JP5673879B1

JP5673879B1 - チューブハンドリング装置

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Publication number: JP5673879B1
Application number: JP2014070916A
Authority: JP
Inventors: 知晴石垣
Original assignee: Daiichi Jitsugyo Co Ltd
Current assignee: Daiichi Jitsugyo Co Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015190975A

Abstract

【課題】作業時間を短縮できるとともに長期間にわたって信頼性の高い繰り返し動作が可能なチューブハンドリング装置を提供する。【解決手段】チューブラック３からの所定チューブ２Ａの取出し及びチューブラック３への所定チューブ２Ａの挿入を行うチューブ脱着機構部Ａ、チューブラック３を支持する支持手段４とチューブ脱着機構部Ａとを水平面内に位置決めする水平位置決め機構部Ｂを備えた。チューブ脱着機構部Ａは、所定チューブ２Ａを取り出す際に所定チューブ２Ａを押し上げる押上棒５を昇降させる押上棒昇降機構６、押上棒５の真上に位置し、所定チューブ２Ａを挿入する際に所定チューブ２Ａを押し込む押込棒７を昇降させる押込棒昇降機構８、チューブラック３から上方へ押し出された所定チューブ２Ａを保持する保持手段９を備え、押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８をカム機構Ｃにより動作させる。【選択図】図３

Description

本発明は、試料が封入されるチューブを立てた状態で行列状に水平方向に並べて収納可能なチューブラックからの所定チューブの取出し、及び前記チューブラックへの所定チューブの挿入を行うチューブハンドリング装置に関する。

医学、薬学若しくは生物工学等の研究機関又は医療機関等で使用される、化合物試料又は検査若しくは保管用生化学試料等の試料が封入されるチューブ（例えば、試料の微量保管等に適した３８４チューブ）の多数を保持できるチューブラックがある（例えば、特許文献１のFig.１及び特許文献２の図５の１６行２４列に区画された３８４チューブ用のチューブラック（以下、「３８４チューブラック」という）参照）。
３８４チューブラックからの所定の３８４チューブの取出し、及び３８４チューブラックへの所定の３８４チューブの挿入は、３８４チューブはサイズが小さく、隣接する３８４チューブ間の間隔も小さいので、人手よりも高速・確実に３８４チューブのハンドリングを行うことができるチューブハンドリング装置が開発されている（例えば、特許文献２の図１〜図４参照）。

このチューブハンドリング装置（創薬用チューブピッキング装置１００）は、チューブ２０２が下から押し込まれると弾性変形してチューブ２０２を把持する把持爪１０２、把持爪１０２がチューブ２０２を把持して別の場所に移動する時に上昇するとともにチューブ２０２をチューブラック（保管ラック）２００の目的の位置に挿入する時及びチューブラック２００からチューブ２０２を引き抜く時に降下する把持爪昇降機構（つかみ上げシリンダ可動部１０８及びつかみ上げシリンダ１１０）、把持したチューブ２０２をチューブラック２００に移す際に把持爪１０２からチューブ２０２を押し出す突き落とし機構（突き落とし棒１０４及び突き落としシリンダ１０６）、チューブ２０２をチューブラック２００の底面側から把持爪１０２に押し込む押上機構（押上棒１２２及び押上シリンダ１２４）、目的のチューブ２０２の周りに別のチューブ２０２があるか否かを確認するための共上げ防止センサ１１４、把持爪１０２によって目的のチューブ２０２が確実に把持されているかどうかを検知する把持確認センサ１１２、チューブラック２００のチューブ２０２挿入箇所に既にチューブ２０２が存在するか否かを検知する二重挿入防止センサ１１６、並びに、共上げ防止センサ１１４及び把持確認センサ１１２がセンサ昇降シリンダ可動部１１８に固着されているとともにセンサ昇降シリンダ１２０によって昇降可能とするセンサ昇降機構を有している。

欧州特許第９０４８４１号明細書特許第４４８５４８６号公報

創薬研究等の分野においては、大量の試料の低温での保管や分析を高効率で行う必要があるので、試料が封入されたチューブ、又は試料を封入する前の空のチューブのハンドリングを行うチューブハンドリング装置に対して、作業時間を短縮するとともに動作の信頼性を向上するニーズが高まっている。

ここで、特許文献２のような従来のチューブハンドリング装置は、多くのシリンダ（つかみ上げシリンダ１１０、突き落としシリンダ１０６、押上シリンダ１２４、及びセンサ昇降シリンダ１２０）を駆動制御することにより所要の動作を行うものである。
よって、高加減速動作を行うことができないため作業時間が長くなる（例えば、５秒／サイクル程度になる）。
その上、低温環境下（例えば、−２０℃程度）で使用する場合もあるので、その際に空気圧動力源のため結露によりシリンダの動作が不安定になる場合があること、及び駆動装置の数が多いことから、長期間にわたる繰り返し動作の信頼性が低下する。

また、一対の把持爪１０２，１０２は、チューブ２０２が下から押し込まれると弾性変形により拡幅してチューブ２０２を把持するものである。
よって、押し込まれたチューブを摩擦により保持する構成であるので、摩耗するとともに粉塵が発生するため、長期間にわたって信頼性を確保することが困難である。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、作業時間を短縮できるとともに、長期間にわたって信頼性の高い繰り返し動作が可能なチューブハンドリング装置を提供する点にある。

本発明に係るチューブハンドリング装置は、前記課題解決のために、試料が封入されるチューブを立てた状態で行列状に水平方向に並べて収納可能なチューブラックからの所定チューブの取出し、及び前記チューブラックへの所定チューブの挿入を行うチューブ脱着機構部、並びに、前記チューブラックを支持する支持手段と前記チューブ脱着機構部とを相対的に水平面内に位置決めする水平位置決め機構部を備えたチューブハンドリング装置であって、前記チューブ脱着機構部は、前記チューブラックから所定チューブを取り出す際に当該所定チューブを押し上げる、昇降可能に支持された押上棒を昇降させる押上棒昇降機構と、前記押上棒の真上に位置し、前記チューブラックに所定チューブを挿入する際に当該所定チューブを押し込む、昇降可能に支持された押込棒を昇降させる押込棒昇降機構と、前記押上棒昇降機構により上昇した前記押上棒により前記チューブラックから上方へ押し出された前記所定チューブを保持する保持手段とを備え、前記押上棒昇降機構を、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第１カムを用いたカム機構により動作させるとともに、前記押込棒昇降機構を、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第２カムを用いたカム機構により動作させ、前記押上棒昇降機構により上昇した前記押上棒により前記所定チューブを前記チューブラックから上方へ押し上げる際に、前記所定チューブに隣接するチューブの上面に当接するとともに前記所定チューブを案内するガイド筒を備え、前記押上棒昇降機構及び前記押込棒昇降機構を同期させて駆動し、前記チューブラックから所定チューブを取り出す際に当該所定チューブを前記押上棒及び前記押込棒により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブを前記チューブラックから前記ガイド筒内へ押し上げるとともに、前記チューブラックに所定チューブを挿入する際に当該所定チューブを前記押上棒及び前記押込棒により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブを前記ガイド筒内から前記チューブラックへ押し込むことを特徴とする。

このような構成によれば、多くの駆動装置（例えば特許文献２ではシリンダ）を用いてそれらを駆動制御する構成ではなく、押上棒昇降機構及び押込棒昇降機構をカム機構により動作させるので、高加減速動作を円滑にかつ確実に行うことできる。
よって、カム機構を用いた高加減速動作が可能な構成により作業時間を短縮できるとともに、長期間にわたって信頼性の高い繰り返し動作が可能になる。

その上、所定チューブに隣接するチューブがガイド筒により押さえられた状態で、押上棒により所定チューブのみがカイド筒内に押し上げられるので、所定チューブを取り出す際に隣接するチューブも取り出されてしまう不具合である、いわゆる共上げ現象の発生を確実に無くすことができる。

その上さらに、チューブラックから所定チューブを取り出す際及びチューブラックに所定チューブを挿入する際に、当該所定チューブを押上棒及び押込棒により挟んだ状態を保持しながら取出し動作及び挿入動作を行うので、当該所定チューブにダメージを与えることなく安定かつ確実に取出し及び挿入ができる。

ここで、前記ガイド筒に対して揺動可能に取り付けられて前記ガイド筒内に出没する保持爪を、前記ガイド筒に対して前記ガイド筒内を相対的に昇降する前記押込棒により操作することにより前記保持手段としてなるとより好ましい。
このような構成によれば、所定チューブを保持する保持手段が、特許文献２のように押し込まれたチューブを摩擦により保持する構成ではなく、ガイド筒に対して揺動可能に取り付けられてガイド筒内に出没する保持爪により構成されるので、摩耗や粉塵の発生が抑制されるため、長期間にわたって高い信頼性を確保できる。
その上、ガイド筒に対してガイド筒内を相対的に昇降する押込棒により保持爪の開閉を行うので、保持爪を開閉するための個別のアクチュエータが不要になる。

また、前記押上棒昇降機構が、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第１カム、前記第１カムのカムフォロワである第１カム従動部を一端に備え、前記押上棒を操作するための第１昇降操作部を他端に備えるとともに、中間を第１水平支軸により軸支された第１揺動リンク、及び前記第１昇降操作部に下端が連結されるとともに前記押上棒を支持する押上棒支持体に上端が連結された上下方向に長い第１昇降リンクを有するものであり、前記押込棒昇降機構が、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第２カム、前記第２カムのカムフォロワである第２カム従動部を一端に備え、前記押込棒を操作するための第２昇降操作部を他端に備えるとともに、中間を第２水平支軸により軸支された第２揺動リンク、及び前記第２昇降操作部に下端が連結された上下方向に長い第２昇降リンク、並びに、前記第２昇降リンクの上端に一端が連結され、前記押込棒を支持する押込棒支持体に他端が連結されるとともに、中間が第３水平支軸により軸支された第３揺動リンクを有するものであるのが好ましい。

このような構成によれば、中間を第１水平支軸により軸支された第１揺動リンクのカムフォロワである第１カム従動部を第１カムに従動させることにより第１揺動リンクが揺動するので、第１揺動リンクの第１昇降操作部の操作力により、第１昇降リンクを介して押上棒を確実に操作できる。また、中間を第２水平支軸により軸支された第２揺動リンクのカムフォロワである第２カム従動部を第２カムに従動させることにより第２揺動リンクが揺動するので、第２揺動リンクの第２昇降操作部の操作力により、第２昇降リンク及び第３揺動リンクを介して押込棒を確実に操作できる。

さらに、前記押上棒昇降機構を駆動する回転アクチュエータと前記押込棒昇降機構を駆動する回転アクチュエータを同一のもとし、この単一の回転アクチュエータに連結固定した回転軸に前記第１カム及び前記第２カムを固定することにより、前記押上棒昇降機構及び前記押込棒昇降機構を同期させてなるとさらに好ましい。
このような構成によれば、単一の回転アクチュエータで第１カム及び第２カムを駆動することにより押上棒昇降機構及び押込棒昇降機構を同期させて動かすので、駆動装置の構成を簡素化できるため、製造コストを低減できる。

以上のように、本発明に係るチューブハンドリング装置によれば、
（ａ）押上棒昇降機構及び押込棒昇降機構を、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転するカムを用いたカム機構により動作させるので、高加減速動作を円滑にかつ確実に行うことできるため、作業時間を短縮できるとともに、長期間にわたって信頼性の高い繰り返し動作が可能になること、
（ｂ）押上棒により所定チューブをチューブラックから上方へ押し上げる際に、所定チューブに隣接するチューブの上面に当接するとともに所定チューブを案内するガイド筒を備えることにより、所定チューブに隣接するチューブがガイド筒により押さえられた状態で、押上棒により所定チューブのみがカイド筒内に押し上げられるので、所定チューブを取り出す際に隣接するチューブも取り出されてしまう不具合である、いわゆる共上げ現象の発生を確実に無くすことができること、
（ｃ）押上棒昇降機構及び押込棒昇降機構を同期させて駆動し、チューブラックから所定チューブを取り出す際及びチューブラックに所定チューブを挿入する際に、当該所定チューブを押上棒及び押込棒により挟んだ状態を保持しながら取出し動作及び挿入動作を行うので、当該所定チューブにダメージを与えることなく安定かつ確実に取出し及び挿入ができること、
（ｄ）所定チューブを保持する保持手段を、ガイド筒に対して揺動可能に取り付けられてガイド筒内に出没する保持爪により構成することにより、摩耗や粉塵の発生が抑制されるため、長期間にわたって高い信頼性を確保できるとともに、ガイド筒に対してガイド筒内を相対的に昇降する押込棒により保持爪の開閉を行うので、保持爪を開閉するための個別のアクチュエータが不要になること、
等の顕著な効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るチューブハンドリング装置を斜め左上方から見た斜視図である。同じく斜め右上方から見た斜視図である。同じく部分縦断左側面図である。同じく部分縦断正面図である。回転アクチュエータまわりの構成を示す部分縦断正面図である。要部拡大左側面図である。ガイド筒を斜め下方から見た斜視図である。ガイド筒まわりの構成を示す斜め上方から見た分解斜視図である。ガイド筒まわりの縦断正面図であり、（ａ）は保持手段を構成する保持爪が開いた状態を、（ｂ）は前記保持爪が閉じた状態を示している。（ａ）はカムまわりの動作を、（ｂ）は押上棒及び押込棒まわりの動作を示す、チューブラックから所定チューブを取り出す際における動作説明図であり、押上棒が所定チューブの下方に位置し、押込棒及びガイド筒が所定チューブの上方に位置している状態を示している。同じく動作説明図であり、押上棒が上昇し、押込棒及びガイド筒が下降してガイド筒の下面がチューブラックの上面に当接した状態を示している。同じく動作説明図であり、押上棒がさらに上昇して所定チューブの下面に当接し、ガイド筒に対して押込棒が下降することにより保持爪が開き、押上棒及び押込棒により所定チューブを挟んだ状態を示している。同じく動作説明図であり、押上棒及び押込棒により所定チューブを挟みながら押上棒及び押込棒が同期して上昇し、チューブラックから所定チューブをガイド筒内へ押し上げた状態を示している。同じく動作説明図であり、押上棒及び押込棒により所定チューブを挟みながら押上棒及び押込棒が同期してさらに上昇し、所定チューブをさらに押し上げ、ガイド筒に対して押込棒が上昇することにより保持爪が閉じて所定チューブを保持した状態を示している。同じく動作説明図であり、押上棒が下降し、所定チューブを保持した状態で押込棒及びガイド筒が上昇した状態（チューブの取出しが完了した状態）を示している。押上棒及び押込棒まわりの動作を示す、チューブラックへ所定チューブを挿入する際における動作説明図であり、（ａ）は押上棒がチューブラックの下方に位置し、押込棒及びガイド筒がチューブラックの上方に位置している状態を、（ｂ）は押込棒及びガイド筒が下降してガイド筒の下面がチューブラックの上面に当接し、押上棒が上昇して保持爪に保持された所定チューブの下面に当接した状態を示している。同じく動作説明図であり、（ａ）は押上棒及び押込棒により所定チューブを挟みながら押上棒及び押込棒が同期して下降し、ガイド筒に対して押込棒が下降することにより保持爪が開いた状態を、（ｂ）は押上棒及び押込棒により所定チューブを挟みながら押上棒及び押込棒が同期してさらに下降し、所定チューブがチューブラックに挿入された状態を示している。同じく動作説明図であり、（ａ）は押上棒がさらに下降し、ガイド筒に対して押込棒が上昇することにより保持爪が閉じた状態を、（ｂ）は押上棒がさらに下降して所定チューブの下方に位置し、押込棒及びガイド筒が上昇して所定チューブの上方に位置している状態（チューブの挿入が完了した状態）を示している。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明するが、図面を見易くするため、構成部品の一部の図示を省略している。
本明細書においては、水平位置決め機構部Ｂ側からチューブ脱着機構部Ａに向かう方向を前、その反対方向を後とし、左右は前方に向かっていうものとする。
また、後方から前方に向かって見た図（例えば、図４）を正面図とする。

図１及び図２の斜視図、並びに図３の部分縦断左側面図及び図４の部分縦断正面図に示すように、本発明の実施の形態に係るチューブハンドリング装置１は、試料が封入されるチューブ２，２，…を立てた状態で行列状に水平方向に並べて収納可能なチューブラック３からの所定チューブ２Ａ（図３及び図４参照）の取出し、及びチューブラック３への所定チューブ２Ａの挿入を行うチューブ脱着機構部Ａ、並びに、チューブラック３，３を支持する支持手段４とチューブ脱着機構部Ａとを相対的に水平面内に位置決めする水平位置決め機構部Ｂを備えている。なお、チューブハンドリング装置１は、試料が封入されたチューブ２、又は試料を封入する前の空のチューブ２のハンドリングを行う。
ここで、チューブ２，２，…は３８４チューブであり、チューブラック３は１６行２４列に区画された３８４チューブラックである。

水平位置決め機構部Ｂは、リニアサーボアクチュエータ１８，１９を直交配置して水平面内の位置決めを行うＸＹ直交ロボット２０により支持手段４を支持したものであり、ベースＥに固定される。
水平位置決め機構部Ｂを、高加減速に適した制御性の良いリニアサーボアクチュエータ１８，１９により構成することにより、作業時間を短縮できる。

チューブ脱着機構部Ａは、チューブラック３から所定チューブ２Ａを取り出す際に当該所定チューブ２Ａを押し上げる押上棒５を昇降させる押上棒昇降機構６、押上棒５の真上に位置し、チューブラック３に所定チューブ２Ａを挿入する際に当該所定チューブ２Ａを上方から押し込む押込棒７を昇降させる押込棒昇降機構８、押上棒昇降機構６により上昇した押上棒５によりチューブラック３から上方へ押し出された所定チューブ２Ａを保持する保持手段９を備えており、ベースＥに固定された機枠Ｆに取り付けられる。
また、押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８は、回転アクチュエータであるサーボモータ１０により水平軸Ｄまわりに回転する第１カム１１及び第２カム１２を用いたカム機構Ｃにより動作する。
チューブ脱着機構部Ａの駆動を、高加減速に適した制御性の良いサーボモータ１０により行うことにより、作業時間を短縮できる。

図５の部分縦断正面図に示すように、第１カム１１及び第２カム１２は水平軸である回転軸Ｄに固定されており、サーボモータ１０の出力軸に連結された減速機１３の出力軸に回転軸Ｄが連結固定されるので、第１カム１１及び第２カム１２は、サーボモータ１０により回転軸Ｄまわりに回転する。すなわち、第１カム１１及び第２カム１２は、サーボモータ１０の出力軸に減速機１３を介して連結固定されており、それにより、押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８は、同期がとられた状態で単一のサーボモータ１０により駆動される。
また、絶対値を検出する入力検出器であるレゾルバ１５（アブソリュートエンコータ等であってもよい）から出力された角度データが、本体を図示しない動作変位位置設定確認ポジショナ（例えば、オムロン株式会社の「カムポジショナ」（登録商標））１４に取り込まれ、動作変位位置設定確認ポジショナ１４により、予め設定したオン／オフ角度設定値に従い出力をオン／オフすることにより、第１カム１１及び第２カム１２の角度位置が制御される。
このような構成によれば、絶対値を検出する入力検出器を用いているので、原点がずれることがないため、起動時や停電時における原点出し作業が不要になる。
また、レゾルバ１５から角度データを取り込んで動作変位位置設定確認ポジショナ１４を用いて第１カム１１及び第２カム１２の角度位置を制御するので、第１カム１１及び第２カム１２を高精度に角度位置設定できるため、所定チューブ２Ａを押し上げる押上棒５及び所定チューブ２Ａを挿入する押込棒７の動作が確実になる。

図３及び図４に示すように、押上棒５は押上棒支持体３０に支持されており、押上棒支持体３０に固定された直動ガイドブロック３３が直動ガイドレール３４に沿って昇降するため、押上棒５は昇降可能に支持される。
押上棒昇降機構６は、水平軸Ｄまわりに回転する第１カム１１、第１カム１１のカムフォロワであり、第１カム１１のカム面に圧接される第１カム従動部２１Ａを一端に備え、押上棒５を操作するための第１昇降操作部２１Ｂを他端に備えるとともに、中間を第１水平支軸２１Ｃにより軸支された第１揺動リンク２１、及び第１昇降操作部２１Ｂに下端が連結されるとともに押上棒５を支持する押上棒支持体３０に上端が連結された上下方向に長い第１昇降リンク３１を有する。
なお、略Ｌ字状の第１揺動リンク２１の第１昇降操作部２１Ｂと第１水平支軸２１Ｃとの間に掛止ピン２７Ａが取り付けられており、掛止ピン２７Ａ及び掛止ピン２７Ａの上方の機枠Ｆに取り付けられた掛止ピン２７Ｂに、引張コイルばね２４の端末２４Ａ，２４Ｂが掛止されるので、カムフォロワである第１カム従動部２１Ａが第１カム１１のカム面に圧接される。
図４に示すストッパ４８は押上棒５の最大上昇位置を規制するものであり、押上棒支持体３０の当止面３０Ａがストッパ４８に当止される高さ位置まで押上棒５は上昇できる。また、ストッパ４８により設定される押上棒５の最大上昇位置を基準にして第１カム１１の角度位置を設定できる。

図３及び図４に示すように、押込棒７は上下の押込棒支持体３５，３６に支持されており、押込棒支持体３５，３６の夫々に固定された直動ガイドブロック３７，３８が直動ガイドレール３９に沿って昇降するため、押込棒７は昇降可能に支持される。
押込棒昇降機構８は、水平軸Ｄまわりに回転する第２カム１２、第２カム１２のカムフォロワであり、第２カム１２のカム面に圧接される第２カム従動部２２Ａを一端に備え、押込棒７を操作するための第２昇降操作部２２Ｂを他端に備えるとともに、中間を第２水平支軸２２Ｃにより軸支された第２揺動リンク２２、及び第２昇降操作部２２Ｂに下端が連結された上下方向に長い第２昇降リンク３２、並びに、第２昇降リンク３２の上端に一端２３Ａが連結され、押込棒７を支持する押込棒支持体３５に他端２３Ｂが連結されるとともに、中間が第３水平支軸２３Ｃにより軸支された第３揺動リンク２３を有する。

なお、略Ｌ字状の第２揺動リンク２２の第２昇降操作部２２Ｂと第２水平支軸２２Ｃとの間に掛止ピン２８Ａが取り付けられており、掛止ピン２８Ａ及び掛止ピン２８Ａの上方の機枠Ｆに取り付けられた掛止ピン２８Ｂに、引張コイルばね２５の端末２５Ａ，２５Ｂが掛止されるので、カムフォロワである第２カム従動部２２Ａが第２カム１２のカム面に圧接される。
また、略シーソー状の第３揺動リンク２３の他端２３Ｂと第３水平支軸２３Ｃとの間に掛止ピン２９Ｂが取り付けられており、掛止ピン２９Ｂ及び掛止ピン２９Ｂの下方の機枠Ｆに取り付けられた掛止ピン２９Ａに、引張コイルばね２６の端末２６Ｂ，２６Ａが掛止されるので、第３揺動リンク３の他端２３Ｂは下方へ付勢される。

図３の部分縦断左側面図、図４の部分縦断正面図、及び図６の要部拡大左側面図に示すように、押込棒支持体３５，３６間には圧縮コイルばね４０が介在しているとともに、押込棒支持体３６は引張コイルばね４１により下方へ付勢される。
押込棒昇降機構８の第２カム１２の角度位置に応じて、第２揺動リンク２２、第２昇降リンク３２、及び第３揺動リンク２３を介して、第３揺動リンク２３の他端２３Ｂにより押込棒支持体３５が押し下げられた際に、先ず下側の押込棒支持体２６の当止面３６Ａがストッパ４２Ａ（図６参照）に当止されるので、押込棒支持体３６の下方への移動が規制される。
図４に示すストッパ４２Ｂは押込棒７の最大下降位置を規制するものであり、押込棒支持体３５の当止面３５Ａがストッパ４２Ｂに当止される高さ位置まで押込棒７は下降できる。また、ストッパ４２Ｂにより設定される押込棒７の最大下降位置を基準にして第２カム１２の角度位置を設定できる。

ここで、押上棒昇降機構６が、第１カム１１、第１揺動リンク２１、及び第１昇降リンク３１を有するものであり、押込棒昇降機構８が、第２カム１２、第２揺動リンク２２、第２昇降リンク３２、及び第３揺動リンク２３を有するものであると、第１揺動リンク２１のカムフォロワである第１カム従動部２１Ａを第１カム１１に従動させることにより第１揺動リンク２１が揺動するので、第１揺動リンク２１の第１昇降操作部２１Ｂの操作力により、第１昇降リンク３１を介して押上棒５を確実に操作でき、第２揺動リンク２２のカムフォロワである第２カム従動部２２Ａを第２カム１２に従動させることにより第２揺動リンク２２が揺動するので、第２揺動リンク２２の第２昇降操作部２２Ｂの操作力により、第２昇降リンク３２及び第３揺動リンク２３を介して押込棒７を確実に操作できる。

次に、押上棒５によりチューブラック３から上方へ押し出された所定チューブ２Ａを保持する保持手段９の構成例について説明する。
図３、図４及び図６に示すように、押込棒支持体３６には、その下側に図７の斜視図に示す形状のガイド筒１６が固定されており、図６に示す当止面３６Ａがストッパ４２Ａに当止されて押込棒支持体３６及びガイド筒１６の下方への移動が規制された状態でも、押込棒支持体３５及び押込棒７は、当止面３５Ａがストッパ４２Ｂに当て止めされる位置まで下方へ移動できる。
図８の分解斜視図に示すように、保持爪１７のローラ収容孔１７Ａにローラ４５を収容した状態で、水平支軸４４を保持爪１７の通孔１７Ｂ、ローラ４５の通孔４５Ａ及び保持爪１７の通孔１７Ｃに挿通することにより、ローラ４５は保持爪１７により水平支軸４４まわりに回転可能に支持される。
このようにローラ４５を支持した保持爪１７を、ガイド筒１６の切欠部１６Ｄに入れ、水平支軸４３をガイド筒１６の通孔１６Ｂ、保持爪１７の通孔１７Ｄ及びガイド筒１６の通孔１６Ｃに挿通することにより、保持爪１７は、ガイド筒１６に対して揺動可能に取り付けられるので、ガイド筒１６内に出没可能に支持される。
また、ボルト４６を保持爪１７の通孔１７Ｅに挿通して螺孔１７Ｆに螺合することにより、水平支軸４３は保持爪１７に固定される。
さらに、ガイド筒１６のばね端収容凹部１６Ｅ、及び保持爪１７上部のばね端収容凹部１７Ｇに端末が収容された状態で圧縮コイルばね４７が装着される。

よって、図９（ａ）の縦断正面図のようにローラ４５，４５間に押込棒７の大径部７Ａが位置している場合は、保持爪１７，１７はその下部間が広がった状態（保持爪１７，１７が開いた状態）となる。
また、図９（ｂ）の縦断正面図のようにローラ４５，４５間に押込棒７の小径部７Ｂが位置している場合は、保持爪１７，１７はその下部間が狭まった状態（保持爪１７，１７が閉じた状態）となるので、保持筒１６のガイド孔１６Ａ（図７の斜視図も参照）からガイド筒１６内に入った所定チューブ２Ａを保持爪１７，１７により保持できる。
上述のとおり押込棒支持体３６及びガイド筒１６の下方への移動が規制された状態でも、押込棒支持体３５及び押込棒７は下方へ移動できる。すなわち、押込棒７はガイド筒１６に対して相対的に昇降できるので、ガイド筒１６に対してガイド筒１６内を相対的に昇降する押込棒７により保持爪１７，１７を図９（ａ）及び（ｂ）のように操作でき、図９（ｂ）のように所定チューブ２Ａを保持爪１７，１７により保持できるので、所定チューブ２Ａを保持する保持手段９を構成できる。

なお、保持爪１７，１７により平面視矩形状の所定チューブ２Ａ（図７参照）の角部を保持するので、保持爪１７，１７の開閉方向は、図３に示すような前後方向、及び図４に示すような左右方向ではなく、前後方向又は左右方向から垂直軸まわりに４５°回転した方向に開閉するものであるが、図面の見易さのために、保持爪１７，１７の開閉方向を変えている（図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）及び図１５（ｂ）、並びに図１６〜図１８も同様）。
また、図７及び図８に示すセンサ用通孔１６Ｆ，１６Ｆは、左右方向の孔であり、図４のようにガイド筒１６の左右に配設されたセンサＳ２からの光が通過する。図１、図２及び図４に示すセンサＳ２は、保持爪１７，１７が所定チューブ２Ａを保持しているか否かの確認を行うものである。

図１〜図３に示すセンサＳ１は、水平位置決め機構部Ｂにより、チューブラック３を、例えば図３及び図４のようにガイド筒１６及び押上棒５の間の所定位置まで移動させた状態で、チューブラック３から所定チューブ２Ａを取り出す際におけるチューブラック３の所定箇所に所定チューブ２Ａがあることの確認、及び、チューブラック３へ所定チューブ２Ａを挿入する際におけるチューブラック３の所定箇所にチューブ２がないことを確認するためのものである。

図４に示すセンサＳ３は、水平位置決め機構部Ｂにより、チューブラック３を、例えば図１及び図２の位置から図３及ぶ図４のようにガイド筒１６及び押上棒５の間に移動させる際に、チューブラック３とガイド筒１６が干渉しないように、ガイド筒１６及び押込棒７等が上昇した位置にあることを確認するためのものである。
また、図４に示すセンサＳ４は、水平位置決め機構部Ｂにより、チューブラック３を、例えば図１及び図２の位置から図３及ぶ図４のようにガイド筒１６及び押上棒５の間に移動させる際に、チューブラック３と押上棒５が干渉しないように、押上棒５等が下降した位置にあることを確認するためのものである。

次に、チューブラック３から所定チューブ２Ａを取り出す際におけるチューブ脱着機構部Ａの動作の詳細について説明する。
図１０の押上棒５が所定チューブ２Ａの下方に位置し、押込棒７及びガイド筒１６が所定チューブ２Ａの上方に位置している状態から、水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が図１０（ａ）の矢印の方向へ所定角度回転した図１１の状態では、押上棒５が上昇し、押込棒７及びガイド筒１６が下降してガイド筒１６の下面がチューブラック３の上面に当接している。
図１１の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が図１１（ａ）の矢印の方向へさらに所定角度回転した図１２の状態では、押上棒５がさらに上昇して所定チューブ２Ａの下面に当接し、ガイド筒１６に対して押込棒７が下降することにより保持爪１７，１７が開くとともに、押込棒７の下面が所定チューブ２Ａの上面に当接し、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟んでいる。

図１２の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が図１２（ａ）の矢印の方向へさらに所定角度回転した図１３の状態では、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟みながら押上棒５及び押込棒７が同期して上昇し、所定チューブ２Ａがチューブラック３からガイド筒１６内へ押し上げられる。
ここで、図１３の状態では、ガイド筒１６の下面（図７も参照）が所定チューブ２Ａに隣接するチューブ２，２，…の上面に当接しているので、所定チューブ２Ａがガイド筒１６内へ押し上げられる際に、所定チューブ２Ａに隣接するチューブ２，２，…がガイド筒１６により押さえられた状態で、押上棒５により所定チューブ２Ａのみがカイド筒１６内に押し上げられるため、所定チューブ２Ａを取り出す際に隣接するチューブ２，２，…も取り出されてしまう不具合である、いわゆる共上げ現象の発生を確実に無くすことができる。

図１３の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が図１３（ａ）の矢印の方向へさらに所定角度回転した図１４の状態では、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟みながら押上棒５及び押込棒７が同期してさらに上昇し、所定チューブ２Ａをさらに押し上げて所定チューブ２Ａの全体がガイド筒１６内に入るとともに、保持爪１７，１７が閉じて（図１３（ｂ）の矢印参照）所定チューブ２Ａを保持している。
図１４の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が図１４（ａ）の矢印の方向へさらに所定角度回転した図１５の状態では、押上棒５が下降するとともに、所定チューブ２Ａを保持爪１７，１７が保持した状態で押込棒７及びガイド筒１６が上昇している。
以上の動作により、チューブラック３からの所定チューブ２Ａの取出しが完了する。

次に、チューブラック３へ所定チューブ２Ａを挿入する際におけるチューブ脱着機構部Ａの動作の詳細について説明する。
チューブラック３へ所定チューブ２Ａを挿入する際における第１カム１１及び第２カム１２の角度位置については、図１６（ａ）の状態は図１５（ａ）と同じ、図１６（ｂ）の状態は図１４（ａ）と同じ、図１７（ａ）の状態は、図１３（ａ）と同じ、図１７（ｂ）の状態は図１２（ａ）と同じ、図１８（ａ）の状態は図１１（ａ）と同じ、図１８（ｂ）の状態は図１０（ａ）と同じであるので、図示を省略する。

図１６（ａ）の押上棒５がチューブラック３の下方に位置し、押込棒７及びガイド筒１６がチューブラック３の上方に位置している状態から、水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２が所定角度回転した図１６（ｂ）の状態では、押込棒７及びガイド筒１６が下降してガイド筒１６の下面がチューブラック３の上面に当接し、押上棒５が上昇して保持爪１７，１７に保持された所定チューブ２Ａの下面に当接し、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟んでいる。
図１６（ｂ）の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２がさらに所定角度回転した図１７（ａ）の状態では、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟みながら押上棒５及び押込棒７が同期して若干下降し、ガイド筒１６に対して押込棒７が下降することにより保持爪１７，１７が開いている（図１６（ｂ）の矢印参照）。

図１７（ａ）の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２がさらに所定角度回転した図１７（ｂ）の状態では、押上棒５及び押込棒７により所定チューブ２Ａを挟みながら押上棒５及び押込棒７が同期してさらに下降し、所定チューブ２Ａがチューブラック３に挿入される。
図１７（ｂ）の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２がさらに所定角度回転した図１８（ａ）の状態では、押上棒５がさらに下降し、ガイド筒１６に対して押込棒７が上昇することにより保持爪１７，１７が閉じている（図１７（ｂ）の矢印参照）。
図１８（ａ）の状態から水平軸Ｄまわりに第１カム１１及び第２カム１２がさらに所定角度回転した図１８（ｂ）の状態では、押上棒５がさらに下降して所定チューブ２Ａの下方に位置し、押込棒７及びガイド筒１６が上昇して所定チューブ２Ａの上方に位置している。
以上の動作により、チューブラック３への所定チューブ２Ａの挿入が完了する。

以上の説明においては、第１カム１１及び第２カム１２を共通の回転軸Ｄに取り付けて単一のサーボモータ１０により駆動する場合を示したが、第１カム１１と第２カム１２を別々の回転軸に取り付けて個別のサーボモータにより駆動するように構成してもよい。ただし、単一のサーボモータ１０で第１カム１１及び第２カム１２を駆動することにより押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８を同期させて動かす構成によれば、駆動装置の構成を簡素化できるため、製造コストを低減できる。
また、以上の説明においては、第１カム１１及び第２カム１２が板カムである場合を示したが、より高速化に適した溝カム等の他のカムを用いてもよい。

以上のようなチューブハンドリング装置１の構成によれば、多くの駆動装置を用いてそれらを駆動制御する構成ではなく、押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８をカム機構Ｃにより動作させるので、高加減速動作を円滑にかつ確実に行うことできる。
よって、カム機構Ｃを用いた高加減速動作が可能な構成により作業時間を短縮できるとともに、長期間にわたって信頼性の高い繰り返し動作が可能になる。
また、押上棒昇降機構６及び押込棒昇降機構８を同期させて駆動し、チューブラック３から所定チューブ２Ａを取り出す際に当該所定チューブ２Ａを押上棒５及び押込棒７により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブ２Ａをチューブラック３からガイド筒１６内へ押し上げるとともに、チューブラック３に所定チューブ２Ａを挿入する際に当該所定チューブ２Ａを押上棒５及び押込棒７により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブ２Ａをガイド筒１６内からチューブラック３へ押し込んでいる。
よって、チューブラック３から所定チューブ２Ａを取り出す際及びチューブラック３に所定チューブ２Ａを挿入する際に、当該所定チューブ２Ａを押上棒５及び押込棒７により挟んだ状態を保持しながら取出し動作及び挿入動作を行うので、当該所定チューブ２Ａにダメージを与えることなく安定かつ確実に取出し及び挿入ができる。
さらに、ガイド筒１６に対して揺動可能に取り付けられてガイド筒１６内に出没する保持爪１７，１７を、ガイド筒１６に対してガイド筒１６内を相対的に昇降する押込棒７により操作することにより保持手段９としているので、摩耗や粉塵の発生が抑制されるため、長期間にわたって高い信頼性を確保できるとともに、保持爪１７，１７を開閉するための個別のアクチュエータが不要になる。

１チューブハンドリング装置２チューブ
２Ａ所定チューブ３チューブラック
４支持手段５押上棒
６押上棒昇降機構７押込棒
７Ａ大径部７Ｂ小径部
８押込棒昇降機構９保持手段
１０サーボモータ（回転アクチュエータ）
１１第１カム１２第２カム
１３減速機１４動作変位位置設定確認ポジショナ
１５レゾルバ（入力検出器）１６ガイド筒
１６Ａガイド孔１６Ｂ，１６Ｃ通孔
１６Ｄ切欠部１６Ｅばね端収容凹部
１６Ｆセンサ用通孔１７保持爪
１７Ａローラ収容孔１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ通孔
１７Ｆ螺孔１７Ｇばね端収容凹部
１８，１９リニアサーボアクチュエータ２０ＸＹ直交ロボット
２１第１揺動リンク２１Ａ第１カム従動部
２１Ｂ第１昇降操作部２１Ｃ第１水平支軸
２２第２揺動リンク２２Ａ第２カム従動部
２２Ｂ第２昇降操作部２２Ｃ第２水平支軸
２３第３揺動リンク２３Ａ一端
２３Ｂ他端２３Ｃ第３水平支軸
２４，２５，２６引張コイルばね
２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ端末
２７Ａ，２７Ｂ，２８Ａ，２８Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ掛止ピン
３０押上棒支持体３０Ａ当止面
３１第１昇降リンク３２第２昇降リンク
３３直動ガイドブロック３４直動ガイドレール
３５，３６押込棒支持体３５Ａ，３６Ａ当止面
３７，３８直動ガイドブロック３９直動ガイドレール
４０圧縮コイルばね４１引張コイルばね
４２Ａ，４２Ｂストッパ４３，４４水平支軸
４５ローラ４６ボルト
４７圧縮コイルばね４８ストッパ
Ａチューブ脱着機構部Ｂ水平位置決め機構部
Ｃカム機構Ｄ回転軸（水平軸）
ＥベースＦ機枠
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４センサ

Claims

試料が封入されるチューブを立てた状態で行列状に水平方向に並べて収納可能なチューブラックからの所定チューブの取出し、及び前記チューブラックへの所定チューブの挿入を行うチューブ脱着機構部、並びに、前記チューブラックを支持する支持手段と前記チューブ脱着機構部とを相対的に水平面内に位置決めする水平位置決め機構部を備えたチューブハンドリング装置であって、
前記チューブ脱着機構部は、前記チューブラックから所定チューブを取り出す際に当該所定チューブを押し上げる、昇降可能に支持された押上棒を昇降させる押上棒昇降機構と、前記押上棒の真上に位置し、前記チューブラックに所定チューブを挿入する際に当該所定チューブを押し込む、昇降可能に支持された押込棒を昇降させる押込棒昇降機構と、前記押上棒昇降機構により上昇した前記押上棒により前記チューブラックから上方へ押し出された前記所定チューブを保持する保持手段とを備え、
前記押上棒昇降機構を、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第１カムを用いたカム機構により動作させるとともに、前記押込棒昇降機構を、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第２カムを用いたカム機構により動作させ、
前記押上棒昇降機構により上昇した前記押上棒により前記所定チューブを前記チューブラックから上方へ押し上げる際に、前記所定チューブに隣接するチューブの上面に当接するとともに前記所定チューブを案内するガイド筒を備え、
前記押上棒昇降機構及び前記押込棒昇降機構を同期させて駆動し、前記チューブラックから所定チューブを取り出す際に当該所定チューブを前記押上棒及び前記押込棒により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブを前記チューブラックから前記ガイド筒内へ押し上げるとともに、前記チューブラックに所定チューブを挿入する際に当該所定チューブを前記押上棒及び前記押込棒により挟んだ状態を保持しながら、当該所定チューブを前記ガイド筒内から前記チューブラックへ押し込むことを特徴とするチューブハンドリング装置。
前記ガイド筒に対して揺動可能に取り付けられて前記ガイド筒内に出没する保持爪を、前記ガイド筒に対して前記ガイド筒内を相対的に昇降する前記押込棒により操作することにより前記保持手段としてなる請求項１記載のチューブハンドリング装置。
前記押上棒昇降機構が、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第１カム、前記第１カムのカムフォロワである第１カム従動部を一端に備え、前記押上棒を操作するための第１昇降操作部を他端に備えるとともに、中間を第１水平支軸により軸支された第１揺動リンク、及び前記第１昇降操作部に下端が連結されるとともに前記押上棒を支持する押上棒支持体に上端が連結された上下方向に長い第１昇降リンクを有するものであり、
前記押込棒昇降機構が、回転アクチュエータにより水平軸まわりに回転する第２カム、前記第２カムのカムフォロワである第２カム従動部を一端に備え、前記押込棒を操作するための第２昇降操作部を他端に備えるとともに、中間を第２水平支軸により軸支された第２揺動リンク、及び前記第２昇降操作部に下端が連結された上下方向に長い第２昇降リンク、並びに、前記第２昇降リンクの上端に一端が連結され、前記押込棒を支持する押込棒支持体に他端が連結されるとともに、中間が第３水平支軸により軸支された第３揺動リンクを有するものである請求項１又は２記載のチューブハンドリング装置。
前記押上棒昇降機構を駆動する回転アクチュエータと前記押込棒昇降機構を駆動する回転アクチュエータを同一のもとし、この単一の回転アクチュエータに連結固定した回転軸に前記第１カム及び前記第２カムを固定することにより、前記押上棒昇降機構及び前記押込棒昇降機構を同期させてなる請求項１〜３の何れか１項に記載のチューブハンドリング装置。