KR20190132510A

KR20190132510A - 파동기어장치

Info

Publication number: KR20190132510A
Application number: KR1020197032926A
Authority: KR
Inventors: 마사루 고바야시
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2017-06-16
Filing date: 2017-06-16
Publication date: 2019-11-27
Also published as: US10935121B2; EP3614019A4; CN110730878A; JPWO2018229987A1; JP6707312B2; KR102303733B1; TWI756410B; EP3614019B1; WO2018229987A1; CN110730878B; EP3614019A1; US20200158220A1; EP3614019C0; TW201905353A

Abstract

파동기어장치(1)는, 강성의 내치기어(2)와, 가요성의 외치기어(3)와, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기(4)를 갖고 있다. 파동발생기(4)는, 외치기어(3)를, 원주방향의 등각도 간격의 위치에 있어서 반경방향으로 휘어서, 내치기어(2)에 맞물리는 복수의 맞물림 부분을 형성하는 복수의 기어 가압부재(8)와, 기어 가압부재(8)의 각각에 반경방향으로 20kHz∼80kHz의 초음파 진동을 발생시키는 압전소자(9)를 구비하고 있다. 기어 가압부재(8)와 외치기어(3) 사이의 접촉부에 초음파 진동이 가해진다. 스퀴즈막 효과에 의하여 접촉부의 각 접촉면의 겉보기 마찰계수를 대폭적으로 내릴 수 있고, 파동발생기의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

Description

파동기어장치

본 발명은 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것으로서, 특히 가요성 기어(可撓性 gear)에 파동을 발생시키기 위한 파동발생기(波動發生器)의 회전토크(回轉torque)를 감소시킬 수 있는 파동기어장치에 관한 것이다.

파동기어장치는, 일반적으로 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)의 내측에 배치된 가요성의 외치기어(外齒gear)에 파동발생기에 의하여 파동운동을 발생시켜, 양 기어의 사이에 톱니수 차이에 따른 상대회전(相對回轉)을 발생시킨다. 파동발생기로서, 구름 접촉타입(rolling 接觸type)의 파동발생기가 사용되고 있다. 구름 접촉타입의 파동발생기는, 외치기어의 내측에, 구름 베어링(rolling bearing)을 통하여 장착된 타원모양 윤곽(楕圓狀輪廓)의 플러그(plug) 혹은 캠판(cam板)으로 불리는 회전체(回轉體)를 구비하고 있다. 외치기어는, 회전체의 타원모양 윤곽을 따라 타원모양으로 휘어져 내치기어에 대하여 부분적으로 맞물린다. 회전체를 모터 등에 의하여 회전하면, 맞물림 위치가 원주방향으로 이동한다(외치기어에 파동운동이 발생한다).

또한 고속회전 시의 고효율화 등을 목적으로 하여, 미끄럼 접촉타입(sliding 接觸type)의 파동발생기도 제안되어 있다. 특허문헌1, 2에는, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치가 제안되어 있다. 미끄럼 접촉타입의 파동발생기는, 외치기어의 내주면에 회전체, 예를 들면 플러그를 직접 접촉시켜, 당해 내주면을 따라 플러그를 미끄러지게 하여 외치기어에 파동운동을 발생시킨다. 이 미끄럼 접촉타입의 파동발생기는, 회전에 의한 점성저항(粘性抵抗)이 작고, 입력회전수에 의한 입력토크(入力torque)가 거의 변화하지 않는다는 이점이 있지만, 파동운동을 발생시키기 위한 회전토크가 크다는 결점이 있다.

미끄럼 접촉타입의 파동발생기에 있어서는, 이 회전토크를 감소시키기 위하여, 외치기어와 플러그의 접촉부에 대하여 그 형상의 개량, 표면개질, 접촉부 반경을 작게 하는 구조 등 여러가지 방법이 취해지고 있다. 그러나 충분한 효과는 얻어지지 않고 있다. 또한 구름 접촉타입의 파동기어장치에 있어서도, 회전토크의 추가적인 감소화에 대한 요구가 있다.

: 일본국 공개특허 특개2016-217391호 공보(컵형) : 일본국 공개특허 특개평08-4845호 공보(플랫형)

본 발명의 과제는, 파동발생기의 회전토크를 감소시킬 수 있는 구성을 구비한 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 파동기어장치는, 강성 기어와, 가요성 기어와, 파동발생기를 갖고 있다. 가요성 기어는, 강성 기어와 동축으로 배치되고, 강성 기어의 중심축선을 중심으로 당해 강성 기어에 대하여 상대회전 가능하다. 파동발생기는, 가요성 기어와 동축으로 배치되고, 가요성 기어에 대하여 중심축선을 중심으로 상대회전 가능하다. 또한 파동발생기는, 가요성 기어를, 원주방향의 등각도 간격의 위치에 있어서 반경방향으로 휘어서, 강성 기어에 맞물리는 복수의 맞물림 부분을 형성하는 복수의 기어 가압부와, 기어 가압부의 각각에 반경방향으로 초음파 진동을 발생시키는 가진부를 구비하고 있다.

파동발생기의 기어 가압부의 각각은, 초음파 진동을 가할 수 있는 상태로, 가요성 기어를 반경방향으로 가압하여 휜다. 예를 들면 미끄럼 접촉타입의 파동발생기의 경우에는, 기어 가압부재와 가요성 기어 사이의 미끄럼 접촉부에 초음파 진동, 예를 들면 20kHz∼80kHz의 초음파 진동이 가해진다. 이 결과로, 스퀴즈막 효과에 의하여 미끄럼 접촉부의 각 접촉면의 겉보기 마찰계수를 대폭적으로 내릴 수 있다. 또한 초음파 진동은, 가요성 기어와 강성 기어 사이의 맞물림 부분에도 전달되므로, 맞물림 치면의 겉보기 마찰계수도 대폭적으로 내릴 수 있다. 따라서 파동발생기의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

여기에서 파동발생기는, 중심축선을 회전중심으로 하는 플러그 혹은 캠판으로 불리는 회전체를 구비하고 있다. 기어 가압부로서, 회전체에 있어서의 원주방향의 등각도 간격의 위치에 반경방향으로 슬라이드 가능한 상태로 부착된 기어 가압부재를 사용할 수 있다. 가진부는, 회전체에 부착된 1개 혹은 복수 개의 1축방향으로 변위 가능한 압전소자를 사용할 수 있다. 압전소자를, 변위방향이 반경방향과 일치하는 상태로 기어 가압부재에 연결하여 두면 좋다.

파동기어장치는, 예를 들면 강성의 내치기어와, 가요성의 외치기어와, 외치기어를 타원모양으로 휘어서 내치기어에 대하여 장축 양단의 2곳에서 맞물리게 하는 파동발생기를 구비하고 있다. 이 경우에 파동발생기는, 회전체로서, 외치기어의 내측에 장착되고 타원형의 외주면을 구비한 강성 플러그를 갖고 있다. 플러그는, 타원형의 장축방향의 양측의 단부를 제외하는 부분을 형성하고 있는 플러그 본체부재와, 장축방향의 양측의 단부를 각각 형성하고 있는 2개의 기어 가압부재와, 1개 또는 복수 개의 압전소자로 구성할 수 있다. 기어 가압부재의 각각은, 장축방향으로 슬라이드 가능한 상태로 플러그 본체부재에 부착된다. 또한 압전소자는, 기어 가압부재의 사이의 위치에 있어서 변위방향이 장축방향과 일치하는 방향이 되도록, 플러그 본체부재에 부착된다.

이 경우에 기어 가압부재는, 타원모양으로 휘어진 외치기어로부터의 반력을 압전소자에 예비부하로서 건 상태가 형성되도록, 플러그 본체부재에 조립할 수 있다. 이에 따라 외력으로서 인장력이, 압전소자에 가해지지 않는 구조로 할 수 있다.

타원모양의 강성 플러그에 있어서 그 장축방향의 양단의 기어 가압부재의 외주면의 둘레방향 길이는, 장축을 중심으로 하여 좌우로 30deg∼40deg, 바람직하게는 35deg의 각도를 이루는 길이로 할 수 있다. 파동기어장치의 부하 시의 레이디얼 하중분포를 고려하면, 장축을 중심으로 하여 좌우로 대략 35deg의 각도 범위 내의 부분에 큰 레이디얼 하중이 작용한다. 레이디얼 하중이 큰 부분에 대하여, 장축방향으로 초음파 진동을 가할 수 있고, 이에 따라, 파동발생기의 회전토크를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한 기어 가압부재를 슬라이드 가능하게 지지하고 있는 플러그 본체부재측에 있어서, 기어 가압부재를 장축방향으로 확실하게 가이드하기 위한 충분한 가이드부도 확보할 수 있다.

다음에 본 발명은, 가요성 기어에 대하여 구름 접촉하는 파동발생기를 구비한 파동기어장치에도 적용할 수 있다. 예를 들면 가요성의 외치기어를 타원모양으로 휘고, 강성의 내치기어에 대하여 부분적으로 맞물리게 하는 파동발생기는, 그 회전체(플러그 혹은 캠판)의 타원모양의 외주면과 외치기어의 내주면 사이에 장착된 구름 베어링을 구비하고 있다. 이 경우에 파동기어장치에 있어서의 장축의 방향의 각 부분은, 무부하 시 및 부하 시 모두에 각 구성부가 접촉하고 있으므로, 장축방향의 초음파 진동은 각 부(파동발생기의 구름 베어링의 궤도부, 구름 베어링의 외륜과 내치기어의 내주면, 치면)에 전달된다. 따라서 회전체의 타원모양의 외주면에 볼, 롤러를 전동시켜서 파동을 발생시키는 구름 접촉타입의 파동발생기를 갖는 파동기어장치에 있어서도, 파동발생기의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

도1에 있어서, (a)는 2개의 압전소자를 구비한 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 갖는 파동기어장치의 개략적인 종단면도이며, (b)는 그 개략적인 끝면도이다.
도2에 있어서, (a)는 2개의 압전소자를 구비한 구름 접촉타입의 파동발생기를 갖는 파동기어장치의 개략적인 종단면도이며, (b)는 그 개략적인 끝면도이다.
도3a는, 1개의 압전소자를 구비한 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 갖는 파동기어장치의 개략적인 끝면도이다.
도3b는, 1개의 압전소자를 구비한 구름 접촉타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치의 개략적인 끝면도이다.
도4a는, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도4b는, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치의 다른 예를 나타내는 설명도이다.
도4c는, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치의 다른 예를 나타내는 설명도이다.

이하에, 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. 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.

도1(a)는 본 발명의 실시형태에 관한 파동기어장치의 개략적인 종단면도이며, 도1(b)는 그 개략적인 끝면도이다. 파동기어장치(1)는, 원환상의 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(2)(강성 기어(剛性 gear))와, 이 내측에 동축(同軸)으로 배치된 컵 형상(cup 形狀)의 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)(3)(가요성 기어(可撓性 gear))와, 이 내측에 동축으로 삽입된 파동발생기(波動發生器)(4)를 구비하고 있다. 내치기어(2)와 외치기어(3)는, 도면에 나타내지 않은 지지부재에 의하여 장치 중심축선(1A)을 중심으로 하여 상대회전 가능한 상태로 지지된다. 외치기어(3)에 있어서의 외치(3a)가 형성되어 있는 원통모양 몸통부의 내주면(3b)에, 파동발생기(4)가 미끄럼 접촉(sliding 接觸)의 상태로 삽입되어 있다. 외치기어(3) 및 파동발생기(4)도, 장치 중심축선(1A)을 중심으로 하여 상대회전 가능하다.

파동발생기(4)는, 외치기어(3)를, 타원형을 따른 형상으로 휘어 타원형의 장축(Lmax)의 양단(兩端)의 위치에서 내치기어(2)에 맞물리게 하고 있다. 파동발생기(4)가 회전하면, 외치기어(3)의 내치기어(2)에 대한 2곳의 맞물림 부분(5a, 5b)이 내치기어(2)의 원주방향으로 이동한다. 이에 따라, 양 기어(2, 3)의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어(2, 3)의 사이에 발생한다.

파동발생기(4)는, 타원형의 외주면을 구비한 강성 플러그(剛性 plug)(6)(회전체(回轉體))를 갖고 있다. 플러그(6)는, 타원형의 장축(Lmax)방향의 양측의 단부(端部)를 제외하는 부분을 형성하고 있는 플러그 본체부재(plug 本體部材)(7)와, 장축(Lmax)방향의 양측의 단부를 각각 형성하고 있는 2개의 기어 가압부재(gear 加壓部材)(8)로 구성되어 있다. 또한 플러그(6)는, 기어 가압부재(8)에 장축(Lmax)방향으로 초음파 진동(超音波振動)을 발생시키는 2개의 압전소자(壓電素子)(9)(가진부(加振部))를 구비하고 있다. 압전소자(9)로부터는 급전용(給電用)의 라인(line)(10a, 10b)이 인출되어 있다. 도면에 나타내지 않은 제어부에 의하여, 압전소자(9)의 구동이 제어된다.

플러그 본체부재(7)는, 장축(Lmax), 단축(Lmin)의 각각에 대하여 선대칭의 형상을 하고 있고, 그 중심에는, 모터축 등의 입력축을 연결고정하기 위한 축구멍(11)이 형성되어 있다. 플러그 본체부재(7)에 있어서 축구멍(11)에 대하여 장축(Lmax)방향의 양측에는, 각각 압전소자(9) 및 기어 가압부재(8)를 장착하기 위한 장착용 오목부(裝着用凹部)(12)가 형성되어 있다. 플러그 본체부재(7)에 있어서 장착용 오목부(12)의 양측의 외주면 부분(13)은, 타원모양의 외주면을 규정하고 있다. 장착용 오목부(12)의 각각에는, 광폭의 외주측 오목부(12a)와 좁은 폭의 중심측 오목부(12b)가 형성되어 있다.

중심측 오목부(12b)의 각각에는, 압전소자(9)가 각각 장착되어 있다. 압전소자(9)는 1축의 초음파 진동(진동 주파수가 20kHz∼80kHz)을 발생한다. 예를 들면 4각기둥, 원기둥, 링 형상을 한 적층타입의 압전소자이다. 압전소자(9)는, 진동방향이 장축(Lmax)방향과 일치하는 상태로 중심측 오목부(12b)에 장착되고, 그 오목부 바닥면(12f)에 의하여 지지되어 있다. 기어 가압부재(8)는, 외주측 오목부(12a) 및 중심측 오목부(12b)의 일부에 삽입 가능한 형상을 하고 있고, 그 외주면(8a)은, 플러그(6)의 타원형의 외주면에 있어서의 장축(Lmax)방향의 끝부분(端部分)을 규정하고 있다.

기어 가압부재(8)의 측면은, 장착용 오목부(12)의 단차모양 측면과 상보적(相補的)인 형상을 하고 있다. 기어 가압부재(8)에 있어서의 장축(Lmax)방향으로 연장되는 좌우의 측면부분(8b, 8c)은, 장착용 오목부(12)의 좌우의 단차모양 측면에 있어서의 측면부분(12c, 12d)에 접촉하고 있다. 이들의 측면부분(8b, 8c, 12c, 12d)이, 기어 가압부재(8)를 장축(Lmax)방향으로만 변위(슬라이드)시키는 가이드부로서 기능을 한다.

장착용 오목부(12)의 좌우의 단차모양 측면에 있어서의 외측을 향하는 단차면 부분(12e)에 의하여, 기어 가압부재(8)의 장축(Lmax)방향의 위치가 규정된다. 본 예에서는, 타원모양으로 휜 외치기어(3)로부터 기어 가압부재(8)에 작용하는 반력(反力)이, 압전소자(9)에 예비부하(豫備負荷)로서 걸리는 상태로 형성된다. 기어 가압부재(8)의 좌우의 턱부분(8e)이 단차면 부분(12e)에 접촉한 상태에서, 그 외주면(8a)이 플러그 본체부재(7)측의 외주면 부분(13)에 매끄럽게 연결되고, 기어 가압부재(8)의 바닥면(8f)에 의하여 압전소자(9)의 선단면(先端面)(9a)이 가압된 상태가 된다.

기어 가압부재(8)의 외주면(8a)의 둘레방향 길이는, 장축(Lmax)을 중심으로 하여 좌우로 35deg의 각도(θ)를 이루는 길이로 설정되어 있다. 파동기어장치(1)의 부하 시의 레이디얼 하중분포(radial 荷重分怖)를 고려하면, 이 각도 범위 내의 부분에 큰 레이디얼 하중이 작용한다. 레이디얼 하중이 큰 부분에 대하여 장축(Lmax)방향으로 초음파 진동을 가할 수 있다. 또한 기어 가압부재(8)를 슬라이드 가능하게 지지하고 있는 플러그 본체부재(7)측에 있어서, 기어 가압부재(8)를 장축방향으로 확실하게 가이드하기 위한 충분한 가이드부를 확보할 수 있다.

파동기어장치(1)에 있어서, 파동발생기(4)의 플러그(6)에 있어서의 장축(Lmax)의 양단에 위치하는 기어 가압부재(8)에 의하여 외치기어(3)가 타원모양으로 휘어져, 내치기어(2)에 대하여 2곳의 맞물림 부분(5a, 5b)이 형성된다. 플러그(6)가 모터 등에 의하여 회전하면, 외치기어(3)의 내주면(3b)에 미끄럼 접촉하고 있는 기어 가압부재(8)도 함께 회전하고, 맞물림 부분(5a, 5b)이 원주방향으로 이동한다. 맞물림 부분(5a, 5b)이 1바퀴 돌면, 양 기어(2, 3)의 톱니수 차이만큼 양 기어(2, 3)의 사이에 상대회전이 발생한다. 내치기어(2)와 외치기어(3) 사이의 톱니수 차이는 2n개(n : 양의 정수)이다. 예를 들면 내치기어(2)를 회전하지 않도록 고정하면, 외치기어(3)로부터 감속회전을 출력할 수 있다.

파동기어장치(1)의 운전 시에는, 압전소자(9)에 급전(給電)하여 초음파 진동을 발생시킨다. 압전소자(9)에 접촉하고 있는 기어 가압부재(8)에 초음파 진동이 가해진다. 이 결과로, 스퀴즈막 효과(squeeze膜效果)에 의하여 기어 가압부재(8)의 외주면(8a)과 외치기어(3)의 내주면(3b) 사이의 접촉부에 있어서, 각 접촉면의 겉보기 마찰계수(apparent friction coefficient)가 대폭적으로 내려 간다. 이에 따라, 파동발생기(4)의 회전토크를 감소시킬 수 있다. 또한 압전소자(9)로서 적층 압전 세라믹소자를 사용함으로써, 플러그(6)의 강성의 향상, 그 경량화에도 효과가 있다.

본 발명자의 시험에 의하면, 이하의 표에 나타나는 바와 같이 기어 가압부재(8)와 파동발생기(4) 사이의 접촉면의 마찰계수를 대폭적으로 감소시킬 수 있는 것이 확인되었다. 또한 기어 가압부재(8)를 초음파 진동시키는 경우에, 즉 진동 주파수가 20kHz 이상의 경우에는, 파동기어장치(1)의 진동, 소음에, 실용상에 있어서 장해가 되도록 하는 영향이 발생하지 않는 것도 확인되었다.

[기타의 실시형태]

본 발명은, 구름 접촉타입(rolling 接觸type)의 파동발생기를 구비한 파동기어장치에도 유효하다. 도2(a)는 2개의 압전소자를 구비한 구름 접촉타입의 파동발생기를 갖는 파동기어장치의 개략적인 종단면도이며, (b)는 그 개략적인 끝면도이다. 파동기어장치(1A)는, 강성의 내치기어(2A)와, 가요성의 외치기어(3A)와, 구름 접촉타입의 파동발생기(4A)를 구비하고 있다. 파동발생기(4A)는, 타원형의 외주면을 구비한 강성 플러그(6A)(회전체)와, 이 외주면에 장착한 구름 베어링(rolling bearing)(16)을 갖고 있다. 구름 베어링(16)은, 예를 들면 볼 베어링(ball bearing)이다. 롤러 베어링(roller bearing)을 사용할 수도 있다.

플러그(6A)는, 타원형의 장축(Lmax)방향의 양측의 단부를 제외하는 부분을 형성하고 있는 플러그 본체부재(7A), 장축(Lmax)방향의 양측의 단부를 각각 형성하고 있는 2개의 기어 가압부재(8A)로 구성되어 있다. 또한 플러그(6A)는, 기어 가압부재(8A)에 장축(Lmax)방향으로 초음파 진동을 발생시키는 2개의 압전소자(9A)(가진부)를 구비하고 있다. 기어 가압부재(8A)는, 플러그 본체부재(7A)에 대하여 장축(Lmax)방향으로만 슬라이드 가능하게 부착되어 있다.

이 경우에 파동기어장치(1A)에 있어서의 장축방향의 각 부분은, 무부하 시 및 부하 시 모두에 각 구성부가 접촉하고 있으므로, 장축(Lmax)방향의 초음파 진동은 각 부(파동발생기의 구름 베어링의 궤도부, 구름 베어링의 외륜과 내치기어의 내주면, 치면)에 전달된다. 따라서 플러그(6A)의 타원모양의 외주면에 볼, 롤러를 전동(轉動)시켜서 파동을 발생시키는 구름 접촉타입의 파동발생기(4A)를 갖는 파동기어장치(1A)에 있어서도, 파동발생기(4A)의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

도1, 2에 나타내는 파동기어장치(1, 1A)에서는, 2개의 압전소자(9) 혹은 2개의 압전소자(9A)를 사용하고 있다. 압전소자는 1개이더라도 좋다. 예를 들면 도3a에 나타내는 파동기어장치(1B)는, 강성의 내치기어(2B)와, 가요성의 외치기어(3B)와, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기(4B)를 구비하고 있다. 파동발생기(4B)는 강성 플러그(6B)를 구비하고, 이 플러그(6B)는, 플러그 본체부재(7B)에 장축(Lmax)방향을 따라 중심을 지나는 연속된 장착용 오목부(12B)가 형성되어 있다. 장착용 오목부(12B)에 있어서, 좁은 폭의 부분에 1개의 압전소자(9B)가 장착되고, 양측의 광폭의 부분에 기어 가압부재(8B)가 장착된다. 압전소자(9B)를 사이에 두고, 그 양측에 기어 가압부재(8B)가 배치된 상태가 형성된다.

도3b에 나타내는 파동기어장치(1C)는, 강성의 내치기어(2C)와, 가요성의 외치기어(3C)와, 1개의 압전소자를 구비한 구름 접촉타입의 파동발생기(4C)를 갖고 있다. 파동발생기(4C)는, 강성 플러그(6C)와, 플러그(6C)의 타원형의 외주면에 장착된 구름 베어링(16C)을 구비하고 있다. 플러그(6C)는, 플러그 본체부재(7C)에 장축(Lmax)방향을 따라 중심을 지나는 연속된 장착용 오목부(12C)가 형성되어 있다. 장착용 오목부(12C)의 좁은 폭의 부분에 1개의 압전소자(9C)가 장착되고, 양측의 광폭의 부분에 기어 가압부재(8C)가 장착된다. 압전소자(9C)를 사이에 두고, 그 양측에 기어 가압부재(8C)가 배치된 상태가 형성된다.

다음에, 도4a는 본 발명을 적용한 파동기어장치의 다른 예를 나타내는 설명도이다. 파동기어장치(100A)는, 가장 내측에 강성의 외치기어(122)(강성 기어)가 배치되어 있다. 외치기어(122)를 동축으로 둘러싸는 상태로, 원환상의 가요성의 내치기어(123)(가요성 기어)가 배치되어 있다. 내치기어(123)를 동축으로 둘러싸는 상태로, 고리모양의 파동발생기(124)가 배치되어 있다.

내치기어(123)는, 파동발생기(124)에 의하여, 예를 들면 타원형으로 휘어져 있다. 파동발생기(124)에 의하여 휘어진 내치기어(123)에는, 타원형의 단축(Lmin)의 양단의 2곳에 외치기어(122)에 대한 맞물림 부분이 형성된다. 도4a에 있어서 1점쇄선으로 둘러싸는 부분이, 맞물림 부분(125a, 125b)이다.

파동발생기(124)는 원환상의 강성의 캠판(126)(회전체)을 구비하고 있다. 캠판(126)의 내주면(126a)은 타원형을 하고 있다. 캠판(126)은, 캠판 본체부재(127)와, 캠판 본체부재(127)에 있어서의 단축(Lmin)방향의 양측의 부분에 장착된 기어 가압부재(128)와, 기어 가압부재(128)에 단축(Lmin)방향의 초음파 진동을 가하는 압전소자(129)(가진부)로 구성되어 있다. 기어 가압부재(128)에 초음파 진동을 가함으로써, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기(124)의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 파동기어장치(100A)에 있어서 구름 접촉타입의 파동발생기를 구비하고 있는 경우에도 적용 가능하다. 이 경우의 파동발생기는, 원환상의 강성의 캠판(회전체)과, 이 내측에 장착된 구름 베어링을 구비한 구성으로 된다.

다음에 본 발명은, 3곳 이상에서 강성 기어에 가요성 기어가 맞물리는 파동기어장치에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들면 내치기어와 외치기어 사이에, 3곳에서 톱니의 맞물림이 형성되는 파동기어장치에도 적용될 수 있다. 도4b에 나타내는 파동기어장치(100B)는, 강성의 내치기어(142)(강성 기어)와, 이 내측에 배치되어 있는 가요성의 외치기어(143)(가요성 기어)와, 이 내측에 삽입되어 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 플러그(146)를 구비하고 있다. 플러그(146)의 비원형 외주면(146a)은, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 복수 장소에 있어서 내접 가능한 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 본 예에서 비원형 외주면(146a)은, 3로브 형상(3robe 形狀)으로서, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 3곳에서 내접 가능한 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 이 형상의 플러그(146)에 의하여 외치기어(143)는, 비원형으로 휘어져서, 120°의 각도 간격의 3곳에서 내치기어(142)에 대한 맞물림 부분(145a, 145b, 145c)이 형성된다.

플러그(146)는, 3곳의 로브부분(robe部分)을 제외하는 부분을 형성하고 있는 플러그 본체부재(147)와, 로브부분을 각각 형성하고 있는 3개의 기어 가압부재(148)로 구성되어 있다. 또한 파동발생기(144)는, 기어 가압부재(148)에 반경방향으로 초음파 진동을 발생시키는 압전소자(149)(가진부)를 구비하고 있다. 기어 가압부재(148)에 초음파 진동을 가함으로써 미끄럼 접촉타입의 파동발생기(144)의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 도4c에 나타내는 파동기어장치에도 적용 가능하다. 이 도면에 나타내는 파동기어장치(100C)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 강성의 캠판(166)을 갖고 있다. 캠판(166)의 비원형 내주면(166a)은, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 3곳에서 외접 가능한 폐곡선에 의하여 규정되어 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. 캠판(166)은, 캠판 본체부재(167)와, 3개의 기어 가압부재(168)로 구성되어 있다. 또한 캠판(166)은, 기어 가압부재(168)에 반경방향으로 초음파 진동을 발생시키는 압전소자(169)(가진부)를 구비하고 있다. 기어 가압부재(168)에 초음파 진동을 가함으로써, 미끄럼 접촉타입의 파동발생기(164)의 회전토크를 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 4곳 이상에서 가요성 기어를 강성 기어에 맞물리게 하는 파동기어장치에도 적용 가능하다. 이 경우에는, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 동일한 간격의 4곳 이상의 복수 장소에서 내접 또는 외접 가능한 폐곡선에 의하여 비원형 외주면 혹은 비원형 내주면을 규정하면 좋다.

Claims

강성 기어(剛性 gear)와,
상기 강성 기어와 동축(同軸)으로 배치되고, 상기 강성 기어의 중심축선을 중심으로 상기 강성 기어에 대하여 상대회전 가능한 가요성 기어(可撓性 gear)와,
상기 가요성 기어와 동축으로 배치되고, 상기 가요성 기어에 대하여 상기 중심축선을 중심으로 상대회전 가능한 파동발생기(波動發生器)를
갖고 있고,
상기 파동발생기는,
상기 가요성 기어를, 원주방향의 등각도 간격의 위치에 있어서 반경방향으로 휘어서, 상기 강성 기어에 맞물리는 복수의 맞물림 부분을 형성하는 복수의 기어 가압부(gear 加壓部)와,
상기 기어 가압부의 각각에, 상기 반경방향으로 20kHz∼80kHz의 초음파 진동(超音波振動)을 발생시키는 가진부(加振部)를
구비하고 있는
파동기어장치(波動gear裝置).
제1항에 있어서,
상기 파동발생기는, 상기 중심축선을 회전중심으로 하는 회전체(回轉體)를 구비하고,
상기 기어 가압부는, 상기 회전체에 있어서의 원주방향의 등각도 간격의 위치에, 상기 반경방향으로 슬라이드 가능한 상태로 부착된 기어 가압부재(gear 加壓部材)이며,
상기 가진부는, 상기 회전체에 부착된 1개 혹은 복수 개의 1축방향으로 변위 가능한 압전소자(壓電素子)이며,
상기 압전소자는, 변위방향이 상기 반경방향과 일치하는 상태로 상기 기어 가압부재에 연결되어 있는
파동기어장치.
제2항에 있어서,
상기 강성 기어는 내치기어(內齒gear)이며,
상기 가요성 기어는, 상기 내치기어의 내측에 배치된 외치기어(外齒gear)이며,
상기 파동발생기는, 상기 회전체로서, 상기 외치기어의 내측에 장착되고 타원형의 외주면을 구비한 강성 플러그(剛性 plug)를 갖고 있고,
상기 강성 플러그는,
상기 타원형의 장축방향의 양측의 단부(端部)를 제외하는 부분을 형성하고 있는 플러그 본체부재(plug 本體部材)와,
상기 장축방향의 양측의 단부를 각각 형성하고 있는 2개의 상기 기어 가압부재를
구비하고 있고,
상기 기어 가압부재의 각각은, 상기 장축방향으로 슬라이드 가능한 상태로 상기 플러그 본체부재에 부착되어 있고,
상기 압전소자는, 상기 기어 가압부재 사이의 위치에 있어서 변위방향이 상기 장축방향과 일치하는 방향이 되도록, 상기 플러그 본체부재에 부착되어 있는
파동기어장치.
제3항에 있어서,
상기 압전소자에는, 예비부하(豫備負荷)가 압축력으로서 작용하고 있고,
상기 예비부하는, 상기 기어 가압부재를 통하여 상기 압전소자에 작용하는, 상기 타원형으로 휘어진 상기 외치기어로부터의 반력(反力)인
파동기어장치.
제3항에 있어서,
상기 기어 가압부재의 외주면의 둘레방향 길이는, 상기 타원형의 장축을 중심으로 하여 좌우로 30deg∼40deg의 각도 범위의 길이인 파동기어장치.
제3항에 있어서,
상기 파동발생기는, 상기 강성 플러그의 상기 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착된 구름 베어링(rolling bearing)을 구비하고 있는 파동기어장치.