JP6742047B1 - マニピュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】操作量当りの移動量を変える。【解決手段】固定部１３，６０及び移動部１２を有するステージ１０と、移動部１２に固定される球面軸受２０と、球面軸受２０に連結される操作軸７５と、操作軸７５と固定部６０とを連結する自在継手３０とを備え、自在継手３０は、移動部１２の移動方向（Ｘ方向，Ｙ方向）と交差する方向（Ｚ方向）に移動可能である。自在継手３０は、球状部３１と、球状部３０を吸着保持する球座部３２とを有する球ジョイント３０であり、固定部６０は、球座部３２を支持する支持部４０を有し、支持部４０は、球座部３２を収容する収容部４０ａと、球座部３２を収容部内の任意の位置で固定する固定手段４１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、マニピュレータに関する。

半導体チップの電気特性を測定する際は、ピンセットを用いて半導体チップを載置台に載置した後、半導体チップの電極にプローブを接触させる。このとき、ピンセットやプローブ等の治具の移動に用いるＸＹステージは、僅かな操作で、長い距離を移動させたり、細かく移動させたりすることができることが好ましい。

特許文献１には、操作レバーや握手部を設けた多軸マニピュレータが開示されている。

実開平１−１３４９１３号公報（第一図）

特許文献１の技術では、操作レバーや握手部の操作量に応じて、駆動量（移動量）を変えており、操作量に応じた移動量を可変にすることまでは考慮されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、操作量に応じた移動量を変更することができるマニピュレータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のマニピュレータは、固定部（１３，６０）及び移動部（１２）を有するステージ（１０）と、前記移動部に固定される球面軸受（２０）と、前記球面軸受に連結（例えば、挿通）される操作軸（７５）と、前記操作軸と前記固定部（６０）とを連結する自在継手（３０）とを備え、前記自在継手は、前記移動部の移動方向（Ｘ方向，Ｙ方向）と交差する方向（Ｚ方向）に移動可能であることを特徴とする。なお、括弧内の符号や文字は、実施形態において付した符号等であって、本発明を限定するものではない。

本発明によれば、操作量当りの移動量を変えることができる。

本発明の実施形態であるマニピュレータの断面図である。 本発明の実施形態であるマニピュレータの平面図である。 球面軸受の構成図である。 球ジョイントの構成図である。 粗動状態で操作した状態を示す側面図である。 微動状態で操作した状態を示す側面図である。 本発明の変形例である規制部材とその周辺を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態（以下、「本実施形態」と称する）につき詳細に説明する。なお、各図は、本実施形態を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。また、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態であるマニピュレータの断面図であり、図２は、その平面図である。
マニピュレータ１００は、ＸＹステージ１０と、球面軸受２０と、自在継手としての球ジョイント３０と、規制部材４０と、連結部５０と、固定部６０と、操作レバー７０と、治具取付板８０とを備える。治具取付板８０には、例えば、半導体チップの電気的特性を測定するプローブや、半導体チップをピックアップするピンセット等の治具が取り付けられる。

操作レバー７０は、操作部７１と、操作軸としての軸体７５と、球ジョイント３０とを備えている。操作部７１は、軸体７５の一端７５ａに取り付けられている。軸体７５の他端７５ｂには、軸体７５の端面に開口するねじ穴７５ｃが形成されている。ねじ穴７５ｃには、球ジョイント３０が取り付けられる。

ＸＹステージ１０は、Ｘ軸固定部１１と、Ｘ軸移動部１２と、Ｙ軸固定部１３と、Ｙ軸移動部１４とを備える。Ｘ軸固定部１１とＹ軸移動部１４とは、互いに固定されている。Ｘ軸移動部１２は、連結部５０に固定されているとともに、Ｘ軸固定部１１に対してＸ軸方向に移動可能である。Ｙ軸固定部１３は、固定部６０に固定されている。Ｙ軸移動部１４は、Ｙ軸固定部１３に対してＹ軸方向に移動可能である。

連結部５０は、Ｘ軸移動部１２に固定されているため、固定部６０に対して、ＸＹ面に沿って自在に移動可能である。また、連結部５０には、球面軸受２０が固定されている。固定部６０は、ＸＹステージ１０を固定する部材であると共に、マニピュレータ１００自体を固定する固定部材を設けた基準部材である。

図３は、球面軸受の構成図である。
球面軸受２０は、球面内輪部２１と、球面内輪部２１を保持するホルダ２２とを備える。球面内輪部２１は、太鼓状の部材であり、球面に成形された側面と、平坦面に成形された上面、及び下面を有している。球面内輪部２１には、上面、及び下面に開口し且つ球面内輪部２１の中心Ｐ（球面の中心）を通る孔２１ａが形成されている。孔２１ａには、操作レバー７０の軸体７５が挿通される。ホルダ２２の内面は、球面内輪部２１と同一径又は僅かに小さな径の球面に成形されており、球面内輪部２１が摺動する。軸体７５は、球面内輪部２１に対して軸方向に摺動可能であると共に、球面内輪部２１の中心Ｐを通る基準軸（本実施形態においてはＺ軸）に対して許容傾斜角度αだけ傾動可能である。この許容傾斜角度αは、軸体７５の径φやホルダ２２の幅Ｄにより制限される。

図４は、球ジョイントの構成図である。
球ジョイント３０は、球状部３１と、球座部３２とから構成される自在継手である。球状部３１は、強磁性体、例えば鉄で形成されており、球座部３２は、磁化された強磁性体、例えばフェライト磁石で形成されている。球座部３２の端部（図４では上端部）には、球状部３１と同一半径の球面３２ａが形成されている。これにより、球状部３１は、その中心Ｑを基準に回動する。なお、球状部３１と球座部３２とは、磁気吸着により連結する。また、球状部３１は、ネジ部３１ａを備えている。なお、ネジ部３１ａの中心軸と球座部３２の基準軸（本実施形態においてはＺ軸）とが成す角度βは、最大で１８０°以上である。ネジ部３１ａは、軸体７５のねじ穴７５ｃ（図１）に螺合する。これにより、軸体７５は、球状部３１の中心Ｑを支点として全方向に傾動する。

図1の説明に戻り、規制部材４０は、球座部３２のＸＹ面内の移動を規制するものであり、固定部６０に取り付けられている。規制部材４０には、球座部３２が収容される孔４０ａと、複数のねじ孔４０ｂ，４０ｂとが形成されている。各ねじ孔４０ｂには、ネジ４１が螺合する。ネジ４１，４１は、球座部３２を規制部材４０に固定する固定手段として機能する。つまり、ネジ４１，４１は、規制部材４０の孔４０ａに挿通された球座部３２を任意の挿通位置で固定する。

なお、固定部６０及び規制部材４０は、ＸＹステージ１０と球ジョイント３０とを連結する第１リンクとして機能する。また、軸体７５の球ジョイント３０と球面軸受２０との間は、第２リンクとして機能し、連結部５０が第３リンクとして機能する。

操作者が操作部７１（図１）をＸＹ面に沿って移動させると、球状部３1の中心Ｑを支点として軸体７５が鉛直状態から傾倒する。軸体７５の傾倒により、球面軸受２０が、ＸＹ面に沿って移動する。球面軸受２０のホルダ２２には、連結部５０及び治具取付板８０が固定されているので、連結部５０及び治具取付板８０がＸＹ面に沿って移動する。

図５は、粗動状態で操作した状態を示す側面図であり、図６は、微動状態で操作した状態を示す側面図である。
粗動状態（図５）とは、球座部３２が図１の状態からΔｄ１だけ−Ｚ方向に移動した位置で規制部材４０に固定された状態である。一方、微動状態（図６）とは、球座部３２が図１の状態からΔｄ２だけ＋Ｚ方向に移動した位置で規制部材４０に固定された状態である。

球座部３２には、球状部３１と軸体７５と操作部７１とが連結されており、軸体７５は球面軸受２０に対して摺動可能である。このため、球座部３２を±Ｚ方向（上下方向）に移動させると、球状部３１、軸体７５および操作部７１も±Ｚ方向（上下方向）に移動する。

図５の粗動状態では、球面軸受２０の中心Ｐと球ジョイント３０の球状部３１の中心Ｑとの距離Ｌ１が大きくなるので、連結部５０及び治具取付板８０は、軸体７５の傾斜角当りの移動量が多くなる。つまり、連結部５０及び治具取付板８０は、操作レバー７０の操作量に対する移動量が大きい粗動状態となる。また、連結部５０及び治具取付板８０のＸ方向の全移動量は、Ｘ軸移動部１２の移動範囲で制限されている。同様に、連結部５０及び治具取付板８０のＹ方向の全移動量は、Ｙ軸移動部１４の移動範囲で制限される。なお、全移動量は、図示しないが、軸体７５と規制部材４０との当接でも制限され得る。

一方、図６の微動状態では、球面軸受２０の中心Ｐと球状部３１の中心Ｑとの距離Ｌ２が短くなるので、連結部５０及び治具取付板８０は、軸体７５の傾斜角当りの移動量が少ない。つまり、連結部５０及び治具取付板８０は、操作レバー７０の操作量に対する移動量が小さい微動状態となる。なお、連結部５０及び治具取付板８０のＸ方向の全移動量は、ホルダ２２又は連結部５０と軸体７５との当接で制限される。

本実施形態では、粗動状態（図５）での最大傾斜角γ１は、γ１≒２０°であり、微動状態（図６）での最大傾斜角γ２は、γ２≒３０°になっている。

以上説明したように、本実施形態のマニピュレータ１００では、球座部３２を規制部材４０の下側で固定すれば、粗動状態（図５）となる。一方、球座部３２を規制部材４０の上側で固定すれば、微動状態（図６）となる。つまり、マニピュレータ１００は、粗動状態と微動状態とを自由に使い分けることができる。また、球座部３２の位置を自由に固定できるので、軸体７５の傾斜角当りの移動量を自由に設定することができる。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記実施形態では、固定手段にネジ４１，４１を用いたが、粗動状態と微動状態とを切り替える切替手段を設けても構わない。

（２）前記実施形態のマニピュレータ１００は、磁石で吸着する球ジョイント３０を用いたが、ホルダ（不図示）が球状部３１の半分を超えて包囲する球ジョイントであっても構わない。この場合の球ジョイントは、球状部３１と、球状部３１を保持する円筒形状のホルダ（不図示）とから構成される。また、球ジョイント３０の代わりに自在継手（ユニバーサルジョイント）を用いても構わない。

（３）前記実施形態の規制部材４０の孔４０ａは、貫通孔であったが、非貫通の穴でも構わない。図７は、変形例の規制部材とその周辺を示す断面図である。規制部材４２には、有底の穴４２ａが形成されている。このような規制部材であれば、底部４２ｂが形成されているので球座部３２が下方に脱落することはない。

（４）前記各実施形態のマニピュレータ１００は、ＸＹステージ１０を用いたが、例えば、Ｘ方向でのみ駆動可能なものであっても構わない。

（５）前記実施形態の球ジョイント３０の球状部３１は、鉄で形成したものであり、円筒部３１は、フェライト磁石であったが、球状部を磁石で形成し、円筒部３１を鉄で形成しても構わない。また、球状部３１と円筒部３１との双方を磁石とし、極性を逆にして吸着させても構わない。

１０ ＸＹステージ
２０ 球面軸受
２１ 球面内輪部
２２ ホルダ
３０ 球ジョイント（自在継手）
３１ 球状部
３２ 球座部
４０ 規制部材（支持部）
４０ａ 孔（収容部）
４１ ネジ（固定手段）
５０ 移動平板
６０ 固定部
７０ 操作レバー
７５ 軸体（操作軸）
１００ マニピュレータ

Claims (3)

1. 固定部及び移動部を有するステージと、
   前記移動部に連結される球面軸受と、
   前記球面軸受に挿通される操作軸と、
   前記操作軸と前記固定部とを連結する自在継手とを備え、
   前記自在継手は、前記移動部の移動方向と交差する方向に移動可能である
   ことを特徴とするマニピュレータ。
2. 請求項１に記載のマニピュレータであって、
   前記自在継手は、球状部と、該球状部を保持する球座部とを有する球ジョイントであり、
   前記固定部は、前記球座部を支持する支持部を有し、
   前記支持部は、前記球座部を収容する収容部と、前記球座部を前記収容部内の任意の位置で固定する固定手段とを有する、
   ことを特徴とするマニピュレータ。
3. 請求項２に記載のマニピュレータであって、
   前記球状部及び前記球座部は、強磁性体であり、少なくとも一方は磁化されており、
   前記球座部は、前記球状部を吸着保持する
   ことを特徴とするマニピュレータ。

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