JP5939714B2 - ワークチャック装置 - Google Patents

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、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し、複数の爪部材がそれぞれ半径方向に開閉可能に円周上に配置されており、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 特開２００４−９８２１０号公報

特許文献１、２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によって爪部材をワーク方向に移動させ、爪部材の弾性あるいは直線移動機構に設けた弾性部材を利用して爪部材をワーク方向から退避させることで、ワークの把持、解放を行うものであった。
このため、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動機構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。
また、ワークチャック装置の試料等を保存した低温槽等に進入する部分が大きくなり凹凸の大きな形状となるため、ワークチャック装置自体の移動によってワーク周囲の空気を乱し、試料等を保存した低温槽等の温度を上昇させてしまうという問題があった。

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、直線移動機構等を配置する必要がなく、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、ワーク周囲の空気を乱さず、各部材を軸方向にのみ往復駆動することで確実にワークの把持解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、ベース部材と、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し、前記複数の爪部材が、それぞれ半径方向に開閉可能に円周上に配置されたワークチャック装置であって、前記複数の爪部材の外周面には閉塞用テーパー部が設けられ、前記開閉手段が、閉塞部材とアクチュエータとを有し、前記閉塞部材が、前記複数の爪部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、前記爪部材が、軸方向に延びる管状部材の先端部を弾性的に開閉可能とすることで構成され、前記複数の爪部材の内周面には解放用テーパー部が設けられ、前記開閉手段が、解放部材と閉塞部材と複数のアクチュエータとを有し、前記解放部材が、前記複数の爪部材の内周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、前記閉塞部材が、前記複数の爪部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、前記開閉手段が、前記複数の爪部材の内周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能な排出部材を有し、前記排出部材が、前記爪部材より先端側に突出可能に構成され、前記開閉手段が、前記閉塞部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能な切離部材を有し、前記切離部材が、前記爪部材より先端側に突出可能に構成され、前記排出部材、解放部材、爪部材を先端に有する管状部材、閉塞部材および切離部材が、全て同軸に配置され、前記爪部材を先端に有する管状部材が、前記ベース部材に固定され、前記解放部材、閉塞部材および切離部材が、それぞれ個別に前記ベース部材に配置されたアクチュエータによって軸方向移動可能に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、前記排出部材の先端側には、ワークへの接触を検知する検知手段を有することにより、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１又は請求項２に係るワークチャック装置の構成に加え、前記解放部材が、前記排出部材を兼ねていることにより、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、複数の爪部材の外周面には閉塞用テーパー部が設けられ、開閉手段が閉塞部材とアクチュエータとを有し、閉塞部材が複数の爪部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、アクチュエータがベース部材に配置され、閉塞部材を前記爪部材に対して相対的に軸方向移動させるように構成されていることにより、爪部材を閉じるため構造が極めて簡単な構造となり、また、アクチュエータをベース部材に配置することが可能となるため、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動機構等を配置する必要がなく、簡単な構造となるとともに、各部材を軸方向にのみ往復駆動することで確実にワークの把持動作を行うことができる。
また、このことで、例えば極低温の環境に維持された低温槽内のワークを上方からアプローチしてチャックする際、爪部材から上方に距離を離して極低温にさらされない常温位置に駆動部や直線移動機構等を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確実に把持解放動作が可能となる。
また、ワークチャック装置の試料等を保存した低温槽等に進入する部分の外形を極めて細く、単純な構造・形状とすることが可能となり、ワーク周囲の空気を乱すことなく、低温槽等の温度上昇を抑制することができる。
さらに、試料等を保存した低温槽等の上方の開口を小さくして、低温槽等の温度上昇を抑制することができる。

また、爪部材が軸方向に延びる管状部材の先端部を弾性的に開閉可能とすることにより、爪部材自体に開閉のための可動部を設ける必要がなく、簡単な構造とすることができる。
また、複数の爪部材の内周面には解放用テーパー部が設けられ、開閉手段が解放部材と閉塞部材と複数のアクチュエータとを有し、解放部材が複数の爪部材の内周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、閉塞部材が複数の爪部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、複数のアクチュエータがベース部材に配置され、解放部材および閉塞部材を爪部材に対して相対的に軸方向移動させるように構成されていることにより、爪部材を開閉するための構造が極めて簡単な構造となり、また、アクチュエータをベース部材にまとめて配置することが可能となるため、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動機構等を配置する必要がなく、簡単な構造となるとともに、各部材を軸方向にのみ往復駆動することで確実にワークの把持解放動作を行うことができる。
また、爪部材の開閉を両方向で能動的に行うことが可能となり、自然状態で複数の爪部材がワークより広がる状態、ワークを把持する状態のいずれであっても、また、何らかの原因でワーク等に爪部材が固着した場合であっても、確実にワークの把持解放動作を行うことができる。

また、開閉手段が、複数の爪部材の内周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能な排出部材を有し、排出部材が爪部材より先端側に突出可能に構成されていることにより、自然状態で複数の爪部材がワークを把持する状態であっても、確実にワークを押し出して解放することが可能となる。
また、開閉手段が閉塞部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能な切離部材を有し、切離部材が爪部材より先端側に突出可能に構成されていることにより、例えば、ワークが霜等によって他のワークと固着しているような場合でも、切り離し部材を突き出すことによって、他のワークを上方に引っ張ることなく、目的のワークを確実に分離して上方に取り出すことができる。

また、排出部材、解放部材、爪部材を先端に有する管状部材、閉塞部材および切離部材が、全て同軸に配置されていることにより、それぞれの相対的な軸方向移動を他のガイド部材等を用いることなく正確に行うことができる。
また、爪部材を先端に有する管状部材がベース部材に固定され、排出部材、解放部材、閉塞部材および切離部材が、それぞれ個別にベース部材に配置されたアクチュエータによって軸方向移動可能に構成されていることにより、ベース部材と爪部材の位置関係が変化することなく正確に規定でき、ワークへのアプローチ、把持移動のためのベース部材の移動制御を正確に行うことができる。
また、ワークチャック装置の試料等を保存した低温槽等に進入する部分を、ワークの直径よりわずかに大きい程度の細く滑らかな円筒形状とすることが可能となり、ワーク周囲の空気の乱れをさらに抑制し、低温槽等の温度上昇を抑制することができる。
請求項２に記載の構成によれば、排出部材の先端側には、ワークへの接触を検知する検知手段を有することにより、該検知手段によって検知動作を行うことで、ワークへのアプローチをさらに正確に行うことができるとともに、ワークの排出や把持不良等を検出することが可能となる。
請求項３に記載の構成によれば、解放部材が排出部材を兼ねていることにより、機能を低下させることなく、可動部や部品点数を少なくして簡単な構造とすることができる。

本発明の一実施形態に係るワークチャック装置の使用状態の概略斜視図。 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先端部の垂直断面図。 本発明の一実施形態に係るワークチャック装置の水平断面図。 図３のワークチャック装置の先端部のワークチャック時の垂直断面図。 図３のワークチャック装置の先端部の切離部材作動時の垂直断面図。 図３のワークチャック装置の先端部のワーク解放時の垂直断面図。

本発明は、ベース部材と、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し、複数の爪部材が、それぞれ半径方向に開閉可能に円周上に配置されたワークチャック装置であって、複数の爪部材の外周面には閉塞用テーパー部が設けられ、開閉手段が、閉塞部材とアクチュエータとを有し、閉塞部材が、複数の爪部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、爪部材が、軸方向に延びる管状部材の先端部を弾性的に開閉可能とすることで構成され、複数の爪部材の内周面には解放用テーパー部が設けられ、開閉手段が、解放部材と閉塞部材と複数のアクチュエータとを有し、解放部材が、複数の爪部材の内周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、閉塞部材が、複数の爪部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、開閉手段が、複数の爪部材の内周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能な排出部材を有し、排出部材が、爪部材より先端側に突出可能に構成され、開閉手段が、閉塞部材の外周側に爪部材と相対的に軸方向移動可能な切離部材を有し、切離部材が、爪部材より先端側に突出可能に構成され、排出部材、解放部材、爪部材を先端に有する管状部材、閉塞部材および切離部材が、全て同軸に配置され、爪部材を先端に有する管状部材が、ベース部材に固定され、解放部材、閉塞部材および切離部材が、それぞれ個別にベース部材に配置されたアクチュエータによって軸方向移動可能に構成されており、爪部材に近い部分に駆動部や、直線移動機構等を配置する必要がなく、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、ワーク周囲の空気を乱さず、各部材を軸方向にのみ往復駆動することで確実にワークの把持解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を、図１乃至図７に基づいて説明する。
本実施形態のワークチャック装置１００は、例えば、ワーク保持部材Ｐに保持されたマイクロ（テスト）チューブ等の多数のワークＷの中から、所定のワークＷをピッキングして複数のワーク保持部材Ｐの間で移載するような用途に用いられる。
ワーク保持部材Ｐは、例えば、図１に示すように、上方が解放され内部が極低温環境に維持された低温槽Ｆの底部に載置されており、上方からワークチャック装置１００がアプローチしてワークＷをピッキングして移載作業が行われる。

ワークチャック装置１００は、図２乃至図４に示すように、ベース部材１１０と、ワークＷの側面に当接して把持する円周上に配置された４本の爪部材１２０と、爪部材１２０を半径方向に開閉する開閉手段とを有しており、図示しない移動機構によって少なくとも水平面内および垂直方向の３方向に自在に移動可能に構成されている。
４本の爪部材１２０は、垂直方向に延びる管状部材１２４の先端部に、それぞれ半径方向に弾性的に開閉可能に配置され、それぞれ内周面には解放用テーパー部１２１、外周面には閉塞用テーパー部１２２が設けられている。

また、爪部材１２０の先端側には、直接ワークＷと当接する把持爪部１２３が設けられている。
なお、本実施形態では、爪部材１２０を４本とし、図４に示すように、ワーク保持部材Ｐに整列配置されたワークＷの隣接するワークＷとの空間に進入可能に配置されているが、ワークの形状や配置場所に応じて２本、３本あるいは５本以上であってもよい。
また、それぞれの爪部材１２０の上下方向に２箇所に把持爪部１２３を設けたが、その数、形状等は把持するワークに応じて適宜設定すればよい。

４本の爪部材１２０を開閉動作させる開閉手段は、解放部材１３０、閉塞部材１４０および切離部材１５０と、それらを軸方向に移動させるアクチュエータ１１３、１１４、１１５によって構成されている。
解放部材１３０、爪部材１２０を先端に有する管状部材１２４、閉塞部材１４０および切離部材１５０は、図３に示すように、全て管状に形成されて同軸に配置されている。
また、図２に示すように、爪部材１２０を先端に有する管状部材１２４がベース部材１１０に固定され、解放部材１３０、閉塞部材１４０および切離部材１５０が、それぞれ個別にベース部材１１０に配置されたアクチュエータ１１３、１１４、１１５によって軸方向移動可能に構成されている。
また、解放部材１３０は排出部材を兼ねており、先端側には検知手段１３１が設けられており、図示しない検知回路によってワークＷの接触を検知可能に構成されている。
なお、解放部材１３０は最内周に配置されるため、管状ではなく中実の棒状に形成されていてもよい。

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。
ベース部材１１０は移動機構（図示せず）に固定されており、ワークチャック装置１００の爪部材１２０がワーク保持部材Ｐに保持されたワークＷに対して上方からアクセス可能に設置されている。
まず、図４に示すように、ワークチャック装置１００はワーク保持部材Ｐに保持されたワークＷの上方で、かつ爪部材１２０がチャックすべきワークＷの周囲に位置するように水平面内で移動し、当該位置から把持すべきワークＷに向かって垂直方向下方に移動する。
本実施形態では、４本の爪部材１２０が開閉方向いずれにも移動させられていない状態で、把持爪部１２３がワークＷの外径より僅かに小さい円周となるように構成されている。
このことにより、ワークチャック装置１００を把持すべきワークＷに向かって垂直方向下方に移動した際に、４本の爪部材１２０が弾性によりわずかに広がり、図３に示すように、把持爪部１２３によってワークＷを軽く把持した状態となる。

次に、図２に示すアクチュエータ１１４を作動させ、図５に示すように、閉塞部材１４０を下方に突出させる。
突出した閉塞部材１４０の先端部は、４本の爪部材１２０の外周面に設けられた閉塞用テーパー部１２２に当接し、ワークＷを確実に把持した状態となる。
この状態から、移動機構（図示せず）によってベース部材１１０を垂直方向上方に移動させることで、ワークＷが４本の爪部材１２０に把持された状態でワーク保持部材Ｐから上方にピックアップされる。

この上方移動と同時にアクチュエータ１１５を作動させ、図６に示すように、切離部材１５０を下方に突出させることで、突出した切離部材１５０の先端部によって、図４に示すように、把持されたワークＷの周囲のワークの上面を押さえることができる。
このことで、ワークＷが霜等によって周囲のワークＷと固着しているような場合でも、周囲のワークＷを上方に引っ張ることなく、目的のワークＷのみを確実に分離して上方に取り出すことができる。
これらの動作において、低温に維持された低温槽等に収容されたワークＷに対して、外形がワークＷの直径よりわずかに大きい程度の細く滑らかな円筒形状の部分のみが冷凍槽等に進入するようにすることで、アクチュエータ１１３、１１４、１１５を常温部で動作させることが可能となるとともに、ワークＷ周囲の空気の乱れを抑制し、低温槽等の温度上昇を抑制することができる。

このように目的のワークＷを確実に把持してワーク保持部材Ｐから上方にピックアップした状態で、移動機構（図示せず）によって当該ワークＷを、他のワーク保持部材Ｐの目的の位置の上方まで移動させ、上方からワーク保持部材Ｐに挿入して、ワークＷを解放する。
ワークＷの解放時には、アクチュエータ１１４を作動させて閉塞部材１４０を図３に示す位置まで上昇させるとともに、アクチュエータ１１３を作動させて解放部材１３０を突出させる。
突出した解放部材１３０の先端部は、まず、４本の爪部材１２０の内周面に設けられた解放用テーパー部１２１に当接し、４本の爪部材１２０を弾性に抗して押し広げてワークＷの把持を解除する。

なお、４本の爪部材１２０が弾性によりワークＷより広がる状態に設定した場合には、解放部材１３０を省略しても、閉塞部材１４０による閉塞を解除するだけでワークＷの把持を解除する事が可能である。
また、４本の爪部材１２０の内周面に解放用テーパー部１２１を設けず、解放部材１３０を排出部材としてのみ機能させてもよい。
その場合、４本の爪部材１２０が弾性によりワークＷを把持する状態であっても、排出部材により押し出されて、確実にワークＷの解放動作を行うことができる。

この状態から、移動機構（図示せず）によってベース部材１１０を垂直方向上方に移動させることで、ワークＷがワーク保持部材Ｐに保持されたまま、４本の爪部材１２０のみ上方に移動する。
この上方移動の際に、さらにとアクチュエータ１１３を作動させ、図７に示すように、排除部材を兼ねた解放部材１３０を下方に突出させることで、突出した解放部材１３０の先端部によってワークＷの上面を押さえて、４本の爪部材１２０に引きずられることなく、ワークＷを確実にワーク保持部材Ｐ上で解放することができる。

また、排除部材を兼ねた解放部材１３０の先端側にワークＷへの接触を検知する検知手段１３１が設けられており、前述したワークＷの把持動作の開始時に、閉塞部材１４０の作動前に一旦解放部材１３０を下方に突出させることで、目的の位置に確実にワークＷが存在するか否かを検出することが可能となる。
さらに、前述したワークＷの解放時に、ワークＷの上面を押さえた状態でワークＷとの接触を検知し、ベース部材１１０の上昇中にワークＷの接触の検知が終了することで、確実に解放動作が完了したことを検出することとが可能となる。

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４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、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 ・・・ ベース部材
１１３ ・・・ アクチュエータ（解放部材用）
１１４ ・・・ アクチュエータ（閉塞部材用）
１１５ ・・・ アクチュエータ（切離部材用）
１２０ ・・・ 爪部材
１２１ ・・・ 解放用テーパー部
１２２ ・・・ 閉塞用テーパー部
１２３ ・・・ 把持爪部
１２４ ・・・ 管状部材
１３０ ・・・ 解放部材（排出部材）
１３１ ・・・ 検知手段
１４０ ・・・ 閉塞部材
１５０ ・・・ 切離部材
Ｗ ・・・ ワーク
Ｐ ・・・ ワーク保持部材
Ｆ ・・・ 低温槽

Claims (3)

1. ベース部材と、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し、
   前記複数の爪部材が、それぞれ半径方向に開閉可能に円周上に配置されたワークチャック装置であって、
   前記複数の爪部材の外周面には閉塞用テーパー部が設けられ、
   前記開閉手段が、閉塞部材とアクチュエータとを有し、
   前記閉塞部材が、前記複数の爪部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、
   前記爪部材が、軸方向に延びる管状部材の先端部を弾性的に開閉可能とすることで構成され、
   前記複数の爪部材の内周面には解放用テーパー部が設けられ、
   前記開閉手段が、解放部材と閉塞部材と複数のアクチュエータとを有し、
   前記解放部材が、前記複数の爪部材の内周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、
   前記閉塞部材が、前記複数の爪部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能に設けられ、
   前記開閉手段が、前記複数の爪部材の内周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能な排出部材を有し、
   前記排出部材が、前記爪部材より先端側に突出可能に構成され、
   前記開閉手段が、前記閉塞部材の外周側に前記爪部材と相対的に軸方向移動可能な切離部材を有し、
   前記切離部材が、前記爪部材より先端側に突出可能に構成され、
   前記排出部材、解放部材、爪部材を先端に有する管状部材、閉塞部材および切離部材が、全て同軸に配置され、
   前記爪部材を先端に有する管状部材が、前記ベース部材に固定され、
   前記解放部材、閉塞部材および切離部材が、それぞれ個別に前記ベース部材に配置されたアクチュエータによって軸方向移動可能に構成されていることを特徴とするワークチャック装置。
2. 前記排出部材の先端側には、ワークへの接触を検知する検知手段を有す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. 前記解放部材が、前記排出部材を兼ねていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のワークチャック装置。

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