KR20150087451A - 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 및 그 제조장치 - Google Patents

하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 및 그 제조장치 Download PDF

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KR20150087451A
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tooth
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이정호
손정윤
손정형
강상규
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주식회사 알에스티
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Abstract

본 발명은 하모닉 감속기의 주 구성품인 플렉시블 스플라인의 치형구조 및 그 제조장치를 개선하여 상기 플렉시블 스플라인과 서큘러 스플라인의 치형부가 최대의 접촉면적을 갖고 치합되도록 함으로써 큰 토크(Turque)의 전달이 가능하고, 플렉시블 스플라인의 뒤틀림(Twisting)으로 인한 라쳇팅(Ratching) 효과가 방지되도록 한 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 및 그 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은 하모닉 감속기를 구성하는 플렉시블 스플라인의 치형부를 경사지게 형성하여 보스부 쪽으로 갈수록 점점 높아지게 형성되므로, 상기 치형부가 장축방향에서 서큘러 스플라인의 치형부와 평행을 유지한 채 치합된다.
본 발명의 제조장치는 치형부가 장축부위에서 외측으로 확개된 양에 비례하여 경사진다는 점을 감안하여 치형 가공시 아예 해당 플렉시블 스플라인에 사용할 웨이브 제네레이터를 치형부의 내측에 조립한 후 그 장축부위에서 치형부를 가공하므로 상기 치형부가 장축부위에서 서큘러 스플라인의 치형부와 평행을 유지한 채 치합되어 치합면적이 커지게 된다.

Description

하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 및 그 제조장치{The harmonic reduction for flexible spline and its manufacturing apparatus}
본 발명은 의료기기, 반도체 제조장치, 자동차 생산라인, 인쇄기기 등의 각종 산업분야와 과학기술분야에서 의료용 로봇 또는 산업용 로봇의 관절부위를 작동시키기 위하여 사용하는 하모닉 감속기에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 하모닉 감속기의 주 감속수단인 플렉시블 스플라인(Flexible spline)의 치형구조 및 그 제조장치를 개선하여 상기 플렉시블 스플라인과 서큘러 스플라인의 치형부가 최대의 접촉면적을 갖고 치합되도록 함으로써 큰 토크(Turque)의 전달이 가능하고, 플렉시블 스플라인의 뒤틀림(Twisting)으로 인한 라쳇팅(Ratching) 현상이 방지되도록 한 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 및 그 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 의료용이나 반도체 제조장치 및 자동차 생산라인, 인쇄기기 등에서 주로 사용하는 의료용 로봇 또는 산업용 로봇에는 암(Arm)과 같은 관절부위를 작동시키기 위하여 그 내부에 하모닉 감속기가 설치된다.
하모닉 감속기는 금속의 탄성력을 역학적으로 이용하여 구동모터의 회전력을 감속시켜 주는 것으로서, 변형 파동기어(Strain Wave Gearing)라고도 불린다.
이러한 하모닉 감속기는 타 감속기에 비해, 구동원인 모터의 회전력을 손쉽게 제어하여 원하는 비율의 감속비를 얻을 수 있고, 비교적 소형이면서 백 래쉬(Back Lash)가 적으며, 뛰어난 위치결정도 및 효율이 크다는 이점 때문에 로봇의 암과 같이 정밀한 동작이 요구되는 부위에 널리 쓰인다.
도 1과 도 2는 일반적인 하모닉 감속기의 조립 정단면도와 측면도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 일반적인 하모닉 감속기는 구동원인 구동모터(도시되지 않음)로부터 회전력을 전달받아 파동을 발생시키는 웨이브 제네레이터(Wave Generater,10)와; 상기 웨이브 제네레이터(10)를 수용하는 컵 형태의 탄성체로서 웨이브 제네레이터의 파동에 의해 몸체(22)의 개구부 측이 탄성 변형하면서 그 외측의 치형부(21)가 후술하는 서큘러 스플라인(30)의 치형부(31)와 탄력적으로 부분치합되는 플렉시블 스플라인(20) 및; 상기 플렉시블 스플라인(20)을 수용하는 중공형의 강성체로서 그 일측의 개구부 내면에 상기 치형부(21)와 탄력적으로 부분치합되는 치형부(31)를 갖으며, 하우징 역할을 수행하는 서큘러 스플라인(Circular Spline,30)으로 구성된다.
또한, 제품의 사양에 따라 상기 플렉시블 스플라인(20)의 후단부와 서큘러 스플라인(30) 사이에는 플렉시블 스플라인을 회전 가능토록 지지함과 동시 출력축 역할을 수행하는 크로스 롤러 베어링(Cross roller Bearing,40)이 연결되기도 하는데, 본원발명에서는 크로스 롤러 베어링(40)이 포함된 하모닉 감속기를 기준으로 설명한다.
상기 웨이브 제네레이터(10)는 구동원인 구동모터의 출력축(도시하지 않았음)과 직결되어 그로부터 회전력을 전달받으며 하모닉 감속기의 입력축 역할을 수행하는 캠축(11)과, 상기 캠축에 축설되며 서로 대칭되는 위치에 장축 및 단축을 갖는 타원형의 편심체로 회전과 동시 파동을 최초로 발생시키는 캠판(12) 및, 상기 캠판(12)에 압입되며 볼(13a)을 감싸는 내,외륜(13b,13c)이 얇은 두께로 형성되어 내륜(13a)은 캠판(12)과 접촉하고 외륜(13b)은 플렉시블 스플라인(20)의 내면과 접촉하여 상기 캠판(12)으로부터 전달된 파동을 플렉시블 스플라인(20)에 전달하는 파동 베어링(13)으로 구성된다.
상기 컵 형태의 플렉시블 스플라인(20)은 그 몸체(22)의 개구부 내측에 파동 베어링(13)을 수용하고, 그 외측에는 외치 형상의 치형부(21)가 형성되며, 타측에는 다이아프램(23)을 통하여 두꺼운 보스부(24)가 일체로 형성되고, 상기 보스부는 중공형으로서 캠축(11)과 동축상에 위치한다.
상기 서큘러 스플라인(30)은 중공형의 강성체로서 하모닉 감속기의 하우징 역할을 수행하며, 그 일측의 내면에 상기 플렉시블 스플라인(20)의 치형부(21)가 탄력적으로 부분치합하는 내치 형상의 치형부(31)가 형성된다.
상기 크로스 롤러 베어링(40)은 내륜(41)과 분할된 한 쌍의 외륜(42) 및 니들(43)로 구성되며, 내륜(41)이 회전체인 플렉시블 스플라인(20)의 보스부(24)와 고정구(50)를 통하여 연결되고, 외륜(42)은 서큘러 스플라인(30)의 일측 단부에 체결되어 플렉시블 스플라인(20)을 서큘러 스플라인(30)에 회전 가능토록 지지하게 된다.
크로스 롤러 베어링(40)은 그 내륜(41)이 감속회전하는 플렉시블 스플라인(20)과 연결되어 하모닉 감속기의 출력축 역할을 겸하게 되고, 경우에 따라서는 고정구(50)가 출력축 역할을 수행하기도 한다.
이와 같이 구성된 일반적인 하모닉 감속기는 웨이브 제네레이터(10)를 구성하는 타원형의 캠판(12)에 의해 파동 베어링(13)과 플렉시블 스플라인(20)이 모두 타원형으로 탄성 변형되며, 이들 캠판(12)과 파동 베어링(13) 및 플렉시블 스플라인(20)은 동일한 위치에 장축과 단축을 갖는다.
따라서, 구동모터의 회전력이 캠축(11)을 통하여 입력되면, 제네레이터(10)를 구성하는 캠판(12)과 파동 베어링(13)이 회전하면서 파동을 발생시키고, 이 파동은 플렉시블 스플라인(20)의 치형부(21)에 전달된다.
이로 인해, 플렉시블 스플라인(20)이 탄성 변형하면서 그 치형부(21)와 서큘러 스플라인(30)의 치형부(31)가 탄력적으로 부분치합 및 이격을 반복하면서 회전력을 감속시킨다.
상기의 동작은 플렉시블 스플라인(20)과 서큘러 스플라인(30)의 치형부(21,31)가 부분치합 및 이격을 반복하면서 양 치형부(21,31)의 치수(잇수) 차이 만큼 감속이 이루어지고, 감속된 회전력은 플렉시블 스플라인(20)의 몸체(22)→다이아프램(23)→보스부(24)→고정구(50)→크로스 롤러 베어링(40)의 내륜(41)을 통하여 외부로 출력된다.
이때, 출력되는 감속비는 플렉시블 스플라인(20)과 서큘러 스플라인(30)의 치형부(31)에 형성된 치수(잇수) 차이에 의해 결정된다.
도 3은 플렉시블 스플라인(20)의 치수가 서큘러 스플라인(30)의 치수보다 2개 적을 경우의 감속동작을 나타낸 것이다.
(a)와 같이 캠판(12)의 장축(L)이 수직으로 위치해 있고, 단축(S)이 수평으로 위치해 있을 경우에는 플렉시블 스플라인(20)이 상·하로 길게 타원형으로 변형되어 있다.
이 상태에서는 장축(L)방향의 치형부(21) 만이 서큘러 스플라인(30)의 치형부(31)와 치합되고, 단축(S)방향의 치형부(21)는 이격된다.
(b)와 같이 구동모터가 시계방향으로 90°회전하면, 웨이브 제네레이터(10)를 구성하는 캠판(12)과 파동 베어링(13)도 같은 방향으로 회전하면서 파동을 발생시킴과 동시 장, 단축(L,S)의 위치도 90°회전하여 변하게 된다.
따라서, 장,단축(L,S)의 위치변화와 함께 탄성체인 플렉시블 스플라인(20)도 선변형을 하면서 90°회전하여 일측의 치형부(21)가 서큘러 스플라인(30)의 치형부(31)와 전부 치합되지 않고 장축(L)부분을 따라가면서 치합되며, 단축(S)부분은 이격된다.
(c)와 같이 웨이브 제네레이터(10)가 180°회전하면, 플렉시블 스플라인(20)의 치형 중 1개의 치형 만이 반 시계 방향으로 회전한다.
(d)와 같이 웨이브 제네레이터(10)가 360°(1회전)회전하면, 플렉시블 스플라인(20)의 치수가 서큘러 스플라인(30)의 치수보다 2개 적기 때문에 이들 치수차이인 2개 분 만큼 반 시계 방향으로 이동하고, 이 이동량이 곧 출력축의 감속비로 사용된다.
결국, 상기 캠축(11)을 통하여 입력된 구동모터의 회전력은 플렉시블 스플라인(20)과 서큘러 스플라인(30)의 치형부(21,31)에 형성된 치수 차이에 의해 일정한 비율로 감속된 뒤 출력되는 것이다.
상기의 설명에서 알 수 있듯이 하모닉 감속기에서 플렉시블 스플라인(20)은 탄성 변형과 치합 및 감속 등의 주요동작을 반복하면서 감속기능을 실질적으로 수행하는 핵심 부품임을 알 수 있다.
종래에는 이와 같은 플렉시블 스플라인의 치형을 성형하기 위하여 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같은 별도의 지그(400)를 사용하였다.
즉, 도 4와 같이 소재(120)를 컵 형태로 단조 가공하여 그 몸체(122)의 개구부 주연에 치형을 성형하기 위한 덧살(121)이 일체로 구비되고, 타측으로는 다이아프램(123)에 의해 연결된 보스부(124)가 일체로 구비된 플렉시블 스플라인 형상의 소재(120)를 성형하였다.
상기의 소재(120)는 치형부를 제외한 모든 부분이 완성된 반제품 형태의 가공품이다.
이후, 도 5 및 도 6과 같이 상기 소재(120)를 원통형으로 형성된 지그(400)의 일단에 삽입하고, 상기 지그(400)의 양단을 각각 소형 NC선반과 같은 치형가공기(410)의 본체(411)에 마련된 스핀들(412) 및 심압대(413) 사이에 장착하여 소재(120)의 덧살(121) 부위를 수평으로 위치시킨 다음, 치형가공기(410)의 공구대(414)에 호빙기(415)를 설치하였다.
그리고, 상기 소재(120)의 회전과 함께 호빙기(415)를 좌, 우로 수평이동시키면서 소재(120)의 덧살(121) 부위에 치형을 절삭 가공하고, 치형부의 가공이 완료되면, 하나의 플렉시블 스플라인이 완성된 것이며, 완성된 플렉시블 스플라인은 지그(400)에서 분리하여 이후의 조립공정으로 이송하였다.
그런데, 이와 같은 장치에 의해 제조된 플렉시블 스플라인(220)은 도 7의 (a)(b)와 같이 상기 플렉시블 스플라인(220)에 아무것도 조립하지 않은 상태에서는 그 중심선(220a)과 치형부(221)의 이끝선(221a)이 평행을 이루며, 치형부(221)를 포함한 개구부 전체가 진원 또는 동심원을 형성하게 된다.
그러나, 도 8의 (a)(b)와 같이 성형이 완료된 플렉시블 스플라인(220)의 내부에 웨이브 제네레이터(210)를 조립하면, 상기 웨이브 제네레이터(210)를 구성하는 파동 베어링(213)에 의해 플렉시블 스플라인(220)이 타원형으로 탄성 변형된다.
따라서, 타원형의 장축(L)부위가 외측으로 확개되고, 단축(S)부위는 수축하게 되어 상기 장축(L)부위의 치형부 만이 서큘러 스플라인(220)의 치형부(221)와 치합되며, 단축(S)부위의 치형부는 이격된다.
이때, 도 9와 같이 장축(L)부위에서는 플렉시블 스플라인(220)의 몸체(222)와 치형부(221)가 확개된 양에 비례하여 중심선(220a) 또는 서큘러 스플라인(230)에 형성된 치형부(231)의 중심선(231a)으로부터 일정한 각도만큼 경사지게 되는데, 이 경사각(α)에 의해 플렉시블 스플라인(220)과 서큘러 스플라인(230)의 치형부(221,231)가 완전히 치합되지 못하고 부분적인 치합만을 하게 되어 양 치형부(221,231)의 접촉면적이 줄어들게 된다.
이러한 현상은 플렉시블 스플라인(220)의 몸체(222)가 짧을수록 경사각(α)이 더욱 커지게 되어 심하게 나타난다.
이 때문에, 플렉시블 스플라인(220)과 서큘러 스플라인(230) 사이의 토크 전달이 불안전하여 큰 토크를 전달할 수 없고, 심하면 치형의 파단을 초래하거나 플렉시블 스플라인의 비틀림으로 인해 양치형부의 접촉상태가 불량하게 되어 라쳇팅 현상 또는 치형부의 과도한 마모를 초래하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점으로 인해 하모닉 감속기의 신뢰성이 저하되고, 기기의 사용수명을 단축시키는 폐단이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 하모닉 감속기를 구성하는 플렉시블 스플라인의 치형구조와 그 제조장치를 개선하여 큰 토크의 전달이 가능하고, 비틀림에 의한 라쳇팅 현상이 방지되도록 함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플렉시블 스플라인은 다음과 같다.
몸체의 개구부 주연에 치형부가 형성되고, 타측으로는 다이아프램에 의해 연결된 보스부가 일체로 형성되며, 상기 개구부의 내측으로 조립되는 웨이브 제네레이터의 파동 베어링에 의해 타원형으로 탄성 변형되면서 그 장축 부위의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합되고, 단축 부위에서는 치형부가 이격되는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인에 있어서,
상기 개구부 주연에 형성되는 치형부를 보스부 쪽이 높도록 경사지게 형성한 것이다.
상기 치형부를 보스부 쪽으로 갈수록 점차 높아지게 형성한 이유는, 플렉시블 스플라인이 웨이브 제네레이터의 파동 베어링에 의해 타원형으로 변형될 때 장축부위의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 수평을 유지한 상태에서 치합되도록 하기 위함이며, 이렇게 함으로서 양 치형부의 치합면적이 증대 된다.
이로 인해, 치형부의 이끝선이 단축부위에서는 몸체의 중심선과 평행을 유지하지 못하고 보스부 쪽으로 갈수록 높아지는 경사면을 유지하나, 치합부위인 장축부위에 이르러서는 이끝선이 몸체의 중심선 또는 서큘러 스플라인의 치형부와 평행하게 된다.
물론, 강성체인 서큘러 스플라인의 치형부는 항상 몸체의 중심선과 평행을 유지한다.
이로 인해, 장축부위에서 서큘러 스플라인의 치형부와 치합될 때는 양 치형부가 서로 평행을 유지한 채 치합되어 결과적으로 치합면적이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 치형부의 경사각은 플렉시블 스플라인의 몸체 길이, 치형구조, 파동량 등에 따라 다르다.
본 발명에 의한 플렉시블 스플라인의 제조장치는 다음과 같다.
먼저, 소재를 컵 형태로 단조 가공하여 몸체의 개구부 주연에 치형부를 성형하기 위한 덧살을 구비하고, 타측으로는 몸체와 다이아프램을 통하여 일체로 연결되는 보스부를 성형한다.
상기 소재는 지그 형태로 제작된 본 발명의 제조장치를 통하여 그 개구부 주연에 치형이 가공된다.
본 발명의 제조장치는 중앙의 대경부 양측으로 치형가공기의 스핀들 및 심압대에 의해 지지되는 소경부를 갖는 샤프트와; 상기 샤프트에 형성된 일측의 소경부에 차례로 끼워지는 소재와 아답터 및 웨이브 제네레이터와; 상기 웨이브 제네레이터의 장,단축 위치를 고정시켜 주는 고정구; 로 구성된다.
상기 웨이브 제네레이터는 소재의 개구부 내측에 삽입되고, 아답터는 소재의 바닥면과 웨이브 제네레이터 사이에 삽입되어 상기 웨이브 제네레이터의 위치를 결정해 주는 스페이서의 역할을 하게 된다.
상기 샤프트와 소재 및 아답터는 스크류로 체결되어 일체로 회전하게 된다.
상기 웨이브 제네레이터는 캠판의 외측으로 축부가 형성되어 후술하는 고정구와 결속되고, 파동 베어링은 캠판의 외측에 삽입된다.
상기 파동 베어링은 완제품인 플렉시블 스플라인에 사용될 것과 동일한 것이다.
상기 고정구는 그 양단이 각각 상기 축부와 치형가공기의 본체 상부에 고정되어 웨이브 제네레이터의 장,단축 위치를 고정시키게 된다.
상기와 같이 조립된 상태에서 소재를 가공할 시에는, 샤프트의 양단을 각각 치형가공기의 스핀들 및 심압대에 지지하고, 고정구의 양단을 상기 축부와 치형가공기의 본체 상부에 연결한다.
이때, 축부와 웨이브 제네레이터는 고정구에 의해 견고히 고정되어 장,단축 위치가 변하지 않으며, 샤프트와 소재 및 아답터는 일체로 회전 가능한 상태가 된다.
또한, 상기 웨이브 제네레이터에 의해 형성된 소재의 장축부위는 가공수단인 호빙기의 가공위치와 동일한 방향이 되도록 사전에 세팅하여 고정한다.
이후에는, 치형가공기의 공구대에 호빙기를 장착한 후, 스핀들을 통하여 소재를 회전시키면서 호빙기를 좌·우로 수평이동시켜 소재의 덧살 부위에 치형을 가공하면 된다.
치형가공은 호빙기의 절삭에 의해 일측으로부터 순차적으로 진행되고, 치형부의 가공이 완료되면 하나의 플렉시블 스플라인이 완성된 것이고, 완성된 플렉시블 스플라인은 분리하여 이후의 조립공정으로 이송하면 된다.
상기와 같이 소재에 웨이브 제네레이터를 조립한 채 치형부를 가공하는 이유는, 플렉시블 스플라인의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합될 때와 동일한 조건을 부여한 상태에서 가공하기 위함이며, 실제로 상기와 같이 가공된 플렉시블 스플라인은 웨이브 제네레이터의 파동에 의해 장축부의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합될 때 수평을 유지하게 된다.
상기 치형부의 경사각은 플렉시블 스플라인의 몸체길이, 치형구조, 파동량 등에 따라 다르나, 본 발명의 제조장치에서는 플렉시블 스플라인에 사용될 해당 웨이브 제네레이터와 동일한 것을 조립한 채 치형부를 가공하므로 가공에 따른 별도의 각도조절이 필요 없다.
본 발명은 하모닉 감속기를 구성하는 플렉시블 스플라인의 치형부를 경사지게 형성하여 보스부 쪽으로 갈수록 점점 높아지게 형성하므로, 상기 치형부가 장축방향에서 서큘러 스플라인의 치형부와 치합되기 직전 서큘러 스플라인의 치형부와 평행을 유지한 채 치합되므로 양 치형부의 치합면적이 증대된다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 치형부를 가공하기 위하여 해당 플렉시블 스플라인에 사용할 웨이브 제네레이터와 동일한 것을 그대로 조립하여 사용하므로 플렉시블 스플라인의 사양 및 크기 등에 따른 별도의 경사각 조절이 필요 없다.
본 발명에 의하면, 하모닉 감속기의 주 구성원인 플렉시블 스플라인의 치형부를 가공할 때 상기 치형부가 장축부위에서 외측으로 확개된 양에 비례하여 경사진다는 점을 감안하여 치형 가공시 아예 해당 플렉시블 스플라인에 사용할 웨이브 제네레이터와 동일한 것을 치형부의 내측에 조립한 후 그 장축부위에서 치형부를 가공하므로 상기 치형부가 장축부위에서 서큘러 스플라인의 치형부와 평행을 유지한 채 치합되어 치합면적이 커지는 효과가 있다.
따라서, 양 치형부의 치합면적이 증대되어 큰 토크의 전달이 가능하고, 플렉시블 스플라인의 뒤틀림으로 인한 라쳇팅 현상이 방지되어 하모닉 감속기의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.
아울러, 플렉시블 스플라인에 사용할 웨이브 제네레이터와 동일한 것을 해당 치형부에 미리 조립한 후 치형부를 가공하므로, 기기의 조립이 용이하고, 경사각이 큰 짧은 길이의 플렉시블 스플라인일수록 더욱 유리하다.
도 1은 일반적인 하모닉 감속기의 조립 단면도
도 2는 일반적인 하모닉 감속기의 조립 측면도
도 3의 (a)(b)(c)(d)는 일반적인 하모닉 감속기에서 치형부의 동작을 나타낸 정면도
도 4는 종래 플렉시블 스플라인 소재의 반 단면도
도 5는 종래 지그와 소재의 조립 정면도
도 6은 종래 장치의 개략도
도 7의 (a)(b)는 종래 플렉시블 스플라인의 정단면도와 측면도
도 8의 (a)(b)는 종래 플렉시블 스플라인과 제네레이터의 조립 정단면도와 측면도
도 9는 종래 플렉시블 스플라인과 서큘러 스플라인의 조립상태를 나타낸 요부의 확대단면도
도 10은 본 발명에 따른 플렉시블 스플라인의 단면도
도 11은 치형부의 확대 단면도
도 13은 본 발명의 치합동작을 나타낸 요부의 확대 단면도
도 14는 본 발명에 따른 제조장치의 조립 단면도
도 15는 본 발명에 따른 제조장치의 분해 사시도
도 16은 본 발명에 따른 제조장치의 개략도
이하에서 본 발명을 첨부된 실시 예의 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 10은 본 발명에 따른 플렉시블 스플라인의 단면도이고, 도 11은 치형부의 확대 단면도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 플렉시블 스플라인(320)은, 몸체(322)의 개구부 주연에 치형부(321)를 갖고, 타측으로는 다이아프램(323)을 통하여 연결되는 보스부(324)가 일체로 형성되며, 상기 개구부 내측에 조립되는 웨이브 제네레이터(310)의 파동에 의해 타원형으로 탄성 변형하면서 그 장축 부위의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합되는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인(320)에 있어서,
상기 몸체(320)의 치형부(321)를 일정한 경사각(β)만큼 보스부(324) 쪽이 높도록 경사지게 형성하여 웨이브 제네레이터(310)의 장축(L)방향에서 치형부(321)의 중심선(321a)이 몸체(320)의 중심선(320a)과 평행을 이루도록 형성한 것이다.
상기 치형부(321)는 호빙기를 통하여 절삭 가공된다.
상기와 같이 플렉시블 스플라인(320)의 치형부(321)를 "β"의 각도만큼 경사지게 형성하는 이유는, 웨이브 제네레이터(310)의 파동 베어링(313)에 의해 플렉시블 스플라인(320)이 타원형으로 탄성 변형되어 장축(L)부위의 치형이 서큘러 스플라인(330)의 치형부(331)와 치합될 때 양 치형부(321,331)가 평행(수평)을 유지한 상태에서 치합되도록 하기 위함이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 도 12와 같이 플렉시블 스플라인(320)의 치형부(321)가 단축(S)부위에 위치해 있을 때는 보스부(324) 쪽이 높은 경사진 상태를 유지하나, 도 13과 같이 장축(L)부위에서는 치형부(321)가 외측으로 확개됨에 따라 개구부 쪽으로 기울었던 치형부(321)의 중심선(321a)이 몸체(322)의 중심선(320a)과 평행(수평)을 이루게 된다.
이 상태에서 플렉시블 및 서큘러 스플라인(320,330)의 치형부(321,331)가 치합되면 치합면적이 크게 증대되어 강력한 토크의 전달이 가능하며, 양 치형부의 치물림이 크게 향상되어 라쳇팅 현상이 방지된다.
상기 동작중, 강성체인 서큘러 스플라인(330)의 치형부(331)는 항상 평행(수평)을 유지하게 된다.
본 발명의 제조장치는 다음과 같다.
먼저, 컵 형태로 단조 가공된 몸체(322)의 개구부 주연에 치형부를 성형하기 위한 덧살(321)을 구비하고, 타측으로는 몸체(322)와 다이아프램(323)을 통하여 일체로 연결되는 보스부(324)가 형성된 플렉시블 스플라인 소재(320)와; 상기 소재(320)를 호빙기(415)가 구비된 치형가공기(410)에 장착한 후 상기 덧살(321) 부위에 치형를 가공하기 위한 제조장치를 구성함에 있어서,
중앙의 대경부(421) 양측으로 2개의 소경부(422,423)를 갖는 샤프트(420)와; 상기 샤프트(420)의 일측에 형성된 소경부(423)에 차례로 끼워지는 소재(320)와 아답터(430) 및 웨이브 제네레이터(310)와; 상기 웨이브 제네레이터(310)의 장,단축 위치를 고정시켜 주는 고정구(460); 로 구성된다.
도 14 및 도 15와 같이 상기 샤프트(420)는 중앙의 대경부(421) 양측으로 일정길이를 갖는 2개의 소경부(422,423)가 일체로 형성되고, 이들 대경부 및 2개의 소경부는 모두 동심축을 갖는다.
상기 샤프트(420)의 길이는 치형가공기(410)의 스핀들(412)과 심압대(413) 사이의 거리를 감안하여 그에 맞는 길이로 형성된다.
상기 웨이브 제네레이터(310)는 소재(320)의 개구부 내측에 삽입되고, 아답터(430)는 소재(320)의 바닥면과 웨이브 제네레이터(310) 사이에 삽입되어 상기 웨이브 제네레이터(310)가 항상 정위치에 있도록 하는 스페이서의 역할을 함으로써 웨이브 제네레이터의 위치이탈을 방지하게 된다.
상기 아답터(430)는 그 중심에 샤프트(420)의 소경부(423)가 끼워지는 축공(431)을 갖으며, 소재(320)의 바닥면과 접하는 후면의 직경이 작은 원뿔 형으로 형성된다.
상기 샤프트(420)의 대경부(421)와 소재(320) 및 아답터(430)는 중심을 벗어난 위치에서 2개의 스크류(490)로 체결되어 이후 일체로 회전 가능하게 된다.
상기 웨이브 제네레이터(310)는 캠판(312)과 그 외측에 끼워지는 파동 베어링(313)이 해당 소재(320)에 사용될 것과 동일한 크기의 것으로, 캠판(312)의 외측에는 슬릿홈(312b)을 갖는 축부(312a)가 일체로 형성된다.
상기 고정구(460)는 그 상단이 치형가공기(410)의 본체(411) 상부에 고정되고, 하단은 상기 축부(312a)의 슬릿홈(312b)에 끼워져 캠판(312)과 스크류(480)로 체결됨으로써 가공하는 동안 웨이브 제네레이터(310)의 장,단축 위치를 고정시켜 주는 역할을 하게 된다.
소재를 가공할 시에는, 도 16과 같이 샤프트(420)의 소경부(423)에 소재(320)와 아답터(430)를 삽입하여 스크류(490)로 체결하고, 아답터(430)의 외측에 웨이브 제네레이터(310)를 삽입하여 소재(320)의 개구부 내면에 위치시키며, 상기와 같이 소재(320)와 아답터(430) 및 웨이브 제네레이터(310)가 끼워진 샤프트(420)의 양단을 각각 치형가공기(410)의 스핀들(412)과 심압대(413)에 지지한다.
그리고, 상기 축부(312a)의 슬릿홈(312b)에 고정구(460)의 하단을 스크류(480)로 체결하며, 고정구(460)의 상단은 치형가공기(410)의 본체(411) 상부에 취부한다.
이렇게 하면, 웨이브 제네레이터(310)는 고정구(460)와 체결된 축부(312a)에 의해 장, 단축의 위치가 변하지 않는 상태로 견고히 고정되고, 샤프트(420)와 소재(320) 및 아답터(430), 파동 베어링(313)의 외륜은 일체로 회전 가능한 상태가 된다.
또한, 파동 베어링(313)은 아답터(430)와 고정구(460)에 의해 위치이탈이 방지되어 항상 덧살(321) 부위의 내면에 위치해 있게 된다.
이때, 상기 웨이브 제네레이터에 의해 형성되는 소재의 장축부위는 가공수단인 호빙기(415)의 가공위치와 동일한 방향이 되도록 사전에 세팅하여 고정한다.
이후에는, 치형가공기(410)의 공구대(414)에 호빙기(415)를 장착한 후, 스핀들(412)을 통하여 소재(320)를 회전시키면서 호빙기(415)를 좌·우로 이동시켜 덧살(321) 부위에 치형을 가공하면 된다.
치형가공은 호빙기(415)의 절삭에 의해 일측으로부터 순차적으로 진행되고, 치형부의 가공이 완료되면 하나의 플렉시블 스플라인이 완성된 것이며, 완성된 플렉시블 스플라인은 분리하여 이후의 조립공정으로 이송된다.
상기와 같이 소재(320)에 웨이브 제네레이터(310)를 조립한 채 치형부를 가공하는 이유는, 플렉시블 스플라인의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합될 때와 동일한 조건을 부여한 상태에서 가공하기 위함이다.
실제로, 상기와 같이 가공된 플렉시블 스플라인은 웨이브 제네레이터의 파동에 의해 장축부의 치형부가 서큘러 스플라인의 치형부와 치합될 때 수평을 유지한 상태에서 치합된다.
따라서, 상기 치형부의 경사각은 플렉시블 스플라인의 몸체길이, 치형구조, 파동량 등에 따라 다르나, 본 발명의 제조장치에 의하면 플렉시블 스플라인에 사용될 해당 웨이브 제네레이터와 동일한 것을 조립한 채 치형부를 가공하므로 가공에 따른 별도의 경사각 조절이 필요 없다.
본 발명에서는 컵 형태의 플렉시블 스플라인에 대해서만 설명하였지만, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변경이 가능하다.
예컨대, 본 발명에서는 컵 형태의 하모닉 감속기에 대해서만 설명하였지만, 치형의 종류나 플렉시블 스플라인의 형태에 관계없이 얼마든지 실시가 가능하다.
10,210,310 : 웨이브 제네레이터 11 : 캠축
12,312 : 캠판 13,213,313 : 파동 베어링
20,220,310 : 플렉시블 스플라인 21,221,321 : 치형부
22,222,322 : 몸체 23,223,323 : 고정부
220a,320a : 중심선 221a : 이끝선
231a,321a : 중심선 30,230,330 : 서큘러 스플라인
31,231,331 : 치형부 312a : 축부
312B : 슬릿홈 320 : 소재
321 : 덧살 410 : 치형가공기
411 : 본체 415 : 호빙기
420 : 샤프트 421 : 대경부
422,423 : 소경부 430 : 아답터
431 : 축공 460 : 고정구
480,490 : 스크류 α,β : 경사각
L : 장축 S : 단축

Claims (7)

  1. 몸체(322)의 개구부 주연에 치형부(321)를 갖고, 타측으로는 다이아프램(323)을 통하여 연결되는 보스부(324)가 일체로 형성되며, 상기 개구부 내측에 조립되는 웨이브 제네레이터(310)의 파동에 의해 타원형으로 탄성 변형하면서 그 장축(L) 부위의 치형부가 서큘러 스플라인(330)의 치형부(331)와 탄력적으로 치합되는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인(320)에 있어서,
    상기 몸체(320)의 치형부(321)를 일정한 경사각(β)만큼 보스부(324) 쪽이 높도록 경사지게 형성하여 웨이브 제네레이터(210)의 장축(L)방향에서 치형부(321)의 중심선(321a)이 몸체(220)의 중심선(220a)과 평행을 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인.
  2. 단조 가공된 몸체(322)의 개구부 주연에 치형부를 성형하기 위한 덧살(321)을 구비하고, 타측으로는 몸체(322)와 다이아프램(323)을 통하여 일체로 연결되는 보스부(324)가 형성된 플렉시블 스플라인 소재(320)를 호빙기(415)가 구비된 치형가공기(410)에 장착한 후 상기 덧살(321) 부위에 치형을 가공하기 위한 제조장치를 구성함에 있어서,
    중앙의 대경부(421) 양측으로 2개의 소경부(422,423)를 갖는 샤프트(420)와; 상기 샤프트(420)의 일측에 형성된 소경부(423)에 차례로 끼워지는 소재(320)와 아답터(430) 및 웨이브 제네레이터(310)와; 상기 웨이브 제네레이터(310)의 장,단축 위치를 고정시켜 주는 고정구(460); 로 구성됨을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 샤프트(420)는 대경부(421)와 소경부(422,423)가 일체로 형성되고, 이들 대경부 및 소경부가 동심축을 갖는 것임을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 웨이브 제네레이터(310)는 소재(320)의 개구부 내측에 삽입되고, 아답터(430)는 소재(320)의 바닥면과 웨이브 제네레이터(310) 사이에 삽입되어 상기 웨이브 제네레이터(310)의 위치를 결정해주도록 구성된 것임을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 웨이브 제네레이터(310)는 캠판(312)과 그 외측에 끼워지는 파동 베어링(313)이 해당 소재(320)에 사용될 것과 동일한 크기의 것이며, 캠판(312)의 외측으로 슬릿홈(312b)을 갖는 축부(312a)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.
  6. 제 2항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 고정구(460)는 그 상단이 치형가공기(410)의 본체(411) 상부에 고정되고, 하단은 상기 축부(312a)의 슬릿홈(312b)에 끼워져 캠판(312)과 스크류(480)로 체결되어 상기 웨이브 제네레이터(310)에 의해 형성되는 소재의 장축부위와 가공수단인 호빙기(415)의 가공위치가 동일한 방향이 되도록 구성된 것임을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 샤프트(420)의 대경부(421)와 소재(320) 및 아답터(430)는 스크류(490)로 체결되어 일체로 회전 가능한 것임을 특징으로 하는 하모닉 감속기용 플렉시블 스플라인 제조장치.








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