JP3757795B2 - マイクログリッパー及びマイクログリッパーの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小部品の搬送や組み立て作業、いわゆるマイクロアセンブリ作業に用いられるマイクログリッパー及びマイクログリッパーの製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
研究開発段階にあるマイクログリッパー（以下、グリッパーという。）は多いが、製品化に至っているのは非常に少ない。これにはグリッパーのアクチュエータ自体のマイクロ化の困難さが影響していると考えられる。かかる状況下、製品の基本的構成を示しているアクチュエータの従来技術として日本国特開平８−９０４７７号公報がある。
【０００３】
かかるアクチュエータは、圧電素子による可動枠の伸縮変位がヒンジとレバーから成る揺動機構を介しＵ字形把握指の開閉変位に変換される駆動機構を特徴としており、被把持物に対する両把握指の均等開閉挙動を奏するという効果がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来のグリッパーでは、圧電素子の伸縮変位をグリッパーの作動変位として利用するには、変位の拡大機構がなければならず、構造が複雑に成っていた。例えば、圧電素子の伸縮変位がｎｍオーダであるために、把握指に数１００μｍ程度の開閉変位を得るにも、数１００倍の拡大機構を要するという問題点があった。
【０００５】
本発明者は、拡大機構を用いることなく、駆動部のわずかな並進変位量に基づき先端部の変位量が大きく、且つ、被対象物を把持する二つのＶ字辺から成る変位拡大部材を備えたグリッパーを提案した（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０４６１）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のＶ字辺を有する該変位拡大部材を備えたグリッパーを製造するには、一般に、独立に加工した各Ｖ字辺を複数用意して各Ｖ字辺を接合することが考えられるが、工作精度を確保することが困難で、組み立てが煩雑であるという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、微小部品等を把持するための変位拡大部材（把持部材）を備えたマイクログリッパー及びマイクログリッパーの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、第１の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーの製造方法であって、 上記変位拡大部材は、結合された上記Ｖ字辺の各辺部がそれぞれ平面状に延長された状態から、上記各辺部を中央部から折り曲げる第１ステップと、 上記結合部から上記各辺部を上記第１ステップで折り曲げた方向と反対方向に折り曲げる第２ステップと、を含むステップからなることを特徴とするとするものである。
【０００９】
第２の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の開放側の他端部を折り曲げて、ケースに連結する固定片を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の各辺部に、折り曲げる識別部を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合する結合部と上記Ｖ字辺の辺部との境界部を、上記辺部よりも幅を細く形成することを特徴とするものである。
【００１２】
第５の発明によるマイクログリッパーは、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーであって、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結する連結部材を、内周側に切欠きを設けたリング部材で構成することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態について図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２において、マイクログリッパーは、微少な対象物を把持するために、並進変位に基づいて一端１００ｇが引っ張られたり、戻されたりして先端部が拡大変位することによって開閉動作する、略Ｖ字形状の三つのＶ字辺を有する変位拡大部材としての把持フィンガー１００と、回転することにより把持フィンガー１００に駆動力を付与する駆動部と、この駆動部の回転を並進移動に変換させる変換部と、この変換部と把持フィンガー１００を結合する結合部と、この変換部及び駆動部、結合部を収納させるケース部と、把持フィンガー１００の一部をケース部を利用して固定する固定部とから成っている。
【００１４】
図２に示すように把持フィンガー１００は、三つの略Ｖ字形状のＶ字辺１００Ｖを有し、このＶ字辺の先端部には、端部同士を共有する共有部１００ａを備え、Ｖ字辺１００Ｖははり状の弾性体で、この共有部１００ａから延長されると共に、対峙する二つの辺部１００ｄ，１００ｋと、共有部１００ａと反対側が開放されている開放部１００ｐと、開放部（側）１００ｐの各一端同士を結合したドーナツ状の結合部１００ｇと、フック状の固定爪（固定片）１００ｔとを有している。把持フィンガー１００は三つの共有部（先端部）１００ａが、内側に曲げられて対象物を把持すると共に、共有部１００ａが復帰することで、対象物を開放する。
【００１５】
ここで、共有部１００ａには、辺部１００ｄ，辺部１００ｋとをハンダ、溶接、接着剤などにより固着された固着部が形成されている。なお、把持フィンガー１００は金属材料でなくとも、対象物によっては樹脂などの非金属材料でも良い。なお、結合部１００ｇは上記のようにドーナツ状でなくとも、各辺部１００ｋの端部が結合しておれば足りる。
【００１６】
駆動部は変換部を介して把持フィンガー１００の結合部１００ｇに連結され、該結合部１００ｇを並進変位させるためのロータ軸１２ａを有する例えば、減速機付きコアレスＤＣモータ（以下、モータという。）１２である。
【００１７】
変換部は、外周にねじ１１ａを有し、モータ１２のロータ軸１２ａを嵌合固定させたねじ軸１１と、後端を切削されて形成された中空部の円周面にネジ１０ａを有し、このねじ１０ａとねじ軸１１のねじ１１ａとを螺合させたナット１０とから成っており、モータ１２のロータ軸１２ａの回転をナット１０の並進変位に変換するように構成されている。
【００１８】
結合部は、ナット１０の先端に突起部１０ｔが形成されており、突起部１０ｔの中央部には、ねじ孔が穿設されていて、このねじ孔に把持フィンガー１００の結合部１００ｇがねじ２０によって固定されている。ナット１０は断面が小判形又は矩形状に形成されている。
【００１９】
ケース部は、ケース１４と、ケース１４の右端面を閉じた蓋１５と、ケース１４の左端面に係合固定されたキャップ３とから形成されている。ケース１４は、円筒状に形成されており、円柱状の空間部にモータ１２を収めるモータ収納部１４ａと、モータ１２のロータ軸１２ａと、ねじ軸１１の一部を収納するねじ軸収納部１４ｂと、ナット１０を収納する全体が小判形又は矩形状に形成されたガイド部としてのナット収納部１４ｃと、を有している。
【００２０】
キャップ３は、結合部が内包され、且つ、横断面が略台形状に形成された筒状で、中央に三段階の貫通孔を有する中空円筒を有し、この中空円筒の端面が凹状に形成されたフランジ３ａが設けられ、凹部の円周面にはねじ３ｂが施されている。
【００２１】
固定部は、把持フィンガー１００の固定爪１００ｔがキャップ３のフランジ３ａ上に当接して、円筒状の押え２の外周面に形成されたねじがキャップ３の凹部のねじ３ｂと螺合して把持フィンガー１００の固定爪１００ｔをキャップ３に固定する。
【００２２】
次に、把持フィンガー１００の製造方法を図３から図６によって説明する。図３はフィンガー片を示す平面図である。略Ｙ形状のフィンガー片１０１は、ばね特性を有する金属材料から成る１枚の弾性板から、例えばワイヤー放電加工機により切断される。すなわち、独立した各Ｖ字辺を複数用意してから各Ｖ字辺を接合することなく、フィンガー片１０１を展開した状態から把持フィンガー１００を製造することに特徴があるものである。
【００２３】
図３において、フィンガー片１０１は、三つの同一長さの辺部１０１ａが等間隔で、中央の結合部１０１ｇを中心に放射状に形成されている。結合部１０１ｇはドーナツ状に形成されており、中心には孔１０１ｅが穿設されていて、該結合部１０１ｇと上記辺部１０１ａとの境界部１０１ｘが上記辺部よりも幅が細く成っている。各辺部１０１ａの中間部には、辺部１０１ａを折り曲げる識別部としての切欠き１０１ｈが設けられており、他端部には、辺部１０１よりも幅が細い固定爪１０１ｔが設けられている。なお、上記においては、三つの辺部１０１ａが同一形状で、等間隔に形成された例を示しているが、不同一形状で、且つ、等間隔でなくとも良い。
【００２４】
次に、図４に示すように、四角柱状の台部２０２と円柱状の柱部２０４とを有する支持治具２００を用意し、該柱部２０４のねじ２０４ａに留めナット３００を螺合して、同様に上部に空胴部４００ｃを有する位置決めナット４００のねじ部４００ａを螺合し所定の位置に止める。フィンガー片１０１を水平に保ち、支持治具２００の柱部２０４の上面に設けられたねじ孔２０４ａとフィンガー片１０１の孔１０１ｅとを一致せしめて、座金４０２を介してＰナベねじ４０４によりフィンガー片１０１を固定する。
【００２５】
図５に示すように、折り曲げ治具５００の空胴部５００ｃを、支持治具２００の柱部２０４に形成されたテーパ部２０４ｔに徐々に挿入すると、フィンガー片１０１の境界部１０１ｘからテーパ部２０４ｔに沿って折り曲がり、やがて、フィンガー片１０１の三つの辺部１０１ａがテーパ部２０４ｔに沿って曲がり、折り曲げ治具５００をさらに下降せしめると、折り曲げ治具５００の先端下部５００ａは位置決めナット４００の円柱状の空洞部４００ｃよりも、僅かに小さい径を有するように形成されているから、折り曲げ治具５００の先端下部５００ａが位置決めナット４００の空洞部４００ｃに徐々に入り込み、フィンガー片１００の三つの切欠き１０１ｈを視認して該切欠き１０１ｈから中央端部から外側が反り返る。ここで、切り欠き１０１ｈは識別部としての機能の他に、辺部１０１ａの折り曲げ容易である機能をも有する。
【００２６】
折り曲げ治具５００を支持治具２００の柱部２０４から取り外し、Ｐなべねじ４０４，座金４０２を外してフィンガー片１０１も支持治具２００の柱部２０４から取り外し、辺部１０１ａが切欠き１０１ｈの位置から曲げられたフィンガー片１０１を、ペンチなどで、折り曲げられた辺部１０１ａと元の辺部１０１ａとが交差するまで折り曲げる。ここで、交差するまで折り曲げるのは、フィンガー片１０１は弾性体であるため、最終の把持フィンガー１００の形状よりも大き目に曲げる必要があるからである。
【００２７】
円筒状のセット治具６００のねじ部６００ａを、支持治具２００の柱部２０４のねじ部２０４ａに螺合して、所定の位置になるように止めナット３００でセット治具６００を固定してから折り曲げられたり、フィンガー片１０１をセット治具６００の空洞部６００ｃと支持治具２００のテーパ部２０４ｔとの隙間に挿入し、フィンガー片１０１の孔１０１ｅをＰなべねじ４０４で座金４０２を介して柱部２０４の天面に固定する。
【００２８】
フィンガー片１０１の三つの先端部１０１ｔがセット治具６００の上面より突出し、この突出部１０１ｔをセット治具６００の円柱状の座ぐり部６００ｄに沿って曲げる。かかる座ぐり部６００ｄがほぼ真円部に形成された内側に沿って垂直に曲げられて爪１００ｔを有する把持フィンガー１００が製造される。セット治具６００のねじ部６００ａと柱部２０４のねじ２０４ａとの螺合を解除してセット治具６００を支持治具２００の柱部２０４からフィンガー片１０１を取り外す。取り外したフィンガー片１０１は、図２に示すように前記把持フィンガー１００に加工される。この把持フィンガー１００の三つの固定爪１０１ｔをキャップ３のフランジ３ａ上に当接して、円筒状の押え２によりキャップ３に固定し、把持フィンガー１００の結合部１００ｇをナット１０の突起部１０ｔにねじ２０で固定する。特に、図３のような展開したフィンガー片１０１から三つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガー１００を得るのに好適である。
【００２９】
次に、上記のように構成されたマイクログリッパーの作用について図１を参照して説明する。まず、モータ１２に電源を投入すると、モータ１２のロータ軸１２ａは回転し、この回転は、ねじ軸１１を介してナット１０に伝動し、ナット１０はナット収納部１４ｃの内部をねじ軸１１の図１に示す右方向に移動する。これに伴い、把持フィンガー１００の結合部１００ｇは同一変位量で、同方向に強制変位され、把持フィンガー１００には、曲げモーメントが作用し、先端部１００ａは互いに近接する向きに曲げられ、先端部１００ａが閉じて対象物を把持する。
【００３０】
ここで、把持フィンガー１００の先端が拡大変位されることを以下に説明する。把持フィンガー１００の結合部１００ｇの僅かな並進変位量ｈに対する把持フィンガー１００の開閉方向の曲げ変位Ｘ（以下、先端部変位量という。）の割合を、拡大率Ｇ＝Ｘ／ｈとすれば、先端部変位量Ｘ、並進変位量ｈ及び拡大率Ｇは下式となる。
Ｘ＝Ｌｓｉｎθ≒Ｌθ
ｈ＝Ｌ（１−ｃｏｓθ）≒Ｌ（θ２／２）
Ｇ＝Ｘ／ｈ＝２／θとなる。
ここに、Ｌ＝辺部１００ｋの長さ（ｍ）
θ＝辺部１００ｄと辺部１００ｋとで挟まれる微小角度（ｒａｄ）
【００３１】
具体的には、把持フィンガー１００の並進変位量ｈを角度θでたとえば ０〜１０°とすると、拡大率Ｇは、∞ 〜１１．５となる。すなわち、僅かな並進変位量ｈに対して先端部変位量Ｘが拡大される。このとき先端部に発生する曲げ変位量は、容易に、結合部１０１ｇの引張り変位量の数十倍になる。
【００３２】
一方、モータ１２の回転を逆転すれば、この回転は、ねじ軸１１を介してナット１０を逆方向に並進変位して、この並進変位量が上記と同様の伝達により把持フィンガー１００の結合部１００ｇを並進変位し、把持フィンガー１００の先端部１００ａが対象物の把持を開放する。
【００３３】
また、Ｖ字辺の開放側の一端部をケースに連結する連結部材として、図８に示すように平板で、リング状のリング部材８００の内側に把持フィンガー１００の固定爪１００ｔとほぼ同一幅の三つの切欠き８００ｔを等間隔で設けたものとし、上記のように把持フィンガー１００を形成した後、図７に示すように把持フィンガー１００の固定爪１００ｔを、リング部材８００の各切欠き８００ｔに係合固定して把持フィンガー１００をユニット９００にしても良い。把持フィンガー１００をユニット９００にすれば、把持フィンガー１００が単体の場合に比較して、把持フィンガー１００の辺部１００ｄ，固定爪１００ｔの形態が安定するため、マイクログリッパーへの組込み性が良くなる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、略Ｖ字形状の複数のＶ字辺を有する変位拡大部材の例として、三つのＶ字辺を有する把持フィンガー１００、及びその製造方法について説明したが、この発明は、複数のＶ字辺を有する把持フィンガー、及びその製造方法について適用でき、殊に、三つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガーを、展開した図３に示すように略Ｙ形状のフィンガー片１０１の状態から、精度良く製造できる。そして、四つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガーでは、図３に示す辺部１０１ａがＶ字辺の数に対応して形成されることとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、被対象物を把持する変位拡大部材が簡易に製造できるという効果がある。
【００３６】
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、変位拡大部材をマイクログリッパーに固定する固定爪が簡易に製造できるという効果がある。
【００３７】
また、第３の発明によれば、第１又は第２の発明の効果に加え、識別部より折り曲げれば良いので、変位拡大部材を製造する作業性が向上するという効果がある。
【００３８】
また、第４の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位拡大部材の結合部から折り曲げ加工し易いという効果がある。
【００３９】
更に、第５の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位拡大部材がリング部材と一体化されることにより、マイクログリッパーに変位拡大部材を固定する作業において、リング部材を押圧挟持すれば良くなり組み立て性が大幅に向上するという効果がある。
また、変位拡大部材の端部がリング部材に固定されているため、多数の変位拡大部材を在庫管理上、変位拡大部材の形状損傷など生じにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例によるマイクログリッパー全体を示す断面側面図である。
【図２】図１のマイクログリッパーに用いる把持フィンガーを示す正面図である。
【図３】図２の把持フィンガーを展開したフィンガー片を示す平面図である。
【図４】図３のフィンガー片を把持フィンガーに加工するために治具に取り付けた状態を示す正面図である。
【図５】図４のフィンガー片を治具により折り曲げる工程を示す正面図である。
【図６】図５のフィンガー片を治具により折り曲げた状態を示す正面図である。
【図７】この発明の他の実施例による把持フィンガーをユニットにした正面図である。
【図８】図７に示す把持フィンガーをユニットに用いるリング部材の平面図である。
【符合の説明】
２ 円筒状の押え ３ キャップ
３ａ フランジ ３ｂ，１０ａ，１１ａ，２０ ねじ
１０ ナット １０ｔ 突起部
１１ ねじ軸 １２ モータ
１２ａ ロータ軸 １４ ケース
１４ａ モータ収納部 １４ｂ ねじ軸収納部
１４ｃ ナット収納部 １５ 蓋
１００ 把持フィンガー １００ａ 共有部
１００ｄ，１００ｋ 辺部 １００ｇ ドーナツ状の結合部
１００ｐ 開放部 １００ｔ 固定爪
１００ｖ Ｖ字辺 １０１ フィンガー片
１０１ａ 辺部 １０１ｅ 孔
１０１ｇ 結合部 １０１ｈ 切欠き
１０１ｔ 突出部 １０１ｘ 境界部
２００ 支持治具 ２０２ 四角柱状の台部
２０４ 円柱状の柱部 ２０４ａ，４００ａ，６００ａ ねじ部
２０４ｔ テーパ部 ３００ 止めナット
４００ 位置決めナット ４００ｃ 空洞部
４０２ 座金 ４０４ Ｐなべねじ
５００ 折り曲げ治具 ５００ａ 先端下部
５００ｃ，６００ｃ 空胴部 ６００ セット治具
６００ｄ 座ぐり部 ８００ リング部材
８００ｔ 切欠き ９００ ユニット
【発明の属する技術分野】
この発明は、微小部品の搬送や組み立て作業、いわゆるマイクロアセンブリ作業に用いられるマイクログリッパー及びマイクログリッパーの製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
研究開発段階にあるマイクログリッパー（以下、グリッパーという。）は多いが、製品化に至っているのは非常に少ない。これにはグリッパーのアクチュエータ自体のマイクロ化の困難さが影響していると考えられる。かかる状況下、製品の基本的構成を示しているアクチュエータの従来技術として日本国特開平８−９０４７７号公報がある。
【０００３】
かかるアクチュエータは、圧電素子による可動枠の伸縮変位がヒンジとレバーから成る揺動機構を介しＵ字形把握指の開閉変位に変換される駆動機構を特徴としており、被把持物に対する両把握指の均等開閉挙動を奏するという効果がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来のグリッパーでは、圧電素子の伸縮変位をグリッパーの作動変位として利用するには、変位の拡大機構がなければならず、構造が複雑に成っていた。例えば、圧電素子の伸縮変位がｎｍオーダであるために、把握指に数１００μｍ程度の開閉変位を得るにも、数１００倍の拡大機構を要するという問題点があった。
【０００５】
本発明者は、拡大機構を用いることなく、駆動部のわずかな並進変位量に基づき先端部の変位量が大きく、且つ、被対象物を把持する二つのＶ字辺から成る変位拡大部材を備えたグリッパーを提案した（国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ９７／０４６１）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数のＶ字辺を有する該変位拡大部材を備えたグリッパーを製造するには、一般に、独立に加工した各Ｖ字辺を複数用意して各Ｖ字辺を接合することが考えられるが、工作精度を確保することが困難で、組み立てが煩雑であるという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記課題を解決するためになされたもので、微小部品等を把持するための変位拡大部材（把持部材）を備えたマイクログリッパー及びマイクログリッパーの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、第１の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーの製造方法であって、 上記変位拡大部材は、結合された上記Ｖ字辺の各辺部がそれぞれ平面状に延長された状態から、上記各辺部を中央部から折り曲げる第１ステップと、 上記結合部から上記各辺部を上記第１ステップで折り曲げた方向と反対方向に折り曲げる第２ステップと、を含むステップからなることを特徴とするとするものである。
【０００９】
第２の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の開放側の他端部を折り曲げて、ケースに連結する固定片を形成することを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の各辺部に、折り曲げる識別部を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明によるマイクログリッパーの製造方法は、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合する結合部と上記Ｖ字辺の辺部との境界部を、上記辺部よりも幅を細く形成することを特徴とするものである。
【００１２】
第５の発明によるマイクログリッパーは、ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーであって、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結する連結部材を、内周側に切欠きを設けたリング部材で構成することを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態について図１〜図３を用いて説明する。図１及び図２において、マイクログリッパーは、微少な対象物を把持するために、並進変位に基づいて一端１００ｇが引っ張られたり、戻されたりして先端部が拡大変位することによって開閉動作する、略Ｖ字形状の三つのＶ字辺を有する変位拡大部材としての把持フィンガー１００と、回転することにより把持フィンガー１００に駆動力を付与する駆動部と、この駆動部の回転を並進移動に変換させる変換部と、この変換部と把持フィンガー１００を結合する結合部と、この変換部及び駆動部、結合部を収納させるケース部と、把持フィンガー１００の一部をケース部を利用して固定する固定部とから成っている。
【００１４】
図２に示すように把持フィンガー１００は、三つの略Ｖ字形状のＶ字辺１００Ｖを有し、このＶ字辺の先端部には、端部同士を共有する共有部１００ａを備え、Ｖ字辺１００Ｖははり状の弾性体で、この共有部１００ａから延長されると共に、対峙する二つの辺部１００ｄ，１００ｋと、共有部１００ａと反対側が開放されている開放部１００ｐと、開放部（側）１００ｐの各一端同士を結合したドーナツ状の結合部１００ｇと、フック状の固定爪（固定片）１００ｔとを有している。把持フィンガー１００は三つの共有部（先端部）１００ａが、内側に曲げられて対象物を把持すると共に、共有部１００ａが復帰することで、対象物を開放する。
【００１５】
ここで、共有部１００ａには、辺部１００ｄ，辺部１００ｋとをハンダ、溶接、接着剤などにより固着された固着部が形成されている。なお、把持フィンガー１００は金属材料でなくとも、対象物によっては樹脂などの非金属材料でも良い。なお、結合部１００ｇは上記のようにドーナツ状でなくとも、各辺部１００ｋの端部が結合しておれば足りる。
【００１６】
駆動部は変換部を介して把持フィンガー１００の結合部１００ｇに連結され、該結合部１００ｇを並進変位させるためのロータ軸１２ａを有する例えば、減速機付きコアレスＤＣモータ（以下、モータという。）１２である。
【００１７】
変換部は、外周にねじ１１ａを有し、モータ１２のロータ軸１２ａを嵌合固定させたねじ軸１１と、後端を切削されて形成された中空部の円周面にネジ１０ａを有し、このねじ１０ａとねじ軸１１のねじ１１ａとを螺合させたナット１０とから成っており、モータ１２のロータ軸１２ａの回転をナット１０の並進変位に変換するように構成されている。
【００１８】
結合部は、ナット１０の先端に突起部１０ｔが形成されており、突起部１０ｔの中央部には、ねじ孔が穿設されていて、このねじ孔に把持フィンガー１００の結合部１００ｇがねじ２０によって固定されている。ナット１０は断面が小判形又は矩形状に形成されている。
【００１９】
ケース部は、ケース１４と、ケース１４の右端面を閉じた蓋１５と、ケース１４の左端面に係合固定されたキャップ３とから形成されている。ケース１４は、円筒状に形成されており、円柱状の空間部にモータ１２を収めるモータ収納部１４ａと、モータ１２のロータ軸１２ａと、ねじ軸１１の一部を収納するねじ軸収納部１４ｂと、ナット１０を収納する全体が小判形又は矩形状に形成されたガイド部としてのナット収納部１４ｃと、を有している。
【００２０】
キャップ３は、結合部が内包され、且つ、横断面が略台形状に形成された筒状で、中央に三段階の貫通孔を有する中空円筒を有し、この中空円筒の端面が凹状に形成されたフランジ３ａが設けられ、凹部の円周面にはねじ３ｂが施されている。
【００２１】
固定部は、把持フィンガー１００の固定爪１００ｔがキャップ３のフランジ３ａ上に当接して、円筒状の押え２の外周面に形成されたねじがキャップ３の凹部のねじ３ｂと螺合して把持フィンガー１００の固定爪１００ｔをキャップ３に固定する。
【００２２】
次に、把持フィンガー１００の製造方法を図３から図６によって説明する。図３はフィンガー片を示す平面図である。略Ｙ形状のフィンガー片１０１は、ばね特性を有する金属材料から成る１枚の弾性板から、例えばワイヤー放電加工機により切断される。すなわち、独立した各Ｖ字辺を複数用意してから各Ｖ字辺を接合することなく、フィンガー片１０１を展開した状態から把持フィンガー１００を製造することに特徴があるものである。
【００２３】
図３において、フィンガー片１０１は、三つの同一長さの辺部１０１ａが等間隔で、中央の結合部１０１ｇを中心に放射状に形成されている。結合部１０１ｇはドーナツ状に形成されており、中心には孔１０１ｅが穿設されていて、該結合部１０１ｇと上記辺部１０１ａとの境界部１０１ｘが上記辺部よりも幅が細く成っている。各辺部１０１ａの中間部には、辺部１０１ａを折り曲げる識別部としての切欠き１０１ｈが設けられており、他端部には、辺部１０１よりも幅が細い固定爪１０１ｔが設けられている。なお、上記においては、三つの辺部１０１ａが同一形状で、等間隔に形成された例を示しているが、不同一形状で、且つ、等間隔でなくとも良い。
【００２４】
次に、図４に示すように、四角柱状の台部２０２と円柱状の柱部２０４とを有する支持治具２００を用意し、該柱部２０４のねじ２０４ａに留めナット３００を螺合して、同様に上部に空胴部４００ｃを有する位置決めナット４００のねじ部４００ａを螺合し所定の位置に止める。フィンガー片１０１を水平に保ち、支持治具２００の柱部２０４の上面に設けられたねじ孔２０４ａとフィンガー片１０１の孔１０１ｅとを一致せしめて、座金４０２を介してＰナベねじ４０４によりフィンガー片１０１を固定する。
【００２５】
図５に示すように、折り曲げ治具５００の空胴部５００ｃを、支持治具２００の柱部２０４に形成されたテーパ部２０４ｔに徐々に挿入すると、フィンガー片１０１の境界部１０１ｘからテーパ部２０４ｔに沿って折り曲がり、やがて、フィンガー片１０１の三つの辺部１０１ａがテーパ部２０４ｔに沿って曲がり、折り曲げ治具５００をさらに下降せしめると、折り曲げ治具５００の先端下部５００ａは位置決めナット４００の円柱状の空洞部４００ｃよりも、僅かに小さい径を有するように形成されているから、折り曲げ治具５００の先端下部５００ａが位置決めナット４００の空洞部４００ｃに徐々に入り込み、フィンガー片１００の三つの切欠き１０１ｈを視認して該切欠き１０１ｈから中央端部から外側が反り返る。ここで、切り欠き１０１ｈは識別部としての機能の他に、辺部１０１ａの折り曲げ容易である機能をも有する。
【００２６】
折り曲げ治具５００を支持治具２００の柱部２０４から取り外し、Ｐなべねじ４０４，座金４０２を外してフィンガー片１０１も支持治具２００の柱部２０４から取り外し、辺部１０１ａが切欠き１０１ｈの位置から曲げられたフィンガー片１０１を、ペンチなどで、折り曲げられた辺部１０１ａと元の辺部１０１ａとが交差するまで折り曲げる。ここで、交差するまで折り曲げるのは、フィンガー片１０１は弾性体であるため、最終の把持フィンガー１００の形状よりも大き目に曲げる必要があるからである。
【００２７】
円筒状のセット治具６００のねじ部６００ａを、支持治具２００の柱部２０４のねじ部２０４ａに螺合して、所定の位置になるように止めナット３００でセット治具６００を固定してから折り曲げられたり、フィンガー片１０１をセット治具６００の空洞部６００ｃと支持治具２００のテーパ部２０４ｔとの隙間に挿入し、フィンガー片１０１の孔１０１ｅをＰなべねじ４０４で座金４０２を介して柱部２０４の天面に固定する。
【００２８】
フィンガー片１０１の三つの先端部１０１ｔがセット治具６００の上面より突出し、この突出部１０１ｔをセット治具６００の円柱状の座ぐり部６００ｄに沿って曲げる。かかる座ぐり部６００ｄがほぼ真円部に形成された内側に沿って垂直に曲げられて爪１００ｔを有する把持フィンガー１００が製造される。セット治具６００のねじ部６００ａと柱部２０４のねじ２０４ａとの螺合を解除してセット治具６００を支持治具２００の柱部２０４からフィンガー片１０１を取り外す。取り外したフィンガー片１０１は、図２に示すように前記把持フィンガー１００に加工される。この把持フィンガー１００の三つの固定爪１０１ｔをキャップ３のフランジ３ａ上に当接して、円筒状の押え２によりキャップ３に固定し、把持フィンガー１００の結合部１００ｇをナット１０の突起部１０ｔにねじ２０で固定する。特に、図３のような展開したフィンガー片１０１から三つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガー１００を得るのに好適である。
【００２９】
次に、上記のように構成されたマイクログリッパーの作用について図１を参照して説明する。まず、モータ１２に電源を投入すると、モータ１２のロータ軸１２ａは回転し、この回転は、ねじ軸１１を介してナット１０に伝動し、ナット１０はナット収納部１４ｃの内部をねじ軸１１の図１に示す右方向に移動する。これに伴い、把持フィンガー１００の結合部１００ｇは同一変位量で、同方向に強制変位され、把持フィンガー１００には、曲げモーメントが作用し、先端部１００ａは互いに近接する向きに曲げられ、先端部１００ａが閉じて対象物を把持する。
【００３０】
ここで、把持フィンガー１００の先端が拡大変位されることを以下に説明する。把持フィンガー１００の結合部１００ｇの僅かな並進変位量ｈに対する把持フィンガー１００の開閉方向の曲げ変位Ｘ（以下、先端部変位量という。）の割合を、拡大率Ｇ＝Ｘ／ｈとすれば、先端部変位量Ｘ、並進変位量ｈ及び拡大率Ｇは下式となる。
Ｘ＝Ｌｓｉｎθ≒Ｌθ
ｈ＝Ｌ（１−ｃｏｓθ）≒Ｌ（θ２／２）
Ｇ＝Ｘ／ｈ＝２／θとなる。
ここに、Ｌ＝辺部１００ｋの長さ（ｍ）
θ＝辺部１００ｄと辺部１００ｋとで挟まれる微小角度（ｒａｄ）
【００３１】
具体的には、把持フィンガー１００の並進変位量ｈを角度θでたとえば ０〜１０°とすると、拡大率Ｇは、∞ 〜１１．５となる。すなわち、僅かな並進変位量ｈに対して先端部変位量Ｘが拡大される。このとき先端部に発生する曲げ変位量は、容易に、結合部１０１ｇの引張り変位量の数十倍になる。
【００３２】
一方、モータ１２の回転を逆転すれば、この回転は、ねじ軸１１を介してナット１０を逆方向に並進変位して、この並進変位量が上記と同様の伝達により把持フィンガー１００の結合部１００ｇを並進変位し、把持フィンガー１００の先端部１００ａが対象物の把持を開放する。
【００３３】
また、Ｖ字辺の開放側の一端部をケースに連結する連結部材として、図８に示すように平板で、リング状のリング部材８００の内側に把持フィンガー１００の固定爪１００ｔとほぼ同一幅の三つの切欠き８００ｔを等間隔で設けたものとし、上記のように把持フィンガー１００を形成した後、図７に示すように把持フィンガー１００の固定爪１００ｔを、リング部材８００の各切欠き８００ｔに係合固定して把持フィンガー１００をユニット９００にしても良い。把持フィンガー１００をユニット９００にすれば、把持フィンガー１００が単体の場合に比較して、把持フィンガー１００の辺部１００ｄ，固定爪１００ｔの形態が安定するため、マイクログリッパーへの組込み性が良くなる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、略Ｖ字形状の複数のＶ字辺を有する変位拡大部材の例として、三つのＶ字辺を有する把持フィンガー１００、及びその製造方法について説明したが、この発明は、複数のＶ字辺を有する把持フィンガー、及びその製造方法について適用でき、殊に、三つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガーを、展開した図３に示すように略Ｙ形状のフィンガー片１０１の状態から、精度良く製造できる。そして、四つ以上のＶ字辺を有する把持フィンガーでは、図３に示す辺部１０１ａがＶ字辺の数に対応して形成されることとなる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、被対象物を把持する変位拡大部材が簡易に製造できるという効果がある。
【００３６】
また、第２の発明によれば、第１の発明の効果に加え、変位拡大部材をマイクログリッパーに固定する固定爪が簡易に製造できるという効果がある。
【００３７】
また、第３の発明によれば、第１又は第２の発明の効果に加え、識別部より折り曲げれば良いので、変位拡大部材を製造する作業性が向上するという効果がある。
【００３８】
また、第４の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位拡大部材の結合部から折り曲げ加工し易いという効果がある。
【００３９】
更に、第５の発明によれば、第２の発明の効果に加え、変位拡大部材がリング部材と一体化されることにより、マイクログリッパーに変位拡大部材を固定する作業において、リング部材を押圧挟持すれば良くなり組み立て性が大幅に向上するという効果がある。
また、変位拡大部材の端部がリング部材に固定されているため、多数の変位拡大部材を在庫管理上、変位拡大部材の形状損傷など生じにくいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例によるマイクログリッパー全体を示す断面側面図である。
【図２】図１のマイクログリッパーに用いる把持フィンガーを示す正面図である。
【図３】図２の把持フィンガーを展開したフィンガー片を示す平面図である。
【図４】図３のフィンガー片を把持フィンガーに加工するために治具に取り付けた状態を示す正面図である。
【図５】図４のフィンガー片を治具により折り曲げる工程を示す正面図である。
【図６】図５のフィンガー片を治具により折り曲げた状態を示す正面図である。
【図７】この発明の他の実施例による把持フィンガーをユニットにした正面図である。
【図８】図７に示す把持フィンガーをユニットに用いるリング部材の平面図である。
【符合の説明】
２ 円筒状の押え ３ キャップ
３ａ フランジ ３ｂ，１０ａ，１１ａ，２０ ねじ
１０ ナット １０ｔ 突起部
１１ ねじ軸 １２ モータ
１２ａ ロータ軸 １４ ケース
１４ａ モータ収納部 １４ｂ ねじ軸収納部
１４ｃ ナット収納部 １５ 蓋
１００ 把持フィンガー １００ａ 共有部
１００ｄ，１００ｋ 辺部 １００ｇ ドーナツ状の結合部
１００ｐ 開放部 １００ｔ 固定爪
１００ｖ Ｖ字辺 １０１ フィンガー片
１０１ａ 辺部 １０１ｅ 孔
１０１ｇ 結合部 １０１ｈ 切欠き
１０１ｔ 突出部 １０１ｘ 境界部
２００ 支持治具 ２０２ 四角柱状の台部
２０４ 円柱状の柱部 ２０４ａ，４００ａ，６００ａ ねじ部
２０４ｔ テーパ部 ３００ 止めナット
４００ 位置決めナット ４００ｃ 空洞部
４０２ 座金 ４０４ Ｐなべねじ
５００ 折り曲げ治具 ５００ａ 先端下部
５００ｃ，６００ｃ 空胴部 ６００ セット治具
６００ｄ 座ぐり部 ８００ リング部材
８００ｔ 切欠き ９００ ユニット
Claims (5)
- ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーの製造方法であって、
上記変位拡大部材は、結合された上記Ｖ字辺の各辺部がそれぞれ平面状に延長された状態から、上記各辺部を中央部から折り曲げる第１ステップと、 上記結合部から上記各辺部を上記第１ステップで折り曲げた方向と反対方向に折り曲げる第２ステップと、を含むステップからなることを特徴とするマイクログリッパーの製造方法。 - 上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を折り曲げて、上記ケースに連結する固定片を形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクログリッパーの製造方法。
- 上記各Ｖ字辺の上記各辺部に、折り曲げる識別部を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクログリッパーの製造方法。
- 上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合する結合部と上記辺部との境界部を、上記辺部よりも幅を細く形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のマイクログリッパーの製造方法。
- ケースに内蔵された並進移動する移動部を有する並進駆動部と、Ｖ字形状の少なくとも二つのＶ字辺からなり、各Ｖ字辺の開放側の一端部同士を結合すると共に、上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結し、更に、上記各Ｖ字辺の開放側の一端部同士が結合される結合部を上記並進駆動部の移動部に連結し、上記並進移動に基づいて上記結合部が引っ張られることにより、上記並進移動の量よりも上記Ｖ字辺の上記開放側と反対側先端部の変位量が拡大される変位拡大部材と、を備えたマイクログリッパーであって、
上記各Ｖ字辺の開放側の他端部を上記ケースに連結する連結部材を、内周側に切欠きを設けたリング部材で構成することを特徴とするマイクログリッパー。
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