KR20030090682A - 티슈 어레이 기구 - Google Patents
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Abstract
생물학적 티슈의 어레이가 삽입된 티슈의 일련의 공여대(165)에 있는 관심있는 영역으로부터 코어를 제거함으로써 형성될 수 있다. 제거된 코어는 수납대(15)에 있는 정규 어레이에 배치된다. 이는 통상적으로 두 개의 상이한 펀치로 수행되며 하나의 펀치는 관심있는 코어를 얻기 위한 것이고 다른 펀치는 수납대(15)에 수납 구멍을 형성하기 위한 것이다. 본 발명은 두 개의 개별적인 z 축선을 포함하는 시스템을 포함하며, 하나의 z 축선은 각각의 펀치를 위한 것이다. 각각의 펀치는 자체의 스타일렛을 가지며 각각의 펀치의 축선은 드라이브의 축선에 평행하다. 이와 달리, 본 발명은 단일 z 축선을 제공하여 구성되며, z 축선상의 홀더로 그리고 이 홀더로부터 두 개 이상의 펀치를 자동적으로 변화시키는 기구를 구비한다.
Description
생물학적 티슈 어레이는 코어 안에 그 티슈를 위하여 처음부터 사용된 동일한 삽입 물질로 만들어지며 전형적으로 절개될 수 있는 블록에 어레이되는 삽입된 생물학적 티슈의 코어의 정규 어레이(regular array)로 이루어져 있다. 새로운 블록들이 각각 수십, 수백, 혹은 수천개 이상의 다른 티슈 종류를 가지는 다수의 거의 동일한 섹션을 만들기 위하여 전통적인 방법(마이크로톰 등)에 의해서 절개될 수 있다. 이 섹션들은 티슈 화학 그리고 다른 실험에 사용되어질 수 있다. 이 섹션들 중 어느 하나에 수행되는 테스트는 효과적으로 동시에 수백가지의 샘플에 대하여 수행된다. 그 결과 노력과 시간을 많이 절약할 수 있고 제어 샘플의 이용가능성과 정교함도 어느 정도 증가한다. 티슈 어레이는 전적으로 수동으로 이루어져왔고(바티포라,에이치.,"다중종양(소시지) 티슈 블록: 면역 티슈 화학 항체 테스트를 위한 신규한 방법," 연구소 연구논문 Vol 55, 244-248 쪽,1986) 생물학적 적용의 다양화를 위해서 기계적인 기구(코노넨 등 " 종양 표본의 고원료처리 분자 프로파일링을 위한 티슈의 미소 어레이" 네이쳐 메디슨 Vol. 4 번호 7 7월 1998년 844-847쪽)의 도움을 받아왔다.
수동 기구는 US 특허 6,103, 518호(레이톤)에 "티슈 어레이를 구성하기 위한 장치"라는 제목으로 개시되어 있다. 수동 방법은 주로 속도와 정확성 때문에 기구에 의해 도움을 받는 방법에 의해 대체되어 왔으며, 후자의 빈도가 증가되어 왔다. 이러한 장치에 있어서, 두개의 속이 빈 바늘 모양의 펀치가 사용된다. 약간 더 작은 펀치는 수납대에 전형적으로 파라핀 또는 다른 중간 매개물의 홀을 만드는데 사용되어 왔다. 약간 큰 펀치는 공여대로부터 관심있는 삽입될 생물학적 티슈의 코어 샘플을 얻는데 사용되어 왔다. 펀치들은 공여대로부터 얻어지는 샘플이 수납대에 만들어지는 홀에 정확히 맞는 크기로 만들어 진다. 이러한 방법으로 이 샘플은 수납대에 적당하게 맞게 되고, 정밀한 어레이가 만들어지게 된다.
수납대는 비록 그것이 제거될 수 있고, 한 세트의 공여대로부터 하나 이상의 어레이를 만들기 위하여 하나 또는 그 이상의 다른 수납대로 대체될 수 있을지라도, 전체 과정동안 적당한 고정장치(fixture)에 고정된다. 마이크로미터 드라이브 또는 다른 정밀 리니어 위치 수단은 수납대에 대한 펀치 또는 펀치에 대한 수납대의 위치를 정한다. 마이크로 드라이브의 주어진 셋팅을 위하여 수납대에 수납 펀치가 도달하는 곳과 동일한 x, y 위치에 정확하게 공여 펀치가 도달하는 것이 바람직하다는 것은 명확하다. 만일 그렇지 않다면, 회수된 샘플은 그를 위해 꼭 맞도록 만들어진 홀에 부드럽게 들어가지 않을 것이며, 오히려 손상을 입거나 손실될 수 있다. 이러한 동작은 확실하고 저렴하게 만들어지는 것이 더 바람직하다.
코노넨 등은 슬라이드와 드라이브 기구를 사용하여 처음 수납 펀치를 중앙 위치로 옮기고 그리고 대안적으로 공여 펀치로 옮기는 것을 생각했다. 이 기구는 성가시고, 비싸며, 느리고, 잘못 어레이된 에러를 발생할 경향이 있다. 45도와 같은 중간각도에서의 슬라이드의 사용은 코노넨 등이 지적한 바와 같이, 특히 문제가 많은데, 높이 위치에서의 작은 에러가 측면위치 등의 관련된 에러를 유발할 수 있다.
"티슈 어레이를 구성하기 위한 장치"로 명칭된 레이톤 US 특허 6,103,518호는 두개의 펀치들이 단일 z축선 슬라이드 또는 드라이브를 공유하도록 하는 터릿 또는 다른 수단을 개시하고 있다. 이러한 기구는 단순하고, 수동으로 조작되는 도구를 위하여는 적합하지만, 모든 동작이 동력에 의한 액츄에이터(공기, 전기 등)에 의해 작동되는 자동화된 장치를 위하여는 적합하지 않을 수 있다. 특별한 메커니즘이 기계화되고 조립되어야 하며, 그리고 표준 부품이 이용되지 않는다.
상기 시스템은 작동하기 쉬운 반면에, 상기에서 설명된 시스템보다 덜 로봇화된 부분을 가지나 완전히 자동화될 수 있는 시스템의 필요성이 남아 있다.
생물학적 티슈 어레이는 삽입된 조직의 일련의 공여대에 있는 관심있는 부분으로부터 코어를 제거함으로써 얻을 수 있다. 제거된 코어는 수납대의 정규 어레이안에 위치한다. 이것은 두가지 다른 효과를 위해서 전형적으로 행하여지는데, 하나는 관심있는 코어를 얻기 위함이고, 다른 하나는 수납대에 수납 홀을 만들기 위함이다. 본 발명은 자동적으로 티슈 어레이를 만들어낼 수 있는 단순하고도 경제적인 시스템 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 작동자의 시각에서 도시한, 본 발명의 등각 반구성도.
도 2는 펀치/스타일렛 조립체들중 하나의 종단면도.
도 3은 도 1에 도시한 바와 같은 펀치들중 하나와 이와 센서의 관계를 도시하는 확대도.
도 4는 펀치 변경 티슈 어레이 기구의 등각 반구성도.
도 5는 클램프형 그립핑 기구의 상세도.
도 6은 오리피스형 그립핑 기구의 상세도.
본 발명의 목적은 선행 기술이 가진 장애가 되는 성질과 느린 속도를 극복하고, 티슈 어레이 장치에 있어서 두 펀치들을 위치시키는데 대안적으로 단순하면서도 정밀한 수단을 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적은 튼튼하고 자동화된 장치를 구성하기 위한 수단을 제공하는데 있다.
본 발명은 완전히 분리된 두 펀치들(공여 및 수납)과 주어진 각각의 그들 자신의 스타일렛(상기에서 설명한 장치와는 다른)과 각각 그들 자신의 z-드라이브(레이톤과는 다른)로 구성된다. 공여대와 수납대의 다른 지역을 어떤 어레이 안의 펀치하의 위치에 가져가기 위해 반드시 필요한 x와 y 드라이브는 차례로 요구되는 하나의 펀치 하에 관심있는 지점을 위치시키기 위한 적당한 오프셋 값을 단순하게 프로그램화 할 수 있다.
이러한 오프셋 값이 조절시에 사용되기 때문에, 또한 그 이상의 향상을 위하여 이것이 사용될 수도 있다. 두 펀치들의 선단부의 위치는 공여대 및 수납대와 같은 동일한 팰릿에 설치된 센서에 의해서 주기적으로 자동적으로 측정될 수 있다. 그들의 위치가 이동할 때마다(아마도, 더 밀집한 블록 또는 불규칙성과 만나기 때문에, 또는 작동기 또는 외부 물체에 의해 방해가 되어, 또는 단순히 설치된 새로운 펀치에 의해 변경됨으로써) 이 때, 새로운 위치는 측정되고, 자동적으로 오프셋 값이 업데이트될 수 있다. 이러한
a)팰릿에 고정된 블록위에 설치된 센서에 의해 선단부의 위치를 감지하는 것
b) 두개의 다른 z드라이브
의 신규한 조합은 시스템이 표준 부품을 가지고 구성되도록 하고 환경적인 변화나 기계적인 움직임에 대하여 강하도록 만든다.
각각의 z 드라이브는 그 개별적인 펀치를 펀치의 축에 따른 선위에서 움직인다. 처음으로, 각각의 드라이브는 그 펀치를 완전히 수납대와 공여대의 밖으로 벗어나도록 움직일 수 있다. 예를 들어, 또 다른 펀치가 사용되거나 또는 x 및/또는 y 드라이브들이 펀치들 아래로 블록위의 다른지점을 이동하기 위하여나 또는 관찰을 위한 경우이다. 두 번째로, 각각의 드라이브는 그 펀치를 블록의 표면에 닿거나 또는 거의 닿도록 움직일 수 있다. 예를 들어, 공여 코어를 수납대에 두기 위하여 그러하다. 세 번째로, 각각의 드라이브는 그 펀치를 블록안으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 공여대로부터 티슈 코어를 또는 수납대로부터 빈 코어를 제거하거나 얻는 경우이다.
두 드라이브 각각은 그것이 적합한 블록을 관통하거나 닿을 수 있도록 하는 것과 마찬가지로 그 펀치를 경로 내로 또는 밖으로 이동할 수 있기 때문에, 단지 두 드라이브가 두 펀치를 위하여 필요하다. 현 발명자와 공동 발명자의 공동-심리중인 출원에 있어서는, 네 개의 드라이브가 필요한데, 두 개는 두 펀치를 위치의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이며, 두 개는 두 개의 펀치를 블록의 안과 밖으로 이동하기 위한 것이다. 레이톤의 경우는, 손으로 하는 작동이 필요하지만 시스템은 자동화되었고, 두 개의 드라이브가 필요하나 그들은 두가지 다른 타입의 것으로 필요하였다. 하나는 한 위치로부터 다른 위치로 터릿을 토글링하기 위하여, 그리고 다른 나머지는 터릿을 상하로 이동하기 위하여 필요하였다. 이것은 비용의 상승을 가져왔다. 두가지 다른 종류의 드라이브는 두가지 다른 타입의 움직임을 위하여 디자인되고 제조되는 것이 필요하기 때문이었다. 본 발명에서 두 드라이브들은 동일할 수 있어 가격의 저렴함과 단순함을 가져온다.
각자 그 자신의 드라이브를 가진, 두 개 이상의 펀치를 사용하는 것은 본발명의 범위에 속한다. 예를 들어, 다른 적용을 위해 다른 크기의 펀치들 사이에 빠른 교체를 허용하도록 하는 것이 그러하다.
본 향상점을 사용한 시스템의 나머지 부분은 이미 공지된 선행기술과 유사하다. 예를 들어, 동력이 전달되는 또는 손으로 작동하는 마이크로미터 드라이브 등은 펀칭 기구 하에 블록을 두거나, 블록 위에 펀칭 기구를 위치시킬 수 있다. 제거가능한 브릿지는 수납대위에 공여대를 지지하기 위하여 사용된다. 또는 공여대는 수납대를 고정하는 동일한 팰릿에 부착될 수 있다. 후자의 배열은 동일한 x와 y 드라이브들과 슬라이드들이 공여대 및 수납대들 모두에 사용될 수 있도록 한다.
본 발명의 또 다른 개선점에 있어서, 본 발명자는 모든 종래 기술에 있어 2개의 상이한 펀치가 기구 또는 드라이브의 일부 부분들 내에 영구적으로 유지되어야 한다는 것이 종래의 개념임을 인지하였다. 분명한 것은, 정확성과 올바른 어레이를 보장하기 위해 각각의 홀더 내에 펀치를 영구적으로 유지하는 것이 필요하거나, 또는 하나의 전용 기계(single dedicated machine)에 있어서 작동을 단순하게 하고 작동 속도를 향상시키고자 하는 주요한 목적은 단일 세트의 x-y-z 축을 사용하고 나서, 축들 중 하나의 작동 목표상의 위치로 2 이상의 펀치 중 하나를 위치시킨 후 나머지의 펀치를 교대로 위치시키기 위한 기구를 추가하는 가능성에 대해 당업자가 외면하게 했었다고 생각될 수도 있었다.
이제, 본 발명자는 놀랍게도 종래의 이중 로봇이 필요하지 않음을 알아냈으며, 티슈 어레이 기구 내에 2개의 상이한 펀치를 교대로 위치시킴으로써 티슈 어레이를 형성하는 간단하고 정밀한 수단을 개발했다.
본 발명은 완전히 분리된 2개의 펀치(공여(donor) 및 수납(recipient))를 포함하는데, (코노넨(Kononen) 등의 특허에 개시된 바와 달리)이들 각각 자신의 스타일렛(stylet)을 제공하고, (레이톤(Leighton)의 특허출원서에 개시된 이중 z-드라이브와 달리) 단일 z-드라이브를 사용하지만, 방해가 되는 터릿 또는 슬라이더 수단(예컨대, "티슈 어레이를 구성하기 위한 기구(Instrument for constructing tissue arrays)"라는 발명의 명칭의, 레이톤에게 허여된 미국특허 제 6,103,518호에 개시되어 있음)에 의지하지는 않는다. 종래 기술에 대한 이러한 개선점은 변화가능한 펀치를 사용하는 것을 포함하는데, 이러한 변화가능한 펀치는 이동식 그리퍼 및 액츄에이터에 의해 자동으로 그리고 교대로 유지될 수 있다.
대부분의 실험용 로봇 내에서 대체적인 위치선정을 위해 존재하는 x, y 및 z 드라이브는 공여대 또는 수납대에 대한 적절한 위치에 활성 펀치를 가져오고 펀칭을 실시하기 위해서 뿐만 아니라, 매거진 또는 저장 영역에 펀치 홀더를 가져오고, 하나의 펀치를 해제시키고, 그리고 다른 펀치를 가져오도록 단순하게 프로그래밍될 수 있다.
2개의 펀치의 선단부(tips)의 위치들은 공여대 및 수납대와 동일한 팰릿(pallet) 상에 장착된 센서에 의해 자동으로 주기적으로 측정될 수 있다. 이들의 위치가 이동될 때마다(추측컨대, 보다 조밀한 블록 또는 불규칙성과 조우함으로 인해, 또는 작동자 또는 외부 물질에 의해 방해받음으로써, 또는 설치되는 새로운 펀치에 의해 단순히 변경됨으로 인해), 새로운 위치가 측정되고, 이 측정값은오프셋 값을 갱신하는데 자동으로 사용될 수 있다. 블록 유지 팰릿(block holding pallet) 상에 장착된 센서에 의해 선단부 위치들을 감지함으로써, 시스템이 표준 부품으로 구성될 수 있고, 그리고 주변의 폭력(environmental challenges)과 기계적 드리프트(mechanical drift)에 마주하여 강건하게 될 수 있다. 이러한 위치 감지는 펀치를 교대로 자동으로 교체시킴으로써 발생되는 선단부 위치상의 임의의 변화를 극복하는데 사용될 수 있다.
전형적으로, 펀치들은 공여대 및 수납대를 유지시키는 동일한 기판에 부착된 단순한 홀더들 내에 저장되고, 보충적인 홀더 또는 그리핑 수단들은 상기 기판에 대해 x, y 및 z축으로 이동될 수 있는 부재 또는 아암에 부착된다. (물론, 실험실 기준틀에 대해 고정된 기판을 가지는 것과 같이, 해당 분야에서 통상의 기술을 가진 자에게는 명확한 모션의 여러 조합이 존재한다. x, y 및 z축으로 이동하는 아암과, 또는 x 및 y축으로 이동하는 기판과, z축으로만 이동하는 아암 또는 z축으로 이동하는 기판과, y 및 z축으로 이동하는 아암. 이러한 z축으로의 이동에 대한 기준은 펀치와 공여대 또는 수납대 사이의 상대 이동으로서 이해되어야 한다.) 홀더 또는 그리핑 수단은 기구의 작동의 정지를 제어하고 있는 동일한 컴퓨터 또는 제어기에 의해 그리핑 모드와 해제 모드 사이에서 전환될 수 있거나, 또는 그리핑과 해제는 홀딩 위치에 대한 그리퍼의 접근 및 철수 모션에 의해 가동되어 완전히 기계적일 수 있다.
적절한 펀치가 그리핑 수단 내에 일단 단단히 유지되면, 폐기 리셉터클에 폐기물을 배출시키거나, 공여대로부터 티슈를 얻거나, 또는 수납대 안으로 티슈를 삽입시키면서, 모션 드라이브는 수납대 내에 구멍을 펀칭하기 위한 적절한 위치로 펀치를 이동시킬 수 있다. 표면 감지 장치는 영구적으로 이동식 아암에 부착될 수 있거나, 또는 펀치들 중 하나를 대신해서 필요로 할 때 픽업될 수 있는 대안의 장비일 수도 있다.
2개의 펀치 각각은 동일 축으로 픽업되어 사용될 수 있으므로, 하나의 x, y, z 드라이브 시스템만이 얻어진다. 코노넨 등의 특허와 비교하면, 6개의 드라이브가 얻어지는 경우, 2개는 위치 안으로 그리고 위치로부터 벗어나서 2개의 펀치를 이동시키기 위한 2개의 드라이브, 블록 안으로 그리고 블록을 벗어나서 펀치들을 이동시키기 위한 하나의 드라이브, 블록의 x, y 모션을 위한 2개의 드라이브이다. 레이톤의 특허("티슈 어레이를 구성하기 위한 기구"라는 발명의 명칭을 가지는 미국특허 제 6,103,518호)에서, 수동 작동이 고려되지만, 시스템은 자동식이며, 4개의 드라이브가 얻어지고, 이들은 2개의 상이한 유형일 필요가 있는데, 그 하나는 하나의 위치로부터 다른 위치로 터릿을 토글링하기 위한 것이며, 다른 하나는 터릿을 위 아래로 이동시키기 위한 것이다. 이로인해, 2개의 상이한 유형의 모션에 대해 설계하고 제조하도록 2개의 상이한 유형의 드라이브가 필요로 하므로, 비용이 많이 발생하게 된다.
본 발명에서는, 표준 실험용 로봇을 사용하여, 비용이 절감되고 간단하다.
단순함을 위해 전술한 논의에서는 2개의 펀치를 사용하지만, 2개 이상의 펀치를 사용하고, 예컨대 상이한 응용분야를 위해 펀치의 상이한 크기 사이에서 신속한 변화를 허용하기 위해 각각이 기판 상의 유사한 홀더 내에 저장됨을 본 발명의범위 내에서 가능함을 쉽게 이해할 것이다. 블록을 이동시키기 위한 장비, 블록을 레이블링하기 위한 툴, 또는 다른 툴 또는 장치를 유지하기 위해, 펀치 홀더를 사용하는 것이 또한 가능하다.
시스템의 정지는 종래 기술에서 이미 설명한 것과 유사할 수 있다. 예컨대, 펀칭 기구 하에서 블록들 또는 블록들 위로 펀칭 기구를 위치시키기 위해 전동식 또는 수동식 마이크로미터 드라이브 등을 사용할 수도 있다. 수납대에 대해 공여대를 지지하기 위해, 제거가능한 브릿지를 사용할 수도 있거나, 또는 공여대는 수납대를 유지하는 동일한 팰릿에 부착될 수 있다. 후자의 장치는 동일한 x 및 y 드라이브를 허용하며, 공여대 및 수납대 모두를 위해 사용되도록 슬라이딩한다. 대안으로, 수납대 및 공여대를 위해 분리된 x, y 시스템을 사용할 수 있다. 이것은 보다 복잡하지만, 고수율 시스템(high-throughput system)을 위해 보다 빠른 작동을 제공할 수 있다.
본 발명의 특성과 목적을 보다 더 잘 이해하기 위해서, 첨부 도면과 함께 설명한 아래의 상세한 설명을 참조해주기 바란다.
본 발명은 자동화하기에 간단하고, 신속하고 용이하게 티슈 어레이를 구성하기 위한 수단을 제공한다. 종래 기술에 비해서 개선한 점으로는, 본 발명의 제 1양태에서 각각의 펀치에 대해서 하나씩 개별 x축선을 사용하거나, 종래 기술의 이중 로보틱스를 필요로 하지 않고, 두 개의 다른 펀치를 어떠한 티슈 어레이 기구내에 번갈아서 위치선정시킴으로써 티슈 어레이를 형성하는 간단하고 정확한 수단을 개발한다. 본 발명의 제 2실시예에서, 간단한 자동화는 두 개의 펀치(공여와 수납)를 완전히 따로 하고, 각각을 이들의 자신의 스타일렛에 제공하고(Kononen 등의 특허와 달리) 단일 또는 이중-z 드라이브를 사용하지만, 귀찮은 터릿 또는 슬라이더 수단(예를 들어 Leighton의 미국 특허 제 6,103,518호의 " 티슈 어레이를 구성하기 위한 기구"에 공지된 바와 같은)을 사용하지 않으므로써 달성된다. 그러므로 종래 기술에 비해서 개선한 점으로는 이동 그리퍼와 액츄에이터에 의해 자동적이고 변경적으로 유지될 수 있는 변경가능한 펀치를 사용하는 것을 포함한다.
추가의 신규한 특징은 아래에 기술되어 있다.
스타일렛의 단부에서의 충전 또는 패킹(wadding or packing)
충전 및 패킹은 스타일렛의 단부에 제공되어 스타일렛과 펀치사이의 갭을 밀봉하여 코어가 스타일렛을 따라서 나오지 못하게 하여 손상 및/또는 손실을 방지한다.
종래 기술에서, 스타일렛은 금속 펀치관내에서 슬라이딩하는 금속 와이어이다. 이런 다소 가공하지 않은 구성은 기능적이지만, 티슈의 형태, 온도 및 와이어와 관의 피팅의 조밀성에 따라서, 티슈의 일부는 와이어와 관사이로 나와서, 예상할 수 없는 티슈의 손실을 야기할 수 있다. 티슈의 단순한 손실외에도, 이것은 스타일렛 아래의 티슈의 서로 상이한 체적과 어레이들이 비균일한 깊이로 구성된다는 추가의 문제점을 야기한다. 이런 비균일성은 어레이 블록으로서 절단될 수 있는 유용한 섹션의 생산을 매우 감소시키게 된다.
본 발명은 이런 외적인 돌출을 방지하기 위해서 스타일렛의 선단부에서 소형 피이스를 사용해서 충전 또는 패킹하는 것을 포함한다. 이들 피이스는 양호하게 폴리우레탄, 천연고무 또는 염화폴리비닐 등과 같은 탄성 재료일 수 있다. 이들은 선택 재료의 시이트로부터 올바른 크기의 디스크를 정확하게 펀칭하는 공구로서 펀치를 사용함으로써 정확하게 펀치구멍에 맞추어질 수 있다.
스타일렛의 힘의 제어
하나 또는 양 스타일렛에 대한 드라이브는 규정 힘을 발휘하고 뿐만 아니라 정확한 위치로 이동해서, 펀치에 의한 보다 양호한 그립과 블록으로부터 코어의 보다 용이한 제거를 위해서 코어의 탬핑(tamping)을 허용하도록 설계될 수 있다.
본 발명자가 자동화 티슈 어레이어로 알고 있는 가장 근접한 시스템은 스타일렛의 위치 제어만 사용한다. 이는 스타일렛이, 수납대 내에서 티슈 코어를 삽입하도록 펀치의 단부로 티슈 또는 왁스 코어가 한번에 밀려지는 동안에 티슈 또는 왁스 코어에 방해가 되지 않도록 단지 완전히 철수될 수 있다는 단점을 가진다.센서는 컴퓨터가 팰릿에 대한 펀치의 위치를 찾는 것을 허용한다. 이론상 중간 위치가 가능해도, 중간 위치는 자동화 기계가 스타일렛에 대해서 적절한 중간 위치를 계산할 수 있는 왁스 플러그의 정확한 길이에 대한 정보를 가지고 있지 않기 때문에 유용하지 않다. 티슈 형태, 왁스 형태, 온도 및 펀치 형상의 조합이 있으며, 이를 위해서 블록으로부터 코어를 신뢰성 있게 뽑아내는 것이 문제이다. 펀치가 코어를 절단할 수 있어도, 블록에 의해 코어가 여전히 바닥에 남아 있고 펀치의 측면을 따라서 코어를 그립하여 바닥에서 블록과의 연결을 차단하기에 충분한 마찰이 없기 때문에 제거되지 않는다.
본 발명은 공압 또는 유압 실린더와 같은 것에 의해서 스타일렛에 가해진 힘을 제어하는 것을 포함한다. 이런 제어된 힘은 펀치로부터 완전히 분리되어 티슈 블록으로 코어를 밀거나 또는 철회 바로전에 코어의 탬핑을 위한 중간 값으로 코어를 밀기에 매우 충분하게 설정될 수 있다. 탬핑은 코어를 축선방향으로 압축하고 그러므로 펀치의 원통형 벽에 대향해서 방사방향으로 코어를 팽창한다. 이렇게 증가된 방사방향 힘은 펀치가 코어를 보다 강하게 그립하게 만들어 펀치가 코어를 뽑아낼 수 있게 한다. 이런 현상은 용이한 자동화 기계의 약간의 사용자가 축방향 힘이 코어를 펀치로부터 완전히 분리되도록 밀어버린다고 생각하므로 다소 반직관적이다. 사실상 큰 힘이 펀치관의 단부까지 계속해서 스타일렛을 강제로 미는데 사용된다면 코어를 밖으로 밀어내곤 했다. 자동화 기계의 보다 용이한 설명은 스타일렛이 전체 스트로크의 한 단부에 있거나 다른 단부에 놓이는 것을 포함하는 간단한 사이클을 가르킨다.
제어된 힘은 공압, 유압, 제어 전류 모터, 어느 종류의 액츄에이터 상의 힘 센서를 포함하는 피드백 시스템 또는 스프링과 다양한 기구의 조합과 같은 이 기술 분야에 잘 알려진 다양한 방법으로 얻을 수 있다.
본 발명을 지금 도면에 도시한 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하도록 하겠다.
도 1에서, 펀치(1, 2)는 암(3, 4)에 의해 유지되고 드라이브(5, 6)에 의해서 수직으로 이동된다. 스타일렛(7, 8)은 제각기 두 펀치의 각각에 제공된다. 스타일렛은 액츄에이터(9, 10)에 의해 펀치에 대해서 수직으로 이동된다. 드라이브(11, 12)는 스타일렛 액츄에이터에 제공된다. 컴퓨터(13)는 모든 드라이브 또는 액츄에이터를 제어한다. 펠릿(14)은 액츄에이터(17, 18)에 의해서 x와 y 방향으로 이동된다. 펠릿은 수납대(15), 공여대(16), 폐기물 저장소(19)와 센서(20)를 유지한다. 센서(20)는 컴퓨터가 펠릿에 대해서 펀치의 위치를 발견하도록 스타일렛이 허용하는지 검출한다. 다른 센서, 리미트 스위치, 엔코더 및 피드백 엘리먼트는 필요하게 될 수 있지만 이들의 이용이 본 기술분야에 잘 알려져 있기 때문에, 적용될 수 있지만 명확한 설명을 위해 도시하지 않았다. 이 목적으로, 여기에 미국 특허 제 6,103,518 호 및 제 6,136,592호를 여기서 참고로 사용되어 있다.
지금 도 2를 참조하면, 펀치(21), 펀치내의 스타일렛(22), 충전 또는 패킹 피이스(23)과 티슈 또는 왁스 코어(24)가 도시되어 있다.
도 3은 도 1의 펀치들중 하나의 확대도이며 센서(20)와 관련해서 2방 유압또는 공압 액츄에이터(9)를 보다 양호하게 도시한다.
본 발명자의 사고 범위내에서 장치를 구성하는 많은 방법이 있을 지라도, 한 양호한 실시예만을 여기에 기술되어 있다. 두 개의 펀치, 수납 펀치(1)와 공여 펀치(2)가 제각기 개별 전자기계 작동식 슬라이드(5, 6)상에 위치선정되어 있다. 각 스타일렛(7, 8)은 간단한 공압 실린더(9, 10)에 의해 독립적으로 구동된다. 공압 실린더는 완전히 상단 또는 완전히 하단 위치이든지 스타일렛의 정확한 위치선정을 허용하고, 또한 단지 공기압을 조정함으로써 코어를 탬핑하기 위한 중간 위치에서 제어된 힘을 허용한다.
또한, 본 발명의 범주내에서 공압 실린더 대신에 필요하다면 힘 센서와 함께 전자기계적 액츄에이터를 사용할 수 있다. 유사하게, 공압 또는 유압 실린더는 펀치를 위치선정하기 위해서 사용될 수도 있다.
양호하게, 전자기계 구동 슬라이드는 x와 y축으로 펠릿(14)을 위치시켜서 펀치 아래에 하나 이상의 수납대(15) 및 공여대(16)의 세트를 정확하게 위치선정시킨다. 변경적으로, 펠릿은 원형일 수 있고 원형 모션으로 구동될 수 있다. 가장 필요한 것은 펀치에 대해서 공여와 수납의 정확하고, 예견가능한 위치선정이 달성될 수 있어야 한다는 것이다. 모든 모션은 많은 알려진 수단-리미트 스위치, 센서, 위치 피드백, 스텝퍼 및/또는 서보 모터 등에 의해 전자부품과 컴퓨터 제어하에서 놓여질 수 있다.
통상적인 사이클은 바람직한 수납 위치를 x-y 드라이브에 의해서 수납 펀치아래로 가져가는 것; 상기 수납 펀치를 z 드라이브에 의해서 이동하여 블랭크 코어를 뚫어서 제거하여 나중의 사용을 위해서 포켓을 생성하는 것; 상기 수납 펀치를 폐기물 저장소(블록과 동일한 x-y 펠릿상에 장착될 수 있음) 근처로 (x-y 드라이브에 의해서) 가져가고 수납 스타일렛을 이동하여 상기 블랭크 코어를 상기 폐기물 저장소로 배출하는 것; 공여대의 바람직한 위치를 공여 펀치 아래로 x-y 드라이브에 의해 가져가는 것; 공여 펀치를 z 드라이브에 의해 이동하여 티슈의 바람직한 코어를 뚫어서 제거하는 것; 수납대 중 하나내의 이전에 생성된 포켓을 x-y 드라이브에 의해서 공여 펀치아래로 가져가는 것; 그리고 최종적으로 공여 펀치를 z 드라이브에 의해서 수납대와 접촉하거나 거의 접촉하게 하고 그 다음에 스타일렛을 이동하여 수납대 내에서 생성된 포켓내에 티슈 코어를 이식하는 것으로 이루어진다. 다음으로, 측면 위치는 다음 위치까지 드라이브 X 및/또는 Y로 증분되고 사이클은 반복된다.
본 발명의 범주내에서는 블록이든지 또는 펀치가 실험실 기준틀-단지 본 발명내의 상대적인 모션들에 대한 x, y 및 z 방향으로 이동될 수 있다.
예를 들어, 고정 베이스 또는 프레임에 단단하게 부착되는 대신에, 하나 또는 양쪽 z축 드라이브는 수평 위치선정 드라이브상에 장착될 수 있어서 이들을 고정 베이스에 대해서 이동하고 그러므로 고정 베이스에 대해서 펠릿을 이동하는 대신에 펠릿에 대해서 이동한다. 변경적으로, 펠릿은 예를 들어 x방향으로 이동되고 하나 또는 양 드라이브는 y방향으로 이동될 수 있다. 변경적으로, 극좌표상에 근거한 위치선정 시스템이 사용될 수 있으며, 하나 또는 다수의 모션은 회전적이고 다른 하나는 방사방향 모션이다. 사실상, 예를 들어 공여대는 컴퓨터 구성식 턴테이블상에 장착될 수 있으며, 수납대는 다른 턴테이블상에 장착될 수 있으며, z 드라이브는 한 턴테이블로부터 다른 턴테이블로 선형적으로 수평으로 이동된다. 이런 선형 모션은 또한 어느 턴테이블에 관련한 방사방향 위치들을 선택하는 작용을 한다. 변경적으로, 블록의 한 세트는 x-y테이블상에 놓을 수 있고 다른 세트는 회전 테이블상에 놓을 수 있고, 또는 각각 이들 자신의 x-y테이블상에 놓을 수 있다.
여러 적용분야에 맞은 장점으로 많은 조합과 치환이 가능함을 알 수 있다. 이들 모두에서 공통으로 가지는 주요 요소는 적어도 두 개의 개별 z 드라이브를 사용하는 것이다.
더욱이, 의도하지 않은 기구의 범위 또는 용량을 증가시키기 위해서, 새로운 것이든지 또는 펀치된 것이든, 공여대 및/또는 수납대를 포함하는 매거진을 추가로 제공할 수 있으며, 매거진은 블록을 상기 기구에 제공하고/또는 상기 기구로부터 블록을 수납하기 위해서 상기 기구와 연관해서 작동된다.
도 4에서, 펀치 변화 티슈 어레이 기구가 도시되어 있으며, 펀치(31)는 아암(33)에 의해 유지되고 드라이브(35)에 의해서 수직으로 이동된다. 펀치 내측의 공축선 방향으로는 스타일렛(37)이 있으며, 이는 스타일렛 액츄에이터용 드라이브(41)에 이해 이동되고 액츄에이터(39)에 의해 펀치에 대해서 수직으로 이동된다. 컴퓨터(43)는 모든 드라이브 또는 액츄에이터를 제어한다. 펠릿(44)은 액츄에이터(47, 48)에 의해서 x와 y 방향으로 이동된다. 펠릿은 수납대(45), 공여대(46), 폐기물 저장소(49)와 센서(50)를 유지한다.
센서는 컴퓨터가 팰릿에 대한 펀치의 위치를 찾는 것을 허용한다. 다른 센서, 리미트 스위치, 엔코더 및 피드백 엘리먼트는 이들의 이용이 본 기술분야에 잘 알려져 있기 때문에, 적용될 수 있지만 명확한 설명을 위해 도시하지 않았다.
도 5는 그리핑 기구의 하나의 가능한 타입으로서 이중 클램핑 기구를 보여준다. 컴퓨터 제어 솔레노이드(70, 73)는 작동 아암(72, 75)을 통하여 클램핑 죠오(71, 74)에 연결된다. 상부 클램핑 죠오는 스타일렛 허브를 파지하고 스타일렛 드라이브에 연결되며, 하부 클램핑 죠오는 펀치 허브를 파지하고 펀치 드라이브에 연결된다.
도 6은 다른 이중 그리핑 기구를 보여준다. 스타일렛 그리퍼(80)는 스타일렛 허브 보다 약간 더 큰 오리피스를 가진다. 펀치 그리퍼(81)는 펀치 허브 보다 약간 더 큰 오리피스를 가진다. 유압(예를 들면, 벌룬 시일(balloon seal)), 유압 클램핑 죠오), 전자기, 또는 진공 흡입 수단의 작동시, 스타일렛 그리퍼 및 펀치 그리퍼는 스타일렛 및 펀치를 각각 파지한다.
그러퍼에는 단순한 "V" 형상일 수 있는 레지스터가 제공될 수 있는 것이 바람직하며, 레지스터에 대해 스타일렛 또는 펀치 허브가 정확한 위치 선정을 위해 위치된다.
명백하게, 그러퍼들은 유사하게 설계되고 작동될 수 있고, 또는 그리퍼들은 상이한 타입일 수 있다.
비록 펀치-변화 티슈 어레이 장치를 구성하기 위한 많은 방법이 있지만, 하나의 바람직한 실시예가 지금부터 더 상세하게 설명될 것이다. 두 개의 펀치, 즉 수납 및 공여 펀치가 저장되고, 기판 상의 개별 홀더에서 각각 공여대 및 수납대를유지시킨다(도 4). 각각에는 펀치로부터 왁스 또는 티슈을 밀어내기 위한 스타일렛이 제공된다. 어느 펀치/스타일렛 조립체는 동일한 x, y 횡단 시스템으로 z축선(도 5)의 그리퍼 아래로 이동하는데, 이 횡단 시스템은 공여대 및 수납대를 이동시키기 위해 사용된다. 그리고나서 z 축선은 그리퍼를 아래로 이동시키고 다음 작업을 위해 요구되는 펀치를 파지하기 위해 사용된다. 다른 펀치로 바꾸고자 할 때, 빈 펀치 홀더(60)는 z 축선 드라이브의 그러퍼 아래로 이동하고 z 축선 드라이브가 하강하여 더 이상 필요하지 않은 펀치를 해제한다. 그리고나서 z 축선 드라이브는 빈 그리퍼를 상승시키고, 다른 펀치가 그리퍼 아래로 이동하고, z 축선 드라이브는 목표 펀치를 수용하기 위해 그러퍼를 하강시킨다.
펀치를 수용하면, 펀치의 스타일렛이 동일한 작동을 하는 스타일렛 드라이브에 연결된다. 작동 펀치의 스타일렛은 간단한 공기압 실린더에 의해 구동될 수 있다. 공기압 실린더는 완전한 상승 위치 또는 완전한 하강 위치에 스타일렛의 정확한 위치 선정을 허용하며, 또한 단지 공기압을 조정함으로써 코어를 탬핑하기 위한 중간 위치에 제어력을 허용한다. 또한 공기압 실린더 대신 전자 기계식 액츄에이터(가능한 경우 포스 센서를 구비한)를 사용하거나 펀치를 위치 선정하기 위한 공기압 또는 유압 실린더를 사용하는 것은 본 발명의 범주내에 속할 것이다.
바람직하게는, 전자 기계식 구동 슬라이드는 펀치 아래에 하나 이상의 수납 및 공여대의 한 세트의 정확한 위치 선정을 허용하도록 x 및 y 축선에서 팰릿을 위치선정한다. 모든 운동은 어떠한 공지된 다양한 수단, 예를 들면, 리미트 스위치, 센서, 위치 선정 피드백, 스테퍼 및/또는 서보 모터 등에 의한 전자 및 컴퓨터 제어하에서 이루어질 수 있다.
통상적인 사이클은 원하는 수납 위치가 x-y 드라이브에 의한 수납 펀치 아래로 이동되며, 수납 펀치가 블랭크 코어를 관통하여 제거하기 위해 z 드라이브에 의해 이동되고, 나중의 사용을 위해 포켓을 형성하며; 수납 펀치가 폐기물 리셉터클(블록과 동일한 x-y 팰릿에 장착될 수 있음) 근처로 (x-y 드라이브에 의해) 이동되고 수납 스타일렛은 폐기물 리셉터클로 블랭크 코어를 배출하기 위해 이동하며, 수납 펀치가 홀더로 복귀하여 공여 펀치를 수용하며, 공여대의 원하는 위치가 x-y 드라이브에 의해 공여 펀치 아래로 이동하고, 공여 펀치가 z 드라이브에 의해 이동하여 티슈의 원하는 코어를 관통하여 제거하며; 수납대 중 하나에 있는 종전의 형성 포켓은 x-y 드라이브에 의해 공여 펀치 아래로 이동하며; 마지막으로 공여 펀치는 z 드라이브에 의해 수납대와 접촉하거나 거의 접촉하고나서 스타일렛이 수납대에 형성된 포켓에 티슈 코어를 삽입하도록 이동되는 것으로 이루어진다. 다음으로, 측방향 위치가 드라이브 X 및/또는 Y에 의해 다음 위치로 상승되고 상기 사이클이 반복된다.
블록 또는 펀치가 실험실 기준틀에 대해 x, y 및 z 방향으로 이동할 수 있고, 단지 상대적인 운동만이 본 발명에서 의미가 있다는 것은 발명의 범주내에 있다.
다른 적용 분야에 대해 장점을 가지고 가능한 다양한 조합 및 치환이 있을 수 있다. 공통적으로 모두 갖는 주요 부재로 적어도 두 개의 별개 z 드라이브를 사용한다.
또한, 고려되지 않은 장치의 범위 또는 성능을 증가시키기 위해, 프레쉬 또는 펀칭된, 매거진 내장 공여대 및/또는 수납대를 추가적으로 제공하는 것이 가능하며, 이 매거진은 상기 기구에 블록들을 제공 및/또는 상기 기구들로부터 블록들을 수납하기 위해 상기 장치와 작동가능하게 결합된다.
Claims (23)
- 수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구로서,펀치 허브를 갖춘 펀치와 스타일렛 허브를 갖춘 스타일렛을 각각 구비한 제 1 및 제 2 펀치 유닛과,하나 이상의 공여대를 유지하는 수단과,하나 이상의 수납대를 유지하는 수단, 및상기 제 1 및 제 2 펀치에 대해 상기 수납대와 공여대를 선택적으로 재위치시키는 수단을 포함하는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구로서,하나 이상의 공여대를 유지하는 플랫폼과,하나 이상의 수납대를 유지하는 플랫폼과,펀치 아암 상에 장착되며, 수납 펀치와 관련 스타일렛을 갖춘 제 1 펀치 유닛과,펀치 아암 상에 장착되며, 상기 수납 펀치 보다 큰 내경을 갖는 공여 펀치와 관련 스타일렛을 갖춘 제 2 펀치 유닛, 및상기 제 1 및 제 2 펀치에 대해 상기 수납대 유지 플랫폼과 공여대 유지 플랫폼을 선택적으로 재위치시키는 수단을 포함하며,상기 제 1 및 제 2 펀치 유닛 각각은 독립적으로 작동가능한 펀치 드라이브를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 펀치 유닛은 각각의 제 1 및 제 2 펀치 축선을 따라 독립적으로 이동가능하며, 상기 펀치 축선은 평행하고 서로 이격되어 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항에 있어서,하나 이상의 플랫폼 이동 수단 및 펀치 이동 수단이 컴퓨터 제어 하에 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼 및 수납대 유지 플랫폼은 상이한 플랫폼인,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 4 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼과 수납대 유지 플랫폼 중의 하나는 하나 이상의 x축선 방향 및 y 축선 방향으로 이동가능하며, 상기 플랫폼 중의 다른 하나는 z 축선 주위에서 회전할 수 있는 턴테이블에 의해 형성되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼 및 수납대 유지 플랫폼은 동일한 플랫폼인,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 6 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼 및 수납대 유지 플랫폼은 x 축선 및 y 축선을 따라 구동되며, 상기 펀치들은 z 축선을 따라 구동되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 7 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼 및 수납대 유지 플랫폼은 z 축선 주위에서 회전할 수 있는 턴테이블을 형성하며, 상기 펀치 또는 플랫폼에는 x 축선 또는 y 축선 중의 적어도 하나의 방향으로 운동하기 위한 수단이 제공되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항에 있어서,상기 공여 펀치 및 수납 펀치들은 z 축선 방향으로 독립적으로, 그리고 동시에 이동할 수 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구로서,펀치 허브를 갖춘 펀치와 스타일렛 허브를 갖춘 스타일렛을 각각 구비한 제 1 및 제 2 펀치 유닛과,하나 이상의 공여대를 유지하는 수단과,하나 이상의 수납대를 유지하는 수단과,상기 펀치 중의 하나를 한 번에 해제가능하게 정확히 유지하는 그리퍼 수단과,상기 펀치 허브에 대해 상기 스타일렛 허브를 이동시키기 위한, 상기 그리퍼 관련된 수단, 및하나 이상의 공여대 홀더 및 수납대 홀더에 대해 상기 펀치 허브를 정확히 이동 및 위치선정하는 수단을 포함하며,상기 파지 수단은 상기 펀치를 개별적으로 수납, 이동, 및 해제시키는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,상기 그리퍼에는 z 축선 방향으로 이동시키는 수단이 제공되어 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,상기 공여대 홀더 및 수납대 홀더에는 상기 그리퍼에 대해 상기 수납대 홀더 및 공여대 홀더를 선택적으로 재위치시키도록 x 축선 방향 및 y 축선 방향으로 이동시키기 위한 수단이 제공되어 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,상기 공여대 홀더 및 수납대 홀더는 z 축선 주위에서 회전할 수 있는 턴테이블 상에 제공되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,하나 이상의 이동들은 동력 장치를 통한 컴퓨터 제어 또는 수동 제어 하에 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,상기 공여대 홀더 및 수납대 홀더는 상이한 플랫폼 상에 제공되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 15 항에 있어서,상기 공여대 유지 플랫폼과 수납대 유지 플랫폼 중의 하나는 하나 이상의 x축선 방향 및 y 축선 방향으로 이동가능하며, 상기 플랫폼 중의 다른 하나는 z 축선 주위에서 회전할 수 있는 턴테이블에 의해 형성되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 10 항에 있어서,상기 공여대 홀더 및 수납대 홀더는 동일한 플랫폼 상에 제공되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 스타일렛 선단부에 펀치의 내측에 제공되는 다량의 유순한 충전재료를 더 포함하는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 18 항에 있어서,상기 유순한 충전재료는 탄성중합체인,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 스타일렛은 제어력을 제공하는 액츄에이터에 의해 구동되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 스타일렛의 행정 길이는 상기 스타일렛 액츄에이터를 통해 제어될 수 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 스타일렛 액츄에이터는 컴퓨터를 통해 행정 길이가 제어되는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
- 제 2 항 또는 제 10 항에 있어서,매거진 내장 블록을 더 포함하며, 상기 매거진 내장 블록들은 상기 기구로 블록들을 제공 및/또는 상기 기구로부터 블록들을 수납하는 수단과 작동가능하게 결합되어 있는,수납대에 티슈 어레이를 형성하기 위한 기구.
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