KR20110042551A

KR20110042551A - 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치

Info

Publication number: KR20110042551A
Application number: KR1020090099271A
Authority: KR
Inventors: 김경학
Original assignee: 김경학
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-04-27
Also published as: WO2011049341A3; WO2011049341A2

Abstract

본 발명은 종동축을 왕복 각운동 시키는 기어장치에 관한 것으로, 좀더 상세히 설명하면 구동축 상에는 기어 이(齒)가 형성된 면이 서로 대향하도록 한쌍의 페이스기어(Face gear)가 설치되고, 종동축의 일측 단부에는 상기 양쪽 페이스기어 사이에 치합(齒合)되는 종동기어가 설치된 구조로 이루어지되, 상기 구동축이 일방향으로 회전운동 하면, 상기 종동축은 대칭 또는 비대칭으로 왕복 각운동하도록 동력을 변환시켜 주는 기어장치에 관한 것이다.

기어장치, 페이스기어, 왕복 각운동

Description

종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치{Gear appratus for reciprocating angular motion of driven shaft}

본 발명은 종동축을 왕복 각운동 시키는 기어장치에 관한 것으로, 좀더 상세히 설명하면 구동축 상에는 기어 이(齒)가 형성된 면이 서로 대향하도록 한쌍의 페이스기어(Face gear)가 설치되고, 종동축의 일측 단부에는 상기 양쪽 페이스기어 사이에 치합(齒合)되는 종동기어가 설치된 구조로 이루어지되, 상기 구동축이 일방향으로 회전운동 하면, 상기 종동축은 대칭 또는 비대칭으로 왕복 각운동하도록 동력을 전환시켜 주는 기어장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 평기어(Spur gear)는 원판형 몸체의 테두리 부위에 기어축과 평행하는 방향으로 일정한 간격의 돌기, 즉 기어 이(齒)가 형성되어 있는데 비하여, 페이스기어(Face gear)에는 원판형 몸체의 일측 평면 상에 기어축을 향하여 방사형(放射形)으로 기어 이(齒)가 형성되어 있다.

첨부한 도 1은 통상적인 평기어(110)와 페이스기어(120)의 설치구조를 예시 한 도면으로서. 이러한 기어장치는 주로 구동축과 종동축이 서로 교차하는 방향으로 배치된 경우에 사용된다.

그리고 국내 특허공개 제2009-49035호(공개일자 ; 2009.05.15.)에는 페이스기어의 치형에 대응되는 금형을 이용하여 냉간 단조에 의해 페이스기어를 성형하는 방법이 소개되어 있다.

한편, 통상적인 기어장치들은 구동축의 회전운동을 그대로 종동축으로 전달한다. 그래서 구동축과 종동축은 회전방향만 서로 다를 뿐, 다같이 연속적으로 일방향 회전운동을 한다. 이때, 상기 구동축와 종동축에 설치된 기어의 구조나 기어 이(齒)의 갯수에 따라서 구동축과 종동축의 배치 각도나 회전수가 결정된다. 그리고 캠(Cam)을 이용하면, 구동축의 회전운동을 푸쉬로드와 같은 종동체의 직선 왕복운동으로 전환시킬 수도 있다.

그러나 구동축의 일방향 회전운동을 종동축의 대칭 또는 비대칭 왕복 각운동으로 전환시켜 주는 기어장치는 아직 개발되어 있지 않다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구동축 상에 설치된 한쌍의 페이스기어와 상기 페이스기어 사이에 치합(齒合)된 종동기어의 결합구조를 이용하여 일방향으로 연속 회전하는 구동축의 회전력을 종동축의 대칭 또는 비대칭 왕복 각운동으로 전환시켜 주는 기어장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 기어장치는, 구동축 상에는 기어 이(齒)가 형성된 면이 서로 대향하도록 한쌍의 페이스기어(Face gear)가 설치되고, 종동축의 일측 단부에는 상기 양쪽 페이스기어 사이에 치합되는 종동기어가 설치된 구조로 이루어지되, 상기 페이스기어에 형성된 기어 이(齒)의 치열(齒列)은 각각 상기 구동축을 중심으로 반지름이 동일한 원호(圓弧) 형상으로 형성되고, 상기 원호형 치열은 양쪽 페이스기어를 서로 겹쳤을 때 하나의 원주(圓周) 상에서 치열이 서로 중복되지 않도록 교대로 배치되어 있어서, 상기 구동축이 회전하면 상기 종동기어가 양쪽 페어스기어에 교대로 치합하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 치열은 양쪽 페이스기어에 형성된 원호형 치열의 길이가 서로 동일하게 배치될 수도 있고, 서로 다르게 배치될 수도 있다.

또한, 상기 치열은 양쪽 페이스기어를 서로 겹쳤을 때 양쪽 원호형 치열이 합쳐져서 완전한 하나의 원을 형성하도록 배치될 수도 있고, 양쪽 페이스기어 중 어느 쪽에도 치열이 형성되지 않은 무부하 구간이 포함되도록 배치될 수도 있다.

본 발명에 따른 기어장치는 페이스기어와 종동기어에 형성된 원호형 치열(齒列)의 길이와 기어 이(齒)의 갯수를 조절하므로서 종동축에 대하여 다양한 작동모드의 왕복 각운동을 구현할수 있다.

즉, 종동축을 정방향과 역방향으로 연속적으로 회전시킬 수도 있고 간헐적으로 회전시킬 수도 있으며, 나아가 정방향 회전각도와 역방향 회전각도가 서로 동일하게 대칭적으로 왕복 각운동 시킬 수도 있고, 상기 회전각도가 서로 다르게 비대칭 왕복 각운동 시킬 수도 있다.

따라서 본 발명에 따른 기어장치는 여러가지 기계장치나 산업시설에 다양하게 적용될수 있을 것으로 기대된다.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 발명은 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술내용을 보다 명료하게 이해하기 위하여 본 발명에서 사용하는 용어들은 다음과 같은 의미로 정의된다.

먼저,'페이스기어(Face gear)'는 기어 이(齒)가 원판형 기어몸체의 일측 평면에 기어축을 향하여 방사형(放射形)으로 형성되어 있는 기어를 말한다. 또한, 편의상 도 2를 중심으로 하여 '좌측' 과 '우측'을 구분하고, 시계가 회전하는 방향을 '정방향'이라 하고, 그 반대방향을 '역방향' 이라 한다. 그리고, 일정한 각도 범위 내에서 정방향 회전과 역방향 회전을 반복하는 동작을 '왕복 각운동'이라 하고, 다수개의 기어 이(齒)가 나란히 배열된 상태를 '치열(齒列)'이라 한다.

본 발명에 따른 기어장치는 도 2와 같이, 구동축(10) 상에는 기어 이(21a,21b)가 형성된 면이 서로 대향하도록 한쌍의 좌우측 페이스기어(20a,20b)가 설치되고, 종동축(30)의 일측 단부에는 상기 양쪽 페이스기어(20a,20b) 사이에 치합되는 종동기어(40)가 설치된 구조로 이루어진다.

이때, 상기 좌우측 페이스기어(20a,20b)는 통상적인 페이스기어와는 달리 각 기어 이(21a,21b)의 치열(22a,22b)이 상기 구동축(10)을 중심으로하여 반지름이 동일한 원호(圓弧) 형상으로 배치되고, 상기 원호형 치열(22a,22b)은 양쪽 페이스기어(20a,20b)를 서로 겹쳤을 때 하나의 원(圓)을 형성하되 상기 치열(22a,22b)이 서로 중복되지 않도록 교대로 배치되어 있다.

따라서, 양쪽 페이스기어(20a,20b)를 서로 겹쳤을 때, 양쪽 원호형 치열(22a,22b)이 합쳐져서 하나의 원을 형성하되, 우측 페이스기어(20a)의 치열(22a)이 형성된 구간에는 좌측 페이스기어(20b)의 기어 이(21b)가 형성되어 있지 않고, 반대로 좌측 페이스기어(20b)의 치열(22b)이 형성된 구간에는 우측 페이스기어(20a)의 기어 이(21a)가 형성되어 있지 않다.

그래서, 상기 구동축(10)이 일방향으로 회전하면, 상기 종동기어(40)는 양쪽 페어스기어(20a,20b)의 원호형 치열(22a,22b)에 번갈아 교대로 치합하게 되는 것이 다. 이때, 상기 종동기어(40)가 좌측 페이스기어(20a)의 치열(22a)에 치합하면, 상기 종동축(30)은 정방향으로 회전하고, 반대로 상기 종동기어(40)가 우측 페이스기어(20b)의 치열(22b)에 치합하면 상기 종동축(30)은 역방향으로 회전한다.

본 발명에서는 상기 좌우측 치열(22a,22b)의 원호 길이를 조절하므로서 종동축(30)의 회전모드를 다양하게 변경시킬 수 있다. 즉, 상기 치열(22a,22b)은 도 3과 같이 양쪽 페이스기어(20a,20b)에 형성된 원호형 치열(22a,22b)의 길이가 서로 동일하게 배치될 수도 있고, 서로 다르게 배치될 수도 있다. 또한, 양쪽 페이스기어(20a,20b)를 서로 겹쳤을 때 양쪽 원호형 치열(22a,22b)이 합쳐져서 완전한 하나의 원을 형성하도록 배치될 수도 있고, 양쪽 페이스기어 (20a,20b) 중 어느 쪽에도 치열이 형성되지 않은 구간(이하, '무부하 구간' 이라 함)을 포함하도록 배치될 수도 있다.

먼저 도 3의 (a)는 양쪽 페이스기어(20a,20b)에 형성된 원호형 치열(22a,22b)이 서로 길이가 동일한 반원형으로 배치된 구조를 나타낸 것이다. 이러한 배치구조에서는 무부하 구간 없이 종동축(30)이 정방향 회전하였다가 바로 역방향 회전하는 연속적 왕복 각운동을 반복한다.

이때, 상기 종동축(30)의 회전각도는 상기 원호형 치열(22a,22b)의 기어 이(齒)의 갯수, 즉 잇수와 상기 종동기어(40)의 잇수의 상대적인 비율에 따라 결정된다. 즉, 상기 원호형 치열(22a,22b)의 잇수와 상기 종동기어(40)의 잇수가 동일하면, 상기 종동축(30)은 정방향 및 역방향으로 각각 한바퀴(360°)씩 각운동하게 되 고, 전자가 후자의 두배이면 두 바퀴(720°)씩, 절반이면 반바퀴(180°)씩 회전하는 연속적 대칭 왕복 각운동을 반복한다.

다음으로 도 3의 (b)는 좌측 페어스기어(20a)에는 원호형 치열(22a)이 기어축(10)에서 부터 240°각도에 걸쳐서 형성되고, 우측 페어스기어(20b)에는 나머지 120°각도에 대해서만 원호형 치열(22b)이 형성되어 있는 배치구조를 나타낸 것이다. 이 경우에는 무부하 구간 없이 종동축(30)의 정방향 회전각도가 역방향 회전각도의 2배로 된다. 즉, 종동축(30)이 좌측 페어스기어(20a)에 의해서 두 바퀴 정방향 회전한 다음, 바로 우측 페어스기어(20b)에 의해서 한 바퀴 역방향 회전 하는 연속적 비대칭 왕복 각운동을 반복한다.

도 3의 (c)는 양쪽 페어스기어(20a,20b)에 각각 기어축(10)에서 각각 90°각도로 원호형 치열(22a,22b)을 형성하되, 좌우측 페어스기어(20a,20b)를 서로 겹쳤을 때 무부하 구간 두개가 양쪽에 각각 90°각도로 포함된 배치구조를 나타낸 것이다. 이 경우에는 종동축(30)이 일정한 각도로 정방향 회전하고 첫번째 무부하 구간만큼 정지해 있다가, 상기 정방향 회전각도와 동일한 각도만큼 역방향 회전하고 다시 두번째 무부하 구간만큼 정지하는 간헐적 대칭 왕복 각운동을 반복한다.

마지막으로 도 3의 (d)는 좌측 페어스기어(20a)에는 기어축(10)에서 부터 180°각도에 걸쳐서 원호형 치열(22a)이 형성되고, 우측 페어스기어(20b)에는 나머지 120°각도에 대해서만 원호형 치열(22b)이 형성되어 있으며, 좌우측 페어스기어(20a,20b)를 서로 겹쳤을 때 한개의 무부하 구간이 포함된 배치구조를 나타낸 것이다. 이 경우에는 종동축(30)이 일정한 각도로 정방향 회전하고, 이어 바로 정방 향 회전각도의 절반만큼 역방향 회전한 다음, 무부하 구간에서 잠깐동안 정지해 있다가 다시 정방향 회전 하는 간헐적 비대칭 왕복 각운동을 반복한다.

본 발명에서는 상기 도 3의 (a) ~ (d)와 같은 4가지 각동모드를 적당히 조합하므로서 종동축(30)에 대하여 연속적 대칭 또는 비대칭 왕복 각운동을 구현할 수도 있고, 간헐적 대칭 또는 비대칭 왕복 각운동을 구현할 수도 있다.

본 발명에 따른 기어장치는 본 발명의 목적을 수행할 수 있는 범위 내에서 동력전달이 보다 원할하고 소음이 발생하지 않도록 양쪽 페이스기어(20a,20b)와 종동기어(40)의 형상을 다양하게 구성할수 있다. 예컨대, 양쪽 페이스기어(20a,20b)의 기어 이(齒)를 반구형 돌기형상으로 구성하고, 종동기어(40)에는 이에 대등하는 반구형 홈을 형성할 수도 있고, 헬리컬 기어(Helical gear)와 같이 기어 이(齒)의 형상을 비스듬한 곡선구조로 형성할 수도 있으며, 베벨기어(Bevel gear)와 같이 페이스기어(20a,20b)와 종동기어(40)를 원뿔 형상으로 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 기어장치는 여러가지 기계장치나 산업시설에 활용될 수 있다. 예컨대, 상기 종동축(30)에다 작동팔을 부착하여 확대된 왕복 각운동을 유도할 수도 있고, 상기 종동축(30)의 타단, 즉 상기 종동기어(40)의 반대편에다 나사부(도시하지 않음)를 형성하여 상기 종동축(30)의 왕복 각운동을 왕복 직선운동으로 전환할 수도 있다.

도 1은 통상적인 페이스기어(Face gear)의 형상을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명에 따른 기어장치의 구조를 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에서 양측 페이스기어에 형성된 원호형 치열의 배치구조를 예시한 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 ; 구동축 20a,20b ; 페이스기어(Face gear)

21a,21b ; 기어 이(齒) 22a,22b ; 치열(齒列)

30 ; 종동축 40 ; 종동기어

Claims

구동축 상에는 기어 이(齒)가 형성된 면이 서로 대향하도록 한쌍의 페이스기어(Face gear)가 설치되고, 종동축의 일측 단부에는 상기 양쪽 페이스기어 사이에 치합되는 종동기어가 설치된 구조로 이루어지되, 상기 페이스기어에 형성된 기어 이(齒)의 치열(齒列)은 각각 상기 구동축을 중심으로 반지름이 동일한 원호(圓弧) 형상으로 형성되고, 상기 원호형 치열은 양쪽 페이스기어를 서로 겹쳤을 때 하나의 원주(圓周) 상에서 치열이 서로 중복되지 않도록 교대로 배치되어 있어서, 상기 구동축이 회전하면 상기 종동기어가 양쪽 페어스기어에 교대로 치합하도록 구성된 것을 특징으로 하는 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치.
제1항에 있어서, 상기 치열은 양쪽 페이스기어에 형성된 원호형 치열의 길이가 서로 동일하게 배치된 것을 특징으로 하는 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치.
제1항에 있어서, 상기 치열은 양쪽 페이스기어 형성된 원호형 치열의 길이가 서로 다르게 배치된 것을 특징으로 하는 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 치열은 양쪽 페이스기어를 서로 겹쳤을 때 양쪽 원호형 치열이 합쳐져서 무부하 구간없이 완전한 하나의 원을 형성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 치열은 양쪽 페이스기어를 서로 겹쳤을 때 양쪽 페이스기어 중 어느 쪽에도 치열이 형성되지 않은 무부하 구간이 포함되어 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 종동축을 왕복 각운동시키는 기어장치.