(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2016년04월11일
(11) 등록번호 10-1611586
(24) 등록일자 2016년04월05일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
H02K 7/08 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7032196
(22) 출원일자(국제) 2011년05월16일
심사청구일자 2014년06월10일
(85) 번역문제출일자 2013년12월04일
(65) 공개번호 10-2014-0038980
(43) 공개일자 2014년03월31일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2011/002718
(87) 국제공개번호 WO 2012/157020
국제공개일자 2012년11월22일
(56) 선행기술조사문헌
US04425822 A
WO2003050428 A1
(73) 특허권자
가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
일본 도쿄도 시나가와구 미나미오오이 6쵸메 25-3
(72) 발명자
요코야마, 아키히로
일본 3998305 나가노켄 아즈미노시 호타카마키
1856-1 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈
호타카코죠 (내)
(74) 대리인
특허법인 남앤드남
전체 청구항 수 : 총 7 항 심사관 : 심영도
(54) 발명의 명칭 동심 다축 액추에이터
(57) 요 약
본 발명의 동심 2축 액추에이터(1)는, 2단 크로스롤러 베어링(2)과, 전단 액추에이터(3)와, 후단 액추에이터(4)
가 나란하게(in tandem) 연결되어 있다. 전단 액추에이터(3)의 중공부(5)를 관통해서 전방으로 돌출되어 있는 후
단 액추에이터(4)의 후단 회전 출력축(6)의 전단부가 2단 크로스롤러 베어링(2)의 내륜(13)에 연결 고정되어 있
으며, 내륜(13)이 후단 회전 출력부재로서 기능한다. 전단 액추에이터(3)의 출력 회전측은 2단 크로스롤러 베어
링(2)의 중간륜(12)에 연결되어 있으며, 중간륜(12)이 전단 회전 출력부재로서 기능한다. 2단 크로스롤러 베어링
(2)에 의해 각 단의 회전 출력 요소가 지지되어 있으므로, 각 단의 회전 출력부재의 면 진동을 억제할 수
있으며, 이들의 모멘트(moment) 강성을 높일 수 있다.
대 표 도
등록특허 10-1611586
- 1 -
명 세 서
청구범위
청구항 1
삭제
청구항 2
삭제
청구항 3
다단 크로스롤러 베어링(2)과, 상기 다단 크로스롤러 베어링(2)의 후측에 동축 상태로 배치한 전단 액추에이터
(3)와, 상기 전단 액추에이터(3)의 후측에 동축 상태로 배치한 후단 액추에이터(4)를 가지고,
상기 전단 액추에이터(3)는 그 중심을 축선(1a)의 방향으로 관통해서 연장되어 있는 전단 중공부(5)를
구비하고,
상기 후단 액추에이터(4)는, 상기 전단 중공부(5)를 관통해서 전방으로 연장되어 있는 후단 회전 출력축(6)을
구비하며,
상기 다단 크로스롤러 베어링(2)은, 외륜(11)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 중간륜(12)과, 이 내측
에 동심 상태로 배치되어 있는 내륜(13)과, 상기 외륜(11) 및 상기 중간륜(12)의 사이에 형성한 직사각형 단면
을 한 원환형상의 외측 궤도(14)와, 이 외측 궤도(14) 내에 전동(轉動)가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의
외측 롤러(15)와, 상기 중간륜(12) 및 상기 내륜(13)의 사이에 형성한 직사각형 단면을 한 원환형상의 내측 궤
도(16)와, 이 내측 궤도(16) 내에 전동가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 내측 롤러(17)를 구비하고,
상기 중간륜(12)은 상기 전단 액추에이터(3)에 의해 회전 구동되는 전단 회전 출력부재이며,
상기 내륜(13)은 상기 후단 회전 출력축(6)에 연결 고정된 후단 회전 출력부재이고,
상기 전단 액추에이터(3)는 전단 모터(31)와 전단 파동기어감속기(32)를 구비하고,
상기 전단 파동기어감속기(32)는, 전단 감속기 하우징(34)과, 이 내측에 동축 상태로 고정한 전단 강성 내치기
어(35)와, 이 내측에 동축 상태로 배치되어 있는 실크 햇(silk hat) 형상의 전단 가요성 외치기어(36)와, 이 내
측에 끼워 넣어져 있는 전단 파동발생기(37)를 구비하고, 상기 전단 파동발생기(37)에는 중심 관통구멍(37a)이
형성되어 있으며,
상기 전단 감속기 하우징(34)에는 상기 외륜(11)이 고정되고, 상기 전단 가요성 외치기어(36)는 상기 중간륜
(12)에 고정되며, 상기 전단 파동발생기(37)는 해당 전단 파동발생기의 상기 중심 관통구멍(37a)을 관통해서 연
장되어 있는 상기 전단 모터(31)의 중공 모터축(31a)에 고정되어 있고,
상기 후단 액추에이터(4)는, 후단 모터(41)와 후단 파동기어감속기(42)를 구비하고,
상기 후단 파동기어감속기(42)는, 후단 감속기 하우징(44)과, 이 내측에 동축 상태로 고정한 후단 강성 내치기
어(45)와, 이 내측에 동축 상태로 배치되어 있는 실크 햇 형상의 후단 가요성 외치기어(46)와, 이 내측에 끼워
넣어져 있는 후단 파동발생기(47)를 구비하고, 상기 후단 파동발생기(47)에는 중심 관통구멍(47a)이 형성되어
있으며,
상기 후단 감속기 하우징(44)은 상기 전단 모터(31)의 모터 하우징(43)에 고정되고, 상기 후단 가요성 외치기어
(46)는 상기 후단 회전 출력축(6)의 후단에 고정되며, 상기 후단 파동발생기(47)는 해당 후단 파동발생기의 상
기 중심 관통구멍(47a)을 관통해서 연장되어 있는 상기 후단 모터(41)의 모터축(41a)에 고정되어 있는 것을 특
징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
청구항 4
제3항에 있어서,
등록특허 10-1611586
- 2 -
상기 내측 롤러(17)의 롤러 사이즈는, 상기 외측 롤러(15)의 롤러 사이즈보다도 작고,
상기 내측 롤러(17)의 롤러중심(L2)은, 상기 외측 롤러(15)의 롤러중심(L1)에 대하여, 상기 축선(1a)을 따른 방
향으로 오프셋된 위치에 있는 것을 특징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
청구항 5
제4항에 있어서,
상기 내측 롤러(17)의 롤러중심(L2)의 상기 외측 롤러(15)의 롤러중심(L1)에 대한 오프셋량(Δ)은, 상기 내측
궤도(16)의 궤도폭의 1/2로부터, 상기 궤도폭과 상기 외측 궤도(14)의 궤도폭간의 가산값(sum)의 1/2까지의 범
위 내의 값인 것을 특징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
청구항 6
제5항에 있어서,
상기 오프셋량(Δ)은, 상기 외측 궤도(14)의 궤도폭의 1/2인 것을 특징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
청구항 7
제4항에 있어서,
상기 중간륜(12)에 있어서의 원형 내주면으로부터 원형 외주면까지의 사이의 반경방향의 두께는, 적어도, 상기
외륜(11)의 원형 내주면으로부터 원형 외주면까지의 사이의 반경방향의 두께의 2배인 것을 특징으로 하는 동심
다축 액추에이터(1).
청구항 8
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외측 궤도(14) 및 상기 내측 궤도(16)는, 상기 외륜(11), 상기 중간륜(12) 및 상기 내륜(13)에 있어서, 이
들의 일방의 단면에 가까운 위치에 형성되어 있고,
상기 중간륜(12) 및 상기 내륜(13)에 있어서의 상기 단면에는, 각각, 롤러삽입용의 삽입 구멍(12f, 13f)이 형성
되며, 이들의 삽입 구멍이 마개 (18, 19)에 의해 봉쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
청구항 9
삭제
청구항 10
제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후단 액추에이터(4)는 그 중심을 축선 방향으로 관통해서 연장되어 있는 후단 중공부(7)를 구비하고 있으
며, 상기 후단 회전 출력축(6)은 중공축이고, 상기 내륜(13)에는 중심 관통구멍이 형성되어 있으며,
상기 후단 중공부(7), 상기 후단 회전 출력축(6)의 중공부 및 상기 내륜(13)의 중심 관통구멍에 의해, 축선(1
a)의 방향으로 관통해서 연장되는 중공부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 동심 다축 액추에이터(1).
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, 나란히(in tandem) 배열되어 있는 복수의 액추에이터의 출력 회전을, 동일한 측으로부터 출력가능한[0001]
동심 다축 액추에이터에 관한 것으로서, 특히, 각 액추에이터로부터 면 진동(surface oscillations)(축 진동)하
지 않고 회전 출력을 취출(取出)할 수 있으며, 충분한 모멘트 강성(moment stiffness)을 구비한 동심 다축 액추
에이터에 관한 것이다.
배 경 기 술
등록특허 10-1611586
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산업용 로봇, 예를 들면, 기판 등의 공작물을 반송하기 위한 반송용 로봇의 회전 구동 기구로서 동심 다축 액추[0002]
에이터가 이용되고 있다. 예를 들면, 동심 2축 액추에이터에서는, 나란하게(in tandem) 2대의 액추에이터가 연
결되어 있으며, 전단측의 액추에이터는 중공(中空)형의 것이고, 후단측의 액추에이터의 회전 출력축이 전단측의
액추에이터의 중공부를 관통해서 전단측의 액추에이터의 중공 출력축으로부터 전방으로 돌출되어 있다. 동심(同
心)상의 회전 출력축 및 중공 출력축의 각각에 연결 고정된 로봇 아암 등의 부재를 개별로 구동할 수 있다. 이
러한 구성의 동심 다축 액추에이터는 특허문헌 1∼8에 개시되어 있다. 한편, 특허문헌 9에는 본 발명에 관련된
다단 크로스롤러 베어링(multi-stage cross roller bearing)이 개시되어 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본 특개소 63-7285호 공보, 도 6 [0003]
(특허문헌 0002) 일본 특허 제2750771호 공보, 도 2
(특허문헌 0003) 일본 특개평 6-791호 공보
(특허문헌 0004) 일본 특개평 5-329785호 공보
(특허문헌 0005) 일본 특개평 5-4178호 공보
(특허문헌 0006) 일본 특허 제2703291호 공보
(특허문헌 0007) 미국 특허 제6485250호 공보
(특허문헌 0008) 미국 특허 제5720590호 공보
(특허문헌 0009) WO2003/050428호의 팜플렛
발명의 내용
해결하려는 과제
동심 다축 액추에이터에서는, 후단측의 액추에이터의 회전 출력축이 전단측의 액추에이터의 중공부를 관통해서[0004]
그 앞측으로 돌출되어 있으므로, 후단측의 회전 출력축의 축길이가 길어진다. 축길이가 길면 회전 출력축의 동
축도(concentricity)가 저하되며, 축 진동(면 진동)이 커져 버린다. 또, 회전 출력축이 길어지면 모멘트 강성도
저하되어버린다. 축 진동을 억제하고, 모멘트 강성을 높이기 위해서, 축받이 등을 추가해서 회전 출력축을 지지
하면, 추가 부품의 설치 스페이스를 확보하기 위해서 회전 출력축의 축길이를 더욱 길게 해야 하는 경우도
있다.
본 발명의 과제는, 이러한 점을 감안하여, 축 진동을 방지 혹은 억제할 수 있으며, 게다가, 모멘트 강성이 높은[0005]
동심 다축 액추에이터를 제안하는 것에 있다.
과제의 해결 수단
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 동심 다축 액추에이터는, [0006]
다단 크로스롤러 베어링(multi-stage cross roller bearing)와, 상기 다단 크로스롤러 베어링의 후측에 동축 상[0007]
태로 배치한 전단(前段) 액추에이터와, 상기 전단 액추에이터의 후측에 동축 상태로 배치한 후단(後段) 액추에
이터를 가지고,
상기 전단 액추에이터는 그 중심을 축선 방향으로 관통해서 연장되어 있는 전단 중공부를 구비하고, [0008]
상기 후단 액추에이터는, 상기 전단 중공부를 관통해서 전방으로 연장되어 있는 후단 회전 출력축을 구비하며, [0009]
상기 다단 크로스롤러 베어링은, 외륜(outer ring)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 중간륜(middle[0010]
ring)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 내륜(inner ring)과, 상기 외륜 및 상기 중간륜의 사이에 형성
한 직사각형 단면을 한 원환형상(annular)의 외측 궤도와, 이 외측 궤도내에 전동(轉動)가능한 상태로 삽입되어
있는 복수개의 외측 롤러와, 상기 중간륜 및 상기 내륜의 사이에 형성한 직사각형 단면을 한 원환형상의 내측
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궤도와, 이 내측 궤도 내에 전동가능한 상태로 삽입되어 있는 복수개의 내측 롤러를 구비하고,
상기 중간륜은 상기 전단 액추에이터에 의해 회전 구동되는 전단 회전 출력부재이며, [0011]
상기 내륜은 상기 후단 회전 출력축에 연결 고정된 후단 회전 출력부재인 것을 특징으로 하고 있다. [0012]
여기서, 후단 액추에이터를 중공형의 것으로 하면, 동심 다단 액추에이터의 중심을 관통해서 연장되는 중공부가[0013]
형성되므로, 해당 중공부를 배선 스페이스 등으로서 이용할 수 있다. 또한, 후단 액추에이터의 후측에 또 액추
에이터를 연결하고, 해당 액추에이터의 회전 출력축을 중공부를 통해서 전방으로 돌출시킴으로써, 동심 3축 액
추에이터를 실현할 수 있다. 마찬가지로 하여, 중공형의 동심 2축 액추에이터는, 동심 다축 액추에이터에 있어
서의 앞측 2단(段)분의 액추에이터 부분으로서 이용할 수 있다.
또, 전단 액추에이터, 후단 액추에이터로서는, 모터와 파동기어감속기로 이루어지는 액추에이터를 이용할 수 있[0014]
다. 이 경우에는, 파동기어감속기로서, 커다란 중공부를 확보하는데 적합한 실크 햇(silk hat)형이라고 불리는
파동기어감속기를 이용하는 것이 바람직하다.
이 경우, 본 발명의 동심 다축 액추에이터는 다음과 같이 구성할 수 있다. 즉, 상기 전단 액추에이터는 전단 모[0015]
터와 전단 파동기어감속기를 구비하고, 상기 전단 파동기어감속기는, 전단 감속기 하우징과, 이 내측에 동축 상
태로 고정한 전단 강성 내치기어(rigid internal gear)와, 이 내측에 동축 상태로 배치되어 있는 실크 햇 형상
의 전단 가요성 외치기어(flexible external gear)와, 이 내측에 끼워 넣어져 있는 전단 파동발생기를
구비하고, 상기 전단 파동발생기에는 중심 관통구멍이 형성되어 있으며, 상기 전단 하우징은 상기 외륜에 고정
되고, 상기 전단 가요성 외치기어는 상기 중간륜에 고정되며, 상기 전단 파동발생기는 해당 전단 파동발생기의
상기 중심 관통구멍을 관통해서 연장되어 있는 상기 전단 모터의 중공 모터축에 고정된다.
또, 상기 후단 액추에이터는, 후단 모터와 후단 파동기어감속기를 구비하고, 상기 후단 파동기어감속기는, 후단[0016]
감속기 하우징과, 이 내측에 동축 상태로 고정한 후단 강성 내치기어와, 이 내측에 동축 상태로 배치되어 있는
실크 햇 형상의 후단 가요성 외치기어와, 이 내측에 끼워 넣어져 있는 후단 파동발생기를 구비하고, 상기 후단
파동발생기에는 중심 관통구멍이 형성되어 있으며, 상기 후단 하우징은 상기 전단 모터의 모터 하우징에 고정되
고, 상기 후단 가요성 외치기어는 상기 후단 회전 출력축의 후단에 고정되며, 상기 후단 파동발생기는 해당 후
단 파동발생기의 상기 중심 관통구멍을 관통해서 연장되어 있는 상기 후단 모터의 모터축에 고정된다.
여기서, 본 발명에 있어서 사용하는 다단 크로스롤러 베어링은, [0017]
상기 내측 롤러의 롤러 사이즈가 상기 외측 롤러의 롤러 사이즈보다도 작고,[0018]
상기 내측 롤러의 롤러 중심이, 상기 외측 롤러의 롤러 중심에 대하여, 상기 축선을 따른 방향으로 오프셋된 위[0019]
치에 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 오프셋량은, 상기 내측 궤도의 궤도폭의 1/2로부터, 상기 궤도폭과 상기 외측 궤도의 궤도폭간의 가산값[0020]
의 1/2까지의 범위 내의 값인 것이 바람직하다. 나아가, 오프셋량은, 상기 외측 궤도의 궤도폭의 1/2인 것이 바
람직하다.
또, 상기 중간륜에 있어서의 원형 내주면으로부터 원형 외주면까지의 사이의 반경방향의 두께는, 적어도, 상기[0021]
외륜의 원형 내주면으로부터 원형 외주면까지의 사이의 반경방향의 두께의 2배인 것이 바람직하다.
게다가, 상기 외측 궤도 및 상기 내측 궤도는, 상기 외륜, 상기 중간륜 및 상기 내륜에 있어서, 이들의 일방의[0022]
단면에 가까운 위치에 형성되어 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명을 적용한 동심 3축 액추에이터에서는, 외륜, 제1 중간륜, 제2 중간륜 및 내륜이 동심상으로[0023]
배치된 3단 크로스롤러 베어링이 이용된다. 이 경우, 본 발명의 동심 다축 액추에이터에서는, 상기 전단 액추에
이터와 상기 후단 액추에이터의 사이에 동축 상태로 중단(中段) 액추에이터가 배치된다. 상기 중단 액추에이터
는 그 중심을 축선 방향으로 관통해서 연장되어 있는 중단 중공부와, 상기 전단 중공부를 관통해서 전방으로 연
장되어 있는 중공형의 중단 회전 출력축을 구비하고 있다. 상기 후단 액추에이터의 상기 후단 회전 출력축은,
상기 중단 중공부, 상기 중단 회전 출력축 및 상기 전단 중공부를 관통해서 전방으로 연장되어 있다. 또, 상기
다단 크로스롤러 베어링은, 상기 중간륜으로서, 제1 중간륜과, 이 내측에 동심상으로 배치한 제2 중간륜을 구비
하고, 상기 제1 중간륜과 상기 제2 중간륜의 사이에는 직사각형 단면을 한 원환형상의 중간궤도가 형성되며, 해
당 중간궤도에는 전동가능한 상태로 복수개의 중간 롤러가 삽입되어 있다. 그리고, 상기 제1 중간륜이 상기 전
단 액추에이터에 의해 회전 구동되는 전단 회전 출력부재로 되며, 상기 제2 중간륜이 상기 중단 회전 출력축에
등록특허 10-1611586
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연결 고정된 중단 회전 출력부재가 된다.
발명의 효과
본 발명의 동심 다축 액추에이터에서는, 다단 크로스롤러 베어링과, 전단 액추에이터와, 후단 액추에이터가 나[0024]
란하게 연결되며, 전단 액추에이터의 중공부를 관통해서 전방으로 돌출되어 있는 후단 액추에이터의 후단 회전
출력축의 전단부가 다단 크로스롤러 베어링의 내륜에 연결 고정되어 있으며, 내륜이 후단 회전 출력부재로서 기
능한다. 전단 액추에이터의 회전 출력측은 다단 크로스롤러 베어링의 중간륜에 연결되어 있으며, 중간륜이 전단
회전 출력부재로서 기능한다. 다단 크로스롤러 베어링에 의해 각 단의 회전 출력 요소가 지지되어 있으므로, 각
단의 회전 출력부재의 면 진동을 억제할 수 있으며, 이들의 모멘트(moment) 강성을 높일 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은, 본 발명을 적용한 동심 2축 액추에이터를 나타내는 세로 단면도이다. [0025]
도 2는, 도 1의 2단 크로스롤러 베어링을 나타내는 단면도 및 세로 단면도이다.
도 3은, 본 발명을 적용한 동심 3축 액추에이터를 나타내는 설명도이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하에, 도면을 참조해서 본 발명을 적용한 동심 다축 액추에이터의 실시 형태를 설명한다. [0026]
도 1을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 동심 2축 액추에이터를 설명한다. 동심 2축 액추에이터(1)는, 그[0027]
축선(1a)을 따라서, 전단(前段)에, 다단(多段) 크로스롤러 베어링으로서 2단 크로스롤러 베어링(2)이 배치되고,
그 후측에 동축 상태로 전단 액추에이터(3)가 연결되며, 그 후측에 동축 상태로 후단 액추에이터(4)가 연결되어
있다. 전단 액추에이터(3)는 그 중심을 축선(1a)의 방향으로 관통해서 연장되어 있는 원형단면의 전단 중공부
(5)를 구비하고 있으며, 후단 액추에이터(4)는, 전단 중공부(5)를 동축 상태로 관통해서 전방으로 연장되어 있
는 중공형의 후단 회전 출력축(6)을 구비하고 있다. 또, 본 예의 후단 액추에이터(4)는 그 중심을 축선(1a)의
방향으로 관통해서 연장되어 있는 원형단면의 후단 중공부(7)를 구비하고 있다.
동심 2축 액추에이터(1)의 전단에 위치하고 있는 2단 크로스롤러 베어링(2)은, 외륜(outer ring, 11)과, 이 내[0028]
측에 동심 상태로 배치되어 있는 중간륜(middle ring, 12)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 내륜(inner
ring, 13)을 구비하고 있다. 외륜(11)과 중간륜(12)의 사이에는, 직사각형 단면을 한 원환(圓環)형상의 외측 궤
도(14)가 형성되어 있으며, 여기에는, 중심 축선이 교대로 직교하는 상태로 복수개의 외측 롤러(15)가 전동(轉
動)가능한 상태로 삽입되어 있다. 마찬가지로, 중간륜(12)과 내륜(13)의 사이에는 직사각형 단면을 한 원환형상
의 내측 궤도(16)가 형성되어 있으며, 여기에는, 중심 축선이 교대로 직교하는 상태로 복수개의 내측 롤러(17)
가 삽입되어 있다. 따라서, 외륜(11), 중간륜(12), 외측 궤도(14) 및 외측 롤러(15)에 의해, 외측 크로스롤러
베어링이 구성되어 있고, 중간륜(12), 내륜(13), 내측 궤도(16) 및 내측 롤러(17)에 의해, 내측 크로스롤러 베
어링이 구성되어 있다.
2단 크로스롤러 베어링의 중간륜(12)은 전단 액추에이터(3)에 의해 회전 구동되는 전단 회전 출력부재로서 기능[0029]
하고, 내륜(13)은 후단 회전 출력축(6)에 의해 회전 구동되는 후단 회전 출력부재로서 기능한다. 또, 내륜(13)
의 중심 관통구멍과, 후단 회전 출력축(6)의 중공부와, 후단 중공부(7)에 의해, 동심 2축 액추에이터(1)에는,
축선(1a)의 방향으로 관통해서 연장되는 중공부가 형성되어 있다.
다음으로, 각 부분의 구조를 구체적으로 설명한다. 전단 액추에이터(3)는, 전단 모터(31)와, 이 전단 모터(31)[0030]
의 출력 회전을 감속해서 외륜(11)에 전달하는 전단 파동기어감속기(32)를 구비하고 있다. 전단 파동기어감속기
(32)는, 전단 액추에이터(3)의 모터 하우징(43)의 전단측에 연결되어 있는 통형상의 전단 감속기 하우징(34)을
구비하고 있으며, 이 내주측의 부위에는, 동축 상태로 전단 강성 내치기어(35)가 체결 고정되어 있다. 이 내측
에는 동축 상태로 실크 햇(silk hat) 형상의 전단 가요성 외치기어(36)가 배치되어 있고, 이 내측에는 전단 파
동발생기(37)가 동축 상태로 끼워 넣어져 있다.
전단 가요성 외치기어(36)는, 반경방향으로 휨 가능한 원통형상 몸통부(36a)와, 이 원통형상 몸통부(36a)에 있[0031]
어서의 2단 크로스롤러 베어링(2) 측의 단부로부터 반경방향의 외측으로 확대되어 있는 다이어프램
(diaphragm)(36b)과, 이 외주가장자리에 형성되어 있는 강성의 원환형상의 보스(boss, 36c)를 구비하고 있다.
원통형상 몸통부(36a)에 있어서의 반대측의 개구단부의 외주면 부분에는 외치(external teeth, 36d)가 형성되어
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있고, 외치(36d)가 형성되어 있는 원통형상 몸통부(36a)의 내측에 타원형 윤곽의 전단 파동발생기(37)가 끼워
넣어지며, 이것에 의해, 타원형으로 변형된 외치 형성 부분의 장축방향의 양단 부분에 위치하는 외치(36d)의 부
분이 전단 강성 내치기어(35)의 내치(35d)의 부분에 맞물려 있다.
여기서, 전단 감속기 하우징(34)의 전단면에 2단 크로스롤러 베어링(2)의 외륜(11)이 체결 고정되어 있다. 전단[0032]
가요성 외치기어(36)의 원환형상의 보스(36c)는 2단 크로스롤러 베어링(2)의 중간륜(12)의 원환형상 단면에 체
결 고정되어 있다. 전단 파동발생기(37)는 중심 관통구멍(37a)을 구비하고 있으며, 여기를 관통하여, 전단 모터
(31)의 중공 모터축(31a)이 전방으로 연장되어 있다. 이 중공 모터축(31a)의 외주에 전단 파동발생기(37)가 체
결 고정되어 있다. 따라서, 전단 모터(31)의 중공 모터축(31a)에 의해 고속회전하는 전단 파동발생기(37)에 의
해, 양 기어(35, 36)의 맞물림 위치가 둘레 방향으로 이동하고, 이것에 의해, 양 기어의 톱니수(number of
teeth) 차이에 기인하는 상대회전이 양 기어(35, 36)의 사이에 발생한다. 전단 강성 내치기어(35)는 회전하지
않도록 고정되어 있으므로, 전단 가요성 외치기어(36)로부터 대폭으로 감속된 감속 회전이 취출되며, 여기에 연
결되어 있는 중간륜(12)으로부터 출력된다.
다음으로, 후단 액추에이터(4)는, 후단 모터(41)와, 이 후단 모터(41)의 출력 회전을 감속해서 후단 회전 출력[0033]
축(6)을 통해서 내륜(13)에 전달하는 후단 파동기어감속기(42)를 구비하고 있다. 후단 파동기어감속기(42)는,
후단 액추에이터(4)의 모터 하우징(43)의 전단측의 부분을 형성하고 있는 통형상의 후단 감속기 하우징(44)을
구비하고 있으며, 이 내주측의 부위에는, 동축 상태로 후단 강성 내치기어(45)가 체결 고정되어 있다. 이 내측
에는 동축 상태로 실크 햇(silk hat) 형상의 후단 가요성 외치기어(46)가 배치되어 있으며, 이 내측에는 후단
파동발생기(47)가 동축 상태로 끼워 넣어져 있다.
후단 가요성 외치기어(46)는, 전단 가요성 외치기어(36)와 동일구성이며, 반경방향으로 휨 가능한 원통형상 몸[0034]
통부(46a)와, 이 원통형상 몸통부(46a)에 있어서의 전단 액추에이터(3) 측의 단부로부터 반경방향의 외측으로
확대되어 있는 다이어프램(diaphragm)(46b)과, 이 외주가장자리에 형성되어 있는 강성의 원환형상의 보스(46c)
를 구비하고 있다. 원통형상 몸통부(46a)에 있어서의 반대측의 개구단부의 외주면 부분에는 외치(46d)가 형성되
어 있으며, 외치(46d)가 형성되어 있는 원통형상 몸통부(46a)의 내측에 타원형 윤곽의 후단 파동발생기(47)가
끼워 넣어져, 이것에 의해, 타원형으로 변형된 외치 형성 부분의 장축 방향의 양단 부분에 위치하는 외치(46d)
의 부분이 후단 강성 내치기어(45)의 내치(45d)의 부분에 맞물려 있다.
여기서, 후단 감속기 하우징(44)의 전단면은 전단 액추에이터(3)의 통형상 하우징(33)의 후단면에 체결 고정되[0035]
어 있다. 이들의 체결 고정 부분의 내측에는, 중심 관통구멍(48a)을 구비한 연결용 원반(48)이 배치되어 있다.
연결용 원반(48)의 중심측의 부분에는 전방으로 돌출된 원환형상 플랜지(annular flange, 48b)가 형성되어 있으
며, 이 전단부에는, 전단 액추에이터(3)의 통형상 하우징(33)의 후측 단판 부분(end plate part, 33a)의 중심
관통구멍으로부터 후방으로 돌출되어 있는 후단 회전 출력축(6)의 후단부가 체결 고정되어 있다. 또, 연결용 원
반(48)은, 볼 베어링(ball bearing)(49)을 통하여, 통형상 하우징(33)의 후측 단판 부분(33a)에 의해 회전가능
한 상태로 지지되어 있다. 게다가, 연결용 원반(48)의 후단측의 단면에는, 후단 가요성 외치기어(46)의 원환형
상의 보스(46c)가 체결 고정되어 있다.
다음으로, 후단 파동발생기(47)는 중심 관통구멍(47a)을 구비하고 있으며, 여기를 관통하여, 후단 모터(41)의[0036]
중공 모터축(41a)이 전방으로 연장되어 있다. 이 중공 모터축(41a)의 외주에 후단 파동발생기(47)가 체결 고정
되어 있다. 따라서, 후단 모터(41)의 중공 모터축(41a)에 의해 고속회전하는 후단 파동발생기(47)에 의해, 양
기어(45, 46)의 맞물림 위치가 둘레방향으로 이동하고, 이것에 의해, 양 기어의 톱니수 차이에 기인하는 상대회
전이 양 기어(45, 46)의 사이에 발생한다. 후단 강성 내치기어(45)는 회전하지 않도록 고정되어 있으므로, 후단
가요성 외치기어(46)로부터 대폭으로 감속된 감속 회전이 취출되며, 여기에 연결되어 있는 연결용 원반(48) 및
후단 회전 출력축(6)을 통하여, 2단 크로스롤러 베어링(2)의 내륜(13)으로부터 출력된다.
한편, 크로스롤러 베어링을 동심상으로 다단으로 배치한 구조의 다단 크로스롤러 베어링에 있어서는, 외측의 크[0037]
로스롤러 베어링의 내륜 및 내측의 크로스롤러 베어링의 외륜으로서 기능하는 중간륜에 예압 변형
(precompressive deformation)이 발생하여, 내측 및 외측의 크로스롤러 베어링의 원활한 회전을 확보하는 것이
곤란해진다는 문제가 있다. 그렇지만, 본 예의 2단 크로스롤러 베어링(2)은 이하에 기술하는 바와 같이 구성되
어 있으므로, 이러한 문제를 해소할 수 있다.
도 2를 참조해서 설명하면, 2단 크로스롤러 베어링(2)에서는, 내측 크로스롤러 베어링부분의 롤러 사이즈, 다시[0038]
말해, 내측 롤러(17)의 사이즈가, 외측 크로스롤러 베어링부분의 롤러 사이즈, 다시 말해, 외측 롤러(15)의 사
이즈보다도 작다. 또, 내측 롤러(17)의 롤러중심(L2)은, 외측 롤러(15)의 롤러중심(L1)에 대하여, 축선(1a)을
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따른 방향으로 오프셋된 위치에 있다.
이와 같이, 2단 크로스롤러 베어링(2)에서는, 소(小)직경의 내측 크로스롤러 베어링부분의 롤러 사이즈가 작고,[0039]
대(大)직경의 외측 크로스롤러 베어링부분의 롤러 사이즈가 크므로, 2단 크로스롤러 베어링(2)을 조립한 상태에
있어서, 중간륜(12)에 대하여 내측 및 외측으로부터 작용하는 예압 응력의 균형(均衡)화를 도모할 수 있다. 또,
외측 크로스롤러 베어링의 롤러중심(L1)과 내측 크로스롤러 베어링의 롤러중심(L2)을, 이들의 축선(1a)의 방향
으로 오프셋시킨 위치로 하고 있으므로, 이들이 반경방향에 있어서 동일 평면형상으로 위치하는 경우에 비해,
중간륜(12)에 발생하는 예압 변형을 작게 할 수 있다. 이 결과, 2단 크로스롤러 베어링(2)을 조립한 상태에 있
어서의 중간륜(12)의 예압 변형을 억제할 수 있으며, 각 크로스롤러 베어링부분의 원활한 회전을 확보할 수 있
다.
여기서, 내측 롤러(17)의 롤러중심(L2)의 외측 롤러(15)의 롤러중심(L1)에 대한 오프셋량(Δ)은, 내측 궤도(1[0040]
6)의 궤도폭(w)(16)의 1/2로부터, 상기 궤도폭(w)(16)과 외측 궤도(14)의 궤도폭(w)(14)의 가산값(sum)의 1/2
까지의 범위 내의 값으로 해두는 것이 바람직하다. 이 범위 내의 값보다도 오프셋량이 적으면, 중간륜의 예압
변형을 충분히 억제할 수 없으므로 크로스롤러 베어링의 원활한 회전을 확보하지 못할 우려가 있다. 또, 이 범
위 내의 값보다도 오프셋량을 많게 하여도, 오프셋시키는 것에 따른 중간륜의 예압 변형 억제 효과의 더한 개선
이 얻어지지 않으며, 2단 크로스롤러 베어링의 중심 축선의 방향의 폭치수가 커져, 2단 크로스롤러 베어링의 편
평화(flattening)에 있어서 바람직하지 않다.
w(16)/2<Δ<{w(16) w(14)}/2[0041]
본 예에서는, 중간륜(12)의 예압 변형을 효과적으로 억제하면서, 2단 크로스롤러 베어링(2)을 편평하게 하기 위[0042]
해서, 오프셋량(Δ)이, 외측 궤도(14)의 궤도폭(w)(14)의 1/2로 되어 있으며, 롤러중심(L1)에 대하여 롤러중심
(L2)이 원환형상 단면(12a) 측으로 치우친 위치로 되어 있다.
또, 본 예에서는, 중간륜(12)의 예압 변형을 확실하게 방지하기 위해서, 상기 중간륜(12)에 있어서의 원형 내주[0043]
면(12d)으로부터 원형 외주면(12e)까지의 사이의 반경방향의 두께(t)(12)가, 외륜(11)의 원형 내주면(11d)으로
부터 원형 외주면 (11e)까지의 사이의 반경방향의 두께(t)(11)의 2배 이상으로 설정되어 있다.
게다가, 본 예에서는, 외륜(11), 중간륜(12) 및 내륜(13)에 있어서의 내측의 원환형상 단면이 거의 동일면 상에[0044]
위치하고 있고, 외측 궤도(14)가 외륜(11), 중간륜(12)에 있어서의 내측의 단면에 가까운 측에 있으며, 내측 궤
도(16)도, 중간륜(12) 및 내륜(13)에 있어서의 내측의 단면에 가까운 측에 있다. 그리고, 중간륜(12) 및 내륜
(13)에 있어서의 내측의 단면에 롤러삽입용의 삽입 구멍(12f, 13f)이 형성되며, 이들이 마개(stoppers, 18, 1
9)에 의해 봉쇄되어 있다. 이와 같이, 외측 궤도(14), 내측 궤도(16)를, 베어링 중심 축선(1a)의 방향에
있어서, 롤러삽입 측의 단면에 가까운 쪽으로 치우치게 하고 있다. 따라서, 2단 크로스롤러 베어링(2)의 조립성
을 향상시킬 수 있다.
(기타의 실시 형태)[0045]
상기의 예는 본 발명을 동심 2축 액추에이터에 적용한 것이지만, 본 발명은, 액추에이터를 3단 이상으로 나란하[0046]
게(in tandem) 연결하고, 동일측으로부터 각 단의 회전을 출력하는 동심 다축 액추에이터에도 동일하게 적용할
수 있다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 동심 3축 액추에이터의 경우에는, 3단 크로스롤러 베어링을
전단에 배치하고, 이 후측에, 전단 액추에이터, 중단(中段) 액추에이터 및 후단 액추에이터를 동축 상태로 연결
하면 된다.
도 3을 참조해서 설명하면, 동심 3축 액추에이터(51)는, 3단 크로스롤러 베어링(52)과, 3단 크로스롤러 베어링[0047]
(52)의 후측에 동축 상태로 배치한 전단 액추에이터(53)와, 전단 액추에이터(53)의 후측에 동축 상태로 배치한
중단 액추에이터(54)와, 중단 액추에이터(54)의 후측에 동축 상태로 배치한 후단 액추에이터(55)를 가지고
있다. 전단 액추에이터(53)는 그 중심을 축선(51a)의 방향으로 관통해서 연장되어 있는 전단 중공부(56)를 구비
하고 있다. 중단 액추에이터(54)도 그 중심을 축선(51a)의 방향으로 관통해서 연장되어 있는 중단 중공부(57)를
구비하고 있으며, 상기 중단 액추에이터(54)로부터는, 전단 중공부(56)를 관통해서 전방으로 중공형의 중단 회
전 출력축(58)이 연장되어 있다. 후단 액추에이터(55)는 후단 회전 출력축(59)을 구비하고 있으며, 이 후단 회
전 출력축(59)은 중단 중공부(57) 및 중단 회전 출력축(58)의 중공부를 관통해서 전방으로 연장되어 있다.
3단 크로스롤러 베어링(52)은, 외륜(61)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 제1 중간륜(62)과, 이 내측에[0048]
동심 상태로 배치되어 있는 제2 중간륜(63)과, 이 내측에 동심 상태로 배치되어 있는 내륜(64)을 구비하고
있다. 또, 외륜(61)과 제1 중간륜(62)의 사이에는, 직사각형 단면을 한 원환형상의 외측 궤도(65)가 형성되며,
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이 외측 궤도(65) 내에는 전동(轉動)가능한 상태로 중심 축선이 교대로 직교하는 상태로 복수개의 외측 롤러
(66)가 삽입되어 있다. 제1, 제 2중간륜(62, 63)의 사이에도 직사각형 단면을 한 원환형상의 중간궤도(67)가 형
성되며, 여기에는, 전동가능한 상태로 중심 축선이 교대로 직교하는 상태로 복수개의 중간 롤러(68)가 삽입되어
있다. 마찬가지로, 제2 중간륜(63)과 내륜(64)의 사이에는 직사각형 단면을 한 원환형상의 내측 궤도(69)가 형
성되며, 여기에는, 전동가능한 상태로 중심 축선이 교대로 직교하는 상태로 복수개의 내측 롤러(70)가 삽입되어
있다.
제1 중간륜(62)은, 전단 액추에이터(53)에 의해 회전 구동되는 전단 회전 출력부재이고, 제2 중간륜(63)은 중단[0049]
회전 출력축(58)에 연결 고정된 중단 회전 출력부재이며, 내륜(64)은 후단 회전 출력축(59)에 연결 고정된 후단
회전 출력부재이다.
또한, 전단 액추에이터(53)는 도 1의 전단 액추에이터(3)와 동일한 구성의 것을 이용할 수 있고, 중단 액추에이[0050]
터(54)는 도 1의 후단 액추에이터(4)와 동일한 구성의 것을 이용할 수 있다. 또, 후단 액추에이터(55)는 도 1의
후단 액추에이터(4)에 있어서 모터축(41a)을 솔리드샤프트(solid shaft)로 하고, 후단 중공부(7)를 생략한 구성
의 것을 이용할 수 있다.
한편, 후단 액추에이터(55)를 도 1의 후단 액추에이터(4)와 동일한 중공형의 것으로 하고, 후단 회전 출력축[0051]
(59)을 중공축으로 하는 것도 가능하다. 이와 같이 하면, 동심 3축 액추에이터(51)의 중심을 관통하는 중공부가
형성되므로, 여기를 배선 라우팅 부분(wire routing part) 등으로서 이용할 수 있다.
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도면
도면1
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도면2
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도면3
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