JP7315798B2

JP7315798B2 - 検体搬送装置および検体搬送用キャリア

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Publication number: JP7315798B2
Application number: JP2022534900A
Authority: JP
Inventors: 健史松家; 茂輝山口
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2020-07-10
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2041-03-05
Also published as: JPWO2022009470A1; EP4180370A1; US20230202779A1; CN115803636A; WO2022009470A1

Description

本発明は検体検査自動化システムにおける検体容器を搬送するための検体搬送装置および検体搬送用キャリアに関する。

マニピュレータが試料容器を搭載したバケットを保持する際に、マニピュレータの把持面の摩耗を防止することを目的として、特許文献１には、マニピュレータが有する複数のフィンガは、下方に延びる枝部、及び枝部の下端部からマニピュレータの中心軸側へ折れ曲がった爪部を含み、バケットは突出棒を有し、突出棒は、軸、軸の側面よりも水平方向に突出したフランジ部を有する傘部、軸の側面外周に沿って傘部よりも下側において上下にスライド可能なスライダを含んで、複数のフィンガは、スライダを把持した状態でスライダと共に上昇動作し、その過程において爪部がフランジ部に引っ掛かることが記載されている。

特開２０１６－２０３３０９号公報

近年、医療分野での診断を目的とした検体検査において自動化機器を用いた検査の省力化、迅速化が進められている。

このために、検体検査自動化システムでは、前処理装置や、自動分析装置、後処理装置を検体搬送装置で接続して、血液の分析処理に係る作業の全自動化が進められている。

このような自動化システム内での検体の搬送には、検体の入った１本の検体容器を搭載可能な検体キャリアが用いられている。その一例として、搬送面の下方に固定されて配列された複数の電磁石により磁場を発生させることで、検体キャリア内の磁石を吸引・反発させることにより搬送面上を滑走させる手法が知られている。この搬送方法により、１次元ではなく２次元の検体搬送を実現している。

ここで、検体が揺れると分析結果に影響を及ぼす可能性があるため、検体の液揺れを抑えることが重要となる。そのため、検体容器自体も揺れないように搬送することが望ましい。しかし、検体キャリアには直径の異なる検体容器が設置されること、電磁石の吸引・反発による検体キャリアの搬送は、細かな力の制御が難しいことから、検体容器の揺れを抑えることは困難である。

特許文献１には、１次元ベルト搬送方式での検体キャリアの側面から作用して検体キャリアの方向を補正することが記載されている。しかし、このような技術では、２次元の検体搬送において、側面から検体キャリアへアクセスしようとすると、搬送経路が制限される、搬送時間が長くなる、といった様々な問題が発生する。

本発明は、電磁搬送において、搬送経路を制限することなく、かつ検体の揺れを従来に比べて抑制できる検体搬送装置および検体搬送用キャリアを提供する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、検体搬送装置であって、直径の異なる検体容器を異なる方向から支える把持部を２以上有するキャリアと、前記キャリアが滑走する搬送面と、を備え、前記キャリアは、２以上の前記把持部のうちの１つの前記把持部が前記検体容器を把持する力の向きが前記キャリアの進行方向の反対向きとなるように前記搬送面の面上を滑走する際に前記キャリアの進行方向を調整する向き調整部を有することを特徴とする。

本発明によれば、電磁搬送において、搬送経路を制限することなく、かつ検体の揺れを従来に比べて抑制することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

本発明の実施例に係る検体検査自動化システム全体の構成を示す概略平面図である。実施例に係る検体検査自動化システムを構成する搬送装置の概略構成を示す図である。搬送路上の検体キャリアが検体容器を抑える仕組みを底面側から説明する図である。搬送中の検体容器の傾きを説明する図である。本発明の検体キャリアの構成を側面側から見て説明する図である。本発明の検体キャリアの構成を底面側から見て説明する図である。本発明の動作原理を検体キャリア底面側から見て説明する図である。本発明の動作原理を検体キャリア底面側から見て説明する図である。本発明の検体キャリアの他の構成を側面側および底面側から見た図である。本発明の検体キャリアの更に他の構成を側面側から見た図である。本発明の検体キャリアの更に他の構成を側面側から見た図である。

本発明の検体搬送装置および検体搬送用キャリアの実施例について図１乃至図１１を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

最初に、検体検査自動化システムの全体構成について図１および図２を用いて説明する。図１は本発明の実施例に係る検体検査自動化システム全体の構成を示す平面図である。図２は実施例に係る検体検査自動化システムを構成する搬送装置の概略構成を示す図である。

図１に示した本実施例における検体検査自動化システム１０００は、血液、尿などの検体の成分を自動で分析するための分析装置を備えたシステムである。

検体検査自動化システム１０００の主な構成要素は、血液、尿などの検体が収容された検体容器１５０（図２等参照）が搭載された検体キャリア１００（図２参照）もしくは空ホルダを搬送する複数の搬送装置７００（図１では１２個）、複数の分析装置８００（図１では４個）、検体検査自動化システム１０００を統合管理する制御用コンピュータ９００である。

分析装置８００は、搬送装置７００により搬送された検体の成分の定性・定量分析を行うためのユニットである。このユニットにおける分析項目は特に限定されず、生化学項目や免疫項目を分析する公知の自動分析装置の構成を採用することができる。更に、複数設ける場合に、同一仕様でも異なる仕様でもよく、特に限定されない。

各々の搬送装置７００は、磁極７０７（図２参照）と、検体キャリア１００に設けられた磁性体１０５（図２参照）との相互作用によって搬送路上を滑走させることで検体キャリア１００に搭載された検体を目的地まで搬送する装置である。その詳細は図２以降を用いて詳細に説明する。

制御用コンピュータ９００は、搬送装置７００や分析装置８００を含めたシステム全体の動作を制御するものであり、液晶ディスプレイ等の表示機器や入力機器、記憶装置、ＣＰＵ、メモリなどを有するコンピュータで構成される。制御用コンピュータ９００による各機器の動作の制御は、記憶装置に記録された各種プログラムに基づき実行される。

なお、制御用コンピュータ９００で実行される動作の制御処理は、１つのプログラムにまとめられていても、それぞれが複数のプログラムに別れていてもよく、それらの組み合わせでもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェアで実現してもよく、モジュール化されていても良い。

なお、上述の図１では、分析装置８００が４つ設けられている場合について説明しているが、分析装置の数は特に限定されず、１つ以上とすることができる。同様に、搬送装置７００の数についても特に限定されず、１つ以上とすることができる。

また、検体検査自動化システム１０００には、検体に対する前処理や後処理を実行する各種検体前処理・後処理部を設けることができる。検体前処理・後処理部の詳細な構成は特に限定されず、公知の前処理装置の構成を採用することができる。

次に、本実施例の搬送装置７００の構成について図２を用いて説明する。

図２に示すように、検体が収容された検体容器１５０が搭載された検体キャリア１００は、搬送装置７００中に複数設けられている。複数の検体キャリア１００の各々の底面部分には磁性体１０５が設けられている。

磁性体１０５は、例えばネオジムやフェライトなどの永久磁石で構成されるが、その他の磁石および軟磁性体でも構成でき、それらを適宜組み合わせたものとすることができる。

磁性体１０５を有する検体キャリア１００は、搬送面２０１の上を滑るように移動する。その搬送力を生成するために、搬送面２０１の下部には、円柱状のコア７０５、およびそのコア７０５の外周に巻かれた巻線７０６で構成される磁極７０７が複数設けられている。この磁極７０７が、磁性体１０５の位置を検出する複数の検出点の各々を構成する。また、この磁極７０７を覆うようにその上方に搬送路が複数設けられる。

本実施例の搬送装置７００では、その内部に複数設けられている磁極７０７は、磁性体１０５の位置検出を担うとともに、磁性体１０５の搬送、すなわち検体の搬送を担っている。

磁極７０７には、磁極７０７に対して所定の電圧を印加することで所定の電流を巻線７０６に流す駆動部７０８が接続されている。この駆動部７０８によって電圧が印加された磁極７０７は電磁石として働き、搬送面２０１上にある検体キャリア１００に有する磁性体１０５を引き付ける。磁極７０７によって検体キャリア１００を引き付けた後に、磁極７０７への駆動部７０８より電圧印加を止め、磁極７０７と隣り合う異なった磁極７０７に前述と同様にして駆動部７０８より電圧を印加することで、隣り合った磁極７０７に検体キャリア１００に有する磁性体１０５を引き付ける。

この手順を、搬送路を構成するすべての磁極７０７で繰り返すことによって、磁性体１０５が設けられている検体キャリア１００に保持された検体容器１５０内に収容された検体を目的地まで搬送する。

演算部７０９は、検体キャリア１００の位置情報や速度情報、重量情報等の各種情報を用いて、各々の巻線７０６に流す電流を演算し、各々の駆動部７０８に指令信号を出力する。駆動部７０８はその指令信号に基づいて対応する巻線７０６に電圧を印加する。

検出部７１０は、検体容器１５０の位置を検知可能であればよく、その構成は特に限定されない。例えば、検体容器１５０の磁性体１０５の磁束を検出するホールセンサや、測長器などとして、検体容器１５０の位置を直接測定することができる構成とすることができる。更には、磁極７０７の巻線７０６を流れる電流とその流れ方を検出して磁性体１０５の位置を求めることで間接的に検体容器１５０の位置を求める構成とすることができる。

なお、搬送装置７００の構成は上述の構成に限定されず、例えば、一次元状の搬送路上を電磁搬送する構成とすることができる。

次いで、図３至図１１を用いて検体キャリアの特徴的な構成について説明する。図３は搬送路上の検体キャリアが検体容器を抑える仕組みを底面側から説明する図である。

図２や図３に示すように、検体検査自動化システム１０００における検査対象である検体は検体容器１５０に採取，保持された状態でハンドリングされる。検体容器１５０はオペレータによって手作業で、または自動挿入ユニットによって検体キャリア１００に挿入され、システム内を搬送され、各種の処理が実施される。

ここで、検体キャリア１００に挿入される検体容器１５０は、直径が一定ではない。そのため、検体キャリア１００は、直径の異なる検体容器１５０を異なる方向から支える把持部１０１を２以上（図３では４つ）有しており、この４つの把持部１０１が検体容器１５０の直径に合わせて閉じたり開いたりして、９０°間隔で検体容器１５０を保持する構造となっている。このような把持の方法では、把持部１０１と検体容器１５０とが接触する部分では検体を把持する把持力大２１となり、把持部１０１と隣接する把持部１０１との間では把持力小２２となる。

図４は検体キャリア１００を搬送中に減速が発生したときの慣性を説明する図である。この図４に示すように、検体キャリア１００が減速した時、検体容器１５０には慣性３１が働く。把持部１０１による把持力を上回る慣性３１が働くと、把持部１０１が押し開かれて検体容器１５０が傾く。速度変化がなくなって慣性３１が消失すると、押し開かれていた把持部１０１が閉じて検体容器１５０が直立する。この検体容器１５０の動作により、検体容器１５０内の検体に揺れが発生することになる。

このような検体の揺れを抑えるため、減速時に検体容器１５０に加わる慣性３１に逆らう方向に把持力大２１を合わせることが求められる。そのためには、搬送面２０１の面上を滑走する際に、２以上の把持部１０１のうちの１つの把持部１０１が検体容器１５０を把持する力の向きが検体キャリア１００の進行方向の反対向きとなるように検体キャリア１００の進行方向１０を調整することが求められる。

図５は検体キャリアの構成を側面側から見て説明する図、図６は検体キャリアの構成を底面側から見て説明する図である。

このような検体キャリア１００の進行方向を調整する向き調整部として、本発明では、図５や図６に示すように、検体キャリア１００の底面１１０のうち、検体キャリア１００の中心軸１２からずれた位置に、搬送面２０１に対する摩擦係数が検体キャリア１００を構成する材料に比べて高い高摩擦部材１０２が設置されている。この高摩擦部材１０２は、２以上の把持部１０１のうちの１つの把持部１０１と１８０°反対側の位置に設ける。

これにより、検体キャリア１００の底面１１０と搬送面２０１との相互作用、すなわち検体キャリア１００の底面１１０に働く摩擦力１１の中心１４を検体キャリア１００の中心軸１２から離れた位置とすることができる。

図７および図８は、摩擦力による方向整列の動作原理をキャリア底面側から見て説明する図である。

このような構成では、図７に示すように、搬送が開始されると、搬送による摩擦力１１が検体キャリア１００の進行方向１０の方向と１８０°の方向に働く。

この場合において、検体キャリア１００の中心軸１２と摩擦力１１の中心１４からなる直線と直交する方向に摩擦力１１の成分がある場合には、図７のように回転力１３が働く。この回転力により検体キャリア１００が搬送方向に進む際に併せて回転する。

そして、図８に示すように高摩擦部材１０２が進行方向１０の１８０°反対側に位置する状態となると、中心軸１２と摩擦力の中心１４からなる直線と摩擦力１１の方向とが平行となり、回転力１３となる方向の摩擦力の成分が無くなる。このため、回転力１３が働かなくなり、回転が停止して高摩擦部材１０２側が進行方向１０後方側に配置された状態で検体キャリア１００は所定の位置まで搬送される。

このように、検体キャリア１００が搬送に伴い自動的に回転することができるため、検体キャリア１００は搬送方向に対して一定の向きに整列され、把持力大２１が最も強く働く方向を進行方向１０に対して逆らう方向に自動的に整列させることができる。これにより、減速時の検体容器の慣性３１と平行な方向に把持力大２１が合わせられるため、検体キャリア１００の減速時の検体容器１５０の傾きを効果的に抑えることができる。

なお、高摩擦部材１０２が１つ設けられている形態について説明したが、これに限るものではない。例として、高摩擦部材１０２をキャリア底面に３つ配置することで、キャリアを３方向のいずれかに整列させる方式を使用してもよい。

以上のように簡便な機構で検体容器１５０の揺れを抑えることができる。

次いで、検体キャリアの他の構成について図９乃至図１１を用いて説明する。図９は本発明の検体キャリアの他の構成を底面側から見た図、図１０および図１１は本発明の検体キャリアの他の構成を側面側から見た図である。

上述した図５等では、検体キャリア１００の中心軸１２と摩擦力１１の中心１４とをずらすために高摩擦部材１０２を使用した形態であったが、摩擦力１１の中心１４をずらす方法はこれに限らない。

例えば、図９に示すように、検体キャリア１００Ａの底面１１０Ａの形状によって摩擦力１１の中心１４をずらすことができる。

より具体的には、検体キャリア１００Ａの底面１１０Ａに凹凸をつけ、底面１１０Ａのうち、中心軸１２を外れた領域に設けられている搬送面接触部１０３Ａや外周部１０９Ａのみが搬送面２０１に接触する形状とする。このような形状であれば、底面１１０Ａの凹部となる搬送面非接触部１０４Ａでは搬送面２０１と摺動しないため摩擦力が発生せず、搬送面２０１との摺動で摩擦力を発生する部分が外周部１０９Ａと底面１１０Ａの凸部である搬送面接触部１０３Ａとなり、摩擦力１１の中心１４をずらすことができる。

なお、この搬送面接触部１０３Ａは、２以上の把持部１０１のうちの１つの把持部１０１と１８０°反対側の位置に設ける。以下に示す永久磁石１０５Ｂや、空洞１０８Ｃについても同様である。

上述した図５等や図９に示した形態では、検体キャリア１００，１００Ａの底面１１０，１１０Ａと搬送面２０１との相互作用の摩擦力１１によって進行方向１０を調整する形態であったが、他の形態によっても検体キャリア１００Ｂ，１００Ｃの進行方向１０を調整することができる。

例えば、図１０に示すように、磁極７０７によって発せられ、検体キャリア１００Ｂに対する搬送用電磁力（搬送力１０６Ｂ）が作用する永久磁石１０５Ｂが検体キャリア１００Ｂの物理的中心１１１Ｂに対してずれて配置されている形態がある。

この形態では、磁極７０７によって発せられた搬送力１０６Ｂが永久磁石１０５Ｂに作用して動き始めると、永久磁石１０５Ｂが設けられている側が検体キャリア１００Ｂの先端側になるように動き始める。したがって、検体キャリア１００Ｂは搬送方向に対して一定の向きに整列され、把持力大２１が最も強く働く方向を進行方向１０に対して平行な方向に整列させることができる。

更には、図１１に示すように、検体キャリア１００Ｃの物理的中心１１１Ｃと検体キャリア１００Ｃの重心１１２Ｃとが異なる位置に設ける形態とすることができる。

例えば、図１１に示すように、検体キャリア１００Ｃの底面部分を構成する底面部１０７Ｃのうち、物理的中心１１１Ｃからずれた位置に空洞１０８Ｃを設け、重心１１２Ｃをずらす形態がある。

この形態では、検体キャリア１００Ｃが動き始めると、空洞１０８Ｃが形成されている質量が比較的に軽い側が検体キャリア１００Ｃの先端側になるように動き始める。したがって、検体キャリア１００Ｃは搬送方向に対して一定の向きに整列され、把持力大２１が最も強く働く方向を進行方向１０に対して平行な方向に整列させることができる。

なお、空洞１０８Ｃに替えて、あるいは加えて、検体キャリア１００Ｃを構成する材料より密度の高い物質を検体キャリア１００Ｃの物理的中心１１１Ｃからずらした位置に設ける形態とすることができる。

また、上述した図５等や図９、図１０、図１１に示した形態を適宜組み合わせることができる。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本実施例の搬送装置７００は、直径の異なる検体容器１５０を異なる方向から支える把持部１０１を２以上有する検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃと、検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃが滑走する搬送面２０１と、を備え、検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、２以上の把持部１０１のうちの１つの把持部１０１が検体容器１５０を把持する力の向きが検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの進行方向の反対向きとなるように搬送面２０１の面上を滑走する際に検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの進行方向１０を調整する向き調整部を有する。

このような構成によって、検体キャリア，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの停止時の検体容器１５０の揺れが低減されるため、検体キャリア１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの向きを制御するための大掛かりな機構やそれを駆動するための時間が不要であり、搬送経路が制限されることもなく、搬送処理のスループットを向上することが可能となるとともに、システムのコストを低減することができる。

また、向き調整部は、検体キャリア１００，１００Ａの底面１１０と搬送面２０１との摩擦力１１によって検体キャリア１００，１００Ａの進行方向１０を調整するため、簡易に検体キャリア１００，１００Ａの向きを自動で整列させることができる。

更に、向き調整部は、検体キャリア１００の底面１１０に搬送面２０１に対する摩擦係数が異なる複数の領域（高摩擦部材１０２と底面１１０）により構成されること、あるいは検体キャリア１００Ａの底面１１０Ａのうち一部分（搬送面接触部１０３Ａ）が搬送面２０１に対して接触する形状により構成さることで、摩擦力１１の中心１４を摺動によって検体キャリア１００，１００Ａの中心軸１２から離れた位置にずらし、検体キャリア１００，１００Ａの向きを自動で調整することができる。

また、向き調整部は、検体キャリア１００Ｂに対する搬送用電磁力が作用する永久磁石１０５Ｂが検体キャリア１００Ｂの物理的中心１１１Ｂに対してずれて配置されていることや、検体キャリア１００Ｃの物理的中心１１１Ｃと重心１１２Ｃとが異なることにより構成されることによっても、簡易に検体キャリア１００Ｂ，１００Ｃの向きを自動で整列させることができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

１０…進行方向
１１…摩擦力（相互作用）
１２…中心軸
１３…回転力
１４…中心
２１…把持力大
２２…把持力小
３１…慣性
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…検体キャリア（検体搬送用キャリア）
１０１…把持部
１０２…高摩擦部材
１０３Ａ…搬送面接触部（一部分）
１０４Ａ…搬送面非接触部
１０５…磁性体
１０５Ｂ…永久磁石（磁性体）
１０６Ｂ…搬送力
１０７Ｃ…底面部
１０８Ｃ…空洞
１０９Ａ…外周部
１１０，１１０Ａ…底面
１１１Ｂ，１１１Ｃ…物理的中心
１１２Ｃ…重心
１５０…検体容器
２０１…搬送面（キャリア底面との接触面）
７００…搬送装置
７０５…コア
７０６…巻線
７０７…磁極
７０８…駆動部
７０９…演算部
７１０…検出部
８００…分析装置
９００…制御用コンピュータ
１０００…検体検査自動化システム

Claims

検体搬送装置であって、
直径の異なる検体容器を異なる方向から支える把持部を２以上有するキャリアと、
前記キャリアが滑走する搬送面と、を備え、
前記キャリアは、２以上の前記把持部のうちの１つの前記把持部が前記検体容器を把持する力の向きが前記キャリアの進行方向の反対向きとなるように前記搬送面の面上を滑走する際に前記キャリアの進行方向を調整する向き調整部を有する
ことを特徴とする検体搬送装置。
請求項１に記載の検体搬送装置において、
前記向き調整部は、前記キャリアの底面と前記搬送面との相互作用によって前記キャリアの進行方向を調整する
ことを特徴とする検体搬送装置。
請求項２に記載の検体搬送装置において、
前記向き調整部は、前記キャリアの底面に前記搬送面に対する摩擦係数が異なる複数の領域により構成される
ことを特徴とする検体搬送装置。
請求項２に記載の検体搬送装置において、
前記向き調整部は、前記キャリアの底面のうち一部分が前記搬送面に対して接触する形状により構成される
ことを特徴とする検体搬送装置。
請求項１に記載の検体搬送装置において、
前記向き調整部は、前記キャリアに対する搬送用電磁力が作用する磁性体が前記キャリアの物理的中心に対してずれて配置されていることにより構成される
ことを特徴とする検体搬送装置。
請求項１に記載の検体搬送装置において、
前記向き調整部は、前記キャリアの物理的中心と重心とが異なることにより構成される
ことを特徴とする検体搬送装置。
検体が収容された試験体を把持する検体搬送用キャリアであって、
直径の異なる検体容器を異なる方向から支える２以上の把持部と、
搬送面の面上を滑走する際に、２以上の前記把持部のうちの１つの前記把持部が前記検体容器を把持する力の向きが前記検体搬送用キャリアの進行方向の反対向きとなるように前記検体搬送用キャリアの進行方向を調整する向き調整部と、を有する
ことを特徴とする検体搬送用キャリア。