KR20120000489A

KR20120000489A - 롤러식 변속 장치

Info

Publication number: KR20120000489A
Application number: KR1020110004188A
Authority: KR
Inventors: 겐지 이마세; 스케지로 나가타
Original assignee: 가모세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-01-02
Also published as: KR20120000507A; EP2400183A1; KR101344683B1; US20110319217A1; RU2010135632A

Abstract

비용적으로 유리하게 소형화를 도모할 수 있고, 정확하고 원활한 감속운동을 얻을 수 있는 롤러식 변속장치(1)를 제공한다.
고정링(10)의 내주벽(10a)에 변속 핀 롤러군(11)을 누름 접합에 의해 원형 배열하는 동시에, 회전링(13)의 내주벽(13c)에 정동 핀 롤러군(18)을 누름 접합에 의해 원형 배열하고 있다. 핀 롤러(11a,18a)에는, 롤러 베어링 등에 사용되는 치수 정밀도가 높은 원통 롤러나 니들 롤러를 적용할 수 있다. 이 때문에, 변속 핀 롤러군(11) 및 정동 핀 롤러군(18)이 내치로서 작용하여, 백래시가 극소이고, 핀 롤러(11a,18a)의 치간 피치 정밀도가 높고, 치형 치수가 고정밀도로 균일하고, 면 거칠기가 균등하게 되어, 맞물림 접촉부에서의 걸어맞춤 정밀도가 향상된다.

Description

롤러식 변속 장치{A ROLLER TYPE TRANSMISSION DEVICE}

본 발명은, 핀 롤러군과 외치치차(外齒齒車)와의 걸어맞춤에 의한 롤러식 변속 장치에 관한 것으로, 특히 고정밀도로 큰 감속비를 실현할 수 있도록 개량한 롤러식 변속 장치에 관한 것이다.

일반의 차동형(差動形) 변속장치로서는, 특허문헌 1, 2, 3에 나타내는 감속기가 있고, 산업용 로봇의 캔틸레버 암에 적용하기 위해, 고회전·저토크의 구동 모터에 큰 감속비를 부여하도록 개량되고 있다.

이런 종류의 감속기는, 페리사이클로이드 곡선으로 형성된 물결 형상의 외치(外齒)를 갖는 이붙이 원반(외치치차)과 중심부에 편심축(편심체축)을 설치한 둥근 관 형상의 출력부(내치치차)를 구비하고 있다. 출력부는, 이붙이 원반의 바깥 주위에 배치되고, 그 내주에 다수의 핀을 둘레방향으로 등간격으로 매설 배치하고 있다. 이붙이 원반의 외치는 출력부의 핀에 대응하는 것으로, 외치의 이빨 수(齒數)는 핀의 개수보다 1개만큼 적게 설정하고 있다.

감속 운전시, 이붙이 원반의 외치는, 각 핀에 대해서 타고 넘도록 슬라이드하지만, 출력부는 눌러져서 핀의 1피치분만큼 회전한다. 외치가 하나의 핀을 타고 넘는 것은, 편심축이 1회전했을 때이므로, 이붙이 원반의 감속비는 핀의 개수와 역수(1/핀의 개수)가 되도록 나타난다. 핀의 개수가 40개의 경우, 감속비는 1/40이 되므로, 큰 감속비를 달성할 수 있다.

일본 공개특허공보 2006-300338호 일본 공개특허공보 2006-329431호 일본 공개특허공보 평성1-169154호

그러나, 특허문헌 1∼3의 어느 감속기에서도, 둥근 관 형상의 출력부(내치치차)의 내주에, U자형상의 부착홈이 등간격으로 형성되고, 이들 부착홈에 핀을 눌러 넣는 것이라고 생각된다. 부착홈의 제작시, 등간격성을 비롯하여, 직진성, 폭 및 깊이 치수를 정확하게 갖추게 하기 위해, 연마작업 등의 미조정을 포함한 다수의 가공공정이 필요해지고, 가공 공정수가 증가한다. 또한, 인접하는 부착홈끼리의 사이에는, 일정한 거리가 필요해지기 때문에, 출력부의 지름을 소형화하는 것이 어려워 전체의 소형화를 실현할 수 없는 요인이 되어 있다.

또한, 편심운동과 자전운동을 동시에 행하는 이붙이 원반으로부터 자전운동만을 추출하는 기구에는, 정동판(整動板)에 형성한 복수의 구멍부와 구멍부에 대응하는 핀을 조합한 정동기구(整動機構)가 이용되고 있다. 이 정동기구는, 가공 개소가 많아 가공 공정수가 증가하는 동시에, 정동판의 지름을 소형화하기 어려워 전체를 소형화하는데 있어서 장해가 되고 있다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 핀 롤러의 치간(齒間) 피치 정밀도가 높고, 치형(齒形) 치수가 고정밀도로 균일하고, 면 거칠기가 균등하게 되어, 정확하고 원활한 감속운동을 얻을 수 있는 동시에, 조립공정수가 적어도 되어, 비용적으로 유리하여 양산화에 적합한 롤러식 변속장치를 제공하는 것에 있다.

(청구항 1에 대해)

하우징은, 도중 부분에 편심축부를 갖는 샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 설치되어 있다. 고정링은, 소정폭 치수의 원형 내주면을 갖고, 하우징에 샤프트와 동심(同芯)이 되도록 설치되어 있다. 회전체는, 샤프트와 동심이 되도록 고정되어, 외주 가장자리부에 고정링에 대해서 동심이 되는 회전링을 정동(整動)링으로서 가지고 있다.

변속 핀 롤러군은 소정수의 핀 롤러로 이루어지고, 외측면을 고정링의 내주벽에 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정되어 있다. 정동 핀 롤러군은 소정수의 핀 롤러로 이루어지고, 외측면을 회전링의 내주벽에 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정되어 있다.

전동(傳動)링 부재는, 변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군내에서, 샤프트의 편심축부에 회전 가능하게 끼워지고, 샤프트의 회전에 수반하여 편심 회전운동을 행한다. 변속 외치치차는, 전동링 부재의 외주 가장자리부의 일단부에, 사이클로이드계 곡선을 따라서 형성되어 변속 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치되어 있다.

정동 외치치차는, 전동링 부재의 외주 가장자리부의 타단부에, 원호 곡선을 따라서 형성되어 정동 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치되어 있다. 정동 외치치차에서의 외치의 원호지름은, 정동 핀 롤러군의 롤러지름과 편심축부의 편심량의 2배를 더한 크기로 하는 정동부를 구성한다.

또한, 변속 핀 롤러군의 핀 롤러의 수와 변속 외치치차의 이빨 수와의 차(差)는 정수차가 되도록 설정되어 있다.

상기 구성에서는, 고정링의 내주벽에 변속 핀 롤러군을 누름 접합에 의해 원형 배열하는 동시에, 회전링의 내주벽에 정동 핀 롤러군을 누름 접합에 의해 원형 배열하고 있다. 이 경우, 핀 롤러에는, 롤러 베어링 등에 사용되는 치수 정밀도가 높은 원통 롤러나 니들 롤러를 적용할 수 있다.

이 때문에, 변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군이 내치(內齒)로서 작용하여, 백래시가 극소이고, 핀 롤러의 치간 피치 정밀도가 높고, 치형 치수가 고정밀도로 균일하고, 면 거칠기가 균등하게 되어, 변속 핀 롤러군에 대한 변속 외치치차의 걸어맞춤 정밀도 및 정동 핀 롤러군에 대한 정동 외치치차의 걸어맞춤 정밀도가 각각 향상하여 정확하고 원활한 감속운동을 얻을 수 있다.

변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군의 조립부착에 있어서는, 핀 롤러를 고정링 및 회전링의 각 내주벽에 누름 접합에 의해 원형 배열하는 것만으로 충분하여, 조립 공정수가 적어지고, 원형 배열이 주밀(周密)하게 되어 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 핀 롤러는, 일반적으로 단가가 저렴하여 비용적으로 유리하게 되고, 변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군에의 조립부착 작업이 용이하게 되어 양산화에 적합하게 된다.

변속 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 변속 외치치차의 복수의 외치가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤하는 동시에, 정동 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 정동 외치치차의 복수의 외치가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤하기 때문에, 맞물림 접촉부의 전달 토크가 크고 마모도 적다.

예를 들면, 단조(鍛造)에 의해 제작된 베어링 강을 핀 롤러에 이용하는 것에 의해, 변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군에 높은 강도를 부여할 수 있다.

또한, 정동 외치치차에서의 외치의 원호지름은, 정동 핀 롤러군의 롤러지름과 편심축부의 편심량의 2배를 더한 크기로 하고 있다. 이 경우, 외치의 원호지름을 D로 하고, 롤러지름을 d로 하고 편심량을 e로 두면, D=d+2e라고 하는 치수 관계를 설정하는 것만으로, 공전운동과 자전운동으로부터 자전운동만을 추출하는 정동부를 구성할 수 있다. 이 결과, 정동판의 구멍부에 핀을 조합한 정동기구와 비교하여 구조가 간소하게 되어, 전체의 소형화에 도움이 된다.

(청구항 2에 대해)

청구항 2가 청구항 1과 다른 것은, 전동링 부재에서의 외주 가장자리부의 타단부에 형성한 정동링에 정동 핀 롤러군을 누름 접합에 의해 원형 배열하고, 회전링의 외주 가장자리부에, 외치를 전체둘레에 연속 형성한 정동 외치치차를 설치한 것이다. 그리고, 정동 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 정동 외치치차의 복수의 외치가 항상 걸어맞춤되도록 하고 있다.

이와 같이, 전동링 부재와 회전링에 대해서, 정동링과 정동 외치치차를 청구항 1과는 반대의 위치에 형성한 청구항 2에서도, 청구항 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(청구항 3에 대해)

변속 외치치차를 전동링 부재에서의 외주 가장자리부의 일단부를 대신하여, 정동링의 외주 가장자리부에 형성하고, 고정링을 변속 외치치차의 바깥 주위에서 하우징의 내주면에 회전링과 동심이 되도록 형성한 것이다.

이 경우, 고정링, 변속 핀 롤러군, 변속 외치치차, 정동링, 정동 핀 롤러군 및 정동 외치치차가 서로 동심이 되어 포개 맞춰지기 때문에, 이것들 6 구성요소가 이루는 가로폭 치수가 작아져 전체를 축방향으로 단축화할 수 있다.

(청구항 4에 대해)

변속 핀 롤러군의 각 일단면에는, 고리 형상의 리테이너가 동심이 되도록 갖다대어져, 변속 핀 롤러군의 각 핀 롤러의 중심부에 용접 등의 부착수단에 의해 고정되어 있다. 정동 핀 롤러군의 각 일단면에도, 고리 형상의 리테이테가 동심이 되도록 갖다대어져, 정동 핀 롤러군의 각 핀 롤러의 중심부에 용접 등의 부착 수단에 의해 고정되어 있다.

고리 형상의 리테이너를 설치한 것에 의해, 변속 핀 롤러군의 원형 배열 상태 및 정동 핀 롤러군의 원형 배열 상태를 각각 강고하게 유지할 수 있다.

(청구항 5에 대해)

정동링과 정동 핀 롤러군, 및 고정링과 변속 핀 롤러군은 일체적으로 형성되어 있다. 이것에 의해, 정동 핀 롤러군 및 변속 핀 롤러군에 의한 원호 형상의 치면(齒面) 형성을 신속하고 용이하게 제작할 수 있다.

(청구항 6에 대해)

정동링과 정동 핀 롤러군, 및 고정링과 변속 핀 롤러군은 소결합금에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 이 경우, 청구항 5와 같은 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 소결합금을 이용하고 있기 때문에, 일체 성형의 작업이 용이하게 된다.

(청구항 7에 대해)

정동링과 정동 핀 롤러군, 및 고정링과 변속 핀 롤러군은 플라스틱 재료에 의해 일체적으로 형성되어 있다. 이 때문에, 청구항 5와 같은 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전체의 경량화를 달성할 수 있다.

(청구항 8에 대해)

전체 길이를 15∼40mm로 하고 바깥지름이 12∼25mm가 되도록 설정하고 있다. 이것에 의해, 초소형의 롤러식 변속장치를 실현시킬 수 있고, 산업용 로봇의 관절 등의 협소 영역부에 적용할 수 있다.

본 발명의 롤러식 변속장치에서는, 고정링의 내주벽에 변속 핀 롤러군을 누름 접합에 의해 원형 배열하는 동시에, 회전링의 내주벽에 정동 핀 롤러군을 누름 접합에 의해 원형 배열하고 있다. 변속 핀 롤러군 및 정동 핀 롤러군이 내치로서 작용하여, 백래시가 극소이고, 핀 롤러의 치간 피치 정밀도가 높고, 치형 치수가 고정밀도로 균일하고, 변속 핀 롤러군에 대한 변속 외치치차의 걸어맞춤 정밀도 및, 정동 핀 롤러군에 대한 정동 외치치차의 걸어맞춤 정밀도가 각각 향상되어 정확하고 원활한 감속운동을 얻을 수 있다. 이 때문에, 변속장치에 원활한 감속운동 및 높은 정밀도를 요구하는 수요자의 증가에 수반하여, 관련 부품의 유통을 통하여 기계 산업에 적용할 수 있다.

도 1은 롤러식 변속장치의 종단면도이다(실시예 1).
도 2는 회전링, 정동 핀 롤러군, 전동링 부재, 샤프트, 고정링 및 변속 핀 롤러군을 도시하는 분해 사시도이다(실시예 1).
도 3(a)는 회전링의 정면도, (b)는 고정링의 정면도이다(실시예 1).
도 4(a), (b)는 정동 핀 롤러군을 압입에 의해 회전링의 내주벽에 원형 배열하는 순서를 도시하는 정면도 및 사시도이다(실시예 1).
도 5(a), (b)는 고리 형상의 리테이너를 정동 핀 롤러군에 부착하는 순서를 도시하는 사시도이다(실시예 2).
도 6은 롤러식 변속장치의 종단면도이다(실시예 3).
도 7은 롤러식 변속장치의 종단면도이다(실시예 4).
도 8은 초소형으로 한 롤러식 변속장치를 도시하는 종단면도이다(실시예 5).

본 발명에서의 실시형태에 대해서, 각 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

실시예

[실시예 1의 구성]

도 1내지 도 4에 기초하여 본 발명의 실시예 1을 설명한다.

롤러식 변속장치(1)를 도시하는 도 1에 있어서, 통 형상의 하우징(2)은, 제 1 하우징부(2a)와 제 2 하우징부(2b)를 축방향으로 맞대어 구성되어 있다. 통 형상의 하우징(2)내에는, 축방향을 따라서 샤프트(3)가 하우징(2)과 동심이 되도록 배치되어 있다.

샤프트(3)는, 제 1 하우징부(2a)의 개구부에 베어링(4)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 샤프트(3)의 일단부는, 소지름 치수의 입력축부(3a)를 구비하고, 도중 부분은 편심축부(3b)를 갖고, 타단부는 대지름 치수의 지지축부(3c)를 형성하고 있다. 샤프트(3)의 입력축부(3a)와 편심축부(3b)와의 사이에는, 베어링(4)에 인접하는 밸런스용의 추(3d)를 일체로 형성하고 있다.

편심축부(3b)의 축심(E2)은, 샤프트(3)의 축심(E1)으로부터 편심량(e)만큼 심(芯)이 어긋나 있고, 샤프트(3)의 회전에 수반하여 편심축부(3b)가 편심 회전운동을 행하게 되어 있다.

고리 형상의 전동링 부재(5)는, 하우징(2)내에서 편심축부(3b)에 베어링(6)에 의해 회전 가능하게 끼워 넣어져 있다.

전동링 부재(5)에서의 외주 가장자리부의 일단부에는, 예를 들면 트로코이드 곡선을 따르는 바깥 윤곽을 갖는 외치(7a)를 전체둘레에 연속 형성한 변속 외치치차(7)를 설치하고 있다. 전동링 부재(5)에서의 외주 가장자리부의 타단부에는, 예를 들면 원호 곡선을 따르는 바깥 윤곽을 갖는 외치(8a)를 전체둘레에 연속 형성한 호랑가시나무잎 형상의 정동 외치치차(8)를 설치하고 있다.

변속 외치치차(7)에서의 외치(7a) 및 정동 외치치차(8)에서의 외치(8a)의 각 이빨 수는, 예를 들면 서로 동일해지는 30매로 각각 설정되어 있다.

변속 외치치차(7)의 바깥 주위에는, 내주벽(10a)에 변속 핀 롤러군(11)을 원형 배열한 고정링(10)이 샤프트(3)와 동심이 되도록 배치되어 있다. 이 때문에, 고정링(10)내의 변속 외치치차(7)는, 고정링(10)에 대해서 편심량(e)만큼 심이 어긋난 상태로 위치한다.

고정링(10)은 제 1 하우징부(2a)의 일부를 이루고, 그 내주벽(10a)을 소정 폭 치수의 원형 내주면으로 하고 있다. 변속 핀 롤러군(11)은, 도 2에도 도시하는 바와 같이, 서로 원기둥형상을 한 동일한 핀 롤러(11a)로 이루어진다.

각 핀 롤러(11a)는, 도 3(a)에도 도시하는 바와 같이, 외측면을 고정링(10)의 내주벽(10a)에 선접촉시키면서, 서로가 인접하는 위치에서 기초원(P1)을 따라서 둘레방향으로 빈틈없이 누름 접합하는 것에 의해 고정되어 있다.

변속 핀 롤러군(11)에서의 핀 롤러(11a)의 전체 수는, 예를 들면 31개로 설정되어 있다. 고정링(10)에 대한 변속 핀 롤러군(11)의 고정 방법은, 후술하는 정동링(17)에 대한 정동 핀 롤러군(18)의 고정 방법과 같다.

이 상태에서, 변속 외치치차(7) 중 복수의 외치(7a)는, 맞물림 접촉부로서 변속 핀 롤러군(11) 중 복수의 핀 롤러(11a)와 항상 걸어맞춤하도록 설정되어 있다. 예를 들면, 모든 외치(7a)중 2개의 외치가 모든 핀 롤러(11a) 중 2개의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하도록 되어 있다.

즉, 변속 핀 롤러군(11) 중 복수의 핀 롤러(11a)와 변속 외치치차(7)와 같은 수의 외치(7a)가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤한다.

도 1에 있어서, 주발 모양을 이루는 회전체(12)는, 하우징(2)내에 위치하는 회전링(13)과 하우징(2)외에 위치하는 출력축(12a)으로 이루어진다. 회전링(13)의 일단 개구부는, 대지름 링부(13a)와 소지름 링부(13b)로 이루어지는 2단 원통형상으로 형성되어 있다.

출력축(12a)은, 샤프트(3)의 입력축부(3a)와 동축으로 배치되고, 제 2 하우징부(2b)의 개구부에서 베어링(14)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

회전링(13)의 소지름 링부(13b)는, 베어링(15)에 의해 샤프트(3)의 지지축부(3c)에 회전 가능하게 지지되고, 소지름 링부(13b)와 제 2 하우징부(2b)의 내주면과의 사이에는, 베어링(16)이 동심이 되도록 배치되어 있다.

회전링(13)의 대지름 링부(13a)는, 축방향을 따라서 고정링(10)에 대향하도록 배치되어 있다. 대지름 링부(13a)의 내주벽(13c)에 정동 핀 롤러군(18)을 원형 배열한 정동링(17)으로서 일체적으로 구성되어 있다.

정동 핀 롤러군(18)은, 도 3(b)에도 도시하는 바와 같이, 서로 동일한 핀 롤러(18a)로 이루어진다. 각 핀 롤러(18a)는, 외측면을 정동링(17)의 내주벽(13c)에 선접촉시키면서, 서로가 인접하는 위치에서 기초원(P2)을 따라서 둘레방향으로 빈틈없이 누름 접합하는 것에 의해 고정되어 있다. 정동 핀 롤러군(18)에서의 핀 롤러(18a)의 전체 수는, 정동 외치치차(8)에서의 외치(8a)의 전체 수와 같이 30개로 설정되어 있다.

이 상태에서, 정동 외치치차(8)의 복수의 외치(8a)가 맞물림 접촉부로서 작용하고, 정동 핀 롤러군(18)중 복수의 핀 롤러(18a)와 항상 걸어맞춤하도록 설정되어 있다.

예를 들면, 모든 외치(8a)중 2개의 외치가 모든 핀 롤러(18a) 중 2개의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하도록 배치되어 있다.

즉, 정동 핀 롤러군(18)중 복수의 핀 롤러(18a)와 정동 외치치차(8)와 같은 수의 외치(8a)가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤한다.

또한, 정동 외치치차(8)에서의 외치(8a)의 원호지름 D는, 정동 핀 롤러군(18)의 롤러지름 d와 편심축부(3b)의 편심량(e)의 2배를 더한 크기로 설정되어 있다(D=d+2e).

정동 핀 롤러군(18)을 정동링(17)내에 고정할 때, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 30개의 핀 롤러(18a)의 중심을 연결하여 형성한 기초원(P2)을 따라서 둘레방향으로 집합시킨다. 그리고, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 끼움 둘레부(T1,T2)로 이루어지는 전용 공구로서의 바이스(T)를 이용하여, 남은 한 개의 핀 롤러(18a)를 인접하는 2개의 핀 롤러(18a)의 사이에 강제적으로 눌러 넣는다(조여 끼움 공법).

이것을 실현시키기 위해서는, 원형으로 집합시킨 핀 롤러(18a)가 이루는 이론상의 둘레길이 치수보다 정동링(17)의 기초원(P2)의 둘레길이 치수를 조금 작게 설정해 두는 것이다

한편, 조여 끼움 공법 대신에, 가열에 의해 미리 열팽창시킨 정동링(17)내에 정동 핀 롤러군(18)을 눌러 넣는 가열 끼움 공법을 이용해도 좋다. 또한, 핀 롤러(18a)끼리를 용접 등에 의해 접합 고정하거나, 정동 핀 롤러군(18)과 정동링(17)과의 사이에 접착제를 보조적 고정 수단으로서 마련해도 좋다.

상기 구성에 있어서, 구동 모터(도시하지 않음)에 의해, 샤프트(3)의 입력축부(3a)를 회전 구동하면, 편심축부(3b)가 편심 회전운동을 행하고, 전동링 부재(5)에 베어링(6)을 사이에 두고 전달한다. 이것에 의해, 변속 외치치차(7)는, 도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 외치(7a)를 변속 핀 롤러군(11)의 핀 롤러(11a)에 걸어맞춤시키면서 핀 롤러(11a)를 슬라이드하여 타고 넘어, 감속되면서 자전운동과 공전운동으로 이루어지는 전두(轉頭)운동을 행한다.

변속 외치치차(7)의 전두운동은, 전동링 부재(5)를 사이에 두고 정동 외치치차(8)에 전달되어, 자전운동과 공전운동으로 이루어지는 복합운동을 부여한다.

이 복합운동에 수반하여, 정동 외치치차(8)는, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 외치(8a)를 정동 핀 롤러군(18)의 핀 롤러(18a)에 걸어맞춤시키면서 핀 롤러(18a)와 동기하여 슬라이드하고, 복합운동 중 자전운동만을 정동링(17)에 전달하여, 회전링(13)을 사이에 두고 출력축(12a)에 전달한다.

이것에 의해, 출력축(12a)에 연결된 산업로봇용의 암(도시하지 않음)이 제조과정 등에서 부품의 반송 등과 같은 일련의 작업을 행한다.

이 경우, 입력축부(3a)에 대한 출력축(12a)의 감속비 R은 하기의 구체적인 예로부터 산출된다.

R=1-(JK/LM)

다만, J는 변속 핀 롤러군(11)에서의 핀 롤러(11a)의 수(31개),

L은 변속 외치치차(7)의 이빨 수(30매),

K는 정동 핀 롤러군(18)에서의 핀 롤러(18a)의 수(30개),

M은 정동 외치치차(8)의 이빨 수(30매).

이것에 의해, R=1-(30×31/30×30)이 되고, -1/30이라고 하는 높은 감속비를 얻을 수 있다. 이 감속비 R의 연산 결과는 마이너스이기 때문에, 출력축(12a)의 회전방향이 입력축부(3a)의 회전방향과 거꾸로 되는 것을 의미하고 있다.

핀 롤러(11a)의 수 J, 변속 외치치차(7)의 이빨 수 L, 핀 롤러(18a)의 수 K 및 정동 외치치차(8)의 이빨 수 M은, 상기의 구체적인 예에 한정되지 않는다. 즉, 핀 롤러(11a)의 수 J와 변속 외치치차(7)의 이빨 수 L과의 차가 하나에 한정하지 않고 정수차(整數差)라면, 원하는 수치로 설정할 수 있다. 예를 들면, J=30개, L=28매, K=28개, M=28매, 혹은 J=29개, L=26매, K=25개, M=25매와 같이 임의로 변경할 수 있다.

다만, 핀 롤러(18a)의 수 K와 정동 외치치차(8)의 이빨 수 M은, 1대 1이 되도록 동일하게 설정할 필요가 있다.

[실시예 1의 효과]

상기 구성에서는, 고정링(10)의 내주벽(10a)에 변속 핀 롤러군(11)을 누름 접합에 의해 원형 배열하는 동시에, 정동링(17)의 내주벽(13c)에 정동 핀 롤러군(18)을 누름 접합에 의해 원형 배열하고 있다. 이 경우, 핀 롤러(18a)에는, 롤러 베어링 등에 사용되는 치수 정밀도가 높은 원통 롤러나 니들 롤러(도시하지 않음)를 적용할 수 있다.

이 때문에, 변속 핀 롤러군(11) 및, 정동 핀 롤러군(18)이 내치로서 작용하여, 백래시가 극소이고, 핀 롤러{11a(18a)}의 치간 피치 정밀도가 높고, 치형 치수가 고정밀도로 균일하고, 면 거칠기가 균등하게 되어, 변속 핀 롤러군(11)에 대한 변속 외치치차(7)의 걸어맞춤 정밀도 및 정동 핀 롤러군(18)에 대한 정동 외치치차(8)의 걸어맞춤 정밀도가 각각 향상되어 원활한 감속운동을 얻을 수 있다.

변속 핀 롤러군(11) 및 정동 핀 롤러군(18)의 조립부착에 있어서는, 핀 롤러(11a)를 고정링(10)의 내주벽(10a)에, 핀 롤러(18a)를 정동링(17)의 내주벽(13c)에 누름 접합에 의해 각각 원형 배열하는 것으로 충분하여, 조립 공정수가 적어지고, 원형 배열이 주밀하게 되어 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 핀 롤러(11a,18a)는, 일반적으로 단가가 저렴하여 비용적으로 유리하게 되고, 변속 핀 롤러군(11) 및 정동 핀 롤러군(18)에의 조립 부착 작업이 용이하게 되어 양산화에 적합하게 된다.

변속 핀 롤러군(11) 중 복수의 핀 롤러(11a)와 변속 외치치차(7)와 같은 수의 외치(7a)가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤하는 동시에, 정동 핀 롤러군(18) 중 복수의 핀 롤러(18a)와 정동 외치치차(8)와 같은 수의 외치(8a)가 맞물림 접촉부로서 항상 걸어맞춤 하기 때문에, 맞물림 접촉부의 전달 토크가 크고 마모도 적다.

예를 들면, 단조에 의해 제작된 베어링 강을 핀 롤러에 이용하는 것에 의해, 변속 핀 롤러군(11) 및 정동 핀 롤러군(18)에 높은 강도를 부여할 수 있다.

이 때문에, D=d+2e라고 하는 치수 관계를 설정하는 것만으로, 공전운동과 자전운동으로부터 자전운동만을 추출하는 정동부를 구성할 수 있고, 정동판의 구멍부에 핀을 조합한 정동기구와 비교하여 구조가 간소하게 되어, 전체의 소형화에 도움이 된다.

「실시예 2]

도 5는 본 발명의 실시예 2를 나타낸다. 실시예 2가 실시예 1과 다른 것은, 정동 핀 롤러군(18)에, 핀 롤러(18a)의 지름 d와 동일한 폭 치수 H로 고리 형상으로 형성된 금속제의 리테이너(19)를 설치한 것이다{도 5(a) 참조}.

즉, 정동 핀 롤러군(18)의 일단면에는, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 고리 형상의 리테이너(19)가 동심이 되도록 갖다대어져, 각 핀 롤러(18a)의 각 중심부에 용접 Gp(저항용접, TIG용접, 플라즈마용접 혹은 레이저용접) 등의 부착수단에 의해 고정되어 있다.

실시예 2에서는, 리테이너(19)에 의해 정동 핀 롤러군(18)의 원형 배열 상태를 강고하게 유지할 수 있다.

또한, 변속 핀 롤러군(11)의 일단면에도, 실시예 2와 같은 리테이너(도시하지 않음)를 갖다대고, 각 핀 롤러(11a)의 각 중심부에 용접 Gp 등의 부착수단에 의해 고정하더라도 좋다. 핀 롤러(18a)의 지름 d와 리테이너(19)의 폭 치수 H와는 동일하지 않아도 좋고, 리테이너(19)의 폭 치수 H는 핀 롤러(18a)의 지름 d보다 작게 설정해도 좋다.

[실시예 3]

도 6은 본 발명의 실시예 3을 나타낸다. 실시예 3이 실시예 1과 다른 것은, 정동 외치치차(8)를 대신하여, 전동링 부재(5)에서의 외주 가장자리부의 타단부에 정동링(20)을 설치하고, 정동 핀 롤러군(18)을 대신하여, 회전링(13)의 대지름 링부(13a)에 정동 외치치차(21)를 설치한 것이다.

즉, 정동링(20)내에는, 핀 롤러(22a)로 이루어지는 정동 핀 롤러군(22)을 설치하고, 대지름 링부(13a)의 외주에는, 정동 외치치차(21)의 외치(21a)를 둘레방향으로 연속 형성하고 있다.

정동 핀 롤러군(22) 중 복수의 핀 롤러(22a)와 정동 외치치차(21)의 복수의 외치(21a)와 항상 걸어맞춤하도록 하고 있다.

이와 같이, 정동링(20)과 정동 외치치차(21)를 실시예 1과는 안팎 반대의 위치에 형성한 실시예 3에서도, 실시예 1과 같은 효과를 얻을 수 있다.

[실시예 4]

도 7은 본 발명의 실시예 4를 나타낸다. 실시예 4가 실시예 3과 다른 것은, 전동링 부재(5)에서의 외주 가장자리부의 일단부를 대신하여, 외치(23a)를 갖는 변속 외치치차(23)를 정동링(20)의 외주 가장자리부에 형성하고, 고정링(10)을 변속 외치치차(23)의 바깥 주위에서 하우징(2)의 내주면(2s)에 회전링(13)과 동심이 되도록 배치한 것이다.

이것에 의해, 고정링(10), 변속 핀 롤러군(11), 변속 외치치차(23), 정동링(20), 정동 핀 롤러군(22) 및 정동 외치치차(21)가 서로 동심이 되어 지름 방향으로 포개져 맞춰지기 때문에, 이것들 6 구성요소가 이루는 가로폭 치수가 작아져 전체를 축방향으로 단축화할 수 있다.

[실시예 5]

도 8은 본 발명의 실시예 5를 나타낸다. 실시예 5가 실시예 1과 다른 것은, 롤러식 변속장치(1)를 초소형으로 제작한 것이다.

즉, 실시예 1의 하우징(2)을 대신하여, 일체형의 관 형상 하우징(24)울 설치하고, 샤프트(3)의 축길이인 전체 길이 W를 15∼40mm로 하고, 관 형상 하우징(24)의 바깥지름 U가 12∼25mm가 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 초소형의 롤러식 변속장치(25)가 실현되어, 산업용 로봇의 관절 등의 협소 영역부에 적용할 수 있다. 한편, 도 8에서의 롤러식 변속장치(25)는, 편의상, 실제 치수보다 확장하여 도시하고 있다.

[변형예]

(a) 실시예 1에서는, 정동링(17)과 정동 핀 롤러군(18), 및 고정링(10)과 변속 핀 롤러군(11)과는 일체적으로 형성해도 좋다. 이것에 의해, 정동 핀 롤러군(18) 및 변속 핀 롤러군(11)에 의한 원호 형상의 치면 형성을 신속하고 용이하게 제작할 수 있다.

(b) 정동링(17)과 정동 핀 롤러군(18), 및 고정링(10)과 변속 핀 롤러군(11)은 소결합금에 의해 일체적으로 형성해도 좋다. 이 때문에, 상기의 변형예(a)와 같은 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 일체 성형의 작업이 용이하게 된다.

(c) 정동링(17)과 정동 핀 롤러군(18), 및 고정링(10)과 변속 핀 롤러군(11)은 플라스틱 재료에 의해 일체적으로 형성하더라도 좋다. 이것에 의해, 상기의 (a)와 같은 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 전체의 경량화를 달성할 수 있다.

플라스틱 재료로서는, 폴리에틸렌(PE) 등의 합성수지 외, 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBTF), 혹은 폴리프로필렌(PPE) 등의 엔지니어링 플라스틱을 적용할 수 있다.

(d) 변속 외치치차(7)에서의 외치(7a)의 바깥 윤곽은, 트로코이드 곡선을 따라서 형성했지만, 트로코이드 곡선에 한정하지 않고, 페리트로코이드 곡선, 에피사이클로이드 곡선 혹은 하이포사이클로이드 곡선 등 사이클로이드계 곡선이면 좋다.

(e) 변속 핀 롤러군(11) 및 정동 핀 롤러군(18)에서의 원기둥형상의 핀 롤러(11a,18a) 대신에, 중앙부에 가까워짐에 따라 점차 오므라드는 드럼형상의 핀 롤러를 이용해도 좋다.

1 : 롤러식 변속장치
2 : 하우징
3 : 샤프트
3a : 입력축부
3b : 편심축부
3c : 지지축부
5 : 전동링 부재
7, 23 : 변속 외치치차
7a, 23a : 변속 외치치차의 외치
8, 21 : 정동 외치치차
8a, 21a : 정동 외치치차의 외치
10 : 고정링
10a : 고정링의 내주벽
11 : 변속 핀 롤러군
11a : 변속 핀 롤러군의 핀 롤러
12 : 회전체
13 : 회전링
13a : 대지름 링부
13c : 정동링의 내주벽
17, 20 : 정동링
18, 22 : 정동 핀 롤러군
18a, 22a : 정동 핀 롤러군의 핀 롤러
19 : 리테이너
25 : 초소형의 롤러식 변속장치
E1 : 샤프트의 축심
E2 : 편심축부의 축심
e : 편심축부의 편심량
Gp : 용접(부착수단)

Claims

도중 부분에 편심축부를 갖는 샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 설치된 하우징과,
상기 하우징에 상기 샤프트와 동심이 되도록 설치되어, 소정 폭 치수의 원형 내주면을 갖는 고정링과,
상기 샤프트와 동심이 되도록 고정되어, 외주 가장자리부에 상기 고정링에 대해서 동심이 되는 회전링을 정동링(controllable ring)으로서 갖는 회전체와,
상기 고정링의 내주벽에 외측면을 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정된 소정수의 핀 롤러로 이루어지는 변속 핀 롤러군과,
상기 회전링의 내주벽에 외측면을 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정된 소정수의 핀 롤러로 이루어지는 정동 핀 롤러군(controllable pin rollers)과,
상기 변속 핀 롤러군 및 상기 정동 핀 롤러군내에서, 상기 샤프트의 상기 편심축부에 회전 가능하게 끼워지고, 상기 샤프트의 회전에 수반하여 편심 회전운동을 행하는 전동링(transmission ring) 부재와,
상기 전동링 부재의 외주 가장자리부의 일단부에, 사이클로이드계 곡선을 따라서 형성되어 상기 변속 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치(外齒)를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치한 변속 외치치차(外齒齒車:transmission ring gear)와,
상기 전동링 부재의 외주 가장자리부의 타단부에, 원호 곡선을 따라서 형성되어 상기 정동 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치한 정동 외치치차(controllable ring gear)를 구비하고,
상기 정동 외치치차에서의 상기 외치의 원호지름은, 상기 정동 핀 롤러군의 롤러지름과 상기 편심축부의 편심량의 2배를 더한 크기이며, 또한 상기 변속 핀 롤러군의 핀 롤러의 수와 상기 변속 외치치차의 이빨 수(齒數)와의 차(差)가 정수차(整數差)인 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
도중 부분에 편심축부를 갖는 샤프트를 회전 가능하게 지지하도록 설치된 하우징과,
상기 하우징에 상기 샤프트와 동심이 되도록 설치되어, 소정 폭 치수의 원형 내주면을 갖는 고정링과,
상기 샤프트와 동심이 되도록 고정되고, 외주 가장자리부에 상기 고정링에 대해서 동심이 되는 회전링을 갖는 회전체와,
상기 고정링의 내주벽에 외측면을 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정된 소정수의 핀 롤러로 이루어지는 변속 핀 롤러군과,
상기 고정링과 상기 회전체와의 사이에 배치되어, 상기 샤프트의 상기 편심축부에 회전 가능하게 끼워지고, 상기 샤프트의 회전에 수반하여 편심 회전운동을 행하는 전동링 부재와,
상기 전동링 부재에서의 외주 가장자리부의 일단부에, 사이클로이드계 곡선을 따라서 형성되어, 상기 변속 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치한 변속 외치치차와,
상기 전동링 부재에서의 외주 가장자리부의 타단부에 형성되어, 상기 고정링에 대응해서 설치된 정동링과,
상기 정동링의 내주벽에 외측면을 선접촉시키면서 서로가 인접하는 위치에서 둘레방향으로 누름 접합되어 전체가 원형 배열이 되도록 고정된 소정수의 핀 롤러로 이루어지는 정동 핀 롤러군과,
상기 회전체의 상기 회전링의 외주 가장자리부에, 원호 곡선을 따라서 형성되어 상기 정동 핀 롤러군 중 복수의 핀 롤러와 항상 걸어맞춤하는 외치를 갖도록 전체둘레에 연속하여 설치한 정동 외치치차를 구비하고,
상기 정동 외치치차의 원호지름은, 상기 정동 핀 롤러군의 롤러지름과 상기 편심축부의 편심량의 2배를 더한 크기로 하는 정동부를 구성하고,
상기 변속 핀 롤러군의 핀 롤러의 수와 상기 변속 외치치차의 이빨 수와의 차이가 정수차이인 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 2 항에 있어서, 상기 변속 외치치차를 상기 전동링 부재에서의 상기 외주 가장자리부의 일단부를 대신하여, 상기 정동링의 외주 가장자리부에 형성하고, 상기 고정링을 상기 변속 외치치차의 바깥 주위에서 상기 하우징의 내주면에 상기 회전링과 동심이 되도록 형성하고, 상기 고정링, 상기 변속 핀 롤러군, 상기 변속 외치치차, 상기 정동링, 상기 정동 핀 롤러군 및 상기 정동 외치치차가 서로 동심이 되어 포개져 맞춰지는 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 변속 핀 롤러군의 각 일단면 및 상기 정동 핀 롤러군의 각 일단면에는, 고리 형상의 리테이너가 각각 동심이 되도록 갖다대어져, 용접 등의 부착수단에 의해, 상기 변속 핀 롤러군의 각 핀 롤러의 중심부 및 상기 정동 핀 롤러군의 각 핀 롤러의 중심부에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정동링과 상기 정동 핀 롤러군, 및 상기 고정링과 상기 변속 핀 롤러군은 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정동링과 상기 정동 핀 롤러군, 및 상기 고정링과 상기 변속 핀 롤러군은 소결합금에 의해 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 정동링과 상기 정동 핀 롤러군, 및 상기 고정링과 상기 변속 핀 롤러군은 플라스틱 재료에 의해 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 전체 길이를 15∼40mm로 하고 바깥지름이 12∼25mm가 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 롤러식 변속장치.