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KR101480986B1 - 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치 및 이를 이용한 동력전달장치 - Google Patents

초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치 및 이를 이용한 동력전달장치 Download PDF

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KR101480986B1
KR101480986B1 KR20140101675A KR20140101675A KR101480986B1 KR 101480986 B1 KR101480986 B1 KR 101480986B1 KR 20140101675 A KR20140101675 A KR 20140101675A KR 20140101675 A KR20140101675 A KR 20140101675A KR 101480986 B1 KR101480986 B1 KR 101480986B1
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pin roller
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김준용
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김신오
김준용
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Abstract

본 발명은 구동기어의 치형에 핀 롤러를 리테이너로 회전 가능하게 배치시킨 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치와, 회전베어링의 외륜에 치형을 형성한 링기어 회전베어링 타입의 피동기어장치와의 치합을 한 동력전달장치에 관한 것이다.

Description

초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치 및 이를 이용한 동력전달장치{pin roller type driving gear for superprecision position control and power train gear}
본 발명은 구동기어의 치형에 핀 롤러를 리테이너로 회전 가능하게 배치시킨 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치와, 회전베어링의 외륜에 치형을 형성한 링기어 회전베어링 타입의 피동기어장치와의 치합을 한 동력전달장치에 관한 것이다.
랙과 피니언 또는 구동기어와 피동기어를 조합한 여러 가지 작동 기구 중, 동력전달장치로서 알려진 것이 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1의 동력장치는 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 원 형판부와 제2 원형판부 사이에 복수의 핀을 걸치는 것으로 구동치차인 핀치차(55)와, 핀치차(55)와 맞물린 피동치차(300b)로 이루어짐으로써, 핀치차(55)에 모터 등이 연결되어 핀치차(55)가 회전운동함에 따라 이와 맞물린 피동치차(300b)가 회전운동을 하는 동력전달체계가 이루어질 수 있다.
핀치차(55)의 핀(56)은 피동치차(300b)에 치합하여, 핀치차(55)의 회전에 따라 피동치차(300b)가 회전하게 된다. 이에 의해, 저소음이자 저진동으로, 전달 저항이 적고, 흔들림이 없으며, 강성(剛性)이 높은 기어동력전달장치를 실현하고 있다. 이런 종류의 동력 전달 장치는 초정밀 위치를 제어하는 반도체 등에 설치함으로써, 생산 현장에서 유효하게 활용되고 있다.
이 때문에, 핀의 일단부와 제1 원형판부 사이, 및 핀의 타단부와 제2 원형판부 사이에는, 핀 지지 베어링이 설치되어 있다.
핀 지지 베어링(49)은, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 제1 원형판부(52)에 등각도 간격으로 형성된 원공(圓孔,54)에 설치되고, 통형상의 외륜(外輪,50) 내에 배열된 다수의 핀니들(pin needle,51)을 갖고 있다. 외륜(50)의 단부(端部)는, 도 7(b), 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 환상(環狀)의 가장자리부(50a, 50b)를 형성하고, 핀니들(51)에 대한 리테이너로서 기능한다. 외륜(50) 내에는, 핀치차(55)의 핀(56)을 삽입한다. 아울러, 도 7(a)에서는, 편의상, 중앙의 원공(54)을 대표로 하여 핀 지지 베어링(49)을 설치했다.
일반적으로, 핀 지지 베어링(49)을 제1 원형판부(52)에 부착할 때, 도 7(c)에 나타내는 바와 같이, 외륜(50)을 원공(54)에 압입하여 외륜(50)을 원공(54) 내에 고정한다.
이러한 핀치차(55)의 조립으로 인해 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 제1 원형판부(52)와 제2 원평판부, 다수의 핀(56), 다수의 핀니들(51), 외륜(50)으로 구성되어 있어, 제작이 매우 복잡하다.
둘째, 구성이 많고 조립이 복잡함에 따라 가공 공차와 조립 공차의 누적으로 인해 정밀도가 저하될 수 있다. 이것은 초정밀 위치 제어에 있어서는 악영향을 주게 된다.
셋째, 핀(56)은 핀니들(51)을 갖는 외륜(50)에 삽입되어 있기 때문에, 실질적으로 핀(56)의 저항은 핀니들(51)이 받게 되고, 이 핀니들(51)은 상대적으로 얇은 두께의 외륜(50)에 그 저항을 전달하여 고하중에서는 깨질 우려가 커서 상대적으로 큰 토크를 제공하는데 한계가 있다.
이러한 특허문헌 1의 문제점은 핀치차(55)의 기본적인 조립 구성 및 기능이 특허문헌 2의 핀 롤러형 피니언 장치와 거의 유사하기 때문에 같이 발생한다는 것은 당업자라면 자명하고 상세한 설명은 생략한다.
한편, 특허문헌 2의 피동치차(300b)의 하면에는 회전베어링(미도시)이 설치되고, 이 피동치차(300b)의 상면에는 이송물을 놓는 테이블(미도시)이 설치되게 된다.
즉, 회전베어링(미도시)의 내륜 또는 외륜 중 어느 하나를 고정한 상태에서 고정되지 않은 곳에 피동치차(300b)가 체결됨으로써, 피동치차(300b)와 테이블(미도시)은 연동하여 회전하게 되어, 이송물의 회전 위치를 제어하게 된다.
그러나, 피동치차(300b)를 회전베어링(미도시)에 체결하여 조립하는 만큼 공차가 생겨 정밀도 향상에 나쁜 영향을 주고, 두께도 그만큼 더 두꺼워져 슬림화하지 못해 콤팩트에 제한을 받는다.
특허문헌 1: 한국등록특허 제10-0945193호 공보 특허문헌 2: 한국공개특허 제10-2013-0016028호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제작이 용이하고 누적 오차가 적어 정밀도가 매우 우수하면서도 큰 토크의 전달이 가능한 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치 및 이를 이용한 동력전달장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 청구항 1에 기재된 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치는, 구동축에 결합되는 본체와, 상기 본체의 상측 외면과 하측 외면의 둘레를 따라 형성되는 상하측 치형을 구비하는 구동기어; 상기 상하측 치형 각각에 치합되게 배치되되, 상단과 하단이 돌출되게 배치되는 다수의 핀 롤러; 돌출한 상기 다수의 핀 롤러의 상측 및 하측에 결합되는 상하측 리테이너;를 포함한다.
본 발명의 청구항 2에 기재된 초정밀위치제어용 동력전달장치는, 구동축에 결합되는 핀 롤러형 구동기어장치와, 상기 구동기어장치에 치합되는 피동기어장치를 포함하되, 상기 핀 롤러형 구동기어장치는 상기 구동축에 결합되는 본체와, 상기 본체의 상측 외면과 하측 외면의 둘레를 따라 형성되는 상하측 치형을 구비하는 구동기어; 상기 상하측 치형 각각에 치합되게 배치되되, 상단과 하단이 돌출되게 배치되는 다수의 핀 롤러; 돌출한 상기 다수의 핀 롤러의 상측 및 하측에 결합되는 상하측 리테이너;를 포함하며, 상기 피동기어장치는 내륜; 상기 핀 롤러와 치합하는 치형을 갖는 외륜; 상기 내륜과 상기 외륜 사이에 개재되는 전동체;를 포함한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본체의 상하측에 일체로 형성된 구동기어에 치합되게 핀 롤러를 배치 설치함으로써, 연속적인 구동기어의 성형이 가능하고, 핀 롤러와 치합되게 배치만 하면 되기 때문에 제작 및 조립이 매우 용이하고, 조립이나 가공에 따른 누적 오차도 현저히 낮추어 초정밀 위치 제어에 매우 유용하게 활용된다.
또한, 핀 롤러가 구동기어와의 치합에 의해 직접 접촉 구동되기 때문에, 고하중에서도 큰 토크를 전달할 수 있다.
피동기어장치가 외륜과 내륜을 갖는 회전베어링이면서도 외륜에 치형을 둔 링 기어의 일체형으로 이루어져, 회전베어링을 링 기어에 조립하는 공정이 없어 그에 따른 조립 및 가공 공차가 없어 회전정밀도가 더욱더 향상되고, 두께도 단일 두께로서 얇아 장치의 콤팩트에 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치를 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치를 이용한 동력전달장치를 도시한 사시도.
도 4는 도 3의 일부분을 절취한 사시도.
도 5는 도 3의 평단면도.
도 6은 종래 동력전달장치를 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 핀치차의 중요 부분을 도시한 도면으로서, (a)는 제1 원형판부와 함께 나타내는 핀 지지 베어링의 종단면도, (b)는 핀 지지 베어링의 사시도, (c)는 (a)의 J-J선에 따른 횡단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치를 이용한 동력전달장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 일부분을 절취한 사시도이고, 도 5는 도 3의 평단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 핀 롤러형 구동기어장치(100)는 치형(113)(115)을 갖는 구동기어(110)와, 치형(113)(115)에 치합되게 배치되는 다수의 핀 롤러(130), 다수의 핀 롤러(130)의 상측 및 하측에 결합되는 상하측 리테이너(150)(170)로 이루어진다.
구동기어(110)는 구동축(미도시)에 결합되는 본체(111)와, 본체(111)의 상측 외면과 하측 외면의 둘레를 따라 형성되는 상하측 치형(113)(115)으로 구성되어 있다.
본체(111)의 중심에는 관통공(112)이 형성된 관체이고, 이 관통공(112)에 구동축(미도시)이 결합되게 된다.
또한, 본체(111)의 상측 외주면과 하측 외주면에는 그 둘레를 따라 상측 치형(113)과 하측 치형(115)이 돌출 형성되어 있다.
즉, 상하측 치형(113)(115)은 치합되는 다수의 핀 롤러(130)를 구동하는 구동 치형으로 작용하게 된다.
이와 같이, 상하측 치형(113)(115)은 하나의 공정으로 연속적으로 성형되기 때문에 제작이 쉽고 그 오차가 매우 낮아, 초정밀 위치 제어에 매우 유용하게 활용되게 된다.
돌출한 상하측 치형(113)(115) 사이에는 맞물리는 상대방 치형이 수용되는 수용공간(117)이 형성되게 된다.
즉, 상하측 치형(113)(115)은 상하 방향으로 서로 이격되어 있고, 반경방향으로 서로 인접한 핀 롤러(130)와 핀 롤러(130) 사이 및 상하 방향으로 이격 배치된 상하측 치형(113)(115) 사이에 의해 수용공간(117)이 형성되어 있다.
핀 롤러(130) 각각은 그 직경의 1/2 정도가 상하측 치형(113)(115)에 치합되어, 그 치합된 위치에서 본체(111)의 회전과 함께 공전하여 동력을 전달하는 동시에 맞물린 치형과의 자전을 통해 마찰과 소음과 진동을 최소화시켜 고정밀도를 유지시킨다.
또한, 핀 롤러(130) 각각의 직경은 종래의 니들핀 보다 매우 커서 고하중에 잘 견뎌 큰 토크의 전달에 유용하다.
또한, 핀 롤러(130) 각각의 상단(131) 및 하단(133)은 상측 치형(113) 및 하측 치형(115)의 상단면(113a)과 하단면(115a) 보다 더 돌출되는 길이를 갖는다.
핀 롤러(130) 각각의 상하측 외주면에는 그 둘레를 따라 상하측 홈(132)(134)이 형성되어 있다.
본 실시예에서는 핀 롤러(130)가 10개로 이루어진다.
상하측 리테이너(150)(170)는 핀 롤러(130) 각각을 자전 가능하게 위아래에서 잡아주는 역할을 한다.
상하측 리테이너(150)(170) 각각은 고리 형상의 판으로서, 그 둘레를 따라 상하측 삽입공(151)(171)이 10개 형성되어 있다.
상하측 삽입공(151)(171)은 상하측 홈(132)(134)에 끼워져 핀 롤러(130)의 직경방향 이탈을 방지한다.
또한, 상측 리테이너(150)의 밑면과 하측 리테이너(170)의 상면은 상하측 치형(113)(115)의 상하단면(113a)(115a)에 의해 위아래로 이탈되는 것을 방지한다.
이와 같이, 핀 롤러(130)의 조립은 상하측 치형(113)(115)과 상하측 리테이너(150)(170)의 구성만으로도 가능하여, 부품이 적어 제작 오차를 줄일 수 있다.
또한, 핀 롤러(130)는 상하측 치형(113)(115)에 배치한 상태에서 상하측 리테이너(150)(170)를 조립하면 되기 때문에, 조립이 매우 간단하여 조립에 따른 누적 오차를 현저히 줄일 수 있다.
또한, 상하측 치형(113)(115)이 구동치형이면서 핀 롤러(130)가 치합되어 있기 때문에, 직경이 큰 핀 롤러(130)만으로 동력을 전달하여도 된다.
이하, 전술한 핀 롤러형 구동기어장치(100)와 피동기어장치(200)가 치합된 동력전달장치(300)에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 초정밀 위치 제어용 동력전달장치(300)는 구동력을 전달받는 핀 롤러형 구동기어장치(100)와, 이 핀 롤러형 구동기어장치(100)와 외접 치합된 회전베어링형 피동기어장치(200)로 이루어진다.
피동기어장치(200)는 내륜(210)과, 핀 롤러(130)와 치합하는 치형(240)을 갖는 외륜(230)과, 내륜(210)과 외륜(230) 사이에 개재되는 전동체(250)로 이루어진다.
즉, 본 실시예의 피동기어장치(200)는 초정밀 위치 제어용 회전 베어링에 치형을 형성한 링 기어 타입으로, 회전베어링과 링 기어를 일체로 구현한 것이다.
따라서, 제작 및 조립에 따른 누적 오차가 없어 정밀도가 매우 우수하며, 두께가 얇아 장치의 콤팩트에 기여할 수 있다.
치형(240)은 수용공간(117)에 삽입되고, 상하측 치형(113)(115)과 형상이 서로 다르게 형성되어 있다.
전동체(250)는 본 출원인이 출원하여 등록(제10-0957033호)받은 크로스 롤러 베어링을 구현되는 것이 좋다.
즉, 롤러(251)가 리테이너(253)에 크로스 타입으로 설치되어 있다.
이 리테이너(253)는 내륜(210)의 외측 궤도홈과 외륜(230)의 내측 궤도홈에 장착되어 상대적 회전을 가능하게 한다.
본 실시예에서도 피동기어장치(200)는 내륜(210) 고정, 외륜(230) 회전으로서, 외륜(230) 상에 테이블을 설치하면 초정밀 위치 제어가 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.
100 : 핀 롤러형 구동기어장치 110 : 구동기어
111 : 본체 112 : 관통공
113,115: 상하측 치형 130 : 핀 롤러
132,134 : 상하측 홈 150,170 : 상하측 리테이너
151,171 : 상하측 삽입공
200 : 회전베어링형 피동기어장치 210 : 내륜
230 : 외륜 240 : 치형
250 : 전동체 251 : 롤러
253 : 리테이너 300 : 동력전달장치

Claims (2)

  1. 구동축에 결합되는 본체(111)와, 상기 본체(111)의 상측 외면과 하측 외면의 둘레를 따라 형성되는 상하측 치형(113)(115)을 구비하는 구동기어(110); 상기 상하측 치형(113)(115) 각각에 치합되게 배치되되, 상단(131)과 하단(133)이 돌출되게 배치되는 다수의 핀 롤러(130); 돌출한 상기 다수의 핀 롤러(130)의 상측 및 하측에 결합되는 상하측 리테이너(150)(170);를 포함하되,
    상기 본체(111)의 중심에는 상기 구동축이 결합되는 관통공(112)이 형성되고,
    상기 돌출한 상하측 치형(113)(115) 사이에는 맞물리는 상대방 치형이 수용되는 수용공간(117)이 형성되고,
    상기 핀 롤러(130) 각각의 상하측 외주면에는 그 둘레를 따라 상하측 홈(132)(134)이 형성되고,
    상기 상하측 리테이너(150)(170) 각각은 고리 형상의 판으로서, 그 둘레를 따라 상하측 삽입공(151)(171)이 형성되어,
    상기 상하측 삽입공(151)(171)은 상기 상하측 홈(132)(134)에 끼워져 상기 핀 롤러(130)의 직경 방향 이탈을 방지하고,
    상기 상측 리테이너(150)의 밑면과 상기 하측 리테이너(170)의 상면은 상기 상하측 치형(113)(115)의 상하단면(113a)(115a)에 의해 위아래로 이탈을 방지하고,
    상기 핀 롤러(130) 각각은 그 직경의 1/2 이 상기 상하측 치형(113)(115)에 치합되는 것을 특징으로 하는 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치.
  2. 구동축에 결합되는 핀 롤러형 구동기어장치(100)와, 상기 핀 롤러형 구동기어장치(100)에 치합되는 회전베어링형 피동기어장치(200)를 포함하되,
    상기 핀 롤러형 구동기어장치(100)는 상기 구동축에 결합되는 본체(111)와, 상기 본체(111)의 상측 외면과 하측 외면의 둘레를 따라 형성되는 상하측 치형(113)(115)을 구비하는 구동기어(110); 상기 상하측 치형(113)(115) 각각에 치합되게 배치되되, 상단(131)과 하단(133)이 돌출되게 배치되는 다수의 핀 롤러(130); 돌출한 상기 다수의 핀 롤러(130)의 상측 및 하측에 결합되는 상하측 리테이너(150)(170);로 구성되되,
    상기 본체(111)의 중심에는 상기 구동축이 결합되는 관통공(112)이 형성되고,
    상기 돌출한 상하측 치형(113)(115) 사이에는 맞물리는 상대방 치형이 수용되는 수용공간(117)이 형성되고,
    상기 핀 롤러(130) 각각의 상하측 외주면에는 그 둘레를 따라 상하측 홈(132)(134)이 형성되고,
    상기 상하측 리테이너(150)(170) 각각은 고리 형상의 판으로서, 그 둘레를 따라 상하측 삽입공(151)(171)이 형성되어,
    상기 상하측 삽입공(151)(171)은 상기 상하측 홈(132)(134)에 끼워져 상기 핀 롤러(130)의 직경 방향 이탈을 방지하고,
    상기 상측 리테이너(150)의 밑면과 상기 하측 리테이너(170)의 상면은 상기 상하측 치형(113)(115)의 상하단면(113a)(115a)에 의해 위아래로 이탈을 방지하고,
    상기 핀 롤러(130) 각각은 그 직경의 1/2 이 상기 상하측 치형(113)(115)에 치합되며,
    상기 회전베어링형 피동기어장치(300)는 내륜(210); 상기 다수의 핀 롤러(130)와 치합하는 치형을 갖는 외륜(230); 상기 내륜(210)과 상기 외륜(230) 사이에 개재되는 전동체(250);로 구성되는 초정밀위치제어용 동력전달장치.
KR20140101675A 2014-08-07 2014-08-07 초정밀위치제어용 핀 롤러형 구동기어장치 및 이를 이용한 동력전달장치 Expired - Fee Related KR101480986B1 (ko)

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