KR102105346B1

KR102105346B1 - 감속 장치

Info

Publication number: KR102105346B1
Application number: KR1020190087013A
Authority: KR
Inventors: 이종희; 정의진
Original assignee: 이종희
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-04-28
Also published as: EP4001694A1; CN114127442A; WO2021010738A1; US11644088B2; EP4001694A4; US20220316562A1

Abstract

본 발명은 내측에 구동면(110)을 구비하는 중공체인 입력축(100)과, 상기 입력축(100) 내에 수용되며 외면에 원주 방향을 따라 출력축기어(220)가 형성된 출력축본체(210)를 가지는 출력축(200)과, 상기 출력축(200)과 구동면(110) 사이에 정렬되며 축방향으로 연장된 복수의 롤러(R)와, 상기 롤러(R)의 축방향 양측에 위치하는 링 형상인 캡(300)을 포함하며; 상기 롤러(R)는 캡(300)에 의하여 반경 방향 운동이 안내되며, 상기 입력축(100)이 회전하면, 상기 롤러(R)는 구동면(110)에 가압되어 출력축기어(220)를 가압하여 출력축(200)이 회전되는 것을 특징으로 하는 감속 장치(10)에 관한 것이다.

Description

감속 장치{REDUCER}

본 발명은 감속 장치에 대한 것으로서 향상된 정밀도와 내구성을 가지며, 구조가 간단하여 가공을 보다 용이하게 할 수 있으며, 가공에 소요되는 비용이 절감되고, 진동 소음 발생이 현저하게 감소한 감속 장치에 관한 것이다.

일반적으로 감속 장치라고 하는 것은 동력 장치에서 입력되는 고속의 저토프 회전력을 소정 비율로 감속하여 저속의 고토크 회전력으로 출력되도록 하는 장치이다. 이러한 감속 장치는 하모닉 감속기(HARMONIC REDUCER)와 싸이클로이드 감속기(CYCLOID REDUCER)의 종류를 포함한다.

상기 하모닉 감속기는 널리 알려진 바와 같이 타원 형상의 웨이브 제너레이터(WAVE GENERATOR)와 상기 웨이브 제너레이터 외부에 구비되는 탄성 변형부와, 상기 탄성 변형부의 외측에 구비되고 상호 기어 결합하는 외부기어(OUTER GEAR)를 포함한다. 상기 웨이브 제너레이터는 입력축으로 기능하며 상기 웨이브 제너레이터가 회전하면, 상기 탄성 변형부가 변형되면서 외부기어 내측과 기어 결합하며 상기 탄성 변형부가 회전하여 상기 탄성 변형부가 출력축이 되어 감속 회전된다.

상기 싸이클로이드 감속기는 널리 알려진 바와 같이 입력축의 편심 운동에 의해 사이클로이드디스크(CYCLOID DISC)가 편심 회전 운동한다. 상기 사이클로이드디스크 주위에는 핀이 구비되어 상기 사이클로이드디스크가 핀과의 접촉에 의해 회전하며, 상기 사이클로이드디스크에 연동되는 출력축이 감속 회전된다.

그런데 상술한 종래의 하모닉 감속기는 탄성 변형부의 파손에 따른 내구성 저하의 문제점이 있었고, 종래의 싸이클로이드 감속기는 정확한 형상의 가공이 어려우며, 따라서 가공에 고비용이 소요되는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 하모닉 감속기와 싸이클로이드 감속기 자체는 아래의 선행기술문헌에 기재된 것으로서 이에 대한 자세한 설명과 도시는 생략한다.

일본 등록 특허 제5354195호 일본 등록 특허 제6191890호 일본 등록 실용신안 제3220171호 한국 등록 특허 제10-1608306호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 향상된 정밀도와 내구성을 가지며, 구조가 간단하여 제조가 용이하고 가공 비용이 절감되며, 소음 진동이 최대한 억제되는 감속 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다..

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 내측에 구동면을 구비하는 중공체인 입력축과, 상기 입력축 내에 수용되며 외면에 원주 방향을 따라 출력축기어가 형성된 출력축본체를 가지는 출력축과, 상기 출력축과 구동면 사이에 정렬되며 축방향으로 연장된 복수의 롤러와, 상기 롤러의 축방향 양측에 위치하는 링 형상인 캡을 포함하며; 상기 롤러는 캡에 의하여 반경 방향 운동이 안내되며, 상기 입력축이 회전하면, 상기 롤러는 구동면에 가압되어 출력축기어를 가압하여 출력축이 회전되는 감속 장치를 제공한다.

상기에서, 캡의 축 방향 내면에는 원주 방향을 따라 이격되며 롤러가 반경 방향으로 안내되는 복수의 가이드홈이 형성되고, 상기 롤러는 길이 방향 양측이 가이드홈에 삽입되어 반경 방향 운동이 가이드되면서 구동면의 가압에 의해 출력축기어를 가압하여 출력축이 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 출력축이 삽입되어 출력축기어의 축 방향 양측에 위치하며, 상기 롤러를 구동면으로 외향 가압하는 탄성링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 출력축은 상기 출력축본체의 양측에서 축방향으로 각각 연장되고 캡 내에 위치하는 연장부를 포함하고; 축 방향 외측에서 상기 연장부에 결합되어 출력축과 일체로 회전하는 출력축부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 캡은 링 형상인 캡본체를 포함하되, 상기 캡본체의 축방향 내측면(제1측면)에 상기 가이드홈이 형성되고; 상기 캡본체의 축방향 외측면(제2측면)에 상기 출력축부재가 안착되는 제1안착부가 형성되며; 상기 제1안착부는 상기 제2측면 중 내경 단부에서 외경 방향으로 일정 거리 형성되고, 두께는 일정 깊이만큼 감소되어 단턱을 이루고; 상기 출력축부재와 안착부 사이에는 제2베어링이 배치되며, 상기 출력축부재와 출력축은 고정부재에 의해 일체로 회전하도록 결합된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 캡본체에서 입력축 방향 측면인 제2측면의 외경방향 단부에 일정 두께만큼 감소되어 단턱을 이루는 제2안착부가 형성되고, 상기 제2안착부와 입력축 사이에 제1베어링이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 캡부재와 제1안착부 바닥면에는 결합핀이 삽입되기 위한 삽입홈이 각각 원주 방향을 따라 형성되고, 캡부재와 캡은 삽입홈에 삽입된 결합핀에 의하여 일체로 회전하도록 결합된 것을 특징으로 한다.

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 해석되어야 한다.

이상 설명한 본 발명은 향상된 내구성을 가지며, 롤러를 구동면 방향으로 가압하는 탄성링이 구비되어 롤러에 의한 소음 진동 발생이 억제되고, 상기 탄성링이 구비됨으로써 구성들 사이의 가공 오차가 탄성링에 의하여 상쇄되어 가공 오차에 의한 작동 불량이나 소음 발생이 억제되고, 축 방향 양측에서 캡이 롤러의 반경 방향 운동을 가이드하므로 양측의 캡이 정렬되어 고정됨으로써 롤러의 끼임 등에 의한 회전 불량이 방지되고 롤러의 기울림이 억제되며, 롤러의 길이 방향 양단이 캡에 형성된 가이드홈에 삽입되어 반경 방향 운동이 안내되므로 캡 사이에 별도로 롤러를 가이드하기 위한 구성이 필요하지 않아 구조가 간단하고 제조가 용이하며, 롤러의 양단 일부가 가이드홈에 의하여 안내되어 운동하므로 롤러의 미끄럼 마찰 면적이 감소하여 손실 토크가 감소하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속 장치의 개략적인 단면도이며,
도 2는 도 1에 도시한 감속 장치의 일부 구성 분해 단면도이며,
도 3은 도 1에 도시한 감속 장치의 일부 분해 사시도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감속 장치의 캡과 출력축 부재의 반대면을 나타내는 일부 단면 사시도이며,
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감속 장치의 작용 관계를 설명하기 위하여 도시한 일부 확대도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 감속 장치(10)는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 외부에서 동력이 입력되는 입력축(100)과, 상기 입력축(100)에 연동되어 감속되는 출력축(200)과, 상기 입력축(100)과 출력축(200) 사이에 배치되는 복수의 롤러(R)를 포함한다.

상기 입력축(100)은 중공체로서 내측에 하나 이상의 돌출부를 가지는 구동면(110)을 구비한다. 상기 구동면(110)은 180° 방향으로 돌출된 2개의 돌출부를 가지는 타원 형태로 형성될 수도 있다.

상기 출력축(200)은 상기 입력축(100) 내에 수용된다. 상기 복수의 롤러(R)는 상기 출력축(200)과 구동면(110) 사이에 정렬되며 축방향으로 연장된다.

상기 롤러(R)의 축방향 양측에는 링 형상인 캡(300)이 구비되고, 상기 출력축(200)은 상기 입력축(100) 내에 배치되는 출력축본체(210)를 포함한다. 상기 출력축본체(210)의 외면에는 원주 방향을 따라 출력축기어(220)가 형성된다.

상기 롤러(R)의 개수는 출력축기어(220)를 이루는 이(치)의 개수보다 작게 구비된다.

상기 캡(300)의 축 방향 내면에는 원주 방향을 따라 이격되며 방사상으로 연장된 복수의 가이드홈(320)이 형성된다. 상기 가이드홈(320)은 캡(300)의 반경 방향 내측 단부에서 외측 단부까지 연장된 관통 형태로 형성될 수 있다. 상기 가이드홈(320)은 반경 방향 내측과 외측에 서로 마주하는 오목한 라운드부와, 반경 방향 내측과 외측 단부가 라운드부에 연결되며 나란하게 서로 마주하는 연장부를 가져 반경 방향으로 길이를 가지는 장공홈 형태로 형성될 수도 있다.

상기 가이드홈(320)에 상기 롤러(R)의 길이 방향 양측이 반경 방형으로 슬라이딩 가능하게 삽입되어, 롤러(R)는 가이드홈(320)을 따라 안내되어 반경 방향 운동을 한다. 상기 롤러(R)는 입력축(100)의 구동면(110)의 가압에 의해 내측의 출력축(200)을 향하여 가압되면서 출력축기어(220)를 가압하여 출력축(200)을 회전시키게 되며 이에 대해서는 후술한다.

본 발명에 따르는 감속 장치(10)는 상기 출력축(200)이 삽입되어 출력축기어(220)의 축 방향 양측에 위치하며, 상기 롤러(R)를 상기 구동면(110) 방향으로 외향 가압하는 탄성링(500)을 더 포함한다. 구동면(110)의 가압이 해제되면 내향 가압된 롤러(R)는 상기 탄성링(500)에 의해 외향 이동하여 원래 위치로 복귀된다.

상기 입력축(100)의 구동면(110)은 타원 형상인 경우에 대하여 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 구동면(110)이 타원의 장축인 경우 롤러(R)는 탄성링에 의해 외향 배치되어 있다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 입력축(100)이 회전하여 구동면(110)이 타원의 단축인 경우 롤러(R)는 상기 구동면(110)에 의해 가압되어 내향 이동한다. 상기 롤러(R)의 이동에 의해 출력축(200)의 출력축기어(220)가 가압되어 출력축(200)이 회전한다.

한편, 상기 내향 이동된 롤러(R)는 상기 탄성링(500)에 의해 외향 이동하여 원래 위치로 복귀한다.

상기 출력축(200)은 상기 출력축본체(210)의 양측에서 축방향으로 각각 연장되고 캡(300) 내에 위치하는 연장부(230)를 포함한다. 본 발명에 따르는 감속 장치(10)는 상기 축 방향 외측에서 상기 연장부(230)에 결합되어 출력축(200)과 일체로 회전하는 출력축부재(400)를 포함한다.

상기 입력축(100)에 의해 회전에 전달되어 출력축(200)이 감속 회전하고, 상기 출력축부재(400)는 상기 출력축(200)과 함께 회전한다.

상기 캡(300)은 상기 출력축(200)과 출력축부재(400)와 독립적으로 배치되어 회전하지 않고 고정 상태를 유지한다.

상기 캡(300)은 링 형상인 캡본체(310)를 포함한다. 상기 캡본체(310)의 축방향 내측면(310B, 이하 "제1측면"이라 한다)에 상기 가이드홈(320)이 형성된다.

상기 가이드홈(320)은 위에서 설명한 바와 같이 원주 방향을 따라 이격되며 방사상으로 장축을 가진 홈이나, 반경 방향으로 관통된 홈 형태로 형성된다. 상기 가이드홈(320)에 롤러(R)의 길이 방향 양측이 삽입되어 반경 방향 운동이 가이드된다. 상술된 바와 같이 상기 롤러(R)는 입력축(100)의 가압에 의해 반경 방향 내향 또는 외향 운동을 한다. 이러한 롤러(R)의 길이 방향 양측이 상기 가이드홈(320)에 삽입되어 반경 방향 운동을 하도록 가이드된다.

상기 캡본체(310)의 축방향 외측면(310A, 이하 "제2측면"이라 한다)에 상기 출력축부재(400)가 안착되는 제1안착부(330)가 형성된다. 상기 제1안착부(330)는 상기 제2측면(310A) 중 내경 단부에서 외경 방향으로 일정 거리 형성되고, 두께는 일정 깊이만큼 감소되어 단턱을 이룬다. 상기 출력축부재(400)와 안착부(330) 사이에는 제2베어링(BRG2)이 배치된다. 도 1 및 도 2에는 제2베어링(BRG2)이 축 방향 하중을 회전 가능하게 지지하는 액시얼 베어링으로 도시되어 있으나, 상기 제2베어링(BRG2)은 앵귤러 컨택트 베어링과 같이 반경 방향 하중과 축방향 하중을 모두 지지할 수 베어링으로 하는 것이 가능하다. 상기 제2베어링(BRG2)이 반경 방향 하중과 축방향 하중을 모두 지지할 수 베어링으로 구비되는 경우, 이하에서 설명하는 제3베어링(BRG3)은 설치되지 않을 수 있다.

이때, 상기 출력축부재(400)와 출력축(200)은 고정부재(F1)에 의해 일체로 회전하도록 결합된다. 상기 출력축부재(400)와 출력축(200)은 상기 고정부재(F1)에 의해 상호 밀착된다. 상기 출력축(200)의 축방향 단부에 원주 방향을 따라 이격되며 축방향으로 오목한 복수의 고정부재홈(도면부호로 표시하지 않음)을 형성하고, 상기 출력축부재(400)에 원주 방향을 따라 이격되며 축방향으로 관통 형성된 복수의 고정부재공(도면부호로 표시하지 않음)을 형성하고, 고정부재(F1)가 고정부재공과 고정부재홈으로 억지끼워맞춤 삽입된다.

상기 출력축부재(400)는 출력축(200)과 함께 일체로 회전되고, 캡(300)은 고정된 상태이므로 출력축부재(400)와 캡(300) 사이에 상기 제2베어링(BRG2)이 배치된다.

상기 제2베어링(BRG2)은 캡부재(420)와 복수 개의 전동체(되시되지 않음)를 포함한다. 상기 캡부재(420)는 링 형태를 가지며, 상기 제1안착부(330)에 안착된다. 이러한 캡부재(420)는 출력축부재(400)를 향하는 축방향 외면에 원주 방향을 따라 형성된 궤도인 오목한 요홈부(421)가 형성된다.

상기 전동체는 상기 요홈부(421)와 마주하는 환형인 출력축부재(400)의 축방향 내면과 요홈부(421) 사이에서 원주 방향을 따라 정렬된다. 이때, 상기 환형인 출력축부재(400)의 축방향 내면의 전동체와 접하는 면은 평탄면으로 형성될 수 있다.

상술된 바와 같이 출력축부재(400)와 출력축(200)은 고정부재(F1)에 의해 상호 결합되고, 캡(300)은 상기 출력축부재(400)에 의해 가압되어 입력축(100)에 밀착된다. 이때, 상기 입력축(100)은 회전되고, 캡(300)은 고정되어 있으므로 그 사이에 제1베어링(BRG1)이 배치된다.

상기 제1베어링(BRG1)이 배치되도록 상기 캡본체(310)에서 입력축(100) 방향 측면인 제1측면(310B)의 외경방향 단부에는 일정 두께만큼 감소되어 단턱을 이루는 제2안착부(340)가 형성된다. 이러한 제2안착부(340)와 입력축(100) 사이에 제1베어링(BRG1)이 구비된다.

상기 출력축(200)의 연장부(230)와 캡부재(420) 사이에는 제3베어링(BRG3)이 구비된다. 상술된 바와 같이 상기 연장부(230)는 입력축(100)에 의해 감속회전되고, 캡부재(420)는 고정된 상태를 유지하므로 상기 제3베어링(BRG3)이 배치된다. 한편, 상기 제3베어링(BRG3)은 반경 방향 하중을 지지하는 레이디얼 베어링이 사용된다.

상기 캡부재(420)와 캡 본체(310)를 상호 결합하기 위해 결합핀(도시되지 않음)이 사용된다. 결합핀이 삽입되기 위해 상기 캡부재(420)와 제1안착부(330) 바닥면에 삽입홈(422, 331)이 각각 원주 방향을 따라 형성된다. 이러한 삽입홈(422,331)이 결합핀의 양측이 삽입되고, 이에 의해 상기 캡부재(420)와 캡(300)은 상기 삽입홈(422, 331)에 삽입된 결합핀에 의하여 일체로 회전된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

100 : 입력축 110 : 구동면
200 : 출력축 210 : 출력축본체
220 : 출력축기어 230 : 연장부
300 : 캡 310 : 캡 본체
320 : 가이드홈 330 : 제1안착부
340 : 제2안착부 400 : 출력축부재
420 : 캡부재 BRG1 : 제1베어링
BRG2 : 제2베어링 BRG3 : 제3베어링

Claims

내측에 구동면(110)을 구비하는 중공체인 입력축(100)과, 상기 입력축(100) 내에 수용되며 외면에 원주 방향을 따라 출력축기어(220)가 형성된 출력축본체(210)를 가지는 출력축(200)과, 상기 출력축(200)과 구동면(110) 사이에 정렬되며 축방향으로 연장된 복수의 롤러(R)와, 상기 롤러(R)의 축방향 양측에 위치하는 링 형상인 캡(300)을 포함하며; 상기 롤러(R)는 캡(300)에 의하여 반경 방향 운동이 안내되며, 상기 입력축(100)이 회전하면, 상기 롤러(R)는 구동면(110)에 가압되어 출력축기어(220)를 가압하여 출력축(200)이 회전되며;
상기 캡(300)의 축 방향 내면에는 원주 방향을 따라 이격되며 롤러(R)가 반경 방향으로 안내되는 복수의 가이드홈(320)이 형성되고, 상기 롤러(R)는 길이 방향 양측이 가이드홈(320)에 삽입되어 반경 방향 운동이 가이드되면서 구동면(110)의 가압에 의해 출력축기어(220)를 가압하여 출력축(200)이 회전되며;
상기 출력축(200)이 삽입되어 출력축기어(220)의 축 방향 양측에 위치하며, 상기 롤러(R)를 구동면(110)으로 외향 가압하는 탄성링(500)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감속 장치.
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제1항에 있어서,
상기 출력축(200)은 상기 출력축본체(210)의 양측에서 축방향으로 각각 연장되고 캡 내에 위치하는 연장부(230)를 포함하고; 축 방향 외측에서 상기 연장부(230)에 결합되어 출력축(200)과 일체로 회전하는 출력축부재(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감속 장치(10).
제4항에 있어서,
상기 캡(300)은 링 형상인 캡본체(310)를 포함하되, 상기 캡본체(310)의 축방향 내측면(310B, 제1측면)에 상기 가이드홈(320)이 형성되고; 상기 캡본체의 축방향 외측면(310A, 제2측면)에 상기 출력축부재(400)가 안착되는 제1안착부(330)가 형성되며; 상기 제1안착부(330)는 상기 제2측면(310A) 중 내경 단부에서 외경 방향으로 일정 거리 형성되고, 두께는 일정 깊이만큼 감소되어 단턱을 이루고; 상기 출력축부재(400)와 안착부(330) 사이에는 제2베어링(BRG2)이 배치되며, 상기 출력축부재(400)와 출력축(200)은 고정부재(F1)에 의해 일체로 회전하도록 결합된 것을 특징으로 하는 감속 장치(10).
제5항에 있어서,
상기 캡본체(310)에서 입력축(100) 방향 측면인 제2측면(310A)의 외경방향 단부에 일정 두께만큼 감소되어 단턱을 이루는 제2안착부(340)가 형성되고, 상기 제2안착부(340)와 입력축(100) 사이에 제1베어링(BRG1)이 구비된 것을 특징으로 하는 감속 장치(10).
제5항에 있어서,
캡부재(420)와 제1안착부(330) 바닥면에는 결합핀이 삽입되기 위한 삽입홈이 각각 원주 방향을 따라 형성되고, 캡부재(420)와 캡(300)은 삽입홈에 삽입된 결합핀에 의하여 일체로 회전하도록 결합된 것을 특징으로 하는 감속 장치(10).