(57)【要約】【課題】射出成形金型の加工が容易になる歯形形状の射出成形樹脂フェースギヤを提供する。【解決手段】略円板状のディスク部３の側面４に、半径方向内方から外方へ向かって延びる歯１４が放射状に多数形成されている。そして、歯１４が、噛み合う相手方の歯車の歯に点接触する噛み合い基準部１５と、動力伝達時に前記相手方の歯車の歯と干渉しないように前記噛み合い基準部１５から略半径方向に延びる干渉防止部２２と、からなっている。また、噛み合い基準部１５の歯１４の断面形状が略台形形状に形成されている。このような、射出成形樹脂フェースギヤ１は、単純な形状の歯形であるため、特殊な歯形加工用の機械や付属装置が不要になり、射出成形金型の加工が容易になる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円板状のディスク部側面に、半径方向内方から外方へ向かって延びる歯が放射状に多数形成された射出成形樹脂フェースギヤであって、
前記歯が、噛み合う相手方の歯車の歯に接触する噛み合い基準部と、動力伝達時に前記相手方の歯車の歯と干渉しないように前記噛み合い基準部から略半径方向に延びる干渉防止部と、からなり、
前記噛み合い基準部の歯の断面形状が歯元から歯先に向かうにしたがって歯厚を漸減する略台形形状であることを特徴とする射出成形樹脂フェースギヤ。
【請求項２】
人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構において、
前記指部がリンク機構で構成され、
前記駆動部が、モータで回転駆動される第１歯車と、この第１歯車に噛み合うフェースギヤと、このフェースギヤと一体に回動する第２歯車と、前記指部の一端側に固定されて前記第２歯車と噛み合う第３歯車と、を備え、
前記フェースギヤが前記請求項１に記載の射出成形樹脂フェースギヤであることを特徴とするロボットハンドの指駆動機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直交する２軸間の動力伝達を可能にするために使用される射出成形樹脂フェースギヤ、及びこの射出成形樹脂フェースギヤを使用したロボットハンドの指駆動機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ギヤを使用した動力伝達機構に関連する技術分野において、作動音の静粛化、軽量化及び低価格化を図るため、樹脂製ギヤが金属製のギヤに代えて多く使用されるようになっている。例えば、直交する２軸間の動力伝達を行うために使用されるフェースギヤ７０（図１３〜図１４参照）も金属製から射出成形で製造された樹脂製ギヤに変換することが検討されている。尚、図１３〜図１４において、フェースギヤ７０には、平歯車７１が噛み合っており、これらフェースギヤ７０の軸と平歯車７１の軸とが直交するようになっている。
【０００３】
また、例えば、人間の代わりに各種動作を実行させるロボットハンドの指駆動機構（動力伝達機構）には、直交する２軸間の動力伝達を行う金属製ギヤが使用されているが（例えば、特開平１１−１５６７７８号公報参照）、作動音の静粛化、軽量化及び低価格化を図るため、その金属製ギヤを射出成形樹脂フェースギヤに代えることが検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フェースギヤ７０を切削加工する場合、例えば、フェロー形歯車形削盤に特殊の付属装置を取り付けて歯切りすることが知られているが、このような歯切法で射出成形金型に射出成形用の歯形を歯切りすることは困難である。すなわち、射出成形樹脂フェースギヤは、射出成形金型に形成したキャビティ内に溶融樹脂を射出し、その溶融樹脂をキャビティ内で固化させることにより形成されるので、キャビティ内形状をフェースギヤの外観形状に形成しておく必要があるが、転写用の歯部をキャビティの内部に上述の歯切法で形成することが困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、射出成形金型の加工が容易になる歯形形状の射出成形樹脂フェースギヤ及びこの射出成形樹脂フェースギヤを備えたロボットハンドの指駆動機構を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、略円板状のディスク部側面に、半径方向内方から外方へ向かって延びる歯が放射状に多数形成された射出成形樹脂フェースギヤに関するものである。そして、前記歯は、噛み合う相手方の歯車の歯に接触する噛み合い基準部と、動力伝達時に前記相手方の歯車の歯と干渉しないように前記噛み合い基準部から略半径方向に延びる干渉防止部とからなっており、前記噛み合い基準部の歯の断面形状が歯元から歯先に向かうにしたがって歯厚を漸減する略台形形状になっている。
【０００７】
また、請求項２の発明は、人の指の動きに似た動きをする指部と、この指部を駆動する駆動部と、を備えたロボットハンドの指駆動機構に関するものである。そして、前記指部はリンク機構で構成されている。また、前記駆動部は、モータで回転駆動される第１歯車と、この第１歯車に噛み合うフェースギヤと、このフェースギヤと一体に回動する第２歯車と、前記指部の一端側に固定されて前記第２歯車と噛み合う第３歯車と、を備えている。このうち、前記フェースギヤが前記請求項１の発明に係る射出成形樹脂フェースギヤであることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【０００９】
（射出成形樹脂フェースギヤ）
図１〜図３は、本実施の形態に係る射出成形樹脂フェースギヤ１を示すものである。このうち、図１は、射出成形樹脂フェースギヤ１を側面側から見た図である。また、図２は、図１のＡ−Ａに沿って切断して示す射出成形樹脂フェースギヤ１の断面図である。また、図３は、射出成形樹脂フェースギヤ１の歯部２を部分的に示す外観斜視図である。
【００１０】
これらの図に示すように、本実施の形態に係る射出成形樹脂フェースギヤ１は、例えば、ポリアセタール，ポリアミド，ポリフェニレンスルフィド，ポリブチレンテレフタレート等の樹脂材料を使用して射出成形されたものである。この射出成形樹脂フェースギヤ１は、略円板状のディスク部３と、このディスク部３の半径方向外周端部の一方の側面（図２の左側面）４側に突出するように形成された歯部２と、この歯部２が形成された一方の側面４側で且つ歯部２よりも内周側の部分に突出するように形成されたボス部５と、このボス部５と反対側のディスク部３の側面（図２の右側面）６に突出するように形成された張り出し部７と、を備えている。そして、この射出成形樹脂フェースギヤ１は、ディスク部３の回転中心ＣＬがボス部５及び張り出し部７の回転中心でもあり、ディスク部３の回転中心ＣＬと同心の軸穴８がボス部５の端面１０から張り出し部７の端面１１まで貫通するように形成されており、ボス部５の外周に多数の歯１２が形成されている。すなわち、この射出成形樹脂フェースギヤ１は、歯部２が形成されたディスク部３の一方の側面４側に、小径の平歯車１３が一体形成されている。
【００１１】
歯部２は、ディスク部３の外周端に沿って形成された略円環状の部分であり、半径方向内方から半径方向外方へ向かって延びる歯１４が放射状に多数形成されている。そして、歯１４の歯幅方向略中央部（歯部２の半径方向略中央部）は噛み合う相手方の歯車の歯に接触する噛み合い基準部１５であり、この噛み合い基準部１５を周方向に結んだ線が噛み合い基準円１６となる。
【００１２】
図４は、この歯部２のうちの一つの歯１４の形状を説明するため、歯１４を模式的に表したものである。この図４において、歯面１７は、噛み合い基準円１６上の各歯１４，１４間の中点１８，１８と回転中心ＣＬとを結んだ線２０と平行で且つ噛み合い基準部１５に接する線２１に対し、噛み合い基準部１５を起点として半径方向内方及び半径方向外方に向かって斜めに切り欠いた形状になっている。そして、この歯面の斜めに切り欠いた部分が、噛み合う相手方の歯車との干渉を防止する干渉防止部２２となる。ここで、噛み合い基準円１６上の隣り合う歯１４，１４間の中点１８，１８と回転中心ＣＬとを結ぶ線のなす角θは、射出成形樹脂フェースギヤ１の歯数をＺとすると、３６０°を歯数Ｚで割った角度（３６０°／Ｚ）になる。そして、干渉防止部２２は、噛み合い基準部１５を起点として、線２１に対して少なくとも角度θ／２の角度で直線的に切り欠くことにより形成されている。尚、図４は、射出成形樹脂フェースギヤ１が両方向に回転する場合の歯１４の形状を示すものであり、歯１４の両側歯面１７にそれぞれ干渉防止部２２を形成するようになっている。しかし、図５（ａ）に示すように、射出成形樹脂フェースギヤ１が時計回り方向へのみ回転する場合には、噛み合う相手方の歯車の歯に接触する図中左側の歯面にのみ干渉防止部２２を形成すればよい。また、図５（ｂ）に示すように、射出成形樹脂フェースギヤ１が反時計回り方向へのみ回転する場合には、噛み合う相手方の歯車の歯に接触する図中右側の歯面１７にのみ干渉防止部２２を形成すればよい。
【００１３】
また、歯１４は、図３及び図６に示すように、歯形が基準ラックと同様の略台形形状に形成されており、加工が難しいインボリュート歯形でないため、射出成形金型のキャビティの加工が容易になる。すなわち、この実施の形態のような歯１４の形状であれば、射出成形金型のキャビティに転写用の歯を形成する場合に、特殊な機械や特殊な装置を使用する必要がなく、一般的なフライス盤にエンドミル等の一般的な切削加工用工具を取り付ければ、容易に加工することができる。
【００１４】
ここで、本実施の形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、図６に示すように、歯１４の歯形形状が略台形形状であるが、その歯元の下端部２３の歯厚がほぼ一定になるように切り欠いた形状（図６中の斜線部）の歯底形状にすれば、射出成形金型の加工がより一層容易になる。尚、歯元の下端部２３の切り欠き量は、射出成形樹脂フェースギヤ１の大きさ等の条件に応じて最適な値が決定される。
【００１５】
以上のように、本実施の形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、金型の加工が容易になるため、金型費用が低廉化し、製造コストを低廉化することが可能になる。
【００１６】
また、本実施の形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、歯１４に干渉防止部２２を形成し、噛み合う相手方の歯車の歯と干渉するのを効果的に防止できるので、円滑な動力伝達が可能になる。
【００１７】
また、本実施の形態の射出成形樹脂フェースギヤ１を動力伝達機構に使用すれば、動力伝達機構の作動音を静粛化することができ、動力伝達機構の軽量化や低廉化を図ることが可能になる。
【００１８】
尚、本実施の形態の射出成形樹脂フェースギヤ１は、噛み合い基準部１５を幅方向略中央部に形成する態様を例示したが、これに限られず、噛み合い基準部１５を歯幅方向略中央部から幅方向端部側へずらした位置に形成するようにしてもよい。
【００１９】
（ロボットハンド）
図７〜図８は、本実施の形態に係るロボットハンド３０を構成する指駆動機構３１を示すものであり、この指駆動機構３１が５本の指のいずれか１指に対応するようになっている。このロボットハンド３０の指駆動機構３１は、モータ３２の回転が遊星歯車装置３３を介して射出成形樹脂フェースギヤ１に伝達され、この射出成形樹脂フェースギヤ１に形成された小径の平歯車（第２歯車）１３から指部３４の第３歯車であるセクタギヤ（扇形のギヤ）３５に伝達されることにより、二点鎖線で示す指部３４が動くようになっている。尚、モータ３２からセクタギヤ３５までの動力伝達を行う部分である駆動部３９と指部３４とを区別して図示するため、指部３４を二点鎖線で表してある。
【００２０】
モータ３２は、ハウジング３６の端部の空間３７に嵌合された状態で固定されており、その出力軸３８の先端に遊星歯車装置３３の太陽歯車４０が固定されている。太陽歯車４０の周囲には３個の遊星歯車４１が等間隔で配置されており、この３個の遊星歯車４１が太陽歯車４０に噛み合うと共にハウジング３６の内周面に形成された固定内歯車４２に噛み合っている（図９参照）。また、この３個の遊星歯車４１は、ハウジング３６に回動可能に支持された可動内歯車４３に噛み合っている（図１０参照）。そして、可動内歯車４３のボス部４４に形成された平歯車（第１歯車）４５が射出成形樹脂フェースギヤ１と噛み合っている（図１１参照）。ここで、射出成形樹脂フェースギヤ１は、図１〜図６に示すものであり、ハウジング３６に固定された軸４６に回動可能に支持されている。そして、この射出成形樹脂フェースギヤ１に一体的に形成された平歯車（第２歯車）１３は、指部３４の第１骨部材４７に固定された第３歯車としてのセクタギヤ（扇形ギヤ）３５に噛み合っている。
【００２１】
指部３４は、ハウジング３６に固定された第１関節としての軸４８を中心として揺動する第１骨部材４７と、この第１骨部材４７の先端側（前記第１関節とは反対側）の第２関節としての軸５０を中心として揺動する第２骨部材５１と、この第２骨部材５１の先端側（前記第２関節とは反対側）の第３関節としての軸５２を中心として揺動するようになっている。ここで、第２骨部材５１は、第２関節となる軸５０及び第３関節となる軸５２が突接された基板５１ａと、この基材５１ａの軸５０，５２にかしめ穴５３，５４を嵌合させた後にかしめ固定される押さえ板５１ｂとからなり、これら基板５１ａと押さえ板５１ｂとの間に第１骨部材４７と第３骨部材５５の端部を揺動可能に収容している。
【００２２】
また、ハウジング３６には、第１リンク５６の一端側が軸５７を介して揺動可能に取り付けられている。この第１リンク５６の揺動中心となる軸５７は、モータ３２の軸芯５８の延長上に位置している。そして、この第１リンク５６の他端側は、第２骨部材５１の基板５１ａから突出する軸６０に揺動可能に係合し、第１骨部材４７と第２骨部材５１の基板５１ａとの間の空間内に収容されている。また、第２リンク６１の一端側は、第１関節としての軸４８と第２関節としての軸５０とを結ぶ線６２の延長上の第１骨部材４７から突出する軸６３に揺動可能に係合している。そして、この第２リンク６１の他端側は、第３骨部材５５から突出する軸６４に揺動可能に係合している。ここで、第１リンク５６の他端側の軸６０と第２リンク６１の一端側の軸６３は、第２関節としての軸５０と同心の円上に位置している。また、第１リンク５６は、第１関節としての軸４８と第２関節としての軸５０を結ぶ線６２を斜めに横切るように取り付けられている。また、第２リンク６１は、第２関節としての軸５０と第３関節としての軸５２を結ぶ線６５を斜めに横切るように取り付けられている。
【００２３】
また、図１２に示すように、指部３４は、第１骨部材４７がモータ３２の軸芯５８から角度θ１傾けて取り付けられた状態において、第２骨部材５１がモータ３２の軸芯５８から角度θ２（θ１＜θ２）傾き、第３骨部材５５がモータ３２の軸芯５８から角度θ３（θ２＜θ３）傾くように構成されている。そして、第１骨部材４７が第１関節としての軸４８を揺動中心として角度αだけ時計回り方向に回動すると、第１リンク５６の他端側の軸位置がＡ１点からＡ２点に移動し、第２骨部材５１が軸５０を揺動中心として角度βだけ時計回り方向に回動する。その結果、第２リンク６１の他端側の軸位置がＢ１点からＢ２点に移動し、第３骨部材５３が軸５２を揺動中心として角度δだけ時計回り方向に回動する。すなわち、指部３４は、第１骨部材４７が時計回り方向に回動するにしたがって、第２骨部材５１が第２関節としての軸５０を揺動中心として大きく回動し、第３骨部材５５が第３関節としての軸５２を揺動中心として大きく回動し、指先が（Ｐ１）の位置から（Ｐ２）の位置まで移動して、手の握り動作を行う。
【００２４】
一方、指先が（Ｐ２）の位置から（Ｐ１）の位置まで移動すると、第１骨部材４７が（Ｐ２）に示す状態から反時計回り方向へ角度αだけ回動することになり、手を開く動作が行われる。尚、指部３４の可動範囲は、少なくとも、第１骨部材４７が図７の点線で示す位置から時計回り方向にほぼ９０°回動した位置までの範囲である。
【００２５】
以上のように、本実施の形態のロボットハンド３０の指駆動機構３１は、直交する２軸間の動力伝達に射出成形樹脂フェースギヤ１を使用しているため、ロボットハンド３０の作動音の静粛化、ロボットハンド３０の軽量化及び低価格化を図ることができる。
【００２６】
また、本実施の形態のロボットハンド３０の指駆動機構３１は、１個のモータ３２の回転を遊星歯車装置３３及び射出成形樹脂フェースギヤ１等の歯車を使用して大きく減速（本実施の形態では約１／６００の減速比で減速）し、リンク機構の指部３４を好ましい速度で作動させることができるため、例えば、１本の指部を複数のモータで作動させる構成（特開平１１−１５６７７８号公報に開示された発明の構成）に比較して、構造を簡単化することができ、外観形状の小型化及び軽量化を図ることができ、しかも低価格化を図ることができる。
【００２７】
尚、上述の実施の形態に係るロボットハンド３０の指駆動機構３１は、モータ３２として直流モータを使用し、指駆動機構３１の小型化と低廉化を図るように構成しているが、ステッピングモータを使用して、ロボットハンド３０をより高精度に駆動するようにしてもよい。
【００２８】
また、上述の実施の形態は、射出成形樹脂フェースギヤ１の使用例として、ロボットハンド３０の指駆動機構３１を例示したが、これに限られず、その他の様々な動力伝達機構の直交する２軸間に使用することができる。
【００２９】
また、上述の実施の形態において、ロボットハンド３０の指駆動機構３１の指部３４が３個の関節からなる態様を例示したが、これに限られず、本発明は、関節が１個から２個又は４個以上の指部を備えたロボットハンド３０の指駆動機構３１に適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明の射出成形樹脂フェースギヤは、歯の噛み合い基準部が噛み合う相手方の歯車の歯に接触するようになっており、その噛み合い基準部の歯の断面形状が略台形形状であって、加工が容易な歯形形状であるため、歯形加工用の特殊な機械や付属装置が不要になり、射出成形金型の加工が容易になる。その結果、本発明によれば、金型費用を低廉化することができ、フェースギヤの製造コストの低廉化を図ることができる。
【００３１】
また、このような射出成形樹脂フェースギヤを使用したロボットハンドの指駆動機構は、ロボットハンドの軽量化・低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の射出成形樹脂フェースギヤの側面図（図２の左側面図）である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図である。
【図３】本発明の射出成形樹脂フェースギヤの歯部の一部を示す外観斜視図である。
【図４】本発明の射出成形樹脂フェースギヤの歯の形状を説明するための図であり、模式的に表した歯の平面図である。
【図５】図５（ａ）が時計回り方向へのみ回転する射出成形樹脂フェースギヤの歯の平面図であり、図５（ｂ）が反時計回り方向へのみ回転する射出成形樹脂フェースギヤの歯の平面図である。
【図６】本発明の射出成形樹脂フェースギヤの歯形形状を示す図である。
【図７】一部を断面して示すロボットハンドの指駆動機構の平面図である。
【図８】図７のＥ−Ｅ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の縦断面図である。
【図９】図７のＢ−Ｂ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図１０】図７のＣ−Ｃ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図１１】図７のＤ−Ｄ線に沿って切断して示すロボットハンドの指駆動機構の断面図である。
【図１２】本発明に係るロボットハンドの指駆動機構の作動状態を示す図である。
【図１３】従来のフェースギヤの側面図である。
【図１４】従来のフェースギヤと平歯車の噛み合い状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１……射出成形樹脂フェースギヤ、３……ディスク部、４……側面、１３……平歯車（第２歯車）、１４……歯、１５……噛み合い基準部、２２……干渉防止部、３０……ロボットハンド、３１……指駆動機構、３４……指部、３５……セクタギヤ（第３歯車）、４５……平歯車（第１歯車）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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