KR101869727B1 - 파동기어장치의 파동발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 파동기어장치(1)의 파동발생기(4)는, 가요성 외치기어(3)의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 각각 배치되어 있는 한 쌍의 제 1 롤러(51, 52), 한 쌍의 제 2 롤러(53, 54), 한 쌍의 제 3 롤러(55, 56)를 구비하고 있다. 제 1 롤러 (51, 52)는, 타원형의 형상으로 휘어진 가요성 외치기어(3)의 장축(L1) 위에 위치하고 있으며, 제 2, 제 3 롤러(53∼56)는, 장축(L1)과 단축(L2)의 사이에 있어서의 장축(L1)에 대하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 제 1 롤러 (51, 52)의 지지 베어링의 사이즈는, 제 2, 제 3 롤러(53∼56)보다도 크다. 롤러 타입의 파동발생기의 전동 피로 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

파동기어장치의 파동발생기{WAVE GENERATOR FOR WAVE GEAR DEVICE}

본 발명은 파동기어장치에 관한 것으로서, 특히 복수 개의 롤러에 의해 가요성 외치기어를 타원형의 형상으로 휘게 하여 상기 가요성 외치기어(flexible externally toothed gear)를 강성 내치기어(rigid internally toothed gear)에 맞물리도록 하는 롤러 타입의 파동발생기에 관한 것이다.

파동기어장치의 파동발생기로서, 6롤러 타입(six-roller-type)의 것이 알려져 있다. 이러한 타입의 파동발생기는 파동기어장치의 가요성 외치기어를 적절한 타원형의 형상으로 휘게 하기 위해 6개의 롤러를 구비하고 있다. 이들 롤러 중, 한 쌍의 롤러는, 타원형의 형상의 장축 상에 있어서의 대칭인 위치에 배치되고, 나머지 2쌍의 롤러는, 타원형의 형상의 단축의 사이에서 장축에 대해 선대칭이 되도록 배치되어 있다. 특허문헌 1의 도 3에는, 이러한 타입의 파동발생기가 개시되어 있다.

일본 특허공개공보 제2003-232411호([0026] 단락 및 도 3 참조)

여기서, 종래에 있어서의 6롤러 타입의 파동발생기에서는, 소직경(小徑)의 동일 사이즈의 롤러, 즉, 각 롤러의 지지 베어링이 동일 사이즈인 것이 사용되고 있다. 롤러 타입의 파동발생기를 구비한 파동기어장치의 수명은, 롤러의 지지 베어링이 가지는 동정격 하중(dynamic load rating)과 회전속도로 결정된다. 종래에 있어서는, 롤러 타입의 파동발생기의 전동 피로 수명(rolling fatigue life)의 개선에 대해서는 전혀 착안되어 있지 않으며, 그것을 위한 대책에 대해서도 어떠한 제안도 되어 있지 않다.

본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 전동 피로 수명의 향상을 도모한 파동기어장치의 롤러 타입의 파동발생기를 제안하는 것에 있다.

본 발명자는, 파동기어장치의 부하 운전시에 있어서 파동발생기에 발생하는 특유한 하중분포에 주목하고, 이에 근거하여, 롤러 타입의 파동발생기의 전동 피로 수명의 향상을 실현했다. 즉, 파동기어 장치에서는, 그 감속비(reduction ratio)마다, 파동발생기에 있어서의 원주방향의 각 부분에 발생하는 하중의 분포 상황이 변화한다. 따라서, 본 발명에서는, 이 파동발생기의 하중분포에 맞추어 각 롤러의 지지 베어링의 사이즈를 정하도록 하고 있다.

일반적으로는, 타원형의 형상으로 휘어진 가요성 외치기어의 장축 상에 위치하는 한 쌍 롤러에 작용하는 하중이 가장 크므로, 이 한 쌍의 롤러의 지지 베어링의 사이즈를, 장축 위(上) 이외의 위치에 배치되어 있는 롤러의 지지 베어링에 비해서 크게 해 두면 좋다. 이와 같이 하면, 큰 하중을 받는 장축 상의 롤러의 수명을 늘릴 수 있으므로, 종래와 같이 동일 사이즈의 롤러를 이용하는 경우에 비해 파동발생기의 수명을 대폭적으로 연장시킬 수 있다.

여기서, 파동기어장치의 감속비가 80이상인 고감속비의 경우에는, 특히, 장축 상에 위치하는 한 쌍의 롤러에 작용하는 하중이, 다른 2쌍의 롤러에 작용하는 하중에 비해서 대폭 커진다. 따라서, 본 발명의 파동발생기는, 감속비가 80이상인 파동기어장치에 이용하면, 파동발생기의 수명을 종래에 비해 대폭적으로 길게 할 수 있으므로, 특히 유효하다.

도 1은, 본 발명을 적용한 파동기어장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 2는, 도 1의 파동기어장치의 개략 세로단면도이다.
도 3은, 도 1의 파동기어장치의 파동발생기를 나타내는 사시도이다.
도 4는, 도 1에 나타내는 파동기어장치에 있어서, 감속비를 변경한 경우에 있어서의 부하 운전시의 파동발생기의 원주방향의 각 위치에 발생하는 하중의 분포 상태의 측정예를 나타내는 그래프이다.
도 5는, 장축으로부터의 각 각도위치에 있어서의 하중과 장축위치에서의 하중 간의 비율（％）을 나타내는 그래프로서, (a)는 감속비가 30인 경우이며, (b)는 감속비가 100인 경우를 나타낸다.

이하에, 도면을 참조해서 본 발명을 적용한 파동기어장치의 실시의 형태를 설명한다.

도 1∼도 3을 참조해서 설명하면, 본 실시의 형태에 관한 파동기어장치(1)는 컵 형상(cup-type)이라고 불리는 것으로서, 원환형상(annular)의 강성 내치기어(2)와, 이 강성 내치기어(2)의 내측에 배치된 컵 형상의 가요성 외치기어(3)와, 이 가요성 외치기어(3)의 내측에 배치된 6롤러 타입의 파동발생기(4)를 가지고 있다. 파동발생기(4)에 의해, 가요성 외치기어(3)는 타원형의 형상 혹은 대략 타원형의 형상으로 휘어, 그 장축(L1)위에 있어서 강성 내치기어(2)와 맞물려 있다.

파동발생기(4)가 미도시의 모터에 의해 고속회전하면, 양 기어(2, 3)의 맞물림 위치가 둘레방향으로 이동하며, 양 기어(2, 3)의 톱니수(the number of teeth) 차이 2n매(n은 양의 정수)에 따른 상대회전이 양 기어(2, 3)의 사이에 발생한다. 톱니수 차이는 일반적으로 2매로 되어 있으며, 예를 들면 강성 내치기어(2)를 회전하지 않도록 고정해 두면, 가요성 외치기어(3)가 파동발생기(4)의 회전(입력 회전)에 대하여 대폭 감속된 회전수로 회전하므로, 상기 가요성 외치기어(3)로부터 감속 회전을 부하 측으로 인출할 수 있다.

강성 내치기어(2)는 원환형상의 강성부재(21)와, 이 강성부재(21)의 원형 내주면에 형성되어 있는 내치(internal teeth, 22)를 구비하고 있다. 강성부재(21)에는, 원주방향을 따라 소정의 간격으로 볼트 구멍(23)이 형성되어 있으며, 볼트 구멍(23)은 강성부재(21)를 장치 중심축선(1a)의 방향으로 관통하고 있다.

컵 형상의 가요성 외치기어(3)는, 반경방향으로 휨 가능한 원통형상 몸통부(31)와, 상기 원통형상 몸통부(31)의 후단에 연속해서 반경방향의 내측으로 확대되어 있는 다이어프램(32)과, 이 다이어프램(32)의 내주가장자리에 연속해서 형성되어 있는 두께가 두꺼운 원환형상의 보스(boss, 33)를 구비하고 있다. 보스(33)에는 원주방향으로 소정의 각도간격으로, 부착용의 볼트 구멍(34)이 형성되어 있다. 원통형상 몸통부(31)의 개구가장자리(35) 측에 있어서의 상기 원통형상 몸통부(31)의 외주면 부분에는 외치(external teeth, 36)가 형성되어 있다.

6로터 타입(six-roller-type)의 파동발생기(4)는, 중공 입력축(41)과, 이 중공 입력축(41)의 외주면에 동축으로 고정, 혹은 중공 입력축(41)과 일체 부품으로서 형성되어 있는 지지 원반(42)과, 이 지지 원반(42)에 부착되어 있는 6개의 롤러(51∼56)를 구비하고 있다. 롤러(51, 52)는, 가요성 외치기어(3)의 중심(장치 중심축선(1a))에 대하여 점대칭의 위치에 각각 배치되어 있는 한 쌍의 제 1 롤러이다. 롤러(53, 54)는, 마찬가지로 가요성 외치기어(3)의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 배치되어 있는 한 쌍의 제 2 롤러이며, 롤러(55, 56)도 가요성 외치기어(3)의 중심에 대하여 점대칭의 위치에 배치되어 있는 한 쌍의 제 3 롤러이다.

한 쌍의 제 1 롤러(51, 52)는, 타원형의 형상으로 휘어진 가요성 외치기어(3)의 장축(L1)위에 위치하고, 가요성 외치기어(3)에 있어서의 외치(36)가 형성되어 있는 부분의 내주면(37)을 외측으로 휜 상태로, 상기 내주면(37)에 접촉하고 있다. 한 쌍의 제 2 롤러(53, 54)는, 장축(L1)과 단축(L2)의 사이에 있어서 장축(L1)으로부터 시계방향으로 소정각도만큼 회전한 위치에 배치되어 있으며, 가요성 외치기어(3)의 외치 형성부분의 내주면(37)을 외측으로 휜 상태로, 상기 내주면(37)에 접촉하고 있다. 마찬가지로 한 쌍의 제 3 롤러(55, 56)는, 한 쌍의 제 2 롤러(53, 54)에 대하여 장축을 사이에 두고 선대칭의 위치에 있어서, 가요성 외치기어(3)의 내주면(37)을 외측으로 휜 상태로, 상기 내주면(37)에 접촉하고 있다.

제 1 롤러(51, 52)는 동일 사이즈이며, 이들의 지지 베어링(51a, 52a)은 동일 사이즈이다. 또한, 제 2 롤러(53, 54) 및 제 3 롤러(55, 56)는 동일 사이즈이며, 이들의 지지 베어링이 동일 사이즈이다. 더욱이, 제 1 롤러(51, 52)의 지지 베어링(51a, 52a)은, 제 2, 제 3 롤러(53∼56)의 지지 베어링보다도 큰 사이즈이며, 동정격 하중이 크다. 이들 제 1 ∼제 3 롤러(51∼56)의 사이즈는, 파동기어장치(1)의 부하 운전시에 있어서, 각 롤러(51∼56)에 작용하는 하중에 근거하여 결정되어 있다.

파동기어장치(1)에서는, 부하 운전시의 파동발생기(4)의 하중분포에 맞춘 사이즈의 롤러(51∼56)를 이용하고 있으므로, 파동기어장치(1)의 수명을 효율적으로 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 도 1, 도 2에 나타내는 감속비 100의 파동기어장치(1)에 있어서, 그 파동발생기(4)의 각 롤러(51∼56)를 φ12의 동일 사이즈의 것으로 한 경우에 비하여, 롤러(51, 52)를 φ14의 사이즈로 하고, 나머지의 롤러(53∼56)를 φ12의 사이즈로 한 경우에는, 계산 수명이 약2.2배로 늘어나는 것이 확인되었다.

도 4는, 도 1, 도 2에 나타내는 파동기어장치(1)에 있어서, 감속비를 변경한 경우에 있어서의 부하 운전시의 파동발생기(4)의 원주방향의 각 위치에 발생하는 하중의 분포 상태의 측정예를 나타내는 그래프이다. 실선의 곡선 A, 일점쇄선의 곡선 B 및 파선의 곡선 C는, 각각 감속비가 100, 50 및 30인 경우의 하중 분포 곡선이다. 또한, 도 5는, 장축으로부터의 각 각도위치에 있어서의 장축위치에서 하중과의 비율（％）을 나타내는 그래프로서, (a)는 감속비가 30인 경우이며, (b)는 감속비가 100인 경우이다.

이들의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 감속비가 100인 경우에는, 대략 장축위치에 있어서 하중의 피크가 나타난다. 또한, 장축위치와 비교하여, 장축으로부터 떨어진 각도위치, 즉, 롤러(53, 54), 롤러(55, 56)가 배치되는 35로부터 40도의 각도위치에 대응하는 위치에서는 하중이 크게 감소한다. 이에 대하여, 감속비 50, 30의 경우에는, 장축위치에 대하여 회전 방향으로 10∼20도 벗어난 각도위치인 곳에서 하중의 피크가 나타난다. 이 때문에, 롤러(51, 52)가 배치되는 장축위치와, 롤러(53, 54), 롤러(55, 56)가 배치되는 각도위치에 대응하는 위치와의 사이에서는, 큰 하중차가 나타나지 않으며, 약간, 장축위치 쪽이 크다.

어느 경우에 있어서도, 양방향 회전에 있어서, 장축위치의 롤러(51, 52)에 작용하는 하중의 평균치가, 나머지의 롤러(53∼56)의 위치에 있어서 발생하는 하중의 평균치보다도 크기 때문에, 장축위치에 있는 롤러(51, 52)의 사이즈를 나머지의 롤러(53∼56)보다도 크게 하는 것은 유효하다. 또한, 고감속비 100의 경우에는, 대략 장축위치에 있어서 하중의 피크가 나타나며, 장축위치로부터 벗어난 각도위치에서는 하중이 작기 때문에, 장축위치에 있어서 사이즈가 큰 롤러(51, 52)를 배치하고, 장축위치로부터 벗어난 위치에 배치되어 있는 롤러(53∼56)의 사이즈를 작게 하는 것은, 파동발생기(4)의 수명을 향상시키는데 있어서 매우 유효하다.

본 발명자의 실험에 따르면, 감속비가 80이상인 고감속비의 파동기어장치에 있어서, 대략 장축위치에 있어서 하중의 피크가 나타나며, 장축위치로부터 벗어난 각도위치에서는 하중이 작기 때문에, 장축위치에 있어서 사이즈가 큰 롤러를 배치하고, 장축위치로부터 벗어난 위치에 배치되어 있는 롤러의 사이즈를 작게 하는 것이 파동발생기의 수명을 향상시키는데 있어서 유효한 것이 확인되었다.

(그 밖의 실시의 형태)

상기의 예는, 컵 형상의 파동기어장치에 6로터 타입의 파동발생기를 이용한 경우의 것이다. 본 발명은, 실크햇 형상(silk-hat-shaped)의 가요성 외치기어를 구비한 실크햇 타입으로 불리는 파동기어장치에 대해서도 마찬가지로 적용가능하다. 또한, 2개의 강성 내치기어의 내측에 원통형상의 가요성 외치기어가 동축으로 배치된 구성의 플랫 타입(flat-type)으로 불리는 파동기어장치에 대해서도 마찬가지로 적용가능하다.

또한, 롤러 타입의 파동발생기로서, 6개의 롤러보다도 많은 개수의 롤러를 구비한 것이어도, 마찬가지로 본 발명을 적용가능하다. 예를 들면, 장축 상의 한 쌍의 롤러에 더하여 4쌍의 롤러를 구비한 합계 10개의 롤러로 이루어지는 파동발생기에도 본 발명을 적용가능하다. 이 경우에는, 장축 상의 한 쌍의 롤러를 가장 큰 사이즈로 하고, 이 한 쌍의 롤러의 양측에 배치되어 있는 2쌍의 롤러를 장축 상의 롤러보다도 작은 사이즈로 하며, 이들 2쌍의 롤러의 양측에 배치되어 있는 나머지의 2쌍의 롤러를 가장 작은 사이즈로 하면 좋다.

Claims (8)

1. 가요성 외치기어를 미리 정한 타원형의 형상으로 휘게 하여 강성 내치기어에 부분적으로 맞물린 상태를 형성하고, 회전에 따라서 이들 양 기어의 맞물림 위치를 둘레방향으로 이동시켜, 이들 양 기어의 톱니수 차이에 따른 상대회전을 이들 양 기어의 사이에 발생시키는 파동기어장치의 파동발생기로서,
   상기 가요성 외치기어의 내주면에 접촉해서 상기 가요성 외치기어를 상기 타원형의 형상으로 휘게 하는 복수 개의 롤러를 구비하고 있으며,
   상기 롤러에는, 상기 타원형의 형상의 장축 위에 배치되어 있는 2개의 제 1 롤러와, 상기 장축 위 이외의 위치에 배치되어 있는 2개의 제 2 롤러와, 상기 장축 위 이외의 위치에 배치되어 있는 2개의 제 3 롤러가 포함되어 있고,
   상기 제 2 롤러의 각각은, 상기 타원형의 형상의 중심에 대해 대칭인 위치로서, 상기 타원형의 형상의 장축과 단축의 사이에 배치되어 있으며,
   상기 파동기어장치의 부하 운전시에 상기 롤러의 각각에 작용하는 하중에 근거하여, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 롤러의 각각의 지지 베어링의 사이즈, 및 상기 제 2, 제 3 롤러의 위치가 설정되어 있고,
   상기 제 1 롤러의 지지 베어링은, 상기 제 2 롤러의 지지 베어링에 비해, 큰 사이즈이며, 동정격 하중이 크고,
   상기 제 2 롤러 및 상기 제 3 롤러는 동일 사이즈의 지지 베어링을 구비한 롤러이며,
   상기 제 2 롤러의 각각은, 상기 타원형의 형상의 중심 둘레에, 상기 장축으로부터 35도~40도의 각도범위 내에 위치하고,
   상기 제 3 롤러의 각각은, 상기 장축을 중심으로 하여, 상기 제 2 롤러의 각각에 대해 선대칭의 위치에 배치되어 있으며,
   감속비가 80 이상인 상기 파동기어장치에 이용되는 것을 특징으로 하는 파동기어장치의 파동발생기.
2. 강성 내치기어와,
   상기 강성 내치기어의 내측에 동축으로 배치된 반경방향으로 휨 가능한 가요성 외치기어와,
   상기 가요성 외치기어를 타원형의 형상으로 휘게 하여 상기 가요성 외치기어를 상기 타원형의 형상의 장축 위의 부위에 있어서 상기 강성 내치기어에 맞물려 있는 파동발생기
   를 가지며,
   80 이상의 감속비를 구비하고,
   상기 파동발생기는, 제1항에 기재된 파동발생기인 것을 특징으로 하는 파동기어장치.
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