KR102054257B1 - 지지 디스크를 구비한 백래시 방지 싸이클로이드 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백래시 방지 싸이클로이드 감속기에 관한 것으로, 입력 샤프트(11)의 외주면 상에 동심 회전가능하면서, 하나 이상의 싸이클로이드 디스크의 전단측에서 축선방향으로 적층배열된 지지 디스크(17)와; 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 치형돌기(135,145)와 지지 디스크(17)의 치형돌기(175)에 접촉가능하게 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 배치되어 있는 다수의 탄성변형가능한 이너 핀(15;inner pin);을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

지지 디스크를 구비한 백래시 방지 싸이클로이드 감속기 {Backlash-free cycloidal reducer with support disc}

본 발명은 백래시 방지 싸이클로이드 감속기에 관한 것으로, 특별하기로 축 정렬과 함께 충격 완화 기능을 향상시킨 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 로우터의 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 정밀도에 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.

특허문헌 2는 본 발명의 동 출원인이 2017년 9월 12일로 출원한 것으로, 싸이클로이드 로우터의 치형돌기와 치합되는 이너 핀과, 싸이클로이드 로우터의 관통공 내부에 배치된 로우터 핀의 독특한 구조등을 통해 백래시를 제거(방지)하도록 구성되어 있다.

특허문헌 2에 따른 감속기 뿐만 아니라 종래기술에 따른 싸이클로이드 구동방식의 감속기에서는 싸이클로이드 로우터의 편심 배치 구조 등으로 인한 입력 샤프트의 비틀림 등에 효과적으로 대응하고 신뢰할 수 있는 축 정렬을 보장할 수 있는 구조에 대한 연구가 요구되고 있다.

특히, 가장 중요시되는 축 정렬에 있어서 심각한 문제가 발생할 수 있는데, 사이클로이드 감속기의 디스크 부품에 사용되는 베어링은 구조적 특성상 내/외륜 회전이 동시에 되며, 감속기의 마찰 때문에 축 방향의 하중 외 비틀림까지 추가된 복합 하중을 받게 된다. 이러한 상황에서 축 정렬이 올바르게 이루어 지지 않는다면 특정 각도에서 베어링 등의 부품에 하중이 집중될 수 있고 이로 인한 베어링의 파손 등 수명 저하가 발생할 수 있다. 또한, 구동시 사이클로이드 감속기의 디스크에 진동이 유발되는데, 올바르지 못한 축 정렬은 하중 집중 현상을 더 야기시켜 수명에 큰 악영향을 준다. 따라서, 이러한 단점을 개선하기 위한 추가적인 발명이 필요하다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1424739호 2. 대한민국 등록특허 제10-1855712호

본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 백래시를 제거(방지)할 수 있을 뿐만 아니라 입력 샤프트의 축 정렬도를 개선할 수 있는 감속기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 베어링 등의 부품에 대한 하중 집중과 베어링의 파손 등 수명 저하를 저감하며, 구동시 사이클로이드 감속기의 진동을 저감할 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 전달 받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부를 구비한 싸이클로이드 감속기로 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 적층배열되어 있는 하나 이상의 싸이클로이드 디스크; 입력 샤프트의 외주면 상에 동심 회전가능하게 하나 이상의 싸이클로이드 디스크의 전단측에서 축선방향으로 적층배열된 지지 디스크; 하나 이상의 싸이클로이드 디스크의 치형돌기와 지지 디스크의 치형돌기에 접촉가능하게 하우징의 내주면 둘레를 따라 배치되어 있는 다수의 탄성변형가능한 이너 핀; 및 축선방향으로 일렬로 배열된 다수의 관통공 내에서 후단측을 향해 신장되어 있는 다수의 로우터 핀;을 포함하여 구성되어 있다.

본 발명의 실시예에서, 이너 핀은 내부에 중공부를 갖춘 원통형상부재로 이루어지고, 로우터 핀은 대경부와, 대경부와 동심축을 갖는 소경부, 및 소경부 외주면 둘레에 배치된 튜브형 부시로 이루어져 있다.

추가로, 로우터 핀의 대경부는 중실축 구조로 이루어지는 한편 로우터 핀의 소경부는 중공축 구조로 이루어져 있다.

특별하기로, 본 발명은 지지 디스크의 원주를 하우징의 내주면 둘레를 따라 배치된 다수의 이너 핀으로 형성된 원형상의 내주면 원주와 동일한 크기를 갖추고 있어, 지지 디스크의 외주면과 다수의 이너 핀의 내주면을 여유공간없이 맞물리도록 한다.

또한, 입력 샤프트는 입력 샤프트의 전단측에 입력 샤프트 어댑터를 축선방향으로 결합하고 있다.

선택가능하기로, 이너 핀은 하나 이상의 싸이클로이드 디스크의 두께와 지지 디스크의 두께의 합보다 크게 길이연장되어 있다.

본 발명의 실시예에서, 출력부는 중앙 수용공을 내부영역 중앙에 형성한 본체와 로우터 핀의 대경부를 수용하도록 본체의 전단측에 원주방향으로 등간격되게 배치된 수용홈을 갖추고, 출력 토크를 외부로 전달하는 출력 샤프트와; 출력 샤프트를 수용할 수 있는 중공형상의 하우징 커버;를 포함하여 구성되어 있다.

출력 샤프트는 중앙 수용공 내주면과 입력 샤프트의 후단측 사이에 하나 이상의 제5 베어링을 개재하고 있다.

또한, 출력 샤프트는 출력 샤프트의 후단측에 출력 샤프트 어댑터를 축선방향으로 결합하고 있다.

바람직하기로, 하우징 커버는 출력 샤프트를 회전가능하게 수용할 수 있는 환형상 케이싱과; 환형상 케이싱 후단측에 배치되되, 내부 영역 중앙에 중심공을 갖춘 리어 커버;로 이루어져 있다.

출력부는 리어 커버의 내주면과, 출력 샤프트와 출력 샤프트 어댑터의 외주면 사이에 제6 베어링을 개재하고 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.

본 발명은 입력 샤프트의 외주면 상에 축선방향으로 싸이클로이드 디스크와 적층배열되는 지지 디스크를 구비하고 있으며, 지지 디스크의 외치 둘레를 따라 이너 핀의 내치를 전체적으로 치합되게 맞물려 있어 기왕에 백래시를 제거하는 것과 함께 입력 샤프트의 신뢰할 수 있는 축 정렬을 돕는다.

덧붙여서, 본 발명은 지지 디스크와 이너 핀 사이에 확실한 정합을 통해 구성부재들 간의 유격을 제거하여 구조적 안정화를 통해 소음 및 진동을 저감한다.

본 발명은 다수의 베어링을 다지점에 배치하여 입력 샤프트 및/또는 출력 샤프트를 지지하여 축 비틀림 하중에 저항할 수 있도록 구성되어 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 싸이클로이드 디스크와 지지 디스크의 배열 상태를 확인할 수 있는 감속부의 부분 절개도이다.
도 6은 도 2에 도시된 감속부의 요부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 7a는 입력 샤프트 축상에 배치된 싸이클로이드 디스크와 이너 핀 사이에 치합 상태를 확인할 수 있도록 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7b는 입력 샤프트 축상에 배치된 다른 싸이클로이드 디스크와 이너 핀 사이에 치합 상태를 확인할 수 있도록 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7c는 입력 샤프트 축상에 배치된 지지 디스크와 이너 핀 사이에 치합 상태를 확인할 수 있도록 개략적으로 도시한 평면도이다.

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 디스크의 편심 회전운동에도 불구하고 입력 샤프트의 축 정렬을 보장하는 동시에 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 6을 참조로 하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 백래시 방지 싸이클로이드 감속기가 개략적으로 도해되어 있다.

당해 분야의 숙련자들에게 당해 분야의 숙련자들에게 이미 널리 알려져 있듯이, 산업용 로봇은 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 제거, 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 디스크의 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 전달받아 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. 선택가능하기로, 하우징 커버(22)는 환형상 케이싱(221)과 리어 커버(222)로 분리 및 결합될 수도 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 외주면 상에 편심 회전가능하게 축선방향으로 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14;cycloid rotor), 싸이클로이드 디스크(13,14)의 외주면 둘레에 형성된 치형돌기와 치합되도록 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 원형상으로 배열된 다수의 이너 핀(15;inner pin), 축선방향으로 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 내부영역에 배치되어 외부로 감속 토크를 전달하는 로우터 핀(16;rotor pin)으로 이루어진다. 특별하기로, 본 발명의 감속부(1)는 입력 샤프트(11)의 외주면 상에 지지 디스크(17)를 배치하는데, 싸이클로이드 디스크와 유사하게 지지 디스크의 외주면 둘레에 치형돌기를 형성하고 있다.

하우징(12)은 후단측을 개방한 중공의 원통형상 혹은 컵형상으로 형성되는데, 내부영역 중앙에 중심공(123)을 갖춘 환형상의 환형상 플레이트(121)와 이 환형상 플레이트(121) 가장자리 둘레를 따라 형성된 측벽(122)으로 구성된다. 중심공(123)은 중공형 입력 샤프트(11)의 전단측, 더욱 구체적으로 입력 샤프트 어댑터(11a)를 회전가능하게 수용할 수 있는 크기와 형상으로 형성되되, 하우징(12)의 중심공(123)과 입력 샤프트 어댑터(11a) 사이에 제1 베어링(B1)을 개재할 수 있다. 덧붙여서, 본 발명은 중공형 입력 샤프트(11)의 전단측에 입력 샤프트 어댑터(11a)를 나사체결 등의 다양한 결합방식으로 축선방향으로 따라 일체로 결합할 수 있으며, 입력 샤프트 어댑터(11a)는 중공형 입력 샤프트(11)와 동심원 구조를 갖추고 입력 샤프트 어댑터의 외경은 중공형 입력 샤프트의 전단측 외경보다 큰 크기를 가질 수 있다.

도시된 바와 같이, 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. 이너 핀(15)의 길이는 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 두께와 지지 디스크(15)의 두께의 합보다 큰 것이 바람직하다.

본 발명은 입력 샤프트(11)의 외주면에 형성된 하나 이상의 단차면(113,114)에 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)를 각각 배치하는바, 바람직하기로 싸이클로이드 디스크(13)의 중앙 삽입공(131)과 입력 샤프트(11)의 외주면(113) 사이에 제3 베어링(B3)을 개재할 수 있으며 이와 상응하게 싸이클로이드 디스크(14)의 중앙 삽입공(141)과 입력 샤프트(11)의 외주면(114) 사이에 제4 베어링(B4)을 개재할 수 있다. 싸이클로이드 디스크(13,14)는 베어링(B3,B4)을 수단으로 하여 입력 샤프트의 외주면에 형성된 단차면 상에 안정적으로 지지될 수 있을 것이다. 여기서, 각각의 단차면(113,114)은 앞서 기술된 바와 중공형 입력 샤프트(11)의 외주면에 형성되되 그 축 중심에 대하여 편심되어 있다.

도시된 바와 같이, 싸이클로이드 디스크(13)는 편평한 디스크 형상으로 형성되는데, 내부영역 중심에 입력 샤프트의 외주면(구체적으로, 단차면;113) 둘레에 끼워 넣어지는 중앙 삽입공(131)과, 가장자리 둘레를 따라 연속적으로 배치된 치형돌기(135), 및 내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 하나 이상의 관통공(136)을 구비한다.

싸이클로이드 디스크(14)는 편평한 디스크 형상으로 형성되되, 싸이클로이드 디스크(13)와 평행하게 입력 샤프트(11)의 축선방향을 따라 배치된다. 싸이클로이드 디스크(14)는 싸이클로이드 디스크(13)와 유사하게 혹은 동일하게 내부영역 중심에 입력 샤프트의 외주면(구체적으로, 단차면;114) 둘레에 끼워 넣어지는 중압 삽입공(141)과, 가장자리 둘레를 따라 연속되게 배치된 치형돌기(145), 및 내부영역에 원주방향으로 등간격되게 배치된 하나 이상의 관통공(146)을 구비한다. 즉, 싸이클로이드 디스크(13,14)는 외접기어를 이루게 된다. 선택가능하기로, 싸이클로이드 디스크(14)는 싸이클로이드 디스크(13)와 동일한 형상 및/또는 동일한 크기로 형성될 수 있다.

본 발명은 싸이클로이드 디스크의 편심 회전시 싸이클로이드 디스크(13,14) 가장자리 둘레에 이너 핀(15)을 배치하여, 이너 핀(15)과 싸이클로이드 디스크의 치형돌기(135,145)를 접촉되게 한다.

이너 핀(15)은 중공형상의 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 형성된 수용홈(125) 내에 안착되어 싸이클로이드 디스크의 치형돌기와 상호 접촉가능한 상태의 내접기어를 이루게 되는데, 하우징(12)의 개방 후단측 가장자리 내주면 둘레에 배치된 환형상 케이싱(221)으로 덮혀져 위치고정된다. 이너 핀(15)은 도시된 바와 같이 싸이클로이드 디스크(13,14) 가장자리 둘레의 치형돌기(135,145)와 치합되도록 배치하여, 싸이클로이드 디스크(13,14)의 편심 회전을 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 디스크(13,14)의 치형돌기와 맞물려지는 경우에 싸이클로이드 디스크(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 된다.

감속부(1)는 앞서 기술하였듯이 입력된 토크를 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 디스크(13,14)를 배치할 수 있다.

감속부(1)는 싸이클로이드 디스크(13,14)를 편심 회전시켜 정해진 감속비에 따라 회전 속도를 줄일 수 있는 구조로 이루어지 있다. 통상적으로, 싸이클로이드 디스크가 편심 회전하면서 진동을 유발하게 되는데, 이러한 진동을 억제할 수 있도록 바람직하기로는 2개의 싸이클로이드 디스크(13,14)를 축선방향으로 배치한다. 2개의 싸이클로이드 디스크(13,14)는 이들 사이에 약간의 이격공간을 제공하여 싸이클로이드 디스크를 독립적으로 편심 회전을 가능하게 할 수 있으며 편심 회전시 2개의 싸이클로이드 디스크 사이에의 접촉 마찰을 최소화시킬 수 있다. 입력 샤프트(11)는 단차면(113)과 단차면(114) 사이에 방사상 방향으로 돌출된 스페이서(spacer;참조번호 없음)를 통해 인접배치된 2개의 싸이클로이드 디스크 사이에 이격 공간을 확보할 수 있다. 필요에 따라, 감속부는 2개의 싸이클로이드 디스크(13,14) 사이에 저마찰 계수를 갖는 디스크형 부시를 추가로 배치할 수도 있다.

싸이클로이드 디스크(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 디스크(13,14)의 위치선정을 돕는 한편 출력 샤프트(21)의 수용홈(212)에 삽입결합된다. 싸이클로이드 디스크(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.

로우터 핀(16)은 대경부(161)와, 이 대경부(161)와 동심축을 갖는 소경부(162)를 일체로 형성되는데, 소경부(162)의 외주면 둘레에 튜브(tube)형 부시(166)를 배치한다. 대경부(161)는 관통공(136,146)의 내경보다 큰 크기를 갖추며, 소경부(162)는 관통공(136,146)을 가로질러 배치될 수 있는 크기와 형상을 갖는다. 추가로, 튜브형 부시(166)는 내마모성을 갖는 소재, 예컨대 베어링강(bearing steel)으로 제작될 수 있다.

전술한 바와 같이, 관통공(136,146)은 로우터 핀(16)의 소경부(162) 직경 보다 큰 직경을 갖도록 한다. 관통공(136,146)은 싸이클로이드 디스크(13,14)의 편심 회전을 보장할 수 있게 로우터 핀(16)의 소경부보다 큰 크기로 형성될 수 있어야 할 것이다. 선택가능하기로, 관통공(136,146)은 원형 단면의 중공부로 형성될 수 있다. 관통공이 원통형상의 로우터 핀(16)의 소경부와 대응되는 형상으로 형성되어, 소경부(162)가 관통공(136,146)의 내주면과 접촉하면서 회동할 수 있게 한다. 또한, 관통공의 내주면과 원통형상의 소경부의 외주면이 대응되는 형상으로 이루어져 있기 때문에, 회동시 관통공과 로우터 핀의 마모를 현저하게 줄일 수 있다.

추가로, 소경부(162)는 속이 비어 있는 중공축(中空軸) 구조로 이루어지는데 반해 대경부(161)는 중실축(中實軸) 구조로 이루어질 수 있다.

감속부(1)는 입력 샤프트(11)의 외주면 상에 편심 회전가능하게 축선방향으로 적층배열된 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)에 인접하게 지지 디스크(17)를 배치하는데, 다시 말하자면 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)와 지지 디스크(15)를 입력 샤프트의 외주면 상에 축선방향으로 적층배열된다.

특별하기로 지지 디스크(17)는 하나 이상의 싸이클로이드 디스크에서 후단측을 향해 축선방향으로 돌출된 다수의 로우터 핀(16)을 출력 샤프트(21)의 수용홈(212)에 끼워져 동력을 전달할 수 있도록 하는 하나 이상의 싸이클로이드 디스크 전단측에서 입력 샤프트(11)의 외주면(117) 상에 동심으로 배치된다. 이를 위해, 지지 디스크(17)는 내부영역 중심에 입력 샤프트의 외주면 둘레에 끼워 넣어지는 중앙 삽입공(171)과 가장자리 둘레를 따라 연속적으로 배치된 치형돌기(175)를 구비한다. 감속부는 지지 디스크(17)의 중앙 삽입공(171)과 입력 샤프트(11)의 외주면 사이에 제2 베어링(B2)을 개재할 수 있다. 본 발명은 지지 디스크(17)와 원형상으로 배열된 이너 핀을 치차 결합되도록, 지지 디스크(17)는 다수의 이너 핀(15)으로 형성된 원형상의 내주면 원주와 동일한 원주 크기를 갖는다.

지지 디스크(17)는 다수의 치형돌기(175)와 다수의 탄성변형가능한 이너 핀(15)을 치합하는데, 다수의 치형돌기(175)와 다수의 이너 핀 사이에 원주방향으로 맞물리는 치면들 사이에 여유공간(즉, 유격)을 제공하지 않고 제2 베어링(B2)을 통해 입력 샤프트(11)의 회전에 영향을 받지 않고 회전하지 않고 위치를 유지할 수 있다. 이로써, 지지 디스크(17)는 다수의 탄성변형가능한 이너 핀으로 구성된 내접기어와의 전반적인 외접을 통해 입력 샤프트의 회전시 발생하는 진동/충격을 완화 혹은 흡수할 수 있으며, 앞서 기술하였듯이 지지 디스크는 입력 샤프트에 종속되지 않고 회전하지 않아 지지 디스크의 치형돌기와 이너 핀 사이에 마찰을 유발하지 않게 된다.이와 더불어서, 감속부(1)는 제1 베어링(B1)과 제2 베어링(B2)으로 입력 샤프트(11)를 지지하여 하중을 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라 축의 비틀림을 방지하여 축 정렬을 향상시킬 수 있다.

출력부(2)는 감속부(1)의 싸이클로이드 디스크(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 제6 베어링(B6), 및 출력 샤프트(21)의 중앙 수용공(213) 내주면 둘레에 배치된 하나 이상의 제5 베어링(B5)으로 이루어진다.

중공형 출력 샤프트(21)는 중공형 혹은 원통형상의 본체(211;body)와 본체의 타면(전단측)에 로우터 핀(16)의 대경부(161)를 수용하는 다수의 수용홈(212) 및 본체의 내부영역 중앙에 형성된 중심공(213)을 구비한다. 다수의 수용홈(212)은 본체(211)의 타면에 원주방향으로 등간격으로 이격배치될 수 있다. 도시되었듯이, 출력 샤프트(21)의 중앙 수용공(213)은 입력 샤프트(11)의 후단측을 수용할 수 있는 크기와 형상을 가지며, 중앙 수용공(213)의 내주면과 입력 샤프트(11)의 후단측 사이에 하나 이상의 제5 베어링(B5)을 개재한다. 출력부(2)는 중앙 수용공(213)의 내주면에서 축선방향을 따라 2개의 제5 베어링(B5)을 포함하는데(도 4 참조), 이에 국한되지 않고 입력 샤프트와 출력 샤프트 사이의 축 비틀림을 방지하여 축 정렬을 향상시킬 수 있다.

덧붙여서, 본 발명은 중공형 출력 샤프트(21)의 후단측에 출력 샤프트 어댑터(21a)를 나사체결, 핀 결합 등의 다양한 결합방식으로 축선방향을 따라 일체로 결합할 수 있으며, 출력 샤프트 어댑터(21a)는 중공형 출력 샤프트(21)와 동심원 구조를 갖는다. 본 발명은 출력 샤프트(21)와 출력 샤프트 어댑터(21a)의 분리 및 결합을 통해 하우징 커버(22) 내에 용이한 조립을 보장하는 한편 출력 샤프트의 외주면과 출력 샤프트 어댑터의 외주면 사이에 제6 베어링의 안착을 도울 수 있다.

하우징 커버(22)는 싸이클로이드 디스크의 수용공간을 형성하는 하우징(12)의 후단측 개방부를 덮어씌울 수 있도록 전단측을 개방한 중공의 원통형상 혹은 컵 형상의 구성부재로서, 전술된 바와 같이 출력 샤프트(21)와 출력 샤프트 어댑터(21a)를 수용할 수 있는 형상으로 형성되어 있다. 구체적으로, 하우징 커버(22)는 출력 샤프트(21)를 회전가능하게 수용할 수 있는 환형상 케이싱(221)과, 출력 샤프트 어댑터(21a)를 회전가능하게 수용할 수 있으며 내부 영역 중앙에 중심공(223)을 갖춘 리어 커버(222)로 이루어져 있다. 하우징 커버(22)는 리어 커버(222)의 내주면과 중공형 출력 샤프트의 후단측 외주면 사이에 제6 베어링(B6)을 개재하는데, 더욱 구체적으로 제6 베어링(B6)은 출력 샤프트 어댑터(21a)와 출력 샤프트(21)의 결합 부위 상에 배치될 수 있다. 제6 베어링(B6)은 출력 샤프트를 축 지지하여 출력 샤프트의 축 비틀림을 방지하여 축 정렬을 돕도록 베어링을 채용할 수 있으며, 이에 국한되지 않고 다양한 유형의 베어링으로도 대체가능하다.

도 7a 및 도 7b는 감속부를 구성하는 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 치형돌기(135,145)를 원형으로 배열되어 치형을 형성하는 다수의 이너 핀(15) 내에서 편심 회전하면서 다수의 이너 핀 중 일부와 면접 밀착된 치합 상태를 확인할 수 있으며, 이러한 싸이클로이드 디스크의 편심 회전을 이용한 감속 원리는 당해 분야의 숙련자들에게 이미 공지된 기술이기에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 7c는 감속부를 구성하는 지지 디스크(17)의 치형돌기(175)와 원형으로 배열되어 치형을 형성하는 다수의 이너 핀(15) 간에 면접 밀착된 정합 상태를 확인할 수 있다. 지지 디스크(17)의 치형돌기(175)는 다수의 이너 핀(15)과 전체적으로 접촉(외접) 상태를 유지하고 있어 회전시 발생되는 충격, 소음, 진동 등의 외부 요인을 지지 디스크를 통해 탄성변경가능한 이너 핀으로 흡수/완화시킬 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 디스크,
15 ----- 이너 핀,
16 ----- 로우터 핀,
17 ----- 지지 디스크,
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 전달 받아 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 디스크(13,14);
   상기 입력 샤프트(11)의 외주면 상에 동심 회전가능하면서, 상기 하나 이상의 싸이클로이드 디스크의 전단측에서 축선방향으로 적층배열된 지지 디스크(17);
   상기 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 치형돌기(135,145)와 상기 지지 디스크(17)의 치형돌기(175)에 접촉가능하게 상기 하우징(12)의 내주면 둘레를 따라 배치되어 있는 다수의 탄성변형가능한 이너 핀(15;inner pin); 및
   축선방향으로 일렬로 배열된 상기 다수의 관통공(136,146) 내에서 후단측을 향해 신장되어 있는 다수의 로우터 핀(16;rotor pin);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 핀(15)은 내부에 중공부(151)를 갖춘 원통형상부재로 이루어지고,
   상기 로우터 핀(16)은 대경부(161)와, 상기 대경부(161)와 동심축을 갖는 소경부(162), 및 상기 소경부 외주면 둘레에 배치된 튜브형 부시(166)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 로우터 핀(16)의 대경부(161)는 중실축 구조로 이루어지고,
   상기 로우터 핀(16)의 소경부(162)는 중공축 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지 디스크(17)는 상기 다수의 이너 핀(15)으로 형성된 원형상의 내주면 원주와 동일한 원주 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 입력 샤프트(11)는 상기 입력 샤프트의 전단측에 입력 샤프트 어댑터(11a)를 축선방향으로 결합하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 이너 핀(15)은 상기 하나 이상의 싸이클로이드 디스크(13,14)의 두께와 상기 지지 디스크(17)의 두께의 합보다 크게 길이연장되어 있는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력부(2)는,
   중앙 수용공(213)을 내부영역 중앙에 형성한 본체(211)와 상기 로우터 핀(16)의 대경부(161)를 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);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 출력 샤프트(21)는 상기 중앙 수용공(213) 내주면과 상기 입력 샤프트(11)의 후단측 사이에 하나 이상의 제5 베어링(B5)을 개재하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 출력 샤프트(21)는 상기 출력 샤프트의 후단측에 출력 샤프트 어댑터(21a)를 축선방향으로 결합하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하우징 커버(22)는,
    상기 출력 샤프트(21)를 회전가능하게 수용할 수 있는 환형상 케이싱(221)과;
    상기 환형상 케이싱(221) 후단측에 배치되되, 내부 영역 중앙에 중심공(223)을 갖춘 리어 커버(222);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 출력부(2)는 상기 리어 커버(222)의 내주면과, 상기 출력 샤프트(21)와 상기 출력 샤프트 어댑터(21a)의 외주면 사이에 제6 베어링(B6)을 개재하는 것을 특징으로 하는 백래시 방지 싸이클로이드 감속기.
    

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