特許 7104923 キャップ着脱装置、並びに、これを備えたサンプリング装置及び前処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-13

(45)【発行日】2022-07-22

(54)【発明の名称】キャップ着脱装置、並びに、これを備えたサンプリング装置及び前処理装置

(51)【国際特許分類】

   C12M 1/00 20060101AFI20220714BHJP

   C12M 1/26 20060101ALI20220714BHJP

【ＦＩ】

C12M1/00 C

C12M1/26

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020531263

(86)(22)【出願日】2019-07-10

(86)【国際出願番号】 JP2019027324

(87)【国際公開番号】W WO2020017408

(87)【国際公開日】2020-01-23

【審査請求日】2021-01-13

(31)【優先権主張番号】P 2018134171

(32)【優先日】2018-07-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発／高生産性微生物創製に資する情報解析システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504150450

【氏名又は名称】国立大学法人神戸大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100141852

【弁理士】

【氏名又は名称】吉本 力

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 勉

(72)【発明者】

【氏名】小田 あかり

(72)【発明者】

【氏名】蓮沼 誠久

【審査官】小田 浩代

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０６９１５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０６４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－００２４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２００２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９４３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－０３４２７５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１８－００００２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１２Ｍ １／００－ ３／１０

Ｇ０１Ｎ １／００－２７／９２

Ｂ６５Ｄ ３５／４４－３５／５４

Ｂ６５Ｄ ３９／００－５５／１６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ネジ部が形成されたキャップを容器に対して回転させることにより着脱するためのキャップ着脱装置であって、
前記キャップを把持するキャップ把持部と、
前記キャップ把持部を回転させることにより、前記キャップを回転させて前記容器に着脱する回転機構とを備え、
前記回転機構は、
外周面にネジ山が形成された軸部と、
前記軸部の前記ネジ山に螺合されるネジ溝が内周面に形成され、固定された状態で前記軸部を回転可能に保持するナット部とを有し、
前記ネジ山のピッチが、前記キャップに形成された前記ネジ部のピッチと同一であることを特徴とするキャップ着脱装置。

【請求項2】

前記キャップ把持部は、
前記キャップを把持する状態と把持しない状態との間で変位可能な変位部と、
軸線方向に沿ってスライドすることにより前記変位部を変位させるシャフトとを有することを特徴とする請求項１に記載のキャップ着脱装置。

【請求項3】

前記軸部は、中空状に形成されており、
前記シャフトは、前記軸部内に挿通されていることを特徴とする請求項２に記載のキャップ着脱装置。

【請求項4】

前記回転機構を移動させることにより、前記キャップ把持部により把持された前記キャップに取り付けられている前記容器を移動させるための移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のキャップ着脱装置。

【請求項5】

細胞を含む培養液をサンプリングするためのサンプリング装置であって、
請求項１に記載のキャップ着脱装置を備え、
前記キャップ着脱装置により前記キャップが取り外された前記容器内に前記培養液をサンプリングすることを特徴とするサンプリング装置。

【請求項6】

容器内の細胞に対する前処理を行うための前処理装置であって、
請求項１に記載のキャップ着脱装置と、
前記キャップ着脱装置により前記キャップが取り外された前記容器内に試薬を供給する試薬供給機構とを備えることを特徴とする前処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ネジ部が形成されたキャップを容器に対して回転させることにより着脱するためのキャップ着脱装置、並びに、これを備えたサンプリング装置及び前処理装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

微生物や植物の細胞を培養槽内の培養液中で培養し、その培養液から細胞を回収して前処理を行った上で、液体クロマトグラフ質量分析装置に供給することにより、メタボローム解析などの分析を行う技術が知られている。この種の技術では、細胞を含む培養液をサンプリングするためのサンプリング装置と、サンプリングされた培養液に含まれる細胞に対して前処理を行うための前処理装置とが用いられている。培養液のサンプリングは、無菌状態にて行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

【0003】

培養液がサンプリングされる容器には、キャップが取り付けられている。一般的に、キャップはネジ式のものであり、キャップの内周面に形成されたネジ溝に対して、容器の外周面に形成されたネジ山を螺合し、キャップを回転させて締め付けることによって、容器内をキャップで密閉することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－２００２３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

サンプリングを自動で行う場合、容器に対するキャップの着脱も自動で行う必要がある。この場合、キャップを回転させる動作（回転動作）と、容器及びキャップを互いに離間又は接近させるためにキャップを移動させる動作（移動動作）とを同時に行う必要がある。そのため、回転動作を行うための回転機構と、移動動作を行うための移動機構とを設けて、それらを同期するように駆動させるキャップ着脱装置を用いることが考えられる。

【0006】

しかしながら、回転機構と移動機構とで別々のモータを用いた場合には、キャップの回転に要するトルクが変動したときなどに、回転動作と移動動作とが同期しなくなり、キャップの着脱を確実に行うことができなくなるおそれがある。また、制御用及び駆動用の部品が多く、製造コストも高くなるといった問題がある。

【0007】

ギアなどを用いて回転機構と移動機構とを連結し、１つのモータで駆動させることも考えられる。しかし、この場合にも、ギアなどの駆動用の部品が多くなるため、構造が複雑になり、故障も生じやすくなる。

【0008】

上記のような問題は、培養液をサンプリングするサンプリング時に限らず、サンプリングされた培養液に含まれる細胞に対して前処理を行う前処理時などにも生じる問題である。また、上記のような問題は、培養液を収容するための容器だけでなく、キャップが回転して着脱される任意の容器において生じるおそれがある。

【0009】

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でキャップの着脱を確実に行うことができるキャップ着脱装置、並びに、これを備えたサンプリング装置及び前処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）本発明に係るキャップ着脱装置は、ネジ部が形成されたキャップを容器に対して回転させることにより着脱するためのキャップ着脱装置であって、キャップ把持部と、回転機構とを備える。前記キャップ把持部は、前記キャップを把持する。前記回転機構は、前記キャップ把持部を回転させることにより、前記キャップを回転させて前記容器に着脱する。

【0011】

前記回転機構は、軸部と、ナット部とを有する。前記軸部は、外周面にネジ山が形成されている。前記ナット部は、前記軸部の前記ネジ山に螺合されるネジ溝が内周面に形成され、固定された状態で前記軸部を回転可能に保持する。前記ネジ山のピッチは、前記キャップに形成された前記ネジ部のピッチと同一である。

【0012】

このような構成によれば、固定されたナット部に対して軸部を回転させることにより、軸部を介してキャップ把持部を回転させながら軸線方向に移動させることができる。これにより、簡単な構成でキャップの回転動作及び移動動作を同時に行うことができる。特に、軸部に形成されたネジ山のピッチが、キャップに形成されたネジ部のピッチと同一であることにより、軸部の回転に伴い、キャップの回転動作及び移動動作を適切に行うことができるため、キャップの着脱を確実に行うことができる。

【0013】

（２）前記キャップ把持部は、変位部と、シャフトとを有していてもよい。前記変位部は、前記キャップを把持する状態と把持しない状態との間で変位可能である。前記シャフトは、軸線方向に沿ってスライドすることにより前記変位部を変位させる。

【0014】

このような構成によれば、シャフトを軸線方向に沿ってスライドさせることにより、キャップ把持部の変位部を変位させて、当該変位部でキャップを把持することができる。このように、シャフトをスライドさせる動作を変位部の変位に変換することにより、簡単な動作でキャップを把持することができる。

【0015】

（３）前記軸部は、中空状に形成されていてもよい。この場合、前記シャフトは、前記軸部内に挿通されていてもよい。

【0016】

このような構成によれば、軸線方向にスライドするシャフトが、中空状の軸部内に挿通されているため、シャフトの動作と軸部の動作が互いに干渉するのを防止することができる。

【0017】

（４）前記キャップ着脱装置は、移動機構をさらに備えていてもよい。前記移動機構は、前記回転機構を移動させることにより、前記キャップ把持部により把持された前記キャップに取り付けられている前記容器を移動させる。

【0018】

このような構成によれば、キャップ着脱装置を用いて、キャップを着脱することができるだけでなく、キャップが取り付けられた状態の容器を移動させることができる。したがって、容器を移動させるための装置を別途設ける必要がなく、構成がより簡単になる。

【0019】

（５）本発明に係るサンプリング装置は、細胞を含む培養液をサンプリングするためのサンプリング装置であって、前記キャップ着脱装置と、前記キャップ着脱装置により前記キャップが取り外された前記容器内に前記培養液をサンプリングするサンプリング機構とを備える。

【0020】

このような構成によれば、サンプリング装置において容器内に培養液をサンプリングする際に、簡単な構成でキャップの着脱を確実に行うことができる。

【0021】

（６）本発明に係る前処理装置は、容器内の細胞に対する前処理を行うための前処理装置であって、前記キャップ着脱装置と、前記キャップ着脱装置により前記キャップが取り外された前記容器内に試薬を供給する試薬供給機構とを備える。

【0022】

このような構成によれば、前処理装置において容器内に試薬を供給する際に、簡単な構成でキャップの着脱を確実に行うことができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、固定されたナット部に対して軸部を回転させるだけの簡単な構成で、キャップの回転動作及び移動動作を適切に行うことができるため、キャップの着脱を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態に係るキャップ着脱装置が適用されるサンプリング装置及び前処理装置を備えた自動前処理システムの概略構成を示したブロック図である。

【図2】キャップ着脱装置の斜視図である。

【図3】キャップ着脱装置の正面図である。

【図4】キャップ着脱装置の底面図である。

【図5】図４のキャップ着脱装置のＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

１．自動前処理システムの概略構成
図１は、本発明の一実施形態に係るキャップ着脱装置が適用されるサンプリング装置１及び前処理装置２を備えた自動前処理システム１０の概略構成を示したブロック図である。この自動前処理システム１０は、分析対象物に対する前処理を自動で行うための装置である。本実施形態において、分析対象物は、例えば培養された細胞であり、より具体的には菌体である。

【0026】

自動前処理システム１０には、サンプリング装置１及び前処理装置２が備えられている。自動前処理システム１０により前処理が行われた後の細胞からは、その細胞の代謝産物が抽出されて、液体クロマトグラフ質量分析装置３に供給される。液体クロマトグラフ質量分析装置３は、分析対象物を分析するための分析装置の一例に過ぎず、他の分析装置を用いて分析を行うことも可能である。

【0027】

サンプリング装置１は、容器（培養容器）から液体をサンプリングするための装置である。例えば、微生物や植物の細胞は、バイオリアクタと呼ばれる容器内において培養液中で培養され、バイオリアクタ内の細胞を含む培養液がサンプリング装置１によりサンプリングされる。バイオリアクタ内には、例えば磁力を用いて回転される攪拌部材や、溶存酸素の濃度を検知するための酸素濃度センサなどが設けられており、バイオリアクタ内において培養液を攪拌しながら溶存酸素濃度を調整することにより、サンプリング装置１内において細胞が培養される。

【0028】

前処理装置２は、バイオリアクタ内からサンプリングされた培養液に含まれる細胞に対して前処理を行う。サンプリング装置１では、細胞を含む培養液が、容器（サンプリング容器）としての試験管に収容される。前処理装置２には、遠心分離機構４、液体除去機構５、試薬供給機構６、攪拌機構７及び抽出機構８などが備えられており、これらの各機構により、試験管内の培養液に含まれる細胞に対して前処理が順次行われる。

【0029】

遠心分離機構４は、細胞を含む培養液が収容された試験管に対して遠心分離を行う。これにより、試験管内の培養液に遠心力が付与され、細胞（固体）と細胞以外の液体とに分離される。そして、遠心分離機構４により試験管内で遠心分離された細胞以外の液体が、液体除去機構５を用いて除去されることにより、細胞が回収される。

【0030】

液体除去機構５により液体が除去された後の試験管内には、試薬供給機構６により試薬が供給される。これにより、試験管内の細胞に試薬が混合され、混合液が生成される。そして、試薬供給機構６により生成された混合液が、攪拌機構７により攪拌される。

【0031】

本実施形態において使用される試薬は、細胞中の代謝産物を抽出するための試薬であり、細胞に試薬が混合された混合液を攪拌することにより、細胞中から代謝産物が抽出された懸濁液が得られる。このようにして得られた懸濁液の一部が、抽出液として抽出機構８により抽出され、液体クロマトグラフ質量分析装置３に供給される。

【0032】

２．キャップ着脱装置の具体的構成
図２は、キャップ着脱装置２０の斜視図である。図３は、キャップ着脱装置２０の正面図である。図４は、キャップ着脱装置２０の底面図である。図５は、図４のキャップ着脱装置２０のＡ－Ａ断面図である。

【0033】

本実施形態では、サンプリング装置１において培養液が収容される試験管１４に対して、キャップ着脱装置２０によりキャップ１４１が着脱される。キャップ１４１はネジ式のものであり、キャップ１４１の内周面に形成されたネジ溝（ネジ部）に対して、試験管１４の外周面に形成されたネジ山を螺合し、キャップ１４１を回転させて締め付けることにより、試験管１４内を密閉することができる。

【0034】

試験管１４は、内部が空の状態でキャップ１４１が取り付けられ、サンプリング装置１にセットされる。サンプリング装置１には、複数の試験管１４をセットすることができるようになっており、各試験管１４が順次搬送されて使用される。サンプリング装置１において各試験管１４に培養液をサンプリングする際には、キャップ着脱装置２０により試験管１４からキャップ１４１が取り外され、その試験管１４内に培養液がサンプリングされた後、試験管１４にキャップ１４１が再度取り付けられる。

【0035】

キャップ着脱装置２０は、サンプリング装置１だけでなく、前処理装置２に適用することも可能である。すなわち、培養液が収容された試験管１４がサンプリング装置１から前処理装置２に搬送された場合、その試験管１４に対してキャップ１４１を着脱する際に、キャップ着脱装置２０が用いられてもよい。この場合、遠心分離機構４による遠心分離後に、キャップ着脱装置２０により試験管１４からキャップ１４１が取り外され、その試験管１４内から細胞以外の液体が液体除去機構５により除去されるとともに、試薬供給機構６により試験管１４内に試薬が供給された後、キャップ着脱装置２０により試験管１４にキャップ１４１が再度取り付けられてもよい。

【0036】

キャップ着脱装置２０は、キャップ１４１を把持するキャップ把持部２１と、キャップ把持部２１を回転させる回転機構２２とを備えている。キャップ把持部２１によりキャップ１４１を把持した状態で、回転機構２２によりキャップ把持部２１を回転させれば、キャップ１４１を回転させて試験管１４に着脱することができる。

【0037】

キャップ把持部２１は、１対の変位部２１１と、これらの１対の変位部２１１を変位させるためのシャフト２１２とを備えている。１対の変位部２１１は、互いに対向して配置された爪状の部材であり、１対の変位部２１１の間にキャップ１４１を挟んで把持することができる。

【0038】

１対の変位部２１１は、支軸２１３を中心にして、それぞれ揺動可能に支持されている。１対の変位部２１１は、支軸２１３を中心に揺動することにより、先端部が互いに接近した状態と、先端部が互いに離間した状態との間で変位することができる。キャップ１４１を把持するときには、１対の変位部２１１の先端部が接近した状態となり、それらの先端部でキャップ１４１を把持することができる。この状態から、１対の変位部２１１が支軸２１３を中心に揺動し、それらの先端部がキャップ１４１の外径よりも離間すれば、１対の変位部２１１がキャップ１４１を把持しない状態となる。

【0039】

１対の変位部２１１によりキャップ１４１が把持された状態で、当該キャップ１４１が取り付けられている試験管１４は、その軸線方向が上下方向に延びる状態で保持される。この状態において、試験管１４は、軸線を中心に回転できない状態となっている。すなわち、試験管１４の外周面が固定されることにより、キャップ１４１を回転させた場合であっても、試験管１４が回転しないようになっている。具体的には、試験管１４が設置される設置位置において試験管１４の外周面を固定してもよいし、試験管１４の外周面を固定する固定機構がキャップ着脱装置２０に備えられていてもよい。

【0040】

シャフト２１２は、１対の変位部２１１により把持される試験管１４と同軸上（上下方向）に延びている。シャフト２１２は、その軸線方向に沿ってスライド可能に保持されており、このシャフト２１２をスライドさせることにより１対の変位部２１１を変位させることができる。具体的には、シャフト２１２を下方にスライドさせることにより、１対の変位部２１１の先端部が離間し、シャフト２１２を上方にスライドさせることにより、１対の変位部２１１の先端部が接近する。シャフト２１２は、例えばキャップ把持部２１に備えられたシリンダ２１４などの駆動源によりスライドさせることができる。

【0041】

回転機構２２は、中空状の軸部２２１と、軸部２２１を回転可能に保持するナット部２２２とを備えている。軸部２２１を回転させれば、キャップ把持部２１の１対の変位部２１１を回転させることができる。軸部２２１は、キャップ把持部２１のシャフト２１２と同軸上（上下方向）に延びており、内部にシャフト２１２が挿通されている。軸部２２１の内径は、シャフト２１２の外径よりも大きい。したがって、軸部２２１を回転させた場合であっても、シャフト２１２には外力が加わらず、シャフト２１２は回転しないようになっている。

【0042】

軸部２２１の外周面には、ネジ山２２３が形成されている。また、ナット部２２２の内周面には、軸部２２１のネジ山２２３に螺合されるネジ溝２２４が形成されている。ナット部２２２は、キャップ着脱装置２０において所定の位置に固定されており、このナット部２２２に軸部２２１が螺合されることにより、軸部２２１は固定された状態のナット部２２２に対して回転可能に保持されている。したがって、軸部２２１を回転させたときには、固定された状態のナット部２２２に対して、軸部２２１が回転しながら軸線方向（上下方向）に移動するようになっている。

【0043】

軸部２２１には、複数のギア２２５を介して、回転機構２２に備えられたモータ２２６が連結されている。これにより、モータ２２６を回転させれば、複数のギア２２５を介して軸部２２１を回転させ、それに伴って、キャップ把持部２１の１対の変位部２１１を回転させながら軸線方向に移動させることができる。

【0044】

本実施形態では、軸部２２１の外周面に形成されたネジ山２２３のピッチが、キャップ１４１の内周面に形成されたネジ溝のピッチと同一となっている。したがって、軸部２２１の１回転当たりのナット部２２２に対する移動量と、キャップ１４１の１回転当たりの試験管１４に対する移動量は同一である。

【0045】

図４に概念的に示すように、キャップ把持部２１及び回転機構２２は、移動機構２３により一体的に移動させることができるようになっている。移動機構２３は、例えばモータ及び複数のギア（いずれも図示せず）を備えており、回転機構２２を上下方向及び水平方向に移動させることにより、キャップ把持部２１により把持されたキャップ１４１に取り付けられている試験管１４を移動させることができる。

【0046】

３．作用効果
（１）本実施形態では、固定されたナット部２２２に対して軸部２２１を回転させることにより、軸部２２１を介してキャップ把持部２１を回転させながら軸線方向（上下方向）に移動させることができる。これにより、簡単な構成でキャップ１４１の回転動作及び移動動作を同時に行うことができる。特に、軸部２２１に形成されたネジ山２２３のピッチが、キャップ１４１に形成されたネジ部のピッチと同一であることにより、軸部２２１の回転に伴い、キャップ１４１の回転動作及び移動動作を適切に行うことができるため、キャップ１４１の着脱を確実に行うことができる。

【0047】

（２）本実施形態では、シャフト２１２を軸線方向（上下方向）に沿ってスライドさせることにより、キャップ把持部２１の１対の変位部２１１を変位させて、当該変位部２１１でキャップ１４１を把持することができる。このように、シャフト２１２をスライドさせる動作を１対の変位部２１１の変位に変換することにより、簡単な動作でキャップ１４１を把持することができる。

【0048】

（３）本実施形態では、軸線方向（上下方向）にスライドするシャフト２１２が、中空状の軸部２２１内に挿通された構成となっている。そのため、シャフト２１２の動作と軸部２２１の動作が互いに干渉するのを防止することができる。

【0049】

（４）本実施形態では、移動機構２３で回転機構２２を移動させることにより、キャップ着脱装置２０を用いて、キャップ１４１を着脱することができるだけでなく、キャップ１４１が取り付けられた状態の試験管１４を移動させることができる。したがって、試験管１４を移動させるための装置を別途設ける必要がなく、構成がより簡単になる。

【0050】

４．変形例
以上の実施形態では、キャップ１４１を把持する変位部が、爪状の１対の変位部２１１により構成される場合について説明した。しかし、このような構成に限らず、キャップ把持部２１に備えられた変位部は、キャップ１４１を把持する状態と把持しない状態との間で変位可能であれば、他の任意の構成であってもよい。また、キャップ把持部２１は、変位部によりキャップ１４１を把持するような構成に限らず、キャップ１４１を把持することができるような構成であれば、他の任意の構成を採用することができる。

【0051】

軸部２２１は、上下方向に延びるように配置された構成に限らず、上下方向に対して交差する方向に延びるように配置された構成であってもよい。この場合、試験管１４も上下方向に対して交差する方向（軸部２２１と同軸上）に延びるように配置されることとなる。

【0052】

試験管１４に着脱されるキャップ１４１は、その内周面に形成されたネジ溝が、試験管１４の外周面に形成されたネジ山に螺合されるような構成に限らず、キャップ１４１の外周面に形成されたネジ山が、試験管１４の内周面に形成されたネジ溝に螺合されるような構成であってもよい。

【0053】

なお、本発明に係るキャップ着脱装置２０は、サンプリング装置１や前処理装置２に限らず、他の任意の装置に適用することができる。すなわち、キャップ着脱装置２０は、試験管１４に限らず、他の任意の容器に対してキャップを着脱する際に使用することができる。

【符号の説明】

【0054】

１ サンプリング装置
２ 前処理装置
３ 液体クロマトグラフ質量分析装置
４ 遠心分離機構
５ 液体除去機構
６ 試薬供給機構
７ 攪拌機構
８ 抽出機構
１０ 自動前処理システム
１４ 試験管
２０ キャップ着脱装置
２１ キャップ把持部
２２ 回転機構
２３ 移動機構
１４１ キャップ
２１１ 変位部
２１２ シャフト
２１３ 支軸
２１４ シリンダ
２２１ 軸部
２２２ ナット部
２２３ ネジ山
２２４ ネジ溝
２２５ ギア
２２６ モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】