JP3884434B2 - 電動ピンセット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小部品を把持するピンセットの改良に関し、詳しくは、変位拡大機構を有する簡易な電動ピンセットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発明者は、先に国際公開番号ＷＯ９９／３０８７７号公報にて、きわめて単純機構に成るグリッパーを提案した。かかるグリッパーは、フィンガーに長柱の座屈現象を応用することにより、特別の変位拡大機構を有することなく、わずかな並進移動量がフィンガー先端において、１０数倍に拡大された曲げ変位量に変換される特徴を有するものである。かかるグリッパーによれば、微小部品のソフトな把持ができ、小形軽量のために、ロボットハンドに適するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発明者は鋭意研究、検討を重ねた結果、所定の開放・閉成（把持）動作により被対象物を把持する用途に上記グリッパーを適用しようとすると、把持部材の開放量及び閉成量を適当な値に設定する必要がある。このため、把持部材の他端部における往復の並進変位量が所定値になるようにモータの正方向の回転角度、逆方向の回転角度を調整しなければならず煩雑であることを見出した。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、並進変位量の拡大機能を有する把持部材を有し、簡易な構成で該把持部材の所定の開放、閉成ができる電動ピンセットを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電動ピンセットは、モータと、該モータを収納するケース部と、Ｖ形状の二つのＶ字片よりなる形状で一端部と他端部と先端とを有し、前記ケース部に一端部が連結固定され、中央部となる他端部が往復の並進変位量に基づいて先端の開閉量を拡大すると共に、被対象物を開放及び把持する把持部材と、第１の凹部又は第１の凸部とから成る揚程部を有し、前記モータの軸に連結されるカム、および前記揚程部に対応する第２の凸部又は第２の凹部を有し、前記他端部に連結され、該カムの一方向の回転を前記他端部が引っ張られたり、戻されたりする所定の往復方向の並進変位量に変換するカムフォロワ、および前記カム又は前記カムフォロワを押すことにより前記揚程部の第１の凹部又は第１の凸部と前記第２の凹部又は第２の凸部とを接触させる弾性部材を有し、
前記ケース部に収納され、前記モータの軸に連結されると共に、前記モータの一方向の回転を、前記把持部材が開放・把持するように、並進変位量に変換する変換機構と、を備えたことを特徴とするものである。
かかる電動ピンセットによれば、変換機構はモータの一方向の回転を、把持部材の他端部に対して、所定の往復並進変位量に変換し、スイッチ手段がモータを回転・停止する。しかも、把持部材の開閉量が一定になるように把持部材の他端部の並進変位量が所定の値になる。したがって、例えば一定の被対象物を閉成（把持）及び開放させる電動ピンセットを容易に得ることができるという効果がある。
また、簡易な構成でモータの一方向の回転を、把持部材の他端部に対して、所定の往復方向の並進変位量に変換する変換機構を得ることができる。
さらに、弾性部材がカムとカムフォロワとを当接することにより、モータの回転によるカムの動作を確実にカムフォロワに伝達できるので、確実に電動ピンセットの開閉動作ができるという効果がある。
【０００６】
他の発明に係る電動ピンセットは、揚程部の第１の凹部又は第１の凸部、カムフォロワの第２の凸部又は第２の凹部、の少なくとも一つの傾斜を左右非対称とする、ことを特徴とするものである。
かかる電動ピンセットによれば、把持部材の開閉速度を適切な値にできるという効果がある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１による電動ピンセットを第１図乃至第５図によって説明する。第１図は電動ピンセットの全体構成を示す断面図、第２図は電動ピンセットの主要部の拡大図、第３図はフィンガーユニットの斜視図、第４図は電動ピンセットの変換機構とモータの分解斜視図、第５図はカムの変位線図である。
【０００８】
第１図乃至第４図において、電動ピンセット１は、一端部と他端部とを有する把持部材としての把持フィンガー１３を有すると共に、フィンガーユニット１０と、把持フィンガー１３の共有部（他端部）１３ｇに連結されると共に、該共有部１３ｇを並進変位させるモータ５２を有する駆動部５０と、モータ５２の軸５２ａにおける一方向、すなわち、正転又は逆転のうちいずれか一つとなる一定方向の回転を、把持フィンガー１３の共有部１３ｇに対して、所定の往復方向の並進変位に変換し、往路と復路との並進変位量を同一の大きさに変換させる変換機構３０と、把持フィンガー１３の共有部１３ｇを変換機構３０の端部に固定されるネジ１５と、駆動部５０、変換機構３０を収納させると共に、フィンガーユニット１０を固定するケース部６０とから成っている。
【０００９】
フィンガーユニット１０は、第３図に示すように把持部材としての把持フィンガー１３と、ベース部材１１とから成り、把持フィンガー１３は、中央部には孔１３ｅを中央に有する他端部としての共有部１３ｇを有し、Ｖ字片１３ｖの外側片には、中央にスリット１３ｓを有しており、並進変位に基づいて共有部１３ｇが引っ張られたり、戻されたりして先端１３ｘが拡大変位することにより開閉動作する、略Ｖ形状の二つのＶ字片１３ｖを有するように形成されており、Ｖ字片１３ｖにより被対象物を閉成（把持）したり開放したりするように構成されている。
【００１０】
ベース部材１１は、平座金状で、中央に穿設された孔１１ｅを有し、外周に二つの突起片１１ｔが設けられており、把持フィンガー１３のＶ字片１３ｖの端部、すなわち、把持フィンガー１３の一端部を挟持しながら係合される二つの切り欠き１１ｃが設けられている。突起片１１ｔには、スリット１１ｓが設けられて、該スリット１１ｓと連続する円弧状のスリット１１ｇにより、突起片１１ｔの側面を挟持して押圧すると、圧縮されてホルダー部材６２の溝（図示せず）に挿入して、上記挟持を解放することでばね力により突起片１１ｔが復元して該溝に係合されるように形成されている。
なお、フィンガーユニット１０をケース部６０に固定されることにより把持フィンガー１３の一端部はケース部６０に固定（連結）される。
【００１１】
変換機構３０は、モータ５２の軸５２ａに連結されると共に、輪郭３３ｒに第１の凸部３３ｔから成る揚程部を有する略円板状のカム３３と、カム３３の揚程部の移動により動作すると共に、輪郭３５ｒに該凸部３３ｔに対応、すなわち、接触して係合する第２の凹部３５ｕを有するカムフォロワ３５とから成っている。
カム３３は、減速機構５４の軸５４ｃを係合させる孔３３ｅが穿設されており、凸部３３ｔは、断面が半円状の傾斜を有している。
カムフォロワ３５は、三段の円柱で、太さの大きい順に基柱３５ａ、中柱３５ｂ、先柱３５ｃから成り、基柱３５ａの側面部にストレートピン３７が打ちこまれて形成された二つの案内用の案内突起３７ｐと、先柱３５ｃには把持フィンガー１３の共有部１３ｇを固定するためのネジ孔３５ｅと、カム３３の凸部３３ｔの傾斜にわずかな隙間を有して係合するようにカムフォロワ３５の凹部３５ｕにも断面が楕円状の傾斜を有している。
【００１２】
該傾斜を設けたのは第５図の変換機構３０の変位線図に示すようにカム３３の回転角度Δθに対するカムフォロワ３５の並進変位量ΔＳが所定の傾きＡ→Ｂ、Ｃ→Ｄ、すなわちΔＳ／Δθを有するようにするためで、該傾斜により把持フィンガー１３の開放及び閉成の際における開閉速度を適切にするためである。さらに、カム３３の凸部３３ｔとカムフォロワ３５の凹部３５ｕの傾斜を左右非対称として第５図の点線Ａ→Ｂ´に示すように把持フィンガー１３の把持する際の閉成速度を開放する際の速度よりも低くして被対象物をつかみ易くすることもできる。
【００１３】
駆動部５０は、モータ５２の駆動源となる直流電圧を発生する電池５３と、モータ５２の軸５２ａの回転を所定の減速比により減速させる歯車５４ｇを有する減速機構５４とを有している。
減速機構５４には、取付け用のネジ部５４ａと、軸５４ｃとを有している。減速機構５４が有るのは、モータ５２の回転速度を適当な値に減速して把持フィンガー１３の共有部１３ｇにおける並進変位量の移動速度を調整して把持フィンガー１３の開閉速度を適切にするためである。また、減速機構５４に歯車５４ｇを有するのは、把持フィンガー１３が被対象物を把持した状態で、モータ５２の電源がスイッチ５７によって遮断されても、モータ５２の回転を停止状態に維持することにより把持フィンガー１３が閉成から開放することを防ぐためである。なお、減速機構５４には、周知の遊星歯車機構を例示できる。スイッチ手段としてのスイッチ５７は、ケース部６０に固定されると共に、直流電源の電池５３をモータ５２に接続及び開放することによりモータ５２を回転及び停止させるもので、モータ５２には、電池５３の極性が同一のままで、モータ５２を一定方向に回転及び、停止するように構成されている。
【００１４】
ケース部６０は、変換機構３０を収納すると共に、フィンガーユニット１０のベース部材１１を固定するホルダー部材６２と、モータ５２、電池５３を収納するケース６４と、モータ５２の端部を固定すると共に、ホルダー部材６２の端部を固定するモータ受け６６とを備えている。
ホルダー部材６２は、円柱状の中空部６２ａ、中央にカムフォロワ３５の先柱３５ｃに挿入される孔６２ｅが穿設されており、中空部６２ａには、カムフォロワ３５の案内突起３７ｐを摺動させる二つの半円状の溝６２ｕがカムフォロワ３５の並進変位方向に沿って並進変位量よりも長く形成されており、変換機構３０、コイル状の圧縮ばね２２が収納されている。ここで、カムフォロワ３５の案内突起３７ｐがホルダー部材６２の溝６２ｕを摺動しながら移動するのは、カム３３の回転によるカムフォロワ３５の回転を防止するためである。
【００１５】
また、弾性部材としての圧縮ばね２２は、カムフォロワ３５の基柱３５ａを矢印Ａ方向に押すことによりカム３３の輪郭３３ｒとカムフォロワ３５の輪郭３５ｒとが接触するように構成されている。モータ５２の回転によるカム３３の動作を確実にカムフォロワ３５に伝達するためである。これによりスイッチ５７がオフの状態、すなわち、モータ５２が停止した状態で、圧縮ばね２２によりカムフォロワ３５が矢印Ａ方向に押圧されるので、カム３３の凸部３３ｔとカムフォロワ３５の凹部３５ｕとが係合すると、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ａ方向に引っ張られて把持フィンガー１３が閉成して被対象物を把持する。すなわち、把持フィンガー１３の把持力が圧縮ばね２２のバネ力に依存し、把持フィンガー１３を開放する力がモータ５２のトルクに依存する。
【００１６】
上記のように構成された電動ピンセットの動作を第１図によって説明する。いま、把持フィンガー１３が開放している状態で、作業者がスイッチ５７を押すと、電池５３の電圧がモータ５２に印加されてモータ５２が回転を開始する。モータ５２の軸５２ａにより減速機構５４の軸５４ｃを回転し、同時にカム３３も同一の方向に同一の速度で回転する。圧縮バネ２２により矢印Ａ方向に付勢されたカムフォロア３５の凹部３５ｕと、カム３３の凸部３３ｔとが摺動して係合すると、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ａ方向に引っ張られて並進変位しながら移動し、把持フィンガー１３の対向するＶ字片１３Ｖが閉成して被対象物を把持する。
【００１７】
ここで、作業者がスイッチ５７から手を離すと、モータ５２に流れている電流が遮断されてモータ５２の回転が停止する。把持フィンガー１３のＶ字片１３Ｖのバネ力により把持フィンガー１３が開放しようとするが、減速機構５４の歯車５４ｇの摩擦力によってモータ５２の軸５２ａの回転が阻止される。よって、把持フィンガー１３のＶ字片１３Ｖの閉成が保持されるので、被対象物を把持したままとなる。
【００１８】
次に、作業者がスイッチ５７を押すと、上記のようにモータ５２の軸５２ａが回転し、同時にカム３３も同一の方向に同一の速度で回転する。カム３３の凸部３３ｔと、カムフォロア３５の凹部３５ｃとが摺動して係合が解除されると、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ｂ方向に戻されて並進変位しながら移動し、把持フィンガー１３の対向するＶ字片１３Ｖが開放して被対象物を開放する。
【００１９】
実施の形態１では、モータ５２の一方向の回転により把持フィンガー１３が開閉動作するように構成されているので、作業者は部品などの被対象物を把持するためのピンセットを開閉動作させる指力から解放される。また、モータ５２の一方向の回転を、変換機構３０が所定の往復方向の並進変位量に変換するので、把持フィンガー１３の開閉量が一定になるという効果がある。特に、電動ピンセット１は、同一形状の被対象物を把持・開放する用途に適する。さらに、スイッチ５７は、モータ５２の正転、逆転するために電池５３の極性を切換える機能を有しないので、配線が容易になるという効果がある。
【００２０】
なお、変換機構３０の代りに第６図に示す変換機構１３０を用いても良い。変換機構１３０は、モータ５２の軸５２ａに連結されると共に、輪郭１３３ｒが凹部１３３ｕ、凸部１３３ｔから成る揚程部を有する略円板状のカム１３３と、カム１３３の揚程部の移動に基づいて動作すると共に、輪郭１３５ｒに凸１３５ｔを有するカムフォロワ１３５とから成っている。カムフォロワ１３５の凸部１３５ｔは、基柱１３５ａの側面部にストレートピン１３７が打ちこまれて、ストレートピン１３７の一部により形成されている。すなわち、変換機構１３０は、カムフォロワ１３５に凸部１３５ｔを有しているのに対して変換機構３０は、カムフォロワ３５に凹部３５ｕを有している。
【００２１】
また、作業者が電動ピンセット１を片手で操作できるようにスイッチ５７をケース部６０に設けたが、ケース部６０からリード線を引き出してケース部６０とは、スイッチ５７を別にしても良い。
また、モータ５２を直流用としたが交流用でも良く、モータ５２の回転数をインバータ等により適当な値に低下できれば、減速機構５４は必ずしも必要ない。
また、モータ５２を回転及び停止させるスイッチ手段は、電気的なものに限らず、機械的な構成でも良い。
【００２２】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２による電動ピンセットを第７図及び第８図によって説明する。第７図は電動ピンセットの変換機構を示す断面図、第８図は、第７図に示すカム、カムフォロワの分解斜視図である。なお、駆動部５０等は実施の形態１と同一であるため説明、図示を省略する。
【００２３】
第７図及び第８図において、電動ピンセット１０１の変換機構２３０は、モータ５２の軸に連結されて該軸の回転を伝達させる伝達部材としてのドライバー２３１と、ドライバー２３１に固定されたカム２３３と、カム２３３の動作に基いて動作するカムフォロア２３５とから成っている。
ドライバー２３１には、円柱の空洞部２３１ｕを有する略コップ状の形状をしており、空洞部２３１ｕの底の中央に穿設された孔２３１ｅと、内側の上端部に雌ネジ２３１ｎとが設けられている。
カム２３３には、外形がリング状の鍔部２３３ａと円柱部２３３ｈとを有する略帽子状で、外周にドライバー２３１の雌ネジ２３１ｎと螺合するように形成された雄ネジを有する円柱部２３３ｈと、円柱部２３３ｈの端面となる輪郭２３３ｒに形成された略三角状の第１の凹部２３３ｕ、第２の凸部２３３ｔと、穿設された四角柱状の孔２３３ｅとから成っている。
カムフォロワ２３５は、略ボルト状で、四角形状の柱部２３５ｈと、輪郭２３５ｒに四つの楕円形状の凸部２３５ｔとが形成されている。
【００２４】
ホルダー部材２６２は、円柱状の中空部２６２ａと、中央にカムフォロワ２３５の柱部２３５ｈを係合して固定するために穿設された四角柱状の孔２６２ｅとが形成されており、上記中空部２６２ａとモータ受け６６の天面との間には、変換機構２３０、コイル状の圧縮ばね１２２が収納されている。圧縮バネ１２２によって、ドライバー２３１およびカム２３３を矢印Ｃの方向に押し付けることによりカム２３３の輪郭２３３ｒとカムフォロワ２３５の輪郭２３５ｒとが接触している。これによりモータ５２が停止した状態で、圧縮ばね１２２によりカムフォロワ２３５が矢印Ｃ方向に押圧されるので、カム２３３の凹部２３３ｕとカムフォロワ２３５の凸部２３５ｕとがわずかな隙間を有する係合状態で、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ｃ方向に引き戻されて把持フィンガー１３を開放する。一方、カム２３３の凹部２３３ｕとカムフォロワ２３５の凸部２３５ｕとが係合していない非係合状態で、把持フィンガー１３の共有部１３ｇを矢印Ｄ方向に引っ張って把持フィンガー１３を閉成する。
【００２５】
以上のように把持フィンガー１３を開放する力は圧縮ばね１２２のバネ力に依存し、把持フィンガー１３の把持力は、圧縮ばね１２２に比べてモータ５２のトルクが充分大きいので、モータ５２のトルクに依存する。この点、実施の形態１とは逆になる。
上記のように構成された電動ピンセット１０１は、モータ５２の軸の回転を、ドライバー２３１を介してカム２３３、カムフォロワ２３５を回転して実施の形態１とほぼ同様な動作をするものである。また、実施の形態２は実施の形態１に比較してドライバー２３１の部材が追加されるが機能的には実施の形態１と同一である。
【００２６】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３による電動ピンセットを第９図及び第１０図によって説明する。第９図は、電動ピンセットの全体断面図、第１０図は、第９図に示す電動ピンセットの偏心部材の斜視図である。
【００２７】
第９図及び第１０図において、電動ピンセット３０１は、モータ５２の軸に連結される円柱状の連結部３３１ａ、連結部３３１ａから突出されると共に、連結部３３１ａの中心から距離Ｌｅだけずれた位置に円柱状のピン３３１ｐを有する偏心部材３３１と、偏心ピン３３１ｐとほぼ直角方向に配置されると共に、偏心ピン３３１ｐを固定して偏心ピン３３１ｐの一方向の回転を、所定の往復方向の並進変位量に変換すると共に、把持フィンガー１３の共有部１３ｇに固定された円柱状の連結変換部材３３５とを備えている。なお、連結部３３１ａの中心とは、偏心部材３３１の回転中心でもある。
連結変換部材３３５には、円柱状に形成された把持フィンガー１３の共有部１３ｇを固定する固定部３３５ａと、固定部３３５ａよりも一回り大きい摺動部３３５ｓとを有しており、固定部３３５ａには把持フィンガー１３の共有部１３ｇをネジ１５で固定させるネジ孔３３５ｎと、偏心部材３３１の偏心ピン３３１ｐを係合して固定する穿設された孔３３５ｅとを有している。
ホルダー部材３６２には、連結変換部材３３５の固定部３３５ａ、摺動部３３５ｓを摺動自在に収納できる二段円柱状の中空部３６２ａを有しており、端部に蓋６６が被せられている。
【００２８】
上記のように構成された電動ピンセットの動作について説明する。いま、把持フィンガー１３が開放している状態で、作業者がスイッチ５７を押すと、電池５３の電圧をモータ５２に印加してモータ５２が回転を開始する。モータ５２の軸が一方向に回転し、偏心部材３３１の偏心ピン３３１ｐが回転し、偏心ピン３３１ｐが距離Ｌｅ分だけ、矢印Ｆの方向に移動し、連結変換部材３３５も同様な距離だけホルダー部材３６２内を移動する。したがって、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ｆの方向に引っ張られて並進変位し、把持フィンガー１３の対向するＶ字片１３Ｖが閉成して被対象物を把持する。
【００２９】
次に、作業者がスイッチ５７を押すと、上記のようにモータ５２の軸５２ｂが回転し、同時に偏心部材３３１も同一の方向に同一の速度で回転する。偏心ピン３３１ｐが回転し、偏心ピン３３１ｐが距離Ｌｅ分だけ、矢印Ｅの方向に移動し、連結変換部材３３５も上記のように移動する。したがって、把持フィンガー１３の共有部１３ｇが矢印Ｅの方向に戻されて並進変位し、把持フィンガー１３の対向するＶ字片１３Ｖが閉成して被対象物を開放する。
【００３０】
実施の形態３では、偏心部材３３１の偏心ピン３３１ｐの回転を、連結変換部材３３５を介して把持フィンガー１３が開閉される。したがって、電動ピンセット３０１の構成が比較的簡易である。しかも、モータ５２の軸の方向とほぼ直角方向に把持フィンガー１３の開閉ができる。よって、把持フィンガー１３のＶ字片１３ｖが３本以上の場合などには把持フィンガー１３と被対象物とがほぼ直角方向に開閉できるため、作業者がケース６４を容易に保持できる。
【００３１】
【産業上の利用可能性】
以上のように、本発明に係る電動ピンセットは、被対象物を把持・開放するのに適している。
【００３２】
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１図は、本発明の実施の形態１による電動ピンセットの全体断面図である。
【図２】 第２図は、第１図に示す電動ピンセットの部分拡大図である。
【図３】 第３図は、第１図に示す電動ピンセットに用いるフィンガーユニットの斜視図である。
【図４】 第４図は、第１図に示す電動ピンセットのカム、カムフォロワ、減速機構、モータの分解斜視図である。
【図５】 第５図は、第１図に示す電動ピンセットに用いるカムの変位線図である。
【図６】 第６図は、本発明の実施の形態２によるカム、カムフォロワの分解斜視図である。
【図７】 第７図は、本発明の実施の形態２による電動ピンセットの変換機構を示す断面図である。
【図８】 第８図は、第７図に示す電動ピンセットに用いるカム、カムフォロワの分解斜視図である。
【図９】 第９図は、本発明の実施の形態３による電動ピンセットの全体断面図である。
【図１０】 第１０図は、第９図に示す電動ピンセットの偏心部材の斜視図である。

Claims (2)

1. モータと、
   該モータを収納するケース部と、
   Ｖ形状の二つのＶ字片よりなる形状で一端部と他端部と先端とを有し、前記ケース部に一端部が連結固定され、中央部となる他端部が往復の並進変位量に基づいて先端の開閉量を拡大すると共に、被対象物を開放及び把持する把持部材と、
   第１の凹部又は第１の凸部とから成る揚程部を有し、前記モータの軸に連結されるカム、
   および前記揚程部に対応する第２の凸部又は第２の凹部を有し、前記他端部に連結され、該カムの一方向の回転を前記他端部が引っ張られたり、戻されたりする所定の往復方向の並進変位量に変換するカムフォロワ、
   および前記カム又は前記カムフォロワを押すことにより前記揚程部の第１の凹部又は第１の凸部と前記第２の凹部又は第２の凸部とを接触させる弾性部材を有し、
   前記ケース部に収納され、前記モータの軸に連結されると共に、前記モータの一方向の回転を、前記把持部材が開放・把持するように、並進変位量に変換する変換機構と、
   を備えたことを特徴とする電動ピンセット。
2. 前記揚程部の第１の凹部又は第１の凸部、前記カムフォロワの第２の凸部又は第２の凹部、の少なくとも一つの傾斜を左右非対称とすることを特徴とする請求項１に記載の電動ピンセット。

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