JP2014213435A - ワークチャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動部、変形部等を配置する必要がなく、低温下においても特殊な部品等を用いることなく簡単な構造となるとともに、単純な回転駆動のみで確実に把持開放動作が可能なワークチャック装置を提供すること。
【解決手段】爪部材１２０を開閉する開閉手段が、チャック本体１１０に支持されたホルダ１３１と、ホルダ１３１の中心に回転可能に支持され太陽歯車１３３を有する駆動軸１３２と、太陽歯車１３３と噛み合う遊星歯車１３５を有する遊星軸１３４と、ホルダ１３１に固定され遊星軸１３４を回転可能に支持する遊星ベース１３６とを備え、爪部材１２０が遊星軸１３４に固定された揺動アーム１２１によって揺動可能に設けられていること。
【選択図】図４

Description

本発明は、目的のワークを把持するワークチャック装置に関するものであり、特に、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等のワークをトレイに収容して冷凍環境下で保管する際に、そのトレイから目的のワークを移載させるために把持するのに好適なワークチャック装置に関するものである。

近年、従来、化学、生化学、生体学、製薬などの基礎研究あるいは応用研究においては、大量の生体サンプル、臨床サンプル、化学合成物などの試料を検査等のために保管している。
例えば、創薬研究プロセスにおいて、生体活性等を調査するため、多種多様な検査、実験のために微量で多数の試料を取り扱うことが必要であり、マイクロ（テスト）チューブ等の容器に収められた試料を、極低温の安定した環境のもとで大量に保管するとともに、任意の試料を迅速に取り出す技術が欠かせない。

このようなシステムの自動化のため、マイクロ（テスト）チューブ等の小型ワークを保管用トレイから取り出したり、搬送用トレイから保管用トレイに移載するために把持するワークチャック装置が用いられている。
このワークチャック装置は、開閉手段によって開閉動作可能な複数の爪部材を有しており、これらの爪部材により、トレイに縦立収納された複数のマイクロ（テスト）チューブ等の中から目的とするものを把持するものであり、移載機構によって引き上げて、所定の場所に移動してマイクロ（テスト）チューブ等を移載するものである（例えば特許文献１等参照。）。

特開２００８−９３７６７号公報

特許文献１に示すような公知のワークチャック装置は、例えば、電動アクチュエータや電磁ソレノイド等の駆動部を配置して、爪部材を直接ワーク方向に移動させたり、爪部材の弾性を利用してワーク方向に進退させたりするものであった。
このため、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動部、変形部等を配置する必要があった。
このようなワークチャック装置を、創薬研究プロセス等の低温格納されたワークのピッキングに適用する場合、爪部材に近い部分に配置された駆動部や、直線移動部、変形部等を低温下でも確実に動作可能な構成とする必要があり、特殊な部品や構造等を必要とし、非常に高価で複雑なものとなるという問題があった。
また、ワークを常温下に搬送してピッキングした場合には、容器内の試料の温度が上昇し、試料が変質してダメージを与える虞があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動部、変形部等を配置する必要がなく、低温下においても特殊な部品等を用いることなく簡単な構造となるとともに、単純な回転駆動のみで確実に把持開放動作が可能なワークチャック装置を提供することを目的とするものである。

本請求項１に係る発明は、チャック本体と、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材と、前記爪部材を開閉する開閉手段とを有するワークチャック装置であって、前記開閉手段が、前記チャック本体に支持されたホルダと、前記ホルダの中心に回転可能に支持され太陽歯車を有する駆動軸と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する少なくとも１本の遊星軸と、前記ホルダに固定され前記遊星軸を回転可能に支持する遊星ベースとを備え、前記爪部材の少なくとも１本が、前記遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項２に係る発明は、請求項１に係るワークチャック装置の構成に加え、前記ホルダが、前記チャック本体に対して回転抵抗が付与された状態で回転可能に支持されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項３に係る発明は、請求項２に係るワークチャック装置の構成に加え、前記チャック本体とホルダとの間の回転抵抗を調節する抵抗調節手段が設けられていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項４に係る発明は、請求項３に係るワークチャック装置の構成に加え、前記ホルダに外嵌された弾性部材と、前記弾性部材の圧縮力を調節する前記ホルダに外嵌螺合された調節ナットからなることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項５に係る発明は、請求項４に係るワークチャック装置の構成に加え、前記弾性部材が、皿ばねで構成されていることにより、前記課題を解決するものである。
本請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに係るワークチャック装置の構成に加え、前記遊星軸および爪部材が３本設けられ、前記３本の爪部材がそれぞれ、前記３本の遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係るワークチャック装置によれば、開閉手段が、チャック本体に支持されたホルダと、前記ホルダの中心に回転可能に支持され太陽歯車を有する駆動軸と、太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する少なくとも１本の遊星軸と、ホルダに固定され遊星軸を回転可能に支持する遊星ベースとを備え、爪部材の少なくとも１本が遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることにより、１つの駆動軸を回転することで１本以上の遊星軸が同時に回転し、１本以上の爪部材が同時に開閉動作を行うことが可能となる。
このことで、爪部材に近い部分は、全て回転運動のみを軸受すればよいため、低温下においても特殊な部品等を用いることなく安価で単純な構造でも信頼性の高い構造とすることができる。
また、爪部材の開閉のために変形部を設ける必要もない。
さらに、駆動軸を回転駆動する駆動部も、爪部材から距離を離して極低温にさらされない位置に配置することが可能となり、特殊な部品や構造を必要とせず単純な回転駆動のみで確実に把持開放動作が可能となる。

請求項２に記載の構成によれば、ホルダがチャック本体に対して回転抵抗が付与された状態で回転可能に支持されていることにより、爪部材が揺動してワークを把持する力を、駆動軸の駆動トルクをコントロールすることなく制限することが可能となるため、駆動軸を回転駆動する駆動部をさらに安価で単純な構造とすることが可能となる。
また、把持したワークの表面のマーク等を読み取るような場合、マーク等の位置を正確に特定して把持することが困難なため、マーク等が読み取り機器に対向する位置を通過するようにワークを回転させる必要があるが、本構成により、把持のための駆動軸を回転駆動するだけで、他の特別な回転駆動機構を用いることなくワークを一定の力で把持するとともに回転させることが可能となる。
請求項３に記載の構成によれば、チャック本体とホルダとの間の回転抵抗を調節する抵抗調節手段が設けられていることにより、爪部材が揺動してワークを把持する力を、駆動軸の駆動トルクをコントロールすることなく条件に応じて適宜変更することが可能となるため、安価で単純な構造でさらに確実に把持開放動作が可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、抵抗調節手段が、ホルダに外嵌された弾性部材と、弾性部材の圧縮力を調節するホルダに外嵌螺合された調節ナットからなることにより、抵抗調節手段を簡単で外部から変更しやすい構成となり、安価で単純な構造でさらに確実に把持開放動作が可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、弾性部材が皿ばねで構成されていることにより、簡素な部材で広い範囲で圧縮力を調節することが可能となる。
請求項５に記載の構成によれば、遊星軸および爪部材が３本設けられ、３本の爪部材がそれぞれ、３本の遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることにより、少ない数で確実にワークを把持できるとともに、各爪部材を同時に均等に開閉動作させることができ、ワークに対して周囲から均等に把持力を加えることができるため、ワークを損傷したり無理に移動させることなく確実に把持することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るワークチャック装置の概略の斜視図。 本発明の一実施形態に係るワークチャック装置の爪部材側からの平面図。 本発明の一実施形態に係るワークチャック装置の側面図。 図３のＡ−Ａ断面図。

本発明のワークチャック装置は、チャック本体と、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材と、爪部材を開閉する開閉手段とを有するワークチャック装置であって、開閉手段が、チャック本体に支持されたホルダと、ホルダの中心に回転可能に支持され太陽歯車を有する駆動軸と、太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する少なくとも１本の遊星軸と、ホルダに固定され遊星軸を回転可能に支持する遊星ベースとを備え、爪部材の少なくとも１本が、遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられ、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動部、変形部等を配置する必要がなく、低温下においても特殊な部品等を用いることなく簡単な構造となるとともに、単純な回転駆動のみで確実に把持開放動作が可能なものであれば、その具体的な構成はいかなるものであってもよい。

本発明の一実施形態に係るワークチャック装置１００を、図１乃至図４に基づいて説明する（なお、図示では、爪部材１２０が上方に位置しているが、一般的なワークを上方から把持する使用形態では、上下が逆の状態で使用される。）。
ワークチャック装置１００は、チャック本体１１０と、ワークの側面に当接して把持する３本の爪部材１２０と、爪部材１２０を開閉する開閉手段とを有している。
開閉手段は、チャック本体１１０にホルダ軸受１３７で回転可能に支持されたホルダ１３１と、ホルダ１３１の中心に駆動軸軸受１３８で回転可能に支持され太陽歯車１３３を有する駆動軸１３２と、太陽歯車１３３と噛み合う遊星歯車１３５を有する３本の遊星軸１３４と、ホルダ１３１に固定され遊星軸１３４を回転可能に支持する遊星ベース１３６とを備えている。
また３本の爪部材１２０は、それぞれ遊星軸１３４に固定された揺動アーム１２１の揺動によって同時に開閉動作可能に設けられている。
本実施形態においては、爪部材１２０と揺動アーム１２１とが一体に形成されており、揺動アーム１２１が遊星軸１３４を挟むよう取付けられてネジ固定されているが、これらの部材の形成手段、固定手段は公知のいかなるものであってもよい（なお、図１乃至図４において、ネジ固定のためのネジは一部のみ図示した。）。

また、ホルダ１３１に外嵌された弾性部材である皿ばね１５１、押圧板１５３およびホルダ１３１に外嵌螺合された調節ナット１５２によって、チャック本体１１０とホルダ１３１との間の回転抵抗を調節する抵抗調節手段１５０が構成されている。
すなわち、皿ばね１５１はホルダ軸受１３７を押圧するようにホルダ１３１に外嵌されており、ホルダ１３１に外嵌螺合された調節ナット１５２を進退させることで、押圧板１５３を介して皿ばね１５１の圧縮力が調節されてホルダ軸受１３７の回転抵抗が調節され、チャック本体１１０とホルダ１３１との間の回転抵抗が調節される。

以上のように構成された本発明の一実施形態に係るワークチャック装置１００の動作について説明する。
チャック本体１１０は、移動手段（図示せず）に固定され、ワークチャック装置１００がワーク（図示せず）に対してアクセス可能に設置されている。
まず、爪部材１２０がワークの周囲に位置するようにワークチャック装置１００が移動される。
その位置で、駆動接続部材１３９を介して駆動軸１３２と回転接続された回転駆動手段（図示せず）を動作させることで、駆動軸１３２が回転駆動される。

この時、ホルダ１３１は、抵抗調節手段１５０によってチャック本体１１０に対して回転抵抗が付与されているため、ホルダ１３１はチャック本体１１０に対して回転せず、駆動軸１３２のみがホルダ１３１に対して回転する。
駆動軸１３２の回転によって太陽歯車１３３が回転し、太陽歯車１３３と噛み合う遊星歯車１３５が回転駆動されて、３本の遊星軸１３４が同時に回転する。
遊星軸１３４の回転によって、遊星軸１３４に固定された揺動アーム１２１が揺動し、爪部材１２０がワークを把持する方向に移動する。

爪部材１２０がワークに接触して把持すると、揺動アーム１２１の揺動が停止されホルダ１３１と駆動軸１３２との相対回転が停止するが、さらに回転駆動手段による駆動軸１３２の駆動を続けることで、ホルダ１３１とチャック本体１１０との回転抵抗を超えるトルクがホルダ１３１にかかり、ホルダ１３１がチャック本体１１０に対して相対回転する。
この時、チャック本体１１０とホルダ１３１との間の回転抵抗を適宜に抵抗調節手段１５０によって調節することにより、爪部材１２０がワークを把持する把持力を調節することが可能となる。

爪部材１２０がワークを把持した状態で、移動手段（図示せず）によってワークチャック装置１００を移動させることにより、ワークを回転させながら移動させることができる。
ワークを適宜の場所に移動させてワークの把持を解除する場合は、回転駆動手段を逆転することで、直ちに駆動軸１３２のみがホルダ１３１に対して前述と逆方向に回転し、爪部材１２０がワークの把持を解除する方向に移動する。

本発明に係るワークチャック装置１００は、上述した実施形態のものに限定されるものではなく、個々の具体的な構成はいかなるものであってもよい。
例えば、上述した実施形態では爪部材１２０を３本とし、全てを開閉可能に構成したが、２本以上であれば何本であってもよく、全ての爪部材が開閉可能に構成されていなくてもよい。
また、爪部材の配置間隔も、円周上に等間隔でなくてもよい。
さらに、爪部材は、図示では真っ直ぐな円柱状のものであるが、他の断面形状や途中で屈曲した形状、中空状等のいかなる形状であってもよく、ワークとの接触部に凹凸加工を施したものや緩衝部材を有するものであってもよく、複数の爪部材が異なる形状、材質のものを含んでいてもよい。

また、ホルダとチャック本体との回転抵抗の付与は、ホルダ側の質量が大きくなるように設計したり、ホルダ軸受を駆動軸軸受より回転抵抗が元々大きいものを選択するようにしてもよい。
さらに、上述の実施形態では、駆動軸がホルダ内で回転可能に支持されているが、チャック本体に直接回転可能に支持されていてもよい。
また、駆動軸が軸芯側にあり、ホルダがその外側に位置しているが、同様の駆動伝達効果を有するものであれば、その位置関係が逆になるように設計したもの（ホルダ相当が軸芯側、駆動軸相当がその外側）でもよい。

また、それぞれの回転可能な支持のための軸受部は、公知のいかなる軸受構造（ボール軸受、プレーン軸受、磁気軸受等）であってもよい。
さらに、駆動軸を回転駆動する回転駆動手段（図示せず）は、駆動軸と同軸上になくてもよく（チェーンなどを介して離れたところに設置等）、また、その動力源も、電動機、内燃機関、水力、手動等いかなるものであってもよい。
また、本発明に係るワークチャック装置により把持されるワークは、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等に限定されるものではなく、各種組立機械、工作機械等のワークの把持に用いられてもよい。

１００ ・・・ ワークチャック装置
１１０ ・・・ チャック本体
１２０ ・・・ 爪部材
１２１ ・・・ 揺動アーム
１３１ ・・・ ホルダ
１３２ ・・・ 駆動軸
１３３ ・・・ 太陽歯車
１３４ ・・・ 遊星軸
１３５ ・・・ 遊星歯車
１３６ ・・・ 遊星ベース
１３７ ・・・ ホルダ軸受
１３８ ・・・ 駆動軸軸受
１３９ ・・・ 駆動接続部材
１５０ ・・・ 抵抗調節手段
１５１ ・・・ 皿ばね
１５２ ・・・ 調節ナット
１５３ ・・・ 押圧板

Claims (6)

1. チャック本体と、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材と、前記爪部材を開閉する開閉手段とを有するワークチャック装置であって、
   前記開閉手段が、前記チャック本体に支持されたホルダと、前記ホルダの中心に回転可能に支持され太陽歯車を有する駆動軸と、前記太陽歯車と噛み合う遊星歯車を有する少なくとも１本の遊星軸と、前記ホルダに固定され前記遊星軸を回転可能に支持する遊星ベースとを備え、
   前記爪部材の少なくとも１本が、前記遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることを特徴とするワークチャック装置。
2. 前記ホルダが、前記チャック本体に対して回転抵抗が付与された状態で回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のワークチャック装置。
3. 前記チャック本体とホルダとの間の回転抵抗を調節する抵抗調節手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のワークチャック装置。
4. 前記抵抗調節手段が、前記ホルダに外嵌された弾性部材と、前記弾性部材の圧縮力を調節する前記ホルダに外嵌螺合された調節ナットからなることを特徴とする請求項３に記載のワークチャック装置。
5. 前記弾性部材が、皿ばねで構成されていることを特徴とする請求項４に記載のワークチャック装置。
6. 前記遊星軸および爪部材が３本設けられ、
   前記３本の爪部材がそれぞれ、前記３本の遊星軸に固定された揺動アームの揺動によって開閉動作可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のワークチャック装置。

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