(57)【要約】【課題】直動モータ４のネジ軸４０１によって作動体３を進退駆動するにあたり、作動体３側のガイド公差に依存することなく作動体３を押し引き動作できるようにし、押引負荷によりネジ軸４０１と回転ナットにサイドロードがかかる不具合を解消し、螺合がきつくなって推力の低下や動作不良の問題を解消する。【解決手段】作動体３を昇降案内するガイド２０３の嵌め合い公差を、直動モータ４のネジ軸４０１の軸芯組付け公差を上回る精度をもって構成し、ネジ軸４０１の先端部を作動体３に対して、直動モータ４の軸芯組付け公差によるネジ軸の芯ズレ若しくは回転ブレを吸収する遊着手段５をもって連結する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に設けられたガイドに、作動体を所定の嵌め合い公差をもってスライド可能に嵌挿せしめて進退移動自在に構成すると共に、該作動体を直動モータによって駆動するに、前記ガイドとの嵌め合い公差は、前記直動モータのネジ軸の軸芯組付け公差を上回る精度をもって構成する一方、前記直動モータを前記基体または作動体の何れか一方に配設し、かつ、前記ネジ軸の一端を、前記直動モータが配設された側とは異なる基体または作動体に対し、直動モータの前記軸芯組付け公差によるネジ軸の芯ズレ若しくは回転ブレを吸収する遊着手段をもって連結せしめ、前記作動体の直進動作を行うべく構成したことを特徴とする直動装置。
【請求項２】
請求項１において、  前記遊着手段は、前記基体または作動体に設けられる受け部と、該受け部に遊嵌継合すべく前記ネジ軸先端に形成された継ぎ手部とからなる一対の凹凸関係で抜け止め構成されることを特徴とする直動装置。
【請求項３】
請求項２において、  前記受け部を、凹溝と係止凹部とで形成し、前記継ぎ手部に係止凸部を設けて、前記受け部と継ぎ手部とは、前記係止凸部を凹溝に挿入し、前記係止凹部で抜け止め規制して遊着されることを特徴とする直動装置。
【請求項４】
請求項３において、  前記受け部は、前記係止凹部が切欠き形成されたプレート部材よりなり、前記基体または作動体に着脱可能に取着されていることを特徴とする直動装置。
【請求項５】
請求項３または４において、  前記凹溝を前記基体または作動体に設け、前記係止凸部は、前記ネジ軸の軸芯周りに刻設された凹状の継ぎ手溝によりネジ軸に一体形成されていることを特徴とする直動装置。
【請求項６】
請求項２乃至５の何れかにおいて、  前記直動モータ側でネジ軸が廻り止め規制されない場合において、前記受け部と継ぎ手部とは、廻り止め継合されることを特徴とする直動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかにおいて、前記作動体を、前記基体の両側より突出せしめた前記ガイドの両側に配設すると共に、一方の作動体側に直動モータを装着せしめ、他方の作動体を、位置決め等の所定の作業動作すべく構成したことを特徴とする直動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかにおいて、前記作動体の押動と引き動の反転始動時において、前記遊着手段により形成されるネジ軸のクリアランス移動量を、直動モータの移動パルス数に換算せしめて前記クリアランスの誤差補正用パルス数として設定し、前記反転始動時の移動量は、任意の位置決め点への制御パルス数に前記誤差補正用パルス数を加算するモータ制御によって位置決めするよう構成したことを特徴とする直動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度に位置決めガイドされる作動体を、直動モータを用いて押し引き動作させる直動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、検体の分析プロセス等においては、試薬の分注、容器の移動、容器内検体の反応、撹拌等に際し、精度の高い位置決めを行う必要があり、例えば、試薬等の液体を複数の容器に分配状に注入する分注機、試験管内の検体を撹拌棒の挿入により撹拌する攪拌機、各種センサーを近接停止して容器内検体の分析や、反応促進する分析機などが知られている。これらに用いられる直進（進退）動作は、一般的に、位置決め動作させる作動体を、ボールガイドに（１〜５）／１００ｍｍの精度の嵌め合い公差をもって一対のガイド軸に案内させ、軽快かつ精度良く進退移動させる構造ものが採用され、対象物に対して近接停止させるだけでなく、その移動過程においても位置決め精度が要求される場合もある。
【０００３】
しかしながら、これらの位置決め駆動機構は、駆動源として出力軸が回転する回転型モータを用い、送りネジの一端をカップリングを介してモータ軸と連結し、中間を連結ナット部材を介して作動体に螺合させ、他端を基体に回転可能に軸支した構造のものであるため、駆動機構の部品点数や構造が複雑になり、コスト高の要因となる不都合がある。
【０００４】
ところで、この様な複雑な機構を不要とし、安価なものとするために、例えば、特開平８−３９６３９号公報に開示された如く、直動モータを動力源とした成形装置の型締装置への採用を試みたものが知られている。
直動モータは、出力軸にネジ軸を用い、該ネジ軸を回転ナット（ロータ）に螺合して非回転の直進運動に変換した構成となっているため、その製作において、構成部品の精度上の問題等に起因して、組立時にネジ軸の軸芯が芯ズレて傾むくなどの組付け精度に限界があり、また、ネジ軸とナットは、駆動時の熱膨張を勘案した螺合（歯合）公差をもって組み付けられており、特にナットに樹脂製のものが用いられる場合には、ネジ軸との膨張係数が異なるため、係る公差をも勘案して製作しなければならないなど、これら軸芯組付け公差に対する構造上の問題を抱えており、その利用範囲が限られたものとなっていた。
【０００５】
そのため、前記型締装置のように、作動体（可動盤）を４つのガイド軸に沿って案内させ最終的に基体（固定盤）に押しつけて送り締め停止するように押し引き駆動したものにおいては、作動体を、その移動過程を含めて、直動モータの軸芯組付け公差を上回る高精度の嵌め合い公差でガイドする必要がないため、モータのネジ軸をガイド軸間の中心位置にセットし、かつ、モータ側の公差と作動体側のガイド公差を略同等かつ略無負荷に設定し、さらに、モータの回転ナットに高価なボールネジ構造を採用するなどの所定の要件を満たせば、押し引き駆動することは可能であるが、前記軸芯ズレや螺合ブレなどの問題に起因して、ネジ軸とナットとの間にサイドロードがかかり、耐久性を損なうという問題があり、結局、回転型モータを用いた駆動機構よりもコスト高となる要因も加わって、実質的に採用されるものでなかった。
また、上述した高精度の移動と位置決めが要求される装置においては、作動体が直動モータの組付け公差を上回る公差設定でガイドされるため、作動体（または基体）にネジ軸を連結して押し引き駆動させるようにおいては、前記軸芯ズレや螺合ブレの問題に起因して、ネジ軸とナットとの間にサイドロードがかかり、螺合がきつくなって推力が低下し、作動不良を招来するなど実質的に使用することが困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３９６３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、直動モータのネジ軸によって作動体を進退駆動するものでありながら、直動モータが軸芯の芯ズレや螺合ブレ等その製作上の問題を有していても、作動体側のガイド公差に依存することなく作動体を押し引き動作することができ、正逆駆動に伴う押引負荷によりネジ軸と回転ナットにサイドロードがかかる不具合を解消し、螺合がきつくなって推力の低下や動作不良を生じることが無くなり、直動モータの耐久性を向上することができ、その結果、対象物に対して近接停止させるだけでなく、その移動過程においても位置決め精度が要求され、回転型モータを使用しなければならないような分注機や分析機等の直動装置として用いることができ、その利用範囲を拡大することができる直動装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、基体に設けられたガイドに、作動体を所定の嵌め合い公差をもってスライド可能に嵌挿せしめて進退移動自在に構成すると共に、該作動体を直動モータによって駆動するに、前記ガイドとの嵌め合い公差は、前記直動モータのネジ軸の軸芯組付け公差を上回る精度をもって構成する一方、前記直動モータを前記基体または作動体の何れか一方に配設し、かつ、前記ネジ軸の一端を、前記直動モータが配設された側とは異なる基体または作動体に対し、直動モータの前記軸芯組付け公差によるネジ軸の芯ズレ若しくは回転ブレを吸収する遊着手段をもって連結せしめ、前記作動体の直進動作を行うべく構成したことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示する直動装置を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、直動装置の要部正面図、図２は要部側面図、図３はモータネジ軸の連結部詳細図、図４はモータネジ軸の連結説明図である。図に示すように、直動装置１は、上側基部２０１と下側基部２０２とを有する側面視略コ字状に形成された基体２と、該基体２の左右に所定間隔を存して、それぞれ上側基部２０１と下側基部２０２に架設（立設）された軸状のガイド２０３、２０３と、該ガイド２０３に所定の嵌め合い公差をもってスライド（昇降）可能に装着される作動体３とによって進退（昇降）移動自在に構成すると共に、前記上側基部２０１に配設される直動ステッピングモータ４（以下単に直動モータという）のネジ軸４０１の先端部を前記作動体３に遊着手段５をもって連結することで昇降（進退）駆動可能に構成されている。
【００１０】
前記作動体３のガイド２０３との嵌挿構造は、作動体３に形成された案内孔３０１、３０１内にボールガイド３０２を設けてガイド２０３に嵌挿する、所謂ボールガイド構造によって、約２／１００ｍｍの嵌め合い公差をもって高精度に昇降ガイドされるようになっている。
なお、基体２と作動体３の構成態様、および直動モータ４の配設態様はこれに限定されず、例えば、前記凹状の基体２を横面視凸状の基体とし、その上下に、それぞれスライド自在にガイド２０３を嵌装して基体の両側より突出せしめ、ガイド２０３の左右両端部に作動体を組として配設し、一方の作動体側に直動モータを装着せしめ、他方の作動体を、位置決め等の所定の作業動作すべく構成したものであっても良い。この場合の他方の作動体は、例えば、作動体に各種センサーを設けておき、試験管等の容器内の検体に対して、磁性反応をさせたり、透過率を測定したりするために容器に近接させて位置決めしたり、あるいは、試験管ラックを所定の位置に押し移動させて搬送位置決めするなどの直進（進退）動作の作業用として用いられる。また、図１において直動モータ４を作動体３側に配設し、上側基部２０１または下側基部２０２のいずれかにネジ軸４０１の先端部を連結するようにしてもよい。
【００１１】
図３、図４は前記ネジ軸４０１の先端部と前記作動体３との前記遊着手段５による連結構造を示めす。
前記遊着手段５は、前記作動体３に設けられる受け部５１と、該受け部５１に遊嵌継合すべく前記ネジ軸先端に形成された継ぎ手部５２とからなる一対の凹凸関係で抜け止め構成されている。つまり、受け部５１は、作動体３に形成された凹溝５１１と、略Ｌ字状に折曲形成されたプレート部材５１２と、このプレート部材５１２に切欠き形成されたＵ字状の係止凹部５１３とで構成され、継ぎ手部５２は、前記ネジ軸４０１の先端部に係止凸部５２１を周設形成すべく、ネジ軸４０１の軸芯周り（円周廻り）に前記係止凹部５１３に係合（掛合）される凹状の継ぎ手溝５２２が刻設され、この場合、ネジ軸４０１が直動モータ４側で廻り止め規制されていないていないため、継ぎ手溝５２２には係止凹部５１３へ当接する廻り止め規制部５２３が一体形成されている。
これにより、前記受け部５１と継ぎ手部５２とは、前記継ぎ手溝５２２を係止凹部５１３に係合した状態で、係止凸部５２１を凹溝５１１に挿入させて、プレート部材５１２を作動体３にネジ止めすれば、ネジ軸４０１の先端部（係止凸部５２１）が係止凹部５１３で抜け止め規制されて上下、左右、前後（ＸＹＺ軸）方向に揺動可能に遊着される、所謂ユニバーサルジョイント機構により連結されている。
【００１２】
図５はネジ軸４０１の先端部に形成される係止凸部の他の実施例を示すものであって、前記係止凸部５２１をネジ軸４０１に一体形成するのでなく、係止凸部５２１ａとしてワッシャー部材を用い、継ぎ手溝５２２ａおよび係止凹部５１３へ当接する廻り止め規制部５２３ａを角筒部材によって形成し、これら部材を取着ボルト５２１ｂに挿入し、取着ボルト５２１ｂをネジ軸４０１に穿設した雌ねじ部４０２に螺入することで構成される。
【００１３】
また、図６はネジ軸４０１が直動モータ４側で廻り止め規制部４０３により規制されている場合における係止凸部の他の実施例を示すものであって、ネジ軸４０１の先端部に、所定間隔を存して対向する一対の内外輪間にベアリングボールが内装されたベアリング５２１ｃを取着ボルト５２１ｂによりネジ軸４０１に穿設した雌ねじ部４０２に螺入して装着させたものである。ベアリングボールは内外輪に設けられた湾曲継ぎ手溝５２１ｄに遊嵌されており、作動体３に形成された凹溝５１１ａの対向面域に外輪を嵌装し、ドーナツ状の取付けプレート５１２ａにより抜け止め固定することで、ネジ軸４０１の先端部が首振り（主として湾曲継ぎ手溝５２１ｄから取着ボルト５２１ｂ）及び前後に揺動可能に構成される。
【００１４】
次に、直動装置１を分注機に適用した場合の構成について説明する。シリンダユニット６を構成するにあたり、複数のシリンダ６１１、６１１を有するシリンダブロック６１が前記下側基部２０２に設けられ、前記各シリンダ６１１内に密封嵌装されてピストン動作する複数のプランジャー６２１、６２１を有するプランジャーブロック６２が前記作動体３に設けられている。
前記シリンダ６１１には、先端に注射針６１２が設けられており、シリンダ６１１は、前記下側基部２０２の前面に、それぞれ個別に取り付けられた開閉可能な押さえ蓋７１１を有するシリンダホルダー７１、７１に対して着脱自在に装着される。
各プランジャー６２１は、そのＴ字状の頭部を載置させて手前側から挿入するよう作動体３に形成されたＵ字状のプランジャー装着溝７２１と、前記頭部を被嵌して作動体３にネジ止め固定されるカバー体７２２とを有するプランジャーホルダー７２に対して着脱自在に装着される。
これにより、プランジャーブロック６２として機能する作動体３が、直動モータ４の正逆駆動により一体的に昇降移動され、各プランジャー６２１は、容器８内の任意の試液（検体）をシリンダ６１１内に定量吸入し、これを定量吐出するようになっている。なお、前記シリンダ６１１とプランジャー６２１には、市販の注射器やシリンジのシリンダおよびプランジャーが代用されている。
【００１５】
また、作業ステージ（基台）上に配設された分注テーブルＴにも直動装置１が適用されており、この場合、作動体３としての分注テーブルＴに、基台に設けられた直動モータ４（図示しない）のネジ軸４０１が上記同様の遊着手段５をもって連結されており、前進後退移動可能に構成されている。また、分注テーブルＴは、その下面域において、前記ガイド２０３と案内孔３０１との嵌合構造に代用して形成された、例えば、特開２００１−８２４６９公報に開示された如きのガイド構造によって、凸状レールと凹状案内溝とが、凹凸嵌合（図示しない）による嵌め合い公差を持って精度良くスライド自在に構成されている。なお、凸状レールと凹状案内溝を広幅に形成させて、両者の側壁部を前記一対のガイド２０３、案内孔３０１に代用させても良い。
この様に、直動装置１が適用された分注機は、背面側に設けられた作動機構９（内部省略）、および他の構成部材と共に、前後、左右、上下（ＸＹＺ軸）方向の任意に動作可能であり、また分注テーブルＴは、前後移動可能または揺動可能な作業ステージ上に配設されいて、作業ステージ上に配設された試液ボトル（図示せず）や分注テーブルＴに縦横複数セットされたカートリッジ容器（小容器）８の配置部位に対し精度良く位置決めし、試液容器からシリンダ６１１内に吸入した試液（薬液）を、検体等が入っている任意列の複数のカートリッジ容器８、８・・・に対し所定量の試液を分配状に同時に注出するようになっている。なお、試液容器はカートリッジ容器と一体形成されたものと別体で配設されるものが任意に使用される。
【００１６】
叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、分注機が分注テーブルＴ上に移動し、各シリンダ６１１内に約０．５〜３ｃｃ程度を吸入した試液を各子容器８、８……に順次滴下状に小分けして定量吐出（分注）する作業が行われるが、その際、作動体３は、高価な試液を１回分の吸引と吐出に必要な量だけ無駄なく取り扱うよう、モータの回転制御によりプランジャー６２１のピストンストローク量（位置決め移動量）とピストンスピードを設定し、前記ガイド２０３にスライド（昇降）可能に装着させてバランス良く昇降する必要がある。
従来の回転型モータを用いた送りネジ方式の駆動機構では、送りネジと作動体３の嵌め合い螺合公差および送りピッチを主体に、ガイド２０３と作動体３の嵌め合い公差を従属する設定で精度が保たれていたが、直動モータ４を用いようとした場合には、直動モータ自身が持つ組立等の精度上の問題から係る精度維持のバランスが崩れ採用することができない。
ところが本発明における直動装置１は、作動体３を、前記ガイド２０３と案内孔３０１の嵌め合い公差を、前記直動モータ４のネジ軸４０１の軸芯組付け公差を上回る精度をもってスライド（昇降）可能に構成させる一方、前記直動モータ４を前記基体２に配設し、かつ、前記ネジ軸４０１の一端を、作動体３に対し、直動モータ４の前記軸芯組付け公差によるネジ軸４０１の芯ズレ若しくは回転ブレを吸収する遊着手段５をもって連結せしめ、前記作動体の直進動作を行うべく構成されている。
【００１７】
このため、直動モータ４のネジ軸４０１によって作動体３を進退駆動するものでありながら、直動モータ４が軸芯の芯ズレや螺合ブレ等その製作上の問題を有していても、作動体３側のガイド公差に依存することなく作動体３を押し引き動作することができ、遊着手段５の形成位置も殊更ガイド２０３、２０３間の中心に配設する必要が無くなるばかりか、正逆駆動に伴う押引負荷によりネジ軸４０１と回転ナットにサイドロードがかかる不具合を解消し、螺合がきつくなって推力の低下や動作不良を生じることが無くなり、直動モータ４の耐久性を向上することができる。その結果、プランジャー６２１の先端をシリンダ６１１底部側に近接させて吸引待機位置に位置決めするなど対象物に対して近接停止させるだけでなく、吸引後に僅かに押し移動して分配吐出するような過程における位置決め精度が要求される使い勝手にも対応することができ、分注機や分析機等の直動装置として従来の回転型モータを用いた送りネジ方式の駆動機構のものに比し何ら遜色のない性能を維持して用いることができ、送りネジ、カップリング、連結ナット部材といった駆動機構を構成する部品を用いる必要が無くなり構造が簡素化されて製作し易く安価なものとして提供でき、その利用範囲を拡大することができる。
【００１８】
前記遊着手段５は、前記作動体３に設けられる受け部５１と、該受け部５１に遊嵌継合すべく前記ネジ軸４０１の先端に形成された継ぎ手部５２とからなる一対の凹凸関係で抜け止め構成されているため、極めて簡単な自在継ぎ手構造をもって形成することができる。
つまり、前記受け部５１を、前記凹溝５１１と前記係止凹部５１３とで形成し、前記継ぎ手部５２を、ネジ軸４０１の先端に係止凸部５２１として形成しておき、この係止凸部５２１を凹溝５１１内に挿入し、係止凹部５１３で抜け止め規制して遊着する。さらに、凹溝５１１と係止凹部５１３は、作動体３自体を加工して形成しても良いが、凹溝５１１を作動体３自体に成形加工し、係止凹部５１３を別体のプレート部材５１２に形成してあるので、プレート部材５１２の着脱操作で簡単に受け部５１と継ぎ手部５２の連結を解離することができ、モータの着脱も容易に行える。
【００１９】
この様に、作動体３は、遊着手段５を介して直動モータ４により押動と引動の動作が行われる。その際、ネジ軸４０１にサイドロードが掛からないように、前記継ぎ手溝５２２（５２２ａ、５２１ｄ）の幅がプレート部材５１２の板厚（ボールベアリングの球径）よりも幅広に設定してあるため、図１に示すように継ぎ手溝５２２幅からプレート部材５１２の板厚を差し引いたクリアランス分の移動量が、その反転始動時において位置決め誤差として生じることとなり、ネジ軸４０１の押し引き反転始動時には、このクリアランス分を加味したモータ制御が必要となる。
そこで、押動から引動の様に動作方向が反対になる場合においては、クリアランス分の移動量を、移動（回転）パルス数に換算したクリアランスパルス数補正を行い、次ぎの位置決め点への制御パルス数にこのクリアランス補正パルス数（移動量誤差値）を加算することでクリアランス分の位置決め誤差をキャンセルする制御が行われる。これにより、クリアランス分の位置決め精度誤差を解消する事が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
基体２に所定間隔を存して設けられたそれぞれのガイド２０３に、作動体３を所定の嵌め合い公差をもってスライド可能に嵌挿せしめて進退移動自在に構成すると共に、該作動体３を直動モータ４によって駆動するに、前記ガイド２０３との嵌め合い公差は、前記直動モータ４のネジ軸４０１の軸芯組付け公差を上回る精度をもって構成する一方、前記直動モータ４を、前記基体２または作動体３の何れか一方に配設し、かつ、前記ネジ軸４０１の一端を、前記直動モータ４が配設された側とは異なる基体２または作動体３に対し、直動モータ４の前記軸芯組付け公差によるネジ軸の芯ズレ若しくは回転ブレを吸収する遊着手段５をもって連結せしめ、前記作動体３の直進動作を行うべく構成したことにより、
直動モータ４のネジ軸４０１によって作動体３を進退駆動するものでありながら、直動モータ４が軸芯の芯ズレや螺合ブレ等その製作上の問題を有していても、作動体３側のガイド公差に依存することなく作動体３を押し引き動作することができ、正逆駆動に伴う押引負荷によりネジ軸４０１と回転ナットにサイドロードがかかる不具合を解消し、螺合がきつくなって推力の低下や動作不良を生じることが無くなり、直動モータ４の耐久性を向上することができ、その結果、対象物に対して近接停止させるだけでなく、その移動過程においても位置決め精度が要求され、回転型モータを使用しなければならないような分注機や分析機等の直動装置として用いることができ、その利用範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】分注機構として用いられる直動装置の要部正面図。
【図２】図１の要部側面図。
【図３】モータネジ軸の継ぎ手構造を示す詳細図。
【図４】モータネジ軸の連結説明図。
【図５】ネジ軸先端部に形成される係止凸部の他の実施例を示す分解斜視図。
【図６】モータネジ軸の連結構造における他の実施例を示す要部断面図。
【符号の説明】
１        直動装置
２        基体
２０１    上側基部
２０２    下側基部
２０３    ガイド
３        作動体
３０１    案内孔
３０２    ボールガイド
４        直動モータ
４０１    ネジ軸
４０２    雌ねじ部
４０３    規制部
５        遊着手段
５１      受け部
５１１    凹溝
５１１ａ  凹溝
５１２    プレート部材
５１２ａ  取付けプレート
５１３    係止凹部
５２      継ぎ手部
５２１    係止凸部
５２１ａ  係止凸部
５２１ｂ  取着ボルト
５２１ｃ  ベアリング
５２１ｄ  湾曲継ぎ手溝
５２２    継ぎ手溝手溝
５２２ａ  継ぎ手溝手溝
５２３  規制部
５２３ａ  規制部
６        シリンダユニット
６１      シリンダブロック
６１１    シリンダ
６１２    注射針
６２      プランジャーブロック
６２１    プランジャー
７１      シリンダホルダー
７１１    押さえ蓋
７２      プランジャーホルダー
７２１    プランジャー装着溝
７２２    カバー体
８        容器
９        作動機構
Ｔ        分注テーブル
【図１】
2004308690.tif 000003
【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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