JP2015223548A

JP2015223548A - 遠心分離装置

Info

Publication number: JP2015223548A
Application number: JP2014109310A
Authority: JP
Inventors: 渡菩提寺; Wataru Bodaiji
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-12-14
Anticipated expiration: 2034-05-27
Also published as: JP6279405B2

Abstract

【課題】遠心分離装置において、簡易な構成でバランスをとる。【解決手段】遠心分離装置のロータ５２の吊り下げアーム５６-1〜５６-4の端には、それぞれ試料容器を搭載したバケット２２-1〜２２-4が吊り下げられている。４個のバケットが、時計回りに２２-1、２２-2、２２-3、２２-4と配列された状態で、インバランスであると、バケットを並べ替えて２２-1、２２-2、２２-4、２２-3と配列する。この配列でもインバランスであると、更に並べ替えて２２-1、２２-3、２２-2、２２-4と配列する。全ての配列において、インバランスであるとエラー処理がなされる。【選択図】図３

Description

本発明は、遠心分離装置に関し、特にそのバランス取りに関する。

採取した血液などの試料に対して遠心分離を行う遠心分離装置が知られている。遠心分離装置は、ロータに保持されたバケットを有し、バケットは試料を収めた試料容器を搭載する。バケットは、ロータの回転軸上に共通重心が位置するように複数個が配置される。例えば、バケットが４個の場合は、ロータの交差する二つの直径上の、回転軸から等距離の位置に４個のバケットが各々配置される。

ロータを高速回転させるとバケットが旋回し、試料が遠心力によって分離される。ロータを回転させるとき、複数のバケット間で重量のばらつきがあると、インバランスが生じ、振動が発生する。下記特許文献１には、複数のバケット間の重量のバランスをとる手法が示されている。下記特許文献１では、試料容器は、複数個ごとにラックに収められ、ラックに収められた状態で、バケットに搭載される。試料容器を収めた状態でラックごとに重量を計測し、バケットに搭載された複数のラック（試料容器を含む）の重量から重量バランスを把握する。インバランスがある場合には、計測された各ラックの重量に基づき、交換すべきラックを選び、複数のバケット間でラックの交換してバランス調整する。

特開平９−２７６７４３号公報

上述の特許文献１では、ラックごとに重量を計測し、またラックに対応付けて計測された重量を記憶しておく必要があり、これらのために新たな構成を設けなくてはならない。

本発明は、遠心分離装置において、重量バランスを取るための構成をより簡易にすることを目的とする。

本発明に係る遠心分離装置は、試料を収容した試料容器が搭載されるバケットと、バケットが配置され、試料に遠心力を加えるための４個以上の配置部を有するロータと、回転するロータの振動を検出するインバランスセンサと、バケットを配置部に配置し、また配置されたバケットを配置部から取り出す移載機構と、インバランスセンサで検出された振動が所定値以上のときに、移載機構に、配置部に配置されるバケットの並べ替えを実行させる制御部と、を有する。

制御部は、インバランスが解消するまで、バケットの並べ替えを実行させるようにでき、バケットの全ての配列においてインバランスである場合、エラーを報知するようにできる。

４個以上のバケットを備えた装置においては、バケットの配列が複数通り存在し、バケットの重量が異なる場合、配列によって重量バランスが異なる。したがって、一つの配列でバランスが取れなかった場合でも、配列を変えることでバランスがとれる場合がある。遠心分離装置において、インバランスセンサおよび移載機構は、標準的に備えられており、これを利用することができる。

試料容器を搭載したバケットの重量を取得するための構成を設けることなく、遠心分離装置に標準的に備わるインバランスセンサおよび移載機構によってバランスを取るための処理を実行できる。

本実施形態の遠心分離装置の概略構成を示す平面図である。遠心分離部の概略構成を示す斜視図である。バケットの並べ替えを説明するための図である。本実施形態の遠心分離装置の通常の動作シーケンスを示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、遠心分離装置１０の概略構成を示す平面図である。遠心分離装置１０は、試料に遠心力を作用させて遠心分離を行う遠心分離部１２と、遠心分離部１２に試料を供給し、遠心分離部１２から試料を回収する試料供給・回収部１４を含む。

試料供給・回収部１４は、試料が入った試料容器１６を収容可能な容器ラック１８を搬送するラック搬送機構２０と、試料容器１６を容器ラック１８からバケット２２に移載し、更にバケット２２を遠心分離部１２に移載する移載機構２４を含む。移載機構２４はまた、遠心分離部１２からバケットを取り出し、さらにバケット２２から試料容器１６を容器ラック１８に移載する。試料容器１６は、細い管状の試験管であってよい。容器ラック１８は、複数、例えば５個の試料容器１６を１列に収容することができる。また、試料容器１６を複数列に収容するようにしてもよい。試料容器１６を収容した容器ラック１８は、主搬送路２６に沿って送られ、第１供給側ラック配列部２８と第２供給側ラック配列部３０のいずれかに送られる。容器ラック１８は、収容されている試料容器１６がバケット２２に移載されるまで、第１供給側ラック配列部２８または第２供給側ラック配列部３０で待機する。試料容器１６が移載されて空になった容器ラック１８は、主搬送路２６と並行して延びる副搬送路３２を通って回収側ラック配列部３４に送られる。回収側ラック配列部３４に送られた空の容器ラック１８は、遠心分離処理が終了した試料容器１６を受け入れるために、ここで待機する。容器ラック１８は、遠心分離処理された試料容器１６を収容すると、主搬送路２６に戻され、次の処理工程、例えば分析行程に送られる。

移載機構２４は、試料容器１６およびバケット２２を移載する容器・バケット移載装置３６と、バケット２２を置くための２個のバケット載置テーブル３８，４０を含む。容器・バケット移載装置３６は、試料容器１６およびバケット２２を移載する際、これを保持するマニピュレータ４２を有する。マニピュレータ４２は、互いに直交する３方向に自由度を有する三自由度駆動機構４４により移動可能である。三自由度駆動機構４４は、図１において、左右方向、上下方向、および紙面を貫く方向にマニピュレータ４２を移動させることができ、これらの方向を以降、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向と記す。三自由度駆動機構４４は、Ｘ軸方向に移動可能なベース４６と、ベース４６に搭載されＹ軸方向に伸縮する移送アーム４８と、移送アーム４８の先端に配置されマニピュレータ４２を吊り下げるロッドとを有する。マニピュレータ４２は、ベース４６の移動によりＸ軸方向に駆動され、移送アーム４８の伸縮によりＹ軸方向に駆動される。マニピュレータ４２のＺ軸方向の移動は、これを吊り下げるロッドの伸縮により実現される。マニピュレータ４２を駆動する機構は、上記の三自由度駆動機構４４に限らず、例えば関節アーム式の駆動機構を採用してもよく、また三自由度を超える自由度を有する機構を採用してもよい。

第１バケット載置テーブル３８は、第１供給側ラック配列部２８に対応して設けられている。第１供給側ラック配列部２８に位置する容器ラック１８から容器・バケット移載装置３６により試料容器１６が取り出されて、第１バケット載置テーブル３８に置かれたバケット２２に移載される。試料容器１６を所定数（この実施形態では１０個）をバケット２２に搭載したら、容器・バケット移載装置３６によりバケット２２を遠心分離部１２に移載する。遠心分離処理が終了すると、バケット２２は、容器・バケット移載装置３６によって第１バケット載置テーブル３８に戻され、更にバケット２２内から容器・バケット移載装置３６によって試料容器１６が取り出されて、回収側ラック配列部３４に配列されている空の容器ラック１８に移載される。マニピュレータ４２は、試料容器１６を把持するための部分と、バケット２２を把持するための部分を有し、把持する対象に応じてこれらの部分を使い分けている。

第２バケット載置テーブル４０は、第２供給側ラック配列部３０に対応して設けられている。第２バケット載置テーブル４０にもバケット２２が置かれ、このバケット２２には、第２供給側ラック配列部２８から試料容器１６が移載される。第２バケット載置テーブル３０から遠心分離部１２へのバケット２２の移載およびその逆向きの移載、さらに第２バケット載置テーブル４０から回収側ラック配列部３４へ試料容器１６の移載については、第１バケット載置テーブル３８の場合と同様であるので、説明を省略する。

図２は、遠心分離部１２の概略構成を示す図である。遠心分離部１２は、モータ５０に駆動されるロータ５２を有する。ロータ５２は、モータ５０の出力軸に結合されている、または一体の回転シャフト５４と、回転シャフト５４の軸線に直交する方向に延びる４本の吊り下げアーム５６を有する。回転シャフト５４は、モータ５０によって自身の軸線回りに回転し、吊り下げアーム５６は、回転シャフト５４と一体となって回転する。吊り下げアーム５６の先端部にバケット２２の中央に設けられた支柱５８が係合して、バケット２２が吊り下げられる。この態様のロータ５２においては、吊り下げアーム５６の先端部がバケット２２が配置される配置部である。第１または第２バケット載置テーブル３８，４０から送られてきたバケット２２は、４本の吊り下げアーム５６のいずれかの先端部に、吊り下げられるように配置される。各バケット２２は、吊り下げられた状態で、振り子のように揺動可能である。遠心分離処理において、モータ５０によって駆動されてロータ５２が回転し、各バケット２２が旋回する。旋回時には、各バケット２２は、遠心力によって半径方向外側に振り出され、試料に対して試料容器１６の底に向けて遠心力が作用する。遠心分離処理終了後、各バケット２２は、元の第１または第２バケット載置テーブル３８，４０に移載される。

この遠心分離部１２のロータ５２は、４本の吊り下げアーム５６が９０度間隔（等間隔）で配列されているが、ロータ５２の回転軸線に直交し、互いに交差する２本の直線上に吊り下げアーム５６が配置されてもよい。また、４本より多くの吊り下げアーム５６を設けることもできる。吊り下げアームが４本より多い場合においても、吊り下げアームを周方向に等間隔で配置すればバランスがとれる。しかし、偶数本の場合、等間隔でなくてもバランスがとれる配置があり、このような配置を採用することも可能である。

また、ロータの態様は、他の態様であってもよい。例えば、回転駆動される円板と、その円板上面の周付近に設けられた凹部を含む態様であってもよい。この凹部にバケットが配置され、円板の回転によって、バケットに搭載された試料容器内の試料に遠心力が作用する。この場合、凹部が、バケットが配置される配置部として機能する。

ロータ５２は、ハウジングに収められ、バケット２２の入れ替えは、１箇所に設けられた開閉可能な開口から行われる。この実施形態では、図１に示した状態で、図中の下に位置するバケット２２が開口に対向しており、交換可能となっている。

各バケット２２の重量に不均衡があると、ロータ５２が回転する際、振動が生じる場合がある。この振動を検知するために、遠心分離部１２には、インバランスセンサ６０が設けられている。インバランスセンサ６０は、支柱５８の表面までの距離を検出する近接センサとすることができる。また、インバランスセンサ６０は、振動により生じる加速度を検知する加速度センサとすることができる。以下、インバランスセンサ６０として近接センサを採用した場合の実施形態に則して説明する。支柱５８の、インバランスセンサ６０が対向する位置は、ロータの回転軸線と同軸の円板または円柱形状とする。この円板または円柱の円筒状の側面に対し、半径方向においてインバランスセンサ６０が対向する。これにより、ロータ５２がバランスのとれた状態で回転している場合は、インバランスセンサ６０と支柱５８の検出対象表面の距離は一定となる。インバランスな状態でロータ５２を回転させると、インバランスセンサ６０と支柱５８の検出対象表面の距離は変動する。インバランスセンサ６０の出力は、制御部６２に送出され、制御部６２には、この出力があらかじめ定められた値以上に変動した場合、バケット２２間の重量に不均衡があり、ロータ５２がインバランスとなっていると判断する。

制御部６２は、インバランスの判断すると、バケット２２の並べ替えを行う。バケット２２の並べ替えについて、図３を用いて説明する。図３の（ａ）は、最初に各バケット２２が吊り下げアーム５６に吊り下げられた状態を示している。このときのバケット２２と吊り下げアーム５６の関係を示すために各符号に枝番号「1,2,3,4」を付す。つまり、吊り下げアーム５６-1にバケット２２-1が吊り下げられ、吊り下げアーム５６-2にバケット２２-2が吊り下げられる。以下、同様である。（ａ）に示す状態でインバランスが検知されると、バケット２２-3とバケット２２-4を入れ替え、（ｂ）に示す状態とする。入れ替えは、例えばまずバケット２２の交換のための開口に位置するバケット２２-3を取り出し、第１、第２バケット載置テーブル３８，４０のうち、元あったテーブルに戻す。次に、ロータを反時計回りに９０°回し、吊り下げアーム５６-4からバケット２２-4を取り外す。ロータ５２を反時計回りに２７０°回し、バケット２２-4を吊り下げアーム５６-3に移し替える。さらに、ロータ５２を反時計回りに９０°回し、第１または第２バケット載置テーブル３８，４０に退避させておいたバケット２２-3を吊り下げアーム５６-4に吊り下げる。ロータ５２が時計回りにも回転させることができる場合には、上記で反時計回りに２７０°回すのに代えて、時計回りに９０°回すようにできる。バケットの入れ替えは、他の手順で行ってもよい。

（ｂ）の状態でロータ５２を回転させて、なおインバランスが検知されれば、次にバケット２２-1とバケット２２-3を入れ替え、（ｃ）に示す状態とする。例えば、バケット２２-1を、第１、第２バケット載置テーブル３８，４０のうち、元あったテーブルに戻し、次にバケット２２-3を吊り下げアーム５６-4から吊り下げアーム５６-1に移し替え、さらにバケット２２-1を吊り下げアーム５６-4に吊り下げる。バケットの入れ替えは、他の手順で行ってもよい。

バケット２２が４個の場合は、上記の３通りが全ての配列となる。（ｃ）に示す状態でもインバランスが解消されない場合は、制御部６２は、処理を中止し、エラーの報知を行う。バケット２２の数が４個を超える場合においても、全ての配列が試された後、いずれの配列でもインバランスが解消されなければ、エラーの報知を行う。

図４は、遠心分離装置１０の動作シーケンスを示す図である。この動作シーケンスは、制御部６２により制御される。試料容器１６が移動する道筋のうち、第１供給側ラック配列部２８から第１バケット載置テーブル３８を通り遠心分離部１２へ至る道筋に沿うラインを第１供給ラインと呼び、第２供給側ラック配列部３０から第２バケット載置テーブル４０を通って遠心分離部１２へ至る道筋に沿うラインを第２供給ラインと呼ぶ。また、第１または第２バケット載置テーブル３８，４０から回収側ラック配列部に至る道筋を回収ラインと呼ぶ。

まず、主搬送路２６から第１供給側ラック配列部２８に、試料容器１６を収容した容器ラック１８を搬送する（１００）。容器・バケット移載装置３６により、第１供給側ラック配列部２８に位置する容器ラック１８から、第１バケット載置テーブル３８上に置かれている４個のバケット２２に試料容器１６を移載する（１０２）。４個のバケットがいっぱいになったら、バケット２２をロータ５２に移載する（１０４）。第１供給ラインにおいて試料容器１６のバケット２２への移載が行われているのと並行して、第２供給ラインにおいて、主搬送路２６から第２供給側ラック配列部３０に試料容器１６を収容した容器ラック１８を搬送する（２００）。

４個のバケット２２をロータ５２に移載したら、遠心分離部１２において、遠心処理を開始する。遠心処理中に、第１供給ラインにおいて空になった容器ラック１８を回収側ラック配列部３４へと移動する（１０６）。一方、第２供給ラインにおいては、容器・バケット移載装置３６により、第２供給側ラック配列部３０に位置する容器ラック１８から、第２バケット載置テーブル４０上に置かれている４個のバケット２２に試料容器１６を移載する。

遠心処理が終了すると、バケット２２をロータ５２から第１バケット載置テーブル３８に移載する（１０８）。次に、第２バケット載置テーブル４０からバケット２２をロータ５２に移載する（２０４）。

バケット２２の移載が終了したら、遠心処理を開始する。遠心処理中に、回収ラインにおいて、容器・バケット移載装置３６により、第１バケット載置テーブル３８上の遠心処理済みの試料容器１６をバケット２２から回収側ラック配列部３４に位置する容器ラック１８に移載する（３００）。これと並行して、第１供給ラインにおいて、第１供給側ラック配列部２８に、試料容器１６を収容した容器ラック１８を搬送する（１１０）。回収ラインにおいて、工程３００が終了したら、遠心処理済みの試料容器１６を収容した容器ラック１８を主搬送路２６へ送り出す（３０２）。一方、第１供給ラインにおいては、容器・バケット移載装置３６により、第１供給側ラック配列部２８に位置する容器ラック１８から、第１バケット載置テーブル３８上に置かれている４個のバケット２２に試料容器１６を移載する（１１２）。工程１１０，１１２は、前述の工程１００，１０２と同一の動作を行う工程である。回収ラインの工程３０２が終了したら、第２供給ラインにおいて空になった容器ラック１８を回収側ラック配列部３４へと移動する（２０６）。

遠心処理終了後、バケット２２をロータ５２から第２バケット載置テーブル４０に移載する（２０８）。第２供給ラインの工程２０８が終了したら、第１供給ラインにおいて、第１バケット載置テーブル３８からバケット２２をロータ５２に移載する（１１４）。工程１１４は、前述の工程１０４と同一の動作を行う工程である。

工程１１４で、ロータ５２へのバケット２２の移載が終了したら、容器・バケット移載装置３６により、第２バケット載置テーブル４０上の遠心処理済みの試料容器１６をバケット２２から回収側ラック配列部３４に位置する容器ラック１８に移載する（３０４）。これと並行して、第２供給ラインにおいて、第２供給側ラック配列部２８に、試料容器１６を収容した容器ラック１８を搬送する（２１０）。回収ラインにおいて、工程３０４が終了したら、遠心処理済みの試料容器１６を収容した容器ラック１８を主搬送路２６へ送り出す（３０６）。一方、第２供給ラインにおいては、容器・バケット移載装置３６により、第２供給側ラック配列部３０に位置する容器ラック１８から、第２バケット載置テーブル４０上に置かれている４個のバケット２２に試料容器１６を移載する（２１２）。工程２１０，２１２は、前述の工程２００，２０２と同一の動作を行う工程である。回収ラインの工程３０６が終了したら、第１供給ラインにおいて空になった容器ラック１８を回収側ラック配列部３４へと移動する。

以下、上記の工程を繰り返す。図４に示す、正常状態の動作シーケンスにおいて、遠心処理の最初の段階でロータのバランスが取れているかが判断される。インバランスが検出された場合、第１および第２供給ライン、回収ラインの動作は停止され、インバランスを解消する処理、つまりバケット２２の並べ替えが実行される。並べ替えによりインバランスが解消すれば、通常の動作シーケンスを再開する。全ての配列を試みてもインバランスが解消しなければ、エラーを報知し、エラー解除されるまで動作を停止する。

１０遠心分離装置、１２遠心分離部、１６試料容器、１８容器ラック、２２バケット、２４移載機構、２８第１供給側ラック配列部、３０第２供給側ラック配列部、３４回収側ラック配列部、３６容器・バケット移載機構、３８第１バケット載置テーブル、４０第２バケット載置テーブル、５０モータ、５６吊り下げアーム、６０インバランスセンサ、６２制御部。

Claims

試料を収容した試料容器が搭載されるバケットと、
バケットが配置され、試料に遠心力を加えるための４個以上の配置部を有するロータと、
回転するロータの振動を検出するインバランスセンサと、
バケットを配置部に配置し、また配置されたバケットを配置部から取り出す移載機構と、インバランスセンサで検出された振動が所定値以上のときに、移載機構に、配置部に配置されるバケットの並べ替えを実行させる制御部と、
を有する遠心分離装置。
請求項１に記載の遠心分離装置であって、制御部は、インバランスが解消するまで、バケットの並べ替えを実行し、バケットの全ての配列においてインバランスであると、エラーを報知する、遠心分離装置。