(57)【要約】【課題】ワークチャック装置全体の位置決め機構や、位置決め制御を複雑化する必要がなく、簡単な構成でワークを確実に目的の位置に収容することが可能なワーク突出機構を提供すること。【解決手段】複数の爪部材１５０の間に設けられ、直線移動ユニット１２０により軸方向に移動可能な軸部材１１０を有するワーク突出機構１００であって、軸部材１１０が回転ユニット１３０により回転可能に設けられ、回転ユニット１３０が直線移動ユニット１２０の駆動力によって駆動されるように構成されていること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材の間から直線移動ユニットによりワーク方向に移動可能な軸部材を有するワーク突出機構であって、
前記軸部材が、回転ユニットにより回転可能に設けられ、
前記回転ユニットが、前記直線移動ユニットの駆動力によって駆動されるように構成されていることを特徴とするワーク突出機構。
【請求項２】
前記直線移動ユニットが、ベース部材と前記ベース部材に対して直線駆動される移動部を有し、
前記回転ユニットが、前記移動部に設けられたナット部と、前記軸部材に設けられ前記ナット部とネジ嵌合するネジ部とを有することを特徴とする請求項１に記載のワーク突出機構。
【請求項３】
前記回転ユニットのネジ部が、滑り部材を介して前記軸部材と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク突出機構。
【請求項４】
前記軸部材が、ワークと凹凸嵌合する先端部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のワーク突出機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材の間からワーク方向に移動可能な軸部材を有するワーク突出機構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等に収容して冷凍環境下で保管する際に、トレイ等にワークを確実に収容させるのに好適なワーク突出機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、２等参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９３７６７号公報
【特許文献２】特開２００４−９８２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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ワーク所定の位置で解放して収容する際に、霜等により爪部材がワークを確実に解放できない場合がある。
これを解消するために、複数の爪部材の間に軸方向に移動可能な軸部材を有するワーク突出機構を設け、軸部材でワークを突き出して確実に解放するものが考えられる。
また、爪部材で把持していたワークを確実に目的の位置に収容するためには、爪部材の正確な位置決めが必要である。
例えば、ワークとして、図６（ａ）に示すようなチューブ２００をラック３００のチューブ収容部３０１に収容するものが公知である。
チューブ２００の本体２１０には、下方から見た図６（ｃ）に示すように、複数（本例では６方向）の底部突起２１１が設けられており、ラック３００のチューブ収容部３０１には、上方から見た図６（ｄ）に示すように、底部突起２１１が嵌合可能な複数の突起嵌合溝３０２が設けられている。
また、チューブ２００のキャップ２２０には、上方から見た図６（ｂ）に示すように、頂部凹部２２１が設けられている。
【０００６】
このようなチューブ２００を、確実にラック３００のチューブ収容部３０１に収容するためには、チューブ２００とチューブ収容部３０１の位置を正確に合わせる位置決めが必要である。
さらに、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相も正確に合わせた上で上方から突き出す必要がある。
したがって、単に軸部材でチューブ２００を突き出すものでは、爪部材を水平面内で移動させて位置決めし、さらに、爪部材をチューブ２００の周方向に回転させて回転位相を正確に位置決めする必要があり、ワークチャック装置全体の位置決め機構や、位置決め制御が複雑となるという問題があった。
【０００７】
本発明は、これらの問題点を解決するものであり、ワークチャック装置全体の位置決め機構や、位置決め制御を複雑化する必要がなく、簡単な構成でワークを確実に目的の位置に収容することが可能なワーク突出機構を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るワーク突出機構は、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材の間から直線移動ユニットによりワーク方向に移動可能な軸部材を有するワーク突出機構であって、前記軸部材が、回転ユニットにより回転可能に設けられ、前記回転ユニットが、前記直線移動ユニットの駆動力によって駆動されるよう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。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に係るワーク突出機構によれば、直線移動ユニットによりワーク方向に移動可能な軸部材が、回転ユニットにより回転可能に設けられていることにより、ワークと収容部の回転位相が合っていない場合でも、軸部材による突き出しとともに軸部材によるワークの周方向の回転が可能となるため、爪部材をワークの周方向に回転させて回転位相を正確に位置決めする必要がなく、ワークチャック装置全体の位置決め機構や、位置決め制御を簡素化しつつ、ワークを確実に目的の位置に収容することができる。
また、回転ユニットが直線移動ユニットの駆動力によって駆動されるように構成されていることにより、軸部材の回転のための駆動源を必要としないため、ワーク突出機構の構成や制御も簡素化される。
【００１０】
請求項２に記載の構成によれば、直線移動ユニットが、ベース部材とベース部材に対して直線駆動される移動部を有し、回転ユニットが移動部に設けられたナット部と、軸部材に設けられナット部とネジ嵌合するネジ部とを有することにより、直線移動ユニットの駆動力を容易に軸部材の回転駆動力に変換することが可能であり、連続的に駆動しても突き出しのための直線駆動と回転駆動を交互に行うことが可能となる。
このことで、ワークと収容部の回転位相が合っておらず突き出し途中で軸部材の直線移動が停止した際、すぐさま軸部材が回転してワークが回転し、ワークと収容部の回転位相が合った位置で、再び突き出しのための直線移動が開始され、複雑な制御を行うことなくワークを確実に目的の位置に収容することができる。
【００１１】
請求項３に記載の構成によれば、回転ユニットのネジ部が、滑り部材を介して軸部材と接続されていることにより、ワークと収容部の回転位相が合って収容部に完全に収容された際に、軸部材の直線移動が停止し軸部材が回転しようとしても、ワークが回転方向も停止していることで滑り部材により軸部材の先端部の回転が阻止される。
このことで、駆動部の停止のタイミングを正確に制御する必要がなく、装置をより簡素化することが可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、軸部材がワークと凹凸嵌合する先端部材を有することにより、軸の回転をより確実にワークに使えることが可能となり、ワークを確実により迅速に目的の位置に収容することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るワーク突出機構の正面図。
【図２】図１のワーク突出機構の側面図。
【図３】図１のワーク突出機構の平面図。
【図４】図１のワーク突出機構の垂直断面図。
【図５】図１のワーク突出機構の先端部材の正面図及び底面図。
【図６】ワークであるチューブ及びラックの説明図。
【図７】本発明の一実施形態に係るワーク突出機構の動作説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ワークの側面に当接して把持する複数の爪部材の間から直線移動ユニットによりワーク方向に移動可能な軸部材を有するワーク突出機構であって、軸部材が回転ユニットにより回転可能に設けられ、回転ユニットが直線移動ユニットの駆動力によって駆動されるように構成されており、ワークチャック装置全体の位置決め機構や、位置決め制御を複雑化する必要がなく、簡単な構成でワークを確実に目的の位置に収容す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。
【実施例】
【００１４】
本発明の一実施形態に係るワーク突出機構を、図１乃至図５に基づいて説明する。
ワーク突出機構１００は、ワークであるチューブ２００の側面に当接して把持する複数の爪部材１５０の間から直線移動ユニット１２０によりチューブ２００の方向に移動可能、かつ、回転ユニット１３０によりチューブ２００の周方向に回転可能な軸部材１１０を有している。
なお、複数の爪部材１５０は、弾性的にチューブ２００を把持するものであっても、開閉駆動可能に構成されているものであってもよい。
【００１５】
直線移動ユニット１２０は、ベース部材１２１とベース部材１２１に対して直線駆動される移動部１２２を有し、回転ユニット１３０は、移動部１２２に設けられたナット部１２３と、軸部材１１０に設けられナット部１２３とネジ嵌合するネジ部１３１とを有している。
ベース部材１２１には、ピニオンギヤ１２７を回転駆動する駆動モータ１２５が固定されており、ピニオンギヤ１２７が移動部１２２に設けられたラックギヤ１２６と噛み合うことで、移動部１２２がベース部材１２１に対して直線駆動される。
ネジ部１３１は、弾性支持バネ１２４により、ナット部１２３に対してネジ部１３１を突き出し方向に押圧するように構成されている（図１では、後方の構造をわかりやすくするため、左側の弾性支持バネ１２４の構成の図示を省略している。）。
また、ベース部材１２１には、移動部１２２の移動上限、下限を規制するストッパ１２８が設けられている。
【００１６】
回転ユニット１３０のネジ部１３１は、滑り部材１３３を介して軸部材１１０と接続されている。
図４に示すように、ネジ部１３１は連結部材１３２に位置調節可能に固定されており、軸部材１１０は、連結部材１３２に遊嵌され、滑り部材１３３と押圧部材１３４により連結部材１３２が挟みこまれて連結部材１３２から軸部材１１０に回転が伝達される。
押圧部材１３４は、軸部材１１０に設けられた押圧バネ受け１３６との間の押圧バネ１３５の押圧力で連結部材１３２に押圧されている。
この押圧力によって、所定の回転トルクまでは滑り部材１３３、押圧部材１３４と連結部材１３２の間に滑りは発生せず、所定以上のトルクが加わると滑り部材１３３、押圧部材１３４と連結部材１３２の間に滑りが発生する。
【００１７】
軸部材１１０の先端側には、直接チューブ２００に当接して突き出す先端部材１１１が設けられている。
先端部材１１１の先端は、図５に示すように、円錐部１１２と、それに続く係合部１１３を有しており、図６に示すチューブ２００のキャップ２２０の頂部凹部２２１に挿入され、頂部凹部２２１の８角星形状の内周面に係合部１１３が係合することで、確実に軸部材１１０の回転をチューブ２００に伝達可能に構成されている。
なお、係合部１１３も下方面が円錐部１１２と同じ円錐面の一部であるため、頂部凹部２２１の内周面に角部がない場合でも、頂部凹部２２１の開口縁に円錐部１１２あるいは係合部１１３の下方面が当接することで、摩擦によって回転を伝達することが可能である。
さらに、キャップ２２０が他の形状の場合には、先端部材１１１を適宜、確実に頂部に当接して回転伝達可能な先端部の形状を有するものに変更すればよい。
【００１８】
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突出機構１００の動作について図７を参考に説明する。
なお、図７におけるａ１→ａ４は、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っており、かつ、先端部材１１１とキャップ２２０の頂部凹部２２１の係合位相があっている場合、ａ１→ａ３→ａ’４→ａ’６は、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っており、かつ、先端部材１１１とキャップ２２０の頂部凹部２２１の係合位相があっていない場合、ａ１→ａ２→ｂ３→ｂ６は、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っておらず、かつ、先端部材１１１とキャップ２２０の頂部凹部２２１の係合位相があっている場合、ａ１→ａ２→ｂ３→ｂ’４→ｂ’８は、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っておらず、かつ、先端部材１１１とキャップ２２０の頂部凹部２２１の係合位相があっていない場合の動作の流れを示す。
【００１９】
まず、図１、図２に示すように、複数の爪部材１５０がチューブ２００の側面に当接して把持した状態で、ワーク突出機構１００及び爪部材１５０が図示しない移動機構によって一体に水平方向に移動し、チューブ２００がラック３００のチューブ収容部３０１の直上に来るように位置決めされる（図７：ａ１）。
この状態で、ワーク突出機構１００及び爪部材１５０が図示しない移動機構によって一体に下降し、チューブ２００がチューブ収容部３０１に進入する（図７：ａ２）。
チューブ２００の底部突起２１１がチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の上端に到達する直前に下降が停止され、複数の爪部材１５０はチューブ２００の把持を解放する（図７：ａ３、ｂ３）。
そして、ワーク突出機構１００及び爪部材１５０が一体に停止している状態で、ワーク突出機構１００の駆動モータ１２５を駆動して移動部１２２を下降させると、軸部材１１０の先端部材１１１はチューブ２００に向かって突き出される（図７：ａ３→ａ４、ａ’４、ｂ３→ｂ４、ｂ’４）。この時、軸部材１１０の先端部材１１１がチューブ２００のキャップ２２０の頂部凹部２２１と当接するまでは、押圧力はかかっていないため、ナット部１２３とネジ部１３１は相対回転せず、ナット部１２３の下降距離分、軸部材１１０も下降する。
【００２０】
チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っている場合は、通常は、複数の爪部材１５０がチューブ２００の把持を解放するとともに、チューブ２００がチューブ収容部３０１の最も奥まで落下、進入する（図７：ａ３）。
そして、軸部材１１０の先端部材１１１は、最も奥まで落下、進入したチューブ２００のキャップ２２０の頂部凹部２２１に進入し当接するまで下降する（図７：ａ４、ａ’４）。
しかしながら、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相がずれていた場合は、底部突起２１１が突起嵌合溝３０２の溝のない部分に接触して停止する（図７：ｂ３）。
また、位相が合っている場合でも、何らかの要因で途中で落下せずに停止する場合がある。
軸部材１１０の先端部材１１１が途中で停止したチューブ２００のキャップ２２０の頂部凹部２２１に進入し当接すると（図７：ａ４、ａ’４、ｂ４、ｂ’４）、チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っている場合は、軸部材１１０の下降により先端部材１１１がチューブ２００を奥まで押圧することとなる（図７：ａ４）。
【００２１】
チューブ２００の底部突起２１１とチューブ収容部３０１の突起嵌合溝３０２の周方向の位相が合っていない場合、軸部材１１０の下降は一旦停止するが、移動部１２２の下降は継続するため、ナット部１２３は、ネジ部１３１を回転させながら下降を続ける。
このネジ部１３１の回転により軸部材１１０は下降を停止したまま回転し、その回転により、先端部材１１１が頂部凹部２２１と当接してチューブ２００を回転させる（図７：ｂ５、ｂ’７）。
なお、キャップ２２０の頂部凹部２２１が、図５に示す先端部材１１１の係合部１１３と係合する形状の場合、軸部材１１０の先端部材１１１がキャップ２２０の頂部凹部２２１に進入し当接した際に、チューブ２００を回転させる前に、前述同様の回転運動で、頂部凹部２２１が先端部材１１１の係合部１１３と位相が合う位置まで軸部材１１０が回転して係合し、回転力を確実に伝達できる状態となる（図７：ａ’５、ｂ’５）。
チューブ２００が回転して底部突起２１１が突起嵌合溝３０２に嵌合する位置に来ると、軸部材１１０がチューブ２００を突き出して下降することが可能となり、ナット部１２３とネジ部１３１の相対回転が停止して、移動部１２２の下降がナット部１２３を介して軸部材１１０を下降させる（図７：ｂ６、ｂ’８）。
【００２２】
チューブ２００が最も奥まで突き出されると、再び軸部材１１０の下降が停止し、前述と同様に移動部１２２が下降してナット部１２３がネジ部１３１を回転させる（図７：ａ４以降、ａ’６以降、ｂ６以降、ｂ’８以降）。
この時、チューブ２００の底部突起２１１が突起嵌合溝３０２に当接して回転できないが、前述のように、所定の回転トルクまでは滑り部材１３３、押圧部材１３４と連結部材１３２の間に滑りは発生せず、所定以上のトルクが加わると滑り部材１３３、押圧部材１３４と連結部材１３２の間に滑りが発生するように構成されているため、軸部材１１０は回転せず、突き出しが完了して停止した状態となる。
この状態となった後に、駆動モータ１２５を逆転して移動部１２２を上昇させることで、軸部材１１０も上昇し元の位置に復帰する。
なお、ネジ部１３１が回転した分は、ナット部１２３に対してネジ部１３１を突き出し方向に押圧している弾性支持バネ１２４により、ネジ部１３１がナット部１２３に対して逆回転しながら下降することで元の状態に復帰する。
このことで、駆動モータ１２５の駆動、停止、逆転等のタイミングや駆動速度を正確に制御する必要がなく、また、チューブ２００の回転のための特別な駆動モータ等を設ける必要もなく、簡単な構成でチューブ２００を確実に目的の位置に収容することが可能である。
また、弾性支持バネ１２４の突き出し方向の押圧力により、チューブ２００を押圧する前に、摩擦や引っかかり等で軸部材１１０の下降が停止してネジ部１３１が回転することを抑制している。
【００２３】
上記実施形態では、移動部１２２を駆動モータ１２５、ラックギヤ１２６、ピニオンギヤ１２７の構成で直線駆動しているが、移動部１２２を直線的に駆動可能なものであれば、チェーンによる駆動、流体圧アクチュエータによる駆動、リニアモータによる駆動等、いかなる構成で駆動してもよい。
また、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突き出しに用いられてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１００  ・・・  ワーク突出機構
１１０  ・・・  軸部材
１１１  ・・・  先端部材
１１２  ・・・  円錐部
１１３  ・・・  係合部
１２０  ・・・  直線移動ユニット
１２１  ・・・  ベース部材
１２２  ・・・  移動部
１２３  ・・・  ナット部
１２４  ・・・  弾性支持バネ
１２５  ・・・  駆動モータ
１２６  ・・・  ラックギヤ
１２７  ・・・  ピニオンギヤ
１２８  ・・・  ストッパ
１３０  ・・・  回転ユニット
１３１  ・・・  ネジ部
１３２  ・・・  連結部材
１３３  ・・・  滑り部材
１３４  ・・・  押圧部材
１３５  ・・・  押圧バネ
１３６  ・・・  押圧バネ受け
１５０  ・・・  爪部材
２００  ・・・  チューブ（ワーク）
２１０  ・・・  本体
２１１  ・・・  底部突起
２２０  ・・・  キャップ
２２１  ・・・  頂部凹部
３００  ・・・  ラック
３０１  ・・・  チューブ収容部
３０２  ・・・  突起嵌合溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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