KR20220013670A

KR20220013670A - 파동기어를 이용한 감속장치

Info

Publication number: KR20220013670A
Application number: KR1020200092896A
Authority: KR
Inventors: 김재현
Original assignee: 주식회사 인팩
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-02-04

Abstract

본 발명은 복수의 유성기어의 회전에 의해 서큘러 스플라인과 국부적으로 내접하여 치결합되는 플렉스 스플라인을 이용하여 감속회전을 출력할 수 있는 파동기어를 이용한 감속장치를 개시한다.
전술한 파동기어를 이용한 감속장치는 외부동력에 의해 회전하는 구동축, 상기 구동축과 결합되는 캐리어, 상기 캐리어에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어, 상기 복수의 유성기어의 외치형부에 대해 동시에 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 플렉스 스플라인, 및 상기 플렉스 스플라인의 외치형부에 대해 국부적으로 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 서큘러 스플라인을 포함하고, 상기 플렉스 스플라인의 외치형부와 상기 서큘러 스플라인의 내치형부 사이의 치결합은 상기 복수의 유성기어의 외치형부와 상기 플렉스 스플라인의 내치형부 사이의 동시적인 치결합을 통해 국부적으로 이루어지도록 구성된다.

Description

파동기어를 이용한 감속장치{Reduction device using wave gear}

본 발명은 파동기어를 이용한 감속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 유성기어의 회전에 의해 서큘러 스플라인과 국부적으로 내접하여 치결합되는 플렉스 스플라인을 이용하여 감속회전을 출력할 수 있는 파동기어를 이용한 감속장치에 관한 것이다.

일반적으로 동력원으로부터 발생된 구동력을 출력측으로 제공하는 장치에는 회전 구동력을 직선방향으로 전환하여 출력하는 직선 출력형 액추에이터, 회전 구동력을 그대로 출력 전이하는 회전 출력형 액추에이터, 및 직선방향의 구동력을 직선이나 회전방향으로 전이 출력하는 변환형 액추에이터 등으로 구분될 수 있고, 이외에도 다양한 형태로 개발되어 왔다.

특히, 구동력을 출력측으로 전이하는 과정에서 감속장치를 이용하여 입력측 토오크를 배가시켜 출력측으로 전달하는 액추에이터의 개발도 함께 수행되고 있는 실정이다.

일례로, 등록특허 제10-1583023호에 개시된 하모닉 드라이브에서는 웨이브 제너레이터와, 플렉스 스플라인과, 롤러 유닛, 및 서큘러 스플라인을 포함하고, 웨이브 제너레이터는 회전력을 입력받아 회전하는 타원 형상의 캠을 구비한다. 또한, 플렉스 스플라인은 캠을 내부에 삽입하며, 외주면에 기어치를 형성하게 된다.

또한, 롤러 유닛은 캠과 플렉스 스플라인 사이에서 캠의 회전 운동을 플렉스 스플라인으로 전달하여 플렉스 스플라인을 탄성 변형시키는 것으로, 각각의 회전축이 캠의 회전축과 나란하게 위치하게 되고 캠의 회전방향을 따라 배열된 다수의 롤러들, 및 롤러들을 지지하는 롤러 지지체를 구비한다. 또한, 서큘러 스플라인은 플렉스 스플라인을 내부에 삽입하며, 내주면에 플렉스 스플라인의 기어치와 부분적으로 맞물리는 기어치가 형성된다.

이러한 구조의 종래 하모닉 드라이브에서는 웨이브 제너레이터의 외주면과 플렉스 스플라인의 내주면이 서로 슬라이딩 운동되기 때문에 고도의 정밀가공이 필요하여 가공성을 어렵게 하는 단점이 있다.

또한, 웨이브 제너레이터에 의해 회전시 변형이 되는 플렉스 스플라인은 지속적으로 반복 응력을 받게 되므로, 플렉스 스플라인의 외주면에 위치한 외치형부의 형상에 의해 두께가 상대적으로 얇은 부분에서는 응력이 더욱 집중되어 피로 파괴를 초래하는 문제를 야기하게 된다.

등록특허 제10-1583023호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복수의 유성기어의 회전에 의해 서큘러 스플라인과 국부적으로 내접하여 치결합되는 플렉스 스플라인을 이용하여 감속회전을 출력할 수 있는 파동기어를 이용한 감속장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 외부동력에 의해 회전하는 구동축, 상기 구동축과 결합되는 캐리어, 상기 캐리어에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어, 상기 복수의 유성기어의 외치형부에 대해 동시에 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 플렉스 스플라인, 및 상기 플렉스 스플라인의 외치형부에 대해 국부적으로 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 서큘러 스플라인을 포함하고, 상기 플렉스 스플라인의 외치형부와 상기 서큘러 스플라인의 내치형부 사이의 치결합은 상기 복수의 유성기어의 외치형부와 상기 플렉스 스플라인의 내치형부 사이의 동시적인 치결합을 통해 국부적으로 이루어지도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 캐리어는 상기 복수의 유성기어를 회전 가능하게 설치하기 위한 복수의 지지축을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 유성기어는 상기 캐리어의 지지축과의 축결합을 위해 중심부위에 관통구멍을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 복수의 유성기어의 축중심은 상기 구동축의 축중심에 대해 동심원상으로 배치되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 복수의 유성기어의 축중심은 상기 구동축의 축중심에 대해 각각 방사상으로 동일한 각도를 두고 상호 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 플렉스 스플라인의 내치형부와 외치형부는 동일한 잇수를 가지도록 설정되고, 상기 서큘러 스플라인의 내치형부는 상기 플렉스 스플라인의 내치형부 또는 외치형부 보다 많은 잇수를 가지도록 설정되는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 플렉스 스플라인의 자전을 구속하는 제1구속부재, 및 상기 서큘러 스플라인의 자전을 구속하는 제2구속부재를 더 포함하고, 상기 제1구속부재의 작동에 따른 상기 플렉스 스플라인의 자전이 구속되면, 상기 서큘러 스플라인의 자전이 출력측 회전이 되고, 상기 제2구속부재의 작동에 따른 상기 서큘러 스플라인의 자전이 구속되면, 상기 플렉스 스플라인의 자전이 출력측 회전이 되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 단일의 구동축과 연동하는 복수의 유성기어의 회전에 의해 플렉스 스플라인과 내접하여 치결합되어 회전함과 동시에 플렉스 스플라인의 회전에 의해 서큘러 스플라인과 내접하여 치결합되어 회전함으로써 입력측 회전을 감속하여 출력측 회전으로 전환할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 플렉스 스플라인에 대한 자전의 구속을 통해 서큘러 스플라인의 자전을 출력측 회전으로 선택할 수 있고, 서큘러 스플라인에 대한 자전의 구속을 통해 플렉스 스플라인의 자전을 출력측 회전으로 선택할 수 있으므로, 구동축에 대한 입력 회전수 대비 출력 회전수를 더욱 다분화하여 가변적으로 조절할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 플렉스 스플라인의 내치형부와 외치형부를 동일한 잇수를 가지는 유연한 부재로 형상화하여 두께의 편차를 줄일 수 있으므로, 변형에 의한 피로 내구력을 증대시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치의 구성 요소에 대한 결합관계를 설명하기 위해 주요 구성 부품들을 분해하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 구동축과 유성기어 사이의 결합관계를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치에 대한 동작상태를 유성기어와 플렉스 스플라인의 회전각도에 따라 구분하여 도시한 것으로, 도 5는 유성기어와 플렉스 스플라인이 0도에서 180도의 구간으로 공전하는 상태를 각각 나타낸 것이고, 도 6은 유성기어와 플렉스 스플라인이 270도에서 360도의 구간으로 공전하는 상태를 각각 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 구동축(10)과 캐리어(20), 유성기어(30), 플렉스 스플라인(40), 및 서큘러 스플라인(50)을 포함하여 구성된다. 상기 구동축(10)과 캐리어(20)와 플렉스 스플라인(40) 및 서큘러 스플라인(50)은 각각 단일의 수량으로 구비되고, 상기 유성기어(30)는 복수의 수량으로 구비된다. 특히, 상기 플렉스 스플라인(40)은 상기 유성기어(30)와의 접촉에 의해 타원형상으로 변형하여 상기 서큘러 스플라인(50)에 내접할 수 있는 유연성 소재이면서 무엇보다도, 전 둘레부위를 따라 반복적이면서도 국부적인 타원형상으로의 변형에도 충분히 견딜 수 있는 내구성을 갖춘 강성부재로 제작된다.

상기 구동축(10)은 외부동력에 의해 회전하는 회전수단으로부터 회전력을 제공받아 회전하도록 구성되는 것으로, 단일의 수량으로 구비된다. 또한, 상기 구동축(10)은 감속장치에 있어 실질적인 입력부재에 해당하는 것이다.

상기 캐리어(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 구동축(10)과 결합되어 구동축(10)의 회전시 연동하여 일체로 회전하는 부재로서, 좌/우측 양단부에 상기 유성기어(30)를 각각 회전 가능하게 설치하도록 구성된다. 이를 위해 상기 캐리어(20)는 좌/우측 양단부에 상기 복수의 유성기어(30)를 개별적으로 회전 가능하게 설치하기 위해 도면을 기준으로 전방을 향해 돌출되는 지지축(22)을 각각 구비한다.

상기 유성기어(30)는 상기 캐리어(20)의 지지축(22)에 대해 회전 가능하게 설치되는 복수의 부재로서, 상기 구동축(10)의 회전에 따른 상기 캐리어(20)의 회전시 상기 지지축(22)을 축중심으로 하여 자전하고 상기 구동축(10)을 축중심으로 하여 공전하도록 구성된다. 또한, 상기 유성기어(30)는 외주면의 전 둘레부위에 걸쳐 상기 플렉스 스플라인(40)의 내주면과의 치결합을 위해 외치형부(32)를 형성하도록 구성된다.

또한, 상기 유성기어(30)는 상기 캐리어(20)의 지지축(22)과의 축결합을 위해 중심부위에 관통구멍(34)을 형성하도록 구성된다.

또한, 상기 복수의 유성기어(30)에 있어, 각각의 축중심은 상기 구동축(10)의 축중심에 대해 동심원상으로 배치되도록 구성된다. 즉, 상기 지지축(22)의 축중심은 상기 캐리어(20)의 중심부위를 기준으로 대칭인 부위에 위치하도록 구성된다.

또한, 상기 복수의 유성기어(30)의 축중심은 상기 구동축(10)의 축중심에 대해 각각 방사상으로 동일한 각도를 두고 상호 이격되게 배치되도록 구성된다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 상기 유성기어(30)가 상기 캐리어(20)의 좌/우측 양단부에 위치하는 배치구조에 한정하여 제시하였으나, 상기 캐리어(20)의 형상을 방사형 구조로 설정할 경우에는 각각의 분지된 부위에 상기 유성기어(30)가 개별적으로 구비될 수도 있음은 물론일 것이다.

상기 플렉스 스플라인(40)은 파동기어에 해당하는 것으로, 상기 복수의 유성기어(30)의 외치형부(32)에 대해 동시에 내접하여 치결합됨과 동시에, 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52)에 대해 국부적으로 외접하여 치결합되는 단일의 부재로 구성된다.

이를 위해, 상기 플렉스 스플라인(40)은 내주면의 전둘레부위에 걸쳐 상기 유성기어(30)의 외치형부(32)와의 치결합을 위한 내치형부(42)를 구비한다.

또한, 상기 플렉스 스플라인(40)은 외주면의 전 둘레부위에 걸쳐 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52)와의 치결합을 위한 외치형부(44)를 구비한다.

또한, 상기 플렉스 스플라인(40)은 내치형부(42)와 외치형부(44)의 치형이 가지는 잇수가 각각 동일한 수량을 가지도록 설정된다. 특히, 상기 플렉스 스플라인(40)은 상기 유성기어(30)와의 접촉시 타원형상으로 변형할 수 있는 유연하면서도 적정의 강성을 가진 소재로 제작된다.

상기 서큘러 스플라인(50)은 상기 플렉스 스플라인(40)의 외주면에 대해 국부적으로 내접하여 치결합되는 단일의 부재로 구성된다.

이를 위해, 상기 서큘러 스플라인(50)은 내주면의 전둘레부위에 걸쳐 상기 플렉스 스플라인(40)의 외치형부(44)와의 국부적인 치결합을 위한 내치형부(52)를 구비한다.

또한, 상기 서큘러 스플라인(50)은 내치형부(52)가 상기 플렉스 스플라인(40)의 내치형부(42) 또는 외치형부(44) 보다 많은 잇수를 가지도록 설정된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치에 있어, 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52)는 상기 유성기어(30)의 외치형부(32)와 상기 플렉스 스플라인(40)의 내치형부(42) 사이의 치결합을 통해 상기 플렉스 스플라인(40)의 외치형부(44)와 치결합되도록 구성된다. 부연하자면, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치에 있어, 상기 플렉스 스플라인(40)의 외치형부(44)와 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52) 사이의 국부적인 치결합은 도 5와 도 6에 각각 도시된 바와 같이, 상기 복수의 유성기어(30)의 외치형부(32)와 상기 플렉스 스플라인(40)의 내치형부(42) 사이의 동시적인 치결합을 통해 종속적으로 이루어지도록 구성된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전만을 선택적으로 구속하는 제1구속부재(미도시), 및 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전만을 선택적으로 구속하는 제2구속부재(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 제1구속부재와 제2구속부재는 플렉스 스플라인(40)의 자전과 서큘러 스플라인(50)의 자전을 각각 선택적으로 구속 내지 허용할 수 있게 하는 장치로서, 예컨대 자동변속기의 유성기어열에서 특정요소 사이를 연동 가능하게 연결하거나 연동관계를 해제하는 다판클러치의 형태로 구성될 수 있을 것이다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 상기 제1구속부재의 작동에 따른 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전이 구속되면, 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전이 출력측 회전으로 전환될 수 있고, 상기 제2구속부재의 작동에 따른 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전이 구속되면, 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전이 출력측 회전으로 전환될 수 있다.

요약하자면, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치는 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전을 구속하면, 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전이 출력측 회전이 되고, 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전을 구속하면, 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전이 출력측 회전이 되는 것이다.

즉, 상기 플렉스 스플라인(40)의 축중심을 기준으로 자전을 구속하면, 상기 서큘러 스플라인(50)의 축중심이 출력측 회전의 중심이 되는 것이고, 상기 서큘러 스플라인(50)의 축중심을 기준으로 자전을 구속하면, 상기 플렉스 스플라인(40)의 축중심이 출력측 회전의 중심이 되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 파동기어를 이용한 감속장치에 대한 동작상태를 도 5와 도 6을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 경우, 도 5는 유성기어와 플렉스 스플라인이 0도에서 180도의 구간으로 공전하는 상태를 각각 나타낸 것이고, 도 6은 유성기어와 플렉스 스플라인이 270도에서 360도의 구간으로 공전하는 상태를 각각 나타낸 것이다.

먼저, 외부동력에 의해 상기 구동축(10)이 회전하게 되면, 상기 캐리어(20)는 상기 구동축(10)과 동일한 방향과 동일한 속도로 회전하게 된다.

이어, 상기 구동축(10)과 캐리어(20)를 통해 입력되는 회전은 상기 유성기어(30)의 자전과 공전을 유도하게 되고, 상기 유성기어(30)의 자전과 공전은 상기 유성기어(30)의 외치형부(32)와 상기 플렉스 스플라인(40)의 내치형부(42) 사이의 국부적인 치결합을 유도하게 된다.

이어, 상기 유성기어(30)의 외치형부(32)와 상기 플렉스 스플라인(40)의 내치형부(42) 사이의 국부적인 치결합은 상기 플렉스 스플라인(40)의 외치형부(44)와 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52) 사이의 국부적인 치결합을 유도하게 되므로, 상기 서큘러 스플라인(50)의 내치형부(52)에 대한 상기 플렉스 스플라인(40)의 외치형부(44)의 국부적인 치결합은 감속 회전의 출력을 유도하게 된다.

이 경우, 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전이 제1구속부재의 작동에 따라 구속되면, 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전이 출력측 감속 회전으로 전환되고, 상기 서큘러 스플라인(50)의 자전이 제2구속부재의 작동에 따라 구속되면, 상기 플렉스 스플라인(40)의 자전이 출력측 감속 회전으로 전환된다. 또한, 각각의 경우에 있어 감속의 정도는 상이하게 출력됨은 물론이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10-구동축 20-캐리어
30-유성기어 32-외치형부
34-관통구멍 40-플렉스 스플라인
42-내치형부 44-외치형부
50-서큘러 스플라인 52-내치형부

Claims

외부동력에 의해 회전하는 구동축;
상기 구동축과 결합되는 캐리어;
상기 캐리어에 회전 가능하게 설치되는 복수의 유성기어;
상기 복수의 유성기어의 외치형부에 대해 동시에 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 플렉스 스플라인; 및
상기 플렉스 스플라인의 외치형부에 대해 국부적으로 내접하여 치결합되는 내치형부를 갖춘 서큘러 스플라인을 포함하고,
상기 플렉스 스플라인의 외치형부와 상기 서큘러 스플라인의 내치형부 사이의 치결합은 상기 복수의 유성기어의 외치형부와 상기 플렉스 스플라인의 내치형부 사이의 동시적인 치결합을 통해 국부적으로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 캐리어는 상기 복수의 유성기어를 회전 가능하게 설치하기 위한 복수의 지지축을 구비하는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 2에 있어서,
상기 유성기어는 상기 캐리어의 지지축과의 축결합을 위해 중심부위에 관통구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 유성기어의 축중심은 상기 구동축의 축중심에 대해 동심원상으로 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 유성기어의 축중심은 상기 구동축의 축중심에 대해 각각 방사상으로 동일한 각도를 두고 상호 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플렉스 스플라인의 내치형부와 외치형부는 동일한 잇수를 가지도록 설정되고, 상기 서큘러 스플라인의 내치형부는 상기 플렉스 스플라인의 내치형부 또는 외치형부 보다 많은 잇수를 가지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플렉스 스플라인의 자전을 구속하는 제1구속부재, 및 상기 서큘러 스플라인의 자전을 구속하는 제2구속부재를 더 포함하고, 상기 제1구속부재의 작동에 따른 상기 플렉스 스플라인의 자전이 구속되면, 상기 서큘러 스플라인의 자전이 출력측 회전이 되고, 상기 제2구속부재의 작동에 따른 상기 서큘러 스플라인의 자전이 구속되면, 상기 플렉스 스플라인의 자전이 출력측 회전이 되는 것을 특징으로 하는 파동기어를 이용한 감속장치.