JP3409529B2

JP3409529B2 - 薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法、固定方法及びマイクロ駆動ユニット

Info

Publication number: JP3409529B2
Application number: JP21929995A
Authority: JP
Inventors: 信宏小池; 健一宮沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 2003-05-26
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JPH0967683A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロボロット
等に搭載される駆動ユニットのフレーム等のような薄肉
板に、微少な軸、軸受け等を嵌め込むための微少な貫通
孔を形成するのに適した孔開け方法に関するものであ
る。また、本発明は、形成された貫通孔に軸部材の固定
あるいは位置決めを簡単に行うことの可能な薄肉板への
軸部材の固定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本願人は、先に、光、磁気、音等の物理
量の変化に応答して誘導される約１立方センチメートル
以下のマイクロロボットを提案している（ＷＯ９３／０
９０８１号公報）。このマイクロロボットは例えば光セ
ンサを備えており、使用者がそこに搭載されている当該
光センサに向けて光を照射して、光源の方向にマイクロ
ロボットを誘導することができる。このようなロボット
は、ホビー用としては勿論のこと、作業員の手あるいは
通常の大きな産業用ロボット等が入ることのできない極
めて小さな空間内で作業を行わせるために利用すること
ができる。例えば、電気機器の回路基板上等での部品の
組み込み、接着、配線、異物の除去作業等に利用するこ
とができる。

【０００３】このような極めて小さなマイクロロボット
は、その内部に、駆動ユニットあるいは駆動チップが搭
載されており、その内部には、駆動用のステッピングモ
ータ、回転力伝達用の歯車列、これらの回転部材を支持
している軸、軸受けが組み込まれている。これらの各部
品は、例えば、微少間隔で平行に配置した２枚の薄肉の
金属フレームの間に組み付けられ、回転駆動部分の軸受
け、軸等が、これらのフレームに開けた軸孔等に回転自
在に支持されている。また、２枚のフレームは、間にス
ペーサを挟み、皿ねじ等の締結金具によって締結固定さ
れている。このような締結金具を取り付けるねじ孔もフ
レームには形成されている。

【０００４】したがって、薄い金属フレームには、軸、
軸受け、皿ねじ等の部材（本明細書においては、これら
を総称して「軸部材」と呼ぶ。）を取付けるための多数
の貫通孔を形成する必要がある。このための孔加工は、
通常の寸法の厚さの金属板等に対するのと同様な孔開け
加工によって行われている。すなわち、プレス加工、ワ
イヤカット、ＮＣ工作機械を用いた加工等が利用されて
いる。同様に、腕時計等に内蔵されているムーブメント
の構成部品も同じような加工によって孔開け、それらの
孔へのビス等の取付けがなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常寸
法の金属板とは異なり、マイクロロボット等のような微
少なロボットの駆動ユニットを構成するフレーム等は極
めて薄いので、その面外剛性が極めて低く、加工が困難
である等の問題点がある。また、貫通孔に対する軸部材
の固定力、抜き力等は、貫通孔の孔径を適切な寸法に設
定することにより確保している。したがって、貫通孔を
精度良く加工しないと、適切な固定力をもってその貫通
孔に固定できず、信頼性が低下する等の弊害が発生す
る。しかし、微少な貫通孔であるので、精度良くこのよ
うな貫通孔を形成することは簡単ではない。

【０００６】一般には、孔の加工誤差、軸部材の製造誤
差を考慮して、目標とする固定力あるいは引抜き力を確
保するために、孔加工は小さめにし、軸部材は大きめに
設定される。このために、一般には締め代が大きくなる
傾向にある。薄い板部材では、締め代が大きいと、軸部
材を打ち込んだ際に、膨らみ、撓み、歪み等が発生して
しまうので好ましくない。また、締め代が大きいと、そ
の分打ち込み作業が困難になるが、固定力あるいは引抜
き力は締め代の増加に伴って大きくはならないので、効
率が悪い。

【０００７】このように、従来においては、本願人が提
案しているマイクロロボット等の駆動ユニットの構成部
品である軸部材を取付けるための貫通孔を簡単にしかも
必要な固定力等が得られる状態で加工できる適切な方法
が提案されていない。

【０００８】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
軸部材を取り付けるための貫通孔を適切な状態で薄肉板
に対して簡単に形成することの可能な方法を提案するこ
とにある。また、本発明は、軸部材の固定、その位置決
めを簡単に行うことの可能な固定方法を提案することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、半導
体素子等の製造において利用されているエッチング加工
に着目し、この方法を利用して、軸部材を取り付けるた
めの貫通孔を形成するようにしている。

【００１０】また、本発明においては、エッチング加工
を利用すれば、形成される貫通孔の内周面が平坦ではな
く段差等ができる点に着目して、このような高精度の孔
開け加工には好ましくないと一般的には考えられている
貫通孔の内周面の段差を積極的に利用して、そこに取付
けられる軸部材の固定用あるいは抜け防止用として利用
するようにしている。さらには、貫通孔に取付けられる
軸部材の深さ方向の位置決め用の部分として利用するよ
うにしている。

【００１１】

【００１２】すなわち、本発明は、薄肉板に軸部材を取
り付けるための貫通孔を形成する薄肉板に対する軸部材
取付孔の加工方法であって、前記薄肉板に前記薄板材の
板厚寸法より大きな直径を有する貫通孔を両側からエッ
チング加工により形成するに当たり、両面からのエッチ
ング加工条件を制御することにより、当該貫通孔の内周
面における軸線方向の一部に、内方に突出した環状突起
を形成し、当該環状突起を、当該貫通孔に取付けられる
軸部材の抜け防止用あるいは嵌め込み深さを規定する位
置決め用に利用することを特徴としている。

【００１３】さらに、前記貫通孔をエッチング加工によ
る形成するに当たり、両面からのエッチング加工条件を
制御することにより、当該貫通孔の両側の開口径を異な
るようにしている。あるいは、貫通孔の一方の開口縁を
面取り加工し、形成された貫通孔を皿ねじ等の取付け孔
として利用することを特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明の方法によれば、金属板等の薄肉板を両
側からエッチング加工することにより、貫通孔を形成し
ているので、エッチング加工条件であるエッチング径、
エッチング速度等を、両面で異なるるように設定すれば
所望の貫通孔が簡単に形成される。例えば、両側からの
エッチングを、充分に行わなければ、形成された貫通孔
の中程の位置に内方に突出した環状の突起部分が残り、
この部分の内径は小さくなる。このような断面形状の貫
通孔の一方の側から軸部材を押し込めば、中程の環状突
起部分が締め代として機能して、所定の固定力あるいは
抜き力をもって軸部材が貫通孔に固定される。

【００１５】また、この環状突起部分の突出量を多くし
ておけば、例えば、軸受け部材等を、貫通孔にはめ込ん
だ場合に、この突起部分に当たった状態で軸受け部材の
差し込み深さが規定される。すなわち、突起部分が位置
決め用の部分として機能する。また、軸部材が反対側に
抜けでることを防止する部分としても機能する。

【００１６】さらには、他方の側のエッチング条件に比
べて、一方の側からのエッチング径を大きくすると共に
エッチング深さを浅く等すれば、一方の側の貫通孔の開
口縁の部分のみが大径となり、他方の側に向けて内径が
徐々に窄まった傾斜面が形成される。これは、皿ねじ等
のねじ孔における開口縁の面取り加工を施した場合と同
様な孔形状となる。また、このような開口縁に形成した
面取り部分あるいはテーパ部分は、ピン等を押し込み固
定した場合の削り粉の逃げ面として機能する。また、ピ
ン等を押し込み固定した場合における薄板の側の部材の
膨らみ等を逃がす部分として機能する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の実施例を説明する。

【００１８】図５は、本発明を適用したマイクロロボッ
トの外観を示すための右側側面図および平面図である。
本例のマイクロロボット１は、ロボット本体ケース２の
大きさが約１立法センチメートル未満であり、その前面
部分２ａには、左右一対の光センサ３Ｌ、３Ｒが設けら
れている。また、ロボット本体ケース２の前側下端から
は、一対の触覚状リード端子４Ｌ、４Ｒが延びている。
本体ケース２の後側下端からは、１本の尾状リード端子
５が延びている。これらのリード端子を電極端子として
利用して、内蔵のバッテリ電源への充電も可能である。
さらに、本体ケース２の下側からは左右一対の車輪６
Ｌ、６Ｒの下側部分が露出している。

【００１９】図６には、本例のマイクロロボット１の内
部構造を示してあり、この図に示すように、左右一対の
マイクロ駆動ユニット１０（１０Ｒ、１０Ｌ）が配置さ
れ、これらによって左右の車輪６Ｌ、６Ｒが回転駆動さ
れる。これらのユニット１０は、偏平な直方体形状をし
ており、その厚さが約１．７ｍｍであり、幅および長さ
が約６．１ｍｍである。

【００２０】図７に示すように、このユニット１０Ｒの
内側面は金属製の地板１２によって規定され、外側面は
金属製の輪列受け板１３によって規定されている。これ
らの板１２、１３は微小間隔を開けて平行に配列されて
おり、これらの間の微小空間内に、ユニット構成部品が
組み込まれている。すなわち、モータ１４、この回転力
を減速して伝達する輪列１５が組み込まれている。

【００２１】図８は、図７におけるＡ−Ａ線に沿って切
断した部分の断面構成である。この図から分かるよう
に、地板１２と輪列受け板１３とは、基本的には、１本
の輪列受けねじ１９と、２本のコイルブロック案内ピン
１８ａ、１８ｂとによって微小間隔を保持した状態で相
互に平行となるように固定されている。輪列１５を構成
している各車１５１、１５２、１５３は、地板１２の側
において、受座１５１ｄ、１５２ｄ、１５３ｄを介し
て、地板１２の側に回転自在に支持されている。同様
に、輪列受け板１３の側においても、受座１５１ｃ、１
５２ｃ、１５３ｃを介して、輪列受け板１３の側に回転
自在に支持されている。モータ１４のロータ１４４も、
その両端が、それぞれ受座１４４ｄ、１４４ｃを介し
て、地板１２および輪列受け板１３の側に回転自在に支
持されている。

【００２２】このように、本例のマイクロロボットの駆
動ユニット１０においては、２枚の金属板１２、１３の
間に部品が組み込まれ、これらの部品を取り付けるため
の取付け孔が金属板１２、１３には多数形成されてい
る。例えば輪列受け板１３は、次のようにして多数の取
付け孔が形成されている。この受け板１３は、その両側
からエッチング加工が施されて、必要な部分に受座等の
取付け用貫通孔が形成される。

【００２３】例えば、図１に示す車１５１の端を回転自
在に支持している受座１５１ｃの取付け孔１３１は、板
１３を両側からエッチング加工することにより形成され
る。両側からのエッチング加工条件、例えば、エッチン
グ速度、エッチング時間を変えることにより、形成した
取付け孔１３１の内周面１３２における軸線方向１３２
ａの中程の位置には環状の内方に突出した突起１３３を
残した状態を形成することができる。例えば、板１３の
一方の面１３Ａからのハーフエッチングを行い、板厚の
約半分程度のエッチングを行い、次に、板の他方の面１
３Ｂの側から、同様にハーフエッチングを行えば、孔の
中程の位置に環状突起が残った状態を形成できる。双方
の側からのエッチング量を調整することにより、環状突
起が残る位置を図において上下にずらすことができる。

【００２４】このように取付け孔１３１を形成した後
に、板の一方の面１３Ｂの側から、取付け孔１３１に軸
部材である受座１５１ｃを打ち込む。ここで、取付け孔
１３１の面１３Ｂの側の部分の内径寸法を受座１５１ｃ
よりも僅かに小さ目に形成しておけば、受座を圧入する
ことにより、受座は取付け孔内に所定の固定力をもって
固定される。また、圧入量は、受座１５１ｃの端面が環
状突起１３３に当たると規制される。よって、この環状
突起１３３は、受座１５１ｃの圧入深さの規定する位置
決め部分として機能する。また、この環状突起は、板の
他方の面１３Ａの側に受座１５１ｃが抜け出ることを防
止する部分としても機能する。このような突起部分を、
従来の孔開け加工方法によっては簡単に形成することが
できない。しかし、本例ではエッチング加工によって行
っているので、簡単に形成することができる。

【００２５】また、エッチング加工による場合には、図
１に示すように、取付け孔の内周面１３２が湾曲面とな
る。したがって、圧入時に孔内周面等から剥ぎ取られた
バリ等の微細なチップは、圧入した受座１５１ｃの外周
面と取付け孔の湾曲面１３４の間に封じ込まれ、周囲の
回転部分、軸受部分に付着して不具合が発生すること防
止することも期待できる。

【００２６】なお、板１２、１３に形成されているその
他の取付け孔も上記のようにエッチング加工によって形
成される。

【００２７】次に、板１２あるいは１３に形成した取付
け孔に対して完全に貫通した状態に軸部材を固定する場
合にも、図２に示すように、その取付け孔の中程の位置
に環状の突起を残した状態にエッチング加工を施せばよ
い。図２において、板１３に両側からエッチング加工を
施してその中程に環状突起１３５が形成された貫通孔１
３４を形成する。そして、ここに、固定ピン等の軸部材
１３７を圧入して固定する。ここに、図２において軸部
材１３７の外径に対して、少なくとも、環状突起１３５
の内径は小さくなるようにエッチング加工が施される。
このようにすれば、圧入時に、環状突起１３５の部分が
締め代として機能して、所定の固定力が得られる。

【００２８】ここで、図３に示すように、貫通孔に嵌め
込まれた軸部材の固定力あるいは抜き力Ｆは、貫通孔の
内周面と軸部材の外周面の接触面積が増加すると大きく
なる。しかし、ある程度の接触面積を越えると、固定力
あるいは抜き力は飽和状態になり、それ以後は接触面積
が増加してもそれほど大きくなることがない。したがっ
て、本発明におけるように、貫通孔に環状の突起あるい
は盛り上がり部分を形成して、その部分の内径を小さく
した場合においても、締め代をある程度確保しておけ
ば、充分な固定力あるいは抜き力を得ることができる。

【００２９】従来のようなプレス等の孔開け方法では、
孔開け精度、軸部材の精度を考慮して、孔径を小さめに
すると共に軸部材を太めに設定して、確実に必要とする
固定力あるいは抜き力が得られるようにしていた。しか
し、これでは、孔に軸部材を嵌め込む際に相当の嵌め込
み力が必要となり、孔を開けてある薄板部材に変形、撓
み等が出来てしまう。また、このように締め代を多くと
っても、図３に示すグラフから分かるように、それによ
って得られる固定力あるいは抜き力はそれ程大きくはな
らない。さらには、締め代を大きくすると、ピンの嵌め
込みによって孔が削られる量が増えるので、その削り粉
の処理が必要となり、また、孔の内周部分が嵌め込み方
向に押し出されて膨らみができるので、そのための対策
も必要になってしまう。

【００３０】これに対して、上記のように、本発明の方
法では、孔の内周面の一部を環状に内方に突出させてい
るだけなので、孔へのピンの嵌め込み作業が簡単にで
き、さらに、得られる固定力、抜き力も充分なもになる
という利点が得られる。

【００３１】一方、例えば、板１３に対して皿ねじ用の
ねじ孔を形成する場合にもエッチング加工を用いること
ができる。この場合には、図４に示すようなねじ孔１３
８の一方の開口縁には所定の面取りがなされて傾斜面１
３９となっている。このような形状のねじ孔は、例え
ば、一旦、板１３の双方の面から同一の条件でエッチン
グ加工を行い、一定の内径の孔を形成し、しかる後に、
一方の面１３Ａの側からエッチング径を大きくした状態
で短時間あるいは浅いエッチング加工を施せばよい。

【００３２】また、このように面取りを形成しておく
と、ピン１４０等を打ち込んだ場合に、図４（Ｂ）に示
すように、打ち込み方向の側に向けて、孔内周面の部分
が押し出されて削り粉あるいは膨らみ１３９ａが出来る
が、これらは、面取りされた部分に逃げていくことがで
きる。

【００３３】このように、本例のマイクロロボットの駆
動ユニット１０においては、その内蔵部品を組み付ける
多数の貫通孔あるいは取付け孔が形成されている板１
２、１３の孔開け加工を、エッチング加工を利用して行
っている。したがって、従来の一般的な金属板等への孔
開け加工法を採用する場合に比べて、極めて簡単に加工
でき、しかも、必要な固定力等を簡単に得ることができ
る。

【００３４】なお、本例においては、板１２、１３の材
質については特に言及しなかったが、これはどのような
素材でもよく、例えば、ステンレススチール、銅、パー
マロイ等の素材のものを用いることができる。あるい
は、プラスチック製のものを用いることもできる。

【００３５】また、本例は、本願人が提案したマイクロ
ロボットの駆動ユニットの加工に対して本発明を利用し
た例であるが、本発明の方法は、これ以外のマイクロマ
シン等における軸部材の取付け孔、貫通孔等の加工にそ
のまま利用できることは勿論である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法によ
れば、エッチング加工を利用して、薄肉板に軸部材の取
付け孔の孔開け加工を行うようにしている。したがっ
て、従来の一般的な加工法を用いる場合に比べて、簡単
に孔開け加工を行うことができる。また、軸部材の固定
力を適切なものに設定することが簡単にできる。

【００３７】特に、形成された貫通孔の中程の位置に環
状の突起を残した状態に孔開け加工を行った場合には、
この突起が軸部材の圧入時の締め代として機能して、軸
部材を確実に孔に固定できる。また、この突起の突出量
を大きくしておけば、軸部材の嵌め込み量がこの部分で
規制されるので、軸部材の孔軸線方向の位置決めも確実
に行うことができる。勿論、この場合には、この環状の
突起が軸部材が反対側に抜けでることのないように規制
する抜け防止部分としても機能する。

【００３８】また、エッチング加工条件を変えることに
より、孔の両側の開口径を異なるものにできる。したが
って、軸部材を嵌め込み固定した際における削り粉ある
いは押込み切り粉の逃げを簡単に形成することができ、
また、軸部材の抜け防止形状を簡単に形成できる。さら
には、皿ねじのねじ孔等のように孔開口縁に面取り加工
を行う必要のある孔の加工も、簡単に行うことができる
ので便利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を適用して形成した孔の例を示す
部分断面図である。

【図２】本発明の方法を適用して形成した孔の別の例を
示す部分断面図である。

【図３】貫通孔の嵌め込まれた軸部材の固定力（引抜き
力）と締め代の一般的な関係を示すグラフである。

【図４】本発明の方法を適用して形成した孔の更に別の
例を示す部分断面図である。

【図５】本発明の方法を適用可能なマイクロロボットを
示す図であり、（ａ）はその右側側面図であり、（ｂ）
はその平面図である。

【図６】図５のマイクロロボットの内蔵部品の配置関係
を示すために、その内部構造を正面側から見た場合を示
す概略構成図である。

【図７】図５のマイクロロボットに内蔵されている右側
のマイクロ駆動ユニットの構成を示すために、その輪列
受け板を取り外して側方から見た状態を示す概略構成図
である。

【図８】図７のＡ−Ａ線で切断した部分の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１マイクロロボット２本体ケース６Ｒ、６Ｌ車輪１０、１０Ｒ、１０Ｌマイクロ駆動ユニット１１Ｒ、１１Ｌ出力軸１２地板１３輪列受け板１４分散型ステッピングモータ１５輪列１３Ａ、１３ｂ板の面１３１取付け孔１３２内周面１３３環状突起１３４湾曲面１３４取付け孔１３５環状突起１３７軸部材１３８ねじ孔１３９傾斜面（面取り加工部分）１５１、１５２、１５３輪列を構成する車１５１ｃ、１５１ｄ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５３ｃ、
１５３ｄ受座

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−67171（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−95487（ＪＰ，Ａ) 特開平４−63289（ＪＰ，Ａ) 国際公開93／009018（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】薄肉板に軸部材を取り付けるための貫通
孔を形成する薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法で
あって、前記薄肉板に前記薄板材の板厚寸法より大きな
直径を有する貫通孔を両側からエッチング加工により形
成するに当たり、両面からのエッチング加工条件を制御
することにより、当該貫通孔の内周面における軸線方向
の一部に、内方に突出した環状突起を形成することを特
徴とする薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法。
【請求項２】薄肉板に軸部材を取り付けるための貫通
孔を形成する薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法で
あって、前記薄肉板を両側からエッチング加工すること
により、貫通孔を開けることを特徴とする薄肉板に対す
る軸部材取付孔の加工方法であって、前記貫通孔をエッ
チング加工により形成するに当たり、両面からのエッチ
ング加工条件を制御することにより、当該貫通孔の両側
開口の径を異なるように形成することを特徴とする薄肉
板に対する軸部材取付孔の加工方法。
【請求項３】薄肉板に軸部材を取り付けるための貫通
孔を形成する薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法で
あって、前記薄肉板を両側からエッチング加工すること
により、貫通孔を開けることを特徴とする薄肉板に対す
る軸部材取付孔の加工方法であって、前記貫通孔をエッ
チング加工により形成するに当たり、両面からのエッチ
ング加工条件を制御することにより、当該貫通孔の一方
の開口縁を面取り加工し、形成された貫通孔を皿ねじ等
の取付け孔として利用することを特徴とする薄肉板に対
する軸部材取付孔の加工方法。
【請求項４】請求項１に記載の方法により得られた貫
通孔に軸部材を嵌め込み、当該貫通孔の内周面に形成さ
れている環状突起を抜け防止部分として利用することを
特徴とする薄肉板への軸部材の固定方法。
【請求項５】薄肉板に軸部材を取り付けるための貫通
孔を形成する薄肉板に対する軸部材取付孔の加工方法で
あって、前記薄肉板を両側からエッチング加工すること
により、貫通孔を開けることを特徴とする薄肉板に対す
る軸部材取付孔の加工方法により得られた貫通孔に軸部
材を嵌め込み、当該貫通孔の内周面に形成されている環
状突起を当該軸部材の嵌め込み深さを規定する位置決め
部分として利用することを特徴とする薄肉板への軸部材
の固定方法。
【請求項６】請求項１から３に記載のいずれかの加工
方法において形成された薄肉板、および軸部材により構
成されたことを特徴とするマイクロ駆動ユニット。
【請求項７】請求項１から３に記載のいずれかの加工
方法において形成された薄肉板、並びに軸部材、モータ
および該モータと連動する輪列により構成されたことを
特徴とするマイクロ駆動ユニット。
【請求項８】請求項４または５に記載の固定方法によ
り形成された薄肉板、および軸部材により構成されたこ
とを特徴とするマイクロ駆動ユニット。
【請求項９】請求項４または５に記載の固定方法によ
り形成された薄肉板、並びに軸部材、モータおよび該モ
ータと連動する輪列により構成されたことを特徴とする
マイクロ駆動ユニット。