JPH10249776A - 把持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置全体の小型化、把持および解放動作の十
分な応答性、および十分なエネルギ効率を同時に達成で
きる把持装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 把持装置は、通電状態に対応して変化す
る磁場を形成するコイル１０と、内部に磁性流体が封入
された流体収容部材２０とを有している。コイル１０が
通電された場合、磁性流体はコイル１０が形成する磁場
の方向に沿って移動し、流体収容部材２０の円筒部分２
１は、磁場の方向に沿うようにコイルの軸線方向を向く
ように変位する。円筒部分２１は、弾性部材３５のバネ
力に逆らい、可動指３３を固定指３２の方向に回動させ
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、マニピュレータ等
への適用に適した把持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在では、組立工程を自動化するための
産業用ロボットが広く実用化されており、このようなロ
ボットにおいて作業対象物に作業を行うエンドエフェク
タについても様々なものが実用化されている。

【０００３】エンドエフェクタとしては、作業対象物の
形状が確定している作業を行う場合には、作業対象物の
形状に適合した専用のものが用いられ、作業対象物の形
状が確定していない場合には、汎用作業用の２本指ある
いは多本指のハンド（把持装置）が使用されるのが一般
的である。後者の指型ハンドは、従来から様々な形態で
具体化されているが、以下に、その従来例を数例示す。

【０００４】第１の従来例を図１５に示す。図１５に概
略的に示すハンド１００は、回転モータ１０１が発生し
た回転駆動力を、概略的に図示された歯車列１０２で減
速し、歯車列の最終段の出力軸に固着されたフィンガ１
０３をそれぞれ中心方向に向けて回動させ、これにより
把持および解放動作を行うものである。

【０００５】第２の従来例を図１６に示す。図１６に示
すハンド１１０は、シリコーンゴムからなる外套部材１
１１に線状の形状記憶合金からなる心材１１２を埋設す
ることにより構成されており、このハンド１１０は、形
状記憶合金からなる心材１１２を外部電源１１３により
通電加熱することに指部の開閉動作を行うものである。

【０００６】第３の従来例を図１７に示す。図１７に示
すハンド１２０は、シリコーンゴムからなる複数のフィ
ンガ１２１を有しており、これらフィンガには、各々の
内部にその長手方向に延びる３つの空気室が形成されて
いる。そして外部加圧装置１２２から３つの空気室へそ
れぞれ独立して加圧を行い、各空気室の圧力バランスを
変化させることにより各フィンガを内側および外側に自
在に湾曲させ、これにより把持および解放動作を行わせ
るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、この
ようなハンド装置においては、小型化、把持および解放
動作の応答性向上、およびエネルギ効率の向上の要求が
より高くなってきているが、上述したハンドにおいて
は、以下のような理由により、これらの要求に応えるに
は一定の限界がある。

【０００８】第１の従来例として示したハンド１００の
小型化を行う手法としては、回転モータ１０１の小型化
を行うことが考えられる。しかし、一般に回転モータ
は、小型になるほど、十分な出力を得ようとした場合、
より高回転を行わなければならなくなる。このため、フ
ィンガ１０３に実用的な速度で開閉動作を行わせようと
した場合、歯車列１０２の減速比を大きく確保する必要
があり、歯車列１０２の段数を増す必要が生ずる。

【０００９】しかし、歯車列１０２の段数を増加させる
ことは、歯車列のサイズの増大につながり、ハンド１０
０全体の寸法低減という観点から見た場合、回転モータ
１０１の小型化の効果が相殺されてしまう。更に、歯車
列１０２の段数を増加させることにより、歯車間の摩擦
の増加、すなわち駆動力伝達効率の低下という問題が生
じ、ハンドの性能が低下するという問題も生じる。

【００１０】また、第２の従来例に示したハンド１１０
においては、形状記憶合金が駆動源と構造材を兼ねてい
るため、ある程度のサイズまでの小型化は容易である。

【００１１】しかし、本従来例においては、電気エネル
ギを熱エネルギに変換しこれをさらに運動エネルギに変
換するようになっているため、消費電力が大きいという
欠点がある。さらに、一度把持動作を行わせた後の解放
動作は、もっぱら自然冷却により行われるため、応答性
や制御性は必ずしも良好ではない。更に、一定以下のサ
イズまで小型化を進めようとすると、形状記憶合金の脆
弱さが問題となり、これを解決しようとして堅牢な外套
部材を使用しようとすると、摩擦抵抗の増加および形状
記憶合金自体の出力の小ささが問題となってくるため、
やはりハンド全体の小型化には限界がある。

【００１２】また、第３の従来例に示したハンド１２０
においては、ハンド１２０自体の構成は簡単であり、小
型化も容易である。しかし、ハンド１２０に付随する外
部加圧装置を構成するポンプやこれを制御するレギュレ
ータの小型化は困難であり、外部装置を含めた装置全体
の小型化には自ずと限界がある。

【００１３】以上述べたように、従来のハンド型の把持
装置においては、小型化、把持および解放動作の十分な
応答性、および十分なエネルギ効率を同時に達成できる
ようなものは得られていないのが現状である。

【００１４】本発明は、上記実状に鑑みなされたもので
あり、装置全体の小型化、把持および解放動作の高い応
答性、および高いエネルギ効率を同時に達成できる把持
装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、把持装置において、通電状態に対応して
変化する磁場を形成する磁場形成手段と、前記磁場形成
手段が形成する磁場を変化させることにより移動する磁
性体と、前記磁性体の移動に対応して移動する流体と、
前記流体が収容された内部空間を有するとともに、前記
流体の移動に伴い変位する第１の部分を有する流体収容
部材と、前記第１の部分の変位に伴い変位して把持対象
物を把持する可動部材とを備えたことを特徴とするもの
である。

【００１６】本発明によれば、装置全体の小型化、把持
および解放動作の十分な応答性、および高いエネルギ効
率を同時に達成できる把持装置を提供することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００１８】第１の実施の形態 まず、第１の実施の形態について説明する。図１および
図２は本発明の第１の実施の形態を示す図である。な
お、図１および図２（ａ）は、把持装置１Ａが作業対象
物を把持していない状態（以下、「解放状態」という）
を示しており、図２（ｂ）は把持装置１Ａが作業対象物
を把持している状態（以下、「把持状態」という）を示
している。

【００１９】図１に示すように、把持装置１Ａは、磁場
を発生させる手段として円筒型の中空のコイル（ソレノ
イドコイル）１０と、流体収容部材２０とを備えてい
る。

【００２０】このうちコイル１０は、非磁性体からなる
固定部材３０の一部をなす円筒形状の支持部３１の内側
に同軸的に固着されている。また、図２に概略的に示す
ように、コイル１０には電流付与手段２が接続されてい
る。

【００２１】また、図１および図２に示すように、流体
収容部材２０は、コイル１０の内周面により区画される
円柱形状の空間（以下、コイル１０の内部空間という）
内に配置された袋形状を有する袋部分２２と、コイル１
０の内部空間の外に配置された円筒形状の円筒部分２１
とからなる。円筒部分２１はコイル１０の軸線Ａより下
側の位置で袋部分２２に連結されており、袋部分２２の
内部空間と円筒部分２２の内部空間とは互いに連通して
いる。

【００２２】流体収容部材２０は、任意方向に伸縮自在
の材料（エラストマ材料）、例えばゴム等から形成され
ており、内部ないし外部から荷重が負荷された場合に任
意形状に変形可能であるとともに、当該荷重が除去され
た後は、所定の初期形状に自ら復元するような弾性を有
している。

【００２３】この流体収容部材２０の内部には、粉末状
の微小な磁性体を液中（流体中）にコロイド状に混濁さ
せることにより得られたいわゆる磁性流体が封入されて
いる。

【００２４】袋部分２２の下側の外面は、特に図２に示
すように、コイル１０の内周面に接着固定されており、
一方、袋部分２２の上側はコイル１０に対して自由に動
けるようになっている。

【００２５】また、固定部材３０のうち支持部３１以外
の部分、すなわち把持作用に関与する部分である固定指
３２は、支持部３１の端面（図２左側）側からコイル１
０の軸方向に延びる部材として形成されている。

【００２６】固定指３２の支持部３１側（図２右側）の
端部上面には、板状の可動部材用弾性部材３５（以下、
単に「弾性部材３５」という）の一端が固着されてい
る。また、弾性部材３５の他端には、非磁性体からなる
可動指（可動部材）３３が固着されており、この可動指
３３の上面３３ａには、流体収容部材２０の円筒部分２
１の先端部分が固着されている。

【００２７】弾性部材３５は、適当なバネ性を有する材
料からなり、後述するようにコイル１０の通電により円
筒部分２１が可動指３３を変位させようとする力が一定
以上とならない限り、可動指３３が固定指３２から離間
した状態を維持するようにアーチ状に湾曲している。従
って、可動指３３に固着された円筒部分２１も、弾性部
材３５の形状に倣ってアーチ状に湾曲している。

【００２８】なお、流体収容部材２０の円筒部分２１の
本来の形状（何ら外部から拘束を受けていない場合の形
状）は、図１に示すような上方に向かって湾曲した形状
ではなく、円筒部分２１と袋部分２２の連結部からコイ
ル１０の軸線と平行な方向に向かって直線的に延びるよ
うな形状となっている。

【００２９】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。

【００３０】前述したように、コイル１０が通電されて
いない場合、把持装置１Ａは、可動指３３が固定指３２
から離間した解放状態にある。

【００３１】電流付与手段２によりコイル１０が通電さ
れると、円筒状のコイル１０の近傍には磁場が生じる。
この磁場の状態を示す磁力線のうち主要なものを図２
（ｂ）に破線矢印で示す。図２（ｂ）においては、磁場
の方向が図中右向きとなり、コイル１０右端がＮ極とな
るようにコイル１０は通電されている。

【００３２】このような磁場内に置かれる流体収容部材
２０内の磁性流体は、磁場の方向に沿おうとする。詳述
すれば、磁場の影響下に置かれた（磁性流体を構成す
る）磁性体粉末は、それぞれのＮ極が図２（ｂ）におけ
る右側を向き、かつそれぞれが互いに密着するように配
列し、これにより流体収容部材２０内の磁性流体は、そ
の密度を増した状態で磁場の方向に沿うように移動す
る。

【００３３】ここで、流体収容部材２０の袋部分２２の
下側の外面はコイル１０の内周面に固着されているた
め、袋部分２２は磁性流体の挙動に倣って図２左右方向
に伸張し、円筒部分２１はその軸線が磁場の方向に沿う
ようにコイル１０の軸線と平行な方向を向くように変位
する。

【００３４】円筒部分２１が変位しようとする力が弾性
部材３５のバネ力に打ち勝つと、円筒部分２１に固着さ
れた可動指３３は、弾性部材３５と固定指３２との連結
部付近を中心として図２における反時計方向に向かって
回動し、固定指３２に当接する。これにより、把持装置
１Ａの把持状態が実現される。

【００３５】なお、この場合、円筒部分２１と袋部分２
２との連結部は、コイル１０の軸線より下方に位置して
いるため、コイル１０のＮ極側から出てＳ極側（図２左
側）に入ってゆく磁力線により表される磁場のうち、図
２においてコイル１０の軸線Ａより上方にある磁場の影
響を受けにくくなる。前記連結部がコイル１０の軸線よ
り上方に位置している場合には、磁場の形成状況次第で
は、袋部分２２内にある磁性流体がコイル１０より上方
にある磁場の影響を受け、袋部分２２が真っ直ぐになろ
うとする力が減少してしまう場合もあり得なくもない
が、本実施形態によればそのようなことはない。

【００３６】把持装置１Ａを把持状態から解放状態へと
移行させる場合には、コイル１０への電流を遮断すれば
よい。すると可動指３３は、弾性部材３５のバネ力によ
り速やかに元の位置（図２（ａ）に示す位置、すなわち
解放位置）に戻され、これにより、把持装置１Ａは解放
状態に戻る。更に、流体収容部材２０全体は、自らの復
元力により図２（ａ）に示す状態に復元する。これによ
り把持装置１Ａ全体は完全に初期状態に復帰する。

【００３７】なお、可動指３３が解放位置に戻った後、
流体収容部材２０全体が完全に初期状態に復帰するまで
には、流体収容部材２０の弾性特性によっては若干のタ
イムラグが発生する場合もありうるが、このことは把持
装置１Ａの応答性に何ら影響を与えない。把持および解
放を高速で繰り返す場合においても、上記作動原理より
明らかなように、流体収容部材２０が完全に初期状態に
戻るのを待たずにコイル１０に再度通電しても把持作用
は何ら支障無く直ちに行われるからである。

【００３８】また、把持装置１Ａが上述した把持状態お
よび解放状態を実現するために、弾性部材３５のバネ特
性（バネ定数およびバネ力設定方向）は、コイル１０が
通電されていない状態において、弾性部材３５が、流体
収容部材２０の円筒部分２１内の磁性流体の重量と可動
指３３の重量とに打ち勝って可動指３３を固定指３２か
ら離間した状態を維持することができ、かつ、コイル１
０が通電された場合、円筒部分２１が弾性部材のバネ力
に打ち勝って真っ直ぐになることができるように設定さ
れる。

【００３９】なお、上述した説明においては、コイル１
０が通電されて流体収容部材２０の袋部分２２が変形し
た場合、コイル１０および固定部材３０の支持部３１の
内周面と、袋部分２２の上面との間に隙間ができるよう
に記載したが、例えば磁性流体の容積がコイル１０の内
部空間に対して十分に大きい場合には、袋部分が２１が
コイル１０の内部空間を満たすようになる場合もある。

【００４０】この場合、コイル１０の内部空間の容積の
制限から磁性流体は袋部分２２の外部に流出せざるを得
なくなるため、必然的に円筒部分２１の側へ流入する。
円筒部分２１内へ磁性流体が流入することに起因して円
筒部分２１の内圧が高まることにより、円筒部分２１
は、図２に示すような湾曲した状態より、真っ直ぐな状
態の方が安定となる。このため、円筒部分２１は、磁性
流体が磁場の方向に沿おうする力にのみ基づいて移動し
ようとする場合よりも更に強く真っ直ぐになろうとす
る。このため、円筒部分２１は、より強い力で可動部材
用弾性部材３５のバネ力に逆らうようになる。

【００４１】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、把持装置１Ａの主要部分の構造が、流体収容部材２
０中に磁性流体を封入し、この流体収容部材２０の周囲
にコイル１０を配設したという単純なものであるため、
小型化を容易に行うことができる。

【００４２】また、本実施形態によれば、流体収容部材
２０内部へ流体を流入させたり外部へ流体を流出させた
りする必要がないため、小型化に制限のある流体源や圧
力調節機構等を外部に設ける必要はない。すなわち小型
化が容易な電子回路を設けるのみで足りる。このため、
把持装置本体部１Ａおよびその制御装置からなるシステ
ム全体の小型化を容易に行うことができる。

【００４３】また、本実施形態によれば、小型化を行う
際に大きな問題であった機械的な摩擦損失発生の原因と
なる歯車列等を使用する必要がないため、装置に入力さ
れるエネルギを高効率で利用することができる。また、
これにより不要な発熱を回避することができる。

【００４４】また、本実施形態においては電磁気力を駆
動力として用いているため、非常に高い応答性を得るこ
とができる。このため、十分な制御の下で把持動作およ
び解放動作を高速で行うことができる。

【００４５】第２の実施の形態 次に、第２の実施の形態による把持装置１Ｂについて図
３および図４により説明する。第２の実施の形態は、第
１の実施の形態に対して、流体収容部材の内部に磁性流
体に代えて水または空気等の通常の流体が封入されてい
る点と、流体収容部材の外部に磁性体を配置している点
と、これに伴い流体を移動させる手法が変更されている
点とが異なり、他は第１の実施の形態と略同一である。
第２の実施の形態において第１の実施と同一部分につい
ては同一符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図
４（ａ）は把持装置１Ｂの解放状態を、図４（ｂ）は把
持装置１Ｂの把持状態をそれぞれ示している。なお、図
３以降の図面においては、電流付与手段の記載は省略す
る。

【００４６】図３に示すように、固定部材３０の支持部
３１の内部空間には、流体収容部材２０の袋部分２２が
配置されている。袋部分２２の外周面は、その全周が
（第１の実施の形態では下側のみ）支持部３１の内周面
（コイル１０の内周面を含む）に接着されている。

【００４７】流体収容部材２０には、水または空気等の
一般的な流体が封入されている。なお、使用される流体
の圧縮性の差により、把持効率は多少異なることになる
が、以下に説明する作動原理はどのような流体を使用し
た場合でも実質的に同一である。

【００４８】また、図３に示すように、流体収容部材２
０は、その袋部分２２の後部２２ｂに接着され、適当な
バネ性を有する円盤状の流体収容部材用弾性部材２３
（以下、単に「弾性部材２３」という）を有している。

【００４９】弾性部材２３はコイル１０の内部空間内に
配置されており、弾性部材２３の外周端縁は、コイル１
０の軸線方向の概ね中央部においてコイル１０の内周面
に固着されている。

【００５０】この弾性部材２３は、コイル１０の軸方向
のいずれかに所定量変位した凸の状態、すなわち図４
（ａ）および図４（ｂ）のいずれかに示す状態で安定状
態となるようになっている。すなわち弾性部材２３は、
何ら外力が加わっていない場合、コイル１０の軸線に垂
直な状態（中立位置）を維持できないようになってい
る。

【００５１】なお、本実施形態においては、弾性部材２
３は流体収容部材２０自体とは異なる部材として記載さ
れているが、これに限定されるものではない。すなわ
ち、流体収容部材２０の後部２２ｂ自体に弾性部材２３
と同様の弾性を持たせることができるならば、弾性部材
２３を設けることなく袋部分２２の後部２２ｂに永久磁
石２４を直接固着するように構成してもよい（第５の実
施形態においても同じ）。

【００５２】弾性部材２３には、磁化された磁性体、す
なわち永久磁石２４が取り付けられている。この永久磁
石２４は、弾性部材の直径より小さい直径を有する円盤
形状または円柱形状を有しており、永久磁石２４は弾性
部材２３と同軸的に設けられている。この永久磁石２４
は、図４に示すように、図４における左側の面（袋部分
２２側の面）がＮ極、右側の面がＳ極となるように磁化
されている。

【００５３】なお、永久磁石２４の着磁の向きは、上記
方向に限定されるものではなく、逆向きであってもよ
い。この場合は、コイル１０への通電方向を変化させる
ことにより、把持装置１Ｂに後述する作用と同様の作用
を行わせることができる。

【００５４】また、後述するように、流体収容部材２０
内の流体を移動させる役割を担うのは弾性部材２３であ
るため、第１の実施形態の如く袋部分２２の全体をコイ
ル１０の内部空間内に配置する必要はない。

【００５５】次に、上記構成からなる本実施形態の作用
について図４および図５により説明する。

【００５６】まず、コイル１０が通電されていない場
合、把持装置１Ｂは、図４（ａ）に示すような解放状態
にある。なお、前述したように、弾性部材２３は中立位
置を維持することができないようになっているため、こ
の非通電状態において、把持装置１Ｂは解放状態および
把持状態のいずれの状態をも採ることはできるが、本説
明においては上記前提の下で説明を行う。なお、図５に
おいて、（Ｎ）および（Ｓ）なる表記は、コイル１０に
より形成される磁場による磁極を表現するものである。

【００５７】把持装置１Ｂを把持状態とする場合には、
コイル１０を通電し、図５（ａ）に示すように、コイル
１０の左側がＮ極、右側がＳ極となるように磁場を形成
する。

【００５８】すると弾性部材２３に取着された永久磁石
２４のＳ極は、コイル１０による磁場のＳ極から、永久
磁石２４のＮ極はコイル１０による磁場のＮ極からそれ
ぞれ反発力を受ける。

【００５９】ここで、永久磁石２４の各磁極がコイルが
形成する磁極から受ける電磁力は、下式 Ｆ＝ｋ・（ｍ・Ｍ）／Ｒ² ここで ｋは比例定数 ｍ，Ｍはコイル１０および永久磁石２４が形成する磁極
の強さ Ｒは磁極間の距離 により表現されるため、永久磁石２４のＳ極が受ける反
発力の方が永久磁石２４のＮ極の受ける反発力より大き
くなる。このため永久磁石２４が取り付けられた弾性部
材２３は、図５右方向に移動する。

【００６０】なお、この場合、弾性部材２３が図５
（ａ）に示す位置から中立位置に向かって図中左方向に
変位してゆく過程において、永久磁石２４のＳ極とコイ
ル１０のＳ極との間の距離ａと、永久磁石２４のＮ極と
コイル１０のＮ極との間の距離ｂとの差は次第に小さく
なってゆくが、上記式に示されるように、電磁力は磁極
間距離の２乗に反比例する力であるため、弾性部材２３
が中立位置に接近し前記距離ａと前記距離ｂとの差が小
さくなった場合でも、永久磁石２４のＳ極が受ける反発
力の方が永久磁石２４のＮ極が受ける反発力より十分に
大きいという状態が維持される。このため、弾性部材２
３は、十分に大きな速度で中立位置に接近する。ここで
弾性部材２３および永久磁石２４は一定の質量を有して
いるため、永久磁石２４が取り付けられた弾性部材２３
は、慣性力により中立位置を越えて変位する。

【００６１】弾性部材２３が中立位置を越えて変位した
場合、永久磁石２４のＮ極が受ける反発力の方が大きく
なるが、前述したように弾性部材２３は、左右いずれか
の方向に凸の状態が安定状態であり、かつ弾性部材２３
および永久磁石２４は一定の質量を有しているため、弾
性部材２３は、安定状態となろうとする力および慣性力
により図５の左方向に変位し続け、直ちに図５右方向へ
追い戻されることはない。

【００６２】そして、弾性部材２３が中立位置を越える
と直ちに、図示しない電流付与手段によりコイル１０に
付与される電流の極性が切り替えられる。

【００６３】すると、図５（ｂ）に示すように、コイル
１０が形成する磁場の磁極は、左側がＳ極、右側がＮ極
となる。これにより、永久磁石２４の両極は、コイル１
０による両極から吸引力を受ける。この場合も、上述し
た式により説明したのと同様の原理により、永久磁石２
４のＮ極が受ける吸引力の方が永久磁石２３のＳ極が受
ける吸引力より大きくなる。この吸引力のバランスに加
えて弾性部材２４自体の安定状態を維持しようとする力
により、永久磁石２４が取着された弾性部材２３は、図
中左側に変位した状態を安定して維持する。なお、この
状態は、図４（ｂ）に示す状態に対応する。

【００６４】このように弾性部材２３が変位することに
より、流体収容部材２０の袋部分２２内の流体は、円筒
部分２１に向かって押し出される。円筒部分内２１内へ
磁性流体が流入することに起因して円筒部分の内圧が高
まることにより、円筒部材２１は、図３および図４
（ａ）に示すような湾曲した状態より、コイル１０の軸
線と平行な真っ直ぐな状態の方が安定となる。このた
め、円筒部分２１は、自らが真っ直ぐになろうとする力
により、可動指３３を弾性部材３５のバネ力に逆らって
固定指３２側に回動させる。これにより、図４（ｂ）に
示すように、把持装置１Ｂは把持状態となる。

【００６５】把持状態を解除するには、図５（ｃ）に示
すように、コイル１０が形成する磁場の方向を逆向きに
すればよい。すると、上述した作動原理と同様の作動原
理により、永久磁石２４が取り付けられた弾性部材２３
は、中立位置を越えて図中右方向に移動し、解放位置に
戻る。そして把持装置１Ｂは図４（ａ）に示すように、
解放状態に復帰する。なお、この過程においても、弾性
部材２３が中立位置を越えた後、コイル１０が形成する
磁場方向の切り替え（図５（ｄ）参照）が同様に実行さ
れる。

【００６６】以上の説明から理解できるように、本実施
形態においても第１の実施の形態と略同一の効果を得る
ことができる。さらに、本実施形態においては、予め磁
化された部材のポテンシャルエネルギを利用することが
できるため、エネルギ効率をより高めることができる。

【００６７】本実施形態においては、弾性部材２３が中
立位置を中心として（図４および５における）左右両側
に変位するようになっているため、弾性部材２３が流体
収容部材２０の袋部分２２内の流体を円筒部分２１に向
けて押し出す力を大きくすることができるようになって
いる。

【００６８】しかしながら、上記のように弾性部材２３
を大きく変位させる必要がない場合には、弾性部材２３
の作用は上述したものに限定されるものではない。すな
わち、中立位置の左側または右側のいずれか一側の領域
で変位するように弾性部材２３を動かすようにしてもよ
い。

【００６９】この場合、図５（ａ）〜（ｄ）に示す各状
態において、コイル１０に通電する電流値を調節しコイ
ル１０が形成する磁場の強さを変化させることにより、
弾性部材２３を中立位置を越えることなく左右方向（コ
イル１０の軸線方向）に連続的に変位させることが可能
なことは理解できるであろう。このように弾性部材２３
を変位させる場合には、流体収容部材２０の第１の部分
２１および第２の部分２２の内部形状および内容積等の
関係を適宜変更することにより、把持装置に前述した作
用と同様の作用を行わせることができる。

【００７０】なお、弾性部材２３を中立位置を越えるこ
となく左右方向に変位させる場合、例えば、弾性部材２
３を中立位置の（図４および図５における）右側のみで
変位させる場合には、コイル１０に通電しない状態によ
り把持装置の解放状態を実現し、図５（ａ）に示すよう
にコイル１０に通電し、弾性部材２３を図５（ａ）の位
置から左方向に変位させることにより把持装置の把持状
態を実現することができる。すなわち、この場合には、
コイル１０の状態を通電状態および非通電状態との間で
切り替えることのみにより把持装置の解放状態および把
持状態の２状態を実現することができる。なお、この場
合、弾性部材２３の把持状態から解放状態への変位は、
弾性部材自体の弾性的な復元力により行われる。

【００７１】また、本実施形態においては、弾性部材２
３をコイル１０内に配置しているため、把持装置１Ｂの
コイル１０軸方向に対する全長を短くすることができ
る。

【００７２】しかしながら、弾性部材２３は図６に示す
ようにコイル１０の外側に配置してもよい。この場合、
弾性部材２３は、固定部材３０の支持部３１の内周面に
取り付けられる。そしてこの場合、弾性部材２３は、コ
イル１０が形成する磁極のうち図６における右側の磁極
と永久磁石２４の左側の磁極との吸引および反発作用に
より変位させることが可能である。

【００７３】第３の実施の形態 次に、第３の実施の形態について図７および図８により
説明する。第３の実施の形態は流体収容部材により直接
作業対象物を把持するように構成したものである。な
お、第３の実施の形態において第１の実施の形態と同一
部材については同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００７４】図７に示すように、第３の実施の形態によ
る把持装置１Ｃは、磁場を形成する手段として一対の円
筒形状の中空のコイル（ソレノイドコイル）１１、１２
と、内部に磁性流体が封入された容積可変の流体収容部
材４０とを備えている。

【００７５】コイル１１および１２は、非磁性体材料か
らなる固定部材５０の上側部分５１および下側部分５２
にそれぞれ埋め込まれている。コイル１１およびコイル
１２の軸線は垂直方向を向き、コイル１１およびコイル
１２は、互いに同一の仕様（巻き数、サイズ等）で形成
されており、互いに同軸的に配置されている。

【００７６】また、流体収容部材４０は、固定部材５０
の上側部分５１と下側部分５２との間の空間内に配置さ
れ、流体収容部材４０の上面４３は、固定部材５０の上
側部分５１の下面に接着されている。

【００７７】流体収容部材４０は、前述した第１の実施
の形態と同様の材料から形成されている。また、流体収
容部材４０は、とりわけ図８（ａ）に示すように、荷重
が負荷されていない場合に、コイル１１およびコイル１
２間に位置する第１の部分４１の容積が小さくなり、コ
イル１１、１２間に位置しない第２の部分４２の容積が
大きくなるようにその形状が設定されている。この流体
収容部材４０は、内部ないし外部から荷重が加わった場
合に任意形状に変形することができ、かつ、荷重が除去
された場合、図８（ａ）に示す形状に自ら復元できるよ
うな弾性を有している。

【００７８】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。

【００７９】まず、図示しないコイル１１，１２に電流
が付与されていない場合には、把持装置１Ｃは解放状態
にあり、流体収容部材４０は、その本来の形状、すなわ
ち図８（ａ）に示すような状態にある。

【００８０】次に、コイル１１およびコイル１２により
形成される磁場の方向が同一となるようにコイル１１、
１２を通電する。なお、この場合の、コイル１１および
コイル１２により形成される磁場の方向が同一であれば
よく、磁場の方向は図８において上向きであろうが下向
きであろうが構わない。

【００８１】すると、図８（ｂ）に示すように、そして
流体収容部材４０の第２の部分４２内にある磁性流体
は、コイル１１および１２により形成される磁場の影響
を受け、コイル１１、１２間に位置する第１の部分４１
側に移動するとともに、磁場の方向に沿うようになる。
ここで、流体収容部材４０の上面４３は固定部材５０の
上側部分５１に固着されているため、流体収容部材４０
は固定部材５０に対して移動することなく内部の磁性流
体のみが移動し、流体収容部材４０は第１の部分４１側
の容積が増すように変形する。

【００８２】そして、その上側が固定部材５０の上側部
分５１により拘束されている流体収容部材４０の第１の
部分４１は、下方に向かって膨れ、これにより、第１の
部分４１の下方に位置する把持対象物３は、固定部材５
０の下側部分５２の上面と第１の部分４１との間に挟ま
れ把持される。この状態が把持装置１Ｃの把持状態であ
る。

【００８３】把持対象物を解放する場合には、コイル１
１、１２の通電を停止すればよい。そうすれば、磁場の
影響を受けなくなった流体収容部材４０内の磁性流体
は、弾性を有する流体収容部材４０の復元に倣い、初期
状態（図８（ａ）に示す状態）に戻る。これにより把持
装置１Ｃは解放状態へ戻る。

【００８４】本実施形態によれば、把持対象物を変形自
在な流体収容部材４０の第１の部分４１で把持するよう
にしているため、把持対象物の形状変化に柔軟に対応す
ることができる。

【００８５】なお、上記実施形態において、コイルは固
定部材５０の上側部分５１および下側部分５２の両方に
設けられているが、これに限定されるものではなく、上
側部分５１または下側部分５２のいずれか一方のみに設
けるようにしてもよい。この場合も、把持装置は上記説
明と略同一の態様で機能する。

【００８６】また、上記実施形態の作用の説明において
は、把持状態の解除は、コイル１１、１２の通電を停止
することのみにより行ったが、これに限定されるもので
はない。すなわち、コイル１１およびコイル１２に、互
いが形成する磁場が逆方向になるように通電を行い、こ
れにより両コイルが形成する磁場を反発させあうことに
より、磁性流体をコイル１１およびコイル１２の間から
追い出し、磁性流体を強制的に流体収容部材４０の第２
の部分４２に移動させることにより把持状態を解除して
もよい。この手法を用いることにより、より迅速に把持
状態を解除することができる。すなわち、把持装置の把
持および解放動作の応答性を高めることができる。

【００８７】第４の実施の形態 次に第４の実施の形態について図９および図１０により
説明する。第４の実施の形態は、第３の実施の形態に対
して、把持状態から解放状態への復元を補助する磁石が
更に設けられている点がが異なり、他は第３の実施の形
態と略同一である。第４の実施の形態において第３の実
施と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明は
省略する。

【００８８】図９に示すように、第３の実施の形態によ
る把持装置１Ｄは、固定部材５０の上側部分５１の下面
側に埋め込まれた永久磁石５５を更に備えている。この
永久磁石５５は、流体収容部材４０の第２の部分４２の
上方に配置されており、永久磁石５５が形成する磁場
は、コイル１１、１２が形成する磁場より十分に小さい
ものとなっている。

【００８９】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。

【００９０】コイル１１、１２を通電すると、永久磁石
５５の作る磁場は、コイル１１、１２の作る磁場より十
分に小さいため、第３の実施の形態と同様の作動原理に
より把持状態を実現することができる。

【００９１】一方、コイル１１、１２への通電を停止す
ると、磁性流体は永久磁石５５の作る磁場の影響によ
り、図９に示すように、流体収容部材４０の第２の部分
４２側に移動する。この磁性流体の積極的な移動と、流
体収容部材４０自らの復元力とにより、速やかに把持状
態から解放状態への移行が行われる。

【００９２】なお、図１０に示すように、永久磁石５５
に代えて、コイル１１、１２と同様の構成をからなる把
持解除用コイル１３、１４を配置してもよい。この場
合、コイル１３は永久磁石５５が配置されていた部位に
配置され、コイル１４はコイル１３と同軸的に下側部分
５２に埋め込まれた状態で配置される。

【００９３】このようにすれば、コイル１１、１２と、
把持解除用コイル１３、１４とを交互に通電することに
より、把持状態（図１０二点鎖線参照）と解放状態（図
１０実線参照）とを切り替えることができる。

【００９４】このような構成を採った場合には、把持解
除用コイル１３、１４が形成する磁場をコイル１１、１
２が形成する磁場より弱くする必要はない。このため、
把持状態と解放状態との切換をより迅速に行うことがで
きる。

【００９５】第５の実施の形態 次に、第５実施の形態について図１１および図１２によ
り説明する。第５の実施の形態は、第２の実施の形態に
対して、弾性部材２３に着磁された磁性体部材に代えて
高透磁率材料からなる部材が取り付けられている点、前
記高透磁率材料を磁化するための永久磁石が設けられて
いる点、および流体収容部材自体が把持対象物を直接把
持するように構成されている点が主に異なっている。第
５の実施の形態において、第２の実施の形態と同一部分
については同一符号を付し詳細な説明は省略する。

【００９６】図１１に示すように、第５の実施の形態に
よる把持装置１Ｅは、内部に水または空気等の流体が封
入された流体収容部材６０を備えている。この流体収容
部材６０も、第１の実施の形態の流体収容部材２０と同
様の材料から構成されている。

【００９７】流体収容部材６０は、固定部材７０の支持
部７１の内部空間内に配置された第２袋部分６２と、こ
の把持装置１Ｅの先端側に配置された第１袋部分６１
と、第２袋部分６２と第１袋部分６１とを連通する連通
部分（第３の部分）６３とを有している。なお、固定部
材７０の支持部７１の構成は第２の実施の形態における
支持部３１の構成と略同一である。

【００９８】流体収容部材６０の連通部分６３の上面
は、固定部材７０の上側延長部分７２の下面に接着され
ており、また、流体収容部材６０の第２袋部分６２の外
周面は円筒形状の支持部７１の内周面に接着されてい
る。

【００９９】連通部分６３は、その外面に巻き付けられ
た金属薄板６４を有しており、これにより、連通部分６
３は自由に変形できないようになっている。なお、連通
部分６３の構成は、上記のものに限定されるものではな
く、金属以外のものを巻き付けるようにしてもよいし、
連通部分６３の肉厚を増すことにより上記と同様の効果
（変形抑制効果）を得るようにしてもよい。

【０１００】また、流体収容部材６０の第２袋部分６２
の前部６２ａの前面には、支持部７１に固着された板７
５が設けられており、この板７５により第２袋部分６２
の前部６２ａが前方に変位できないようになっている。

【０１０１】以上のように拘束された流体収容部材６０
は、第１袋部分６１および第２袋部分６２の後部６２ｂ
以外は実質的に変位することができないようになってい
る。

【０１０２】また、第２袋部分６２の後部６２ｂに接着
された弾性部材２３の後面には、高透磁率材料からなる
薄い円盤状部材２７が取り付けられている。

【０１０３】この円盤状部材２７の後方には、永久磁石
７７が配置されている。この永久磁石７７は、固定部材
７０の支持部７１の後面７１ａに、コイル１０と同軸的
な関係をもって取り付けられており、その前側がＮ極、
その後側がＳ極となっている。

【０１０４】コイル１０を通電した場合、コイル１０に
より形成される磁界は、弾性部材２３の運動範囲を中心
として形成され、永久磁石７７が形成する磁界への影響
が小さく抑えられる程度のものとなっている。

【０１０５】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。

【０１０６】弾性部材２３に取り付けられた高透磁率材
料からなる円盤状部材２７は、永久磁石７７が形成する
磁場の影響により、その左側がＮ極、右側がＳ極となる
ように磁化される。この状態において、円盤状部材２７
の極性は、第２の実施の形態の作用の説明において引用
した図５における永久磁石２３の極性と同一になる。

【０１０７】従って、コイル１０の通電方向および電流
値を第２の実施の形態と同様に調節することにより、円
盤状部材２７が取着された弾性部材２３を図１２の左右
方向に変位させることができる。

【０１０８】図１２（ａ）は把持装置１Ｅの解放状態を
示す図である。この状態から上記作動原理により、弾性
部材２３を図中左側に変位させると、流体収容部材６０
の第２袋部分６２内の流体は、第２袋部分６２から追い
出され、連通部材６３を通って第１袋部分６１内へ流入
する。

【０１０９】第１袋部分６１内の内圧が高まると、その
上側のみが拘束された変形自在な第１袋部分６１は、下
方に向かって膨張する。なお、この場合、板７５および
金属薄板６４により、第２袋部分６２の前部６２ａおよ
び連通部分６３の変形が最小限に抑えられているため、
弾性部材２３の変位に起因する第２袋部分６２内の内圧
の増加は、無駄なく第１袋部分６１を膨張させるエネル
ギとして使用される。

【０１１０】そして第１袋部分６１が膨張すると、図１
２（ｂ）に示すように、固定部材７０の下側延長部分７
３に載置された把持対象物３は、下側延長部分７３の上
面と下流体収容部材６０の第１袋部分６１により把持さ
れる。なお、把持状態を解除するには、弾性部材２３を
図中右方向に変位させればよい。

【０１１１】なお、上述した説明より明らかなように、
把持装置１Ｅの把持力は、流体収容部材６０の第１袋部
分６１と第２袋部分６２との容積比と、およびコイル１
０に通電される電流値とにより決定される。

【０１１２】以上説明したように、本実施形態において
は、弾性部材２３に取着される磁性体として高透磁率材
料からなる部材２７を用い、部材２７を当該部材２７か
ら離間して配置された永久磁石７７により磁化するよう
になっている。

【０１１３】このため、強力な永久磁石７７を使用する
こと、すなわち永久磁石７７の形成する磁場を強くする
ことにより、第２の実施の形態の永久磁石２４の磁化の
強さに比べて、本実施形態の（高透磁率材料からなる）
部材２７の磁化の強さを大きくすることが可能となる。

【０１１４】すなわち、第２の実施形態および本実施形
態の如く、コイル１０の内部空間に磁性体からなる部材
（２４または２７）を配置する場合には、スペース上の
問題から大型の部材を配置することは困難である。周知
の通り、磁石の磁力は（材料および着磁条件等が同一な
らば）磁石の体積に比例する。このため、第２の実施の
形態の如く予め着磁された永久磁石２４をコイル１０内
に配置する態様では、永久磁石２４の磁力に一定の制限
を受けることになる。これに対して、本実施形態によれ
ば、部材２７を磁化する永久磁石７７がコイル１０の外
部に配置されているため、寸法上の制約が少ない。この
ため、大容積の磁石を用いることにより、部材２７の磁
化の強さを強くすることが容易となる。

【０１１５】また、通常の永久磁石材料より高透磁率材
料の方が、弾性部材２３の特性を損なう傾向が小さいと
いう利点もあるため、弾性部材２３と円盤状部材２７と
の接合面積を大きく設定しようとする場合に有利とな
る。

【０１１６】なお、本実施形態の把持装置の作動原理
は、第２の実施の形態に対して、弾性部材２３に取着さ
れる部材の磁化方法が異なるのみであるため、第２の実
施の形態と同様に、弾性部材２３を中立位置の一側のみ
で変位させるようにすることも可能である。

【０１１７】また、本実施形態における、弾性部材２
３、高透磁率材料からなる部材２７、および永久磁石７
７を組み合わせた構成を、第２の実施の形態に開示され
た弾性部材２３および永久磁石２４を組み合わせた構成
に置換することも可能である。従って、第２の実施の形
態（第６の実施の形態においても同様に本実施形態の該
当部分と置換可能である。）における弾性部材２３およ
び永久磁石２４を組み合わせた構成を、本実施形態に開
示された構成に置換することも可能である。

【０１１８】第６の実施の形態 次に、第６の実施の形態について説明する。第６の実施
の形態は、第２の実施の形態に対して、流体収容部材を
剛体で形成するとともに固定部材と兼用した点が主とし
て異なり、把持装置１Ｆの本質的な作動原理は第２の実
施の形態と略同一である。第６の実施の形態において第
２の実施の形態と同一部分については同一符号を付し詳
細な説明は省略する。

【０１１９】図１３に示すように、把持装置１Ｆは、剛
体と見なすことができる非磁性体材料からなる流体収容
部材８０を備えている。この流体収容部材８０の上側部
分８４の内部には、相対的に小さな容積を有する円柱形
状の第１の部屋８１と、相対的に大きな容積を有する円
柱形状の第２の部屋８２と、第１の部屋８１と第２の部
屋８２とを連通する通路８３とが形成されている。第１
の部屋８１の軸方向に垂直な方向の断面を示す円の直径
ｒ１は、第２の部屋８２の軸方向に垂直な方向の断面を
示す円の直径ｒ２より十分に小さくなっている。

【０１２０】第２の部屋８２を区画する壁には、第２の
部屋８２の周りを囲むように円筒状の中空コイル１０が
埋め込まれている。そして永久磁石２４が取り付けられ
た弾性部材２３は、第２の実施の形態と同様の態様でコ
イル１０の内周面に取り付けられている。なお、この場
合、弾性部材２３は流体収容部材の一部を構成すること
になる。

【０１２１】また、流体収容部材８０は、第１の部屋８
１の壁面に対して摺動自在に設けられたピストン８６を
有している。すなわち、ピストン８６は、流体収容部材
８０の変位可能な第１の部分として機能するように設け
られている。

【０１２２】なお、ピストン８６と第１の部屋８１の壁
面との間、コイル１０の内周面、およびコイル１０と弾
性部材２３の外周端縁との間等の必要な部分には、図示
はされていないが、適当なシールが施されている。

【０１２３】次に、上記構成を有する本実施形態の作用
について説明する。

【０１２４】第２の実施の形態と同様にして弾性部材２
３を図１３の左方向に変位させると、第２の部屋８２内
にある流体が、第１の部屋８１に向かって押し出され、
これにより、第１の部屋８１の内圧上昇とともにピスト
ン８６が下方に変位する。そして流体収容部材８０の下
側部分８５の上面に載置された把持対象物３は、ピスト
ン８６の先端部分８６ａの下面と下側部分８５の上面と
の間で把持される。

【０１２５】一方、弾性部材２３を図中右方向に変位さ
せることにより、ピストン８６が上昇し、把持状態が解
除される。

【０１２６】なお、以上の説明より理解されるように、
本実施形態におけるピストン８６が把持動作を実現する
ためのものである必要は必ずしもない。すなわち、ピス
トン８６に適当なエンドエフェクタを装着することによ
り把持動作以外の動作を実現することも可能である。

【０１２７】更に、図１４に示すような構成とすること
により、小型の流体用ポンプ（あるいは流体加圧装置）
を実現することも可能である。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
装置全体の小型化、把持および解放動作の十分な応答
性、および十分なエネルギ効率を同時に達成できる把持
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による把持装置の第１の実施の形態を示
す斜視図である。固定部材の上部手前側は破断され内部
の構成が示されている。

【図２】第１の実施の形態の構成および作用を示す断面
図。

【図３】本発明による把持装置の第２の実施の形態を示
す斜視図である。固定部材の上部手前側は破断され内部
の構成が示されている。

【図４】第２の実施の形態の構成および作用を示す断面
図。

【図５】第２の実施の形態の作用の詳細を模式的に示す
概略断面図。

【図６】第２の実施の形態の変形例を示す断面図。

【図７】本発明による把持装置の第３の実施の形態を示
す斜視図である。固定部材の上部手前側は破断され内部
の構成が示されている。

【図８】第３の実施の形態の構成および作用を示す断面
図。

【図９】本発明による把持装置の第４の実施の形態を示
す図であって、把持装置の構成および作用を示す断面
図。

【図１０】第４の実施の形態の変形例を示す図。

【図１１】本発明による把持装置の第５の実施の形態を
示す斜視図である。固定部材の上部手前側は破断され内
部の構成が示されている。

【図１２】第５の実施の形態の構成および作用を示す断
面図。

【図１３】本発明の第６の実施の形態を示す断面図。

【図１４】第６の実施の形態の応用例を示す図。

【図１５】従来の把持装置を示す図。

【図１６】従来の把持装置を示す図。

【図１７】従来の把持装置を示す図。

【符号の説明】

１０、１１、１２ 磁場形成手段 ２４、２７、 磁性体（この用語には磁性流体中の磁性
粉末が含まれる） ２０、４０、６０、８０ 流体収容部材

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通電状態に対応して変化する磁場を形成す
   る磁場形成手段と、 前記磁場形成手段が形成する磁場を変化させることによ
   り移動する磁性体と、 前記磁性体の移動に対応して移動する流体と、 前記流体が収容された内部空間を有するとともに、前記
   流体の移動に伴い変位する第１の部分を有する流体収容
   部材と、 前記第１の部分の変位に伴い変位して把持対象物を把持
   する可動部材と、を備えたことを特徴とする把持装置。
2. 【請求項２】前記磁性体は着磁された磁性体粉末からな
   り、 前記磁性体粉末は、前記流体収容部材の内部空間に収容
   されるとともに前記流体中に分散することにより磁性流
   体を形成していること特徴とする請求項１に記載の把持
   装置。
3. 【請求項３】前記流体収容部材は、前記磁性体が取り付
   けられるとともに前記磁性体の移動に対応して変位する
   第２の部分を更に有し、 前記第２の部分を変位させることにより、前記流体が前
   記流体収容部材内で移動することを特徴とする請求項１
   に記載の把持装置。
4. 【請求項４】前記磁性体は着磁されていることを特徴と
   する請求項３に記載の把持装置。
5. 【請求項５】前記磁性体は高透磁率材料からなり、 前記磁性体を磁化するための磁化用磁石を更に備えたこ
   とを特徴とする請求項３に記載の把持装置。
6. 【請求項６】前記流体収容部材のうち少なくとも前記第
   １の部分は、前記流体の圧力変化に応じて変形自在の部
   材として形成されるとともに、それ自体が前記可動部材
   をなし、前記第１の部分が把持対象物を直接把持するよ
   うになっていることを特徴とする請求項１乃至５のいず
   れかに記載の把持装置。
7. 【請求項７】前記流体収容部材を保持する固定部材と、 前記固定部材に取り付けられるとともに、前記可動部材
   を回動可能に支持する弾性部材と、を更に備え、 前記流体収容部材の第１の部分は、前記可動部材に取り
   付けられており、 前記第１の部材を変位させることにより、前記可動部材
   が前記弾性部材のバネ力に対抗して前記固定部材の方向
   に回動し、これにより把持対象物を前記固定部材および
   可動部材により把持することができるように構成されて
   いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載
   の把持装置。