JPH02180578A - 関節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、先端に慣性体を取り付けた圧電素子又は電歪
素子を摩擦面におかれた移動体内に取り付け、該圧電素
子又は電歪素子に電界を加え名ことにより圧電素子又は
電歪素子を運動させ、この運動エネルギーと慣性体の慣
性作用及び前記移動体に作用する反力を利用して移動体
を微小駆動（移動）させる微小駆動力発生体を利用した
関節装置に関するものである。

（従来の技術〕 半導体製造装置の試料台、バイオテクノロジー用マイク
ロマニピュレーターなど、マイクロ或いはナノメーター
オーダーの位置決めを高精度で行う手段の提案が要望さ
れている。

従来、細胞融合技術（操作）に用いられるバイオテクノ
ロジー用マイクロマニピュレーターにおいては、顕微鏡
を見ながら微細刃や注射針を遠隔操作して、細胞注入、
吸引、細胞切断等を行うものであるが、これらの駆動は
油圧システム等に依存している。

〔従来技術の課題〕

しかし、現在の最高水準のシステムにおいても分解能が
１０ミクロンオーダーにとどまり、作業効率は熟練者で
５０％以下である。

本発明は、従来よりも小さな形状で分解能をマイクロか
らナノメーターオーダーに高めた関節装置を提案するの
が目的である。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成する手段として、次の如き関
節装置を提案する。

支持体の摩擦面により自由方向への傾斜が可能なように
一点で支持されたアームと、 前記アームに取り付けられた衝撃力を利用した微小駆動
力発生体と、 から成る関節装置。

上記関節装置は、支持部を中心として一つの方向にのみ
アームを運動（傾斜）させる場合には最小限−つの微小
駆動力発生体をアームに取り付ければよい。

但し、アームを自由方向へ運動させるためには、少なく
とも二つ以上の微小駆動力発生体をアームの中心軸に対
して角度を変えて取り付け、希望するベクトル上に合成
力が集中するように制御することが必要である。

又、このような合成力の制御により、アームに旋回力（
ねじり力）を作用させて関節運動以外に旋回力を付与し
、機能、性能を高めることができる。

更に、関節装置を継ぎ足し、多角度にアームを屈曲させ
るようにすることもできる。

次に、アームの断面形状は自由であり、目的に応じて任
意の断面形状を選択することが可能である。例えば円形
、平板状であってもよい。

〔作用〕

アームに取り付けた圧電素子（又は電歪素子）に急激に
電圧を印加すると、この圧電素子に歪みが生じ、圧電素
子は急激（衝撃的）に運動（伸長又は収縮）し、この運
動には慣性体により慣性力が付与される。そして、この
運動が強制的に、急激に停止されると、アームに反力が
生じ、２０反力がアームの支持部の摩擦力を上廻ること
により、アームは慣性が働いた方向、すなわち圧電素子
が運動した方向に傾斜する。

通常の場合、アームには複数の微小駆動力発生体が取り
付けられ、これら発生体の共動により、任意の方向に傾
斜したり、旋回するように制御される。

〔実施例及びその作用〕

第１図は本発明の基本的な実施例にして、ｌは断面四角
形のアーム、２はこのアームｌの関節部であって、第２
図ビ）に示すように球形体３と、この球形体３を承は入
れている支持体４の凹曲面５から成っている。

６は、前記アーム１に取り付けられた微小駆動力発生体
にして、この微小駆動力発生体６は、圧電素子７と慣性
体８から成り、アームｌに対して水平に取り付けられて
いると共にアームｌの中心軸に対して偏心し、かつ夫々
の面に取り付けられている（第３図参照）。

９は前記関節部２において、球形体３に対して摩擦力を
付与しているスプリング、１０はスプリング受けであっ
て、スプリング９の弾発力はネジ１１により制御自在で
あり、摩擦力の制御も自在であ名。また、摩擦力の制御
に電磁力、静電力を利用できることは言うまでもない。

なお、関節部２の構造は特に限定されず、第２図（ロ）
のような円錐面５′に球形体３を係合して摩擦面を形成
するようにしてもよい。その他、３６０゜自由方向に対
して摩擦を発生させる構造であれば良いことは言うまで
もない。次にアーム１の断面は第４図に示すように断面
正三角形となし、夫々の面に微小駆動力発生体６を取り
付けてもよい。

第５図は関節装置を二段に継ぎ足した状態の実施例にし
て、アーム１は図のように基部と途中で折れ曲がること
ができる。

上記関節装置についてその作用を説明する。

第３図において、微小駆動力発生体６−八に（＋）の運
動が与えられ、６−ＣにＨの同一の運動が与えられると
、矢印Ｙ方向の駆動力がアームｌに作用し、アーム１は
その方向に傾斜する。

次に６−８に←）の運動が与えられ、６−Ｄに←）の同
一の運動が与えられるとＸ方向の駆動力がアーム１に作
用し、アーム１はその方向に傾斜する。

次に、６−＾、と６−Ｃに夫々（＋）の運動が与えられ
ると、矢印θ方向の駆動力がアーム１に作用し、アーム
ｌは旋回する。

以上は基本的な作用であり、駆動力及び微小駆動力発生
体の取り付は位置、方向及び圧電・電歪素子への印加電
圧や印加電圧パターン制御、合成力の制御に工夫をこら
すことにより、アームｌを任意の方向及、び旋回角に制
御することができる。

なお、アーム１の移動量は、圧電（電歪）素子に印加す
る電圧パターンやパネルスレート（電圧を印加する回数
）によりマイクロルナノメーターオーダーでの制御が可
能である。

〔本発明の効果〕

本発明は以上のように、アームを傾斜及び旋回自在に一
点で支持し、このアームの遊端側に微小駆動力発生体を
取り付け、アームを摩擦力を付与した支持部（関節部）
を中心にして３６０°方向において関節運動及び旋回運
動ができるようにした。

よって、この関節装置をマイクロロボットのアーム等に
適用すると、微小な関節運動を高精度で行うことが可能
となる。

この結果、マイクロマニピュレーター等においては効率
を高めることが可能である。

又、顕微鏡等の試料台の姿勢制御に適用したり、プリズ
ムやミラーにより光軸の向きを変化させる場合に、これ
らプリズムやミラーをアームに取り付けることにより、
プリズムやミラーを高精度に制御できる。

次に、アームに対して圧電素子（又は電歪素子）を利用
した微小駆動力発生体を取り付けただけでアームを駆動
できるので、全体形状を小形化できる。この結果、より
小形化が求められ、ている電子関連機器、バイオテクノ
ロジー分野、光学機：器等の分野において、特に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した関節装置の斜視図、第２図（
イ）、■は関節部の説明図、第３・４図はアームに対す
る微小駆動力発生体の取り付は位置の例を示す説明図、
第５図は関節装置を継ぎ足した状態の説明図である。 １　−−・−アーム ３　−−−−−−一球形体 ５−−−−−・−凹曲面 ７−・−・−圧電素子 ９−−−−−−−スプリング １１・−・−ネジ 関節部 支持体 微小駆動力発生体 慣性体 スプリング受は

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．支持体の摩擦面により自由方向への傾斜が可能なよ
   うに一点で支持されたアームと、 前記アームに取り付けられた衝撃力を利用した微小駆動
   力発生体と、 から成る関節装置。
2. ２．微小駆動力発生体の駆動方向をアームの中心軸に対
   して偏心させ、かつ２個以上取り付けて成る請求項１．
   記載の関節装置。
3. ３．アームをその中心軸を中心として回転自在に支持し
   、アームをねじれ角度制御自在に構成して成る請求項１
   ．記載の関節装置。
4. ４．関節装置を継ぎ足して成る請求項１．記載の関節装
   置。