JP2021013991A - ニードルグリッパーおよびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単で小型であり、ニードルに付着した物をニードルから簡単に除去することができるニードルグリッパーを提供する。【解決手段】ニードルグリッパーは、物品を挟持する２本のニードルと、ニードルを保持する保持部と、単一の圧電素子を有する。保持部は、２つの第１のアームと、２つの第１のアームが連結された連結部を有する。第１のアームは、互いに離間しており、ニードルの基端部が第１のアームにそれぞれ固定される。圧電素子は、保持部を弾性変形させて、２つの第１のアームの間隔を変化させる。【選択図】図４

Description

本発明は、ニードルグリッパーおよびニードルグリッパーを有するアクチュエータに関する。

特許文献１には、単数あるいは複数のニードルを操作するマイクロハンドが開示されている。特許文献２には、物品を挟持する２本のニードルを操作するマイクロマニピュレータが開示されている。特許文献３にも、物品を挟持する２本のニードルを操作するマイクロマニピュレータが開示されている。

特開２００４−３５８６０１号公報 特開２００８−２１６５７号公報 特開２００６−２０５３４４号公報

従来のマイクロハンドまたはマイクロマニピュレータは、ニードルを操作するのに複雑な構造を有し、大型な機構を有する。また、ニードルに例えば静電気により異物または挟持する物品が付着した場合、異物または物品を除去することが考慮されていない。

そこで、本発明は、構造が簡単で小型であり、ニードルに付着した物をニードルから簡単に除去することができるニードルグリッパーおよびニードルグリッパーを有するアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のある態様に係るニードルグリッパーは、物品を挟持する２本のニードルと、互いに離間しており前記２本のニードルの基端部がそれぞれ固定される２つの第１のアームと、前記２つの第１のアームが連結された連結部を有し、前記ニードルを保持する保持部と、前記保持部を弾性変形させて、前記２つの第１のアームの間隔を変化させる単一の圧電素子を有する。

この態様によれば、単一の圧電素子が保持部を弾性変形させるだけで、第１のアームに固定された２本のニードルの先端部の間隔が微小に変化し、ニードルが物品を保持することができる。したがって、ニードルグリッパーの構造を簡単にし、ニードルグリッパーを小型にすることができる。また、ニードルの先端部に異物または挟持する物品が付着したとしても、圧電素子を駆動することにより、ニードルを振動させて、異物または物品をニードルの先端部から簡単に除去することができる。

好ましくは、前記保持部は、剛性材料から形成されている。
好ましくは、前記保持部は、前記連結部に連結された２つの第２のアームを有し、前記圧電素子は、前記２つの第２のアームの間に配置されており、前記圧電素子の伸縮方向は前記連結部に対して前記第２のアームが延びる方向に直交し、前記圧電素子が前記第２のアームの間隔を変化させることにより、前記２つの第１のアームの間隔を変化させる。この場合には、２つの第２のアームの間に配置された圧電素子が伸縮するだけで、第２のアームの間隔が弾性的に微小に変化し、第１のアームに固定された２本のニードルの先端部の間隔も微小に変化し、ニードルが物品を保持することができる。
好ましくは、前記２つの第２のアームは、前記連結部から前記２つの第１のアームが延びる方向と反対方向に延びている。

好ましくは、前記圧電素子と各第２のアームの間に断面円形のピンが配置されている。この場合には、圧電素子と第２のアームの間のがたつきがピンにより防止され、圧電素子の伸縮が第２のアームに無駄なく伝達される。また、２つの第２のアームの間の間隔の許容誤差を大きく確保することができる。

好ましくは、前記圧電素子の周囲には弾性材料から形成された少なくとも１つのリングが巻かれており、前記リングの外周面が前記連結部に接触している。この場合には、弾性材料から形成されたリングにより圧電素子に大きな負荷を与えずに、連結部に対して圧電素子を固定することができる。

好ましくは、前記保持部は、前記連結部と前記連結部から延びる２つのアーム部を有するフレームと、前記２つのアーム部にそれぞれ取り付けられる剛性材料から形成された２つの固定板を有し、前記第１のアームの各々は、前記アーム部と前記固定板を有し、前記ニードルの各々の基端部は、前記アーム部と前記固定板の間に挟持されて固定されており、前記第１のアームには、前記ニードルの前記基端部に接触して、前記ニードルの前記第１のアームからの突出長さを調整するための第１の調整機構が設けられている。この場合には、アーム部と固定板の間に挟持されて固定されたニードルの第１のアームからの突出長さを、第１の調整機構を利用して調整することができる。

好ましくは、前記アーム部または前記固定板には、貫通する第１の調整ネジ孔が形成されており、前記第１の調整機構は、前記第１の調整ネジ孔にねじ込まれる第１の調整ネジを有し、前記第１の調整ネジの端部に前記ニードルの前記基端部の端面に接触する傾斜面が形成されている。この場合には、第１の調整ネジ孔内の第１の調整ネジを回転させると、第１の調整ネジの端部の傾斜面がニードルの基端部の端面を押圧する。これにより、アーム部と固定板の間に挟持されて固定されたニードルはニードルの長手方向に沿って移動し、この結果、ニードルの第１のアームからの突出長さを調整することができる。したがって、ニードルの突出長さを簡単に調整することができる。

好ましくは、前記保持部は、前記連結部と前記連結部から延びる２つのアーム部を有するフレームと、前記２つのアーム部にそれぞれ取り付けられる２つの固定板を有し、前記第１のアームの各々は、前記アーム部と前記固定板を有し、前記ニードルの各々の基端部は、前記アーム部と前記固定板の間に挟持されて固定されており、前記保持部は、前記連結部に対する前記第１のアームの撓みを調整し、前記フレームと前記固定板の厚さ方向における前記ニードルの先端部の位置を調整するための第２の調整機構を有する。この場合には、第２の調整機構を利用して、連結部に対する第１のアームの撓みを調整し、アーム部と固定板の間に挟持されて固定されたニードルの先端部の、フレームと前記固定板の厚さ方向における位置を調整することができる。

好ましくは、前記保持部は、前記連結部から延びて、前記２つのアーム部にそれぞれ対面する２つのブロック部を有し、前記ブロック部には、貫通する第２の調整ネジ孔が形成されており、前記第２の調整機構は、前記第２の調整ネジ孔にねじ込まれる第２の調整ネジを有し、前記第２の調整ネジ孔内の前記第２の調整ネジの端部が前記アーム部に接触している。この場合には、第２の調整ネジ孔内の第２の調整ネジの端部がアーム部に接触しているので、第２の調整ネジ孔内の第２の調整ネジを回転させると、連結部に対するアーム部ひいては第１のアームの撓みが調整される。したがって、ニードルの先端部の、フレームと前記固定板の厚さ方向における位置を簡単に調整することができる。

好ましくは、ニードルグリッパーは、前記ニードルグリッパーを操作する操作機に取り付けられる取付け軸をさらに有し、前記取付け軸は前記保持部の前記連結部に固定されている。この場合には、取付け軸を用いてニードルグリッパーを操作機に取り付けることができる。

好ましくは、ニードルグリッパーは、前記ニードルグリッパーを操作する操作機に取り付けられる取付け軸をさらに有し、前記取付け軸は前記保持部の前記連結部に固定されており、前記リングの外周面が前記取付け軸に接触している。この場合には、弾性材料から形成されたリングにより圧電素子に大きな負荷を与えずに、連結部と取付け軸に対して圧電素子を固定することができる。

好ましくは、ニードルグリッパーは、前記取付け軸と前記連結部が挟まれる２枚の平板をさらに有し、前記取付け軸は前記２枚の平板に固定され、前記連結部は前記２枚の平板に固定され、前記圧電素子は前記２枚の平板で覆われ、前記リングの外周面が前記２枚の平板に接触している。この場合には、２枚の平板で圧電素子が保護され、弾性材料から形成されたリングにより圧電素子に大きな負荷を与えずに、平板に対して圧電素子を固定することができる。

本発明のある態様に係るアクチュエータは、前記のニードルグリッパーと、前記操作機を有し、前記操作機は、前記ニードルグリッパーを前記取付け軸の軸線を中心として回転させる機構と、前記ニードルグリッパーを前記取付け軸の軸線方向に沿って移動させる機構を有する。このアクチュエータによれば、ニードルグリッパーひいてはニードルグリッパーで挟持する物品の向きおよび位置を簡単に変更することができる。

本発明の実施形態に係るニードルグリッパーの斜視図である。 実施形態に係るニードルグリッパーの平面図である。 図２のIII-III線矢視断面図である。 実施形態に係るニードルグリッパーの分解斜視図である。 実施形態に係るニードルグリッパーのフレームの斜視図である。 前記フレームの平面図である。 図２のVII-VII線に相当するニードルグリッパーの一部の断面図である。 図２のVIII-VIII線に相当するニードルグリッパーの一部の断面図である。 実施形態に係るニードルグリッパーを有するマニピュレータシステムを示す正面図である。 図１０のマニピュレータシステムの斜視図である。 実施形態に係るニードルグリッパーを有するアクチュエータを示す斜視図である。 図１１のアクチュエータの操作機の断面図である。

以下、添付の図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。図面の縮尺は必ずしも正確ではなく、一部の特徴は誇張または省略されることもある。

図１から図３に示すように、実施形態に係るニードルグリッパー１は、物品を挟持する２本のニードル２、ニードル２を保持する保持部４、および取付け軸５を有する。ニードル２、保持部４および取付け軸５は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されている。

各ニードル２は真っ直ぐで長尺な棒であり、保持部４に取り付けられる基端部と、保持部４から突出する先端部を有する。先端部はテーパ状であり尖っている。

保持部４は、互いに離間した２つの第１のアーム８と、２つの第１のアーム８が連結された連結部１０を有する。２つの第１のアーム８には、２本のニードル２の基端部がそれぞれ固定されている。

保持部４の連結部１０には、取付け軸５が固定されている。後述するように、取付け軸５は、ニードルグリッパー１を操作するアクチュエータの操作機に取り付けられる。

図３および図４に示すように、保持部４は、フレーム１２と、２つの固定板１４を有する。フレーム１２は、連結部１０と、連結部１０から延びる２つのアーム部１６を有する。フレーム１２と固定板１４は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されている。各固定板１４は、ほぼ矩形な薄い平板である。アーム部１６は、固定板１４とほぼ同形な薄い平板であり、連結部１０からニードルグリッパー１の長手方向に沿って並行して延びており、互いに離間している。

第１のアーム８の各々は、フレーム１２のアーム部１６と固定板１４を有する。各ニードル２の基端部は、１つのアーム部１６と１つの固定板１４の間に挟持されて固定されている。各アーム部１６には、ニードル２の基端部を受け入れる直線状の溝１６ａが形成され、各固定板１４には、ニードル２の基端部を受け入れる直線状の溝１４ａが形成されている。溝１４ａ，１６ａの向きは、溝１４ａ，１６ａで構成された円柱状の２つの空間に嵌め込まれた２つのニードル２の先端部が互いに接触または近接するように、ニードルグリッパー１の長手方向に対して傾斜している。

各アーム部１６と、そのアーム部１６に重ねられた固定板１４は、頭部を有するネジ１８によって固定されている。固定板１４にはネジ１８が通過する貫通孔１４ｂが形成され、アーム部１６にはネジ１８がねじ込まれるネジ孔１６ｂが形成されている。逆に、固定板１４にはネジ１８がねじ込まれるネジ孔が形成されて、アーム部１６にはネジ１８が通過する貫通孔が形成されてもよい。あるいは、アーム部１６と固定板１４は、ボルトとナットで固定されてもよい。

図５および図６に示すように、フレーム１２は、連結部１０に連結された２つの第２のアーム２０をさらに有する。第２のアーム２０は、ニードルグリッパー１の長手方向に沿って並行して延びており、互いに離間している。この実施形態では、第２のアーム２０は、連結部１０から第１のアーム８が延びる方向と反対方向に延びている。

２つの第２のアーム２０の間には、単一の圧電素子２２が配置されている。圧電素子２２は、保持部４を弾性限度内で弾性変形させて、２つのアーム部１６ひいては２つの第１のアーム８の間隔を変化させる。具体的には、圧電素子２２の伸縮方向（図６の矢印Ａで示す）は、ニードルグリッパー１の長手方向（連結部１０に対して第２のアーム２０が延びる方向）に直交する。したがって、圧電素子２２が伸縮すると、２つの第２のアーム２０の間隔が弾性的に微小に変化し、この結果、第２のアーム２０の反対側にある２つのアーム部１６ひいては２つの第１のアーム８の間隔が弾性的に微小に変化し、第１のアーム８に固定された２本のニードル２の先端部の間隔が微小に変化する。より具体的には、圧電素子２２が縮小すると、第２のアーム２０の間隔が縮小し、第１のアーム８の間隔ひいてはニードル２の先端部の間隔が拡大する。逆に、圧電素子２２が伸長すると、第２のアーム２０の間隔が拡大し、第１のアーム８の間隔ひいてはニードル２の先端部の間隔が縮小する。

圧電素子２２と各第２のアーム２０の間には、断面円形のピン２４が配置されている。各第２のアーム２０の圧電素子２２に対向する面には、第２のアーム２０の厚さ方向に延びる溝２６が形成されており、ピン２４は溝２６に嵌め込まれている。ピン２４は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されている。ピン２４は、圧電素子２２の伸縮方向の両側に配置されており、圧電素子２２と第２のアーム２０の間のがたつきがピン２４により防止され、圧電素子２２の伸縮が第２のアーム２０に無駄なく伝達される。また、２つの第２のアーム２０の間の間隔の許容誤差を大きく確保することができる。

圧電素子２２の周囲には弾性材料（例えばエラストマー）から形成された少なくとも１つのリング２８が巻かれている。この実施形態では、２つのリング２８が圧電素子２２の周囲に巻かれている。各リング２８は、圧電素子２２の伸縮方向に直交するよう配置されている。リング２８は、例えばＯリングであってよいが、他の種類のリングであってもよい。

リング２８の外周面は、フレーム１２の連結部１０に接触している。したがって、弾性材料で形成されたリング２８により圧電素子２２に大きな負荷を与えずに、連結部１０に対して圧電素子２２を固定することができる。

図７に示すように、各第１のアーム８には、その第１のアーム８が保持するニードル２の基端部に接触して、ニードル２の第１のアーム８からの突出長さを調整するための第１の調整機構３０が設けられている。この実施形態では、各第１の調整機構３０は、固定板１４に形成され固定板１４を貫通する第１の調整ネジ孔１４ｃと、第１の調整ネジ孔１４ｃにねじ込まれる第１の調整ネジ３２を有する。第１の調整ネジ孔１４ｃは、ニードル２を受け入れる溝１４ａの延長方向に配置されている。第１の調整ネジ孔１４ｃ内の第１の調整ネジ３２の端部には、テーパ状の傾斜面３４が形成されている。つまり、第１の調整ネジ３２は尖り先止めネジである。傾斜面３４は、ニードル２の基端部の端面に接触する。

第１の調整ネジ孔１４ｃ内の第１の調整ネジ３２を回転させて、第１の調整ネジ３２を締結方向に進行させると、第１の調整ネジ３２の端部の傾斜面３４がニードル２の基端部の端面を押圧する。これにより、アーム部１６と固定板１４の間に挟持されて固定されたニードル２はニードル２の長手方向に沿って移動し、この結果、ニードル２の第１のアーム８からの突出長さを調整することができる。したがって、アーム部１６と固定板１４の間に挟持されて固定されたニードル２の突出長さを簡単に調整することができる。

アーム部１６には、第１の調整ネジ３２の端部を受け入れることが可能な貫通孔１６ｃが形成されている。貫通孔１６ｃは、ニードル２を受け入れる溝１６ａの延長方向に配置されている。第１の調整ネジ３２をある程度、締結方向に進行させると、第１の調整ネジ３２の端部が貫通孔１６ｃに進入する。したがって、ニードル２の長手方向の調整可能ストロークを大きく確保することができる。

但し、孔１６ｃはアーム部１６を貫通しなくてもよい。また、孔１６ｃは必ずしも不可欠ではない。ニードル２の直径および／または必要とされるニードル２の長手方向の調整可能ストロークに応じて、孔１６ｃを設けるべきか否かを選択することができ、孔１６ｃの深さを設計することができる。

この実施形態では、第１の調整ネジ３２は六角穴付ネジであるので、ニードルグリッパー１の軽量化に寄与する。但し、第１の調整ネジ３２は、頭部を有するネジであってもよい。

この実施形態では、固定板１４に第１の調整ネジ孔１４ｃが形成されているが、第１の調整ネジ３２がねじ込まれる第１の調整ネジ孔をアーム部１６に形成してもよい。

図８に示すように、保持部４は、連結部１０に対する第１のアーム８の撓みを調整し、フレーム１２と固定板１４の厚さ方向におけるニードル２の先端部の位置を調整するための第２の調整機構４０を有する。この実施形態では、各第２の調整機構４０は、連結部１０から延びるブロック部４２と、ブロック部４２に形成されブロック部４２を貫通する第２の調整ネジ孔４４と、第２の調整ネジ孔４４にねじ込まれる第２の調整ネジ４６を有する。２つのブロック部４２は、ニードルグリッパー１の長手方向に沿って並行して延びており、互いに離間している。２つのブロック部４２は、２つのアーム部１６にそれぞれ対面する。ブロック部４２とアーム部１６の間には、間隙４３が設けられている。第２の調整ネジ孔４４内の第２の調整ネジ４６の端部は、アーム部１６に接触している。

第２の調整ネジ４６の端部がアーム部１６に接触しているので、第２の調整ネジ４６を回転させると、厚さが大きい連結部１０に対するアーム部１６ひいては第１のアーム８の撓みが調整される。したがって、アーム部１６と固定板１４の間に挟持されて固定されたニードル２の先端部の、フレーム１２と固定板１４の厚さ方向における位置を簡単に調整することができる。

この実施形態では、第２の調整ネジ４６は六角穴付ネジであるので、ニードルグリッパー１の軽量化に寄与する。但し、第２の調整ネジ４６は、頭部を有するネジであってもよい。

この実施形態では、第２の調整ネジ４６は、アーム部１６に接触する先端に凹部４５が形成されたくぼみ先ネジである。但し、第２の調整ネジ４６は、平先ネジまたは棒先ネジであってもよい。

この実施形態では、ブロック部４２は、アーム部１６にとって固定板１４と同じ側に配置されているので、ニードルグリッパー１の厚さを大きくしなくても済む。但し、ブロック部４２を、アーム部１６にとって固定板１４の反対側に配置してもよい。

上記の通り、図１から図４に示すように、保持部４の連結部１０には、取付け軸５が固定されている。取付け軸５は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されている。取付け軸５は、ネジ部５０、ストッパー５２、および角棒部５４を有し、これらはニードルグリッパー１の長手方向に沿って配列されている。ネジ部５０とストッパー５２は、ストッパー５２に同心に連結されている。ネジ部５０は、アクチュエータの操作機にねじ込まれて取り付けられる。ストッパー５２は、ネジ部５０よりも大きな断面積を有し、ネジ部５０を操作機にねじ込む際のストッパーとして使用される。角棒部５４は、直方体形状を有する棒である。

角棒部５４の表面と裏面には、それぞれ平板５６が接触させられている。平板５６は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されている。

取付け軸５の角棒部５４は、２枚の矩形の平板５６を介して保持部４の連結部１０に連結されている。具体的には、２枚の平板５６は、連結部１０の表面と裏面にそれぞれ接触させられており、連結ピン６０とワッシャー６２で連結部１０に連結されている。また、各平板５６は、２つの固定ネジ６８で角棒部５４に固定されている。したがって、取付け軸５の角棒部５４と保持部４の連結部１０は、２枚の平板５６の間に挟まれており、取付け軸５は２枚の平板５６に固定され、連結部１０は２枚の平板５６に固定されている。

各平板５６には、連結ピン６０が挿入される貫通孔が形成されている。また、保持部４の連結部１０には、連結ピン６０が通過するスリット６４が形成されている。ワッシャー６２は、連結ピン６０の端部に形成された周溝に嵌め込まれている。

図５および図６に示すように、スリット６４は、連結部１０の厚さ方向に延びるほぼ円柱状の溝であり、アーム部１６の間の直線状の溝６６に交差する。スリット６４はアーム部１６の開始端であると考えてもよい。圧電素子２２が伸縮して２つの第２のアーム２０の間隔が変化すると、２つのアーム部１６は、スリット６４に挿入された連結ピン６０の周囲で弾性変形し、アーム部１６の間隔が変化する。

各平板５６には、２つの固定ネジ６８がそれぞれ通過する２つの貫通孔が形成され、取付け軸５の角棒部５４の表面と裏面の各々には、２つの固定ネジ６８がねじ込まれる２つのネジ孔が形成されている。但し、取付け軸５の角棒部５４は、ボルトとナットなどの他の方式で２枚の平板５６に固定されてもよい。保持部４の連結部１０も、他の方式で２枚の平板５６に固定されてもよい。

図３および図４に示すように、リング２８が巻かれた圧電素子２２は、相互に固定された連結部１０と角棒部５４の間に挟まれている。リング２８の外周面は、一方では連結部１０に接触し、他方では角棒部５４に接触する。弾性材料から形成されたリング２８により、圧電素子２２に大きな負荷を与えずに、連結部１０と取付け軸５に対して圧電素子２２を固定することができる。

圧電素子２２は２枚の平板５６で覆われ、リング２８の外周面は、連結部１０と角棒部５４だけでなく２枚の平板５６にも接触している。したがって、２枚の平板５６で圧電素子２２が保護され、弾性材料から形成されたリング２８により圧電素子２２に大きな負荷を与えずに、平板５６に対して圧電素子２２を固定することができる。

各平板５６には、圧電素子２２に給電するリード線７０が通過する貫通孔７２が形成されている。

以上のように、このニードルグリッパー１によれば、単一の圧電素子２２が保持部４を弾性変形させるだけで、第１のアーム８に固定された２本のニードル２の先端部の間隔が微小に変化し、ニードル２が物品を保持することができる。したがって、ニードルグリッパー１の構造を簡単にし、ニードルグリッパー１を小型にすることができる。また、ニードル２の先端部に異物または挟持する物品が付着したとしても、圧電素子２２を駆動することにより、ニードル２を振動させて、異物または物品をニードル２の先端部から簡単に除去することができる。

図９および図１０は、実施形態に係るニードルグリッパー１を有するマニピュレータシステムを示す。このマニピュレータシステムは、ニードルグリッパー１の用途の一例であり、ニードルグリッパー１によって物品に対する加工などの処理を行う。

マニピュレータシステムは、顕微鏡ユニット８０、第１のマニピュレータ８１、および第２のマニピュレータ８２を有する。顕微鏡ユニット８０は、マニピュレータシステムの左右方向中央に配置されており、第１のマニピュレータ８１と第２のマニピュレータ８２は、顕微鏡ユニット８０の左右両側に配置されている。

顕微鏡ユニット８０は、物品が置かれるテーブル８３、顕微鏡８４、およびカメラ８５を有する。顕微鏡８４は、テーブル８３の直上に配置されている。カメラ８５は、顕微鏡８４に接続されており、テーブル８３の上に置かれた物体の画像は、顕微鏡８４で拡大され、カメラ８５で撮影される。

第１のマニピュレータ８１は、顕微鏡ユニット８０の紙面右側に配置されている。第１のマニピュレータ８１は、アクチュエータ８６と駆動装置８７を有する。駆動装置８７は、アクチュエータ８６を支持するとともに、図示しないコントローラの指令を受けて、アクチュエータ８６を図１０に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に３次元的に移動させる。

アクチュエータ８６は、操作機８８とニードルグリッパー１を有する。操作機８８の基端部は、駆動装置８７に取り付けられており、操作機８８の先端にはニードルグリッパー１が取り付けられている。駆動装置８７だけでなく、操作機８８自体も図示しないコントローラの指令を受けて駆動される。ニードルグリッパー１も図示しないコントローラの指令を受けて駆動される。

第２のマニピュレータ８２は、顕微鏡ユニット８０の紙面左側に配置されている。第２のマニピュレータ８２は、支持ツール８９と駆動装置９０を有する。駆動装置９０は、支持ツール８９を支持するとともに、図示しないコントローラの指令を受けて、支持ツール８９を図１０に示すＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に３次元的に移動させる。支持ツール８９の基端部は、駆動装置９０に取り付けられている。

第２のマニピュレータ８２において、駆動装置９０は、支持ツール８９を駆動して、テーブル８３上に置かれた物品を支持ツール８９の先端でテーブル８３上に押さえつける。第１のマニピュレータ８１において、駆動装置８７は、アクチュエータ８６を駆動して、テーブル８３上に置かれた物品にニードルグリッパー１の先端のニードルを接近させる。また、ニードルグリッパー１は、図示しないコントローラの指令を受けて、圧電素子の伸縮を行い、ニードルの先端部の間隔を微小に変化させ、ニードルによってテーブル８３上に置かれた物品に対して所望の処理を行う。例えば、ニードルグリッパー１は、ニードルによって物品から異物を剥がし取ってもよいし、ニードルによって物品に他の物品を取り付けてもよい。あるいは、ニードルグリッパー１は、ニードルによって物品を引き延ばしてもよい。また、アクチュエータ８６の操作機８８は、ニードルグリッパー１の前記所望の処理を補助するために、図示しないコントローラの指令を受けて、ニードルグリッパー１をニードルグリッパー１の長手方向に沿って移動（例えば振動）させたり、ニードルグリッパー１を回転させたりする。

このマニピュレータシステムでは、第２のマニピュレータ８２には、支持ツール８９が設けられているが、支持ツール８９の代わりに、第１のマニピュレータ８１のアクチュエータ８６と同様のアクチュエータを駆動装置９０に取り付けてもよい。

次に、図１１および図１２を参照しながら、アクチュエータ８６、特に操作機８８について説明する。図１１における左下側がアクチュエータ８６の先端側であり、右上側がアクチュエータ８６の基端側である。また、図１２における左側がアクチュエータ８６の先端側であり、右側がアクチュエータ８６の基端側である。

操作機８８は、ハウジング１００、回転軸１０１、軸ホルダー１０２、２つの玉軸受１０３，１０４、圧電素子１０５、およびモータ１０６を有する。

ハウジング１００は、円筒状であり、先端側と基端側とが開口している。ハウジング１００の内部には、玉軸受１０３，１０４が配置されている。

玉軸受１０３，１０４の各々は、内輪、外輪、および複数のボールを有する。玉軸受１０３，１０４の内輪は、円筒状の軸ホルダー１０２に嵌め合わせられて固定されており、外輪はハウジング１００の内周面に嵌め合わせられて固定されている。軸ホルダー１０２には回転軸１０１が挿入され、軸ホルダー１０２はクランピング１０７によって回転軸１０１に固定されている。したがって、玉軸受１０３，１０４は、回転軸１０１を回転可能に支持している。玉軸受１０３，１０４の内輪の間には、スペーサ１０８が配置されている。

軸ホルダー１０２の外周面の先端側と基端側には雄ネジが形成されており、先端側にはロックナット１０９がねじ込まれ、基端側にはロックナット１１０がねじ込まれている。このようにして、玉軸受１０３の内輪、スペーサ１０８、および玉軸受１０４の内輪が、ロックナット１０９，１１０により挟み付けられており、ロックナット１０９，１１０によって、回転軸１０１の軸方向に動かないように固定されている。

回転軸１０１は円柱状であり、中実であってもよく、中空であってもよい。回転軸１０１の先端部１０１ａには、軸線方向に延びる穴が形成されている。この穴には雌ネジが形成されており、ニードルグリッパー１の取付け軸５のネジ部５０（図１から図４参照）がねじ込まれる。このようにして、ニードルグリッパー１は回転軸１０１の先端部１０１ａに固定されている。但し、ニードルグリッパー１の取付け軸５は、他の方式で回転軸１０１に取り付けられてもよい。

ハウジング１００の内部には、カップリング１１１が配置されている。カップリング１１１は、モータ１０６の軸１０６ａと回転軸１０１を連結し、モータ１０６の回転を回転軸１０１に伝達する。軸１０６ａの先端側の端面と回転軸１０１の基端側の端面の間には隙間が設けられており、カップリング１１１は、回転軸１０１が軸線方向に変位することが可能なように（すなわち隙間が可変であるように）、軸１０６ａと回転軸１０１を連結する。つまり、カップリング１１１は、回転軸１０１の軸線方向に高い弾性を有しており、回転軸１０１の軸線方向の変位を吸収し、この変位をモータ１０６の軸１０６ａに伝達しない。

したがって、回転軸１０１ひいてはニードルグリッパー１は、玉軸受１０３，１０４に支持されて、矢印Ｂで示すように、モータ１０６によって回転させられる。モータ１０６の正回転と逆回転を繰り返すことにより回転軸１０１の軸線を中心として、ニードルグリッパー１を回転方向に振動させることもできる。

モータ１０６は、例えばステッピングモータであるが、回転軸１０１を回転させる他のモータであってもよい。

モータ１０６の先端側の面には、円環状のスペーサ１１２が固定されている。モータ１０６の軸１０６ａは、スペーサ１１２の中心の孔を通過する。

ハウジング１００の内部には、円筒状の圧電素子１０５と円筒状のスペーサ１１３が配置されている。圧電素子１０５はカップリング１１１の径方向外側に配置され、スペーサ１１３はロックナット１１０の径方向外側に配置されている。圧電素子１０５の基端側の端面は、スペーサ１１２に接触させられ、圧電素子１０５の先端側の端面は、スペーサ１１３の基端側の端面に接触させられている。スペーサ１１３の先端側の端面は玉軸受１０４の外輪に接触させられている。したがって、圧電素子１０５、スペーサ１１２およびスペーサ１１３は、モータ１０６の先端側の面と玉軸受１０４の外輪の間に挟み付けられている。

ハウジング１００の基端側の端面は、スペーサ１１２に接触させられ、ハウジング１００の先端側の端面には蓋１１４が固定されている。蓋１１４はロックナット１０９の径方向外側に配置されている。蓋１１４の基端側の端面は玉軸受１０３の外輪に接触させられている。

圧電素子１０５は、回転軸１０１の軸線方向に沿って伸縮する。圧電素子１０５の伸縮は、スペーサ１１３によって玉軸受１０４の外輪に伝達され、玉軸受１０４の外輪が回転軸１０１の軸線方向に沿って変位する。玉軸受１０４は、剛性材料、例えば金属（例えば鋼）から形成されているが、わずかに弾性変形する。したがって、玉軸受１０４の外輪が回転軸１０１の軸線方向に沿って変位すると、玉軸受１０４の内輪も回転軸１０１の軸線方向に沿って変位する。玉軸受の内輪は、軸ホルダー１０２に固定されており、軸ホルダー１０２はクランピング１０７によって回転軸１０１に固定されている。したがって、圧電素子１０５が伸縮すると、矢印Ｃで示すように、回転軸１０１ひいてはニードルグリッパー１は、回転軸１０１の軸線方向に沿って変位する。圧電素子１０５の伸縮を繰り返すことにより、ニードルグリッパー１を回転軸１０１の軸線方向に沿って振動させることもできる。

以上のように、アクチュエータ８６の操作機８８は、ニードルグリッパー１を回転軸１０１の軸線（取付け軸５の軸線）を中心として回転させる機構と、ニードルグリッパー１を回転軸１０１の軸線方向（取付け軸５の軸線方向）に沿って移動させる機構を有する。このアクチュエータ８６によれば、ニードルグリッパー１ひいてはニードルグリッパー１で挟持する物品の向きおよび位置を簡単に変更することができる。

アクチュエータ８６の操作機８８の一例を詳細に説明したが、操作機は他のタイプであってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を参照しながら本発明を図示して説明したが、当業者にとって特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、形式および詳細の変更が可能であることが理解されるであろう。このような変更、改変および修正は本発明の範囲に包含されるはずである。

１ ニードルグリッパー
２ ニードル
４ 保持部
５ 取付け軸
８ 第１のアーム
１０ 連結部
１２ フレーム
１４ 固定板
１６ アーム部
２０ 第２のアーム
２２ 圧電素子
２４ ピン
２８ リング
３０ 第１の調整機構
１４ｃ 第１の調整ネジ孔
３２ 第１の調整ネジ
３４ 傾斜面
４０ 第２の調整機構
４２ ブロック部
４４ 第２の調整ネジ孔
４６ 第２の調整ネジ
５６ 平板
８６ アクチュエータ
８８ 操作機
１０５ 圧電素子
１０６ モータ

Claims (14)

1. 物品を挟持する２本のニードルと、
   互いに離間しており前記２本のニードルの基端部がそれぞれ固定される２つの第１のアームと、前記２つの第１のアームが連結された連結部を有し、前記ニードルを保持する保持部と、
   前記保持部を弾性変形させて、前記２つの第１のアームの間隔を変化させる単一の圧電素子
   を有することを特徴とするニードルグリッパー。
2. 前記保持部は、剛性材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のニードルグリッパー。
3. 前記保持部は、前記連結部に連結された２つの第２のアームを有し、
   前記圧電素子は、前記２つの第２のアームの間に配置されており、前記圧電素子の伸縮方向は前記連結部に対して前記第２のアームが延びる方向に直交し、前記圧電素子が前記第２のアームの間隔を変化させることにより、前記２つの第１のアームの間隔を変化させる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のニードルグリッパー。
4. 前記２つの第２のアームは、前記連結部から前記２つの第１のアームが延びる方向と反対方向に延びている
   ことを特徴とする請求項３に記載のニードルグリッパー。
5. 前記圧電素子と各第２のアームの間に断面円形のピンが配置されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のニードルグリッパー。
6. 前記圧電素子の周囲には弾性材料から形成された少なくとも１つのリングが巻かれており、前記リングの外周面が前記連結部に接触している
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のニードルグリッパー。
7. 前記保持部は、前記連結部と前記連結部から延びる２つのアーム部を有するフレームと、前記２つのアーム部にそれぞれ取り付けられる剛性材料から形成された２つの固定板を有し、
   前記第１のアームの各々は、前記アーム部と前記固定板を有し、
   前記ニードルの各々の基端部は、前記アーム部と前記固定板の間に挟持されて固定されており、
   前記第１のアームには、前記ニードルの前記基端部に接触して、前記ニードルの前記第１のアームからの突出長さを調整するための第１の調整機構が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のニードルグリッパー。
8. 前記アーム部または前記固定板には、貫通する第１の調整ネジ孔が形成されており、
   前記第１の調整機構は、前記第１の調整ネジ孔にねじ込まれる第１の調整ネジを有し、前記第１の調整ネジの端部に前記ニードルの前記基端部の端面に接触する傾斜面が形成されている
   ことを特徴とする請求項７に記載のニードルグリッパー。
9. 前記保持部は、前記連結部と前記連結部から延びる２つのアーム部を有するフレームと、前記２つのアーム部にそれぞれ取り付けられる２つの固定板を有し、
   前記第１のアームの各々は、前記アーム部と前記固定板を有し、
   前記ニードルの各々の基端部は、前記アーム部と前記固定板の間に挟持されて固定されており、
   前記保持部は、前記連結部に対する前記第１のアームの撓みを調整し、前記フレームと前記固定板の厚さ方向における前記ニードルの先端部の位置を調整するための第２の調整機構を有する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のニードルグリッパー。
10. 前記保持部は、前記連結部から延びて、前記２つのアーム部にそれぞれ対面する２つのブロック部を有し、
    前記ブロック部には、貫通する第２の調整ネジ孔が形成されており、
    前記第２の調整機構は、前記第２の調整ネジ孔にねじ込まれる第２の調整ネジを有し、前記第２の調整ネジ孔内の前記第２の調整ネジの端部が前記アーム部に接触している
    ことを特徴とする請求項９に記載のニードルグリッパー。
11. 前記ニードルグリッパーを操作する操作機に取り付けられる取付け軸をさらに有し、
    前記取付け軸は前記保持部の前記連結部に固定されている
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のニードルグリッパー。
12. 前記ニードルグリッパーを操作する操作機に取り付けられる取付け軸をさらに有し、
    前記取付け軸は前記保持部の前記連結部に固定されており、
    前記リングの外周面が前記取付け軸に接触している
    ことを特徴とする請求項６に記載のニードルグリッパー。
13. 前記取付け軸と前記連結部が挟まれる２枚の平板をさらに有し、
    前記取付け軸は前記２枚の平板に固定され、
    前記連結部は前記２枚の平板に固定され、
    前記圧電素子は前記２枚の平板で覆われ、前記リングの外周面が前記２枚の平板に接触している
    ことを特徴とする請求項１２に記載のニードルグリッパー。
14. 請求項１１から１３のいずれか１項に記載のニードルグリッパーと、
    前記操作機を有し、
    前記操作機は、前記ニードルグリッパーを前記取付け軸の軸線を中心として回転させる機構と、前記ニードルグリッパーを前記取付け軸の軸線方向に沿って移動させる機構を有する
    ことを特徴とするアクチュエータ。

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