KR20090099202A

KR20090099202A - 하모닉 감속기

Info

Publication number: KR20090099202A
Application number: KR1020080024317A
Authority: KR
Inventors: 이부락
Original assignee: 이부락
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-09-22

Abstract

본 발명의 하모닉 감속기는 컵형 동체부의 외주면 기어 치형 하부에 파형부와 경사면을 형성하여 웨이브 제너레이터의 타원형 캠의 장축부분에 의해 플렉스 스플라인의 외주면 기어부가 반경방향으로 밀려서 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 맞물림으로써 출력축과 연결되는 플렉스 스플라인의 감속이 이루어질 때 플렉스 스플라인의 동체부에 반복적으로 작용되는 굽힘응력에 의해 발생되는 변형을 효과적으로 감쇄시키는 효과가 있고, 웨이브 제너레이터가 결합되는 플렉스 스플라인의 타측 고정부에 환형홈을 형성하여서 고정부의 파손을 방지하는 효과를 가짐은 물론 내구성이 증대되는 효과를 갖는다.

하모닉, 감속, 플렉스, 스플라인, 캠, 서큘러, 치형, 고정, 동체

Description

하모닉 감속기{HARMONIC DRIVE}

본 발명은 하모닉 감속기에 관한 것으로서, 특히 웨이브 제너레이터의 캠에 의해 반복 굽힘 응력과 비틀림 응력을 받는 동체와 고정부의 구조를 개선하여 내구성이 증대되고 진동이 감쇄되는 효과를 갖는 하모닉 감속기에 관한 것이다.

일반적으로 하모닉 감속기(harmonic drive)는 산업용 로봇, 반도체 제조장치, 의료장치, NC 선반 등에 광범위하게 사용되는 감속기로서, 하모닉 감속기는 소형 경량이고, 고감속비를 얻을 수 있으며, 동력전달효율이 큰 것이 특징이다.

하모닉 감속기는 크게 웨이브 제너레이터(wave generator), 플렉스 스플라인(flex spline), 서큘러 스플라인(circular spline)으로 구성된다.

웨이브 제너레이터는 타원 형상의 캠 외주면에 볼베어링이 끼워져 구성된다. 즉 볼베어링의 내륜에 캠이 고정되어 있지만 볼베어링의 외륜은 볼 베어링을 매개체로 하여 탄성변형을 한다. 웨이브 제너레이터의 캠은 입력축이 연결되고, 웨이브 제너레이터의 볼베어링 외륜에는 플렉스 스플라인이 억지 끼워 맞춤 된다. 즉, 볼베어링의 내륜에 웨이브 제너레이터가 장착되고 볼 베어링의 외륜에 플렉스 스플라 인이 끼워 맞춤 된다.

플렉스 스플라인은 컵 형태의 얇은 금속 탄성체로서 개방된 일측 외주면에 치형(기어 이빨)이 형성되고, 막힌 타측 단부에는 플렉스 스플라인을 고정하기 위한 돌출 고정부가 형성된다. 상기 플렉스 스플라인은 타원형의 캠구조를 갖는 웨이브 제너레이터가 회전할 때 플렉스 스플라인이 점진적으로 탄성변형을 일으키면서 회전한다.

이와 같이 입력축, 입력축에 연결된 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 플렉스 스플라인과 맞물린 서큘러 스플라인, 서큘러 스플라인과 연결된 출력축의 순서로 동력이 전달된다.

그리고 플렉스 스플라인에 형성된 치형이 타원의 장축에서 서큘러 스플라인과 180°간격으로 두 곳에서 맞물리므로 타원의 단축에서 치형의 결합이 이루어지지 않게 되어 웨이브 제너레이터의 회전에 의해 고감속비가 얻어진다.

상기 플렉스 스플라인과 결합되는 서큘러 스플라인은 플렉스 스플라인의 치형에 대응하여 내면에 치형이 형성된다.

입력축이 결합된 웨이브 제너레이터가 시계방향으로 회전하면 플렉스 스플라인이 점진적으로 탄성변형을 일으키면서 플렉스 스플라인의 치형이 시계방향으로 서큘러 스플라인의 치형과 맞물림이 이루어지며, 웨이브 제너레이터가 1회전 하면 플렉스 스플라인은 반시계 방향으로 회전된다. 반시계 방향으로의 회전량은 플렉스 스플라인의 치형 수와 서큘러 스플라인의 치형 수 차이이다. 예컨대 플렉스 스플라인의 치형 수가 서큘러 스플라인의 치형 수가 2 내지 4 개가 차이가 나는 경우 웨 이브 제너레이터가 시계방향으로 1회전 할 때 플렉스 스플라인은 반시계 방향으로 2 내지 4개 만큼 반시계 방향으로 회전된다.

플렉스 스플라인과 기어 결합되는 서큘러 스플라인은 대부분 고정되어 있으므로 플렉스 스플라인에 출력축이 결합 된다. 따라서, 플렉스 스플라인의 치형 수와 서큘러 스플라인의 치형 수 차이에 따라서 감속이 이루어진다. 즉 웨이브 제너레이터의 입력축 회전수는 상기 치형 수 차이에 따른 감속비에 따라서 플렉스 스플라인의 출력축 회전수의 감속이 이루어지는 것이다.

한편, 플렉스 스플라인의 출력축이 결합되는 부분은 기어 치형이 형성된 동체부의 개구부 타측 하면에 원형태의 고정부가 돌출 형성되어 있고, 이 고정부는 출력축이 결합되도록 중앙에 축결합공이 형성되고, 이 축결합공 둘레에 다수의 볼트 체결공이 형성되어 있다. 플렉스 스플라인의 동체부는 개구부측 외주면에 외주면 기어 치형이 형성되고, 개구부 타측 하부에는 고정부가 돌출형성되어 있다. 플렉스 스플라인의 개구부 타측의 고정부와 외주면 기어 치형이 형성된 동체부는 다이어프램부로 연결된다.

또한, 고정부의 내면에는 플렉스 스플라인의 회전이 부드럽게 이루어지고 축이 지지 되도록 플랜지 형태의 체결판이 결합 된다.

이와 같이 구성되어 회전되는 플렉스 스플라인은 웨이브 제너레이터의 타원형 캠의 회전에 의해 타원형 캠의 장축 부분이 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형을 서큘러 스플라인의 내주면 기어 치형과 맞물림 되도록 탄성 변형되므로 플렉스 스플라인의 동체부는 반복적으로 탄성 변형이 발생 된다. 따라서 반복적으로 탄 성 변형되는 플렉스 스플라인의 동체부에 의해 플렉스 스플라인의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 플렉스 스플라인이 출력축에 결합 되는 고정부는 플렉스 스플라인의 개구부 타측 저면의 다이어프램부와 연결되어 있어서 플렉스 스플라인의 회전시에 다이어프램부와 연결되는 연결부분에 큰 비틀림 응력이 작용 되어 고정부의 파손이 발생 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 반복적인 탄성 변형을 받는 플렉스 스플라인의 외주면을 개선하여 내구성이 증대된 하모닉 감속기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 플렉스 스플라인의 출력축이 결합되는 고정부에 작용되는 비틀림 응력을 효과적으로 감쇄시켜 내구성이 증대된 하모닉 감속기를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 하모닉 감속기를 구성하는 컵형 탄성 플렉스 스플라인의 얇은 동체부 외주면에 파형곡면과 경사면을 형성하고, 플렉스 스플라인의 고정부와 다이어프램부부를 연결하는 연결부에 환형홈을 형성함으로써 달성된다.

본 발명의 하모닉 감속기는 웨이브 제너레이터의 캠 장축에 의해 반복적으로 탄성변형되는 동체부의 내구성이 증대되고 진동 발생이 감쇄되는 효과를 가짐은 물론 고정부와 다이어프램부의 연결부에 형성된 환형홈에 의해 반복적인 굽힘응력의 영향을 적게 받으므로 내구성이 더욱 증대되는 효과를 갖는다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명은 동체 개구부 측 외주면에 기어 치형이 형성된 컵형 탄성 플렉스 스플라인과, 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형에 대응하여 내주면 기어 치형이 형성된 강성 서큘러 스플라인과, 타원형 캠과 베어링으로 구성되어 플렉스 스플라인에 개구부 내주면에 결합되는 웨이브 제너레이터로 구성되는 하모닉감속기에 있어서,

플렉스 스플라인의 개구부 외주면 기어 타측의 동체 외주면에 파형 부와 경사면을 연속 형성하여 반복적인 변형에 대한 내구성을 증대시키고,

고정부와 다이어프램부를 연결하는 연결부에 환형홈을 형성한 것이 특징이다.

본 발명의 하모닉 감속기는 웨이브 제너레이터(wave generator)(100), 플렉스 스플라인(flex spline)(200), 서큘러 스플라인(circular spline)(300)으로 구성되고, 웨이브 제너레이터(100)의 타원형 캠(110)의 구동에 의해 플렉스 스플라인(200)의 외주면 기어 치형(220)과 서큘러 스플라인(300)의 내주면 기어 치형(310)이 맞물려서 플렉스 스플라인(200)의 감속회전이 이루어진다.

본 발명의 하모닉 감속기를 구성하는 플렉스 스플라인(200)은 종래의 플렉스 스플라인과 같이 탄성을 갖는 컵형태로 구성되나 개구부(260)의 외주면 기어 치형(220) 하부에 위치한 동체 부분의 외주면 구조가 상이하다. 즉, 플렉스 스플라인(200)의 고정부(230)는 출력축(도시되지 않음)이 고정되고, 고정부(230) 타측의 외주면 기어 치형(220)은 서큘러 스플라인(300)의 내주면 기어 치형(310)과 맞물려서 감속이 이루어지는데 타원형 캠(110)이 회전될 때 플렉스 스플라인(200)의 동체(210)는 장축 부분에 의해 외주면 기어 치형(220)이 반경방향 외측으로 밀려지고 단축 부분은 찌그러지는 형태가 반복적으로 이루어진다. 따라서 외주면 기어 치형(220)이 형성되지 않은 탄성 동체(210)의 얇은 외주면은 타원형 캠(110)에 의해 반복적으로 변형이 발생 된다. 미설명부호 231은 플렉스 스플라인(200)에 연결되는 출력축결합용 축구멍이다.

그러나 본 발명의 플렉스 스플라인(200)의 동체(210) 외주면은 외주면 기어 치형(220) 측 하부에 파형부(211)를 그리고 개구부(260) 타측의 다이어프램부(240) 측으로 경사면(212)을 형성하여 타원형 캠(110)에 의해 반복적으로 동체 외주면에 작용되는 변형력을 감쇄시킨다.

또한, 다이어프램부(240)와 고정부(230) 사이의 연결부에 환형홈(250)을 형성한다. 이 환형홈(250)은 상기에 설명한 바와 같이 플렉스 스플라인(200)의 외주면 기어 치형(220)과 서큘러 스플라인(300)의 내주면 기어 치형(310)이 맞물려서 감속이 이루어질 때, 고정부(230)와 다이어프램부(240)를 연결하는 연결부에 발생 되는 반복적인 굽힘 응력을 효과적으로 감소시켜서 연결부의 파손을 방지한다.

입력축이 결합되는 입력축 결합구(140)는 입력축 결합공(140)이 형성되고, 일 측단부에 웨이브 제너레이터(100)를 지지 및 결합하기 위한 커넥터(130)용 절개홈(142)이 형성된다. 커넥터(130)는 링형태로 형성되되, 상,하면에 직각으로 결합돌기(131, 132)가 배치된다. 커넥터(130)의 결합돌기(131, 132)는 입력축 결합구(140)의 절개홈(142)과 타원형 캠(110)의 절개홈(111)에 각각 결합된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 하모닉 감속기는 웨이브 발생기(100)의 타원형 캠(110)이 입력축의 회전에 의해 회전되면 베어링(120)의 내륜(121), 볼(123) 및 외륜(122)을 통하여 타원형 캠(110)의 장축 부분이 플렉스 스플라인(200)의 외주면 기어 치형(220)을 반경방향 외측으로 밀어내어 서큘러 스플라인(300)의 내주면 기어 치형(310)과 맞물려서 출력축(도시되지 않음)이 연결된 플렉스 스플라인(200)의 감속 회전이 이루어진다.

이와 같이 플렉스 스플라인(200)의 감속회전이 이루어질 때 플렉스 스플라인(200)의 얇은 탄성 동체(210)는 외주면 기어 치형(220) 하부에 형성된 파형부(211)와 다이어프램부(240) 측의 경사면(212)이 타원형 캠(110)에 의해 외주면 기어 치형(220)이 반경방향으로 밀려지는 힘을 탄력적으로 흡수하게 된다. 즉 컵형 동체(210)의 내측으로 오목하게 형성된 파형부(211)에 의해 동체(210)가 외측으로 신장된 후 본래의 형태로 신속히 복귀가 이루어지게 되고, 아울러 파형부(211)가 경사면(212)에 연속으로 형성되어 타원형 캠(110)에 의해 반복적으로 신축이 이루어지는 동체(210)의 변형에 대한 내구성이 증대된다.

상기에서 본 발명의의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 실시예에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위, 발명의 상세한 설명 및 첨부 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시 가능하며, 이와 같은 변경, 변형 등에 의한 것은 당연히 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 하모닉감속기의 일 실시예를 보여주는 분해 사시도.

도 2는 도 1의 결합사시도.

도 3은 도 1의 결합 단면도.

도 4는 플렉스 스플라인의 구조를 보여주는 단면도.

도 5의 a, b, c는 본 발명의 하모닉감속기의 플렉스 스플라인의 변형 상태를 보여주는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 웨이브 제너레이터 110: 타원형 캠

120: 베어링 121: 내륜

122: 외륜 123: 볼

200: 플렉스 스플라인 210: 동체

211: 파형부 212: 경사면

220: 외주면 기어 치형 230:고정부

240: 다이어프램부 250: 환형홈

300: 서큘러 스플라인 310: 내주면 기어 치형

Claims

동체 개구부 측 외주면에 기어 치형이 형성되고, 개구부 타측에 고정부와 다이어프램부를 갖는 컵형 탄성 플렉스 스플라인과; 플렉스 스플라인의 외주면 기어 치형에 대응하여 내주면 기어 치형이 형성된 강성 서큘러 스플라인과; 타원형 캠과 베어링으로 구성되어 플렉스 스플라인에 개구부 내주면에 결합되는 웨이브 제너레이터로 구성되는 하모닉감속기에 있어서,

플렉스 스플라인은 동체의 개구부 외주면 기어 치형 하부에 파형부와 경사면을 연속 형성하여 타원형 캠에 의한 반복적인 변형에 대한 내구성을 증대시키고,

고정부의 파손이 방지되도록 고정부와 다이어프램부를 연결하는 연결부에 환형홈을 형성한 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.
청구항 1에 있어서,

파형부는 동체 외주면에 오목하게 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.
청구항 1에 있어서,

구성된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기.