JP6951854B2 - 容器搬送機構およびこれを備えた分析装置 - Google Patents

容器搬送機構およびこれを備えた分析装置 Download PDF

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Description

本発明は、分析装置における容器搬送機構およびこれを備えた分析装置に関する。
検体に含まれる測定対象物を検出する分析装置において、容器内で検体と試薬を反応させて処理を行う装置が知られている。この際に、容器を所定の位置へ設置する必要があるが、搬送機構により未使用の容器を所定位置へ自動で搬送する、または使用後の容器を自動で廃棄位置へ搬送することで、オペレータの労力を軽減できる。容器の搬送は、容器を把持して持ち上げ、所定位置へ移動する機構が一般的に知られている。
特開2002−286726号公報 特開2015−87306号公報 特開2015−110264号公報 特開2012−93133号公報 特表2009−510399号公報
特許文献1では、反応容器を把持して搬送するためのグリップ手段に関して開示されており、障害物を検知する検知手段、およびグリップ手段が開状態か閉状態かを検知する検知手段を備えているが、装置上で1平面上に並べて設置される設置高さが固定の反応容器に対してのグリップ手段である。
特許文献2では、検体容器を把持して搬送するための移動機構に関して開示されている。障害物の検知手段を備えているが、前記特許と同様に、設置高さが固定の検体容器に対して搬送するための機構である。
特許文献3では、把持対象物の落下を防止できる把持装置に関して開示されている。把持対象物の把持検出手段は備えているが、前記特許と同様に、設置高さが固定の把持対象物に対しての把持装置である。
特許文献4では、検体容器を複数載置可能なアダプタを把持して移載する装置に関して開示されている。爪や位置決めピンによって、安定して把持することが可能で、把持の成功・失敗を検出できる。前記特許と同様に、アダプタの設置高さは固定である。
特許文献5では、蓋付きの容器を把持して搬送するグリッパ―に関して開示されている。グリッパ―の開放・閉鎖を検出する機能があるが、前記特許と同様、容器の設置高さは固定である。また、
特許文献1〜5は、いずれも設置高さが固定の対象物に対しての把持機構であり、また高さが異なる対象物に対して扱うことを言及していない。
本発明では、把持対象物の容器の設置高さが不明の場合、また把持対象物の高さが異なる場合でも確実に搬送可能な容器搬送機構を提案する。
本発明の容器搬送機構は、検体に含まれる測定対象物を検出するために、容器内で検体と試薬を混合して反応させ測定対象物を含む反応生成物を生成する分析装置に用いる容器搬送機構において、
前記処理にて使用する容器を把持する把持手段と、該把持手段を水平方向、および鉛直方向に移動させる駆動手段と、設置された容器の高さを検出する高さ検出手段と、を備え、
前記高さ検出手段は、容器上面に接触する高さ検出用部材と、該高さ検出用部材と共に鉛直方向へ移動する遮光部材と、遮光部材により遮光されるセンサと、前記高さ検出用部材を下方へ押す弾性部材とを有している。
本発明によると、設置されている高さが不明の容器および高さの異なる容器を、簡便な機構で確実に搬送できる。
容器の例であり、(a)は1個の場合、(b)は積み重ねた状態を示している。 容器搬送機構を示しており、(a)は外観斜視図を、(b)は別の角度から見た外観斜視図を示している。 容器搬送機構が容器を把持した図であり、(a)は容器1個を把持した状態であり、(b)は容器2個の積み重ねを把持した状態である。 容器搬送機構が把持部材を閉じた状態の図であり、(a)は正面図であり、(b)は右側図である。 容器搬送機構が把持部材を開いた状態の図であり、(a)正面図であり、(b)右側面図である。 容器搬送機構の把持部材に障害物が接触した状態の図であり、(a)は正面図であり、(b)は右側面図である。 容器搬送機構が容器1個を把持する場合の説明図(高さ検出)であり、(a)は正面図であり、(b)は右側面図である。 容器搬送機構が容器1個を把持する場合の説明図(把持部を閉じた状態)であり、(a)は正面図であり、(b)は右側面図である。 容器搬送機構が容器1個を把持する場合の説明図(上昇時)であり、(a)は正面図であり、(b)は右側面図である。 容器搬送機構が容器1個を把持する場合の説明図(設置時/障害検出時)(a)は正面図であり、(b)は右側面図である。 容器搬送機構が容器2個積み重ねを把持する場合の説明図(高さ検出)(a)は左側面図であり、(b)は正面図である。 容器搬送機構が容器2個積み重ねを把持する場合の説明図(把持部を閉じた状態)(a)は左側面図であり、(b)は正面図である。 容器搬送機構が容器2個積み重ねを把持する場合の説明図(上昇時)(a)は左側面図であり、(b)は正面図である。 容器搬送機構が容器2個積み重ねを把持する場合の説明図(設置時/障害検出時)(a)は左側面図であり、(b)は正面図である。 高さ検出遮光部材変更の説明図であり、(a)は容器1個を把持する場合の正面図であり、(b)は、容器2個積み重ねを把持する場合の正面図である。
本発明は、容器内で検体や試薬を混合して反応させて処理を行う分析装置において、容器を搬送するための容器搬送機構に関する。
容器は、分析処理の効率向上のため、1個の容器内に液体を保持可能な領域を複数持たせて、同時に複数テストを処理できるようにする場合がある。例えば、図1(a)に示す容器100では96個の液体保持領域101を持ち、96テスト同時に処理可能である。以降、容器100を用いて説明するが、液体保持領域の数101は任意で良い。
ここで、容器100を搬送する際に、1個ずつ把持して搬送しても良いが、図1(b)に示すように積み重ね可能な形状であれば、複数個を同時に把持して搬送することも想定される。このような場合、未使用の容器を積み重ねた状態で装置上に設置して、そこから取り出して処理箇所へ搬送し、処理後は、廃棄箇所に使用後の容器100を積み重ねて廃棄することが想定される。また、容器も1種類のみでなく、例えば高さの異なる複数種類の容器を扱うことも想定される。
以降、本実施例にて、容器100を1個ずつ搬送、および容器100を2個積み重ねて搬送する場合を中心に説明する。これは高さの異なる容器も扱うことが可能であることと同義である。
未使用状態の容器100は、図1(b)の様に積み重ねられた状態で装置に搭載し、上から1個ずつ容器搬送機構により指定位置へ搬送して使用される。積み重ねて設置される容器は、図示はしないが、倒れないように上方が開放された箱に入れて設置したり、装置上にガイドなどを設けて支えても良い。また、使用後の容器100は、容器搬送機構により廃棄位置へ搬送される。廃棄位置でも供給位置と同様に積み重ねて廃棄される。使用後の容器は試料等が付着していることが想定され、直接接触すると感染等の恐れがあるため、例えば廃棄位置に廃棄箱を設置してその中に廃棄することで、最終的には廃棄箱ごと廃棄することで直接接触のリスクを低減できる。
通常、分析装置では、容器搬送でアクセスする箇所は高さが一意である。その場合、装置の組立誤差等の機差があるため、あらかじめ調整作業が必要な場合はあるが、各位置での容器搬送機構の移動量は一意に決めることができる。しかし、図1(b)のように、容器が積み重ねられている場合、容器がいくつ積み重ねられているか分からない場合があり、自動で処理するためには、高さを検出するための構成が必須になる。
ここで、容器100を搬送するための、容器搬送機構300を説明する。図2(a)(b)に容器搬送機構300の外観を、図3(a)(b)に容器を把持した状態の容器搬送機構300の外観を示し、図4〜14にて動作の詳細を説明する。
まず、容器搬送機構300の構成および主要部材の機能を説明する。
容器搬送機構300は、把持部材301、把持部材開閉用アクチュエータ302、把持部材用ばね303、把持検出センサ304、把持検出センサ遮光部材305、把持部ベース306、高さ検出用部材307a、307b、ストッパ308a、308b、高さ検出部材用ばね309a、309b、高さ検出/障害検出センサ310a、310b、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311a、311bを備える。
容器100は、図1(a)に示すように、高さ検出部材306が接触可能な容器上面102、および把持部材301で挟み込み、下方を引掛けることが可能な切り欠きa 103を有している。また、容器100は上面と下面とが嵌合して図1(b)に示すように積み重ね可能である。一例として容器100を載せているが、高さ検出部材306が接触可能な容器上面を有し、把持部材301で挟み込むことができ、下方を引掛けられるような形状で、積み重ね可能であれば、この形状に限られない。
図4(a)(b)に容器搬送機構300の把持部材301が閉じた状態の図を、図5(a)(b)に容器搬送機構300の把持部材301が開いた状態の図を示す。把持部材301は、把持部材開閉用アクチュエータ302の動作により、水平方向に開閉可能な構造で、把持部材開閉用ばね303により、常に閉じる方向への力が働いており、把持部材301を開いた際には把持部材301が開きすぎないように抑制し、容器100を把持する際には、容器100の側面を内側へ押さえつける力が働く。把持部材301が開いている際には、把持検出センサ304が、把持検出センサ遮光部材305により遮光された状態で、閉じている際には、把持検出センサ304から、把持検出センサ遮光部材305が外れる。容器100を把持する際には、把持部材開閉用アクチュエータ302は閉じている状態であるが、把持検出センサ304から、把持検出センサ遮光部材305が外れないような構成としている。つまり、(1)把持部材開閉用アクチュエータ302が閉で把持検出センサ304が遮光していない場合:把持部材301が何も把持しておらず完全に閉じている状態、(2)把持部材開閉用アクチュエータ302が開で把持検出センサ304が遮光している場合:把持部材301が何も把持せずに開いた状態、(3)把持部材開閉用アクチュエータ302が閉で把持検出センサ304が遮光している場合:容器100を把持した状態、 の3通りを区別できる。また、把持部材301の先端付近には突起312を設けており、容器100を正常に把持した際には、突起312は切り欠きa 103に入り込み、容器100を下側から支えて容器が落下するのを防止することができることに加え、把持した容器100が水平方向へずれることを抑制できる。
高さ検出用部材307a、307bとストッパ308a、308bと高さ検出/障害検出センサ遮光部材311a、311bはそれぞれ結合しており、上下に可動となっているが、常に高さ検出部材用ばね309a、309bにより下方向へ押し付ける力が働いており、高さ検出用部材307a、307bに何も接触していない場合は、ストッパ308a、308bが把持部ベース306の上面に接触する位置まで下がっている。また、高さ検出用部材307a、307bが何かに接触した場合には、高さ検出用部材307a、307bは高さ検出部材用ばね309a、309bに逆らって上方向へ動き、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光する。もしくは高さ検出/障害検出センサ遮光部材311bが、高さ検出/障害検出センサ310bを遮光する。さらに、把持部材301と把持部ベース306は一体で上下に可動となっており、把持部材301が何かに接触した場合は、図6(a)(b)に示すように、把持部材301と把持部ベース306は一体で上方へ動き、ストッパ308a、308bも押し上げるため、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311a、311bも一緒に上方に動き、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光する。
容器搬送機構300が、容器100を把持して指定位置へ設置するまでの流れを説明する。
図示は省略するが、容器搬送機構300は水平方向および鉛直方向へ移動可能な構成であり、容器100の供給箇所、分析処理を行う箇所、容器100の廃棄箇所などへ自在に移動可能となっている。
まず、容器100を1個搬送する場合を説明する。容器100の設置高さが未知の場合、高さ検出を行う必要がある。容器100の設置高さが未知の可能性がある場所は、容器が積み重ねられている場所である。容器搬送機構300は、容器100が積み重ねられている位置の上方まで水平移動し、把持部材開閉用アクチュエータ302の動作により把持部材301を開いた状態で、図7(a)(b)に示すように、積み重ねて設置されている容器100へ向かって下降する。容器上面102に、高さ検出用部材307a、307bが接触後、さらに下降すると、高さ検出用部材307a、307bが容器上面102に押されて、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光することで、容器100まで下降したことを確認できる。これにより、容器100の設置高さを検出することができる。その状態で下降停止し、図8(a)(b)に示すように、把持部材301を把持部材開閉用アクチュエータ302の動作により閉じることで、容器100を挟む。この時、把持検出センサ304が遮光されたままの状態であれば、容器100を把持したと一旦判断できる。ここでもし把持検出センサ304が遮光していない状態に変わった場合、容器100を把持していないと判断でき、容器100自体に異常があるか、間違った位置で下降して、高さ検出用部材307a、307bもしくは把持部材301が障害物に接触していることが想定されるため処理を停止する。
容器100を把持したことを一旦判断した後、容器搬送機構300を上昇させると、図9(a)(b)に示すように、高さ検出部材用ばね309a、309bの力によって、高さ検出用部材307a、307bが容器100を下方向へ押し、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aは、高さ検出/障害検出センサ310aから外れる。ここで、一度センサから外すのは、以降の搬送で、容器100を設置する場所での高さ検知もしくは動作異常時の障害検知に備えるためである。上昇させた後、把持検出センサ304が遮光したままであれば、ここで最終的に容器100を正しく把持していると判断できる。もし把持検出センサ304が遮光していない状態へ変わった場合は、容器100を落としたか、下降していた際に把持部材301が障害物に接触していて閉じられなかったことなどが想定されるため処理を停止する。
正しく容器100を把持できたことが確認できれば、その際の下降量を記憶しておくことで、以降の処理ではその下降量に基づいて動作させることが可能となる。設置高さが未知の場合は、どこで容器100に接触するか分からないため、接触時の衝撃を低減するために、下降時には長い距離を低速度で動作させるなどが必要であるが、容器100を把持するための下降すべき量が定められていれば、容器100へ接触する直前まで高速で下降し、接触するときのみ低速度とすることで、動作時間を短縮することも可能となる。
容器100を把持するための下降すべき量が定められ、下降量が正常範囲で高さ検出され、かつ容器100の把持検出がされることで、より確実に容器100を搬送できることが保証される。以降は容器100の消費数に応じて下降量の正常範囲を変動させていけばよい。
なお、前記最初の高さ検出は、分析処理を開始する前に実施するのが望ましい。あらかじめ設置されている容器100の数量を把握することで、容器100が必要数量あるかどうか判断でき、足りなければ追加で設置してから、分析処理を開始すればよい。また、供給箇所が空の状態で高さ検出を行うと、容器100が無いため、高さ検出用部材307a、307bは接触せずに、把持部材301が供給箇所の底面に接触して、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光するが、この場合は、容器搬送機構300の下降量から判断して、供給箇所は空と判断できる。
把持した容器100を把持後、分析処理を行う箇所に設置する場合は、設置個所の高さは固定であると想定できる。図10(a)(b)に示すように、容器100を把持した容器搬送機構300を指定位置で下降させ、設置個所で容器100が容器接地面400に接触した後、さらに下降すると、高さ検出用部材307a、307bが容器上面102に押されて、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光する。
この時、高さは固定であるから、容器搬送機構300の下降量が正常範囲かを判断し、正常であれば、把持部材301を把持部材開閉用アクチュエータ302の動作により開いて把持を解除した後、容器搬送機構300を上昇させ、把持部材301を把持部材開閉用アクチュエータ302の動作により閉じる。この時、把持検出センサ304が遮光したままの場合、容器100を把持したままの状態と想定されるため処理を停止する。把持検出センサ304が外れていれば、容器100を正常に設置できたと判断できる。
容器搬送機構300の下降量が正常範囲から外れている場合は、間違った位置で下降して、障害物に接触していることが想定されるため処理を停止する。
高さが固定のとき、設置する際には、正常に動作していれば必要量下降するのみで高さ検出は必要ないが、正常量下降できたとしても、水平方向移動位置がなんらかの不具合で間違っていた場合、その位置で容器100の把持を解除してしまうと、容器100の落下などの不具合を起こすリスクが考えられる。そのため、高さ検出も利用することで、容器100がより確実に設置できていることを保証できるようになる。
処理を終了した容器100を廃棄位置まで搬送するには、逆の手順で行えばよく、処理箇所で使用後の容器100を把持して持ち上げ、廃棄位置上方まで水平移動後、下降して容器100の把持を解除して積み重ねていけばよい。ここで、廃棄位置に容器100がいくつ積み重なっているか分からない場合があるため、未使用の容器100を供給する箇所と同様に、最初に高さ検出をしなければならない。方法は未使用の容器100の場合とほぼ同じであるが、廃棄箇所が満杯だった場合や途中まで廃棄された容器100が積み重ねられ、分析処理したい容器100の数量を廃棄できる余裕がない場合に、廃棄余裕分を認識せずにそのまま分析を始めてしまうと、容器100を廃棄できなくなり、分析途中で装置を停止させなければならないことが想定され、検体や試薬が無駄になるリスクがある。そのため、分析処理を開始する前に高さ検出を行い、廃棄余裕が無い場合は、あらかじめ廃棄箇所を空にするなど処置した後に、分析を開始するのがよい。また、廃棄場所が空の状態で高さ検出を行うと、容器100が無いため、高さ検出用部材307a、307bは接触せずに、把持部材301が廃棄箇所の底面に接触して、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光するが、この場合は、容器搬送機構300の下降量から判断して、廃棄箇所は空と判断できる。
次に容器100を2個積み重ねて搬送する場合を説明する。容器100を1個搬送する場合は、高さ検出もしくは障害検出に、高さ検出/障害検出センサ310aを利用するが、容器100を2個積み重ねて搬送する場合、高さ検出もしくは障害検出に、高さ検出/障害検出センサ310bを利用する。図11(a)(b)に示すように、容器搬送機構300を下降させていくと、高さ検出用部材307a、307bが容器上面102に接触後、高さ検出用部材307a、307bは高さ検出部材用ばね309a、309bに逆らって上方向へ動き、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311aが、高さ検出/障害検出センサ310aを遮光するが、さらに高さ検出/障害検出センサ遮光部材311bが、高さ検出/障害検出センサ310bを遮光するまで容器搬送機構300の下降を続ける。その後の処理の流れは、容器100を1個搬送する場合と同様で、図12(a)(b)、図13(a)(b)、図14(a)(b)に示す通りとなり、廃棄時も逆の手順で行えばよい。ただし、分析処理する箇所で容器100を2個積み重ねた状態で処理を進めることは通常はあり得ず、分析処理する箇所へ容器100を2個積み重ねたものを搬送する必要性はほぼないと考えられる。しかし、例えば未使用の容器100の分析処理する箇所への搬送は1個ずつ行い、使用後の容器100を分析処理する位置からずらした位置で2個積み重ねた後に、その2個を同時に廃棄位置へ搬送することは想定される。
前述の説明では、容器100を1個の場合と2個積み重ねた場合の扱いとしているが、これは高さの異なる容器を扱うことが可能であることと同義である。装置で扱う容器の高さに合わせて、高さ検出/障害検出センサ310a、310bの位置関係を変える、把持部材301の長さを変えるなどの必要はあるが、高さが低い方の容器は高さ検出/障害検出センサ310aを利用し、高さが高い方の容器は、高さ検出/障害検出センサ310bを利用することで、同様の処理が可能である。
実施例1では、容器100を1個搬送する場合の高さ検出/障害検出センサ310aと容器100を2個積み重ねて搬送する場合の高さ検出/障害検出センサ310bを別センサとしているが、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311bを図15(a)(b)に示す様な切り欠きのある形状とすることで、容器100を1個搬送する場合には、図15(a)に示すように高さ検出/障害検出センサ310bを1回遮光することによる高さ検出、容器100を2個積み重ねて搬送する場合には、図15(b)に示すように高さ検出/障害検出センサ310bを2回遮光することによる高さ検出が可能で、高さ検出/障害検出センサ310aは不要となり、1つのセンサに統合することもできる。
さらに発展させると、図示はしないが、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311bの切り欠き箇所を2箇所設け、その他把持部材301など関連部材の寸法等を最適に変更することにより、容器100の3個積み重ねを扱うことも可能となる。理論上は、高さ検出/障害検出センサ遮光部材311bの切り欠き箇所をさらに増やせば、より多くの積み重ね数にも対応可能となる。なお、実施例1でも説明した通り、単に1種類の容器の積み重ねのみではなく、複数種類の高さの容器を扱えることになる。
図示はしないが、把持部材301の開閉方向を90°向きを変えた構成とし、把持部材301は容器100の切り欠きa 103ではなく、切り欠きb 104に引掛けて把持しても良い。
100 容器
101 液体保持領域
102 容器上面
103 切り欠きa
104 切り欠きb
300 容器搬送機構
301 把持部材
302 把持部材開閉用アクチュエータ
303 把持部材開閉用ばね
304 把持検出センサ
305 把持検出センサ遮光部材
306 把持部ベース
307a、307b 高さ検出用部材
308a、308b ストッパ
309a、309b 高さ検出部材用ばね
310a、310b 高さ検出/障害検出センサ
311a、311b 高さ検出/障害検出センサ遮光部材
312 把持部材突起
400 容器接地面もしくは障害物

Claims (5)

  1. 検体に含まれる測定対象物を検出するために、容器内で検体と試薬を混合して反応させ測定対象物を含む反応生成物を生成する分析装置に用いる、水平方向および鉛直方向へ移動可能な容器搬送機構において、
    前記反応生成物を分析する処理にて使用する容器を把持する把持手段と、設置された容器の高さを検出する高さ検出手段と、を備え、
    前記高さ検出手段は、容器上面に接触する高さ検出用部材と、該高さ検出用部材と共に鉛直方向へ移動する遮光部材と、遮光部材により遮光されるセンサと、前記高さ検出用部材を下方へ押す弾性部材とを有し、
    前記遮光部材により遮光されるセンサは、複数設けられており、それぞれ高さの異なる位置に設けられていることを特徴とする、容器搬送機構。
  2. 請求項1に記載の容器搬送機構において、
    前記把持手段は、容器を下方から支持するための突起を有していることを特徴とする、
    容器搬送機構。
  3. 請求項1に記載の容器搬送機構において、
    前記遮光部材は、切り欠き形状を有していることを特徴とする、容器搬送機構。
  4. 請求項に記載の容器搬送機構を備えることを特徴とする分析装置。
  5. 請求項1に記載の容器搬送機構において、
    前記把持手段の開閉を制御するアクチュエータと、
    前記把持手段が開いた状態か閉じた状態かを検出する把持状態検出部と、を備えていることを特徴とする、容器搬送機構。
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