キャップの装着装置、取り外し装置、装着方法並びに取り外し方法
【課題】試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す装置であって、取り外し動作の稼働範囲が小さく、縦横列をなしてラックに収容されるチューブから一度に全てのキャップを取り外すことができるキャップを取り外す装置を提供すること。
【解決方法】本発明のキャップ取り外し装置は、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形である凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことができる。
【解決方法】本発明のキャップ取り外し装置は、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形である凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試薬、化合物、検体等が入った容器にキャップを着脱するキャップ装着装置、取り外し装置、装着方法、並びに取り外し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
創薬スクリーニング分野、バイオテクノロジー分野等の生化学分野においては、物質の生化学反応テストなどの各種試験が行われる。これらの試験においては、培養や生化学反応を行わせるための液状または粉状等のサンプル試薬や化合物や検体等を収納する容器の運搬・保管は、蒸発・内容物の漏れ（舞い上がり）・ゴミの混入を防止するためにチューブに収納し、その上面開口部をキャップで密封したものを容器（ラック）の縦横に複数規則的に並んだ正方形の孔部（ウェル）に収納されて行われる。
【０００３】
図１はラック１１を示しており、このラック１１ではウェル１２が縦８個、横１２個備えられている。１５に示すチューブは直径８ミリ程度、高さ４５ミリ程度の試験管形状をしており、熱可塑性エラストマー等により形成されている。（ここで、熱可塑性エラストマーは、プラスチックとゴムの中間的性質を有する。この性質によりチューブ１５は、ゴムのように柔らかく、プラスチックのように加工しやすい性質を有している。）チューブ底面１６には図示しない２次元バーコードが貼り付けられており、これにより試薬の種類情報等の管理をすることができる。２０はキャップであり、チューブ１５の上部開口部に挿入してチューブ１５の内容物を閉栓するためのものである。
【０００４】
図２は、キャップ２０の垂直断面図である。キャップ２０は、フランジ部２１（鍔部）を有し、高さ４ミリ程度、チューブ１５内に挿入できる挿入部２２を有する。２３はチューブ１５の内壁との当接部である。キャップ２０の上面中央には円柱形の凹部（以下、キャップ凹部２４と称する。）を有しており、全体の形状は帽子を上下ひっくり返した形状となっている。キャップ凹部２４は、キャップ凹部２４の内壁面の下部付近の肉厚が、上部に比べて薄くなっており（以下、この箇所を内壁凹部２５と称する。）、後述するキャップ装着・取り外し装置の係合手段３１（３２）が挿入された際に係合手段３１（３２）の鉤部３３と該内壁凹部２５とが係合する。このキャップ２０は樹脂やゴム等の弾性のある材料により形成されており、外力がかかることにより容易に変形させることができる。
【０００５】
前述のチューブ１５には常時キャップ２０が取り付けられており、チューブ１５の内容物である試薬等を使用する際には、人手により若しくは取り外し装置によりチューブ１５を密封しているキャップ２０を取り外す必要がある。先行文献１は、キャップ２０の取り外しを自動で行う取り外し装置についての先行技術である。このシステムについて図１３を参照に以下に説明する。８０はキャップ装着・取り外し装置８１と分注装置８３とが隣接して備える分注システムを示すものである。この分注システム８０は、チューブ１５に収納される化合物をマイクロプレート８２に分注作業を行うものである。
【０００６】
図１３に示すキャップ装着・取り外し装置８１について図１４を参照に以下に説明する。このキャップ装着・取り外し装置８１は、キャップ２０の保持具８５をキャップ凹部に挿入して保持した後、保持具８５を傾斜することでチューブ１５内部の気体を開放して、ラック１１に収納されるチューブ１５からキャップ２０を取り外すものである。このキャップ装着・取り外し装置８１は、キャップ２０を上面側より保持する保持具８５と、キャップ２０とチューブ１５の開口部とを位置合わせする位置合わせ機構８６と、保持具８５を垂直姿勢で及び傾斜姿勢をとりえるようにする保持具傾斜機構８７と、保持具８５をチューブ１５に対して昇降させる保持具昇降機構８８とを備える。さらに、キャップを保持具に安定して固定するにはバルブ機構（吸着手段）８９により真空吸着する必要がある。
【０００７】
このキャップ装着・取り外し装置８１ではラック１１に縦横に並んで収納されるチューブ１５のキャップ２０のうち、一列ずつ取り外すものである。このため、キャップ２０を保持する保持具８５を一列分の個数に対応して備えている（図１４においては１２個備える）。図１５は、保持具傾斜機構８７を作動する前後の状態を示す側面図である。図１５（ａ）は保持具傾斜機構８８を作動する前であって、保持具８５を傾斜する前の状態を示しており、図１５（ｂ）は保持具傾斜機構８８を作動した後の保持具８５がα°傾斜した状態を示す図である。
【特許文献１】特開２００５−３４２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分注システム８０ではキャップ装着・取り外し装置８１を分注装置８３に隣接して備えることから、キャップ装着・取り外し装置８１によりチューブ１５からキャップ２０を取り外した後に分注装置８３へと運搬され分注作業が行われる。このため、キャップ２０が取り外されているチューブ１５にゴミが混入する不具合、チューブ１５の内部の粉状化合物が舞う不具合、液状化合物が蒸発する不具合等が生じている。このため、キャップ取り外し後にはラック１１を運搬しないように、分注作業が行われる分注装置８３上でキャップ２０を取り外すことが望まれている。
【０００９】
また、従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、チューブ１５に密着するキャップ２０を取り外すのに、キャップ２０を水平状態から傾斜させることでキャップ２０を取り外していた。しかし、このような取り外し方法では、キャップ装着・取り外し装置８１の取り外し動作の稼働範囲が広くなるため、狭い面積内に縦横列をなして収納（現在、ラック１１が収容できるチューブ１５は数９６本である。）するチューブ１５から一度に全てのキャップ２０を取り外すことが困難であり、現状では一列分ずつキャップ２０を取り外すしかなかった。このため、取り外したキャップ２０を一時他の場所へ保管するか、列ごとに各種処理が行われるのを待って再びチューブ１５に装着するまでの間、保持具８５により保持し続ける必要があったため、次行程の分注作業の作業時間が長くなってしまう不具合が生じていた。
【００１０】
ラック１１に収容される全てのチューブ１５を一度に取り外すには、９６個の機構が密集する狭いスペースにキャップを取り外す機構を納める必要があり、このため、１つ１つがシンプルで、小さくて、高精度な機構であり、駆動源の数自身も少ないことが望まれている。また、９６個の係合手段を同時に動作させるには、１個の時に比べて駆動力が９６倍要し、設置スペースも９６倍要する事となる。また、キャップは縦横整然と並んで備える。さらにラック１１はプラスチック成形品であり、ラック１１のウェル１２はチューブ１５と多少の隙間を有するように備えるため、チューブ１５の位置がその隙間の分だけ多少位置ずれが生じることがある。これらのことから、一度に複数個の係合手段を動作させるには、係合手段に均等で安定した駆動力を与えて、均等で精密に動作させる必要がある。
【００１１】
従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、キャップ凹部２４の大きさより一回り小さい保持具８５を挿入した後、確実に固定するため吸着手段８９により吸着固定した後、保持具８５を傾斜させてキャップ２０を取り外している。
【００１２】
さらに、従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、キャップ２０を傾斜して取り外す方法を採用することから、保持具８５を傾斜すればキャップに当接しやすいように、保持具８５の大きさがキャップ凹部２４の大きさより一回り小さい大きさとなっている。このため、キャップ凹部２４から保持具８５を取り外す際に、キャップがつられて引き抜かれる不具合が生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のキャップ装着・取り外し装置は、ラックに収納される試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す装置であって、キャップ上部の凹部に挿入して、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことができる。また、昇降手段は、チューブを持ちあげるためのものであっても、ラックを降下させるためのものであってもよく、ラックに対してチューブを相対的に昇降動作させるものである。
【００１４】
本発明のキャップ装着・取り外し装置は、係合手段が、第一係合部材と第二係合部材とからなり、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって水平移動もしくは回動させてキャップと係合することができる。第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって回動させる機構として、はさみと同様の機構（以下、はさみ機構と称する。）であって、つまり、第一係合部材と第二係合部材とを支軸により貫通して回動可能として、第一係合部材と第二係合部材との一端を押圧する（支持板に向けて押しつける）ために、モータと、モータの回転支軸に連結されるネジ軸とからなる直線移動手段を備えることで可能である。また、直線移動手段としてエアシリンダ等の公知の機構をそなえることが可能である。また、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって直線移動させる機構として前述の直線移動手段を第一係合部材と第二係合部材とにそれぞれ備えることにより同期動作して、若しくは一つの直線移動手段によりリンク・カム・歯車等を介して連動して、第一係合部材と第二係合部材を動作させることができる。
【００１５】
また、直線移動手段がエアシリンダである場合においても、停止位置が以下の三点備えることにより後述するように把持したキャップの（楕円の長径）を変化させることができる。なお、停止位置の三点とは、待機位置（はさみ機構が閉じた状態）、把持位置（係合部とキャップが当接して、その摩擦力によりチューブとキャップとが落下しない程度の状態）、取り外し位置（把持位置以上に挟み機構が広がってキャップが変形した状態）の三点である。これにより、把持位置と取り外し位置とを一回もしくは複数回往復運動させることで、チューブを確実に取り外すことができる。
【００１６】
具体的には、本発明のキャップ装着・取り外し装置は、係合手段が、第一係合部材と、第二係合部材と、第一係合部材と第二係合部材とを貫通して回動可能に支持する支軸と、支軸の周辺もしくは周囲に巻いて備えるとともにその一端を第一係合部材と第二係合部材の一方の側部に、他端を他方の側部に掛設する弾性体と、第一係合部材と第二係合部材とを回動可能に支持する支持板と、第一係合部材と第二係合部材とを作動する可動部材とを備える。このキャップ装着・取り外し装置は、可動部材の作動により第一係合部材と第二係合部材を下方に押付けることで弾性体に抗して第一第二係合部材を回動させてキャップを保持又は取り外し動作をすることができる。
【００１７】
第一係合部材と第二係合部材の先端部の凹部分が、第一係合部材と第二係合部材の回動動作によりキャップと当接した際に鉤状つまり、キャップの凹部壁面に備える壁面凹部を引っかける形状となっている。これにより容易にキャップを保持又は取り外し動作をすることができる。
【００１８】
ここで、弾性体は、ぜんまいバネ、つるまきバネでもよくまた、第一係合部材と第二係合部材との外周側面にＯリングを取り付けることで第一係合部材と第二係合部材とのキャップとの当接部分が重なっていない状態から重なった状態（はさみ形状をなす第一係合部材と第二係合部材とが開いた状態から閉じた状態）となるように力がかかる部材に置き換える事ができる。
【００１９】
本発明のキャップの取り外し装置は、多数のキャップを取り外す場合においても前記第一係合部材と前記第二係合部材とを一組として複数組を同一水平面内に備え、前記可動部材により上方から第一係合部材と第二係合部材を押圧することで、第一係合部材と第二係合部材に対して一方向より均等で精度良く駆動力を与えることができる簡素な構造とすることができる。また、複数の駆動源を備えて、また、可動部材を一列ごともしくはエリアごとに区分してそなえることにより一列、若しくはエリアごとに動作させることができる。
【００２０】
本発明のキャップの取り外し装置は、精度良く正確な動作を保証するために第一係合部材及び第二係合部材と当接する可動部材の箇所に長溝状の案内手段を備える構成としてもよい。また、支軸にリング状に２つの溝を切って、第一係合部材と第二係合部材とを適度に挟み込むべく溝にＣリングを取り付けることにより、第一係合部材と第二係合部材を、ガタを軽減して精度良く動作させることができる。
【００２１】
本発明のキャップの取り外し装置により試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外すには、係合手段をキャップ上部の凹部に挿入して、キャップの平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形するように係合し、昇降手段により係合手段を上方へ持ち上げることでキャップを取り外すことができる。ここで、チューブを持ちあげる方法として、キャップごとチューブを持ちあげる方法と、チューブを収納するラックを降下する方法とがある。
【００２２】
また、前述の方法によりキャップを取り外す動作を行った後、第一係合部材と第二係合部材とを閉じた状態と開いた状態とで繰り返すことによりキャップの平面形状である楕円の長径の長さを変化させることができ、確実にキャップを取り外すことができる。
【００２３】
本発明のキャップの装着装置は、前述のキャップの取り外し装置により取り外されたキャップを再びチューブに装着するものであって、キャップを楕円形となるように保持する係合手段と、保持したキャップをチューブの開口部上方で昇降動作する昇降手段とを備える。このキャップの装着装置では、昇降手段によりキャップをチューブ開口部に挿入するとともに、係合手段によりキャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することでキャップをチューブに装着することができる。
【００２４】
また、前述の方法によりキャップを取り外されたキャップを再びチューブに装着するために、係合手段により楕円形となるように保持したキャップを、昇降手段によりチューブの開口部上方から降下するとともに、キャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することでキャップの取り付けることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のキャップ装着・取り外し装置では、キャップが楕円となるようキャップとチューブとの接触部分に隙間を形成することでくっつき現象を解消・内部気体の開放し、キャップの当接部とチューブの内壁との当接位置を微量ずらすこと、及び、キャップの挿入部が斜度をなすようにしたことにより滑りやすくすることで容易にキャップを取り外すことができる。また、それと共に、チューブを取り外す方向に外力を与えるべくキャップごと持ちあげた事により自重による鉛直下向きの外力がかかり、より容易にキャップを取り外すことができる。この装置によれば、従来例のようにキャップを力ずくで傾斜して取り外すことがないため、小さな駆動力でキャップの脱着が可能であり、繰り返し着脱動作を行ってもキャップやチューブを破損させることが無く、さらに微小なゴミを発生させることも無くキャップを取り外すことができる。
【００２６】
複数の係合手段を同一水平面内に備え、上方から押圧するだけで該係合手段が同時に作動することでき、従来の装置と比較して保持具傾斜機構を有さないことから構造がシンプルであり、可動範囲が狭くてよく、駆動軸数（駆動源の数）が少なくなる。これにより複数（９６本）のチューブからキャップを一度に取り外すことができる。さらに、複数（９６本）のチューブを同時に取り外すことができるので従来装置のように位置決め機構が不要となる。
【００２７】
本発明のキャップ装着・取り外し装置では、可動部材に案内手段を備えるため、係合手段を、ガタを軽減して精度良く正確な動作を保証することができる。
【００２８】
本発明の第一係合部材と第二係合部材とが重なった状態（はさみ機構を閉じた状態）でキャップに挿入するので、キャップ凹部形状に対して大幅に小さい。これにより、キャップ凹部の内壁に接触することなく第一係合手段等を挿入できる程度に小さいため、従来のようにキャップと当接し、さらに真空吸着して保持することがなく、第一係合部材等を抜き差しする動作により、チューブ内に押し込んでしまう不具合若しくは、真空吸着したことにより真空状態を解除が不十分であったために生じていた、キャップがチューブ開口部から少し浮いて栓が出来ていない不具合を防止できる。
【００２９】
分注システムの分注装置の一部をキャップ装着・取り外し装置に置き換えて備えることもでき、この場合、キャップ取り外し後にラックを移動することなく分注作業を行うことができるため、粉状化合物なら舞い上がることなく、液状化合物なら蒸発量を減少することができ、チューブ内にゴミ混入を防止でき、化合物等をチューブからマイクロプレートへ分注作業することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明のキャップ装着・取り外し装置３を含む分注システム１について図３を参照に説明する。この分注システム１は、分注ヘッド２ａ、２ｂ下部に取り付けられた後述する分注ティップ５０によりチューブ１５内の液状化合物を一旦吸引して分注台４６上にあるマイクロプレート４５へ小分けにして移し変えるための装置である。この分注システム１においては、２つの分注ヘッド２ａ、２ｂをそれぞれ独立して動作可能に備える。この分注ヘッド２ａ、２ｂは分注台４６の上方をまたぐ２本の支柱４７の間に備えており、分注システム１上部に備えるＸ軸移動手段４０によりＸ方向に直線移動できる。また、分注ヘッド２ａ、２ｂは支柱４７内部に備えるＹ軸移動手段４１によりＹ方向に直線移動可能である。さらに分注ヘッド２ａ、２ｂ内部には、支柱４７に対してＺ方向へ移動するためのＺ軸移動手段４２を備える。
【００３１】
図４は、図３中の分注ヘッド２ａを示す垂直断面図である。この分注ヘッド２ａは、可動基台５１を、Ｙ軸移動機構４１を介して支柱４７に取り付けられている。この分注ヘッド２ａ内部には、支柱４７に対して分注ヘッド２ａ自身をＺ方向へ移動させる場合や、ティップ５０を取り付ける場合に基台５１に対して可動基台５７を昇降動作させるＺ軸移動手段４２と、ティップ取り外し手段５３を作動させるために昇降する昇降手段５６を備える。また、この分注ヘッド２ａ下部には、縦横整列して、下方に突出して管形状を有するティップ装着部５４を複数備える。このティップ装着部５４はティップ５０の開口部に挿入して連結するものである。
【００３２】
ティップ取り外し手段５３は、縦横（縦８行×横１２列）に整列した複数の穴を備える板材５５であり、支柱６４を介して取り外し用可動部材６９に備える。板材５５の穴は、ティップ装着部５４を貫通しており、昇降手段５６の作動によりティップ取り外し手段５３を昇降動作した際にティップ装着部５４と接触しない程度に大きいものである。
【００３３】
昇降手段５６は、基台５７上に備えるモータ５８ａとこのモータ５８ａの回転軸に備えるプーリ５９ａと、プーリ５９ｂとベルト６０ａを介して連結するネジ軸６１ａとからなる。６２ａ、６２ｂはネジ軸６１ａによる移動を直線方向に案内するための直線案内手段である。
【００３４】
このティップ取り外し手段５３によりティップ装着部５４からティップ５０を取り外す手順を以下に説明する。通常時は、板材５５は、ティップ装着部５４のティップ５０と当接する箇所より上方にあり、ティップ取り外し時に昇降手段５６を作動して下方へ移動することでティップ５０と当接して、ティップ装着部５４からティップ５０を取り外すことができる。
【００３５】
昇降手段５６の上方には、分注ヘッド２ａ全体を昇降動作させるＺ軸移動手段４２を備える。このＺ軸移動手段４２は、分注ヘッド２ａ内に備えるモータ５８ｂと、このモータ５８ｂの回転軸に備えるプーリ５９ｃと、プーリ５９ｄとベルト６０ｂを介して連結するネジ軸６１ｂとを備える。ネジ軸６１ｂの可動部６３が可動基台５１に取り付けられており、モータ５８ｂの作動により可動基台５１が昇降動作する。６２ｃ、６２ｄはネジ軸６１ｂによる移動を直線方向に案内するための直線案内手段である。可動基台５１は、Ｙ軸移動手段４１の可動部を介して支柱４７に取り付けられる。
【００３６】
図５は、分注ヘッド２ｂの下端に取り付けられたキャップ２０の取り外し装置３を示す斜視図である。この分注ヘッド２ｂは、図４に示す分注ヘッド２ａのティップ取り外し手段５３を係合手段６６に置き換えたものである。このため図４の板材５５と支柱６４等を取り外し、これに代えて係合手段６６を備える。ここで係合手段６６は、図４の分注ヘッド２ｂにおいて板材５５を昇降動作させていた昇降手段５６を使用して、係合手段６６の可動部材６７を支持板６８に押しつけることで適正にキャップ２０を把持する動作を行うことができる。なお、図５と図４中において、同一符号のものは同じものを指す。
【００３７】
図６は、係合手段６６を示す垂直断面図である。図６（ａ）は可動部材６７を動作させる前の状態を示す側面図であり、図６（ｂ）は、図の上部に記載の白抜き矢印方向に可動部材を押しつけた後の状態を示す側面図である。３１、３２は、「く」の字形状を有する第１係合部材と第２係合部材である。この第１係合部材３１、第２係合部材３２の中間（係合部材の屈曲箇所より下方）に孔部７０を備える。ここで、力点である第一係合部材３１等の一端から支点である支軸までの距離を長くすることで安定した動作が可能である。該孔部７０に１つの支軸７２を貫通して取り付けることで、同芯状で回動可能に支持することができる。また、この支軸７２の側面周辺に弾性体であるぜんまいバネ７３を備える。ぜんまいバネ７３の一端は第一係合部材３１と第二係合部材３２との一方の側部に掛止しており、他端は他方側部に引っかけて備えている。これにより、図６（ｂ）上部の上方からの押しつける力（白抜き矢印方向の力）により、図６（ｂ）下部の第一係合部材３１等の側部左右（白抜き矢印）方向からバネ力がかかることとなる。６８は平板形状の支持板であり、この支持板６８は、垂直貫通穴７４を備えることで第一係合部材３１と第二係合部材３２とを上方から通すことができるとともに、垂直貫通穴７４の縁部に支軸７２の両端部を支持するため、（後述する）凹形状の長溝７５を２つ備える。この支持板６８の両縁部付近に備える２つの案内部材７６は、支持板６８に対して可動部材６７を平行に移動を案内するために備える。案内部材７６の上端にはストッパ７７を備えており、可動部材６７の高さ方向の動作範囲を制限している。この可動部材６７は、支持板６８上に取り付けられた第一係合部材３１と第二係合部材３２の上端と当接している。これにより、前述した分注ヘッド２ｂのモータ５８ｂを作動した際に可動部材６７が連動して第一係合部材３１と第二係合部材３２とを支持板６８にむけて押すことができる。この結果、第一係合部材３１と第二係合部材３２は、それぞれ支軸７２を中心に互いに異なる方向に回動して図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態へと動作する。第一係合部材３１と第二係合部材３２の下端をキャップ２０の上面凹部２４に挿入して後、前述の動作により、キャップ凹部２４の内壁と当接してさらに、キャップ２０の平面形状を円形から楕円に変形させて保持及びキャップの取り外しをすることができる。
【００３８】
図７は係合手段を示す斜視図である。図７（ａ）は、第一係合部材３１等を支持板６８に挿入する前の状態を示す斜視図である。図７（ｂ）は、第一係合部材３１等を挿入した後の状態を示す斜視図である。この係合手段の支持板６８には、垂直貫通穴７４の縁部に支軸７２をその内部に挿入して支持する長溝７５を備える。本実施例では、支軸７２は第一係合部材３１等を貫通して備えるが、第一係合部材３１と第二係合部材３２に取り付けられた支軸７２の左右から押さえ込む部材、例えば支軸７２に溝を２つ設けて第一係合部材３１等に貫通して備える支軸７２の左右端からＣリング等で押さえ込む構造とするもことができる。
【００３９】
図８の係合手段では、複数組の第一係合部材３１等を備える実施例を示す斜視図である。図中の第一係合部材３１と第二係合部材３２は、細い棒状の部材であることから、支軸７２付近でのガタつきがあれば適当にキャップは取り外せない不具合が生じる事がある。本実施例では、力点においてガタつきを抑えることで、支軸７２において力点より大きなガタつきを抑える力受けることができる構造について以下に説明する。本実施例は、力点である第一係合手段３１等と当接する可動部材６７に案内溝７８を備える。第一係合部材３１と第二係合部材３２とを案内溝７８内で滑らせて押圧することで案内溝７８の側壁がガイドとなり、ガタつきを大幅に抑えて動作させることができる。
【００４０】
図９は、図８と異なる係合手段を示す斜視図である。１組の櫛歯状の第一係合部材３１と第二係合手段３２とをそれぞれエアシリンダ７９ａ、７９ｂとを相対する直線方向に作動させることで、キャップ２０を把持及び取り外し動作するものである。
【００４１】
図１０は、本発明のキャップ装着・取り外し装置３によりキャップ２０を取り外す方法を説明するためのものである。図１０（ａ）の状態から図１０（ｂ）の状態となるように、キャップ２０の上方からキャップ２０に、第一係合部材３１と第二係合部材３２とを（キャップ凹部２４の底面と第一係合部材３１等とが接触しない距離Ｓだけ隔てた程度）挿入する。図１０（ｂ）の状態では、第一係合部材３１等の側部からキャップ凹部２４の内壁までの距離はＴだけ隙間を有しており、接触することなく挿入することができる。その後、図１０（ｂ）の状態から図１０（ｃ）の状態となるように、キャップ凹部２４と第一係合部材３１と第二係合部材３２とが当接する程度まで、はさみ形状の第一係合部材３１と第二係合部材３２とが開く。その後、図１０（ｃ）の状態から図１０（ｄ）の状態となるように、Ｙ軸移動手段４１を作動してチューブ１５ごとキャップ２０をラック１１から持ち上げる。その後、図１０（ｄ）の状態から図１０（ｅ）の状態となるように、第一係合部材３１と第二係合部材３２を、キャップの挿入部２２が鉛直方向からβ°傾斜するまで開くことで、キャップ２０の形状を通常時円形から楕円に変形して、さらに、自重に耐え切れなくなったチューブ１５が落下することでチューブ１５からキャップが取り外される。落下したチューブ１５は、再びラック１１へと収納される。
【００４２】
また、前述のキャップ取り外し手順を一回行っただけではキャップ２０が取り外せなかった場合は図１０（ｄ）と図１０（ｅ）の状態を複数回繰り返すことにより確実にキャップを取り外すことができる。
【００４３】
図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０（ｄ）、（ｅ）の状態を示した斜視図である。第一係合部材３１と第二係合部材とを作動することによりキャップ２０が図１１（ａ）から図１１（ｂ）の状態へとキャップ凹部２４が楕円形に変形している。
【００４４】
図１２は、前述の方法により取り外したキャップ２０を再び装着する際の動作手順を示す説明図である。図１２（ａ）の状態となるように、取り外したキャップ２０をチューブ１５の開口部の上方に移動する。その後、図１２（ａ）の状態から図１２（ｂ）の状態となるように、図示しないＹ軸移動手段４１の作動により第一係合部材３１等を降下すると共に、第一係合部材３１と第二係合部材３２とを徐々に閉じていくことでチューブ１５とキャップ２０の挿入部２２との間に隙間を作りながらキャップ２０を装着する。その後、図１２（ｂ）の状態から図１２（ｃ）の状態となるように、第一係合部材３１と第二係合部材３２とが重なるまで閉じて、第一係合部材３１等を上昇すれば、装着動作は完了する。図１０（ａ）と同様に第一係合手段３１等とキャップ凹部２４の内壁との間には隙間Ｔがあり、第一係合手段３１等を上昇する際にキャップと接触しないため、キャップ２０を誤って持ちあげる不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】チューブを収納するラックを示す斜視図である。
【図２】キャップの断面図である。
【図３】キャップ装着・取り外し装置を含む分注システムを示す斜視図である。
【図４】分注ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明のキャップ装着・取り外し装置を示す断面図である。
【図６】係合手段の動作方法を説明するための断面図である。係合部がキャップを取り外す動作を説明するための側面図である。
【図７】支軸の支持方法を説明するための斜視図である。
【図８】第一係合手段等を複数組備える係合手段を示す斜視図である。
【図９】図８の係合手段と異なる係合手段を示す斜視図である。
【図１０】キャップ装着（取り外し）装置によりキャップを装着する方法を説明するための説明図である。
【図１１】キャップを楕円形にした様子を示す斜視図である。
【図１２】キャップの装着手順を説明するための断面図である。
【図１３】従来の分注システムを示す平面図である。
【図１４】従来のキャップ装着・取り外し装置を示す側面図である。
【図１５】従来のキャップ装着・取り外し装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 分注システム
２ａ、２ｂ 分注ヘッド
３ キャップ装着・取り外し装置
１１ ラック
１２ ウェル
１５ チューブ
１６ チューブ底面
２０ キャップ
２１ フランジ部
２２ 挿入部
２３ 当接部
２４ キャップ凹部
２５ 内壁凹部
３１ 第一係合部材
３２ 第二係合部材
３３ 鉤部
４０ Ｘ軸移動手段
４１ Ｙ軸移動手段
４２ Ｚ軸移動手段
４５ マイクロプレート
４６ 分注台
４７ 支柱
５０ ティップ
５１ 可動基台
５３ ティップ取り外し手段
５４ ティップ装着部
５５ 板材
５６ 昇降手段
５７ 基台
５８ａ、５８ｂ モータ
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ プーリ
６０ａ、６０ｂ ベルト
６１ａ、６１ｂ ネジ軸
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 直線案内手段
６３ 可動部
６４ 支柱
６６ 係合手段
６７ 可動部材
６８ 支持板
６９ 取り外し用可動部材
７０ 孔部
７２ 支軸
７３ ぜんまいバネ（弾性体）
７４ 垂直貫通穴
７５ 長溝（案内手段）
７６ 案内部材
７７ ストッパ
７８ 案内溝
７９ａ、７９ｂ エアシリンダ
８０ （従来の）分注システム
８１ キャップ装着装置・取り外し装置
８２ マイクロプレート
８３ 分注装置
８５ 保持具
８６ 位置合わせ機構
８７ 保持具傾斜機構
８８ 保持具昇降機構
８９ バルブ機構（吸着手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試薬、化合物、検体等が入った容器にキャップを着脱するキャップ装着装置、取り外し装置、装着方法、並びに取り外し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
創薬スクリーニング分野、バイオテクノロジー分野等の生化学分野においては、物質の生化学反応テストなどの各種試験が行われる。これらの試験においては、培養や生化学反応を行わせるための液状または粉状等のサンプル試薬や化合物や検体等を収納する容器の運搬・保管は、蒸発・内容物の漏れ（舞い上がり）・ゴミの混入を防止するためにチューブに収納し、その上面開口部をキャップで密封したものを容器（ラック）の縦横に複数規則的に並んだ正方形の孔部（ウェル）に収納されて行われる。
【０００３】
図１はラック１１を示しており、このラック１１ではウェル１２が縦８個、横１２個備えられている。１５に示すチューブは直径８ミリ程度、高さ４５ミリ程度の試験管形状をしており、熱可塑性エラストマー等により形成されている。（ここで、熱可塑性エラストマーは、プラスチックとゴムの中間的性質を有する。この性質によりチューブ１５は、ゴムのように柔らかく、プラスチックのように加工しやすい性質を有している。）チューブ底面１６には図示しない２次元バーコードが貼り付けられており、これにより試薬の種類情報等の管理をすることができる。２０はキャップであり、チューブ１５の上部開口部に挿入してチューブ１５の内容物を閉栓するためのものである。
【０００４】
図２は、キャップ２０の垂直断面図である。キャップ２０は、フランジ部２１（鍔部）を有し、高さ４ミリ程度、チューブ１５内に挿入できる挿入部２２を有する。２３はチューブ１５の内壁との当接部である。キャップ２０の上面中央には円柱形の凹部（以下、キャップ凹部２４と称する。）を有しており、全体の形状は帽子を上下ひっくり返した形状となっている。キャップ凹部２４は、キャップ凹部２４の内壁面の下部付近の肉厚が、上部に比べて薄くなっており（以下、この箇所を内壁凹部２５と称する。）、後述するキャップ装着・取り外し装置の係合手段３１（３２）が挿入された際に係合手段３１（３２）の鉤部３３と該内壁凹部２５とが係合する。このキャップ２０は樹脂やゴム等の弾性のある材料により形成されており、外力がかかることにより容易に変形させることができる。
【０００５】
前述のチューブ１５には常時キャップ２０が取り付けられており、チューブ１５の内容物である試薬等を使用する際には、人手により若しくは取り外し装置によりチューブ１５を密封しているキャップ２０を取り外す必要がある。先行文献１は、キャップ２０の取り外しを自動で行う取り外し装置についての先行技術である。このシステムについて図１３を参照に以下に説明する。８０はキャップ装着・取り外し装置８１と分注装置８３とが隣接して備える分注システムを示すものである。この分注システム８０は、チューブ１５に収納される化合物をマイクロプレート８２に分注作業を行うものである。
【０００６】
図１３に示すキャップ装着・取り外し装置８１について図１４を参照に以下に説明する。このキャップ装着・取り外し装置８１は、キャップ２０の保持具８５をキャップ凹部に挿入して保持した後、保持具８５を傾斜することでチューブ１５内部の気体を開放して、ラック１１に収納されるチューブ１５からキャップ２０を取り外すものである。このキャップ装着・取り外し装置８１は、キャップ２０を上面側より保持する保持具８５と、キャップ２０とチューブ１５の開口部とを位置合わせする位置合わせ機構８６と、保持具８５を垂直姿勢で及び傾斜姿勢をとりえるようにする保持具傾斜機構８７と、保持具８５をチューブ１５に対して昇降させる保持具昇降機構８８とを備える。さらに、キャップを保持具に安定して固定するにはバルブ機構（吸着手段）８９により真空吸着する必要がある。
【０００７】
このキャップ装着・取り外し装置８１ではラック１１に縦横に並んで収納されるチューブ１５のキャップ２０のうち、一列ずつ取り外すものである。このため、キャップ２０を保持する保持具８５を一列分の個数に対応して備えている（図１４においては１２個備える）。図１５は、保持具傾斜機構８７を作動する前後の状態を示す側面図である。図１５（ａ）は保持具傾斜機構８８を作動する前であって、保持具８５を傾斜する前の状態を示しており、図１５（ｂ）は保持具傾斜機構８８を作動した後の保持具８５がα°傾斜した状態を示す図である。
【特許文献１】特開２００５−３４２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の分注システム８０ではキャップ装着・取り外し装置８１を分注装置８３に隣接して備えることから、キャップ装着・取り外し装置８１によりチューブ１５からキャップ２０を取り外した後に分注装置８３へと運搬され分注作業が行われる。このため、キャップ２０が取り外されているチューブ１５にゴミが混入する不具合、チューブ１５の内部の粉状化合物が舞う不具合、液状化合物が蒸発する不具合等が生じている。このため、キャップ取り外し後にはラック１１を運搬しないように、分注作業が行われる分注装置８３上でキャップ２０を取り外すことが望まれている。
【０００９】
また、従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、チューブ１５に密着するキャップ２０を取り外すのに、キャップ２０を水平状態から傾斜させることでキャップ２０を取り外していた。しかし、このような取り外し方法では、キャップ装着・取り外し装置８１の取り外し動作の稼働範囲が広くなるため、狭い面積内に縦横列をなして収納（現在、ラック１１が収容できるチューブ１５は数９６本である。）するチューブ１５から一度に全てのキャップ２０を取り外すことが困難であり、現状では一列分ずつキャップ２０を取り外すしかなかった。このため、取り外したキャップ２０を一時他の場所へ保管するか、列ごとに各種処理が行われるのを待って再びチューブ１５に装着するまでの間、保持具８５により保持し続ける必要があったため、次行程の分注作業の作業時間が長くなってしまう不具合が生じていた。
【００１０】
ラック１１に収容される全てのチューブ１５を一度に取り外すには、９６個の機構が密集する狭いスペースにキャップを取り外す機構を納める必要があり、このため、１つ１つがシンプルで、小さくて、高精度な機構であり、駆動源の数自身も少ないことが望まれている。また、９６個の係合手段を同時に動作させるには、１個の時に比べて駆動力が９６倍要し、設置スペースも９６倍要する事となる。また、キャップは縦横整然と並んで備える。さらにラック１１はプラスチック成形品であり、ラック１１のウェル１２はチューブ１５と多少の隙間を有するように備えるため、チューブ１５の位置がその隙間の分だけ多少位置ずれが生じることがある。これらのことから、一度に複数個の係合手段を動作させるには、係合手段に均等で安定した駆動力を与えて、均等で精密に動作させる必要がある。
【００１１】
従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、キャップ凹部２４の大きさより一回り小さい保持具８５を挿入した後、確実に固定するため吸着手段８９により吸着固定した後、保持具８５を傾斜させてキャップ２０を取り外している。
【００１２】
さらに、従来のキャップ装着・取り外し装置８１では、キャップ２０を傾斜して取り外す方法を採用することから、保持具８５を傾斜すればキャップに当接しやすいように、保持具８５の大きさがキャップ凹部２４の大きさより一回り小さい大きさとなっている。このため、キャップ凹部２４から保持具８５を取り外す際に、キャップがつられて引き抜かれる不具合が生じることがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のキャップ装着・取り外し装置は、ラックに収納される試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す装置であって、キャップ上部の凹部に挿入して、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことができる。また、昇降手段は、チューブを持ちあげるためのものであっても、ラックを降下させるためのものであってもよく、ラックに対してチューブを相対的に昇降動作させるものである。
【００１４】
本発明のキャップ装着・取り外し装置は、係合手段が、第一係合部材と第二係合部材とからなり、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって水平移動もしくは回動させてキャップと係合することができる。第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって回動させる機構として、はさみと同様の機構（以下、はさみ機構と称する。）であって、つまり、第一係合部材と第二係合部材とを支軸により貫通して回動可能として、第一係合部材と第二係合部材との一端を押圧する（支持板に向けて押しつける）ために、モータと、モータの回転支軸に連結されるネジ軸とからなる直線移動手段を備えることで可能である。また、直線移動手段としてエアシリンダ等の公知の機構をそなえることが可能である。また、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって直線移動させる機構として前述の直線移動手段を第一係合部材と第二係合部材とにそれぞれ備えることにより同期動作して、若しくは一つの直線移動手段によりリンク・カム・歯車等を介して連動して、第一係合部材と第二係合部材を動作させることができる。
【００１５】
また、直線移動手段がエアシリンダである場合においても、停止位置が以下の三点備えることにより後述するように把持したキャップの（楕円の長径）を変化させることができる。なお、停止位置の三点とは、待機位置（はさみ機構が閉じた状態）、把持位置（係合部とキャップが当接して、その摩擦力によりチューブとキャップとが落下しない程度の状態）、取り外し位置（把持位置以上に挟み機構が広がってキャップが変形した状態）の三点である。これにより、把持位置と取り外し位置とを一回もしくは複数回往復運動させることで、チューブを確実に取り外すことができる。
【００１６】
具体的には、本発明のキャップ装着・取り外し装置は、係合手段が、第一係合部材と、第二係合部材と、第一係合部材と第二係合部材とを貫通して回動可能に支持する支軸と、支軸の周辺もしくは周囲に巻いて備えるとともにその一端を第一係合部材と第二係合部材の一方の側部に、他端を他方の側部に掛設する弾性体と、第一係合部材と第二係合部材とを回動可能に支持する支持板と、第一係合部材と第二係合部材とを作動する可動部材とを備える。このキャップ装着・取り外し装置は、可動部材の作動により第一係合部材と第二係合部材を下方に押付けることで弾性体に抗して第一第二係合部材を回動させてキャップを保持又は取り外し動作をすることができる。
【００１７】
第一係合部材と第二係合部材の先端部の凹部分が、第一係合部材と第二係合部材の回動動作によりキャップと当接した際に鉤状つまり、キャップの凹部壁面に備える壁面凹部を引っかける形状となっている。これにより容易にキャップを保持又は取り外し動作をすることができる。
【００１８】
ここで、弾性体は、ぜんまいバネ、つるまきバネでもよくまた、第一係合部材と第二係合部材との外周側面にＯリングを取り付けることで第一係合部材と第二係合部材とのキャップとの当接部分が重なっていない状態から重なった状態（はさみ形状をなす第一係合部材と第二係合部材とが開いた状態から閉じた状態）となるように力がかかる部材に置き換える事ができる。
【００１９】
本発明のキャップの取り外し装置は、多数のキャップを取り外す場合においても前記第一係合部材と前記第二係合部材とを一組として複数組を同一水平面内に備え、前記可動部材により上方から第一係合部材と第二係合部材を押圧することで、第一係合部材と第二係合部材に対して一方向より均等で精度良く駆動力を与えることができる簡素な構造とすることができる。また、複数の駆動源を備えて、また、可動部材を一列ごともしくはエリアごとに区分してそなえることにより一列、若しくはエリアごとに動作させることができる。
【００２０】
本発明のキャップの取り外し装置は、精度良く正確な動作を保証するために第一係合部材及び第二係合部材と当接する可動部材の箇所に長溝状の案内手段を備える構成としてもよい。また、支軸にリング状に２つの溝を切って、第一係合部材と第二係合部材とを適度に挟み込むべく溝にＣリングを取り付けることにより、第一係合部材と第二係合部材を、ガタを軽減して精度良く動作させることができる。
【００２１】
本発明のキャップの取り外し装置により試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外すには、係合手段をキャップ上部の凹部に挿入して、キャップの平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形するように係合し、昇降手段により係合手段を上方へ持ち上げることでキャップを取り外すことができる。ここで、チューブを持ちあげる方法として、キャップごとチューブを持ちあげる方法と、チューブを収納するラックを降下する方法とがある。
【００２２】
また、前述の方法によりキャップを取り外す動作を行った後、第一係合部材と第二係合部材とを閉じた状態と開いた状態とで繰り返すことによりキャップの平面形状である楕円の長径の長さを変化させることができ、確実にキャップを取り外すことができる。
【００２３】
本発明のキャップの装着装置は、前述のキャップの取り外し装置により取り外されたキャップを再びチューブに装着するものであって、キャップを楕円形となるように保持する係合手段と、保持したキャップをチューブの開口部上方で昇降動作する昇降手段とを備える。このキャップの装着装置では、昇降手段によりキャップをチューブ開口部に挿入するとともに、係合手段によりキャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することでキャップをチューブに装着することができる。
【００２４】
また、前述の方法によりキャップを取り外されたキャップを再びチューブに装着するために、係合手段により楕円形となるように保持したキャップを、昇降手段によりチューブの開口部上方から降下するとともに、キャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することでキャップの取り付けることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のキャップ装着・取り外し装置では、キャップが楕円となるようキャップとチューブとの接触部分に隙間を形成することでくっつき現象を解消・内部気体の開放し、キャップの当接部とチューブの内壁との当接位置を微量ずらすこと、及び、キャップの挿入部が斜度をなすようにしたことにより滑りやすくすることで容易にキャップを取り外すことができる。また、それと共に、チューブを取り外す方向に外力を与えるべくキャップごと持ちあげた事により自重による鉛直下向きの外力がかかり、より容易にキャップを取り外すことができる。この装置によれば、従来例のようにキャップを力ずくで傾斜して取り外すことがないため、小さな駆動力でキャップの脱着が可能であり、繰り返し着脱動作を行ってもキャップやチューブを破損させることが無く、さらに微小なゴミを発生させることも無くキャップを取り外すことができる。
【００２６】
複数の係合手段を同一水平面内に備え、上方から押圧するだけで該係合手段が同時に作動することでき、従来の装置と比較して保持具傾斜機構を有さないことから構造がシンプルであり、可動範囲が狭くてよく、駆動軸数（駆動源の数）が少なくなる。これにより複数（９６本）のチューブからキャップを一度に取り外すことができる。さらに、複数（９６本）のチューブを同時に取り外すことができるので従来装置のように位置決め機構が不要となる。
【００２７】
本発明のキャップ装着・取り外し装置では、可動部材に案内手段を備えるため、係合手段を、ガタを軽減して精度良く正確な動作を保証することができる。
【００２８】
本発明の第一係合部材と第二係合部材とが重なった状態（はさみ機構を閉じた状態）でキャップに挿入するので、キャップ凹部形状に対して大幅に小さい。これにより、キャップ凹部の内壁に接触することなく第一係合手段等を挿入できる程度に小さいため、従来のようにキャップと当接し、さらに真空吸着して保持することがなく、第一係合部材等を抜き差しする動作により、チューブ内に押し込んでしまう不具合若しくは、真空吸着したことにより真空状態を解除が不十分であったために生じていた、キャップがチューブ開口部から少し浮いて栓が出来ていない不具合を防止できる。
【００２９】
分注システムの分注装置の一部をキャップ装着・取り外し装置に置き換えて備えることもでき、この場合、キャップ取り外し後にラックを移動することなく分注作業を行うことができるため、粉状化合物なら舞い上がることなく、液状化合物なら蒸発量を減少することができ、チューブ内にゴミ混入を防止でき、化合物等をチューブからマイクロプレートへ分注作業することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明のキャップ装着・取り外し装置３を含む分注システム１について図３を参照に説明する。この分注システム１は、分注ヘッド２ａ、２ｂ下部に取り付けられた後述する分注ティップ５０によりチューブ１５内の液状化合物を一旦吸引して分注台４６上にあるマイクロプレート４５へ小分けにして移し変えるための装置である。この分注システム１においては、２つの分注ヘッド２ａ、２ｂをそれぞれ独立して動作可能に備える。この分注ヘッド２ａ、２ｂは分注台４６の上方をまたぐ２本の支柱４７の間に備えており、分注システム１上部に備えるＸ軸移動手段４０によりＸ方向に直線移動できる。また、分注ヘッド２ａ、２ｂは支柱４７内部に備えるＹ軸移動手段４１によりＹ方向に直線移動可能である。さらに分注ヘッド２ａ、２ｂ内部には、支柱４７に対してＺ方向へ移動するためのＺ軸移動手段４２を備える。
【００３１】
図４は、図３中の分注ヘッド２ａを示す垂直断面図である。この分注ヘッド２ａは、可動基台５１を、Ｙ軸移動機構４１を介して支柱４７に取り付けられている。この分注ヘッド２ａ内部には、支柱４７に対して分注ヘッド２ａ自身をＺ方向へ移動させる場合や、ティップ５０を取り付ける場合に基台５１に対して可動基台５７を昇降動作させるＺ軸移動手段４２と、ティップ取り外し手段５３を作動させるために昇降する昇降手段５６を備える。また、この分注ヘッド２ａ下部には、縦横整列して、下方に突出して管形状を有するティップ装着部５４を複数備える。このティップ装着部５４はティップ５０の開口部に挿入して連結するものである。
【００３２】
ティップ取り外し手段５３は、縦横（縦８行×横１２列）に整列した複数の穴を備える板材５５であり、支柱６４を介して取り外し用可動部材６９に備える。板材５５の穴は、ティップ装着部５４を貫通しており、昇降手段５６の作動によりティップ取り外し手段５３を昇降動作した際にティップ装着部５４と接触しない程度に大きいものである。
【００３３】
昇降手段５６は、基台５７上に備えるモータ５８ａとこのモータ５８ａの回転軸に備えるプーリ５９ａと、プーリ５９ｂとベルト６０ａを介して連結するネジ軸６１ａとからなる。６２ａ、６２ｂはネジ軸６１ａによる移動を直線方向に案内するための直線案内手段である。
【００３４】
このティップ取り外し手段５３によりティップ装着部５４からティップ５０を取り外す手順を以下に説明する。通常時は、板材５５は、ティップ装着部５４のティップ５０と当接する箇所より上方にあり、ティップ取り外し時に昇降手段５６を作動して下方へ移動することでティップ５０と当接して、ティップ装着部５４からティップ５０を取り外すことができる。
【００３５】
昇降手段５６の上方には、分注ヘッド２ａ全体を昇降動作させるＺ軸移動手段４２を備える。このＺ軸移動手段４２は、分注ヘッド２ａ内に備えるモータ５８ｂと、このモータ５８ｂの回転軸に備えるプーリ５９ｃと、プーリ５９ｄとベルト６０ｂを介して連結するネジ軸６１ｂとを備える。ネジ軸６１ｂの可動部６３が可動基台５１に取り付けられており、モータ５８ｂの作動により可動基台５１が昇降動作する。６２ｃ、６２ｄはネジ軸６１ｂによる移動を直線方向に案内するための直線案内手段である。可動基台５１は、Ｙ軸移動手段４１の可動部を介して支柱４７に取り付けられる。
【００３６】
図５は、分注ヘッド２ｂの下端に取り付けられたキャップ２０の取り外し装置３を示す斜視図である。この分注ヘッド２ｂは、図４に示す分注ヘッド２ａのティップ取り外し手段５３を係合手段６６に置き換えたものである。このため図４の板材５５と支柱６４等を取り外し、これに代えて係合手段６６を備える。ここで係合手段６６は、図４の分注ヘッド２ｂにおいて板材５５を昇降動作させていた昇降手段５６を使用して、係合手段６６の可動部材６７を支持板６８に押しつけることで適正にキャップ２０を把持する動作を行うことができる。なお、図５と図４中において、同一符号のものは同じものを指す。
【００３７】
図６は、係合手段６６を示す垂直断面図である。図６（ａ）は可動部材６７を動作させる前の状態を示す側面図であり、図６（ｂ）は、図の上部に記載の白抜き矢印方向に可動部材を押しつけた後の状態を示す側面図である。３１、３２は、「く」の字形状を有する第１係合部材と第２係合部材である。この第１係合部材３１、第２係合部材３２の中間（係合部材の屈曲箇所より下方）に孔部７０を備える。ここで、力点である第一係合部材３１等の一端から支点である支軸までの距離を長くすることで安定した動作が可能である。該孔部７０に１つの支軸７２を貫通して取り付けることで、同芯状で回動可能に支持することができる。また、この支軸７２の側面周辺に弾性体であるぜんまいバネ７３を備える。ぜんまいバネ７３の一端は第一係合部材３１と第二係合部材３２との一方の側部に掛止しており、他端は他方側部に引っかけて備えている。これにより、図６（ｂ）上部の上方からの押しつける力（白抜き矢印方向の力）により、図６（ｂ）下部の第一係合部材３１等の側部左右（白抜き矢印）方向からバネ力がかかることとなる。６８は平板形状の支持板であり、この支持板６８は、垂直貫通穴７４を備えることで第一係合部材３１と第二係合部材３２とを上方から通すことができるとともに、垂直貫通穴７４の縁部に支軸７２の両端部を支持するため、（後述する）凹形状の長溝７５を２つ備える。この支持板６８の両縁部付近に備える２つの案内部材７６は、支持板６８に対して可動部材６７を平行に移動を案内するために備える。案内部材７６の上端にはストッパ７７を備えており、可動部材６７の高さ方向の動作範囲を制限している。この可動部材６７は、支持板６８上に取り付けられた第一係合部材３１と第二係合部材３２の上端と当接している。これにより、前述した分注ヘッド２ｂのモータ５８ｂを作動した際に可動部材６７が連動して第一係合部材３１と第二係合部材３２とを支持板６８にむけて押すことができる。この結果、第一係合部材３１と第二係合部材３２は、それぞれ支軸７２を中心に互いに異なる方向に回動して図６（ａ）の状態から図６（ｂ）の状態へと動作する。第一係合部材３１と第二係合部材３２の下端をキャップ２０の上面凹部２４に挿入して後、前述の動作により、キャップ凹部２４の内壁と当接してさらに、キャップ２０の平面形状を円形から楕円に変形させて保持及びキャップの取り外しをすることができる。
【００３８】
図７は係合手段を示す斜視図である。図７（ａ）は、第一係合部材３１等を支持板６８に挿入する前の状態を示す斜視図である。図７（ｂ）は、第一係合部材３１等を挿入した後の状態を示す斜視図である。この係合手段の支持板６８には、垂直貫通穴７４の縁部に支軸７２をその内部に挿入して支持する長溝７５を備える。本実施例では、支軸７２は第一係合部材３１等を貫通して備えるが、第一係合部材３１と第二係合部材３２に取り付けられた支軸７２の左右から押さえ込む部材、例えば支軸７２に溝を２つ設けて第一係合部材３１等に貫通して備える支軸７２の左右端からＣリング等で押さえ込む構造とするもことができる。
【００３９】
図８の係合手段では、複数組の第一係合部材３１等を備える実施例を示す斜視図である。図中の第一係合部材３１と第二係合部材３２は、細い棒状の部材であることから、支軸７２付近でのガタつきがあれば適当にキャップは取り外せない不具合が生じる事がある。本実施例では、力点においてガタつきを抑えることで、支軸７２において力点より大きなガタつきを抑える力受けることができる構造について以下に説明する。本実施例は、力点である第一係合手段３１等と当接する可動部材６７に案内溝７８を備える。第一係合部材３１と第二係合部材３２とを案内溝７８内で滑らせて押圧することで案内溝７８の側壁がガイドとなり、ガタつきを大幅に抑えて動作させることができる。
【００４０】
図９は、図８と異なる係合手段を示す斜視図である。１組の櫛歯状の第一係合部材３１と第二係合手段３２とをそれぞれエアシリンダ７９ａ、７９ｂとを相対する直線方向に作動させることで、キャップ２０を把持及び取り外し動作するものである。
【００４１】
図１０は、本発明のキャップ装着・取り外し装置３によりキャップ２０を取り外す方法を説明するためのものである。図１０（ａ）の状態から図１０（ｂ）の状態となるように、キャップ２０の上方からキャップ２０に、第一係合部材３１と第二係合部材３２とを（キャップ凹部２４の底面と第一係合部材３１等とが接触しない距離Ｓだけ隔てた程度）挿入する。図１０（ｂ）の状態では、第一係合部材３１等の側部からキャップ凹部２４の内壁までの距離はＴだけ隙間を有しており、接触することなく挿入することができる。その後、図１０（ｂ）の状態から図１０（ｃ）の状態となるように、キャップ凹部２４と第一係合部材３１と第二係合部材３２とが当接する程度まで、はさみ形状の第一係合部材３１と第二係合部材３２とが開く。その後、図１０（ｃ）の状態から図１０（ｄ）の状態となるように、Ｙ軸移動手段４１を作動してチューブ１５ごとキャップ２０をラック１１から持ち上げる。その後、図１０（ｄ）の状態から図１０（ｅ）の状態となるように、第一係合部材３１と第二係合部材３２を、キャップの挿入部２２が鉛直方向からβ°傾斜するまで開くことで、キャップ２０の形状を通常時円形から楕円に変形して、さらに、自重に耐え切れなくなったチューブ１５が落下することでチューブ１５からキャップが取り外される。落下したチューブ１５は、再びラック１１へと収納される。
【００４２】
また、前述のキャップ取り外し手順を一回行っただけではキャップ２０が取り外せなかった場合は図１０（ｄ）と図１０（ｅ）の状態を複数回繰り返すことにより確実にキャップを取り外すことができる。
【００４３】
図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０（ｄ）、（ｅ）の状態を示した斜視図である。第一係合部材３１と第二係合部材とを作動することによりキャップ２０が図１１（ａ）から図１１（ｂ）の状態へとキャップ凹部２４が楕円形に変形している。
【００４４】
図１２は、前述の方法により取り外したキャップ２０を再び装着する際の動作手順を示す説明図である。図１２（ａ）の状態となるように、取り外したキャップ２０をチューブ１５の開口部の上方に移動する。その後、図１２（ａ）の状態から図１２（ｂ）の状態となるように、図示しないＹ軸移動手段４１の作動により第一係合部材３１等を降下すると共に、第一係合部材３１と第二係合部材３２とを徐々に閉じていくことでチューブ１５とキャップ２０の挿入部２２との間に隙間を作りながらキャップ２０を装着する。その後、図１２（ｂ）の状態から図１２（ｃ）の状態となるように、第一係合部材３１と第二係合部材３２とが重なるまで閉じて、第一係合部材３１等を上昇すれば、装着動作は完了する。図１０（ａ）と同様に第一係合手段３１等とキャップ凹部２４の内壁との間には隙間Ｔがあり、第一係合手段３１等を上昇する際にキャップと接触しないため、キャップ２０を誤って持ちあげる不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】チューブを収納するラックを示す斜視図である。
【図２】キャップの断面図である。
【図３】キャップ装着・取り外し装置を含む分注システムを示す斜視図である。
【図４】分注ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明のキャップ装着・取り外し装置を示す断面図である。
【図６】係合手段の動作方法を説明するための断面図である。係合部がキャップを取り外す動作を説明するための側面図である。
【図７】支軸の支持方法を説明するための斜視図である。
【図８】第一係合手段等を複数組備える係合手段を示す斜視図である。
【図９】図８の係合手段と異なる係合手段を示す斜視図である。
【図１０】キャップ装着（取り外し）装置によりキャップを装着する方法を説明するための説明図である。
【図１１】キャップを楕円形にした様子を示す斜視図である。
【図１２】キャップの装着手順を説明するための断面図である。
【図１３】従来の分注システムを示す平面図である。
【図１４】従来のキャップ装着・取り外し装置を示す側面図である。
【図１５】従来のキャップ装着・取り外し装置の動作説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ 分注システム
２ａ、２ｂ 分注ヘッド
３ キャップ装着・取り外し装置
１１ ラック
１２ ウェル
１５ チューブ
１６ チューブ底面
２０ キャップ
２１ フランジ部
２２ 挿入部
２３ 当接部
２４ キャップ凹部
２５ 内壁凹部
３１ 第一係合部材
３２ 第二係合部材
３３ 鉤部
４０ Ｘ軸移動手段
４１ Ｙ軸移動手段
４２ Ｚ軸移動手段
４５ マイクロプレート
４６ 分注台
４７ 支柱
５０ ティップ
５１ 可動基台
５３ ティップ取り外し手段
５４ ティップ装着部
５５ 板材
５６ 昇降手段
５７ 基台
５８ａ、５８ｂ モータ
５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ プーリ
６０ａ、６０ｂ ベルト
６１ａ、６１ｂ ネジ軸
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ 直線案内手段
６３ 可動部
６４ 支柱
６６ 係合手段
６７ 可動部材
６８ 支持板
６９ 取り外し用可動部材
７０ 孔部
７２ 支軸
７３ ぜんまいバネ（弾性体）
７４ 垂直貫通穴
７５ 長溝（案内手段）
７６ 案内部材
７７ ストッパ
７８ 案内溝
７９ａ、７９ｂ エアシリンダ
８０ （従来の）分注システム
８１ キャップ装着装置・取り外し装置
８２ マイクロプレート
８３ 分注装置
８５ 保持具
８６ 位置合わせ機構
８７ 保持具傾斜機構
８８ 保持具昇降機構
８９ バルブ機構（吸着手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す装置であって、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形である凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことを特徴とするキャップの取り外し装置。
【請求項２】
前記係合手段が、第一係合部材と第二係合部材とからなり、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって水平移動もしくは回動させてキャップと係合することを特徴とする請求項1記載のキャップの取り外し装置。
【請求項３】
係合手段が、第一係合部材と、第二係合部材と、第一係合部材と第二係合部材とを貫通して回動可能に支持する支軸と、支軸の周囲または、第一係合部材と第二係合部材との外周に備える弾性部材と、第一係合部材と第二係合部材とを回動可能に支持する支持板と、第一係合部材と第二係合部材とを作動する可動部材とを備えるキャップの取り外し装置であって、可動部材の作動により第一係合部材と第二係合部材を下方に押付けることでぜんまいバネに抗して第一第二係合部材を回動させてキャップを保持又は取り外し動作をすることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のキャップの取り外し装置。
【請求項４】
前記第一係合部材と前記第二係合部材とを一組として複数組を同一水平面内に備え、前記可動部材により上方から第一係合部材と第二係合部材を押すことでキャップの把持又は取り外し動作することを特徴とする請求項３記載のキャップの取り外し装置。
【請求項５】
第一係合部材及び第二係合部材と当接する可動部材の箇所に長溝状の案内手段を備えることを特徴とする請求項３又は４の何れか記載のキャップの取り外し装置。
【請求項６】
試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す方法であって、係合手段をキャップ上部の凹部に挿入して、キャップの平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形するように係合し、昇降手段により係合手段を上方へ持ち上げることでキャップを取り外すことを特徴とするキャップの取り外し方法。
【請求項７】
昇降手段により係合手段を上昇して、係合手段を作動して楕円の長径の長さを変化させることを特徴とする請求項６記載のキャップの取り外し方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか記載のキャップの取り外し装置により取り外されたキャップを再びチューブに装着するキャップの装着装置であって、キャップを楕円形となるように保持する係合手段と、保持したキャップをチューブの開口部上方で昇降動作する昇降手段とを備えており、昇降手段によりキャップをチューブ開口部に挿入するとともに、係合手段によりキャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することを特徴とするキャップの装着装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載のキャップの取り外し方法により取り外されたキャップを再びチューブに装着する方法であって、係合手段により楕円形となるように保持したキャップを、昇降手段によりチューブの開口部上方から降下するとともに、キャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することを特徴とするキャップの取り付け方法。
【請求項１】
試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す装置であって、キャップと係合する係合手段と、係合手段を昇降動作させる昇降手段とを備え、係合手段の作動により平面形状が円形である凹部を楕円形となるように変形させて係合するとともに、昇降手段によりキャップを持ち上げることでチューブからキャップを取り外すことを特徴とするキャップの取り外し装置。
【請求項２】
前記係合手段が、第一係合部材と第二係合部材とからなり、第一係合部材と第二係合部材とを相反する方向であって水平移動もしくは回動させてキャップと係合することを特徴とする請求項1記載のキャップの取り外し装置。
【請求項３】
係合手段が、第一係合部材と、第二係合部材と、第一係合部材と第二係合部材とを貫通して回動可能に支持する支軸と、支軸の周囲または、第一係合部材と第二係合部材との外周に備える弾性部材と、第一係合部材と第二係合部材とを回動可能に支持する支持板と、第一係合部材と第二係合部材とを作動する可動部材とを備えるキャップの取り外し装置であって、可動部材の作動により第一係合部材と第二係合部材を下方に押付けることでぜんまいバネに抗して第一第二係合部材を回動させてキャップを保持又は取り外し動作をすることを特徴とする請求項１または２いずれかに記載のキャップの取り外し装置。
【請求項４】
前記第一係合部材と前記第二係合部材とを一組として複数組を同一水平面内に備え、前記可動部材により上方から第一係合部材と第二係合部材を押すことでキャップの把持又は取り外し動作することを特徴とする請求項３記載のキャップの取り外し装置。
【請求項５】
第一係合部材及び第二係合部材と当接する可動部材の箇所に長溝状の案内手段を備えることを特徴とする請求項３又は４の何れか記載のキャップの取り外し装置。
【請求項６】
試験管形状を有するチューブの上面に取り付けられた弾性材料からなるキャップを取り外す方法であって、係合手段をキャップ上部の凹部に挿入して、キャップの平面形状が円形の凹部を楕円形となるように変形するように係合し、昇降手段により係合手段を上方へ持ち上げることでキャップを取り外すことを特徴とするキャップの取り外し方法。
【請求項７】
昇降手段により係合手段を上昇して、係合手段を作動して楕円の長径の長さを変化させることを特徴とする請求項６記載のキャップの取り外し方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか記載のキャップの取り外し装置により取り外されたキャップを再びチューブに装着するキャップの装着装置であって、キャップを楕円形となるように保持する係合手段と、保持したキャップをチューブの開口部上方で昇降動作する昇降手段とを備えており、昇降手段によりキャップをチューブ開口部に挿入するとともに、係合手段によりキャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することを特徴とするキャップの装着装置。
【請求項９】
請求項６または７に記載のキャップの取り外し方法により取り外されたキャップを再びチューブに装着する方法であって、係合手段により楕円形となるように保持したキャップを、昇降手段によりチューブの開口部上方から降下するとともに、キャップ形状が楕円から円形となるように保持状態を解除することを特徴とするキャップの取り付け方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１２０２００（Ｐ２００９−１２０２００Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７０３３３（Ｐ２００６−１７０３３３）
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（３０２０３３１２６）アイエス・テクノロジー・ジャパン株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（３０２０３３１２６）アイエス・テクノロジー・ジャパン株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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