KR20190126127A - 파동기어장치 및 파동발생기 - Google Patents

Abstract

파동기어장치(1)의 파동발생기(4)는, 외치기어(3)를 타원모양 폐곡선(C0)을 따른 형상으로 휘고, 장축(Lmax)의 양단의 2곳에 있어서 내치기어(2)에 대한 외치기어(3)의 맞물림 부분(5a, 5b)을 형성하고, 맞물림 부분(5a, 5b)을 원주방향으로 이동시킨다. 타원모양 폐곡선(C0)은, 비점대칭의 형상을 하고 있다. 예를 들면 타원모양 폐곡선(C0)은, 단축(Lmin)을 대칭축으로 하지 않고, 장축(Lmax)만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선이다. 비점대칭의 상태에서 장축방향의 양단에 맞물림 부분(5a, 5b)이 형성된다. 장축의 2곳의 맞물림 부분에 다른 형상을 선택함으로써 파동발생기(4)의 회전에 따라 발생하는 2차의 각도전달 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

Description

파동기어장치 및 파동발생기

본 발명은 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것으로서, 특히 외치기어(外齒gear)를 비원형(非圓形)으로 휘어서 당해 외치기어를 내치기어(內齒gear)에 대하여 2곳 혹은 그 이상의 장소에서 맞물리게 하는 파동발생기(波動發生器)에 관한 것이다.

파동기어장치에서는, 파동발생기에 의하여 가요성(可撓性)의 외치기어가 둘레방향에 있어서 등각도 간격(等角度 間隔)으로 2곳 혹은 그 이상의 장소에서, 내치기어에 맞물리도록 비원형으로 휘어진다. 예를 들면 외치기어는 타원모양으로 휘어져, 그 타원모양(楕圓狀)의 형상(形狀)에 있어서의 장축의 양단 2곳에 내치기어에 대한 맞물림 부분이 형성된다. 외치기어가 세 개의 잎 형상(3로브 형상(three robe 形狀))으로 휘어지는 경우에는, 원주방향에 있어서의 120°간격의 3곳에 내치기어에 대한 맞물림 부분이 형성된다.

이 상태로, 파동발생기를 모터 등에 의하여 회전하면, 양 기어의 맞물림 부분이 내치기어의 원주방향으로 이동한다. 양 기어의 맞물림 부분이 1바퀴 돌 때마다 양 기어의 사이에는, 그들의 톱니수 차이만큼 상대회전이 발생한다. 일방(一方)의 기어를 회전하지 않도록 고정하면, 타방(他方)의 기어로부터 감속회전이 출력된다. 양 기어의 톱니수 차이는 맞물림 부분의 수의 정수배가 된다.

파동발생기에 의하여 비원형으로 휘어진 외치기어에 있어서, 각 맞물림 부분의 형상은 동일하다. 예를 들면 외치기어를 타원모양으로 휘어서 2곳에서 내치기어에 맞물리게 하는 경우에 외치기어는, 그 중심을 대칭점으로 하는 점대칭(点對稱)의 타원모양의 형상으로 휘어진다. 장축의 양단에 형성되는 외치기어의 맞물림 부분의 형상이 동일하게 된다. 외치기어를 3곳에서 내치기어에 맞물리게 하는 경우에 외치기어는, 그 중심주위로 120° 회전할 때마다 형상이 일치하는 3회 대칭의 형상으로 휘어진다. 외치기어에 있어서의 3곳의 맞물림 부분의 형상이 동일하게 된다.

특허문헌1, 2에는, 파동발생기에 의하여 외치기어를 타원모양으로 휘어서, 2곳의 위치에서 외치기어를 내치기어에 맞물리게 하는 파동기어장치가 제안되어 있다. 특허문헌1에는, 외치기어의 휨 형상을 규정하는 웨이브 플러그(wave plug)의 윤곽 형상(輪廓 形狀)으로서, 코사인 성분으로 이루어지는 난형곡선(卵形曲線), 혼합원호(混合圓弧), 4력 형상(four-force shape) 등을 사용하는 것이 기재되어 있다. 특허문헌2에는, 4항 이상의 푸리에 전개항(Fourier 展開項)을 갖는 접선 극좌표 표시식(接線 極座標 表示式)에 의하여 표현되는 웨이브 플러그의 타원모양의 형상이 제안되어 있다.

: 일본국 특허 제4067037호 공보 : 일본국 특허 제2916012호 공보

여기에서 타원모양으로 휘어진 외치기어는, 그 장축의 양단의 2곳에서 내치기어에 맞물리고 있으므로, 파동발생기가 1회전 할 때마다 장축(맞물림 부분)이 동일위치를 2회 통과한다. 외치기어의 원주방향의 각 부분은, 반경방향으로 일정한 진폭으로 반복하여 휘어지는 파동운동을 한다. 파동운동은, 파동발생기 1회전에 대하여 2주기(2週期)의 진동이다. 따라서 외치기어가 타원모양으로 휘어지는 파동기어장치에서 당해 파동기어장치에 발생하는 각도전달 오차에는, 파동발생기 1회전에 대하여 2주기의 진동성분이 포함되고, 이 2차 진동성분은 다른 차수의 진동성분보다 크다.

마찬가지로, 세 개의 잎모양으로 휘어진 외치기어는 120°의 각도 간격의 3곳에서 내치기어에 맞물리고 있으므로, 파동발생기가 1회전 할 때마다 맞물림 부분이 동일위치를 3회 통과한다. 외치기어의 원주방향의 각 부분은, 반경방향으로 일정한 진폭으로 반복하여 휘어지는 파동운동을 한다. 파동운동은, 파동발생기 1회전에 대하여 3주기의 진동으로 된다. 이 경우에는, 당해 파동기어장치에 발생하는 각도전달 오차에 파동발생기 1회전에 대하여 3주기의 진동성분이 포함되고, 이 3차 진동성분이 다른 차수의 진동성분보다 크다.

파동기어장치의 각도전달 오차는, 양 기어의 기어부의 가공오차, 파동발생기 및 양 기어의 중심 어긋남, 경사 등의 조립오차 등에 기인하여 발생한다. 2차 혹은 3차 진동성분은, 파동기어장치가 조립된 장치의 공진(共振)을 야기하고, 구동계, 예를 들면 반송계의 위치결정 불량 등의 원인이 된다. 또한 로봇암 등 고정밀도의 운동궤적이 요구되는 용도면에 있어서는, 이러한 진동성분이 원인이 되어, 요구되는 레벨을 충족시키는 정밀도를 유지한 구동을 실현할 수 없는 경우가 있다.

이러한 문제는, 강성(剛性)의 외치기어와, 가요성(可撓性)의 내치기어와, 내치기어를 비원형으로 휘어서 외치기어에 대하여 부분적으로 맞물리게 하는 구성의 파동기어장치에 있어서도 발생한다.

본 발명의 목적은, 입력회전 1회전마다 맞물림 부분의 장소의 수에 대응하는 주기로 발생하는 각도전달 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있는 파동기어장치 및 파동발생기를 제공하는 것에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 파동기어장치는, 강성 기어와, 강성 기어에 맞물림이 가능한 가요성 기어와, 가요성 기어를 비원형으로 휘어서 강성 기어에 대한 맞물림 부분을 형성하고 맞물림 부분을 강성 기어의 원주방향으로 이동시키는 파동발생기를 갖고 있다. 파동발생기는, 가요성 기어의 둘레방향에 있어서 등각도 간격으로, 2곳 혹은 그 이상의 장소에 강성 기어에 대한 맞물림 부분이 형성되도록, 가요성 기어를 휘고 있다. 또한 적어도 2곳의 맞물림 부분은, 그들의 형상이 서로 다르다.

비원형으로 휘어진 가요성 기어의 각 맞물림 부분의 각각은, 입력회전 1회전마다 강성 기어의 원주방향에 있어서의 동일위치를 통과한다. 형상이 다른 맞물림 부분 사이에서는, 강성 기어에 대한 맞물림 상태도 다르다. 일방의 맞물림 부분이 통과하는 경우와 타방의 맞물림 부분이 통과하는 경우에서는, 맞물림 상태가 다르기 때문에 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 이 결과로, 입력회전 1회전마다 맞물림 부분의 장소의 수에 대응하는, 주기로 발생하는 각도전달 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

예를 들면 파동기어장치는, 강성의 내치기어와, 내치기어에 맞물림이 가능한 가요성의 외치기어와, 외치기어의 둘레방향에 있어서 등각도 간격으로, 2곳 혹은 그 이상의 장소에서 내치기어에 대한 상기 외치기어의 맞물림 부분이 형성되도록 외치기어를 비원형으로 휘고, 맞물림 부분을 내치기어의 원주방향으로 이동시키는 파동발생기를 갖고 있다.

파동발생기에 의하여, 외치기어를 2곳에서 다른 형상의 맞물림 부분이 형성되도록 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘는 경우에는, 당해 타원모양 폐곡선을 비점대칭의 폐곡선으로 하면 좋다. 예를 들면 타원모양 폐곡선을, 당해 타원모양 폐곡선의 단축을 대칭축으로 하지 않고, 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선으로 하면 좋다.

파동발생기에 의하여, 3곳에 맞물림 부분이 형성되도록 외치기어를 비원형의 폐곡선을 따른 형상으로 휘는 경우가 있다. 이 경우에는, 예를 들면 외치기어의 휨 형상을 규정하는 폐곡선에 있어서, 맞물림 부분의 각각을 규정하는 3곳의 곡선부분을 서로 다른 형상으로 한다.

파동발생기로서, 강성의 웨이브 플러그 및 웨이브 플러그의 플러그 외주면과 외치기어의 내주면 사이에 장착되는 웨이브 베어링을 구비하고 있는 파동발생기를 사용할 수 있다. 이 경우에는, 플러그 외주면의 윤곽 형상에 의하여 외치기어의 비원형의 휨 형상이 규정된다. 또한 파동발생기로서, 외치기어의 내주면에 접촉하여 당해 외치기어를 비원형으로 휘는 복수 개의 롤러를 구비하고 있는 파동발생기를 사용할 수 있다.

다음에 본 발명은, 외치기어를 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘어서, 타원모양 폐곡선의 장축의 양단의 2곳에 있어서 내치기어에 대한 외치기어의 맞물림 부분을 형성하고, 맞물림 부분을 내치기어의 원주방향에 이동시키는 파동기어장치의 파동발생기에 관한 것이다. 본 발명의 파동발생기는, 강성의 웨이브 플러그와, 웨이브 플러그의 플러그 외주면과 외치기어의 내주면 사이에 장착되는 웨이브 베어링을 구비하고 있다. 플러그 외주면의 윤곽 형상은 타원모양 폐곡선에 의거하여 규정되어 있다. 또한 타원모양 폐곡선은, 당해 타원모양 폐곡선의 단축을 대칭축으로 하지 않고, 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선이다.

또한 본 발명의 파동기어장치의 파동발생기는, 외치기어의 내주면에 접촉하여 당해 외치기어를 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘기 위한 복수 개의 롤러와, 복수의 롤러를 타원모양 폐곡선에 내접하도록, 당해 타원모양 폐곡선을 따라 다른 위치에 지지하고 있는 롤러 홀딩부재를 구비하고 있다. 타원모양 폐곡선은, 당해 타원모양 폐곡선의 단축을 대칭축으로 하지 않고, 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선이다.

본 명세서에 있어서 「타원모양 폐곡선」은, 형상이 다른 복수의 타원곡선의 조합, 타원곡선에 근사한 원호 등의 곡선의 조합, 타원곡선과 타원곡선에 근사한 곡선의 조합 등에 의하여 구성되는 폐곡선을 의미한다.

예를 들면 타원모양 폐곡선에 있어서의 단축의 일방측의 곡선부분과, 단축의 타방측의 곡선부분을 서로 다른 형상의 타원에 의하여 규정한다. 이들의 곡선부분의 양단을 단축의 양단위치에서 매끄럽게 연결하여, 타원모양 폐곡선을 규정한다. 더 구체적인 예로서는, 타원모양 폐곡선에 있어서의 단축의 일방측의 곡선부분을 상기의 특허문헌1에 기재된 곡선에 의하여 규정하고, 타방측의 곡선부분을 상기의 특허문헌2에 기재된 곡선에 의하여 규정하며, 이들의 곡선의 양단을 단축의 양단위치에서 매끄럽게 연결하여, 타원모양 폐곡선을 구성한다.

외치기어는, 그 회전중심을 대칭점으로 하는 점대칭의 형상이 아니고, 예를 들면 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘어진다. 양 기어의 맞물림 부분은 장축방향의 양단에 형성된다. 즉 2곳에 맞물림 부분이 형성된다. 따라서 맞물림 부분은, 파동발생기가 1회전 하는 사이에 내치기어의 원주방향에 있어서의 동일위치를 2번 통과한다. 일방의 맞물림 부분이 통과하는 경우와 타방의 맞물림 부분이 통과하는 경우에서는, 맞물림 상태가 다르고, 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 이 결과로, 파동발생기의 1회전당 2주기로 발생하는 각도전달 오차의 2차 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

도1에 있어서, (a)는 실시형태1에 관한 파동기어장치의 개략적인 끝면도이며, (b)는 외치기어의 휨 형상을 규정하는 타원모양 폐곡선을 나타내는 설명도이다.
도2는, 도1의 파동기어장치의 개략적인 종단면도이다.
도3에 있어서, (a)는 실시형태2에 관한 파동기어장치의 개략적인 끝면도이며, (b)는 외치기어의 휨 형상을 규정하는 타원모양 폐곡선을 나타내는 설명도이다.
도4는, 도3의 파동기어장치의 개략적인 종단면도이다.
도5는, 본 발명의 실시형태3에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.
도6은, 본 발명의 실시형태4에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.
도7은, 본 발명의 실시형태5에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 파동기어장치(波動gear裝置)의 실시형태에 관하여 설명한다. 이하의 각 실시형태는, 컵형 파동기어장치(cup型 波動gear裝置)에 관한 것이다. 그러나 본 발명은, 실크햇형 파동기어장치(silk hat型 波動gear裝置) 및 플랫형 파동기어장치(flat型 波動gear裝置)에도 동일하게 적용 가능하다.

[실시형태1]

도1(a)는 실시형태1에 관한 파동기어장치의 개략적인 끝면도이며, 도1(b)는 그 외치기어(外齒gear)의 휨 형상을 규정하는 타원모양 폐곡선(楕圓狀 閉曲線)을 나타내는 설명도이다. 도2는 파동기어장치의 개략적인 종단면도이다. 이들의 도면에 나타내는 바와 같이 파동기어장치(1)는, 원환상의 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(2)(강성 기어(剛性 gear))와, 이 내측에 동축으로 배치된 컵 형상의 가요성(可撓性)의 외치기어(3)(가요성 기어(可撓性 gear))와, 이 내측에 끼워진 파동발생기(波動發生器)(4)를 구비하고 있다.

외치기어(3)는, 파동발생기(4)에 의하여 타원모양 폐곡선(C0)을 따른 형상으로 휘어져 있다. 파동발생기(4)에 의하여 휘어진 외치기어(3)에는, 타원모양 폐곡선(C0)에 있어서의 장축(長軸)(Lmax)의 양단(兩端)의 2곳에 내치기어(2)에 맞물리는 맞물림 부분이 형성된다. 도1(a)에 있어서, 1점쇄선으로 둘러싸는 부분이 맞물림 부분(5a, 5b)이다.

파동발생기(4)가 모터 등(도면에는 나타내지 않는다)에 의하여 회전하면, 양 기어(2, 3)의 맞물림 부분(5a, 5b)이 내치기어(2)의 원주방향으로 이동한다. 맞물림 부분(5a, 5b)이 1버퀴 돌면, 양 기어(2, 3)의 톱니수 차이만큼 양 기어(2, 3)의 사이에 상대회전이 발생한다. 내치기어(2)와 외치기어(3)의 사이의 톱니수 차이는 2n개(n:양의 정수)이고, 예를 들면 2개(n=1)이다. 예를 들면 내치기어(2)를 회전하지 않도록 고정하면, 파동발생기(4)의 회전을, 외치기어(3)의 측으로부터 대폭적으로 감속된 감속회전으로서 출력할 수 있다.

내치기어(2)는, 거의 사각형 단면을 한 원환상 부재(圓環狀 部材)(6)와, 이 원환상 부재(6)의 원형 내주면에 형성된 내치(內齒)(7)를 구비하고 있다. 외치기어(3)는, 반경방향으로 휘어질 수 있는 원통모양 몸통부(11)와, 이 원통모양 몸통부(11)의 후단으로부터 반경방향의 내측으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램(diaphragm)(12)과, 다이어프램(12)의 내주 가장자리에 연결되어 있는 강체(剛體)인 원환상의 보스(boss)(13)와, 원통모양 몸통부(11)의 개구단측의 외주면 부분에 형성된 외치(外齒)(14)를 구비하고 있다.

파동발생기(4)는, 원통모양의 허브(hub)(21)와, 이 외주면에 부착된 웨이브 플러그(wave plug)(캠판(cam板))(22)와, 웨이브 플러그(22)의 외주면(22a)에 장착된 웨이브 베어링(wave bearing)(23)을 구비하고 있다. 외주면(22a)은, 타원모양 폐곡선(C0)에 상사(相似)인 윤곽 형상(輪廓 形狀)을 하고 있다. 외주면(22a)에 장착된 웨이브 베어링(23)의 외륜 외주면(23a)은 타원모양 폐곡선(C0)에 대응하는 윤곽 형상으로 휘어진다. 외치기어(3)에 있어서의 원통모양 몸통부(11)의 외치(14)가 형성되어 있는 외치형성 부분(15)은, 외륜 외주면(23a)의 윤곽 형상에 대응한 타원모양 폐곡선(C0)을 따른 형상으로 휘어진다.

여기에서 파동발생기(4)에 의한 외치기어(3)의 휨 형상을 규정하는 타원모양 폐곡선(C0)은, 예를 들면 도1(b)에 나타내는 바와 같이 2종류의 타원곡선으로 구성된다.

타원모양 폐곡선(C0)은, 그 단축(短軸)(Lmin)의 일방측(一方側)(도1(b)에 있어서의 상반부분)을 규정하는 제1곡선부분(C1)과, 단축(Lmin)의 타방측(他方側)(도1(b)에 있어서의 하반부분)을 규정하는 제2곡선부분(C2)에 의하여 규정된다. 도1(b)에 있어서는, 단축(Lmin)에 대한 제1곡선부분(C1)의 선대칭(線對稱)의 곡선을 1점쇄선으로 나타냄과 아울러, 제1, 제2곡선부분(C1, C2)의 차이를 과장하여 나타내고 있다.

제1, 제2곡선부분(C1, C2)은, 서로 다른 형상의 타원곡선이지만, 둘레의 길이가 동일하고, 단축이 동일한 길이이다. 예를 들면 제1곡선부분(C1)은, 장축(Lmax) 및 그 부근의 부분의 곡률이 제2곡선부분(C2)의 장축(Lmax) 및 그 부근의 부분의 곡률보다 크다. 단축(Lmin)의 양단에 있어서, 제1, 제2곡선부분(C1, C2)의 단(端)이 서로 매끄럽게 연결되어, 타원모양 폐곡선(C0)이 형성되어 있다. 타원모양 폐곡선(C0)은, 장축(Lmax)을 대칭축(對稱軸)으로 하고 있지만(장축(Lmax)에 대해서는 선대칭이다), 단축(Lmin)을 대칭축으로 하지 않고 있다(단축(Lmin)에 대해서는 비선대칭(非線對稱)이다).

본 예의 외치기어(3)는, 파동발생기(4)에 의하여 타원모양 폐곡선(C0)을 따른 형상으로 휘어진다. 휘어진 외치기어(3)는, 장축(Lmax)의 양단에 있어서 내치기어(2)에 맞물린다. 즉 장축(Lmax)의 양단에, 양 기어(2, 3)의 맞물림 부분(5a, 5b)이 형성된다. 맞물림 부분이 2곳 형성되므로, 파동발생기(4)가 1회전을 하는 사이에 내치기어(2)의 원주방향에 있어서의 동일위치를 양 기어(2, 3)의 맞물림 부분이 2번 통과한다.

타원모양 폐곡선(C0)의 제1곡선부분(C1)에 의하여 형성되는 맞물림 부분(도1(a)에 있어서는 맞물림 부분(5a))과 제2곡선부분(C2)에 의하여 형성되는 맞물림 부분(도1(a)에 있어서는 맞물림 부분(5b))에서는, 맞물림 상태가 다르고 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 따라서 파동기어장치(1)의 각도전달 오차에 포함되어 있는 입력회전(파동발생기(4)의 회전) 1회전당 2주기로 발생하는 2차 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

[실시형태2(롤러식의 파동발생기의 예)]

도3(a)는 실시형태2에 관한 파동기어장치를 나타내는 개략적인 끝면도이며, 도3(b)는 그 외치기어의 휨 형상을 규정하는 타원모양 폐곡선을 나타내는 설명도이다. 도4는 파동기어장치의 개략적인 종단면도이다. 실시형태2의 파동기어장치(31)는, 원환상의 강성의 내치기어(32)(강성 기어)와, 이 내치기어(32)의 내측에 배치된 컵 형상의 가요성의 외치기어(33)(가요성 기어)와, 이 가요성의 외치기어(33)의 내측에 배치된 6롤러 타입(6roller type)의 파동발생기(34)를 갖고 있다. 파동발생기(34)에 의하여 외치기어(33)는 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘어져, 그 장축(Lmax)의 양단의 2곳에는, 내치기어(32)에 맞물리는 맞물림 부분이 형성된다. 도3(a)에 있어서 1점쇄선으로 둘러싸는 부분이, 외치기어(33)에 있어서의 내치기어(32)에 맞물리고 있는 맞물림 부분(35a, 35b)이다.

6롤러 타입의 파동발생기(34)는, 중공 입력축(41)과, 이 중공 입력축(41)의 외주면에 동축으로 고정 혹은 중공 입력축(41)과 일체인 부품으로서 형성되어 있는 롤러 홀딩부재(roller holding部材)인 지지원반(42)과, 이 지지원반(42)에 부착되어 있는 6개의 롤러(51∼56)를 구비하고 있다. 롤러(51∼56)는, 외치기어(33)의 외치형성 부분의 내주면에 대하여 내측에서 접촉하고, 외치기어(33)를 타원모양 폐곡선(C10)을 따른 형상으로 휘고 있다. 롤러(51∼56)는, 회전중심(장치 중심축선)(31a)을 중심으로 하는 타원모양 폐곡선(C10)을 따라, 당해 타원모양 폐곡선(C10)에 내접(內接)하는 위치에 배치되어 있다.

도3(b)에 나타내는 바와 같이 타원모양 폐곡선(C10)은, 그 단축(Lmin)의 일방측(도면에 있어서의 상반부분)을 규정하는 제1곡선부분(C11)과, 단축(Lmin)의 타방측(도면에 있어서의 하반부분)을 규정하는 제2곡선부분(C12)에 의하여 규정되어 있다. 도3(b)에 있어서는, 단축(Lmin)에 대한 제1곡선부분(C11)의 선대칭의 곡선을 1점쇄선으로 나타냄과 아울러, 제1, 제2곡선부분(C11, C12)의 차이를 과장하여 나타내고 있다.

예를 들면 제1, 제2곡선부분(C11, C12)은, 서로 다른 형상의 타원곡선이지만, 둘레의 길이가 동일하고, 단축이 동일한 길이이다. 제1곡선부분(C11)의 장축(Lmax)의 위치 및 그 부근의 곡률은, 제2곡선부분(C12)의 장축(Lmax)의 위치 및 그 부근의 곡률보다 크다. 단축(Lmin)의 양단에 있어서, 제1, 제2곡선부분(C11, C12)이 대응하는 단이 서로 매끄럽게 연결되어, 타원모양 폐곡선(C10)이 형성되어 있다. 따라서 타원모양 폐곡선(C10)은, 장축(Lmax)을 대칭축으로 하고 있지만(장축(Lmax)에 대해서는 선대칭이다), 단축(Lmin)을 대칭축으로 하지 않고 있다(단축(Lmin)에 대해서는 비선대칭이다).

롤러(51∼56) 중, 롤러(51, 52, 53)는 단축(Lmin)에 대하여 일방측(도면에 있어서의 상측)에 배치되고, 롤러(54, 55, 56)는 타방측에 배치되어 있다. 롤러(51)는 장축(Lmax) 상에 위치하고, 롤러(52, 53)는, 동일한 사이즈의 롤러이고 장축(Lmax)에 대하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 마찬가지로, 롤러(54)는 장축(Lmax) 상에 위치하고, 롤러(55, 56)는, 동일한 사이즈의 롤러이고 장축(Lmax)에 대하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다.

예를 들면 롤러(51)와 롤러(54)는 동일한 사이즈이지만, 그들의 롤러중심은, 회전중심(장치 중심축선)(31a)으로부터의 거리가 약간 다르고 비점대칭(非点對稱)의 위치에 배치되어 있다. 롤러(52)와 롤러(55)는 동일한 사이즈이지만, 그들의 롤러중심은, 회전중심(장치 중심축선)(31a)으로부터의 거리가 약간 다르고 비점대칭의 위치에 배치되어 있다. 마찬가지로, 롤러(53)와 롤러(56)는 동일한 사이즈이지만, 그들의 롤러중심은, 회전중심(장치중심축선)(31a)으로부터의 거리가 약간 다르고 비점대칭의 위치에 배치되어 있다. 롤러의 사이즈를 변경함으로써, 비점대칭의 타원모양 폐곡선(C10)을 규정할 수도 있다.

이들의 롤러(51∼56)에 의하여 규정되는 타원모양 폐곡선(C10)은, 상기한 바와 같이 회전중심(31a)에 대하여 비점대칭의 형상이다. 즉 장축(Lmax)을 대칭축으로 하는 선대칭의 형상이지만, 단축(Lmin)에 대하여 비선대칭의 형상이다.

본 예의 파동기어장치(31)에 있어서도, 타원모양 폐곡선(C10)의 제1곡선부분(C11)에 의하여 형성되는 맞물림 부분(도3(a)에 있어서의 맞물림 부분(35a))과 제2곡선부분(C12)에 의하여 형성되는 타방의 맞물림 부분(도3(a)에 있어서의 맞물림 부분(35b))에서는, 맞물림 상태가 다르고 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 따라서 입력회전(파동발생기(34)의 회전) 1회전당 2주기로 발생하는 각도전달 오차의 2차 오차성분에 기인하는 파동기어장치(31)의 진동을 감소시킬 수 있다.

[실시형태3]

도5는 본 발명을 적용한 실시형태3에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다. 파동기어장치(120)는, 가장 내측에 강성의 외치기어(122)(강성 기어)가 배치되어 있다. 외치기어(122)를 동심모양으로 둘러싸는 상태로, 원환상의 가요성의 내치기어(123)(가요성 기어)가 배치되어 있다. 내치기어(123)를 동심모양으로 둘러싸는 상태로, 고리모양의 파동발생기(124)가 배치되어 있다.

내치기어(123)는, 파동발생기(124)에 의하여 예를 들면 실시형태1의 경우의 타원모양 폐곡선(C0)과 동일한 타원모양 폐곡선(C30)을 따른 형상으로 휘어져 있다. 파동발생기(124)에 의하여 휘어진 내치기어(123)에는, 타원모양 폐곡선(C30)에 있어서의 단축(Lmin)의 양단의 2곳에 외치기어(122)에 대한 맞물림 부분(125a, 125b)이 형성된다. 도5에 있어서 1점쇄선으로 둘러싸는 부분이, 맞물림 부분(125a, 125b)이다.

파동발생기(124)는 원환상의 강성 캠판(126)과, 이 내측에 장착된 웨이브 베어링(127)을 구비하고 있다. 또한 도면에 나타내는 예에서는, 웨이브 베어링(127)의 외륜은 강성 캠판(126)에 일체로 형성되어 있다. 강성 캠판(126)의 비원형 내주면(非圓形 內周面)(126a)은, 타원모양 폐곡선(C30)에 의하여 규정되어 있다.

파동발생기(124)에 의하여, 그 내측의 내치기어(123)는 타원모양으로 휘어지고, 그 타원모양의 형상의 단축(Lmin)의 양단에 위치하는 내치가, 내측의 외치기어(122)의 외치에 맞물려 있다. 예를 들면 파동발생기(124)를 모터 등의 회전 구동원에 의하여 회전하고, 외치기어(122)를 회전하지 않도록 고정하면, 양 기어(122, 123)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하고, 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에 발생한다. 이 회전을 내치기어(123)로부터 출력할 수 있다.

타원모양 폐곡선(C30)에 있어서의 단축의 양단 부분의 곡선부분은, 형상이 서로 다르다. 이들의 곡선부분에 의하여 휘어지는 내치기어(123)의 맞물림 부분(125a, 125b)의 형상도, 서로 다르다. 이 결과로, 맞물림 부분(125a, 125b)의 사이에서는, 외치기어(122)에 대한 맞물림 상태가 다르고 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 따라서 파동기어장치(120)의 각도전달 오차에 포함되어 있는 입력회전 1회전당 2주기로 발생하는 2차 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

[실시형태4]

도6은 실시형태4에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다. 파동기어장치(140)는, 강성의 내치기어(142)(강성 기어)와, 이 내측에 배치되어 있는 가요성의 외치기어(143)(가요성 기어)와, 이 내측에 끼워져 있는 비원형 윤곽의 파동발생기(144)를 갖고 있다. 외치기어(143)에 있어서의 외치가 형성되어 있는 부분은, 파동발생기(144)에 의하여 비원형으로 휘어져 있다.

파동발생기(144)는, 비원형 윤곽의 강성 캠판(146)과, 이 외주에 장착된 웨이브 베어링(147)을 구비하고 있다. 강성 캠판(146)의 비원형 외주면(146a)은, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 복수장소에 있어서 내접 가능한 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 본 예에서 비원형 외주면(146a)은, 3개의 잎 형상(3로브 형상(three robe 形狀))이고, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 3곳에 있어서 내접 가능한 폐곡선(C40)에 의하여 규정되어 있다. 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 4곳 이상의 복수장소에 있어서 내접 가능한 폐곡선에 의하여 비원형 외주면을 규정할 수도 있다.

이 형상의 파동발생기(144)에 의하여 외치기어(143)는, 당해 파동발생기(144)의 비원형 윤곽을 따른 형상으로 휘어져서, 120°의 각도 간격의 3곳에서 내치기어(142)에 대한 맞물림 부분(145a, 145b, 145c)이 형성되어 있다. 파동발생기(144)의 강성 캠판(146)의 비원형 외주면(146a)을 규정하는 폐곡선(C40)에 있어서, 맞물림 부분(145a∼145c)을 형성하는 3곳의 곡선부분(C40a, C40b, C40c)은, 서로 다른 형상으로 설정되어 있다. 이에 따라 3곳의 맞물림 부분(145a∼145c)에 있어서의 내치기어(142)와의 맞물림 상태도 서로 다르다.

파동발생기(144)에는 모터축 등의 고속회전 입력축이 연결된다. 파동발생기(144)가 회전하면, 양 기어(142, 143)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하고, 양 기어(142, 143)의 사이에는 그들의 톱니수 차이에 기인하는 상대회전이 발생한다. 예를 들면 내치기어(142)가 회전하지 않도록 고정되고, 외치기어(143)가 부하측의 부재에 연결되어, 외치기어(143)로부터 감속회전이 출력되어서 부하측의 부재로 전달된다. 이 경우의 양 기어(142, 143)의 톱니수 차이는 3n개(n은 양의 정수)로 설정된다.

내치기어(142)에 대한 외치기어(143)의 3곳의 맞물림 부분(145a∼145c)의 사이에서는, 서로 맞물림 상태가 다르고 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 따라서 파동기어장치(140)의 각도전달 오차에 포함되어 있는 입력회전 1회전당 3주기로 발생하는 3차 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

(실시형태5)

도7은 실시형태5에 관한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다. 이 도면에 나타내는 파동기어장치(160)는, 가요성의 내치기어(163)(가요성 기어)가 강성의 외치기어(162)(강성 기어)의 외측에 배치되어 있고, 내치기어(163)의 외주측에 비원형 윤곽의 내주면을 구비한 파동발생기(164)가 배치되어 있다.

파동발생기(164)는, 비원형 내주면(166a)을 구비한 강성 캠판(166)과, 이 비원형 내주면(166a)에 장착된 웨이브 베어링(167)을 구비하고 있다. 강성 캠판(166)의 비원형 내주면(166a)은, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 복수장소에 있어서 외접 가능한 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 본 예에서 비원형 내주면(166a)은, 3개의 잎 형상(3로브 형상)이고, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 3곳에 있어서 외접 가능한 폐곡선(C50)에 의하여 규정되어 있다. 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 4곳 이상의 복수장소에 있어서 외접 가능한 폐곡선에 의하여 비원형 내주면을 규정할 수도 있다.

이 형상의 파동발생기(164)에 의하여 내치기어(163)는, 당해 파동발생기(164)의 비원형 윤곽을 따른 형상으로 휘어져서, 120°의 각도 간격의 3곳에서 외치기어(162)에 대한 맞물림 부분(165a, 165b, 165c)이 형성된다. 파동발생기(164)의 비원형 내주면(166a)을 규정하는 폐곡선(C50)에 있어서, 맞물림 부분(165a∼165c)을 형성하는 3곳의 곡선부분(C50a, C50b, C50c)은, 서로 다른 형상으로 설정되어 있다. 이에 따라 3곳의 맞물림 부분(165a∼165c)에 있어서의 외치기어(162)에 대한 맞물림 상태도 서로 다르다.

예를 들면 파동발생기(164)를 모터 등의 회전 구동원에 의하여 회전하고, 외치기어(162)를 회전하지 않도록 고정해 두면, 양 기어(162, 163)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하고, 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에 발생한다. 이 회전을 내치기어(163)로부터 출력할 수 있다. 이 경우의 양 기어(162, 163)의 톱니수 차이는 3n개(n은 양의 정수)로 설정된다.

외치기어(162)에 대한 내치기어(163)의 3곳의 맞물림 부분(165a∼165c)의 사이에서는, 서로 맞물림 상태가 다르고 각도전달 오차의 아웃풋(타이밍, 크기)도 동일하게 되지 않는다. 따라서 파동기어장치(160)의 각도전달 오차에 포함되어 있는 입력회전 1회전당 3주기로 발생하는 3차 오차성분에 기인하는 진동을 감소시킬 수 있다.

[기타의 실시형태]

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 컵형의 파동기어장치에 한하지 않고, 실크햇형의 파동기어장치, 플랫형의 파동기어장치에도 동일하게 적용 가능하다.

또한 상기한 실시형태1, 2, 3에 있어서, 타원모양 폐곡선이 비점대칭의 형상이 되면 좋으므로, 당해 타원모양 폐곡선을 규정하는 제1, 제2곡선부분으로서, 각종의 형상을 채용할 수 있다. 예를 들면 특허문헌1에 있어서 제안되어 있는 플러그 형상과, 특허문헌2에 있어서 제안되어 있는 플러그 형상의 조합을 채용할 수 있다. 또한 특허문헌1에 기재되어 있는 종래의 플러그 형상으로부터 선택된 2종류의 플러그 형상을 사용할 수 있다.

Claims (9)

1. 강성 기어(剛性 gear)와,
   상기 강성 기어에 맞물림이 가능한 가요성 기어(可撓性 gear)와,
   상기 가요성 기어를 비원형(非圓形)으로 휘어서 상기 강성 기어에 대한 맞물림 부분을 형성하고, 상기 맞물림 부분을 상기 강성 기어의 원주방향으로 이동시키는 파동발생기(波動發生器)를
   갖고 있고,
   상기 파동발생기는, 상기 가요성 기어의 둘레방향에 있어서 등각도 간격(等角度 間隔)으로, 2곳 혹은 그 이상의 장소에 상기 맞물림 부분이 형성되도록, 상기 가요성 기어를 휘고 있고,
   적어도 2곳의 상기 맞물림 부분은, 그들의 형상(形狀)이 서로 다른
   파동기어장치(波動gear裝置).
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 강성 기어는 내치기어(內齒gear)이고, 상기 가요성 기어는 외치기어(外齒gear)인 파동기어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 파동발생기는, 상기 외치기어를 2곳에 상기 맞물림 부분이 형성되도록, 타원모양 폐곡선(楕圓狀 閉曲線)을 따른 형상으로 휘어 있고,
   상기 타원모양 폐곡선은 비점대칭(非点對稱)의 폐곡선인
   파동기어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 타원모양 폐곡선은, 상기 타원모양 폐곡선의 단축(短軸)을 대칭축(對稱軸)으로 하지 않고, 그 장축(長軸)만을 대칭축으로 하는 선대칭(線對稱)의 폐곡선인 파동기어장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 파동발생기는, 3곳에 상기 맞물림 부분이 형성되도록, 상기 외치기어를 비원형의 폐곡선을 따른 형상으로 휘어 있고,
   상기 폐곡선에 있어서, 상기 맞물림 부분의 각각을 규정하는 3곳의 곡선부분은, 그들의 형상이 서로 다른
   파동기어장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 파동발생기는,
   강성의 웨이브 플러그(wave plug) 및 상기 웨이브 플러그의 플러그 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착되는 웨이브 베어링(wave bearing)을 구비하고,
   상기 플러그 외주면의 윤곽 형상(輪廓 形狀)에 의하여 상기 외치기어의 비원형의 휨 형상이 규정되어 있는
   파동기어장치.
   
7. 제2항에 있어서,
   상기 파동발생기는,
   상기 외치기어의 내주면에 접촉하여 상기 외치기어를 비원형으로 휘는 복수 개의 롤러를 구비하고 있는 파동기어장치.
   
8. 외치기어를 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘어서, 상기 타원모양 폐곡선의 장축의 양단의 2곳에 있어서 내치기어에 대한 상기 외치기어의 맞물림 부분을 형성하고, 상기 맞물림 부분을 상기 내치기어의 원주방향으로 이동시키는 파동기어장치의 파동발생기로서,
   강성의 웨이브 플러그와,
   상기 웨이브 플러그의 플러그 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착되는 웨이브 베어링을
   구비하고 있고,
   상기 플러그 외주면의 윤곽 형상은, 상기 타원모양 폐곡선에 의거하여 규정되어 있고,
   상기 타원모양 폐곡선은, 상기 타원모양 폐곡선의 단축을 대칭축으로 하지 않고, 상기 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선인
   파동발생기.
   
9. 외치기어를 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘어서, 상기 타원모양 폐곡선의 장축의 양단의 2곳에 있어서 내치기어에 대한 상기 외치기어의 맞물림 부분을 형성하고, 상기 맞물림 부분을 상기 내치기어의 원주방향으로 이동시키는 파동기어장치의 파동발생기로서,
   상기 외치기어의 내주면에 접촉하여 상기 외치기어를 상기 타원모양 폐곡선을 따른 형상으로 휘기 위한 복수 개의 롤러와,
   복수의 상기 롤러를, 상기 타원모양 폐곡선에 내접(內接)하도록, 상기 타원모양 폐곡선을 따라 다른 위치에 지지하고 있는 롤러 홀딩부재(roller holding部材)를
   구비하고 있고,
   상기 타원모양 폐곡선은, 상기 타원모양 폐곡선의 단축을 대칭축으로 하지 않고, 상기 장축만을 대칭축으로 하는 선대칭의 폐곡선인
   파동발생기.

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