JP5971783B1 - キャップピッキング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成、簡単な動作の制御で、同一の装置によってキャップの供給、封止、開封及び容器の移載等の異なる作業を行うことが可能なキャップピッキング装置を提供すること。【解決手段】キャップピッキングハンド１０１は、キャップ２２０に螺合可能なネジ部材１２１とネジ駆動機構１２２とを有するキャップ保持ユニット１２０と、ネジ穴２２４の外周側に当接可能な押さえ部材１３１を有するキャップ固定ユニット１３０と、キャップ保持ユニット１２０を摺動可能に支持する第１スライド１１１とキャップ固定ユニット１３０を摺動可能に支持する第２スライド１１２とを有するベースユニット１１０とを備え、Ｚ軸駆動機構１０２により上下方向に移動可能に構成されていること。【選択図】図２

Description

本発明は、容器本体を載置する載置部と、前記載置部に載置された容器本体に上方からキャップを供給可能なキャップピッキングハンドを備えたキャップピッキング装置に関するものであり、特に、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等の開口部にキャップを供給し、封止・開封するのに好適なキャップピッキング装置に関するものである。

化学、生化学、生体学、製薬などの基礎研究あるいは応用研究においては、大量の生体サンプル、臨床サンプル、化学合成物などの試料を検査等のために保管している。
例えば、創薬研究プロセスにおいて、生体活性等を調査するため、多種多様な検査、実験のために微量で多数の試料を取り扱うことが必要であり、小容量のマイクロチューブ等の容器に収められた試料を、安定した環境のもとで大量に保管するとともに、任意の試料を迅速に取り出す技術が欠かせない。

このようなマイクロチューブ等の開口部に適用されるキャップとして、開口部の内周側に圧入されるものが公知である（例えば、特許文献１等参照。）。
このようなタイプのキャップを、システムの自動化のため、マイクロチューブ等の開口部に供給し、封止するキャッピング装置も公知である（例えば、特許文献２等参照。）。 これらの公知技術を用いることで、自動的にキャップを供給し、封止することが可能である。

特開２００１−１５８４５０号公報 特開２０１３−１８６０６７号公報

公知のキャッピング装置では、キャップの供給、封止の自動化は可能となるが、キャップの開封や、容器の移載等の作業は、手作業で行うか、キャッピング装置とは別の装置を用いて行う必要があった。
このような問題を解決するために、図１に示すように、チューブ２００（容器）の容器本体２１０の開口部内面に雌ネジ部２１１を設け、キャップ２２０の挿入部２２１の外周面に雄ネジ部２２２を設け、上面に係合部２２３を設けることで、係合部２２３に回転部材を係合させてキャップ２２０を回転させることで封止と開封を自動的に行うことが考えられる。
また、キャップ２２０の上面中央にネジ穴２２４を設けることで、このネジ穴２２４に螺合するネジ部材によりキャップ２２０を保持、開放することで、キャップ２２０の供給やキャップ２２０で封止されたチューブ２００の移載を自動的に行うことが考えられる。
しかしながら、図１に示すようなキャップ２２０の供給、封止、開封及びチューブ２００の移載の作業は、それぞれ動作が異なるため、すべて作業を同一の装置で行うとすると、複雑な構成、複雑な動作の制御が必要となるため、そのような装置は未だ開発されていない。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、簡単な構成、簡単な動作の制御で、同一の装置によってキャップの供給、封止、開封及び容器の移載等の異なる作業を行うことが可能なキャップピッキング装置を提供することを目的とするものである。

本発明のキャップピッキング装置は、容器本体を載置する載置部と、前記載置部に載置された容器本体に上方からキャップを供給可能なキャップピッキングハンドを備えたキャップピッキング装置であって、前記キャップピッキングハンドは、キャップ保持ユニットと、キャップ固定ユニットと、前記キャップ保持ユニットと前記キャップ固定ユニットをそれぞれ独立して摺動可能に支持するベースユニットとを有し、前記キャップ保持ユニットは、キャップ上面に設けられたネジ穴に螺合可能なネジ部材と、前記ネジ部材を回転駆動するネジ駆動機構とを有し、前記キャップ固定ユニットは、前記ネジ部材が挿通可能で、ネジ穴の外周側に当接可能な円筒状の押さえ部材と、前記押さえ部材を回転駆動する押さえ部材駆動機構とを有し、前記ベースユニットは、前記キャップ保持ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第１スライドと、前記キャップ固定ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第２スライドとを有し、前記ベースユニットは、Ｚ軸駆動機構により上下方向に移動可能に構成されていることにより、前記課題を解決するものである。

請求項１に係るキャップピッキング装置によれば、キャップピッキングハンドは、キャップ保持ユニットと、キャップ固定ユニットと、キャップ保持ユニットとキャップ固定ユニットをそれぞれ独立して摺動可能に支持するベースユニットとを有し、キャップ保持ユニットは、キャップ上面に設けられたネジ穴に螺合可能なネジ部材と、ネジ部材を回転駆動するネジ駆動機構とを有し、キャップ固定ユニットは、ネジ部材が挿通可能で、ネジ穴の外周側に当接可能な円筒状の押さえ部材と、押さえ部材を回転駆動する押さえ部材駆動機構とを有し、ベースユニットは、キャップ保持ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第１スライドと、キャップ固定ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第２スライドとを有し、ベースユニットは、Ｚ軸駆動機構により上下方向に移動可能に構成されていることにより、Ｚ軸駆動機構によるベースユニットの上下動と、ネジ駆動機構によるネジ部材の回転のみを制御することで、キャップの保持及び開放を行うことができ、キャップの供給及びキャップで封止された容器の移載を行うことができる。
すなわち、キャップ保持ユニットとキャップ固定ユニットがベースユニットにそれぞれ独立して摺動可能に支持され、上下方向に自由に摺動可能に構成されているため、ベースユニットを下降させるだけで、キャップ固定ユニットに上下方向の駆動手段を用いることなく自重でキャップの回り止めが行われる。
また、キャップの回り止めが行われた状態でネジ部材を回転させる際も、上下方向の駆動手段を用いることなく自重によりキャップ保持ユニットが上下動する。
このことで、駆動するのはベースユニットを上下動させるＺ軸駆動機構のみでよく、かつ、上下方向の正確な位置決めをする必要がなく、簡単な構成、簡単な動作の制御で、同一の装置によってキャップの供給及び容器の移載等の異なる作業を行うことが可能となる。

また、キャップ固定ユニットは、押さえ部材を回転駆動する押さえ部材駆動機構を有することにより、押さえ部材を回転することでキャップの封止、開封作業も行うことが可能となる。
押さえ部材を回転させる際も、上下方向の駆動手段を用いることなく自重によりキャップ固定ユニットが上下動する。
このことで、上下方向の駆動はＺ軸駆動機構のみであり、かつ、上下方向の正確な位置決めをする必要がなく、簡単な構成、簡単な動作の制御で、同一の装置によってキャップの供給及び容器の移載に加えて、キャップの封止、開封作業等も行うことが可能となる。
請求項２に記載の構成によれば、ベースユニットは、Ｚ軸駆動機構と直交するＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構により水平面内で位置決め可能に構成されていることにより、同一の装置によって、載置部にパレット等に多数保持され載置部に載置された容器を、個別に任意の位置に移載することが可能となる。
また、押さえ部材駆動機構を備えることで、同一の装置によって、載置部にパレット等に多数保持され載置部に載置された任意の容器のキャップを開封したり、異なる位置からキャップを供給して封止することも可能となる。
請求項３に記載の構成によれば、ネジ駆動機構は、ネジ駆動制御部を有し、ネジ駆動制御部は、ネジ部材の回転トルクを検出可能に構成されていることにより、ネジ部材のネジ穴への螺合完了を回転トルクにより検知でき、キャップ保持ユニットの上下方向の位置の正確な検出や制御が不要となり、樹脂等のネジ穴が破損しやすいキャップであっても、確実に保持、開放を行うことが可能となる。
請求項４に記載の構成によれば、押さえ部材駆動機構は、押さえ部材駆動制御部を有し、押さえ部材駆動制御部は、押さえ部材の回転トルクを検出可能に構成されていることにより、キャップの容器本体への螺合完了を回転トルクにより検知でき、キャップ固定ユニットの上下方向の位置の正確な検出や制御が不要となり、樹脂等のネジ山が破損しやすいキャップ及び容器本体であっても、確実に封止、開封を行うことが可能となる。

本発明のキャップピッキング装置が適用される容器本体及びキャップの断面図。 本発明の一実施形態に係るキャップピッキング装置の斜視図。 本発明の一実施形態に係るキャップピッキング装置の平面図。 本発明の一実施形態に係るキャップピッキング装置の正面図。 本発明の一実施形態に係るキャップピッキング装置の側面図。 キャップピッキングハンドの斜視図。 キャップピッキングハンドの正面図。 キャップピッキングハンドの一部断面側面図。 キャップ保持動作説明図。 キャップ封止動作説明図。

以下に、本発明の一実施形態に係るキャップピッキング装置１００について、図面に基いて説明する。
キャップピッキング装置１００は、図２乃至図８に示すように、創薬研究用試料や薬品等を収容したバイアル瓶やマイクロチューブ等の開口部にキャップを供給し、封止・開封するとともに、キャップで封止された容器の移載を行うものであり、ラック２３０に多数整列保持された容器本体を載置する載置部１０５と、載置部１０５に載置された容器本体に上方からキャップを供給可能なキャップピッキングハンド１０１と、キャップピッキングハンド１０１を水平面内で位置決めするＸ軸駆動機構１０３及びＹ軸駆動機構１０４と、キャップピッキングハンド１０１を上下方向に駆動するＺ軸駆動機構１０２を備えている。

キャップピッキングハンド１０１は、図６乃至図８に示すように、キャップ保持ユニット１２０とキャップ固定ユニット１３０をそれぞれ独立して摺動可能に支持するベースユニット１１０を備えている。
ベースユニット１１０は、キャップ保持ユニット１２０を上下方向に自由に摺動可能に支持する第１スライド１１１と、キャップ固定ユニット１３０を上下方向に自由に摺動可能に支持する第２スライド１１２とを備え、Ｚ軸駆動機構１０２により上下方向に移動可能に構成されている。
キャップ保持ユニット１２０は、第１スライド１１１に沿って上下方向に自由に摺動する保持ユニットベース１２３と、保持ユニットベース１２３に固定されたネジ駆動機構であるネジ駆動モータ１２２と、ネジ駆動モータ１２２の回転軸に接続されキャップ上面に設けられたネジ穴に螺合可能なネジ部材１２１とを備えている。

キャップ固定ユニットは、第２スライド１１２に沿って上下方向に自由に摺動する固定ユニットベース１３５と、固定ユニットベース１３５に固定された押さえ部材駆動機構１３２を構成する駆動モータ１３３と、駆動モータ１３３の回転軸に接続された駆動ギヤ１３４と、キャップ上面のネジ穴の外周側に当接可能で駆動ギヤ１３４により回転駆動される円筒状の押さえ部材１３１とを備えている。
円筒状の押さえ部材１３１は、キャップ保持ユニット１２０のネジ部材１２１が挿通可能であり、押さえ部材１３１とネジ部材１２１の回転中心軸は一致している。
また、押さえ部材１３１の先端には、図１に示すキャップ２２０の係合部２２３と係合する係止突起１３６が形成されている。

以上のように構成された本実施形態のキャップピッキング装置１００による、キャップ２２０の保持動作について説明する。
まず、Ｘ軸駆動機構１０３及びＹ軸駆動機構１０４により、押さえ部材１３１とネジ部材１２１の回転中心軸をキャップ２２０の中心軸に一致するように位置決めし、Ｚ軸駆動機構１０２によってベースユニット１１０を下降させる。
キャップ保持ユニット１２０及びキャップ固定ユニット１３０は、それぞれ自重によりベースユニット１１０に対して最下方までスライドした状態であり、その状態でのネジ部材１２１と押さえ部材１３１の上下方向の位置関係は、図９のａに示すように、ネジ部材１２１の下端が押さえ部材１３１より下方に突出しないように設定されている。

押さえ部材１３１がキャップ２２０上面のネジ穴の外周側に当接すると、図９のｂに示すように、押さえ部材１３１の下降は停止するが、キャップ固定ユニット１３０がベースユニット１１０に対して上方に摺動することで、Ｚ軸駆動機構１０２によるベースユニット１１０の下降を継続することができ、ネジ部材１２１の下端はさらにキャップ２２０のネジ穴内に進入して、図９のｃに示すネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山が当接する位置まで下降する。
このネジ部材１２１の進入により、Ｘ軸駆動機構１０３及びＹ軸駆動機構１０４による位置決め精度が多少悪くても、ネジ部材１２１の回転中心軸とキャップ２２０の中心軸が一致する。
また、図９のｃに示す位置で、ネジ部材１２１は一旦停止（ネジ部材１２１が回転している場合はネジピッチによる遅い速度で下降）するが、Ｚ軸駆動機構１０２によるベースユニット１１０の下降がそのままの速度で続いても、キャップ保持ユニット１２０がベースユニット１１０に対して上方に摺動するため、Ｚ軸駆動機構１０２による正確な位置や下降速度の制御は不要である。

ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山が当接する図９のｃの位置の近傍で、ネジ駆動モータ１２２によりネジ部材１２１を回転駆動することで、ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山が螺合する。
ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山が螺合する際には、押さえ部材１３１の先端に形成された係止突起１３６が、図１に示すキャップ２２０の係合部２２３と係合して、キャップ２２０の供回りが防止される。
また、係止突起１３６と係合部２２３の位相がズレていた場合には、図９のｂに示す状態より係合突起の高さ分上方で押さえ部材１３１が停止するが、ネジ部材１２１の回転によりキャップ２２０が僅かに供回りし、位相が合った時にキャップ固定ユニット１３０の自重により押さえ部材１３１が下降するため、確実に係合することができる。
なお、押さえ部材１３１が回転可能な場合は、押さえ部材１３１を回転させて係止突起１３６と係合部２２３の位相を合わせてもよい。

ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山の螺合が進み、図９のｄに示す状態まで螺合することで、キャップ２２０の保持が完了する。
Ｚ軸駆動機構１０２によるベースユニット１１０の下降速度は螺合によるネジ部材１２１の下降速度よりも速く設定され、ベースユニット１１０が下降を停止する位置は、ネジ部材１２１が、螺合の完了する図９のｄに示す位置まで下降可能に設定する必要があるが、これらの条件を満たせば正確な位置や速度の制御は不要である。
本実施形態では、ネジ部材１２１の大径部が押さえ部材１３１に当接する位置が螺合の完了位置となるが、大径部が当接する前にネジ部材１２１がキャップ２２０のネジ穴２２４の底部に到達するような構成とし、底部への到達を螺合の完了位置としてもよい。
また、螺合の完了の検出はいかなる手段であってもよいが、ネジ部材１２１の回転トルクを検出するネジ駆動制御部を設け、所定のトルクに到達した際にネジ駆動モータ１２２を停止するのが好適である。
速度、トルクの検出、制御が可能なモータは公知であり、ネジ駆動モータ１２２としてそのような公知のモータを適用してもよい。

キャップ２２０を保持した図９のｄに示す状態で、Ｚ軸駆動機構１０２、Ｘ軸駆動機構１０３及びＹ軸駆動機構１０４を駆動、制御することで、キャップ２２０を任意の位置に移動させることができる。
また、キャップ２２０の保持を解除する際には、ネジ駆動モータ１２２を逆回転し、ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山の螺合を解除した後に、Ｚ軸駆動機構１０２によってベースユニット１１０を上昇させれば、上記と逆の手順で開放することができる。
その際も、キャップ保持ユニット１２０及びキャップ固定ユニット１３０は、それぞれ自重によりベースユニット１１０に対して自由に摺動可能なため、Ｚ軸駆動機構１０２は所定の条件だけ満たすよう設定すればよく、正確な位置や上昇速度の制御は不要である。
キャップ２２０で封止されたチューブ２００も、上記の手順でキャップ２２０を保持、開放して移載することができる。

次に、本実施形態のキャップピッキング装置１００による、キャップ２２０の容器本体２１０への封止動作について説明する。
まず、前述のキャップ保持動作によりキャップ２２０を保持した状態で、Ｘ軸駆動機構１０３及びＹ軸駆動機構１０４により、キャップ２２０の中心軸を容器本体２１０の中心軸に一致するように位置決めし、図１０のａに示すように、Ｚ軸駆動機構１０２によってベースユニット１１０を下降させる。
キャップ２２０の雄ネジ部２２２と容器本体２１０の雌ネジ部２１１が当接すると、図１０のｂに示すように、キャップ２２０の下降は停止するが、キャップ保持ユニット１２０及びキャップ固定ユニット１３０がベースユニット１１０に対して上方に摺動することで、Ｚ軸駆動機構１０２によるベースユニット１１０の下降を継続する。

キャップ２２０を保持した状態では、押さえ部材１３１の先端に形成された係止突起１３６が、図１に示すキャップ２２０の係合部２２３と係合しているため、キャップ２２０の雄ネジ部２２２と容器本体２１０の雌ネジ部２１１が当接する図１０のｂの位置の近傍で、駆動モータ１３３により押さえ部材１３１を回転駆動することで、キャップ２２０の雄ネジ部２２２と容器本体２１０の雌ネジ部２１１が螺合する。
キャップ２２０の雄ネジ部２２２と容器本体２１０の雌ネジ部２１１が螺合する際には、ネジ部材１２１のネジ山とキャップ２２０のネジ穴のネジ山の螺合が解除されないように、ネジ駆動モータ１２２によりネジ部材１２１を押さえ部材１３１と同じ速度で回転させる。
また、容器本体２１０には、図１に示すように、底部側に回り止め部２１２が設けられており、収容されるラック２３０に回り止め部２１２を係止する係止部を設けることで、容器本体２１０の供回りが防止される。

キャップ２２０の雄ネジ部２２２と容器本体２１０の雌ネジ部２１１の螺合が進み、図１０のｃに示す状態を経て、図１０のｄに示す状態まで螺合することで、キャップ２２０の容器本体２１０への封止が完了する。
Ｚ軸駆動機構１０２によるベースユニット１１０の下降速度は螺合によるキャップ２２０の下降速度よりも速く設定され、ベースユニット１１０が下降を停止する位置は、ネジ部材１２１が、封止が完了する図１０のｄに示す位置まで下降可能に設定する必要があるが、これらの条件を満たせば正確な位置や速度の制御は不要である。
また、封止の完了の検出はいかなる手段であってもよいが、押さえ部材１３１の回転トルクを検出する押さえ部材駆動制御部を設け、所定のトルクに到達した際に駆動モータ１３３を停止するのが好適である。
速度、トルクの検出、制御が可能なモータは公知であり、駆動モータ１３３としてそのような公知のモータを適用してもよい。
図１０のｄに示す状態から、前述したキャップ２２０の保持を解除する手順を行うことで、ネジ部材１２１及び押さえ部材１３１が、チューブ２００から離脱する。
キャップ２２０を開封する際には、まず、前述のキャップ２２０の保持動作を行った後に、前述のキャップ２２０の容器本体２１０への封止動作の逆の手順を行えばよい。

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、種々の設計変更を行うことが可能である。
上述した実施形態では、Ｚ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を、それぞれ直動機構を用いて構成しているが、多関節ロボットアームや、回転動機構を組み合わせて、それぞれの方向の動作を行えるように構成してもよい。
また、Ｚ軸駆動機構、Ｘ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構を制御するために、位置や速度の検出手段を設けてもよい。
また、押さえ部材駆動機構を省略し、キャップの容器本体への封止、開封を行わず、キャップの保持、供給、チューブの移載のみを行うものとしてもよい。
さらに、上述した実施形態では、載置部１０５に多数のチューブを収容したラック２３０を複数載置するものとしたが、キャップ収容手段や回収手段を載置してもよく、また、載置部に直接、チューブやキャップの保持手段を設けてもよい。

１００ ・・・ キャップピッキング装置
１０１ ・・・ キャップピッキングハンド
１０２ ・・・ Ｚ軸駆動機構
１０３ ・・・ Ｘ軸駆動機構
１０４ ・・・ Ｙ軸駆動機構
１０５ ・・・ 載置部
１１０ ・・・ ベースユニット
１１１ ・・・ 第１スライド
１１２ ・・・ 第２スライド
１２０ ・・・ キャップ保持ユニット
１２１ ・・・ ネジ部材
１２２ ・・・ ネジ駆動モータ（ネジ駆動機構）
１２３ ・・・ 保持ユニットベース
１３０ ・・・ キャップ固定ユニット
１３１ ・・・ 押さえ部材
１３２ ・・・ 押さえ部材駆動機構
１３３ ・・・ 駆動モータ
１３４ ・・・ 駆動ギヤ
１３５ ・・・ 固定ユニットベース
１３６ ・・・ 係止突起
２００ ・・・ チューブ（容器）
２１０ ・・・ 容器本体
２１１ ・・・ 雌ネジ部
２１２ ・・・ 回り止め部
２２０ ・・・ キャップ
２２１ ・・・ 挿入部
２２２ ・・・ 雄ネジ部
２２３ ・・・ 係合部
２２４ ・・・ ネジ穴
２３０ ・・・ ラック

Claims (4)

1. 容器本体を載置する載置部と、前記載置部に載置された容器本体に上方からキャップを供給可能なキャップピッキングハンドを備えたキャップピッキング装置であって、
   前記キャップピッキングハンドは、キャップ保持ユニットと、キャップ固定ユニットと、前記キャップ保持ユニットと前記キャップ固定ユニットをそれぞれ独立して摺動可能に支持するベースユニットとを有し、
   前記キャップ保持ユニットは、キャップ上面に設けられたネジ穴に螺合可能なネジ部材と、前記ネジ部材を回転駆動するネジ駆動機構とを有し、
   前記キャップ固定ユニットは、前記ネジ部材が挿通可能で、ネジ穴の外周側に当接可能な円筒状の押さえ部材と、前記押さえ部材を回転駆動する押さえ部材駆動機構とを有し、
   前記ベースユニットは、前記キャップ保持ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第１スライドと、前記キャップ固定ユニットを上下方向に自由に摺動可能に支持する第２スライドとを有し、
   前記ベースユニットは、Ｚ軸駆動機構により上下方向に移動可能に構成されていることを特徴とするキャップピッキング装置。
2. 前記ベースユニットは、Ｚ軸駆動機構と直交するＸ軸駆動機構及びＹ軸駆動機構により水平面内で位置決め可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のキャップピッキング装置。
3. 前記ネジ駆動機構は、ネジ駆動制御部を有し、
   前記ネジ駆動制御部は、ネジ部材の回転トルクを検出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に記載のキャップピッキング装置。
4. 前記押さえ部材駆動機構は、押さえ部材駆動制御部を有し、
   前記押さえ部材駆動制御部は、押さえ部材の回転トルクを検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のキャップピッキング装置。

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