KR20220019284A

KR20220019284A - 유닛타입의 파동기어장치

Info

Publication number: KR20220019284A
Application number: KR1020227000943A
Authority: KR
Inventors: 나오키 가나야마
Original assignee: 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2022-02-16
Also published as: EP4019806A4; WO2021033319A1; JPWO2021033319A1; EP4019806A1; CN114245852A; TW202108913A; US20220364635A1

Abstract

유닛타입의 파동기어장치(1)는, 내치기어(2)와 외치기어(3)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하는 크로스 롤러 베어링(5)을 구비하여, 양 기어(2, 3)의 교합부분(7)이 그리스로 윤활된다. 외치기어(3)의 외주에는, 교합부분(7) 및 크로스 롤러 베어링(5)의 궤도홈(53)으로 통하게 하는 간극(8)이 형성된다. 교합부분(7)으로부터 간극(8)으로 압출되는 그리스의 일부는, 내치기어(2)에 형성된 관통구멍(10)을 통하여 유출되어, 교합부분(7)으로 환류한다. 그리스가 크로스 롤러 베어링(5)의 오일씰(9)로부터 유닛 외측으로 누설되어 나가는 것을 억제할 수 있다.

Description

유닛타입의 파동기어장치

본 발명은, 강성(剛性)의 내치기어(內齒 gear)와 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒 gear)를 상대회전(相對回轉)이 가능한 상태로 지지하는 베어링을 구비한 유닛타입(unit type)의 파동기어장치(波動 gear 裝置)에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 내치기어와 외치기어 사이의 교합부분(咬合部分)이 그리스(grease)로 윤활되는 유닛타입의 파동기어장치에 관한 것이다.

유닛타입의 파동기어장치로서, 강성의 내치기어와, 가요성의 외치기어와, 양(兩) 기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing) 등의 베어링을 구비한 것이 알려져 있다. 이 구성의 파동기어장치는, 특허문헌1, 2에 기재되어 있다.

특허문헌1에 기재되어 있는 파동기어장치에서는, 크로스 롤러 베어링이 실크햇 형상(silk hat 形狀)의 외치기어의 원통모양 몸통부를 둘러싸는 상태로 배치되어 있다. 크로스 롤러 베어링의 외륜(外輪)은 외치기어의 다이어프램(diaphragm)의 외주 가장자리에 형성된 원환상(圓環狀)의 보스(boss)에 체결되고, 크로스 롤러 베어링의 내륜(內輪)은 내치기어에 고정되어 있다. 외치기어의 원통모양 몸통부 및 다이어프램과, 크로스 롤러 베어링의 내륜 사이에는, 쌍방의 부재(部材)가 간섭하지 않도록 소정의 간극이 형성되어 있다. 간극은, 내치기어와 외치기어의 교합부분에 연결되어 있는 동시에, 크로스 롤러 베어링의 내외륜 사이의 궤도홈과 연결되어 있다. 특허문헌2에 기재되어 있는 파동기어장치에서는, 크로스 롤러 베어링이 컵형상(cup 形狀)을 한 외치기어의 원통모양 몸통부를 둘러싸는 상태로 배치되어 있다. 외치기어의 원통모양 몸통부 및 다이어프램과, 크로스 롤러 베어링의 내륜 사이에는, 소정의 간극이 형성되어 있다. 간극은, 내치기어와 외치기어의 교합부분 및 크로스 롤러 베어링의 궤도홈과 연결되어 있다.

또한 특허문헌3에는, 파동기어장치의 외부로부터 공급되는 윤활오일(潤滑 oil)을, 파동기어장치의 내부로 인도(引導)하기 위하여, 외치기어에 오일공급 구멍(hole)을 형성하는 것이 제안되어 있다.

특허문헌1 : 국제공개 제2014/091522호 특허문헌2 : 국제공개 제2014/203293호 특허문헌3 : 일본국 특허제4877804호 공보

유닛타입의 파동기어장치에서는, 양 기어의 교합부분의 윤활(潤滑)이, 교합부분에 미리 도포되거나 혹은 충전(充塡)된 그리스에 의하여 이루어질 경우가 있다. 교합부분에 있어서는, 파동발생기(波動發生器)에 의하여 외치기어의 원통모양 몸통부에 있어서 외치형성부분이 반복적으로 반경방향으로 휘어진다. 외치형성부분이 반경방향으로 반복적으로 휘어짐으로써 발생하는 펌프효과(pump 效果)에 의하여, 그리스로 윤활되어 있는 교합부분으로부터 그리스가 압출(壓出)된다. 압출된 그리스는, 외치기어의 원통모양 몸통부와 크로스 롤러 베어링의 내륜 사이에 형성되어 있는 간극으로 유입(流入)된다.

간극으로 유입되는 그리스는, 이 간극을 통하여, 크로스 롤러 베어링의 내외륜 사이의 궤도홈으로 흐른다. 크로스 롤러 베어링에 있어서 유닛 외측(外側)과 면(面)하는 내외륜의 사이는, 일반적으로 오일씰(oil seal)에 의하여 밀봉(密封)되어 있다. 궤도홈으로 유입되는 그리스에 의하여 궤도홈의 내압(內壓)이 높아지면, 오일씰에서 외부로 그리스가 누설될 우려가 있다.

본 발명의 목적은, 이 점을 감안하여 내치기어와 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링에 부착된 오일씰에서 유닛 외측으로 그리스가 누설되어 나가는 것을 방지하거나 혹은 억제할 수 있게 한 유닛타입의 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 대상이 되는 유닛타입의 파동기어장치는,

강성의 내치기어와,

내치기어의 내측에 동축(同軸)으로 배치된 가요성의 외치기어와,

내치기어 및 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링과,

내치기어 및 외치기어의 사이에, 그들의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 발생시키기 위한 파동발생기와,

내치기어의 내치 및 외치기어의 외치의 교합부분에 도포되거나 혹은 충전된 그리스와,

외치기어의 외주를 둘러싸는 상태로 형성된 간극을 구비하고 있고,

외치기어는, 내치기어의 내측에 동축으로 배치되고 반경방향으로 휘어질 수 있는 원통모양 몸통부와 원통모양 몸통부의 일방(一方)의 끝인 내단(內端)으로부터 반경방향의 외방(外方) 혹은 내방(內方)으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램을 구비하고,

외치는, 내치기어의 내치와 대향하는 원통모양 몸통부의 타방의 끝인 개구단(開口端)측의 외주면 부분에 형성되어 있고,

파동발생기는, 원통모양 몸통부를 반경방향으로 휘어지게 하여 부분적으로 외치를 내치에 교합시키고 있어, 회전구동 되면, 내치에 교합하는 외치의 위치를 원주방향으로 이동시키도록 구성되어 있고,

간극은, 외치기어의 원통모양 몸통부의 외주면을 따라 형성되고, 교합부분 및 베어링의 궤도홈과 연결되어 있다.

본 발명은, 이 구성의 유닛타입의 파동기어장치에 있어서,

내치기어는,

교합부분을 협지(挾持)하고, 외치기어의 다이어프램측에 위치하는 내측 끝면부분 및 외치기어의 개구단측에 위치하는 외측 끝면부분과,

내측 끝면부분으로부터 외측 끝면부분까지 관통하여 연장되어 있는 관통구멍을 구비하고 있고,

내측 끝면부분은 간극에 면(面)하고 있고,

관통구멍은 간극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

양 기어의 교합부분에 도포되거나 혹은 충전되어 있는 그리스는, 파동발생기에 의하여 반복적으로 반경방향으로 휘어지는 외치기어의 원통모양 몸통부의 펌프효과에 의하여 다이어프램 방향으로 압출된다. 교합부분으로부터 압출된 그리스는, 외치기어의 원통모양 몸통부의 외주면을 따라 형성되어 있는 간극으로 유출(流出)된다.

교합부분으로부터 간극으로 압출된 그리스의 일부는, 관통구멍을 통하여 교합부분의 반대측으로 유출되므로, 간극을 통하여 베어링의 궤도홈으로 유입되는 그리스의 양을 감소시킬 수 있다. 베어링의 궤도홈에 도달하는 그리스의 양을 감소시킬 수 있기 때문에 궤도홈을 밀봉하고 있는 오일씰을 통하여 유닛 외측으로 그리스가 누설되어 나가는 것을 방지하거나 혹은 억제할 수 있다. 또한 내치기어의 관통구멍을 통하여 외치기어의 개구단측으로 유출된 그리스를 교합부분으로 환류(還流)시킬 수 있다.

여기에서 관통구멍은, 내치기어에 있어서, 그 원주방향으로 등각도(等角度)의 간격, 또는 서로 다른 각도의 간격으로 형성하면 좋다. 또한 관통구멍의 단면형상(斷面形狀)은, 원형, 타원, 다각형, 기타의 형상으로 할 수 있다.

[도1]본 발명을 적용한 유닛타입의 파동기어장치를 나타내는 사시도이다.
[도2]도1의 유닛타입의 파동기어장치를 나타내는 개략적인 종단면도이다.

이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 유닛타입의 파동기어장치의 실시예에 관하여 설명한다. 또한 본 발명은 이하에 서술하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도1은 본 발명의 실시형태에 관한 유닛타입의 파동기어장치를 나타내는 사시도이고, 도2는 그것의 개략적인 종단면도이다. 유닛타입의 파동기어장치(1)(이하, 간단하게 「파동기어장치(1)」라고 한다)는, 강성의 내치기어(2)와, 가요성의 외치기어(3)와, 파동발생기(4)와, 내치기어(2) 및 외치기어(3)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 크로스 롤러 베어링(5)과, 감속회전을 출력하는 출력축(6)을 구비하고 있다.

내치기어(2)는, 4각형단면의 원환상(圓環狀)의 기어 본체부분(21)과, 이 기어 본체부분(21)으로부터 중심축선(1a)을 따른 방향으로 원환상으로 돌출하고 있는 하우징부분(22)을 구비하고 있다. 기어 본체부분(21)의 원형 내주면에 내치(23)가 형성되어 있다. 기어 본체부분(21)의 외주측(外周側) 부분에는 원주방향으로 소정의 각도간격을 두고 볼트구멍(24)이 형성되어 있다. 내치기어(2)는, 예를 들면 상상선(想像線)으로 나타내는 바와 같이 모터 플랜지(motor flange)(11a)에 체결고정 된다.

외치기어(3)는 컵형상을 하고 있고, 반경방향으로 휘어질 수 있는 원통모양 몸통부(31)와, 이 원통모양 몸통부(31)의 일방(一方)의 끝인 내단(內端)으로부터 반경방향의 내방(內方)으로 연장되는 원반모양 다이어프램(32)과, 다이어프램의 내주 가장자리에 일체로 형성되어 있는 강성의 원반모양 보스(33)를 구비하고 있다. 원통모양 몸통부(31)에 있어서 타방(他方)의 끝인 개구단(34)측의 외주면 부분에는 외치(35)가 형성되어 있다. 외치(35)는, 내치기어(2)의 내치(23)와 대향한 위치에 형성되어 있어, 내치(23)와 교합할 수 있다. 내치기어(2)의 내치(23)와 외치기어(3)의 외치(35)와의 교합부분(7)에는, 윤활제로서 그리스(도면에는 나타내지 않는다)가 도포되거나 혹은 충전되어 있다.

파동발생기(4)는, 상상선으로 나타내는 모터축(motor 軸)(11b) 등의 입력회전축에 연결되는 원통모양 허브(圓筒狀 hub)(41)와, 이 허브(41)의 외주면에 올덤 커플링(Oldham's coupling)(42)을 통하여 장착된 강성의 캠판(cam 板)(43)과, 캠판(43)의 타원형 외주면(44)에 장착된 웨이브 베어링(wave bearing)(45)을 구비하고 있다. 캠판(43)은, 웨이브 베어링(45)을 통하여, 외치기어(3)의 원통모양 몸통부(31)에 있어서 외치(35)가 형성되어 있는 부분의 내측에 회전이 가능한 상태로 장착되어, 외치(35)의 형성부분을 타원형모양으로 휘어지게 하고 있다. 타원형모양으로 휘어진 외치기어(3)의 외치(35)는, 타원형상의 장축방향의 양단(兩端) 및 그 근방에 있어서, 내치(23)에 맞물려 있다.

크로스 롤러 베어링(5)은, 본 예에서는, 출력축(6)에 일체로 형성된 내륜(51)과, 분할형의 외륜(52)과, 이들 사이에 형성된 4각형단면의 궤도홈(53)과, 궤도홈(53)에 전동(轉動)이 가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 롤러(54)를 구비하고 있다. 외륜(52)은, 체결볼트(55)에 의하여 내치기어(2)의 하우징부분(22)에 동축(同軸)으로 고정되어 있다. 내륜(51)과 외륜(52) 사이에는, 궤도홈(53)의 양측에 환상간극(環狀間隙)(56, 57)이 형성되어 있다. 외측의 환상간극(57)은, 오일씰(9)에 의하여 밀봉되어 있고, 유닛 외측으로 윤활제 등이 누출되지 않게 되어 있다. 또한, 내치기어(2)와 외치기어(3)를 상대회전이 가능한 상태로 지지하기 위한 베어링은, 크로스 롤러 베어링(5)에 한정되지 않는다. 볼베어링(ball bearing) 등의 베어링을 사용하여도 좋다.

내륜(51)이 일체로 형성되어 있는 출력축(6)은, 외치기어(3)의 보스(33)에 동축으로 고정되어 있다. 예를 들면 체결기구(61)에 의하여, 출력축(6)을 협지하고, 보스(33)와 도면에 나타내지 않은 출력측 부재가, 동축으로 체결고정 되어 있다.

여기에서 파동발생기(4)에 의하여 반경방향으로 휘어지는 외치기어(3)의 외치(35) 이외의 부위가, 내치기어(2) 및 크로스 롤러 베어링(5)과 간섭이 없도록, 외치기어(3)의 외주측을 둘러싸는 상태로 간극(8)이 형성되어 있다. 간극(8)은, 외치기어(3)의 원통모양 몸통부(31)의 외주면을 따라 형성되어 있다. 본 예에서는, 원통모양 몸통부(31)와, 이것을 둘러싸는 내치기어(2)에 일체로 형성된 하우징부분(22) 사이에, 간극(8)이 형성되어 있다.

간극(8)에 있어서 중심축선(1a) 방향의 일방의 끝은, 교합부분(7)에 있어서 다이어프램측의 내단부(內端部)(71)에 연결되어 있다. 간극(8)의 타단은, 크로스 롤러 베어링(5)의 내륜(51) 및 외륜(52) 사이의 내측 환상간극(56)을 통하여 궤도홈(53)과 연결되어 있다.

또한 내치기어(2)의 기어 본체부분(21)에는, 중심축선(1a)을 따른 방향으로 관통하여 연장되는 그리스 유통용의 관통구멍(10)이 형성되어 있다. 관통구멍(10)은, 간극(8)에 연결되어 있는 내측 개구단(10a)과, 교합부분(7)에 있어서 개구단(34)측의 외단부(72)가 노출되고 있는 유닛 외측공간(12)으로 개구되어 있는 외측 개구단(10b)을 구비하고 있다. 본 예에서는, 내측 개구단(10a)은, 기어 본체부분(21)에 있어서 간극(8)과 면(面)하는 내측 끝면부분(21a)으로 개구되어 있다. 외측 개구단(10b)은, 기어 본체부분(21)에 있어서 반대측의 외측 끝면부분(2lb)으로 개구되어 있다. 따라서 교합부분(7)은, 내측 끝면부분(21a)과 외측 끝면부분(2lb) 사이에 위치하고 있다.

이 구성의 파동기어장치(1) 동작을 설명한다. 도면에 나타내지 않은 모터 등에 의하여 파동발생기(4)가 회전구동 된다. 파동발생기(4)의 회전에 의하여 외치기어(3)와 내치기어(2)의 맞물림 위치가 원주방향으로 이동하고, 이들 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전이 양 기어(2, 3) 사이에서 발생한다. 예를 들면 내치기어(2)가 고정되고, 외치기어(3)로부터 출력축(6)을 통하여 감속회전이 출력된다.

내치기어(2)에 대한 외치기어(3)의 교합부분(7)에 있어서는, 파동발생기(4)가 회전하면, 원통모양 몸통부(31)가 반복적으로 반경방향으로 휘어진다. 이 휘어짐에 의하여 교합부분(7)에는, 그리스가 다이어프램(32) 방향으로 압출되는 펌프효과가 발생한다. 압출된 그리스가, 간극(8)을 통하여 크로스 롤러 베어링(5)의 궤도홈(53)을 향하여 흐른다.

간극(8)은, 내치기어(2)에 형성된 관통구멍(10)을 통하여 유닛 외측공간(12)과 연결되어 있다. 간극(8)을 흐르는 그리스의 일부는 궤도홈(53)을 향하지만, 나머지는 관통구멍(10)을 통하여 유닛 외측공간(12)으로 유출된다. 유닛 외측공간(12)은, 예를 들면 파동기어장치(1)와 모터 플랜지(11a) 사이에 형성되어 있고, 유닛 외측공간(12)에는 교합부분(7)의 외단부(72)가 노출되어 있다. 유닛 외측공간(12)으로 누설되어 나간 그리스는, 외단부(72)로부터 교합부분(7)으로 환류한다. 그리스 유통용의 관통구멍(10)을 형성하여 둠으로써 크로스 롤러 베어링(5)의 궤도홈(53)에 도달하는 그리스의 양을 감소시킬 수 있다. 따라서 오일씰(9)을 통하여 유닛 외부로 그리스가 누설되어 나가는 것을 방지하거나 혹은 억제할 수 있다.

(기타의 실시형태)

상기의 실시형태는, 본 발명을 컵형상의 외치기어를 구비한 파동기어장치에 적용하였을 경우의 예이다. 본 발명은, 실크햇 형상의 외치기어를 구비한 유닛타입의 파동기어장치에 대하여도 마찬가지로 적용이 가능하다. 이런 경우에 있어서도, 그 내치기어에 그리스 유통용의 관통구멍을 형성하여 둔다. 외치기어와 내치기어의 교합부분으로부터 압출되는 그리스의 일부가 관통구멍을 통하여 소정의 유닛 외측공간 측으로 유출된다. 이에 따라 외치기어와 내치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하고 있는 베어링에 부착된 오일씰에서 유닛 외부로 그리스가 누설되는 것을 방지하거나 혹은 억제할 수 있다.

Claims

강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)와,
상기 내치기어의 내측에 동축(同軸)으로 배치된 가요성(可撓性)의 외치기어(內齒gear)와,
상기 내치기어와 상기 외치기어를 상대회전이 가능한 상태로 지지하는 베어링(bearing)과,
상기 내치기어와 상기 외치기어 사이에 그들의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 발생시키기 위한 파동발생기(波動發生器)와,
상기 내치기어의 내치 및 상기 외치기어의 외치와의 교합부분에 도포되거나 혹은 충전된 그리스(grease)와,
상기 외치기어의 외주(外周)를 둘러싸는 상태로 형성된 간극(間隙)을
구비하고 있고,
상기 외치기어는, 상기 내치기어의 내측에 동축으로 배치되고 반경방향으로 휘어질 수 있는 원통모양 몸통부와 상기 원통모양 몸통부의 일방의 끝인 내단(內端)으로부터 반경방향의 외방(外方) 혹은 내방(內方)으로 연장되어 있는 원반모양의 다이어프램(diaphragm)을 구비하고,
상기 외치는, 상기 내치기어의 상기 내치와 대향하는 상기 원통모양 몸통부의 타방의 끝인 개구단측의 외주면 부분에 형성되어 있고,
상기 파동발생기는, 상기 원통모양 몸통부를 반경방향으로 휘어지게 하여 상기 외치를 상기 내치에 교합(咬合)시키고 있어, 회전구동 되면, 상기 내치에 교합하는 상기 외치의 위치를 원주방향으로 이동시키도록 구성되어 있고,
상기 간극은, 상기 외치기어의 상기 원통모양 몸통부의 외주면을 따라 형성되고, 상기 교합부분 및 상기 베어링의 궤도홈과 연결되어 있고,
상기 내치기어는,
상기 교합부분을 협지하고, 상기 다이어프램측에 위치하는 내측 끝면부분 및 상기 개구단측에 위치하는 외측 끝면부분과,
상기 내측 끝면부분으로부터 상기 외측 끝면부분까지 관통하여 연장되어 있는 관통구멍을
구비하고 있고,
상기 내측 끝면부분은 상기 간극에 면(面)하고 있고,
상기 관통구멍은 상기 간극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛타입의 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 관통구멍은, 상기 내치기어에 있어서, 그 원주방향으로 등각도(等角度)의 간격 또는 서로 다른 각도의 간격으로 복수개 형성되어 있는 유닛타입의 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 관통구멍의 단면형상은, 원형, 타원 또는 다각형인 유닛타입의 파동기어장치.
제1항에 있어서,
상기 외치기어는, 상기 원통모양 몸통부의 상기 내단으로부터 상기 반경방향의 내방으로 상기 다이어프램이 연장되어 있는 컵형상(cup形狀)을 하고 있고,
상기 내치기어는, 상기 내측 끝면부분측의 부위로부터 상기 베어링을 향하여 원환상(圓環狀)으로 연장되고, 상기 외치기어의 상기 원통모양 몸통부를 동축으로 둘러싸고 있는 하우징 부분을 구비하고 있고,
상기 간극은, 상기 원통모양 몸통부와 상기 하우징 부분 사이에 형성된 원환상의 간극인 유닛타입의 파동기어장치.