JP4115353B2 - チューブ接合装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブ接合装置に係り、特に、アナログ電圧をデジタル変換するA/D変換回路を用い、可撓性チューブを加熱溶融して、無菌的に接合するチューブ接合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、輸血システムにおける採血バッグ及び血液成分バッグのチューブ接合や持続的腹膜透析(CAPD)における透析液バッグと廃液バッグとの交換等を行う場合には、チューブの接合を無菌的に行うことが必要となる。この種のチューブ接合装置として、接続すべき2本のチューブを平行に保持し得る一対のホルダ(ブロック)と、両ホルダ間に配置されチューブを横切るように移動し得る切断板(板状の加熱素子、ウエハ)とを備え、両ホルダに形成された溝内に2本のチューブを平行にかつ反対方向に保持した状態で切断板を加熱、移動させてチューブを溶断し、次いで、一方のホルダをチューブの径方向(並べた方向)に移動させ、接合するチューブの切り口同士を一致させると共に、切断板を退避位置へ移動させて抜き取り、両チューブを融着するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
また、上記チューブ接合装置と同様のチューブ接合方法を用いて、チューブ接合の確実性を高めるために、2本のチューブを平行状態で保持する第1クランプ及び第2クランプを有し、第1クランプを第2クランプに対して平行に移動させる、つまり、後退・前進の前後の動きのみを行う第1クランプ移動機構と、第2クランプを第1クランプに対して近接・離間する方向にのみ移動させる第2クランプ移動機構とを備えたものも開示されている(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
更に、切断板を用いてチューブ同士を加熱、溶融し、無菌的に接合する基本的原理は同様であるが、チューブ内液を密封したまま漏れることなくチューブを接合できるといった目的の他に、チューブを接続する際のチューブの移動量が少なく、装置及び装置の構成部材の小型化を図ることができるチューブ接合装置として、U字状の溝を有する2つのチューブ保持具(第1、第2チューブ保持具)に接続すべき2本のチューブ同士を接触した(重ねた)状態で収容保持し、加熱された切断板により両チューブを切断した後、第1チューブ保持具に対し第2チューブ保持具を相対的に180°回転させて、両チューブの切断端面同士が互いに交換・整列するように作動させ、切断板を退避させて両チューブを融着するチューブ接合装置も知られている(例えば、特許文献3参照)。
【0005】
これらいずれの従来装置においても、加熱状態でチューブを切断する切断板が、通常、1回のチューブの接合毎に使い捨てされるようにその都度交換して用いられており、また、この切断板は、チューブを切断する際に加熱状態でチューブを溶断するように、電力供給を受けて通電により発熱する構成が用いられている。このような構成にあっては、確実にチューブを切断するために切断板に対する適切な温度制御を行う必要があり、熱電対等の温度検出手段の出力に基づいて補正温度を算出し、この算出された補正温度と切断板の目的加熱温度との偏差に基づき通電パルス幅を変調するように定電圧源を制御する手法(例えば、特許文献2参照)や、切断板に定電流を印加して、測定した切断板の初期電圧値及び印加時間から所望の加熱温度を達成するために必要な電圧乃至時間を算出して加熱状態の切断板の温度を予測するように、上記電圧及び時間を反復して測定する手法を用いたチューブ接合装置が知られている(例えば、特許文献4)。
【0006】
更に、上述した温度制御を行う場合に、チューブ接合装置に限らず既知の各種電子機器では、入力されたアナログ電圧をデジタル電圧に変換するA/Dコンバータが用いられている。しかしながら、電源電圧の変動によりA/Dコンバータの出力電圧に誤差が生ずることがあり、所定の制御等を適正かつ確実に行うためにはA/D変換コンバータからの出力値を補正する必要がある。このため、A/D変換された基準電圧Vrefから、電源電圧Vccの変化に起因して生じた変化を検出し、その結果に応じて、A/Dコンバータの出力のうちVref系測定回路の出力に対応する信号に補正を施す処理手段(CPU)を備えた技術が開示されている(例えば、特許文献5参照)。
【0007】
【特許文献1】
特公昭61−30582号公報
【特許文献2】
特開平6−78971号公報
【特許文献3】
特開平9−154920号公報
【特許文献4】
特開昭59−64034号公報
【特許文献5】
特開平11−298326号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、切断板の温度制御を有する従来のチューブ接合装置において、特許文献2の装置では、切断板の加熱温度を検出する熱電対を採用することでコスト高となり、更には熱電対を精度良く機能(温度検出)させるための切断板への取付精度出しが難しく、この熱電対は個々の特性が異なるために、製造工程で1台毎に調整する必要があり、製造コストも高くならざるを得ない。また、特許文献4の装置では、抵抗体としての切断板の抵抗値温度変化を利用して、抵抗値から切断板の温度を予測するものであり、実際に切断板の温度を測定し制御するものではないので、確実な温度制御を行うことが困難である、という問題点を有している。つまり、制御対象が実際には測定しない予測温度であるため、その制御精度の信頼性は高いものとは云い難い。
【0009】
また、チューブ接合装置に用いられるA/Dコンバータの出力値誤差補正において、特許文献5のA/Dコンバータでは、安定化電源は駆動回路であるVref系測定回路等が接続された電源であるため、Vref系測定回路等による負荷(消費電流)が大きなものとなり、このような構成を正常に機能させるためには、安定化電源は電流容量が大きく、且つ、電圧精度が高いものを採用せざるを得ず、その電源回路は大掛かりで複雑なものとなるため、装置の大型化、コスト高が避けられない。
【0010】
本発明は上記事案に鑑み、簡単な構成でありながらも高精度の出力が得られるA/D変換回路を有しチューブを溶融切断する切断板の温度管理を適正に行うことができるチューブ接合装置を提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも2本の可撓性チューブを保持する保持部と、前記保持部に保持されたチューブを加熱状態で切断する切断部と、前記切断されたチューブの位置を相対的に変化させて、接合される端部同士が密着するように前記保持部を移動させる保持部移動ユニットと、所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動する第1のアナログ信号と、所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動しない第2のアナログ信号とが入力され、該入力されたアナログ電圧を夫々第1のデジタル信号と第2のデジタル信号に変換して出力するA/D変換器と、前記A/D変換器の作動電圧から基準電圧を生成する第1の基準電圧生成手段と、前記A/D変換器の第2の基準電圧であって前記第1の基準電圧生成手段が生成する電圧より低電圧かつ高精度の電圧を生成する第2の基準電圧生成手段と、前記第2のデジタル信号の出力値を補正する出力値補正手段とを有するA/D変換回路と、前記A/D変換回路からの出力に応じて前記切断部への加熱用電力を定電力制御する電力制御部と、を備え、前記A/D変換器は、該A/D変換器の作動電圧を第3のデジタル信号に変換し、前記出力値補正手段は、前記A/D変換器で変換された第3のデジタル信号の出力値に基づいて前記第2のデジタル信号の出力値を補正することを特徴とする。
【0012】
本発明では、保持部により少なくとも2本の可撓性チューブが保持され、切断部により保持部に保持されたチューブが加熱状態で切断され、保持部移動ユニットにより切断されたチューブの位置を相対的に変化させて、接合される端部同士が密着するように保持部が移動され、チューブ同士の接合がなされる。切断部を適正な加熱状態とするために、第2の基準電圧生成手段で生成され第1の基準電圧より低電圧かつ高精度の第2の基準電圧を基準電圧とするA/D変換器により、入力された、所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動する第1のアナログ信号と、所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動しない第2のアナログ信号とが夫々第1のデジタル信号と第2のデジタル信号に変換されて出力される。また、A/D変換器により、該A/D変換器の作動電圧が第3のデジタル信号に変換される。出力値補正手段により、A/D変換器から出力された第2のデジタル信号が補正されるが、その際、A/D変換器で変換された第3のデジタル信号の出力値に基づいて第2のデジタル信号の出力値が補正される。そして、電力制御部により、A/D変換回路から補正されて出力されたデジタル信号に応じて切断部への加熱用電力が定電力制御される。本発明によれば、出力値補正手段によりA/D変換器で変換された第3のデジタル信号に基づいて第2のデジタル信号の出力値が補正され、電力制御部によりA/D変換回路から補正されて出力されたデジタル信号に応じて切断部への加熱用電力が定電力制御されるので、A/D変換回路は作動電圧と同一の基準電圧を基準とした場合に比べ高精度に第2のデジタル信号の補正ができ、電力制御部は切断部への加熱用電力を高精度で定電力制御することができる。
【0013】
本発明において、切断部は加熱素子を有しており、第2のアナログ信号は、加熱素子に印加された電圧と、加熱素子に流れる電流とを表す少なくとも2種の信号からなるようにすれば、出力値補正手段が補正する第2のデジタル信号には加熱素子に流れる電流及び電圧の情報が含まれるので、電力制御部は、加熱素子を高精度に定電力制御することができる。また、切断部が加熱素子を有し、加熱素子を保持するホルダを更に備えており、第1のアナログ信号は、ホルダの温度を表す信号とすれば、ホルダの温度を高精度に演算することができる。この場合、出力値補正手段が、第3のデジタル信号の出力値から所定の電源電圧の出力値を算出し、この電源電圧の出力値に基づき第2のデジタル信号の出力値を補正することが好ましい。第2の基準電圧生成手段にはシャントレギュレータを用いることができる。このとき、シャントレギュレータは、第1の基準電圧生成手段で生成された電圧から低電圧かつ高精度の電圧を生成するようにしてもよい。
【0016】
また、本発明において、A/D変換回路は、電力制御部により切断部に供給される加熱用電力の電圧を分圧する分圧手段を有すると共に、A/D変換器は分圧手段で分圧された電圧を第2のアナログ信号として第2のデジタル信号に変換するようにしてもよい。この場合に、A/D変換回路は、電力制御部により切断部に供給される加熱用電力の電流を電圧に変換する変換手段を有すると共に、A/D変換器は変換手段で変換された電圧を第2のアナログ信号として第2のデジタル信号に変換するようにしてもよい。このとき、電力制御部は、A/D変換回路から出力された第2のデジタル信号に応じて切断部への加熱用電力をデューティ制御するようにしてもよい。また、切断部は加熱素子を有しており、加熱素子を保持するホルダと、このホルダを所定温度に加熱するヒータと、ホルダの温度を検出する温度センサとを更に備えるにようにしてもよい。このとき、加熱素子及びヒータに、A/D変換器の作動電圧より高電圧の電力が供給され、温度センサに、A/D変換器の作動電圧が引加されるようにしてもよい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を血液が封入された2本のチューブを切断、接合するチューブ接合装置に適用した実施の形態について説明する。
【0018】
(構成)
図1及び図2に示すように、本実施形態のチューブ接合装置1は、2本の可撓性チューブ8、9を略平行に保持する保持部としての第1クランプ6及び第2クランプ7と、第1クランプ6と第2クランプ7との間に第1クランプ6に隣接して配置されチューブ8、9を扁平状に押圧するチューブ押し込み部材10と、を備えている。チューブ接合装置1は、図1に示す突起状部材が隠れるようにケーシング内に収容されている(図3参照)。
【0019】
図2に示すように、第1クランプ6は、上顎となりチューブ8、9を扁平状に押圧する第1上顎部50と、下顎となり第1上顎部50により扁平状に押圧されるチューブ8、9を支持する第1下顎部70とを有している。一方、第2クランプ7は、上顎となりチューブ8、9を扁平状に押圧する第2上顎部60と、下顎となり第2上顎部60により扁平状に押圧されるチューブ8、9を支持する第2下顎部80とを有している。
【0020】
チューブ8、9は、例えば、軟質ポリ塩化ビニル等の軟質熱可塑性樹脂を材質とし可撓性(柔軟性)を有し、チューブ内には血液が封入されている。これらのチューブ8、9は、血液封入前の状態で内径、外径及び長さについて略同一形状を有している。第1クランプ6は、チューブ8、9を保持するホルダ21と、ヒンジ25によりホルダ21の後端部に回動自在に取り付けられ開閉可能な蓋体24とを有している。
【0021】
ホルダ21には、2本のチューブ8、9がそれぞれ装填される互いに平行で横断面形状がU字状の一対の溝22、23が形成されている。溝22、23の幅は、チューブ8、9の自然状態での外径と同等又はそれ以下とするのが好ましく、オペレータ(操作者)がチューブ8、9を溝22、23の奥側(図2に示す下部方向)へ押し込むことで溝22、23内に装填する。蓋体24は、閉じられた状態のときに、溝22、23を覆い、溝22、23内に装填されたチューブ8、9が離脱しないように固定する機能を有している。
【0022】
また、第1クランプ6は、蓋体24が閉じた状態を保持するための係止機構26を有している。係止機構26は、蓋体24の先端にヒンジ27を介して蓋体24に対し回動可能に着設された板片28と、板片28の内面に突出形成された爪部材29と、ホルダ21の先端に回転自在に配された係止ローラ20とで構成されており、蓋体24を閉じた状態で、板片28を図2の矢印F方向に回動させて爪部材29の先端部を係止ローラ20に係止させることが可能である。また、板片28には、端面から第2クランプ7側に突出するシャフト19が固設されている。
【0023】
第1クランプ6の第2クランプ7側には、チューブ押し込み部材10が連設されている。第1クランプ6は、ホルダ21の側面に固定された鋸刃状の圧閉部材61と、蓋体24の側面に固定され圧閉部材61と噛み合う鋸刃状の圧閉部材62とを有している。圧閉部材61は溝22、23にそれぞれ対応する位置に傾斜面63、64を有し、圧閉部材62には、傾斜面63、64に対しそれぞれ平行に、かつ、所定距離離間する位置に、傾斜面65、66が形成されている(図16参照)。このため、溝22、23にチューブ8、9を装填した状態で蓋体24を閉じると、圧閉部材61、62が噛み合い、傾斜面63、65によりチューブ8が圧閉され、傾斜面64、66によりチューブ9が圧閉される。このような第1クランプ6の構成により、後述するチューブ8、9の切り口同士を接合する際に、位置ずれや歪みが抑制され、容易かつ適正な接続が確保される。
【0024】
一方、第2クランプ7は、第1クランプ6の側方に、チューブ押し込み部材10を介して隣接して配置されている。第2クランプ7も第1クランプ6と同様に、一対の溝32、33が形成されチューブ8、9を保持するホルダ31と、ホルダ31に対し回動して開閉する蓋体34とを有しており、更に係止機構36を有している。これらの構成は第1クランプ6に準ずるものであり、係止機構36はヒンジ37、板片38、爪部材39を有しており、ホルダ31はヒンジ35、係止ローラ30を有している。なお、板片38の第1クランプ6側端面にはシャフト19が挿入可能な長穴40が形成されており、この長穴40は、後述するチューブ接合動作における第1クランプ6の移動に伴うシャフト19の移動を許容する機能を有している。
【0025】
第2クランプ7は、ホルダ31のホルダ21側の側面に固定された鋸刃状の圧閉部材71(不図示)と、蓋体34の蓋体24側の側面に固定され圧閉部材71と噛み合う鋸刃状の圧閉部材72とで構成されている。圧閉部材71は溝32、33にそれぞれ対応する位置に傾斜面73、74を有し(図16参照)、圧閉部材72には、傾斜面73、74に対しそれぞれ平行に、かつ、所定距離離間する位置に、傾斜面75、76が形成されている。
【0026】
これらの第1クランプ6及び第2クランプ7は、通常は溝22、32同士及び溝23、33同士が一致する(一直線上に並ぶ)ように配置されている。
【0027】
チューブ押し込み部材10は、第1クランプ6に一体的かつ移動可能に設けられている。チューブ押し込み部材10は、第1クランプ6及び第2クランプ7と同様に鋸歯状で傾斜面15、16が形成された先端部分12(圧閉部材62、72に相当)を有するが、チューブ8、9を挟んで対峙して噛み合う圧閉部材61、71を持たない点で第1クランプ6及び第2クランプ7とは相違している。また、チューブ押し込み部材10の先端部分12は、第1クランプ6の圧閉部材62及び第2クランプ7の圧閉部材72に対応して同形状の鋸歯状とされているが、第1クランプ6の圧閉部材62より若干突出した位置に位置決めされている。
【0028】
チューブ押し込み部材10には、断面L字状の支持部材11がねじ止め固定されている。支持部材11は、下方側に突出する支持部材突出部14を有している。また、支持部材11には図示しないコ字状のスライダが付設されており、このスライダが図示を省略したレールに沿って摺動可能に構成されている。図示を省略したレールはレール支持部材(不図示)に固着されており、レール支持部材は蓋体24にねじ止めされている。このため、チューブ押し込み部材10は、第1クランプ6と一体化されると共に、第1クランプ6に対して相対移動が可能である。なお、チューブ押し込み部材10の先端部分12は、第1クランプ6の圧閉部材62より突出しているので、蓋体24が閉じられたときに第1クランプ6に先立ってチューブ8、9を押し込むこととなる。
【0029】
また、チューブ接合装置1は、図3に示すように、切断部としてのウエハ41を繰り出すウエハ繰出機構100を備えている。
【0030】
チューブ接合装置1のケーシングには固定部材94が立設されており、固定部材94には正逆転可能なパルスモータからなるウエハ送りモータ110がねじ止めされている。ウエハ送りモータ110の出力軸111にはギヤ112が固着されており、ギヤ114との間にタイミングベルト113が張架されている。ギヤ114は、チューブ8、9を切断可能なウエハ41を1枚ずつ繰り出すシャトルと称されるウエハ繰り出し部材115をその軸上に配したボールねじ116の軸上に配置されている。ウエハ繰り出し部材115の内部にはボールねじ116に係合する図示を省略したナットが設けられており、ウエハ送りモータ110を駆動源とするギヤ114の回転に伴って、ボールねじ116の回転によりウエハ繰り出し部材115はボールねじ116に沿って移動する。ウエハ繰り出し部材115の一側はロッド状のシャフト117に支持されており、ウエハ繰り出し部材115のウエハの繰り出し時の姿勢(動作)を安定させている。ウエハ繰り出し部材115の端部には、ウエハ41を複数枚(本例においては70枚)収蔵するウエハカセット120から、ウエハ繰り出し部材115の移動に伴ってウエハカセット120内のウエハ41を一枚ずつ繰り出す押し出し片118が付設されている。ウエハカセット120の一側には、ウエハカセット120が装着されていることを検出するためのウエハカセット検出センサ121が固設されている。
【0031】
ウエハカセット120の内部には図示しない圧縮バネがウエハ41を付勢するように配設されており、ウエハ繰り出し部材115の押し出し片118によりウエハ41が繰り出されると、隣接するウエハがウエハ繰り出し部材115側に順次対向することで、押し出し片118によるウエハ41の連続的な繰り出し動作が許容されている。なお、ウエハ繰り出し部材115は、ウエハ送りモータ110の逆転により、ウエハ41の繰り出し方向とは反対方向に移動可能である。
【0032】
ウエハ41は、自己発熱型の加熱切断板であり、例えば銅板等の金属板を2つ折りにし、その内面に絶縁層を介して所望パターンの発熱用の抵抗体が形成されており、該抵抗体の両端の端子44、45(図2参照)がそれぞれ金属板の一端部に形成された開口から露出した構造を有している。
【0033】
また、ウエハ送りモータ110の出力軸111の端部には、ギヤ112に隣接して複数のスリットを有しウエハ送りモータ110の回転に伴って回転する回転盤130が固設されている。回転盤130は、ウエハ繰り出し部材115の移動量を検出するためのものである。回転盤130の近傍には、ギヤ114の反対側に回転盤130を跨ぐように、回転盤130の回転量を検出する透過型センサ131が固定部材94にねじ止めされている。
【0034】
ボールねじ116を介してウエハカセット120の反対側には、ウエハ41の繰出開始位置に位置付けられたウエハ繰り出し部材115を検出する透過型センサ132と、ウエハ41の繰出終了位置に位置付けられたウエハ繰り出し部材115を検出する透過型センサ133とが所定距離離間して配設されており、ウエハ繰り出し部材115には、押し出し片118の反対側に略L字状の被検片119が付設されている。なお、上述した回転盤130と透過型センサ131とによるウエハ繰り出し部材115の移動量の検出は、透過型センサ132、133の両者位置間で行われるものである。
【0035】
ウエハ繰り出し部材115によって繰り出されたウエハ41は、ウエハカセット120からそのウエハ搬送経路の下流側に位置し、ウエハ41を保持するホルダとしてのウエハホルダ140内に位置付けられる。図4に示すように、本例では、ウエハホルダ140内に2枚のウエハ41の端面同士が当接するように保持される構成が採られており、ウエハカセット120から先に繰り出されたウエハ41aが新たに繰り出されたウエハ41bにウエハホルダ140内の搬送路105上で押動されることでウエハ41の供給が行われる。換言すれば、ウエハ41bがウエハ41aを前方に押進させ、ウエハ41aがウエハホルダ140内でチューブ8、9の切断動作を行う位置に位置付けられる。
【0036】
ウエハホルダ140の先方側に位置付けられたウエハ41aの端子44、45には、図示を省略したハーネスを介して突起状の電極部145、146により電源部(図8参照、24V電源)からウエハ41aの加熱用電力の給電がなされる。電極部145、146は、ウエハホルダ140に一体に取り付けられており、ウエハホルダ140の一側(図4紙面奥側)の壁面端部に対してウエハ41を介して対向するように配設されている。なお、後述するように、ウエハホルダ140はチューブ8、9を切断する際に上下動するため、ウエハホルダ140に一体に取り付けられた電極部145、146もウエハ41に対して加熱のための給電可能な構造とされている。
【0037】
電極部145、146による給電によりウエハ41の内部の抵抗体が発熱して、ウエハ41はチューブ8、9を溶融、切断可能な所定温度(例えば、260〜320°C程度)に加熱される。なお、本例では、後述するように、この所定温度を280°Cに設定している。また、ウエハ41は、1回のチューブの接合(接続)毎に使い捨てされるもの(シングルユース)であるのが好ましく、ウエハ繰出機構100は、ウエハホルダ140に装填されるウエハ41を、チューブ8、9を接合する毎に交換可能な構成を有している。
【0038】
ウエハホルダ140は、回転支持板184に取り付けられたホルダ用ヒータ144により加熱される(図3参照)。ヒータ144へは、電源部から電力が供給されるが、チューブ接合装置1に電源が投入されている間、ウエハホルダ140は常時加熱状態を維持している。ウエハホルダ140には、ウエハホルダ140の温度を検出するサーミスタ等のホルダ温度センサ508が埋設されており、ウエハホルダ140は所定温度(本例においては78°C)を保つように制御される。
【0039】
上述したように、ウエハ41は表面が銅板で覆われているため、その材料(銅)特性からウエハホルダ140内に挿入された時点でウエハホルダ140が保有する温度の影響を受け、挿入直後に所定温度(本例においては65°C)に達する。後述する制御部190は、ウエハホルダ140内にウエハ41が挿入された時を基点として、電極部145、146により通電されるウエハ41自体の温度が所定時間後に所定温度(本例においては280°C)に到達したと予測してウエハ41によるチューブの切断動作(ウエハホルダ140の上昇動作)に移行する。
【0040】
図3及び図5に示すように、チューブ接合装置1は、第1クランプ6、第2クランプ7を移動させると共に、ウエハホルダ140を移動(上下動)させる駆動伝達機構200を備えている。
【0041】
ウエハホルダ140の側方かつウエハ繰り出し部材115の下流側には、チューブ接合装置1のケーシングに固定された不図示のモータ固定部材に駆動伝達機構200の駆動源となる正逆転可能なパルスモータからなるカムモータ150がねじ止めされている。カムモータ150の出力軸151にはギヤ152が固着されており、ギヤ152にはギヤ153が噛合している。ギヤ153の同軸上にはギヤ154が固着されており、このギヤ154にギヤ155が噛合している。ギヤ155の回転中心には、ギヤ155に伝達された駆動力によりギヤ155と共に回転する駆動軸156が配設されている。この駆動軸156の軸上には、第1クランプ6の移動を規制するカム157、第2クランプの移動を規制するカム158及びウエハホルダ140の移動を規制するカム159がそれぞれ固設されている。従って、カムモータ150からの駆動力は駆動軸156に伝達され、カム157、158、159がそれぞれ回転駆動する。
【0042】
カム157の内部には溝161が形成されており、この溝161の縁面に係合するベアリング162が取付部材163を介して第1クランプ6を固定状態で支持する支持台164(図1も参照)に接続されている。このため、カム157の回転によりベアリング162がカム157内部の溝161の縁面に沿って摺動し、第1クランプ6が所定の方向(図3の矢印A方向)に移動することが可能となる。なお、支持台164の下方には、支持台164(第1クランプ6)が安定に移動するように案内するリニアガイド165が支持台164の底部に接触状態で配置されている。更に、支持台164の一端には、この支持台164を所定の方向に付勢するように圧縮バネ166が掛架されている。
【0043】
一方、カム158の表面には、この面に係合するベアリング172が取付部材173を介して第2クランプ7を固定状態で支持する支持台174に接続されている。このため、カム158の回転によりベアリング172がカム158の表面に沿って摺動し、第2クランプ7が所定の方向(図3の矢印B方向)に移動することが可能となる。なお、本例において、ベアリング172はカム158の側面に係合すると共に、ウエハホルダ140の移動を規制するカム159と一体的に形成された鍔部177の表面にも係合可能な構成となっている。なお、カム158の一部には、切欠部178(図17(C)、(D)参照)が形成されている。また、支持台174の下方には、支持台174(第2クランプ7)が安定して移動するように案内するリニアガイド175が支持台174の底部に接触状態で配置されている。更に、支持台174の一端には、この支持台174を所定の方向に付勢するように圧縮バネ176が掛架されている。
【0044】
また、ウエハホルダ140の底部には、ベアリング182(図4も参照)が取付部材183を介して取り付けられており、このベアリング182がカム159の回転に伴ってカム159の表面形状に沿って摺動することでウエハホルダ140が所定方向(上下方向)に移動可能に構成されている。すなわち、ウエハホルダ140に取り付けられた回動支持板184の突起部185に形成された穴部186に貫通するシャフト軸187を中心として、シャフト軸187と一体に回動することで、ウエハホルダ140は上下方向に揺動可能に構成されている。ウエハホルダ140は上部側には、先端に金属製のコロ147を有し斜設された突起部148が一体に形成されており(図4参照)、コロ147は支持部材突出部14(図2参照)に当接している。従って、カム159の表面形状の変化により、ウエハホルダ140が所定のタイミングで上昇(揺動)するときに、チューブ押し込み部材10(図2参照)は押し上げられることとなり、突起部148はチューブ押し込み部材10を退避位置に案内する。
【0045】
更に、駆動軸156には、カム157とギヤ155との間に切欠き198が形成された回転盤197が固設されている(図6も参照)。回転盤197の近傍には回転盤197を跨ぐように透過型センサ195、196が配設されている。回転盤197に形成された切欠き198を利用して、第1クランプ6及び第2クランプ7の位置検出が透過型センサ195及び196で行われる。すなわち、回転盤197は駆動軸156の回転に伴って所定方向に回転するが、透過型センサ195からの光線が切欠き198により透過された状態(図6(A)参照)のときに第1クランプ6及び第2クランプ7の初期位置とされている。つまり、透過型センサ195は、第1クランプ6及び第2クランプ7の初期位置検出センサとして使用される。また、透過型センサ196は、チューブ8、9の接合動作が終了したことを検出するセンサとして使用され、接合動作が終了したときに、切欠き198が透過型センサ196に対向する位置に位置付けられる(図6(B)参照)。
【0046】
図3に示すように、ウエハホルダ140の下流側には、使用済みウエハ41を案内するガイド141及び使用済みウエハ41を収容する廃棄ボックス142が配設されている。チューブ切断動作可能位置に位置付けられたウエハ41は、チューブ8、9の切断及び接合動作後に廃棄ボックス142に廃棄(収容)されるが、この廃棄動作も上述したようにウエハ41の端面同士の押動により行われ、使用済みウエハ41はガイド141に沿って案内され廃棄ボックス142へと落下収容される。廃棄ボックス142の側方には、受光素子と発光素子とが離間配置され、廃棄収容された使用済みウエハ41の満杯状態を検出する透過型のウエハ満杯センサ143が廃棄ボックス142の底部から所定高さの位置に配設されている。
【0047】
更に、チューブ接合装置1は、装置全体の動作制御を行うマイクロコンピュータ(以下、マイコンという。)からなる制御部190、オペレータに装置状態を表示するLCD表示部192、商業交流電源からパルスモータ等のアクチュエータ及び制御部190を駆動/作動可能な直流電源に変換する定電圧電源部(5V電源、24V電源)等を備えている。
【0048】
図7及び図8に示すように、制御部190は、出力値補正手段及び電力制御部の一部としての演算処理部及びA/D変換器としてのA/Dコンバータ210を含んで構成されている。すなわち、制御部190は、A/Dコンバータ210を内蔵したマイコンで構成されている。演算処理部は、中央演算装置として高速クロックで作動するCPU191(図3参照)、チューブ接合装置1の制御プログラム及び制御データが記憶されたROM、CPU191のワークエリアとして働くRAM及びこれらを接続する内部バスで構成されている。
【0049】
図7に示すように、制御部190には、外部バスが接続されている。外部バスには、停電時等に備えチューブの接合処理状態を記憶するための情報記憶部、第1クランプ6及び第2クランプ7の開閉状態やロック状態を検出すると共にこれらのクランプをロックするクランプ部、オペレータが切断、接合動作をチューブ接合装置1に指示するための接合スイッチ193(図3参照)を含むスイッチ入力部、ホルダ温度センサ508を有しウエハホルダ140を一定温度に保持するためにヒータ144のオン・オフを制御するホルダ温調制御部510、図示しない排煙ファンモータ及び冷却ファンモータを制御するファンモータ制御部、ウエハカセット120内のウエア41の有無や廃棄ボックス142内の使用済みウエアの満杯状態を検出するセンサ等を有するウエハカセット/廃棄制御部、チューブ接合装置1が配置される環境温度(室温)を監視する動作環境監視部、電極部145、146間に流れる電力を制御する電力制御部の一部としてのウエハ電力制御部530を含むウエハ定電力制御部520、ウエハ41の送り動作の制御を行うウエハ送り制御部、ウエハ41の初期位置を検出するウエハ位置検出センサやウエハ送りモータ110を回転駆動させるモータドライバを有するカム接合動作制御部、及び、LCD表示部192の操作や表示を制御するLCDドライバ等を有するメッセージ出力部が接続されている。なお、図7では、外部バスの記載を省略し制御部190とこれら各部とが直接接続された状態を示している。
【0050】
ここで、図8を参照して、A/D変換回路300、特に、ホルダ温度制御部510、ウエハ定電力制御部520、及び、A/Dコンバータ210の関係について詳述する。図8(A)は、ウエハ41の端子44、45にそれぞれ電極部145、146が接続された状態でのこれらの関係をブロック図で示したものであり、図8(B)はこのブロック図の具体的回路例(本例)である。なお、後述するように、A/Dコンバータ210には作動電源として5V電源から回路電源電圧Vccが加えられ、ウエハ41にはウエハ電力制御部530を介してウエハ電源電圧VDDとして24V電源から加熱用電力の電圧が加えられる。
【0051】
図8(B)に示すように、制御部190は、A/Dコンバータ210への入力として、回路電源電圧Vcc、基準電圧Vref、A/D入力電圧AN0〜AN4及びグランドGNDの各端子を有している。ウエハ電源電圧VDD(例えば、24V)の+側は、上述した電極部145を介してウエハ41の一端(端子44)に接続されている。端子44には、分圧手段の一部としての分圧抵抗R1の一端が接続されており、分圧抵抗R1の他端はA/D入力電圧(端子)AN0及び他端がGNDに接続された分圧手段の一部としての分圧抵抗R2の一端に接続されている。ウエハ41の他端(端子45)はA/D入力電圧(端子)AN1及び他端がウエハ電源電圧VDDの−側(GND)に接続された変換手段としてのウエハ電流検出用の抵抗Riの一端に接続されている。このため、A/D入力電圧(端子)AN0、AN1には、それぞれ、抵抗R1、R2で分圧されたウエハ電圧Vv、ウエハ41に流れる電流Iを抵抗Riで電圧に変換したウエハ電流モニタ電圧Viが入力される。従って、図8(A)に示すウエハ電圧モニタ回路は、抵抗R1、R2で構成され、ウエハ電流モニタ回路は抵抗Riで構成されている。
【0052】
本例では、ホルダ温度センサ508としてサーミスタRtを用いている。A/Dコンバータ210の回路電源電圧Vcc(例えば、5V±5%)の+側は、回路電源電圧(端子)Vcc、基準電圧(端子)Vrefに接続されていると共に、サーミスタRtの一端に接続されている。サーミスタRtの他端は、A/D入力電圧(端子)AN4及び他端が回路電源電圧の−側(GND)に接続された抵抗Rに接続されている。このため、A/D入力電圧(端子)AN4には、ホルダ温度(ウエハホルダ140の温度)に従うサーミスタRtの抵抗値を抵抗Rの両端電圧から検出するホルダ温度モニタ電圧Vhが入力される。従って、図8(A)に示すウエハホルダ温度モニタ回路は、抵抗Rで構成されている。
【0053】
また、A/D入力電圧(端子)AN2は、第2の基準電圧生成手段としての2.5Vシャントレギュレータ230の出力に接続されている。シャントレギュレータ230は、回路電源電圧Vccを電圧降下させ、高精度の基準電圧を生成する。本例では、A/D入力電圧(端子)AN2に、シャントレギュレータ230から2.5V±2%の電圧が入力される。なお、GND端子はGNDに接続されている。
【0054】
一般に、アナログ入力電圧をVa(V)、基準電圧をVref(V)としたときに、A/Dコンバータに10ビットのものを用いると、A/Dコンバータのデジタル変換値(デジタル出力電圧)Daは、下式(1)で与えられる。また、サーミスタRt、サーミスタRtと直列に接続された抵抗Rのそれぞれの抵抗値をRt、R(Ω)としたときに、ホルダ温度モニタ電圧Vh(V)は、下式(2)で与えられる。更に、分圧抵抗R1、R2の抵抗値をそれぞれR1、R2(Ω)とすると、ウエハ電圧Vvは、下式(3)で与えられる。また、ウエハ41に流れる電流の電流値をI(A)、抵抗Riの抵抗値をRi(Ω)とすると、ウエハ電流モニタ電圧Vi(V)は、下式(4)で与えられる。
【0055】
【数1】
【0056】
これらのアナログ電圧Vh、Vv、Viのデジタル変換値Dh、Dv、Diは、式(1)により、下式(5)〜(7)で与えられる。
【0057】
【数2】
【0058】
式(5)から、ホルダ温度モニタ電圧Vhのデジタル変換値Dhは、回路電源電圧Vcc及び基準電圧Vrefの精度に影響されることが判明する。また、式(6)、(7)から、ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Viのデジタル変換値Dv、Diは、基準電圧Vrefの精度に影響されることとなる。A/Dコンバータ210の基準電圧Vrefをウエハホルダ温度モニタ回路の回路電源電圧Vccと同一とする(基準電圧Vrefを回路電源電圧Vccに接続する)と、式(5)の回路電源電圧Vccと基準電圧Vrefとが打ち消され、電源電圧に依存しない高精度のデジタル変換値を得ることができる。しかしながら、式(6)及び式(7)の基準電圧Vref項には回路電源電圧Vccが代入されるため、ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Viのデジタル変換値Dv、Diは、回路電源電圧Vccの変動に影響され、回路電源電圧Vccの精度が、例えば±5%の場合には大きな誤差を生ずる。
【0059】
また、A/Dコンバータ210の基準電圧Vrefに、シャントレギュレータ230などで生成される、例えば公差±2%程度の高精度電源を接続すると、ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Viのデジタル変換値Dv、Diの精度は向上するが、回路電源電圧Vccの精度が例えば±5%の場合に、ホルダ温度モニタ電圧Vhのデジタル変換値Dhについては、回路電源電圧Vccの変動の影響を排除できない。
【0060】
チューブ接合装置1のチューブ切断・接合時のウエハ温度は、これらに起因して、所望の温度範囲から外れることとなる。この結果、チューブ8、9の融着力を低下させ、適正な温度でのチューブ8、9の切断・接合を確保できなくなる場合がある。本実施形態のチューブ接合装置1は、この問題を解決するため、上述したように、A/Dコンバータ210の基準電圧Vrefに回路電源電圧Vccを接続し、シャントレギュレータ230で基準電圧Vrefよりも低電圧かつ高精度の第2の基準電圧V2(例えば、2.5V±2%)を生成し、A/Dコンバータ210に入力している。第2の基準電圧V2のデジタル変換値D2は、下式(8)で与えられる。ここで、式(8)を下式(9)のように変形することで、デジタル変換値D2から回路電源電圧Vccの算出が可能となる。
【0061】
【数3】
【0062】
また、A/Dコンバータ210の基準電圧Vrefを回路電源電圧Vccと同一とすることで、式(5)〜(7)の基準電圧Vref項に式(9)で算出した回路電源電圧Vccを代入して、ホルダ温度モニタ電圧Vh、ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Viのデジタル変換値Dh、Dv、Diを高精度に算出することが可能となる。これらのデジタル変換値は、下式(10)〜(12)で与えられる。
【0063】
【数4】
【0064】
従って、本実施形態の制御部190、ホルダ温度制御部510及びウエハ定電力制御部520は、ホルダ温度モニタ電圧Vhのデジタル変換値Dhが回路電源電圧Vcc(例えば、5V±5%)に依存することはなく、高精度のデジタル変換値を得ることができる。ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Viのデジタル変換値Dv、Diは、高精度の第2の基準電圧V2(例えば、2.5V±2%)に依存するが、回路電源電圧Vccの5V±5%に依存することはなく、5%の精度のものが2%の精度になるため、2.5倍精度の高い(温度)制御が可能となる。
【0065】
次に、A/D変換回路300に関連して、ウエハ電力制御部530及びホルダ温度制御部510の電力制御について詳述する。
【0066】
一般に、ウエハの箇々の特性にはバラツキがあるので、ウエハの昇温にかかる時間を短くすると同時に、処理動作時(チューブ8、9の切断・接合動作時)のウエハの安定かつ正確な昇温を図るために、定電力(によるフィードバック)制御が採用される。熱量は電力に時間を乗じた値に比例するため、チューブ切断時のウエハ41の加熱温度を一様にするためには、ウエハ41への加熱時間を一定とした場合に、電力も一定とする必要がある。電力を一定とするためには、上述したように、A/Dコンバータ210の精度を高めることが必要である。しかしながら、主にA/Dコンバータ210の作動電圧(基準電圧)の電圧変動に起因して、ウエハ41への通電開始から所定時間経過時の温度特性にバラツキが生じる。
【0067】
本例では、ウエハ41の昇温時間を短くすると共に、ウエハ41への通電開始から所定時間経過時の温度特性のバラツキを防止するため、(1)ウエハ41への通電開始前に、ホルダ温度制御部510でヒータ144への電力供給を制御してウエハホルダ140を所定温度(例えば、78°C)に維持することでウエハ41を一定温度(例えば、65°C)とし、(2)ウエハ41への通電開始から一定時間経過時(例えば、通電開始から7.1秒経過時)まで、ウエハ電力制御部530によるウエハ41への供給電力制御により、所定時間経過時(例えば、通電開始から5.1秒経過時)のウエハ41の加熱温度を一定(例えば、280°C)とする制御を行う。
【0068】
図9に示すように、ウエハ41は、通電開始前のヒータ144によるウエハホルダ140の加熱により、約65°Cとなる。ホルダ温度制御部510は、上述したサーミスタRtによる温度検出によりウエハホルダ144の加熱温度が78°Cを維持するように、ヒータ144に対する通電のオン・オフ制御を行う。この通電制御は、チューブ接合装置1に電源が投入された時点で(厳密には後述する初期設定処理が終了後)開始される。
【0069】
また、図9に示すように、ウエハ電力制御部530の供給電力によりウエハ41の昇温特性は異なり、ウエハ41への通電開始から所定時間経過時のウエハ41の加熱温度にバラツキが生じる。ウエハ電力制御部530は、時刻1sで電源部(24V電源)からウエハ41へ通電を開始させ、所定時間経過時にウエハ41の温度が280°Cとなるように電源部の電力デューティ制御を行う。つまり、電力31Wでは時刻t1で、電力30Wでは時刻t2で、電力28Wでは時刻t3で、電力26Wでは時刻t4で、ウエハ41がチューブの切断動作(ウエハホルダの上昇動作)に移行可能な適正温度の280°Cに到達する。このため、ウエハ電力制御部530は、複数の電力下でウエハ41の温度制御が可能であるが、本例では、ウエハ電力制御部530の制御電力を28Wに設定している。なお、図9では、ウエハ電力制御部530の供給電力による違いを分かり易いように対比するために、ウエハ41への通電開始時間を、時刻1s(1秒)に合わせ込んで示している。従って、時刻0sがウエハホルダ144への加熱のための通電開始を表すものではない。
【0070】
ウエハ電力制御部530の制御電力を28Wに設定した場合には、時刻t3でチューブ切断動作に移行するが、これはウエハ41への通電開始より約5.1秒後(一定に設定)である。ウエハ電力制御部530は、チューブ切断動作移行後もウエハ41へ電力を供給する電源部の電力デューティ制御を維持し、チューブ切断動作開始後約2秒間行われるチューブ接合動作が完了するまでの一定時間(約7.1秒)の間、電源部に対して電力デューティ制御を行う。従って、ウエハ電力制御部530は、ウエハ41にバラツキがあっても、時刻t3でウエハ41の温度が280°Cとなるように電力デューティ制御を行うものである。換言すると、ウエハ電力制御部530は、時間の経過に伴って図9に示す特性曲線に沿うように電力制御をするものであり、電力供給中のある時刻で特性曲線に示す温度数値に近づける制御を行う。
【0071】
(動作)
次に、本実施形態のチューブ接合装置1の動作について制御部190のCPU191を主体として説明する。なお、制御部190に図示しないスイッチを介して電源が投入されると、CPU191は、ROMから制御プログラム、設定値及びルックアップテーブル等を読み出してRAMに展開する初期設定処理を行い、図11に示すように、ホルダ温度制御部510と共働してウエハホルダ140を一定温度(78°C)とするためにヒータ144を制御する温度制御ルーチンを実行する。
【0072】
この温度制御ルーチンでは、まず、ステップ702でA/Dコンバータ210から出力されたサーミスタRt(ホルダ温度センサ508)によるホルダ温度モニタ電圧Vhのデジタル変換値Dhを取り込み、ステップ704で、デジタル変換値Dhとウエハホルダ140の温度との関係を示したルックアップテーブルを参照して、デジタル変換値Dhから、補完法を用いてウエハホルダ140の温度を算出する。
【0073】
次のステップ706では、ウエハホルダ140の温度が目標温度(78°C)以上か否かを判断し、否定判断のときは、ステップ708において、ヒータ144への電源供給をオフ状態とするように、ホルダ温度制御部510に対する2値信号をローレベルとしてステップ702へ戻る。これにより、ホルダ温度制御部510はヒータ144への電源供給を停止させる。一方、ステップ706で肯定判断のときは、ステップ708において、ヒータ144への電源供給をオン状態とするように、ホルダ制御部510に対し2値ハイレベル信号を送出してステップ702へ戻る。これにより、ホルダ温度制御部510はヒータ144への電源供給を行う。従って、ウエハホルダ140は目標温度(78°C)に維持され、ウエハホルダ144に収容されているウエハ41は約65°Cの一定温度となる。なお、温度制御ルーチンは、制御部190への電源投入が停止されるまで継続して実行される。
【0074】
次に、CPU191は、チューブ8、9の切断・接合動作を適正に開始できるかを確認する切断・接合確認ルーチンを実行する。この切断・接合確認ルーチンでは、まず、図6(A)に示すように、透過型センサ195が切欠き198を検出したか否かを判断することにより、第1クランプ6及び第2クランプ7が初期位置(チューブ8、9を互いに平行に溝部22、23、32、33に保持可能な位置)に位置付けられているか否かを判定する。否定判断のときは、第1クランプ6及び第2クランプ7が初期位置になく正常な切断及び接合動作を確保できないので、LCD表示部192にリセットスイッチ(図7参照)を押下する必要がある旨を表示させる。リセットスイッチが押下されると、カム接合動作制御部を介してカムモータ150を駆動させ、第1クランプ6及び第2クランプ7を初期位置に位置付ける。一方、肯定判断のとき(又は、第1クランプ6及び第2クランプ7が初期位置に位置付けられたとき)は、ウエハ満杯センサ143からの信号により廃棄ボックス142が満杯かを判定する。肯定判定のときは、廃棄ボックス142に廃棄収容されたウエハ41が満杯のため、ウエハ繰出機構100によるウエハカセット120からのウエハ41の繰り出しが不能なため、LCD表示部192に廃棄ボックス142が満杯である旨を表示させ、ウエハ満杯センサ143からの信号による廃棄ボックス142の満杯の判定が否定されるまで待機する。否定判定のときは、チューブ8、9の正常な切断及び接合動作が可能なため、LCD表示部192にチューブ8、9のセットを促す旨を表示させ、接合スイッチ193が押下されるまで待機する。
【0075】
オペレータは、第1クランプ6の蓋体24及び第2クランプ7の蓋体34を開けて、溝22、23、32、33にチューブ8、9を装填する。第1クランプ6の蓋体24及び第2クランプ7の蓋体34のいずれか一方を開けると、第1クランプ6のシャフト19が第2クランプ7の長穴40に挿入されているため、他方の第1クランプ6の蓋体24又は第2クランプ7の蓋体34も連動して略同時に開かれる。該装填されたチューブ8、9に対して、第1クランプ6の蓋体24及び第2クランプ7の蓋体34を図2の矢印F方向に閉じる操作を行う(図12も参照)。第1クランプ6の蓋体24及び第2クランプ7の蓋体34のいずれか一方を閉じると、第1クランプ6のシャフト19が第2クランプ7の長穴40に挿入されているため、他方の第1クランプ6の蓋体24又は第2クランプ7の蓋体34も連動して略同時に閉じられる。なおも蓋体24及び蓋体34の閉じ操作を継続すると、チューブ押し込み部材10の先端部分12が最初にチューブ8、9に当接して、当接位置の第1の位置P1で平行(並列)状態に載置されたチューブ8、9を扁平状態に変形させる(図13(A)参照)。この時点で、チューブ8、9のチューブ押し込み部材10により押し込まれた部分に内在している血液は、図13(A)の矢印c乃至矢印d方向に排除されるように押し出される。
【0076】
引き続き、蓋体24(及び蓋体34)の閉じ動作を継続して、第1クランプ6の爪部材29を係止ローラ20に係止させ蓋体24が開かないようにロックがなされると、第1クランプ6が、第1の位置P1に隣接する第2の位置P2において、チューブ8、9を所定の押圧力で扁平状態に押圧保持する。このとき、第1クランプ6に接して配置されているチューブ押し込み部材10もまた、図示しないバネの付勢力により第1クランプ6同様にチューブ8、9を殆ど潰し込んだ状態(殆どチューブ内部に血液がない状態)で押圧している(図13(B)参照)。
【0077】
図15(A)は、溝22、23に装填されたチューブ8、9に対して第1クランプ6の蓋体24が閉じられ、チューブ押し込み部材10の先端部分12がチューブ8、9を扁平状態に押圧する直前の状態を示している。図15(B)に示すように、オペレータにより蓋体24の閉じ動作が継続されると、チューブ押し込み部材10の先端部分12はチューブ8、9を扁平状態に押圧する。このとき、第1クランプ6及び第2クランプ7によるチューブ8、9の押圧動作も連動、継続して行われる。
【0078】
また、第2クランプ7は、シャフト19の長穴40への挿入により第1クランプ6の動きに連動するため、第1クランプ6の蓋体24を閉じる動作と略同時に第2クランプ7の蓋体34も閉じる動作が行われ、第2クランプ7の爪部材39は、係止ローラ30に係止され、蓋体34が開かないようにロックがなされると、第1クランプ6と同様にチューブ押し込み部材10に接して配置されている第2クランプ7が、第1の位置P1に隣接する位置であって、第1の位置P1を挟んで第2の位置P2に対向する第3の位置P3において、チューブ8、9を所定の押圧力でチューブ8、9を殆ど潰し込んだ状態(殆どチューブ内部に血液がない状態)で扁平状態に押圧保持する。これにより、第1の位置P1を挟んで第2の位置P2から第3の位置P3に至るチューブ8、9内、換言すると、チューブ押し込み部材10を挟んで、第1クランプ6により押圧された箇所から第2クランプ7により押圧された箇所に相当するチューブ8、9内、の血液は殆ど排除された状態となり(図13(B)参照)、チューブ8、9の押圧保持動作が完了する。図17(A)、図18(A)は、この状態でのカム158及びカム157、159の動作状態を示している。
【0079】
オペレータが装置1の接合スイッチ193を押下すると、CPU191はスイッチ入力部を介して信号を取り込み、ウエハ繰出機構100によるウエハカセット120からのウエハ41の繰り出し動作を実行する。
【0080】
上述したように、ウエハ送りモータ110の回転駆動により移動するウエハ繰り出し部材115は、ウエハ繰出開始位置とウエハ繰出終了位置との間をウエハ送りモータ110の正逆転駆動により往復動する。このとき、CPU191は、パルスモータ110の正転駆動時におけるウエハ繰り出し部材115のウエハ繰出開始位置からウエハ繰出終了位置までの間を、パルスモータ110の回転駆動に直結している回転盤130の回転量から透過型センサ131により1パルス毎に検出している。つまり、CPU191は、ウエハ繰出開始位置に位置付けられたウエハ繰り出し部材115の被検片119を透過型センサ132により検出して、それを基点としてウエハ繰り出し部材115の移動量を回転盤130の回転量から透過型センサ131により検出することで、ウエハ繰り出し部材115がどの位置にあるかを把握している。
【0081】
CPU191は、ウエハ繰り出し部材115がウエハ繰出開始位置からウエハ繰出終了位置方向へ所定量(本例では30mm、図15の二点鎖線で示すウエハ繰り出し部材15参照)以上移動しているか否かを判断し、否定判断のときは、ウエハ繰り出し部材115の位置把握を続行する。なお、本例では、ウエハ41の繰り出しのためのウエハ繰り出し部材115の移動量は約55mmに設定されている。
【0082】
肯定判断のときは、予め設定されたパルス数と実際に検出されたパルス数とに所定パルス(例えば、20パルス)以上の差異が生じたか否か、すなわち、予め設定されたパルス数に比して実際に検出されたパルス数が20パルス以上少なく検出された否かを判断し、肯定判断ときはウエハ41の繰出不良と判定してリセットボタンが押下されるまで待機し、否定判断のときは繰出正常と判定する。
【0083】
CPU191は、ウエハ41の繰出不良と判定すると、ウエハ送りモータ110の駆動を停止して、LCD表示部192にエラー表示(ウエハ繰出不良)とウエハの除去を促す表示を行うと共に、カムモータ150を、一連のチューブ接合動作を行うときの正転駆動とは反対に所定量逆転駆動させ、カム158を所定の位置に位置付けることで、カム158に形成された切欠部178をベアリング172に対向させる(図17(C)参照)。これにより、ベアリング172は切欠部178に進入可能な状態、すなわち、第2クランプ7を図3の矢印Bの右方向(チューブ接合時の第2クランプ7の移動方向とは反対方向への移動が許容される方向)の退避位置への移動が許容される(本例では、約4mmの移動が許容されている)。このとき、回転盤197は透過型センサ195、196の両者が遮光された状態となる(図6(C)参照)。
【0084】
オペレータは、第2クランプ7を退避位置へ移動させることで、第1クランプ6との間に生じる空間部にアクセスして、ウエハ41の重送などによる繰出不良を起こしたウエハを取り除くことができ(図17(D)参照)、エラー解除動作を終了した後、リセットスイッチを押下することにより、CPU191はその信号を取り込み、モータ110、150を駆動して、各種の機構部を初期状態に復帰させる。
【0085】
CPU191は、繰出正常と判定すると、切断/接合処理ルーチンを実行する。切断/接合処理ルーチンでは、まず、予め設定され初期設定処理でROMからRAMに展開された初期値デューティD0をデューティDとし、ウエハ電力制御部530に報知する。この報知を受けたウエハ電力制御部530は、初期値デューティD0で電源部から定格28Wの電力をウエハ41に供給させる。これにより、ウエハ41への通電が開始される。次に、CPU191は、所定の時間(例えば、16.6ミリ秒)が経過したかを判断し、否定判断のときは、ウエハ定電力制御部520と共働して電源部(24V電源)の電力デューティ制御を行うための割込サブルーチンを実行し、肯定判断のときは、チューブ8、9の切断/接合処理を行うためのメインサブルーチンを実行する。従って、CPU191は、初期値デューティD0をウエハ電力制御部530に報知した後、時分割により、所定の時間毎に割込サブルーチンとメインサブルーチンとを実行する。
【0086】
図10に示すように、割込サブルーチンでは、ステップ606、608、610において、それぞれ、A/Dコンバータ210から、ウエハ電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Vi、第2の基準電圧V2のデジタル変換値Dv、Di、D2を取り込む。次いでステップ612で補正式V=14.25×Dv/D2によりデューティ演算用の電圧値Vを算出し、ステップ614で補正式I=4.965×Di/D2によりデューティ演算用の電流値Iを算出する。次のステップ616では、ステップ612、614で算出した電圧値V、電流値Iを用いて、(デューティD1)=(定格電力のデジタル値P)/(電圧値V×I)を算出し、ステップ618において、ステップ616で算出したデューティD1をデューティDとして、ウエハ電力制御部530に報知する。この報知を受けたウエハ電力制御部530は、デューティD1で電源部から定格28Wの電力をウエハ41に供給させる。次にステップ620において、内部時計により、ウエハ41への通電開始(上述した時刻s0)から一定時間(本例では7.1秒)が経過したか否かを判断し、否定判断のときはステップ606へ戻り、肯定判断のときは割込サブルーチンを終了する。これにより、電源部からウエハ41に供給される電力デューティDは割込時間(本例では16.6ミリ秒)毎に変化し、ウエハ41は図9に示した28W特性曲線に従って昇温する。
【0087】
一方、メインサブルーチンでは、上述したように、ウエハ41の通電開始からから所定時間(本例では5.1秒)が経過したか否かを判断することで、ウエハ41がチューブ8、9を溶断可能な所定温度(280°C)に到達したかを判定し、否定判断のときは所定時間が経過する間で待機し、肯定判断のときはカムモータ150を駆動させる。これにより、カム158及びカム157、159が所定方向に回転し始めるが、カム158は図17(A)に示した状態を所定時間維持している。この間、ウエハホルダ140はカム159の回転により揺動して第1クランプ6及び第2クランプ7の間で所定距離上昇する(図18(B)参照)。この上昇動作によりコロ147も上昇し、コロ147に当接する支持部材突出部14も上昇する。
【0088】
図14(A)に示すように、ウエハホルダ140の一部を形成し先端にコロ147を有する突起部148が第1の位置P1でチューブ8、9を押圧していたチューブ押し込み部材10の一部を押し上げると共に、ウエハ41が第1の位置P1と第2の位置P2との間(第1クランプ6と第2クランプ7との間)に進出して、ウエハホルダ140に保持され加熱されたウエハ41が2本のチューブ8、9を溶断する。このとき、チューブ押し込み部材10はウエハ41に対して退避位置に位置付けられた状態となる(図15(C)も参照)。この状態で、カム157は図18(A)に示した状態から回転するが(図18(B)参照)、第1クランプ6(支持台164)は図17(A)に示した第2クランプ7(支持台174)同様に不動である。
【0089】
CPU191は、なおもカムモータ150の駆動を続行するが、ウエハホルダ140は、図18(B)に示す状態を維持しながらも、第1クランプ6(支持台164)はカム157の回転により図18(C)の左側の図の矢印a方向(図3の矢印Aの上側に向かう方向、図19の矢印X方向)に所定距離(8mm)移動する。この時点で切断されたチューブの相対位置が変化して、接合される端部同士が対向することになる。このとき、図19に示すように、チューブ8、9を切断したウエハ41は、その切断位置に保持されて不動の状態をなしている。この際に、第1クランプ6のシャフト19は、第2クランプ7の長穴40に挿入された状態で、長穴40内を移動する。
【0090】
続いて、カム159の回転に伴ってウエハホルダ140は揺動して下降するが(図18(C)参照)、チューブ押し込み部材10は、上述した退避位置に保持された状態を維持する(図14(B)参照)。一方、カム158に隣接するベアリング172が鍔部177の形状に沿って摺動することで、第2クランプ7(支持台174)は図17(B)の矢印b方向(図3の矢印Bの左側に向かう方向、図14(C)の矢印Y方向)に所定距離(0.6mm)移動する。CPU191は、図6(B)に示すように、切欠き198が透過型センサ196に対向する位置に位置付けられ、所期の状態(第1クランプ6と第2クランプ7とがずれた状態に位置付けられた状態)を確認しカムモータ150の駆動を停止させる。そして、LCD表示部192にチューブ8、9の接合処理の完了を表示させて、切断/接合ルーチンを終了する。
【0091】
オペレータは、接合処理が完了したチューブを装置本体から取り除くために蓋体24、34の先端側に位置する板片28、38のいずれか一方を持ち上げて、係止機構26(又は36)による爪部材29(又は39)の係止ローラ20(又は30)に対する係止を解除すると、図2に示すように、蓋体24(又は30)は開放状態となる。このとき、蓋体24及び蓋体34は、相対位置が変化した状態であるが、シャフト19が長穴40に挿入されているため、蓋体24(又は34)を持ち上げると、蓋体34(又は24)も連動して略同時に持ち上げられる。なお、蓋体24(又は34)の開放動作に連動して、チューブ押し込み部材10によるチューブ8、9の押し込みも解除される。
【0092】
(作用等)
次に、本実施形態のチューブ接合装置1の作用等について説明する。
【0093】
本実施形態のチューブ接合装置1では、作動電源を基準電圧(5V±5%)とし式(5)〜(7)に示した従来のA/Dコンバータに代えて、演算制御部で式(10)〜(12)によりシャントレギュレータ230で生成された高精度基準電圧(2.5V±2%)のデジタル値を基準にウエハ電源電圧Vv、ウエハ電流モニタ電圧Vi、ホルダ温度モニタ電圧Vhのデジタル値Dv、Di、Dhを算出(演算)するので、従来のA/Dコンバータに比べ、高精度のデジタル変換値を得ることができる。従って、演算処理部は、回路電源電圧Vccに変動があっても、計測対象のウエハ41に流れる電流及びウエハ41に加わる電圧(ステップ606、608参照)、並びに、ウエハホルダ140に埋設されたサーミスタの電圧(温度、ステップ702、704参照)を正確に把握することができる。
【0094】
また、本実施形態のチューブ接合装置1では、演算処理部により高精度のデジタル値Dv、Diで算出(演算)されるデューティD1でウエハ電力制御部530が24V電源からウエハ41に供給する電力をデューティ制御する(ステップ612〜618参照)ので、ウエハ41は図9に示した28W特性曲線に従って温度が上昇し、通電開始から所定時間(5.1秒)経過時のウエハ41の温度を一定の280°Cに確保することができる。また、演算処理部により高精度のデジタル値Dhによりヒータ144をオン・オフ制御し(ステップ708、710参照)、ウエハホルダ140の温度を一定(78°C)としウエハ41を約65°Cの一定温度に予備加熱するので、通電開始から一定温度(280°C)となるまでの所定時間を短くすることができる。
【0095】
このため、本実施形態のチューブ接合装置1によれば、チューブ8、9の切断・接合動作を短時間(ウエハ41を予備加熱)かつ確実(ウエハ41が所定時間後に一定温度に到達)に行うことができる。また、図8に示したように、A/D変換回路300は、高精度の割には比較的簡単乃至単純であり、他の高精度デジタル変換値を得る技術に比べ、低コストでA/D変換回路を構成することができる。
【0096】
なお、本実施形態では、電圧、電力、時間等を具体的に例示したが、本発明はこれらに限定されないことは云うまでもない。また、A/Dコンバータ210に10ビットのものを例示したが、式(1)〜(12)はA/Dコンバータのビット数に応じて変更可能であり、本発明は例示した式やビット数のものに制限されないことも論を待たない。
【0097】
また、本実施形態では、分圧手段として分圧抵抗R1、R2を例示したが、中間タップのある1個の分圧抵抗や2個以上の分圧抵抗を用いてウエハ41に流れる電流を分圧するようにしてもよく、また、分圧手段には、OPアンプや抵抗で構成される差動増幅回路等を用いるようにしてもよい。更に、本実施形態では、変換手段に抵抗Riを例示したが、本発明はこれに限らず、例えば、ホール素子等を用いるようにしてもよい。更に、本実施形態では、高精度電圧生成手段にシャントレギュレータ230を例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、シリーズレギュレータやスイッチングレギュレータ等のDC−DCコンバータを用いるようにしてもよい。
【0098】
そして、本実施形態では、発明の把握が容易なように、ステップ704、706(図11参照)でデジタル値Dhを更にテーブルで温度変換する例を示したが、デジタル値Dhをそのまま用いてヒータ144のオン・オフ制御をするようにしてもよい。また、本実施形態では、ウエハ41の電力制御を制御部190の演算処理部及びウエハ電力制御部530で分担し、ウエハホルダ140のオン・オフ制御を演算処理部及びホルダ温調制御部510で分担する例を示したが、これらの制御を、演算処理部を介さず、ウエハ電力制御部530やホルダ温調制御部510が実行するようにしてもよい。
【0099】
以上説明したように、本発明によれば、出力値補正手段によりA/D変換器で変換された第3のデジタル信号に基づいて第2のデジタル信号の出力値が補正され、電力制御部によりA/D変換回路から補正されて出力されたデジタル信号に応じて切断部への加熱用電力が定電力制御されるので、A/D変換回路は作動電圧と同一の基準電圧を基準とした場合に比べ高精度に第2のデジタル信号の補正ができ、電力制御部は切断部への加熱用電力を高精度で定電力制御することができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な実施形態のチューブ接合装置の外観斜視図である。
【図2】実施形態のチューブ接合装置のクランプを示す斜視図である。
【図3】チューブ接合装置の一部破断平面図である。
【図4】ウエハホルダの拡大側面図である。
【図5】駆動伝達機構の拡大平面図である。
【図6】駆動軸に固着された回転盤及び透過型センサを示す側面図である。
【図7】制御部及び制御系各部の概略ブロック図である。
【図8】A/D変換回路を示し、(A)はブロック図、(B)は回路図である。
【図9】横軸を時間、縦軸を温度としたときのウエハへ供給される電力の時間温度特性線図である。
【図10】制御部のCPUが実行する切断/接合処理ルーチンの割込サブルーチンのフローチャートである。
【図11】制御部のCPUが実行する温度制御ルーチンのフローチャートである。
【図12】チューブ接合装置の主要部の動作その1を示す説明図であり、第1クランプ及び第2クランプの蓋体を閉じ始めた状態を模式的に示す正面図である。
【図13】チューブ接合装置の主要部の動作を模式的に示す正面図であり、(A)は動作その2、(B)は動作その3を示す。
【図14】チューブ接合装置の主要部の動作を模式的に示す正面図であり、(A)は動作その4、(B)は動作その5、(C)は動作その6を示す。
【図15】チューブ押し込み部材の退避動作を示す側面図であり、(A)はチューブ押し込み部材の先端部分がチューブを扁平状態に押圧する直前の状態を示し、(B)はチューブ押し込み部材の先端部分がチューブを扁平状態に押圧した状態を示し、(C)はウエハが扁平状態に保持されたチューブを切断する状態を示す。
【図16】ウエハを保持した保持部材を下降させてウエハを切断位置から退避させる状態を示す側面図である。
【図17】第2クランプの移動を規制するカムの近傍の拡大平面図であり、(A)は初期状態、(B)は接合動作完了状態、(C)切欠部がベアリングに対向した状態、(D)は第2クランプを退避位置へ移動させた状態を示す。
【図18】第1クランプの移動を規制するカム及びウエハホルダの移動を規制するカムの側面図であり、(A)は初期状態、(B)は切断動作状態、(C)は切断終了乃至接合開始状態を示す。
【図19】チューブ接合処理でのチューブ接合装置の主要部の動作を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 チューブ接合装置
6 第1クランプ(保持部)
7 第2クランプ(保持部)
8 チューブ
9 チューブ
41 ウエハ(切断部の一部、加熱素子)
140 ウエハホルダ(ホルダ)
144 ホルダ用ヒータ(ヒータ)
150 カムモータ(保持部移動ユニットの一部)
191 CPU(出力値補正手段、電力制御部の一部)
200 駆動伝達機構(保持部移動ユニットの一部)
210 A/Dコンバータ(A/D変換器)
220 5V電源(作動電圧)
230 シャントレギュレータ(第1の基準電圧生成手段)
240 24V電源
300 A/D変換回路
508 ホルダ温度センサ(温度センサ)
530 ウエハ電力制御部(電力制御部の一部)
R1、R2 分圧抵抗(分圧手段)
Ri 抵抗(変換手段)
Claims (11)
- 少なくとも2本の可撓性チューブを保持する保持部と、
前記保持部に保持されたチューブを加熱状態で切断する切断部と、
前記切断されたチューブの位置を相対的に変化させて、接合される端部同士が密着するように前記保持部を移動させる保持部移動ユニットと、
所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動する第1のアナログ信号と、所定の電源電圧の変動に応じてその出力値が変動しない第2のアナログ信号とが入力され、該入力されたアナログ電圧を夫々第1のデジタル信号と第2のデジタル信号に変換して出力するA/D変換器と、前記A/D変換器の作動電圧から基準電圧を生成する第1の基準電圧生成手段と、前記A/D変換器の第2の基準電圧であって前記第1の基準電圧生成手段が生成する電圧より低電圧かつ高精度の電圧を生成する第2の基準電圧生成手段と、前記第2のデジタル信号の出力値を補正する出力値補正手段とを有するA/D変換回路と、
前記A/D変換回路からの出力に応じて前記切断部への加熱用電力を定電力制御する電力制御部と、
を備え、
前記A/D変換器は、該A/D変換器の作動電圧を第3のデジタル信号に変換し、前記出力値補正手段は、前記A/D変換器で変換された第3のデジタル信号の出力値に基づいて前記第2のデジタル信号の出力値を補正することを特徴とするチューブ接合装置。 - 前記切断部は加熱素子を有しており、前記第2のアナログ信号は、前記加熱素子に印加された電圧と、前記加熱素子に流れる電流とを表す少なくとも2種の信号からなることを特徴とする請求項1に記載のチューブ接合装置。
- 前記切断部は加熱素子を有し、前記加熱素子を保持するホルダを更に備えており、前記第1のアナログ信号は、前記ホルダの温度を表す信号であることを特徴とする請求項1に記載のチューブ接合装置。
- 前記出力値補正手段は、前記第3のデジタル信号の出力値から前記所定の電源電圧の出力値を算出し、この電源電圧の出力値に基づき前記第2のデジタル信号の出力値を補正することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のチューブ接合装置。
- 前記第2の基準電圧生成手段が、シャントレギュレータであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のチューブ接合装置。
- 前記シャントレギュレータは、前記第1の基準電圧生成手段で生成された電圧から前記低電圧かつ高精度の電圧を生成することを特徴とする請求項5に記載のチューブ接合装置。
- 前記A/D変換回路は、前記電力制御部により前記切断部に給電される加熱用電力の電圧を分圧する分圧手段を有すると共に、前記A/D変換器は前記分圧手段で分圧された電圧を前記第2のアナログ信号として前記第2のデジタル信号に変換することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のチューブ接合装置。
- 前記A/D変換回路は、前記電力制御部により前記切断部に給電される加熱用電力の電流を電圧に変換する変換手段を有すると共に、前記A/D変換器は前記変換手段で変換された電圧を前記第2のアナログ信号として前記第2のデジタル信号に変換することを特徴とする請求項7に記載のチューブ接合装置。
- 前記電力制御部は、前記A/D変換回路から出力された第2のデジタル信号に応じて前記切断部への加熱用電力をデューティ制御することを特徴とする請求項1に記載のチューブ接合装置。
- 前記切断部は加熱素子を有しており、前記加熱素子を保持するホルダと、このホルダを所定温度に加熱するヒータと、前記ホルダの温度を検出する温度センサとを更に備えたことを特徴とする請求項1に記載のチューブ接合装置。
- 前記加熱素子及び前記ヒータには、前記A/D変換器の作動電圧より高電圧の電力が供給され、前記温度センサには、前記A/D変換器の作動電圧が引加されることを特徴とする請求項10に記載のチューブ接合装置。
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