JPH09216187A

JPH09216187A - 微小物の把持具

Info

Publication number: JPH09216187A
Application number: JP8046634A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Ichiki; 克則一木; Masaki Hatakeyama; 雅規畠山; Yasushi Taima; 康當間; Yotaro Hatamura; 洋太郎畑村; Masayuki Nakao; 政之中尾
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】微小物を複数の作業ステーションを通して加
工や組立を行う際に、微小物を容易に且つ安定に把持し
て、運搬、組立等の作業を行うことができる微小物の把
持具を提供する。【解決手段】弾性材料からなる基部６Ａと、基部か
ら延伸する少なくとも２本の細板状の弾性ばね部２Ａ，
２Ｂとを備え、２本の細板状の弾性ばね部２Ａ，２Ｂが
弾性変形してばね部間に微小物５を把持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小な被加工物
（微小物）を取扱う微細な作業に用いるのに好適な把持
具に係り、特に取扱対象物である微小物を把持した状態
で搬送するとともに、作業装置に対して所定位置に保
持、挿入又は抜取を行うための微小物の把持具に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロマシン、医療機器、情報
機器などに用いる微小部品（微小物）に、切削、研削、
配線、接合などの加工を施したり、微小物同士を組み立
てる作業は、一般的には、顕微鏡下で操作者が手にピン
セットやピペットなどの道具を持って手作業で行ってい
た。また、手作業では不可能な微細加工の場合は、真空
ポンプで常に減圧したマイクロピペットで微小部品を吸
引しながら把持していた。また、真空中でプラズマやビ
ームを用いて加工を行う場合は、マイクロマニピュレー
タの先端に微小物をテープや接着剤やねじで固定した
り、ピエゾ素子などで駆動するマイクロピンセットで微
小物を把持して作業を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微小物
を扱う作業を手作業で行うには、高度の熟練を要する。
例えば、ピンセットで作業を行う場合、その把持力が強
すぎても弱すぎてもいけない。強すぎれば、微小物は破
損したり、飛散したりする。弱過ぎれば、微小物は落下
する。したがって、適切な力のもとで、一定力で把持す
ることが要求される。

【０００４】また、微小物をさまざまなプロセス装置に
通してバッチ処理をする場合、その都度、微小物をはず
して、把持し直す動作を繰り返していると、微小物を破
壊する危険性が大きくなるし、運搬や操作に時間がかか
って作業能率が悪い。そこで、一旦、把持したら、それ
を把持したまま、いろいろな作業を行ったり、移動した
りすることが望ましい。しかしながら、従来技術では、
把持するのに、電気的な力で把持力をもたせていると電
線が邪魔になるし、把持する部分は微小な針などででき
ていても、ピエゾ素子やマイクロメータヘッドなどを搭
載すると、全体の寸法は大きくなり、移動する際には都
合が悪い。

【０００５】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みて
為されたもので、微小物を複数の作業ステーションを通
して加工や組立を行う際に、微小物を容易に且つ安定に
把持して、運搬、組立等の作業を行うことができる微小
物の把持具を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の微小物の把持具
は、弾性材料からなる基部と、該基部から延伸する少な
く共２本の細板状の弾性ばね部とを備え、該２本の細板
状の弾性ばね部が弾性変形して該ばね部間に微小物を把
持することを特徴とする。

【０００７】また、前記弾性ばね部の先端に、前記微小
物把持のための微小物保持部を有することを特徴とす
る。

【０００８】また、前記微小物保持部には複数の形状の
微小物の把持のための切欠きを備えたことを特徴とす
る。

【０００９】また、前記微小物保持部に、スリットを刻
んであることを特徴とする。

【００１０】また、前記２本の弾性ばね部の対が共通の
基部に複数対配置されていることを特徴とする。

【００１１】また、前記複数対配置されている弾性ばね
部の長さがそれぞれ異なるものであることを特徴とす
る。

【００１２】また、前記弾性材料はポリイミド樹脂であ
ることを特徴とする。

【００１３】本発明の把持具によれば、微小物は、弾性
ばねによって把持され、一定力で保持される。したがっ
て、普通のピンセットでは、力を入れてピンセットを閉
じると、微小物を壊してしまうが、この場合、ある力以
上加わっても、たわみやすい弾性部の方がたわむため、
把持された微小物には、それ以上、無理な力がかからな
い。したがって、微小物を壊す恐れがない。また、逆
に、把持力が弱くなり落下させて紛失することがなくな
る。それに、構造が簡単で、把持具自体の大きさが小さ
いので、把持具を、たとえば、回転軸の先端や、マニピ
ュレータの先端などに取り付けることができる他、狭い
スペースでも搬送することができる。

【００１４】また、丸い形状などのように、平らな面同
士で挟んでも、接触面積が小さく、うまく把持できない
ようなものでも、その形状に合わせた保持部の形状とす
れば、微小物との接触面積を大きくとることができる。
従って、把持しにくい形状の微小物をきちんと把持する
ことができる。

【００１５】また、微小物保持部に、スリットを刻むこ
とによって、どんな形状の微小物に対しても、保持部が
変形して微小物の形にならうので、しっかり保持するこ
とができる。

【００１６】また、弾性ばね部の対を共通の基部に多数
対配置することから、局所的に、多数の微小物を把持す
ることができるので、微小物同士を相互に組み立てたり
する作業が容易に行える。

【００１７】また、複数対の弾性ばね部の長さを異なら
せることにより、微小物の強度、または、その微小物に
対して起こることが予想される加工反力もしくは慣性力
などに応じたばね力の弾性ばね部の保持部を用いればよ
いので、適切なばね力で把持することができる。

【００１８】また、弾性材料は一例としてポリイミド樹
脂の薄板構造であり、基部と弾性ばね部とが一体的に成
型されるので、その製造が容易である。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明の第１
乃至第８の実施例について説明する。

【００２０】図１は、本発明の第１実施例の把持具の
（Ａ）は構造を示し、（Ｂ）はその使用状態を示すもの
である。この把持具の材料は、厚さ75μｍのポリイミド
樹脂である。ポリイミド樹脂の薄板構造体からなる把持
具１は、本体６の基部６Ａから２本の細板状の弾性ばね
部２Ａ，２Ｂが延伸している。弾性ばね部２Ａ，２Ｂの
先端には、微小物５を把持するための微小物保持部３
Ａ，３Ｂを備える。微小物保持部３Ａ，３Ｂと、弾性ば
ね部２Ａ，２Ｂと、基部６Ａを含めた本体部６とは、一
体の構造となっており、ポリイミド樹脂の薄板からエッ
チング加工等で形成したものである。

【００２１】この把持具の大きさは、たとえば、保持部
３Ａ，３Ｂが３００μｍ角、保持部３Ａと保持部３Ｂと
のすき間の間隔が５０μｍ、弾性ばね部２Ａ，２Ｂが、
幅５０μｍ、長さ６００μｍ程度である。この把持具の
大きさは、2mm×3mm程度と小さいため、この把持具ごと
移動させることができる。

【００２２】図１（Ｂ）に示すように、保持部３Ａ，３
Ｂに微小物５を挟むと、弾性ばね部２Ａ．２Ｂがたわ
み、その弾性反力で微小物５を保持する。この力は、一
定なので、途中で落としたり、逆に把持力が強過ぎてワ
ークである微小物を破壊してしまうことはない。例え
ば、パレットの先端にこの把持具１を取付けておけば、
作業する場所が移動するときは、パレットごと移動用の
ロボットアームで移動することができる。また、パレッ
ト同士を隣り合わせて隣接させれば、パレットに取付け
られた把持具に把持された、それぞれの微小物同士を組
み合わせるとき、落下させることがなく、安全に作業す
ることができる。

【００２３】図２は、本発明の第２実施例の把持具を示
す。この把持具は第１実施例の把持具とほぼ同様の形状
を有するが、第１実施例の把持具と異なる点は、（Ａ）
に示すように保持部３Ａ，３Ｂがテーパ部Ｔを備えてい
ることである。このため、微小物５を保持部３Ａ，３Ｂ
間に把持するに際して、まず微小物３を弾性ばね部２
Ａ，２Ｂ間のスペースに配置する。そして、矢印１０に
示す方向に微小物５をテーパ部Ｔに沿って移動すること
により、図２（Ｂ）に示すようにスムーズに微小物３を
保持部３Ａ，３Ｂ間に把持することができる。即ち、微
小物５は、図２(Ａ)の矢印１０のような方向に動かせ
ば、保持部３Ａ，３Ｂが曲線形状になっているので、自
動的に保持部３Ａ，３Ｂ間が開いて、把持される。この
ため、図２(Ｃ)のような縦にたわむモードを防止でき
る。しかし、微小物の強度が弱い場合は、横から摩擦さ
せながら滑り込ませて把持部に持ってきたのでは、途中
で壊れてしまう危険性がある。

【００２４】図３は、本発明の第３実施例の把持具を示
す。この把持具は、保持部３Ａ，３Ｂの、微小物が当た
る面のところが、ギザギザに凹凸７がつけられており、
微小物が滑りにくいようになっている。そして、弾性ば
ね部２Ｂの保持部３Ｂの先端２Ｃには、押し棒８が当接
している。押し棒８を押すと、保持部３Ｂの先端部２Ｃ
の部分が左に押され、弾性ばね部２Ｂがたわみ、保持部
３Ａ、３Ｂ間が開くことになる。この状態で、微小物の
取付や取り外しを行うことができる。

【００２５】図４は、本発明の第４実施例の把持具を示
す。この把持具は、把持部１２Ａ，１２Ｂの根元に、線
膨張係数の異なる２種類の薄膜１３，１４をサンドイッ
チし、そこにヒータ１５を埋め込んである。ヒータ１５
に電流を流して温めれば、その部分がバイメタルのよう
に曲がり、把持部１２Ａ，１２Ｂが開く構造になってい
る。このため、上述した実施例のように、機械的な押し
棒のような大きな構造が不要となる。この構造は、たと
えば、薄膜１３が、５μｍ厚のポリイミド樹脂膜、薄膜
１４が３μｍ厚のポリイミド樹脂膜、その間に間挿され
るヒータ１５がＡｕ−Ｎｉのヒーターである。ポリイミ
ド薄膜１３とポリミド薄膜１４は、成分が異なり、線膨
張係数が異なっている。この把持具は、犠牲層エッチン
グ技術を用いたリソグラフィー技術で作製する。

【００２６】図５は、本発明の第５実施例の把持具を示
す。図５に示すように上述の第４実施例の把持具にさら
に、スリット２０が設けてあり、それぞれのスリットが
弾性ばねの役割を果たす。この把持具で微小物５を挟む
と、把持部１２Ａ，１２Ｂは、微小物の形状にならうよ
うに各々がたわむので、微小物を包み込むようになり、
把持性が向上する。

【００２７】図６は、本発明の第６実施例の把持具を示
す。(Ａ)に示す把持具では、本体６から延伸した把持部
１２Ａ，１２Ｂに半径の異なる丸い切り欠き２１Ａ，２
１Ｂ，２１Ｃを開けてあるので、微小物のサイズで、適
合する穴（切欠き）に入れておけばよい。（Ｂ）に示す
把持具では、同様に、サイズの異なるＶ溝（切欠き）２
２Ａ，２２Ｂが切ってあり、角物の微小物を把持するの
に好適である。

【００２８】図７は、本発明の第７実施例の把持具を示
す。保持部１３Ａ，１３Ｂの対からなる把持具１３が、
基部を共通にして、多数対並べられている。したがっ
て、マニピュレータなどの先端に取付けて、微小物同士
の接合や組立をおこなう際に、それぞれの微小物が隣接
して位置すれば、そのような作業で、微小物の移動距離
が短くなるだけでなく、顕微鏡の同一視野内に組み立て
る対象物自体が同時に入るので作業の能率が上がる。

【００２９】図８は、本発明の第８実施例の把持具を示
す。本実施例は上述の第７実施例と同様に複数対の把持
部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃを共通の基部に有する。把持
部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、図示するように弾性ばね
部Ａ，Ｂ，Ｃの長さがそれぞれ異なる。このため、把持
部１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃではそれぞればね力が異な
り、また切欠け部の大きさが異なるので、微小物の強さ
と大きさに応じて、任意のＶ溝を選択できる。

【００３０】尚、上述した実施例では、弾性材料として
ポリイミド樹脂を用いた例について説明した。しかしな
がら、ポリイミド樹脂に限定されるものではなく、適度
の弾性を有し加工が容易なものであれば、いかなる材料
でも利用できるのは勿論のことである。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、微小物は、把持具に一
定力で把持されるので、落下や破損の危険性がない。ま
た、把持具の寸法が数mm以下と小さいので、ロボットハ
ンドの先端等に取付けることにより、微小物の搬送、位
置決め等が容易に行える。また、微小物把持のための微
小物保持部を有することから、微小物の形状が特殊なも
のでも、きちんと把持できる。また、保持部がスリット
を有することから、不特定の形状をした微小物に対して
も、保持部が変形して、微小物の形状にならうので、密
着性よく把持できる。

【００３２】また、弾性ばねの剛性を選べるので、強度
の弱い微小物には、ばね力の弱い把持部を、強度の強い
微小物には、ばね力の強い把持部を選べる。特に、その
微小物が重く、移動を行うときの加速度運動時に大きな
慣性力がかかったり、加工やハンドリングを行うときに
大きな加工反力がかかることが予想される場合には、ば
ね力の大きな把持部を選ぶことができる。

【００３３】更に、弾性ばね部の対が多数対配置された
把持具を用いることにより、一カ所に多数の微小物を集
めて、作業ができるので、微小物同士の組立などの作業
の能率が上がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の把持具の説明図。

【図２】本発明の第２実施例の把持具の説明図。

【図３】本発明の第３実施例の把持具の説明図。

【図４】本発明の第４実施例の把持具の説明図。

【図５】本発明の第５実施例の把持具の説明図。

【図６】本発明の第６実施例の把持具の説明図。

【図７】本発明の第７実施例の把持具の説明図。

【図８】本発明の第８実施例の把持具の説明図。

【符号の説明】

１把持具２Ａ，２Ｂ弾性ばね部３Ａ，３Ｂ保持部５微小物１２Ａ，１２Ｂ把持部２０スリット２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２２Ａ，２２Ｂ切欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者當間康神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者畑村洋太郎東京都文京区小日向２丁目12番11号 (72)発明者中尾政之千葉県松戸市新松戸４−272 Ｄ−805

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性材料からなる基部と、該基部から延
伸する少なく共２本の細板状の弾性ばね部とを備え、該
２本の細板状の弾性ばね部が弾性変形して該ばね部間に
微小物を把持することを特徴とする微小物の把持具。
【請求項２】前記弾性ばね部の先端に、前記微小物把
持のための微小物保持部を有することを特徴とする請求
項１に記載の微小物の把持具。
【請求項３】前記微小物保持部には複数の形状の微小
物の把持のための切欠きを備えたことを特徴とする請求
項２に記載の微小物の把持具。
【請求項４】前記微小物保持部に、スリットを刻んで
あることを特徴とする請求項２に記載の微小物の把持
具。
【請求項５】前記２本の弾性ばね部の対が共通の基部
に複数対配置されていることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれか一項に記載の微小物の把持具。
【請求項６】前記複数対配置されている弾性ばね部の
長さがそれぞれ異なるものであることを特徴とする請求
項５に記載の微小物の把持具。
【請求項７】前記弾性材料はポリイミド樹脂であるこ
とを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の
微小物の把持具。