KR102543898B1 - 내치 기어를 플레인 베어링 방식으로 변환시킴으로써 구름 효과가 증대되고 인가 하중이 분산되어 출력 성능과 내구성이 개선된 싸이클로이드 감속기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 싸이클로이드 감속기는 케이스; 상기 케이스에 배치되며, 입력 토크를 감속시키는 감속부; 상기 케이스에 배치되며, 상기 감속부를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부를 포함하고, 상기 감속부는 입력 토크를 전달받는 입력 샤프트와, 회전축이 상기 입력 샤프트의 회전축에 편심으로 배치되는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어와, 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전 시 구름 접촉되는 복수의 내치 파츠와, 상기 복수의 내치 파츠와 상기 케이스 사이에 배치되는 링을 포함하고, 상기 출력부는 복수의 로우터 핀과, 상기 복수의 로우터 핀에 연결되어 감속 토크를 출력 토크로 변환하여 회전하는 출력 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내치 기어를 플레인 베어링 방식으로 변환시킴으로써 구름 효과가 증대되고 인가 하중이 분산되어 출력 성능과 내구성이 개선된 싸이클로이드 감속기{CYCLOID REDUCER WITH IMPROVED DURABILITY AND PERFORMANCE BY INCREASING ROLLING EFFECT AND DISTRIBUTING APPLIED LOAD BY CONVERTING INTERNAL GEAR INTO PLAIN BEARING}

본 발명은 내치 기어를 플레인 베어링 방식으로 변환시킴으로써 구름 효과가 증대되고 인가 하중이 분산되어 출력 성능과 내구성이 개선된 싸이클로이드 감속기에 관한 것이다.

싸이클로이드 감속기는 다수의 관절 자유도를 가지는 의료용(특히, 소아환자용 재활기구)/산업용 로봇 등에서 액추에이터 모터로부터 고출력 토크를 얻기 위해 출력단의 감속기 등으로 사용되고 있다.

일반적으로 싸이클로이드 감속기는 입력 토크를 전달받는 입력 샤프트와 편심으로 배치되고 상호 적층되는 한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어와 출력 샤프트가 복수의 로우터 핀에 의해 연결되어, 입력 토크가 감속되어 출력되게 된다.

한편, 종래의 싸이클로이드 감속기는 케이스와 한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어의 사이에 복수의 내치 기어(이너 핀)를 개재시켜, 복수의 내치 기어가 한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어와 구름 접촉함으로써, 한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전 시 발생하는 진동과 마찰이 최소화된다(도 1 참조).

이러한 PIN 치형의 싸이클로이드 감속기는 모든 치형끼리 접촉이 되므로 고효율 고토크로 인한 정밀 제어가 가능하고 내구성이 좋은 장점이 있는 반면, 케이스에 복수의 내치 기어를 수용하는 수용홈을 제작하기 위해서 고정밀 가공을 해야하기 때문에 생산단가와 제작기간이 증대하는 단점이 있다.

나아가 종래의 싸이클로이드 감속기는 복수의 내치 기어(이너 핀)와 케이스가 직접 접촉하여 마찰에 의해 구름 효과가 떨어지고 복수의 내치 기어(이너 핀)에 하중이 집중되어 출력 성능과 내구성이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내치 기어를 플레인 베어링 방식으로 변환시킴으로써 구름 효과가 증대되고 인가 하중이 분산되어 출력 성능과 내구성이 개선된 싸이클로이드 감속기를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 싸이클로이드 감속기는 케이스; 상기 케이스에 배치되며, 입력 토크를 감속시키는 감속부; 상기 케이스에 배치되며, 상기 감속부를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부를 포함하고, 상기 감속부는 입력 토크를 전달받는 입력 샤프트와, 회전축이 상기 입력 샤프트의 회전축에 편심으로 배치되는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어와, 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전 시 구름 접촉되는 복수의 내치 파츠와, 상기 복수의 내치 파츠와 상기 케이스 사이에 배치되는 링을 포함하고, 상기 출력부는 복수의 로우터 핀과, 상기 복수의 로우터 핀에 연결되어 감속 토크를 출력 토크로 변환하여 회전하는 출력 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어에는 원주 방향을 따라 배열되는 복수의 홀이 형성되어 있고, 상기 복수의 내치 파츠는 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 둘레를 따라 상호 이격되어 배치되고, 상기 링은 내주면이 상기 복수의 내치 파츠와 접촉하여 상기 복수의 내치 파츠의 구름 시 회전하며, 상기 복수의 로우터 핀은 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 복수의 홀에 각각 삽입되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 복수의 내치 파츠 각각은 플레인 베어링과 상기 플레인 베어링의 샤프트를 형성하는 고정핀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 감속부는 상기 링의 둘레를 따라 배치되어, 상기 링의 외주면과 상기 케이스의 내주면과 접촉하는 복수의 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 링의 회전축은 상기 입력 샤프트의 회전축과 동축이며, 상기 복수의 내치 파츠와 상기 복수의 롤러는 상기 입력 샤프트의 회전축을 기준으로 원주 방향으로 배열되는 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 싸이클로이드 감속기는 종래 기술에서 내치 기어를 플레인 베어링 방식(복수의 내치 파츠)으로 변환하여 구름 효과를 증대시켜 출력 성능이 향상되는 동시에 케이스에 내치 기어를 수용하기 위한 정밀 가공을 수행하지 않아도 되기 때문에 제작 비용과 기간을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 싸이클로이드 감속기는 플레인 베어링(복수의 내치 파츠)과 케이스 사이에 링과 복수의 롤러를 개재시켜, 플레인 베어링에 하중이 집중되는 것을 방지하고 플레인 베어링과 케이스 사이에 발생하는 마찰력을 상쇄하여, 구름 효과가 향상되는 동시에 마모, 소치 및 마찰열의 열화에 의한 손상을 방지하여 내구성이 향상되고 가동년한이 늘어나는 장점이 있다.
특히, 링은 내치 파츠와 접촉하여 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전에 따른 내치 파츠의 구름에 따라 회전함으로써 내치 파츠와 링 사이의 마찰력의 일부를 자체의 자전운동에너지로 상쇄시킴으로써 내치 파츠의 마모를 절감시키는 예측할 수 없고 현저한 효과를 나타냄과 동시에, 내치 파츠의 측면을 지지하여 내치 파츠의 고정핀의 자세를 정자세로 정립시키며 지지함으로써 고정핀의 자세 불량과 이탈을 방지하는 예측할 수 없고 현저한 효과를 나타내며, 종국적으로 상술한 바에 따라 본 발명의 싸이클로이드 감속기에서는 내치 파츠의 손상을 방지하고 가동년한을 늘릴 수 있는 예측할 수 없고 현저한 효과를 나타낸다. 이 경우, 링은 복수의 롤러에 의해 롤링 지지됨으로써 내치 파츠의 구름에 의한 회전이 부드럽게 가이드될 수 있다.
또한, 제작비용 측면에서 본 발명의 싸이클로이드 감속기는 종래 기술의 내치 기어를 케이스의내측면에 정교하게 수용하기 위한 포켓을 형성하는 정밀가공을 생략하는 대신, 정밀가공을 수행하기 전의 케이스의 원통 형태의 수용공간에 별도 제작되는 링과 롤러를 추가적으로만 조립하면 되기 때문에, 케이스의 제작시간과 비용이 획기적으로 단축될 수 있는 장점이 있다.
나아가 본 발명의 싸이클로이드 감속기는 플레인 베어링 방식의 적용으로 인한 핀구름의 마찰을 최소화해 발열감소(Heat sink) 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 감속부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 감속부의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 출력부를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 싸이크롤이드 감속기(1000)를 설명한다. 도 1은 종래의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 싸이클로이드 감속기를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 감속부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 감속부의 일부를 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 싸이클로이드 감속기의 출력부를 나타낸 사시도이다.

본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)는 케이스(100)와, 케이스(100)에 배치되며 입력 토크를 감속시키는 감속부(200)와, 케이스(100)에 배치되며 감속부(200)를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부(300)를 포함할 수 있다.

케이스(100)는 본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)의 외형을 형성하는 구성 요소로서, 중공의 형태로 감속부(200)와 출력부(300)가 내장될 수 있다. 한편, 케이스(100)는 감속부(200)를 수용하는 감속부 케이스(110)와, 출력부(300)를 수용하는 출력부 케이스(120)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내에서 다양한 형태로 마련될 수 있다.

감속부(200)는 외부(일 예로, 액추에이터 모터)로부터 입력 토크를 전달받아 회전하는 입력 샤프트(210)와, 회전축이 입력 샤프트(210)의 회전축에 편심으로 배치되는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)와, 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 편심 회전 시 구름 접촉되는 복수의 내치 파츠(230)와, 복수의 내치 파츠(230)와 케이스(100) 사이에 배치되는 링(240)과, 링(240)의 둘레를 따라 배치되어 링(240)의 외주면과 케이스(100)의 내주면과 접촉하는 복수의 롤러(250)를 포함할 수 있다.

이 경우, 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)는 입력 샤프트(210)의 회전축과 상호 대칭으로 편심된 한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)에는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 회전축을 기준으로 원주 방향을 따라 배열되고 회전축 방향으로 형성된 복수의 홀(221)이 형성될 수 있다.

한편, 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)는 케이스(100)와 베어링 등의 회전 커넥터에 의해 연결되어 입력 샤프트(210)의 회전에 연동되어 편심 회전할 수 있으며, 이러한 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)를 지지하는 회전 커넥터는 통상의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

복수의 내치 파츠(230)는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 둘레를 따라 상호 이격되어 배치되어, 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 편심 회전 시 교번하며 구름 접촉(한 쌍의 싸이클로이드 외치 기어의 경우)할 수 있다.

또한, 복수의 내치 파츠(230) 각각은 플레인 베어링(231)과, 플레인 베어링(231)의 샤프트를 형성하는 고정핀(232)을 포함할 수 있다. 이 경우, 샤프트를 형성하는 고정핀(232)은 입력 샤프트(210)의 회전축과 나란한 축 방향으로 연장되어 형성되며 일측과 타측이 케이스(100) 등에 고정단으로 고정되어 플레인 베어링(231)의 회전축을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)에서는 종래 기술에서와 달리 내치 기어가 케이스의 가공 포켓에 수용되는 것이 아니라 플레인 베어링 타입으로 마련되어 구름 효과가 향상되는 동시에 케이스의 정밀 가공을 생략할 수 있는 장점이 있다.

나아가 링(240)은 내주면이 복수의 내치 파츠(230)와 접촉하여 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 편심 회전에 의한 복수의 내치 파츠(230)의 구름 시 회전할 수 있으며, 링(240)의 회전은 복수의 롤러(250)에 의해 롤 지지(회전 자유단 지지)된 상태로 가이드될 수 있다(마치 링이 내륜 기능을 하고 복수의 롤러가 외륜 역할을 하여 복수의 내치 파츠가 쓰러스트 베어링에 의해 케이스와 연결된 효과). 이에 따라, 본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)에서는 복수의 내치 파츠(230)의 구름 성능이 향상되는 동시에 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)와의 구름 접촉에 의해 발생하는 하중이 분산되며 복수의 내치 파츠(230)와 케이스(100) 사이의 마찰력이 방지되어, 복수의 내치 파츠(230)의 마모, 소치, 마찰열에 의한 열화에 의한 망실을 최소화할 수 있다. 나아가 본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)는 플레인 베어링 방식의 적용으로 인한 핀구름의 마찰을 최소화해 발열감소(Heat sink) 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

출력부(300)는 복수의 로우터 핀(310)과, 복수의 로우터 핀(310)에 연결되어 감속 토크를 출력 토크로 변환하여 회전하는 출력 샤프트(320)와, 출력 샤프트(320)와 케이스(100)의 사이에 배치되어 회전 커넥터 기능을 수행하는 복수의 볼 베어링(330)을 포함할 수 있다.

이 경우, 복수의 로우터 핀(310)은 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)에 형성된 복수의 홀(221)에 각각 삽입(일대일로 대응되도록 관통 삽입)될 수 있으며, 출력 샤프트(320)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 로우터 핀(310)은 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어(220)의 편심 회전에 견인되어 복수의 홀(221)에서 회동하며 이와 연결된 출력 샤프트(320)는 입력 토크가 감속된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달할 수 있다.

한편, 본 발명의 싸이클로이드 감속기(1000)에서는 링(240)의 회전축과 복수의 내치 파츠(230)와 복수의 롤러(250)의 배열은 입력 샤프트(210)를 기준으로 설계될 수 있다(설계의 간편성). 즉, 링(240)의 회전축은 입력 샤프트(210)의 회전축과 동축일 수 있으며, 복수의 내치 파츠(230)와 복수의 롤러(250)는 입력 샤프트(210)의 회전축을 기준으로 원주 방향으로 상호 균등한 간격으로 배열될 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (5)

1. 케이스;
   상기 케이스에 배치되며, 입력 토크를 감속시키는 감속부; 및
   상기 케이스에 배치되며, 상기 감속부를 통해 미리 설정된 감속 토크를 전달받아 외부로 출력 토크를 전달하는 출력부를 포함하고,
   상기 감속부는 입력 토크를 전달받는 입력 샤프트와, 회전축이 상기 입력 샤프트의 회전축에 편심으로 배치되는 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어와, 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전 시 구름 접촉되는 복수의 내치 파츠와, 상기 복수의 내치 파츠와 상기 케이스 사이에 배치되는 링과, 상기 링의 둘레를 따라 배치되어 상기 링의 외주면과 상기 케이스의 내주면과 접촉하는 복수의 롤러를 포함하고,
   상기 출력부는 복수의 로우터 핀과, 상기 복수의 로우터 핀에 연결되어 감속 토크를 출력 토크로 변환하여 회전하는 출력 샤프트를 포함하고,
   상기 복수의 내치 파츠는 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 둘레를 따라 상호 이격되어 배치되어 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 편심 회전 시 구름 접촉하며,
   상기 링은 내주면이 상기 복수의 내치 파츠와 접촉하여 상기 복수의 내치 파츠의 구름 시 상기 복수의 롤러에 의해 롤 지지된 상태로 가이드되며 회전하며,
   상기 복수의 내치 파츠 각각은 플레인 베어링과 상기 플레인 베어링의 샤프트를 형성하는 고정핀을 포함하고,
   상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어에는 원주 방향을 따라 배열되는 복수의 홀이 형성되어 있고,
   상기 복수의 로우터 핀은 상기 하나 이상의 싸이클로이드 외치 기어의 복수의 홀에 각각 삽입되고,
   상기 링의 회전축은 상기 입력 샤프트의 회전축과 동축이며,
   상기 복수의 내치 파츠와 상기 복수의 롤러는 상기 입력 샤프트의 회전축을 기준으로 원주 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 싸이클로이드 감속기.
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