KR102148521B1 - 파동 기어 장치 - Google Patents

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KR102148521B1 KR1020157024535A KR20157024535A KR102148521B1 KR 102148521 B1 KR102148521 B1 KR 102148521B1 KR 1020157024535 A KR1020157024535 A KR 1020157024535A KR 20157024535 A KR20157024535 A KR 20157024535A KR 102148521 B1 KR102148521 B1 KR 102148521B1
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Abstract

플랫형의 형상적 이점을 그대로 살릴 수 있으며, 게다가, 고도의 치수정밀도나 특별한 조정 기구 없이 이상적인 맞물림을 실현할 수 있는, 파동 기어 장치의 제공. 고정측 내측 기어(3)와, 고정 내측 기어에 나란히 설치된 회전측 내측 기어(11)와, 이것들의 내주측에 배치되고, 반경 방향으로 휘어져 부분적으로 내측 기어와 맞물리는 플랙시블 유성 기어(19)와, 플랙시블 유성 기어의 내측에 배치되고, 회전에 의해 플랙시블 유성 기어를 연속적으로 변형하면서 휘게 하는 파동 발생기(27)를 구비한 파동 기어 장치(1)에 있어서, 내측 기어(3, 11)의 베이스부(5, 13)를 탄성으로 함으로써 맞물림시의 백래시를 제거한다.

Description

파동 기어 장치{STRAIN WAVE GEARING DEVICE}
본 발명은 파동(波動) 기어 장치에 관한 것으로, 특히 소위 플랫형에 적합한 파동 기어 장치에 관한 것이다.
기존의 플랫형의 파동 기어 장치는 강성의 제 1 내측 기어와, 상기 제 1 내측 기어에 나란히 설치된 강성의 제 2 내측 기어와, 상기 제 1, 제 2 내측 기어의 내주측에 배치되어, 반경 방향으로 휘어져 팽출 부분이 상기 제 1, 제 2 내측 기어와 맞물리는(치합 플랙시블 유성 기어와, 상기 플랙시블 유성 기어에 내측에서 끼워져, 상기 플랙시블 유성 기어를 휘게 하는 파동 발생기를 구비하고 있다. 이 플랫형의 파동 기어 장치에서는, 상기 파동 발생기가 회전하면, 캠 작용에 의해 플랙시블 유성 기어가 그리는 타원이 연속적으로 변화되는 것을 이용하여, 내측 기어와 플랙시블 유성 기어의 부분적 맞물림 위치를 원주 방향으로 이동시킴으로써, 상기 제 1 내측 기어와 상기 제 2 내측 기어와의 톱니수 차에 따라 양쪽 내측 기어 간에 상대회전을 발생시키게 되어 있다.
이 플랫형으로 하면, 전체 형상이 컴팩트하고, 게다가 플랙시블 유성 기어가 심플한 원통 형상으로 되어 있으므로 회전 중에 무리한 응력이 걸리지 않고, 유연하면서 충분한 형상 유지성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
일본 특개 평2-221740호 공보 일본 특개 2009-156462호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그래서, 파동 기어 장치는, 동작 원리상, 기어끼리의 맞물림에 백래시를 애당초 필요로 하지 않고, 반대로 로봇암 등에 사용하는 경우에는 정지 정밀도를 높일 필요가 있으므로, 논백래시의 맞물림을 실현하는 것이 요구되고 있다.
이에 대해, 동일한 파동 기어 장치에 속하는 컵형에서는, 그 컵 형상을 이용하여 예비 하중을 부여함으로써 논백래시의 맞물림을 실현하는 것이 제안되어 있다.
한편, 플랫형에서는, 상기한 구조적 특징으로 플랙시블 유성 기어가 원통형으로 되므로, 컵형과 같은 예비 하중은 기대할 수 없다.
특허문헌 1에는, 플랫형에 대하여, 플랙시블 유성 기어의 타원도를 높임으로써 큰 휨 부분을 형성하고, 이 휨 부분의 예비 하중을 이용함으로써 논백래시의 맞물림을 실현하는 것이 제안되어 있다. 그렇지만, 이 제안에서는, 억지로 큰 휨 부분을 형성하고 있으므로, 급격한 토크 변동이 발생한 경우에는, 이 톱니 건너뜀(jumping)이 일어나기 쉬워졌다. 게다가, 백래시의 개선 효과에 대해서도, 컵형과 비교하면 확실히 뒤떨어진다.
또한 특허문헌 2에서는, 플랫형에 대하여, 톱니형의 형상 정밀도를 높임으로써 논백래시의 맞물림을 실현하는 것이 제안되어 있다. 그렇지만, 이 제안에서는, 기어 제작상의 부담이 과대하게 되어, 현실적이지 않다.
본 발명은 상기 종래의 문제에 주목하여 행해진 것으로, 플랫형의 형상적 이점을 그대로 살릴 수 있고, 게다가, 고도의 치수정밀도나 특별한 조정 기구 없이 이상적인 논백래시의 맞물림을 실현할 수 있는, 신규하고 또한 유용한 파동 기어 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명자는, 내측 기어의 기초부를 탄성으로 함으로써, 이 내측 기어측이 외측 기어를 탄성적으로 받아내어 양쪽 기어의 이상적인 논백래시의 맞물림을 실현할 수 있음과 아울러, 이 내측 기어측의 마모를 경감하여 영구 변형을 저지하고, 상기한 논백래시의 맞물림을 경시적으로 확보할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시키게 되었다.
본 발명의 청구항 1의 발명은 제 1 내측 기어와, 상기 제 1 내측 기어에 나란히 설치된 제 2 내측 기어와, 상기 제 1, 제 2 내측 기어의 내주측에 배치되어, 반경 방향으로 휘어져 부분적으로 상기 제 1, 제 2 내측 기어와 맞물리는 플랙시블 유성 기어와, 상기 플랙시블 유성 기어의 내측에 배치되어, 회전에 의해 상기 플랙시블 유성 기어를 연속적으로 변형하면서 휘게 하는 파동 발생기를 구비하고, 상기 파동 발생기의 회전에 의해, 상기 제 1 내측 기어와 상기 제 2 내측 기어의 톱니수 차에 따라 양쪽 내측 기어 간에 상대회전을 발생시키는 파동 기어 장치에 있어서, 상기 제 1, 제 2 내측 기어는 기초부가 탄성으로 되고 있고, 강성의 부착부에 캔틸레버식 지지로 연결되고, 또한 상기 플랙시블 유성 기어에 대한 상기 제 1, 제 2 내측 기어의 축 방향의 상대적 이동이 구속되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치이다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재한 파동 기어 장치에 있어서, 제 1, 제 2 내측 기어가 박육체(薄肉體)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치이다.
청구항 3의 발명은, 청구항 2에 기재한 파동 기어 장치에 있어서, 제 1, 제 2 내측 기어의 외주측에 백업 링이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치이다.
청구항 4의 발명은, 청구항 2 또는 3에 기재한 파동 기어 장치에 있어서, 제1, 제 2 내측 기어가 원추 기어로 구성되고, 플랙시블 유성 기어가 쌍원추 기어로 구성되어 있고, 상기 플랙시블 유성 기어의 양쪽 테이퍼면측이 상기 내측 기어측에 각각 끼워져서 축 방향의 상대적 이동이 구속되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치이다.
청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 4 중 어느 하나에 기재한 파동 기어 장치에 있어서, 파동 발생기가 외측으로 튀어나와 제 1, 제 2 내측 기어와 플랙시블 유성 기어를 맞물리게 하는 맞물림 대응 돌기부를 3개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치이다.
본 발명의 파동 기어 장치에 의하면, 플랫형의 형상적 이점을 그대로 살릴 수 있고, 게다가, 고도의 치수정밀도나 특별한 조정 기구 없이 이상적인 논백래시의 맞물림을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 플랫형 파동 기어 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 파동 발생기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 (조립된) 파동 기어 장치의 일부 파단 사시도이다.
도 4는 도 3의 파동 기어 장치의 맞물림 상태의 설명도이다.
도 5는 도 3의 파동 기어 장치의 축 방향 이동 조정 기능의 설명용의 단면도이다.
도 6은 축 방향 이동 후의 맞물림 상태의 설명용의 단면도이다.
도 7은 도 3의 파동 기어 장치의 맞물림 천이도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 (조립된) 파동 기어 장치의 사시도이다.
도 9는 도 8의 파동 기어 장치의 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 따른 파동 기어 장치(1)에 대하여, 도면에 따라 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 이 파동 기어 장치(1)는 고정측 내측 기어(3)와, 회전측 내측 기어(11)와, 플랙시블 유성 기어(19)와, 파동 발생기(27)를 구비하고 있고, 모두 금속재로 구성되어 있다.
고정측 내측 기어(3)의 베이스부(5)는 전체적으로 대략 원통 형상이지만, 그 내주측 윤곽이 단면으로 보아 원추형을 이루도록 형성되어 있고, 그 내주측 테이퍼면에 내부 톱니(7)가 새겨져, 원추 내측 기어로 되어 있다. 베이스부(5)는 박육 형상이며 베이스부(5) 전체가 탄성이다. 베이스부(5)의 직경확장 측단부에 강성의 부착부(9)가 부착되어 있다.
회전측 내측 기어(11)의 기초부(13)와 내측 톱니(15)와 부착부(17)도, 고정측 내측 기어(3)와 마찬가지로 형성되어 있다.
단, 회전측 내측 기어(11)의 톱니수는 고정측 내측 기어(3)의 톱니수보다 적고, -3(마이너스 3)으로 되어 있다. 각각의 내측 기어(3, 11)의 베이스부(5, 13)는 대략 동일한 형상을 이루고 있으므로, 톱니 폭이나 톱니 길이를 다르게 하여, 상기한 톱니수의 차이를 실현하고 있다.
플랙시블 유성 기어(19)의 베이스부(21)는 전체적으로 대략 원통 형상이지만, 외주측 윤곽이 단면에서 보아 쌍원추형을 이루도록 형성되어 있고, 이 베이스부(21)의 외주측 테이퍼면에 각각 외측 톱니(23, 25)가 새겨져, 쌍원추 기어로 되어 있다. 플랙시블 유성 기어(19)는 박육 형상이고 전체가 탄성이며, 내외주측으로부터의 누름에 추종하여 휘게 되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 파동 발생기(27)는 외측 윤곽이 대략 삼각 형상의 캠부(29)와, 캠부(29)에 외측에서 끼워진 파동 베어링(31)을 구비하고, 캠부(29)의 중공부가 모터의 회전축(도시 생략)의 연결부로 되어 있다. 파동 베어링(31)은 리테이너(33)에 의해 유지된 복수의 볼(35)과, 내륜(37), 외륜(39)을 가지고 있다. 내륜(37)은 캠부(29)의 외주에 고정되어 있고, 외륜(39)은 플랙시블 유성 기어(19)의 내주측에 끼워맞추어져 있다.
파동 기어 장치(1)는 상기한 부재의 조합으로 구성되어 있고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 고정측 내측 기어(3)와 회전측 내측 기어(11)는 나란히 설치되고, 이들 내주측에 플랙시블 유성 기어(19)가 배치되어 있고, 고정측 내측 기어(3)의 내측 톱니(7)가 플랙시블 유성 기어(19)의 외측 톱니(23)와 맞물리며, 회전측 내측 기어(11)의 내측 톱니(15)가 플랙시블 유성 기어(19)의 외측 톱니(25)와 맞물린다. 플랙시블 유성 기어(19)에는 파동 발생기(27)가 내측에서 끼워져 있다.
파동 발생기(27)의 캠부(29)의 외주 윤곽이 대략 삼각 형상이며 맞물림 대응 돌기부(30)를 이루는 정상부를 3개소 가지므로, 플랙시블 유성 기어(19)가 이 3개소에서 반경 방향 외측으로 그 여유보다 크게 튀어나와, 그 대응 부분(30C)에서 내측 기어(3, 11)와 맞물려 있다.
고정측 내측 기어(3)는 강성의 부착부(9)에 대하여, 내측 톱니(7)가 새겨진 베이스부(5)가 소위 캔틸레버식 지지로 연결된 것이며, 베이스부(5)의 전체가 탄성으로 되어 있으므로, 맞물림 부분에서는 플랙시블 유성 기어(19)측의 외측 튀어나옴 부분의 휨을 탄성적으로 흡수하여, 백래시를 없애는 작용을 수행하고 있다. 회전측 내측 기어(11)측도 동일한 작용을 수행하고 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 내측 기어(3, 11)의 베이스부(5, 13)는 휨 가능하며, 이 베이스부(5, 13)가 테이퍼면의 직경축소측을 서로 대향한 상태에서, 플랙시블 유성 기어(19)의 쌍 테이퍼면의 외측에 배치되어 있다. 따라서, 플랙시블 유성 기어(19)에 대하여, 고정측 내측 기어(3)와 회전측 내측 기어(11)는 각각 화살표로 나타내는 축 방향(=잇줄 방향)으로 이동할 수 있게 되어 있다.
파동 기어 장치(1)에서는, 상기 형상적 특징을 이용하여, 고정측 내측 기어(3)와 회전측 내측 기어(11)를 축 방향 양단측에서 서로 충분히 근접시켜 끼움으로써 간극을 최대한 작게 한 상태에서 축 방향의 상대적인 변위를 구속할 수 있다.
도 6(1)에서는, 이동 전의 맞물림 상태를 도시하고 있으며, 원추 효과를 전부 살릴 수 없고, 예비 하중이 작아, 그만큼 휨량이 적게 되어 있다.
도 6(2)에서는, 이동 후의 맞물림 상태를 나타내고 있으며, 이 구속하에서는, 플랙시블 유성 기어(19)가 회전하여, 팽출하는 대응 부분(30C)이 다가오면, 고정측 내측 기어(3)와 회전측 내측 기어(11)는 베이스부(5, 13)가 탄성으로 되어 있으므로, 화살표로 나타내는 바와 같이 휘어, 플랙시블 유성 기어(19)의 외측 톱니(23)와의 맞물림 부분에 예비 하중을 걸 수 있다. 예비 하중의 크기는 상기한 축 방향의 이동량을 조정함으로써 최적화할 수 있다. 이 예비 하중이 백래시를 더욱 적게 하는 작용을 수행하고 있다.
이 파동 기어 장치(1)의 맞물림 천이에 대하여, 도 7에 따라 설명한다. 파동 발생기(27)가 회전하면, 파동 캠 동작에 의해, 플랙시블 유성 기어(19)의 볼(35)이 각각 자전하면서 고정측 내측 기어(3)를 따라 공전하고, 플랙시블 유성 기어(19)를 연속적으로 변형하면서, 고정측 내측 기어(3)와 플랙시블 유성 기어(19)와의 맞물림 위치와, 회전측 내측 기어(11)와 플랙시블 유성 기어(19)와의 맞물림 위치를 원주 방향으로 이동시킨다. 따라서, 플랙시블 유성 기어(19)가 리버스 아이들러 축이 되고, 톱니수 차에 따라, 상대회전이 발생하고, 감속 회전이 회전측 내측 기어(11)측에 출력된다.
도 7(1)에서는, 고정측 내측 기어(3), 회전측 내측 기어(11) 모두, 플랙시블 유성 기어(19)와 맞물려 있지 않지만, 도 7(2)에서는 맞물림을 개시하고, 도 7(3)이 가장 강하게 맞물렸을 때를 각각 나타내고 있다.
도 7(2)에서는, 고정측 내측 기어(3)의 베이스부(5)와, 회전측 내측 기어(11)의 베이스부(13)가 휘기 시작하고, 도 7(3)에서는 더욱 크게 휘어 있다.
이와 같이, 파동 기어 장치(1)에서는, 고정측 내측 기어(3)와 회전측 내측 기어(11)의 베이스부(5, 13)의 탄성 효과뿐만 아니라, 예비 하중의 부여 효과에 의해, 논백래시의 이상적인 맞물림이 실현되고 있다.
또한 이 파동 기어 장치(1)에서는, 내측 기어(3, 11)의 내측 형태가 원추 형상이고, 플랙시블 유성 기어(19)의 외측 형태가 원추 형상이므로, 맞물림은 점 접촉이 되지만, 모두 베이스부(5, 13)가 탄성이므로, 일방이 강성인 경우보다 점 자체의 면적도 크다. 또한 플랙시블 유성 기어(19)가 삼각 형상으로 튀어나와 3개소에서 내측 기어(3, 11)와 맞물려 있다.
따라서, 강성과 허용 토크가 높여져 있다.
본 발명의 제 2 실시형태에 따른 파동 기어 장치(41)에 대하여, 도면에 따라 설명한다.
도 8, 9에 도시하는 바와 같이, 파동 기어 장치(1)에, 환상의 백업 링(43, 45)이 부설되어 있다. 백업 링(43)은 고정측 내측 기어(3)의 부착부(9)에 축 방향 일단측이 연결되어 있고, 베이스부(5)를 외주측에서 약간의 간극(GAP)을 두고 둘러싸고 있고, 백업 링(45)도 회전측 내측 기어(11)의 부착부(17)에 축 방향 일단측이 연결되어 있고, 베이스부(13)를 외주측에서 약간의 간극(GAP)을 두고 둘러싸고 있다.
백업 링(43, 45)을 상기한 바와 같이 부설함으로써 내측 기어(3, 11)의 베이스부(5, 13)측의 반경 방향의 과대한 팽출을 방지하여, 안정한 백래시 관리가 가능하게 되어 있다.
이 결과로서, 과대 토크가 발생했을 때에도, 이 톱니 건너뜀이나, 파손이 방지된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명해 왔지만, 구체적 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 설계의 변경 등이 있어도 발명에 포함된다.
즉, 특허청구되어 있는 형상적, 물리적 특징 등을 충족시키는 것이면, 종래부터 있는 또는 장래 안출되는 그 밖의 부위의 형상적 특징을 부가하고, 소재를 임의로 선택해도, 본 발명의 범위에 포함된다.
예를 들면, 파동 베어링은 볼 사양에 한하지 않고, 롤러 사양이어도 된다.
또한 플랙시블 유성 기어에서는, 캠부의 형상을 바꿈으로써 맞물림수를 바꿀 수 있으므로, 용도에 따라 2 이상의 임의의 수로 설정할 수 있다.
또한, 쌍원추 기어의 2개의 기어는 동일한 테이퍼 형상이나 기어 설계로 하지 않으면 안 되는 기술상의 필요성은 없고, 또한 2개의 원추의 바닥면끼리가 직접 마주 대하지 않고, 스페이서를 개재하고 있어도 된다.
1‥‥파동 기어 장치(제 1 실시형태)
3‥‥고정측 내측 기어
5‥‥베이스부
7‥‥내측 톱니
9‥‥부착부
11‥‥회전측 내측 기어
13‥‥베이스부
15‥‥내측 톱니
17‥‥부착부
19‥‥플랙시블 유성 기어
21‥‥베이스부
23, 25‥‥외측 톱니
27‥‥파동 발생기
29‥‥캠부
30‥‥맞물림 대응 돌기부
31‥‥파동 베어링
33‥‥리테이너
35‥‥볼
37‥‥내륜
39‥‥외륜
41‥‥파동 기어 장치(제 2 실시형태)
43, 45‥‥백업 링

Claims (5)

  1. 제 1 내측 기어와, 상기 제 1 내측 기어에 나란히 설치된 제 2 내측 기어와, 상기 제 1, 제 2 내측 기어의 내주측에 배치되고, 반경 방향으로 휘어져 부분적으로 상기 제 1, 제 2 내측 기어와 맞물리는 플랙시블 유성 기어와, 상기 플랙시블 유성 기어의 내측에 배치되고, 회전에 의해 상기 플랙시블 유성 기어를 연속적으로 변형하면서 휘게 하는 파동 발생기를 구비하고, 상기 파동 발생기의 회전에 의해, 상기 제 1 내측 기어와 상기 제 2 내측 기어와의 톱니수 차에 따라 양쪽 내측 기어 간에 상대회전을 발생시키는 파동 기어 장치에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 내측 기어는 베이스부가 탄성으로 되어 있고, 강성의 부착부에 캔틸레버식 지지로 연결되며, 또한 상기 플랙시블 유성 기어에 대한 상기 제 1, 제 2 내측 기어의 축 방향의 상대적 이동이 구속되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1, 제 2 내측 기어가 박육체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제 1, 제 2 내측 기어의 외주측에 백업 링이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 1, 제 2 내측 기어가 원추 기어로 구성되고, 플랙시블 유성 기어가 쌍원추 기어로 구성되어 있고, 상기 플랙시블 유성 기어의 양쪽 테이퍼면측이 상기 제 1, 제 2 내측 기어측에 각각 끼워져서 축 방향의 상대적 이동이 구속되어 있는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    파동 발생기가 외측으로 튀어나와 제 1, 제 2 내측 기어와 플랙시블 유성 기어를 맞물리게 하는 맞물림 대응 돌기부를 3개 이상 갖는 것을 특징으로 하는 파동 기어 장치.
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