(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
清潔な雰囲気気体で満たされる清潔空間を規定する空間形成壁と、
清潔空間でエンドエフェクタを変位移動する清潔空間用ロボットとを含む清潔空間用ロボットシステムであって、
清潔空間内に配置され、エンドエフェクタを変位駆動する滅菌駆動部と、
清潔空間外に配置される動力伝達部であって、滅菌駆動部が着脱自在に接続され、予め定める軸線まわりに角変位可能な動力出力端部を有し、動力出力端部を前記予め定める軸線まわりに角変位駆動することで滅菌駆動部に動力を伝達する動力伝達部と、
前記動力出力端部を周方向に覆う外郭部と、
前記動力出力端部が角変位駆動可能な状態を保ち、前記外郭部と前記動力出力端部との間を塞ぐ封止部とを備え、
前記空間形成壁には、清潔空間と空間形成壁の外方の空間とを連通する貫通孔が形成され、
前記動力伝達部の前記動力出力端部と前記滅菌駆動部とは、前記貫通孔を介して連結され、
前記外郭部は、前記空間形成壁に固定されていることを特徴とする清潔空間用ロボットシステム。
【請求項２】
滅菌駆動部は、エンドエフェクタが連結されるアーム構成体と、アーム構成体に対して着脱自在に構成されてアーム構成体の表面を覆うカバー体とを有することを特徴とする請求項１記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項３】
滅菌駆動部は、高温高圧滅菌可能に形成され、エンドエフェクタ駆動時に、２つの摺動部位が互いに摺動する摺動部分を有し、２つの摺動部位のうちで少なくとも一方の摺動部位は、高圧高温蒸気における耐性を有するとともに、自己潤滑性を有する樹脂から成ることを特徴とする請求項１または２記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項４】
滅菌駆動部は、アーム側電気配線が接続されるアーム側コネクタが設けられ、
外郭部または動力出力端部は、基台側電気配線が接続される基台側コネクタが設けられ、
アーム側コネクタは、基台側コネクタと接続されることで、アーム側電気配線と基台側電気配線とを電気的に接続し、基台側コネクタとの接続が解除された状態で、コネクタ内に流体が侵入することを封止する防水キャップが装着可能に構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項５】
滅菌駆動部は、１または複数のアーム体と関節部とによって構成されるアーム機構が複数連結されるパラレルリンク機構を有し、各アーム機構をそれぞれ駆動する駆動源がエンドエフェクタから離反した位置に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項６】
前記封止部は、前記動力出力端部の周面に沿って設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項７】
前記封止部は、オイルシールからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の清潔空間用ロボットシステム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の清潔空間用ロボットシステムを含んで、対象物を培養する培養システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、清潔な雰囲気に保たれる空間で作業を行う清潔空間用ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、清潔な雰囲気空間で用いられる装置として、外科医の外科手術を支援するロボットが外科用マニピュレータとして存在する。このロボットは、ツールと、ツールを保持するアーム体と、アーム体を変位駆動する駆動源とが、清潔な雰囲気空間に全て配置される。たとえば特許文献１には、ロボットのツールが、ツールの滅菌および交換を容易にし得るように、その他の部分から取外すことができることが開示される。
【０００３】
同様に特許文献２にも、ロボットがマニピュレータ装置として開示される。このロボットは、外科医療時にあたって、患者および外科医の近傍に位置するであろう先端部が、残余の部分である中央部に対して取外し可能に形成される。先端部は、中央部から取外された状態で滅菌作業が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５３０２０９号公報（[００１０]段落参照）
【特許文献２】特開平６−２６１９１１号公報（[００２４]段落参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術では、ロボットのうち、駆動源から取外された先端部を滅菌対象物として滅菌作業が行われる。滅菌方法については、滅菌対象物を高温高圧に保たれたオートクレーブ内に所定時間配置して、滅菌対象物に付着する細胞および微生物を死滅させる高圧高温滅菌方法がある。
【０００６】
従来技術では、ロボット全体が、清潔な雰囲気空間に配置される。したがってロボットのうちで先端部以外の残余の部分についても、微生物が繁殖するおそれがあり、滅菌作業を行うことが好ましい。
【０００７】
しかしながらロボット全体を高圧高温滅菌しようとすると、ロボット全体が入るような大型の滅菌装置が必要となるという問題がある。またロボットのうちで先端部以外の残余の部分、たとえば駆動源についても、高圧滅菌可能な構成にする必要があり、ロボットの製造コストが大きくなってしまう。
【０００８】
またロボットのうちで、先端部以外の残余の部分を他の滅菌方法を用いて滅菌しようとした場合、高圧高温滅菌に比べて、滅菌効果が小さかったり、作業性が低かったりすることが多い。この場合、ロボット全体を充分に滅菌することができず、ロボットに付着した雑菌および微生物が清潔な空間を汚染してしまうという問題がある。
【０００９】
このような問題は、外科医療以外の用途で、清潔な空間に配置される他のロボットであっても同様の問題が生じる。たとえば動植物の組織または細胞を培養する培養システムにおいて用いられるロボットも同様の問題がある。
【００１０】
したがって本発明の目的は、大型の滅菌装置を用いることなく、効果的に滅菌可能なロボットシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、清潔な雰囲気気体で満たされる清潔空間を規定する空間形成壁と、
清潔空間でエンドエフェクタを変位移動する清潔空間用ロボットとを含む清潔空間用ロボットシステムであって、
清潔空間内に配置され、エンドエフェクタを変位駆動する滅菌駆動部と、
清潔空間外に配置される動力伝達部であって、滅菌駆動部が着脱自在に接続され、予め
定める軸線まわりに角変位可能な動力出力端部を有し、動力出力端部を前記予め定める軸線まわりに角変位駆動することで滅菌駆動部に動力を伝達する動力伝達部と、
前記動力出力端部を周方向に覆う外郭部と、
前記動力出力端部が角変位駆動可能な状態を保ち、前記外郭部と前記動力出力端部との間を塞ぐ封止部とを備え、
前記空間形成壁には、清潔空間と空間形成壁の外方の空間とを連通する貫通孔が形成され、
前記動力伝達部の前記動力出力端部と前記滅菌駆動部とは、前記貫通孔を介して連結され、
前記外郭部は、前記空間形成壁に固定されていることを特徴とする清潔空間用ロボットシステムである。
【００１２】
本発明に従えば、清潔空間を規定する空間形成壁によって外郭部の外周部分が覆われ、清潔空間内に滅菌駆動部が配置され、清潔空間外に動力伝達部が配置される。この場合、封止部によって外郭部の内側の空間が塞がれるので、外郭部の内側の空間を通過して、動力伝達部が配置される領域から滅菌駆動部が配置される領域に流体が侵入することが防がれる。これによって清潔空間に汚染物質が侵入することが防がれ、清潔空間を清潔に保つことができる。
【００１３】
また清潔空間内に配置される滅菌駆動部が高温高圧滅菌されることで、滅菌駆動部で繁殖する微生物を死滅させることができ、エンドエフェクタだけが滅菌される場合に比べて、清潔空間を清潔に保つことができる。さらに滅菌駆動部は、動力出力端部との接続が解除されて動力伝達部から分離されることで、単体での高温高圧滅菌が可能となる。このように動力伝達部から分離された状態で滅菌駆動部が高温高圧滅菌される場合には、ロボット全体を滅菌する場合に比べて、小形のオートクレーブで高温高圧滅菌を行うことができる。また動力伝達部は、清潔空間外に配置されることで、滅菌される必要がなく、高温高圧滅菌に適した特殊な構造部品を用いる必要がない。
【００１４】
本発明は、滅菌駆動部は、エンドエフェクタが連結されるアーム構成体と、アーム構成体に対して着脱自在に構成されてアーム構成体の表面を覆うカバー体とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、アーム構成体からカバー体を取外して、滅菌駆動部を高温高圧滅菌することで、アーム構成体自体を滅菌することができ、滅菌駆動部の内部の滅菌を容易にすることができる。またカバー体を装着した状態で、清潔な空間内でエンドエフェクタを動作させることで、滅菌駆動部の内部空間で微生物が繁殖することを防ぐことができる。またカバー体の内部空間で生じた塵埃が、清潔な空間に飛散することを防ぐことができる。
【００１６】
本発明は、滅菌駆動部は、高温高圧滅菌可能に形成され、エンドエフェクタ駆動時に、２つの摺動部位が互いに摺動する摺動部分を有し、２つの摺動部位のうちで少なくとも一方の摺動部位は、高圧高温蒸気における耐性を有するとともに、自己潤滑性を有する樹脂から成ることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、一方の摺動部位が自己潤滑性を有する樹脂から成ることで、摺動部分に付与する潤滑油をなくすことができる。これによって潤滑油の飛散による清潔空間の汚染を防ぐことができる。また潤滑油の飛散がないので、摺動部分を露出させた状態で、高温高圧滅菌することができ、より確実に滅菌駆動部を滅菌することができる。
【００１８】
本発明は、滅菌駆動部は、アーム側電気配線が接続されるアーム側コネクタが設けられ、
外郭部または動力出力端部は、基台側電気配線が接続される基台側コネクタが設けられ、
アーム側コネクタは、基台側コネクタと接続されることで、アーム側電気配線と基台側電気配線とを電気的に接続し、基台側コネクタとの接続が解除された状態で、コネクタ内に流体が侵入することを封止する防水キャップが装着可能に構成されることを特徴とする。
【００１９】
本発明に従えば、アーム側コネクタと基台側コネクタとが設けられることで、滅菌駆動部に電気配線が設けられる場合であっても、動力伝達部と滅菌駆動部との着脱を容易に行うことができる。また滅菌駆動部を動力伝達部から分離した状態で、アーム側コネクタに防水キャップを装着することで、滅菌駆動部を高温高圧滅菌するにあたって、コネクタ内に流体が侵入することを防ぐことができ、コネクタおよび電気配線の損傷を防ぐことができる。
【００２０】
本発明は、滅菌駆動部は、１または複数のアーム体と関節部とによって構成されるアーム機構が複数連結されるパラレルリンク機構を有し、各アーム機構をそれぞれ駆動する駆動源がエンドエフェクタから離反した位置に配置されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、パラレルリンク機構によって駆動源をエンドエフェクタから離反させることで、駆動源によってエンドエフェクタが汚染することを防ぐことができ、汚染の可能性を減らして清潔空間内で作業を行うことができる。
【００２２】
本発明は、前記封止部は、前記動力出力端部の周面に沿って設けられていることを特徴とする。
【００２５】
本発明は、前記封止部は、オイルシールからなることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、前述の清潔空間用ロボットシステムを含んで、対象物を培養する培養システムである。
【００２８】
本発明に従えば、上述した清潔空間用ロボットシステムを含むことで、ロボットを用いたことに起因する清潔空間の汚染を抑えることができ、不所望な雑菌および微生物の混入を防いで、対象物を培養することができる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１記載の本発明によれば、封止部によって、清潔空間外から清潔空間内に汚染物質が侵入することを防いで、滅菌駆動部を清潔空間内に配置し、動力伝達部を清潔空間外に配置することができる。また滅菌駆動部を高温高圧滅菌することで、ロボットのうちで清潔空間内に属するロボット部分で雑菌が繁殖することを抑えて、清潔空間内をさらに清潔に保つことができる。
【００３０】
また滅菌駆動部を、動力伝達部に対して分離することで、ロボット全体を滅菌する場合に比べて、滅菌作業を容易に行うことができるとともに、小形の滅菌装置を用いて滅菌することができる。さらに動力伝達部は、滅菌する必要がないので、高温高圧滅菌に適した特殊な構造部品を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００３１】
請求項２記載の本発明によれば、アーム構成体に対してカバー体が取外し可能に構成されることで、カバー体を外した状態でアーム構成体自体を滅菌することができ、滅菌駆動部の内部の滅菌を容易にすることができる。またカバー体を装着した状態で、清潔な空間内でエンドエフェクタを動作させることで、滅菌駆動部の内部空間で雑菌が繁殖することを防ぐことができる。
【００３２】
請求項３記載の本発明によれば、摺動部分において、一方の摺動部位が自己潤滑性を有する樹脂から成ることで、摺動部分に付与する潤滑油をなくすことができ、潤滑油の飛散による清潔空間の汚染を防ぐことができる。
【００３３】
請求項４記載の本発明によれば、アーム側コネクタと基台側コネクタとが設けられることで、滅菌駆動部に電気配線が設けられる場合であっても、動力伝達部と滅菌駆動部との着脱を容易に行うことができる。また滅菌駆動部を動力伝達部から分離した状態で、アーム側コネクタに防水キャップを装着することで、滅菌駆動部を高温高圧滅菌するにあたって、コネクタ内に流体が侵入することを防ぐことができ、コネクタおよび電気配線の損傷を防ぐことができる。
【００３４】
請求項５記載の本発明によれば、パラレルリンク機構によって駆動源をエンドエフェクタから離反させることで、駆動源から発生する塵埃によってエンドエフェクタが汚染することを防ぐことができ、汚染の可能性を減らして清潔空間内で作業を行うことができる。
【００３７】
請求項８記載の本発明によれば、上述した清潔空間用ロボットシステムを含むことで、ロボットを用いたことに起因する清潔空間の汚染を抑えることができ、不所望な雑菌および微生物の混入を防いで、対象物を培養することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態である清潔空間用ロボット１４０を分解して示す斜視図であり、図２は、清潔空間用ロボット１４０を含む培養システム１００を示す断面図である。本発明の第１実施形態である清潔空間用ロボット１４０は、清潔な雰囲気気体で満たされる清潔空間１０４で用いられ、たとえば動植物の組織、細胞または微生物などの対象培養物を大量培養する培養システム１００に用いられる。
【００３９】
図２に示すように、培養システム１００は、清潔空間用ロボット１４０と、清潔な雰囲気気体で満たされる清潔空間１０４を規定する空間形成壁１０３と、清潔空間１０４内の雰囲気気体を清潔に保つ気体調整手段１０５と、対象培養物が収容される培養物収容体１０１を複数乗載する培養棚１０２と、培養に必要な処理を施す処理手段１０６とを含む。
【００４０】
培養棚１０２および処理手段１０６は、清潔空間１０４内に配置される。ロボット１４０は、培養物収容体１０１を変位駆動する。これによって培養システム１００は、培養棚１０２に乗載される培養物収容体１０１を移動させて、一方の培養棚から他方の培養棚に搬送したり、収容体１０１を処理装置１０６にむけて移動したりして、培養システムにおける培養対象物を適切な培養条件に保つ。気体調整手段は、たとえばＨＥＰＡ（High
Efficiency Particulate Air Filter）等を含むファンフィルタユニットによって実現される。
【００４１】
本発明において清潔な空間とは、単位空間内に存在する雑菌の数が予め定める数以下である空間を意味し、空間内に配置される装置を滅菌する必要がある空間を意味する。たとえば米国連邦規格（Federal Standard、略称ＦＥＤ規格）に規定されるクリーン度がクラス１００以下の空間を清潔な空間とする。言い換えると、０．０２８ｍ３（１立方フィート）あたりに含まれる０．５μｍ以上の粒径のパーティクル数が１００個以下である空間を清潔な空間とする。さらに言い換えると、国際標準化機構（International
Organization for Standardization、略称ＩＳＯ）に規定されるクラス５以下の空間を清潔な空間とする。また本発明における清潔な空間内に単位体積あたりに存在する雑菌の数は、用途によって異なり、遺伝子組替え作業、細胞培養作業、食品衛生作業、外科手術支援作業などによって、要求される清潔度が異なる。たとえばロボット１４０は、無菌室、いわゆるバイオロジカルなクリーンルームで用いられる。
【００４２】
ロボット１４０は、４つの自由度を有する４軸ロボットであって、エンドエフェクタとなるハンド１６１が先端部に連結される。ロボット１４０は、関節部によって連結されるアーム体が互いに相対変位することによって、可動範囲内でハンド１６１を任意の三次元位置に移動させることができる。本実施の形態では、ハンド１４０は、板状に形成されて、その厚み方向が鉛直に延びる。ハンド１４０の上面は、培養物収容体１０１を乗載する乗載面となる。ロボット１４０は、ハンド１６１の乗載面を水平に保った状態で、培養物収容体１０１を下方から支持して持上げることで保持し、保持した培養物収容体１０１を目的位置に移動させる。
【００４３】
ロボット１４０は、清潔空間１０４に配置されて滅菌処理が可能な滅菌駆動部１２０と、清潔空間１０４外に配置されて滅菌処理が施されない非滅菌部となる動力伝達部１２１とを含む。滅菌駆動部１２０は、複数の関節部と関節部によって連結されるアーム体とを含み、ハンド１６１を変位移動する。また滅菌駆動部１２０は、高温高圧滅菌可能に形成される。また動力伝達部１２１は、高温高圧滅菌可能に形成されていなくてもよい。
【００４４】
動力伝達部１２１は、滅菌駆動部１２０の動力入力端部と接続可能に形成される動力出力端部を有する。前記動力入力端部と前記動力出力端部とが接続されることで、動力伝達部１２１は、滅菌駆動部１２０に駆動力を伝達する。動力伝達部１２１から滅菌駆動部１２０に与えられる動力は、手先１６１を動作させるための駆動力の一部となる。
【００４５】
図３は、ロボット１４０を示す断面図である。滅菌駆動部１２０は、上述したように清潔空間１０４内に配置され、アーム構成体１３０と、上下旋回体１１０とを含んで構成される。アーム構成体１３０は、複数のアーム体が直列方向に並んで連結される。アーム構成体１３０の直列方向一端部はハンド１６１が配置され、直列方向他端部は上下旋回体１１０の取付部材１５８と連結される。
【００４６】
アーム構成体１３０は、複数のアーム体と、２つのアーム体を角変位可能に連結する関節部と、２つのアーム体を相対変位する駆動源とを含んで構成される。本実施の形態では、アーム構成体１３０は、第１アーム体１５９と、第２アーム体１６０と、第３アーム体となるハンド１６１と、第１関節部１３１と、第２関節部１３２とを含む。各アーム体は、長手状に形成される。
【００４７】
第１関節部１３１は、第１アーム体１５９の直列方向一端部と、第２アーム体１６０の直列方向他端部と連結し、第１アーム体１５９に対して第２アーム体１６０を連結部分に設定される第３軸線Ｊ３まわりに角変位可能に連結する。また第２関節部１３２は、第２アーム体１６０の直列方向一端部と、ハンド１６１の直列方向他端部と連結し、第２アーム体１６０に対してハンド１６１を連結部分に設定される第４軸線Ｊ４まわりに角変位可能に連結する。ここで第３軸線Ｊ３と第４軸線Ｊ４とは、鉛直に延びる軸線である。
【００４８】
また第１アーム体１５９には、第３電動機Ｍ２３と第３軸減速機Ｇ２３とが固定される。第３電動機Ｍ２３の動力が第３軸減速機Ｇ２３を介して第１関節部１３１に与えられることで、第１関節部１３１は、第１アーム体１５９に対して第２アーム体１６０を第３軸線Ｊ３まわりに角変位する。また第２アーム体１６０には、第４電動機Ｍ２４と第４軸減速機Ｇ２４とが固定される。第４電動機Ｍ２４の動力が第４軸減速機Ｇ２４を介して第２関節部１３２に与えられることで、第２関節部１３２は、第２アーム体１６０に対してハンド１６１を第４軸線Ｊ４まわりに角変位する。第３電動機Ｍ２３および第４電動機Ｍ２４は、サーボモータによって実現される。
【００４９】
図４は、滅菌駆動部１２０の一部を拡大して示す断面図である。第３電動機Ｍ２３および第３軸減速機Ｇ２３と、第４電動機Ｍ２４および第４軸減速機Ｇ２４とは、配置されるアーム体が異なるだけで同様の構成および駆動形態となる。したがって第３電動機Ｍ２３および第３軸減速機Ｇ２３について説明し、第４電動機Ｍ２４および第４軸減速機Ｇ２４の説明を省略する。
【００５０】
第３電動機Ｍ２３は、略円柱状に形成され、その軸線が第１アーム体１５９の長手方向に沿って延びる。第３電動機Ｍ２３は、出力軸１７３を有し、この出力軸１７３には、第１かさ歯車１７４が同軸に連結される。出力軸１７３および第１かさ歯車１７４の軸線は、水平に延びる。また第１アーム体１５９の直列方向一端部には、第３軸減速機としてサイクロ減速機Ｇ２３の筐体部１７８が固定される。
【００５１】
サイクロ減速機Ｇ２３は、筐体部１７８に対して、入力軸１７５および出力軸１７７が予め定める軸線まわりに回転自在に支持される。サイクロ減速機Ｇ２３は、入力軸１７５の回転を減速して出力軸１７７から出力する。入力軸１７３と出力軸１７５との軸線は、同軸に形成され、本実施の形態では、第３軸線Ｊ３に設定される。サイクロ減速機Ｇ２３の入力軸１７５は、第１アーム体１５９に対して第３軸線Ｊ３まわりに回転自在に支持される。またサイクロ減速機Ｇ２３の出力軸１７７は、第２アーム体１６０の直列方向他端部に固定される。したがってサイクロ減速機Ｇ２３は、第１アーム体１５９と第２アーム体１６０とを第３軸線Ｊ３まわりに連結する関節部として機能する。
【００５２】
サイクロ減速機Ｇ２３の入力軸１７５は、第２かさ歯車１７６が同軸に連結される。この入力軸１７５および第２かさ歯車１７６の中心軸線に同軸の貫通孔が形成される軸線は、鉛直に延びる。第１かさ歯車１７４と第２かさ歯車１７６とが互いに噛合する。第３電動機Ｍ２３によって出力軸１７３を回転すると、減速した回転が第２アーム体１６０に伝達され、第１アーム体１５９に対して第２アーム体１６０を回転させることができる。
【００５３】
同様に第４電動機Ｍ２４は、第２アーム体１６０に固定される。また第４軸減速機は、サイクロ減速機Ｇ２４であって、筐体部が第２アーム体に固定され、出力軸がハンド１６１に固定される。したがってサイクロ減速機Ｇ２４は、第２アーム体１６０とハンド１６１とを第４軸線Ｊ４まわりに連結する関節部として機能する。第４電動機Ｍ２４の出力軸の回転を、かさ歯車対を介してサイクロ減速機Ｇ２４の入力軸に伝達することによって、第２アーム体１６０に対して第４軸線Ｊ４まわりにハンド１６１を回転させることができる。
【００５４】
サイクロ減速機は、他の減速機に比べて部品数が少ないので、コンパクトでかつ軽量であって、メンテナンス性を向上することができる。また噛合率がインボリュート歯車に比べて高く、歯の折損が抑えられるので、長寿命化を実現するとともに、高効率かつ高剛性とすることができる。これによって高温高圧滅菌が行われる滅菌駆動部１２０の減速機Ｇ２３，Ｇ３４に好適に用いることができる。
【００５５】
また第３および第４軸減速機Ｇ２３，Ｇ２４は、中空構造となり、中心軸線に沿って貫通する貫通孔１７７が形成される。また各減速機Ｇ２３，Ｇ２４の出力軸１７７には、貫通孔１７７と外部空間とを連通する連通孔１８４が形成される。連通孔１８４は、減速機の中心軸線に垂直な方向に延びる。これによって電気配線などを、貫通孔１７７および連通孔１８４を通過させて、アーム構造体１３０の直列方向他端部から直列方向先端部に向かって延ばすことができる。この場合、電気配線を貫通孔１７７に案内する案内部がアーム体に設けられることが好ましい。案内部は、かさ歯車対１７４，１７５に対して離反した経路に沿って延びるように電気配線を案内する。これによって電気配線とかさ歯車が接触することを防ぐことができる。配線を貫通孔１７７に通すことによって構造をシンプルにすることができ、雑菌が付着することを防ぐことができる。また電動機を横置きすることで、アーム部分の断面形状を小形化することができる。
【００５６】
本実施の形態では、第３軸および第４軸減速機Ｇ２３，Ｇ２４を構成する偏心体、外ピン、曲線板、内ピンなどの構成部品のうちで、２つの部位が互いに摺動する摺動部位のうちの少なくとも一方の部位は、自己潤滑性を有する材料から成る。また減速機Ｇ２３，Ｇ２４を構成する全ての部品が、高温高圧滅菌可能となる耐熱水性を有する材料から成る。
【００５７】
耐熱水性を有する樹脂として、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、エポキシ樹脂、ガラス繊維が充填されたエポキシ樹脂、フェノール樹脂などのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また自己潤滑性を有する樹脂として、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂およびフェノール樹脂などのエンジニアリングプラスチックが挙げられる。
【００５８】
ここで耐熱水性とは、高温高圧滅菌を行った場合に、材料の性質および形状の変化が少ない性質を意味する。たとえば高温高圧滅菌条件として、１２１℃で、ゲージ圧１００ＫＰａ／ｃｍ２以下で、１５分保たれる場合、その条件に晒されても、性質および形状の変化がないまたは少ない材料が、耐熱水性を有する材料として採用される。また自己潤滑性を有する材料とは、グリースまたはオイルなどの潤滑材を用いなくても、２つの部位が互いに円滑に摺動することが可能な表面層が形成される固体潤滑材料を意味する。
【００５９】
同様に、第３軸および第４軸電動機Ｍ２３，Ｍ２４の出力軸１７３から、対応する減速機Ｇ２３，Ｇ２４に動力を伝達するためのかさ歯車対１７４，１７６についても、耐熱水性を有する材料から成る。さらに、かさ歯車対１７４，１７６のうちの少なくとも一方の表面部は、自己潤滑性を有する材料から成る。この場合、かさ歯車全体が自己潤滑性を有する材料からなってもよく、また表面部に自己潤滑性を有する材料がコーティングされてもよい。また第３軸電動機Ｍ２３および第４軸電動機Ｍ２４、それらの電動機Ｍ２３，Ｍ２４に付属する配線およびエンコーダもまた、耐熱水性を有するものが用いられる。
【００６０】
第３軸電動機Ｍ２３および第４軸電動機Ｍ２４を動作および制御するために必要なアーム側電気配線１１４は、各電動機Ｍ２３，Ｍ２４からアーム構成体１３０を伝って、上下旋回体１１０に向かって延びる。アーム側電気配線１１４は、第３軸および第４軸電動機Ｍ２３，Ｍ２４を駆動するために必要な動力配線および制御配線のほか、ハンド１６１に設けられるセンサからの検出信号を外部に伝えるための信号配線などを含んでもよい。
【００６１】
図３に示すように、上下旋回体１１０は、移動体１５０を上下駆動および鉛直に延びる第１軸線Ｊ１まわりに角変位駆動する。具体的には、上下旋回体１１０は、鉛直に延びて立設される支柱１４８と、支柱１４８に沿って固定される案内レール１４９と、案内レール１４９によって上下に直線移動可能に案内される移動体１５０と、前記案内レール１４９に近接して平行に設けられて外ねじが形成される棒状のすべりねじ部材１５６と、すべりねじ部材１５６に螺着される内ねじが形成されるナット部材１５７と、移動体１５０およびナット部材１５７に連結されるＬ字状の取付部材１５８と、支柱１４８を支持するベース部１１１とを含んで構成される。
【００６２】
ベース部１１１は、支柱１４８および案内レール１４９の下端部を立設支持するとともに、軸受１９８によって第２軸線Ｊ２まわりに回転可能にすべりねじ部材１５６の下端部を支持する。したがってベース部１１１とすべりねじ部材１５６とはベース部１１１を介して連結される。また支柱１４８およびすべりねじ部材１５６は、連結部１１２を介してそれぞれの上端部が連結される。また連結部１１２は、軸受１９９によって第２軸線Ｊ２まわりに回転可能にすべりねじ部材１５６の上端部を支持する。
【００６３】
取付部材１５８は、ナット部材１５７と移動体１５０とを連結することで、ナット部材１５７が第２軸線Ｊ２まわりにまわることを阻止する。また上述したように、取付部材１５８は、移動体５０と、第１アーム体１５９の直列方向他端部とを連結する。したがって支柱１４８およびすべりねじ部材１５６は、アーム構成体１３０を水平方向に支持することになり、すべりねじ部材１５６は、アーム構成体１３０を上下方向に支持することになる。
【００６４】
ベース部１１１は、後述する第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に対して、着脱可能に固定される。またすべりねじ部材１５６は、後述する第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１に対して、着脱可能に固定される。第２軸ケーシング１４７は、第１軸線Ｊ１まわりに角変位駆動され、第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１は、第２軸線Ｊ２まわりに回転駆動される。ここで第１軸線Ｊ１および第２軸線Ｊ２は、鉛直に延びる軸線である。本実施の形態では、第１軸線Ｊ１と第２軸線Ｊ２とは、水平方向に距離を開けて配置される。
【００６５】
第２軸ケーシング１４７が第１軸線Ｊ１まわりに角変位することによって、第２軸ケーシング１４７に固定される上下旋回体１１０とともに、上下旋回体１１０に支持されるアーム構成体１３０もまた第１軸線Ｊ１まわりに角変位する。また第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１が第２軸線Ｊ２まわりに回転することによって、すべりねじ部材１５６に螺合するナット部材１５７が上下方向に変位し、ナット部材１５７に連結されるアーム構成体１３０もまた上下方向に変位する。
【００６６】
また移動体１５０は、アーム側電気配線１１４を動力伝達部１２１に導くケーブル案内手段が直接または間接的に連結される。具体的には、ケーブル案内手段は、ケーブルベア１１３によって実現される。ケーブルベア１１３は、アーム側電気配線１１４が挿通する挿通孔が形成される長尺体であって、変形形態が予め制限される。ケーブルベア１１３の一端部が移動体１５０に固定され、他端部が支柱１４８の下端部に固定される。ケーブルベア１１３は、支柱１４８に沿った状態を維持して、移動体１５０の昇降移動に応じて変形する。これによってアーム側電気配線１１４が支柱１４８から離反することを防ぐことができる。またアーム側電気配線１１４は、支柱１４８に設けられるセンサからの検出信号を外部に伝えるための信号配線を含んでもよい。
【００６７】
図５は、図４のＶ−Ｖ切断面線で滅菌駆動部１２０を切断して示す断面図である。移動体１５０は、案内レール１４９に嵌合して上下方向に移動可能な嵌合部１８５と、嵌合部１８５に固定される補強部１８６とを含んで構成される。嵌合部１８５は、案内レール１４９に対して摺動することで上下方向に移動する。また補強部１８６は、嵌合部１８５を案内レール１４９に対して反対側から覆って略Ｃ字状に形成される外枠１８６ａと、押え板１８６ｂとを含む。ボルト１８７によって、押え板１８６ｂを外枠１８６ａに近接させることによって、外枠１８６ａと押え板１８６ａによって嵌合部１８５を挟持することができる。
【００６８】
嵌合部１８５は、耐熱水性を有するとともに自己潤滑性を有する材料によって実現される。また案内レール１４９および補強部１８６は、充分な強度を有するとともに耐錆性を有する金属によって実現される。このように嵌合部１８５が自己潤滑性を有する樹脂から成ることによって、潤滑材を必要とすることなく移動体１５０を摺動移動することができる。また嵌合部１８５を補強部１８６によって補強することによって、アーム構成体１３０を支持するのに十分な強度を得ることができる。本実施の形態では、嵌合部１８５は、ＰＰＳ樹脂から成る。また案内レール１４９および補強部１８６は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から成る。
【００６９】
同様に、ナット部材１５７は、耐熱水性を有するとともに自己潤滑性を有する材料によって実現される。またすべりねじ部材１５６は、充分な強度を有するとともに耐錆性を有する金属によって実現される。このようにナット部材１５７が自己潤滑性を有する樹脂から成ることによって、潤滑材を必要とすることなく摺動移動することができる。本実施の形態では、ナット部材１５７は、ＰＰＳ樹脂から成る。またすべりねじ部材１５６は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から成る。
【００７０】
また滅菌駆動部１２０のすべりねじ部材１５６を回転可能に支持する軸受１９８，１９９もまた潤滑材が不要な、低発塵性ベアリングが好ましい。たとえば軸受１９８，１９９の外輪および内輪の溝部、玉などの摺動部位が上述した自己潤滑性を有する樹脂から成るものや、摺動部位の表面に、テフロン（登録商標）などの各種フッ素樹脂、三硫化モリブデンなどがコーティングされる。これによって潤滑材を不要とすることができ、軸受１９８，１９９で発生する発塵を抑えることができる。
【００７１】
図３に示すように、ロボット１４０は、予め定める取付部材である設置床１４２に複数のボルト１４３によって固定される基台１４４と、動力伝達部１２１とを含む。基台１４４と動力伝達部１２１とは、清潔空間１０４の外の空間１０７に配置される。設置床１４２は、清潔空間１０４を規定する空間形成壁１０３の一部となる。設置床１４２と基台１４４とは隙間なく固定されることで、設置床１４２と基台１４４との間から、清潔空間１０４内に汚染物質が侵入することが防がれる。
【００７２】
動力伝達部１２１は、基台１４４の下面に複数のボルト１４５によって固定される第１軸ケーシング１４６と、第１軸ケーシング１４６と設置床１４２との間に配置される第２軸ケーシング１４７とを含む。動力伝達部１２１は、さらに、第１軸電動機Ｍ２１、第２軸電動機Ｍ２２、第１軸減速機Ｇ２１および第２軸減速機Ｇ２２を含む。第１電動機Ｍ２１および第２電動機Ｍ２２は、サーボモータによって実現される。
【００７３】
基台１４４は、第１軸線Ｊ１を中心軸線とする略円筒状に形成され、基台１４４内に第２軸ケーシング１４６を内蔵する。また基台１４４は、第１軸電動機Ｍ２１および第１軸減速機Ｇ２１の筐体部が、第１軸線Ｊ１と同軸に固定される。また第２軸ケーシング１４６は、基台１４４と同軸に形成される。基台１４４は、第２軸ケーシング１４７の軸線方向一方の端部となる上壁１８１を第１軸線Ｊ１まわりに周方向に覆う。
【００７４】
第１軸電動機Ｍ２１は、第１軸ケーシング１４６内に突出する出力軸１６５を有し、この出力軸１６５にはプーリ１６６が固定される。第１軸減速機Ｇ２１は、貫通孔１６７を有し、入力端１６８にはプーリ１６９が同軸に固定される。各プーリ１６６，１６９間には、ベルト１７０が巻き掛けられ、第１軸電動機Ｍ２１の出力軸１６５の回転が第１軸減速機Ｇ２１の入力端１６８に伝達される。第１軸減速機Ｇ２１は、ハーモニックドライブ（登録商標）と呼ばれる波動歯車機構を用いた中空減速機によって実現される。第１軸減速機Ｇ２１の出力端部１７１は、ボルト１７２によって第２軸ケーシング１４７に固定される。
【００７５】
したがって第２軸ケーシング１４７は、第１軸電動機Ｍ２１の出力軸１６５が回転駆動されると、第１軸減速機Ｇ２１の第１軸線Ｊ１まわりに回転駆動される。第２軸ケーシング１４７内には、第２軸電動機Ｍ２２と、この第２軸電動機Ｍ２２の出力軸１８０の回転を減速する第２軸減速機Ｇ２２と、第２〜第４軸電動機Ｍ２２〜Ｍ２４を駆動するための駆動電力および駆動信号を与えるための第２〜第４軸アンプＡｍｐ１２〜Ａｍｐ１４がそれぞれ収容される。第２軸ケーシング１４７は、上壁１８１、下壁１８２および周壁１８３を有する。
【００７６】
第２軸線Ｊ２は、第１軸線Ｊ１に対して平行であるが、本実施例では第１軸線Ｊ１から水平方向にわずかに偏心している。したがって第１軸電動機Ｍ２１の回転は、第１軸減速機Ｇ２１によって減速されて第２軸ケーシング１４７に伝達される。これによって第１アーム体１５９は、第２アーム体１６０およびハンド１６１とともに第１軸線Ｊ１まわりに回動する。
【００７７】
このように第１軸線Ｊ１まわりに第２軸ケーシング１４７が回転しても、出力端部の回転軸線、すなわち第１軸線Ｊ１上に貫通孔１６７を有する中空の回転駆動源である第１軸減速機Ｇ２１を用いるので、第２軸電動機Ｍ２１および第２軸アンプＡｍｐ１２〜第４軸アンプＡｍｐ１４の各ケーブルを、貫通孔１６７を介して後段の第２軸ケーシング１４７から前段の第１軸ケーシング１４６へ導くことができ、構成を複雑化せずに、配線数を低減することができる。
【００７８】
図６は、動力伝達部１２１の一部を拡大して示す断面図である。第２軸減速機Ｇ２２は、第２軸電動機Ｍ２２の出力軸１８０に固定される入力端である第１歯車１９０と、第２軸線Ｊ２上に回転軸線を有する出力端部である出力軸１９１と、出力軸１９１に固定され、第１歯車１９０に噛合する第２歯車１９２とによって構成される。出力軸１９１の下端部は、軸受１９３によって第２軸ケーシング１４７の中間壁部１９４に軸支され、出力軸１９１の上端部は、軸受１９５によって第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に軸支される。
【００７９】
第２軸電動機Ｍ２２の出力軸１９１は、カップリング１９７によってすべりねじ部材１５６の下端部に連結される。このすべりねじ部材１５６の下端部は、第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に固定されたベース部１１１に設けられる軸受１９８によって、第２軸線Ｊ２と同軸に軸支される。このような構成によって、第２軸電動機Ｍ２２の回転が第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１を介して、すべりねじ部材１５６に伝達され、移動体１５０がすべりねじ部材１５６に沿って上下に昇降駆動される。
【００８０】
本実施の形態では、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とが接続された状態で、動力伝達部１２１から第１動力として、ベース部１１１に第１軸線Ｊ１まわりの回転力が伝達される。また第２動力として、すべりねじ部材１５６に第２軸線Ｊ２まわりの回転力が伝達される。
【００８１】
したがって動力伝達部１２１のうちで、第２軸ケーシング１４７の上壁１８１が、第１動力を滅菌駆動部１２０に伝達する第１動力出力端部となり、第２減速機Ｇ２３の出力軸１９１が、第２動力を滅菌駆動部１２０に伝達する第２動力出力端部となる。また滅菌駆動部１２０のうちで、ベース部１１１が、動力伝達部１２１から第１動力が伝達される第１動力入力端部となり、すべりねじ部材１５６が、動力伝達部１２１から第２動力が伝達される第２動力入力端部となる。
【００８２】
基台１４４は、第２軸ケーシング１４７の軸線方向一方の端部となる上壁１８１を第１軸線Ｊ１まわりに周方向に覆う第１外郭部２１０が形成される。第１外郭部２１０は、第１軸線Ｊ１を中心とする開口が形成される。また第１外郭部２１０は、清潔空間形成壁１０３の一部を構成する設置床１４２に固定されることによって、基台１４４と設置床１４２との間から汚染物質が清潔空間１０４に侵入することが防がれる。
【００８３】
また第２軸ケーシング１４７の上壁１８１の中心部分は、第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１を第２軸線Ｊ２まわりに周方向に覆う第２外郭部２１１が形成される。第２外郭部２１０は、第２軸線Ｊ２を中心とする開口が形成される。
【００８４】
本実施の形態では、ロボット１４０は、最も外側の外郭部となる第１外郭部２１０の内側で第１外郭部２１０を軸線方向に貫通する空間を塞ぐ封止部１８８を備える。具体的には、第１外郭部２１０と第２軸ケーシング１４７の上壁１８１の周面との間を塞ぐシール部材である第１Ｖリング１８８ａと、第２外郭部２１１と第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１との間を塞ぐシール部材である第２Ｖリング１８８ｂとを有する。各Ｖリング１８８ａ，１８８ｂは、可撓性および弾発性を有し、対応する隙間を塞いだ状態で、対応する動力出力端部の軸線まわりの回転を許容する。
【００８５】
また第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に、軸線方向に貫通する貫通孔が形成される場合、封止部１８８は、貫通孔１８９を塞ぐシール部材も含む。たとえば封止部１８８は、滅菌駆動部１２０に設けられるアーム側電気配線１１４の信号を清潔空間外に伝えるために、第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に形成される貫通孔１８９が形成される場合、この貫通孔１８９を塞ぐシール部材１８８ｃも含む。このように封止部１８８が設けられることで、基台１４４のうちで第１外郭部２１０の内側で、第１外郭部２１０を軸線方向に貫通する隙間をなくすことができる。
【００８６】
またアーム側電気配線１１４の下端部側端部には、アーム側コネクタ３０１が接続される。同様に、第２軸ケーシング１４７内には、基台側電気配線２３２が設けられ、基台側電気配線２３２の上端部には、基台側コネクタ３００が接続される。本実施の形態では、第２軸ケーシング１４７の上壁１８１に基台側コネクタ３００が固定される。
【００８７】
アーム側コネクタ３０１と基台側コネクタ３００とは、着脱自在に形成され、それらが装着されることによって、アーム側電気配線１１４と基台側電気配線２３２とが電気的に接続する。したがってベース部１１１は、上壁１８１に固定された場合に、上壁１８１に形成される基台側コネクタ３００と干渉しないように、一部が切り欠かれた形状に形成される。
【００８８】
図７は、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とを分離した状態を示す断面図である。本実施の形態では、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とは分離可能に構成される。具体的には、滅菌駆動部１２０のベース部１１１は、第２軸ケーシング１４７の上壁１８１にボルト２０２によって着脱可能に固定される。これによってボルト２０２を螺退することによって、滅菌駆動部１２０を動力伝達部１２１から分離することができる。またすべりねじ部材１５６と、第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１とは、カップリング１９７によって接続される。本実施の形態では、カップリングは、連結すべき２つの軸を着脱自在な軸継手によって実現され、具体的には脱着可能なオルダムカップリングによって実現される。これによって第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１からすべりねじ部材１５６を容易に離脱させることができる。
【００８９】
また第２軸減速機Ｇ２２の出力軸１９１の上端部を軸支する軸受１９５は、リング状の蓋体１９６によって覆われる。出力軸１９１は、蓋体１９６を挿通して蓋体１９６の上方に突出する。蓋体１９６は、ボルト１９７によって上壁１８１に固定される。また蓋体１９６と出力軸１９１との間を前記Ｖシール１８８ｂが塞ぐ。このように蓋体１９６によって軸受１９５を覆うことで、軸受１９５が清潔空間１０４に露出することが防がれる。
【００９０】
また上壁１８１に形成される嵌合部１９９とベース部１１１に形成される嵌合部１９８とが嵌合することによって、それらの中心位置が一致し、位置合せを容易にすることができる。本実施の形態では、上壁１８１には、第２軸線Ｊ２を中心とするリング状に形成される凸部１９９が形成される。凸部１９９は、上壁１８１の上側内周部であって、上側外周部に比べて軸線方向に突出する。またベース部１１１には、第２軸線Ｊ２を中心とする円筒状の空間を形成する凹部１９８が形成される。このような凸部１９９と、凹部１９８とが嵌合するインロー構造となることによって、滅菌駆動部１２０と、動力伝達部１２１との第２軸線Ｊ２を一致させることができる。この場合、動力伝達部１２１に対して、滅菌駆動部１２０をまわり止めするためのピンおよびピン孔が、ベース部１１１および上壁１９１にそれぞれ設けられる。本実施の形態では、上壁１８１に凸部１９９が形成されることで、第２軸電動機Ｍ２２の出力軸１９１に向けて流体が侵入することを防ぐことができる。
【００９１】
以上のように、本実施の形態によれば基台１４４のうち第１外郭部２１０が、清潔空間形成壁１０３の一部を構成する設置床１４２に固定されることによって、第１外郭部２１０と設置床１４２との間から汚染物質が清潔空間１０４に侵入することが防がれる。また封止部１８８によって、第１外郭部２１０の内側の空間が塞がれることによって、第１外郭部２１０の内側の隙間から汚染物質が清潔空間１０４に侵入することが防がれる。
【００９２】
これによって、滅菌駆動部１２０を清潔空間１０４に配置し、動力伝達部１２１を清潔空間外１０７に配置したうえで、清潔空間１０４を清潔に保つことができる。また滅菌駆動部１２０を高圧高温滅菌することで、ロボット１４０のうちで清潔空間１０４に属するロボット部分で雑菌が繁殖することを抑えて、清潔空間内をさらに清潔に保つことができる。
【００９３】
また滅菌駆動部１２０を、動力伝達部１２１に対して分離することで、ロボット全体を滅菌する場合に比べて、滅菌作業を容易に行うことができるとともに、小形の滅菌装置を用いて滅菌することができる。またロボット１４０のうちの先端部のみを滅菌する場合に比べて、清潔空間に配置されるロボット部分全体を滅菌することができ、清潔空間１０４の滅菌をより確実に行うことができる。さらに動力伝達部１２１は、清潔空間外１０７に配置されており、滅菌する必要がない。したがって高温高圧滅菌に適した特殊な構造部品を用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００９４】
また本実施の形態によれば、摺動部分において、一方の摺動部位が自己潤滑性を有する樹脂から成ることで、摺動部分に付与する潤滑油をなくすことができ、潤滑油の飛散による清潔空間の汚染を防ぐことができる。また潤滑油の飛散がないので、摺動部分を露出させた状態で、高温高圧滅菌することができ、より確実に滅菌駆動部１２０を滅菌することができる。また摺動部を露出させた状態で滅菌作業を行うことができ、摺動部をカバーで覆う必要がなく、摺動部内部に雑菌が繁殖することを防ぐことができる。
【００９５】
具体的には、第３軸および第４軸減速機Ｇ２３，Ｇ２４、かさ歯車対１７４，１７５、ナット部材１５７とすべりねじ部材１５６、案内レール１４９と移動体１５０、すべりねじ部材１５６の軸受１９８，１９９における摺動部分について潤滑材をなくすことができ、滅菌駆動部２１０の発塵を抑えるとともに、高圧高温滅菌することができる。また滅菌駆動部１２０は、全体として耐錆性を有することが好ましく、滅菌駆動部１２０を構成する各部品は、耐錆性を有する材料で構成されることが好ましい。
【００９６】
以上のように本実施の形態のロボットを有する清潔空間用ロボットシステム１０１を用いて対象物を培養することで、ロボットを用いたことに起因する清潔空間１０４の汚染を抑えることができ、不所望な雑菌および微生物の混入を防いで、対象物を培養することができる。
【００９７】
図８は、出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを連結するカップリング１９７を示す斜視図である。出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを連結するカップリング１９７は、オルダムカップリング１９７によって実現される。カップリング１９７は、連結すべき２つの軸のうち、一方の軸に固定される第１部材４０５と、他方の軸に固定される第２部材４０６と、中間部材４０９とを含んで実現される。第１部材４０５は、略円筒状に形成され、軸線方向一端部に一方の軸が固定される。また軸線方向他端部に、その軸線を通過するとともに軸線に垂直に延びて、残余の部分から軸線方向に突出する凸部４０７が形成される。
【００９８】
また第２部材４０６は、略円筒状に形成され、軸線方向他端部に他方の軸が固定される。また軸線方向一端部に、その軸線を通過するとともに軸線に垂直に延びて、残余の部分から軸線方向に突出する凸部４０８が形成される。
【００９９】
中間部材４０９は、第１部材４０５と第２部材４０６との間に介在されて、第１部材４０５と第２部材４０６とを連結するためのスペーサとなる。中間部材４０９は、略円筒状に形成される。中間部材４０９は、軸線方向一端部に第１凹部４１１が形成され、軸線方向他端部に第２凹部４１０が形成される。第１凹部４１１は、中間部材４０１の軸線を通過するとともに、軸線に垂直に延びて、軸線方向一端面から軸線方向に没入する第１凹所が形成される。また第２凹部４１０は、中間部材４０１の軸線を通過するとともに、軸線に垂直に延びて、軸線方向他端面から軸線方向に没入する第２凹所が形成される。第１凹所が延びる方向に沿う第１直線Ｈ１は、第２凹所が延びる方向に沿う第２直線Ｈ２と中間部材４０９の中心軸線Ｖとを含む平面に垂直に延びる。また第２凹所が延びる方向に沿う第２直線Ｈ２は、第１凹所が延びる方向に沿う第１直線Ｈ１と、中間部材４０９の中心軸線Ｖとを含む平面に垂直に延びる。
【０１００】
第１部材４０５の凸部４０７が、中間部材４０９の第２凹部４１０に嵌合可能に形成される。第１部材４０５と中間部材４０９とが嵌合した状態では、中間部材４０９は、第１部材４０５が軸線まわりに回転すると、第１部材４０５に対して第２直線Ｈ２に沿う方向の変位が許容された状態で、第１部材４０５とともに回転する。また第２部材４０６の凸部４０８が、中間部材４０９の第１凹部４１１に嵌合可能に形成される。第２部材４０６と中間部材４０９とが嵌合した状態では、中間部材４０９は、第２部材４０６が軸線まわりに回転すると、第２部材４０６に対して第１直線Ｈ１に沿う方向の変位が許容された状態で、第２部材４０６とともに回転する。これによって中間部材４０９は、第１部材４０１に対して、第１部材４０５と第２部材４０６との間に隙間がある場合であっても、２つの軸を連結することができる。このように中間部材４０９を介して、第１部材４０５と第２部材４０６とを連結した状態で、第２部材４０６が回転すると、第１部材４０５および第２部材４０６に対して中間部材４０９が相対変位しながら回転することで、第１部材４０５と第２部材４０６の軸線がずれていても、第２部材４０６の軸線まわりの回転を、第１部材４０５の軸線まわりの回転として伝達することができる。
【０１０１】
このようにオルダムカップリング１９７を用いて、ベース部１１１を第２軸ケーシング１４７に固定した場合に、出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とで生じた偏芯を吸収することができる。また外径が小さくても比較的大きいトルクを伝えることができる。また出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とのあいだに上下方向に隙間が形成される場合であっても、動力を伝達することができる。本実施の形態では、第１部材４０５および第２部材４０９は、アルミ合金からなり、中間部材４０９は、アセタール樹脂またはナイロン樹脂によって実現される。またオルダムカップリング１９７は、出力軸１９１とすべりねじ部材１５６との偏心を吸収できればよく、第１部材４０５、第２部材４０６、中間部材４０９の凹凸は、上述した構成に限定されない。
【０１０２】
図９は、アーム側コネクタ３０１と、基台側コネクタ３００とを示す斜視図である。アーム側コネクタ３０１および基台側コネクタ３００は、略筒状に形成されており、基台側コネクタ３００の外周部３００ａが、アーム側コネクタ３０１の内周部３０１ａに嵌り込むことによって、アーム側コネクタ３０１の端子３０３が、基台側コネクタ３０１の端子３０２に電気的に接続される。基台側コネクタ３０１の外周部３００ａには外ねじが形成され、アーム側コネクタの内周部３０１ａには内ねじが形成されることで、コネクタ３００，３０１同士を螺合させることができ、各コネクタ３００，３０１の接続を確実とすることができる。また各コネクタ３０１は、端子に流体が侵入することを防ぐシール部材３０４が設けられる。
【０１０３】
またアーム側コネクタ３０１は、防水キャップ３０５が装着可能に構成される。防水キャップ３０５は、アーム側コネクタ３０１の内周部３０１ａに嵌合して、アーム側コネクタ３０１の開口を塞ぐ。これによってアーム側コネクタ３０１は、内部空間に流体が侵入することが阻止される。また防水キャップ３０５の外周部は、外ねじが形成されて、アーム側コネクタ３０１の内周部に形成される内ねじと螺合することによって、アーム側コネクタ３０１と防水キャップ３０５との接続を確実とすることができる。
【０１０４】
このようにアーム側コネクタ３０１と基台側コネクタ３００とが設けられることで、滅菌駆動部１２０に電気配線が設けられる場合であっても、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１との着脱を容易に行うことができる。また滅菌駆動部１２０を動力伝達部１２１から分離した状態で、アーム側コネクタ３０１に防水キャップ３０５を装着することで、滅菌駆動部１２０を高温高圧滅菌するにあたって、アーム側コネクタ３０１内に蒸気が侵入することを防ぐことができ、アーム側コネクタ３０１およびアーム側配線１１４の損傷を防ぐことができる。
【０１０５】
図１０は、カバー体５０２とアーム体１５９とを分離した状態を示す斜視図である。滅菌駆動部１２０は、アーム構成体１３０に対して着脱自在に構成されてアーム構成体１３０の表面を覆うカバー体５０２を有する。カバー体５０２は、アーム体１５９，１６０毎に設けられ、同様の構成を示する。したがって第１アーム体１５９に装着されるカバー体５０２について説明し、第２アーム体１６０に装着されるカバー体の説明を省略する。
【０１０６】
カバー体５０２は、第１アーム体１５９に装着されることによって、第１アーム体１５９とカバー体５０２とによって、第３軸電動機Ｍ２３およびかさ歯車対１７４，１７５、アーム側電気配線１１４を覆う。これによってカバー体５０２が装着された第１アーム体１５９は、その表面積が小さく、かつ凹凸が少ない形状に形成される。本実施の形態では、カバー体５０２は、箱状に形成され、ステンレス鋼から成る。
【０１０７】
図１１は、アーム体１５９にカバー体５０２が装着された状態の一部分を示す断面図である。アーム体１５９およびカバー体５０２は、ボルト等を使わずにカバー体の取外しが容易な構造に形成される。本実施の形態では、アーム体１５９には、ボールプランジャ５０１が埋め込まれる。
【０１０８】
図１２は、ボールプランジャ５０１を示す断面図である。ボールプランジャ５０１は、内部空間５０６に弾性体、具体的には圧縮コイルばね５０５が内蔵される。ばねの一端部は、突出片であるボール５０４が設けられ、内部空間５０６から突出する。突出片は、ばねの伸縮方向に変位可能となる。ボールプランジャ５０１は、アーム体１５９に固定される。またカバー体５０２は、装着された状態でボールプランジャ５０１の先端に対向する位置に凹部５０３が形成される。
【０１０９】
ボールプランジャ５０１の先端部５０４と、カバー体５０２に形成される凹部５０３とが嵌合することによって、カバー体５０２がアーム体１５９に装着される。ボールプランジャ５０１は、円筒状に形成され、外周部に外ねじが形成される。またアーム体１５９には、ボールプランジャ５０１が螺合する内ねじが形成される。このようにボールプランジャ５０１をアーム体１５９に対して、螺進または螺退させることによって、ボールプランジャの突出量を変更および調整することができ、適当な力でカバー体の取外しを行うことができる。
【０１１０】
また本実施の形態によれば、各アーム体１５９，１６０に対してカバー体５０２が取外し可能に構成されることで、カバー体５０２を外した状態で、アーム体自体を滅菌することができ、滅菌駆動部１２０の内部の滅菌を容易にかつ確実にすることができる。またカバー体５０２を装着した状態で、清潔な空間１０４内でツール１６１を動作させることで、滅菌駆動部２１０の内部空間で雑菌が繁殖することを防ぐことができる。また弾性体の弾性復元力を利用して、カバー体５０２が装着されることでボルトを用いることなく着脱を容易にすることができる。またカバー体５０２の外表面の凹凸を少なくすることができる。
【０１１１】
図１３は、滅菌駆動部１２０を高温高圧滅菌する手順を示すフローチャートである。まず、ステップｓ０で、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とを組立てた状態で、滅菌駆動部１２０の滅菌が必要となると、ステップｓ１に進み、作業者は、滅菌動作を開始する。
【０１１２】
ステップｓ１では、滅菌駆動部１２０のアーム側コネクタ３０１と、動力伝達部１２１の基板側コネクタ３００との接続を解除し、ステップｓ２に進む。ステップｓ２では、ボルト１４３を取外し、ベース部１１１と、第２軸ケーシング１４７の上壁部１８１との連結を解除する。このようにして動力伝達部１２１から滅菌駆動部１２０を取外すと、ステップｓ３に進む。
【０１１３】
ステップｓ３では、アーム体１５９，１６０に装着される各カバー体５０２を取外し、ステップｓ４に進む。ステップｓ４では、アーム側コネクタ３０１に防水キャップ３０５を装着し、ステップｓ５に進む。ステップｓ５では、オートクレーブ内に収納可能な形状にアーム構成体１３０を変形させ、滅菌駆動部１２０をオートクレーブ内に収容する。次に滅菌駆動部１２０を高温高圧の環境下に所定時間維持して滅菌を行う。高温高圧滅菌が完了するとステップｓ６に進む。ステップｓ６では、上述した作業ステップｓ１〜ステップｓ４を逆に行って、滅菌駆動部１２０を動力伝達部１２１に装着し、装着が完了すると、ステップｓ７に進む。ステップｓ７では、滅菌動作を終了する。
【０１１４】
以上のように本実施の形態によれば、上述したように、滅菌駆動部１２０を動力伝達部１２１から分離して、オートクレーブによって高圧高温滅菌することで、ハンド１６１のみを滅菌する場合に比べて、清潔空間内をより清潔にすることができる。またロボット全体を高圧高温滅菌する場合に比べて、小形のオートクレーブを用いて滅菌することができる。また本実施の形態では、カバー体５０２を取外して滅菌することで、滅菌駆動部１２０をより確実に滅菌することができる。また防水キャップ３０５をアーム側コネクタ３０１に装着することで、コネクタおよび配線の損傷を防ぐことができる。
【０１１５】
図１４は、本発明の第２実施形態である清潔空間用ロボット５００の一部を示す斜視図である。本発明の第２実施形態のロボット５００は、第１実施形態のロボット１４０に比べて、アーム構成体１３０の構成が異なり、残余の構成については同一である。したがって同一な構成については説明を省略し、同様の参照符号を付する。第２実施形態のロボットは、アーム構成体がパラレルリンク機構を有する。ロボットは、第１アーム機構５１０と、第２アーム機構５２０とを有する。
【０１１６】
第１アーム機構５１０は、２つのアーム体１５９ａ，１５９ｂとそれらを連結する第１関節部５０１とを有する。第１関節部５０１は、第１アーム体１５９ａに対して第２アーム体１５９ｂを鉛直な第１軸線Ｊ１１まわりに角変位可能に連結する。また第２アーム体１５９ｂのうち、第１アーム体１５９ａの連結部分と反対側の端部には、ハンド１６１が連なる。
【０１１７】
第２アーム機構５２０は、２つのアーム体１６０ａ，１６０ｂとそれらを連結する第２関節部５０２と、第３関節部５０３とを有する。第２関節部５０２は、第３アーム体１６０ａに対して第４アーム体１６０ｂを鉛直な第２軸線Ｊ１２まわりに角変位可能に連結する。また第３関節部５０３は、第４アーム体１６ｂのうち、第４アーム体１６０ａの連結部分と反対側の端部と、第２アーム体１５９ｂとを鉛直な第３軸線Ｊ１３まわりに角変位可能に連結する。第１〜第３関節部５０１〜５０３は、受動的にアームを角変位する。
【０１１８】
また第１アーム体１５９ａのうち、第２アーム体１５９ｂの連結部分と反対側の端部には、第４関節部５０４を介して移動体１５０に連結される。また移動体１５０は、第３電動機Ｍ２３が固定される。第３電動機Ｍ２３は、移動体１５０に対して、第１アーム体１５９ａを鉛直な第４軸線Ｊ１４まわりに角変位駆動する。同様に、第３アーム体１６０ａのうち、第４アーム体１６０ｂの連結部分と反対側の端部には、第５関節部５０５を介して移動体１５０に連結される。また移動体１５０は、第４電動機Ｍ２３が固定される。第４電動機Ｍ２４は、移動体１５０に対して、第３アーム体１６０ａを鉛直な第４軸線Ｊ１４まわりに角変位駆動する。各電動機Ｍ２３，Ｍ２４は、減速機を介して動力をアーム体に伝達する。
【０１１９】
電動機Ｍ２３，Ｍ２４の出力軸と、アーム体を角変位駆動する軸線を同一にすることによって、かさ歯車対をなくすることができる。また支柱側に電動機を配置することができるので、各アーム体１５９ａ，１５９ｂ，１６０ａ，１６０ｂにかかる重力を少なくすることができる。また汚染の原因となる電動機をハンド１６１から遠ざけることができ、汚染の可能性を減らして清潔空間内で作業を行うことができる。また電動機Ｍ２３，Ｍ２４を鉛直に配置することができる。この場合、第１〜第３間接部５０１〜５０３は、耐熱水性および自己潤滑性を有する樹脂から成る樹脂ベアリングによって実現される。
【０１２０】
図１５は、第２実施形態のロボット５００のリンク構造を簡略化して示す図である。本実施の形態では、第１〜第４アーム体の上下位置をずらして設けられる。具体的には、第１アーム体１５９ａ、第２アーム体１５９ｂ、第３アーム体１６０ａ、第４アーム体１６０ｂの順で下方に並ぶ。これによって動作時の各アーム体１５９ａ，１５９ｂ，１６０ａ，１６０ｂの干渉を防ぐことができる。また各アーム体のリンク長さ、リンク長さ比を適切に設定することによって、必要な領域での動作領域を確保することができる。
【０１２１】
図１６は、出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを連結する他のカップリング２９７を示す斜視図である。第１実施形態では、オルダムカップリング１９７を用いたが、出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを着脱可能に接続することができれば、他のカップリングおよび軸継手を用いてもよい。たとえば図１６に示すように、連結すべき２つの軸のうち、一方の軸に固定される第１部材５０５は、円筒状に形成される本体と、軸線に垂直でかつ軸線を通過して本体から両側に突出するピン５０７とを有する。他方の軸に固定される第２部材５０６は、第１部材５０５の本体およびピン５０７が嵌合する嵌合部６０８が形成される。嵌合部５０８は、第１部材５０５と第２部材とが同軸に配置された状態で、第１部材に対して第２部材が軸線まわりに回転することを阻止する。このような構成であっても同様な効果を得ることができる。
【０１２２】
以上のような本実施の形態は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば本実施の形態では、対象物を培養する培養システム１００に清潔空間用ロボット１４０が用いられたが、ロボット１４０は清潔空間１０４で用いられればよく、他の用途にも用いることができる。細胞培養作業以外、たとえば遺伝子組替え作業、食品衛生作業、外科手術支援作業などの医療作業および医薬製造作業にも用いることができる。
【０１２３】
またロボット１４０は、滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とに分離可能であればよく、具体的なアーム構造、関節形態などは本実施の形態に限定されない。たとえばツールを駆動する駆動源は、電動機でなくてもよく、流体動力が与えられる駆動源であってもよい。またハンド１６１に変えて、他のエンドエフェクタであってもよい。また本実施の形態では、動力出力端部は、第１動力出力端部と第２動力出力端部との２つが設けられたが、いずれか一方であっても同様の効果を得ることができる。また動力出力端部が３つ以上であってもよい。さらに本実施の形態では、各動力出力端部は、軸線まわりに回転する動力を伝達するとしたが、回転力以外であってもよい。たとえば軸線方向に進む直進力を滅菌駆動部１２０に伝達してもよい。
【０１２４】
また本発明は、空間形成壁１０３と、気体調整手段１０５と、清潔空間用ロボット１４０とを含む清潔空間用ロボットシステムも含む。このような清潔空間用ロボットシステムであっても、同様の効果を得ることができる。また清潔空間用ロボットシステムにおいて、滅菌駆動部１２０を動力伝達部１２１から分離して高圧高温滅菌が行われるとしたが、ロボットシステムは、清潔空間内で高圧高温滅菌が行われてもよい。この場合には、気体調整手段１０５が高圧高温滅菌可能な雰囲気に清潔空間を調整する。また滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とが分離可能な構成でなくてもよい。またこの場合には、動力伝達部１２１のうちで滅菌駆動部１２０と連結される連結部分について、耐熱性を有する構成であればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１実施形態である清潔空間用ロボット１４０を分解して示す斜視図である。
【図２】清潔空間用ロボット１４０を含む培養システム１００を示す断面図である。
【図３】ロボット１４０を示す断面図である。
【図４】滅菌駆動部１２０の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ切断面線で滅菌駆動部１２０を切断して示す断面図である。
【図６】動力伝達部１２１の一部を拡大して示す断面図である。
【図７】滅菌駆動部１２０と動力伝達部１２１とを分離した状態を示す断面図である。
【図８】出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを連結するカップリング１９７を示す斜視図である。
【図９】アーム側コネクタ３０１と、基台側コネクタ３００とを示す斜視図である。
【図１０】カバー体とアーム体とを分離した状態を示す斜視図である。
【図１１】アーム体１５９にカバー体５０２が装着された状態の一部分を示す断面図である。
【図１２】ボールプランジャ５０１を示す断面図である。
【図１３】滅菌駆動部１２０を高温高圧滅菌する手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態である清潔空間用ロボット５００の一部を示す斜視図である。
【図１５】第２実施形態のロボット５００のリンク構造を簡略化して示す図である。
【図１６】出力軸１９１とすべりねじ部材１５６とを連結する他のカップリング２９７を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０４  清潔空間
１０７  清潔空間外の空間
１１４  アーム側電気配線
２３２  基台側電気配線
１２０  滅菌駆動部
１２１  動力伝達部
１３０  アーム構成体
１８１  第２軸ケーシングの上壁
１９１  第２軸減速機の出力軸
１４０  ロボット
１４４  基台
１６１  ハンド
１８８  封止部
３００  基台側コネクタ
３０１  アーム側コネクタ
３０５  防水キャップ
５０２  カバー体
【図１】
0005124096.tif 000002
【図２】
0005124096.tif 000003
【図３】
0005124096.tif 000004
【図４】
0005124096.tif 000005
【図５】
0005124096.tif 000006
【図６】
0005124096.tif 000007
【図７】
0005124096.tif 000008
【図８】
0005124096.tif 000009
【図９】
0005124096.tif 000010
【図１０】
0005124096.tif 000011
【図１１】
0005124096.tif 000012
【図１２】
0005124096.tif 000013
【図１３】
0005124096.tif 000014
【図１４】
0005124096.tif 000015
【図１５】
0005124096.tif 000016
【図１６】
0005124096.tif 000017