JP2005145540A - スクリューキャップ一括開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の容器のスクリューキャップを一括して、円滑に着脱することが可能であるスクリューキャップ一括開閉装置を提供すること。
【解決手段】容器を一括して保持する容器保持ユニット１０と、スクリューキャップを一括して回転させるキャップ旋回ユニット２０と、スクリューキャップの外周面を挟持するキャップ保持ユニット３０を有しており、キャップ旋回ユニットが、尖頭部がスクリューキャップの上面に形成された凹部に係合する複数のドライバビットと、ドライバビットを回転させる旋回機構と、ドライバビットの回転に連動して、ドライバビットを垂直移動させるリード吸収機構を有する構成としたスクリューキャップ一括開閉装置により解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、創薬研究や化学物質の分析等において、多数の試料を識別・保管するために使用される容器のキャップを開閉する装置に関するものであり、さらに詳しくは、冷凍環境で小量多品種の試料を識別・保管すると共に、効率よく分注するために適したマイクロチューブ等の小型容器のスクリューキャップを一括して開閉する装置に関するものである。

従来、創薬研究や化学物質の分析等においては、試料を溶解した溶液をマイクロチューブと呼ばれる円筒状小型容器に封入し、このマイクロチューブを格子状に区画されたラックに複数本、垂直に並び立てて収容し、保管や搬送を行っている。従来より使用されているマイクロチューブは、底部と開口部とを有するチューブ状の本体と、開口部に着脱自在に取り付けられるキャップとから構成されている。

このような従来より使用されているマイクロチューブのキャップとしては、マイクロチューブ本体の開口部の内径よりも若干大きく設定された最大外径を有する挿入部位と、マイクロチューブ本体から突出する突出部位とを有し、突出部位を把持して、本体に対して上方向に引き抜いたり、下方向に押し込んだりすることにより、本体の開口部を着脱自在に密封するゴム等の弾性部材からなる差込式キャップが知られている。

さらに、このようなキャップを把持しマイクロチューブ本体に対して相対的に上下方向に移動させることによって、キャップの着脱を機械的に行うキャップ着脱装置についても提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−２２５８９５号

また、近年、特に創薬研究等の分野において、マイクロチューブを冷凍・冷蔵環境下で保管するニーズが高まっており、そのため冷凍・冷蔵保管に適したマイクロチューブとして、キャップとマイクロチューブ本体の開口部とが、それぞれに螺刻された螺旋により係合するスクリューキャップ式マイクロチューブも知られている。

ところが、上述したような従来の差込式キャップのマイクロチューブは、マイクロチューブを形成するポリプロピレン等のプラスチックが弾性変形する温度領域での使用においては、大きな問題はないものの、マイクロチューブを冷凍保管するような場合には、プラスチックの弾性が低下し、キャップの円滑な着脱操作に支障を来していた。

また、マイクロチューブの冷凍・解凍を繰り返すことにより、開口部の弾性が次第に低下し、最終的には、開口部にクラックが入りマイクロチューブの気密性が失われる等の問題も懸念されていた。さらに、キャップ着脱装置によりキャップを本体から引き抜く際に、キャップ外周面を挟持するため、キャップに偏荷重が加わり、キャップの着脱動作を繰り返すにつれて、キャップが次第に変形し、マイクロチューブの気密性が失われる等の問題も懸念されていた。その上、キャップが本体から抜ける反動によりマイクロチューブ本体に振動や衝撃が加わり、内容物がこぼれるという問題も指摘されていた。

一方、スクリューキャップ式マイクロチューブにおいては、冷凍保管するような場合においても高い気密性を確保できるものの、その構造上、キャップの開閉は人手に頼らざるを得なかった。特に、大量の超小型マイクロチューブを冷凍環境下で保管・管理し、分注作業を行うことが要求される創薬研究においては、研究開発期間の短縮のため、スクリューキャップを一括して開閉できるような装置の開発が嘱望されていた。

そこで、本発明の目的は、複数の容器のスクリューキャップを一括して、円滑に着脱することが可能であるスクリューキャップ一括開閉装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、複数の容器のスクリューキャップを一括して開閉する装置であって、前記容器を一括して保持する容器保持ユニットと、前記スクリューキャップを一括して回転させるキャップ旋回ユニットと、前記スクリューキャップの外周面を挟持するキャップ保持ユニットを有しており、前記キャップ旋回ユニットは、尖頭部が前記スクリューキャップの上面に形成された凹部に係合する複数のドライバビットと、前記ドライバビットを回転させる旋回機構と、前記ドライバビットの回転に連動して、前記ドライバビットを前記スクリューキャップのリード長に対応させて垂直移動させるリード吸収機構を有する構成としたことによって、上記課題を解決するものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係るスクリューキャップ一括開閉装置の構成に加えて、前記旋回機構を、前記ドライバビットの外周面に刻設されたピニオンと、前記ピニオンと係合するラックギヤを水平方向へ移動可能に支持するラックギアフレームと、前記ラックギアフレームを水平駆動する直線駆動手段を有する構成としたことによって、上記課題のさらなる解決を図るものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係るスクリューキャップ一括開閉装置の構成に加えて、前記リード吸収機構を、前記装置ラックギアフレームに軸支されたガイドローラと、当該ガイドローラが接触回動する傾斜面を有するガイドレールを備えた構成としたことによって、上記課題をさらに解決するものである。

請求項１に係るスクリューキャップ一括開閉装置によれば、複数の容器を一括して保持する容器保持ユニットと、前記複数の容器のスクリューキャップを一括して回転させるキャップ旋回ユニットと、前記スクリューキャップの外周面を挟持するキャップ保持ユニットを有しており、前記キャップ旋回ユニットは、尖頭部が前記スクリューキャップの上面に形成された凹部に係合する複数のドライバビットと、前記ドライバビットを回転させる旋回機構と、前記ドライバビットの回転に連動して、前記ドライバビットを前記スクリューキャップのリード長に対応させて垂直移動させるリード吸収機構を有する構成としたことによって、キャップに過大な偏荷重を加えることなく、複数のキャップを一括して着脱することが可能になり、容器の長寿命化、キャップ着脱作業の迅速化が図られる。

請求項２に係るスクリューキャップ一括開閉装置によれば、旋回機構を、ドライバビットの外周面に刻設されたピニオンと、前記ピニオンと係合するラックギヤを水平方向へ移動可能に支持するラックギアフレームと、前記ラックギアフレームを水平駆動する直線駆動手段を有する構成としたことによって、一つの駆動源により全てのドライバビットを同期させて正確に回転させることが可能になり、請求項１に係るスクリューキャップ一括開閉装置が奏する効果に加えて、キャップ着脱作業の一層の迅速化が図られると共に、装置の信頼性が向上する。

請求項３に係るスクリューキャップ一括開閉装置によれば、リード吸収機構を、ラックギアフレームに軸支されたガイドローラと、当該ガイドローラが接触回動する傾斜面を有するガイドレールを備えた構成としたことによって、キャップの確実な回転動作が行われ、請求項２に係るスクリューキャップ一括開閉装置が奏する効果に加えて、キャップ着脱作業の安定性・信頼性のさらなる向上が図られる。

なお、本発明が対象とする容器としては、スクリューキャップを有する容器であれば、特に限定されるものではないが、創薬研究等の分野において、大量の試料の冷凍・冷蔵保存、分注、輸送等のために好適に用いられるマイクロチューブと呼ばれる円筒状小型容器を対象とした場合、上述した効果がより有効に奏される。

本発明の実施の形態の一例について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であるスクリューキャップ一括開閉装置１００の構成を説明するために、装置を構成する主要部分である容器保持ユニット１０、キャップ旋回ユニット２０、キャップ保持ユニット３０の各構成ユニットを分離して斜上方向より図示した斜視図である。図２は、本発明のスクリューキャップ一括装置１００によりスクリューキャップの開閉が行われるマイクロチューブ２００の一形態を示した説明図である。図３（ａ）は、図１に示したキャップ旋回ユニット２０を斜下方向より図示した斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したキャップ旋回ユニット２０に組み込まれるドライバビット２２の一つを拡大して示した斜視図である。

図１に示すようにスクリューキャップ一括開閉装置１００は、図２に示したようなマイクロチューブ２００の本体２２０部分を一括して保持する容器保持ユニット１０と、スクリューキャップ２１０を一括して回転させるキャップ旋回ユニット２０と、スクリューキャップ２１０の外周面を挟持するキャップ保持ユニット３０とを有している。

まず、本発明において最も特徴的な構成であるキャップ旋回ユニット２０について、本実施例で採用した一態様に基づき、図３及び図４を用いて詳細に説明する。本実施例におけるキャップ旋回ユニット２０は、図３（ａ）に示したようにスクリューキャップの上面に形成された凹部（図２の２１０ａ参照）に係合する断面十字状の尖頭部２２ａを有する複数のドライバビット２２が、所定間隔の行及び列によりマトリクス状に配列されている。本実施例の場合、４８本のドライバビット２２が、行間隔Ｄ、列間隔Ｌで８行６列に配列されており、しかも、その列間隔Ｌが、９６本のマイクロチューブを８行１２列で収容保持するラック（図示はされていない）の列間隔のちょうど２倍となるように設定されている。そのため、ラックに収容されたマイクロチューブを一列おきに半分ずつ一括して開閉することが可能である。

各ドライバビット２２は、図３（ｂ）に示したように、外周面にピニオン２２ｂが刻設されており、その上部に、ドライバビット２２の垂直方向の衝撃や吸収するとともに、スクリューキャップに対する付勢力を安定させるための弾性部材２２ｃを備えている。このようなドライバビット２２が、キャップ旋回ユニット２２のラックギアフレーム２４に回転可能に支持されると共に、ピニオン２２ｂがラックギアフレーム２４に固着されたラックギア２６と螺合している。

ラックギアフレーム２４は、ラックギアフレーム支持部材２８に対して直線スライダーなどにより水平移動可能に支持されており、装置本体に設置された直線駆動手段により、ラックギア２６の長尺方向に往復駆動される。直線駆動手段としては、正確な直線駆動を実現できるものであれば、特に限定されるものではないが、本実施例では、水平移動距離の制御のしやすさ等の観点から、モータ２５の回転軸に連結された螺旋棒２７と、この螺旋棒２７に螺合し、ラックギアフレーム２４に固定されたナット２９とからなる直線駆動手段を用いており、モータ２５の正逆一回転に対して、ラックギアフレーム２４を螺旋棒２７及びナット２９の螺旋ピッチ分だけ進退させている。もちろん、直線駆動手段としては、ソレノイドを用いた直線駆動装置などを用いることも可能である。

上述したドライバビット２２の外周面に刻設されたピニオン２２ｂと、このピニオン２２ｂと螺合するラックギア２６を水平方向へ移動可能に支持するラックギアフレーム２４と、このラックギアフレーム２４を水平方向へ進退移動させる直線駆動手段とによりドライバビット２２を回転させる旋回機構が構成される。これにより、ラックギアフレーム２４の水平方向の直線運動が、ドライバビット２２の正逆方向の回転運動に変換される。

また、ラックギアフレーム支持部材２８は、装置本体に対してフローティング機構などにより垂直方向に移動可能に支持されている。そして、ラックギアフレーム２４の両端には、ガイドローラ２１が軸支されており、上述の直線駆動手段によりラックギアフレーム２４を水平移動させることにより、このガイドローラ２１が、装置本体に固着されたガイドレール２３の傾斜面を接触回動するリード吸収機構が構成される。図４は、このリード吸収機構の動作を説明するための概念図である。この図から分かるように、ラックギアフレームの水平移動に伴いラックギア２６が水平方向へ移動することにより、ガイドローラ２１が、ガイドレール２３の傾斜面２３ａ上を回動し、ラックギアフレームが垂直方向に移動する。

さらに、ドライバビット２２を一回転させるために必要なラックギア２６の水平方向の移動距離をＨとし、スクリューキャップのリード長（一回転させた時の軸方向の移動距離）をＶとした場合に、ガイドレール２３の傾斜角θを、ｔａｎθ＝Ｖ／Ｈを満足する角度とすることにより、ドライバビットの回転に連動して、ドライバビットをスクリューキャップのリード長に対応させて垂直移動させることが可能になる。

次に、容器保持ユニット１０及びキャップ保持ユニット３０の構成について、本実施例で採用した一態様に基づき、図１及び図５を用いて説明する。容器保持ユニット１０及びキャップ保持ユニット３０は、それぞれ、マイクロチューブ等の複数の小型円筒状容器の本体又はスクリューキャップを同時に一括して確実に保持できるものであれば、その構成については、特に限定されるものではない。本実施例においては、容器保持ユニット１０及びキャップ保持ユニット３０ともに同様の機構を用いているため、キャップ保持ユニット３０について、その保持機構について図５に基づき説明する。

図５（ａ）は、図１に示したキャップ保持ユニット３０において、保持動作に直接関係のない固定部材であるフレームガイド３３、スペーサ３４などを取り除いた状態を示している。さらに、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、それぞれ、図５（ａ）に示されたキャップクランプフレーム３１、３２を分離して示している。

このキャップ保持ユニット３０は、２枚のキャップクランプフレーム３１、３２を互いに相反する方向にスライドさせることにより、それぞれのフレームの対峙する位置に形成されたクランプ爪３１ａ、３２ａにより、複数のスクリューキャップを挟持できるようになっている。

２枚のキャップクランプフレーム３１、３２には、図５（ｂ）、（ｃ）に示したように、略等しい面積の窓部３１ｂ、３２ｂが、その一部が重なるように形成されている。そして、それぞれのキャップクランプフレーム３１、３２の窓部３１ｂ、３２ｂに隣接し、互いに対峙する位置にラックギア３１ｃ、３２ｃが固設されている。そして、ラックギア３１ｃ、３２ｃのそれぞれと螺合するようにピニオン３６が（図５には、図示されていないフレームガイドに）回動自在に軸支されている。このようにラックギア３１ｃ、３２ｃ及びピニオン３６が設けられているため、上側に位置するキャップクランプフレーム３１を前後にスライドさせるだけで、２枚のキャップクランプフレーム３１、３２を相反する方向にスライドさせることが可能になる。しかも、対峙する一対のクランプ爪３１ａ、３２ａが、両者の中間位置（中点）を変えることなく、互いに等しい距離だけ相対方向に進退するため、スクリューキャップを正確に且つ安定して挟持することが可能になる。

ここで、キャップクランプフレーム３１を前後にスライドさせる方法としては、正確な往復運動を実現できるものであれば、特に限定されるものではないが、本実施例では、上述したキャップ旋回ユニットの旋回機構と同様、モータ３５の回転軸に連結された螺旋棒３７と、この螺旋棒３７に螺合し、キャップクランプフレーム３１に固定されたナット３９とからなる直線駆動手段を用いており、モータ３５の正逆一回転に対して、キャップクランプフレーム３１を螺旋棒３７及びナット３９の螺旋ピッチ分だけ進退させている。

容器保持ユニット１０についても、上述したキャップ保持ユニット３０と同様の機構を用いることにより、容器の正確且つ安定な保持を実現することができる。なお、図５乃至図７において、キャップ保持ユニット３０の各部位（参照符号が３０番台の部位）と対応する容器保持ユニット１０の各部位については、１０番台の参照符号を一桁目を同じにして付与している。なお、容器保持ユニット１０においては、容器を把持するクランプ部材１１ａ、１２ａは、キャップ保持ユニット３０のクランプ爪３１ａ、３２ａのように個別に形成するのではなく、容器の側面形状に合わせて、行方向に連なった一体のものとして構成することにより、容器の保持をより確実にしている。

最後に、上述したスクリューキャップ一括開閉装置１００によるスクリューキャップ開閉動作について、図６及び図７を用いて説明する。

図６（ａ）は、スクリューキャップの開封操作が必要なマイクロチューブ２００が収容されたラック６０をスクリューキャップ一括開閉装置の定位置に載置した状態を示している。スクリューキャップ一括開閉装置１００に接続された操作端末から開封操作の対象となるマイクロチューブ２００、すなわちターゲットを指定すると、図６（ｂ）に示すように、ラック６０の底面側からチューブ押上ピン４０が上昇し、対象となるマイクロチューブ２００だけが押し上げられ、そのスクリューキャップ２１０の上面に形成された凹部に、スクリューキャップ一括開閉装置のドライバビット２２が係合する。

次に、スクリューキャップ２１０を回転させた時に、マイクロチューブ本体２２０が一緒に回転しないように、図６（ｃ）に示すようにキャップ容器ユニットのクランプ部材１１ａ、１２ａによって、マイクロチューブ本体２２０の開口部近傍を保持する。クランプ部材が当接するマイクロチューブの開口部近傍には、シボ加工などの表面粗面化処理を施しておくことにより、クランプ部材による保持をより確実なものにすることができる。

クランプ部材１１ａ、１２ａによるマイクロチューブ本体２２０の保持を維持した状態で、ドライバビット２２によりスクリューキャップ２１０を回転させる。この時、図７（ａ）に示すように、スクリューキャップ２１０の回転による上昇分ｔに対応して、ドライバビット２２が上昇する。そして、スクリューキャップ２１０とマイクロチューブ本体２２０の螺合が外れる直前に、図７（ｂ）に示すように、キャップ保持ユニットのクランプ爪３１ａ、３２ａにより、スクリューキャップ２１０が把持され、上方へ引き上げられる。その後、図７（ｃ）に示すようにクランプ部材１１ａ、１２ａによるマイクロチューブ本体２２０の保持が解除されるとともに、チューブ押上ピン４０が降下し、開封されたマイクロチューブ本体２２０がラック６０の定位置に戻り、スクリューキャップの開封操作が完了する。

開封されたスクリューキャップを再び本体に付ける操作は、上述した開封動作と反対の操作により行われるため、詳細な説明については割愛する。

以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、複数の容器のスクリューキャップを一括して、円滑に着脱することが可能となるため、大量のサンプルを冷凍・冷蔵環境下で保管し、個々のサンプルに対して個別の分注作業を行う必要がある創薬研究の分野等、産業上の利用可能性はきわめて高い。

本発明によるスクリューキャップ一括開閉装置の一実施態様の構成を説明する説明図である。 スクリューキャップ式マイクロチューブの一形態を示す説明図である。 図１に示した装置のキャップ旋回ユニットを説明する説明図である。 図３に示したキャップ旋回ユニットにおけるリード吸収機構を説明する概念図である。 図１に示した装置のキャップ保持ユニットの機構を説明する説明図である。 図１に示した装置によりスクリューキャップを外す時の動作のうち、容器保持までの動作を説明する動作説明図である。 図１に示した装置によりスクリューキャップを外す時の動作のうち、キャップの旋回以降の動作を説明する動作説明図である。

符号の説明

１０ ・・・ 容器保持ユニット
１１ａ、１２ａ ・・・ クランプ部材
１５、２５、３５ ・・・ モータ
１６、３６ ・・・ ピニオン
２０ ・・・ キャップ旋回ユニット
２１ ・・・ ガイドローラ
２２ ・・・ ドライバビット
２２ａ ・・・ 尖頭部
２２ｂ ・・・ ピニオン
２２ｃ ・・・ 弾性部材
２３ ・・・ ガイドレール
２４ ・・・ ラックギアフレーム
２６ ・・・ ラックギア
２７、３７ ・・・ 螺旋棒
２８ ・・・ ラックギアフレーム支持部材
２９、３９ ・・・ ナット
３０ ・・・ キャップ保持ユニット
３１、３２ ・・・ キャップクランプフレーム
３１ａ、３２ａ ・・・ クランプ爪
３１ｂ、３２ｂ ・・・ 窓部
３１ｃ、３２ｃ ・・・ ラックギア
３３ ・・・ フレームガイド
４０ ・・・ チューブ押上ピン
６０ ・・・ ラック
１００ ・・・ スクリューキャップ一括開閉装置
２００ ・・・ マイクロチューブ
２１０ ・・・ スクリューキャップ
２１０ａ ・・・ 凹部
２２０ ・・・ マイクロチューブ本体

Claims (3)

1. 複数の容器のスクリューキャップを一括して開閉する装置であって、
   前記容器を一括して保持する容器保持ユニットと、前記スクリューキャップを一括して回転させるキャップ旋回ユニットと、前記スクリューキャップの外周面を挟持するキャップ保持ユニットを有しており、
   前記キャップ旋回ユニットは、尖頭部が前記スクリューキャップの上面に形成された凹部に係合する複数のドライバビットと、前記ドライバビットを回転させる旋回機構と、前記ドライバビットの回転に連動して、前記ドライバビットを垂直移動させるリード吸収機構を有していること
   を特徴とするスクリューキャップ一括開閉装置。
2. 前記旋回機構は、前記ドライバビットの外周面に刻設されたピニオンと、前記ピニオンと螺合するラックギアを水平方向へ移動可能に支持するラックギアフレームと、前記ラックギアフレームを水平駆動する直線駆動手段を有していること
   を特徴とする請求項１に記載のスクリューキャップ一括開閉装置。
3. 前記リード吸収機構は、前記ラックギアフレームに軸支されたガイドローラと、当該ガイドローラが接触回動する傾斜面を有するガイドレールを備えていること
   を特徴とする請求項２に記載のスクリューキャップ一括開閉装置。
   

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