KR20230000786A

KR20230000786A - 파동 기어 장치

Info

Publication number: KR20230000786A
Application number: KR1020210083354A
Authority: KR
Inventors: 류재완; 김형모; 이동주; 신상윤
Original assignee: 주식회사 에스비비테크
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2023-01-03
Also published as: WO2022270670A1

Abstract

이종 재질로 내치와 내륜이 일체로 형성되는 내치 기어를 포함하는 파동 기어 장치가 개시된다. 파동 기어 장치는, 강성의 내치 기어, 상기 내치 기어의 내부에 구비되는 가요성의 외치 기어, 상기 외치 기어의 내부에 구비되며, 상기 외치 기어를 타원형으로 변형시키고 회전시키는 파동 발생기, 및 상기 내치 기어와 상기 외치 기어 사이에 구비되며, 상기 내치 기어와 상기 외치 기어가 상대 회전 가능하게 지지하는 입력 베어링을 포함하고, 상기 내치 기어는, 상기 외치 기어의 외측을 지지하는 바디부, 상기 외치 기어와 맞물리는 내치를 형성하는 치형부, 및 상기 입력 베어링의 내륜이 되는 내륜부를 포함하고, 상기 바디부와 상기 치형부 및 상기 내륜부가 일체로 형성된다.

Description

파동 기어 장치{STRAIN WAVE GEAR DEVICE}

이하의 설명은 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) 등이 알려져 있다.

파동 기어 장치는, 파동 발생기에 의해 외치 기어가 타원 형상으로 변형되고, 그 장01축.1 방향의 양단에서 내치 기어에 맞물린다. 그리고 파동 발생기가 회전함에 따라 내치 기어와 외치 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, 파동 기어 장치는 입력축과, 입력축에 대해서 회전이 가능하도록 지지하는 입력 베어링을 구비한다. 입력 베어링은 크로스 롤러 베어링이 주로 사용된다. 기존에는 파동 기어 장치를 경량화하기 위해서, 크로스 롤러 베어링의 경량화를 위한 개량이 이루어지고 있다.

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

실시예의 목적은, 입력 베어링을 경량화할 수 있는 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 파동 기어 장치에 대해서 설명한다.

파동 기어 장치는, 강성의 내치 기어, 상기 내치 기어의 내부에 구비되는 가요성의 외치 기어, 상기 외치 기어의 내부에 구비되며, 상기 외치 기어를 타원형으로 변형시키고 회전시키는 파동 발생기, 및 상기 내치 기어와 상기 외치 기어 사이에 구비되며, 상기 내치 기어와 상기 외치 기어가 상대 회전 가능하게 지지하는 입력 베어링을 포함하고, 상기 내치 기어는, 상기 외치 기어의 외측을 지지하는 바디부, 상기 외치 기어와 맞물리는 내치를 형성하는 치형부, 및 상기 입력 베어링의 내륜이 되는 내륜부를 포함하고, 상기 바디부와 상기 치형부 및 상기 내륜부가 일체로 형성된다.

실시예들에 따르면, 내치 기어가 지지 프레임의 역할을 하므로 파동 기어 장치의 크기를 줄이고, 입력 베어링을 경량화할 수 있다. 또한, 내치와 내륜을 이종 재질로 형성하며, 내치 기어에 일체로 형성할 수 있다.

실시예에 따른 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 측단면도이다.
도 2는 도 1의 파동 기어 장치에서 내치 기어를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3과 도 4는 실시예들에 따른 내치 기어의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

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 파동 기어 장치(100) 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다. 참고적으로, 도 1은 일 실시예에 따른 파동 기어 장치(100)의 잇줄 방향에 방향에서의 측단면도이고, 도 2는 도 1의 파동 기어 장치(100)에서 내치 기어(110)를 도시한 단면도이다. 그리고 도 3과 도 4는 실시예들에 따른 내치 기어(110)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

도면을 참조하면, 파동 기어 장치(100)는, 입력축(10)과, 내치 기어(110)와, 외치 기어(120)와, 파동 발생기(130)와, 입력 베어링(140)을 포함하여 구성된다.

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 중공축(10)에 평행한 평기어일 수 있다.

외치 기어(120)는 내치 기어(110)의 내주면에 구비된다. 외치 기어(120)는, 전단부가 개방된 원통 형상을 갖는 가요성의 바디(121)와, 바디(121)의 개방된 전단부의 외주면에 형성되며 내치(112)에 맞물리는 외치(122)를 포함하여 형성된다. 또한, 외치 기어(120)는 바디(121)의 타단부에 형성되는 다이어프램(123)과 다이어프램(123)의 둘레를 따라 형성되는 복수의 보스부(124)를 포함한다.

예를 들어, 외치 기어(120) 역시 잇줄 방향이 중공축(10) 방향에 평행한 평기어일 수 있다. 또한, 외치 기어(120)는 다이어프램(123)이 바디(121)의 반경 방향의 외측 방향으로 연장 형성되는 실크햇형(silk hat type)이 사용될 수 있다.

다만, 외치 기어(120)의 형상이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 외치 기어(120)는 다이어프램(123)이 바디(121)의 타단부를 폐쇄하는 형태로 형성된 컵형(cup type) 또는 플랫형(flat type)일 수 있다.

파동 발생기(130)는 외치 기어(120)의 내주면에 끼워지는 비원형(예를 들어, 타원형) 단면 형상을 갖는 강성의 캠(131)과, 캠(131)과 외치 기어(120) 사이에 구비되는 파동 베어링(132)을 포함하여 형성된다. 파동 발생기(130)는 외치 기어(120)를 타원형으로 변형시키고 회전함에 따라, 그 변형된 타원의 장축 양단에서 외치(122)가 내치(112)에 맞물리도록 한다.

외치 기어(120)의 후방에는 지지 프레임(150)이 구비될 수 있다. 지지 프레임(150)은 복수의 체결 부재(미도시)에 의해서 외치 기어(120)의 보스부(124)에 결합된다. 예를 들어, 지지 프레임(150)은 외치 기어(120)의 후면을 덮는 원판 형상을 가질 수 있다. 다만, 지지 프레임(150)의 형상이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

지지 프레임(150)은 그 중앙을 관통하여 입력축(10)이 설치되고, 지지 프레임(150)과 입력축(10) 사이에는 회전 가능하도록 지지 베어링(151)이 구비될 수 있다.

내치 기어(110)와 외치 기어(120) 사이에는 내치 기어(110)와 외치 기어(120)를 상대 회전 가능하게 지지하는 입력 베어링(140)이 구비된다.

입력 베어링(140)은 베어링 부재가 수용되어 윤활되는 윤활 궤도(141)와, 외륜 블록(142)을 포함하여 구성된다. 예를 들어, 입력 베어링(140)은 크로스 롤러 베어링일 수 있다.

외륜 블록(142)은 내치 기어(110)의 외측에 구비되며, 외치 기어(120)의 보스부(124)에 복수의 체결 부재(미도시)를 이용하여 결합된다. 다만, 도면에서는 외륜 블록(142)이 단면이 사각형인 링 형상 형상인 것을 예시하고 있으나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것으로, 외륜 블록(142)의 형상은 도면에 의해 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.

입력 베어링(140)의 내륜(114)은 내치 기어(110)에 일체로 형성된다.

상세하게는, 내치 기어(110)는 바디(111)의 외주면에 입력 베어링(140)의 내륜(114)이 형성되고, 내주면에 외치 기어(120)의 외치(122)에 맞물리는 내치(112)가 형성된다. 또한, 내치 기어(110)는 바디(111)가 외치 기어(120)의 다이어프램(123) 및 보스부(124)까지 연장 형성되어서 지지 프레임(150)과 대응하는 지지 프레임의 역할을 한다.

내치 기어(110)의 바디(111)는 철(Fe) 또는 알루미늄(Al) 재질로 형성되고, 내치(112)는 철(Fe) 및 알루미늄(Al) 중 바디(111)의 재질과 다른 재질로 형성된다. 또한, 내륜(114) 역시 철(Fe) 및 알루미늄(Al) 중 바디(111)의 재질과 다른 재질로 형성된다.

내치 기어(110)는 내치(112)와 내륜(114)이 바디(111)에 일체로 형성되며, 이종 재질의 바디(111)와 내치(112) 및 내륜(114)을 일체로 형성할 수 있다.

또한, 내치 기어(110)는 외치 기어(120)의 외측에서 지지하는 지지 프레임의 역할을 하므로, 구성을 단순화하면서 내치 기어(110)의 강도를 높일 수 있다. 또한, 입력 베어링(140) 및 파동 기어 장치(10)를 경량화할 수 있다.

내륜(114)과 내치(112)가 이종 재질로 형성되는 내치 기어(110)는 다음의 방법들을 이용하여 형성할 수 있다.

이하에서는, 내치 기어(110)의 제조 방법을 설명함에 있어서, 내치 기어(110)를 제조하기 위한 바디(111)가 되는 부분을 바디부(211, 311)라 하고, 내치(112)를 형성하는 부분을 치형부(212, 312)라 하고, 내륜(114)이 되는 부분을 내륜부(214 , 314)라 한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 내치 기어(110)를 형성하기 위한 소재를 마련하고, 그 외주면에 내륜(114)에 대응되는 위치에 내륜부(214)를 가공하여 바디부(211)를 형성한다. 또한, 바디부(211)는 내주면에 내치(112)를 형성하기 위해서 소정 깊이로 홈(211a)이 형성된다.

내륜부(214)는 바디부(211)와 다른 이종 재질로 형성할 수 있다. 상세하게는, 바디부(211) 표면에 내륜(114)에 대응되는 형상을 가공하고, 가공된 부분에 내륜(114)을 형성하기 위한 이종 재질을 배치한 후 소정 조건에서 열처리함으로써 내륜부(214)를 형성할 수 있다.

여기서, 내륜부(214)는 그 표면 강도를 높이기 위해서, 내륜부(214)의 표면에 고주파 열처리, 표면처리 등의 가공을 실시할 수 있다.

다음으로, 내륜부(214)가 형성된 바디부(211)에서 내치(112)를 형성하기 위해서 홈(211a)에 치형부(212)를 형성한다.

치형부(212)를 일체로 형성하는 방법으로는,홈(211a)의 표면에 필링재를 도포한 후, 치형부(212)를 접합하고 소정의 열처리를 함으로써 확산 접합하여 일체화시킬 수 있다.

또는, 홈(211a)의 표면에 소정 두께로 소결재를 채워서 소결함으로써, 치형부(212)를 일체화시킬 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 이종 재질로 형성되는 내륜부(214) 및 치형부(212)를 먼저 형성한다.

다음으로, 내치 기어(110)를 형성하기 위한 소재에 내륜부(214)와 치형부(212)를 인서트하여 다이캐스팅함으로써 바디부(211)를 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 방법들로, 바디부(211, 311)와 이종 재질을 갖는 내륜부(314, 314) 및 치형부(312, 312)를 일체로 형성할 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 실크햇형의 외치 기어(120)에 대해서 설명하였으나, 컵형의 외치 기어(120)를 구비하는 파동 기어 장치에 대해서도 상술한 실시예와 동일하게 내치 기어(110)를 형성할 수 있다. 다만, 외치 기어(120)가 컵형인 경우, 외치 기어(120)와 내치 기어(110)가 결합되는 위치 관계에 의해 내치 기어(110)에는 입력 베어링(140)의 외륜이 일체로 형성될 수 있다. 이 경우에도, 내치 기어(110)는 이종 재질로 형성되는 입력 베어링(140)의 외륜 및 치형부(212)를 내치 기어(110)에 일체로 형성될 수 있다.

본 실시예들에 따르면, 내치 기어(110)에서 서로 다른 이종 재질로 형성되는 바디(111)와 내륜(114) 및 내치(112)를 일체로 형성할 수 있다. 또한, 내치 기어(110)가 지지 프레임의 역할을 하므로, 파동 기어 장치(10)의 구성을 단순화시키고 크기를 줄이면서도 강성을 높이고, 경량화할 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
114: 내륜
211, 311: 바디부
212, 312: 치형부
214, 314: 내륜부
120: 외치 기어
121: 바디
122: 외치
123: 다이어프램
124: 보스부
130: 파동 발생기
131: 캠
132: 파동 베어링
140: 입력 베어링
141: 윤활 궤도
142: 외륜 블록.
150: 지지 프레임
151: 지지 베어링

Claims

강성의 내치 기어;
상기 내치 기어의 내부에 구비되는 가요성의 외치 기어;
상기 외치 기어의 내부에 구비되며, 상기 외치 기어를 타원형으로 변형시키고 회전시키는 파동 발생기; 및
상기 내치 기어와 상기 외치 기어 사이에 구비되며, 상기 내치 기어와 상기 외치 기어가 상대 회전 가능하게 지지하는 입력 베어링;
을 포함하고,
상기 내치 기어는,
상기 외치 기어의 외측을 지지하는 바디부;
상기 외치 기어와 맞물리는 내치를 형성하는 치형부; 및
상기 입력 베어링의 내륜이 되는 내륜부;
를 포함하고,
상기 바디부와 상기 치형부 및 상기 내륜부가 일체로 형성되는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 내륜부 및 상기 치형부는 상기 바디부와 이종 재질로 형성되는 파동 기어 장치.
제2항에 있어서,
상기 바디부는 철 또는 알루미늄 재질로 형성되고,
상기 내륜부 및 상기 치형부는 철(Fe) 또는 알루미늄(Al) 재질 중 상기 바디부와 다른 재질로 형성되는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 바디부는 상기 외치 기어의 보스부까지 연장되어서 지지 프레임이 되는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 내치 기어는,
상기 내륜부와 상기 치형부를 성형하고,
기성형된 상기 내륜부 및 상기 치형부를 인서트한 상태에서 상기 바디부를 다이캐스팅하여 형성되는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 내치 기어는,
상기 바디부에 상기 내륜부를 가공한 후, 상기 바디부에서 상기 치형부가 형성될 위치에 필링재를 도포하여 상기 치형부를 상기 바디부에 일체화하여 형성하는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 내치 기어는,
상기 바디부에 상기 내륜부를 가공한 후, 상기 바디부에 상기 치형부를 소결하여 형성하는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 외치 기어는,
일단이 개구된 원통형의 바디;
상기 바디의 타단에 형성되는 다이어프램; 및
상기 다이어프램의 둘레를 따라 형성되는 보스부;
를 포함하고,
상기 외치 기어는,
상기 다이어프램이 반경 방향 외측 방향으로 연장 형성되는 실크햇형 또는 상기 바디의 타단을 막도록 형성되는 컵형으로 이루어지는 파동 기어 장치.
제1항에 있어서,
상기 입력 베어링은 크로스 롤러베어링인 파동 기어 장치.