KR20180127794A - 하모닉 드라이브 - Google Patents

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KR20180127794A
KR20180127794A KR1020170062984A KR20170062984A KR20180127794A KR 20180127794 A KR20180127794 A KR 20180127794A KR 1020170062984 A KR1020170062984 A KR 1020170062984A KR 20170062984 A KR20170062984 A KR 20170062984A KR 20180127794 A KR20180127794 A KR 20180127794A
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김호연
이진원
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에이치엠에이치 주식회사
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Abstract

하모닉 드라이브가 개시된다. 개시된 하모닉 드라이브는, 타원 형상이며, 타원 형상의 중심을 기준으로 회전하는 웨이브 제너레이터, 웨이브 제너레이터를 에워싸며 외주면에 기어가 형성된 것으로, 내주면이 웨이버 제너레이터에 접촉되어 웨이브 제너레이터의 회전 각도에 대응하여 주기적으로 형상이 변형되는 플렉스 스플라인, 및 플렉스 스플라인을 에워싸며 내주면에 플렉스 스플라인의 기어와 부분적으로 치합되는 기어가 형성된 써큘러 스플라인을 구비한다. 웨이브 제너레이터는, 외주면이 동일한 타원 형상이며 서로 겹쳐지게 결합되는 제1 타원 부재 및 제2 타원 부재, 및 제1 타원 부재의 외주부와 제2 타원 부재의 외주부 사이에 타원 궤도를 따라 이격되게 배열되는 복수의 마찰 저감체를 구비한다. 플렉스 스플라인의 내주면은 복수의 마찰 저감체에 접촉된다.

Description

하모닉 드라이브{Harmonic drive}
본 발명은 감속기의 일종인 하모닉 드라이브에 관한 것이다.
하모닉 드라이브는 산업용 로봇, NC 공작기계, 반도체 제조장치 등에 널리 사용되는 동축(同軸) 감속기로서, 소형 경량이면서도 전달 토크가 크고, 고감속비를 얻을 수 있으며, 백래쉬(backlash)가 적고 각도의 전달 정도와 회전 정도가 우수한 특징을 갖는 것으로 알려져 있다. 등록특허공보 제10-0249650호에 개시된 종래의 하모닉 드라이브는, 웨이브 제너레이터(wave generator)와, 플렉스 스플라인(flex spline), 및 써큘러 스플라인(circular spline)을 구비한F다. 웨이브 제너레이터는 타원 형상의 캠(cam)을 구비한다. 플렉스 스플라인은 베어링을 사이에 개재한 채 상기 타원 캠을 에워싸게 배치되며, 상기 타원 캠의 회전시 탄성 변형을 일으킨다.
플렉스 스플라인은 외주면에 기어(gear)가 형성된다. 써큘러 스플라인은 플렉스 스플라인을 에워싸게 배치된다. 써큘러 스플라인은 내주면에 플렉스 스플라인의 외주면 기어와 부분적으로 맞물리는 기어가 형성된다. 써큘러 스플라인의 내주면 기어는 플렉스 스플라인의 외주면 기어보다 잇수가 많게 형성된다.
상기 하모닉 드라이브는 다음과 같이 작동한다. 웨이브 제너레이너의 타원 캠이 액추에이터의 회전력을 입력 받아 회전하면, 플렉스 스플라인이 플렉스 스플라인은 탄성 변형을 일으키면서 회전하며, 그에 따라 써큘러 스플라인의 내주면 기어와 부분적으로 맞물린 플렉스 스플라인의 외주면 기어 위치가 순차적으로 이동해 간다. 타원 캠이 1회전하면, 플렉스 스플라인은 상기 외주면 기어의 잇수와 상기 내주면 기어의 잇수 차이만큼 타원 캠의 회전방향과는 역방향으로 이동하게 된다. 따라서, 플렉스 스플라인에 출력 축을 결합하면, 상기 출력 축은 상기 액추에이터의 회전 속도보다 감속된 회전 속도로, 상기 액추에이터의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하게 된다.
상기 타원 캠과 상기 플렉스 스플라인 사이에 개재되는 베어링은, 상기 타원 캠의 외주면에 고정되는 내륜(inner race)과, 상기 플렉스 스플라인의 내주면에 고정되는 외륜(outer race)과, 상기 내륜 및 외륜 사이에 개재되는 복수의 베어링 볼(bearing ball)을 구비한다. 상기 내륜은 강체로서, 상기 타원 캠의 외주면 형상에 대응되게 타원 링(ring) 형상으로 제조되어야 한다. 상기 외륜은 링 형상으로 제조되며, 상기 플렉스 스플라인과 마찬가지로 탄성 변형 가능한 소재로 제조된다. 따라서, 상기 베어링의 제조 원가가 상승하고 조립성이 나빠지게 되며, 이로 인해 하모닉 드라이브의 생산성이 저하되고, 생산 원가가 높아지게 된다. 또한, 상기 종래의 하모닉 드라이브는, 상기 플렉스 스플라인이 빠르게 탄성 변형되면서 상기 외주면 기어와 상기 내주면 기어가 치합되므로, 프렛팅 마모(fretting wear)가 발생하는 문제도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0249650호
본 발명은, 조립 생산성이 향상되고 생산 원가가 절감되는 하모닉 드라이브를 제공한다.
본 발명은, 플렉스 스플라인의 외주면 기어와 써큘러 스플라인의 내주면 기어 사이의 프렛팅 마모 및 소음과 진동이 저감되는 하모닉 드라이브를 제공한다.
본 발명은, 타원 형상이며, 상기 타원 형상의 중심을 기준으로 회전하는 웨이브 제너레이터(wave generator), 상기 웨이브 제너레이터를 에워싸며 외주면에 기어(gear)가 형성된 것으로, 내주면이 상기 웨이버 제너레이터에 접촉되어 상기 웨이브 제너레이터의 회전 각도에 대응하여 주기적으로 형상이 변형되는 플렉스 스플라인(flex spline), 및 상기 플렉스 스플라인을 에워싸며 내주면에 상기 플렉스 스플라인의 기어와 부분적으로 치합되는 기어가 형성된 써큘러 스플라인(circular spline)을 구비하고, 상기 웨이브 제너레이터는, 외주면이 동일한 타원 형상이며 서로 겹쳐지게 결합되는 제1 타원 부재 및 제2 타원 부재, 및 상기 제1 타원 부재의 외주부와 상기 제2 타원 부재의 외주부 사이에 타원 궤도를 따라 이격되게 배열되는 복수의 마찰 저감체를 구비하고, 상기 플렉스 스플라인의 내주면은 상기 복수의 마찰 저감체에 접촉되는 하모닉 드라이브(harmonic drive)를 제공한다.
상기 웨이브 제너레이터는, 상기 타원 궤도를 따라 배열되고 일 단과 타 단이 상기 제1 타원 부재의 외주부와 상기 제2 타원 부재의 외주부에 지지되는 복수의 지지 핀(pin)을 더 구비하고, 상기 복수의 마찰 저감체 각각은, 상기 지지 핀의 외주면에 고정 결합되는 원형 링(circular ring) 형상의 내륜(inner race), 상기 내륜을 에워싸며 상기 플렉스 스플라인의 내주면에 접촉되는 원형 링 형상의 외륜(outer race), 및 상기 내륜과 외륜 사이에 개재되는, 볼(ball) 및 원통 중 한 형상의 복수의 구름 부재를 구비한 래디얼 베어링(radial bearing)일 수 있다.
상기 플렉스 스플라인 외주면의 기어 및 상기 써큘러 스플라인 내주면의 기어는 마루와 골이 곡면인 물결형 기어일 수 있다.
본 발명의 하모닉 드라이브는 상기 플렉스 스플라인에 고정 결합되는 출력측 디스크를 더 구비하고, 상기 플렉스 스플라인과 상기 출력측 디스크는 복수의 스트립퍼 볼트(stripper bolt)에 의해 체결될 수 있다.
본 발명의 하모닉 드라이브는, 상기 출력측 디스크를 상기 써큘러 스플라인에 대해 회전 가능하게 지지하는 하나의 래디얼 베어링을 더 구비할 수 있다.
상기 하나의 래디얼 베어링은, 상기 플렉스 스플라인 및 상기 출력측 디스크에 고정 결합되는 원형 링 형상의 내륜, 상기 내륜을 에워싸며 상기 써큘러 스플라인의 내주면에 고정 결합되는 원형 링 형상의 외륜, 및 상기 내륜과 외륜 사이에 개재되는, 볼(ball) 및 원통 중 한 형상의 복수의 구름 부재를 구비할 수 있다.
본 발명의 하모닉 드라이브는, 플렉스 스플라인을 회전 가능하게 지지하기 위하여, 제1 및 제2 타원 부재 사이에 개재되며 타원 궤도를 따라 이격되게 배열된 복수의 마찰 저감체를 구비한다. 상기 타원 궤도를 따라 배열된 복수의 마찰 저감체는 타원 링 형상의 내륜과 외륜을 갖는 베어링보다 조립이 용이하므로, 하모닉 드라이브의 조립 생산성이 향상되고 생산 원가가 절감된다.
또한, 본 발명의 하모닉 드라이브는 플렉스 스플라인의 외주면 기어 및 이에 치합되는 써큘러 스플라인의 내주면 기어가, 단면이 곡선인 물결형 기어이므로, 단면이 삼각형 또는 사다리꼴인 톱니형 기어에 비하여 상기 기어들의 프렛팅 마모(fretting wear) 및 소음과 진동이 저감된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브의 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 도면이고, 도 2는 후방에서 본 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브의 분해 사시도이다.
도 4는 도 1을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 웨이브 제너레이터에 포함된 복수의 래디얼 베어링의 정면도이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 및 써큘러 스플라인이 조립된 모습을 나타낸 정면도로서, 도 6은 타원 형상의 웨이브 제너레이터의 장축이 Z축과 평행한 자세인 때의 모습이고, 도 7은 타원 형상의 웨이브 제너레이터의 장축이 X축과 평행한 자세인 때의 모습이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브의 사시도로서, 도 1은 전방에서 본 도면이고, 도 2는 후방에서 본 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브의 분해 사시도이고, 도 4는 도 1을 IV-IV에 따라 절개 도시한 단면도이고, 도 5는 도 3의 웨이브 제너레이터에 포함된 복수의 래디얼 베어링의 정면도이며, 도 6 및 도 7은 도 3의 웨이브 제너레이터, 플렉스 스플라인, 및 써큘러 스플라인이 조립된 모습을 나타낸 정면도로서, 도 6은 타원 형상의 웨이브 제너레이터의 장축이 Z축과 평행한 자세인 때의 모습이고, 도 7은 타원 형상의 웨이브 제너레이터의 장축이 X축과 평행한 자세인 때의 모습이다. 도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하모닉 드라이브(10)는 고감속비를 얻을 수 있는 동축(同軸) 감속기로서, 커버(cover)(11), 웨이브 제너레이터(wave generator)(30), 플렉스 스플라인(flex spline)(50), 써큘러 스플라인(circular spline)(20), 및 출력측 디스크(disk)(61)를 구비한다.
커버(11)는 디스크 형상의 부재로서, 그 중심에 입력 샤프트(shaft)(12)가 관통 체결된다. 입력 샤프트(12)는 회전 가능하며, 한 쌍의 입력 샤프트 지지 베어링(bearing)(15A, 15B)이 커버(11) 중심의 통공의 내주면과 입력 샤프트(12) 외주면 사이에 개재되어 입력 샤프트(12)를 회전 가능하게 지지한다. 상기 한 쌍의 입력 샤프트 지지 베어링(15A, 15B)은 각각, 상기 입력 샤프트(12) 외주면에 고정 결합되는 원형 링(circular ring) 형상의 내륜(inner race)(16A, 16B)과, 상기 내륜(16A, 16B)을 에워싸며 상기 커버(11) 중심의 통공 내주면에 고정 결합되는 원형 링 형상의 외륜(17A, 17B)과, 상기 내륜(16A, 16B)과 외륜(17A, 17B) 사이에 개재되는 복수의 구름 부재(18A, 18B)를 구비하는 래디얼 베어링(radial bearing)이다. 상기 구름 부재(18A, 18B)는 예컨대, 구형(球形)의 베어링 볼(ball)이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 원통형의 베어링 롤(roll)이 구름 부재로서 사용될 수도 있다.
써큘러 스플라인(20)은 상기 웨이브 제너레이터(30), 플렉스 스플라인(50), 및 출력측 디스크(61)를 내부에 포함하고 상기 커버(11)에 고정 결합되는 부재로서, 관형(管形)의 경통부(26)와, 상기 경통부(26)의 외경보다 큰 외경을 가지며 상기 경통부(26)의 전단에 연결된 플랜지부(flange portion)(21)를 구비한다. 상기 플랜지부(21)와 상기 커버(11)의 외주부는 복수의 체결 볼트(78)와 이에 체결되는 복수의 너트(nut)(79)에 의해 서로 결합된다. 상기 플랜지부(21)의 내주면에는 내주면 기어(gear)(22)가 형성된다.
웨이브 제너레이터(30)는 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)와, 복수의 마찰 저감체(40)와, 복수의 지지 핀(pin)(46)을 구비한다. 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)는 외주면이 동일한 타원 형상의 부재로서, 복수의 체결 볼트(47)에 의해 서로 결합된다. 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)는 타원 형상의 중심에 상기 입력 샤프트(12)가 끼워지는 샤프트 통공(32, 37)이 형성된다. 상기 입력 샤프트(12)는 그 후단부 일측에 방사 방향으로 돌출된 돌기(13)를 구비하고, 상기 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 샤프트 통공(32, 37)에는 상기 돌기(13)가 수용되게 파여진 돌기 안착 홈(groove)(33, 38)이 형성된다. 상기 돌기(13)가 상기 돌기 안착 홈(33, 38)에 수용되도록 상기 입력 샤프트(12)가 상기 샤프트 통공(32, 37)에 끼워져, 상기 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)와 입력 샤프트(12)가 연계된다. 즉, 입력 샤프트(12)가 회전하면 상기 입력 샤프트(12)의 길이 방향으로 연장된 회전 축선(CR)을 기준으로 상기 입력 샤프트(12)와 동일한 회전 방향 및 회전 속도로 웨이브 제너레이터(30)가 회전한다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 상기 복수의 지지 핀(46)은 그 전단과 후단이 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 외주부에 지지되며, 타원 궤도(EL)를 따라 등간격으로 이격되게 배열된다. 구체적으로, 복수의 지지 핀(46)의 전단은 제1 타원 부재(31)의 배면(背面) 외주부에 마련된 핀 안착부(34)에 형성된 안착 홈에 끼워져 지지되고, 복수의 지지 핀(46)의 후단은 제2 타원 부재(36)의 전면(前面) 외주부에 마련된 핀 안착부(39)에 형성된 안착 홈에 끼워져 지지된다.
복수의 마찰 저감체(40) 각각은, 지지 핀(46)의 외주면에 고정 결합되는 원형 링(circular ring) 형상의 내륜(41)과, 상기 내륜(41)을 에워싸는 원형 링 형상의 외륜(42)과, 상기 내륜(41)와 외륜(42) 사이에 개재되는 복수의 구름 부재(43)를 구비하는 래디얼 베어링이다. 상기 구름 부재(43)는 예컨대, 구형(球形)의 베어링 볼(ball)이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 원통형의 베어링 롤(roll)이 구름 부재로서 사용될 수도 있다. 이에 따라 복수의 마찰 저감체(40)는 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 외주부 사이에서 상기 타원 궤도(EL)를 따라 등간격으로 이격되게 배열된다.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 상기 타원 궤도(EL)와 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 타원 형상은 모두 회전 축선(CR)을 중심으로 하는 유사한 형상의 타원으로서, 상기 타원 궤도(EL)가 상기 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 타원 형상보다 약간 작다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 타원 형상의 장축(LA1)의 길이와 상기 타원 궤도(EL)의 장축(LA2)의 길이의 차이는, 상기 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 타원 형상의 단축(SA1)의 길이와 상기 타원 궤도(EL)의 단축(SA2)의 길이의 차이와 같다. 그리고, 그 차이, 즉 'LA1-LA2' 또는 'SA1-SA2'는, 마찰 저감체(40)의 내륜(41)의 직경보다는 크고, 외륜(42)의 직경보다는 작다. 이에 따라, 웨이브 제너레이터(30)에서 제1 및 제2 타원 부재(31, 36)의 외주 모서리 바깥으로 복수의 마찰 저감체(40)의 외륜(42)이 부분적으로 돌출되게 된다.
도 3, 도 4, 도 6 및 도 7을 함께 참조하면, 플렉스 스플라인(50)은 전방이 개방된 사발(bowl) 형상의 부재로서, 탄성 변형 가능한 부재이다. 상기 플렉스 스플라인(50)이 웨이브 제너레이터(30)를 에워싸게 배치되도록 상기 웨이브 제너레이터(30)가 상기 플렉스 스플라인(50) 내측 공간에 삽입된다. 모든 마찰 저감체(40)의 외륜(42)은 플렉스 스플라인(50)의 일부분, 즉 웨이브 제너레이터(30)를 에워싸는 부분의 내주면에 접촉된다. 상기 플렉스 스플라인(50)의 일부분의 외주면에는 외주면 기어(gear)(52)가 형성된다.
써큘러 스플라인(20)이 플렉스 스플라인(50)을 에워싸도록 플렉스 스플라인(50)은 써큘러 스플라인(20)의 내부에 삽입된다. 써큘러 스플라인(20)의 플랜지부(21)의 내주면에는 상기 플렉스 스플라인(50)의 외주면 기어(52)와 부분적으로 치합되는 내주면 기어(22)가 형성된다. 상기 내주면 기어(22)의 기어치 개수(gear teeth amount)는 상기 외주면 기어(52)의 기어치의 개수보다 약간 많다.
써큘러 스플라인(20)은 회전하지 않고 고정되며, 상기 외주면 기어(52)와 상기 내주면 기어(22)가 부분적으로 맞물리기 때문에, 입력 샤프트(12)의 회전으로 웨이브 제너레이터(30)가 회전 축선(CR)을 중심으로 회전하면 그 회전 각도에 따라 플렉스 스플라인(50)이 주기적으로 형상이 변형되고, 상기 외주면 기어(52)와 상기 내주면 기어(22)가 맞물리는 부분도 주기적으로 변경된다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 웨이브 제너레이터(30)가 장축(LA1)이 Z축과 평행하고 단축(SA1)이 X축과 평행한 자세인 때, 상기 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 상단 및 하단의 일부 기어치들만 서로 치합되고, 다른 기어치들은 치합되지 않는다. 특히, 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 좌측단 및 우측단의 기어치들은 가장 먼 거리로 이격된다. 그런데, 웨이브 제너레이터(30)가 시계 방향으로 90° 만큼 회전하여 도 7에 도시된 바와 같이 웨이브 제너레이터(30)가 장축(LA1)이 X축과 평행하고 단축(SA1)이 Z축과 평행한 자세로 되면, 플렉스 서플라인(50)의 좌우 폭이 넓어지고 상하 폭은 좁아져서, 상기 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 좌측단 및 우측단의 일부 기어치들만 서로 치합되고 다른 기어치들은 치합되지 않는다. 특히, 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 상단 및 하단의 기어치들은 가장 먼 거리로 이격된다.
웨이브 제너레이터(30)가 다시 시계 방향으로 90° 만큼 회전하면, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 플렉스 서플라인(50)은 다시 상하 폭이 넓어지고 좌우 폭이 좁아져서, 상기 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 상단 및 하단의 일부 기어치들만 서로 치합되고, 다른 기어치들은 치합되지 않는다. 또한, 웨이브 제너레이터(30)가 다시 시계 방향으로 90° 만큼 회전하면, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이 플렉스 서플라인(50)은 다시 좌우 폭이 넓어지고 상하 폭이 넓어져서, 상기 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)의 좌측단 및 우측단의 일부 기어치들만 서로 치합되고, 다른 기어치들은 치합되지 않는다.
이처럼, 웨이브 제너레이터(30)가 회전함에 따라서 상기 외주면 기어(52)와 내주면 기어(22)가 서로 맞물리는 부분이 주기적으로 전환되면서 플렉스 스플라인(50)이 회전 축선(CR)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하게 된다. 상기 플렉스 스플라인(50)의 회전 속도는 입력 샤프트(12) 및 웨이브 제너레이터(30)의 회전 속도보다 느리고, 회전 속도의 감속비는 상기 외주면 기어(52)의 기어치수와 상기 내주면 기어(22)의 기어치수의 비율에 따라 결정된다.
상기 내주면 기어(22)와 상기 외주면 기어(52)는 마루(crest)(23, 53)와 골(trough)(24, 54)이 곡면인 물결형 기어이다. 즉, 기어(22, 52)의 단면이 곡선인 물결형 기어이므로, 단면이 삼각형 또는 사다리꼴인 톱니형 기어에 비하여 상기 기어들(22, 52) 간의 프렛팅 마모(fretting wear) 및 소음과 진동이 저감된다.
출력측 디스크(61)는 복수의 스트립퍼 볼트(stripper bolt)(56)에 의해 플렉스 스플라인(50)에 고정 결합된다. 출력측 디스크(61)의 중심에는 출력측 디스크(61)를 관통하는 출력측 연결 통공(62)이 형성되고, 플렉스 스플라인(50)의 중심에도 상기 출력측 연결 통공(62)과 정렬되는 출력측 연결 통공(51)이 형성된다. 상기 출력측 디스크(61)의 출력측 연결 통공(62)과 플렉스 스플라인(50)의 출력측 연결 통공(51)을 관통하도록 출력 샤프트(미도시)가 플렉스 스플라인(50)과 출력측 디스크(61)에 고정 체결된다.
플렉스 스플라인(50)과 출력측 디스크(61)는 복수의 스트립퍼 볼트(stripper bolt)(56)에 의해 체결된다. 스트립퍼 볼트(56)는 헤드부(head portion)(57)와, 상기 헤드부(57)의 직경보다 작은 직경을 갖는 원통형 부분으로 일 단부가 상기 헤드부(57)에 연결된 핀부(pin portion)(58)와, 상기 핀부(58)의 직경보다 작은 직경을 가지며 외주면에 수형 스크류 패턴(male screw pattern)이 형성된 원통형 부분으로 상기 핀부(58)의 타 단부에 연결된 스크류부(screw portion)(59)을 구비한다.
복수의 스트립퍼 볼트의 핀부(58)에 의하여 플렉스 스플라인(50)이 회전 축선(CR)을 중심으로 한 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 때 플렉스 스플라인(50)과 출력측 디스크(61)를 관통하여 끼워진 복수의 스트립퍼 볼트(56)의 핀부(58)에 의하여 플렉스 스플라인(50)의 회전력이 손실 없이 출력측 디스크(61)에 전달된다. 따라서, 출력측 디스크(61) 및 출력 샤프트(미도시)가 진동 및 소음 없이 플렉스 스플라인(50)의 회전 방향 및 회전 속도와 동일한 회전 방향 및 회전 속도로 회전할 수 있다.
만약 복수의 스트립퍼 볼트(56) 대신에 상기 핀부(58)가 없이 헤드부와 스크류부만 구비한 통상적인 체결 볼트를 이용하는 경우, 플렉스 스플라인과 출력측 디스크의 회전을 지지하도록 상기 플렉스 스플라인과 출력측 디스크를 관통하여 끼워지는 하는 복수의 핀(pin)을 추가로 사용하여야 하고, 상기 복수의 통상적인 체결 볼트를 플렉스 스플라인과 출력측 디스크에 체결하기 위한 고정 플랜지(fix flange)도 추가로 사용하여야 한다. 따라서, 조립 생산성이 저하되고 생산 원가가 상승할 수 있다.
하모닉 드라이브(10)는 출력측 디스크(61)를 써큘러 스플라인(20)에 대해 회전 가능하게 지지하는 하나의 출력측 디스크 지지 래디얼 베어링(70)을 더 구비한다. 상기 래디얼 베어링(70)은 플렉스 스플라인(50) 및 출력측 디스크(61)에 고정 결합되는 원형 링 형상의 내륜(71)과, 상기 내륜(71)을 에워싸며 써큘러 스플라인(20), 구체적으로 경통부(26)의 내주면에 고정 결합되는 원형 링 형상의 외륜(72)과, 상기 내륜(71)과 외륜(72) 사이에 개재되는 복수의 구름 부재(73)를 구비한다. 상기 구름 부재(73)는 예컨대, 구형(球形)의 베어링 볼(ball)이다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 원통형의 베어링 롤(roll)이 구름 부재로서 사용될 수도 있다.
부연하면, 출력측 디스크(61)의 외주면은 소직경 외주면(64)과, 상기 소직경 외주면(64) 후방에 소직경 외주면(64)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 대직경 외주면(63)과, 상기 소직경 외주면(64)과 대직경 외주면(63) 사이에 단차진 단차면을 구비한다. 상기 래디얼 베어링(70)의 내륜(71)은 상기 소직경 외주면(64)과 상기 단차면에 밀착된다.
상기 래디얼 베어링(70)의 내륜(71)은 출력측 디스크(61)뿐만 아니라 플렉스 스플라인(50)에도 밀착 결합되어 출력측 디스크(61)와 플렉스 스플라인(50)을 동시에 회전 지지한다. 따라서, 플렉스 스플라인(50)의 회전을 지지하기 위한 별도의 부재를 구비할 필요가 없고, 써큘러 스플라인(20)을 전후 방향으로 길게 일체로 형성하고 그 내부에 웨이브 제너레이터(30), 플렉스 스플라인(50), 및 출력측 디스크(61)를 삽입 장착하기 용이하다. 따라서, 조립 생산성이 향상되고 생산 원가가 절감될 수 있다.
하모닉 드라이브(10)는, 써큘러 스플라인(20) 내부에 삽입된 웨이브 제너레이터(30), 플렉스 스플라인(50), 출력측 디스크(61), 및 출력측 디스크 지지 래디얼 베어링(70)이 써큘러 스플라인(20)의 후방으로 빠져 나오지 않도록 막아주는 리테인 링(retain ring)(77)을 더 구비한다. 상기 리테인 링(77)은 경통부(26) 하단부 내주면에 파여진 리테인 링 안착 홈(groove)(27)에 끼워진다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 하모닉 드라이브 12: 입력 샤프트
20: 써큘러 스플라인 22: 내주면 기어
30: 웨이브 제너레이터 31, 36: 타원 부재
40: 래디얼 베어링 46: 지지 핀
50: 플렉스 스플라인 53: 외주면 기어
56: 스트립퍼 볼트 61: 출력측 디스크

Claims (6)

  1. 타원 형상이며, 상기 타원 형상의 중심을 기준으로 회전하는 웨이브 제너레이터(wave generator); 상기 웨이브 제너레이터를 에워싸며 외주면에 기어(gear)가 형성된 것으로, 내주면이 상기 웨이버 제너레이터에 접촉되어 상기 웨이브 제너레이터의 회전 각도에 대응하여 주기적으로 형상이 변형되는 플렉스 스플라인(flex spline); 및, 상기 플렉스 스플라인을 에워싸며 내주면에 상기 플렉스 스플라인의 기어와 부분적으로 치합되는 기어가 형성된 써큘러 스플라인(circular spline);을 구비하고,
    상기 웨이브 제너레이터는, 외주면이 동일한 타원 형상이며 서로 겹쳐지게 결합되는 제1 타원 부재 및 제2 타원 부재, 및 상기 제1 타원 부재의 외주부와 상기 제2 타원 부재의 외주부 사이에 타원 궤도를 따라 이격되게 배열되는 복수의 마찰 저감체를 구비하고,
    상기 플렉스 스플라인의 내주면은 상기 복수의 마찰 저감체에 접촉되는 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브(harmonic drive).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이브 제너레이터는, 상기 타원 궤도를 따라 배열되고 일 단과 타 단이 상기 제1 타원 부재의 외주부와 상기 제2 타원 부재의 외주부에 지지되는 복수의 지지 핀(pin)을 더 구비하고,
    상기 복수의 마찰 저감체 각각은, 상기 지지 핀의 외주면에 고정 결합되는 원형 링(circular ring) 형상의 내륜(inner race), 상기 내륜을 에워싸며 상기 플렉스 스플라인의 내주면에 접촉되는 원형 링 형상의 외륜(outer race), 및 상기 내륜과 외륜 사이에 개재되는, 볼(ball) 및 원통 중 한 형상의 복수의 구름 부재를 구비한 래디얼 베어링(radial bearing)인 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉스 스플라인 외주면의 기어 및 상기 써큘러 스플라인 내주면의 기어는 마루와 골이 곡면인 물결형 기어인 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉스 스플라인에 고정 결합되는 출력측 디스크를 더 구비하고,
    상기 플렉스 스플라인과 상기 출력측 디스크는 복수의 스트립퍼 볼트(stripper bolt)에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 출력측 디스크를 상기 써큘러 스플라인에 대해 회전 가능하게 지지하는 하나의 래디얼 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 하나의 래디얼 베어링은, 상기 플렉스 스플라인 및 상기 출력측 디스크에 고정 결합되는 원형 링 형상의 내륜, 상기 내륜을 에워싸며 상기 써큘러 스플라인의 내주면에 고정 결합되는 원형 링 형상의 외륜, 및 상기 내륜과 외륜 사이에 개재되는, 볼(ball) 및 원통 중 한 형상의 복수의 구름 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 하모닉 드라이브.
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