JPH10111297A - オートサンプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機構部品の劣化による動作ミスを未然に防止
する。 【解決手段】 所定電圧をモータ４２に印加したときの
パルスエンコーダ４３の変位量に基づき伝達機構４４の
負荷量を測定する。また、ストッパ４６で位置規制され
る所定範囲内を移動させたときのパルスエンコーダ４３
を理論値と比較することにより伝達機構４４のガタ量を
測定する。そして、記憶部３２に記憶しておいた前回測
定時の負荷量及びガタ量と今回の測定値との差により増
加量を算出し、これが所定値を越えたときに表示部３３
の表示器を点灯する。これにより、負荷量やガタ量が大
きくなり動作不具合が発生する危険性が高まると、これ
が自動的に検知されるので、測定者はこの表示によりメ
ンテナンスの要否を知ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスクロマトグラ
フ、液体クロマトグラフ、分光分析装置等の分析装置で
試料を分析する際に試料容器の搬送等を行なうオートサ
ンプラに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、ガスクロマトグラフ等の分析装置
で試料を分析する場合、試料を一定容量の試料瓶（バイ
アル）に収容し、抽出、濃縮、クリンナップ（不純物の
除去）、試薬の添加攪拌といった作業を行なった後に、
オートインジェクタにより定量及び注入操作を行なう。
オートサンプラは、複数のバイアルが収納されたラック
から所望のバイアルを取り出しオートインジェクタの所
定箇所まで搬送して載置又は装着する、という操作を実
行する。この種のオートサンプラの構造としては、互い
に直交する３軸方向にスライド移動可能なハンドグリッ
パを有するＸ−Ｙ−Ｚ座標系駆動によるものと、回転ア
ームにハンドグリッパを設けた円筒座標系（Ｒ−θ−
Ｚ）駆動によるものとがある。

【０００３】例えば、円筒座標系駆動によるオートサン
プラでは、通常、上下方向にスライド可能なアームを備
えた垂直軸が複数のバイアルを収納した円盤状のラック
の略中心に回転自在に据えられる。アームはラックの内
周から外周にまで伸縮自在となっており、アーム先端に
バイアル頭部を把持するハンドグリッパが設けられる。
したがって、ラック内の任意位置のバイアルを把持する
ために、垂直軸の回転（回転角３６０°）、アームの上
下スライド、アームの伸縮、及び、ハンドグリッパの開
閉という４つの独立した駆動機構が備えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなオートサン
プラにおける駆動機構では、長期間の使用の間に機構部
品が摩耗等により経時劣化し、負荷やガタが増加する。
すると、ハンドグリッパがバイアルを把持し損なったり
或いは搬送中に落下させたりする不具合が発生すること
がある。このような不具合を未然に防止するためには、
従来、測定者自らが駆動機構の負荷やガタを外部から判
断し、必要に応じて部品交換等のメンテナンスを行なう
ことがなされていた。しかしながら、そのような判断に
は或る程度の経験を要するため、必ずしも適当な時期に
メンテナンスが行なわれるとは限らなかった。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、経時劣
化等による負荷やガタの増加を自動的に測定し、不具合
の発生を未然に防止することができるオートサンプラを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料容器を自動的に搬送すべく、
複数軸方向に移動又は回転可能なアームと、該アーム先
端に設けられた試料容器把持用のグリッパとを具備する
オートサンプラにおいて、 a)アームの複数軸方向の移動及び／又は回転並びにグリ
ッパの把持動作に対応してそれぞれ設けられた駆動機構
と、 b)モータ及び該モータの回転軸の変位検出器を含み前記
駆動機構毎に設けられた駆動制御手段と、 c)所定動作を行なうように前記駆動制御手段が前記駆動
機構を制御したときの前記変位検出器の出力に基づいて
該駆動機構の負荷及び／又はガタの量を測定する測定手
段と、 d)測定された負荷及び／又はガタの量を記憶しておく記
憶手段と、 e)測定された負荷及び／又はガタの量、或いは、前記記
憶手段に記憶されている値と新たに測定した値との差に
よる負荷及び／又はガタの増加量を判断しその結果を出
力する判断手段と、を備えることを特徴としている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に係るオートサンプラは、
例えば円筒座標系（Ｒ−θ−Ｚ）では、複数の試料容器
を載置するラックの略中心に回転自在に据え付けた垂直
軸に上下自在且つラックの内周側から外周側に伸縮自在
に設けられたアームを有し、更にアームにはラック面に
向かって広狭自在に開閉するグリッパを有する。そし
て、垂直軸の回転、アームの上下移動、アームの伸縮及
びグリッパの開閉の４つの動作を独立に行なうために、
それぞれに対応した駆動機構及び駆動制御手段を備えて
いる。例えば、駆動制御手段は、モータ及びモータの回
転位置を検出するパルスエンコーダ（変位検出器）を含
む閉ループのサーボ制御によりモータの速度制御及び位
置制御を行なう。

【０００８】測定手段は、モータに所定の電圧を印加し
たときのパルスエンコーダ出力からモータ速度を検出
し、これを基に駆動機構の負荷量を求める、また、機械
的に位置規制された所定範囲の移動に対するパルスエン
コーダ出力を測定し、理論値との差分を得ることにより
駆動機構のガタの量を求める。判断手段は、負荷量やガ
タ量をそれぞれ所定値と比較し、所定値を越えていると
きには動作不具合（例えば試料容器を把持できない等）
が生じる可能性が高いと判断する。或いは、判断手段
は、記憶手段に記憶している前回の負荷量やガタ量と新
たに測定した負荷量やガタ量との差を算出し、これらの
増加量が所定値を越えているときには動作不具合が生じ
る可能性が高いと判断する。そして、動作不具合がある
場合には、例えば表示や警報音により測定者に報知す
る。

【０００９】なお、円筒座標系のみならず直交座標系
（Ｘ−Ｙ−Ｚ）の移動軸を有する駆動機構においても同
様の構成をとることができる。

【００１０】

【発明の効果】本発明に係るオートサンプラによれば、
各駆動機構の負荷やガタが自動的に測定され、不具合が
発生する可能性の高いときには例えば表示により測定者
に知らされる。したがって、従来のように測定者が分析
の都度、駆動機構の負荷やガタを調べる必要はなくな
り、分析に伴う余分な作業から解放される。しかも、負
荷やガタが定量的に測定された上で不具合の可能性の有
無が判断されるため、信頼性のある判断が行なえ、機構
部品の経時劣化等に起因する分析中の突然の動作停止や
試料瓶の搬送ミスを確実に防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図５を参照
して説明する。図１は本実施例によるオートサンプラの
外観斜視図である。このオートサンプラ１では、バイア
ルを垂直に収納するドーナツ形状のラック２の中央に、
アーム３が主軸（図示していない）を中心に回転自在
（矢印Ａ）に設けられている。更に、アーム３は上下方
向（矢印Ｂ）及びラック２の径方向（矢印Ｃ）にも移動
可能となっており、アーム３先端には開閉自在の３本の
爪を有するグリッパ４を備えている。つまり、アーム３
がラック２の径方向に移動するとき、グリッパ４はラッ
ク２の最内周から最外周、更にはラック２外側の所定の
位置まで移動する。ラック２を上面に載置したラックベ
ース５は、ボトムケース６上に固定されている。

【００１２】図２はこのオートサンプラ１の要部の構造
を示す正面透視図である。ボトムケース６内にはボトム
シャーシ７が固定され、ベースシャーシ９は主軸８を介
してボトムシャーシ７に回転自在に軸支されている。ベ
ースシャーシ９上部には、後述の如くアーム３が取り付
けられたスライドシャーシ１０が連結されている。アー
ム３の一部を構成するアームケース３ａは、ベースシャ
ーシ９及びスライドシャーシ１０を覆うように上方から
嵌め込まれ、ラックベース５に遊嵌している。これによ
り、ベースシャーシ９が回転するとスライドシャーシ１
０と共にアーム３全体が一体となって回転し、スライド
シャーシ１０がベースシャーシ９に対して上方向に移動
するとスライドシャーシ１０に固定されているアームケ
ース３ａ及びその上部のアーム３本体が迫り上がる。

【００１３】図３はオートサンプラ１の駆動機構の構成
を説明するための模式図である。上述の如く、ボトムシ
ャーシ７にはベースシャーシ９が主軸８を介して回転自
在（矢印Ａ）に固定されている。ベースシャーシ９を回
転させるための第１駆動機構２１は、ＤＣモータ、ＤＣ
モータの回転を主軸８に伝達するためのギヤ機構、ＤＣ
モータの回転位置を検出するためのパルスエンコーダ等
から構成され、これら各部品はベースシャーシ９自体に
設けられる。

【００１４】スライドシャーシ１０は、ベースシャーシ
９に取り付けられた第２駆動機構２２によりベースシャ
ーシ９に対して上下方向（矢印Ｂ）に移動する。第２駆
動機構２２は、ＤＣモータ、回転運動を直線運動に変え
るラックピニオン等の伝達機構、パルスエンコーダ等か
ら構成される。スライドシャーシ１０には第３、第４駆
動機構２３、２４の主要部分が取り付けられている。第
３駆動機構２３は、ＤＣモータ、ラックピニオン等の伝
達機構、パルスエンコーダ等から構成されており、ＤＣ
モータにより回転されるピニオンと噛合するラックをア
ーム３に設け、ガイドとレールに沿って摺動させること
によりアーム３を水平移動（矢印Ｃ）させる。第４駆動
機構２４は、ＤＣモータ、ギヤ等の伝達機構、パルスエ
ンコーダ等から構成されており、ＤＣモータの回転がア
ーム３に設けられたリンク、ワイヤ等の伝達機構を介し
てグリッパ４を広狭自在に開閉する。なお、各ＤＣモー
タの制御を司るＣＰＵ等の電気回路はボトムケース６内
に配置されている。

【００１５】上記の如く、このオートサンプラ１は、径
方向（Ｒ）、回転角（θ）、高さ方向（Ｚ）の３軸から
成る円筒座標系において、各軸独立にアーム３を駆動す
る構成となっており、ラック２内のバイアルの位置はＲ
−θ座標にて、バイアルを把持する部位の高さの情報は
Ｚ座標にて与えられる。また、バイアルを把持するため
のグリッパ４の開閉量の情報が、バイアル頭部の径に応
じて別に与えられる。

【００１６】図４は、このオートサンプラ１の制御系の
要部の構成図である。駆動系４０は上記第１〜第４駆動
機構２１〜２４毎に独立に設けられているが、図４では
１つのみを記載し他は省略している。

【００１７】ＣＰＵ３０はサーボ制御演算を実行すると
共に後述のような自己診断処理を実行する。ＤＣモータ
４２の回転軸に取り付けられたパルスエンコーダ４３の
出力はＣＰＵ３０にフィードバックされている。ＣＰＵ
３０はパルスエンコーダ４３からの信号により変位量を
検出し、これにより制御対象物４５の速度及び位置を算
出する。そして、速度及び位置の目標値との偏差をそれ
ぞれ求め、この偏差が所定の許容範囲に収まるように駆
動部４１に制御信号を送る。駆動部４１はこの制御信号
に応じた直流電圧をＤＣモータ４２に印加する。ＤＣモ
ータ４２の回転運動は前述のようなそれぞれの伝達機構
４４を介して適宜減速、変換等がなされ、制御対象物４
５を移動させる。制御対象物４５が必要な可動範囲を逸
脱しないように適当なストッパ４６が可動範囲の両端に
設けられ、これにより制御対象物４５は位置規制され
る。

【００１８】ＣＰＵ３０には操作部３１、記憶部３２、
表示部３３が接続されている。記憶部３２は、主電源を
遮断しても記憶内容が保持されるようにバックアップさ
れた電源を有するＲＡＭ、或いは、電源なしに記憶内容
を保持可能なフラッシュメモリ等から構成される。

【００１９】まず、図４の制御系の通常の動作をベース
シャーシ９の回転制御を例にとって説明する。他の３軸
の駆動機構においても、往復動等の実際の制御対象物の
移動には相違があるものの基本的な制御方法は同一であ
る。

【００２０】ベースシャーシ９（制御対象物４５）が可
動範囲の３６０°以上回転しないように、左右の回転方
向の両端にはストッパ４６が設けられる。電源投入直
後、ＣＰＵ３０は基準位置を定めるために、所定の制御
信号を駆動部４１に与えることによりＤＣモータ４２を
駆動し、ベースシャーシ９がストッパ４６に当接するま
で所定方向に回転させる。ＣＰＵ３０は、一定電圧をＤ
Ｃモータ４２に印加した状態で所定時間変位がないこと
をパルスエンコーダ４３出力により検出すると、ベース
シャーシ９がストッパ４６に当接していると判断する。

【００２１】ラック２内の所望のバイアルが指定されそ
のバイアルに対応した回転角θが与えられると、ＣＰＵ
３０は基準位置からの変位量により位置を算出し、位置
の偏差が所定の許容範囲に収まるまで駆動部４１に制御
信号を送る。これにより、ベースシャーシ９は回転角θ
だけ回転した後に停止する。

【００２２】次に、本発明の特徴である自己診断機能の
処理を図５のフローチャートに沿って説明する。操作部
３１には自己診断機能の指示のためのキースイッチが設
けられており、このキースイッチが測定者により操作さ
れると、ＣＰＵ３０は予め格納されている自己診断プロ
グラムを起動する。

【００２３】まず、ＣＰＵ３０は各駆動系毎に負荷量を
測定する処理を行なう（ステップＳ１）。すなわち、Ｄ
Ｃモータ４２に所定の電圧を印加し、このときのパルス
エンコーダ４３からの信号により変位量を検出し、これ
により制御対象物４５の移動速度を算出する。駆動機構
の負荷が大きい場合には、同一の印加電圧に対して移動
速度が小さくなるから、ＤＣモータ４２への印加電圧と
移動速度との比に基づいて負荷量を算出する。

【００２４】次に、ＣＰＵ３０は各駆動系毎にガタの量
を測定する処理を行なう（ステップＳ２）。すなわち、
制御対象物４５を一方のストッパ４６に当接するまで移
動させた後に他方のストッパ４６に当接する位置まで制
御対象物４５を移動させるようにＤＣモータ４２を駆動
する。ＣＰＵ３０は、制御対象物４５がストッパ４６に
より規制された可動範囲内を移動したときのパルスエン
コーダ４３からの変位量を得て、この変位量と理論上の
変位量（設計時に決まる値）との差分を算出する。この
差分には設計上許される遊び（バックラッシュ）も含ま
れるから、差分から遊びの分を差し引いた量がガタの量
になる。

【００２５】続いて、上記のように測定した負荷量及び
ガタ量を記憶部３２に記憶する（ステップＳ３）。そし
て、過去に自己診断を行なっている場合（つまり初めて
の自己診断でない場合）には、記憶部３２に記憶されて
いる前回の自己診断の際の負荷量及びガタ量を読み出
し、今回の負荷量及びガタ量の測定値との差つまり増加
量を駆動系毎に算出する（ステップＳ４）。

【００２６】そして、４軸の各駆動系において負荷又は
ガタの増加量が所定値を越えているか否かを判定し（ス
テップＳ５）、４軸の駆動系のうちのいずれかの駆動系
において負荷又はガタの増加量が所定値を越えていると
きにはステップＳ７へ進み、表示部３３に４軸の駆動系
毎に設けられた異常警告表示器のうちの対応する表示器
を点灯させる。すなわち、この異常警告表示器が点灯し
た場合には、その駆動系における機構部品の摩耗等によ
り動作不具合が発生する可能性が高いことを示してお
り、測定者はこの表示器が点灯したときにはメンテナン
スを行なう等の適当な処置をとる。

【００２７】ステップＳ５にて４軸の各駆動系において
負荷又はガタの増加量が所定値を越えていないと判定さ
れると、次に、今回測定した負荷量及びガタ量が所定値
を越えているか否かを判定し（ステップＳ６）、４軸の
駆動系のうちのいずれかの駆動系において負荷量又はガ
タ量が所定値を越えているときにはステップＳ７へ進
み、表示部３３に４軸の駆動系毎に設けられた異常警告
表示器のうちの対応する表示器を点灯させる。

【００２８】なお、上記実施例において、操作部３１の
キー操作に対応して自己診断を開始するのではなく、内
蔵タイマにより当該オートサンプラの運転時間をカウン
トし、タイマが所定時間経過する毎に自己診断プログラ
ムを自動的に起動させてこれを実行する構成としてもよ
い。勿論、自己診断が実際の搬送動作中に実行されない
ようにするため、実動作中にタイマが所定時間を経過し
た場合には次の電源投入直後等に自動的に自己診断プロ
グラムを起動させる構成としておくとよい。

【００２９】なお、上記実施例は一実施例であって、本
発明の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行なえることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であるオートサンプラの外観
斜視図。

【図２】 この実施例の要部の構成を示す正面透視図。

【図３】 この実施例の駆動機構の構成を説明するため
の模式図。

【図４】 この実施例の制御系の構成図。

【図５】 この実施例における自己診断機能の処理フロ
ーチャート。

【符号の説明】

２…ラック ３…アーム ４…グリッパ ２１、２２、２３、２４…
駆動機構 ３０…ＣＰＵ ３１…操作部 ３２…記憶部 ３３…表示部 ４０…駆動系 ４１…駆動部 ４２…ＤＣモータ ４３…パルスエンコーダ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料容器を自動的に搬送すべく、複数軸
   方向に移動又は回転可能なアームと、該アーム先端に設
   けられた試料容器把持用のグリッパとを具備するオート
   サンプラにおいて、 a)アームの複数軸方向の移動及び／又は回転並びにグリ
   ッパの把持動作に対応してそれぞれ設けられた駆動機構
   と、 b)モータ及び該モータの回転軸の変位検出器を含み前記
   駆動機構毎に設けられた駆動制御手段と、 c)所定動作を行なうように前記駆動制御手段が前記駆動
   機構を制御したときの前記変位検出器の出力に基づいて
   該駆動機構の負荷及び／又はガタの量を測定する測定手
   段と、 d)測定された負荷及び／又はガタの量を記憶しておく記
   憶手段と、 e)測定された負荷及び／又はガタの量、或いは、前記記
   憶手段に記憶されている値と新たに測定した値との差に
   よる負荷及び／又はガタの増加量を判断しその結果を出
   力する判断手段と、 を備えることを特徴とするオートサンプラ。