箱状物の供給装置、取り出し装置、棚段及び自動搬送システム
【課題】創薬、臨床検査など多数の検体の自動アッセイシステムにおけるスクリーニングピッチの短縮によるスループットの向上と事故の大幅な削減。
【解決手段】安定した待ち時間の無い搬送システムを開発した。１枚に多数の穴を有する蓋付きマイクロプレートを多数積み重ねてカセットで供給し、上から順に取り出す新規な箱状物取り出し装置と、複数のシャトル型搬送ラインと、水平回動型ダブルアームロボットとの組み合わせにより、蓋取り蓋合わせ、分注台への搬送、ピペットチップの供給、保温器や分析装置への配送・取り出し、検査済み試料マイクロプレートの返送を効率よくシステム化してスループット向上をすると共に、人手による取扱いの排除、昼夜運転、ロボットの把持失敗の皆無化を実現した。
【解決手段】安定した待ち時間の無い搬送システムを開発した。１枚に多数の穴を有する蓋付きマイクロプレートを多数積み重ねてカセットで供給し、上から順に取り出す新規な箱状物取り出し装置と、複数のシャトル型搬送ラインと、水平回動型ダブルアームロボットとの組み合わせにより、蓋取り蓋合わせ、分注台への搬送、ピペットチップの供給、保温器や分析装置への配送・取り出し、検査済み試料マイクロプレートの返送を効率よくシステム化してスループット向上をすると共に、人手による取扱いの排除、昼夜運転、ロボットの把持失敗の皆無化を実現した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、箱状物の自動搬送に関し、詳しくは、臨床検査、生化学検査、創薬試験分野における分析など自動化アッセイ設備において、検体を入れるマイクロプレートなど箱状物を搬送する自動搬送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、臨床検査やイムノアッセイなどでは大量の検体を一定条件下で試薬と混合してその反応状況を各種検査器で分析するための自動化アッセイ装置が利用されている。当初、１検体ごとに手作業で行われていたが、多数の検体を処理するために自動化が試みられ、例えば、特開Ｈ３−５１６７２号公報では無限長ベルトに検体を検体試験管などの容器を多数取り付け、必要な試薬を自動的且つ連続的に注入して反応させ、その変化を検出している。
【０００３】
図１３に従来の、自動化アッセイ装置の一例（特開平１１−２２７９４１号公報）の搬送システム部分を示す。複数の回転棚に人間の手で多数のマイクロプレートを挿入し、これらを分配注入機やワークステーション間を、複数の回転直動型で把持型ロボテック装置を用いて、仮置き台を介して順次受け渡して搬送している。
【０００４】
また、合成医薬、生物化学的医薬の開発の創薬研究分野では、何十万種、何百万種の検体を高速大量処理スクリーニング（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）するために９６穴（＝ｗｅｌｌ）の小さな穴状の容器を設けたプラスチックス製の８５．５×１２７．８ｍｍ箱状物（マイクロプレート）に検体を自動的に分注入し、このマイクロプレートをロボットを利用して、試薬注入場所や可視光吸収スペクトル分析器、蛍光分析器、化学発光分析器、ラジオアイソトープシンチレーションカウンターなど各種の分析機器、保温器、棚などの所定場所に、昼夜を問わず配送し、バーコード制御システムによる自動的にアッセイする装置が利用されている。さらに、大量の検体を処理するために、同じサイズのマイクロプレートに３８４ｗｅｌｌ、１５３４ｗｅｌｌを設けたものも開発され、細かすぎて人手では分注不可能となるため、自動化の要請がますます高まっている。（ロボット、Ｎｏ．１３７、２０００年１１月号）
【０００５】
【特許文献１】特開平３−５１６７２号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７９４１号公報
【非特許文献１】長谷川「コンビナトリアルケミストリー」ｐ１９４−２０３、（株）化学同人（１９９７年）
【非特許文献２】石井、武本、江澤、小菅、八尋、他「ロボット」、Ｎｏ．１３７号（２０００年１１月）Ｐ．２７−４５、（社）日本ロボット工業会編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、マイクロプレートへの注入、ロボット搬送、保温、各種分析などのための機器はそれぞれ開発され、コンピュータ制御により部分的に又は複数の機器に渡って自動化されているが、これらを集積すると高価であり、必ずしもハイスループットになっていない、故障が多い、使い方が難しい、運転の柔軟性に乏しいなどの不満が聞かれる。
【０００７】
特に搬送に関しては、ロボット1台のみで前述の各種機器の間を３〜４ｍも移動してマイクロプレートを移送するものや、数台のロボットで順次隣のロボットに受け渡すものもあるため、搬送に時間がかかり、搬送スピードを上げすぎると薬液をこぼしたり、特に検体が細胞の場合は異変を起こすなどの不具合がある。図５に示すように、ロボットはマイクロプレートの細い側面底部に突起した周りぶちを横から把持しなければならないため、把持に失敗して落下させてしまう等の事故が発生している。一度、不具合が発生すると、全システムが止まるだけでなくアッセイ中のサンプルがすべて無駄となったり、薬液をこぼしてアッセイ装置内部に侵入してさらに故障を誘起するなど、損害が大きくなることもあった。さらに、マイクロプレートの薄い物では、蓋部とこの周りぶちとが接触するものもあり、把持することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、搬送の安定性、スループットの向上を目指して鋭意検討を重ねた結果、少なくとも、１又は２以上の蓋付き箱状物を直接積み重ねてカセット内に貯蔵し上から順に供給する箱状物ストッカと、重ねられた前記箱状物の１又は２以上を上から取り出す箱状物取り出し装置と、前記箱状物を１つずつ目的場所に搬送する水平回動型ロボットと、搬送制御装置とからなることを特徴とする箱状物自動搬送システムを開発した。この自動搬送システムには、前記取り出された前記箱状物の１又は2以上を搬送する複数のシャトル型搬送ラインを設けることもできる。
ここで、箱状物ストッカは箱状物取り出し装置と隣り合って配置されるが、水平回動型ロボットとシャトル型搬送ラインとは連結の順番は任意であり、水平回動型ロボットも複数配置してもよい。また、この箱状物ストッカは、薬液処理後の箱状物を取り込んで収納装置として利用することができ、シャトル型搬送ラインは箱状物を往復で搬送することができる。
【０００９】
ここで前記水平回動型ロボットは、前記箱状物を載置する二つのフィンガと、
水平面内を回動する複数のアームとを有し、前記フィンガを水平面内で回動させる旋回手段と、前記二つのフィンガを交互に直線状に往復させる手段と、前記フィンガを昇降させる手段（Ｚ軸）とを有することが好ましい。この水平回動型ロボットは、スカラ型ダブルアームロボットと呼ばれ、前記に動作手段の他に水平回動型ロボット全体を水平直線状に移動させる手段（Ｘ軸）を備えてもよい。
【００１０】
本発明は、前記箱状物が多数の穴を有するマイクロプレートであり、前記目的場所が少なくとも、１又は２以上のピペットによる検体又は試薬を前記多数の穴に注入する分注台と、分析器の投入口であることを特徴とする箱状物自動搬送システムとして利用することもできる。前述の臨床検査、創薬開発用スクリーニング、イムノアッセイなど生化学分野用アッセイ装置の自動搬送システムであってもよい。ここで、ソフトウェアは、本発明の搬送システム制御用プログラムと、既存アッセイ装置のスケジューリングプログラムと組み合わせて構築することができる。
【００１１】
前記の箱状物ストッカは、少なくとも、箱状物を収納ないし取り出し可能なカセットと、１又は２以上積み重ねられている前記箱状物を前記カセットに入ったまま箱状物載置板に載せて昇降させる昇降機と、前記昇降機が前記箱状物を定められた位置に昇降させる手段とを有するものである。ここで前記カセットは、箱状物を積み重ねたまま収納するものであって、カセット上部にある前記箱状物取り出し口と、箱状物ストッカの昇降機の箱状物載置板がカセット下に挿入されてカセット内を昇降するための開口部と、１または２枚の水平回動型ドアと、前記ドアの下側にあって前記カセット底部を貫通して上下に可動に設けたピンと、前記ピンは前記カセット底部から抜け落ちを防ぐストッパを有し、前記カセットは、前記箱状物ストッカ内の凹凸のある置台に置かれた時は前記ピンが自重で下がって前記水平回動型ドアを施錠し、前記箱状物ストッカ外の平板状台に置かれた時は前記ピンが押し上げられて開錠することを特徴としている。また、ドアには止めピンとバネとからなるドアストップを設けてもよいし、ドア上部に箱状物取り出し用の空間を設けることができる。
ここで、この箱状物ストッカに前記カセットは、複数個セットできるようにしてもよい。ここに置かれる箱状物には、検体又は試薬が入っている場合と入っていない場合であってもよい。また、この箱状物ストッカは、カセットの出入り口にドアを設ける他は、天井及び周辺を壁で覆ってもよい。
【００１２】
次に本発明における箱状物取り出し装置は、１又は２以上積み重ねられた同形状の箱状物から、対向する一対の把持部によって前記箱状物の側面を把持することによって、１又は２以上の前記箱状物を取り出す装置であって、前記箱状物は、底部と四辺の側部とからなる容器部と、前記容器部の外側に嵌合する天板部と四辺の側部とからなる蓋部とからなり、前記一対の把持部は、上部に把持駆動部と下部に２つの支持部とを有し、一方の支持部は下方に向けて設け下端に当該支持部から箱側に張り出した凸部によって箱状物の底部側面を圧し、且つ、他方の支持部によって前記蓋部の底部側面と反対側側面を圧して把持した後、目的場所に移送し、把持を解除して載置することを特徴としている。ここで把持部は、棒状であっても平板状であってもよく、また、一方の把持部に1本或いは複数本設けてもよい。これら把持部の表面の箱状物と接触する面は、フッ素ゴム、軟質ポリウレタンなど軟質の高分子材料とすることもできる。
【００１３】
ここで、前記の箱状物取り出し装置は、前記凸部を有する前記支持部の近傍に前記蓋部の高さを検出するセンサが配設されたことを特徴とする。このセンサは、公知の接触式センサが好ましいが、光学式センサであってもよい。また、把持された１又は２以上の前記箱状物が他の積み重ねられた箱状物から離間される手段が、他の積み重ねられた箱状物を降下させる手段であることが好ましい。さらに、前記一対の把持部で１又は２以上の前記箱状物が、把持されて他の積み重ねられた箱状物から離間された直後に、前記把持されていない前記箱状物の他の二辺の下に、前記箱状物側に爪が屈曲した一対のL字型支持部が、挿入され、移送後目的場所で引き出されるようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明のシャトル型搬送ラインは、少なくとも、直線状の一定区間を駆動されて往復する搬送シャトルと、前記搬送シャトルに備えられ箱状物を載置する搬送台と、前記搬送シャトルに備えられ前記搬送台を昇降させる手段と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送シャトルを移動させる駆動源と、前記一定区間内にあって基部の上部に固設され前記搬送シャトルが通過し得る間隙を有する少なくとも１つの箱状物用の載置台とを有することを特徴とする。ここで、前記載置台は、複数のピペットを有する分注機でマイクロプレートに薬液を注入或いは吸引する場所として機能させてもよい。
【００１５】
また、前記搬送台の駆動源が、片面に歯を有し反対面が略平滑である柔軟なベルトを、前記搬送シャトルに固定したモータ部のシャフトに固設した歯車と、前記搬送シャトルに取り付けたローラとで挟み、前記ベルトは長尺状であって両端を基台に固定され、確実にベルトを掴む構造とすることが好ましい。なお、本発明の箱状物搬送システムに、このシャトル型搬送ラインを並列又は直列して複数台取り付けることができる。また、このシャトル型搬送ラインの途中に吸着又は把持によって箱状物の蓋を脱着する手段を1又は２以上、仮置きのための載置台を設けてもよい。
【００１６】
本発明では水平回動型ロボットが処理前ないし処理後の箱状物を収納する棚段にも特徴がある。即ち、天井板と底板とを有する箱状物を収納するための棚段において、多数の棚部を平面円弧状及び高さ方向に多段に配した棚段であって、円弧内側の太さが小さい柱と円弧外側の太さが大きい柱と、前記各柱が前記箱状物の底縁部を載置するための複数の水平方向突起を有し、前記天井板と前記底板間、及び、各柱間に連続した空間が存在していることを特徴とする棚段である。これら柱の断面は任意に形状であるが、各棚は隣の棚との間は、内側は内側で１本の柱を共用し、外側は外側で隣り合う棚同士が１本の柱を共用する。勿論、円弧の両端では共用しない。尚、箱状物の平行な側辺が入るように、各棚の円弧内側柱間の寸法と円弧外側柱間の寸法は等しくしても良いし、又、円弧外側柱間の寸法を狭くして箱状物が円弧の外側に飛び出さない構造としてもよい。
【００１７】
ここで、前記各柱が円柱または円筒状、即ち、断面が円形であって、前記突起が円形の鍔状であることが好ましく、また、同じ柱にある2つの突起間において、前記各柱の前記箱状物に面する側の外径が、上部突起から途中まで同じ太さで、途中から下部突起までが徐々に大きくなっていることを特徴とすることも出来る。
【００１８】
本発明の箱状物搬送システムは、前述の生化学分野のみならず、例えば、食品工業における各種容器の搬送、製品或いは原材料としての箱状物用自動倉庫や自動払い出しシステムなど、多数の箱状物の搬送システムとして応用できる。また、必要ならば、搬送システムを含む全システムをクリーンブースやクリーンルームに納めて無菌状態、無塵状態とすることも出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複数のシャトル型搬送ラインとダブルアーム型水平回動型ロボットとを組み合わせたことにより、従来1台の垂直回動型ロボットが直線線路上を移動して搬送する搬送システムより、3倍から６倍の搬送速度を実現することができた。また、他の従来例である分注機と直交座標型ロボットとの組み合わせと人手による分析器への搬送に比べれば、１０倍以上のスループットの向上を実現することができた。即ち、ダブルアーム型水平回動型ロボットは、１度に２つの箱状物を搬送できるばかりでなく、箱状物が次に送られてくる待ち時間内に搬送してしまい３倍以上の向上が計られたのである。本発明では、シャトル型搬送ラインを通常３ないし５台設けるため、従来１台のロボットが１つの直線線路上を搬送する場合に比べると、水平回動型ロボットアームの動きを合わせると、従来の４から６倍の搬送能力を発揮する。
【００２０】
本発明では、フィンガとアームが水平回動するスカラ型ロボットを採用したため、液体の入ったマイクロプレートなどの箱状物を、常に水平に保ちながら搬送できるため、薬液をこぼすなどの恐れが無くなった。加えて、水平に保たれ、且つ、箱止めを備えるフィンガ上に箱状物を載置するため、従来の把持型フィンガに比べ、マイクロプレートを落下させる事故は皆無となった。これにより、生化学スクリーンシステムの停止事故がなくなり、信頼性が大幅に向上した。
【００２１】
図５に示すように、マイクロプレートには、各辺の長さは規格化されているが、１穴当りの容積を変えるために穴の深さ、即ち、箱状容器の高さが種々異なり、蓋と容器下部とに間の容器側面の露出部ｔに幅があり、標準はｔ＝６ｍｍ程度（蓋付き箱の高さは１５ｍｍ）であるが、中には箱の側部が蓋で全く隠れてしまう（ｔ＝０ｍｍから１５ｍｍ）ものまである。本発明の箱状物取り出し装置は、蓋の高さを検出するセンサを有しているため予め箱の高さを制御装置に入力しておけば、箱状物の底部側面を圧する把持部を常に指定位置に降下させることができ、どんなマイクロプレートにも対応できる。
【００２２】
従来は、取り出し装置が無い場合が多く、その際、人手でキューブと呼ばれる多数の棚にマイクロプレートを１箱ずつ収納し、その後、垂直多関節ロボットがこれらを取りに行く。本発明の箱状物ストッカでは、前工程で積み重ねられ、検体を入れられた多数のマイクロプレートを、直接積み重ねたまま、人手でカセットに入れてこの装置にセットするのみのため、昼夜無人運転をすることができる。
【００２３】
積み重ねた箱状物から１つのマイクロプレートを供給するための従来の装置は、下から２番目のマイクロプレートの側面を把持して、１番下を落とす方法を取っている。これでは、積み重ねの高さにより重さが変わってくるため、特に、高く積んだ場合、把持に失敗し２番目のマイクロプレートも落としてしまう不具合が発生していた。しかし、本発明の箱状物ストッカは、積み重ねた箱状物の一番上のものから取り出すため、常に一定の、且つ、軽い把持力ですむため、把持に失敗するトラブルの発生もなくなった。
【００２４】
本発明のカセットは、ドア施錠用のピンが設けられており、机など平面に置けば開錠されてドアは自由に開閉でき、人手による持ち運び中及び箱状物ストッカ内では施錠されてマイクロプレートなど箱状物が飛び出すことは無い。
【００２５】
本発明の箱状物取り出し装置は、一対の把持部のうち箱状物の底部側面を押圧する把持部側にそのセンサが取り付けられているため、箱の厚みを制御装置に入力しておけば、後者の把持部は正確に前記底部側面に接触する。即ち、積み重ねた箱状物の上方が傾いている場合でも、このセンサの働きで確実に把持に導き、Ｌ字状爪の作用と相まって、マイクロプレートなど箱状物を落下させることは無い。
【００２６】
本発明の棚は、各柱間に連続した空間があるため、水平回動型ロボットのフィンガを挿入することが容易であり、ここへのマイクロプレートの載置が確実となった。また、柱数が少なく全体に簡素な形状で、意匠的に優れている。さらに、従来の縦１列の棚段を円弧状に配置したものに比べ、部品数が少なくコスト的にも有利であり、特に、断面円形の柱の場合は、丸棒或いは肉厚パイプからの切り出しが用意で加工費が安価ですむ。さらに、円形の場合は、万一汚れた場合の清掃も簡単で保守しやすい。
【００２７】
加えて各柱の各鍔間に垂直部分と下に太い傾斜部分を設けたため、箱状物をこの棚に挿入載置した場合、自動的の位置決めされ、次に水平回動型ロボットで取り上げる際も、フィンガ上に正確に載置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の実施例を記すが、この実施例のみに本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の箱状物自動搬送システム１を組み込んだ自動化アッセイ設備１０を示す。図１に示すように、本発明の箱状物自動搬送システム１とは、箱状物ストッカ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、箱状物取り出し装置１１、シャトル型搬送ライン４、水平回動型ロボット５、把持型ロボット３３、円弧状棚６からなる一連の箱状物搬送用装置群である。自動化アッセイ設備１０は、この箱状物自動搬送システム１に、分注機７、分析装置８及び保温器９が加えられ、反応時間、保温温度、搬送先場所などをスケジューリングする制御装置をもって構成される。
【００３０】
アッセイの工程を簡単に説明する。検体が入れられた後のマイクロプレート１９は、マイクロプレート用カセット２１に挿入されて第１箱状物ストッカ２ａにセットされ、箱状物取り出し装置１１で取り出され、シャトル型搬送ライン４の一端に受け渡され、蓋が取られて分注台４３に置かれる。一方、ピペットチップの入った箱は、ピペットチップ用カセット３１に重ねて投入され第２箱状物ストッカ３ａ、３ｂにセットされ、把持型ロボット３３で搬送され蓋を取られてチップ置き台７３に置かれる。分注機７は市販品Ｂｉｏｍｅｋ ＦＸ（ベックマンコールター社製）で、ＸＹ搬送機ａ、ｂ（７１ａ、７１ｂ＝矢印で表す）に取り付けられた分注ヘッド７２を移動させて、チップ置き台７３に置かれたチップを分注ヘッド７２に差込み、試薬槽７４で試薬を吸入し前記分注台４３に移動してマイクロプレート１９に注入する。このマイクロプレート１９は、シャトル型搬送ライン４の他端に移送され、次に水平回動型ロボット５で保温機９に挿入され、所定時間反応後、分析装置８で分析し、再びシャトル型搬送ライン４に戻され逆方向に搬送して、箱状物取り出し装置１１で第１箱状物ストッカ２ｂ内のマイクロプレート用カセット２１に回収収納する。この間、保温時間、分析時間が一致しないことが多いので、一時的に仮置きのために棚６に仮置きすることがある。
【００３１】
次に本発明の箱状物自動搬送システム１について一例を説明する。図１には、取り出し装置１１の両側に設置された第１箱状物ストッカ２ａ、２ｂを示したが、図２では片側のみを記して詳細を示す。第１箱状物ストッカ２ａは、厚さ１５ｍｍ穴９６個を有するマイクロプレート１９（図５参照）を５４個積み重ねて入れたマイクロプレート用カセット２１を、第１箱状物ストッカドア２７ａから第１回転カセット台２６ａの所定位置に投入載置する。この第１回転カセット台２６ａは４台のカセットが搭載でき、順次９０度ずつ回転して箱状物取り出し装置１１の下にカセットを移送する。第１箱状物ストッカ２ａの中央部にはマイクロプレート昇降機２０が積み重なったマイクロプレート１９を下から押し上げ、箱状物取り出し装置１１の箱状物把持機１2によってマイクロプレート１９が1個ずつ取りだされ、取り出される毎に１つ分押し上げる様に制御される。マイクロプレート昇降機２０は、箱状物取り出し装置１１基部に固定されたモータ２５によって回転するボールねじ２３を軸に昇降駆動体２４がリニアガイド２２に沿って昇降し、この昇降駆動体２４に固定された昇降フィンガ２９が積み重ねられたマイクロプレート１９の最下のものの底に接して下から押し上げる。このマイクロプレート昇降機２０は、必要に応じ一部または全体の高さを自由に上昇、降下することができる。
【００３２】
図５にマイクロプレート１９を示す。（ａ）はその側面図で、（ｂ）は容器部１９１平面図である。種類によっては厚みが異なるため収納される数が異なるが、ここではサイズが８５．５×１２７．７×１５．０ｍｍ、９６穴の標準マイクロプレート１９を用い、検体が入れられた後のマイクロプレート１９をマイクロプレート用カセット２１に５４段に積み重ねて収納し、この４台を第１箱状物ストッカ２ａ中にセットする。図１の第１箱状物ストッカ２ｂは、試験が終わり箱状物取り出し装置１１で返送されたマイクロプレート１９を収納するストッカである。従って、前述と全く逆の動作によりマイクロプレート用カセット２１内に試験済みマイクロプレート１９を積み重ね、1つのマイクロプレート用カセット２１が一杯になれば第１回転カセット台２６が９０度回転して次の空のマイクロプレート用カセット２１がセットされる。第１箱状物ストッカ２ｂも第１箱状物ストッカ２ａと同様な構造をしている。
【００３３】
図3は、マイクロプレート１９を把持する箱状物取り出し装置１１の斜視図である。フレーム１３に水平ロッドレスエアシリンダ支持部１３１を介して水平ロッドレスエアシリンダ可動部１３２が取り付けられ、これに昇降ロッドレスエアシリンダ１３４が取り付けられ、この昇降ロッドレスエアシリンダ１３４に箱状物把持機１２が取り付けられる。箱状物保持機１２には、水平に細長い底チャック部１２２を先端横の箱側に取りつけた底把持部１２１と、垂直に設けた2本の丸棒である蓋チャック部１２４を固定した蓋把持部１２３と、これらチャック部１２２、１２４を開閉する左右チャック用アクチュエータ１２５が取り付けられている。箱状物把持機１２に取り付けられた２つの爪把持部１２７は、爪把持用アクチュエータ１２８により駆動され、図３で示した底チャック部１２２、蓋チャック部１２４とは９０度異なるマイクロプレート１９の辺を把持する。２つの爪把持部１２７の下部先端には、それぞれ内向きに屈曲したＬ字状爪１２９が取り付けられ、マイクロプレート１９の下に、本図に向かって左と右とから近づくように移動してこれを把持する。
【００３４】
図４は、箱状物保持機１２の一部分である左右チャック用アクチュエータ１２５側から見た断面図で、マイクロプレート１９を把持して取り出す状態を示す。底把持部１２１と蓋把持部１２３とを開いた状態で箱状物保持機１２を降下させると、蓋用センサ１２６はマイクロプレート蓋１９２の上面を検知し降下停止する。尚、マイクロプレート１９は、第１箱状物ストッカ２ａのマイクロプレート昇降機２０がすでに所定位置に押し上げている。マイクロプレート蓋部１９２を蓋チャック部１２４が、又、マイクロプレート容器部１９１の外部側面底部１９３を底チャック部１２２が把持し、マイクロプレート昇降機２０が他の積み重なったマイクロプレート１９を少しさげる。底チャック部１２２及び蓋チャック部１２４のマイクロプレート１９に接触する部分は、軟質ゴム状プラスチックスが嵌めこまれ把持を確実にしている。
【００３５】
次に図3に示す2つの爪把持部１２７がマイクロプレート１９の下にＬ字状爪１２９が把持するように挿入され、搬送中のマイクロプレート１９の落下を防止する。昇降ロッドレスエアシリンダ１３４が箱状物把持機１２を上昇させ、所定の高さまで来たら水平ロッドレスエアシリンダ１３２により、シャトル型搬送ライン４の端のステージ４８（図２）上に移送し、マイクロプレートを降下させてステージ４８上に載置する。尚、薬液処理済マイクロプレート１９が返送されて来た時は、第１箱状物ストッカ２ｂ側のステージ４８上に置かれ、箱状物把持機１２に掴まれて反対向きに移送され、第１箱状物ストッカ２ｂのマイクロプレート用カセット２１に収納される。
【００３６】
図６は、第１箱状物ストッカ２ａ、２ｂ用のマイクロプレート用カセット２１，及び第２箱状物ストッカ３ａ、３ｂ用のピペットチップ用カセット３１を示す。略四角形のカセット上枠２１７とカセット下枠２１５との間をそれら枠３辺に配した６本の金属パイプ２１４でこれらを固定し、カセット上枠２１７には取手２１８を取り付ける。カセット下枠２１５の他の１辺の両脇に小さいドアを設け、ドア上部２２２とドア下部２２３とを上下の枠２１７，２１５に連結し、観音開きとした。ドア下部２２３の先端にドア爪２２４をつけ、また、カセット下枠２１５のドア下部２２３が閉まった状態の外側に、穴をあけここに上端と下端にストッパ２１２をつけたピン２１１を、自重で自由に下がるように嵌め合わせた。図７左図（ａ）のように、平板状の台の置けばピン２１１は押し上げられて、ピン２１１の軸より外径の大きいストッパ２１２はドア爪２２４の上に出て、ドア下部２２３は自由に開閉する。他方、図７（ｂ）のように、カセットを持ち上げるとピン２１１は落ちてストッパ２１２がドア爪２２４を隠してドア下部２２３の開放を防止する。また、ドア下部２２３にはカセット下枠２１５との間にスプリング２２５を渡しドアストップを設けた。
【００３７】
図８に、シャトル型搬送ライン４の一部省略側面図を示す。基台４７にリニアガイドレール４２を敷設し、これに嵌合しているリニアガイド４１６に、ギヤ４１４を取り付けたシャトル用モータ４１５とローラ４１３と上向きエアシリンダ４１１とを搬送シャトル４１を取り付ける。ギヤ４１４とローラ４１３との間に直線状のタイミングベルト４５を嵌め合わせ、その両端は基台両端のベルト固定具４６に固定し、エアシリンダ４１１のロッド上部に搬送台４１２を固定する。タイミングベルト４５は表が平滑面で裏側に歯形が成形されているので、モータが回転するとタイミングベルト４５の歯形とギヤ４１４が噛み合って搬送シャトル４１が自走する。シャトル用モータ４１５はステッピングモータを用いているのでパルス信号で回転が制御され、搬送シャトル４１は自在に移動停止できる。シャトル型搬送ライン４の左右端にステージ４８と、その中央に各搬送ラインに３台で３ライン合計９台の分注台４３と、分注台４３とステージ４８の間に仮置き台４９とが、取り付けられている。
【００３８】
ステージ４８と仮置き台４９とは同じ形状をしており、各台の上の面は、マイクロプレート容器部１９１の底四隅を支持するように四辺の中央が切られて４分割されており、各台の上の面にはプラスチックス製釣鐘状の箱止めが取り付けられている。また、搬送台４１２は十字状になっており、各台の位置で自由に昇降することができる。また、十字状の搬送台４１２の４つの先端は上に向けて屈曲されており、マイクロプレート１９が飛び出さない様に配慮されている。
【００３９】
シャトル型搬送ライン４の右端に取り付けられたステージ４８に、箱状物取り出し装置１１（図２参照）が、マイクロプレート１９を置くと、搬送シャトル４１が右のステージ４８の下に移動し、搬送台４１２を上昇させてマイクロプレート１９を持ち上げて載置した後、そのまま図８左方向に進み、蓋吸着機４４の下で停止する。
【００４０】
蓋吸着機４４は、吸着機フレーム４４３に取り付けた昇降用ロッドレスシリンダ４４４と取り付け部４４２を介して４基の吸着パッド４４１と蓋閉じ確認センサ４４５を有している。吸着パッド４４１が降下してマイクロプレート蓋１９２を吸着すると減圧度が変わり、吸着していることが解るので、昇降用ロッドレスシリンダ４４４を上昇させて蓋を開ける。尚、蓋閉じ確認センサ４４５はマイクロプレート蓋１９２を閉める際、マイクロプレート容器部１９１に嵌め合わせに失敗すると蓋位置が高くなるのでこれを検出するが、蓋嵌め失敗が無い場合は取り付けなくてもよい。
【００４１】
マイクロプレート蓋１９２を取り外したマイクロプレート容器部１９１は、搬送台４１２が高い位置のまま搬送シャトル４１によって運ばれ仮置き台４９で停止し、搬送台４１２が下がって仮置き台４９に載置される、分注機７のＸＹ搬送機７１ａにより分注台４３に搬送される。分注台４３でマイクロプレートの各穴１９４に試薬が注入され仮置き台４９に返送されると、搬送台４１２は再び上昇してマイクロプレート容器部１９１を載置して図面右側に移動し、蓋吸着機４４の位置に停止し、マイクロプレート蓋１９２をかぶせる。尚、分注台４３は１列のシャトル型搬送ライン４に３基備え３ラインで合計９台が備えられている。
【００４２】
マイクロプレート蓋１９２を被されたマイクロプレート１９を載せた搬送シャトル４１は、エアシリンダ４１１を低い位置に下げた後、分注台４３の下を通って図面左端に移動して停止し、搬送台４１２を昇降させて左側のステージ４８にこれを載置する。次に、本実施例の水平回動型ロボット５がそのフィンガ５２をステージ４８の下に挿入し、水平回動型ロボット５のＺ軸を上昇させて運ばれてきたマイクロプレート１９をフィンガ５２に載置し次工程に搬送する。図９に示すように、このシャトル型搬送ライン４は３列あり、図面左側にも蓋吸着機４４を各列にもう１台有しているので全部で６台設置している。また、分注ヘッド７２は２基有るので、前述と同様な方法により図面左側からも、分注作業、マイクロプレート蓋１９２の開け閉め作業を行うことができる。尚、図３に示した箱状物取り出し装置１１は、マイクロプレート１９を中央の搬送シャトル４１には置かないが、水平回動型ロボット５が図７左端で３台の搬送シャトル４１のいずれにも載置できるので、搬送作業、マイクロプレート蓋１９２の開け閉め、分注作業は効率よくできる。
【００４３】
ここで分注ヘッド７２に取り付けるピペットチップ箱搬送装置について説明する。すでに図1で簡単に示したように、このピペットチップ箱搬送装置は、ピペットチップ用カセット６台の入った第2箱状物ストッカ３ａ、３ｂと、左右２台の把持型ロボット３３と、左右の２台のチップ置き台７３とから構成される。
【００４４】
図１１では、ピペットチップ箱が、第2箱状物ストッカ３ａからチップ置き台７３に置かれる過程を図示してある。プラスチックス製のラッパ状のピペットチップ９６本が、マイクロプレートの各穴１９４に対応するように、直立して８列１２行に並べられて１箱（不図示）に入っており、箱のサイズは幅８６ｍｍ、長さ１２８ｍｍ、高さ５８ｍｍである。このピペットチップ箱14個が積み重ねられて入ったピペットチップ用カセット３１が、第2箱状物ストッカドア３７から投入されて最大6台の第２回転台３６にセットされ、１８０度回転した位置に停止して、ピペットチップ箱用昇降装置３２が積み重ねられた箱の下から押し上げて所定の高さで停止する。尚、ピペットチップ箱用昇降装置３２は第１箱状物ストッカ２ａのマイクロプレート昇降機２０と同じ構造で、モータ３５の回転するボールねじ３２３に嵌め合った昇降駆動体３４が、１本の縦型リニアガイド３２２に導かれてピペットチップ箱用フィンガ３２１を昇降させ、積み重ねられた箱は一番下から支持されて昇降する。
【００４５】
次に同じく図１１に示すように、３軸からなる把持型ロボット３３が伸張して、先端の２つの把持用逆Ｔ字型フィンガ３３０で、ピペットチップ用カセット３１上に押し上げらているピペットチップ箱の本体側面を挟み、この把持型ロボット３３の先端部に取り付けてある吸着口（不図示）で蓋を吸着し、この先端部に取り付けられたエアシリンダで垂直に少し上昇させ、一端Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８上に収縮した後Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８上を図１１下方向に移動して停止し、再び伸張してチップ置き台７３に搬送し載置する。吸着している蓋は、この把持型ロボット３３収縮した位置の下に用意されているゴミ箱３９に落とす。分注ヘッド７２がピペットチップを持ち去った後の空き箱は、この把持型ロボット３３が把持してゴミ箱３９上に搬送しすてる。尚、把持型ロボット３３は、Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８で駆動されるＸ軸を有し、水平に（図１１の上下方向）に移動できる。
【００４６】
図９は、図８の仮置き台４９位置のＡ−Ａ´断面での立面図である。シャトル型搬送ライン４は３台あり、分注台４３は１ライン当り２基であるから全部で６基ある。図９には、リニアガイドレール４２上に乗ったリニアガイド４１６と、これに固定されたシャトルフレーム４１８にシャトル用モータ４１５、その軸に固定されたギヤ４１４、タイミングベルト４５（不図示）を挟むように取り付けられたローラ４１３、搬送台４１２とこれを持ち上げるエアシリンダ４１１、エア配管、動力線、信号線を案内するケーブルガイド４１７の配置が示されている。
【００４７】
図１０は、水平回動型ロボット５によるマイクロプレート１９の搬送状況を示す平面図である。本実施例では水平回動型ロボット５としてローツェ株式会社製搬送ロボットＲＲ７０１を用いた。水平回動型ロボット５は、第１アーム５０と第２アーム５１とフィンガ５２とからなるアーム体２本を有し、それぞれ水平面内で回動し、２つのフィンガ５２は高低差をもって重なって同一垂直平面内を水平に直線運動し、胴体５４は旋回運動とＺ軸昇降運動をし、さらに前記シャトル型搬送ライン４に直角に水平回動型ロボット５全体を移動させるＸ軸軌道を有している。但し、フィンガ５２はその周囲に高さ８ｍｍ直径６ｍｍの６個のプラスチック製釣鐘状突起を取り付けた進行方向に長い長方形で、ここに載置したマイクロプレート１９が落ちず、且つ、ステージ４８と干渉しない構造となっている。この水平回動型ロボット５は、マイクロプレート１９の置かれたステージ４８の下にフィンガ５２を挿入し、胴体５４をＺ軸方向に持ち上げてマイクロプレート１９をすくい上げるようにフィンガ５２の上に載置する。搬送して目的載置台の上方に到着すると、Ｚ軸方向に胴体５４を降下させ、フィンガ５２からマイクロプレート１９を目的場所に載置する。ここで目的場所とは、棚６、分析装置サンプル出入り口８１、保温器サンプル出入り口９１及び各ステージ４８である。
【００４８】
水平回動型ロボット５は、搬送シャトル型４１で送られてきた薬液入りのマイクロプレート１９を下からすくい上げるようにして一方のフィンガ５２上に載置し、旋回して保温器９方向に向かう。保温器サンプル出入口９１に所定時間処理が終わって出てきたサンプルのマイクロプレート１９を、他方のフィンガ５２に載置して取り出し、代わりに運んできた新しいサンプルのマイクロプレート１９を挿入する。保温器（Ｃｙｔｏｍａｔ６０００）は、自動的にサンプルを１箱づつ投入しても自動的に所定時間、一定温度で処理して１箱づつ出庫する。次に、旋回して分析装置（１４３０ＶｉｅｗＬｕｘＩ／Ｆ）のサンプル出入口８１の方向に向かい、空いたフィンガ５２を伸張して分析済みサンプルマイクロプレート１９を取り出し、保温器から取り出した処理済サンプルマイクロプレート１９を挿入する。尚、分析するためにはマイクロプレートの蓋１９２を取り外さなければならないので、分析装置サンプル出入口８１にも蓋吸着機４４が備えられている。取り出した分析済みサンプルマイクロプレート１９は、シャトル型搬送ライン４の返送用のステージ４８に載置する。尚、処理前サンプルマイクロプレート１９は、保温器９の順番待ち、あるいは保温器９からの出庫と分析装置８へのタイミングが合わない時は、棚６に一時的に保管し、順番を待って分析される。
【００４９】
図１２（ａ）は、本発明の棚６の構造を示す平面図である。図１２（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ´での断面図である。棚底６４と天井６３との間に、複数の細い内側柱６１と複数の太い外側柱６２とを同本数それぞれ同心の円弧状に配置してある。それぞれの柱の形状は内外とも棚１段分は、上から円柱部６５と円台形部６６と鍔部６７とが繋がっており、鍔部６７の上面に、マイクロプレート１９の底の外縁隅部が載る。従って、２個の内側柱６１の円台形部６６下部との間と、２個の外側柱６２の円台形部６６下部との間との寸法は同じでマイクロプレート１９の幅よりわずかに長く、内側柱６１と外側柱６２との中心間寸法はマイクロプレート１９の長さよりわずかに短く設計してあり、そこに１個のマイクロプレート１９が載置される。外側柱６２のさらに外側には、マイクロプレート１９が突き抜けて落ちるのを防止するための箱止め６８が備えられている。
【００５０】
マイクロプレート１９は、水平回動型ロボット５のフィンガ５２上に載置されたまま、図１２の棚６の２つ内側柱６１の円柱部６５間を外側柱６２付近まで挿入され、フィンガ５２が降下すると、マイクロプレート１９の４つの底の外縁隅部が鍔部６７上に置かれる。逆にマイクロプレート１９を取り出す際は、空のフィンガ５２を、２つの円柱部６５間に挿入して６個のプラスチック製釣鐘状突起がマイクロプレート１９の外縁部外の下に来るように停止し、次に上昇させてこれを載置し、ロボット５側にフィンガを引く。ついで目的場所にロボット５がそのマイクロプレート１９を搬送する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の箱状物自動搬送システムを組み込んだ自動化アッセイ設備の概略平面図である。
【図２】本発明の箱状物ストッカの一部平面図である。
【図３】本発明の箱状物取り出し装置の切り欠き斜視図である。
【図４】本発明の箱状物取り出し装置の断面図である。
【図５】本発明の各種マイクロプレートの側面図、平面図である。
【図６】本発明のカセットの斜視図である。
【図７】本発明のカセット底部の側面図である。
【図８】本発明のシャトル型搬送ラインの一部省略側面図である。
【図９】本発明のシャトル型搬送ラインの側面図である。
【図１０】本発明の水平回動型ロボットの搬送状況を示す平面図である。
【図１１】本発明のピペットチップ配送装置の一部平面図である。
【図１２】本発明の棚の平面図と側面図である。
【図１３】従来の箱状物搬送システムを有する自動化アッセイ装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 箱状物自動搬送システム
１０ 自動化アッセイ設備
１１ 箱状物取り出し装置
１２ 箱状物把持機
１２１ 底把持部
１２２ 底チャック部
１２３ 蓋把持部
１２４ 蓋チャック部
１２５ 左右チャック用アクチュエータ
１２６ 蓋用センサ
１２７ 爪把持部
１２８ 爪把持用アクチュエータ
１２９ Ｌ字状爪
１３ フレーム
１３１ 水平ロッドレスエアシリンダ支持部
１３２ 水平ロッドレスエアシリンダ可動部
１３３ ケーブルガイド
１３４ 昇降ロッドレスエアシリンダ
１９ マイクロプレート
１９１ マイクロプレート容器部
１９２ マイクロプレート蓋
１９３ マイクロプレート底部
１９４ 穴
２ａ、２ｂ 第１箱状物ストッカ
２０ マイクロプレート昇降機
２１ マイクロプレート用カセット
２１１ ピン
２１２ ストッパ
２１３ カセットドア
２１４ パイプ
２１５ カセット下枠
２１６ マイクロプレート置き台
２１７ カセット上枠
２１８ 取手
２１９ ドアパイプ
２２ リニアガイド
２２０ 下部開口部
２２１ 上部開口部
２２２ ドア上部
２２３ ドア下部
２２４ ドア爪
２２５ スプリング
２３ ボールねじ
２４ 昇降駆動体
２５ モータ
２６ 第１回転カセット台
２７ 第１箱状物ストッカドア
２８ 第１供給装置カバー
２９ 昇降フィンガ
３ａ、３ｂ 第２箱状物ストッカ
３０ ピペットチップ箱搬送装置
３１ ピペットチップ用カセット
３２ ピペットチップ箱用昇降装置
３２１ ピペットチップ用フィンガ
３２２ リニアガイド
３２３ ボールねじ
３３ 把持型ロボット
３３０ 逆Ｔ字型フィンガ
３４ 昇降駆動体
３５ モータ
３６ 第２回転カセット台
３７ 第２箱状物ストッカドア
３８ Ｘ軸用ロッドレスシリンダ
３９ ゴミ箱
４ シャトル型搬送ライン
４１ 搬送シャトル
４１１ エアシリンダ
４１２ 搬送台
４１３ ローラ
４１４ ギヤ
４１５ シャトル用モータ
４１６ リニアガイド
４１７ ケーブルガイド
４１８ シャトルフレーム
４２ リニアガイドレール
４３ 分注台
４４ 蓋吸着機
４４１ 吸着パッド
４４２ 取り付け部
４４３ 吸着機フレーム
４４４ 昇降ロッドレスシリンダ
４４５ 蓋閉じ確認センサ
４５ タイミングベルト
４６ ベルト固定具
４７ 基台
４８ ステージ
４９ 仮置き台
５ 水平回動型ロボット
５０ 第１アーム
５１ 第２アーム
５２ フィンガ
５３ Ｘ軸軌道
５４ 胴体
６ 棚
６１ 内側柱
６２ 外側柱
７ 分注機
７１ａ ＸＹ搬送機ａ
７１ｂ ＸＹ搬送機ｂ
７２ 分注ヘッド
７３ チップ置き台
７４ 試薬槽
８ 分析装置
８１ 分析装置サンプル出入口
９ 保温器
９１ 保温器サンプル出入口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、箱状物の自動搬送に関し、詳しくは、臨床検査、生化学検査、創薬試験分野における分析など自動化アッセイ設備において、検体を入れるマイクロプレートなど箱状物を搬送する自動搬送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、臨床検査やイムノアッセイなどでは大量の検体を一定条件下で試薬と混合してその反応状況を各種検査器で分析するための自動化アッセイ装置が利用されている。当初、１検体ごとに手作業で行われていたが、多数の検体を処理するために自動化が試みられ、例えば、特開Ｈ３−５１６７２号公報では無限長ベルトに検体を検体試験管などの容器を多数取り付け、必要な試薬を自動的且つ連続的に注入して反応させ、その変化を検出している。
【０００３】
図１３に従来の、自動化アッセイ装置の一例（特開平１１−２２７９４１号公報）の搬送システム部分を示す。複数の回転棚に人間の手で多数のマイクロプレートを挿入し、これらを分配注入機やワークステーション間を、複数の回転直動型で把持型ロボテック装置を用いて、仮置き台を介して順次受け渡して搬送している。
【０００４】
また、合成医薬、生物化学的医薬の開発の創薬研究分野では、何十万種、何百万種の検体を高速大量処理スクリーニング（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ）するために９６穴（＝ｗｅｌｌ）の小さな穴状の容器を設けたプラスチックス製の８５．５×１２７．８ｍｍ箱状物（マイクロプレート）に検体を自動的に分注入し、このマイクロプレートをロボットを利用して、試薬注入場所や可視光吸収スペクトル分析器、蛍光分析器、化学発光分析器、ラジオアイソトープシンチレーションカウンターなど各種の分析機器、保温器、棚などの所定場所に、昼夜を問わず配送し、バーコード制御システムによる自動的にアッセイする装置が利用されている。さらに、大量の検体を処理するために、同じサイズのマイクロプレートに３８４ｗｅｌｌ、１５３４ｗｅｌｌを設けたものも開発され、細かすぎて人手では分注不可能となるため、自動化の要請がますます高まっている。（ロボット、Ｎｏ．１３７、２０００年１１月号）
【０００５】
【特許文献１】特開平３−５１６７２号公報
【特許文献２】特開平１１−２２７９４１号公報
【非特許文献１】長谷川「コンビナトリアルケミストリー」ｐ１９４−２０３、（株）化学同人（１９９７年）
【非特許文献２】石井、武本、江澤、小菅、八尋、他「ロボット」、Ｎｏ．１３７号（２０００年１１月）Ｐ．２７−４５、（社）日本ロボット工業会編
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在、マイクロプレートへの注入、ロボット搬送、保温、各種分析などのための機器はそれぞれ開発され、コンピュータ制御により部分的に又は複数の機器に渡って自動化されているが、これらを集積すると高価であり、必ずしもハイスループットになっていない、故障が多い、使い方が難しい、運転の柔軟性に乏しいなどの不満が聞かれる。
【０００７】
特に搬送に関しては、ロボット1台のみで前述の各種機器の間を３〜４ｍも移動してマイクロプレートを移送するものや、数台のロボットで順次隣のロボットに受け渡すものもあるため、搬送に時間がかかり、搬送スピードを上げすぎると薬液をこぼしたり、特に検体が細胞の場合は異変を起こすなどの不具合がある。図５に示すように、ロボットはマイクロプレートの細い側面底部に突起した周りぶちを横から把持しなければならないため、把持に失敗して落下させてしまう等の事故が発生している。一度、不具合が発生すると、全システムが止まるだけでなくアッセイ中のサンプルがすべて無駄となったり、薬液をこぼしてアッセイ装置内部に侵入してさらに故障を誘起するなど、損害が大きくなることもあった。さらに、マイクロプレートの薄い物では、蓋部とこの周りぶちとが接触するものもあり、把持することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、搬送の安定性、スループットの向上を目指して鋭意検討を重ねた結果、少なくとも、１又は２以上の蓋付き箱状物を直接積み重ねてカセット内に貯蔵し上から順に供給する箱状物ストッカと、重ねられた前記箱状物の１又は２以上を上から取り出す箱状物取り出し装置と、前記箱状物を１つずつ目的場所に搬送する水平回動型ロボットと、搬送制御装置とからなることを特徴とする箱状物自動搬送システムを開発した。この自動搬送システムには、前記取り出された前記箱状物の１又は2以上を搬送する複数のシャトル型搬送ラインを設けることもできる。
ここで、箱状物ストッカは箱状物取り出し装置と隣り合って配置されるが、水平回動型ロボットとシャトル型搬送ラインとは連結の順番は任意であり、水平回動型ロボットも複数配置してもよい。また、この箱状物ストッカは、薬液処理後の箱状物を取り込んで収納装置として利用することができ、シャトル型搬送ラインは箱状物を往復で搬送することができる。
【０００９】
ここで前記水平回動型ロボットは、前記箱状物を載置する二つのフィンガと、
水平面内を回動する複数のアームとを有し、前記フィンガを水平面内で回動させる旋回手段と、前記二つのフィンガを交互に直線状に往復させる手段と、前記フィンガを昇降させる手段（Ｚ軸）とを有することが好ましい。この水平回動型ロボットは、スカラ型ダブルアームロボットと呼ばれ、前記に動作手段の他に水平回動型ロボット全体を水平直線状に移動させる手段（Ｘ軸）を備えてもよい。
【００１０】
本発明は、前記箱状物が多数の穴を有するマイクロプレートであり、前記目的場所が少なくとも、１又は２以上のピペットによる検体又は試薬を前記多数の穴に注入する分注台と、分析器の投入口であることを特徴とする箱状物自動搬送システムとして利用することもできる。前述の臨床検査、創薬開発用スクリーニング、イムノアッセイなど生化学分野用アッセイ装置の自動搬送システムであってもよい。ここで、ソフトウェアは、本発明の搬送システム制御用プログラムと、既存アッセイ装置のスケジューリングプログラムと組み合わせて構築することができる。
【００１１】
前記の箱状物ストッカは、少なくとも、箱状物を収納ないし取り出し可能なカセットと、１又は２以上積み重ねられている前記箱状物を前記カセットに入ったまま箱状物載置板に載せて昇降させる昇降機と、前記昇降機が前記箱状物を定められた位置に昇降させる手段とを有するものである。ここで前記カセットは、箱状物を積み重ねたまま収納するものであって、カセット上部にある前記箱状物取り出し口と、箱状物ストッカの昇降機の箱状物載置板がカセット下に挿入されてカセット内を昇降するための開口部と、１または２枚の水平回動型ドアと、前記ドアの下側にあって前記カセット底部を貫通して上下に可動に設けたピンと、前記ピンは前記カセット底部から抜け落ちを防ぐストッパを有し、前記カセットは、前記箱状物ストッカ内の凹凸のある置台に置かれた時は前記ピンが自重で下がって前記水平回動型ドアを施錠し、前記箱状物ストッカ外の平板状台に置かれた時は前記ピンが押し上げられて開錠することを特徴としている。また、ドアには止めピンとバネとからなるドアストップを設けてもよいし、ドア上部に箱状物取り出し用の空間を設けることができる。
ここで、この箱状物ストッカに前記カセットは、複数個セットできるようにしてもよい。ここに置かれる箱状物には、検体又は試薬が入っている場合と入っていない場合であってもよい。また、この箱状物ストッカは、カセットの出入り口にドアを設ける他は、天井及び周辺を壁で覆ってもよい。
【００１２】
次に本発明における箱状物取り出し装置は、１又は２以上積み重ねられた同形状の箱状物から、対向する一対の把持部によって前記箱状物の側面を把持することによって、１又は２以上の前記箱状物を取り出す装置であって、前記箱状物は、底部と四辺の側部とからなる容器部と、前記容器部の外側に嵌合する天板部と四辺の側部とからなる蓋部とからなり、前記一対の把持部は、上部に把持駆動部と下部に２つの支持部とを有し、一方の支持部は下方に向けて設け下端に当該支持部から箱側に張り出した凸部によって箱状物の底部側面を圧し、且つ、他方の支持部によって前記蓋部の底部側面と反対側側面を圧して把持した後、目的場所に移送し、把持を解除して載置することを特徴としている。ここで把持部は、棒状であっても平板状であってもよく、また、一方の把持部に1本或いは複数本設けてもよい。これら把持部の表面の箱状物と接触する面は、フッ素ゴム、軟質ポリウレタンなど軟質の高分子材料とすることもできる。
【００１３】
ここで、前記の箱状物取り出し装置は、前記凸部を有する前記支持部の近傍に前記蓋部の高さを検出するセンサが配設されたことを特徴とする。このセンサは、公知の接触式センサが好ましいが、光学式センサであってもよい。また、把持された１又は２以上の前記箱状物が他の積み重ねられた箱状物から離間される手段が、他の積み重ねられた箱状物を降下させる手段であることが好ましい。さらに、前記一対の把持部で１又は２以上の前記箱状物が、把持されて他の積み重ねられた箱状物から離間された直後に、前記把持されていない前記箱状物の他の二辺の下に、前記箱状物側に爪が屈曲した一対のL字型支持部が、挿入され、移送後目的場所で引き出されるようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明のシャトル型搬送ラインは、少なくとも、直線状の一定区間を駆動されて往復する搬送シャトルと、前記搬送シャトルに備えられ箱状物を載置する搬送台と、前記搬送シャトルに備えられ前記搬送台を昇降させる手段と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送シャトルを移動させる駆動源と、前記一定区間内にあって基部の上部に固設され前記搬送シャトルが通過し得る間隙を有する少なくとも１つの箱状物用の載置台とを有することを特徴とする。ここで、前記載置台は、複数のピペットを有する分注機でマイクロプレートに薬液を注入或いは吸引する場所として機能させてもよい。
【００１５】
また、前記搬送台の駆動源が、片面に歯を有し反対面が略平滑である柔軟なベルトを、前記搬送シャトルに固定したモータ部のシャフトに固設した歯車と、前記搬送シャトルに取り付けたローラとで挟み、前記ベルトは長尺状であって両端を基台に固定され、確実にベルトを掴む構造とすることが好ましい。なお、本発明の箱状物搬送システムに、このシャトル型搬送ラインを並列又は直列して複数台取り付けることができる。また、このシャトル型搬送ラインの途中に吸着又は把持によって箱状物の蓋を脱着する手段を1又は２以上、仮置きのための載置台を設けてもよい。
【００１６】
本発明では水平回動型ロボットが処理前ないし処理後の箱状物を収納する棚段にも特徴がある。即ち、天井板と底板とを有する箱状物を収納するための棚段において、多数の棚部を平面円弧状及び高さ方向に多段に配した棚段であって、円弧内側の太さが小さい柱と円弧外側の太さが大きい柱と、前記各柱が前記箱状物の底縁部を載置するための複数の水平方向突起を有し、前記天井板と前記底板間、及び、各柱間に連続した空間が存在していることを特徴とする棚段である。これら柱の断面は任意に形状であるが、各棚は隣の棚との間は、内側は内側で１本の柱を共用し、外側は外側で隣り合う棚同士が１本の柱を共用する。勿論、円弧の両端では共用しない。尚、箱状物の平行な側辺が入るように、各棚の円弧内側柱間の寸法と円弧外側柱間の寸法は等しくしても良いし、又、円弧外側柱間の寸法を狭くして箱状物が円弧の外側に飛び出さない構造としてもよい。
【００１７】
ここで、前記各柱が円柱または円筒状、即ち、断面が円形であって、前記突起が円形の鍔状であることが好ましく、また、同じ柱にある2つの突起間において、前記各柱の前記箱状物に面する側の外径が、上部突起から途中まで同じ太さで、途中から下部突起までが徐々に大きくなっていることを特徴とすることも出来る。
【００１８】
本発明の箱状物搬送システムは、前述の生化学分野のみならず、例えば、食品工業における各種容器の搬送、製品或いは原材料としての箱状物用自動倉庫や自動払い出しシステムなど、多数の箱状物の搬送システムとして応用できる。また、必要ならば、搬送システムを含む全システムをクリーンブースやクリーンルームに納めて無菌状態、無塵状態とすることも出来る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、複数のシャトル型搬送ラインとダブルアーム型水平回動型ロボットとを組み合わせたことにより、従来1台の垂直回動型ロボットが直線線路上を移動して搬送する搬送システムより、3倍から６倍の搬送速度を実現することができた。また、他の従来例である分注機と直交座標型ロボットとの組み合わせと人手による分析器への搬送に比べれば、１０倍以上のスループットの向上を実現することができた。即ち、ダブルアーム型水平回動型ロボットは、１度に２つの箱状物を搬送できるばかりでなく、箱状物が次に送られてくる待ち時間内に搬送してしまい３倍以上の向上が計られたのである。本発明では、シャトル型搬送ラインを通常３ないし５台設けるため、従来１台のロボットが１つの直線線路上を搬送する場合に比べると、水平回動型ロボットアームの動きを合わせると、従来の４から６倍の搬送能力を発揮する。
【００２０】
本発明では、フィンガとアームが水平回動するスカラ型ロボットを採用したため、液体の入ったマイクロプレートなどの箱状物を、常に水平に保ちながら搬送できるため、薬液をこぼすなどの恐れが無くなった。加えて、水平に保たれ、且つ、箱止めを備えるフィンガ上に箱状物を載置するため、従来の把持型フィンガに比べ、マイクロプレートを落下させる事故は皆無となった。これにより、生化学スクリーンシステムの停止事故がなくなり、信頼性が大幅に向上した。
【００２１】
図５に示すように、マイクロプレートには、各辺の長さは規格化されているが、１穴当りの容積を変えるために穴の深さ、即ち、箱状容器の高さが種々異なり、蓋と容器下部とに間の容器側面の露出部ｔに幅があり、標準はｔ＝６ｍｍ程度（蓋付き箱の高さは１５ｍｍ）であるが、中には箱の側部が蓋で全く隠れてしまう（ｔ＝０ｍｍから１５ｍｍ）ものまである。本発明の箱状物取り出し装置は、蓋の高さを検出するセンサを有しているため予め箱の高さを制御装置に入力しておけば、箱状物の底部側面を圧する把持部を常に指定位置に降下させることができ、どんなマイクロプレートにも対応できる。
【００２２】
従来は、取り出し装置が無い場合が多く、その際、人手でキューブと呼ばれる多数の棚にマイクロプレートを１箱ずつ収納し、その後、垂直多関節ロボットがこれらを取りに行く。本発明の箱状物ストッカでは、前工程で積み重ねられ、検体を入れられた多数のマイクロプレートを、直接積み重ねたまま、人手でカセットに入れてこの装置にセットするのみのため、昼夜無人運転をすることができる。
【００２３】
積み重ねた箱状物から１つのマイクロプレートを供給するための従来の装置は、下から２番目のマイクロプレートの側面を把持して、１番下を落とす方法を取っている。これでは、積み重ねの高さにより重さが変わってくるため、特に、高く積んだ場合、把持に失敗し２番目のマイクロプレートも落としてしまう不具合が発生していた。しかし、本発明の箱状物ストッカは、積み重ねた箱状物の一番上のものから取り出すため、常に一定の、且つ、軽い把持力ですむため、把持に失敗するトラブルの発生もなくなった。
【００２４】
本発明のカセットは、ドア施錠用のピンが設けられており、机など平面に置けば開錠されてドアは自由に開閉でき、人手による持ち運び中及び箱状物ストッカ内では施錠されてマイクロプレートなど箱状物が飛び出すことは無い。
【００２５】
本発明の箱状物取り出し装置は、一対の把持部のうち箱状物の底部側面を押圧する把持部側にそのセンサが取り付けられているため、箱の厚みを制御装置に入力しておけば、後者の把持部は正確に前記底部側面に接触する。即ち、積み重ねた箱状物の上方が傾いている場合でも、このセンサの働きで確実に把持に導き、Ｌ字状爪の作用と相まって、マイクロプレートなど箱状物を落下させることは無い。
【００２６】
本発明の棚は、各柱間に連続した空間があるため、水平回動型ロボットのフィンガを挿入することが容易であり、ここへのマイクロプレートの載置が確実となった。また、柱数が少なく全体に簡素な形状で、意匠的に優れている。さらに、従来の縦１列の棚段を円弧状に配置したものに比べ、部品数が少なくコスト的にも有利であり、特に、断面円形の柱の場合は、丸棒或いは肉厚パイプからの切り出しが用意で加工費が安価ですむ。さらに、円形の場合は、万一汚れた場合の清掃も簡単で保守しやすい。
【００２７】
加えて各柱の各鍔間に垂直部分と下に太い傾斜部分を設けたため、箱状物をこの棚に挿入載置した場合、自動的の位置決めされ、次に水平回動型ロボットで取り上げる際も、フィンガ上に正確に載置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に本発明の実施例を記すが、この実施例のみに本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本発明の箱状物自動搬送システム１を組み込んだ自動化アッセイ設備１０を示す。図１に示すように、本発明の箱状物自動搬送システム１とは、箱状物ストッカ２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、箱状物取り出し装置１１、シャトル型搬送ライン４、水平回動型ロボット５、把持型ロボット３３、円弧状棚６からなる一連の箱状物搬送用装置群である。自動化アッセイ設備１０は、この箱状物自動搬送システム１に、分注機７、分析装置８及び保温器９が加えられ、反応時間、保温温度、搬送先場所などをスケジューリングする制御装置をもって構成される。
【００３０】
アッセイの工程を簡単に説明する。検体が入れられた後のマイクロプレート１９は、マイクロプレート用カセット２１に挿入されて第１箱状物ストッカ２ａにセットされ、箱状物取り出し装置１１で取り出され、シャトル型搬送ライン４の一端に受け渡され、蓋が取られて分注台４３に置かれる。一方、ピペットチップの入った箱は、ピペットチップ用カセット３１に重ねて投入され第２箱状物ストッカ３ａ、３ｂにセットされ、把持型ロボット３３で搬送され蓋を取られてチップ置き台７３に置かれる。分注機７は市販品Ｂｉｏｍｅｋ ＦＸ（ベックマンコールター社製）で、ＸＹ搬送機ａ、ｂ（７１ａ、７１ｂ＝矢印で表す）に取り付けられた分注ヘッド７２を移動させて、チップ置き台７３に置かれたチップを分注ヘッド７２に差込み、試薬槽７４で試薬を吸入し前記分注台４３に移動してマイクロプレート１９に注入する。このマイクロプレート１９は、シャトル型搬送ライン４の他端に移送され、次に水平回動型ロボット５で保温機９に挿入され、所定時間反応後、分析装置８で分析し、再びシャトル型搬送ライン４に戻され逆方向に搬送して、箱状物取り出し装置１１で第１箱状物ストッカ２ｂ内のマイクロプレート用カセット２１に回収収納する。この間、保温時間、分析時間が一致しないことが多いので、一時的に仮置きのために棚６に仮置きすることがある。
【００３１】
次に本発明の箱状物自動搬送システム１について一例を説明する。図１には、取り出し装置１１の両側に設置された第１箱状物ストッカ２ａ、２ｂを示したが、図２では片側のみを記して詳細を示す。第１箱状物ストッカ２ａは、厚さ１５ｍｍ穴９６個を有するマイクロプレート１９（図５参照）を５４個積み重ねて入れたマイクロプレート用カセット２１を、第１箱状物ストッカドア２７ａから第１回転カセット台２６ａの所定位置に投入載置する。この第１回転カセット台２６ａは４台のカセットが搭載でき、順次９０度ずつ回転して箱状物取り出し装置１１の下にカセットを移送する。第１箱状物ストッカ２ａの中央部にはマイクロプレート昇降機２０が積み重なったマイクロプレート１９を下から押し上げ、箱状物取り出し装置１１の箱状物把持機１2によってマイクロプレート１９が1個ずつ取りだされ、取り出される毎に１つ分押し上げる様に制御される。マイクロプレート昇降機２０は、箱状物取り出し装置１１基部に固定されたモータ２５によって回転するボールねじ２３を軸に昇降駆動体２４がリニアガイド２２に沿って昇降し、この昇降駆動体２４に固定された昇降フィンガ２９が積み重ねられたマイクロプレート１９の最下のものの底に接して下から押し上げる。このマイクロプレート昇降機２０は、必要に応じ一部または全体の高さを自由に上昇、降下することができる。
【００３２】
図５にマイクロプレート１９を示す。（ａ）はその側面図で、（ｂ）は容器部１９１平面図である。種類によっては厚みが異なるため収納される数が異なるが、ここではサイズが８５．５×１２７．７×１５．０ｍｍ、９６穴の標準マイクロプレート１９を用い、検体が入れられた後のマイクロプレート１９をマイクロプレート用カセット２１に５４段に積み重ねて収納し、この４台を第１箱状物ストッカ２ａ中にセットする。図１の第１箱状物ストッカ２ｂは、試験が終わり箱状物取り出し装置１１で返送されたマイクロプレート１９を収納するストッカである。従って、前述と全く逆の動作によりマイクロプレート用カセット２１内に試験済みマイクロプレート１９を積み重ね、1つのマイクロプレート用カセット２１が一杯になれば第１回転カセット台２６が９０度回転して次の空のマイクロプレート用カセット２１がセットされる。第１箱状物ストッカ２ｂも第１箱状物ストッカ２ａと同様な構造をしている。
【００３３】
図3は、マイクロプレート１９を把持する箱状物取り出し装置１１の斜視図である。フレーム１３に水平ロッドレスエアシリンダ支持部１３１を介して水平ロッドレスエアシリンダ可動部１３２が取り付けられ、これに昇降ロッドレスエアシリンダ１３４が取り付けられ、この昇降ロッドレスエアシリンダ１３４に箱状物把持機１２が取り付けられる。箱状物保持機１２には、水平に細長い底チャック部１２２を先端横の箱側に取りつけた底把持部１２１と、垂直に設けた2本の丸棒である蓋チャック部１２４を固定した蓋把持部１２３と、これらチャック部１２２、１２４を開閉する左右チャック用アクチュエータ１２５が取り付けられている。箱状物把持機１２に取り付けられた２つの爪把持部１２７は、爪把持用アクチュエータ１２８により駆動され、図３で示した底チャック部１２２、蓋チャック部１２４とは９０度異なるマイクロプレート１９の辺を把持する。２つの爪把持部１２７の下部先端には、それぞれ内向きに屈曲したＬ字状爪１２９が取り付けられ、マイクロプレート１９の下に、本図に向かって左と右とから近づくように移動してこれを把持する。
【００３４】
図４は、箱状物保持機１２の一部分である左右チャック用アクチュエータ１２５側から見た断面図で、マイクロプレート１９を把持して取り出す状態を示す。底把持部１２１と蓋把持部１２３とを開いた状態で箱状物保持機１２を降下させると、蓋用センサ１２６はマイクロプレート蓋１９２の上面を検知し降下停止する。尚、マイクロプレート１９は、第１箱状物ストッカ２ａのマイクロプレート昇降機２０がすでに所定位置に押し上げている。マイクロプレート蓋部１９２を蓋チャック部１２４が、又、マイクロプレート容器部１９１の外部側面底部１９３を底チャック部１２２が把持し、マイクロプレート昇降機２０が他の積み重なったマイクロプレート１９を少しさげる。底チャック部１２２及び蓋チャック部１２４のマイクロプレート１９に接触する部分は、軟質ゴム状プラスチックスが嵌めこまれ把持を確実にしている。
【００３５】
次に図3に示す2つの爪把持部１２７がマイクロプレート１９の下にＬ字状爪１２９が把持するように挿入され、搬送中のマイクロプレート１９の落下を防止する。昇降ロッドレスエアシリンダ１３４が箱状物把持機１２を上昇させ、所定の高さまで来たら水平ロッドレスエアシリンダ１３２により、シャトル型搬送ライン４の端のステージ４８（図２）上に移送し、マイクロプレートを降下させてステージ４８上に載置する。尚、薬液処理済マイクロプレート１９が返送されて来た時は、第１箱状物ストッカ２ｂ側のステージ４８上に置かれ、箱状物把持機１２に掴まれて反対向きに移送され、第１箱状物ストッカ２ｂのマイクロプレート用カセット２１に収納される。
【００３６】
図６は、第１箱状物ストッカ２ａ、２ｂ用のマイクロプレート用カセット２１，及び第２箱状物ストッカ３ａ、３ｂ用のピペットチップ用カセット３１を示す。略四角形のカセット上枠２１７とカセット下枠２１５との間をそれら枠３辺に配した６本の金属パイプ２１４でこれらを固定し、カセット上枠２１７には取手２１８を取り付ける。カセット下枠２１５の他の１辺の両脇に小さいドアを設け、ドア上部２２２とドア下部２２３とを上下の枠２１７，２１５に連結し、観音開きとした。ドア下部２２３の先端にドア爪２２４をつけ、また、カセット下枠２１５のドア下部２２３が閉まった状態の外側に、穴をあけここに上端と下端にストッパ２１２をつけたピン２１１を、自重で自由に下がるように嵌め合わせた。図７左図（ａ）のように、平板状の台の置けばピン２１１は押し上げられて、ピン２１１の軸より外径の大きいストッパ２１２はドア爪２２４の上に出て、ドア下部２２３は自由に開閉する。他方、図７（ｂ）のように、カセットを持ち上げるとピン２１１は落ちてストッパ２１２がドア爪２２４を隠してドア下部２２３の開放を防止する。また、ドア下部２２３にはカセット下枠２１５との間にスプリング２２５を渡しドアストップを設けた。
【００３７】
図８に、シャトル型搬送ライン４の一部省略側面図を示す。基台４７にリニアガイドレール４２を敷設し、これに嵌合しているリニアガイド４１６に、ギヤ４１４を取り付けたシャトル用モータ４１５とローラ４１３と上向きエアシリンダ４１１とを搬送シャトル４１を取り付ける。ギヤ４１４とローラ４１３との間に直線状のタイミングベルト４５を嵌め合わせ、その両端は基台両端のベルト固定具４６に固定し、エアシリンダ４１１のロッド上部に搬送台４１２を固定する。タイミングベルト４５は表が平滑面で裏側に歯形が成形されているので、モータが回転するとタイミングベルト４５の歯形とギヤ４１４が噛み合って搬送シャトル４１が自走する。シャトル用モータ４１５はステッピングモータを用いているのでパルス信号で回転が制御され、搬送シャトル４１は自在に移動停止できる。シャトル型搬送ライン４の左右端にステージ４８と、その中央に各搬送ラインに３台で３ライン合計９台の分注台４３と、分注台４３とステージ４８の間に仮置き台４９とが、取り付けられている。
【００３８】
ステージ４８と仮置き台４９とは同じ形状をしており、各台の上の面は、マイクロプレート容器部１９１の底四隅を支持するように四辺の中央が切られて４分割されており、各台の上の面にはプラスチックス製釣鐘状の箱止めが取り付けられている。また、搬送台４１２は十字状になっており、各台の位置で自由に昇降することができる。また、十字状の搬送台４１２の４つの先端は上に向けて屈曲されており、マイクロプレート１９が飛び出さない様に配慮されている。
【００３９】
シャトル型搬送ライン４の右端に取り付けられたステージ４８に、箱状物取り出し装置１１（図２参照）が、マイクロプレート１９を置くと、搬送シャトル４１が右のステージ４８の下に移動し、搬送台４１２を上昇させてマイクロプレート１９を持ち上げて載置した後、そのまま図８左方向に進み、蓋吸着機４４の下で停止する。
【００４０】
蓋吸着機４４は、吸着機フレーム４４３に取り付けた昇降用ロッドレスシリンダ４４４と取り付け部４４２を介して４基の吸着パッド４４１と蓋閉じ確認センサ４４５を有している。吸着パッド４４１が降下してマイクロプレート蓋１９２を吸着すると減圧度が変わり、吸着していることが解るので、昇降用ロッドレスシリンダ４４４を上昇させて蓋を開ける。尚、蓋閉じ確認センサ４４５はマイクロプレート蓋１９２を閉める際、マイクロプレート容器部１９１に嵌め合わせに失敗すると蓋位置が高くなるのでこれを検出するが、蓋嵌め失敗が無い場合は取り付けなくてもよい。
【００４１】
マイクロプレート蓋１９２を取り外したマイクロプレート容器部１９１は、搬送台４１２が高い位置のまま搬送シャトル４１によって運ばれ仮置き台４９で停止し、搬送台４１２が下がって仮置き台４９に載置される、分注機７のＸＹ搬送機７１ａにより分注台４３に搬送される。分注台４３でマイクロプレートの各穴１９４に試薬が注入され仮置き台４９に返送されると、搬送台４１２は再び上昇してマイクロプレート容器部１９１を載置して図面右側に移動し、蓋吸着機４４の位置に停止し、マイクロプレート蓋１９２をかぶせる。尚、分注台４３は１列のシャトル型搬送ライン４に３基備え３ラインで合計９台が備えられている。
【００４２】
マイクロプレート蓋１９２を被されたマイクロプレート１９を載せた搬送シャトル４１は、エアシリンダ４１１を低い位置に下げた後、分注台４３の下を通って図面左端に移動して停止し、搬送台４１２を昇降させて左側のステージ４８にこれを載置する。次に、本実施例の水平回動型ロボット５がそのフィンガ５２をステージ４８の下に挿入し、水平回動型ロボット５のＺ軸を上昇させて運ばれてきたマイクロプレート１９をフィンガ５２に載置し次工程に搬送する。図９に示すように、このシャトル型搬送ライン４は３列あり、図面左側にも蓋吸着機４４を各列にもう１台有しているので全部で６台設置している。また、分注ヘッド７２は２基有るので、前述と同様な方法により図面左側からも、分注作業、マイクロプレート蓋１９２の開け閉め作業を行うことができる。尚、図３に示した箱状物取り出し装置１１は、マイクロプレート１９を中央の搬送シャトル４１には置かないが、水平回動型ロボット５が図７左端で３台の搬送シャトル４１のいずれにも載置できるので、搬送作業、マイクロプレート蓋１９２の開け閉め、分注作業は効率よくできる。
【００４３】
ここで分注ヘッド７２に取り付けるピペットチップ箱搬送装置について説明する。すでに図1で簡単に示したように、このピペットチップ箱搬送装置は、ピペットチップ用カセット６台の入った第2箱状物ストッカ３ａ、３ｂと、左右２台の把持型ロボット３３と、左右の２台のチップ置き台７３とから構成される。
【００４４】
図１１では、ピペットチップ箱が、第2箱状物ストッカ３ａからチップ置き台７３に置かれる過程を図示してある。プラスチックス製のラッパ状のピペットチップ９６本が、マイクロプレートの各穴１９４に対応するように、直立して８列１２行に並べられて１箱（不図示）に入っており、箱のサイズは幅８６ｍｍ、長さ１２８ｍｍ、高さ５８ｍｍである。このピペットチップ箱14個が積み重ねられて入ったピペットチップ用カセット３１が、第2箱状物ストッカドア３７から投入されて最大6台の第２回転台３６にセットされ、１８０度回転した位置に停止して、ピペットチップ箱用昇降装置３２が積み重ねられた箱の下から押し上げて所定の高さで停止する。尚、ピペットチップ箱用昇降装置３２は第１箱状物ストッカ２ａのマイクロプレート昇降機２０と同じ構造で、モータ３５の回転するボールねじ３２３に嵌め合った昇降駆動体３４が、１本の縦型リニアガイド３２２に導かれてピペットチップ箱用フィンガ３２１を昇降させ、積み重ねられた箱は一番下から支持されて昇降する。
【００４５】
次に同じく図１１に示すように、３軸からなる把持型ロボット３３が伸張して、先端の２つの把持用逆Ｔ字型フィンガ３３０で、ピペットチップ用カセット３１上に押し上げらているピペットチップ箱の本体側面を挟み、この把持型ロボット３３の先端部に取り付けてある吸着口（不図示）で蓋を吸着し、この先端部に取り付けられたエアシリンダで垂直に少し上昇させ、一端Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８上に収縮した後Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８上を図１１下方向に移動して停止し、再び伸張してチップ置き台７３に搬送し載置する。吸着している蓋は、この把持型ロボット３３収縮した位置の下に用意されているゴミ箱３９に落とす。分注ヘッド７２がピペットチップを持ち去った後の空き箱は、この把持型ロボット３３が把持してゴミ箱３９上に搬送しすてる。尚、把持型ロボット３３は、Ｘ軸用ロッドレスシリンダ３８で駆動されるＸ軸を有し、水平に（図１１の上下方向）に移動できる。
【００４６】
図９は、図８の仮置き台４９位置のＡ−Ａ´断面での立面図である。シャトル型搬送ライン４は３台あり、分注台４３は１ライン当り２基であるから全部で６基ある。図９には、リニアガイドレール４２上に乗ったリニアガイド４１６と、これに固定されたシャトルフレーム４１８にシャトル用モータ４１５、その軸に固定されたギヤ４１４、タイミングベルト４５（不図示）を挟むように取り付けられたローラ４１３、搬送台４１２とこれを持ち上げるエアシリンダ４１１、エア配管、動力線、信号線を案内するケーブルガイド４１７の配置が示されている。
【００４７】
図１０は、水平回動型ロボット５によるマイクロプレート１９の搬送状況を示す平面図である。本実施例では水平回動型ロボット５としてローツェ株式会社製搬送ロボットＲＲ７０１を用いた。水平回動型ロボット５は、第１アーム５０と第２アーム５１とフィンガ５２とからなるアーム体２本を有し、それぞれ水平面内で回動し、２つのフィンガ５２は高低差をもって重なって同一垂直平面内を水平に直線運動し、胴体５４は旋回運動とＺ軸昇降運動をし、さらに前記シャトル型搬送ライン４に直角に水平回動型ロボット５全体を移動させるＸ軸軌道を有している。但し、フィンガ５２はその周囲に高さ８ｍｍ直径６ｍｍの６個のプラスチック製釣鐘状突起を取り付けた進行方向に長い長方形で、ここに載置したマイクロプレート１９が落ちず、且つ、ステージ４８と干渉しない構造となっている。この水平回動型ロボット５は、マイクロプレート１９の置かれたステージ４８の下にフィンガ５２を挿入し、胴体５４をＺ軸方向に持ち上げてマイクロプレート１９をすくい上げるようにフィンガ５２の上に載置する。搬送して目的載置台の上方に到着すると、Ｚ軸方向に胴体５４を降下させ、フィンガ５２からマイクロプレート１９を目的場所に載置する。ここで目的場所とは、棚６、分析装置サンプル出入り口８１、保温器サンプル出入り口９１及び各ステージ４８である。
【００４８】
水平回動型ロボット５は、搬送シャトル型４１で送られてきた薬液入りのマイクロプレート１９を下からすくい上げるようにして一方のフィンガ５２上に載置し、旋回して保温器９方向に向かう。保温器サンプル出入口９１に所定時間処理が終わって出てきたサンプルのマイクロプレート１９を、他方のフィンガ５２に載置して取り出し、代わりに運んできた新しいサンプルのマイクロプレート１９を挿入する。保温器（Ｃｙｔｏｍａｔ６０００）は、自動的にサンプルを１箱づつ投入しても自動的に所定時間、一定温度で処理して１箱づつ出庫する。次に、旋回して分析装置（１４３０ＶｉｅｗＬｕｘＩ／Ｆ）のサンプル出入口８１の方向に向かい、空いたフィンガ５２を伸張して分析済みサンプルマイクロプレート１９を取り出し、保温器から取り出した処理済サンプルマイクロプレート１９を挿入する。尚、分析するためにはマイクロプレートの蓋１９２を取り外さなければならないので、分析装置サンプル出入口８１にも蓋吸着機４４が備えられている。取り出した分析済みサンプルマイクロプレート１９は、シャトル型搬送ライン４の返送用のステージ４８に載置する。尚、処理前サンプルマイクロプレート１９は、保温器９の順番待ち、あるいは保温器９からの出庫と分析装置８へのタイミングが合わない時は、棚６に一時的に保管し、順番を待って分析される。
【００４９】
図１２（ａ）は、本発明の棚６の構造を示す平面図である。図１２（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ´での断面図である。棚底６４と天井６３との間に、複数の細い内側柱６１と複数の太い外側柱６２とを同本数それぞれ同心の円弧状に配置してある。それぞれの柱の形状は内外とも棚１段分は、上から円柱部６５と円台形部６６と鍔部６７とが繋がっており、鍔部６７の上面に、マイクロプレート１９の底の外縁隅部が載る。従って、２個の内側柱６１の円台形部６６下部との間と、２個の外側柱６２の円台形部６６下部との間との寸法は同じでマイクロプレート１９の幅よりわずかに長く、内側柱６１と外側柱６２との中心間寸法はマイクロプレート１９の長さよりわずかに短く設計してあり、そこに１個のマイクロプレート１９が載置される。外側柱６２のさらに外側には、マイクロプレート１９が突き抜けて落ちるのを防止するための箱止め６８が備えられている。
【００５０】
マイクロプレート１９は、水平回動型ロボット５のフィンガ５２上に載置されたまま、図１２の棚６の２つ内側柱６１の円柱部６５間を外側柱６２付近まで挿入され、フィンガ５２が降下すると、マイクロプレート１９の４つの底の外縁隅部が鍔部６７上に置かれる。逆にマイクロプレート１９を取り出す際は、空のフィンガ５２を、２つの円柱部６５間に挿入して６個のプラスチック製釣鐘状突起がマイクロプレート１９の外縁部外の下に来るように停止し、次に上昇させてこれを載置し、ロボット５側にフィンガを引く。ついで目的場所にロボット５がそのマイクロプレート１９を搬送する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の箱状物自動搬送システムを組み込んだ自動化アッセイ設備の概略平面図である。
【図２】本発明の箱状物ストッカの一部平面図である。
【図３】本発明の箱状物取り出し装置の切り欠き斜視図である。
【図４】本発明の箱状物取り出し装置の断面図である。
【図５】本発明の各種マイクロプレートの側面図、平面図である。
【図６】本発明のカセットの斜視図である。
【図７】本発明のカセット底部の側面図である。
【図８】本発明のシャトル型搬送ラインの一部省略側面図である。
【図９】本発明のシャトル型搬送ラインの側面図である。
【図１０】本発明の水平回動型ロボットの搬送状況を示す平面図である。
【図１１】本発明のピペットチップ配送装置の一部平面図である。
【図１２】本発明の棚の平面図と側面図である。
【図１３】従来の箱状物搬送システムを有する自動化アッセイ装置の斜視図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 箱状物自動搬送システム
１０ 自動化アッセイ設備
１１ 箱状物取り出し装置
１２ 箱状物把持機
１２１ 底把持部
１２２ 底チャック部
１２３ 蓋把持部
１２４ 蓋チャック部
１２５ 左右チャック用アクチュエータ
１２６ 蓋用センサ
１２７ 爪把持部
１２８ 爪把持用アクチュエータ
１２９ Ｌ字状爪
１３ フレーム
１３１ 水平ロッドレスエアシリンダ支持部
１３２ 水平ロッドレスエアシリンダ可動部
１３３ ケーブルガイド
１３４ 昇降ロッドレスエアシリンダ
１９ マイクロプレート
１９１ マイクロプレート容器部
１９２ マイクロプレート蓋
１９３ マイクロプレート底部
１９４ 穴
２ａ、２ｂ 第１箱状物ストッカ
２０ マイクロプレート昇降機
２１ マイクロプレート用カセット
２１１ ピン
２１２ ストッパ
２１３ カセットドア
２１４ パイプ
２１５ カセット下枠
２１６ マイクロプレート置き台
２１７ カセット上枠
２１８ 取手
２１９ ドアパイプ
２２ リニアガイド
２２０ 下部開口部
２２１ 上部開口部
２２２ ドア上部
２２３ ドア下部
２２４ ドア爪
２２５ スプリング
２３ ボールねじ
２４ 昇降駆動体
２５ モータ
２６ 第１回転カセット台
２７ 第１箱状物ストッカドア
２８ 第１供給装置カバー
２９ 昇降フィンガ
３ａ、３ｂ 第２箱状物ストッカ
３０ ピペットチップ箱搬送装置
３１ ピペットチップ用カセット
３２ ピペットチップ箱用昇降装置
３２１ ピペットチップ用フィンガ
３２２ リニアガイド
３２３ ボールねじ
３３ 把持型ロボット
３３０ 逆Ｔ字型フィンガ
３４ 昇降駆動体
３５ モータ
３６ 第２回転カセット台
３７ 第２箱状物ストッカドア
３８ Ｘ軸用ロッドレスシリンダ
３９ ゴミ箱
４ シャトル型搬送ライン
４１ 搬送シャトル
４１１ エアシリンダ
４１２ 搬送台
４１３ ローラ
４１４ ギヤ
４１５ シャトル用モータ
４１６ リニアガイド
４１７ ケーブルガイド
４１８ シャトルフレーム
４２ リニアガイドレール
４３ 分注台
４４ 蓋吸着機
４４１ 吸着パッド
４４２ 取り付け部
４４３ 吸着機フレーム
４４４ 昇降ロッドレスシリンダ
４４５ 蓋閉じ確認センサ
４５ タイミングベルト
４６ ベルト固定具
４７ 基台
４８ ステージ
４９ 仮置き台
５ 水平回動型ロボット
５０ 第１アーム
５１ 第２アーム
５２ フィンガ
５３ Ｘ軸軌道
５４ 胴体
６ 棚
６１ 内側柱
６２ 外側柱
７ 分注機
７１ａ ＸＹ搬送機ａ
７１ｂ ＸＹ搬送機ｂ
７２ 分注ヘッド
７３ チップ置き台
７４ 試薬槽
８ 分析装置
８１ 分析装置サンプル出入口
９ 保温器
９１ 保温器サンプル出入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも
１又は２以上の蓋付き箱状物を直接積み重ねてカセット内に貯蔵し上から順に供給する箱状物ストッカと、
重ねられた前記箱状物の１又は２以上を上から取り出す箱状物取り出し装置と、
前記箱状物を１つずつ目的場所に搬送する水平回動型ロボットと、
搬送制御装置と
からなることを特徴とする箱状物自動搬送システム。
【請求項２】
前記取り出された前記箱状物を１又は２以上を搬送する複数のシャトル型搬送ラインを有することを特徴とする請求項１の箱状物自動搬送システム。
【請求項３】
前記水平回動型ロボットは、
前記箱状物を載置する二つのフィンガと、
水平面内を回動する複数のアームとを有し、
前記フィンガを水平面内で回動させる旋回手段と、
前記二つのフィンガを交互に直線状に往復させる手段と、
前記フィンガを昇降させる手段とを有することを特徴とする、
請求項１又は２いずれかに記載の箱状物自動搬送システム。
【請求項４】
前記箱状物が多数の穴を有するマイクロプレートであり、
前記目的場所が少なくとも、
１又は２以上のピペットによる薬液を前記多数の穴に注入する分注台と、
検査器の投入口であることを特徴とする、
請求項１から３いずれかに記載の箱状物自動搬送システム。
【請求項５】
少なくとも、
箱状物を収納ないし取り出し可能なカセットと、
１又は２以上積み重ねられている前記箱状物を前記カセットに入ったまま箱状物載置板に載せて昇降させる昇降機と、
前記昇降機が前記箱状物を定められた位置に昇降させる手段とを有することを特徴とする、箱状物ストッカ。
【請求項６】
箱状物を積み重ねたまま収納するためのカセットにおいて、
カセット上部にある前記箱状物取り出し口と、
箱状物ストッカの昇降機の箱状物載置板がカセット下に挿入されてカセット内を昇降するための開口部と、
１または２枚の水平回動型ドアと、
前記ドアの下側にあって前記カセット底部を貫通して上下に可動に設けたピンと、
前記ピンは前記カセット底部から抜け落ちを防ぐストッパを有し、
前記カセットは、前記箱状物ストッカ内の凹凸のある置台に置かれた時は前記ピンが自重で下がって前記水平回動型ドアを施錠し、前記箱状物ストッカ外の平板状台に置かれた時は前記ピンが押し上げられて開錠することを特徴とするカセット。
【請求項７】
１又は２以上積み重ねられた同形状の箱状物から、対向する一対の把持部によって前記箱状物の側面を把持することによって、１又は２以上の前記箱状物を取り出す箱状物取り出し装置において、
前記箱状物は、底部と四辺の側部とからなる容器部と、前記容器部の外側に嵌合する天板部と四辺の側部とからなる蓋部とからなり、
前記一対の把持部は、上部に把持駆動部と下部に２つの支持部とを有し、一方の支持部は下方に向けて設け下端に当該支持部から箱側に張り出した凸部によって箱状物の底部側面を圧し、且つ、他方の支持部によって前記蓋部の底部側面と反対側側面を圧して把持した後、目的場所に移送し、把持を解除して載置することを特徴とする箱状物取出装置。
【請求項８】
凸部を有する前記支持部の近傍に前記箱状物の蓋部の高さを検出するセンサが配設されたことを特徴とする、請求項７記載の箱状物取出装置。
【請求項９】
前記一対の把持部で１又は２以上の前記箱状物が、把持されて他の積み重ねられた箱状物から離間された後に、前記把持されていない前記箱状物の二辺の下に、前記箱状物側に爪が屈曲した一対のL字型支持部が挿入され、目的場所でL字型支持部が引き出されることを特徴とする、請求項７または８いずれかに記載の箱状物取出装置。
【請求項１０】
把持された１又は２以上の前記箱状物が他の積み重ねられた箱状物から離間される手段が、他の積み重ねられた箱状物を降下させる手段であることを特徴とする、請求項７から９いずれかに記載の箱状物取出装置。
【請求項１１】
少なくとも、
直線状の一定区間を駆動されて往復する搬送シャトルと、
前記搬送シャトルに備えられ箱状物を載置する搬送台と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送台を昇降させる手段と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送シャトルを移動させる駆動源と、
前記一定区間内にあって基部の上部に固設され前記搬送シャトルが通過し得る間隙を有する少なくとも１つの箱状物用の載置台と、
を有することを特徴とするシャトル型搬送ライン。
【請求項１２】
前記搬送シャトルの前記駆動源が、
片面に歯を有し反対面が略平滑である柔軟なベルトを、前記搬送シャトルに固定したモータ部のシャフトに固設した歯車と、前記搬送シャトルに取り付けたローラとで挟み、
前記ベルトは長尺状であって両端を基台に固定されていることを特徴とする、請求項１１記載のシャトル型搬送ライン。
【請求項１３】
天井板と底板とを有する箱状物を収納するための棚段において、
多数の棚部を平面円弧状及び高さ方向に多段に配した棚段であって、
円弧内側の太さが小さい柱と円弧外側の太さが大きい柱と、
前記各柱が前記箱状物の底縁部を載置するための複数の水平方向突起を有し、
前記天井板と前記底板間、及び、各柱間に連続した空間が存在していることを特徴とする棚段。
【請求項１４】
前記各柱の断面が円形であって、
前記突起が円形の鍔であることを特徴とする請求項１３の棚段。
【請求項１５】
前記各柱が、同じ柱の2つの突起間において、
各前記柱の前記箱状物に面する側の太さが、上部突起から途中部まで同じ太さで、前記途中部から下に突起の上面まで徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１３又は１４いずれかの棚段。
【請求項１】
少なくとも
１又は２以上の蓋付き箱状物を直接積み重ねてカセット内に貯蔵し上から順に供給する箱状物ストッカと、
重ねられた前記箱状物の１又は２以上を上から取り出す箱状物取り出し装置と、
前記箱状物を１つずつ目的場所に搬送する水平回動型ロボットと、
搬送制御装置と
からなることを特徴とする箱状物自動搬送システム。
【請求項２】
前記取り出された前記箱状物を１又は２以上を搬送する複数のシャトル型搬送ラインを有することを特徴とする請求項１の箱状物自動搬送システム。
【請求項３】
前記水平回動型ロボットは、
前記箱状物を載置する二つのフィンガと、
水平面内を回動する複数のアームとを有し、
前記フィンガを水平面内で回動させる旋回手段と、
前記二つのフィンガを交互に直線状に往復させる手段と、
前記フィンガを昇降させる手段とを有することを特徴とする、
請求項１又は２いずれかに記載の箱状物自動搬送システム。
【請求項４】
前記箱状物が多数の穴を有するマイクロプレートであり、
前記目的場所が少なくとも、
１又は２以上のピペットによる薬液を前記多数の穴に注入する分注台と、
検査器の投入口であることを特徴とする、
請求項１から３いずれかに記載の箱状物自動搬送システム。
【請求項５】
少なくとも、
箱状物を収納ないし取り出し可能なカセットと、
１又は２以上積み重ねられている前記箱状物を前記カセットに入ったまま箱状物載置板に載せて昇降させる昇降機と、
前記昇降機が前記箱状物を定められた位置に昇降させる手段とを有することを特徴とする、箱状物ストッカ。
【請求項６】
箱状物を積み重ねたまま収納するためのカセットにおいて、
カセット上部にある前記箱状物取り出し口と、
箱状物ストッカの昇降機の箱状物載置板がカセット下に挿入されてカセット内を昇降するための開口部と、
１または２枚の水平回動型ドアと、
前記ドアの下側にあって前記カセット底部を貫通して上下に可動に設けたピンと、
前記ピンは前記カセット底部から抜け落ちを防ぐストッパを有し、
前記カセットは、前記箱状物ストッカ内の凹凸のある置台に置かれた時は前記ピンが自重で下がって前記水平回動型ドアを施錠し、前記箱状物ストッカ外の平板状台に置かれた時は前記ピンが押し上げられて開錠することを特徴とするカセット。
【請求項７】
１又は２以上積み重ねられた同形状の箱状物から、対向する一対の把持部によって前記箱状物の側面を把持することによって、１又は２以上の前記箱状物を取り出す箱状物取り出し装置において、
前記箱状物は、底部と四辺の側部とからなる容器部と、前記容器部の外側に嵌合する天板部と四辺の側部とからなる蓋部とからなり、
前記一対の把持部は、上部に把持駆動部と下部に２つの支持部とを有し、一方の支持部は下方に向けて設け下端に当該支持部から箱側に張り出した凸部によって箱状物の底部側面を圧し、且つ、他方の支持部によって前記蓋部の底部側面と反対側側面を圧して把持した後、目的場所に移送し、把持を解除して載置することを特徴とする箱状物取出装置。
【請求項８】
凸部を有する前記支持部の近傍に前記箱状物の蓋部の高さを検出するセンサが配設されたことを特徴とする、請求項７記載の箱状物取出装置。
【請求項９】
前記一対の把持部で１又は２以上の前記箱状物が、把持されて他の積み重ねられた箱状物から離間された後に、前記把持されていない前記箱状物の二辺の下に、前記箱状物側に爪が屈曲した一対のL字型支持部が挿入され、目的場所でL字型支持部が引き出されることを特徴とする、請求項７または８いずれかに記載の箱状物取出装置。
【請求項１０】
把持された１又は２以上の前記箱状物が他の積み重ねられた箱状物から離間される手段が、他の積み重ねられた箱状物を降下させる手段であることを特徴とする、請求項７から９いずれかに記載の箱状物取出装置。
【請求項１１】
少なくとも、
直線状の一定区間を駆動されて往復する搬送シャトルと、
前記搬送シャトルに備えられ箱状物を載置する搬送台と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送台を昇降させる手段と、
前記搬送シャトルに備えられ前記搬送シャトルを移動させる駆動源と、
前記一定区間内にあって基部の上部に固設され前記搬送シャトルが通過し得る間隙を有する少なくとも１つの箱状物用の載置台と、
を有することを特徴とするシャトル型搬送ライン。
【請求項１２】
前記搬送シャトルの前記駆動源が、
片面に歯を有し反対面が略平滑である柔軟なベルトを、前記搬送シャトルに固定したモータ部のシャフトに固設した歯車と、前記搬送シャトルに取り付けたローラとで挟み、
前記ベルトは長尺状であって両端を基台に固定されていることを特徴とする、請求項１１記載のシャトル型搬送ライン。
【請求項１３】
天井板と底板とを有する箱状物を収納するための棚段において、
多数の棚部を平面円弧状及び高さ方向に多段に配した棚段であって、
円弧内側の太さが小さい柱と円弧外側の太さが大きい柱と、
前記各柱が前記箱状物の底縁部を載置するための複数の水平方向突起を有し、
前記天井板と前記底板間、及び、各柱間に連続した空間が存在していることを特徴とする棚段。
【請求項１４】
前記各柱の断面が円形であって、
前記突起が円形の鍔であることを特徴とする請求項１３の棚段。
【請求項１５】
前記各柱が、同じ柱の2つの突起間において、
各前記柱の前記箱状物に面する側の太さが、上部突起から途中部まで同じ太さで、前記途中部から下に突起の上面まで徐々に大きくなっていることを特徴とする請求項１３又は１４いずれかの棚段。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−１７７８１７（Ｐ２００６−１７７８１７Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３７２２５２（Ｐ２００４−３７２２５２）
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（５９１２１３２３２）ローツェ株式会社 (33)
【出願人】（３０２０３３１２６）アイ・エス・テクノロジー株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２２日（２００４．１２．２２）
【出願人】（５９１２１３２３２）ローツェ株式会社 (33)
【出願人】（３０２０３３１２６）アイ・エス・テクノロジー株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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