(57)【要約】【課題】物体を把持するフィンガを選択的に湾曲させて、微細な物体を容易に把持することを可能とする。【解決手段】少なくとも１本の光ファイバからなる第１フィンガ３と、該第１フィンガ３の径方向に間隔をあけて配置され、該第１フィンガ３との間に物体Ｂを把持する少なくとも１本の第２フィンガ４，５とを備え、第１フィンガ３が、その先端に、長さ方向の所定範囲にわたって、非対称な横断面形状を有する異形断面領域６を備えるとともに、第１フィンガ３内を伝播してきた光によりフォトサーマル効果を発生させるよう処理された発熱部３ａが設けられているハンドリング装置１を提供する。【選択図】  図１
2004276141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１本の光ファイバからなる第１フィンガと、該第１フィンガの径方向に間隔をあけて配置され、該第１フィンガとの間に物体を把持する少なくとも１本の第２フィンガとを備え、
前記第１フィンガが、その先端に、長さ方向の所定範囲にわたって、非対称な横断面形状を有する異形断面領域を備えるとともに、第１フィンガ内を伝播してきた光によりフォトサーマル効果を発生させるよう処理された発熱部が設けられているハンドリング装置。
【請求項２】
前記第１フィンガを１本、前記第２フィンガを２本備え、
各第２フィンガが、前記第１フィンガとの間に等しい間隔をあけて配置されている請求項１に記載のハンドリング装置。
【請求項３】
前記第２フィンガが、固定された円筒面を備える請求項１または請求項２に記載のハンドリング装置。
【請求項４】
前記第２フィンガが、光ファイバからなり、その先端に、長さ方向の所定範囲にわたって、非対称な横断面形状を有する異形断面領域を備えるとともに、第２フィンガ内を伝播してきた光によりフォトサーマル効果を発生させるよう処理された発熱部が設けられている請求項１または請求項２に記載のハンドリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ハンドリング装置に関し、特に、微細な物体を把持するために使用されるハンドリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
０．１ミクロン程度〜１００ミクロン程度の微細な物体を把持するハンドリング装置としては、細線結晶を利用する構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このハンドリング装置は、複数の細線結晶の外部から、各細線結晶の一側面に光を照射あるいは電荷を作用させることにより、光のエネルギや電気エネルギによって、光が照射等されていない側面側へ細線結晶を弾性変形させ、その変形による細線結晶先端間の距離の変化を利用して微細な物体を把持する構造のものである。
【０００３】
また、光ファイバを利用したアクチュエータとして、先端を斜めに切断して、その切断面を黒色に塗装した３本の光ファイバを駆動足として胴体に取り付け、平面上を歩行する構造のものが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５６０８２号公報（段落０００７〜００１１）
【非特許文献１】
松葉泰人、”フォトサーマル効果を用いた光ファイバ型アクチュエータ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１４年１２月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｕａｔ．ａｃ．ｊｐ／￣ｏｔａｎｉ／ｌａｂｒｅｓ／ｍａｔｓｕ．ｈｔｍ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に示されるように外部から細線結晶に光を照射する構造のハンドリング装置では、複数本の細線結晶に対してそれぞれ光を照射する光源を備える必要がある。また、一の光源から放射された光により一の細線結晶を確実に湾曲させるために、照射された光が他の細線結晶に照射されないように工夫する必要がある。その結果、装置は複雑にならざるを得ず、また、他の細線結晶に光を当てることなく、一の細線結晶のみに光を照射することは困難であった。
【０００６】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、物体を把持するフィンガを選択的に湾曲させて、微細な物体を容易に把持することを可能とするハンドリング装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、少なくとも１本の光ファイバからなる第１フィンガと、該第１フィンガの径方向に間隔をあけて配置され、該第１フィンガとの間に物体を把持する少なくとも１本の第２フィンガとを備え、前記第１フィンガが、その先端に、長さ方向の所定範囲にわたって、非対称な横断面形状を有する異形断面領域を備えるとともに、第１フィンガ内を伝播してきた光によりフォトサーマル効果を発生させるよう処理された発熱部が設けられているハンドリング装置を提供する。
【０００８】
この発明によれば、光ファイバからなる第１フィンガに光を供給すると、第１フィンガの先端に形成された発熱部に光が到達してフォトサーマル効果が発生し、第１フィンガが発熱させられる。発熱部において発生された熱は非対称な横断面形状を有する異形断面領域を加熱する。これにより、第１フィンガが、異形断面領域おいて、その非対称な横断面形状によって発生する不均一な内部応力をバランスさせるように変形させられる。すなわち、第１フィンガが、長さ方向に沿って湾曲することにより、その径方向に間隔をあけて配置されている第２フィンガとの間の距離が変化させられる。したがって、第１フィンガと第２フィンガとの間の距離が大きいときに、これらのフィンガの間に物体を挿入し、第１フィンガと第２フィンガとの間の距離を縮めることによってフィンガ間に物体を把持することが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のハンドリング装置において、前記第１フィンガを１本、前記第２フィンガを２本備え、各第２フィンガが、前記第１フィンガとの間に等しい間隔をあけて配置されているハンドリング装置を提供する。
この発明によれば、第１フィンガに光を供給して発熱部においてフォトサーマル効果を発生させることにより、第１フィンガを変形させることにより、第２フィンガとの間の距離を変化させ、フィンガ間に物体を把持することが可能となる。この場合において、第２フィンガを２本配置することにより、物体を常に３点で把持することになり、安定して支持することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のハンドリング装置において、前記第２フィンガが、固定された円筒面を備えるハンドリング装置を提供する。
この発明によれば、光のオンオフにより変形させられる第１フィンガと、固定された２本の第２フィンガとの間に微細な物体が把持されることになる。この場合において、第１フィンガの異形断面領域のみを変位させるので、微細な物体は固定されている第２フィンガに押しつけられることにより位置決めされる。また、第２フィンガが円筒面を備えているので、微細の物体が円筒面に点接触することにより、安定して支持されることになる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のハンドリング装置において、前記第２フィンガが、光ファイバからなり、その先端に、長さ方向の所定範囲にわたって、非対称な横断面形状を有する異形断面領域を備えるとともに、第２フィンガ内を伝播してきた光によりフォトサーマル効果を発生させるよう処理された発熱部が設けられているハンドリング装置を提供する。
【００１２】
この発明によれば、第１および第２フィンガがいずれも光のオンオフによって変位させられるので、変位の方向を調整することにより、ストロークの大きなハンドリング装置を構成することが可能となる。
【００１３】
なお、請求項１から請求項４のいずれかに記載のハンドリング装置において、異形断面領域を、光ファイバの軸線に対して一方向に傾斜する傾斜面により構成し、発熱部を傾斜面に設けてもよい。このようにすることで、傾斜面により異形断面領域と発熱部の両方が光ファイバの先端に構成される。すなわち、光ファイバ内を伝播してきた光が傾斜面に到達すると、該傾斜面に設けられている発熱部によって、熱エネルギに変換され、傾斜面によって構成されている異形断面領域がその熱に応じた変位量だけ変位させられることになる。
【００１４】
また、上記ハンドリング装置において、傾斜面が光ファイバを斜めに切断することにより形成された切断面により構成してもよい。このようにすることで、上記作用を奏する異形断面領域をきわめて簡易に構成することが可能となる。
また、上記いずれかのハンドリング装置において、処理を黒色塗装とすれば、発熱部に到達した光のエネルギが、黒色塗装により熱エネルギに変換される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態に係るハンドリング装置について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係るハンドリング装置１は、図１に示されるように、胴体部２に固定された３本のフィンガ３，４，５を備えている。これらのフィンガ３〜５の内、１本は第１フィンガ３、他の２本は第２フィンガ４，５を構成している。本実施形態では、第１フィンガ３および第２フィンガ４，５は、同等の形状に形成され、同等の機能を奏するので、区別することなく、単にフィンガ３〜５として説明する。
【００１６】
各フィンガ３〜５は、それぞれ、直径約０．５〜１ｍｍの円形横断面を有する光ファイバにより構成されている。各フィンガ３〜５は、図２に示されるように、先端から長さ方向の所定範囲、例えば、１０ｍｍの範囲にわたり、光ファイバの軸線に対して一方向に傾斜する平面に沿って斜めに切断加工されている。これにより、各フィンガ３〜５は、先端に傾斜面３ａ〜５ａを備えている。
【００１７】
各フィンガ３〜５の先端に形成された傾斜面３ａ〜５ａは、長さ方向の各位置において、図３に示されるように、光ファイバの円形の横断面の一部を切り欠くことにより、非対称の横断面形状を有する異形断面領域６を構成している。
また、各フィンガ３〜５の傾斜面３ａ〜５ａには、その全面に黒色の塗料７が塗布されている。これにより、傾斜面３ａ〜５ａに発熱部が構成されている。塗料７の材質は任意でよく、光を透過させないものであれば、他の色でもよい。しかし、光の吸収性を考慮すれば黒色であることが好ましい。
【００１８】
３本のフィンガ３〜５は、中心軸Ａの回りに、その傾斜面３ａ〜５ａを半径方向の外側に向けて、等間隔をあけて配置されている。すなわち、各傾斜面３ａ〜５ａに直交する平面が、前記中心軸Ａにおいて交差するように配置されている。これにより、各フィンガ３〜５の異形断面領域６を構成する円筒面３ｂ〜５ｂが内側に向けて配置されるようになっている。
【００１９】
前記胴体部２は、図示しない駆動機構に取り付けられ、任意の位置に配置され得るようになっている。また、前記各フィンガ３〜５を構成する光ファイバは、図示しないレーザ光源のような光源に接続されている。
【００２０】
このように構成された本実施形態に係るハンドリング装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るハンドリング装置１を用いて微細な物体Ｂを把持するには、駆動機構の作動により胴体部２およびフィンガ３〜５を把持すべき物体Ｂの位置まで移動し、該物体Ｂをフィンガ３〜５間に配置する。この際、レーザ光源はオフ状態としておくことにより、図１および図２に実線で示すように、各フィンガ３〜５が変形のない原位置に配置されている。すなわち、フィンガ３〜５間の間隔が最も広がった状態とされている。
【００２１】
この状態で、レーザ光源をオン状態に切り替える。これにより、レーザ光源から各フィンガ３〜５を構成する光ファイバ内を伝播させてレーザ光がフィンガ３〜５の先端まで到達する。各フィンガ３〜５の先端には、傾斜面３ａ〜５ａが設けられ、該傾斜面３ａ〜５ａが黒色塗料７により塗装されているので、光ファイバ内を伝播してきた光は、傾斜面３ａ〜５ａによってすべて遮られるとともに、黒色塗料６に吸収される。これにより、フォトサーマル効果が発生し、傾斜面３ａ〜５ａにおいて発熱が生ずる。
【００２２】
フィンガ３〜５の先端には、傾斜面３ａ〜５ａによって異形断面領域６が構成されているので、傾斜面３ａ〜５ａにおいて発熱が生ずると、その熱が異形断面領域６を加熱する。異形断面領域６においては、図３に示されるように、横断面が非対称に構成されているので、加熱によって生ずる内部応力は、各横断面において一方向に偏りを生ずる。その結果、図１および図２に鎖線で示されるように、各フィンガ３〜５の先端が一方向に、すなわち、全てのフィンガ３〜５の先端が中心軸Ａに近接する方向に変位させられる。これにより、フィンガ３〜５間の間隔寸法が狭まるので、フィンガ３〜５間に配置されている物体Ｂがフィンガ３〜５によって挟まれ、把持されることになる。
【００２３】
この場合において、本実施形態に係るハンドリング装置１によれば、物体Ｂは３本のフィンガ３〜５を構成する光ファイバの円筒面３ｂ〜５ｂに接触することにより把持されるので、常に３点で安定して支持されることになる。また、すべてのフィンガを３〜５同様の光ファイバにより構成し、中心軸Ａに向かって同時に変位するように構成したので、大きなストロークを達成することができる。
【００２４】
例えば、上述したように、異形断面領域６の長さを１０ｍｍ、光ファイバの直径を１ｍｍとし、１５０ｍＷのレーザ光を傾斜面３ａ〜５ａに吸収させることにより、図２に示すフィンガ３〜５の先端において約５μｍの変位を達成することができる。したがって、直径で１０μｍの変位を可能とし、種々の大きさの物体Ｂを把持することができる。また、大きなストロークによってハンドリング装置１の物体Ｂへの位置決めも容易になるという利点がある。
【００２５】
また、本実施形態に係るハンドリング装置１によれば、フォトサーマル効果によって光ファイバに生ずる把持力は微小である。このため、特に、傷つきやすい物体Ｂを把持する場合に、物体Ｂに損傷を与えることがないという利点がある。また、フォトサーマル効果によるフィンガ３〜５の先端の変位速度も０．５秒程度ときわめて迅速であり、物体Ｂのハンドリング作業を高速に行うことが可能である。
【００２６】
次に、この発明の第２の実施形態に係るハンドリング装置１０について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態の説明においては、第１の実施形態に係るハンドリング装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を簡略化する。
【００２７】
本実施形態に係るハンドリング装置１０は、図４に示されるように、第１の実施形態に係るハンドリング装置１が、３本の光ファイバからなるフィンガ３〜５を有していたのに代えて、１本の光ファイバからなる第１フィンガ１１と、２本の固定された円柱状部材からなる第２フィンガ１２，１３とを備えている。
【００２８】
これら第１フィンガ１１および第２フィンガ１２，１３は、中心軸Ａ回りに、周方向に等間隔をあけて胴体部２に固定されている。
第１フィンガ１１は、第１の実施形態に係るハンドリング装置１の第１フィンガ３と同一形状を有し、中心軸Ａに向かう方向に変位するように配置されている。すなわち、傾斜面１１ａを中心軸Ａとは反対側に、円筒面１１ｂを中心軸側に配している。
また、第２フィンガ１２，１３は、第１フィンガ１１を構成する光ファイバの外径寸法と同等の外径寸法を有する円柱状部材により構成されており、それぞれ、円筒面１２ａ，１３ａを備えている。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係るハンドリング装置１０の作用について以下に説明する。
本実施形態に係るハンドリング装置１０を用いて微細な物体Ｂを把持するには、駆動機構の作動により胴体部２、第１フィンガ１１および第２フィンガ１２，１３を把持すべき物体Ｂの位置まで移動し、該物体Ｂを第１、第２フィンガ１１〜１３間に配置する。この際、レーザ光源はオフ状態としておくことにより、第１フィンガ１１が変形のない原位置に配置されている。すなわち、第１、第２フィンガ１１〜１３間の間隔が最も広がった状態とされている。
【００３０】
この状態で、レーザ光源をオン状態に切り替えることにより、レーザ光源から第１フィンガ１１を構成する光ファイバ内を伝播させてレーザ光が第１フィンガ１１の先端まで到達する。第１フィンガ１１の先端には、傾斜面１１ａが設けられ、該傾斜面１１ａが黒色塗料７により塗装されているので、伝播されてきた光は傾斜面１１ａによってすべて遮られるとともに、黒色塗料７に吸収される。これにより、フォトサーマル効果が発生し、傾斜面１１ａにおいて発熱が生ずる。
【００３１】
また、第１フィンガ１１の先端には、傾斜面１１ａによって非対称の横断面形状を有する異形断面領域６が構成されているので、当該異形断面領域６において発熱が生ずると、その熱によって生ずる内部応力に不均衡が生じ、図４に鎖線で示されるように、第１フィンガ１１の先端が一方向に変位させられる。その結果、第１、第２フィンガ１１〜１３間の間隔寸法が狭まるので、物体Ｂが第１フィンガ１１によって、第２フィンガ１２，１３に押し付けられるようにして、第１、第２フィンガ１１〜１３間に把持されることになる。
【００３２】
この場合において、本実施形態に係るハンドリング装置１０によれば、物体Ｂは第１フィンガ１１を構成する光ファイバの円筒面１１ｂおよび第２フィンガ１２，１３を構成する円柱状部材の円筒面１２ａ，１３ａに接触することにより把持されるので、常に３点で安定して支持されることになる。
また、第１フィンガ１１のみを変位させることとし、第２フィンガ１２，１３を固定しているので、第１の実施形態と比較して、ストロークは小さくなるものの、物体Ｂを精度よく位置決めした状態に把持することができるという利点がある。
【００３３】
上記実施形態に係るハンドリング装置１，１０においては、３本のフィンガ３〜５，１１〜１３を備える構造を採用することとしたが、これに代えて、２本または４本以上のフィンガを有する構造を採用してもよい。また、光ファイバからなる第１フィンガと固定された第２フィンガとの本数割合も任意でよい。
また、第２実施形態において第２フィンガ１２，１３を円柱状部材としたが、これに代えて、任意の横断面形状の柱状部材を採用することにしてもよい。
【００３４】
また、光ファイバの先端を斜めに切断加工することにより、異形断面領域６を構成したが、この形状に限定されるものではない。すなわち、任意の非対称な横断面形状を有する構造にすれば、発熱によって生ずる応力バランスを偏らせることができるからである。
【００３５】
また、上述したように光ファイバの先端を斜めに切断加工して形成された傾斜面３ａ〜５ａ，１１ａに黒色塗装を施すことにより、応力バランスを偏らせる異形断面領域６と、フォトサーマル効果を発生させる発熱部とを設けることとしたが、これに代えて、図５に示されるように異形断面領域１５を段差１４を有する階段状の形状に形成してもよい。
【００３６】
また、光ファイバからなるフィンガ３〜５，１１の変位方向を中心軸Ａに対して近接離間する放射方向に設定したが、これに代えて、物体Ｂを把持すべきフィンガ３〜５，１１〜１３間の間隔を拡縮できる方向であれば、他の任意の方向に変位させることにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るハンドリング装置によれば、光ファイバからなる第１フィンガに供給する光をオンオフさせるだけで、発熱部によって異形断面領域を加熱、冷却することにより、第１フィンガの先端を変位させて、物体を把持、解放することができる。したがって、極めて簡易な構成で、確実に微小な物体をハンドリングすることができるという効果を奏する。
また、光ファイバの変形を利用しているので、微小な把持力を達成することができ、把持される物体に損傷を与えることがないという効果もある。
また、供給する光をオンオフすることにより、第１フィンガを変形させるので、その応答性が高く、物体を迅速にハンドリングすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係るハンドリング装置を示す斜視図である。
【図２】図１のハンドリング装置のフィンガを示す側面図である。
【図３】図１のハンドリング装置のフィンガに設けられた異形断面領域のＣ−Ｃ断面を示す横断面図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係るハンドリング装置を示す斜視図である。
【図５】異形断面領域の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
Ｂ  物体
１；１０  ハンドリング装置
３；１１  フィンガ（第１フィンガ）
３ａ〜５ａ；１１ａ  傾斜面（発熱部）
４，５；１２，１３  フィンガ（第２フィンガ）
６  異形断面領域
７  塗料
１２ａ，１３ａ  円筒面
【図１】
2004276141.tif 000003
【図２】
2004276141.tif 000004
【図３】
2004276141.tif 000005
【図４】
2004276141.tif 000006
【図５】
2004276141.tif 000007