KR20200032741A

KR20200032741A - 파동기어장치의 웨이브 베어링

Info

Publication number: KR20200032741A
Application number: KR1020207006107A
Authority: KR
Inventors: 노리오 시로코시
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2020-03-26
Also published as: TW201920844A; WO2019049296A1; US20200173532A1; JPWO2019049296A1; EP3680513A1; CN111051733A; EP3680513A4

Abstract

파동기어장치(1)의 파동발생기(4)는, 강성 캠판(6)과, 강성 캠판(6)의 타원모양 외주면(7)과 외치기어(3)의 내주면 사이에 장착되고 강성 캠판(6)과 외치기어(3)를 상대회전할 수 있는 상태로 지지하고 있는 웨이브 베어링(8)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(8)은, 반경방향으로 휘어질 수 있는 내륜(9)·외륜(10)을 구비한 총볼형의 볼베어링으로 이루어진다. 웨이브 베어링(8)은 리테이너가 구비되어 있지 않아서, 리테이너의 칸막이 벽에 의하여 볼 궤도 내에 삽입되는 볼의 개수가 제약을 받지 않고, 최대 수의 볼을 장착할 수 있다. 큰 하중용량의 웨이브 베어링(8)을 실현할 수 있어, 파동기어장치(1)의 고하중 운전 시에 신뢰성이 높아지게 된다.

Description

파동기어장치의 웨이브 베어링

본 발명은 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 파동기어장치의 파동발생기(波動發生器)의 웨이브 베어링(wave bearing)에 관한 것이다.

파동기어장치의 웨이브 베어링으로서, 반경방향으로 휘어질 수 있는 내외륜(內外輪)의 사이에, 다수 개의 볼이 리테이너(retainer)에 의하여 일정한 간격이 되도록 지지되어 있는 볼베어링(ball bearing)이 사용되고 있다. 특허문헌1에는, 볼베어링으로 이루어지는 웨이브 베어링을 구비한 파동감속기(波動減速機)가 개시되어 있다.

: 일본국 공개특허 특개2017―36747호 공보

볼베어링으로 이루어지는 웨이브 베어링에서는, 리테이너에 의하여 인접하는 볼의 간격이 일정하게 지지된다. 리테이너는 원주방향으로 일정한 간격으로 소정 두께의 칸막이 벽을 구비하고, 인접하는 칸막이 벽의 사이가 1개씩 볼을 지지하기 위한 포켓(pocket)으로 되어 있다. 따라서 내외륜의 사이에 삽입할 수 있는 볼의 개수가 칸막이 벽에 의하여 제약된다.

특허문헌1에 개시된 웨이브 베어링에 있어서는, 그 수명을 연장시키기 위하여 볼 사이의 간극치수를 작게 하여 볼의 개수를 늘려서, 정격하중(부하용량)을 높이고 있다. 바꾸어 말하면, 리테이너의 칸막이 벽을 얇게 하여 볼의 개수를 늘리고 있다. 그러나 리테이너의 칸막이 벽에 의하여 볼의 개수가 제약되는 것에는 변함이 없다.

본 발명의 목적은, 웨이브 베어링의 하중용량을 올려서 고하중 운전 시의 신뢰성을 높일 수 있는 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 파동기어장치의 웨이브 베어링으로서, 지금까지 착안되지 않았던 반경방향으로 휘어질 수 있는 내외륜을 구비한 총볼형의 볼베어링(full complement ball bearing)을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.

즉 본 발명은, 강성기어와, 가요성 기어와, 가요성 기어를 비원형으로 휘어지게 하여 강성기어에 부분적으로 맞물리게 하여 가요성 기어의 강성기어에 대한 맞물림 위치를 강성기어의 원주방향으로 이동시키기 위한 파동발생기를 구비한 파동기어장치에 있어서, 파동발생기는, 비원형 외주면 혹은 비원형 내주면을 구비한 강성 캠판과, 비원형 외주면과 가요성 기어의 내주면 사이 혹은 비원형 내주면과 가요성 기어의 외주면 사이에 장착되고 강성 캠판과 가요성 기어를 상대회전할 수 있는 상태로 지지하고 있는 웨이브 베어링을 구비하고 있고, 웨이브 베어링은, 반경방향으로 휘어질 수 있는 내륜·외륜을 구비한 총볼형의 볼베어링이다.

본 발명의 파동기어장치에 있어서의 웨이브 베어링은 리테이너가 구비되어 있지 않아서, 내외륜 사이의 볼 궤도 내에 있어서 인접하는 볼이 서로 접하고 있다. 인접하는 볼이 서로 구름 접촉(rolling contact)하면서 강성 캠판과 가요성 기어가 상대회전한다. 리테이너의 칸막이 벽에 의하여 내외륜 사이의 볼 궤도에 장착되는 볼의 개수가 제약을 받지 않아서, 최대 수의 볼을 장착할 수 있다. 따라서 큰 하중용량의 웨이브 베어링을 실현할 수 있어, 파동기어장치의 고하중 운전 시에 신뢰성이 높아지게 된다. 특히 본 발명의 웨이브 베어링은 저속·고하중 운전을 실시하는 파동기어장치에 적합하다.

또한 리테이너를 구비한 웨이브 베어링에 있어서는, 내외륜은 강성 캠판에 의하여 비원형으로 휘어지게 되지만, 내외륜 사이의 리테이너는 원환 형상의 상태이다. 반경방향으로 휘어지는 내외륜이 리테이너에 간섭하지 않도록 내외륜의 휨량을 제한할 필요가 있다. 저감속비 설계의 파동기어장치인 경우에는, 톱니수가 적은 강성기어 및 가요성 기어가 사용되어, 가요성 기어의 반경방향의 휨량이 커지게 된다. 내외륜의 휨량도 커지게 되어 리테이너에 간섭할 우려가 있다. 본 발명에 의하면, 리테이너가 구비되어 있지 않기 때문에, 내외륜과 리테이너 사이의 간섭에 의한 제약을 받지 않아서, 가요성 기어의 휨량을 크게 할 수 있다. 따라서 본 발명은, 저감속비 설계의 파동기어장치에 적용하는 데에 유리하다.

또 내외륜 사이의 볼 궤도에 볼을 삽입하기 위하여 내외륜의 일방 혹은 쌍방에, 볼 궤도에 내외륜의 외측으로부터 볼을 삽입하기 위한 반원모양의 노치가 형성된다.

[도1a] 본 발명을 적용한 컵형의 파동기어장치를 나타내는 종단면도이다.
[도1b] 도1a의 파동기어장치의 끝면도이다.
[도2a] 본 발명을 적용한 플랫형의 파동기어장치를 나타내는 종단면도이다.
[도2b] 도2a의 파동기어장치의 끝면도이다.
[도3a] 본 발명을 적용한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.
[도3b] 본 발명을 적용한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.
[도3c] 본 발명을 적용한 파동기어장치를 나타내는 설명도이다.

도1a는 본 발명을 적용한 컵형(cup型)의 파동기어장치(波動gear裝置)의 일례를 나타내는 종단면이고, 도1b는 그 끝면도이다. 본 발명은, 실크햇형(silk hat型)의 파동기어장치에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

본 실시형태에 관한 파동기어장치(1)는, 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(2)(강성기어)와, 그 내측에 배치되어 있는 컵 형상을 한 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)(3)(가요성 기어)와, 그 내측에 끼워져 있는 타원형 윤곽의 파동발생기(波動發生器)(4)를 갖고 있다. 외치기어(3)에 있어서의 외치(3a)가 형성되어 있는 원통모양의 부분은, 파동발생기(4)에 의하여 타원형으로 휘어져 있다. 외치(3a)에 있어서의 타원형의 장축(Lmax) 방향의 양단부분이, 원환모양의 내치기어(2)의 내치(2a)에 맞물려 있다.

파동발생기(4)는, 회전입력축(5)의 외주면에 고정된 강성 캠판(剛性 cam板)(6)과, 강성 캠판(6)의 타원모양 외주면(7)(비원형 외주면)에 장착된 웨이브 베어링(wave bearing)(8)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(8)은, 강성 캠판(6)에 의하여 타원형으로 휘어진 상태에서 외치기어(3)의 내측에 끼워져 있어, 외치기어(3)와 강성 캠판(6)을 상대회전할 수 있는 상태로 지지하고 있다.

웨이브 베어링(8)은 총볼형의 볼베어링(full complement ball bearing)으로 이루어지고, 예를 들면 총볼형의 딥 그루브 볼베어링(deep groove ball bearing)으로 이루어진다. 즉 웨이브 베어링(8)은, 반경방향으로 휘어질 수 있는 원형의 내륜(內輪)(9) 및 반경방향으로 휘어질 수 있는 원형의 외륜(外輪)(10)과, 이들의 사이에 형성되는 원환모양의 볼 궤도에 전동(轉動)할 수 있는 상태로 삽입되어 있는 복수 개의 볼(11)을 구비하고 있다. 인접하는 볼(11)이 서로 접한 상태에서 각 볼(11)이 볼 궤도홈에 삽입되어 있다. 내륜(9), 외륜(10)의 일방(一方) 혹은 쌍방(雙方)에는, 볼(11)을 볼 궤도홈에 외측으로부터 삽입하기 위한 반원형의 노치(notch)(도시하지 않는다)가 형성되어 있다.

파동발생기(4)의 회전입력축(5)에는 모터축 등의 고속회전 입력축(도시하지 않는다)이 연결된다. 파동발생기(4)가 회전하면, 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하여, 양 기어(2, 3)의 사이에는 그들의 톱니수 차이에 기인하는 상대회전이 발생한다. 예를 들면 내치기어(2)가 회전하지 않도록 고정되고, 외치기어(3)가 부하측의 부재에 연결되고, 외치기어(3)로부터 감속회전이 출력되어 부하측의 부재에 전달된다.

도2a는, 본 발명을 적용할 수 있는 플랫형(flat型)의 파동기어장치의 일례를 나타내는 종단면도이고, 도2b는 그 끝면도이다.

파동기어장치(20)는, 강성의 내치기어(강성기어)로서 제1내치기어(21) 및 제2내치기어(22)를 구비하고 있다. 제1, 제2내치기어(21, 22)는 동축(同軸)으로 병렬배치되고, 이들의 내측에는 원통형상의 가요성의 외치기어(23)(가요성 기어)가 배치되어 있다. 외치기어(23)의 내측에는 타원모양 윤곽의 파동발생기(24)가 끼워져 있다. 파동발생기(24)에 의하여 외치기어(23)는 타원모양으로 휘어져서, 타원형상의 장축(Lmax)의 양단부분에 있어서 외치(23a)가 제1내치기어(21)의 내치(21a) 및 제2내치기어(22)의 내치(22a)의 쌍방에 맞물려 있다. 예를 들면 제1내치기어(21)의 톱니수는 제2내치기어(22)의 톱니수보다 2n개(n은 양의 정수)많고, 외치기어(23)의 톱니수는 제2내치기어(22)의 톱니수와 동일하다. 외치기어(23)의 타원형상의 장축(Lmax)의 위치에 있어서 외치(23a)는 내치(21a, 22a)에 맞물린다.

파동발생기(24)는, 강성 플러그(剛性 plug)(25)와, 이 타원모양 외주면(26)에 장착된 웨이브 베어링(27)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(27)은, 총볼형의 볼베어링으로 이루어지고, 강성 플러그(25)의 타원모양 외주면에 형성된 내륜 궤도면(29)과, 반경방향으로 휘어질 수 있는 원형의 외륜(30)과, 내륜 궤도면(29)과 외륜(30)의 사이에 형성되는 원환모양의 볼 궤도에 삽입된 복수 개의 볼(31)을 구비하고 있다. 인접하는 볼(31)이 서로 접한 상태에서 각 볼(31)은 볼 궤도 내에 삽입되어 있다.

도3a, 도3b, 도3c는, 본 발명을 적용할 수 있는 파동기어장치의 예를 각각 나타내는 설명도이다. 이하의 설명은, 이들의 도면에 나타내는 파동기어장치를 컵형 혹은 실크햇형의 파동기어장치로서 사용하였을 경우이지만, 플랫형의 파동기어장치로서 사용할 수도 있다.

도3a에 나타내는 파동기어장치(40)는, 가장 내측에 강성의 외치기어(42)(강성기어)가 배치되어 있다. 외치기어(42)를 동심 모양으로 둘러싸는 상태로 원환모양의 가요성의 내치기어(43)(가요성 기어)가 배치되어 있다. 내치기어(43)를 동심 모양으로 둘러싸는 상태로 환상(環狀)의 파동발생기(44)가 배치되어 있다. 내치기어(43)는 파동발생기(44)에 의하여 타원모양으로 휘어져 있다. 파동발생기(44)에 의하여 휘어진 내치기어(43)에는, 타원형상의 단축(Lmin)의 양단의 2곳에 외치기어(42)에 대한 맞물림 부분(45a, 45b)이 형성된다.

파동발생기(44)는 원환모양의 강성 캠판(46)과, 그 내측에 장착된 웨이브 베어링(47)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(47)은 총볼형의 딥 그루브 볼베어링으로 이루어진다. 도시한 예에서는, 웨이브 베어링(47)의 외륜은 강성 캠판(46)에 일체로 형성되어 있다. 예를 들면 파동발생기(44)를 모터 등의 회전구동원에 의하여 회전시켜서 외치기어(42)를 회전하지 않도록 고정하면, 양 기어(42, 43)의 맞물림 위치가 둘레방향으로 이동하여, 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에 발생한다. 이 회전을 내치기어(43)로부터 출력할 수 있다.

도3b에 나타내는 파동기어장치(50)는, 강성의 내치기어(52)(강성기어)와, 그 내측에 배치되어 있는 가요성의 외치기어(53)(가요성 기어)와, 그 내측에 끼워져 있는 비원형 윤곽의 파동발생기(54)를 갖고 있다. 외치기어(53)에 있어서의 외치가 형성되어 있는 부분은, 파동발생기(54)에 의하여 비원형으로 휘어져 있다.

파동발생기(54)는, 비원형 윤곽의 강성 캠판(56)과, 이 외주에 장착된 웨이브 베어링(57)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(57)은 총볼형의 딥 그루브 볼베어링으로 이루어진다. 강성 캠판(56)의 비원형 외주면(56a)은, 진원(眞圓)에 대하여 그 원주방향을 따라 등간격의 복수 장소에 있어서 내접할 수 있는 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 본 예에서는 비원형 외주면(56a)은, 3개의 잎 형상(3로브 형상(3-lobe 形狀))이고, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 등간격의 3장소에 있어서 내접할 수 있는 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 진원에 대하여, 그 원주방향을 따라 등간격의 4곳 이상의 복수 장소에 있어서 내접할 수 있는 폐곡선에 의하여 비원형 외주면을 규정하는 것도 가능하다.

이러한 형상의 파동발생기(54)에 의하여, 외치기어(53)는 당해 파동발생기(54)의 비원형 윤곽을 따른 형상으로 휘어져서, 120°의 각도 간격의 3곳에서 내치기어(52)에 대한 맞물림 부분(55a, 55b, 55c)이 형성되어 있다.

파동발생기(54)에는 모터축 등의 고속회전 입력축이 연결된다. 파동발생기(54)가 회전하면, 양 기어(52, 53)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하여, 양 기어(52, 53)의 사이에는 그들의 톱니수 차이에 기인하는 상대회전이 발생한다. 예를 들면 내치기어(52)가 회전하지 않도록 고정되고, 외치기어(53)가 부하측의 부재에 연결되고, 외치기어(53)로부터 감속회전이 출력되어 부하측의 부재에 전달된다. 이 경우의 양 기어(52, 53)의 톱니수 차이는 3n개(n은 양의 정수)로 설정된다.

도3c에 나타내는 파동기어장치(60)는, 가요성의 내치기어(63)(가요성 기어)가 강성의 외치기어(62)(강성기어)의 외측에 배치되어 있고, 내치기어(63)의 외주측에 비원형 윤곽의 내주면을 구비한 파동발생기(64)가 배치되어 있다.

파동발생기(64)는, 비원형 내주면(66a)을 구비한 강성 캠판(66)과, 이 비원형 내주면(66a)에 장착된 웨이브 베어링(67)을 구비하고 있다. 웨이브 베어링(67)은 총볼형의 딥 그루브 볼베어링이다. 강성 캠판(66)의 비원형 내주면(66a)은, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 등간격의 복수 장소에 있어서 외접할 수 있는 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 본 예에서는 비원형 내주면(66a)은, 3개의 잎(3로브 형상)이고, 진원에 대하여 그 원주방향을 따라 등간격의 3곳에 있어서 외접할 수 있는 폐곡선에 의하여 규정되어 있다. 진원에 대하여, 그 원주방향을 따라 등간격의 4곳 이상의 복수 장소에 있어서 외접할 수 있는 폐곡선에 의하여 비원형 내주면을 규정하는 것도 가능하다.

이러한 형상의 파동발생기(64)에 의하여, 내치기어(63)는 당해 파동발생기(64)의 비원형 윤곽을 따른 형상으로 휘어져서, 120°의 각도 간격의 3곳에서 외치기어(62)에 대한 맞물림 부분(65a, 65b, 65c)이 형성된다. 예를 들면 파동발생기(64)를 모터 등의 회전구동원에 의하여 회전시키고, 외치기어(62)를 회전하지 않도록 고정하여 두면, 양 기어(62, 63)의 맞물림 위치가 둘레방향으로 이동하여, 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어의 사이에 발생한다. 이 회전을 내치기어(63)로부터 출력할 수 있다. 이 경우의 양 기어(62, 63)의 톱니수 차이는 3n개(n은 양의 정수)로 설정된다.

Claims

강성기어(剛性gear)와, 가요성 기어(可撓性 gear)와, 상기 가요성 기어를 비원형(非圓形)으로 휘어지게 하여 상기 강성기어에 부분적으로 맞물리게 하고 상기 가요성 기어의 상기 강성기어에 대한 맞물림 위치를 상기 강성기어의 원주방향으로 이동시키기 위한 파동발생기(波動發生器)를 구비한 파동기어장치(波動gear裝置)에 있어서,
상기 파동발생기는, 비원형 외주면 혹은 비원형 내주면을 구비한 강성 캠판(剛性 cam板)과, 상기 비원형 외주면과 상기 가요성 기어의 내주면 사이 혹은 상기 비원형 내주면과 상기 가요성 기어의 외주면 사이에 장착되고 상기 강성 캠판과 상기 가요성 기어를 상대회전할 수 있는 상태로 지지하고 있는 웨이브 베어링(wave bearing)을 구비하고 있고,
상기 웨이브 베어링은, 반경방향으로 휘어질 수 있는 내륜·외륜(內輪·外輪)의 사이에, 인접하는 볼이 서로 접한 상태로 삽입되어 있는 총볼형의 볼베어링(full complement ball bearing)인 파동기어장치.
강성의 내치기어와, 가요성의 외치기어와, 상기 외치기어를 타원 모양으로 휘어지게 하여 상기 내치기어에 부분적으로 맞물리게 하고 상기 외치기어의 상기 내치기어에 대한 맞물림 위치를 상기 내치기어의 원주방향으로 이동시키기 위한 파동발생기를 구비한 파동기어장치에 있어서,
상기 파동발생기는, 타원형 외주면을 구비한 강성 캠판과, 상기 타원형 외주면과 상기 외치기어의 내주면 사이에 장착되고 상기 강성 캠판과 상기 외치기어를 상대회전할 수 있는 상태로 지지하고 있는 웨이브 베어링을 구비하고 있고,
상기 웨이브 베어링은, 반경방향으로 휘어질 수 있는 내륜·외륜의 사이에, 인접하는 볼이 서로 접한 상태로 삽입되어 있는 총볼형의 볼베어링인 파동기어장치.
제2항에 있어서,
상기 내륜 및 상기 외륜 중에서 적어도 일방(一方)에는, 상기 볼을 상기 내륜 및 상기 외륜 사이에 형성되는 볼 궤도 내에 삽입하기 위한 반원형의 노치(notch)가 형성되어 있는 파동기어장치.