JP4135566B2 - キャップ装着装置およびキャップ装着方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を収容する容器にキャップを装着するキャップ装着装置およびキャップ装着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物質の生化学的反応などの試験を系統的に行う際に用いられる装置として、分注装置が知られている。この分注装置では、試薬や検体などの液体収容用のウェルが規則配列で設けられたマイクロタイタープレートや、小型の試験管形状のチューブを対象として、液体の分注操作が行われる。チューブを用いる場合には、使用される分注装置の分注ティップの配列に対応して製作されたチューブラックに縦姿勢で保持させ、上面の開口部から液体の注入や取り出しが行われる。
【０００３】
そしてチューブを対象として分注を行った後、液体を外部雰囲気と遮断するなどの目的でチューブを閉塞する必要がある場合には、チューブの開口部にキャップが装着される（例えば特許文献１参照）。キャップとしては樹脂をチューブの開口部に嵌合する嵌合部を有する形状に成形したものが用いられ、このキャップをチューブに装着する際には、キャップの上面を保持具に保持させた状態で、キャップの嵌合部を開口部内に上方から押し込む作業が行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８１４４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のチューブへのキャップ装着作業においては、次のような不具合が発生していた。キャップはチューブを閉塞して密閉する目的で装着されることから、嵌合部と開口部との嵌め合い部は気密状態になるように設定されている。このためキャップの嵌合部を開口部内に押し込む際には、嵌合部が押し込まれた容積分だけチューブ内の空気が圧縮され、内部に閉じ込められた空気の圧力が上昇する。そしてこの圧力上昇によってキャップに作用する力がキャップの嵌合部とチューブの開口部との係止力よりも大きい場合には、キャップ装着後にキャップが押し上げられてチューブから離脱する場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができるキャップ装着装置およびキャップ装着方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のキャップ装着装置は、容器の上面に開口した開口部にキャップを装着するキャップ装着装置であって、容器を縦横複数個並べて収納する容器ラックを保持する容器ラック保持部と、キャップを上面側より保持する複数の保持具と、前記複数の保持部と前記容器ラック保持部を相対的に水平移動させてこの保持具に保持されたキャップと前記容器の前記開口部とを位置合わせする水平移動機構を備えた位置合わせ機構と、前記保持具を前記容器に対して昇降させる保持具昇降機構と、前記保持具昇降機構により昇降する昇降フレームと、前記昇降フレームに水平方向の回動軸廻りに回動自在に取り付けられ、前記複数の保持具を容器に向かって進退自在に装着するとともに各々の保持具を前記容器側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えた回動部材と、この回動部材を回動させる駆動手段を備えた保持具傾斜機構と、前記保持具に保持されたキャップの姿勢を前記開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを前記開口部の縁部に接触させ、その後前記保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平にするとともに前記開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うために、前記位置合わせ機構、前記保持具傾斜機構及び前記保持具昇降機構を制御する制御手段とを備え、前記キャップの装着動作を行う際に前記保持具が前記弾性部材の押圧荷重でキャップに対して押圧されるようにした。
【０００８】
請求項２記載のキャップ装着装置は、請求項１記載のキャップ装着装置であって、キャップを前記保持具に供給するキャップ供給手段を備えた。
【００１２】
請求項３記載のキャップ装着装置は、請求項１または２記載のキャップ装着装置であって、前記複数の保持具は前記容器ラックの１つの列に並んだ複数の容器と対応する数および位置関係で前記回動部材に取り付けられている。
【００１３】
請求項４記載のキャップ装着装置は、請求項１乃至３の何れかに記載のキャップ装着装置であって、前記各複数の保持具に、キャップを真空吸引によって吸着保持するための吸引孔が形成されており、それぞれの保持具毎に真空吸引のオン・オフを制御する真空吸引制御手段を備えている。
【００１８】
本発明によれば、保持具に保持されたキャップの姿勢を容器の開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを開口部の縁部に接触させ、その後保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平するとともに開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うことにより、キャップ挿入時にチューブ内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができ、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置が組み込まれた分注システムの平面図、図２は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるチューブ、キャップおよび容器ラックの斜視図、図３は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるキャップ保持シートの斜視図、図４は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の平面図、図５は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置のキャップ供給手段の断面図、図６は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ分離動作の説明図、図７は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着機構の正面図、図８は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの側断面図、図９は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの動作説明図、図１０は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し機構の正面図、図１１は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外しヘッドの側断面図、図１２は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の制御系の構成を示すブロック図、図１３は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着動作の説明図、図１４は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し動作の説明図である。
【００２０】
まず図１を参照して、分注システムについて説明する。この分注システムは、創薬スクリーニング作業などで行われる各種の試験において試薬や検体などの液体の分注操作を行う分注装置１２に、キャップ装着・取り外し装置１を組み合わせて構成されている。キャップ装着・取り外し装置１は、試験において液体を小分けして収容する容器として使用される小型試験管形状のチューブに樹脂製のキャップを自動的に装着するキャップ装着装置と、チューブに装着されたキャップを自動的に取り外すキャップ取り外し装置を、１つの装置に組み込んだ構成となっている。
【００２１】
キャップ装着・取り外し装置１は、基台１ａ上に、キャップの装着・取外しをそれぞれ行うキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３および個片のキャップをキャップ装着機構２に供給するキャップ供給手段を配設し、これら各部を後述する搬送機構を介して連結した構成となっている。作業対象のチューブは、分注装置１２との間で受け渡しが可能となっている。
【００２２】
まずキャップ供給手段について説明する。キャップ供給手段は、シート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９、キャップ移送テーブル１０、シート移載機構１１より構成されている。シート収納部７は、キャップを平面規則配列で保持するキャップ保持シート２０（図４参照）を収納する。キャップ分離部９（キャップ分離機構）は、シート収納部７から取り出されたキャップ保持シート２０から、個片のキャップを分離する。キャップ保持シート２０からキャップが分離された後の空シートは、シート回収箱８に回収される。
【００２３】
シート移載機構１１はシート収納部７からキャップ保持シート２０を取り出し、キャップ分離部９に移載する。キャップ移送テーブル１０（キャップ移送機構）は、キャップ保持シート２０から分離されたキャップを、キャップ装着機構２への受け渡し位置として設定されたキャップ吸着位置（所定位置）に移送する。
【００２４】
キャップ装着機構２は、上述のキャップ吸着位置からキャップ保持専用の保持具によってキャップを保持して、容器ラック６（図３参照）に縦横複数並べて保持されたチューブの開口部に装着する。キャップ取り外し機構３は、チューブの開口部に装着されたキャップを取り外す。キャップ装着機構２およびキャップ取り外し機構３は容器ラック搬送機構４に沿って配置されており、容器ラック搬送機構４はチューブを縦横複数列並べて収納する容器ラック６を載置した容器ラック保持部５を搬送する。
【００２５】
容器ラック保持部５が容器ラック搬送機構４の端部まで移動した状態では、容器ラック保持部５に保持された容器ラック６は、分注装置１２内に設定された受け渡し位置１２ｂに位置する。容器ラック搬送機構４は、容器ラック６を分注装置１２との間で受け渡す容器ラック受け渡し位置１２ｂおよびキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３の間で移動させる容器ラック移動手段となっている。
【００２６】
容器ラック６は分注装置１２に設けられた容器移載ヘッド１５によって取り出され、分注装置１２に付設された容器ストック部１３にマイクロプレート１４とともに収納される。分注装置１２のベース部１２ａ上には分注エリア１２ｃが設けられており、分注ヘッド１６によって行われる分注操作に際しては、容器ストック部１３から容器ラック６やマイクロプレート１４が容器移載ヘッド１５によって取り出され、分注エリア１２ｃに搬送される。この分注操作においてチューブへのキャップの装着や、チューブからのキャップの取り外しが必要となる度に、容器ラック６はキャップ装着・取り外し装置１と分注装置１２との間を、受渡し位置１２ｂを介して往復する。
【００２７】
次に図２、図３を参照して、分注装置１２による分注操作に使用されるチューブ２７およびキャップ装着・取り外し装置１によってチューブ２７に着脱されるキャップ２８について説明する。図２（ａ）に示すように、容器ラック６にはチューブ２７を縦横複数並べて保持するための凹部６ａが格子状の平面規則配列で設けられており、凹部６ａにはチューブ２７が直立姿勢で挿入され保持される。容器ラック６におけるチューブ２７の配列は、マイクロプレート１４のウェル配列と一致しており、同一の分注ヘッド１６を使用して容器ラック６に保持されたチューブ２７，マイクロプレート１４のいずれをも対象として分注操作が行えるようになっている。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、チューブ２７は透明樹脂を上部が開口した試験管形状に成形した樹脂部品であり、開口部２７ａには必要に応じてキャップ２８が装着される。キャップ２８は上面中央に凹部２８ａが設けられ、上縁部に鍔部２８ｂが張り出した形状の樹脂製の栓部材である。キャップ２８の下部は鍔部２８ｂよりも径寸法が小さい円柱状の嵌合部２８ｃとなっている。
【００２９】
キャップ２８のチューブ２７への装着に際しては、嵌合部２８ｃを開口部２７ａ内に設けられた段付部２７ｂに圧入する。凹部２８ａには内径が中間部分よりも外側に拡がった底部２８ｄが設けられており、後述するキャップ取外し動作において、係合具の先端部を凹部２８ａ内に挿入して底部２８ｄに嵌り込ませることにより、キャップ２８を係合具に係合させることができるようになっている。すなわち、キャップ２８ａに設けられた凹部２８ａは、キャップ２８を係合具によって係合するための被係合部となっている。
【００３０】
図３はキャップ２８を保持するキャップ保持シート２０を示している。キャップ２８は、屈曲自在な樹脂製のシート２０ａに凹部２８ａを上向きにした姿勢で保持されており、容器ラック６における凹部６ａの配列と同一配列でシート２０ａに設けられた保持孔２０ｂに、鍔部２８ｂを係止させて挿入されている（図６（ａ）参照）。
【００３１】
次に図４および各図を参照して、キャップ装着・取り外し装置１の各部の詳細構造を説明する。まず、キャップ２８をキャップ装着機構２に供給するキャップ供給手段について、図４，図５を参照して説明する。図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を示しており、シート収納部７に設けられた保持枠７ａ内には、キャップ保持シート２０が積層状態で収納されている。キャップ保持シート２０はリフタ機構２１上に載置されており、リフタ機構２１を駆動することによりキャップ保持シート２０は順次保持枠７ａ内で押し上げられる。
【００３２】
保持枠７ａ内に積層され、上端の取り出し高さまで押し上げられた最上段のキャップ保持シート２０は、シート移載ヘッド２２によって取り出される。取り出されたシート移載ヘッド２２は、シート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９に沿ってＸ方向に配設されたシート移載機構１１（図４参照）によって、キャップ分離部９まで移動する。
【００３３】
図４に示すように、シート移載機構１１は、シート移載ヘッド移動テーブル１１ａをブラケット１１ｂによって水平に保持した構成となっており、シート移載ヘッド移動テーブル１１ａには、第１のモータ１７、送りねじ１７ａ、ナット１７ｂより成る直動機構が配設されている。シート移載ヘッド２２はこの直動機構によってシート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９の上方を往復動し、シート収納部７から取り出したキャップ保持シート２０をキャップ分離部９に移載する。
【００３４】
図５に示すように、キャップ分離部９に移載されたキャップ保持シート２０はキャップ分離プレート２３上に載置され、ここでキャップ保持シート２０からキャップ２８を分離するキャップ分離動作が、キャップ分離機構２４によって行われる。キャップ分離機構２４は、昇降機構２６によって昇降する押し抜きヘッド２５を備えており、押し抜きヘッド２５には複数の押し抜きシャフト２５ａが、キャップ保持シート２０における保持孔２０ｂの一列の配列ピッチに対応したピッチで下方に延出して設けられている。
【００３５】
キャップ分離プレート２３の下方にはキャップ移送テーブル１０が配設されている。キャップ移送テーブル１０は、搬送面を振動させることにより部品を搬送する振動フィーダであり、キャップ分離部９においてキャップ保持シート２０から分離されたキャップ２８を振動によりＹ方向に移動させ、キャップ装着機構２まで搬送する。
【００３６】
図６を参照してキャップ分離動作について説明する。図６（ａ）に示すように、シート移載ヘッド２２によって搬送されたキャップ保持シート２０は、各キャップ２８が分離孔２３ａに一致するようにキャップ分離プレート２３に対して位置合わせされる。次いで図６（ｂ）に示すように、シート２０ａをキャップ分離プレート２３の上面に当接させてキャップ保持シート２０を載置する。
【００３７】
そして押し抜きヘッド２５を下降させて、図６（ｃ）に示すように、押し抜きシャフト２５ａを凹部２８ａ内に挿入することにより、キャップ２８を保持孔２０ｂから押し抜く。これによりキャップ２８は分離孔２３ａを介してキャップ保持シート２０から下方に分離し、キャップ移送テーブル１０に設けられた搬送溝１０ａ内に移動する。そして搬送溝１０ａ内に移動したキャップ２８は、キャップ移送テーブル１０によってキャップ装着機構２の保持具によるキャップ吸着位置１０ｂ（図８参照）まで搬送される。
【００３８】
次にキャップ装着機構２の構造を説明する。図４において、キャップ移送テーブル１０は容器ラック搬送機構４まで延出して設けられており、キャップ移送テーブル１０のＸ方向位置に合わせてキャップ装着機構２が配設されている。キャップ装着機構２は、キャップ装着ヘッド３３をフレーム２ａにスライド自在に保持させ、第２のモータ３０、送りねじ３１ａ、ナット部材３１ｂより成る直動機構によって、キャップ装着ヘッド３３をＹ方向に移動させる構成となっている。
【００３９】
次に図７，図８，図９を参照して、キャップ装着ヘッド３３の構造および機能を説明する。キャップ装着ヘッド３３は、キャップ２８を上面側より保持する保持具４３にキャップ装着動作を行わせることにより、チューブ２７へのキャップ装着を自動的に行う。キャップ装着動作は、保持具４３の昇降と傾斜を組み合わせた所定パターンの動作であり、このためキャップ装着ヘッド３３は、以下に説明するように、保持具４３を昇降させる保持具昇降機構と、保持具４３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する保持具傾斜機構とを備えている。
【００４０】
図７に示すように、フレーム２ａの下面にＹ方向に固着されたガイドレール３２ａには、スライダ３２ｂがスライド自在に装着されており、スライダ３２ｂはキャップ装着ヘッド３３の移動フレーム３３ａに結合されている。第２のモータ３０を駆動することにより、キャップ装着ヘッド３３はＹ方向に往復動する。
【００４１】
図８に示すように、フレーム３３ａにはガイドレール３６ａが垂直に配設されており、ガイドレール３６ａにスライド自在に装着されたスライダ３６ｂは昇降フレーム３７に固着されている。昇降フレーム３７には結合ブロック３７ｂが結合されており、結合ブロック３７ｂに内蔵されたナット部材３５ｂには送りねじ３５ａが螺合している。昇降フレーム３７は両側に側フレーム３７ａを有し下方側が開放された門型のフレームであり、図７に示すように一方側の側フレーム３７ａには、シリンダ３９がロッド３９ａを下向きにし、かつピン３９ｂ（図８）によって上側をピン支持された形で配設されている。
【００４２】
図８に示すように、ロッド３９ａの先端部にはレバー部材４０がピン４１によってピン結合されており、図７に示すように、レバー部材４０は側フレーム３７ａの下端部に軸支された一方側の回動軸４２に固定結合されている。側フレーム３７ａの内側には回動部材３８が２つの回動軸４２によって回動自在に保持されている。一方側の回動軸４２はレバー部材４０に結合されており、後述するようにシリンダ３９を駆動することにより、回動部材３８は回動軸４２廻りに所定角度で回動する。そしてこの回動により、後述するように保持具４３は、垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るようになっている。
【００４３】
回動部材３８は、図７に示すように、保持具４３を容器ラック６におけるチューブ２７の保持ピッチと同一のピッチで保持している。すなわち保持具４３は、容器ラック６の１つの列に並んだ複数のチューブ２７と対応する数および位置関係で、回動部材３８に取り付けられている。
【００４４】
これにより、キャップ装着ヘッド３３によるキャップ装着動作において、容器ラック６の一列に並んだ複数のチューブ２７を一括して対象とすることができるようになっている。そして送りねじ３５ａを昇降用モータ３４によって回転駆動することにより、昇降フレーム３７は昇降し、したがって回動部材３８に取り付けられた保持具４３もともに昇降する。昇降用モータ３４，送りねじ３５ａ、ナット部材３５ｂは、昇降フレーム３７とともに保持具４３をチューブ２７に対して昇降させる保持具昇降機構となっている。
【００４５】
図８に示すように、保持具４３にはキャップ２８を真空吸引によって吸着保持するための吸引孔４３ａが設けられている。吸引孔４３ａは、複数のオン・オフバルブを連結した多連制御バルブより成るバルブ機構４８に真空配管４７を介して接続されており、バルブ機構４８は更に真空吸引源（図示省略）に接続されている。後述する制御部によってバルブ機構４８を制御することにより、複数の保持具４３における吸引孔４３ａからの真空吸引を個別に制御することができる。
【００４６】
すなわち、制御部に制御されるバルブ機構４８は、それぞれの保持具４３毎に真空吸引のオン・オフを制御する真空吸引制御手段となっている。これにより、後述するキャップ装着作業において、容器ラック６の位置列に並んだ複数のチューブ２７のうち、任意のチューブ２７のみを対象としてキャップ装着を行えるようになっている。
【００４７】
保持具４３の下端部の形状は、図１３（ａ）に示すように、保持対象のキャップ２８の鍔部２８ｂとほぼ等しい外径のフランジ部４３ｂと、凹部２８ａ内に嵌入部する嵌入部４３ｃを備えた形状となっている。吸引孔４３ａは嵌入部４３ｃの端面に開口している。保持具４３によってキャップ２８を保持する際には、まずキャップ装着ヘッド３３をＹ方向に移動させてキャップ移送テーブル１０側へ位置させ、保持具４３の列位置をキャップ移送テーブル１０の端部に設定されたキャップ吸着位置１０ｂに合わせる。これにより、キャップ２８とチューブ２７の開口部２７ａが位置合わせされる。
【００４８】
そしてこの状態で昇降用モータ３４を駆動してキャップ装着ヘッド３３を下降させる。これにより、保持具４３はキャップ２８に対して下降し、嵌入部４３ｃが凹部２８ａ内に嵌入する。そしてフランジ部４３ｂが鍔部２８ｂに当接することにより、保持具４３の下降が停止し、この後、吸着孔４３ａから真空吸引することにより、キャップ２８が保持具４３に保持される。このとき、前述のように、バルブ機構４８によって真空吸引を保持具４３毎に制御することにより、任意の保持具４３のみにキャップ２８を保持させることができる。
【００４９】
そして、保持具４３に保持したキャップ２８をチューブ２７に装着する際には、まず対象となる容器ラック６を保持した容器ラック保持部５をＸ方向に搬送してキャップ装着機構２の位置まで移動させ、次いで保持具４３の列位置をＹ方向に移動させて容器ラック６のキャップ装着対象となる列に位置合わせする。これにより、保持具４３とチューブ２７の開口部２７ａとが位置合わせされる。
【００５０】
この位置合わせは、Ｘ方向には容器ラック搬送機構４によって、Ｙ方向には第２のモータ３０、送りねじ３１ａ、ナット部材３１ｂより成る直動機構によって、保持具４３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させることにより行われる。すなわち、容器ラック搬送機構４および上述の直動機構は、保持具４３に保持されたキャップ２８とチューブ２７の開口部２７ａとを位置合わせする位置合わせ機構となっており、この位置合わせ機構は、保持具４３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させる水平移動機構を備えた構成となっている。
【００５１】
図８に示すように、保持具４３は上方に延出した昇降軸４４と結合されており、昇降軸４４は回動部材３８に装着されたスライドガイド４５によって上下方向にスライド自在に保持されている。昇降軸４４の上端部は弾性部材であるスプリング４６によって下方に付勢されており、前述のキャップ装着動作において保持具４３を所定の押圧荷重でキャップ２８に対して押圧する。
【００５２】
すなわち、上記構成において、回動部材３８は、複数の保持具４３をチューブ２７に向かって進退自在に装着するとともに、これらの保持部４３をチューブ２７側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えている。この付勢力により、保持具４３の下端部の高さ位置にばらつきが存在する場合にあっても、適正な圧入荷重でキャップ２８を開口部２７ａ内に圧入できるようになっている。
【００５３】
保持具４３を用いたキャップ装着動作においては、後述するように保持具４３を垂直姿勢から傾斜させる動作を行うことにより、安定したキャップ装着状態を実現するようにしている。ここで図９を参照して、このキャップ装着動作において保持具４３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する保持具傾斜機構による保持具傾斜動作について説明する。
【００５４】
図９（ａ）は、シリンダ３９のロッド３９ａが没入状態にあり、回動部材３８が垂直姿勢に、したがって回動部材３８に保持された保持具４３も垂直姿勢にある状態を示している。キャップ装着動作において保持具４３が垂直姿勢にある状態では、保持具４３に軸方向と直交する方向で保持されたキャップ２８の姿勢は、チューブ２７の開口部２７ａに対して水平となる。
【００５５】
図９（ｂ）はこの状態から、ロッド３９ａを突出させることによって、回動部材３８および保持具４３が傾斜姿勢にある状態を示している。すなわち、ロッド３９ａが突出することにより、回動軸４２はレバー部材４０を介して、ロッド３９ａの突出量とレバー部材４０のレバー長さで規定される角度αだけ回転する。これにより回動軸４２に固着された回動部材３８は同様の角度αだけ回動軸４２廻りに回動して傾斜し、保持具４３も同様に傾斜する。キャップ装着動作において保持具４３が傾斜姿勢にある状態では、保持具４３に保持されたキャップ２８は、チューブ２７の開口部２７ａに対して水平面から傾斜した姿勢となる。
【００５６】
すなわちキャップ装着ヘッド３３において、上述の保持具傾斜動作を行う保持具傾斜機構は、保持具昇降機構により昇降する昇降フレーム３７と、昇降フレーム３７に水平方向の回動軸４２廻りに回動自在に取り付けられた回動部材３８と、回動部材３８を回動させる駆動手段としてのシリンダ３９とを備え、保持具４３を回動部材３８に取り付けた構成となっている。
【００５７】
次にキャップ取り外し機構３の構造を説明する。図４において、キャップ装着機構２の右側方には、容器ラック搬送機構４と交叉してキャップ取り外し機構３が配設されている。キャップ取り外し機構３は、キャップ取り外しヘッド５３をフレーム３ａにＹ方向にスライド自在に保持させ、第３のモータ５０、送りねじ５１ａ、ナット部材５１ｂより成る直動機構によって、キャップ取り外しヘッド５３をＹ方向に移動させる構成となっている。
【００５８】
この直動機構によるキャップ取り外しヘッド５３の移動端には、キャップ離脱板６７およびキャップ回収箱６８が配置されている。キャップ離脱板６７は櫛歯状部材であり、容器ラック６に保持されたチューブ２７からキャップ２８を取外したキャップ取り外しヘッド５３がキャップ離脱板６７にアクセスしてキャップ離脱動作を行うことにより、後述する係合具に係合状態にあるキャップ２８を櫛歯によって離脱させる。キャップ離脱板６７は、チューブ２７から取り外されて係合具に係合したままのキャップ２７を、この係合具から除去するキャップ除去手段となっている。離脱したキャップ２８は、キャップ回収箱６８内に落下回収される。
【００５９】
次に図１０，図１１を参照して、キャップ取り外しヘッド５３の構造および機能を説明する。キャップ取り外しヘッド５３は、キャップ２８の凹部２８ａに係合可能な係合具６３にキャップ取り外し動作を行わせることにより、チューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８の取り外しを自動的に行う。キャップ取り外し動作は、係合具６３の昇降と傾斜を組み合わせた所定パターンの動作であり、このためキャップ取り外しヘッド５３は、以下に説明するように、係合具６３を昇降させる保持具昇降機構と、係合具６３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する係合具傾斜機構とを備えている。
【００６０】
図１０に示すように、フレーム３ａの下面にＹ方向に固着されたガイドレール５２ａには、スライダ５２ｂがスライド自在に装着されており、スライダ５２ｂはキャップ装着ヘッド５３の移動フレーム５３ａに結合されている。第３のモータ５０を駆動することにより、キャップ装着ヘッド５３はＹ方向に往復動する。
【００６１】
図１１に示すように、フレーム５３ａにはガイドレール５６ａが垂直に配設されており、ガイドレール５６ａにスライド自在に装着されたスライダ５６ｂは昇降フレーム５７に固着されている。昇降フレーム５７には結合ブロック５７ｂが結合されており、結合ブロック５７ｂに内蔵されたナット部材５５ｂには送りねじ５５ａが螺合している。昇降フレーム５７は両側に側フレーム５７ａを有し下方側が開放された門型のフレームであり、図１０に示すように一方側の側フレーム５７ａには、シリンダ５９がロッド５９ａを下向きにし、かつピン５９ｂ（図１１）によって上側をピン支持された形で配設されている。
【００６２】
図１１に示すように、ロッド５９ａの先端部にはレバー部材６０がピン６１によってピン結合されており、図１０に示すように、レバー部材６０は側フレーム５７ａの下端部に軸支された一方側の回動軸６２に固定結合されている。側フレーム５７ａの内側には回動部材５８が２つの回動軸６２によって回動自在に保持されている。一方側の回動軸６２はレバー部材６０に結合されており、後述するようにシリンダ５９を駆動することにより、回動部材５８は垂直姿勢から傾斜するようになっている。
【００６３】
回動部材５８は、図１０に示すように、キャップ２８に設けられた凹部２８ａに係合可能な係合具６３を、容器ラック６におけるチューブ２７の保持ピッチと同一のピッチで保持している。すなわち係合具６３は、容器ラック６の１つの列に並んだ複数のチューブ２７と対応する数および位置関係で、回動部材５８に取り付けられている。
【００６４】
これにより、キャップ取り外しヘッド５３によるキャップ取り外し動作において、容器ラック６の一列に並んだ複数のチューブ２７を一括して対象とすることができるようになっている。そして送りねじ５５ａを昇降用モータ５４によって回転駆動することにより、昇降フレーム５７は昇降し、したがって回動部材５８に取り付けられた係合具６３もともに昇降する。昇降用モータ５４，送りねじ５５ａ、ナット部材５５ｂは、昇降フレーム５７とともに係合具６３をチューブ２７に対して昇降させる係合具昇降機構となっている。
【００６５】
係合具６３の形状について説明する。係合具６３の先端部には、図１４に示すように、径方向に張り出した形状の挿入端部６３ａが設けられている。挿入端部６３ａは、キャップ２８の上面中央に形成された凹部２８ａに挿入されて底部２８ｄに嵌り込むことにより、キャップ２８を係合具６３に係合する。挿入端部６３ａは係合具６３の先端部に設けられ凹部２８ａ内で底部２８ｄに嵌り込む大径部となっている。
【００６６】
係合具６３よってキャップ２８を係合保持する際には、まず対象となる容器ラック６を保持した容器ラック保持部５をＸ方向に搬送してキャップ取り外し機構３の位置まで移動させ、次いで係合具６３の列位置をＹ方向に移動させて容器ラック６のキャップ取り外し対象となる列に位置合わせする。これにより、係合具６３とチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８が位置合わせされる。
【００６７】
この位置合わせは、Ｘ方向には容器ラック搬送機構４によって、Ｙ方向には第２のモータ５０、送りねじ５１ａ、ナット部材５１ｂより成る直動機構によって、係合具６３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させることにより行われる。すなわち、容器ラック搬送機構４および上述の直動機構は、係合具６３をチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８に係合させるために、係合具６３とチューブ２７とを位置合わせする位置合わせ機構となっており、この位置合わせ機構は、係合具６３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させる水平移動機構を備えた構成となっている。
【００６８】
そしてこの状態で昇降用モータ５４を駆動してキャップ取り外しヘッド５３を下降させる。これにより、係合具６３はキャップ２８に対して下降し、挿入端部６３ａがキャップ２８の凹部２８ａ内で底部２８ｄに圧入されて嵌り合うことにより、キャップ２８が係合具６３によって係合される。
【００６９】
図１１に示すように、係合具６３は上方に延出した昇降軸６４と結合されており、昇降軸６４は回動部材５８に装着されたスライドガイド６５によって上下方向にスライド自在に保持されている。昇降軸６４の上端部は弾性部材であるスプリング６６によって下方に付勢されており、前述のキャップ装着動作において係合具６３を所定の押圧荷重でキャップ２８に対して押圧する。
【００７０】
すなわち、上記構成において、回動部材５８は、複数の係合具６３をチューブ２７に向かって進退自在に装着するとともに、これらの係合具６３をチューブ２７側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えている。この付勢力により、係合具６３の下端部の高さ位置にばらつきが存在する場合にあっても、係合具６３によってキャップ２８を良好に係合することができるようになっている。
【００７１】
係合具６３を用いたキャップ取外し動作においては、図９に示す動作と同様に、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる係合具傾斜動作を係合具傾斜機構によって行うことにより、安定したキャップ取り外しを実現するようにしている。すなわち、シリンダ５９を駆動して回動部材５８を回動軸６２廻りに回動させることによって、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる。
【００７２】
上述のキャップ取り外し機構３の構成において、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる係合具傾斜機構は、前述の係合具昇降機構により昇降する昇降フレーム５７と、昇降フレーム５７に水平方向の回動軸６２廻りに回動自在に取り付けられた回動部材５８と、回動部材５８を回動させる駆動手段としてのシリンダ５９とを備え、係合具６３を回動部材５８に取り付けた構成となっている。
【００７３】
次に図１２を参照して制御系の構成を説明する。図１２において、破線枠で示す１２は、分注装置１２に含まれる構成要素を示している。制御部７０は分注装置１２の各部の動作を制御する。制御部７０にはキャップ装着プログラム７１、キャップ取り外しプログラム７２、キャップ供給プログラム７３が記憶されており、これらの各プログラムを制御部７０が実行することにより、キャップ装着動作、キャップ取り外し動作、キャップ供給動作がキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３およびキャップ供給手段によりそれぞれ行われる。
【００７４】
操作・入力部７４はタッチパネルやキーボードなどの入力手段であり、分注装置１２の各部における動作実行のためのコマンドやデータを入力する。表示部７５はディスプレイ装置であり、操作・入力部７４による操作・入力時の案内画面を表示する。分注部７６は分注ヘッドによる分注動作を実行する。
【００７５】
分注装置１２から受け渡し位置１２ｂを介してキャップ装着・取り外し装置１に渡された容器ラック６を対象としてキャップ装着、キャップ取外しを行う際には、制御部７０がキャップ装着プログラム７１、キャップ取り外しプログラム７２を実行することにより、リフタ機構２１、シート移載機構１１、キャップ分離機構２４、キャップ移送テーブル１０、キャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３、容器ラック搬送機構４、バルブ機構４８の各機構の動作が制御される。
【００７６】
次に図１３を参照してキャップ装着方法について説明する。まずキャップ装着機構２において、キャップ装着ヘッド３３をキャップ移送テーブル１０のキャップ吸着位置の上方に移動させ、保持具４３をキャップ２８に位置合わせする。そして昇降フレーム３７を下降させて、列状に配置された保持具４３をキャップ吸着位置に列状に配列されたキャップ２８に対して下降させる。そして嵌入部４３ｃを凹部２８ａ内に嵌入させ、吸引孔４３ａから真空吸引することにより、キャップ２８を保持具４３によってキャップ２８の上面側より保持する（キャップ保持工程）。
【００７７】
次いでキャップ装着ヘッド３３を移動させ、容器ラック搬送機構４上に位置決めされた容器ラック６の対象となるチューブ２７の列に対して保持具４３の列を位置合わせする。次いで回動部材３８を回動させることにより、図１３（ａ）に示すようにキャップ２８を保持した保持具４３を傾斜させる。そして図１３（ｂ）に示すようにキャップ２８をチューブ２７の開口部２７ａに対して傾斜させた状態で、チューブ２７の縁部２７ｃにキャップ２８を接触させる（キャップ接触工程）。
【００７８】
このキャップ接触工程は、保持具４３を傾斜させる傾斜ステップと、保持具４３とチューブ２７とを位置合わせする位置合わせステップと、キャップ２８を開口部２７ａに接触させる接触ステップとを含んだ動作工程である。上述の実施の形態ではこのキャップ接触工程において、位置合わせステップの後に傾斜ステップを実行するようにしているが、位置合わせステップと傾斜ステップの順序はどちらが先であってもよい。例えば、予め傾斜した状態で載置されたキャップ２８を既に傾斜姿勢に保たれた保持具４３で保持した後に、保持具４３をチューブ２７に対して位置あわせするようにしてもよい。
【００７９】
そしてこの後、回動部材３８を回動させて保持具４３を垂直姿勢にすることにより、保持具４３に保持されたキャップ２８を開口部２７ａに対して水平にするとともに、キャップ２８を開口部２７ａ内に挿入して装着する（キャップ装着工程）。そしてこの後、保持具４３をスプリング４６の付勢力によってチューブ２７側に押し付ける（キャップ押し付け工程）。これにより、チューブ２７の高さや保持具４３の下面の高さにばらつきがある場合においても、キャップ２８をチューブ２７に正しく装着することができる。
【００８０】
このキャップ装着方法におけるキャップ装着動作は、保持具４３に保持されたキャップ２８の姿勢をチューブ２７の開口部２７ａに対して傾斜させた状態でこのキャップ２８を開口部２７ａの縁部に接触させ、その後保持具４３を垂直姿勢にしてキャップ２８の姿勢を水平するとともに、開口部２７ａに挿入して装着するものである。そして本実施の形態においては、制御部７０は、上述のキャップ装着動作を行うために、位置合わせ機構、保持具傾斜機構、保持具昇降機構を制御する制御手段として機能している。
【００８１】
そしてこのキャップ装着動作では、チューブ２７を縦横複数列並べて収納する容器ラック６に収納された複数のチューブ２７のうち、１つの列に並んだ複数のチューブ２７に対して、キャップ接触工程の位置合わせステップからキャップ装着工程までを同時に行うようにしている。すなわち、縦横複数列の規則配列で保持された複数のチューブ２７のうち、任意の１列のみを対象としてキャップ装着を行うことが可能となっている。さらに、バルブ機構４８によって保持具４３による真空吸引を個別に制御することにより、任意の１列のチューブのうちの特定のチューブ２７のみを対象とすることもできる。
【００８２】
したがって、容器ラックに保持されたチューブの一部を対象としてキャップ装着を行おうとすれば、キャップを保持シートから分離した後に、個々にチューブに装着する作業を手作業で実行することを余儀なくされていた従来の保持シートを用いたキャップの装着作業と比較して、キャップの装着作業を効率よく行うことができる。
【００８３】
また上述のキャップ装着動作においては、保持具４３に保持されたキャップ２８の姿勢を開口部２７ａに対して傾斜させた状態でこのキャップ２８を開口部２７ａの縁部に接触させ、その後保持具４３を垂直姿勢にしてキャップ２８の姿勢を水平にしながらこのキャップ２８を開口部２７ａに挿入するようにしているので、キャップ挿入時にキャップ２８が接触していない縁部側から、チューブ２７内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができる。したがって、キャップ２８が装着後に内圧によって押し上げられてチューブ２７から離脱する不具合を防止して、安定したキャップ装着状態を実現することができる。
【００８４】
次に図１４を参照して、チューブ２７に装着されたキャップ２８を取り出すキャップ取外し方法について説明する。まずキャップ取り外し対象のチューブ２７を保持した容器ラック６を容器ラック搬送機構４によってキャップ取り外し機構３に移動させ、容器ラック６に保持された複数のチューブのうち対象となるチューブ２７の列を係合具６３の列に位置合わせする（位置合わせ工程）。
【００８５】
次いで昇降フレーム５７を下降させて、図１４（ａ）に示すように、挿入端部６３ａを凹部２８ａ内に押し込み、底部２８ｄに嵌め合わせて係合させる（係合工程）。そして図１３（ｂ）に示すように係合具６３を垂直姿勢から傾斜させることにより、キャップ２８を開口部２７ａの一方側の縁部２７ｃを支点として傾斜させて、他方側の縁部２７ｃからキャップ２８の鍔部２８ｂを離隔させる（キャップ傾斜工程）。
【００８６】
この後、係合具６３を上昇させることにより、図１４（ｃ）に示すように、キャップ２８を開口部２７ａから離脱させる（キャップ離脱工程）。そして、キャップ２８を取り外した後のキャップ取り外しヘッド５３を、キャップ離脱板６７にアクセスさせ、係合具６３に係合状態にあるキャップ２８をキャップ離脱板６７の櫛歯によって離脱させる。離脱したキャップ２８は、キャップ回収箱６８内に落下回収される。
【００８７】
このキャップ取り外し動作は、係合具６３をチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８の凹部２８ａに係合させた状態で、この係合具６３を垂直姿勢から傾斜させることによりキャップ２８を開口部２７ａの一方側の縁部を支点として傾斜させて他方側の縁部からキャップ２８を離隔させるものである。そして本実施の形態においては、制御部７０は、上述のキャップ取り外し動作を行うために、前述の位置合わせ機構、係合具傾斜機構、係合具昇降機構を制御する制御手段として機能している。
【００８８】
このキャップ取り外し方法におけるキャップ取り外し動作においては、まずチューブ２７に装着されたキャップ２８ａに係合具６３を係合させ、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させてキャップ２８を開口部２７ａの縁部から離隔させた後に、キャップ２８を上昇させてチューブ２７から離脱させるようにしている。このため、キャップ２８を上昇させる際に、キャップ２８の嵌合部２８ｃと開口部２７ａとの嵌め合い部の接触面圧によって、チューブ２７がキャップ２８とともに持ち上げられる不具合を、チューブ２７をクランプなどの方法で保持することなく防止することができる。これにより、係合具６３を傾斜させるという簡単な方法で、キャップ２８を不具合なく確実に取り外すことができる。
【００８９】
そして上述のキャップ取り外し動作では、チューブ２７を縦横複数列並べて収納する容器ラック６に収納された複数のチューブ２７のうち、１つの列に並んだ複数のチューブ２７に対して、位置合わせ工程からキャップ離脱工程までを同時に行うようにしている。
【００９０】
このとき、上述のように、チューブ２７がキャップとともに持ち上げられる不具合が発生しないことから、従来のキャップ取り外し方法においては困難であった特定列のチューブのみを対象としたキャップ取り外し作業、すなわち、縦横複数列の規則配列で容器ラック６に保持された複数のチューブ２７のうち、任意の１列のみを対象としてキャップ取り外しを行うことが可能となっている。
【００９１】
上記説明したように、本実施の形態に示すキャップ装着・取り外し装置は、キャップ供給手段によって供給されたキャップ２８を保持具４３によって保持して容器ラック６に縦横複数列並べて保持されたチューブ２７に装着するキャップ装着機構２と、チューブ２７に装着されたキャップ２８を係合具６３によって係合して取り外すキャップ取り外し機構３と、容器ラック６を分注装置１２との間で受け渡す容器ラック受け渡し位置１２ｂおよびキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３の間で容器ラック６を移動させる容器ラック移動手段とを、１つの装置に組み込んだ構成となっている。
【００９２】
これにより、キャップの装着と取り外しとを個別の専用装置を用いて行う従来技術と比較して、分注装置との容器ラックの受け渡し作業を含めて、チューブへのキャップ装着・取り外しの作業を自動化することができ、これらの作業を効率よく行うことができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、保持具に保持されたキャップの姿勢を容器の開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを開口部の縁部に接触させ、その後保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平するとともに開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うようにしたので、キャップ挿入時にチューブ内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができ、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置が組み込まれた分注システムの平面図
【図２】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるチューブ、キャップおよびチューブ保持ラックの斜視図
【図３】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるキャップ保持シートの斜視図
【図４】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の平面図
【図５】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置のキャップ供給手段の断面図
【図６】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ分離動作の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着機構の正面図
【図８】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの側断面図
【図９】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの動作説明図
【図１０】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し機構の正面図
【図１１】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外しヘッドの側断面図
【図１２】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の制御系の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着動作の説明図
【図１４】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し動作の説明図
【符号の説明】
１ キャップ装着・取り外し装置
２ キャップ装着機構
３ キャップ取り外し機構
４ 容器ラック搬送機構
５ 容器ラック保持部
６ 容器ラック
７ シート収納部
９ シート分離部
１０ キャップ移送テーブル
１１ シート移載機構
１２ 分注装置
２０ キャップ保持機構
２４ キャップ分離機構
２７ チューブ
２７ａ 開口部
２８ キャップ
２８ａ 凹部
３３ キャップ装着ヘッド
３７，５７ 昇降フレーム
３８，５８ 回動部材
３９，５９ シリンダ
４２，６２ 回動軸
４３ 保持具
４６，６６ スプリング
４８ バルブ機構
５３ キャップ取り外しヘッド
６３ 係合具
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を収容する容器にキャップを装着するキャップ装着装置およびキャップ装着方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
物質の生化学的反応などの試験を系統的に行う際に用いられる装置として、分注装置が知られている。この分注装置では、試薬や検体などの液体収容用のウェルが規則配列で設けられたマイクロタイタープレートや、小型の試験管形状のチューブを対象として、液体の分注操作が行われる。チューブを用いる場合には、使用される分注装置の分注ティップの配列に対応して製作されたチューブラックに縦姿勢で保持させ、上面の開口部から液体の注入や取り出しが行われる。
【０００３】
そしてチューブを対象として分注を行った後、液体を外部雰囲気と遮断するなどの目的でチューブを閉塞する必要がある場合には、チューブの開口部にキャップが装着される（例えば特許文献１参照）。キャップとしては樹脂をチューブの開口部に嵌合する嵌合部を有する形状に成形したものが用いられ、このキャップをチューブに装着する際には、キャップの上面を保持具に保持させた状態で、キャップの嵌合部を開口部内に上方から押し込む作業が行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−８１４４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来のチューブへのキャップ装着作業においては、次のような不具合が発生していた。キャップはチューブを閉塞して密閉する目的で装着されることから、嵌合部と開口部との嵌め合い部は気密状態になるように設定されている。このためキャップの嵌合部を開口部内に押し込む際には、嵌合部が押し込まれた容積分だけチューブ内の空気が圧縮され、内部に閉じ込められた空気の圧力が上昇する。そしてこの圧力上昇によってキャップに作用する力がキャップの嵌合部とチューブの開口部との係止力よりも大きい場合には、キャップ装着後にキャップが押し上げられてチューブから離脱する場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができるキャップ装着装置およびキャップ装着方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のキャップ装着装置は、容器の上面に開口した開口部にキャップを装着するキャップ装着装置であって、容器を縦横複数個並べて収納する容器ラックを保持する容器ラック保持部と、キャップを上面側より保持する複数の保持具と、前記複数の保持部と前記容器ラック保持部を相対的に水平移動させてこの保持具に保持されたキャップと前記容器の前記開口部とを位置合わせする水平移動機構を備えた位置合わせ機構と、前記保持具を前記容器に対して昇降させる保持具昇降機構と、前記保持具昇降機構により昇降する昇降フレームと、前記昇降フレームに水平方向の回動軸廻りに回動自在に取り付けられ、前記複数の保持具を容器に向かって進退自在に装着するとともに各々の保持具を前記容器側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えた回動部材と、この回動部材を回動させる駆動手段を備えた保持具傾斜機構と、前記保持具に保持されたキャップの姿勢を前記開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを前記開口部の縁部に接触させ、その後前記保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平にするとともに前記開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うために、前記位置合わせ機構、前記保持具傾斜機構及び前記保持具昇降機構を制御する制御手段とを備え、前記キャップの装着動作を行う際に前記保持具が前記弾性部材の押圧荷重でキャップに対して押圧されるようにした。
【０００８】
請求項２記載のキャップ装着装置は、請求項１記載のキャップ装着装置であって、キャップを前記保持具に供給するキャップ供給手段を備えた。
【００１２】
請求項３記載のキャップ装着装置は、請求項１または２記載のキャップ装着装置であって、前記複数の保持具は前記容器ラックの１つの列に並んだ複数の容器と対応する数および位置関係で前記回動部材に取り付けられている。
【００１３】
請求項４記載のキャップ装着装置は、請求項１乃至３の何れかに記載のキャップ装着装置であって、前記各複数の保持具に、キャップを真空吸引によって吸着保持するための吸引孔が形成されており、それぞれの保持具毎に真空吸引のオン・オフを制御する真空吸引制御手段を備えている。
【００１８】
本発明によれば、保持具に保持されたキャップの姿勢を容器の開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを開口部の縁部に接触させ、その後保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平するとともに開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うことにより、キャップ挿入時にチューブ内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができ、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置が組み込まれた分注システムの平面図、図２は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるチューブ、キャップおよび容器ラックの斜視図、図３は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるキャップ保持シートの斜視図、図４は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の平面図、図５は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置のキャップ供給手段の断面図、図６は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ分離動作の説明図、図７は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着機構の正面図、図８は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの側断面図、図９は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの動作説明図、図１０は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し機構の正面図、図１１は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外しヘッドの側断面図、図１２は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の制御系の構成を示すブロック図、図１３は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着動作の説明図、図１４は本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し動作の説明図である。
【００２０】
まず図１を参照して、分注システムについて説明する。この分注システムは、創薬スクリーニング作業などで行われる各種の試験において試薬や検体などの液体の分注操作を行う分注装置１２に、キャップ装着・取り外し装置１を組み合わせて構成されている。キャップ装着・取り外し装置１は、試験において液体を小分けして収容する容器として使用される小型試験管形状のチューブに樹脂製のキャップを自動的に装着するキャップ装着装置と、チューブに装着されたキャップを自動的に取り外すキャップ取り外し装置を、１つの装置に組み込んだ構成となっている。
【００２１】
キャップ装着・取り外し装置１は、基台１ａ上に、キャップの装着・取外しをそれぞれ行うキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３および個片のキャップをキャップ装着機構２に供給するキャップ供給手段を配設し、これら各部を後述する搬送機構を介して連結した構成となっている。作業対象のチューブは、分注装置１２との間で受け渡しが可能となっている。
【００２２】
まずキャップ供給手段について説明する。キャップ供給手段は、シート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９、キャップ移送テーブル１０、シート移載機構１１より構成されている。シート収納部７は、キャップを平面規則配列で保持するキャップ保持シート２０（図４参照）を収納する。キャップ分離部９（キャップ分離機構）は、シート収納部７から取り出されたキャップ保持シート２０から、個片のキャップを分離する。キャップ保持シート２０からキャップが分離された後の空シートは、シート回収箱８に回収される。
【００２３】
シート移載機構１１はシート収納部７からキャップ保持シート２０を取り出し、キャップ分離部９に移載する。キャップ移送テーブル１０（キャップ移送機構）は、キャップ保持シート２０から分離されたキャップを、キャップ装着機構２への受け渡し位置として設定されたキャップ吸着位置（所定位置）に移送する。
【００２４】
キャップ装着機構２は、上述のキャップ吸着位置からキャップ保持専用の保持具によってキャップを保持して、容器ラック６（図３参照）に縦横複数並べて保持されたチューブの開口部に装着する。キャップ取り外し機構３は、チューブの開口部に装着されたキャップを取り外す。キャップ装着機構２およびキャップ取り外し機構３は容器ラック搬送機構４に沿って配置されており、容器ラック搬送機構４はチューブを縦横複数列並べて収納する容器ラック６を載置した容器ラック保持部５を搬送する。
【００２５】
容器ラック保持部５が容器ラック搬送機構４の端部まで移動した状態では、容器ラック保持部５に保持された容器ラック６は、分注装置１２内に設定された受け渡し位置１２ｂに位置する。容器ラック搬送機構４は、容器ラック６を分注装置１２との間で受け渡す容器ラック受け渡し位置１２ｂおよびキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３の間で移動させる容器ラック移動手段となっている。
【００２６】
容器ラック６は分注装置１２に設けられた容器移載ヘッド１５によって取り出され、分注装置１２に付設された容器ストック部１３にマイクロプレート１４とともに収納される。分注装置１２のベース部１２ａ上には分注エリア１２ｃが設けられており、分注ヘッド１６によって行われる分注操作に際しては、容器ストック部１３から容器ラック６やマイクロプレート１４が容器移載ヘッド１５によって取り出され、分注エリア１２ｃに搬送される。この分注操作においてチューブへのキャップの装着や、チューブからのキャップの取り外しが必要となる度に、容器ラック６はキャップ装着・取り外し装置１と分注装置１２との間を、受渡し位置１２ｂを介して往復する。
【００２７】
次に図２、図３を参照して、分注装置１２による分注操作に使用されるチューブ２７およびキャップ装着・取り外し装置１によってチューブ２７に着脱されるキャップ２８について説明する。図２（ａ）に示すように、容器ラック６にはチューブ２７を縦横複数並べて保持するための凹部６ａが格子状の平面規則配列で設けられており、凹部６ａにはチューブ２７が直立姿勢で挿入され保持される。容器ラック６におけるチューブ２７の配列は、マイクロプレート１４のウェル配列と一致しており、同一の分注ヘッド１６を使用して容器ラック６に保持されたチューブ２７，マイクロプレート１４のいずれをも対象として分注操作が行えるようになっている。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、チューブ２７は透明樹脂を上部が開口した試験管形状に成形した樹脂部品であり、開口部２７ａには必要に応じてキャップ２８が装着される。キャップ２８は上面中央に凹部２８ａが設けられ、上縁部に鍔部２８ｂが張り出した形状の樹脂製の栓部材である。キャップ２８の下部は鍔部２８ｂよりも径寸法が小さい円柱状の嵌合部２８ｃとなっている。
【００２９】
キャップ２８のチューブ２７への装着に際しては、嵌合部２８ｃを開口部２７ａ内に設けられた段付部２７ｂに圧入する。凹部２８ａには内径が中間部分よりも外側に拡がった底部２８ｄが設けられており、後述するキャップ取外し動作において、係合具の先端部を凹部２８ａ内に挿入して底部２８ｄに嵌り込ませることにより、キャップ２８を係合具に係合させることができるようになっている。すなわち、キャップ２８ａに設けられた凹部２８ａは、キャップ２８を係合具によって係合するための被係合部となっている。
【００３０】
図３はキャップ２８を保持するキャップ保持シート２０を示している。キャップ２８は、屈曲自在な樹脂製のシート２０ａに凹部２８ａを上向きにした姿勢で保持されており、容器ラック６における凹部６ａの配列と同一配列でシート２０ａに設けられた保持孔２０ｂに、鍔部２８ｂを係止させて挿入されている（図６（ａ）参照）。
【００３１】
次に図４および各図を参照して、キャップ装着・取り外し装置１の各部の詳細構造を説明する。まず、キャップ２８をキャップ装着機構２に供給するキャップ供給手段について、図４，図５を参照して説明する。図５は、図４におけるＡ−Ａ断面を示しており、シート収納部７に設けられた保持枠７ａ内には、キャップ保持シート２０が積層状態で収納されている。キャップ保持シート２０はリフタ機構２１上に載置されており、リフタ機構２１を駆動することによりキャップ保持シート２０は順次保持枠７ａ内で押し上げられる。
【００３２】
保持枠７ａ内に積層され、上端の取り出し高さまで押し上げられた最上段のキャップ保持シート２０は、シート移載ヘッド２２によって取り出される。取り出されたシート移載ヘッド２２は、シート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９に沿ってＸ方向に配設されたシート移載機構１１（図４参照）によって、キャップ分離部９まで移動する。
【００３３】
図４に示すように、シート移載機構１１は、シート移載ヘッド移動テーブル１１ａをブラケット１１ｂによって水平に保持した構成となっており、シート移載ヘッド移動テーブル１１ａには、第１のモータ１７、送りねじ１７ａ、ナット１７ｂより成る直動機構が配設されている。シート移載ヘッド２２はこの直動機構によってシート収納部７、シート回収箱８、キャップ分離部９の上方を往復動し、シート収納部７から取り出したキャップ保持シート２０をキャップ分離部９に移載する。
【００３４】
図５に示すように、キャップ分離部９に移載されたキャップ保持シート２０はキャップ分離プレート２３上に載置され、ここでキャップ保持シート２０からキャップ２８を分離するキャップ分離動作が、キャップ分離機構２４によって行われる。キャップ分離機構２４は、昇降機構２６によって昇降する押し抜きヘッド２５を備えており、押し抜きヘッド２５には複数の押し抜きシャフト２５ａが、キャップ保持シート２０における保持孔２０ｂの一列の配列ピッチに対応したピッチで下方に延出して設けられている。
【００３５】
キャップ分離プレート２３の下方にはキャップ移送テーブル１０が配設されている。キャップ移送テーブル１０は、搬送面を振動させることにより部品を搬送する振動フィーダであり、キャップ分離部９においてキャップ保持シート２０から分離されたキャップ２８を振動によりＹ方向に移動させ、キャップ装着機構２まで搬送する。
【００３６】
図６を参照してキャップ分離動作について説明する。図６（ａ）に示すように、シート移載ヘッド２２によって搬送されたキャップ保持シート２０は、各キャップ２８が分離孔２３ａに一致するようにキャップ分離プレート２３に対して位置合わせされる。次いで図６（ｂ）に示すように、シート２０ａをキャップ分離プレート２３の上面に当接させてキャップ保持シート２０を載置する。
【００３７】
そして押し抜きヘッド２５を下降させて、図６（ｃ）に示すように、押し抜きシャフト２５ａを凹部２８ａ内に挿入することにより、キャップ２８を保持孔２０ｂから押し抜く。これによりキャップ２８は分離孔２３ａを介してキャップ保持シート２０から下方に分離し、キャップ移送テーブル１０に設けられた搬送溝１０ａ内に移動する。そして搬送溝１０ａ内に移動したキャップ２８は、キャップ移送テーブル１０によってキャップ装着機構２の保持具によるキャップ吸着位置１０ｂ（図８参照）まで搬送される。
【００３８】
次にキャップ装着機構２の構造を説明する。図４において、キャップ移送テーブル１０は容器ラック搬送機構４まで延出して設けられており、キャップ移送テーブル１０のＸ方向位置に合わせてキャップ装着機構２が配設されている。キャップ装着機構２は、キャップ装着ヘッド３３をフレーム２ａにスライド自在に保持させ、第２のモータ３０、送りねじ３１ａ、ナット部材３１ｂより成る直動機構によって、キャップ装着ヘッド３３をＹ方向に移動させる構成となっている。
【００３９】
次に図７，図８，図９を参照して、キャップ装着ヘッド３３の構造および機能を説明する。キャップ装着ヘッド３３は、キャップ２８を上面側より保持する保持具４３にキャップ装着動作を行わせることにより、チューブ２７へのキャップ装着を自動的に行う。キャップ装着動作は、保持具４３の昇降と傾斜を組み合わせた所定パターンの動作であり、このためキャップ装着ヘッド３３は、以下に説明するように、保持具４３を昇降させる保持具昇降機構と、保持具４３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する保持具傾斜機構とを備えている。
【００４０】
図７に示すように、フレーム２ａの下面にＹ方向に固着されたガイドレール３２ａには、スライダ３２ｂがスライド自在に装着されており、スライダ３２ｂはキャップ装着ヘッド３３の移動フレーム３３ａに結合されている。第２のモータ３０を駆動することにより、キャップ装着ヘッド３３はＹ方向に往復動する。
【００４１】
図８に示すように、フレーム３３ａにはガイドレール３６ａが垂直に配設されており、ガイドレール３６ａにスライド自在に装着されたスライダ３６ｂは昇降フレーム３７に固着されている。昇降フレーム３７には結合ブロック３７ｂが結合されており、結合ブロック３７ｂに内蔵されたナット部材３５ｂには送りねじ３５ａが螺合している。昇降フレーム３７は両側に側フレーム３７ａを有し下方側が開放された門型のフレームであり、図７に示すように一方側の側フレーム３７ａには、シリンダ３９がロッド３９ａを下向きにし、かつピン３９ｂ（図８）によって上側をピン支持された形で配設されている。
【００４２】
図８に示すように、ロッド３９ａの先端部にはレバー部材４０がピン４１によってピン結合されており、図７に示すように、レバー部材４０は側フレーム３７ａの下端部に軸支された一方側の回動軸４２に固定結合されている。側フレーム３７ａの内側には回動部材３８が２つの回動軸４２によって回動自在に保持されている。一方側の回動軸４２はレバー部材４０に結合されており、後述するようにシリンダ３９を駆動することにより、回動部材３８は回動軸４２廻りに所定角度で回動する。そしてこの回動により、後述するように保持具４３は、垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るようになっている。
【００４３】
回動部材３８は、図７に示すように、保持具４３を容器ラック６におけるチューブ２７の保持ピッチと同一のピッチで保持している。すなわち保持具４３は、容器ラック６の１つの列に並んだ複数のチューブ２７と対応する数および位置関係で、回動部材３８に取り付けられている。
【００４４】
これにより、キャップ装着ヘッド３３によるキャップ装着動作において、容器ラック６の一列に並んだ複数のチューブ２７を一括して対象とすることができるようになっている。そして送りねじ３５ａを昇降用モータ３４によって回転駆動することにより、昇降フレーム３７は昇降し、したがって回動部材３８に取り付けられた保持具４３もともに昇降する。昇降用モータ３４，送りねじ３５ａ、ナット部材３５ｂは、昇降フレーム３７とともに保持具４３をチューブ２７に対して昇降させる保持具昇降機構となっている。
【００４５】
図８に示すように、保持具４３にはキャップ２８を真空吸引によって吸着保持するための吸引孔４３ａが設けられている。吸引孔４３ａは、複数のオン・オフバルブを連結した多連制御バルブより成るバルブ機構４８に真空配管４７を介して接続されており、バルブ機構４８は更に真空吸引源（図示省略）に接続されている。後述する制御部によってバルブ機構４８を制御することにより、複数の保持具４３における吸引孔４３ａからの真空吸引を個別に制御することができる。
【００４６】
すなわち、制御部に制御されるバルブ機構４８は、それぞれの保持具４３毎に真空吸引のオン・オフを制御する真空吸引制御手段となっている。これにより、後述するキャップ装着作業において、容器ラック６の位置列に並んだ複数のチューブ２７のうち、任意のチューブ２７のみを対象としてキャップ装着を行えるようになっている。
【００４７】
保持具４３の下端部の形状は、図１３（ａ）に示すように、保持対象のキャップ２８の鍔部２８ｂとほぼ等しい外径のフランジ部４３ｂと、凹部２８ａ内に嵌入部する嵌入部４３ｃを備えた形状となっている。吸引孔４３ａは嵌入部４３ｃの端面に開口している。保持具４３によってキャップ２８を保持する際には、まずキャップ装着ヘッド３３をＹ方向に移動させてキャップ移送テーブル１０側へ位置させ、保持具４３の列位置をキャップ移送テーブル１０の端部に設定されたキャップ吸着位置１０ｂに合わせる。これにより、キャップ２８とチューブ２７の開口部２７ａが位置合わせされる。
【００４８】
そしてこの状態で昇降用モータ３４を駆動してキャップ装着ヘッド３３を下降させる。これにより、保持具４３はキャップ２８に対して下降し、嵌入部４３ｃが凹部２８ａ内に嵌入する。そしてフランジ部４３ｂが鍔部２８ｂに当接することにより、保持具４３の下降が停止し、この後、吸着孔４３ａから真空吸引することにより、キャップ２８が保持具４３に保持される。このとき、前述のように、バルブ機構４８によって真空吸引を保持具４３毎に制御することにより、任意の保持具４３のみにキャップ２８を保持させることができる。
【００４９】
そして、保持具４３に保持したキャップ２８をチューブ２７に装着する際には、まず対象となる容器ラック６を保持した容器ラック保持部５をＸ方向に搬送してキャップ装着機構２の位置まで移動させ、次いで保持具４３の列位置をＹ方向に移動させて容器ラック６のキャップ装着対象となる列に位置合わせする。これにより、保持具４３とチューブ２７の開口部２７ａとが位置合わせされる。
【００５０】
この位置合わせは、Ｘ方向には容器ラック搬送機構４によって、Ｙ方向には第２のモータ３０、送りねじ３１ａ、ナット部材３１ｂより成る直動機構によって、保持具４３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させることにより行われる。すなわち、容器ラック搬送機構４および上述の直動機構は、保持具４３に保持されたキャップ２８とチューブ２７の開口部２７ａとを位置合わせする位置合わせ機構となっており、この位置合わせ機構は、保持具４３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させる水平移動機構を備えた構成となっている。
【００５１】
図８に示すように、保持具４３は上方に延出した昇降軸４４と結合されており、昇降軸４４は回動部材３８に装着されたスライドガイド４５によって上下方向にスライド自在に保持されている。昇降軸４４の上端部は弾性部材であるスプリング４６によって下方に付勢されており、前述のキャップ装着動作において保持具４３を所定の押圧荷重でキャップ２８に対して押圧する。
【００５２】
すなわち、上記構成において、回動部材３８は、複数の保持具４３をチューブ２７に向かって進退自在に装着するとともに、これらの保持部４３をチューブ２７側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えている。この付勢力により、保持具４３の下端部の高さ位置にばらつきが存在する場合にあっても、適正な圧入荷重でキャップ２８を開口部２７ａ内に圧入できるようになっている。
【００５３】
保持具４３を用いたキャップ装着動作においては、後述するように保持具４３を垂直姿勢から傾斜させる動作を行うことにより、安定したキャップ装着状態を実現するようにしている。ここで図９を参照して、このキャップ装着動作において保持具４３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する保持具傾斜機構による保持具傾斜動作について説明する。
【００５４】
図９（ａ）は、シリンダ３９のロッド３９ａが没入状態にあり、回動部材３８が垂直姿勢に、したがって回動部材３８に保持された保持具４３も垂直姿勢にある状態を示している。キャップ装着動作において保持具４３が垂直姿勢にある状態では、保持具４３に軸方向と直交する方向で保持されたキャップ２８の姿勢は、チューブ２７の開口部２７ａに対して水平となる。
【００５５】
図９（ｂ）はこの状態から、ロッド３９ａを突出させることによって、回動部材３８および保持具４３が傾斜姿勢にある状態を示している。すなわち、ロッド３９ａが突出することにより、回動軸４２はレバー部材４０を介して、ロッド３９ａの突出量とレバー部材４０のレバー長さで規定される角度αだけ回転する。これにより回動軸４２に固着された回動部材３８は同様の角度αだけ回動軸４２廻りに回動して傾斜し、保持具４３も同様に傾斜する。キャップ装着動作において保持具４３が傾斜姿勢にある状態では、保持具４３に保持されたキャップ２８は、チューブ２７の開口部２７ａに対して水平面から傾斜した姿勢となる。
【００５６】
すなわちキャップ装着ヘッド３３において、上述の保持具傾斜動作を行う保持具傾斜機構は、保持具昇降機構により昇降する昇降フレーム３７と、昇降フレーム３７に水平方向の回動軸４２廻りに回動自在に取り付けられた回動部材３８と、回動部材３８を回動させる駆動手段としてのシリンダ３９とを備え、保持具４３を回動部材３８に取り付けた構成となっている。
【００５７】
次にキャップ取り外し機構３の構造を説明する。図４において、キャップ装着機構２の右側方には、容器ラック搬送機構４と交叉してキャップ取り外し機構３が配設されている。キャップ取り外し機構３は、キャップ取り外しヘッド５３をフレーム３ａにＹ方向にスライド自在に保持させ、第３のモータ５０、送りねじ５１ａ、ナット部材５１ｂより成る直動機構によって、キャップ取り外しヘッド５３をＹ方向に移動させる構成となっている。
【００５８】
この直動機構によるキャップ取り外しヘッド５３の移動端には、キャップ離脱板６７およびキャップ回収箱６８が配置されている。キャップ離脱板６７は櫛歯状部材であり、容器ラック６に保持されたチューブ２７からキャップ２８を取外したキャップ取り外しヘッド５３がキャップ離脱板６７にアクセスしてキャップ離脱動作を行うことにより、後述する係合具に係合状態にあるキャップ２８を櫛歯によって離脱させる。キャップ離脱板６７は、チューブ２７から取り外されて係合具に係合したままのキャップ２７を、この係合具から除去するキャップ除去手段となっている。離脱したキャップ２８は、キャップ回収箱６８内に落下回収される。
【００５９】
次に図１０，図１１を参照して、キャップ取り外しヘッド５３の構造および機能を説明する。キャップ取り外しヘッド５３は、キャップ２８の凹部２８ａに係合可能な係合具６３にキャップ取り外し動作を行わせることにより、チューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８の取り外しを自動的に行う。キャップ取り外し動作は、係合具６３の昇降と傾斜を組み合わせた所定パターンの動作であり、このためキャップ取り外しヘッド５３は、以下に説明するように、係合具６３を昇降させる保持具昇降機構と、係合具６３を垂直姿勢および傾斜姿勢を取り得るように操作する係合具傾斜機構とを備えている。
【００６０】
図１０に示すように、フレーム３ａの下面にＹ方向に固着されたガイドレール５２ａには、スライダ５２ｂがスライド自在に装着されており、スライダ５２ｂはキャップ装着ヘッド５３の移動フレーム５３ａに結合されている。第３のモータ５０を駆動することにより、キャップ装着ヘッド５３はＹ方向に往復動する。
【００６１】
図１１に示すように、フレーム５３ａにはガイドレール５６ａが垂直に配設されており、ガイドレール５６ａにスライド自在に装着されたスライダ５６ｂは昇降フレーム５７に固着されている。昇降フレーム５７には結合ブロック５７ｂが結合されており、結合ブロック５７ｂに内蔵されたナット部材５５ｂには送りねじ５５ａが螺合している。昇降フレーム５７は両側に側フレーム５７ａを有し下方側が開放された門型のフレームであり、図１０に示すように一方側の側フレーム５７ａには、シリンダ５９がロッド５９ａを下向きにし、かつピン５９ｂ（図１１）によって上側をピン支持された形で配設されている。
【００６２】
図１１に示すように、ロッド５９ａの先端部にはレバー部材６０がピン６１によってピン結合されており、図１０に示すように、レバー部材６０は側フレーム５７ａの下端部に軸支された一方側の回動軸６２に固定結合されている。側フレーム５７ａの内側には回動部材５８が２つの回動軸６２によって回動自在に保持されている。一方側の回動軸６２はレバー部材６０に結合されており、後述するようにシリンダ５９を駆動することにより、回動部材５８は垂直姿勢から傾斜するようになっている。
【００６３】
回動部材５８は、図１０に示すように、キャップ２８に設けられた凹部２８ａに係合可能な係合具６３を、容器ラック６におけるチューブ２７の保持ピッチと同一のピッチで保持している。すなわち係合具６３は、容器ラック６の１つの列に並んだ複数のチューブ２７と対応する数および位置関係で、回動部材５８に取り付けられている。
【００６４】
これにより、キャップ取り外しヘッド５３によるキャップ取り外し動作において、容器ラック６の一列に並んだ複数のチューブ２７を一括して対象とすることができるようになっている。そして送りねじ５５ａを昇降用モータ５４によって回転駆動することにより、昇降フレーム５７は昇降し、したがって回動部材５８に取り付けられた係合具６３もともに昇降する。昇降用モータ５４，送りねじ５５ａ、ナット部材５５ｂは、昇降フレーム５７とともに係合具６３をチューブ２７に対して昇降させる係合具昇降機構となっている。
【００６５】
係合具６３の形状について説明する。係合具６３の先端部には、図１４に示すように、径方向に張り出した形状の挿入端部６３ａが設けられている。挿入端部６３ａは、キャップ２８の上面中央に形成された凹部２８ａに挿入されて底部２８ｄに嵌り込むことにより、キャップ２８を係合具６３に係合する。挿入端部６３ａは係合具６３の先端部に設けられ凹部２８ａ内で底部２８ｄに嵌り込む大径部となっている。
【００６６】
係合具６３よってキャップ２８を係合保持する際には、まず対象となる容器ラック６を保持した容器ラック保持部５をＸ方向に搬送してキャップ取り外し機構３の位置まで移動させ、次いで係合具６３の列位置をＹ方向に移動させて容器ラック６のキャップ取り外し対象となる列に位置合わせする。これにより、係合具６３とチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８が位置合わせされる。
【００６７】
この位置合わせは、Ｘ方向には容器ラック搬送機構４によって、Ｙ方向には第２のモータ５０、送りねじ５１ａ、ナット部材５１ｂより成る直動機構によって、係合具６３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させることにより行われる。すなわち、容器ラック搬送機構４および上述の直動機構は、係合具６３をチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８に係合させるために、係合具６３とチューブ２７とを位置合わせする位置合わせ機構となっており、この位置合わせ機構は、係合具６３と容器ラック保持部５を相対的に水平移動させる水平移動機構を備えた構成となっている。
【００６８】
そしてこの状態で昇降用モータ５４を駆動してキャップ取り外しヘッド５３を下降させる。これにより、係合具６３はキャップ２８に対して下降し、挿入端部６３ａがキャップ２８の凹部２８ａ内で底部２８ｄに圧入されて嵌り合うことにより、キャップ２８が係合具６３によって係合される。
【００６９】
図１１に示すように、係合具６３は上方に延出した昇降軸６４と結合されており、昇降軸６４は回動部材５８に装着されたスライドガイド６５によって上下方向にスライド自在に保持されている。昇降軸６４の上端部は弾性部材であるスプリング６６によって下方に付勢されており、前述のキャップ装着動作において係合具６３を所定の押圧荷重でキャップ２８に対して押圧する。
【００７０】
すなわち、上記構成において、回動部材５８は、複数の係合具６３をチューブ２７に向かって進退自在に装着するとともに、これらの係合具６３をチューブ２７側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えている。この付勢力により、係合具６３の下端部の高さ位置にばらつきが存在する場合にあっても、係合具６３によってキャップ２８を良好に係合することができるようになっている。
【００７１】
係合具６３を用いたキャップ取外し動作においては、図９に示す動作と同様に、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる係合具傾斜動作を係合具傾斜機構によって行うことにより、安定したキャップ取り外しを実現するようにしている。すなわち、シリンダ５９を駆動して回動部材５８を回動軸６２廻りに回動させることによって、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる。
【００７２】
上述のキャップ取り外し機構３の構成において、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させる係合具傾斜機構は、前述の係合具昇降機構により昇降する昇降フレーム５７と、昇降フレーム５７に水平方向の回動軸６２廻りに回動自在に取り付けられた回動部材５８と、回動部材５８を回動させる駆動手段としてのシリンダ５９とを備え、係合具６３を回動部材５８に取り付けた構成となっている。
【００７３】
次に図１２を参照して制御系の構成を説明する。図１２において、破線枠で示す１２は、分注装置１２に含まれる構成要素を示している。制御部７０は分注装置１２の各部の動作を制御する。制御部７０にはキャップ装着プログラム７１、キャップ取り外しプログラム７２、キャップ供給プログラム７３が記憶されており、これらの各プログラムを制御部７０が実行することにより、キャップ装着動作、キャップ取り外し動作、キャップ供給動作がキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３およびキャップ供給手段によりそれぞれ行われる。
【００７４】
操作・入力部７４はタッチパネルやキーボードなどの入力手段であり、分注装置１２の各部における動作実行のためのコマンドやデータを入力する。表示部７５はディスプレイ装置であり、操作・入力部７４による操作・入力時の案内画面を表示する。分注部７６は分注ヘッドによる分注動作を実行する。
【００７５】
分注装置１２から受け渡し位置１２ｂを介してキャップ装着・取り外し装置１に渡された容器ラック６を対象としてキャップ装着、キャップ取外しを行う際には、制御部７０がキャップ装着プログラム７１、キャップ取り外しプログラム７２を実行することにより、リフタ機構２１、シート移載機構１１、キャップ分離機構２４、キャップ移送テーブル１０、キャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３、容器ラック搬送機構４、バルブ機構４８の各機構の動作が制御される。
【００７６】
次に図１３を参照してキャップ装着方法について説明する。まずキャップ装着機構２において、キャップ装着ヘッド３３をキャップ移送テーブル１０のキャップ吸着位置の上方に移動させ、保持具４３をキャップ２８に位置合わせする。そして昇降フレーム３７を下降させて、列状に配置された保持具４３をキャップ吸着位置に列状に配列されたキャップ２８に対して下降させる。そして嵌入部４３ｃを凹部２８ａ内に嵌入させ、吸引孔４３ａから真空吸引することにより、キャップ２８を保持具４３によってキャップ２８の上面側より保持する（キャップ保持工程）。
【００７７】
次いでキャップ装着ヘッド３３を移動させ、容器ラック搬送機構４上に位置決めされた容器ラック６の対象となるチューブ２７の列に対して保持具４３の列を位置合わせする。次いで回動部材３８を回動させることにより、図１３（ａ）に示すようにキャップ２８を保持した保持具４３を傾斜させる。そして図１３（ｂ）に示すようにキャップ２８をチューブ２７の開口部２７ａに対して傾斜させた状態で、チューブ２７の縁部２７ｃにキャップ２８を接触させる（キャップ接触工程）。
【００７８】
このキャップ接触工程は、保持具４３を傾斜させる傾斜ステップと、保持具４３とチューブ２７とを位置合わせする位置合わせステップと、キャップ２８を開口部２７ａに接触させる接触ステップとを含んだ動作工程である。上述の実施の形態ではこのキャップ接触工程において、位置合わせステップの後に傾斜ステップを実行するようにしているが、位置合わせステップと傾斜ステップの順序はどちらが先であってもよい。例えば、予め傾斜した状態で載置されたキャップ２８を既に傾斜姿勢に保たれた保持具４３で保持した後に、保持具４３をチューブ２７に対して位置あわせするようにしてもよい。
【００７９】
そしてこの後、回動部材３８を回動させて保持具４３を垂直姿勢にすることにより、保持具４３に保持されたキャップ２８を開口部２７ａに対して水平にするとともに、キャップ２８を開口部２７ａ内に挿入して装着する（キャップ装着工程）。そしてこの後、保持具４３をスプリング４６の付勢力によってチューブ２７側に押し付ける（キャップ押し付け工程）。これにより、チューブ２７の高さや保持具４３の下面の高さにばらつきがある場合においても、キャップ２８をチューブ２７に正しく装着することができる。
【００８０】
このキャップ装着方法におけるキャップ装着動作は、保持具４３に保持されたキャップ２８の姿勢をチューブ２７の開口部２７ａに対して傾斜させた状態でこのキャップ２８を開口部２７ａの縁部に接触させ、その後保持具４３を垂直姿勢にしてキャップ２８の姿勢を水平するとともに、開口部２７ａに挿入して装着するものである。そして本実施の形態においては、制御部７０は、上述のキャップ装着動作を行うために、位置合わせ機構、保持具傾斜機構、保持具昇降機構を制御する制御手段として機能している。
【００８１】
そしてこのキャップ装着動作では、チューブ２７を縦横複数列並べて収納する容器ラック６に収納された複数のチューブ２７のうち、１つの列に並んだ複数のチューブ２７に対して、キャップ接触工程の位置合わせステップからキャップ装着工程までを同時に行うようにしている。すなわち、縦横複数列の規則配列で保持された複数のチューブ２７のうち、任意の１列のみを対象としてキャップ装着を行うことが可能となっている。さらに、バルブ機構４８によって保持具４３による真空吸引を個別に制御することにより、任意の１列のチューブのうちの特定のチューブ２７のみを対象とすることもできる。
【００８２】
したがって、容器ラックに保持されたチューブの一部を対象としてキャップ装着を行おうとすれば、キャップを保持シートから分離した後に、個々にチューブに装着する作業を手作業で実行することを余儀なくされていた従来の保持シートを用いたキャップの装着作業と比較して、キャップの装着作業を効率よく行うことができる。
【００８３】
また上述のキャップ装着動作においては、保持具４３に保持されたキャップ２８の姿勢を開口部２７ａに対して傾斜させた状態でこのキャップ２８を開口部２７ａの縁部に接触させ、その後保持具４３を垂直姿勢にしてキャップ２８の姿勢を水平にしながらこのキャップ２８を開口部２７ａに挿入するようにしているので、キャップ挿入時にキャップ２８が接触していない縁部側から、チューブ２７内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができる。したがって、キャップ２８が装着後に内圧によって押し上げられてチューブ２７から離脱する不具合を防止して、安定したキャップ装着状態を実現することができる。
【００８４】
次に図１４を参照して、チューブ２７に装着されたキャップ２８を取り出すキャップ取外し方法について説明する。まずキャップ取り外し対象のチューブ２７を保持した容器ラック６を容器ラック搬送機構４によってキャップ取り外し機構３に移動させ、容器ラック６に保持された複数のチューブのうち対象となるチューブ２７の列を係合具６３の列に位置合わせする（位置合わせ工程）。
【００８５】
次いで昇降フレーム５７を下降させて、図１４（ａ）に示すように、挿入端部６３ａを凹部２８ａ内に押し込み、底部２８ｄに嵌め合わせて係合させる（係合工程）。そして図１３（ｂ）に示すように係合具６３を垂直姿勢から傾斜させることにより、キャップ２８を開口部２７ａの一方側の縁部２７ｃを支点として傾斜させて、他方側の縁部２７ｃからキャップ２８の鍔部２８ｂを離隔させる（キャップ傾斜工程）。
【００８６】
この後、係合具６３を上昇させることにより、図１４（ｃ）に示すように、キャップ２８を開口部２７ａから離脱させる（キャップ離脱工程）。そして、キャップ２８を取り外した後のキャップ取り外しヘッド５３を、キャップ離脱板６７にアクセスさせ、係合具６３に係合状態にあるキャップ２８をキャップ離脱板６７の櫛歯によって離脱させる。離脱したキャップ２８は、キャップ回収箱６８内に落下回収される。
【００８７】
このキャップ取り外し動作は、係合具６３をチューブ２７の開口部２７ａに装着されたキャップ２８の凹部２８ａに係合させた状態で、この係合具６３を垂直姿勢から傾斜させることによりキャップ２８を開口部２７ａの一方側の縁部を支点として傾斜させて他方側の縁部からキャップ２８を離隔させるものである。そして本実施の形態においては、制御部７０は、上述のキャップ取り外し動作を行うために、前述の位置合わせ機構、係合具傾斜機構、係合具昇降機構を制御する制御手段として機能している。
【００８８】
このキャップ取り外し方法におけるキャップ取り外し動作においては、まずチューブ２７に装着されたキャップ２８ａに係合具６３を係合させ、係合具６３を垂直姿勢から傾斜させてキャップ２８を開口部２７ａの縁部から離隔させた後に、キャップ２８を上昇させてチューブ２７から離脱させるようにしている。このため、キャップ２８を上昇させる際に、キャップ２８の嵌合部２８ｃと開口部２７ａとの嵌め合い部の接触面圧によって、チューブ２７がキャップ２８とともに持ち上げられる不具合を、チューブ２７をクランプなどの方法で保持することなく防止することができる。これにより、係合具６３を傾斜させるという簡単な方法で、キャップ２８を不具合なく確実に取り外すことができる。
【００８９】
そして上述のキャップ取り外し動作では、チューブ２７を縦横複数列並べて収納する容器ラック６に収納された複数のチューブ２７のうち、１つの列に並んだ複数のチューブ２７に対して、位置合わせ工程からキャップ離脱工程までを同時に行うようにしている。
【００９０】
このとき、上述のように、チューブ２７がキャップとともに持ち上げられる不具合が発生しないことから、従来のキャップ取り外し方法においては困難であった特定列のチューブのみを対象としたキャップ取り外し作業、すなわち、縦横複数列の規則配列で容器ラック６に保持された複数のチューブ２７のうち、任意の１列のみを対象としてキャップ取り外しを行うことが可能となっている。
【００９１】
上記説明したように、本実施の形態に示すキャップ装着・取り外し装置は、キャップ供給手段によって供給されたキャップ２８を保持具４３によって保持して容器ラック６に縦横複数列並べて保持されたチューブ２７に装着するキャップ装着機構２と、チューブ２７に装着されたキャップ２８を係合具６３によって係合して取り外すキャップ取り外し機構３と、容器ラック６を分注装置１２との間で受け渡す容器ラック受け渡し位置１２ｂおよびキャップ装着機構２、キャップ取り外し機構３の間で容器ラック６を移動させる容器ラック移動手段とを、１つの装置に組み込んだ構成となっている。
【００９２】
これにより、キャップの装着と取り外しとを個別の専用装置を用いて行う従来技術と比較して、分注装置との容器ラックの受け渡し作業を含めて、チューブへのキャップ装着・取り外しの作業を自動化することができ、これらの作業を効率よく行うことができる。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、保持具に保持されたキャップの姿勢を容器の開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを開口部の縁部に接触させ、その後保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平するとともに開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うようにしたので、キャップ挿入時にチューブ内部の空気を外に逃がして内圧上昇を防止することができ、内部に閉じ込められた空気に起因するキャップの装着不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置が組み込まれた分注システムの平面図
【図２】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるチューブ、キャップおよびチューブ保持ラックの斜視図
【図３】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置で使用されるキャップ保持シートの斜視図
【図４】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の平面図
【図５】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置のキャップ供給手段の断面図
【図６】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ分離動作の説明図
【図７】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着機構の正面図
【図８】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの側断面図
【図９】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着ヘッドの動作説明図
【図１０】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し機構の正面図
【図１１】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外しヘッドの側断面図
【図１２】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置の制御系の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ装着動作の説明図
【図１４】本発明の一実施の形態のキャップ装着・取り外し装置におけるキャップ取り外し動作の説明図
【符号の説明】
１ キャップ装着・取り外し装置
２ キャップ装着機構
３ キャップ取り外し機構
４ 容器ラック搬送機構
５ 容器ラック保持部
６ 容器ラック
７ シート収納部
９ シート分離部
１０ キャップ移送テーブル
１１ シート移載機構
１２ 分注装置
２０ キャップ保持機構
２４ キャップ分離機構
２７ チューブ
２７ａ 開口部
２８ キャップ
２８ａ 凹部
３３ キャップ装着ヘッド
３７，５７ 昇降フレーム
３８，５８ 回動部材
３９，５９ シリンダ
４２，６２ 回動軸
４３ 保持具
４６，６６ スプリング
４８ バルブ機構
５３ キャップ取り外しヘッド
６３ 係合具
Claims (4)
- 容器の上面に開口した開口部にキャップを装着するキャップ装着装置であって、
容器を縦横複数個並べて収納する容器ラックを保持する容器ラック保持部と、
キャップを上面側より保持する複数の保持具と、
前記複数の保持部と前記容器ラック保持部を相対的に水平移動させてこの保持具に保持されたキャップと前記容器の前記開口部とを位置合わせする水平移動機構を備えた位置合わせ機構と、
前記保持具を前記容器に対して昇降させる保持具昇降機構と、
前記保持具昇降機構により昇降する昇降フレームと、前記昇降フレームに水平方向の回動軸廻りに回動自在に取り付けられ、前記複数の保持具を容器に向かって進退自在に装着するとともに各々の保持具を前記容器側に押圧する付勢力を作用させる弾性部材を備えた回動部材と、この回動部材を回動させる駆動手段を備えた保持具傾斜機構と、
前記保持具に保持されたキャップの姿勢を前記開口部に対して傾斜させた状態でこのキャップを前記開口部の縁部に接触させ、その後前記保持具を垂直姿勢にしてキャップの姿勢を水平にするとともに前記開口部に挿入して装着するキャップ装着動作を行うために、前記位置合わせ機構、前記保持具傾斜機構及び前記保持具昇降機構を制御する制御手段とを備え、
前記キャップの装着動作を行う際に前記保持具が前記弾性部材の押圧荷重でキャップに対して押圧されるようにしたことを特徴とするキャップ装着装置。 - キャップを前記保持具に供給するキャップ供給手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のキャップ装着装置。
- 前記複数の保持具は前記容器ラックの１つの列に並んだ複数の容器と対応する数および位置関係で前記回動部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載のキャップ装着装置。
- 前記各複数の保持具に、キャップを真空吸引によって吸着保持するための吸引孔が形成されており、それぞれの保持具毎に真空吸引のオン・オフを制御する真空吸引制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のキャップ装着装置。
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