JPH09109038A - 機能化ピンセット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 把持力の変化を感知し、作業者に伝達する機
能を有し、作業者の把持力調整を行い易くすることがで
きて微細作業用として好適な機能化ピンセットを提供す
る。 【解決手段】 本発明の機能化ピンセットは、ピンセッ
ト本体１に取り付けられた把持力を検出する力センサ２
と、該力センサ２の出力を増幅するためのセンサアンプ
３と、該センサアンプ３の出力を物理量に変換する変換
装置５と、この変換装置５により変換した物理量を基に
ピンセット本体１に対する把持力の変化を告知する告知
手段とを有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微小光学レンズな
ど微細な物体を把持する際に使用する機能化ピンセット
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ピンセットは微細な物体を把持
する手段として広く使用され、用途に応じ様々な形状の
ものが使用されている。また、使用者により調節される
把持力の変動を無くすために特公平６−４１１１号公報
に示されるようなピンセットの基端部に圧電素子を配置
し、ピンセットの開閉変位を調整することで把持力を安
定させる圧電式ピンセットなるものも知られている。

【０００３】図６は前記圧電式ピンセットの構成を示す
斜視図である。以下、該圧電式ピンセットについて概説
する。

【０００４】この圧電式ピンセットは、把持脚１０１、
１０２からなるピンセット本体の基端部の相互間に圧電
素子１０３を配置している。そして、圧電素子１０３に
所定の電圧を印加すると、印加電圧の大きさに比例した
変位量だけ把持脚１０１、１０２が開閉し、対象物を把
持することができる。このため、把持脚１０１、１０２
の変位量に見合った安定的な把持力で物体を把持できる
作用を発揮する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧電式ピンセットは、ピンセット先端の開閉変位を
調節することで把持力を一定にしようとしているため、
本質的には把持力を検出していない。このため、最適な
把持力の調節が困難であり、把持した物体を破損、紛失
してしまう課題があった。特に、微小光学レンズ等硬質
の把持対象物の場合には、その変形によって把持状態を
観察することができないため、把持力不足による脱落
や、把持力過剰による損傷、紛失が発生しやすい。一
方、従来の普通のピンセットでは、把持力の調整を作業
者の指先の感覚に依存しているため、把持力の調整には
熱練を要するという課題がある。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するために、把
持力の変化を感知し、作業者に伝達する機能を有し、作
業者の把持力調整を行い易くすることができて微細作業
用として好適な機能化ピンセットを提供するものであ
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、請求項１記載の機能化ピンセットは、ピンセット本
体に取り付けられた把持力を検出する力センサと、該力
センサの出力を増幅するためのセンサアンプと、該セン
サアンプの出力を物理量に変換する変換装置と、この変
換装置により変換した物理量を基にピンセット本体に対
する把持力の変化を告知する告知手段とを有することを
特徴とするものである。

【０００８】請求項２記載の機能化ピンセットは、ピン
セット本体に取り付けられた把持力を検出する力センサ
と、該力センサの出力を増幅するためのセンサアンプ
と、ピンセット本体を構成する２枚の板の少なくとも片
方の板に設けられた把持力を変化させるアクチュエータ
と、該アクチュエータの駆動アンプと、前記センサアン
プの出力を基に、前記駆動アンプを介してアクチュエー
タをフィードバック制御し前記把持力を調整する制御回
路と、前記センサアンプの出力を物理量に変換する変換
装置と、この変換装置により変換した物理量を基にピン
セット本体に対する把持力の変化を告知する告知手段と
を有することを特徴とするものである。

【０００９】請求項３記載の機能化ピンセットは、請求
項１又は２記載の機能化ピンセットにおける前記告知手
段は、ピンセット本体に対する把持力の変化をおと、光
又は振動により告知するように構成されることを特徴と
するものである。

【００１０】以下、本発明の動作を説明する。図１は請
求項１及び請求項２記載の本発明の概念図である。

【００１１】上記のように構成された請求項１記載の機
能化ピンセットにおいて、微小な物体をピンセット本体
１により把持すると、このピンセット本体１の把持力が
力センサ２によって検出される。該力センサ２の出力を
センサアンプ３によって増幅し、前記変換装置５によっ
て変換し、図１には図示しない告知手段により作業者に
告知することにより、把持力の変化を作業者が認識させ
ることができる。

【００１２】また、請求項２記載の機能化ピンセットに
おいては、請求項１記載の機能化ピンセットの動作に加
えて、図１に示す駆動アンプ７により駆動されるアクチ
ュータ６による把持力をフィードバック制御する制御回
路８を設けることで、作業者の把持力の調整を補佐し把
持力を最適にするように動作する。

【００１３】請求項３記載の機能化ピンセットにおいて
は、請求項１又は２記載の機能化ピンセットにおける前
記告知手段により、ピンセット本体に対する把持力の変
化を音、光又は振動により告知するものであるから、把
持力の変化を確実に作業者に伝達できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】

［実施の形態１］本発明の実施の形態１について図２を
参照して説明する。図２において、ピンセット本体１の
一方の先端部分を他方の先端部分に比して充分変形しう
る板バネ状に加工して歪みゲージ９を取付け力センサと
して機能させ、センサアンプ３と接続する。この際、力
センサとしての歪みゲージ９の分解能は少なくとも１ｍ
Ｎ以下であることが望ましい。また、実施の形態１の機
能化ピンセットは、前記センサアンプ３からの出力であ
る電圧に比例して変換装置５に接続したスピーカ１０か
らの音量を増減するようになっている。

【００１５】上記構成からなる本実施の形態１におい
て、前記ピンセット本体１が物体を把持すると、ピンセ
ット本体１の一方の先端部分に比して充分弱い板バネ状
に加工されている先端の弾性変形量が把持力に比例して
変化するので、歪みゲージ９の抵抗値が変化し、センサ
アンプ３の出力電圧が把持力の変化に比例して変化す
る。 このセンサアンプ３の出力電圧を変換装置５によ
って音の強弱信号としてスピーカ１０に送り、スピーカ
１０から音により作業者に把持力の変化を知せる。

【００１６】ここで、前記変換装置５により、センサア
ンプ３の出力電圧を音の高低に変換しても作業者に把持
力の変化を知せることができる。また、作業者が複数人
である場合には、スピーカ１０ではなく所要数のヘッド
ホン、イヤホンを用いることができる。さらに、音の代
わりに光の強弱、点滅速度の増減、色調の変化等の告知
情報を変換装置５から出力させたり、ランプ、ＬＥＤ、
画像モニター等の告知手段を用いても良い。

【００１７】本実施の形態１では、作業者は把持力の変
化を音又は光の変化として認識することができるので、
把持した物体の最適な把持力、把持状態を変換装置５に
よって変換された音、又は光として認識することで、ピ
ンセット本体１に対して常に一定の把持力を与えること
が容易となる。この結果、把持力の調整を補佐し把持力
を最適にすることが容易となり、把持した物体の破損や
紛失を防止することができる。

【００１８】この際、力センサとしての歪みゲージ９は
ピンセット本体１の先端に配置されているため、作業者
がピンセット本体１をどの部位で保持しようとも歪みゲ
ージ９の検出値に大きな誤差は生じない。

【００１９】また、物体を把持した位置によって歪みゲ
ージ９の検出値は変動するが、微細な作業においてはピ
ンセット本体１の極めて先端部分で把持しなければ先端
部分に把持した物体が隠れてしまい作業不能となる。従
って、作業時の把持位置は限定され、歪みゲージ９の検
出値の変動は極めて少ない。

【００２０】［実施の形態２］次に、本発明の実施の形
態２について図３、図４を参照して説明する。図３に示
す機能化ピンセットは、ピンセット本体１の一方の先端
部分に他方の先端部分に比して充分変形しうる平行バネ
１１を取り付け、図４に示すように、２枚の平行バネ１
１のそれぞれ外側に力センサとしての歪みゲージ９を２
枚取付けて、該歪みゲージ９をセンサアンプ３と接続す
る構成となっている。

【００２１】この際、歪みゲージ９の分解能は少なくと
も１ｍＮ以下であることが望ましい。 また、前記ピン
セット本体１のもう一方の先端部分には、バイモルフ型
の圧電素子１２をこのピンセット本体１の先端部分が開
閉する方向に湾曲するように接着し、又は、ネジ止めに
て取り付けられ、駆動アンプ７と接続されている。

【００２２】さらに、前記センサアンプ３は、その出力
電圧に比例してスピーカ１０からの音量を増減する変換
装置５に接続されるとともに、前記バイモルフ型の圧電
素子１２の駆動アンプ７とフィードバック制御を行うよ
うに製造回路８に接続される。 この制御回路８には、
把持力の目標値を入力する入力部４を設けている。尚、
入力部４としては、例えば可変抵抗器、スイッチ、キー
ボード等を用いることができる。

【００２３】上記構成からなる本実施の形態２機能化ピ
ンセットは、ピンセット本体１が物体を把持すると、ピ
ンセット本体１の先端の平行バネ１１の弾性変形量が把
持力に比例して変化するので、歪みゲージ９の抵抗値が
変化し、センサアンプ３の出力電圧が把持力の変化に比
例して変化する。平行板バネ１１と歪みゲージ９を２個
ずつ用いることで、ピンセット本体１の先端の軸方向の
力による平行バネ１１の歪みを打ち消すことができ、正
確に把持力のみを測定できる。

【００２４】前記歪みゲージ９の出力電圧を制御量とし
て制御回路８及び駆動アンプ７によるフィードバック制
御によりバイモルフ型の圧電素子１２を駆動し、前記バ
イモルフ型の圧電素子１２の取り付けられたピンセット
本体１の先端が開閉させることで、把持力が入力部４に
より設定された目標値となるようにピンセット本体１を
制御することができる。この結果、把持力の調整を補佐
し把持力を最適にすることが容易となり、把持した物体
の破損や紛失を防止することができる。

【００２５】即ち、作業者はピンセット本体１の把持力
を前記バイモルフ型の圧電素子１２の制御範囲内とする
よう把持するだけで良く、前記バイモルフ型の圧電素子
６の制御範囲を越える把持力となった場合には、変換装
置５によって警告音としてスピーカ１０より音を出すこ
とで、作業者はピンセット本体１の把持力を調節するこ
とが可能となる。

【００２６】本実施の形態２では、前記実施の形態１に
比べ、正確に把持力のみを測定できる。また、作業者が
経験、又は実験により得ることのできる把持する物体に
最適な把持力の目標値を前記入力部４より設定し、前記
バイモルフ型１２の圧電素子６の制御範囲内とするよう
把持するだけで設定した目標値の把持力をピンセット本
体１に与えることができ、作業者の疲労がより少ないと
いう利点がある。

【００２７】［実施の形態３］次に、本発明の実施の形
態３について図５を参照して説明する。図５において、
ピンセット本体１の一方の先端部分は他方の先端部分に
比して充分変形しうる板バネ状に加工し力センサとして
の歪みゲージ９を取付け、歪みゲージ９をセンサアンプ
３と接続する。この際、歪みゲージ９の分解能は少なく
とも１ｍＮ以下であることが望ましい。

【００２８】前記ピンセット本体１を構成する２枚の板
の間には一方の板の内側には永久磁石１３が、他方の板
の内側には電磁石１４が接着又はネジ止め等により取り
付けられている。前記電磁石１４は駆動アンプ７と接続
されている。

【００２９】また、本発明の実施の形態３においては、
図５に示すように、小型モータ１５と、この小型モータ
１５の出力軸１６に偏心させて取り付けられた錘１７か
らなる振動装置１８の振動を、前記小型モータ１５の回
転数を前記センサアンプ３の出力である電圧に比例して
増減する変換装置５を具備している。

【００３０】前記センサアンプ３は、前記変換装置５と
接続されるとともに、前記電磁石１４の駆動アンプ７と
フィードバック制御を行うように制御回路８に接続され
ている。さらに、制御回路８には把持力の目標値を入力
する入力部４（例えば可変抵抗器）が設けられている。

【００３１】また、小型モータ１５と錘１７からなる振
動装置１８は、作業者の体に接触する位置に配置されて
いる。尚、振動装置１８は小型モータ１５の代わりにボ
イスコイル、圧電素子等を用いたものでも良い。

【００３２】上記構成からなる本実施の形態３では、ピ
ンセット本体１が物体を把持すると、ピンセット本体１
の先端の弾性変形量が把持力に比例して変化するので、
歪みゲージ９の抵抗値が変化し、センサアンプ３の出力
電圧が把持力の変化に比例して変化する。この出力電圧
を制御量として電磁石１４に対し制御回路８及び駆動ア
ンプ７によるフィードバック制御０行い、前記電磁石１
４と対向する位置にある永久磁石１３との反発力を変化
させることでピンセット本体１の把持力を一定に制御す
ることができる。

【００３３】作業者は経験、または実験により得ること
のできる把持する物体に最適な把持力の目標値を入力部
４より設定し、ピンセット本体１の把持力を前記永久磁
石１３と電磁石１４からなるアクチュエータの制御範囲
内とするよう把持するだけでピンセット本体１の把持を
安定して行う事ができる。

【００３４】そして、前記永久磁石１３と電磁石１４か
らなるアクチュエータの制御範囲を越える把持力となっ
た場合には、作業者の体に接触し得る振動装置１８によ
って振動として体感することで、作業者はピンセット本
体１の把持力の調節を行うことができる。この結果、把
持力の調整を補佐し把持力を最適にすることが容易とな
り、把持した物体の破損や紛失を防止することができ
る。

【００３５】また、本実施の形態３では、作業者は実施
の形態２に記載のバイモルフ型の圧電素子１２に比べ制
御範囲の広い永久磁石１３と電磁石１４からなるアクチ
ュエータを用いることにより、作業者の把持力の許容範
囲が広くできるという利点がある。

【００３６】また、前記変換装置５によってセンサアン
プ３の出力を変換する物理量として、音、光の代わりに
振動を用いることで、耳の不自由な作業者や顕微鏡下で
の作業等光量の変化が望ましくない作業環境にも対応で
きる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下の効
果を奏する。

【００３８】請求項１記載の発明によれば、把持力の変
化を作業者が認識することができ、ピンセット本体に対
する最適な把持力の調整を容易に行うことができる機能
化ピンセットを提供することができる。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の機能化ピンセットの効果に加えて、作業者の把持力
の調整を補佐し把持力をより最適にすることができる機
能化ピンセットを提供することができる。

【００４０】請求項３記載の発明によれば、把持力の変
化を確実に作業者に告知することが可能な機能化ピンセ
ットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能化ピンセットの概念図である。

【図２】本発明の実施の形態１の機能化ピンセットを示
す構成図である。

【図３】本発明の実施の形態２の機能化ピンセットを示
す構成図である。

【図４】本発明の実施の形態２の機能化ピンセットの先
端部分を示す正面図である。

【図５】本発明の実施の形態３の機能化ピンセットを示
す構成図である。

【図６】従来の技術を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１ ピンセット本体 ２ 力センサ ３ センサアンプ ４ 入力部 ５ 変換装置 ６ アクチュエータ ７ 駆動アンプ ８ 制御回路 ９ 歪みゲージ １０ スピーカ １１ 平行バネ １２ バイモルフ型の圧電素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピンセット本体に取り付けられた把持力
   を検出する力センサと、 該力センサの出力を増幅するためのセンサアンプと、 該センサアンプの出力を物理量に変換する変換装置と、 この変換装置により変換した物理量を基にピンセット本
   体に対する把持力の変化を告知する告知手段と、 を有することを特徴とする機能化ピンセット。
2. 【請求項２】 ピンセット本体に取り付けられた把持力
   を検出する力センサと、 該力センサの出力を増幅するためのセンサアンプと、 ピンセット本体を構成する２枚の板の少なくとも片方の
   板に設けられた把持力を変化させるアクチュエータと、 該アクチュエータの駆動アンプと、 前記センサアンプの出力を基に、前記駆動アンプを介し
   てアクチュエータをフィードバック制御し前記把持力を
   調整する制御回路と、 前記センサアンプの出力を物理量に変換する変換装置
   と、 この変換装置により変換した物理量を基にピンセット本
   体に対する把持力の変化を告知する告知手段と、 を有することを特徴とする機能化ピンセット。
3. 【請求項３】 前記告知手段は、ピンセット本体に対す
   る把持力の変化をおと、光又は振動により告知するよう
   に構成されることを特徴とする請求項又は２記載の機能
   化ピンセット