KR102631076B1 - 베어링 장치 및 파동기어장치 - Google Patents

베어링 장치 및 파동기어장치 Download PDF

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Abstract

베어링 장치(1)는 토크검출용의 기왜체(6)를 구비하고 있다. 기왜체(6)는, 회전측 부재에 부착되는 제1원환부(7)와, 부하측 부재에 부착되는 제2원환부(8)와, 제1원환부(7) 및 제2원환부(8)의 사이를 연결하고 있는 기왜부로서의 복수 개의 리브(9)를 구비하고 있다. 내륜(4) 및 외륜(3) 중 일방은, 기왜체(6)의 제1원환부(7)에 일체로 성형되어 있다. 부하측 부재로부터 회전측 부재에 작용하는 토크에 의하여 기왜체(6)의 리브(9)에 발생하는 변형이, 스트레인 게이지 등에 의하여 검출되어 토크로 변환된다. 토크검출용의 기왜체를, 전용의 설치 스페이스 및 체결금구 등을 필요로 하지 않고, 모터, 감속기 등의 회전형 구동장치에 조립할 수 있다.

Description

베어링 장치 및 파동기어장치
본 발명은, 토크검출용(torque檢出用)의 기왜체(起歪體)를 구비한 베어링 장치(bearing 裝置) 및 상기 베어링 장치가 조립된 파동기어장치(波動gear裝置)에 관한 것이다.
기왜체를 구비한 토크검출기(torque檢出器)에 있어서는, 소정의 탄성특성을 구비한 기왜체를, 예를 들면 회전축과 부하측 부재의 사이에 가설(架設)하고, 기왜체에서 발생하는 변형을 스트레인 게이지(strain gauge) 등의 검출소자에 의하여 측정하여, 부하측 부재로부터 회전축에 가해지는 토크를 검출하고 있다. 이러한 토크검출기는 공지된 것으로서, 특허문헌1(일본국 공개특허 특개2009―288198호 공보), 특허문헌2(일본국 공개특허 특개2018―132154호 공보)에 기재되어 있다.
특허문헌2에 기재되어 있는 토크센서는, 전동기 부착 감속기에 조립되어 있다. 감속기에는 파동기어가 사용되고 있고, 내치기어(內齒gear)와 외치기어(外齒gear)가 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)에 의하여 상대회전할 수 있도록 지지되어 있다. 토크센서의 기왜체는, 고정측 부재인 내치기어와 장치 하우징(裝置 housing)의 사이에 부착되어 있다. 내치기어에 가해지는 토크에 의한 내치기어의 원주방향으로의 변위에 의하여 기왜체에 변형을 발생시키고, 이 변형을 스트레인 게이지에 의하여 검출하고 있다. 내치기어에 부착된 원환 모양의 고정부재와 장치 하우징의 사이에 기왜체가 끼워 넣어지고, 이 상태에서 내치기어, 고정부재, 기왜체 및 장치 하우징이 체결용의 볼트에 의하여 체결되어 고정되어 있다.
: 일본국 공개특허 특개2009―288198호 공보 : 일본국 공개특허 특개2018―132154호 공보
종래에 있어서, 기왜체 구조의 토크검출기를 모터, 감속기, 회전 액추에이터(回轉 actuator) 등의 회전형 구동장치에 조립하기 위해서는, 기왜체를 부착하는 부착부분을 장치 하우징, 기어 등의 회전부재에 가공할 필요가 있고, 또한 부착용의 추가부품, 볼트·나사 등의 체결금구가 필요하다. 장치의 경량화, 콤팩트화 및 부품수의 삭감을 도모하기 위해서는, 기왜체 구조의 토크검출부를 부착하기 위한 스페이스를 작게 하고, 부착용의 추가부품을 삭감할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 모터, 감속기, 회전 액추에이터 등의 회전형 구동장치에 조립되는 베어링에 착안하여, 토크검출기의 기왜체가, 설치 스페이스가 작고 콤팩트한 상태로 조립된 궤도륜(軌道輪)을 구비한 베어링 장치를 제공하는 것에 있다. 또한 본 발명의 목적은, 이 베어링 장치가 조립된 파동기어장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 베어링 장치는,
외륜, 내륜, 및 상기 외륜과 상기 내륜의 사이에 형성되는 궤도에 전동할 수 있도록 삽입되는 복수 개의 전동체를 구비하는 베어링과,
제1원환부, 상기 제1원환부에 대하여 동축으로 배치되는 제2원환부, 및 상기 제1원환부와 상기 제2원환부의 사이를 연결하고 있는 기왜부를 구비하는 기왜체를
구비하고 있고,
상기 내륜 및 상기 외륜 중 일방은, 상기 기왜체의 상기 제1원환부에 일체로 형성되어 있거나, 또는 상기 제1원환부에 동축으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
모터, 감속기, 회전 액추에이터 등의 회전형 구동장치에 있어서, 그 회전축을 회전 가능한 상태로 지지하기 위한 베어링으로서, 본 발명의 베어링 장치를 조립한다. 회전축을 지지하는 베어링 장치에 있어서의 일방의 궤도륜이 토크검출용의 기왜체와 일체화되어 있거나, 또는 당해 기왜체에 고정되어 있다. 장치 내에 있어서, 토크검출용의 기왜체를 조립하기 위한 스페이스를 별도로 확보할 필요가 없다. 또한 기왜체를 조립하기 위한 부착용 부품, 체결금구도 불필요하다. 따라서 기왜체를 구비한 토크검출부를 설치 스페이스가 작고, 콤팩트한 형태로 장치에 조립할 수 있다.
[도1] 본 발명을 적용한 베어링 장치를 나타내는 사시도 및 사시 단면도이다.
[도2] 도1의 베어링 장치의 개변예를 나타내는 사시도 및 사시 단면도이다.
[도3] 본 발명을 적용한 베어링 장치의 또 다른 예를 나타내는 사시 단면도이다.
[도4] 본 발명을 적용한 베어링 장치가 조립된 파동기어장치의 일례를 나타내는 단면도 및 사시 단면도이다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 베어링 장치(bearing 裝置) 및 파동기어장치(波動gear裝置)의 실시형태를 설명한다. 또 본 발명은 실시형태의 구조에 한정되는 것은 아니다.
도1(a)는 본 발명을 적용한 베어링 장치의 일례를 나타내는 사시도이고, 도1(b)는 그 사시 단면도이다. 베어링 장치(1)는, 모터, 감속기, 회전 액추에이터(回轉 actuator) 등의 회전형 구동장치(도시하지 않음)에 있어서, 예를 들면 회전축(도시하지 않음)과 장치 하우징(도시하지 않음)의 사이에 장착되고, 회전축을 회전 가능한 상태로 지지한다. 회전축의 출력회전에 의하여 부하측 부재(도시하지 않음)가 회전구동된다.
베어링 장치(1)는, 크로스 롤러 베어링(cross roller bearing)(2)과, 토크검출용(torque檢出用)의 기왜체(起歪體)(6)를 구비하고 있다. 크로스 롤러 베어링(2)은, 외륜(外輪)(3), 내륜(內輪)(4), 및 이들의 사이에 전동(轉動)할 수 있는 상태로 삽입된 복수 개의 원통롤러(圓筒roller)(5)를 구비하고 있다. 예를 들면 회전형 구동장치에 있어서, 외륜(3)은 고정측 부재인 장치 하우징에 고정되고, 크로스 롤러 베어링(2)의 내륜(4)은 회전축에 동축(同軸)으로 고정된다. 외륜(3)의 내주면에 형성된 V형상의 궤도홈(軌道groove)(3a)과 내륜(4)의 외주면에 형성된 V형상의 궤도홈(4a)에 의하여 직사각형 단면의 원환 모양의 궤도가 형성되고, 여기에 원통롤러(5)가 전동할 수 있는 상태로 삽입되어 있다.
본 예에서는, 내륜(4)과 토크검출용의 기왜체(6)가 일체(一體)로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 이들이 단일부품으로서 제작되어 있다. 기왜체(6)는, 제1원환부(第1圓環部)(7)와, 제1원환부(7)의 내측에 동심 모양으로 배치된 제2원환부(8)와, 제1원환부(7)의 원형 내주면(4b)과 제2원환부(8)의 원형 외주면(8a)의 사이를 연결하고 있는 기왜부(起歪部)로서의 복수 개의 리브(rib)(9)를 구비하고 있다. 제1원환부(7)의 원형 외주면에는 궤도홈(4a)이 형성되어 있고, 제1원환부(7)는 내륜(4)으로서 기능한다. 리브(9)는, 원주방향을 따라 등각도 간격으로 형성되어 있다. 제2원환부(8)의 원환모양 끝면(8b)은, 부하측 부재가 동축으로 고정되는 부하 부착면으로 되어 있고, 여기에는, 부하측 부재를 체결하기 위한 복수 개의 볼트홀(bolt hole)(8c)이 형성되어 있다.
회전형 구동장치의 회전축에 부착되는 내륜(4)으로서 기능하는 제1원환부(7) 및 부하측 부재에 부착되는 제2원환부(8)는, 각각 강체(剛體)이다. 이에 대하여, 리브(9)는 미리 설정된 탄성특성을 구비하고 있다. 부하측 부재로부터 회전축에 작용하는 토크는 기왜체(6)를 통하여 전달된다. 리브(9)의 탄성특성을 적절하게 설정하여 둠으로써, 전달토크의 크기에 따른 변형이 리브(9)에 발생한다. 리브(9)의 표면에는, 스트레인 게이지(strain gauge)(10) 등의 변형검출소자가 부착된다. 스트레인 게이지(10)로부터 출력되는 검출신호에 의거하여 토크가 검출된다.
종래에 있어서 모터, 감속기, 회전 액추에이터 등의 회전형 구동장치에 토크검출용의 기왜체를 조립하는 경우에는, 회전축 등의 부재의 주위에 기왜체를 부착하기 위한 스페이스를 확보하고, 또한 부착용의 추가부품, 볼트·나사 등의 체결금구가 필요하다. 본 예의 베어링 장치(1)를 사용하면, 기왜체(6)를 부착하기 위한 스페이스를 별도로 확보할 필요가 없고, 또한 추가부품, 체결금구도 불필요하다. 따라서 장치의 소형, 콤팩트, 경량화에 유리하다.
또한 기왜체(6)와 내륜(4)이 일체화되어 있기 때문에, 기왜체(6)의 조립정밀도가 저하되는 등의 폐해도 발생하지 않는다. 또한 재료의 차이에 따라 발생하는 부품간의 열(熱)적인 변형도 발생하지 않는다. 따라서 토크 검출정밀도의 향상이 기대된다.
여기에서 상기의 베어링 장치(1)에서는, 기왜체(6)와 내륜(4)을 단일부재로서 제작하고 있다. 기왜체(6)와 내륜(4)을 별도부재로서 제작하고, 기왜체(6)의 제1원환부(7)에 내륜(4)이 체결되어 고정되는 구조로 할 수도 있다. 이 경우의 베어링 장치(1A)를 도2에 나타낸다.
도2(a)는 베어링 장치(1A)의 사시도이고, 도2(b)는 그 사시 단면도이다. 베어링 장치(1A)의 기본구성은 상기의 베어링 장치(1)와 동일하기 때문에, 대응하는 부위에는 동일한 부호를 사용하고, 그들에 대한 설명을 생략한다. 본 예의 베어링 장치(1A)에는, 내륜(4)의 원환모양 끝면(4c)의 내주측 부분에 기왜체 부착부(起歪體 附着部)(4d)가 미리 형성되어 있다. 기왜체 부착부(4d)는, 일정한 깊이의 원환 모양의 계단부와, 계단부의 바닥을 규정하는 끝면에 있어서 원주방향을 따라 등각도 간격으로 형성된 복수 개의 볼트홀을 구비하고 있다. 내륜(4)의 기왜체 부착부(4d)에, 기왜체(6)의 외주측의 제1원환부(7)가 동축으로 장착되고, 체결볼트(6a)에 의하여 체결되어 고정되어 있다.
도3은 본 발명을 적용한 베어링 장치의 다른 예를 나타내는 사시 단면도이다. 베어링 장치(11)에 있어서는, 외륜과 기왜체가 단일부품으로서 제작되어 있다. 베어링 장치(11)는, 모터, 감속기, 회전 액추에이터 등의 회전형 구동장치(도시하지 않음)에 있어서, 그 회전측 부재(도시하지 않음)와 고정측 부재(도시하지 않음)의 사이에 장착되고, 회전측 부재를 회전 가능한 상태로 지지한다. 회전측 부재의 출력회전에 의하여 부하측 부재(도시하지 않음)가 회전구동된다.
베어링 장치(11)는, 볼베어링(ball bearing)(12)과, 토크검출용의 기왜체(16)를 구비하고 있다. 볼베어링(12)의 내륜(14)은 고정측 부재(도시하지 않음)에 고정된다. 볼베어링(12)의 외륜(13)에는 부하측 부재(도시하지 않음)가 동축으로 고정된다. 외륜(13)의 내주면에 형성된 궤도홈(13a)과 내륜(14)의 외주면에 형성된 궤도홈(14a)에 의하여 원환 모양의 궤도가 형성되고, 여기에는 볼(15)이 전동할 수 있는 상태로 삽입되어 있다.
본 예에서는, 외륜(13)과 기왜체(16)가 일체로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 이들이 단일부품으로서 제작되어 있다. 기왜체(16)는, 외륜(13)으로서 기능하는 제1원환부(17)와, 제1원환부(17)의 외측에 동심 모양으로 배치된 제2원환부(18)와, 제1원환부(17)의 원형 외주면(13b(17b))과 제2원환부(18)의 원형 내주면(18a)의 사이를 연결하고 있는 기왜부로서의 복수 개의 리브(19)를 구비하고 있다. 제1원환부(17)의 원형 내주면(13a(17a))에는 궤도홈(13a)이 형성되어 있다. 리브(19)는, 원주방향을 따라 등각도 간격으로 형성되어 있다. 제1원환부(17)(외륜(13))의 원환모양 끝면(13c(17c))에는 부하측 부재가 부착된다. 제2원환부(18)의 원환모양 끝면(18b)에는 회전측 부재가 동축으로 고정된다.
부하측 부재에 부착되는 제1원환부(17)(외륜(13)) 및 회전측 부재에 부착되는 제2원환부(18)는 각각 강체이다. 리브(19)는 미리 설정된 탄성특성을 구비하고 있다. 부하측 부재로부터 회전측 부재에 작용하는 토크는 기왜체(16)를 통하여 전달된다. 리브(19)의 탄성특성을 적절하게 설정하여 둠으로써, 전달토크의 크기에 따른 변형이 리브(19)에 발생한다. 리브(19)의 표면에는, 스트레인 게이지 등의 변형검출소자(도시하지 않음)가 부착된다. 스트레인 게이지로부터 출력되는 검출신호에 의거하여 토크가 검출된다.
도4(a)는 본 발명을 적용한 베어링 장치가 조립된 파동기어장치의 일례를 나타내는 단면도이고, 도4(b)는 그 사시 단면도이다.
파동기어장치(30)는, 원환 형상을 한 강성의 내치기어(內齒gear)(31)와, 실크햇(silk hat) 형상을 한 가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)(32)와, 외치기어(32)를 비원형(非圓形)으로 휘어지게 하여 내치기어(31)에 대하여 부분적으로 맞물리게 하는 파동발생기(波動發生器)(33)와, 내치기어(31)와 외치기어(32)를 상대회전 가능하게 지지하고 있는 베어링 장치(41)를 구비하고 있다. 예를 들면 파동발생기(33)는 회전입력부재로서, 모터 등의 회전축(34)으로부터 회전이 입력된다. 외치기어(32)가 고정측 부재이고, 내치기어(31)가 회전측 부재이다. 내치기어(31)로부터의 출력회전에 의하여 부하측 부재(35)가 회전구동된다. 또 도4(b)에 있어서는 파동발생기(33)를 생략하고 있다.
외치기어(32)는, 원통모양 몸통부(32a)와, 이 일단(一端)으로부터 반경방향의 외측방향으로 넓어지는 다이어프램(diaphragm)(32b)과, 다이어프램(32b)의 외주 가장자리에 일체로 형성된 강체인 원환 모양의 보스(boss)(32c)를 구비하고 있다. 원통모양 몸통부(32a)의 외주면에는 외치(32d)가 형성되어 있다. 외치(32d)가 형성되어 있는 부위가 파동발생기(33)에 의하여 비원형, 예를 들면 타원 모양으로 휘어져서 내치기어(31)의 내치(31d)와 부분적으로 맞물려 있다.
베어링 장치(41)는, 크로스 롤러 베어링(42)과 기왜체(46)를 구비하고 있다. 크로스 롤러 베어링(42)은, 외륜(43), 내륜(44), 및 이들의 사이에 전동할 수 있는 상태로 삽입된 복수 개의 원통롤러(45)를 구비하고 있다. 외륜(43)은, 고정측 부재인 외치기어(32)의 원환 모양의 보스(32c)에 동축으로 고정된다. 외륜(43)의 내주면에 형성된 V형상의 궤도홈(43a)과 내륜(44)의 외주면에 형성된 V형상의 궤도홈(44a)에 의하여 직사각형 단면의 원환모양 궤도가 형성되고, 여기에는 원통롤러(45)가 전동할 수 있는 상태로 삽입되어 있다.
기왜체(46)는, 제1원환부(47)와, 제1원환부(47)의 내측에 동심 모양으로 배치된 제2원환부(48)와, 제1원환부(47)의 원형 내주면과 제2원환부(48)의 원형 외주면의 사이를 연결하고 있는 기왜부로서의 복수 개의 리브(49)를 구비하고 있다. 리브(49)는, 원주방향을 따라 등각도 간격으로 형성되어 있다. 제2원환부(48)의 원환모양 끝면(48b)은 부하측 부재(35)가 동축으로 고정되는 부하 부착면으로 되어 있고, 부하측 부재 체결용의 볼트홀이 형성되어 있다.
여기에서, 내치기어(31)와 내륜(44)과 기왜체(46)의 제1원환부(47)가 일체로 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 이들 3개의 부재가 단일부품으로서 제작되어 있다. 즉, 기왜체(46)의 제1원환부(47)의 원형 외주면에는 내륜(44)의 궤도홈(44a)이 형성되어 있고, 제1원환부(47)의 원형 내주면에 있어서, 중심축선(30a) 방향에서의 일방(一方)의 끝 측의 부위에는 리브(49)가 연결되어 있고, 타방(他方)의 끝 측의 부위에는 내치(31d)가 형성되어 있다.
회전측 부재인 내치기어(31) 및 내륜(44)으로서 기능하는 제1원환부(47)와, 부하측 부재에 부착되는 제2원환부(48)는, 각각 강체이다. 이에 대하여, 리브(49)는 미리 설정된 탄성특성을 구비하고 있다. 부하측 부재로부터 내치기어(31)에 작용하는 토크는 기왜체(46)를 통하여 전달된다. 리브(49)의 탄성특성을 적절하게 설정하여 둠으로써, 전달토크의 크기에 따른 변형이 리브(49)에 발생한다. 리브(49)의 표면에는, 스트레인 게이지(50) 등의 변형검출소자가 부착된다. 스트레인 게이지(50)로부터 출력되는 검출신호에 의거하여 토크가 검출된다.
이와 같이 본 예의 파동기어장치(30)에 있어서는, 기왜체(46)의 외주측 부위인 제1원환부(47)는, 원형 외주면에 V형의 궤도홈(44a)이 형성된 내륜(44)임과 아울러 원형 내주면에 내치(31d)가 형성된 내치기어(31)이기도 하다. 기왜체(46)와 내륜(44)과 내치기어(31)의 3개의 부재가 단일부품으로서 제작되어 있다.
따라서 본 예의 베어링 장치(41)를 사용하면, 기왜체(46)를 부착하기 위한 스페이스를 별도로 확보할 필요가 없다. 또한 기왜체(46), 내륜(44) 및 내치기어(31)가 일체화되어 있기 때문에, 기왜체(46)를 조립하기 위한 추가부품, 체결금구도 불필요하다. 따라서 장치의 소형, 콤팩트, 경량화에 유리하다.
또한 기왜체(46), 내륜(44) 및 내치기어(31)가 단일부품으로서 제작되어 있기 때문에, 3개의 부품을 조립하는 경우에 발생하는 조립정밀도의 저하 등의 폐해를 회피할 수 있다. 또한 재료의 차이에 따라 발생하는 부품간의 열적인 변형도 없다. 따라서 토크 검출정밀도의 향상을 기대할 수 있다.

Claims (5)

  1. 강성(剛性)의 내치기어(內齒gear)(31)와,
    가요성(可撓性)의 외치기어(外齒gear)(32)와,
    상기 외치기어(32)를 비원형(非圓形)으로 휘어지게 하여 상기 내치기어(31)에 대하여 부분적으로 맞물리게 하는 파동발생기(波動發生器)(33)와,
    상기 내치기어(31) 및 상기 외치기어(32)를 상대회전 가능하게 지지하고 있는 베어링 장치(bearing 裝置)(41)를
    구비하고 있고,
    상기 외치기어(32)는, 원통모양 몸통부(32a)와, 이 일단(一端)으로부터 반경방향의 외측방향으로 넓어지는 다이어프램(diaphragm)(32b)과, 상기 다이어프램(32b)의 외주 가장자리에 일체(一體)로 형성된 강체(剛體)인 원환 모양의 보스(boss)(32c)를 구비하고 있고, 상기 원통모양 몸통부(32a)의 외주면에는 외치(32d)가 형성되어 있고,
    상기 외치(32d)가 형성되어 있는 상기 원통모양 몸통부(32a)의 부위가 파동발생기(33)에 의하여 비원형으로 휘어져서, 상기 내치기어(31)의 내치(31d)와 부분적으로 맞물려 있고,
    상기 파동발생기(33)는 회전입력부재이고, 상기 외치기어(32)는 고정측 부재이고, 상기 내치기어(31)가 회전측 부재이고,
    상기 베어링 장치(41)는, 베어링(bearing)(42)과 기왜체(起歪體)(46)를 구비하고 있고,
    상기 베어링(42)은, 외륜(外輪)(43), 내륜(內輪)(44) 및 이들의 사이에 전동(轉動)할 수 있는 상태로 삽입된 복수 개의 전동체(轉動體)(45)를 구비하고 있고,
    상기 외륜(43)은, 고정측 부재인 상기 외치기어(32)의 상기 보스(32c)에 동축(同軸)으로 고정되어 있고,
    상기 기왜체(46)는,
    제1원환부(47)와,
    상기 제1원환부(47)의 내측에 동심 모양으로 배치된 제2원환부(48)와,
    상기 제1원환부(47)의 원형 내주면과 상기 제2원환부(48)의 원형 외주면의 사이를 연결하고 있는 기왜부(起歪部)로서의 복수 개의 리브(rib)(49)를
    구비하고 있고,
    상기 제1원환부(47)에는, 상기 내치기어(31) 및 상기 내륜(44)이 일체(一體)로 형성되어 있고,
    상기 제1원환부(47)의 원형 외주면에는, 상기 내륜(44)의 궤도홈(軌道groove)(44a)이 형성되어 있고, 상기 제1원환부(47)의 상기 원형 내주면에 있어서, 중심축선(30a) 방향에서의 일방(一方)의 끝 측의 부위에는 상기 리브(49)가 연결되어 있고, 타방(他方)의 끝 측의 부위에는 상기 내치기어(31)의 상기 내치(31d)가 형성되어 있고,
    상기 제2원환부(48)의 원환모양 끝면(48b)은, 부하측 부재가 동축으로 고정되는 부하 부착면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 파동기어장치(波動gear裝置)(30).
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