JP7416418B2

JP7416418B2 - 多軸アクチュエータ

Info

Publication number: JP7416418B2
Application number: JP2020112622A
Authority: JP
Inventors: 光司井上
Original assignee: Nippon Pulse Motor Co Ltd
Current assignee: Nippon Pulse Motor Co Ltd
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: WO2022004045A1; JP2022011464A

Description

本発明は、モータの回転を直線運動に変換する直動機構を複数個備えた多軸アクチュエータに関する。

電子部品のハンドリング装置や少量液体の吸引、吐出を行う分注装置等にリニアシャフトモータが適用されている。ハンドリング装置や分注装置等のいずれにおいても、通常は、リニアシャフトモータの可動部であるシャフトを第１シャフトとし、この第１シャフトに、その中心軸方向と平行に中空状の第２シャフトを第１シャフトと一体に上下移動するように組み合わせてリニアモータアクチュエータとして提供されている。そして、第２シャフトの中空空間がエアによるハンドリングや液体の吸引、吐出に利用できるように構成されている。

例えば、ハンドリング装置の場合、第２シャフトの先端に真空吸着器のような治具を装着し、第１シャフトの上下移動に同期して電子部品のハンドリングを行うように構成されている（特許文献１）。一方、分注装置の場合、第２シャフトの先端にノズル及びチップを装着して分注ヘッドを構成し、第１シャフトの上下移動に同期してノズル（チップ）の内部圧力を適宜増減させることにより、液体の吸引、吐出を行うように構成されている。

特開２０１２－０９０４９２号公報

近年、上記のような第１シャフトと第２シャフトの組み合わせによるリニアモータアクチュエータを複数組、一列に並べて配置構成し、一括して同じ作業動作を行わせることで作業効率を向上させるようにした、多軸型のリニアモータアクチュエータと呼ばれるものが提供されている。多軸型のリニアモータアクチュエータは、例えば、個別に製造された上記のような分注装置を複数組、一列に並べて配置構成し、医薬品、化粧品、バイオなどの分野で分注作業を行うための多軸分注装置として適用することが行われている。多軸分注装置によれば、複数組の分注装置に対して一括して同じ作業動作を行わせるので、人の手作業による分注作業に比べて大幅な省力化と、分注ミスの防止に有効である。

しかしながら、リニアシャフトモータを用いた多軸アクチュエータは、汎用の回転モータを用いた多軸アクチュエータに比べて高価であるという問題点がある。

一方、回転モータを用いて多軸アクチュエータを構成しようとする場合、軸数の増加に伴って、回転モータによる駆動部の数も増加するので、駆動部の設置スペースが大きくなってしまうという問題点がある。

上記のような問題点に鑑みて、本発明は、多軸アクチュエータを安価にて提供しようとするものである。

本発明はまた、回転モータによる駆動部を用いても設置スペースの削減に有効な多軸アクチュエータを提供しようとするものである。

（第１の態様）
回転モータによる駆動部と該駆動部により直動する被駆動軸とを有する少なくとも４個の直動機構を平面視で一列状に配置したものを少なくとも１組有する直動機構ユニットを備えた多軸アクチュエータであって、
前記直動機構ユニットは、前記駆動部の高さ以上の間隔を持つように組み合わされた少なくとも２段構成の上側設置板と下側設置板とを含む駆動部固定部材を備え、
隣り合う前記駆動部を、交互に、前記上側設置板と前記下側設置板に設置したことを特徴とする多軸アクチュエータ。

（第２の態様）
隣り合う前記駆動部を、前記上側設置板と前記下側設置板の、前記隣り合う駆動部の設置領域に平面視で重なり部分ができるように設置したことを特徴とする上記第１の態様に記載の多軸アクチュエータ。

（第３の態様）
前記駆動部固定部材は前記上側設置板と前記下側設置板とをそれらの一端側で連結した断面コ字形状を有し、前記上側設置板及び下側設置板はそれぞれ、前記被駆動軸を通すための第１の貫通穴を有し、
前記下側設置板の下面側には、少なくとも４個の前記第１の貫通穴から延びる前記被駆動軸の直動をガイドする第１のガイド機構を構成するためのプレートが垂設されていることを特徴とする上記第１又は第２の態様に記載の多軸アクチュエータ。

（第４の態様）
前記被駆動軸は、前記回転モータに組み合わされたリードスクリュと、前記リードスクリュの下端側に連結されて下方に延びる延長軸とを含み、
前記第１のガイド機構は、前記プレートの一方の主面に、前記少なくとも４個の前記第１の貫通穴に対応して互いに平行に並んで上下方向に延びるように設けられた少なくとも４個の第１のリニアレールと、前記延長軸に取り付けられて前記第１のリニアレールに沿ってスライド可能に構成された少なくとも４個の第１のリニアガイドとを含むことを特徴とする上記第３の態様に記載の多軸アクチュエータ。

（第５の態様）
前記直動機構ユニットは、少なくとも４個の前記駆動部を、交互に、前記上側設置板と前記下側設置板に、平面視で一定ピッチＰにて一列状に配置したものを２組、互いに平行になるように配列して成り、
一組目の少なくとも４個の前記駆動部の配列と、二組目の少なくとも４個の前記駆動部の配列が所定ピッチＰ／２だけずれるように配置されていることにより、前記一組目の少なくとも４個の前記駆動部と前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部とが平面視で千鳥状に配置されていることを特徴とする上記第３の態様に記載の多軸アクチュエータ。

（第６の態様）
前記駆動部固定部材の前記上側設置板と前記下側設置板はそれぞれ、前記プレートを間にして前記一方の面側に前記一組目の少なくとも４個の前記駆動部の設置領域を有すると共に、前記プレートの前記一方の面とは反対の面側に前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部の設置領域を有し、
前記プレートの前記反対の面側には、前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部から第２の貫通穴を通して下方に延びる被駆動軸の直動をガイドする第２のガイド機構が構成され、
前記第２のガイド機構は、前記プレートの前記反対の面側に、少なくとも４個の前記第２の貫通穴に対応して互いに平行に並んで上下方向に延びるように設けられた少なくとも４個の第２のリニアレールと、前記被駆動軸の延長軸に取り付けられて前記第２のリニアレールに沿ってスライド可能に構成された少なくとも４個の第２のリニアガイドとを含むことを特徴とする上記第５の態様に記載の多軸アクチュエータ。

（第７の態様）
前記延長軸は前記プレートの下端部よりも下方に延びる長さを有して、その下部には前記プレートの前記下端部の下側に入り込む略Ｌ形の連結部を有し、
前記一組目の少なくとも４個の連結部と前記二組目の少なくとも４個の連結部は交互に前記プレートの前記下端部の下側に入り込み、
前記連結部の前記プレートの下端部に対応する箇所には挿通孔を有すると共に、該挿通孔から下方に延びるように分注ヘッド用のノズルが装着され、
前記プレートにおける前記挿通孔と対応する箇所には上下方向に連通する連通穴を有し、
前記連結部に前記挿通孔から上方に延びるように装着した前記分注ヘッド用のパイプを、前記連通穴と前記下側設置板に形成した穴を通して前記上側設置板と前記下側設置板の間の空間まで導出するようにしたことを特徴とする上記第６の態様に記載の多軸アクチュエータ。

本発明によれば、リニアシャフトモータに代えて安価な汎用の回転モータを使用することにより、多軸アクチュエータを安価にて提供することができる。

本発明によればまた、軸数が増加しても回転モータによる駆動部の設置スペースの削減に有効な多軸アクチュエータを提供することができる。

本発明に係る８軸分注装置の斜視図である。図１に示された８軸分注装置の正面図である。図１に示された８軸分注装置の側面図である。図１に示された８軸分注装置の背面図である。図１に示された８軸分注装置の上面図である。図１に示された８軸分注装置の下面図である。図２のＡ－Ａ線による横断面図である。図１に示された８軸分注装置から、２軸分の直動機構の被駆動軸と分注ヘッド及びこれらの連結部を分離した状態を示す斜視図である。図３の側面図における１つの直動機構と分注ヘッド及びこれを収容しているプレートの内部構造を示す一部断面側面図である。図１に示された８軸分注装置から、１軸分の直動機構における被駆動軸と分注ヘッド及びこれらの連結部を含む可動部と、ガイド機構の組合せを抽出して示した側面図である。図９に示されたステッピングモータの内部構造を、リードシャフトと共に拡大して示した断面図である。直動機構の位置制御系の概略構成を示すブロック図である。本発明に係る８軸分注装置の最小単位である４軸分注装置の斜視図である。

はじめに、図１～図１２を参照して、本発明に係る多軸アクチュエータの好ましい実施形態として、８軸分注装置について説明する。

これまでの多軸型の分注装置は、例えば臨床検査装置として、９６（８サンプル×１２列）検体用のマイクロプレートと組み合わされる場合、８組の分注装置が一列に並ぶように組み立てられて８軸同時制御型、すなわち多軸同時制御型の分注装置として構成されている。そして、８軸の分注装置を一括して搬送機構により液体（例えば試薬）の吸引場所と吐出場所（すなわちマイクロプレート）との間を往復移動させるように構成されている。

このような同時制御型の分注装置に加えて、各軸を個別に制御することのできる独立制御型の分注装置の要求が高まってきている。

そこで、以下では、安価で、設置スペースの削減にも有効であるのみならず、同時制御と独立制御の両方の機能を持つ８軸分注装置を、多軸アクチュエータの実施形態として説明する。なお、同時制御は、独立制御可能な各軸に一括して同じ制御動作を実行させることで実現可能であるので、独立制御型の分注装置は同時制御と独立制御の両方の機能を有していると言える。

図１は、本発明が適用された８軸分注装置の斜視図であり、図２、図３、図４はそれぞれ、図１に示された８軸分注装置の正面図、側面図、背面図である。図５、図６はそれぞれ、図１に示された８軸分注装置の上面図、下面図である。図７は図２のＡ－Ａ線による横断面図であり、図８は、図１に示された８軸分注装置から、２軸分の直動機構の被駆動軸と分注ヘッド及びこれらの連結部を分離した状態を示す斜視図である。また、図９は、図３の側面図における１軸分の直動機構と分注ヘッド及び分注ヘッドの一部を収容しているプレートの内部構造を示した一部断面側面図である。更に、図１０は、図１に示された８軸分注装置から、１軸分の直動機構における被駆動軸と分注ヘッド及びこれらの連結部を含む可動部と、ガイド機構の組合せを抽出して示した側面図である。

図１において、本実施形態に係る８軸分注装置は、回転モータによる駆動部１０と該駆動部１０により直動する被駆動軸２０とを有する４個の直動機構３０を平面視で一列に配置した最小単位の直動機構ユニット（以下、最小直動機構ユニットと呼ぶことがある）を、２組互いに平行に並ぶように配置した直動機構ユニット１００を有する。直動機構ユニット１００は、駆動部１０の高さ以上の間隔を持つように形成された２段棚構成の上側設置板４１と下側設置板４２とを含む駆動部固定部材４０を備える。駆動部固定部材４０の材料は金属製が望ましいが、これに限定されない。

１組の最小直動機構ユニットについて言えば、隣り合う駆動部１０を、交互に、上側設置板４１と下側設置板４２に設置して構成される。特に、本実施形態では、隣り合う駆動部１０を、上側設置板４１と下側設置板４２の、隣り合う駆動部１０の設置領域に平面視で重なり合う部分ができるように設置している。このようにする理由は、４個の駆動部１０の平面視での設置スペースをできるだけ小さくするためであるが、隣り合う駆動部１０の設置領域が平面視で隣接していれば良く、重なり合う部分は無くても良い。

駆動部固定部材４０は、上側設置板４１と下側設置板４２とをそれらの一端側で連結板４３により連結した断面コ字形状を有する。ここでは、連結板４３は下側設置板４２と一体に形成されているが、上側設置板４１と一体に形成されても良いし、上側設置板４１及び下側設置板４２と別体であっても良い。図１、図５において、穴４０ａは、ネジ等を上側設置板４１から連結板４３に向けてねじ込んで連結するための穴である。

上側設置板４１及び下側設置板４２にはそれぞれ、各駆動部１０の中心に対応する箇所に貫通穴（第１の貫通穴）４１ａ，４２ａ（図９）か形成されて、対応する駆動部１０の被駆動軸２０を通すようにされている。

本実施形態に係る８軸分注装置では、図３、図５に示すように、上述した最小直動機構ユニットが２組、互いに平行に並ぶように駆動部固定部材４０に配置されている。以下では、説明の便宜上、図３の右側の最小直動機構ユニットを一組目と呼び、図３の左側の最小直動機構ユニットを二組目と呼ぶこととする。これら２組の最小直動機構ユニットは、４個の直動機構の配置関係を除いてほぼ同じ構成を持つので、以下では、一組目の最小直動機構ユニットについて説明することとする。

図３、図９に示すように、駆動部固定部材４０における下側設置板４２の下面側であって、一組目の最小直動機構ユニットと二組目の最小直動機構ユニットの間に対応する領域には、下方向に延びるプレート５０が垂設されている。

図１０をも参照して、前述したように、分注装置の可動部は、被駆動軸２０と、被駆動軸２０と平行に延びる分注ヘッド６０を含む。被駆動軸２０は、外周に雄ネジを形成したリードスクリュ２１と、リードスクリュ２１の下端部側に連結されてリードスクリュ２１の軸方向に延びる延長軸２２を有する。被駆動軸２０はまた、延長軸２２の下端部において延長軸２２と分注ヘッド６０を連結している略Ｌ形の連結部２３を有する。延長軸２２と連結部２３は一体であることが望ましいが、別体でもよく、金属製、樹脂製のいずれでもよい。

詳しくは後述するが、リードスクリュ２１は、駆動部１０を構成している回転モータにより軸方向に上下動する。

分注ヘッド６０は、ノズル６１と、ノズル６１の下端部に着脱自在に装着されるチップ６２と、ノズル６１の上端部に上方に延びるように連結されたパイプ６３からなる。分注ヘッド６０は、通常、ステンレス等の金属材料で作られるが、これに限定されない。

図９を参照して、下側設置板４２に配置された、一組目の最小直動機構ユニットにおける１つの直動機構３０について詳しく説明する。駆動部１０から貫通穴４２ａを通して下方に延びる被駆動軸２０は、プレート５０の２つの主面の一方（以下、第１の主面と呼ぶことがある）に沿ってプレート５０の下端部よりもやや下側まで延び、連結部２３がプレート５０の下端の下側に入り込んでいる。連結部２３は挿通孔２３ａを有し、この挿通孔２３ａには挿通孔２３ａから下方に延びるように筒状のコネクタ２４が固着されている。コネクタ２４の上側にはここから上方に延びるようにパイプ６３の下端側が挿入されてネジ２５で固定されている。パイプ６３を上方に導出するために、プレート５０において挿通孔２３ａに対応する箇所には下端から上端に至る連通穴５０ａ（図７、図９）が形成され、下側設置板４２において連通穴５０ａに対応する箇所には穴４２ｂが形成されている。連結部２３に固着されたパイプ６３は連通穴５０ａ及び穴４２ｂを通して下側設置板４２と上側設置板４１の間の空間まで導出されている。パイプ６３の上端部には、チップ６２を通して、例えばエアによる液体の吸引、吐出を行うための可撓性のチューブ（図示省略）が接続される。

一方、連結部２３の下面から下方に突出しているコネクタ２４には、ノズル６１が装着されている。ノズル６１は、コネクタ２４に固着されても良いが、コネクタ２４の外周に雄ネジを、ノズル６１の内周に雌ネジをそれぞれ形成して着脱自在にされても良い。

以上のような構造により、駆動部１０の回転モータによって被駆動軸２０が上下動（直動）すると、連結部２３及びこれに連結された分注ヘッド６０も一体に上下動する。すなわち、リードスクリュ２１と延長軸２２及び連結部２３からなる被駆動軸２０と、ノズル６１とチップ６２及びパイプ６３からなる分注ヘッド６０は可動部として作用する。

以上のような構造は、下側設置板４２に設置されるか、あるいは上側設置板４１に設置されるかの別を除き、一組目の最小直動機構ユニットにおける残りの直動機構３０においてもほぼ同等である。つまり、下側設置板４２に設置された直動機構（以下、下側直動機構と呼ぶことがある）３０は、駆動部１０から下側に延びる被駆動軸２０が下側設置板４２の貫通穴４２ａを通して下方に延び、駆動部１０から上側に延びる被駆動軸２０（リードスクリュ２１）は上側設置板４１の貫通穴４１ａを通して上方に延びる。一方、上側設置板４３に設置された直動機構（以下、上側直動機構と呼ぶことがある）３０は、駆動部１０から下方に延びる被駆動軸２０が貫通穴４１ａ及び４２ａを通して下方に延びる。そして、動作オフ時の下側直動機構３０の２つの連結部２３の高さ位置と、上側直動機構３０の２つの連結部２３の高さ位置を揃えるために、上側直動機構３０の延長軸２２の長さを下側直動機構３０の延長軸２２の長さよりも上側設置板４１と下側設置板４２の間隔分だけ大きくしている。

以上の構造は、二組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０においても同様である。但し、図５、図６に示すように、一組目と二組目の最小直動機構ユニットのそれぞれにおいて隣り合う直動機構３０の平面視でのピッチをＰとした時、一組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０の平面視の配列と、二組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０の平面視の配列が、Ｐ／２ピッチだけずれるように配置している。これによって、一組目の４個の直動機構３０（駆動部１０）と二組目の４個の直動機構３０（駆動部１０）とが平面視で千鳥状に配置されるようにしている。そして、図７に示すように、一組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０で駆動される４個の分注ヘッド６０と、二組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０で駆動される４個の分注ヘッド６０が、交互に所定の間隔（Ｐ／２ピッチ）をおいて一列に並ぶようにしている。なお、ピッチＰ／２は好ましい例であり、Ｐより小さい値であれば良い。

次に、一組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０から下側設置板４２の貫通穴４２ａを通して下方に延びる被駆動軸２０（特に延長軸２２）の上下動をガイドするガイド機構（第１のガイド機構）について説明する。

図７、図９、図１０をも参照して、一組目の最小直動機構ユニットにおける第１のガイド機構について説明する。

図７において、プレート５０における図中上側の主面、すなわち第１の主面には、一組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０の延長軸２２に沿うように４個のリニアレール（第１のリニアレール）５１が設けられている。リニアレール５１は、プレート５０に第１の主面とは反対側の主面（以下、第２の主面と呼ぶことがある）から上下方向に間隔をおいて形成されたネジ挿通用の複数の通孔５２ａ（図９）を通してリニアレール５１にネジ５２をねじ込むことでプレート５０の第１の主面に固定されている。一方、被駆動軸２０の延長軸２２の上部寄り、具体的には、延長軸２２が上下動してもリニアレール５１と対向する箇所に、リニアレール５１に沿ってスライド可能にリニアガイド（第１のリニアガイド）２４をネジ２６により固着している。リニアガイド２４は、リニアレール５１と共に第１のガイド機構を構成する。リニアレールとリニアガイドによるガイド機構の詳細な構成、動作については良く知られているので、詳しい説明は省略する。

以上のようなガイド機構の構造は、二組目の最小直動機構ユニットにおける４個の直動機構３０においても同様である。但し、上述した一組目と二組目の最小直動機構ユニットにおける直動機構３０の配列ピッチと同様、一組目の最小直動機構ユニットにおける４個のリニアレール５１の配列（図７中、上側）と、二組目の最小直動機構ユニットにおける４個のリニアレール（第２のリニアレール）５１の配列（図７中、下側）が、Ｐ／２ピッチだけずれるような配置となっている。

次に、図９、図１１をも参照して、直動機構３０における駆動部１０の構成、作用について説明する。

本実施形態における直動機構３０は、回転モータによる駆動部１０と回転モータの回転を直動に変換するリードスクリュ２１を含む。本実施形態では、回転モータとして２相ハイブリッド型ステッピングモータを採用している。

図１１に示すように、本実施形態に採用される２相ハイブリッド型のステッピングモータ７０は、ロータ部が送りネジ方式となっている点を除き、ステータ部の構成は一般的なハイブリッド型ステッピングモータの構成と同じである。

すなわち、ステータ部は、電磁鋼鈑の積層による円筒状のステータ７１と、ステータ７１に隣接して巻回、配置されたコイル７２とを含む。一方、ロータ部は、中空になっており、ステータ７１の内周側に微小ギャップをおいて回転可能に配置された中空のロータ７３と、ロータ７３の内周側に固定された円筒状のリードナット７４とを含む。リードナット７４は、ステッピングモータ７０本体の一端側から他端側の外側まで延出され、その内径側には雌ネジが形成されている。リードナット７４はまた、ステッピングモータ７０の両端部に近い内側で、それぞれボールベアリング７５により支承されている。リードナット７４の雌ネジにはステッピングモータ７０本体よりも十分に長いリードスクリュ２１の雄ネジが螺合していることにより、ロータ部の回転によってリードスクリュ２１が直動動作する。

また、リードナット７４の一端部がステッピングモータ７０本体の他端側の外側まで延出され、この延出部にはエンコーダ８０用の円盤８１がリードナット７４と一体に回転するように取り付けられている。エンコーダ８０は、光学式のインクリメンタル方式を採用しており、上記円盤８１と、ステッピングモータ７０本体の他端側の外側に、円盤８１と対向するように固定配置された基板８２とを含む。本実施形態におけるエンコーダ８０は反射式であり、良く知られているように、円盤８１の基板８２と対向する面には複数の格子状の反射部が設けられている。一方、基板８２の円盤８１と対向する面には、発光部と受光部が設けられ、発光部から発せられた光が円盤８１の反射部で反射して受光部に入射する。受光部に入射した反射光は電気信号に変換されて出力される。また、エンコーダ８０は、受光部に入射した反射光信号から位相が９０度ずれた連続した２つの電圧信号（矩形波によるデジタル信号）を出力するように構成されている。この２つの電圧信号を基に算出されたリードナット７４の回転変位量、回転速度および回転方向はリードスクリュ２１、すなわち可動部の直線変位量（位置）、直動速度および直動方向に換算することができるため、分注ヘッド６０の位置制御や異常検知に利用される。一例を挙げると、リードナット７４の１回転につき、リードスクリュ２１が１ｍｍ直動する。この種のエンコーダは周知であるので、詳しい説明は省略する。

上記のように構成されたエンコーダ８０は、ステッピングモータ７０本体の他端側に取り付けられたエンコーダケース８３でカバーされている。

なお、リードシャフト２１の下端部には、これよりも細径の軸体２１－１が設けられ、軸体２１－１にはこれを直径方向に貫く通孔２１ａが形成されている。後述するように、この通孔２１ａは、リードシャフト２１と延長軸２２とを連結するためのピンを通す孔である。

また、図９に示すように、駆動部１０の上部にはエンコーダ８０及びステッピングモータ７０と外部との電気系統の接続を行うためのコネクタ１１が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、駆動部１０毎にコネクタ１１の接続方向の向きを変えることで接続が容易になるようにしている。

ところで、一般的な送りネジ方式は、モータ＋カップリング＋雄ネジと、その雄ネジと螺合する雌ネジという構成を持つが、それと比べると、本実施形態における送りねじ方式のステッピングモータは、カップリングを持たないので、その分、安価で省スペースな直動機構となっている。

次に、図９を参照して、一組目の最小直動機構ユニットの組み立て工程について簡単に説明する。ただし、以下の組み立て工程は一例にすぎず、本発明が以下の組み立て工程により何らかの制約を受けるものではない。

駆動部固定部材４０の上側設置板４１を取り外した状態で、下側設置板４２に、被駆動軸２０におけるリードシャフト２１のみを持つ下側直動機構３０の駆動部１０を設置する。駆動部１０の設置に際しては、リードシャフト２１の下部側が貫通穴４２ａから突出するようにする。

延長軸２２の上端部には、リードシャフト２１の下端部に設けられた軸体２１－１を受け入れるための縦穴と、この縦穴に受け入れた軸体２１－１の通孔２１ａにピン２７を差し込むための横穴２２ａが形成されている。このような連結構造により、貫通穴４２から突出したリードシャフト２１が延長軸２２に連結される。

なお、上記の連結に際しては、あらかじめ該当する下側直動機構３０の延長軸２２に対応する第１のリニアレール５１に第１のリニアガイド２４が装着されている。上記の連結に際してはまた、連結部２３の下側にノズル６１とチップ６２が装着されている一方、連結部２３の上側には分注ヘッド６０のパイプ６３が装着され、このパイプ６３がプレート５０の連通穴５０ａに挿通された状態で行われる。ノズル６１は、取り外し可能な構造であれば、上記の連結後に連結部２３に装着されても良い。

上記の連結が終了したら、第１のリニアガイド２４を延長軸２２に対してネジ２６でネジ止め可能な位置に位置決めし、第１のリニアガイド２４を延長軸２２に固定する。

上側直動機構３０の駆動部１０については、駆動部１０を、上側設置板４１の貫通穴４１ａからリードシャフト２１の下部側が突出するように上側設置板４１に設置し、上側設置板４１と下側設置板４２の間の空間を利用して、上述と同様の方法により、上側直動機構３０のリードシャフト２１と延長軸２２の連結作業を行う。第１のリニアレール５１と第１のリニアガイド２４及び分注ヘッド６０側の扱いについては、上記と同様である。

一組目の最小直動機構ユニットの組み立ての終了後、又は一組目の最小直動機構ユニットの組み立てと並行して、同様の方法によって、二組目の最小直動機構ユニットの組み立てが行われる。

図１２は、ステッピングモータ７０を個別に制御する制御系のブロック図である。図１２において、本制御系は、エンコーダ８０の出力信号（位置検出信号）と上位装置９５により予め設定されたパラメータや駆動シーケンス等に基づきステッピングモータ７０を制御することにより、分注ヘッド６０の上下方向の位置制御を個別に実行するモータ制御装置９２を有する。モータ制御装置９２は、その内部に上位装置９５により予め設定されたパラメータや駆動シーケンス等に基づいて位置制御用の信号を生成するコントロール回路と、生成された信号に基づきステッピングモータ７０を駆動するモータドライバ回路とを含む。

以下に、制御動作をステップ別に説明する。

１．エンコーダ８０は、ステッピングモータ７０の回転位置を検出し、矩形波によるデジタル信号として出力する。このデジタル信号は、ステッピングモータ７０の回転方向に対し電気角で９０度位相のずれた連続した２つの矩形波信号(Ａ相信号とＢ相信号)である。回転方向は、Ａ相信号とＢ相信号で先に変化した相を見極めて判断する。

２．エンコーダ８０から出力された２つのデジタル信号はモータ制御装置９２に入力される。

３．モータ制御装置９２は、Ａ相信号とＢ相信号の変化で回転方向を判断する。モータ制御装置９２はまた、上位装置９５からの予め設定されたパラメータや駆動シーケンス等に基づいて分注ヘッド６０の上下方向の移動量と移動速度に換算した動作指令をステッピングモータ７０に出力する。モータ制御装置９２は更に、エンコーダ８０からの２つのデジタル信号により、分注ヘッド６０の現在位置を検出した値と上位装置９５により設定された駆動シーケンス等に基づく指定位置とを比較し、その偏差を補正する指令をステッピングモータ７０に出力する。

他には、モータ制御装置９２にエンコーダ８０からの２つのデジタル信号に対する異常判定機能を付与することで、モータ制御装置９２からの指令に反する挙動をステッピングモータ７０が示すと、モータ制御装置９２はそれを検知して今まで実行していた制御を停止させたり、異常を取り除いて制御を再開させたりすることができる。以上のような制御形態は、良く知られているので、詳しい説明は省略する。

更に、各被駆動軸２０（リードスクリュ２１）上端の駆動上限位置にフォトセンサを設置し、被駆動軸２０の上端がフォトセンサの光路を遮断すると、フォトセンサから光路遮断信号がモータ制御装置９２に出力されるようにしても良い。この場合、光路遮断信号は分注ヘッド６０の位置決め制御の基準点決め、いわゆる原点位置決めに利用することができる。また、各被駆動軸２０（リードスクリュ２１）の上限のリミットセンサとしても利用することができる。この種の制御形態も、良く知られているので、詳しい説明は省略する。

以上のような制御系は、８軸の軸毎に個別に備えられ、独立制御を実行する場合には、上位装置９５から各制御系のモータ制御装置９２に制御系毎に異なる指令信号が与えられて分注装置毎に異なる分注動作が実行される。一方、同時制御を実行する場合には、上位装置９５から各制御系のモータ制御装置９２に同じ指令信号が与えられてすべての分注装置が同じ分注動作を実行する。

図１３を参照して、本発明における分注装置の最小単位である最小直動機構ユニットの実施形態として、４軸分注装置について説明する。

この４軸分注装置は、図１で説明した８軸分注装置における左側、すなわち二組目の最小直動機構ユニットと同じと考えて良い。それ故、図１３において図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付し、説明は簡単に行う。

図１３において、本実施形態に係る４軸分注装置は、回転モータによる駆動部１０と該駆動部１０により直動する被駆動軸２０とを有する４個の直動機構３０を平面視で一列状に配置した直動機構ユニット２００を有する。直動機構ユニット２００は、駆動部１０の高さ以上の間隔を持つように形成された２段棚構成の上側設置板４１と下側設置板４２とを含む駆動部固定部材４０を備える。

この４軸分注装置においても、隣り合う駆動部１０を、交互に、上側設置板４１と下側設置板４２に設置している。そして、本実施形態においても、隣り合う駆動部１０を、上側設置板４１と下側設置板４２の、隣り合う駆動部１０の設置領域に平面視で重なり合う部分ができるように設置している。これにより、前述したように、４個の駆動部１０の平面視での設置スペースをできるだけ小さくしている。

駆動部固定部材４０は、上側設置板４１と下側設置板４２とをそれらの一端側で連結板４３により連結した断面コ字形状を有する。ここでも、連結板４３は下側設置板４２と一体に形成されている。上側設置板４１及び下側設置板４２にはそれぞれ、図９で説明した通り、各駆動部１０の中心に対応する箇所に貫通穴（第１の貫通穴）４１ａ，４２ａか形成されて、対応する駆動部１０の被駆動軸２０を通すようにされている。

直動機構３０を構成している駆動部１０の内部構造や、被駆動軸２０の構成、すなわち延長軸２２と連結部２３及び分注ヘッド６０の構成は、前述した８軸分注装置におけるものとまったく同じであるので、説明は省略する。

［実施形態の効果］
（１）上記の８軸分注装置について言えば、８軸という多軸であっても、隣り合う駆動部１０の平面視でのピッチ（間隔）Ｐをできるだけ小さくして８軸分注装置を構成することができる。これは、軸数が増加しても複数の駆動部の設置スペースの削減に有効である点に加えて、以下のような観点において有効である。

多軸型の分注装置に対しては、分注ヘッド間のピッチ（間隔）を小さくすることが要求される。これは、分注ヘッド間のピッチを小さくすることで多軸型の分注装置全体をコンパクト化して移動可能範囲を増やすことができるからである。しかしながら、これまでの複数の分注ヘッドの一列配置による多軸型の分注装置の場合、分注ヘッド間のピッチを小さくするためには駆動部の直径を小さくしなければならず、そのためには、回転モータを小さくしなければならない。これは、各軸の推力（駆動トルク）が小さくなることを意味する。しかるに、分注ヘッドの上下動には、所定の推力が要求される。これは、例えば図１０を参照して、ノズル６１の先端に取り付けられるチップ６２の取外しを、液体の吸引、吐出場所とは別の場所において、チップ６２とノズル６１との間のくびれ部分をジグ（図示省略）で挟んだ状態にして分注ヘッド６０を上動させることにより、自動化することが行われているからである。言い換えれば、分注ヘッドの上下動の推力が小さくなると、チップ６２の自動取外しが困難になる。

上記のような事情に対し、本実施形態に係る８軸分注装置によれば、分注ヘッド間のピッチを小さくしたうえで、駆動部１０（特にステッピングモータ７０）の直径を小さくせずに、分注ヘッドの上下動に際して所定の推力（駆動トルク）を得ることができるので、上記のような問題を生じることがない。

（２）また、駆動部として汎用の安価なステッピングモータを用いているので、８軸分注装置を安価にて提供できる。

以上、本発明を８軸分注装置に適用した場合の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に制限されるものでないことは言うまでもない。すなわち、本発明は、４軸以上の多軸分注装置であれば独立制御型、同時制御型のいずれにも適用可能であり、更には、分注装置に限らず、多軸型のアクチュエータ全般に適用可能である。

１０：駆動部、２０：被駆動軸、２１：リードスクリュ、２２：延長軸、２３：連結部、２４：リニアガイド、３０：直動機構、４０：駆動部固定部材、４１：上側設置板、４２：下側設置板、５０：プレート、５１：リニアレール、６０：分注ヘッド、６１：ノズル、６２：チップ、７０：ステッピングモータ、７１：ステータ、７２：コイル、７３：ロータ、７４：リードナット、８０：エンコーダ、８１：円盤、８２：基板、１００：直動機構ユニット

Claims

回転モータによる駆動部と該駆動部により直動する被駆動軸とを有する少なくとも４個の直動機構を平面視で一列状に配置したものを少なくとも１組有する直動機構ユニットを備えた多軸アクチュエータであって、
前記直動機構ユニットは、前記駆動部の高さ以上の間隔を持つように組み合わされた少なくとも２段構成の上側設置板と下側設置板とを含む駆動部固定部材を備え、
隣り合う前記駆動部を、交互に、前記上側設置板と前記下側設置板に設置したことを特徴とする多軸アクチュエータ。
隣り合う前記駆動部を、前記上側設置板と前記下側設置板の、前記隣り合う駆動部の設置領域に平面視で重なり部分ができるように設置したことを特徴とする請求項１に記載の多軸アクチュエータ。
前記駆動部固定部材は前記上側設置板と前記下側設置板とをそれらの一端側で連結した断面コ字形状を有し、前記上側設置板及び下側設置板はそれぞれ、前記被駆動軸を通すための第１の貫通穴を有し、
前記下側設置板の下面側には、少なくとも４個の前記第１の貫通穴から延びる前記被駆動軸の直動をガイドする第１のガイド機構を構成するためのプレートが垂設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多軸アクチュエータ。
前記被駆動軸は、前記回転モータに組み合わされたリードスクリュと、前記リードスクリュの下端側に連結されて下方に延びる延長軸とを含み、
前記第１のガイド機構は、前記プレートの一方の主面に、前記少なくとも４個の前記第１の貫通穴に対応して互いに平行に並んで上下方向に延びるように設けられた少なくとも４個の第１のリニアレールと、前記延長軸に取り付けられて前記第１のリニアレールに沿ってスライド可能に構成された少なくとも４個の第１のリニアガイドとを含むことを特徴とする請求項３に記載の多軸アクチュエータ。
前記直動機構ユニットは、少なくとも４個の前記駆動部を、交互に、前記上側設置板と前記下側設置板に、平面視で一定ピッチＰにて一列状に配置したものを２組、互いに平行になるように配列して成り、
一組目の少なくとも４個の前記駆動部の配列と、二組目の少なくとも４個の前記駆動部の配列が所定ピッチＰ／２だけずれるように配置されていることにより、前記一組目の少なくとも４個の前記駆動部と前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部とが平面視で千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の多軸アクチュエータ。
前記駆動部固定部材の前記上側設置板と前記下側設置板はそれぞれ、前記プレートを間にして前記一方の面側に前記一組目の少なくとも４個の前記駆動部の設置領域を有すると共に、前記プレートの前記一方の面とは反対の面側に前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部の設置領域を有し、
前記プレートの前記反対の面側には、前記二組目の少なくとも４個の前記駆動部から第２の貫通穴を通して下方に延びる被駆動軸の直動をガイドする第２のガイド機構が構成され、
前記第２のガイド機構は、前記プレートの前記反対の面側に、少なくとも４個の前記第２の貫通穴に対応して互いに平行に並んで上下方向に延びるように設けられた少なくとも４個の第２のリニアレールと、前記被駆動軸の延長軸に取り付けられて前記第２のリニアレールに沿ってスライド可能に構成された少なくとも４個の第２のリニアガイドとを含むことを特徴とする請求項５に記載の多軸アクチュエータ。
前記延長軸は前記プレートの下端部よりも下方に延びる長さを有して、その下部には前記プレートの前記下端部の下側に入り込む略Ｌ形の連結部を有し、
前記一組目の少なくとも４個の連結部と前記二組目の少なくとも４個の連結部は交互に前記プレートの前記下端部の下側に入り込み、
前記連結部の前記プレートの下端部に対応する箇所には挿通孔を有すると共に、該挿通孔から下方に延びるように分注ヘッド用のノズルが装着され、
前記プレートにおける前記挿通孔と対応する箇所には上下方向に連通する連通穴を有し、
前記連結部に前記挿通孔から上方に延びるように装着した前記分注ヘッド用のパイプを、前記連通穴と前記下側設置板に形成した穴を通して前記上側設置板と前記下側設置板の間の空間まで導出するようにしたことを特徴とする請求項６に記載の多軸アクチュエータ。