JP2017048035A - 低温保管システム - Google Patents

Abstract

【課題】低温格納庫の周辺の駆動機構等の装置類を低コストかつ簡素な構成とすることが可能であり、空間効率を向上し、メンテナンスを容易とするとともに、保管対象の温度上昇に起因した劣化を回避しつつ、低温格納庫への保管対象の入出庫を容易に達成する低温保管システムを提供すること。
【解決手段】保管対象を低温格納庫１１０に搬出入する搬出入機構を有する低温保管システム１００であって、搬出入機構は、低温格納庫１１０の側方に配置された多関節アームユニット１３０と、複数のハンドツールとを有し、複数のハンドツールは、保管対象を保持する移送ラック１７０を保持する移送ラックハンドツール１４０と、保管対象を直接保持するピッキングハンドツール１５０とを含むこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温下で保管対象を保管する低温格納庫と、保管対象を低温格納庫に搬出入する搬出入機構を有する低温保管システムに関し、特に、医学、生物工学及び薬学において薬剤を発見したり設計したりするプロセスにおいて用いられる創薬用試料を、低温状態を維持しつつ移送するための低温保管システムに関する。

従来、医学、生物工学及び薬学において薬剤を発見したり設計したりするプロセスにおいて用いられる創薬用試料を注入した複数のチューブを収容した移送ラックを、その内部に注入された液体窒素によって内部温度を−１５０℃等の低温で維持した低温格納庫内で保管する低温保管システムが知られている（例えば特許文献１参照）。
このような低温保管システムにおいては、低温格納庫の外部で移送ラックを搬送する際に外気温に起因して創薬用試料の温度が上昇することを避けるために、内部温度を−１５０℃等の低温で維持したドライシッパー等の低温搬送箱内に移送ラックを収容した状態で移送ラックの搬送を行なうことも公知である。

特開２０１５−０００７９７号公報 特開２０１２−５６７３０号公報

これらの公知の低温保管システムにおいては、低温格納庫内への移送ラックの入出庫や、低温格納庫内でのチューブのピッキング（移送ラック間の移し替え）は、それぞれ専用の機構により行われている。
そのため、低温格納庫の周辺にはその駆動機構等の装置類を配置する必要があり、多くの空間を必要とするとともに、メンテナンスの負担も大きい。
また、上述したようなドライシッパー等の低温搬送箱を利用した場合、低温搬送箱を載置する搬入ステージが必要であり、さらに、移送ラックの入出庫の際に保管対象を検出する検出ステージを設けた場合には、搬入ステージや検出ステージの配置が入出庫機構の移動軌跡に制約されるため、さらに多くの空間を必要であった。
また、低温格納庫内への移送ラックの入出庫のための移送機構と、チューブのピッキング機構は、低温格納庫の上部の水平面内で干渉する軌跡を有するため、互いの干渉を避けるための退避移動スペースも必要であった。

さらに、上述したようなドライシッパー等の低温搬送箱を利用した場合であっても、低温格納庫内に移送ラックを搬入する時には低温搬送箱から移送ラックを取り出す必要があることから、移送ラックが外気温に曝されて各チューブの温度が上昇し、各チューブ内の創薬用試料の品質劣化が生じるという問題があり、特許文献２に開示されるように、低温格納庫に対する移送ラックの入出庫を行なう作業室の温度を外部環境よりも低温に維持することも考えられるが、作業室全体を充分に低温に維持することは難しく、また、低温に維持するためのランニングコスト等も高価になるという問題もある。
このような問題は、液体窒素等の冷却材によって創薬用試料の温度を−１５０℃等の超低温に設定した場合に、より一層顕著になる。
チューブの温度上昇を低減するため、移送機構を高速化し、移送ラックが外部環境中を通過する時間を短縮することも考えられるが、前述のように、低温格納庫の周辺には多くの装置類が配置されているため、移送機構の装置類がますます複雑化するという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するものであり、低温格納庫の周辺の駆動機構等の装置類を低コストかつ簡素な構成とすることが可能であり、空間効率を向上し、メンテナンスを容易とするとともに、保管対象の温度上昇に起因した劣化を回避しつつ、低温格納庫への保管対象の入出庫を容易に達成する低温保管システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、低温下で保管対象を保管する低温格納庫と、保管対象を低温格納庫に搬出入する搬出入機構を有する低温保管システムであって、前記搬出入機構は、前記低温格納庫の側方に配置された多関節アームユニットと、複数のハンドツールとを有し、前記多関節アームユニットが、前記複数のハンドツールと個々に連結して連動可能なハンドチェンジャーを先端部に有し、前記複数のハンドツールが、保管対象を保持する移送ラックを保持する移送ラックハンドツールと、保管対象を直接保持するピッキングハンドツールとを含むことにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係る発明によれば、搬出入機構は、低温格納庫の側方に配置された多関節アームユニットと複数のハンドツールとを有し、多関節アームユニットが、複数のハンドツールと個々に連結して連動可能なハンドチェンジャーを先端部に有し、複数のハンドツールが、保管対象を保持する移送ラックを保持する移送ラックハンドツールと、保管対象を直接保持するピッキングハンドツールとを含むことにより、複数のハンドツールのみを適宜の場所に配置するだけで、低温格納庫の側方に配置された多関節アームユニットのみで低温格納庫内への移送ラックの入出庫や、低温格納庫内での保管対象のピッキングを行なうことができるため、低温格納庫周辺の駆動機構等の装置類を低コストかつ簡素な構成とすることが可能であり、空間効率を向上し、メンテナンスを容易とすることができる。
また、多関節アームユニットによって、ハンドツールの移動軌跡の自由度が高く、移送ラックが外部環境中を通過する時間を短縮するような配置とすることも可能であり、保管対象の温度上昇に起因した劣化を回避しつつ、低温格納庫への保管対象の搬入を容易に行なうことができる。
さらに、規格の異なる移送ラックや保管対象を扱う際にも、ハンドツールを変更すればよく、大掛かりな設備の変更は不要であり、また、配置するハンドツールの種類を増やすことで、規格の異なる移送ラックや保管対象を混在させて運用することも可能となる。

請求項２に記載の構成によれば、シャッターが、多関節アームユニットにより移動可能に構成されていることにより、さらに低温格納庫周辺の駆動機構等の装置類を低コストかつ簡素な構成とすることができる。
請求項３に記載の構成によれば、多関節アームユニットは、ハンドチェンジャーに移送ラックハンドツールを連結して、移送ラックを搬入ステージ上の低温搬送箱内から検出ステージを経由して低温格納庫内に搬送可能に構成されていることにより、ドライシッパー等の低温搬送箱を利用したハンドリングが可能となり、保管対象の温度上昇に起因した劣化を回避しつつ、低温格納庫への保管対象の搬入を容易に行なうことができる。
また、多関節アームユニットの可動範囲内であれば、任意の位置に検出ステージ及び搬入ステージを配置可能であり、空間効率、処理速度、メンテナンス性、作業性等を最適に設計可能となる。

請求項４に記載の構成によれば、移送ラックハンドツールが、低温格納庫内で移送ラックに設けられた保冷カバーを着脱可能に構成されていることにより、低温搬送箱と低温格納庫の間を、移送ラックに保冷カバーを装着した状態で移送することが可能となり、保管対象の温度上昇に起因した劣化をさらに確実に回避することができる。
請求項５に記載の構成によれば、搬入ステージは、低温搬送箱の上端が低温格納庫の開口部と同等あるいは低い位置となるように設けられ、検出ステージは、低温格納庫の開口部と同等あるいは低い位置に設けられ、低温格納庫、搬入ステージ及び検出ステージ間での多関節アームユニットの動作と干渉しない位置に、複数のハンドツールを保持するハンド保持部が設けられていることにより、搬入ステージへの低温搬送箱の搬入作業が容易となるとともに、搬入ステージから低温格納庫までの移送ラックの移動距離を短くすることができる。
また、多関節アームユニットと低温格納庫周辺の他の機器類との干渉も避けることが可能となり、空間効率も向上する。

本発明の一実施形態に係る低温保管システムの外部カバー一部カット斜視図。 本発明の一実施形態に係る低温保管システムの外部カバーなし斜視図。 図２の正面図。 図２の側面図。 図２の平面図。 移送ラックハンドツールの斜視図。 ピッキングハンドツールの斜視図。 移送ラックの斜視図。 移送ラックの底面図。

以下に、本発明の一実施形態に係る低温保管システム１００について、図面に基づいて説明する。
低温保管システム１００は、図１に示すように、低温下で保管対象を保管する低温格納庫１１０と、保管対象を低温格納庫１１０に搬出入する搬出入機構（多関節アームユニット１３０等の符号１２１乃至１６０等で示す部材・機器群）を有しており、全体が外部カバー１０１内に収容されている。
外部カバー１０１内は、ドライエアや窒素ガスによる除湿空間とされ、各機構類や保管対象に結露や霜が発生することを抑制している。
外部カバー１０１には、作業者がメンテナンス等のために内部に出入りするための出入扉１０２、後述する移送ラック１７０を収容した低温搬送箱１８０を搬出入する低温搬送箱搬入扉１０３が設けられている。

低温格納庫１１０は、図１乃至図５に示すように、上方に保管対象の搬出入のための開口部１１３を有する円筒形状であり、開口部１１３を閉塞するシャッター１１２がスライド可能に設けられている（図１はシャッター１１２が開放した状態、図２乃至図５は開口部１１３を閉塞した状態を示す。）。
低温格納庫１１０の内部は、前述の特許文献１に記載された低温保管システムと同様に、保管領域が多段に配置されており、開口部１１３から挿入される内部トレイ移動機構１１１によって、内部の保管領域に収容された任意の保管トレイを開口部１１３の近辺に移動可能に構成されている。
外部から保管対象を低温格納庫１１０に搬出入する搬出入機構として、低温保管庫１１０の側方に、多関節アームユニット１３０と、保管対象を保持する移送ラック１７０を保持する移送ラックハンドツール１４０と、保管対象を直接保持するピッキングハンドツール１５０とが配置されている。

多関節アームユニット１３０は、移送ラックハンドツール１４０、ピッキングハンドツール１５０と連結して連動可能なハンドチェンジャー１３１を先端部に有している。
移送ラックハンドツール１４０及びピッキングハンドツール１５０は、ハンド保持部１６０に保持されており、それらのハンドツールを交換することで、移送ラック１７０の低温格納庫１１０への搬出入、低温格納庫１１０内での保管対象のトレイ間での移し替えを、１台の多関節アームユニット１３０で行なうことが可能となる。
多関節アームユニット１３０の先端部の可動範囲内には、移送ラック１７０を収容した低温搬送箱１８０を載置する搬入ステージ１２１と、搬送中の移送ラック１７０に保持された保管対象を底部から検出する検出ステージ１２２が設けられている。

また、低温格納庫１１０の開口部１１３を閉塞するシャッター１１２も、多関節アームユニット１３０の先端部の可動範囲内にあり、多関節アームユニット１３０によりシャッター１１２を開閉可能に構成されている。
搬入ステージ１２１は、低温搬送箱１８０を載置した際に、上端が低温格納庫１１０の開口部１１３より低い位置となるように設けられるとともに、その側方に蓋置ステージ１２３が設けられ、低温搬送箱１８０の搬送箱蓋１８１を一時的に載置可能に構成されている。
搬送箱蓋１８１の開閉や移動も、多関節アームユニット１３０によって行われる。
検出ステージ１２２も、低温格納庫１１０の開口部１１３より低い位置に設けられている。

移送ラックハンドツール１４０は、図６に示すように、移送ラック１７０を把持する一対のラック保持アーム１４１と、ラック保持アーム１４１を開閉駆動するアーム駆動部１４２とを有している。
また、ラック保持アーム１４１は、移送ラック１７０の上方を覆う保冷カバー１７１、及び、低温搬送箱１８０の搬送箱蓋１８１も把持可能に構成されている。
ピッキングハンドツール１５０は、図７に示すように、移送ラック１７０に保持された個々の保管対象を直接把持するチューブ保持爪１５１と、チューブ保持爪１５１と相対移動することで、チューブ保持爪１５１の開閉、保管対象の押し出し、周囲の保管対象の排除等を行なう外筒１５３、内筒１５４及び押出棒材１５５と、チューブ保持爪１５１、外筒１５３、内筒１５４及び押出棒材１５５を相対移動させる駆動部１５２とを有している。

移送ラック１７０は、図８、図９に示すように、複数の保管対象であるチューブ１７３を整列した状態で載置し、保冷カバー１７１で覆うことが可能に構成されている。
また、移送ラック１７０の側面には、弾性変形可能な外方に屈曲した固定爪１７２を有している。
ピッキングステージ等の移送ラック１７０を載置する位置に、固定爪１７２が係止する係止部を設け、前述のラック保持アーム１４１が固定爪１７２の中央部分を把持することで、移送ラック１７０を把持することで載置位置での係止が解除され、把持を解除することで載置位置に係止される。
このことで、固定と移動の両動作を、ラック保持アーム１４１の単純な動作のみで行うことが可能となり、複雑な機構が不要となる。
また、移送ラック１７０は、下面側から各チューブ１７３の底部を観察できる窓部１７４が設けられており、検出ステージ１２２において、下方から各チューブ１７３の底部に付された２次元コード等を読み込むことが可能となっている。

以上のように構成された本実施形態に係る低温保管システム１００に、保管対象を搬入する際の動作について説明する。
搬入すべき保管対象を保持した移送ラック１７０を、保冷カバー１７１を装着した状態で低温搬送箱１８０に収容され搬送箱蓋１８１で蓋をした状態で、低温保管システム１００の近傍まで運び込み、運び込まれた低温搬送箱１８０を、低温搬送箱搬入扉１０３を通して搬入ステージ１２１に載置する。
ここまでは、作業者によって行われ、低温搬送箱搬入扉１０３を閉じた後に、多関節アームユニット１３０による自動作業が開始される。
まず、多関節アームユニット１３０は、シャッター１１２を移動して開口部１１３を開放した後、ハンド保持部１６０に保持された移送ラックハンドツール１４０を先端のハンドチェンジャー１３１に連結する。
なお、シャッター１１２は、多関節アームユニット１３０の先端のハンドチェンジャー１３１と連結可能な構成を備えていてもよく、それ以外の部分との係合部等を設けてもよい。
また、シャッター１１２の駆動装置を別途配置し、多関節アームユニット１３０によるシャッター１１２の操作を省略してもよい。

次に、移送ラックハンドツール１４０のラック保持アーム１４１により、低温搬送箱１８０の搬送箱蓋１８１を把持して取り外し、蓋置ステージ１２３に載置する。
なお、この作業は、低温搬送箱１８０を搬入ステージ１２１に載置した際に、作業者が予め手動で行ってもよい。
次に、保冷カバー１７１を装着した状態の移送ラック１７０を一対のラック保持アーム１４１によって把持して低温搬送箱１８０から取り出し、検出ステージ１２２上で一旦停止、あるいはゆっくり通過させて、移送ラック１７０に保持された保管対象の底面に付された２次元コード等を読み取る。
次に、ラック保持アーム１４１によって把持した移送ラック１７０を低温格納庫１１０内に移送し、低温格納庫１１０内に設置されたピッキングステージに移送ラック１７０をセットする。

ラック保持アーム１４１は、ピッキングステージで移送ラック１７０を開放し、上方に移動して保冷カバー１７１を挟持し、移送ラック１７０から保冷カバー１７１を取り外す。
取り外された保冷カバー１７１は、ピッキングステージ近傍の適宜の保管位置に移載され、移送ラック１７０の搬出時に再度装着するまで一旦保管位置に載置される。
なお、この時、後述するピッキング作業に先立って、内部トレイ移動機構１１１によって、検出ステージ１２２で読み取られた情報を基に、内部の保管領域に収容された収容すべき保管トレイをピッキングステージまで移動する。
この動作は、検出ステージ１２２での読み取り直後から、上記の移送ラック１７０の搬入動作と並行で行われる。

次に、多関節アームユニット１３０は、移送ラックハンドツール１４０をハンド保持部１６０に戻し、ハンド保持部１６０に保持されたピッキングハンドツール１５０を先端のハンドチェンジャー１３１に連結する。
多関節アームユニット１３０は、ピッキングハンドツール１５０の先端を低温格納庫１１０の開口部１１３から挿入し、検出ステージ１２２で読み取られた情報を基に、移送ラック１７０に保持された保管対象をピッキングして収容すべき保管トレイに移し替える。
この時、収容すべき保管トレイが複数に渡る場合には、内部トレイ移動機構１１１によって保管トレイを移動させる動作も行われる。

このピッキング作業が完了すると、再び、多関節アームユニット１３０は、ピッキングハンドツール１５０をハンド保持部１６０に戻し、ハンド保持部１６０に保持された移送ラックハンドツール１４０を先端のハンドチェンジャー１３１に連結し、前述した動作と逆の手順で、移送ラック１７０を低温搬送箱１８０に戻し、搬送箱蓋１８１で蓋をして作業が完了する。
この際、検出ステージ１２２での検出工程は省いてもよく、すべての保管対象の収容が完了したか否かを検出してもよい。

また、低温格納庫１１０に収容された保管対象から指定した保管対象を抽出して外部に搬出する際には、最初に、空の移送ラック１７０を、保冷カバー１７１を装着した状態で低温搬送箱１８０に収容し、ピッキング作業を前述した動作と逆の手順とすればよい。
この時、空の移送ラック１７０を低温格納庫１１０に搬入する際の検出ステージ１２２での検出工程は省いてもよく、低温格納庫１１０から搬出された移送ラック１７０に対して、指定の保管対象が確実に搬出されているか否かを検出すればよい。

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行なうことが可能である。
本発明の実施形態では、ハンド保持部１６０に移送ラックハンドツール１４０とピッキングハンドツール１５０を１つずつ保持するように構成されており、規格の異なる移送ラックや保管対象を扱う際には、ハンド保持部１６０に保持される移送ラックハンドツール１４０やピッキングハンドツール１５０を、予め規格に合わせたものと交換しておくことで対処することとなるが、ハンド保持部を３つ以上のハンドツールを保持可能なものとすることで、作業のつど交換する手間を省くことも可能である。
また、ハンド保持部でピッキングハンドツールを２つ以上保持可能とすることで、異なる規格の保管対象を混在して搬出入する際に、作業者が介入することなく、途中で自動的にピッキングハンドツールを交換するようにしてもよい。

また、多関節アームユニット、搬入ステージ、検出ステージ、ハンド保持部等の配置関係は、空間効率、作業効率、メンテナンス性等を考慮し、適宜選択すればよく、特に上述した実施形態のように、搬入ステージ１２１を、低温搬送箱１８０を載置した際に、上端が低温格納庫１１０の開口部１１３より低い位置となるように設け、検出ステージ１２２も、低温格納庫１１０の開口部１１３よりも低い位置に設けることで、多関節アームユニット１３０のすべての動作において、低温格納庫１１０の開口部１１３に移送ラック１７０を挿入する際の姿勢以上に上方の空間を必要とすることがなく、低温保管システム１００全体の高さを最も低く設定することができる。
さらに、ハンド保持部は、ハンドツールを使用時と同じ姿勢の縦長の状態で保持するように構成されているが、傾斜したり、水平方向に延びるように保持するように構成し、空間を有効に活用することも可能である。

また、上述した実施形態では、保管対象は、例えば、生体細胞等の試料を注入されたチューブ等を想定しているが、保管対象の具体的態様は、低温下で保管する必要のあるものであれば如何なるものでもよい。
また、上述した実施形態では、低温格納庫及び低温搬送箱がその内部に注入された液体窒素による−１５０℃等の超低温で保管対象を保管するものを想定しているが、低温格納庫及び低温搬送箱内の温度や、冷却方法の具体的態様は、これに限定されず、例えば、低温格納庫及び低温搬送箱内の温度を−８０℃等に設定してもよく、また、冷却方法は、電気や炭酸ガス等の他のガスを用いるものであってもよい。

１００ ・・・ 低温保管システム
１０１ ・・・ 外部カバー
１０２ ・・・ 出入扉
１０３ ・・・ 低温搬送箱搬入扉
１１０ ・・・ 低温格納庫
１１１ ・・・ 内部トレイ移動機構
１１２ ・・・ シャッター
１１３ ・・・ 搬出入口
１２１ ・・・ 搬入ステージ
１２２ ・・・ 検出ステージ
１２３ ・・・ 蓋置ステージ
１３０ ・・・ 多関節アームユニット
１３１ ・・・ ハンドチェンジャー
１４０ ・・・ 移送ラックハンドツール
１４１ ・・・ ラック保持アーム
１４２ ・・・ アーム駆動部
１５０ ・・・ ピッキングハンドツール
１５１ ・・・ チューブ保持爪
１５２ ・・・ 駆動部
１５３ ・・・ 外筒
１５４ ・・・ 内筒
１５５ ・・・ 押出棒材
１６０ ・・・ ハンド保持部
１７０ ・・・ 移送ラック
１７１ ・・・ 保冷カバー
１７２ ・・・ 固定爪
１７３ ・・・ チューブ（保管対象）
１７４ ・・・ 窓部
１８０ ・・・ 低温搬送箱
１８１ ・・・ 搬送箱蓋

Claims (5)

1. 低温下で保管対象を保管する低温格納庫と、保管対象を低温格納庫に搬出入する搬出入機構を有する低温保管システムであって、
   前記搬出入機構は、前記低温格納庫の側方に配置された多関節アームユニットと、複数のハンドツールとを有し、
   前記多関節アームユニットが、前記複数のハンドツールと個々に連結して連動可能なハンドチェンジャーを先端部に有し、
   前記複数のハンドツールが、保管対象を保持する移送ラックを保持する移送ラックハンドツールと、保管対象を直接保持するピッキングハンドツールとを含むことを特徴とする低温保管システム。
2. 前記低温格納庫には、保管対象の搬出入のための開口部を閉塞するシャッターが設けられ、
   前記シャッターが、前記多関節アームユニットにより移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の低温保管システム。
3. 前記多関節アームユニットの先端部の可動範囲内には、移送ラックを収容した低温搬送箱を載置する搬入ステージと、移送ラックに保持された保管対象を検出する検出ステージが設けられ、
   前記多関節アームユニットは、前記ハンドチェンジャーに前記移送ラックハンドツールを連結して、移送ラックを前記搬入ステージ上の低温搬送箱内から前記検出ステージを経由して低温格納庫内に搬送可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低温保管システム。
4. 前記移送ラックハンドツールが、前記低温格納庫内で移送ラックに設けられた保冷カバーを着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の低温保管システム。
5. 前記搬入ステージは、低温搬送箱の上端が前記低温格納庫の開口部と同等あるいは低い位置となるように設けられ、
   前記検出ステージは、前記低温格納庫の開口部と同等あるいは低い位置に設けられ、
   前記低温格納庫、搬入ステージ及び検出ステージ間での多関節アームユニットの動作と干渉しない位置に、前記複数のハンドツールを保持するハンド保持部が設けられていることを特徴とする請求項３又は請求項４のいずれかに記載の低温保管システム。

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