KR20210111408A - 마이크로 표면 텍스쳐링을 갖는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템 - Google Patents

마이크로 표면 텍스쳐링을 갖는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템 Download PDF

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Abstract

마이크로 표면 패턴 또는 텍스쳐링을 갖는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템이 제공된다. 상기 동력 전달 시스템은 제1 회전체; 및 상기 제1 회전체와 맞닿는 접지면을 가지고 상기 제1 회전체와 함께 동력을 전달하는 제2 회전체를 포함하되, 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 중 적어도 하나의 접지면에는 마이크로 패턴이 형성된다.

Description

마이크로 표면 텍스쳐링을 갖는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템{POWER TRANSMISSION ROTATOR HAVING MICRO SURFACE TEXTURING AND POWER TRANSMISSION SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 마이크로 표면 텍스쳐링을 갖는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템에 관한 것이다. 상세하게, 본 발명은 동력 전달용 회전체의 표면에 마이크로 사이즈의 텍스쳐 내지는 마이크로 사이즈의 패턴을 형성하여 접지력을 높이면서 마찰 저항을 최소화한 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템에 관한 것이다.
동력 전달 장치는 모터 등의 동력원에서 발생한 동력을 운전하려는 기계의 축에 전달하는 장치를 통칭한다. 동력 전달 장치의 예로는 변속기, 가속기, 감속기 등을 들 수 있다. 동력 전달 장치를 이용하면 전달하는 힘의 크기, 방향 또는 속도 등을 변경할 수 있다. 예컨대, 모터의 회전축에 감속기를 연결하면 일반적으로 모터로부터 얻을 수 없는 저속 회전을 구현하거나, 큰 토크를 구현할 수 있는 장점이 있다. 동력 전달 장치는 전달하는 힘의 손실을 최소화하면서 의도된 설계대로 동작되도록 구현하는 것이 매우 중요한 요소이다. 이를 위해 종래의 동력 전달 장치는 정밀하게 설계된 기어(gear)를 이용한다.
일반적으로 사용되는 감속기는 하모닉 감속기, 유성치차 감속기, 사이클로이드 감속기 등을 예시할 수 있다. 이러한 감속기는 구동 기어(drive gear)와 피동 기어(driven gear) 간의 톱니(teeth)의 개수, 톱니의 크기와 기어의 직경, 기어의 회전축 간의 거리, 회전축의 위치, 톱니의 형상과 배열 등을 통해 기어비를 제어할 수 있다.
기어비를 제어하기 위해서는 보다 정밀한 기어의 설계가 필요하며 기어 간의 맞물리는 유격이 매우 중요하다. 기어와 기어 축이 결합되는 부위가 설계대로 정밀하게 가공되지 못할 경우 유격이 발생할 수 있으고, 유격이 클 경우 백래시(backlash)가 발생하고, 반면에 유격이 없을 경우는 재밍(jamming)으로 인한 문제가 발생할 수 있다. 만일 백래쉬가 크면 정밀제어가 어려워지고, 재밍은 동력 전달 효율의 감소를 유발할 수 있다. 또한 이러한 현상은 기어가 손상될 가능성을 높이고 진동 및 소음의 문제를 유발할 수 있다.
이처럼 기어 장치는 그 정밀한 설계를 통해 동력을 전달하거나 변조하는 등의 효과를 갖는 반면, 요구되는 정밀도로 인해 동력 전달 장치의 설계 유연성을 저하시키고 다양한 분야로의 활용을 제한하게 되는 실정이다.
예를 들어 특허문헌 1에는 다단 방식의 유성 회전체 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1은 복수의 유성 기어(planetary gear), 썬 기어(sun gear) 및 링 기어(ring gear)를 포함하되, 유성 회전체가 직경이 상이한 복수의 부분으로 이루어진 구조를 취하고 있다. 이를 통해 유성 회전체의 일부분은 썬 회전체와 맞물리고 유성 회전체의 다른 일부분은 링 회전체와 맞물림으로써 기어비를 제어할 수 있음을 교시한다.
그러나 특허문헌 1과 같이 기어의 개수가 증가하고 기어 간의 결합이 복잡해질 경우 톱니의 개수와 크기 및 맞물리는 기어 간의 백래시 등 제한되는 요소가 급증하여 설계가 무척 복잡해진다. 또, 설계가 복잡해짐에 따라 유성치차 기어를 실제 구현 및 상용화하기에 한계가 있으며 임의의 자유로운 수치를 갖는 크기 및 기어비로 제조하기 곤란하다. 또한 동력 전달 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 보다 높은 동력 전달 효율을 가지면서도 원하는 대로 기어비를 제어할 수 있고, 나아가 상용화가 가능한 동력 전달 장치의 개발이 요구된다.
한국공개특허 제10-2010-0064701호, 2010년 6월 15일, 다단방식의 유성기어장치 미국공개특허 제2003-0153427호, 2003년 8월 14일, CONTINUOUSLY VARIABLE AUTOMATIC TRANSMISSION 일본공개특허 제1981-083642호, 1981년 7월 8일, 이중 유성 회전체 미국공개특허 제2011-0165990호, 2011년 7월 7일, EPICYCLIC REDUCTION GEAR DEVICE WITH BALANCED PLANET WHEELS 미국등록특허 제9976631호, 2018년 5월 22일, TRANSMISSION SYSTEM 미국공개특허 제2008-0103016호, 2008년 5월 1일, MODULAR PLANETARY GEAR ASSEMBLY AND DRIVE
최근 기술 발전과 더불어 로봇 산업이 크게 발달하고 있다. 로봇 장치는 동일한 내용의 작업을 반복적으로 수행할 수 있고 반복 작업에도 불구하고 그 정확도가 저하되지 않는 장점이 있어 다양한 분야에 응용 가능할 것으로 기대된다. 예를 들어, 인간과 로봇 장치 간의 협업을 통해 업무를 수행하는 협동 로봇(cooperation robot) 분야가 눈에 띄게 성장하고 있다.
협동 로봇 장치는 기존의 로봇 장치와 달리 작업자와 함께 업무를 수행할 수 있는 로봇 장치로 정의될 수 있다. 협동 로봇 장치는 차지하는 공간이 작을 뿐 아니라 함께 작업하는 작업자의 안전에 필요한 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다. 협동 로봇 장치를 상용화하기 위해서는 로봇 장치가 작업자의 안전을 보장할 수 있는 안전 요소를 내재하는 것이 필수적이다. 예컨대, 모터 등의 동력원 및 감속기 등의 동력 전달 장치를 포함하여 이루어진 로봇 장치의 경우 긴급 상황에서 동력 전달이 중지되도록 구성될 필요가 있다.
만일 작업자와 협동 로봇 장치가 물체를 주고받는 과정, 작업자와 협동 로봇 장치가 교번적으로 작업을 하는 과정에서 작업자의 신체가 로봇 장치와 부딪히거나 로봇 장치에 끼이는 등의 상황이 발생했을 때 로봇 장치는 이를 인식하고 동작을 멈추도록 구성될 필요가 있다.
이를 위해서 로봇 장치가 다양한 센서를 구비하여 위험 상황을 인지할 경우 동작을 멈추도록 하는 방법을 예시할 수 있으나, 로봇 장치의 비용 상승을 야기할 뿐 아니라 위험 상황 발생 후에 다단의 메커니즘을 통해 그 상황을 해소하도록 구현되는 후제어(post control) 내지는 후대처에 불과하기 때문에 이미 발생한 작업자의 위험을 해소할 수 없는 문제가 있다. 뿐만 아니라 로봇 장치의 기어 등의 동력 전달 장치에 동력 전달 방향과 반대되는 힘이 가해져 기어의 톱니 등이 손상될 수도 있다.
이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 동력 전달 효율을 가지면서도 원하는 대로 기어비를 제어할 수 있고, 나아가 설계 유연성을 확보하여 상용화가 가능한 동력 전달 장치를 포함하는 동력 전달 시스템을 제공하는 것이다.
동시에 동력 전달 방향과 반대 방향의 힘이 가해지는 경우에도 동력 전달 장치가 손상되지 않고 작업자의 안전을 확보할 수 있는 동력 전달 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 높은 동력 전달 효율을 가지면서도 원하는 대로 기어비를 제어할 수 있고, 나아가 설계 유연성을 확보하여 상용화가 가능한 동력 전달 장치용 회전체를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 전달 시스템은 제1 회전체; 및 상기 제1 회전체와 맞닿는 접지면을 가지고 상기 제1 회전체와 함께 동력을 전달하는 제2 회전체를 포함하되, 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 중 적어도 하나의 접지면에는 마이크로 패턴 또는 텍스쳐가 형성된다.
상기 제1 회전체는 및 상기 제2 회전체 중 적어도 하나는, 회전 디스크, 및 상기 회전 디스크 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 베이스층 및 상기 베이스층으로부터 상기 외주 방향으로 돌출된 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체가 맞닿는 부분에서 상기 돌출 패턴이 기울어져 표면적이 증가하도록 구성될 수 있다.
상기 제1 회전체는 회전 디스크 및 상기 회전 디스크 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함할 수 있다.
또, 상기 돌출 패턴의 최대 높이는 3,000㎛ 이하인 동력 전달 시스템.
상기 돌출 패턴의 회전 방향으로의 최대폭은 300㎛ 이하일 수 있다.
또한 상기 돌출 패턴 간의 상기 회전 방향으로의 이격 거리는 상기 최대폭의 40% 이상일 수 있다.
몇몇 실시예에서 상기 제2 회전체의 접지면에는 상기 회전 방향을 따라 연장되되, 상기 돌출 패턴이 적어도 부분적으로 삽입되도록 구성된 홈이 형성될 수 있다.
여기서 상기 홈의 깊이는 상기 돌출 패턴의 최대 높이 보다 작을 수 있다.
또, 상기 홈의 두께 방향으로의 너비는, 상기 돌출 패턴의 상기 두께 방향으로의 폭 보다 크고, 상기 홈의 상기 두께 방향으로의 이격 거리는, 상기 돌출 패턴의 상기 두께 방향으로의 이격 거리 보다 클 수 있다.
적어도 일부의 상기 돌출 패턴의 상면은 회전 방향을 따라 하향 경사질 수 있다.
또, 상기 회전 방향을 따라 절개한 단면에서, 상기 돌출 패턴은 초기 상태에서 상기 회전 방향의 역방향으로 기울어진 제1 돌출 패턴을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 돌출 패턴은 초기 상태에서 상기 회전 방향의 정방향으로 기울어진 제2 돌출 패턴을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 돌출 패턴의 개수는 상기 제2 돌출 패턴의 개수 보다 클 수 있다.
상기 동력 전달 시스템은 썬 회전체, 상기 썬 회전체와 외접하는 복수의 유성 회전체, 상기 복수의 유성 회전체와 내접하는 링 회전체 및 상기 복수의 유성 회전체와 연결된 캐리어를 포함하는 유성 변속 시스템이고, 상기 제1 회전체는 상기 썬 회전체 또는 상기 링 회전체고, 상기 제2 회전체는 상기 유성 회전체일 수 있다.
또는, 상기 동력 전달 시스템은, 썬 회전체, 상기 썬 회전체와 외접하는 복수의 유성 회전체로서, 제1 직경을 가지고 상기 썬 회전체와 접지면을 갖는 제1 부분, 및 상기 제1 직경 보다 작은 제2 직경을 가지고 상기 제1 부분과 회전축이 동일한 제2 부분을 포함하는 유성 회전체, 및 상기 유성 회전체의 상기 제2 부분과 내접하는 링 회전체를 포함하는 유성 변속 시스템이고, 상기 제1 회전체는 상기 썬 회전체 또는 상기 링 회전체고, 상기 제2 회전체는 상기 유성 회전체일 수 있다.
상기 제1 회전체는 동력 입력 축과 연결되고, 상기 제2 회전체는 동력 출력 축과 연결되며, 상기 제2 회전체의 회전 운동이 정지하거나, 또는 상기 제2 회전체가 역회전하더라도, 상기 제1 회전체는 정회전 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동력 전달용 회전체는 회전 디스크; 및 상기 회전 디스크의 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 베이스층 및 상기 베이스층으로부터 상기 외주 방향으로 돌출된 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함한다.
상기 패턴층은 연성을 갖는 재질로 형성되고, 상기 돌출 패턴은 상기 회전체의 회전 방향을 따라 반복 배열될 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 동력 전달 효율을 가지면서도 원하는 대로 기어비를 제어할 수 있고, 나아가 설계 유연성을 확보하여 상용화가 가능한 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템을 제공할 수 있다.
또, 동력 전달 방향과 반대 방향의 힘이 가해지는 경우에도 동력 전달 장치가 손상되지 않고 작업자 또는 착용자의 안전을 확보할 수 있는 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템을 제공할 수 있다.
뿐만 아니라 종래 치형 기어에서 필수적으로 수반되는 소음 및 진동 문제가 최소화된 동력 전달용 회전체 및 이를 포함하는 동력 전달 시스템을 제공할 수 있다. 이는 특히 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템이 재활 치료용 장치, 의수, 의족 장치 등에 적용될 경우 사용자 또는 착용자의 기계적 거부감을 현저하게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
다시 말해서, 회전체 간의 접촉면에 기존의 톱니 내지는 치형을 구성한 종래의 동력 전달 방식이 아닌, 마이크로 패턴 내지는 텍스쳐링을 형성하여 접지력은 높임과 동시에 구름 저항은 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 회전체 및 제2 회전체를 포함하는 동력 전달 시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1의 제1 회전체와 제2 회전체가 맞닿는 부분을 확대한 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 회전체 표면의 패턴층을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 1의 제2 회전체 표면을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템의 모식도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템의 사시도이다.
도 11은 도 10의 동력 전달 시스템의 분해사시도이다.
도 12는 도 10의 동력 전달 시스템의 회전체들의 회전 방향으로의 평면도이다.
도 13은 도 10의 동력 전달 시스템의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템의 사시도이다.
도 15는 도 14의 동력 전달 시스템의 분해사시도이다.
도 16은 도 14의 동력 전달 시스템의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템의 사시도이다.
도 18은 도 17의 동력 전달 시스템의 분해사시도이다.
도 19는 도 17의 동력 전달 시스템의 회전체들의 회전 방향으로의 평면도이다.
도 20은 도 17의 동력 전달 시스템의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 즉, 본 발명이 제시하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 도시된 구성요소의 크기, 두께, 폭, 길이 등은 설명의 편의 및 명확성을 위해 과장 또는 축소될 수 있으므로 본 발명이 도시된 형태로 제한되는 것은 아니다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 '위(above)', '상부(upper)', ‘상(on)’, '아래(below)', '아래(beneath)', '하부(lower)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below 또는 beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서, '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. '내지'를 사용하여 나타낸 수치 범위는 그 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한과 상한으로서 포함하는 수치 범위를 나타낸다. '약' 또는 '대략'은 그 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 20% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서, 회전 방향(RT), 두께 방향(TD) 및 외주 방향(RD)은 각각 어느 회전체에 대한 방향을 기준으로 정의될 수 있다. 회전 방향(RT)은 회전체가 회전하는 방향(rotating direction)을 의미하고, 두께 방향(TD)은 회전 방향(RT)에 대해 수직한 방향으로서 회전체의 두께 내지는 폭 방향(thickness direction, width direction)을 의미할 수 있다. 또, 회전체가 원형인 경우 외주 방향(RD)은 회전체의 회전축에 대한 방사 방향(radial direction)을 의미한다.
또, 본 명세서에서 '마이크로 사이즈' 또는 '마이크로'는 1㎛ 내지 수천 ㎛ 크기 또는 이러한 크기를 갖는 구조물을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 회전체(101) 및 제2 회전체(200)를 포함하는 동력 전달 시스템(11)의 모식도이다. 도 2는 도 1의 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)가 맞닿는 부분을 확대한 단면도로서, 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)의 접지 영역 부근을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 서로 맞닿아 회전하는 제1 회전체(101) 및 제2 회전체(200)를 포함할 수 있다. 제1 회전체(101)는 동력 입력 축, 예컨대 모터 등의 동력원과 기계적으로 연결되는 구동 회전체(drive rotator)이고, 제2 회전체(200)는 동력 출력 축과 기계적으로 연결되는 피동 회전체(driven rotator)일 수 있다. 제1 회전체(101)의 회전에 따라 발생하는 토크는 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 간의 맞닿는 면에서 발생하는 마찰, 접지, 또는 기타 물리적 힘에 의해 제2 회전체(200)로 전달될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 회전체(101) 및 제2 회전체(200) 중 적어도 하나는 표면에 배치된 패턴층(120)을 포함할 수 있다. 도 1은 두 개의 회전체 중 어느 하나에 패턴층(120)이 배치된 경우를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않으며, 다른 실시예에서 두 개의 회전체 모두에 패턴층이 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 세 개의 이상의 회전체를 포함하는 경우에도 회전체들 중 적어도 하나 이상은 표면에 배치된 패턴층을 포함할 수 있다. 이하에서, 동력 전달 시스템(11) 중 제1 회전체(101)에 패턴층(120)이 형성되고, 제2 회전체(200)에 패턴층이 형성되지 않은 경우를 예로 하여 설명한다.
제1 회전체(101)는 제1 회전 디스크(110) 및 패턴층(120)을 포함하고, 제1 샤프트(190)를 더 포함할 수 있다. 제1 회전체(101)는 제1 샤프트(190)를 회전축으로 하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 1 등은 제1 회전체(101)가 시계 방향으로 회전하는 경우를 예시하고 있다.
제1 회전 디스크(110)는 제1 회전체(101)의 바디를 이루는 부분일 수 있다. 제1 회전 디스크(110)는 강도와 강성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 회전 방향(RT)으로의 토크의 전달에도 형상의 변형이 적고, 우수한 내구성을 가질 수 있으면 제1 회전 디스크(110)의 재질은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 철, 구리, 크롬, 니켈, 알루미늄, 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 회전 디스크(110)는 폴리카보네이트 등의 플라스틱으로 이루어질 수도 있다.
제1 회전 디스크(110)의 외주에는 패턴층(120)이 배치될 수 있다. 패턴층(120)은 제1 회전 디스크(110)에 비해 강도 및 강성이 낮은 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 패턴층(120)은 소정의 유연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
예시적인 실시예에서, 패턴층(120)은 실리콘계 수지, 아크릴레이트계 수지 또는 우레탄계 수지 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패턴층(120)은 폴리우레탄아크릴레이트, 폴리디메틸실록산, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리에틸렌나프탈레이트 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또, 패턴층(120)의 모듈러스는 약 100MPa 내지 800MPa, 또는 약 200MPa 내지 700MPa, 또는 약 300MPa 내지 600MPa, 또는 약 400MPa 내지 500MPa일 수 있다. 패턴층(120)이 상기 범위에 있는 모듈러스를 가질 경우 후술할 것과 같이 외력에 의해 용이한 형성 변형이 발생하면서도 외력이 제거될 경우 소정의 탄성을 가지고 최초 형상으로 원복될 수 있다. 또한 제1 회전체(101)의 반복 회전에도 불구하고 상대적으로 우수한 내구성을 가질 수 있다.
또, 제2 회전체(200)는 제2 회전 디스크(210)를 포함하고, 제2 샤프트(290)를 더 포함할 수 있다. 제2 회전체(200)는 제2 샤프트(290)를 회전축으로 하여 회전하도록 구성될 수 있다. 도 1 등은 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)가 외접하여 제2 회전체(200)가 제1 회전체(101)와 반대 방향, 즉 반시계 방향으로 회전하는 경우를 예시하고 있다.
제2 회전 디스크(210)는 제2 회전체(200)의 바디를 이루는 부분일 수 있다. 제2 회전 디스크(210)는 제1 회전 디스크(110)와 마찬가지로 강도와 강성이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 제2 회전 디스크(210)는 제1 회전 디스크(110)와 동일하거나 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 회전 디스크(210)는 철, 구리, 크롬, 니켈, 알루미늄 또는 이들의 합금 등을 포함하거나, 폴리카보네이트 등의 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)는 적어도 부분적으로 서로 맞닿아 접지면(contact patch, tread patch)을 형성할 수 있다. 특히 상기 접지면에서 제1 회전체(101)의 패턴층(120)은 제2 회전체(200)에 의해 형상이 변형될 수 있다. 이에 따라 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)가 맞닿는 면적이 증가할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 더 참조하여 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)의 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)의 접지면 및 이들의 동력 전달 과정에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 도 1의 제1 회전체(101) 표면의 패턴층(120)을 설명하기 위한 사시도이다. 도 4는 도 1의 제2 회전체(200) 표면을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 더 참조하면, 제1 회전체(101)의 패턴층(120)은 베이스층(121) 및 복수의 돌출 패턴(123)을 포함할 수 있다. 베이스층(121) 및 돌출 패턴(123)은 서로 물리적 경계 없이 일체로 이루어질 수 있다. 베이스층(121)은 제1 회전 디스크(110)의 외주 표면을 회전 방향(RT)으로 완전히 커버할 수 있다. 또, 베이스층(121)은 복수의 돌출 패턴(123)을 연결하는 하층 부분일 수 있다. 서로 이격된 돌출 패턴(123) 사이에는 베이스층(121)의 상면이 부분적으로 노출된 상태일 수 있다. 베이스층(121)의 외주 방향(RD)으로의 두께는 요구되는 내구성에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
돌출 패턴(123)은 베이스층(121)으로부터 외주 방향(RD)으로 돌출된 구조물 부분일 수 있다. 돌출 패턴(123)은 패턴층(120) 표면의 패턴을 형성하거나 텍스쳐링을 형성할 수 있다.
본 실시예에 있어서 돌출 패턴(123)의 높이(H)는 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 간의 접지력을 높이기 위해 매우 중요한 요소일 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)의 접지 영역에서 돌출 패턴(123)은 기울어지거나 눕도록 변형되며, 이에 따라 돌출 패턴(123)의 높이(H)와 대략 상응하는 부분이 표면적 향상에 기여하게 된다. 이러한 관점에서 돌출 패턴(123)의 높이(H)는 약 1.0㎛ 내지 3,000㎛, 또는 약 1.0㎛ 내지 2,000㎛, 또는 약 1.0㎛ 내지 1,000㎛, 또는 약 2.0㎛ 내지 900㎛, 또는 약 3.0㎛ 내지 800㎛, 또는 약 4.0㎛ 내지 700㎛, 또는 약 5.0㎛ 내지 600㎛, 또는 약 6.0㎛ 내지 500㎛, 또는 약 7.0㎛ 내지 400㎛, 또는 약 8.0㎛ 내지 300㎛, 또는 약 9.0㎛ 내지 200㎛, 또는 약 10㎛ 내지 100㎛, 또는 약 10㎛ 내지 90㎛, 또는 약 10㎛ 내지 80㎛, 또는 약 10㎛ 내지 70㎛, 또는 약 10㎛ 내지 60㎛, 또는 약 10㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 높이(H)가 1.0㎛ 보다 작으면 돌출 패턴(123)의 형상 변형이 발생하기 어렵고, 발생하더라도 표면적 증가에 기여하기 어려울 수 있다. 반면 돌출 패턴(123)의 높이(H)가 3,000㎛ 보다 크면 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 간의 마찰 저항이 증가하여 동력 전달 효율이 감소할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(123)은 대략 사각뿔대 형상을 가질 수 있다. 즉, 돌출 패턴(123)의 측면은 회전 방향(RT) 및 두께 방향(TD)으로 기울어진 상태일 수 있다. 이에 따라 돌출 패턴(123)의 상부에서의 폭 및/또는 두께와 하부에서의 폭 및/또는 두께는 상이할 수 있다. 돌출 패턴(123)의 측면을 기울어지도록 구성하여 돌출 패턴(123)의 기울어짐 변형을 용이하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 돌출 패턴은 대략 원뿔대, 삼각뿔대 등의 형상을 갖거나, 원기둥, 삼각기둥 또는 사각기둥 등의 기둥 형상을 갖거나, 또는 원뿔, 삼각뿔, 또는 사각뿔 등의 뿔 형상을 가질 수도 있다.
예를 들어, 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 하부폭(Wmax)은 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 최대폭을 형성할 수 있다. 또, 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)은 높이(H) 보다 작을 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)은 약 300㎛ 이하, 또는 약 200㎛ 이하, 또는 약 100㎛ 이하, 또는 약 50㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하, 또는 약 30㎛ 이하, 또는 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)이 지나치게 크면 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 기울어짐 변형이 용이하지 않거나, 기울어짐 변형에 따라 돌출 패턴(123)에 손상이 발생할 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 0.1㎛ 이상, 또는 약 0.2㎛ 이상, 또는 약 0.4㎛ 이상, 또는 약 0.6㎛ 이상, 또는 약 0.8㎛ 이상, 또는 약 1.0㎛ 이상일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)이 지나치게 작으면 돌출 패턴(123)의 내구성이 저하되고 제1 회전체(101)의 반복 회전에 따라 돌출 패턴(123)이 베이스층(121)으로부터 탈락되는 등의 손상될 수 있다. 따라서 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)의 하한은 돌출 패턴(123)의 재질 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
또, 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 상부폭(Wmin)은 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 최소폭을 형성할 수 있다. 즉, 상부폭(Wmin)은 하부폭(Wmax) 보다 작을 수 있다. 예를 들어 돌출 패턴(123)의 상부폭(Wmin)은 약 200㎛ 이하, 또는 약 100㎛ 이하, 또는 약 50㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하, 또는 약 30㎛ 이하, 또는 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하일 수 있다.
한편, 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 하부 두께(Tmax)는 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 최대 두께를 형성할 수 있다. 또, 돌출 패턴(123)의 하부 두께(Tmax)는 높이(H) 보다 작을 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 비제한적인 예를 들어, 돌출 패턴(123)의 하부 두께(Tmax)는 약 300㎛ 이하, 또는 약 200㎛ 이하, 또는 약 100㎛ 이하, 또는 약 50㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하, 또는 약 30㎛ 이하, 또는 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부 두께(Tmax)의 하한은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 약 0.1㎛ 이상, 또는 약 0.2㎛ 이상, 또는 약 0.4㎛ 이상, 또는 약 0.6㎛ 이상, 또는 약 0.8㎛ 이상, 또는 약 1.0㎛ 이상일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 하부 두께(Tmax)의 하한은 돌출 패턴(123)의 재질 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
또, 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 상부 두께(Tmin)는 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 최소 두께를 형성할 수 있다. 즉, 상부 두께(Tmin)는 하부 두께(Tmax) 보다 작을 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(123)의 상부 두께(Tmin)는 약 200㎛ 이하, 또는 약 100㎛ 이하, 또는 약 50㎛ 이하, 또는 약 40㎛ 이하, 또는 약 30㎛ 이하, 또는 약 20㎛ 이하, 또는 약 10㎛ 이하일 수 있다.
또, 몇몇 실시예에서 복수의 돌출 패턴(123)은 회전 방향(RT) 및 두께 방향(TD)을 따라 이격 배치되며, 대략 규칙적인 배열을 가질 수 있다. 도 3은 복수의 돌출 패턴(123)이 대략 격자 배열된 상태를 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다.
돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT)으로의 제1 이격 거리(L1)는 돌출 패턴(123)의 하부폭(Wmax)의 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상일 수 있다. 제1 이격 거리(L1)가 지나치게 작을 경우 돌출 패턴(123)이 회전 방향(RT) 측으로 기울어지는 변형이 발생하기 곤란하고, 기울어지더라도 표면적이 증가하는 효율이 감소할 수 있다. 또, 제1 이격 거리(L1)가 지나치게 작을 경우 기울어짐 변형에 따라 돌출 패턴(123) 및 베이스층(121)에 손상이 발생할 수 있다. 반면, 제1 이격 거리(L1)가 지나치게 크면 돌출 패턴(123)의 전체적인 개수가 감소하고, 돌출 패턴(123)의 변형에 따라 표면적이 증가하는 정도가 감소할 수 있다. 예를 들어, 제1 이격 거리(L1)의 상한은 돌출 패턴(123)의 높이(H) 보다 작을 수 있다. 상세한 예를 들어, 제1 이격 거리(L1)의 상한은 약 2,500㎛, 또는 약 2,000㎛, 또는 약 1,500㎛, 또는 약 1,000㎛, 또는 약 900㎛, 또는 약 900㎛, 또는 약 700㎛, 또는 약 600㎛, 또는 약 500㎛, 또는 약 400㎛, 또는 약 300㎛, 또는 약 200㎛, 또는 약 100㎛일 수 있다.
또, 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 제2 이격 거리(L2)는 약 1.0㎛ 내지 3,000㎛, 또는 약 1.0㎛ 내지 2,000㎛, 또는 약 1.0㎛ 내지 1,000㎛, 또는 약 2.0㎛ 내지 900㎛, 또는 약 3.0㎛ 내지 800㎛, 또는 약 4.0㎛ 내지 700㎛, 또는 약 5.0㎛ 내지 600㎛, 또는 약 6.0㎛ 내지 500㎛, 또는 약 7.0㎛ 내지 400㎛, 또는 약 8.0㎛ 내지 300㎛, 또는 약 9.0㎛ 내지 200㎛, 또는 약 10㎛ 내지 100㎛, 또는 약 10㎛ 내지 90㎛, 또는 약 10㎛ 내지 80㎛, 또는 약 10㎛ 내지 70㎛, 또는 약 10㎛ 내지 60㎛, 또는 약 10㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 돌출 패턴(123)의 제2 이격 거리(L2)는 후술할 제2 회전 디스크(210)의 홈(210g)과 소정의 관계에 있을 수 있다.
한편, 몇몇 실시예에서 제2 회전체(200)의 외주면은 대략 매끈한 형상이되, 제2 회전 디스크(210)는 외주 표면에 형성된 홈(210g)을 가질 수 있다. 즉, 제2 회전체(200)는 회전 방향(RT)으로 반복 배열된 구조물, 예컨대 톱니를 갖지 않되, 두께 방향(TD)으로 반복 배열된 구조를 가질 수 있다.
홈(210g)은 회전 방향(RT)을 따라 연장된 형상일 수 있다. 홈(210g)은 제2 회전 디스크(210)의 외주면 상에 위치하되, 회전 방향(RT)을 따라 연장되고 두께 방향(TD)으로 반복 형성될 수 있다. 홈(210g)에는 제1 회전체(101)의 돌출 패턴(123)이 적어도 부분적으로 삽입될 수 있다.
홈(210g)의 최대 깊이(D)는 돌출 패턴(123)의 최대 높이(H) 보다 작을 수 있다. 만일 홈(210g)의 깊이(D)가 돌출 패턴(123)의 높이(H) 보다 클 경우 홈(210g)에 삽입되는 돌출 패턴(123)이 기울어지도록 변형이 이루어지지 않을 수 있다. 또, 홈(210g)의 최대 깊이(D)는 돌출 패턴(123)의 높이(H)의 약 30% 이상, 또는 약 40% 이상, 또는 약 50% 이상일 수 있다. 후술할 바와 같이 제2 회전체(200)의 홈(210g)은 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 간의 접지력 향상에 기여할 수 있다. 홈(210g)의 깊이(D)가 지나치게 작을 경우 이러한 효과가 미약할 수 있다.
또, 돌출 패턴(123)이 회전 방향(RT) 및 두께 방향(TD)으로 배열된 예시적인 실시예에서, 홈(210g)의 두께 방향(TD)으로의 너비(T)는 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 최대 두께(Tmax) 보다 클 수 있다. 이에 따라 하나의 홈(210g)에 두께 방향(TD)으로 배열된 복수의 돌출 패턴(123)이 삽입될 수 있다. 예를 들어, 홈(210g)의 너비(T)는 돌출 패턴(123)의 최대 두께(Tmax)의 약 5배 이상, 또는 약 10배 이상, 또는 약 50배 이상일 수 있다.
돌출 패턴(123)의 적어도 일부는 홈(210g)에 삽입되고, 적어도 일부는 홈(210g)에 삽입되지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이 돌출 패턴(123)은 회전 방향(RT)으로 기울어지며 돌출 패턴(123)의 회전 방향(RT) 측 측면에 의해 표면적이 증가하는 효과가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라 홈(210g)에 삽입된 돌출 패턴(123)은 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD) 측 측면이 홈(210g)의 내측벽과 마주보거나 접촉하며, 두께 방향(TD) 측 측면이 표면적 향상에 더욱 기여하도록 할 수 있다. 따라서, 만일 홈(210g)의 너비(T)가 지나치게 작을 경우 홈(210g)과 맞물리지 못하는 돌출 패턴(123)으로 인해 동력 전달 효율의 감소가 발생할 수 있다. 반면 홈(210g)의 너비(T)가 지나치게 클 경우 홈(210g)에 의한 접지력 향상 효과가 미약할 수 있다.
또, 두께 방향(TD)으로 인접한 홈(210g) 간의 두께 방향(TD)으로의 제3 이격 거리(L3)는 돌출 패턴(123)의 두께 방향(TD)으로의 제2 이격 거리(L2) 보다 클 수 있다. 이에 따라 두께 방향(TD)으로 배열된 복수의 돌출 패턴(123) 중 적어도 일부는 홈(210g)에 삽입되지 않고 제2 회전 디스크(210)의 돌출면과 맞닿을 수 있다. 도 4는 홈(210g)의 제3 이격 거리(L3)가 너비(T) 보다 작은 경우를 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 실시예에 따른 돌출 패턴(123)은 마이크로 사이즈를 갖는 구조물일 수 있다. 또, 소정의 유연성을 가지고 외력에 의해 회전 방향(RT)으로의 형상 변형이 용이하되 우수한 내구성을 갖도록 설계될 수 있다. 이에 따라 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)의 접지면 부근 영역에서 돌출 패턴(123)이 기울어져 표면적이 증가하고, 증가한 표면적에 의해 반데르발스 힘 등 인력이 증가할 수 있다. 즉, 패턴층(120)과 제2 회전 디스크(210)가 맞닿는 예시적인 실시예에서, 패턴층(120)의 돌출 패턴(123)의 측면은 제2 회전 디스크(210)와 증가된 인력을 가지기 때문에 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 사이의 마찰력 내지는 접지력이 증가하고, 손실되는 동력을 최소화하면서 동력을 전달할 수 있다. 또 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200) 간의 회전 비율, 즉 기어비가 최초 의도된 대로 동작하는 것을 담보할 수 있다. 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)의 동력 전달 효율은 약 60% 이상, 또는 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상, 또는 약 95% 이상일 수 있다.
또 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 상기와 같은 동력 전달 과정에서의 효과 뿐만 아니라 다양한 응용을 기대할 수 있다.
예를 들어, 동력 전달 시스템(11)이 종래와 같이 톱니 내지는 치형 표면을 갖지 않기 때문에 톱니형 기어에서 필연적으로 발생하는 재밍 문제, 진동 문제 및 소음 문제를 방지할 수 있다.
특히 동력 전달 시스템(11)이 로봇 장치, 특히 인간과 함께 작업을 수행하는 인간 협동 로봇 장치에 적용될 경우 소음과 진동을 저하시킬 수 있다. 비제한적인 예시로서, 인간의 재활 치료를 위해 재활자와 맞닿아 동작하는 로봇 장치에 톱니형 기어를 적용할 경우 로봇 장치의 관절이 움직임에 따라 발생하는 소음과 미세한 진동, 기계 특유의 회전감과 조작감은 재활자에게 불쾌감과 이질감을 줄 수 있다. 그러나 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 톱니형 기어를 사용하지 않음에 따라 이러한 문제를 방지할 수 있다.
또, 톱니형 기어를 이용할 경우 진동과 소음을 최소화하고 동력 전달 시스템의 내구성을 높이기 위해 백래시를 정밀하게 설계할 것이 요구된다. 그러나 백래시가 정밀할수록 비정형 상황에서의 대처 유연성과 설계 유연성의 저하가 동반된다. 예를 들어, 협동 로봇 장치에서 로봇 장치의 손 관절, 즉 동력 출력 측에 인간이 힘을 가하거나 인간의 신체가 끼어서 동력 전달 장치의 동력 전달 방향과 반대 방향의 힘을 가하는 경우, 종래의 치형 기어의 톱니가 손상되거나, 동력 전달이 중단되지 않아 인간이 크게 다칠 우려가 있다.
그러나 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 동력 전달 방향과 반대 방향의 힘, 예컨대 피동 회전체인 제2 회전체(200)의 회전이 멈추거나, 심지어 제2 회전체(200)가 시계 방향으로 회전하도록 하는 힘이 가해지는 경우에도, 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)의 실질적인 손상 없이, 적어도 손상을 최소화하며 동력 전달이 차단될 수 있다. 즉, 제2 회전체(200)의 회전이 멈추는 경우에도 제1 회전체(101)는 시계 방향으로의 회전을 지속할 수 있고, 제1 회전체(101)와 제2 회전체(200)를 기준으로 양 측의 구동계가 순간적으로 분리되어 동력 전달 시스템(11)의 손상을 방지할 수 있다.
다시 말해서, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 동력 전달 과정에 있어서 구름(rolling) 마찰을 최소화하면서도 회전체 간의 접지력을 높일 수 있고, 회전체 간의 회전 방향으로의 접지력이 높음에도 불구하고 특정 상황 하에서 동력 전달을 차단할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 설계 상의 유연성을 제공할 수 있다. 동력 전달 시스템의 톱니의 개수, 톱니의 크기와 기어의 직경, 기어의 개수, 기어의 회전축 간의 거리, 회전축의 위치, 톱니의 형상과 배열 등을 고려하다 보면 이론상 가능하다 하더라도 실질적으로 구현이 곤란하거나, 특정한 수치의 크기를 갖도록 설계되거나, 소재 상의 제약이 발생하거나, 가공 과정에서 비용이 과다하게 소요되는 경우가 매우 많다. 그러나 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(11)은 톱니 간의 맞물림을 이용하지 않기 때문에 수치, 소재 및 비용 측면에서 보다 자유로운 설계가 가능한 장점이 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예들에 대하여 설명한다. 다만 전술한 실시예에 따른 제1 회전체(101), 제2 회전체(200) 및 동력 전달 시스템(11)과 실질적으로 동일하거나 유사한 구성에 대한 설명은 생략하며, 이는 첨부된 도면으로부터 본 기술분야에 속하는 통상의 기술자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층(130)을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 회전체의 패턴층(130)은 복수의 돌출 패턴(133)이 회전 방향(RT)으로 이격하여 반복 배치되되, 어느 돌출 패턴(133)은 두께 방향(TD)으로 연장된 형상인 점이 도 1 등의 실시예에 따른 패턴층(120)과 상이한 점이다.
도면으로 표현하지 않았으나, 제2 회전체(미도시)에는 홈이 형성되거나 형성되지 않을 수 있다. 또, 제2 회전체의 홈(미도시)의 두께 방향(TD)으로의 너비는 제1 회전체의 돌출 패턴(133)의 두께 방향(TD)으로의 두께(또는 연장 길이) 보다 크거나 작을 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층(140)을 설명하기 위한 단면도로서, 패턴층(140)을 회전 방향(RT)을 따라 절개한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 회전체의 패턴층(140)은 돌출 패턴(143)의 상면이 경사를 갖는 점이 도 1 등의 실시예에 따른 패턴층(120)과 상이한 점이다.
돌출 패턴(143)은 회전 방향(RT) 측 양 측면 및/또는 두께 방향 측 양 측면이 기울어진 대략 사각뿔대 형상이되, 그 상면 또한 기울어진 상태일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(143)의 상면은 회전 방향(RT) 측을 따라 하향 경사지도록 기울어질 수 있다. 돌출 패턴(143)의 상면은 제2 회전체(미도시)와 가장 먼저 접촉하는 부분일 수 있다. 이 때 돌출 패턴(143)의 상면이 회전 방향(RT)을 따라 하향 경사지게 구성하여 돌출 패턴(143)과 제2 회전체 간의 불필요한 간섭 및 이로부터 유발되는 구름 저항을 최소화할 수 있다.
한편, 예시적인 실시예에서 돌출 패턴(143)의 회전 방향(RT) 측의 두 개의 측면은 서로 상이한 경사를 가질 수 있다. 예를 들어, 돌출 패턴(143)은 회전 방향(RT)의 정방향(도 6 기준 우측 방향)에 위치한 제1 측면(도 6 기준 우측면) 및 회전 방향(RT)의 반대 방향(도 6 기준 좌측 방향)에 위치한 제2 측면(도 6 기준 좌측면)을 가질 수 있다.
이 경우, 제1 측면의 제1 경사각(θ1)은 제2 측면의 제2 경사각(θ2) 보다 클 수 있다. 또, 제1 경사각(θ1) 및 제2 경사각(θ2)은 모두 90도 보다 큰 둔각일 수 있다. 제1 경사각(θ1) 및 제2 경사각(θ2)의 크기는 상기 범위를 만족함과 동시에, 전술한 돌출 패턴(143)의 높이(H), 하부폭(Wmax) 및 상부폭(Wmin)을 만족하는 범위에서 형성될 수 있다. 본 명세서에서, 돌출 패턴의 측면의 경사각은 어느 측면과 베이스층(141)의 상면이 이루는 각도를 의미한다.
패턴층(140)을 포함하는 제1 회전체(미도시)가 도 6을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 구성될 경우, 돌출 패턴(143)은 좌측으로 기울어질 수 있다. 따라서 돌출 패턴(143)이 좌측, 즉 회전 방향(RT)의 역방향으로 기울어지기에 보다 용이한 형상을 갖도록 구성함으로써, 제2 회전체(미도시)에 의해 돌출 패턴(143)의 형상이 변형되는 과정에서 손실되는 힘을 감소시키고, 나아가 동력 전달 효율을 개선할 수 있다.
한편, 몇몇 실시예에서, 돌출 패턴(143)의 상면과 제2 측면이 형성하는 사이각(θ3)은 약 15도 이상, 또는 약 20도 이상, 또는 약 25도 이상, 또는 약 30도 이상일 수 있다. 돌출 패턴(143)의 상면이 상기 사이각(θ3)을 갖는 수준으로 경사를 형성함으로써, 돌출 패턴(143)의 상면이 제2 회전체(미도시)와 대략 동시에 접촉하도록 할 수 있다. 사이각(θ3)의 상한은 특별히 제한되지 않으나 돌출 패턴(143) 형성의 용이성 측면에서 약 80도 이하, 또는 약 70도 이하일 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층(150)을 설명하기 위한 단면도로서, 패턴층(150)을 회전 방향(RT)을 따라 절개한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 회전체의 패턴층(150)은 초기 상태, 즉 외력이 가해지지 않은 상태에서 돌출 패턴(153)이 회전 방향(RT)의 역방향으로 기울어져 있는 점이 도 6의 실시예에 따른 패턴층(140)과 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 돌출 패턴(153)은 회전 방향(RT)의 정방향(도 7 기준 우측 방향)에 위치한 제1 측면(도 7 기준 우측면) 및 회전 방향(RT)의 반대 방향(도 7 기준 좌측 방향)에 위치한 제2 측면(도 7 기준 좌측면)을 가질 수 있다.
이 경우, 제1 측면의 제4 경사각(θ4)은 90도 보다 큰 둔각을 형성하고, 제2 측면의 제5 경사각(θ5)은 90도 보다 작은 예각을 형성할 수 있다. 패턴층(150)을 포함하는 제1 회전체(미도시)가 도 7을 기준으로 우측 방향으로 회전하도록 구성될 경우, 돌출 패턴(153)은 좌측으로 기울어질 수 있다. 따라서 돌출 패턴(153)이 좌측, 즉 회전 방향(RT)의 역방향으로 기울어지기에 보다 용이한 형상을 갖도록 구성함으로써 동력 전달 효율을 개선할 수 있다.
나아가, 도 6에 따른 실시예와 다르게 돌출 패턴(153)이 이미 기울어진 형상을 가짐으로써 동력 전달 시스템의 구동 응답(drive response)을 더욱 빠르게 할 수 있다.
돌출 패턴(153)의 상면과 제2 측면이 형성하는 사이각은 약 15도 이상, 또는 약 20도 이상이되, 베이스층(151)을 기준으로 돌출 패턴(153)의 상면은 경사를 갖거나 갖지 않을 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 회전체 표면의 패턴층(160)을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 회전체의 패턴층(160)은 제1 돌출 패턴(163) 및 제2 돌출 패턴(165)을 포함하는 점이 도 7의 실시예와 상이한 점이다.
제1 돌출 패턴(163)은 도 7의 실시예에 따른 돌출 패턴(153)과 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 즉, 제1 돌출 패턴(163)은 초기 상태에서 회전 방향(RT)의 역방향으로 기울어진 상태일 수 있다. 제1 돌출 패턴(163)은 회전 방향(RT) 및 두께 방향(TD)으로 반복 배열될 수 있다.
반면 제2 돌출 패턴(165)은 초기 상태에서 회전 방향(RT)의 정방향으로 기울어진 상태일 수 있다. 즉, 제2 돌출 패턴(165)은 회전 방향(RT)의 정방향에 위치한 제1 측면 및 회전 방향(RT)의 반대 방향에 위치한 제2 측면을 가지되, 제1 측면은 예각의 경사각을 가지고, 제2 측면은 둔각의 경사각을 가질 수 있다. 제2 돌출 패턴(165)은 제1 돌출 패턴(163)과 기울어진 방향이 다른 점을 제외하고는 제1 돌출 패턴(163)과 실질적으로 동일한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 제2 돌출 패턴(165)은 회전 방향(RT) 및 두께 방향(TD)으로 반복 배열되되, 두께 방향(TD)으로 이격된 제1 돌출 패턴(163)들 사이에는 적어도 하나의 제2 돌출 패턴(165)이 배치될 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 패턴층(160)을 포함하는 제1 회전체(미도시) 및 제2 회전체(미도시)를 포함하는 동력 전달 시스템에 있어서, 필요에 따라 역방향으로의 구동이 필요할 수 있다. 예를 들어, 구동 회전체인 제1 회전체가 반대 방향으로 회전하거나, 또는 다른 예를 들어 제2 회전체가 구동 회전체가 될 수도 있다.
따라서 제1 회전체의 표면에 제2 돌출 패턴(165)을 포함하는 패턴층(160)을 배치하여 역방향으로의 구동 및 동력 전달 효율을 개선할 수 있다. 다만 몇몇 실시예에서, 정방향으로의 동력 전달 효율 및 응답 속도 측면에서 제1 돌출 패턴(163)의 개수는 제2 돌출 패턴(165)의 개수 보다 많을 수 있다. 또, 제1 돌출 패턴(163)이 차지하는 면적은 제2 돌출 패턴(165)이 차지하는 면적 보다 클 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템(12)의 모식도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(12)은 제1 회전체(101)가 제2 회전체(200)의 내주면에 접하는 점이 도 1의 실시예와 상이한 점이다.
예시적인 실시예에서, 제1 회전체(101)는 제1 회전 디스크(110), 패턴층(120) 및 제1 샤프트(190)를 포함하고, 제1 샤프트(190)를 회전축으로 하여 시계 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 또, 제2 회전체(300)는 제1 회전체(101) 보다 큰 직경을 가지고, 제1 회전체(101)는 제2 회전체(300)에 내접하여, 제2 회전체(300)가 제1 회전체(101)와 동일 방향, 즉 시계 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서 제2 회전체(300)의 내측면은 전술한 패턴층과 같은 구조를 가질 수도 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 제1 회전체(101)의 패턴층(120)은 전술한 것과 같은 다양한 돌출 패턴 구조를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템(13)의 사시도이다. 도 11은 도 10의 동력 전달 시스템(13)의 분해사시도이다. 도 12는 도 10의 동력 전달 시스템(13)의 회전체들의 회전 방향으로의 평면도이다. 도 13은 도 10의 동력 전달 시스템(13)의 단면도이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(13)은 썬 회전체(310)(sun rotator), 복수의 유성 회전체(401)(planetary rotator), 링 회전체(ring rotator) 및 캐리어(carrier)를 포함할 수 있다.
즉, 동력 전달 시스템(13)은 썬 기어, 유성 기어, 링 기어 및 캐리어를 포함하는 종래의 유성치차 기어 시스템과 대략 상응하는 구조를 가지되, 회전체의 표면에 톱니 내지는 치형이 형성되지 않은 점에 차이가 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 예시적인 실시예에서 썬 회전체(310), 유성 회전체(401) 및 링 회전체(510) 중 적어도 하나 이상 또는 전부는 그 표면(접지면)에 형성된 돌출 패턴을 포함하는 패턴층(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 썬 회전체(310)의 외주면과 링 회전체(510)의 내주면은 패턴층(미도시)이 형성되고, 유성 회전체(401)의 외주면은 톱니 없이 매끈한 상태일 수 있다. 다른 예를 들어, 유성 회전체(401)의 외주면은 패턴층(미도시)이 형성되고 썬 회전체(310)의 외주면 및 링 회전체(510)의 내주면은 톱니 없이 매끈한 상태일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 썬 회전체(310)의 외주면, 유성 회전체(401)의 외주면 및 링 회전체(510)의 내주면은 패턴층(미도시)이 형성된 상태일 수 있다.
썬 회전체(310)에는 제1 샤프트(390)가 연결된 상태일 수 있다. 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
썬 회전체(310)의 주변에는 복수의 유성 회전체(401)가 배치될 수 있다. 도 10 등은 세 개의 유성 회전체(401)가 120도의 이격 각도로 배치된 경우를 예시하나, 다른 실시예에서 유성 회전체(401)는 네 개 또는 그 이상일 수 있다. 썬 회전체(310)의 회전축을 중심으로, 복수의 유성 회전체(401)는 동일한 이격 각도로 각배열될 수 있다.
어느 유성 회전체(401)는 썬 회전체(310)와 외접하며 썬 회전체(310)와 접지면을 가질 수 있다. 썬 회전체(310)와 유성 회전체(401) 간의 관계에서, 썬 회전체(310)는 도 1의 실시예에 따른 제1 회전체에 상응하고, 유성 회전체(401)는 도 1의 실시예에 따른 제2 회전체에 상응할 수 있다.
또, 유성 회전체(401)의 외측에는 링 회전체(510)가 배치될 수 있다. 링 회전체(510)의 회전축은 썬 회전체(310)의 회전축과 일치할 수 있다. 링 회전체(510)는 복수의 유성 회전체(401)들과 내접하며 유성 회전체(401)와 접지면을 가질 수 있다. 유성 회전체(401)와 링 회전체(510) 간의 관계에서, 유성 회전체(401)는 도 9의 실시예에 따른 제1 회전체에 상응하고, 링 회전체(510)는 도 9의 실시예에 따른 제2 회전체에 상응할 수 있다.
유성 회전체(401)의 회전축에는 캐리어(650)가 기계적으로 연결될 수 있다. 또, 캐리어(650)는 제2 샤프트(690)가 기계적으로 연결된 상태일 수 있다. 캐리어(650) 및 제2 샤프트(690)는 회전 운동할 수 있고, 그 회전축은 썬 회전체(310)의 회전축과 일치할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축과 기계적으로 연결되고, 캐리어(650) 및 제2 샤프트(690)는 동력 출력 축과 기계적으로 연결되며, 링 회전체(510)의 회전은 고정될 수 있다.
이 경우 동력 전달 시스템(13)은 다음과 같이 구동할 수 있다. 즉, 도 12를 기준으로 제1 샤프트(390) 및 썬 회전체(310)가 시계 방향으로 회전할 경우, 복수의 유성 회전체(401) 각각은 반시계 방향으로 회전 운동(즉, 유성 회전체(401)의 회전축을 기준으로 자전 운동)함과 동시에 썬 회전체(310)의 회전축을 기준으로 시계 방향으로 이동 운동(즉, 썬 회전체(310)의 회전축을 중심으로 공전 운동)할 수 있다. 또, 복수의 유성 회전체(401)가 시계 방향으로 이동 운동함에 따라 이에 연결된 캐리어(650) 및 제2 샤프트(690) 또한 시계 방향으로 회전할 수 있다.
다시 말해서, 링 회전체(510)의 회전을 고정한 상태에서 제2 샤프트(690)가 제1 샤프트(390)와 동일한 방향으로 회전하도록 구성할 수 있고, 이 때의 기어비(i)는 다음 수식 1로 표현될 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
여기서 Ds는 썬 회전체(310)의 외경을 의미하고, Dr은 링 회전체(510)의 내경을 의미한다. 본 명세서에서, 기어비(i)가 1보다 클 경우 감속비를 나타냄을 의미하고, 기어비(i)가 1보다 작을 경우 가속비를 나타냄을 의미한다.
다른 실시예에서, 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축과 기계적으로 연결되고, 링 회전체(510)는 동력 출력 축과 기계적으로 연결되며, 캐리어(650) 및 제2 샤프트(690)의 회전은 고정될 수 있다.
이 경우 동력 전달 시스템(13)은 다음과 같이 구동할 수 있다. 즉, 도 12를 기준으로 제1 샤프트(390) 및 썬 회전체(310)가 시계 방향으로 회전할 경우, 복수의 유성 회전체(401) 각각은 반시계 방향으로 회전 운동할 수 있다. 반면, 캐리어(650)의 회전이 고정되어 유성 회전체(401)는 이동 운동하지 못할 수 있다. 또, 복수의 유성 회전체(401)가 반시계 방향으로 회전 운동함에 따라 링 회전체(510)는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
다시 말해서, 캐리어(650)와 제2 샤프트(690)의 회전을 고정한 상태에서 링 회전체(510)가 제1 샤프트(390)와 반대 방향으로 회전하도록 구성할 수 있고, 이 때의 기어비(i)는 다음 수식 2로 표현될 수 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
여기서 Ds는 썬 회전체(310)의 외경을 의미하고, Dr은 링 회전체(510)의 내경을 의미한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템(14)의 사시도이다. 도 15는 도 14의 동력 전달 시스템(14)의 분해사시도이다. 도 16은 도 14의 동력 전달 시스템(14)의 단면도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(14)은 도 10 등에 따른 동력 전달 시스템(13) 복수 개가 직렬 연결될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 동력 전달 시스템(14)은 제1 샤프트(390), 제1 샤프트(390)와 기계적으로 연결된 제1 썬 회전체(310), 제1 썬 회전체(310)와 외접하는 복수의 제1 유성 회전체(401), 복수의 제1 유성 회전체(401)와 내접하는 제1 링 회전체(510), 복수의 제1 유성 회전체(401)의 축과 기계적으로 연결된 제1 캐리어(650), 제1 캐리어(650)와 기계적으로 연결된 제2 썬 회전체(610), 제2 썬 회전체(610)와 외접하는 복수의 제2 유성 회전체(402), 복수의 제2 유성 회전체(402)와 내접하는 제2 링 회전체(520), 복수의 제2 유성 회전체(402)의 축과 기계적으로 연결된 제2 캐리어(750) 및 제2 캐리어(750)와 기계적으로 연결된 제2 샤프트(790)를 포함할 수 있다. 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축과 연결되고 제2 샤프트(790)는 동력 출력 축과 연결될 수 있다.
본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(14)은 유성치차 기어 시스템과 유사한 구조의 동력 전달 시스템을 복수개 직렬 연결하여 기어비를 더욱 높일 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(14)의 기어비(i)는 하기 수식 3으로 표현될 수 있다.
[수식 3]
Figure pat00003
여기서 i1은 제1 샤프트(390)와 제2 썬 회전체(610) 사이의 기어비이고, i2는 제2 썬 회전체(610)와 제2 샤프트(790) 사이의 기어비이다. 또, i1 및 i2는 각각 전술한 수식 1과 같은 방법으로 계산될 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(14)은 도 10의 실시예에 따른 동력 전달 시스템(13)에 비해 높은 기어비를 얻을 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 동력 전달 시스템(15)의 사시도이다. 도 18은 도 17의 동력 전달 시스템(15)의 분해사시도이다. 도 19는 도 17의 동력 전달 시스템(15)의 회전체들의 회전 방향으로의 평면도이다. 도 20은 도 17의 동력 전달 시스템(15)의 단면도이다.
도 17 내지 도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(15)은 유성 회전체(403)가 서로 상이한 직경을 갖는 제1 부분(413) 및 제2 부분(423)을 포함하고, 유성 회전체(403)의 제2 부분(423)과 내접하는 제2 링 회전체(530)를 더 포함하는 점이 도 10 등의 실시예에 따른 동력 전달 시스템(13)과 상이한 점이다.
구체적으로, 썬 회전체(310)는 제1 샤프트(390)와 연결될 수 있다. 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축일 수 있다.
썬 회전체(310)의 주변에는 복수의 유성 회전체(403)가 배치될 수 있다. 썬 회전체(310)는 유성 회전체(403)의 제1 부분(413)과 외접하여 접지면을 가질 수 있다. 또, 유성 회전체(403)는 제1 부분(413) 보다 작은 직경을 갖는 제2 부분(423)을 포함할 수 있다. 제1 부분(413)과 제2 부분(423)의 회전축은 일치하며, 제1 부분(413)과 제2 부분(423)은 일체로 회전할 수 있다.
또, 유성 회전체(403)의 외측에는 제1 링 회전체(510) 및 제2 링 회전체(530)가 배치될 수 있다. 제1 링 회전체(510) 및 제2 링 회전체(530)의 회전축은 썬 회전체(310)의 회전축과 일치할 수 있다. 제1 링 회전체(510)는 유성 회전체(403)의 제1 부분(413)과 내접하며 접지면을 가질 수 있다. 또, 제2 링 회전체(530)는 유성 회전체(403)의 제2 부분(423)과 내접하며 접지면을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서 제1 링 회전체(510)는 생략될 수도 있다.
유성 회전체(403)의 회전축에는 캐리어(650)가 기계적으로 연결될 수 있다. 또, 캐리어(650)는 제2 샤프트(690)가 기계적으로 연결된 상태일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 샤프트(390)는 동력 입력 축과 기계적으로 연결되고, 제2 링 회전체(530)는 동력 출력 축과 기계적으로 연결되며, 캐리어(650) 및 제2 샤프트(690)의 회전은 고정될 수 있다.
이 경우 동력 전달 시스템(15)은 다음과 같이 구동할 수 있다. 즉, 도 19를 기준으로 제1 샤프트(390) 및 썬 회전체(310)가 시계 방향으로 회전할 경우, 복수의 유성 회전체(403) 각각은 반시계 방향으로 회전 운동하되 이동 운동은 하지 못할 수 있다. 또, 복수의 유성 회전체(403)가 반시계 방향으로 회전 운동함에 따라 제1 링 회전체(510) 및 제2 링 회전체(530)는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
특히 제1 부분(413)과 제2 부분(423)이 동일한 각속도를 가지면서 직경이 감소하여 제2 부분(423)에 대한 제2 링 회전체(530)에 대한 기어비가 가속비를 나타내되, 제1 샤프트(390)와 제2 링 회전체(530)가 서로 반대 방향으로 돌기 때문에 제1 샤프트(390)의 각속도 벡터와 제2 링 회전체(530)의 각속도 벡터 간의 차이를 극대화할 수 있다. 즉, 복수의 유성치차 시스템을 직렬 연결하지 않음에도 불구하고 기어비의 증폭 효과를 가질 수 있어서 동력 전달 시스템(15)을 소형화 내지는 박형화할 수 있다.
도면으로 표현하지 않았으나, 썬 회전체(310), 유성 회전체(403)의 제1 부분(413)과 제2 부분(423), 제1 링 회전체(510) 및 제2 링 회전체(530) 중 적어도 하나 이상 또는 전부는 그 표면(접지면)에 형성된 패턴층(미도시)을 포함할 수 있다. 이에 따라 전술한 회전체들은 톱니 구조 없이도 동력을 효율적으로 전달할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 동력 전달 시스템(15)을 치형을 갖는 톱니 기어로 구현하기 위해서는 복수의 기어 간의 맞물림 구조를 설계하기가 매우 까다롭고, 따라서 매우 제한적인 상황 하에서만 구현될 수 있는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에 따를 경우 톱니의 설계 없이도 접지력을 높일 수 있고, 보다 자유로운 설계 유연성을 부여할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 이상에서 예시된 기술 사상의 변경물, 균등물 내지는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
11: 동력 전달 시스템
101: 제1 회전체
110: 제1 회전 디스크
120: 패턴층
121: 베이스층
123: 돌출 패턴
190: 제1 샤프트
200: 제2 회전체
210: 제2 회전 디스크
290: 제2 샤프트

Claims (13)

  1. 제1 회전체; 및 상기 제1 회전체와 맞닿는 접지면을 가지고 상기 제1 회전체와 함께 동력을 전달하는 제2 회전체를 포함하되, 상기 제1 회전체 및 상기 제2 회전체 중 적어도 하나의 접지면에는 마이크로 패턴 또는 텍스쳐링이 형성된 동력 전달 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전체는 및 상기 제2 회전체 중 적어도 하나는,
    회전 디스크, 및
    상기 회전 디스크 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 베이스층 및 상기 베이스층으로부터 상기 외주 방향으로 돌출된 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하고,
    상기 제1 회전체와 상기 제2 회전체가 맞닿는 부분에서 상기 돌출 패턴이 기울어져 표면적이 증가하도록 구성된 동력 전달 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전체는 회전 디스크 및 상기 회전 디스크 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하고,
    상기 돌출 패턴의 최대 높이는 3,000㎛ 이하인 동력 전달 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌출 패턴의 회전 방향으로의 최대폭은 300㎛ 이하이고,
    상기 돌출 패턴 간의 상기 회전 방향으로의 이격 거리는 상기 최대폭의 40% 이상인 동력 전달 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 회전체의 접지면에는 상기 회전 방향을 따라 연장되되, 상기 돌출 패턴이 적어도 부분적으로 삽입되도록 구성된 홈이 형성되고,
    상기 홈의 깊이는 상기 돌출 패턴의 최대 높이 보다 작고,
    상기 홈의 두께 방향으로의 너비는, 상기 돌출 패턴의 상기 두께 방향으로의 폭 보다 크고,
    상기 홈의 상기 두께 방향으로의 이격 거리는, 상기 돌출 패턴의 상기 두께 방향으로의 이격 거리 보다 큰 동력 전달 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    적어도 일부의 상기 돌출 패턴의 상면은 회전 방향을 따라 하향 경사진 동력 전달 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전 방향을 따라 절개한 단면에서, 상기 돌출 패턴은 초기 상태에서 상기 회전 방향의 역방향으로 기울어진 제1 돌출 패턴을 포함하는 동력 전달 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌출 패턴은 초기 상태에서 상기 회전 방향의 정방향으로 기울어진 제2 돌출 패턴을 더 포함하되, 상기 제1 돌출 패턴의 개수는 상기 제2 돌출 패턴의 개수 보다 큰 동력 전달 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 동력 전달 시스템은 썬 회전체, 상기 썬 회전체와 외접하는 복수의 유성 회전체, 상기 복수의 유성 회전체와 내접하는 링 회전체 및 상기 복수의 유성 회전체와 연결된 캐리어를 포함하는 유성 변속 시스템이고,
    상기 제1 회전체는 상기 썬 회전체 또는 상기 링 회전체고,
    상기 제2 회전체는 상기 유성 회전체인 동력 전달 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 동력 전달 시스템은,
    썬 회전체,
    상기 썬 회전체와 외접하는 복수의 유성 회전체로서, 제1 직경을 가지고 상기 썬 회전체와 접지면을 갖는 제1 부분, 및 상기 제1 직경 보다 작은 제2 직경을 가지고 상기 제1 부분과 회전축이 동일한 제2 부분을 포함하는 유성 회전체, 및
    상기 유성 회전체의 상기 제2 부분과 내접하는 링 회전체를 포함하는 유성 변속 시스템이고,
    상기 제1 회전체는 상기 썬 회전체 또는 상기 링 회전체고,
    상기 제2 회전체는 상기 유성 회전체인 동력 전달 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전체는 동력 입력 축과 연결되고,
    상기 제2 회전체는 동력 출력 축과 연결되며,
    상기 제2 회전체의 회전 운동이 정지하거나, 또는 상기 제2 회전체가 역회전하더라도, 상기 제1 회전체는 정회전 상태를 유지하도록 구성된 동력 전달 시스템.
  12. 회전 디스크; 및
    상기 회전 디스크의 외주 방향에 배치된 패턴층으로서, 베이스층 및 상기 베이스층으로부터 상기 외주 방향으로 돌출된 돌출 패턴을 포함하는 패턴층을 포함하는 동력 전달용 회전체.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 패턴층은 연성을 갖는 재질로 형성되고, 상기 돌출 패턴은 상기 회전체의 회전 방향을 따라 반복 배열되는 동력 전달용 회전체.
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