내치기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 양 기어의 사이에 생기게 하는 파동기어장치의 파동발생기로서,
상기 고체변위소자는 제1, 제2고체변위소자로 형성되고,
상기 제1, 제2고체변위소자의 각각은, 모노몰프형 혹은 바이몰프형의 직4각형의 판모양 소자를 원호형상으로 만곡시킨 것이며, 통전에 의하여 상기 원호형상으로부터, 상기 원호형상의 원호반경보다 작은 반경의 반원형상으로 변형 가능하고,
상기 고체변위소자는, 상기 제1, 제2고체변위소자가 그들의 길이방향의 양단에 있어서 서로 연결된 통형 모양을 하고 있고, 상기 제1, 제2고체변위소자가 상기 반원형상으로 변형함으로써 상기 통형 모양으로부터 원통형 모양으로 변형하고,
상기 원통형 모양으로 변형한 상기 고체변위소자에 의하여 휘어지는 상기 외치기어의 부분이, 상기 내치기어에 맞물리는 것을
특징으로 하는 파동기어장치의 파동발생기.
제6항에 있어서,
상기 고체변위소자의 상기 반원형상의 상기 반경을 Ro, 상기 원호반경을 R이라고 하면,
1 ＜ R/Ro ＜ 2
인 파동기어장치의 파동발생기.
제6항에 있어서,
상기 고체변위소자를 지지하는 소자 지지부재를 갖고,
상기 소자 지지부재는, 상기 외치기어의 내주면과 대향 가능한 원형외주면과, 상기 원형외주면에 있어서 원주방향으로 등각도 간격으로 형성된 복수의 소자 지지부를 구비하고,
상기 고체변위소자는, 상기 제1, 제2고체변위소자의 볼록측면이 상기 원형외주면의 반경방향의 양측을 향하고, 상기 반경방향으로의 변형이 가능한 상태로 상기 소자 지지부에 지지되어 있는
파동기어장치의 파동발생기.
제6항에 있어서,
상기 고체변위소자의 상기 반경방향의 외측을 향하는 상기 볼록측면의 정상면 부분은, 직접 또는 가요성의 원환을 통하여, 상기 외치기어의 내주면을 가압하는 파동기어장치의 파동발생기.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제9항 중의 어느 하나의 항의 파동발생기를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 파동기어장치.