JP6147222B2 - 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、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、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、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。
さらに、ワークに霜等が付着して、ワーク解放時にワークが爪部材から離脱できない事態が発生したり、ワーク持上げ時にピッキングすべきワークの周辺のワークが同時に持上げられたりし、確実なピッキングを阻害する虞があった。

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、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であり、かつ、ワーク解放時にワークを確実に爪部材から離脱させ、あるいは、ワーク持上げ時に他のワークを確実に分離させること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。

本発明に係るワークチャック装置は、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するワークチャック装置であって、前記開閉手段が、複数の遊星軸を回転可能に支持するホルダと、前記遊星軸に設けられた遊星歯車と、前記爪部材を有し前記遊星軸に固定された揺動アームと、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車、又は、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車の少なくとも一方とを有し、前記遊星歯車が、前記太陽歯車、又は、前記内歯車の少なくとも一方と噛み合うように構成され、前記中心軸部材、又は、外周カバー部材の少なくとも一方が、ワーク方向に往復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。

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、複数の遊星軸を回転可能に支持するホルダと、遊星軸に設けられた遊星歯車と、爪部材を有し遊星軸に固定された揺動アームと、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車、又は、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車の少なくとも一方とを有し、遊星歯車が、太陽歯車、又は、内歯車の少なくとも一方と噛み合うように構成されていることにより、中心軸部材又は外周カバー部材を回転することで複数の遊星軸が同時に回転し、複数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、中心軸部材又は外周カバー部材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。
さらに、中心軸部材、又は、外周カバー部材の少なくとも一方が、ワーク方向に往復動可能に構成されていることにより、ワーク解放時に中心軸部材をワーク方向に突き出すことでワークを確実に爪部材から離脱させ、あるいは、ワーク持上げ時に外周カバー部材をワーク方向に突き出すことで他のワークを確実に分離させることが可能となり、確実なピッキング動作を行うことができる。

請求項２に記載の構成によれば、遊星歯車が、中心軸部材又は外周カバー部材の往復動ストローク分の軸方向長さを有することにより、中心軸部材と太陽歯車又は外周カバー部材と内歯車を固定的に設けることが可能となり、さらに安価で単純な構造とすることが可能となる。
請求項３に記載の構成によれば、開閉手段が、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車を有し、前記太陽歯車が中心軸部材に対して往復動可能、かつ、回転駆動可能に支持されていることにより、また、請求項４に記載の構成によれば、開閉手段が、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車を有し、前記内歯車が外周カバー部材に対して往復動可能、かつ、回転駆動可能に支持されていることにより、遊星歯車の軸方向長さを小さくすることが可能となり、ワークチャック装置全体を小型化することが可能となる。
請求項５に記載の構成によれば、ワーク確認手段が、中心軸部材の先端部からワークを確認可能に設けられていることにより、確実なピッキング動作を行うことができる。
請求項６に記載の構成によれば、遊星軸及び爪部材が４本設けられ、４本の爪部材がそれぞれ、４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、４本の爪部材で確実にワークを把持できるとともに、格子状に並べられた円筒状のワークに対し、隣り合うワークの間隔の大きな隅部に各爪部材を挿入することが可能となり、さらに確実にピッキング動作を行うことができる。

本発明の第１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。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の一部断面斜視図。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の縦断面図。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の横断面透視図。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の動作説明図。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の第１変形例の縦断面図。 本発明の第１実施形態に係るワークチャック装置の第２変形例の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係るワークチャック装置の縦断面図。 本発明の第２実施形態に係るワークチャック装置の中心軸部材及び太陽歯車の斜視図。 本発明の第２実施形態に係るワークチャック装置の外周カバー部材及び内歯車の斜視図。

本発明のワークチャック装置は、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するワークチャック装置であって、開閉手段が、複数の遊星軸を回転可能に支持するホルダと、遊星軸に設けられた遊星歯車と、爪部材を有し遊星軸に固定された揺動アームと、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車、又は、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車の少なくとも一方とを有し、遊星歯車が、太陽歯車、又は、内歯車の少なくとも一方と噛み合うように構成され、中心軸部材、又は、外周カバー部材の少なくとも一方が、ワーク方向に往復動可能に構成され、爪部材に近い部分に駆動部や、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であり、かつ、ワーク解放時にワークを確実に爪部材から離脱させ、あるいは、ワーク持上げ時に他のワークを確実に分離させること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。

本発明の第１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。
本実施形態のワークチャック装置１００は、例えば、ワーク整列部材Ｐに整列配置されたマイクロ（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を爪部材１２０でピッキングして複数のワーク整列部材Ｐの間で移載するような用途に用いられる。
ワーク整列部材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のベース部材１０１を駆動することで、チャック部１１０を位置決めしながらアプローチし、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１０１と、ワークの側面に当接して把持する４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、ベース部材１０１に支持され複数の遊星軸１３１を回転可能に支持するホルダ１３０と、遊星軸１３１に設けられた遊星歯車１３２と、爪部材１２０を有し遊星軸１３１に固定された揺動アーム１２１と、ベース部材１０１に設けられた駆動機構により回転駆動される中心軸部材１４０と、中心軸部材１４０に設けられた太陽歯車１４１と、ベース部材１０１に設けられた駆動機構により回転駆動される外周カバー部材１５０と、外周カバー部材１５０に設けられた内歯車１５１とを備えている。

遊星歯車１３２は、太陽歯車１４１及び内歯車１５１と噛み合うように構成され、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０を回転駆動することにより、４本の遊星軸１３１がホルダ１３０に対して同時に回転し、４本の揺動アーム１２１が揺動して４本の爪部材１２０が同時に開閉動作するように構成されている。
中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０は、それぞれ独立してベース部材１０１に対してワーク方向に往復動可能に構成されており、遊星歯車１３２が、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０の往復動ストローク分の軸方向長さを有することで、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０が往復方向のどの位置にあっても、遊星歯車１３２が太陽歯車１４１及び内歯車１５１と噛み合うように構成されている。

外周カバー部材１５０のワーク側の先端部には、爪部材１２０が突出し、その開閉動作を妨害しない形状（本実施形態では＋字状）の爪突出孔１５２が設けられ、また、外周カバー部材１５０は、図４に示すように、保持すべきワークＷの周囲の隣接するワークＷに当接する形状を有しており、保持すべきワークＷの保持時に、外周カバー部材１５０を爪部材１２０に対して相対的に突出させることで、後述するように、隣接する他のワークＷの分離を確実なものとしている。
中心軸部材１４０のワークＷ側の先端には、光学センサ、熱センサ等のワークＷの有無を検知するワーク確認手段１４２が設けられている。

なお、爪部材１２０と揺動アーム１２１、中心軸部材１４０と太陽歯車１４１、外周カバー部材１５０と内歯車１５１は、それぞれ、一体に形成されていてもよく、別に形成されたものを固定してもよい。
また、揺動アーム１２１と遊星軸１３１の固定手段も公知のいかなるものであってもよい。
また、ワーク確認手段１４２は、中心軸部材１４０を中空として光学センサ等をベース部材１０１に設けたものであってもよい。
さらに、本実施形態では、ホルダ１３０はベース部材１０１に往復動、回転ともに固定されているが、相対的に、ホルダ１３０に対して中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０がそれぞれ独立して往復動可能、回転駆動可能であれば、ホルダ１３０、中心軸部材１４０あるいは外周カバー部材１５０の往復動、回転のいずれが固定的に支持されていてもよい。

以上のように構成された本発明の第１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。
図１に示すように、ベース部材１０１は、移動手段（図示せず）に固定され、チャック部１１０がピッキング領域に対してアクセス可能に設置されている。
まず、４本の爪部材１２０がピックアップすべきワークＷを把持可能な位置に位置決めされ、ベース部材１０１全体が下降して、図５ａに示すように、４本の爪部材１２０がピックアップすべきワークＷに向かって下降する。
４本の爪部材１２０がピックアップすべきワークＷの側方に挿入されると、図５ｂに示すように、ホルダ１３０に対して中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０が回転駆動されて、４本の遊星軸１３１が同時に回転する。
遊星軸１３１の回転によって、遊星軸１３１に固定された揺動アーム１２１が揺動し、爪部材１２０がワークＷを把持する。
この時、爪部材１２０を動作させる前に、ワーク確認手段１４２によってワークＷの有無を確認し、ワークＷが存在しない場合に、警報を出す等の何らかの対処や別の動作を行うようにしてもよい。

爪部材１２０がピックアップすべきワークＷを把持した状態で、ベース部材１０１が上昇すると、爪部材１２０が把持したワークＷが持上げられるが、ワークＷに霜等が付着して、図５ｃに示すように、隣接するワークＷが同時に持上げられることがある。
このため、図５ｄに示すように、外周カバー部材１５０をホルダ１３０に対して下方に突出させることで、同時に持上げられた隣接するワークＷが分離する。
さらに、図５ｅに示すように、ベース部材１０１全体を上昇させるとともに、外周カバー部材１５０をホルダ１３０に対して元の位置まで上昇させ、ピックアップすべきワークＷを完全に上方まで持上げる。

次に、図５ｆに示すように、ベース部材１０１を水平方向に移動して、爪部材１２０が把持したワークＷをワーク保持部材Ｐの収容すべき場所の直上まで移動させ、ベース部材１０１を下降させる。
爪部材１２０が把持したワークＷが適宜の位置まで下降すると、図５ｇに示すように、ホルダ１３０に対して中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０が回転駆動され、爪部材１２０がワークＷを開放する。
これと同時に、中心軸部材１４０をホルダ１３０に対して下方に突出させることで、ワークＷに霜等が付着していても、ワークＷを爪部材１２０から確実に離脱させ、目的の収容位置にワークＷを収容することができる。
この時、ワーク確認手段１４２によってワークＷが離脱したか否かを確認し、離脱していない時のみ中心軸部材１４０を突き出すようにしてもよい。
そして、図５ｈに示すように、ベース部材１０１全体を上昇させるとともに、中心軸部材１４０をホルダ１３０に対して元の位置まで上昇させて、１つのワークＷに対する動作が完了して次の動作に移る。

本実施形態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く、様々な変形が可能である。
例えば、図６に示すワークチャック装置１００ａのように、中心軸部材１４０に太陽歯車を設けず、遊星歯車１３２が外周カバー部材１５０に設けられた内歯車１５１とのみ噛み合うようにしてもよい。
この場合、中心軸部材１４０は回転駆動する必要はなく、構成がより簡素化される。
さらに、ワークＷに霜等が付着して爪部材１２０に付着することがない場合は、中心軸部材１４０そのものを省略してもよい。
また、図７に示すワークチャック装置１００ｂのように、外周カバー部材１５０に内歯車を設けず、遊星歯車１３２が中心軸部材１４０に設けられた太陽歯車１４１とのみ噛み合うようにしてもよい。
この場合、外周カバー部材１５０は回転駆動する必要はなく、構成がより簡素化される。
さらに、ワークＷに霜等が付着して隣接するワークＷが同時に持ち挙げられることがない場合は、外周カバー部材１５０そのものを省略してもよい。

本発明の第２実施形態に係るワークチャック装置２００は、図８乃至図１０に示すように、中心軸部材２４０の外周部にスプライン２４２が形成されており、太陽歯車２４１は、スプライン２４２に嵌合して、中心軸部材２４０に対して回転不能で、かつ、軸方向には自由に移動可能である。
また、外周カバー部材２５０は、図１０に示すように、内周部にスプライン２５３が形成されており、内歯車２５１は、スプライン２５３に嵌合して、外周カバー部材２５０に対して回転不能で、かつ、軸方向には自由に移動可能である。
第１実施形態に係るワークチャック装置１００では、遊星歯車１３２が、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０の往復動ストローク分の軸方向長さを有することで、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０が往復方向のどの位置にあっても、遊星歯車１３２が太陽歯車１４１及び内歯車１５１と噛み合うように構成されているのに対し、太陽歯車２４１及び内歯車２５１を、中心軸部材２４０及び外周カバー部材２５０に対して軸方向にスライド可能とすることで、中心軸部材２４０及び外周カバー部材２５０が往復方向のどの位置にあっても、遊星歯車２３２が太陽歯車２４１及び内歯車２５１と噛み合うように構成している。

このように構成されることで、中心軸部材１４０及び外周カバー部材１５０が往復方向のどの位置にあっても、太陽歯車１４１及び内歯車１５１を常に同一位置に保持できるため、太陽歯車１４１及び内歯車１５１と噛み合う遊星歯車２３２の軸方向長さを短くすることが可能となり、さらに小型化することができる。
なお、本実施形態に係るワークチャック装置２００も、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く、様々な変形が可能である。
第１実施形態に係るワークチャック装置１００と同様に、太陽歯車１４１、中心軸部材２４０を省略したり、内歯車１５１、外周カバー部材２５０を省略してもよい。

なお、上記各実施形態では、爪部材１２０、２２０を４本として説明したが、３本あるいは５本以上としてもよく、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、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
１０１ ・・・ ベース部材
１１０、２１０ ・・・ チャック部
１２０、２２０ ・・・ 爪部材
１２１、２２１ ・・・ 揺動アーム
１３０、２３０ ・・・ ホルダ
１３１、２３１ ・・・ 遊星軸
１３２、２３２ ・・・ 遊星歯車
１４０、２４０ ・・・ 中心軸部材
１４１、２４１ ・・・ 太陽歯車
１４２、２４２ ・・・ ワーク確認手段
２４３ ・・・ スプライン
１５０、２５０ ・・・ 外周カバー部材
１５１、２５１ ・・・ 内歯車
１５２、２５２ ・・・ 爪突出孔
２５３ ・・・ スプライン
Ｗ ・・・ ワーク
Ｐ ・・・ ワーク保持部材
Ｆ ・・・ 低温槽

Claims (6)

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するワークチャック装置であって、
   前記開閉手段が、複数の遊星軸を回転可能に支持するホルダと、前記遊星軸に設けられた遊星歯車と、前記爪部材を有し前記遊星軸に固定された揺動アームと、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車、又は、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車の少なくとも一方とを有し、
   前記遊星歯車が、前記太陽歯車、又は、前記内歯車の少なくとも一方と噛み合うように構成され、
   前記中心軸部材、又は、外周カバー部材の少なくとも一方が、ワーク方向に往復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. 前記遊星歯車が、前記中心軸部材又は外周カバー部材の往復動ストローク分の軸方向長さ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. 前記開閉手段が、中心軸部材に支持され回転駆動される太陽歯車を有し、
   前記太陽歯車が、前記中心軸部材に対して往復動可能、かつ、回転駆動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。
4. 前記開閉手段が、外周カバー部材に支持され回転駆動される内歯車を有し、
   前記内歯車が、前記外周カバー部材に対して往復動可能、かつ、回転駆動可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項３に記載のワークチャック装置。
5. 前記ワークチャック装置が、ワーク確認手段を有し、
   前記ワーク確認手段が、前記中心軸部材の先端部からワークを確認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４のいずれかに記載のワークチャック装置。
6. 前記遊星軸及び爪部材が４本設けられ、
   前記４本の爪部材がそれぞれ、前記４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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