KR20100049916A - 탄성디스크형 조화 구동 감속기 - Google Patents

탄성디스크형 조화 구동 감속기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄성디스크형 조화 구동 감속기에 관련되며, 구성의 특징을 살펴보면, 입력축(12)이 회동가능하게 설치되는 제1하우징(12a)과, 제1하우징(12a)상에 체결되어 출력축(14)이 회동가능하게 설치되는 제2하우징(14a)이 구비되는 동체(10); 상기 출력축(14)의 단부에 설치되고, 원형판으로 형성되어 일면 가장자리부에 제1기어부(22)가 형성되는 탄성디스크(20); 상기 탄성디스크(20)의 제1기어부(22)와 치합되도록 제2하우징(14a) 내면에 형성되는 제2기어부(30); 및 상기 입력축(12)의 단부에 설치되고, 탄성디스크(20)의 제1기어부(22) 이면에 밀착되도록 롤러(42)가 구비되는 가압부재(40);를 포함하여 입력축(12)이 회전시 롤러(42)가 탄성디스크(20)의 이면을 가압한 상태로 회전하여 제1기어부(22)가 조화구동의 형태로 휘어지면서 제2기어부(30)상에 국부적으로 치합되고, 이때 제1,2기어부(22)(30)의 기어 잇수 차이로 인해 탄성디스크(20)가 출력축(14)과 함께 감속 회전하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 감속 구동 작용이 탄성디스크에 의해 형성되어 감속 기구의 축방향 길이가 크게 감소함에 따라 설치공간을 절약 하여, 기계장치에 대한 적용이 간편하고, 특히 구성부품의 가공오차에 따른 백래쉬량 조절이 가능하여 감속장치의 성능이 균일하게 유지되는 효과가 있다.
조화 구동 감속기, 탄성디스크, 가압부재, 롤러, 백래쉬

Description

탄성디스크형 조화 구동 감속기 {Flexible disk type harmonic drive reducer}
본 발명은 탄성디스크형 조화 구동 감속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가요성 기어를 이용하여 액추에이터를 감속시키는 탄성디스크형 조화 구동 감속기에 관한 것이다.
산업기술이 고도로 발달되면서 정밀한 작업을 요하는 반도체제조장치 및 로봇, 의료기기 등의 장비가 점차 소형 정밀화되어감에 따라 이를 구동하는 액추에이터를 포함한 구성부품들의 설치공간이 함께 축소되어 부품의 소형화를 도모하기 위한 기술개발이 꾸준이 이루어지고 있다.
하지만, 대부분의 동력전달방식이 액추에이터로부터 발생되는 동력을 기어와 같은 동력전달수단을 이용하여 감속 혹은 증속전달되는 구조를 가짐에 따라 다수개의 기어 설치에 따른 공간을 고려할때 장비의 소형화에 한계가 따랐다.
이에 정밀작동을 요하는 장비를 제작하는 업계에서는 소형, 경량이면서 고감속비를 얻을 수 있고, 전달 토크의 용량이 크며, 백래쉬가 작아 정밀한 감속비를 얻을 수 있는 하모닉드라이브를 채택하는바, 여기서 하모닉드라이브는 타원형상의 캠의 외주면에 소형의 볼베어링이 다수개 구비되고, 캠은 입력축에 연결된다. 그리고 플렉스스플라인의 일단부의 외면에는 적정한 형태의 치형이 성형되어 있고, 타단부는 출력축에 연결된다. 그리고 플렉스스플라인은 원형스플라인상에 삽입된 상태로 플렉스스플라인에 성형되어있는 치형은 원형스플라인 내면에 형성된 기어상에 타원형상의 장축방향 2부분에 치합된다. 이때 원형스플라인 치형의 잇수는 플렉스스플라인의 잇수에 비하여 2개 또는 4개 많게 형성되어 캠이 일방향으로 회전하게되면 플렉스스플라인은 탄성변형하면서 플렉스스플라인의 치형이 원형스플라인의 기어와 치합되는 위치가 순차적으로 이동하게 되고, 이때 플렉스스플라인은 원형스플라인의 잇수차에 해당하는 만큼 반대방향으로 회전하게 되어, 이러한 반대방향의 회전에 의하여 출력축과 연결된 플렉스스플라인은 감속된 회전수를 출력하게 되는 구성이다.
그러나, 상기한 하모닉드라이브는 동력을 감속전달하기 위한 기술이지만, 제작 및 설치상에 있어 다음과 같은 문제점이 제기되었다.
첫째, 플렉스스플라인이 캠 작동에 의해 원형스플라인의 기어와 치합이 되고, 이때 캠의 곡률은 기어의 치합위치를 결정하는 핵심적인 요소이므로 미세한 가공오차에도 백래시가 발생되어 하모닉드라이브의 성능을 저하시키는 결정적인 요인으로 작용하였다.
둘째, 캠의 곡률 가공오차에 따라 플렉스스플라인의 기어와 원형스플라인의 기어의 백래쉬(backlash)량이 결정됨에 따라 캠의 오차범위에 따라 백래쉬량이 가변되어 균일한 성능의 제품생산이 대단히 어렵다.
셋째, 플렉스스플라인이 드럼형태로 형성되는 구조적 특성상 축방향으로 길게 유지되므로 하모닉드라이브의 크기를 줄이는데는 한계가 있으며 설치공간이 협소한 장비에 적용이 불가능한 폐단이 따랐다.
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 보다 상세하게는 간단한 기본구조로 조립이 용이하면서 제작에 따른 제조원가가 절감되고, 설치공간이 협소한 장비에 적용이 쉬운 탄성디스크형 조화 구동 감속기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 입력축(12)이 회동가능하게 설치되는 제1하우징(12a)과, 제1하우징(12a)상에 체결되어 출력축(14)이 회동가능하게 설치되는 제2하우징(14a)이 구비되는 동체(10); 상기 출력축(14)의 단부에 설치되고, 원형판으로 형성되어 일면 가장자리부에 제1기어부(22)가 형성되는 탄성디스크(20); 상기 탄성디스크(20)의 제1기어부(22)와 치합되도록 제2하우징(14a) 내면에 형성되는 제2기어부(30); 및 상기 입력축(12)의 단부에 설치되고, 탄성디스크(20)의 제1기어부(22) 이면에 밀착되도록 롤러(42)가 구비되는 가압부재(40);를 포함하여 입력축(12)이 회전시 롤러(42)가 탄성디스크(20)의 이면을 가압한 상태로 회전하여 제1기어부(22)가 조화구동의 형태로 휘어지면서 제2기어부(30)상에 국부적으로 치합되고, 이때 제1,2기어부(22)(30)의 기어 잇수 차이로 인해 탄성디스 크(20)가 출력축(14)과 함께 감속 회전하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 롤러(42)는 가압부재(40)상에 1개소 혹은 일정한 등각으로 2~4개소에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2하우징(12a)(14a)은 서로 나사결합되거나 얇은 플레이트(17)등에 의해 기어의 물림간격을 조절하여 백래쉬(backlash)량을 조절 가능하게 함을 특징으로 한다.
본 발명은 감속 구동 작용이 탄성디스크에 의해 형성되어 감속 기구의 축방향 길이가 크게 감소함에 따라 설치공간을 절약하여, 기계장치에 대한 적용이 간편하고, 특히 구성부품의 가공오차에 따른 백래쉬량 조절이 가능하여 감속장치의 성능이 균일하게 유지되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 내부구조를 전체적으로 나타내는 구성도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 요부를 확대하여 나타내는 구성도이며, 도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 롤러의 설치위치를 나타내는 구성도이다.
본 발명은 탄성디스크형 조화 구동 감속기에 관련되며, 이때 탄성디스크형 조화 구동 감속기는 협소한 공간에서 입력축의 회전속을 출력축으로 가변전달하기 위해 동체(10), 탄성디스크(20), 제1기어부(22), 제2기어부(30), 가압부재(40)를 포함하여 주요구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 동체(10)는 입력축(12)이 회동가능하게 설치되는 제1하우징(12a)과, 제1하우징(12a)상에 체결되어 출력축(14)이 회동가능하게 설치되는 제2하우징(14a)이 구비된다. 제1, 2하우징(12a)(14a)은 중심부에 입력축(12)과 출력축(14)이 베어링과 함께 회전가능하게 설치되고, 서로 대응하는 단부가 확장된 상태로 공간부가 형성되어 입력축(12)과 출력축(14)의 단부에 구비되는 후술하는 탄성디스크(20), 가압부재(40) 및 제2기어부(30)가 수용된 상태로 조립된다.
또한, 본 발명에 따른 탄성디스크(20)은 출력축(14)의 단부에 설치되고, 원형판으로 형성되어 일면 가장자리부에 제1기어부(22)가 형성된다. 탄성디스크(20)는 유연성 및 탄성력이 우수한 재료를 원형으로 가공하고, 중심이 출력축(14)의 단부에 볼트체결등으로 고정된다. 그리고 제1기어부(22)는 후술하는 제2기어부(30)와 치합되도록 탄성디스크(20) 일면에 형성되고, 이때 제1기어부(22)의 기어잇수는 제2기어부(30)의 기어잇수보다 1내지 다수개 많게(예컨대, 2~10개) 형성되어 입력축(12)의 회전속을 출력축(14)으로 감속전달하게 된다.
또한, 제2기어부(30)는 탄성디스크(20)의 제1기어부(22)와 치합되도록 제2하우징(14a) 내면에 형성된다. 제2기어부(30)는 제2하우징(14a) 내면에 일체로 형성되거나 제2하우징(14a)과 별도로 분할 제작하여 볼트등으로 체결된다. 제2기어부(30)는 상기 탄성디스크(20)가 휘어진 상태로 제1기어부(22)와 긴밀하게 치합되 도록 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 가압부재(40)는 입력축(12)의 단부에 설치되고, 탄성디스크(20)의 제1기어부(22) 이면에 밀착되도록 롤러(42)가 구비된다. 롤러(42)는 탄성디스크(20)의 제1기어부(22)와 동일한 회전반경을 가지도록 가압부재(40)상에 회전가능하게 설치되고, 제1기어부(22)와 대응하는 탄성디스크(20)의 이면을 국부적으로 가압하여 제1기어부(22)가 제2기어부(30)상에 치합하는 역할을 수행한다.
이에 입력축(12)이 회전시 롤러(42)가 탄성디스크(20)의 이면을 가압한 상태로 회전하면 도 2a에 도시된 바와 같이 제1기어부(22)가 조화 구동의 형태로 휘어지면서 2기어부(30)상에 국부적으로 치합되고, 이때 제1, 2기어부(22)(30)의 기어잇수 차이로 인해 탄성디스크(20)가 출력축(14)과 함께 감속 회전하게 된다.
여기서, 상기 롤러(42)는 가압부재(40)상에 1개소 혹은 일정한 등각으로 2~4개소에 구비된다. 도 3a는 롤러(42)가 1개소에 설치되는 구성을 도시하고, 도 3b는 롤러(42)가 180도각도로 2개소에 설치되는 구성을 도시하며, 도 3c는 롤러(42)가 120도 등각으로 3개소에 위치된 상태를 나타내고, 도 3d는 롤러(42)가 90도각도로 4개소에 배치된 상태를 도시하는 바, 롤러(42)의 배치개수가 증가될수록 제1, 2기어부(22)(30)의 치합면적이 확대되어 동력전달이 보다 정확하게 이루어지는 이점이 있다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 변형예에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 동체를 나타내는 구성도이다.
도 4a에서, 상기 제1, 2하우징(12a)(14a)이 서로 나사결합에 의해 조립된 상 태를 나타낸다. 제1, 2하우징(12a)(14a)이 서로 대응하는 면에 암수나사를 형성하여 나사조립됨에 따라 기어물림의 간격조절이 가능하고, 일단에 간격조절후 위치고정하기 위한 볼트(15)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 4b에서, 상기 제1, 2하우징(12a)(14a)이 서로 동심으로 삽입 설치되어 볼트(16)에 의해 조립이되며, 제1, 2하우징(12a)(14a)사이에 얇은 플레이트(17)등을 삽입하여 기어의 물림간격을 조절하여 백래쉬(backlash)량을 조절 한다 . 즉 제1하우징(12a)의 일단부가 제2하우징(14a)의 내부로 수용되도록 형성하고, 제1, 2하우징(12a)(14a)을 얇은 플레이트(17)등으로 기어의 물림간격을 조절하여 백래쉬 (backlash)량을 조절한후 다수개의 볼트(16)로 고정하며, 외부 설치용인 다수개의 관통구멍(19)을 이용하여 추가 고정한다.
이처럼, 도 4a 내지 4b에서처럼 조립공정 중에 제1, 2기어부(22)(30)의 백래쉬(backlash)량이 간편하고 정확하게 조절가능함에 따라 각각의 부품 가공공차에 영향을 받지 않고 제품 품질 및 성능이 균일하게 유지되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 내부구조를 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2a는 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 요부를 확대하여 나타내는 구성도.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 롤러의 설치위치를 나타내는 구성도.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 변형예에 따른 탄성디스크형 조화 구동 감속기의 동체를 나타내는 구성도.

Claims (3)

  1. 입력축(12)이 회동가능하게 설치되는 제1하우징(12a)과, 제1하우징(12a)상에 체결되어 출력축(14)이 회동가능하게 설치되는 제2하우징(14a)이 구비되는 동체(10); 상기 출력축(14)의 단부에 설치되고, 원형판으로 형성되어 일면 가장자리부에 제1기어부(22)가 형성되는 탄성디스크(20); 상기 탄성디스크(20)의 제1기어부(22)와 치합되도록 제2하우징(14a) 내면에 형성되는 제2기어부(30); 및 상기 입력축(12)의 단부에 설치되고, 탄성디스크(20)의 제1기어부(22) 이면에 밀착되도록 롤러(42)가 구비되는 가압부재(40);를 포함하여 입력축(12)이 회전시 롤러(42)가 탄성디스크(20)의 이면을 가압한 상태로 회전하여 제1기어부(22)가 조화구동의 형태로 휘어지면서 제2기어부(30)상에 국부적으로 치합되고, 이때 제1,2기어부(22)(30)의 기어 잇수 차이로 인해 탄성디스크(20)가 출력축(14)과 함께 감속 회전하는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄성디스크형 조화 구동 감속기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 롤러(42)는 가압부재(40)상에 1개소 혹은 일정한 등각으로 2~4개소에 구비되는 것을 특징으로 하는 탄성디스크형 조화 구동 감속기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2하우징(12a)(14a)은 서로 나사결합되거나 제1, 2하우 징(12a)(14a)사이에 플레이트(17)를 설치하여 기어의 물림간격을 조절하여 백래쉬(backlash)량을 조절하는 것을 특징으로 하는 탄성디스크형 조화 구동 감속기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021162430A1 (ko) * 2020-02-11 2021-08-19 서울대학교산학협력단 판형 조화 감속기

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