(57)【要約】本発明はクライオピン（４）に載置された結晶を液体窒素内の貯蔵位置から取り出すエンドエフェクタ（１０）又はグリッパ（１２）に向けられている。より詳細には、本発明のエンドエフェクタ（１０）はコレット型のグリップ機構である。
2005532922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空の開口の先端部を一端に有し、他端に薄壁の可撓部を有するコレットと、
クライオピンを把持又は解放するために前記先端部を開閉する機構を設けたカラークランプと、
前記先端部の屈曲を検知した際、システムを緊急停止させるよう前記コレットに接続された対応部材と、
から成るクライオピン移動用のエンドエフェクタ。
【請求項２】
前記コレットの前記先端部は一端にテーパー形状の外形部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３】
前記コレットの前記先端部を作動するために前記カラー内部に設けられたネジ付きナットと、
前記ネジ付きナットと螺合するネジ付きリードスクリュを有するモータとをさらに含み、
該モータの軸及び前記ナットを回転することで、前記カラーが前記先端部の軸方向に移動することを特徴とする請求項２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４】
前記コレットの前記先端部内において前記開口の反対側に設けられ、クライオピンの真上に位置する低温液体の保持部材、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５】
一端に中空の可撓な先端部を有し、該先端部はその一端にその外形をなすテーパー状の外側部を有し、その他端に開口を有するコレットと、
前記コレットの前記先端部を包囲し、前記先端部の前記テーパー状部の上を移動するカラーと、
前記カラー内部のネジ付きナットと、
該ネジ付きナットと螺合するネジ付きリードスクリュを有することで、該リードスクリュの回転時、前記ナットと前記カラーが前記コレットの前記先端部上を軸方向に移動するモータ／ギアボックスと、
から成ることを特徴とするクライオピン移動用のエンドエフェクタ。
【請求項６】
前記コレットの前記先端部の屈曲を提供するために前記コレットに接続された対応部をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７】
前記コレットの前記先端部内における前記開口の反対側に低温液体の保持部材をさらに有することを特徴とする請求項５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８】
一端に中空の可撓な先端部を有し、該先端部の一端はクライオピンを把持するために開口のコレットと、
前記クライオピンを把持又は解放するために、前記コレットの前記先端部を開閉する手段と、
前記コレットの前記先端部内における前記開口の反対側に設けられた低温液体の保持部材と、
からな成ることを特徴とするクライオピン移動用のエンドエフェクタ。
【請求項９】
前記クライオピンを把持又は解放するために前記コレットの前記先端部を収縮又は開放する前記手段は、
前記コレットの前記先端部を包囲するカラーと、
該カラー内部のネジ付きナットと、
該ネジ付きナットと螺合する取り付けられたリードスクリュを有することで、該リードスクリュの回転時、前記ナットと前記カラーが前記コレットの前記先端部上を軸方向に移動するモータ／ギアボックスと、
から成ることを特徴とする請求項８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１０】
前記コレットの前記先端部の屈曲を提供するために前記コレットに接続された対応部材と、該対応部材の内部に設けられたセンサとを有し、前記エンドエフェクタが屈曲された際、前記センサはシステム制御部を緊急停止することを特徴とする請求項８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１１】
前記対応部材をロボットアームに接合する手段をさらに有することを特徴とする請求項１０に記載のエンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願]
本発明は２００１年７月１９日に出願された「ヘアループに搭載された結晶サンプルロボットエンドエフェクタ」という名称の米国仮出願第６０／３０２，６５７号に基づく出願である。
【０００２】
本発明はクライオピン（ｃｒｙｏ−ｐｉｎ）の外径を把持するエンドエフェクタに関し、より詳細には、結晶を載置するクライオピンをある場所から他の場所へ移動するために、ロボットアームに接合されるエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００３】
結晶（特に蛋白質結晶）の製造、結晶の取扱い及び結晶のＸ線回析は手動操作で行われてきた。しかしながら、より膨大な数の結晶を製造そ検査する必要性から、従来の手動による方法論及び技法に対する変化が求められている。結晶の製造において、結晶は通常は金属ロッドであるクライオピンの端部でヘアループ（ｈａｉｒｌｏｏｐ）に載置される。ヘアループ上に結晶を保持するクライオピンは液体窒素によって冷却された低温貯蔵装置に貯蔵されている。結晶に対するＸ線回析を実行するために、クライオピン及び結晶を手動で測角器へ移動することが従来のやり方であった。Ｘ線回析工程の後、結晶及びクライオピンは手動で貯蔵装置へ戻されていた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明はクライオピンに載置された結晶を液体窒素中にある貯蔵位置から取り出すエンドエフェクタ又はグリッパに向けられている。より詳細には、本発明のエンドエフェクタはコレット型のグリップ機構である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明のエンドエフェクタ又はグリッパはクライオピンに載置されている結晶を貯蔵位置から取り出すよう構成されている。クライオピンはＨａｍｐｔｏｎ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｏｘｆｏｒｄ又はＹａｌｅから出されているクライオピンのように周知であり、結晶が載置されるヘアループを一端に備えた金属ロッド又はベースを有する。クライオピンのベースは鉄であるので、ピンは貯蔵装置又は磁性ボスを備える他の操作装置内で容易に保持される。エンドエフェクタから解放されたとき、磁性ボスはピンの安定位置を維持する。貯蔵装置は通常液体窒素を使用することによって極低温に維持される。クライオピンは、クライオピンのベースが下方に位置し、ヘアループに載置された結晶が上方に位置した状態で、貯蔵装置（デューアー）内に貯蔵される。デューアーは結晶の結合性を維持する液体窒素を収容する。
【０００６】
新しい蛋白質結晶などの結晶についての主要な研究はＸ線回析によって遂行される。結晶は測角器に載置される。測角器は結晶をＸ線ビーム整列させるように結晶を複数軸で移動させる装置である。測角器を用いたＸ線回析は周知であり、ＣＣＤカメラ及び他の画像装置と組み合わせて用いられることで、結晶の構造を決定し、結晶の組成を特定する。
【０００７】
図１を参照すると、ロボットアーム１はアーム接合部２に接合されたエンドエフェクタ１０を有する。エンドエフェクタ１０は貯蔵装置（図示せず）からクライオピン（図１には図示されていない）を取り出した後、ピンに載置された結晶を測角器５上に位置する。次に、画像システム６が結晶の構造に関するＸ線回析データを記録する。結晶が測角器に位置されると、窒素源７が冷却されたガス状の窒素を結晶に供給することで、所望の結晶温度を維持し、結晶に凝結や氷結が形成されることを防止する。
【０００８】
図２を参照すると、エンドエフェクタ１０の好適実施例が示されている。エンドエフェクタ１０はクライオピン４がそのベース部に磁気ベース８を有するように図示されている。ヘアループに載置された結晶を移動するために、エンドエフェクタ１０はピンを包囲するコレット又はチャック部材１２を有する。コレットは次の３つの部分を有する。すなわち、開放端部１５を有するコレット先端部１４、外径が先端部１４からテーパー状になっているテーパー部１６及び外径が先端部１４よりも大径の薄壁の可撓部１８である。コレット１２は歯形（ｔｉｎｅ）形状であり、閉鎖時に円筒形チャンバを形成する複数の細長い突出フィンガ１３を有する。フィンガ１３は弾性部１８からコレット先端部１４の開放端部１５へ延びている。フィンガ１３の端部の内面はクライオピン４の磁気ベース８を把持するような形状とされている。
【０００９】
歯形形状のコレット１２はクライオピンの磁気ベース８を把持するための中空の可撓コレット又はチャックを形成する。コレット先端部１４はピン４及びそこに載置された結晶を把持するのに十分な長さを有している。コレット１２は、貯蔵装置の液体窒素に部分的に浸漬し得るような長さに形成されている。作動部材は液体窒素との直接的な接触から十分に隔離されている。ローラー又は軸受（図示せず）を内面に有するカラー２２を含むカラークランプ機構２０がテーパー部１６に対して作用することで、クライオピンベース８を把持するか又はコレット先端部１４を開放してクライオピンの磁気ベース８を解放するために、中空開口の寸法を開閉、すなわち、拡大又は縮小する。
【００１０】
カラークランプ機構２０の詳細は、図３のカラー２２の斜視図及び図４のエンドエフェクタ１０の断面図に示されている。カラー２２は内部リング又はナット２４と一体として機械加工される。ナット２４は内面にネジが刻まれ、カラー２２の全体がユニットとしてコレット１２上で軸方向に移動する。モータ／ギアボックスアセンブリ２７はスラスト軸受２６を有し、スラスト軸受は軸方向負荷に抗してモータ／ギアボックスアセンブリを保護する。モータ／ギアボックス２７にはリードスクリュ２８が接続されている。リードスクリュのネジはナット２４内のネジと螺合し、回転したときにカラー２２及びナット２４を軸方向に移動させる。カラー２２がテーパー部１６の傾斜面を上昇するときに、カラー２２及びより詳細にはカラー２２内のローラーがコレット先端部１４を閉鎖する。先端部１４は、閉じられた時にクライオピンベース８を把持する形状とされている。カラー２２が前記傾斜面を下降する動作によってコレット先端部１４は開放される。エンドエフェクタにはセンサが位置付けられている。センサは開放及び閉鎖位置を検知することで、クライオピンベース８が最適に把持されるのを確実にする。
【００１１】
コレットの可撓部１８において、モータハウジング３０が可撓部１８とモータ／ギアボックス２７との間にある。コレット先端部１４はカラー２２から数インチ延出することで、先端部１４が液体窒素に浸漬するようにされている。それに対し、可撓コレット１２のより高い応力がかかる部分及びモータ／ギアボックスアセンブリは液体窒素の超低温から保護されたままである。比較的低い温度伝導性を有するステンレス鋼のような金属がフィンガ１３を形成するために用いられ、軸受ハンガ２５とモータハウジングのモータ取付部３１との間に位置付けられたポリマ断熱ディスク２９は駆動部品への曲折した導電路を提供する。
【００１２】
精密部品及び結晶検体が脆弱であるので、対応部４０をエンドエフェクタ１０のベースとロボットの取付板との間に加えてもよい。対応部４０は、コレットに面してコレットに接続された接合板４２と外殻４４とを含む。軸４６はコレット１２と軸方向で整列し外殻又はハウジング４４に剛着されている。球面軸受の内部レース４８及び外部レース５０がシャフト４６を包囲している。球面軸受の外部レースは接合板４２に接合されている。球面軸受の外部レース５０が内部レース４８に対して移動すると、エンドエフェクタ１０は外殻４４のベース５２に対し平行又は非平行な一連の平面にある軸方向及び／又は径方向に移動することができる。エンドエフェクタ１０が軸方向又は別の方向に屈曲すると、球面軸受は軸４６を降下し、対応部４０内部のセンサがアーム１制御部を緊急停止する。この機能は装置（結晶及びシステム機器）及び人の双方を保護することを意図している。
【００１３】
コレット１２内のクライオピン４に載置された結晶の熱保護を増大するための大きな強化点は、カラー２２下方並びにクライオピン及びヘアループ９に載置された結晶の上方に設けられたインサート６０である。図４及び図５の双方から見られるように、インサート６０は金属フォーム（ｆｏａｍ）の小さな円筒部材である。コレット１２がデューアーの液体窒素内に浸漬されるとき、少量の液体窒素が保持フォームに漏れ入る。コレット１２内に保持部材６０を配置することで、結晶が貯蔵装置から測角器５へ移動されるときに、冷却されたガス状の窒素の流れが提供され、コレット１２の暖かい上部からの放射熱エネルギーから遮断される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ｘ線回析のために結晶を測角器に載置するロボットアーム機構の端部に取り付けられた本発明のエンドエフェクタを示す概略図である。
【図２】本発明のエンドエフェクタを示す斜視図である。
【図３】カラークランプ機構におけるカラーを示す斜視図である。
【図４】本発明のエンドエフェクタを示す断面図である。
【図５】先端部の内部に低温金属フォームが設けられた、エンドエフェクタの中空コレットを示す断面図である。
【図１】
2005532922.tif 000003
【図２】
2005532922.tif 000004
【図３】
2005532922.tif 000005
【図４】
2005532922.tif 000006
【図５】
2005532922.tif 000007
【国際調査報告】
2005532922.tif 000008