KR20220107883A - 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치 - Google Patents

Abstract

림 두께를 최적화할 수 있는 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치가 개시된다. 외치 기어는, 전단부가 개구된 원통형의 바디, 및 상기 바디의 전단부의 외주면 둘레를 따라 형성되는 외치를 포함하고, 상기 외치는, 잇줄 방향을 따라 치형부의 양단부에서의 치면 각도 및 림부의 림 두께가 상이하게 형성된다.

Description

외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치{FLEXSPLINE AND STRAIN WAVE GEAR DEVICE}

이하의 설명은 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치에 관한 것이다.

파동 기어 장치는 감속기의 일종으로, 강성 링 형상의 내치 기어(circular spline)와, 내치 기어의 내주면에 구비되는 가요성 원통 형상의 외치 기어(flex spline) 및 외치 기어의 내부에 구비되는 고강성 타원 형상의 파동 발생기(wave generator)를 포함한다. 또한, 파동 기어 장치는, 외치 기어의 몸통 형상에 따라 컵형(cup type)과, 실크햇형(silk hat type) 및 플랫형(flat type)이 알려져 있다.

파동 기어 장치는, 외치 기어가 파동 발생기에 의해서 타원 형상으로 변형되고, 그 장축 방향의 양단에서 내치 기어에 맞물린다. 그리고 파동 발생기가 회전함에 따라 양 기어의 맞물림 위치가 둘레 방향으로 이동하며, 양 기어의 치수(齒數) 차에 기인하는 상대 회전이 둘레 방향을 따라 발생한다. 여기서, 양 기어 중 일방의 기어(예를 들어, 내치 기어)는 하우징 등에 고정되어 있고, 고정되지 않은 타방의 기어로부터 치수 차에 근거하는 감속 회전이 출력된다.

한편, 가요성 외치 기어는 파동 발생기에 의해서 타원형으로 휘어질 때 그 잇줄 방향을 따라 개방된 전단부의 휨량이 가장 크고, 후방의 다이어프램으로 갈수록 휨량이 감소한다. 또한, 외치 기어는 회전에 의해서 반경 방향으로 휨이 반복되는데, 이러한 외치 기어의 휨을 "코닝(coning)"이라 한다.

최근, 파동 기어 장치는 부하 토크 성능을 향상시키기 위해서, 외치 기어의 코닝을 고려한 연속적인 맞물림이 가능하도록 하는 외치 기어의 개발이 요구된다. 여기서, 외치 기어의 전달 토크를 증가시키기 위해서는 적절한 치형의 설계 및 치저의 림 두께에 대한 설계가 요구된다.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

실시예의 목적은, 파동 기어 장치에서 외치 기어의 림 두께를 최적화할 수 있는 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치를 제공하는 것이다.

실시예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예에 따른 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치에 대해서 설명한다.

파동 기어 장치의 외치 기어는, 전단부가 개구된 원통형의 바디, 및 상기 바디의 전단부의 외주면 둘레를 따라 형성되는 외치를 포함하고, 상기 외치는, 잇줄 방향을 따라 치형부의 양단부에서의 치면 각도 및 림부의 림 두께가 상이하게 형성된다.

일 측에 따르면, 상기 외치는 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성될 수 있다. 상기 치형부는, 상기 외치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 높이가 제2 위치에서의 제2 높이보다 크고, 상기 제1 위치에서의 제1 치면 각도가 상기 제2 위치에서의 제2 치면 각도보다 크게 형성될 수 있다. 그리고 상기 림부는, 상기 제1 위치에서의 제1 림 두께가 상기 제2 위치에서의 제2 림 두께보다 작게 형성될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 치형부는 상기 림부와 다른 재질로 형성될 수 있다. 상기 치형부는 철계 소재로 형성되고, 상기 림부는 탄성 재질로 형성될 수 있다.

한편, 파동 기어 장치는, 링 형상을 갖고 내주면에 내치가 형성되는 내치 기어, 상기 내치 기어의 내주면에 구비되고, 원통형의 바디와, 상기 바디의 개구된 전단부의 외주면에 외치가 형성되는 외치 기어, 및 상기 외치 기어의 내부에 구비되는 파동 발생기를 포함하고, 상기 외치 기어는, 잇줄 방향을 따라 치형부의 양단부에서의 치면 각도 및 림부의 림 두께가 상이하게 형성된다.

일 측에 따르면, 상기 외치 기어는 상기 외치의 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성되고, 상기 내치 기어는 상기 내치의 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성될 수 있다. 상기 외치 기어는, 상기 치형부가, 상기 외치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 높이가 제2 위치에서의 제2 높이보다 크고, 상기 제1 위치에서의 제1 치면 각도가 상기 제2 위치에서의 제2 치면 각도보다 크게 형성될 수 있다. 상기 외치 기어는, 상기 림부가 상기 제1 위치에서의 제1 림 두께가 상기 제2 위치에서의 제2 림 두께보다 작게 형성될 수 있다. 상기 내치 기어는 상기 외치와 대응되게 상기 제1 위치와 제2 위치에서의 내치 높이와 치면 각도가 서로 다르게 형성될 수 있다. 그리고 상기 내치는, 상기 내치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 내치 높이와 제1 치면 각도가 제2 위치에서의 제2 내치 높이 및 제2 치면 각도보다 크게 형성될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 외치 기어는 잇줄 방향이 축 방향과 평행한 평기어일 수 있다. 또한, 상기 내치 기어는 잇줄 방향이 축 방향에 평행한 평기어일 수 있다.

실시예들에 따르면, 외치 기어의 치저의 림 두께를 최적화함으로써 전달 토크를 증대시킬 수 있다.

실시예에 따른 외치 기어 및 이를 구비하는 파동 기어 장치의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 파동 기어 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 파동 기어 장치의 측단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 외치 기어의 외치 부분을 도시한 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 파동 기어 장치에서 내치 기어와 외치 기어가 맞물린 상태를 도시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 외치 기어(120) 및 파동 기어 장치(100)에 대해서 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시예에 따른 파동 기어 장치(100)를 정면측에서 본 도면이고, 도 2는 도 1의 파동 기어 장치(100)를 축 방향에서 자른 측단면도이고, 도 3은 도 1의 파동 기어 장치(100)에서 외치 기어(120)의 외치(122) 부분을 도시한 도면이다. 그리고 도 4는 변형 실시예에 따른 파동 기어 장치(100)에서 내치(112)와 외치(122)가 맞물린 상태를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 파동 기어 장치(100)는, 내치 기어(110)와, 외치 기어(120)와, 파동 발생기(130)를 포함하여 구성된다.

이하의 설명에서는 외치 기어(120)의 개방된 단부 쪽을 "전방"이라 하고, 반대쪽을 "후방"이라 한다.

내치 기어(110)는 원형 링 형상으로 형성되는 강성의 바디(111)와, 바디(111)의 내주면에 형성되는 내치(112)를 포함하여 형성된다. 예를 들어, 내치 기어(110)는 잇줄(齒筋, tooth trace) 방향이 축(미도시)에 평행한 평기어일 수 있다.

외치 기어(120)는 내치 기어(110)의 내주면에 맞물리도록 동축 상에 구비된다. 외치 기어(120)는, 원통 형상으로 형성되는 가요성의 바디(121)와, 바디(121)의 전단부 외주면에 형성되어서 내치(112)에 맞물리는 외치(122)를 포함하여 형성된다. 외치 기어(120)의 바디(121)는 전방의 전단부가 개방되게 형성되고, 후방에는 원주 방향으로 연장된 다이어프램(123)과, 하우징(미도시)에 결합되는 보스(124)가 형성된다. 예를 들어, 외치 기어(120)는 잇줄 방향이 축 방향에 평행한 평기어일 수 있다. 또한, 외치 기어(120)는 다이어프램(123)이 바디(121)의 후방을 폐쇄하도록 형성되는 컵형일 수 있다.

다만, 외치 기어(120)의 형상이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 실크햇형(silk hat type) 또는 플랫형(flat type)이 사용될 수 있다.

파동 발생기(130)는 외치 기어(120)의 내주면에 끼워지도록 동축 상에 구비된다. 파동 발생기(130)는, 타원형으로 형성되는 강성의 플러그(131)와, 플러그(131)와 외치 기어(120) 사이에 구비되는 베어링(132)을 포함하여 형성된다. 플러그(131)에는 외치 기어(120)를 관통한 축(미도시)이 결합된다. 또한, 파동 발생기(130)는 외치 기어(120)의 내주면에 구비되어서 외치 기어(120)를 타원형으로 변형시키고 외치(122)가 내치(112)에 부분적으로 맞물리게 한다.

여기서, 파동 발생기(130)는 외치 기어(120)의 개방된 전단부에 끼워져서 외치 기어(120)를 타원형으로 변형시킨다. 이로 인해, 외치 기어(120)는 변형된 타원의 장축 상에서 외치(122)가 내치(112)에 부분적으로 맞물리게 된다. 이 때, 외치 기어(120)는, 전단부에서 변형이 가장 크게 발생하고, 그 잇줄 방향을 따라 다이어프램(123)으로부터의 거리에 비례하여 휨량(코닝(coning))이 증가한다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 외치 기어(120)에 대해서 상세하게 설명한다.

외치 기어(120)는 파동 발생기(130)에 의해서 타원형으로 변형될 때의 잇줄 방향의 휨량 및 전달 토크를 고려하여 치형부(222)의 치면 각도(θ1, θ2)와 림부(221)의 림 두께(H1, H2)를 서로 다르게 형성한다.

여기서, 외치 기어(120)의 형상을 설명할 때, 기준 위치는 치형부(222)의 양단부 위치로서, 잇줄 방향을 따라 치형부(222)의 전단부가 제1 위치(P1)라 하고, 타단부가 제2 위치(P2)라 한다.

외치 기어(120)는 외치(122)의 이끝선(L)이 외치 기어(120)의 내주면(121a) 및 축(미도시)에 평행하게 형성된다. 여기서, 도면에서 R은 외치(122)의 이뿌리선(R)이다.

외치(122)의 치형부(222)는 제1 위치(P1)에서의 제1 높이(C1)가 제2 위치(P2)에서의 제2 높이(C2)보다 크게 형성되고, 더불어, 제1 위치(P1)에서의 제1 치면 각도(θ1)가 제2 위치(P2)에서의 제2 치면 각도(θ2)보다 크게 형성된다.

외치 기어(120)가 타원형으로 변형되었을 때, 제1 위치(P1)에서의 휨량이 제2 위치(P2)에서의 휨량보다 크기 때문에, 제2 위치(P2)에서의 제2 치면 각도(θ2)를 작게 형성함으로써 외치(122)가 내치(112)와 보다 넓은 면적으로 맞물리도록 하여 전달 토크를 증가시킬 수 있다.

그리고 이끝선(L)이 외치 기어(120)의 내주면에 평행하므로, 림부(221)는 제1 위치(P1)에서의 제1 림 두께(H1)가 제2 위치(P2)에서의 제2 림 두께(H2)보다 작게 형성된다. 즉, 림부(221)는 외치(122)의 잇줄 방향을 따라 개방된 단부의 제1 위치(P1)로부터 후방의 제2 위치(P2)로 갈수록 점차 림 두께가 두꺼워지도록 형성된다.

또한, 외치 기어(120)에서의 전달 토크는 림 두께에 비례하므로, 휨량이 작은 제2 위치(P2)에서의 제2 림 두께(H2)를 증가시킴으로써, 제2 위치(P2)에서의 전달 토크를 증가시킬 수 있다.

한편, 외치 기어(120)는 치형부(222)와 림부(221)의 소재를 서로 다르게 형성할 수도 있다. 예를 들어, 치형부(222)는 전달 토크를 효과적으로 전달하고 내구성을 증가시킬 수 있도록 강성을 갖는 철계 소재로 형성하고, 림부(221)는 변형에 유연하도록 가요성 재질 또는 탄성 재질로 형성할 수 있다.

본 실시예에 따른 파동 기어 장치(100)는, 외치 기어(120)의 휨량 및 전달 토크에 의한 응력을 고려하여 치형부(222)의 형상 및 림 두께(H1, H2)를 형성함으로써, 외치 기어(120)가 연속적인 맞물림이 가능하도록 하고 부하 토크 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 내치 기어(110) 역시 외치 기어(120)의 형상에 대응되게 내치(112)의 양 단부에서 내치 높이(C3, C4)와 치면 각도(θ3, θ4)를 서로 다르게 형성할 수 있다.

도 4를 참조하면, 내치 기어(110)는 이끝선(LI)이 외치 기어(120)의 이끝선(LO)에 평행하고, 제1 위치(P1)에서의 내치 높이(C3) 및 치면 각도(θ3)가 제2 위치(P2)에서의 내치 높이(C4) 및 치면 각도(θ4)보다 크게 형성된다.

도면에서, RO는 외치 기어(120)의 이뿌리선(RO)이고, RI는 내치 기어(110)의 이뿌리선(RI)이다.

그리고, 내치 기어(110)는 바디(111)에 내치(112)가 형성되므로, 림 두께에 대해서는 별도로 설정하지 않고, 내치 높이(C3, C4) 및 내치(112)의 치면 각도(θ3, θ4)만을 서로 다르게 형성하게 된다.

이와 같이 내치 기어(110)는 외치(122)와 대응되게 서로 다른 내치 높이(C3, C4)와 서로 다른 치면 각도(θ3, θ4)를 갖도록 내치(112)를 형성함으로써, 외치(122)와 내치(112)가 보다 효과적으로 연속적으로 맞물리도록 하여, 전달 토크를 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

100: 파동 기어 장치
110: 내치 기어
111: 바디
112: 내치
120: 외치 기어
121: 바디
121a: 내주면
122: 외치
221: 림부(rim)
222: 치형부
123: 다이어프램
124: 보스부
130: 파동 발생기
131: 플러그
132: 베어링
L, LO, LI: 이끝선
R, RO, RI: 이뿌리선
C1, C2: 치형부 높이
C3, C4: 내치 높이
H1, H2: 림 두께
P1: 제1 위치
P2: 제2 위치
θ1, θ2: 치형부의 치면 각도
θ3, θ4: 내치의 치면 각도

Claims (14)

1. 파동 기어장치의 외치 기어에 있어서,
   전단부가 개구된 원통형의 바디; 및
   상기 바디의 전단부의 외주면 둘레를 따라 형성되는 외치;
   를 포함하고,
   상기 외치는, 잇줄 방향을 따라 치형부의 양단부에서의 치면 각도 및 림부의 림 두께가 상이하게 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 외치는 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 치형부는,
   상기 외치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 높이가 제2 위치에서의 제2 높이보다 크고, 상기 제1 위치에서의 제1 치면 각도가 상기 제2 위치에서의 제2 치면 각도보다 크게 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 림부는, 상기 제1 위치에서의 제1 림 두께가 상기 제2 위치에서의 제2 림 두께보다 작게 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 치형부는 상기 림부와 다른 재질로 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 치형부는 철계 소재로 형성되고,
   상기 림부는 탄성 재질로 형성되는 파동 기어 장치의 외치 기어.
   
7. 링 형상을 갖고 내주면에 내치가 형성되는 내치 기어;
   상기 내치 기어의 내주면에 구비되고, 원통형의 바디와, 상기 바디의 개구된 전단부의 외주면에 외치가 형성되는 외치 기어; 및
   상기 외치 기어의 내부에 구비되는 파동 발생기;
   를 포함하고,
   상기 외치 기어는, 잇줄 방향을 따라 치형부의 양단부에서의 치면 각도 및 림부의 림 두께가 상이하게 형성되는 파동 기어 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 외치 기어는 상기 외치의 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성되고,
   상기 내치 기어는 상기 내치의 이끝선이 상기 바디의 내주면에 평행하게 형성되는 파동 기어 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 외치 기어는, 상기 치형부가, 상기 외치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 높이가 제2 위치에서의 제2 높이보다 크고, 상기 제1 위치에서의 제1 치면 각도가 상기 제2 위치에서의 제2 치면 각도보다 크게 형성되는 파동 기어 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 외치 기어는, 상기 림부가 상기 제1 위치에서의 제1 림 두께가 상기 제2 위치에서의 제2 림 두께보다 작게 형성되는 파동 기어 장치.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 내치 기어는 상기 외치와 대응되게 상기 제1 위치와 제2 위치에서의 내치 높이와 치면 각도가 서로 다르게 형성되는 파동 기어 장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 내치는, 상기 내치의 잇줄 방향을 따라 제1 위치에서의 제1 내치 높이와 제1 치면 각도가 제2 위치에서의 제2 내치 높이 및 제2 치면 각도보다 크게 형성되는 파동 기어 장치.
    
13. 제7항에 있어서,
    상기 외치 기어는 잇줄 방향이 축 방향과 평행한 평기어인 파동 기어 장치.
    
14. 제7항에 있어서,
    상기 내치 기어는 잇줄 방향이 축 방향에 평행한 평기어인 파동 기어 장치.
    

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