(57)【要約】【課題】内部にロボットアームが配置されている密閉された作業領域の内部に、ロボットアームを活用して消耗材料等をより効率的に供給できる機構を提供する。【解決手段】ラック３１を、基部３２の一方の面側に、収容ボックス２４を４個収めるため金属製のフレームで構成した収容部３３を配置し、他方の面側に取っ手３４を２つ配置して構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部が金属薄膜を主材料とするフィルムで覆われて密閉された状態で、滅菌されている消耗材料を内蔵したボックスを、密閉されて滅菌状態にある作業領域及びその内部に配置されるロボットアームを備える作業装置に供給するためのボックス供給ユニットであって、
板状の基部と、
この基部の一方の面側に配置され、前記ボックスの複数が直線状に並び、且つ前記フィルムが表を向く状態でフレーム内に収容する収容部と、
前記複数個のボックスを収容した後に、前記フレームに前記フィルム部分を覆わない状態で取り付け固定されて、前記ボックスの脱落を防止する抑え部材と、
前記基部の他方の面側に配置される、１つ以上の取っ手とを備えるボックス供給ユニット。
【請求項２】
前記抑え部材の上面に配置され、前記フィルムに対応する部分が開口した形状のシーリング材を備え、
前記作業装置に設置された際に、前記シーリング材が前記作業装置側の開口部の周辺部に当接することで、前記フィルムが前記作業領域の内部に臨む部分以外を気密状態にする請求項１記載のボックス供給ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滅菌されている消耗材料を内蔵するボックスを、密閉されて滅菌状態にある作業領域及びその内部に配置されるロボットアームを備える作業装置に供給するためのボックス供給ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細胞培養などの作業は、アイソレータやグローブボックスと称される滅菌状態の作業室に接続されて前記室内に突き出ているグローブに、外部から作業者が手を入れて行うものが一般的であった。このような作業室内に外部より消耗材料を供給する際には、滅菌状態を維持しながら手作業で供給する必要があるため、その作業が非常に煩雑なものであった。
【０００３】
例えば、アイソレータにパスボックスを隣接させて配置し、互いの境界部分を開閉可能とする。そして、梱包された消耗材料を開梱室内でグローブを介した手作業により開梱し、パスボックスに収容して滅菌処理した後、境界部分をオープンにして消耗材料をパスボックスからアイソレータ内に同じくグローブを介した手作業で供給する、といった作業手順になる。場合によっては、複数のパスボックスを経由させることになる。
【０００４】
近年、ロボットが医薬や医療に関連した作業を行うために適用されている。そこで、作業領域内にロボットのアームを配置し、操作者が外部からアームの動作指令を与えて細胞培養作業等を行わせるアイソレータも市場に投入されている。このようなアイソレータにおいては、ロボットアームにより作業効率の向上を図るため、取り扱われる消耗材料等の供給についてもロボットアームを活用して、滅菌状態を維持しつつ如何にして効率的に行うかが問題となる。
【０００５】
例えば特許文献１では、操作ロボット１９を備える自動細胞培養装置に対する消耗材料等の搬入及び搬出を、上述したパスボックスに相当する入出庫部１５を介して行うことが開示されている。そして、材料等の搬入に伴う入出庫部１５の滅菌は、機器設置部１２に臨む側にある密閉扉１８ｂを開けた状態で、蒸気供給部２２により供給される飽和蒸気によって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５５０１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の構成では、入出庫部１５に搬入された材料等をロボットアームを活用して取り出すことは可能と思われるが、入出庫部１５に搬入された材料等の全体を滅菌する必要がある。つまり、入出庫部１５内で材料等の細部まで滅菌蒸気やガス等を行き渡らせた後、細部に至った滅菌蒸気やガスを除去する必要があるため、滅菌処理に極めて多大な時間を要してしまう。これでは、ロボットアームを活用しても消耗材料を効率的に供給することにはならず、作業効率の向上に繋がらない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内部にロボットアームが配置されている密閉された作業領域の内部に、ロボットアームを活用して消耗材料等をより効率的に供給できる機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載のボックス供給ユニットによれば、板状の基部の一方側に収容部を設け、滅菌されている消耗材料を内蔵する複数個のボックスが直線状に並び、且つ前記フィルムが表を向く状態でフレーム内に収容する。そして、複数個のボックスを収容した後に、抑え部材を、ボックスのフィルム部分を覆わない状態でフレームに取り付け固定してボックスの脱落を防止する。また、基部の他方側には、１つ以上の取っ手を備える。
【００１０】
このように構成すれば、作業装置に対してボックス供給ユニットが設置された際に、ロボットアームは、先端のハンドでボックスの開口部を覆うフィルムを突き破るだけで、内蔵されている消耗材料を滅菌状態のまま容易に取り出すことができる。したがって、ロボットアームが作業を行う領域内に、滅菌状態にある消耗材料を極めて簡単に供給できる。
【００１１】
そして、作業者が基部に設けられている取っ手を把持してユニットを作業装置に配置することで、複数個のボックスを一括して供給できる。また、ロボットアームが消耗材料を取り出す作業の前に行う滅菌処理は、ユニットに収容された状態のボックスのフィルムが臨む部分を中心に行えば良いので、滅菌処理時に材料等の形状の細部まで滅菌蒸気やガスを行き渡らせる必要がなくなる。これにより、滅菌蒸気やガスの導入が速く完了するだけでなく、その後に滅菌蒸気やガスを除去する作業も速く行えるようになる。その結果、ロボットアームを活用して作業効率を向上させた消耗材料等の供給を実現することができる。これらにより総じて、作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載のボックス供給ユニットによれば、作業装置に設置された際に、抑え部材の上面に配置されるシーリング材が作業装置側の開口部の周辺部に当接して、ボックスのフィルムが作業領域の内部に臨む部分以外を気密状態にする。このように構成すれば、ボックス供給ユニットを作業装置に設置した際に、作業領域の内部に晒される部分がフィルムだけとなる。したがって、ロボットアームが作業を開始する前に行う滅菌処理も、作業装置側の開口部からフィルムが露出している部分のみを行えば良いので、滅菌処理に要する時間を大幅に短縮して作業効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態であり、ロボットアームが収容ボックスからボトルを取り出す動作手順を示す図
【図２】ボトルを自動細胞培養装置に供給するまでの一連の手順を示す図
【図３】収容ボックスの構造を示す斜視図
【図４】ラックの構成を示す斜視図
【図５】フィルムの断面図
【図６】フィルムによりボックス本体の開口部を覆う作業の一例を示す図
【図７】ラックに複数のボックスを収容した状態を示す（ａ）正面図、（ｂ）縦断側面図、（ｃ）背面図、（ｄ）パスボックスに取り付けられた状態の縦断側面図、（ｅ）複数のラックがパスボックスに取り付けられた状態の正面図
【図８】自動細胞培養装置を示す正面図
【図９】作業室の内部を示す平面図
【図１０】破断して作業室の内部を示す正面図
【図１１】パスボックスに４つのラックを並べてセットし閉塞した状態を示す図
【図１２】第２実施形態であり、シーリング材の配置状態を説明する（ａ）正面図、（ｂ）パスボックスに取り付けられた状態の縦断側面図、（ｃ）複数のラックがパスボックスに取り付けられた状態の正面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について説明する。図８は本実施形態の自動細胞培養装置１を示す正面図である。自動細胞培養装置１の作業室２には、中央部にロボットアーム３が配置されている。ロボットアーム３は、作業室２の図９及び図１０に示す床板４に回転可能に設置されており、先端部に設けられたハンド５は３つの関節機構により回転可能に設けられると共に、各関節機構部において軸回りにねじる方向にも回転可能に設けられている。すなわちロボットアーム３は、並進３自由度で且つ回転３自由度の垂直６軸構成となっている。これにより、ハンド５は、所定の可動範囲内において、任意の位置姿勢をとることができる。ハンド５は、作業対象となる物体を２つの爪５ａ，５ｂにより把持可能に構成されている。ロボットアーム３は、耐滅菌性，サニタリ性を備えるように表面処理がなされている。自動細胞培養装置１は作業装置に相当し、作業室２は作業領域に相当する。
【００１５】
図９は、作業室２の内部を示す平面図である。ロボットアーム３の周辺おける床板４には、遠心分離機６，顕微鏡７，作業のため試薬や消耗材料が配置される作業台８，ピペッタ９，廃棄シャッタ１０等が配置されている。廃棄シャッタ１０は、図１０に示すように、不要となった材料や廃液等を廃棄するため、床板４の下方に配置されている廃棄ボックス１１の開口部を開閉するものである。また、作業室２の周壁部には、インキュベータ１２やパスボックス１３等が配置されている。
【００１６】
作業室２は、細胞培養等のような医療系の作業を行うため密閉空間を構成する。作業室２の正面には、ロボットアーム２による作業を外部より監視するため、図８に示す透明な監視窓１４が配置された開閉扉１５が取り付けられている。また、図８及び図１０に示すように、作業室２の上方には、作業室２を滅菌すると共に、外気を滅菌して供給するためのへパユニット１６が配置されている。
【００１７】
パスボックス１３には、前記消耗材料が充填された複数のボトル２１が収容される。パスボックス１３が作業室２に臨む面側は、図示しないアクチュエータで駆動されるシャッタ１７により開閉される。ロボットアーム３は、シャッタ１７が開いた際に、パスボックス１３に配置されているボトル２１を、滅菌状態のままハンド５により取り出す。この処理については、後で詳述する。
【００１８】
以下、パスボックス１３の内部にボトル２１が収容されている構造について、図３から図７を参照して説明する。図３に示すように、ボトル２１は、ボトル本体２２の外周形状が例えば八角柱であり、底部は中心が僅かに外方に突出して八角錐を成している。また、ボトル本体２２の開口部にはキャップ２３が取り付けられて閉栓される。ボトル２１は、上面が開口した直方体状のボックス本体２４ａを備える収容ボックス２４に収容される。ボックス本体２４ａの内部は、セパレータ２５によって十字型に間仕切りされており、その間仕切りされた空間のそれぞれにボトル２１がキャップ２３を上方にして収容される。したがって、ボトル２１は、１つの収容ボックス２４に４本収容される。尚、ボックス本体２４ａの底面から延びるセパレータ２５の高さ寸法は、ボトル２１の高さ寸法よりも短く設定されている。
【００１９】
ボックス本体２４ａの開口部の周縁には、側壁２６の厚さよりも幅広となる周縁部２７が形成されている。少なくとも、周縁部２７は樹脂製とするのが望ましい。ボックス本体２４ａが樹脂製である場合は、周縁部２７を一体成型すれば良い。ボックス本体２４ａが例えばステンレスなどの金属製である場合は、別途樹脂製の枠２７Ｒを形成し、枠２７Ｒを金属製の周縁部２７Ｍに取り付けるようにする。また、ボックス本体２４ａの開口部は、ボトル２１を収容した後、フィルム２８により覆われて密閉される。これについても後で詳述する。
【００２０】
図４は、ボックス供給ユニットであるラック３１を示す斜視図である。収容ボックス２４は、金属製のラック３１に４個収容された状態で、パスボックス１３にセットされる。ラック３１は、矩形板状の基部３２の図中上面側に、収容ボックス２４を４個収めるための収容部３３が配置されている。収容部３３は、金属製のフレームで構成されており、各面が開口した６面体を４個繋げたような形状である。基部３２は、ラック３１をパスボックス１３にセットした際にパスボックス１３の開口部を塞ぐ蓋ともなるもので、基部３２の図中下面側には、作業者がラック３１を把持するための取っ手３４が２つ配置されている。
【００２１】
また、図７に示すように、収容部３３に収容ボックス２４を収めた後、上方から抑え部材３５を収容部３３にねじ止めして固定し、収容ボックス２４の脱落を防止する。抑え部材３５は、収容ボックス２４の開口部を覆うフィルム２８部分を覆うことなく、その外側のみを覆う枠形状を成している。そして、基部３２の図中上端側と下端側とには、ラック３１をパスボックス１３にセットした後、ラック３１を固定し、且つパスボックス１３を密封するためのクランパ３６が配置されている。クランパ３６を一方向に回動させることで、基部３２はパスボックス１３に締め付けられて固定される。
【００２２】
尚、図１１には、パスボックス１３に例えば４つのラック３１を並べてセットすることで、パスボックス１３を自動細胞培養装置１の外側から閉塞した状態を示している。また、図７（ｅ）は、図１１に示す状態を作業室２の内側から、シャッタ１７を開いて見た状態を示している。また、図７（ａ），（ｅ）では、フィルム２８は図示していない。
【００２３】
図５はフィルム２８の断面図である。フィルム２８は３層構造となっており、例えば厚さ２０μｍのアルミ箔４１の表面側に、厚さ１．５μｍのマットオーバープリント４２を貼付し、裏面側に厚さ３．５μｍのバリアコート４３を貼付した構成である。バリアコート４３は熱接着材である。これらにより、フィルム２８の厚さは２５μｍとなっている。アルミ箔４１は金属薄膜に相当する。
【００２４】
図６は、ボックス本体２４ａの開口部をフィルム２８によって覆う作業の一例を示す。尚、この作業は滅菌された作業室内において行われる。ボックス本体２４ａは、ラック３１に収められた状態で作業台４４に設置される。作業台４４の図中左端側には、フィルム２８のロール４５が回転可能に配置されている。ロール４５より引き出されたフィルム２８は、ラック３１の左端側に配置される板４６に形成されているスリット４７を通して、ボックス本体２４ａの上方に導出される。
【００２５】
そして、フィルム２８をボックス本体２４ａの開口面に合せて載置すると、フィルム２８の表面に手動式の加熱ヒータ４８を当てて、例えば温度１６０℃で加熱する。これにより、フィルム２８裏面のバリアコート４３が、ボックス本体２４ａの枠２７に熱接着される。
【００２６】
次に、本実施形態の作用について図１及び図２を参照して説明する。図２は、ボトル２１を自動細胞培養装置１に供給するまでの一連の手順を示している。尚、図中に示す構成の全てに符号を付すと煩雑になるので、説明上必要と思われる場合にのみ適宜符号を付している。
【００２７】
図２（ａ）は、パスボックス１３に、空のラック３１がセットされている状態を示しており、（ｂ）はそこからラック３１を取り外した状態を示している。ラック３１には、前述のように、４本のボトル２１を収容した収容ボックス２４が収められるが、（ｃ）では収容ボックス２４の本体２４ａの図示を省略している。ラック３１に計１６本のボトル２１が収容されると、ボックス本体２４ａの開口部がフィルム２８で覆われて、図６に示した作業により接着されることで、収容ボックス２４の内部が滅菌状態のまま密閉される（（ｄ），（ｅ））。
【００２８】
（ｆ）でラック３１がパスボックス１３にセットされ、パスボックス１３が閉塞状態になると、図２では図示しない上方のへパユニット１６より例えば過酸化水素Ｈ２Ｏ２ガスがパスボックス１３の内部に供給される。これにより、フィルム２８の表面や、ラック３１の外気等で汚染された部分が除染され、滅菌状態となる。その後（ｇ）でシャッタ１７が開放されて、フィルム２８の表面が作業室２の内部に露出する。
【００２９】
図１は、図２（ｇ）に示す状態から、ロボットアーム３がパスボックス１３からボトル２１を取り出す動作手順を示す。ハンド５の基部には、カメラ４９が取り付けられている。ロボットアーム３を制御する図示しないコントローラは、カメラ４９で撮像された画像データを元に、図１（ａ）に示すように、ハンド５をパスボックス１３の開口部に向かわせる。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、ハンド５の爪５ａ，５ｂを開いた状態で、ハンド５を図中右方向に移動させてフィルム２８を突き破り、爪５ａ，５ｂの先端部を収容ボックス２４の内部に進入させる。そして、爪５ａ，５ｂを閉じてボトル２１のキャップ２３を把持，チャックする。それから、図１（ｃ）に示すように、ハンド５を図中左方向に移動させて、ボトル２１を収容ボックス２４，パスボックス１３より引き出す。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、収容ボックス２４をなす本体２４ａの開口部を、アルミ箔４１を主材料とするフィルム２８で密閉する。そして、収容ボックス２４が自動細胞培養装置１に対して、フィルム２８が作業室２の内部に臨む状態で設置された際に、ロボットアーム３のハンド５がフィルム２８を突き破り、本体２４ａに収容されているボトル２１を取り出すようにした。ロボットは、ロボットアーム３の各関節に配置されているモータを制御して、発生する力を、アーム３の先端に集中させる姿勢を取るように容易にコントロールできる。よって、収容ボックス２４を上記のように構成すれば、ロボットアーム３はハンド５でフィルム２８を突き破るだけで、内部に収容されているボトル２１を滅菌状態のまま容易に取り出すことができる。したがって、作業室２の内部に滅菌状態にあるボトル２１を極めて簡単に供給できる。
【００３２】
また、ボトル２１を取り出す作業の前に行う滅菌処理については、最大でも、定型的な収容ボックス２４の外周部分，本体２４ａの周辺等について行えば良いので、滅菌処理時にボトル２１等の形状の細部まで滅菌蒸気やＨ２Ｏ２ガスを行き渡らせる必要がなくなる。これにより、滅菌蒸気やガスの導入が速く完了するだけでなく、その後に滅菌蒸気やガスを除去する作業も速く行えるようになる。その結果、ロボットアーム３を活用して作業効率を向上させたボトル２１等の供給を実現することができる。
【００３３】
この場合、開口部の周縁に樹脂製の枠２７Ｒを配置して、アルミ箔４１の裏面側に貼付されているバリアコート４３により、フィルム２８と枠２７Ｒとを熱接着する。これにより、フィルム２８をボックス本体２４ａに簡単に接着することができ、ボトル２１を収容ボックス２４の内部に密封して収容できる。
【００３４】
また、フィルム２８が開口部の周縁に接着されるので、アルミ箔４１にはボックス本体２４ａの開口面に平行となる方向にテンションが掛かった状態になっている。それに対してロボットアーム３は、ボトル２１を取り出す際に、ボックス本体２４ａの奥行き方向に応力を掛けることになる。つまり、ロボットアーム３による応力が、アルミ箔４１に掛かっているテンションの方向に対し、直交する方向に作用し易くなる。
【００３５】
そして、アルミ箔４１は殆ど弾性変形せずロボットアーム３の応力を吸収・分散しないので、ロボットアーム３はフィルム２８を容易に突き破ることができる。したがって、ロボットアーム３を活用した効率的なボトル２１等の供給を、より確実に実現できる。また、周縁部２７を側壁２６の厚さよりも幅広に構成しているので、枠２７Ｒに接着されるフィルム２８によって開口部をより容易に且つ安定した状態で密封できる。
【００３６】
加えて、ボックス本体２４ａの内部をセパレータ２５により間仕切りしたことで、１つの収容ボックス２４で４本のボトル２１を供給でき、作業効率が更に向上する。そして、セパレータ２５の高さ寸法を、ボトル２１の高さ寸法よりも短く設定したので、ロボットアーム３のハンド５がボトル２１を取り出すためフィルム２８を突き破った際に、ハンド５の先端がセパレータ２５に当接することを防止して所謂「チョコ停」の発生を回避でき、作業効率の向上を図ることができる。
【００３７】
また、ラック３１を、基部３２の一方の面側に、収容ボックス２４を４個収めるため金属製のフレームで構成した収容部３３を配置し、他方の面側に取っ手３４を２つ配置して構成した。これにより、作業者が取っ手３４を把持してラック３１を自動細胞培養装置１に配置することで、４個の収容ボックス２４を一括して供給できる。また、基部３２がパスボックＳ１３の蓋も兼ねているので、ラック３１の設置作業も簡単になる。
【００３８】
そして、ロボットアーム３がボトル２１を取り出す作業の前に行う滅菌処理は、ラック３１に収容された状態のボックス２４のフィルム２８が臨む部分を中心に行えば良いので、滅菌処理時に各構成要素の形状の細部まで滅菌蒸気やガスを行き渡らせる必要がなくなる。これにより、滅菌蒸気やガスの導入が速く完了するだけでなく、その後に滅菌蒸気やガスを除去する作業も速く行えるようになる。その結果、ロボットアーム３を活用して作業効率を向上させた消耗材料等の供給を実現することができる。これらにより総じて、作業効率の向上を図ることが可能になる。
【００３９】
（第２実施形態）
図１２に示す第２実施形態では、抑え部材３５の上方に、矩形枠状のシーリング材５１が配置されている。シーリング材５１は、気密性と若干の弾性を有する例えば樹脂などで構成され、ラック３１をパスボックス１３に配置した際に、作業室２の側壁に設けられている開口部の周縁部分５２にパスボックス側より当接する。これにより、シャッタ１７を開いた際に、前記開口部を介してフィルム２８が作業室２の内部に露出する部分以外のラック３１側の構成は、気密状態になる。
【００４０】
したがって、ロボットアーム３による作業を開始する前に行う滅菌処理は、図１２（ｃ）に示すように、内部に露出する部分だけを行えば良いことになる。例えば、前記露出部分とシャッタ１７との間にＨ２Ｏ２ガスを通して除染すれば良い。
【００４１】
以上のように第２実施形態によれば、ラック３１を自動細胞培養装置１に設置した際に、作業領域２の内部に晒される部分が略フィルム２８だけとなる。したがって、ロボットアーム３が作業を開始する前に行う滅菌処理も、装置１側の開口部からフィルム２８が露出している部分のみを行えば良いので、滅菌処理に要する時間を大幅に短縮して作業効率を一層向上させることができる。
【００４２】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
セパレータ２５は、必要に応じて設ければ良い。また、ボックス本体２４ａの内部を「３」以下又は「５」以上に間仕切りしても良い。
【００４３】
収容ボックス２４の内部に収容する消耗材料は、ボトル２１で供給される液体の材料に限ることなく、固体の材料を直接収容しても良い。
フィルム２８を構成する各層の厚さ寸法は、収容ボックス２４内部の気密性を維持可能で、且つロボットアーム３のハンド５により容易に突き破ることができる範囲で適宜変更して良い。
【００４４】
アルミニュウム以外の金属薄膜を用いても良い。
作業室２内部のレイアウトについても、個別の設計に応じて適宜変更すれば良いし、作業の内容に応じて必要となるものだけを配置すれば良い。
【００４５】
ラック３１に収める収容ボックス２４の数は「４」に限らず、複数であれば良い。
また、自動細胞培養装置１に設置するラック３１の数は「４」に限らず、「３」以下又は「５」以上であっても良い。
【００４６】
ロボットアームの構成は垂直６軸に限らず、垂直７軸や水平４軸又はＸＲ軸構成でも良い。
【符号の説明】
【００４７】
図面中、１は自動細胞培養装置、２は作業室、３はロボットアーム、５はハンド、２１はボトル、２４は収容ボックス、２４ａは本体、２５はセパレータ、２６は側壁、２７Ｒは周縁部、２８はフィルム、３１はラック、３２は基部、３３は収容部、３４は取っ手を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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