JP7284409B2

JP7284409B2 - デキャピング装置

Info

Publication number: JP7284409B2
Application number: JP2021085415A
Authority: JP
Inventors: 雅弘飛鳥井
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2023-05-31
Anticipated expiration: 2041-05-20
Also published as: JP2022178539A

Description

試料用チューブに螺合されたキャップを把持可能なチャックと、チャックを開閉作動させる把持駆動機構と、チャックを回転させる回転駆動機構とを有するデキャピング装置に関するものである。

近年、化学、生化学、生体学、製薬、医学などの基礎研究あるいは応用において、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、多数の試料を取り扱うことが必要となっている。
このため、マイクロ（テスト）チューブ等の容器に収められた試料を、大量に取り扱って任意の試料を迅速に取り出す技術が欠かせない。

例えば体液、血液、血清などの検体の検査や分析を行う検体処理において、試料用チューブをホルダに保持して搬送し、ホルダの搬送路に設置された各種検出装置によって様々な処理を行っている（例えば、特許文献１参照）。
このような検体処理において、試料用チューブの開口を塞ぐキャップを装着することが行われ、特許文献１のような公知技術では、試料用チューブを把持した状態で、ゴムなどの柔軟性の高い材料からなるキャップを検体容器の開口に押し込むことで、キャップを装着している。
また、密封性を向上するためにねじ込み式のキャップを自動的に装着し試料用チューブを閉栓するものも公知である（例えば、特許文献２等参照）。

特開２００１－０４１２９９号公報特許第６５３５４８７号公報

ねじ込み式のキャップで閉栓された試料用チューブから試料を取り出すには、キャップを把持して回転させる必要があるため、自動化するに際しては、試料用チューブに螺合されたキャップを把持可能なチャックと、チャックを開閉作動させる把持駆動機構と、前記チャックを回転させる回転駆動機構とが必要となる。
ここで、試料用チューブを低温等の特殊環境で開栓する必要がある場合、複雑な把持駆動機構や回転駆動機構を有していたり、それらの駆動源がチャック近傍に存在すると、熱やコンタミ等の問題が生じ、最適な検査環境に悪影響を及ぼす虞があった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、把持機構や回転機構を簡略化し、駆動源をチャックから遠ざけることが可能で、熱やコンタミ等の問題を抑制し、最適な検査環境を維持することが可能なデキャピング装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、試料用チューブに螺合されたキャップを把持可能なチャックと、前記チャックを開閉作動させる把持駆動機構と、前記チャックを回転させる回転駆動機構とを有するデキャピング装置であって、前記チャックは、外側に円弧形状部を有する複数の把持爪を有し、前記把持駆動機構は、前記把持爪の円弧形状部に接触して前記把持爪を把持方向に押圧する爪押え部材を有し、前記回転駆動機構は、前記把持駆動機構を試料用チューブ及びキャップの中心軸まわりに回転させることなく前記把持爪を回転させるよう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。

本請求項１に係るデキャピング装置によれば、チャックは、外側に円弧形状部を有する複数の把持爪を有し、前記把持駆動機構は、前記把持爪の円弧形状部に接触して前記把持爪を把持方向に押圧する爪押え部材を有し、前記回転駆動機構は、前記把持駆動機構を試料用チューブ及びキャップの中心軸まわりに回転させることなく前記チャックを回転させることにより、回転駆動機構がチャックのみ回転させ、把持駆動機構が回転することなく爪押え部材を動作させるだけで、把持爪がキャップを把持したまま回転することが可能となるため、機構が簡単となるとともに、回転駆動機構、把持駆動機構の各駆動源の配置自由度が向上し、低温等の特殊環境で開栓する場合でも、熱やコンタミ等の問題を抑制し、最適な検査環境を維持することができる。

本請求項２に記載の構成によれば、爪押え部材は、円弧形状部に接触する回転可能な押えローラを有することにより、チャックの回転が円滑となり、摩擦による塵埃の発生を抑制することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、チャックが、キャップを挟んで対向する２本の把持爪を有し、爪押え部材が、それぞれの把持爪に対し２本設けられていることにより、可動部分を少なくし、より簡単な構成とすることができる。
本請求項４に記載の構成によれば、チャックが、直列に複数設けられ、把持駆動機構が、複数のチャックに対応した複数の爪押え部材を同時に駆動する連動部材を有することにより、把持駆動機構の駆動源を増やすことなく簡単な構成で多数のキャップを同時にハンドリングすることができる。

本請求項５に記載の構成によれば、回転駆動機構が、複数のチャックを同時に回転駆動する１つの回転駆動源と、複数のチャックの回転位相を合わせる同期機構を有することにより、爪押え部材の移動方向と複数のチャックの把持爪の移動方向を正確に一致させることができ、確実にキャップを把持することが可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、把持駆動機構が、連動部材を介して複数の爪押え部材を同時に駆動する１つの把持駆動源を有することにより、さらに少ない駆動源で多数のキャップを同時にハンドリングすることができる。

本発明の一実施形態に係るデキャピング装置の側面図。回転駆動機構の説明図（平面図の一部）。把持駆動機構の説明図（図１のＡ－Ａ視図の一部）。チャックの閉塞時の説明図。チャックの開放時の説明図。同期機構の説明図。押圧機構の側面説明図。押圧機構の正面説明図。

本発明の一実施形態に係るデキャピング装置１００は、図１に示すように、試料用チューブＴに螺合されたキャップＣを把持可能なチャック１１０と、チャック１１０を開閉作動させる把持駆動機構１２０と、チャック１１０を回転させる回転駆動機構１３０とを有している。
チャック１１０は、図４、図５に示すように、試料用チューブＴの中心線を挟んで対向する２本の把持爪１１１を有している。
チャック１１０は回転中心を構成する回転軸１１２を有し、回転軸１１２の下方は爪保持部１１５を構成し、把持爪１１１は爪保持部１１５に対し平行状態で開閉方向に移動可能に設けられている。
把持爪１１１の爪胴部１１４の外側は円弧状に形成され、把持爪１１１の下方の先端にはキャップＣを把持する爪先端部１１３を有している。
２本の把持爪１１１の爪胴部１１４の外側は、キャップＣを把持した状態で全体としてほぼ円形となるように構成されている。
また、２本の把持爪１１１は、常時は開放する方向に付勢されている。
本実施形態では、爪先端部１１３を爪胴部１１４と別体とすることで、把持するキャップＣのサイズや形状に応じて交換可能に構成されているが、爪先端部１１３と爪胴部１１４とが一体に形成されていてもよい。
また、本実施形態では、チャック１１０が直列等間隔に４本設けられている。

把持駆動機構１２０は、図１、図３に示すように、把持爪１１１を把持方向に押圧する爪押え部材１２１を有しており、爪押え部材１２１の先端には、把持爪１１１の爪胴部１１４の外側の円弧形状部に接触する回転可能な押えローラ１２２を有している。
爪押え部材１２１は、１つのチャック１１０の２つの把持爪１１１に対して、それぞれ２本ずつ設けられており、チャック１１０の両側に設けられた２枚の連動部材であるスライド板１２３に取り付けられて、チャック１１０に向かって進退可能に配置されている。
本実施形態では、それぞれのスライド板１２３に４つのチャック１１０に対応した８本の爪押え部材１２１が設けられている。
一方のスライド板１２３は、把持駆動源１２５によって（本実施形態ではラックピニオン機構で）進退駆動され、他方のスライド板１２３は、連動ギヤ１２４を介して１８０度逆方向に伝達されて進退駆動される。

回転駆動機構１３０は、図１、図２に示すように、チャック１１０の回転軸１１２の上方に設けられており、回転駆動源１３１によって伝達ギヤ１３２を介して回転軸１１２を回転駆動可能に構成されている。
本実施形態では、４本のチャック１１０の回転軸１１２を１つの回転駆動源１３１で駆動可能に構成されている。
また、チャック１１０の回転軸１１２はクラッチ１３３を介して回転駆動され、所定以上の負荷でチャック１１０の回転軸１１２への回転の伝達を阻止するように構成されている。

また、本実施形態では、複数のチャック１１０の回転位相を合わせる同期機構１４０が設けられている。
同期機構１４０は、図１、図６に示すように、チャック１１０の回転軸１１２に設けられたカム板１４１と、カム板１４１と係合して回転を規制する回転規制爪１４２と、回転規制爪１４２とカム板１４１との係合を解除する爪解除連動板１４３を有している。
回転規制爪１４２は、１つのチャック１１０のカム板１４１に対して、カム板１４１の両側に設けられた２枚の爪解除連動板１４３にそれぞれ１つ取り付けられて、カム板１４１に向かって進退可能に配置されている。
一方の爪解除連動板１４３は、爪解除駆動部１４４によって進退駆動され、他方の爪解除連動板１４３は、爪解除連動ギヤ１４５を介して１８０度逆方向に伝達されて進退駆動される。
爪解除駆動部１４４の動作により、回転規制爪１４２によりカム板１４１の回転が規制される位置と、規制を解除する位置に切替可能である。
また、本実施形態では、回転規制爪１４２によるカム板１４１の回転規制は、一方向の回転のみで、逆回転時はいずれの位置でも回転規制爪１４２が揺動退避して回転可能に構成されている。

以上のように構成された本実施形態のデキャピング装置の動作について説明する。
まず、把持爪１１１の把持方向と爪押え部材１２１の進退方向を一致させるために、爪解除駆動部１４４により回転規制爪１４２によりカム板１４１の回転が規制される位置に維持した状態で回転駆動源１３１を逆回転（キャップを締める方向の回転）させる。
このことで、４本のチャック１１０の回転位相が異なっていても、回転規制爪１４２によりカム板１４１の回転が規制された際にクラッチ１３３が滑り、全てのチャック１１０の回転位相が揃い、４本のチャック１１０の２つの把持爪１１１の移動方向が、すべて爪押え部材１２１の移動方向と同一となるように配置される。
次に、４本のチャック１１０のそれぞれの２つの爪先端部１１３の対向する間隙に対し、試料用チューブＴに螺合されたキャップＣを把持可能に挿入する。
このとき、デキャッパ装置１００全体が試料用チューブＴの上方からアプローチしてもよく、デキャッパ装置１００全体は固定状態で、試料用チューブＴのハンドリング装置が下方からアプローチしてもよく、その両方が互いにアプローチしてもよい。
その状態で、把持駆動源１２５を駆動し、爪押え部材１２１により把持爪１１１を把持方向に押圧してキャップＣを把持する。

４本のチャック１１０がキャップＣを把持した状態で、爪押え部材１２１による把持爪１１１の押圧を維持したまま回転駆動源１３１を回転させることで、試料用チューブＴに螺合されたキャップＣを開栓する。
このとき、爪押え部材１２１は回転可能な押えローラ１２２を有し、把持爪１１１の円弧形状部に接触して４方向から把持爪１１１を把持方向に常時押圧しているため、把持爪１１１が円滑に回転可能であり、回転によってキャップＣの把持が解除されることがない。

また、上記開栓（デキャピング）動作とは逆に、新たなキャップＣを把持爪１１１に把持させるように供給し、試料用チューブＴに新たなキャップＣを螺合する閉栓（キャッピング）動作を自動化する用途でも使用可能であり、さらに、開栓したキャップＣを再び試料用チューブＴに螺合して閉栓することも可能である。
閉栓時には、キャップＣを所定のトルクで締め付ける必要があるが、前述の位相合わせのためのクラッチ１３３が滑ることで、所定トルクを設定することが可能である。
キャップＣ、試料用チューブＴの製造誤差、試料用チューブＴが固定される回転位相が一定でないことから、所定トルクでクラッチ１３３が滑る回転位相は、４本のチャック１１０でそれぞれ異なるが、閉栓動作の完了後に、前述した同期機構１４０を作動させることで、容易に回転位相を揃えることができる。

なお、４本のチャック１１０のそれぞれの２つの爪先端部１１３の対向する間隙に対し、試料用チューブＴに螺合されたキャップＣを把持可能に挿入する際に、チューブＴの整列位置ずれ等があった場合、爪先端部１１３とキャップＣの上端が衝突する虞がある。
このために、チャック１１０の回転軸１１２を上下動可能に支持し、押圧機構１５０を設けて常時最下方に押圧し、爪先端部１１３とキャップＣの上端が衝突した際にはチャック１１０を上方に移動させ、試料用チューブＴやキャップＣにダメージを与えることを防止するようにしてもよい。
また、チャック１１０の回転軸１１２の上昇をセンサで検知して、試料用チューブＴの上昇動作（及び／またはチャック１１０の下降動作）を即座に停止するようにしてもよい。

押圧機構１５０の一実施形態について、図７、８に基づいて説明する。
押圧機構１５０は、チャック１１０の回転軸１１２の上方に設けられており、揺動軸１５２を中心に揺動する１対の揺動腕１５１と、１対の揺動腕１５１に両端が固定され複数のチャック１１０の回転軸１１２の上端を押圧する押圧部材１５３と、揺動腕１５２を下方に付勢する押圧バネ１５４とを有している。
このことで、チューブＴの整列位置ずれ等があり爪先端部１１３とキャップＣの上端が衝突した場合には、チャック１１０の回転軸１１２が押圧バネ１５４の付勢力に抗して上昇することができるため、試料用チューブＴやキャップＣにダメージを与えることを防止できる。

また、本実施形態では、回転軸１１２と一体となって上昇するクラッチ１３３の側方に、クラッチ１１３の上方への移動を検出する検知センサ１５５を備えることで、検知センサ１５５の出力により、試料用チューブＴの上昇動作（及び／またはチャック１１０の下降動作）を即座に停止することが可能となる。
なお、押圧機構１５０の構造は、通常のデキャッピング動作に必要な押圧力を有し、爪先端部１１３とキャップＣの上端が衝突した際にはチャック１１０を上方に移動させることが可能であれば、配置、構造はいかなるものであってもよい。
また、検知センサ１５５も、爪先端部１１３とキャップＣの上端が衝突したことが検知可能であれば、配置、構造はいかなるものであってもよい。

１００・・・デキャピング装置
１１０・・・チャック
１１１・・・把持爪
１１２・・・回転軸
１１３・・・爪先端部
１１４・・・爪胴部
１１５・・・爪保持部
１２０・・・把持駆動機構
１２１・・・爪押え部材
１２２・・・押えローラ
１２３・・・スライド板（連動部材）
１２４・・・連動ギヤ
１２５・・・把持駆動源
１３０・・・回転駆動機構
１３１・・・回転駆動源
１３２・・・伝達ギヤ
１３３・・・クラッチ
１４０・・・同期機構
１４１・・・カム板
１４２・・・回転規制爪
１４３・・・爪解除連動板
１４４・・・爪解除駆動部
１４５・・・爪解除連動ギヤ
１５０・・・押圧機構
１５１・・・揺動腕
１５２・・・揺動軸
１５３・・・押圧部材
１５４・・・押圧バネ
１５５・・・検知センサ
Ｔ・・・試料用チューブ
Ｃ・・・キャップ

Claims

試料用チューブに螺合されたキャップを把持可能なチャックと、前記チャックを開閉作動させる把持駆動機構と、前記チャックを回転させる回転駆動機構とを有するデキャピング装置であって、
前記チャックは、外側に円弧形状部を有する複数の把持爪を有し、
前記把持駆動機構は、前記把持爪の円弧形状部に接触して前記把持爪を把持方向に押圧する爪押え部材を有し、
前記回転駆動機構は、前記把持駆動機構を試料用チューブ及びキャップの中心軸まわりに回転させることなく前記チャックを回転させるよう構成されていることを特徴とするデキャピング装置。
前記爪押え部材は、前記円弧形状部に接触する回転可能な押えローラを有することを特徴とする請求項１に記載のデキャピング装置。
前記チャックが、キャップを挟んで対向する２本の前記把持爪を有し、
前記爪押え部材が、それぞれの前記把持爪に対し２本設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデキャピング装置。
前記チャックが、直列に複数設けられ、
前記把持駆動機構が、前記複数のチャックに対応した複数の爪押え部材を同時に駆動する連動部材を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のデキャピング装置。
前記回転駆動機構が、前記複数のチャックを同時に回転駆動する１つの回転駆動源と、前記複数のチャックの回転位相を合わせる同期機構を有することを特徴とする請求項４に記載のデキャピング装置。
前記把持駆動機構が、前記連動部材を介して前記複数の爪押え部材を同時に駆動する１つの把持駆動源を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のデキャピング装置。
前記複数のチャックの回転軸の一部または全部が、上下動可能に支持されるとともに押圧機構によって常時最下方に押圧されるように構成され、
前記回転軸の上方への移動を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のデキャピング装置。