KR102087879B1 - 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈 - Google Patents

2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈에 관한 것으로서, 더 자세하게는 감속기에 적용 가능한 기어 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 외주면에 복수의 치가 형성되며, 편심 회전이 가능한 외접기어와, 내주면에 복수의 홈이 형성되며 홈마다 외접기어와 연접되는 핀이 배치되는 내접기어를 포함하는 기어 모듈에 있어서, 홈과 핀은 두 개의 접촉점에서 접촉되며, 홈은 핀의 곡률반경보다 큰 제1곡률반경을 가지며 어느 하나의 접촉점과 접촉하는 제1원호로 이루어진 제1부채꼴과, 핀의 곡률반경보다 큰 제2곡률반경을 가지며 다른 하나의 접촉점과 접촉하는 제2원호로 이루어진 제2부채꼴이 서로 중첩되는 부분이 함몰되어 형성되고, 제1곡률반경 및 제2곡률반경은 각각 핀의 중심점을 지나 접촉점과 연결되며, 서로 동일한 크기를 갖는 기어 모듈을 제공한다.

Description

2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈{GEAR MODULE HAVING INTERNAL GEAR WITH 2 POINT CONTACT}
본 발명은 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈에 관한 것으로서, 더 자세하게는 감속기에 적용 가능한 기어 모듈에 관한 것이다.
감속기는 기어의 배열에 의해 동력장치에서 입력되는 고속의 회전력을 소정 비율로 감속하여 저속의 회전력으로 출력되도록 하기 위한 장치로서, 다양한 분야에서 이용되고 있다.
특히, 산업용 로봇, 휴머노이드 로봇 등과 같이 정밀한 구동 제어가 요구되는 분야에서는 고정밀 감속기가 이용되며, 고정밀 감속기는 일반적인 감속기에 비해 높은 감속비와 반복 정밀도 등의 특성이 요구된다.
현재 널리 이용되는 고정밀 감속기로는 싸이클로이드 감속기가 있다. 싸이클로이드 감속기는 내주면에 홈이 형성되며 각 홈마다 핀(120')이 결합된 내접기어(12')와, 핀(120')과 치합되며 편심 회전하는 외접기어(11')로 이루어진 기어 모듈이 적용된 감속기로서, 다양한 감속비를 구현할 수 있다.
이때, 내접기어(12')의 홈은 핀(120)과 도 1에 도시된 바와 같이 면접촉 상태로 고르게 접촉되어야 하지만, 실제로는 가공 및 조립 공차에 의해 하나의 접촉점에서 만나며, 이로 인해 외접기어(11')로부터 작용한 하중의 방향과 접촉점의 반력 방향의 달라질 수 있다. 즉, 종래의 기어 모듈이 적용된 감속기는 하나의 접촉점에 하중 및 응력이 집중되어 마멸이 가속화될 수 있으며, 하중 방향과 반력 방향이 달라 감속기의 성능이 감소될 수 있다.
또한, 종래의 기어 모듈은 내접기어(12')와 핀(120') 사이에는 윤활제가 유동할 수 있는 공간이 존재하지 않아 윤활막을 형성하기 어렵고, 마멸에 의해 발생된 미세 입자들이 마찰면에 상존하게 되어 마찰열의 상승 및 표면 손상이 야기되는 문제점이 있다.
마지막으로, 종래의 기어 모듈은 내접기어(12')의 표면조도에 따라 접촉점이 하나 이상 발생될 수 있으며, 각각의 접촉점에서 발생하는 마찰이 상이하여, 핀(120')의 회전이 방해되는 문제점이 있다.
따라서, 핀의 하중을 분산하여 내구성이 향상되고, 핀의 회전력이 극대화된 기어 모듈에 대한 요구가 생기게 됐다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 핀의 하중을 분산하여 내구성이 향상되고, 핀의 회전력이 극대화된 기어 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 외주면에 복수의 치(Tooth)가 형성되며, 편심 회전이 가능한 외접기어와, 내주면에 복수의 홈이 형성되며, 홈마다 외접기어와 연접되는 핀이 배치되는 내접기어를 포함하고, 홈과 핀은 두 개의 접촉점에서 접촉되며, 핀의 곡률반경보다 큰 제1곡률반경을 가지며 어느 하나의 접촉점과 접촉하는 제1원호로 이루어진 제1부채꼴과, 핀의 곡률반경보다 큰 제2곡률반경을 가지며 다른 하나의 접촉점과 접촉하는 제2원호로 이루어진 제2부채꼴이 서로 중첩되는 부분이 함몰되어 형성되고, 제1곡률반경 및 제2곡률반경은 각각 핀의 중심점을 지나 접촉점과 연결되며, 서로 동일한 길이를 갖는 기어 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 접촉점과 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
Figure 112018047518750-pat00001
)은 외접기어와 핀의 유효 접촉범위의 각 경계점과 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
Figure 112018047518750-pat00002
)보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1곡률반경 및 제2곡률반경의 크기에 따라, 홈은 곡선 형상 또는 직선 형상이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 홈이 형성됨으로 인해 핀과 홈 사이에는 공간부가 형성되며, 공간부에는 윤활제가 수용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 각 접촉점과 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
Figure 112018047518750-pat00003
)은 사용자에 의해 선정된 접촉점에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 핀과 내접기어가 2점에서 접촉하는 기어 모듈을 제공할 수 있다. 핀과 내접기어가 2점에서 접촉함으로 인해, 외접기어에서 작용하는 하중의 방향과 상관없이 일정한 위치의 2점에서 핀의 하중이 분산될 수 있으며, 핀과 내접기어 사이에 윤활막이 형성될 수 있어, 내접기어의 손상이 방지됨으로써, 감속기로 적용 시 감속기의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 기어 모듈을 일부분을 발췌하여 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈의 평면도이다.
도 3은 일부가 절제된 도 2에 도시된 기어 모듈의 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 기어 모듈의 일부분을 발췌하여 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 제1곡률반경 및 제2곡률반경의 크기 따른 홈의 형상을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈이 적용된 감속기의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈이 적용된 감속기의 분해도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈(10)의 평면도이고, 도 3은 일부가 절제된 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈(10)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈(10)은 외접기어(11) 및 내접기어(12)를 포함할 수 있다. 이때, 외접기어(11)는 내접기어(12)의 중심에 형성된 관통공에 삽입될 수 있다.
외접기어(11)는 외주면에 복수의 치(Tooth)가 형성되며, 중심에 관통공(110)이 형성된 원판상의 기어로서, 동일 크기의 한 쌍의 기어가 서로 편심되게 접촉 배치된 것일 수 있다.
즉, 외접기어(11)는 회전축을 기준으로 제1방향으로 일정 간격 이격된 제1편심체(22, 도 7 참조)에 회전 가능하게 고정되며, 핀(120)과 연접하며 치수차만큼 감속을 유발하는 제1판기어(111) 및 회전축을 기준으로 제1방향과 대향되는 제2방향으로 일정 간격 이격된 제2편심체(23, 도 7 참조)에 회전 가능하게 고정된 제2판기어(112)로 이루어질 수 있다. 이때, 제1판기어(111) 및 제2판기어(112)의 치는 트로코이드 치형, 에피트로코이드 치형, 원호 치형 등으로 형성될 수 있다.
내접기어(12)는 외접기어(11)가 삽입 가능한 관통공이 형성되며, 내주면에 복수의 홈(121)이 형성될 수 있고, 각 홈(121)에는 외접기어(11)와 연접되는 핀(120)이 결합될 수 있다. 이때, 내접기어(12)의 홈(121)은 핀(120)과 두 개의 접촉점에서 접촉될 수 있다. 또한, 내접기어(12)와 핀(120)은 일체형으로 형성될 수 있다.
핀(120)은 외접기어(11)의 치보다 하나 더 많이 구비될 수 있다. 이로 인해, 잇수의 차로 인해 1회전 할때마다 외접기어(11)는 내접기어(12)에 대해 잇수차만큼 어긋나며 자전하게 된다. 예를 들어, 외접기어(11)의 치의 개수가 N이고, 핀(120)의 개수가 N+1인 경우, 외접기어(11)는 입력 회전수 대비 1/N의 감속비로 감속 회전하게 된다.
이하에서는 도 4를 참조하여 내접기어(12)의 홈(121)에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 도 4는 도 2에 도시한 기어 모듈(10)의 일부분을 발췌하여 도시하는 도면이다.
홈(121)은 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00004
)보다 큰 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00005
)을 가지며 어느 하나의 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00006
)과 접촉하는 제1원호로 이루어진 제1부채꼴(
Figure 112018047518750-pat00007
)과, 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00008
)보다 큰 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00009
)을 가지며 다른 하나의 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00010
)과 접촉하는 제2원호로 이루어진 제2부채꼴(
Figure 112018047518750-pat00011
)이 서로 중첩되는 부분이 함몰되어 형성될 수 있다. 이때, 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00012
)은 핀의 중심점(
Figure 112018047518750-pat00013
)을 지나 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00014
)과 연결될 수 있고, 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00015
)은 핀의 중심점(
Figure 112018047518750-pat00016
)을 지나 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00017
)과 연결될 수 있다. 또한, 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00018
)과 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00019
)은 서로 동일한 크기를 가질 수 있다.
여기서, 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00020
)과 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00021
)은 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00022
)과 같거나 클 수 있다. 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00023
)과 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00024
)이 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00025
)과 같은 경우에 홈(121)은 반원형의 곡선 형상이 되고, 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00026
)과 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00027
)이 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00028
)보다 큰 경우에 홈(121)은 고딕 아크 형상이 되며, 제1곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00029
)과 제2곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00030
)이 핀의 곡률반경(
Figure 112018047518750-pat00031
) 보다 무한히 커질 경우에 홈은 직선 형상이 될 수 있다. 즉, 홈(121)은 곡선 또는 직선 형태로 형성될 수 있다. (도 5 참조)
또한, 기어 모듈(10)은 각 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00032
,
Figure 112018047518750-pat00033
)과 핀의 중심점(
Figure 112018047518750-pat00034
)을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
Figure 112018047518750-pat00035
)이 외접기어(11)가 1회전하는 동안 핀(120)과 유효한 접촉이 유지되는 유효접촉범위의 각 경계점과 핀의 중심점(
Figure 112018047518750-pat00036
)을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
Figure 112018047518750-pat00037
)보다 크거나 같을 수 있다.
한편, 본 발명에서 각 접촉점(
Figure 112018047518750-pat00038
,
Figure 112018047518750-pat00039
)은 특정한 지점이 아니라, 상술한 조건을 만족하는 복수의 점 중 어느 하나일 수 있다. 다시 말해, 사용자가 직접 접촉점을 선정할 수 있다.
이러한 형상적 특징으로 인해, 본 발명은 핀(120)의 하중이 분산되어 내구성이 향상될 수 있으며, 핀(120)과 홈(121)은 일정 위치에서 선 접촉하기 때문에, 표면 조도의 영향을 적게 받을 수 있다. 또한, 본 발명은 핀(120)과 홈(121)의 불완전 접촉에 의한 회전에 방해되는 하중 또는 선분을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 기어 모듈(10)은 홈(121)이 상술한 바와 같이 형성됨으로써, 홈(121)과 핀(120) 사이에는 공간부(122)가 형성될 수 있다. 이때, 공간부(122)에는 마찰력 및 마찰열을 감소시키는 윤활제(Lubricant)가 수용되며, 윤활막이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명은 마찰열에 의한 표면손상의 발생률을 감소시킬 수 있으며, 마멸에 의해 발생된 미세 입자들이 공간부(122)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈이 적용된 감속기의 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 모듈이 적용된 감속기의 분해도이다.
감속기(1)는 회전 속도를 제어하는 장치로서, 동력을 입력받는 입력축(21)이 형성된 입력부(20), 입력된 동력을 감속비만큼 감속시키는 기어 모듈(10), 감속된 동력을 출력하는 출력축(31)이 형성된 출력부(30) 및 입력부(20), 기어 모듈(10) 및 출력부(30)를 수용하는 하우징(40)을 포함할 수 있다. 이때, 입력축(21)은 동력발생장치(미도시)의 회전축이거나, 회전축과 직접 연결될 수 있다. 또한, 본 발명의 도면에는 도시되어 있지 않지만, 입력부(20)는 회전축의 기어와 치합되는 형태로 형성될 수 있음은 물론이다.
이때, 입력부(20)는 입력축(21), 입력축(21)에 결합되며 입력축(21)의 중심에서 제1방향으로 일정량 치우쳐진 제1편심체(22) 및 입력축(21)에 결합되며 입력축(21)의 중심에서 제1방향과 대향되는 제2방향으로 일정량 치우쳐진 제2편심체(23)를 포함할 수 있다.
감속기(1)가 감속하는 원리에 대해 간락하게 설명하면, 입력축(21)이 동력을 입력받아 회전하면, 편심체(22, 23)에 의해 외접기어(11)가 입력축(21)의 회전 방향과 반대방향으로 편심 회전하게 되고, 내접기어(12)에 결합된 핀(120)과 순차적으로 맞물릴 수 있다. 이때, 입력축(21)이 1회전하면 외접기어는 치와 핀의 개수 차이만큼 원점으로부터 덜 이동되며 감속될 수 있다.
도 7은 내접기어(12)와 하우징(40)을 별도의 구성요소로 도시하였으나, 하나의 구성 요소로 구현될 수도 있다. 즉, 하우징(40)의 내주면에 홈이 형성되며, 홈에 핀이 배치될 수 있다.
한편, 상술한 입력부(20)와 출력부(30)를 역전시킴으로써, 증속기를 구성하는 것도 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 감속기
10 : 기어모듈
20 : 입력부
30 : 출력부
40 : 하우징

Claims (5)

  1. 외주면에 복수의 치(Tooth)가 형성되며, 편심 회전이 가능한 외접기어와, 내주면에 복수의 홈이 형성되며, 상기 홈마다 상기 외접기어와 연접되는 핀이 배치되는 내접기어를 포함하는 기어 모듈에 있어서,
    상기 홈과 상기 핀은 두 개의 접촉점에서 접촉되며,
    상기 홈은, 상기 핀의 곡률반경보다 큰 제1곡률반경을 가지며 어느 하나의 접촉점과 접촉하는 제1원호로 이루어진 제1부채꼴과, 상기 핀의 곡률반경보다 큰 제2곡률반경을 가지며 다른 하나의 접촉점과 접촉하는 제2원호로 이루어진 제2부채꼴이 서로 중첩되는 부분이 함몰되어 형성되고,
    상기 제1곡률반경 및 상기 제2곡률반경은, 각각 핀의 중심점을 지나 상기 접촉점과 연결되며, 서로 동일한 크기를 가지며,
    상기 각 접촉점과 상기 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
    Figure 112019085101953-pat00040
    )은, 상기 외접기어와 핀의 유효 접촉범위의 각 경계점과 상기 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
    Figure 112019085101953-pat00041
    )보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는, 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홈은 곡선 또는 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 홈이 형성됨으로 인해 상기 핀과 상기 홈 사이에는 공간부가 형성되며,
    상기 공간부에는 윤활제가 수용되는 것을 특징으로 하는, 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각 접촉점과 상기 핀의 중심점을 연결한 두 개의 직선이 이루는 각(
    Figure 112018047518750-pat00042
    )은, 사용자에 의해 선정된 접촉점에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 2점 접촉 내접기어를 갖는 기어 모듈.
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