KR20050030109A

KR20050030109A - 직교동력전달장치

Info

Publication number: KR20050030109A
Application number: KR1020040073232A
Authority: KR
Inventors: 하가다카시; 다무라미츠히로
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2005-03-29
Also published as: JP2005098361A; TW200512402A; CN1601141A; US20050061097A1; KR100633701B1; TWI289635B; CN100394069C

Abstract

기존, 신설에 무관하게, 회전축의 방향의 변환을 용이화함으로써 설치의 자유도를 높게 확보할 수 있고, 또한 코스트의 상승을 극력 억제하면서, 저소음을 실현할 수가 있는 직교변환기어헤드를 얻는다.

직교변환기구(104)를 독립한 케이싱(102)에 수용하여, 직교기어헤드(100)로 한다. 이 직교변환기구(104)는, 회전축이 서로 직각으로 배치된 1쌍의 제1, 제2베벨기어(110, 112)로 이루어진다. 직교기어헤드(100)의 입력축으로서, 모터(400)의 모터축(402)과 일체적으로 회전하는 피니언(410)이 내접 맞물림 가능한 내치기어(106)를 구비하고, 이 내치기어(106)와 상기 제1베벨기어(110)의 일단측(110b)을 연결한다.

Description

직교동력전달장치{Perpendicular power transmission apparatus}

본 발명은, 동력전달 경로 상에 있어서 회전축의 방향을 직각방향으로 변환하기 위하여 사용되는 직교동력전달장치에 관한 것이다.

산업용 로보트나 컨베어 등의 피구동장치를 구동하는 경우, 모터 등의 구동원으로부터 그 피구동장치까지의 동력전달 경로상에, 모터의 축방향을 직각방향으로 변환함으로써 설치가 가능해진다고 하는 상황이 자주 발생한다. 동력전달 경로상에 직교변환기구를 개재시키면, 이 모터의 피구동장치에 대한 설치방향(방면)을 90°변경시킬 수가 있기 때문에, 이러한 상황에도 양호하게 대응할 수 있다. 또한, 보다 설치 효율이 높은(쓸데없는 공간이 작은) 설치가 가능하게 되는 경우도 있다.

이러한 상황은, 신규로 피구동장치를 설치하는 경우만이 아니라, 기존의 피구동장치의 재배치를 행하는 때에도, 마찬가지로 발생하는 경우가 있다.

직교변환기구의 구체적인 기어 구성으로서는, 베벨기어기구, 하이포이드기어기구, 혹은 웜기어기구 등이 널리 알려져 있다. 베벨기어기구는 저렴하기는 하지만, 소음이 크다. 베벨기어기구라도 치형(齒形)을 스파이럴 치(齒)로 형성한 경우에는, 소음은 보다 저감될 수 있지만, 제조코스트는 상승한다. 웜기어기구는 소음은 낮지만 전달효율이 낮아서, 소비전력이 크다. 하이포이드기어기구는, 소음 및 효율에 관하여는, 베벨기어기구와 웜기어기구의 중간에 상당하는 특성을 가지는데, 치형이 특수하기 때문에 제조코스트가 높다.

최근의 노동환경 혹은 작업환경의 개선의 움직임 등에 대응하여, 이 종류의 직교변환기구에도 저소음화가 요구되고 있는데, 코스트 혹은 효율 등의 관점에서, 현상태에서는 직교변환기구에 사용하는 기어기구로서, 반드시 항상 저소음의 기어기구를 채용할 수 있는 상태만은 아니라는 것이 실정이다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 평10-299840호 공보

본 발명은, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 기존, 신설에 무관하게, 회전축의 방향의 변경을 용이화함으로써 설치의 자유도를 높게 확보할 수 있고, 또한 코스트의 상승을 극력 억제하면서, 저소음을 실현할 수가 있는 직교동력전달장치를 제공하는 것을 그 과제로 하고 있다.

본 발명은, 동력전달 경로 상에 있어서 회전축의 방향을 직각방향으로 변환 가능한 직교변환기구를 가지는 직교동력전달장치에 있어서, 상기 직교변환기구가, 기어헤드로서 독립한 케이싱 속에 수납되고, 이 직교변환기구로서, 회전축이 서로 직각으로 배치된 1쌍의 기어를 구비함과 함께, 상기 기어헤드의 입력축으로서, 구동원 측의 피니언이 내접 맞물림 가능한 내치기어를 구비하고, 이 내치기어와 상기 1쌍의 기어 중 입력측 기어의 한쪽 끝 쪽이 연결된 구성을 창안함으로써, 상기 과제를 해결하였다.

본 발명에 있어서는, 직교변환기구를 소위 기어헤드로서 독립한 케이싱 속에 수납하도록 했기 때문에, 신설의 경우만이 아니라, 예컨대 기존의 설비의 배치전환 등에 의하여, 종래 문제없이 설치되어 있던 모터 등이 그대로는 설치할 수 없게 되는 상황이 발생한 경우에 있어서도, 본 발명에 관한 "기어헤드"를 예컨대 종래의 모터(구동원)와 감속기 사이에 개재시킴으로써, 용이하게 피구동장치에 대한 모터의 축방향을 변경할 수가 있다.

또한, 본 발명에서는, 직교변환기구의 소음의 저감을, (직교변환기구의 종류의 변경으로 실현하는 것이 아니라) 그 회전속도를 저하시킨다는 수법으로 실현하였다. 따라서, 코스트의 상승을 억제하면서 확실한 소음 저감을 도모할 수가 있다.

즉, 직교변환기구에 있어서 발생하는 소음은, 그때의 회전속도와 강한 상관관계가 있어서, 회전속도가 높으면 소음은 급격히 상승한다. 본 발명은, 이 점에 착안하여, 기어헤드의 입력축으로서 내치기어를 구비하도록 하고, 모터측의 피니언을, 이 내치기어에 내접시키도록 하였다. 그 결과, 내치기어는 피니언의 회전속도(즉 구동원의 회전속도)보다도 상당히 낮은 회전속도로 회전하게 된다. 따라서, 이 내치기어와 직교변환기구를 구성하는 1쌍의 기어 중 입력측의 기어를 연결함으로써, 직교변환기구의 회전속도를 1/2∼몇 분의 1 정도로까지 저하시킬 수가 있게 되어, 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 내치기어와의 내접구조를 채용하도록 했기 때문에, 피니언에 대한 직교변환기구의 옵셋 양을 작게 할 수 있어서, 구동원 측과 연결했을 때의 컴팩트성도 유지 가능하다.

그리고, 본 발명에 관한 "직교변환기구"의 "직교"에는, 베벨기어기구와 같이, 2개의 회전축의 축심이 완전히 교차하는 경우만이 아니라, 하이포이드기어, 혹은 웜기어와 같이, 회전축의 축심의 방향은 직각에서 벗어나 있는 것이면서 이 축심 자체는 교차하지 않는 경우가 포함된다.

< 실시예 >

이하, 본 발명의 실시형태의 예를 도면에 기하여 설명한다.

도 1은, 본 발명에 관한 직교기어헤드(직교동력전달장치)(100)가 적용되어 있는 기어드모터(500)의 단면도, 도 2는 도 1의 요부확대도, 도 3은 도 2의 화살표방향 III-III선을 따른 부분단면도이다.

기어드모터(500)는, 모터(구동원)(400) 및 이 직교기어헤드(100)를 구비한다. 또한, 필요에 따라서 직교기어헤드(100)의 후단에, 평행기어헤드(200)를 부가 설치하는 것도 가능하다. 먼저, 전체의 개략 구성부터 설명한다.

상기 모터(400)는, 그 모터축(402)의 선단에 (헬리컬) 피니언(410)이 일체적으로 형성되어 있다.

상기 직교기어헤드(100)는, 독립한 케이싱(102)을 구비하고, 이 케이싱(102)에 있어서의 모터(400)와의 연결면(F1)에, 모터(400) 측의 케이싱(406)과의 연결구멍(103)이, 4개 형성되어 있다. 이 4개의 연결구멍(103)은, 그 대각선의 교점(O1)이 상기 피니언(410)의 축심(L1)에 일치하도록 된 가상 정방형의 정점 상당위치에 형성되어 있다. 그래서 모터(400)의 케이싱(406)에 대하여, 직교기어헤드(100)는 이 모터(400)의 모터축(402)을 중심으로 하여, 이 모터축(402)의 원주 방향으로 90°마다 회전하여 연결 가능하다. 모터(400)와 직교기어헤드(100)는 이 연결구멍(103)을 통하여 볼트(105)에 의하여 연결된다.

한편, 직교기어헤드(100)의 상기 평행기어헤드(200)에 대한 연결면(F2)에는, 모터(400)의 직교기어헤드(100)에 대한 연결면(F3)과 마찬가지의 양상으로 연결구멍(도시 생략)이 형성되어 있다. 즉, 모터(400)와 평행기어헤드(200)는 상호 연결 가능한 장착치수를 가지며, 평행기어헤드(200)는, 직교기어헤드(100)를 바이패스하여 직접, 모터(400)에 연결이 가능하다. 이 경우, 모터(400)의 모터축(402)은, 평행기어헤드(200)의 출력축(202)과 평행으로 배치되는 것이 된다.

직교기어헤드(100)의 입출력 축선(L1, L2)을 포함하는 케이싱(102)의 단면 형상은 L자형으로 되어 있어서, 평행기어헤드(200)의 케이싱(204)은, 케이싱(102)에 있어서의 그 L자형에 대응하는 2개의 면(102a, 102b)으로 규정되는 공간에 그 대부분이 수납되어 있다.

여기서 직교기어헤드(100) 자체의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

직교기어헤드(100)는, 모터축(402)에 형성된 (헬리컬) 피니언(410)이 내접 맞물림하는 (헬리컬) 내치기어(106)와, 이 내치기어(106)와 연결되어, 내치기어(106)의 회전방향을 이 내치기어(106)의 축심(L2)과 직교하는 방향(L3)으로 변환하는 직교변환기구(104)와, 이 직교변환기구(104)의 출력 회전을 증속하는 평행축 기어기구(105)를 가지고, 또한, 이들 직교변환기구(104) 및 평행축 기어기구(105)를 독립한 케이싱(102)에 수납하고 있다. 내치기어(106)는, 베어링(109)을 통하여 직교기어헤드(100)의 서브 케이싱(102s)에 지지되어 있다. 내치기어의 축심(L2)은, 피니언(410)의 축심(L1)과의 거리(ΔL)만큼, 연결구멍(103)의 가상 정방형의 대각선의 교점(O1)에서 벗어나 있다.

직교변환기구(104)는, 곧은 치(齒)(110a)를 가지는 제1베벨기어(입력측의 기어)(110) 및 곧은 치(112a)를 가지는 제2베벨기어(출력측의 기어)(112)로 구성되어 있다.

제1베벨기어(110)는, 그 일단측(110b)이, 내치기어(106)의 내측으로 피니언(410)의 반대측에서 삽입되어, 이 일단측(110b)에 있어서 키(108)를 통하여 이 내치기어(106)와 일체 회전 가능하게 연결되어 있다. 또한, 제1베벨기어(110)는 제1센터 샤프트(130)를 통하여 케이싱(102)에 의하여 회전 자유롭게 지지되어 있어서, 축심(L2)의 둘레에서 회전 가능하다. 제1베벨기어(110)의 선단부에는 오목부(110c)가 형성되어 있어서, 이 오목부(110c)에 케이싱(102)의 볼록부(102c)가 맞닿아 있다. 그 결과, 이 제1베벨기어(110)의 축방향 일방측의 위치결정이 되어 있다. 그리고, 이 제1베벨기어(110)의 축방향 반대측의 위치결정은, 내치기어(106)를 통하여 베어링(109)에 의하여 행하여진다.

한편, 제2베벨기어(112)는, 제2센터 샤프트(132)를 통하여 케이싱(102)에 의하여 회전 자유롭게 지지되어, 제1베벨기어(110)와 맞물림하면서 축심(L3)의 둘레에서 회전한다. 제2베벨기어(112)의 선단부에도 오목부(112b)가 형성되어 있어서, 이 오목부(112b)에 케이싱(102)의 볼록부(102d)가 맞닿아 있다. 그 결과, 이 제2베벨기어(112)의 축방향 일방측의 위치결정이 되어 있다. 또한, 이 제2베벨기어(112)의 축방향 반대측의 위치결정은, 케이싱(102)의 커버부(102e)에 의하여 행하여지고 있다.

제2베벨기어(112)에는, 평행축 기어기구(105)의 제1헬리컬기어(120)가 밀어넣기에 의하여 일체적으로 연결되어 있다. 이 제1헬리컬기어(120)는 제2헬리컬 기어(122)와 맞물림하고 있고, 제2헬리컬기어(122)의 회전이, 직교기어헤드(100)의 출력축(125)의 회전으로서 꺼내어진다. 제1, 제2헬리컬기어(120, 122)는, 제2헬리컬기어(122) 쪽이 치수(齒數)가 적어서, 증속기구를 구성하고 있다. 증속비는 피니언(410)과 내치기어(106)로 구성되는 감속기구의 감속비에 대응하고 있다. 즉, 직교기어헤드(100)는, 전체로서는 감속도 증속도 하고 있지 않다. 출력축(125)의 선단에는 모터축(402)의 피니언(410)과 같은 형상의 헬리컬 피니언(125a)이 형성되어 있다.

그리고, 각 축심에 대하여 정리한다면, 모터축(402)의 피니언(410)의 축심(L1)과 내치기어(106)의 축심(L2)은 평행하고, ΔL만큼 어긋나 있다(쉬프트되어 있다). 내치기어(106)의 축심(L2)과 직교기어기구(104)의 제1베벨기어(110)의 축심(L2)은 공통(동축)이다. 직교기어기구(104)의 제2베벨기어(112)의 축심(L3)은 축심(L2)과 직각으로 배치되어 있고 또한 교차하고 있다. 또한, 직교기어헤드(100)의 출력축(125)의 축심(L4)은, 결과로서 모터축(402)의 축심(L1)과 직교하고 있다.

다음으로, 기어드모터(500)의 작용에 대하여 설명한다.

모터(400)에 통전하면, 모터축(402) 위에 형성된 피니언(410)이 축심(L1)의 둘레에서 회전한다. 그 결과, 이 피니언(410)이 내접 맞물림하고 있는 내치기어(106)가 축심(L2)의 둘레에서 감속 회전한다. 감속된 내치기어(106)의 회전은, 키(108)를 통하여 제1베벨기어(110)에 전달되고, 더욱이 제2베벨기어(112)에도 전달된다. 이 단계에서 회전의 축심은 L2에서 L3로 직각으로 변환된다. 제1베벨기어(110) 및 제2베벨기어(112)의 회전은, 피니언(410)과 내치기어(106)로 구성되는 감속기구의 감속비에 상당하는 만큼 모터축(402)의 회전보다 늦게 되어 있기 때문에, 이 부분에서의 맞물림 소음이 저감된다. 그리고, 피니언(410)과 내치기어(106)의 맞물림 부분에 있어서 발생하는 맞물림 소음은, 평행축기어끼리의 맞물림 소음으로서, 원래 직교기어끼리의 맞무림소음보다도 작고, 특히, 이 실시형태에서는 피니언(410)과 내치기어(106)의 치형이 헬리컬로 되어 있는 점도 있어서, 거의 문제가 되는 일은 없다.

제2베벨기어(112)가 회전하면, 제1헬리컬기어(120)가 일체적으로 회전하고, 이 제1헬리컬기어(120)와 맞물림하고 있는 제2헬리컬기어(122)가 증속 회전한다. 이 증속비는, 모터축(402)의 피니언(410)과 내치기어(106)로 형성되는 감속기구의 감속비에 대응하여 설정되어 있기 때문에, 결국 직교기어헤드(100)의 출력축(125)은, 모터축(402)의 피니언(410)과 완전히 동일한 회전속도로 회전하는 것이 된다. 출력축(125)에 형성된 피니언(125a)은, 그 치형이 모터축(402)의 피니언(410)과 동일하게 되어 있고, 또한 장착면(F2)에는 모터(400)의 장착면(F3)가 동일 태양의 장착구멍이 형성되어 있기 때문에, 보다 후단의 평행기어헤드(200), 혹은 상대기계 측에서 연결면(F2) 상의 출력축(125)의 피니언(125a)을 봤을 경우에는, 마치 연결면(F3) 상의 모터축(402)의 피니언(410)과 완전히 마찬가지의 상태가 형성되어 있는 것이 된다.

따라서, 이 직교기어헤드(100)는, 이 자체가 단독의 케이싱(102)을 구성하고 있는 것과 어울려서, 직교변환의 필요의 유무에 응하여, 모터(400) 및 평행기어헤드(200) 사이에의 삽입 또는 꺼냄이 자유로이 행해지는 것이 된다.

내치기어(106)의 추가는, 그 만큼의 소음 상승을 수반하는 것이 아니며, 이 소음의 상승에 비교하여 제1, 제2베벨기어(110, 112)의 회전속도가 저감되는 것에 의한 기어헤드 전체의 소음 저감효과는 극히 크다. 따라서, 기존, 신설의 여하에 무관하게, 소음의 증대를 거의 수반하지 않고 설치 태양 상의 요구에 맞춰서 모터(400)의 설치방향을 자유로이 변경할 수가 있게 된다. 또한, 내치기어(106)는, 통상의 기어 제조장치에서 간이하고도 저렴하게 제조할 수 있기 때문에, 코스트의 상승도 거의 문제가 되지는 않는다.

그리고, 상기 실시형태에 있어서는, 직교변환기구의 구체적 구성으로서, 베벨기어기구가 채용되어 있지만, 본 발명에 있어서는, 직교변환기구의 구체적 구성은 특히 한정되지 않는다. 환언하면, 본 발명은 직교변환기구가 베벨기어기구에 의하여 구성되어 있는 경우만이 아니라, 하이포이드기어기구나 웜기어기구에 의하여 구성되어 있는 경우에도 적용 가능하며, 상응의 효과가 얻어진다. 예컨대, 하이포이드기어기구는, 본래적으로 저소음이 실현 가능한 직교변환기구이기는 하지만, 본 발명에 의하여, 맞물림시의 회전속도가 저감되면, 더 한층의 소음 저감이 실현 가능하다. 또한, 웜기어기구의 경우, 일반적으로 그 감속비가 높게 설정하려고 하면 효과가 일층 저하되는 경향이 있지만, 본 발명을 적용하면, 피니언과 내치기어에 의하여 확보되는 감속비만큼, 웜기어기구에 있어서의 감속비를 (효율이 높은) 보다 낮은 감속비로 설정하는 것이 가능하게 되기 때문에, 효율의 향상이라는 메리트를 얻을 수가 있도록 설계할 수도 있게 된다. 물론 소음에 대해서도, 보다 가일층의 저감이 가능하게 되는 경우가 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 내치기어로서 헬리컬의 내치기어(106)가 채용되어 있지만, 본 발명에 있어서는, 내치기어는 반드시 헬리컬일 필요는 없으며, 평기어라도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 제1베벨기어(입력측의 기어)(110)의 일단측(110b)이, 내치기어(106)의 내측에 피니언 반대측에서 삽입됨으로써, 이 내치기어(106)와 일체 회전 가능하게 연결되는 구성이 예시되어 있지만, 본 발명에서는, 내치기어와 직교변환기구의 입력측의 기어의 연결태양에 대하여는 특히 이 구성에 한정되지 않는다. 예컨대, 내측, 외측의 관계가 상기 예시와 반대로 되어 있어도 좋고, 또한, 키(108)에 의한 연결의 대용으로 밀어넣기 등의 연결을 채용하여도 좋다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 케이싱(102) 내의 직교기어기구(104)의 후단에, 더욱이, 제1, 제2헬리컬기어(120, 122)의 평행축 기어기구(105)를 구비하고, 또한 이 평행축 기어기구(105)가, 피니언(410)과 내치기어(106)에 의하여 실현되는 감속의 감속비에 대응하는 증속비를 가지는 구성으로 함으로써, 증감속 없는 직교기어헤드(100)로 하고 있지만, 본 발명에서는, 반드시 평행축 기어기구를 후단에 구비할 필요는 없고, 또한, 구비하는 경우에도 증속구조로 할 필요는 없다. 예컨대, 설계에 응하여 적극적으로 보다 감속시켜도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 케이싱(102)의 모터(400) 측의 케이싱(406)과의 연결구멍(103)을, 대각선의 교점(O1)이 피니언(410)의 축심(L1)에 일치하게 된 가상 정방형의 정점 상당위치에 형성하고, 내치기어(106)의 피니언(410)에 대한 쉬프트 방향을 90°마다 회전ㆍ선택할 수 있도록 함과 함께, 직교기어헤드(100)의 출력축(125)의 방향을 90°마다 회전ㆍ선택할 수 있도록 하고 있었지만, 이 구성도 필수는 아니다. 그리고, 연결구멍을 가상 장방형의 정점 상당위치에 형성한 경우에는, 180°마다의 회전ㆍ선택이 가능하게 된다. 가상 정6각형의 정점 상당위치에 형성한 경우에는, 60°마다의 회전ㆍ선택이 가능하게 된다.

[산업상 이용가능성]

본 발명은, 회전축의 방향을 직각으로 변경하기 위한 직교변환기구를 필요로 하는 소위 동력전달계에 적용 가능하다.

본 발명에 의하면, 기존, 신설을 불문하고, 모터 등의 설치의 자유도를 높게 확보할 수 있고, 또한 코스트 상승을 극력 억제하면서, 저소음을 실현할 수가 있다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 예에 관한 직교기어헤드가 적용된 기어드모터의 단면도이다.

도 2는, 도 1의 요부확대도이다.

도 3은, 도 1의 화살표방향 III-III선에 따른 요부단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 직교기어헤드

200 : 평행기어헤드

400 : 모터

500 : 기어드모터

F1∼F3 : 장착면

L1∼L4 : 축심

102 : 케이싱

104 : 직교변환기구

105 : 평행축 기어기구

106 : 내치기어

108 : 키

110 : 제1베벨기어

112 : 제2베벨기어

120 : 제1헬리컬기어

122 : 제2헬리컬기어

125 : 출력축

402 : 모터축

410 : 피니언

Claims

동력전달 경로 상에 있어서 회전축의 방향을 직각방향으로 변환 가능한 직교변환기구를 가지는 직교동력전달장치에 있어서,

상기 직교변환기구가, 기어헤드로서 독립한 케이싱 속에 수납되고,

이 직교변환기구로서, 회전축이 서로 직각으로 배치된 1쌍의 기어를 구비함과 함께,

상기 기어헤드의 입력축으로서, 구동원 측의 피니언이 내접 맞물림 가능한 내치기어를 구비하고,

이 내치기어와 상기 1쌍의 기어 중 입력측 기어의 한쪽 끝 쪽이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.
제1항에 있어서,

상기 내치기어가 헬리컬 내치기어로 되어 있는 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 입력측 기어의 한쪽 끝 쪽이, 상기 내치기어의 내측에 피니언 반대측에서 삽입되어, 이 내치기어와 일체로 회전 가능하게 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 기어헤드 내의 상기 직교변환기구의 후단에, 더욱이, 평행축 기어기구를 구비한 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.
제4항에 있어서,

상기 평행축 기어기구가, 상기 피니언과 상기 내치기어에 의하여 실현되는 감속의 감속(減速)비에 대응하는 증속(增速)비를 가지는 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 기어헤드의 케이싱의 상기 구동원 측의 케이싱과의 연결구멍이, 대각선의 교점이 상기 피니언의 축심에 일치하도록 된 가상(假想) 다각형의 정점 상당위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직교동력전달장치.