JP2018075686A - 試料埋込用金型の樹脂除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察用試料の製作工程の自動化に使用されるロボットアームを利用して、均一で良好な樹脂除去を行うことができる試料埋込用金型の樹脂除去装置を提供する。【解決手段】樹脂除去装置は、円柱形の金型と、当該金型をその上端面を露出させて保持する金型把持装置と、回転する金属ブラシ６１を保持して移動させるロボットアーム４と、金属ブラシ６１の上端面に対する押付力を検出する力センサーと、金属ブラシ６１を所定の押付力で上端面に当接させて、当該上端面の中心から外周に向かって螺旋状に移動させる制御装置５とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は試料埋込用金型の樹脂除去装置に関するものである。

試料埋込用金型は顕微鏡観察用の試料をアクリルやエポキシ等の樹脂に埋込む際に使用される。図９には試料埋込用金型１の一例を示す。当該金型１は試料埋込機への装着を容易にするように下方へ縮径した円柱テーパ形状としてあり、上端面１２は一定量凹陥している。そして、図１０に示すように、凹陥した上端面１２上に試料Ｓを載置し、試料埋込機にて試料Ｓを覆うように金型上端面１２と同径の円柱状に樹脂Ｒを射出して、樹脂Ｒ中に試料Ｓを埋め込む。その後、樹脂Ｒ中に埋め込まれた試料Ｓと金型１は分離され、金型１はその上端面１２や当該上端面１２に近い周面１１に付着した樹脂が除去されて再使用される。再使用に際しての樹脂除去作業は従来人手でヘラ等を使用して行っていた。なお、円柱体の端面研削を行う研削装置が特許文献１に示されている。

特開２０１６−１５０４０２

しかし、人手による付着樹脂の除去はヘラの持ち方や力の入れ方に熟練を要し、除去作業に要する時間が個別にばらつくとともに、非熟練者では往々にして金型に傷が付いて再使用が困難になるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、観察用試料の製作工程の自動化に使用されるロボットアームを利用して、均一で良好な樹脂除去を行うことができる試料埋込用金型の樹脂除去装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、円柱形の金型（１）と、当該金型（１）を少なくとも一方の端面（１２）を露出させて保持する保持手段（３）と、回転する研磨用工具（６）を保持して移動させるロボットアーム（４）と、研磨用工具（６）の前記一方の端面（１２）に対する押付力を検出する力検出手段（３２）と、前記研磨用工具（６）を所定の押付力で前記端面（１２）に当接させて当該端面（１２）の中心から外周に向かって螺旋状に移動させる制御手段（５）とを備える。

本第１発明によれば、研磨用工具を適切な圧力で金型の端面に当接させ、かつ端面の中心から外周に向かって螺旋状に移動させるから、金型を摩耗させることなく端面全面に付着した樹脂を良好に除去することができる。

本第２発明では、保持された前記金型（１）をその軸回りに回転させる回転駆動手段（３１）をさらに備え、前記保持手段（３）はさらに前記金型（１）の周面部分（１１）を露出させるものであり、前記制御手段（５）はさらに、前記端面（１２）の外周縁から外れた前記研磨用工具（６）を前記周面部分（１１）に沿ってその接線方向で往復動させつつ前記回転駆動手段（３１）によって金型（１）を回転させるように設定されている。

本第２発明によれば、金型周面に付着した樹脂に対して研磨用工具の先端から効率的に剥離方向への力を加えることができるから、研磨用工具の金型周面への押し当て力を小さくすることが可能であり、金型の摩耗を抑えることができる。

本第３発明では、前記金型（１）はテーパ状の周面部分を有し、前記保持手段（３）は、当接時に前記金型（１）の周面に沿って傾動可能な把持具（３５Ａ，３５Ｂ）を備えている。

本第３発明によれば、金型がテーパ状の周面を有していても、その周面に沿って傾動する把持具によって確実に保持される。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の試料埋込用金型の樹脂除去装置によれば、観察用試料の製作工程の自動化に使用されるロボットアームを利用して、均一で良好な樹脂除去を行うことができる。

本発明の実施形態における、観察用試料の製作工程を示す図である。 金型把持装置の側面図である 把持具の平面図である。 把持具作動時の金型把持装置の側面図である。 研磨工具の斜視図である。 金型上端面の付着樹脂を除去している研磨工具の斜視図である。 金型周面上部の付着樹脂を除去している研磨工具の斜視図である。 金型周面上部の付着樹脂を除去する原理を示す模式図とその部分拡大図である。 金型の一例を示す側面図である。 金型上の試料を樹脂に埋め込んだ状態の側面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には観察用試料の製作工程を示す。図１において、試料Ｓは円柱形の試料埋込用金型１の上端面上に載置されて試料埋込機２１内へ供給される。試料埋込機２１内で公知の構造によって金型１上の試料Ｓが当該金型１と同径の円柱状樹脂Ｒで覆われてこれに埋め込まれる。試料埋込機２１から取り出された試料（埋込試料）Ｓと一体となった金型１から、埋込試料Ｓが分離されて後段の研磨機２２に供給され、その底面が研磨されて埋込試料Ｓの端面樹脂Ｒから露出させられる。一方、分離された金型１は、付着した樹脂を除去するために以下に説明する保持手段としての金型把持装置３（図２）へ供給される。以上の工程および後述する工程における供給・取出しの搬送作業は制御装置５に接続されたロボットアーム４で行われる。

図２に金型把持装置３の側面図を示す。金型把持装置３は回転テーブル３１を備えており、回転テーブル３１上に力センサー３２が設けられている。力センサー３２は圧縮型で上方からの押付力を検出するものである。力センサー３２上には把持機構３３が設けられている。把持機構３３はエアシリンダを内設した厚肉平板状の駆動部３４と、駆動部３４の上面に水平移動可能に設けられた一対の把持具３５Ａ，３５Ｂとから構成されており、把持具３５Ａ，３５Ｂは図２およびその平面視である図３に示す互いに離間した開放状態から、駆動部３４によって後述のように互いに接近する方向へ移動させられるようになっている。

把持具３５Ａ，３５Ｂは、回転テーブル３１の中心Ｃに対して対称位置に対称形に配された側面視でＬ字形の基台３５１を備え、基台３５１の立壁の内側面にそれぞれ把持片３５２を備えている。把持片３５２は前面（対向面）中央に上下方向へ延びる三角溝３５３が形成された板状体で、その後面は上下方向の中央がリンクアーム３５４によって基台３５１の立壁に連結されるとともに、上下位置はそれぞれバネ部材３５５，３５６によって上記立壁に連結されている。

このような構造の金型把持装置３において、開放状態の把持具３５Ａ，３５Ｂの間にロボットアーム４によって試料埋込用金型１を位置させる（図２の鎖線）。金型１は円柱状で、試料埋込機２１内への設置を容易にするために下方へ漸次小径となったテーパ形状をしている。このような金型１の樹脂が付着している部分は上端面１２と当該上端面１２に近い周面部１１であり、これらの部分に対して後述するような樹脂除去工程を行う。

駆動部３４によって把持具３５Ａ，３５Ｂを互いに接近方向へ移動させると、図４に示すように、両把持具３５Ａ，３５Ｂの把持片３５２によって金型１は上部１１を除いた周面が両側から挟持され把持される。この際、把持片３５２は金型１周面の傾斜に応じて背後のリンクアーム３５４が適度に上方へ回動するとともに上下のバネ部材３５５，３５６がそれぞれ適度に伸長ないし収縮して、金型１周面の傾斜に沿った角度姿勢となり、金型１周面に密接する。

金型把持装置３に保持された金型１に対してその上端面１２（図４）の樹脂を除去する場合には、ロボットアーム４に垂直姿勢で研磨用工具６（図５）を装着してこれを回転させ、研磨用工具６の先端に設けた研磨用ブラシである金属ブラシ６１を図６に示すように金型１の上端面１２の中心（回転テーブルの中心Ｃ）に当接させる。そして、当該中心Ｃから内外の軌跡の幅が金属ブラシ１２の半径よりも小さくなるように下式（１）、（２）で示すようにＸ座標，Ｙ座標が変化する螺旋形Ｌを描きつつ（同図）研磨工具６を外周方向へ移動させて上端面１２全面の樹脂を除去する。
Ｘ＝α・θ・ｓｉｎθ…（１）
Ｙ＝α・θ・ｃｏｓθ…（２）
ここで、αは定数、θは上端面の中心Ｃ周りの角度である。

この場合、双腕型のロボットを使用すれば、金型１の移送と研磨工具６の保持を異なるロボットアーム４のそれぞれで行うことができる。なお、金型１の上端面１２に対する金属ブラシ６１の当接力は力センサー３２（図２）で検出され、この検出信号が制御装置５へフィードバックされてロボットアーム４の押付力が最適に維持される。これにより、金型１が摩耗することが避けられる。

金型上端面２１の中心から螺旋形Ｌを描いて上端面２１全面の樹脂を除去し上端面２１の外周に至った金属ブラシ６１が上端面２１から外れると力センサー３２の検出信号は急減する。この時点で回転テーブル３１が作動を開始して把持具３５Ａ，３５Ｂに保持された金型１をその中心軸周り、すなわち上端面２１の中心周りに回転させる。そして、この時点で図７に示すように、ロボットアーム４は研磨工具６の金属ブラシ６１を金型１の周面上部１１に沿ってその接線方向で往復動させる。

金属ブラシ６１の回転方向を金型１の回転方向と同方向にしておくと、金型１の周面に付着した樹脂Ｒ（図８）は金属ブラシ６１の先端６１１から、金型１の周面上部１１から剥離する方向の力（図８の矢印ｘ）を受ける。これにより、金属ブラシ６１の金型１周面への押し当て力を小さくすることができるから、金型１の摩耗を抑えることができる。なお、図８中の矢印ａは金属ブラシ６１の移動方向、矢印ｂは金属ブラシの回転方向、矢印ｃは金型の回転方向をそれぞれ示す。樹脂Ｒが除去された金型１は開放された把持具３５Ａ，３５Ｂの間からロボットアーム４によって取り出され、所定の場所へ移送される。

なお、上記実施形態において、樹脂除去装置は金型の上端面の付着樹脂のみを研磨するものとしても良い。あるいは、樹脂除去装置は金型の周面の付着樹脂のみを研磨するものとしても良い。

１…金型、１１…周面上部（周面部分）、１２…上端面、３…金型把持装置（保持手段）、３１…回転テーブル（回転駆動手段）、３２…力センサー（力検出手段）、３５Ａ，３５Ｂ…把持具、３５２…把持片、３５４…リンクアーム、３５５，３５６…バネ部材、４…ロボットアーム、５…制御装置（制御手段）、６…研磨用工具。

Claims (3)

1. 円柱形の金型と、当該金型を少なくとも一方の端面を露出させて保持する保持手段と、回転する研磨用工具を保持して移動させるロボットアームと、研磨用工具の前記一方の端面に対する押付力を検出する力検出手段と、前記研磨用工具を所定の押付力で前記端面に当接させて当該端面の中心から外周に向かって螺旋状に移動させる制御手段とを備える試料埋込用金型の樹脂除去装置。
2. 保持された前記金型をその軸回りに回転させる回転駆動手段をさらに備え、前記保持手段はさらに前記金型の周面部分を露出させるものであり、前記制御手段はさらに、前記一方の端面の外周縁から外れた前記研磨用工具を前記周面部分に沿ってその接線方向で往復動させつつ前記回転駆動手段によって金型を回転させるように設定されている請求項１に記載の試料埋込用金型の樹脂除去装置。
3. 前記金型はテーパ状の周面を有し、前記保持手段は、当接時に前記金型の周面に沿って傾動可能な把持具を備えている請求項１又は２に記載の試料埋込用金型の樹脂除去装置。