| 【発明の名称】 |
分注装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】射谷 和徳
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| 【要約】 |
【課題】分注装置において着脱自在に装着されるノズルチップの不良を検出する。
【解決手段】ノズルチップ１２はチップ装着部１０に着脱自在に装着される。分注ポンプ１４とチップ装着部１０との間には圧力検出部１６が設けられる。チップ１２を上方から下方へ下降させ、ノズルチップ１２の先端を挿入穴２６Ａに対向又は挿入する。この際、先端に位置ずれがあれば、その先端が当接面２６Ｂに対向又は衝突することになり、その状態をエア吐出又はエア吸引を利用して検出する。部材２６としてはチップラックの上面板を利用することが可能である。各地点で衝突を検出することにより補正データを取得することも可能である。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ノズル基部とそれに対して着脱自在に装着されるノズルチップとからなるノズルと、前記ノズルを昇降させるノズル移動機構と、を含む分注装置において、先端対向穴を有しその先端対向穴の周囲が先端対向面とされた位置ずれ検出用部材と、前記位置ずれ検出用部材の上方から前記ノズルを下降させ、前記ノズルチップの先端が前記先端対向面のレベルよりも微少距離だけ高い位置に到達した時点で前記ノズルの下降を停止させる制御を行う下降制御手段と、前記ノズルの停止状態でノズルからエアを吐出させ又はノズルによってエアを吸引し、その際のノズル内圧力の変化に基づいて前記ノズルチップの先端が前記先端対向穴及び前記先端対向面のいずれに対向しているかを判定する対向先判定手段と、を含むことを特徴とする分注装置。
【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記対向先判定手段が対向先として前記先端対向面を判定した場合にエラーを判定するエラー判定手段を含むことを特徴とする分注装置。
【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記対向先の判定を複数の地点で実行することによって前記ノズルチップ先端の位置ずれに関する補正データを演算する補正手段を含むこと特徴とする分注装置。
【請求項４】 請求項１記載の装置において、前記位置ずれ検出用部材は、実質的に前記ノズルチップを起立保持したチップラップの上面板であり、前記先端対向穴は前記ノズルチップを保持する保持穴であることを特徴とする分注装置。
【請求項５】 ノズル基部とそれに対して着脱自在に装着されるノズルチップとからなるノズルと、前記ノズルを昇降させるノズル移動機構と、を含む分注装置において、先端挿入穴を有しその先端挿入穴の周囲が先端当接面とされた位置ずれ検出用部材と、前記位置ずれ検出用部材の上方から前記ノズルを下降させ、前記ノズルチップの先端が前記先端挿入穴に進入可能な所定高さで前記ノズルの下降を停止させる制御を行う下降制御手段と、前記ノズルの下降停止時に前記ノズルチップの先端からエアを吐出させ又は先端からエアを吸引させ、その際の前記ノズル内の圧力に基づいて前記ノズルチップの先端が前記先端当接面に当接したことを検出する接触検出手段と、を含むことを特徴とする分注装置。
【請求項６】 請求項５記載の装置において、前記接触検出手段からの検出信号が出力された場合にエラーを判定するエラー判定手段を含むことを特徴とする分注装置。
【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記ノズルチップ先端と前記先端当接面との接触を複数の地点で検出することによって前記ノズルチップ先端の位置ずれに関する補正データを演算する補正手段を含むこと特徴とする分注装置。
【請求項８】 請求項３又は７記載の装置において、前記補正手段は、垂直方向をＺ方向としてそれに直交するＸ方向及びＹ方向の両方向について補正データを演算することを特徴とする分注装置。
【請求項９】 請求項５記載の装置において、前記位置ずれ検出用部材は、実質的に前記ノズルチップを起立保持したチップラップの上面板であり、前記先端挿入穴は前記ノズルチップを保持する保持穴であることを特徴とする分注装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分注装置に関し、特にディスポーザブルなノズルチップを利用した分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】分注装置は、ノズル、ノズル搬送機構及び分注ポンプなどで構成される。ノズルとしては、ステンレスなどで構成されたもの、あるいは金属製のノズル基部（チップ・フイッティング）にディスポーザブルな樹脂製のノズルチップ（以下、チップという）に装着したものが使用される。
【０００３】高精度なノズルの位置決めが必要な場合、従来においては、上記のステンレスなどで構成されたディスポーザブルでないノズルが用いられ、あるいは、良好な成形が行われたチップが選別されそのチップが用いられていた。
【０００４】チップ成形時に何らかの不具合があると先端が曲がったチップが製造されたり、あるいはチップ装着が適正でないとノズル基部の中心軸に対してチップが傾斜して装着されたりする。いずれの場合もチップの位置決めを正しく行うことができず、容器の縁にノズル先端が衝突してジャミングが発生したりする問題が生じる。なお、従来の分注装置は、そのようなジャミングを検出するセンサを有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年、分注装置を利用してＤＮＡ試薬などの各種の試薬をマイクロプレートの各ウエル（小容器）に分注することが行われている。このような用途では、試薬間でのコンタミネーションを防止するため、各試薬ごとにディスポーザブルなチップを利用する必要がある。
【０００６】この場合に、チップに成形不良があったりチップ装着時に装着不良があったりすると、チップ先端の位置決め精度を確保できず、容器へのチップ接触という問題や予想外の場所への吐出による汚染などといった問題が生じる。
【０００７】ちなみに、遺伝子を取り扱う用途では、チップを高い温度下で滅菌処理することも行われる。チップは一般に樹脂形成品であるため高い温度下では曲がりやすい性質をもつ。特に大量の試薬を扱うチップの全長は長いため、前述のような滅菌処理での曲がりが顕著に現れやすい。
【０００８】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、チップの曲がりやチップ装着不良による問題を未然に検出できる分注装置を提供することにある。
【０００９】本発明の他の目的は、既存の設備を有効利用してチップ先端の位置決め精度の向上を図ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、ノズル基部とそれに対して着脱自在に装着されるノズルチップとからなるノズルと、前記ノズルを昇降させるノズル移動機構と、を含む分注装置において、先端対向穴を有しその先端対向穴の周囲が先端対向面とされた位置ずれ検出用部材と、前記位置ずれ検出用部材の上方から前記ノズルを下降させ、前記ノズルチップの先端が前記先端対向面のレベルよりも微少距離だけ高い位置に到達した時点で前記ノズルの下降を停止させる制御を行う下降制御手段と、前記ノズルの停止状態でノズルからエアを吐出させ又はノズルによってエアを吸引し、その際のノズル内圧力の変化に基づいて前記ノズルチップの先端が前記先端対向穴及び前記先端対向面のいずれかに対向しているかを判定する対向先判定手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】上記構成によれば、チップ不良や装着不良などによってチップ先端の位置が適正位置からずれていると、位置ずれ検出用部材にチップ先端を近接させてエア吐出又はエア吸入を行った場合に、チップ先端開口が先端対向面によって非接触で覆われているためにエア吐出圧力又はエア吸入圧力が上昇するので、それによってチップ先端位置のずれを判定できる。本発明によれば、ノズルチップが位置ずれ検出用部材に直接接触しないので、チップ先端の汚染を防止できる。対向先判定手段は、圧力センサ及び判定回路などで構成される。
【００１２】また、本発明は、ノズル基部とそれに対して着脱自在に装着されるノズルチップとからなるノズルと、前記ノズルを昇降させるノズル移動機構と、を含む分注装置において、先端挿入穴を有しその先端挿入穴の周囲が先端当接面とされた位置ずれ検出用部材と、前記位置ずれ検出用部材の上方から前記ノズルを下降させ、前記ノズルチップの先端が前記先端挿入穴に進入可能な所定高さで前記ノズルの下降を停止させる制御を行う下降制御手段と、前記ノズルの下降停止時に前記ノズルチップの先端からエアを吐出させ又は先端からエアを吸引させ、その際の前記ノズル内の圧力に基づいて前記ノズルチップの先端が前記先端当接面に当接したことを検出する接触検出手段と、を含むことを特徴とする。
【００１３】上記構成によれば、チップ不良や装着不良などによってチップ先端の位置が適正位置からずれていると、位置ずれ検出用部材の先端挿入穴にチップ先端を挿入しようとした時にチップ先端が先端当接面に当接・衝突し、その状態でエア吐出又はエア吸引を行えば圧力上昇によってその接触状態を検出できる。その結果、チップ先端の位置ずれの有無などを判定できる。本発明によれば、チップ先端開口が先端当接面によって直接封止されるので圧力変化を確実に検出できる。
【００１４】なお、上記の位置ずれ検出は、望ましくは分注前であってチップ装着直後に行うのが望ましい。本発明によれば既存の圧力センサ及び駆動機構をそのまま利用して位置ずれの検出を行えるという利点がある。
【００１５】本発明の好適な態様では、前記対向先判定手段が対向先として前記先端対向面を判定した場合に、あるいは前記接触検出手段が接触を検出した場合に、エラーを判定するエラー判定手段を含む。
【００１６】本発明の好適な態様では、前記対向先の判定又は前記接触の判定を複数の地点で実行することによって前記ノズルチップ先端の位置ずれに関する補正データを演算する補正手段を含む。望ましくは、前記補正手段は、垂直方向としてのＺ方向に直交するＸ方向及びＹ方向の両方向について補正データを演算する。
【００１７】望ましくは、記位置ずれ検出用部材は、形状の異なる複数の先端対向穴又は先端挿入穴を有する。例えば、分注される容器の形状に応じて、先端対向穴又は先端挿入穴を適宜選択使用してもよい。各先端対向穴又は先端挿入穴は、分注先の容器の形状に対応して、その容器と同一もしくはやや小さく形成される。
【００１８】望ましくは、前記位置ずれ検出用部材の少なくとも先端当接面はノズルチップよりも柔らかい材料で形成される。この構成によればノズルチップの破損といった問題を解消できる。もちろん、ノズル側に衝突を吸収するためのバネあるいはゴムなどの弾性手段を設けてもよい。
【００１９】本発明の好適な態様では、前記位置ずれ検出用部材は、実質的に前記ノズルチップを起立保持したチップラックの上面板であり、前記先端対向穴又は前記先端挿入穴は前記ノズルチップを保持する保持穴である。上記構成によれば、チップラックを位置ずれ検出用の部材として兼用でき、装置コストを低減できかつ制御を簡略化できる。すなわち、ノズル基部にチップを装着した後、ノズルを上昇させ、その後ノズルの下降を行わせるだけでチップ先端の位置ずれを検出できる。ちなみに、位置ずれ検出はチップ装着時ごとに実行され、あるいは定期的に実行される。本発明に係る分注装置は、液体の吸引装置及び吐出装置としても利用可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】図１には、本発明に係る分注装置の好適な実施形態が示されており、図１はその要部構成を示す概念図である。
【００２２】例えば金属性のパイプなどで構成されるチップ装着部１０には樹脂等で形成されたノズルチップ（以下、チップという）１２が着脱自在に装着される。このチップ装着部１０及びチップ１２によってノズルが構成される。このノズルには分注ポンプ１４が接続されている。この分注ポンプ１４は吸引力や吐出力を発生するものである。分注ポンプ１４とノズルとの間には圧力検出部１６が設けられている。この圧力検出部１６はチップ１２内部の圧力を検出するセンサを有する。制御部２０は、分注装置の全体を制御すると共に、特に、チップ１２の先端の位置ずれ検出のための制御を行っている。駆動機構２２は、分注ポンプ１４及びノズルを含む可動部分の全体を駆動している。それらの可動部分は三次元的に自在に運動可能である。
【００２３】圧力検出部１６の出力信号は判定部２４に入力されており、この判定部２４によって圧力検出部１６の出力信号に基づいて、チップ先端の位置ずれが判定される。本実施形態の装置は、以下に説明するように、位置ずれ検出モードとして非接触モード及び接触モードを有する。いずれのモードにおいても、所定の条件下でチップ先端からのエアを吐出させ又はチップ先端でエアを吸入し、その際における圧力変化（通常圧力からの変動）に基づいて位置ずれが判定される。
【００２４】本実施形態の分注装置においては、チップ１２の成形不良や装着不良によるチップ１２の先端の曲がりを検出するため、位置ずれ検出用部材２６が設けられている。この部材２６は、上記非接触モード及び接触モードのいずれにおいても使用可能である。部材２６は、分注装置のいずれかの箇所に固定的に配置されるものであり、その上部に先端対向穴（非接触モードの場合）又は先端挿入穴（接触モードの場合）として機能する穴２６Ａを有する。穴２６Ａの周囲は、先端対向面（非接触モードの場合）又は先端当接面（接触モードの場合）として機能する上面２６Ｂとされている。穴２６Ａの深さは例えば５ｍｍであり、その直径は例えば４ｍｍである。この穴２６Ａの直径は分注時における位置出し精度に応じて決められ、例えば位置出し精度として４ｍｍが必要である場合には、上述したように直径４ｍｍの穴２６Ａが使用される。
【００２５】上記のチップ１２は、例えばポリプロピレン等の形成品であり、３０００ｍｌの大量の試薬分注を行うチップの場合、その長さはおよそ１３０ｍｍでその最大外形は１１ｍｍである。また先端部の外形は２ｍｍである。このような大型のノズルチップの場合、熱変形などに起因して曲がりが発生すると、そのチップの先端位置における位置ずれは最大で５ｍｍ程度となる。本実施形態の装置は、そのような先端の位置ずれを部材２６及び可動部分の制御によって検出することが可能である。
【００２６】図２には、ノズルの具体的な構成が示されている。上述したようにチップ装着部１０の先端部にはチップ１２の基端部が嵌合連結される。チップ装着部１０の軸３０内には通路３０Ａが形成され、その通路３０Ａがチップ１２内の空間１２Ａと連通している。軸３０には分岐路が形成され、その分岐路に上記圧力検出部として機能する圧力センサ３６が接続されている。圧力センサ３６はノズル内の圧力を監視するセンサである。軸３０には分注ポンプ１４が接続されている。分注ポンプ１４はシリンジ３３とピストン３７で構成される。
【００２７】ノズル全体はベース３５によって弾性的に支持されており、具体的にはジャミングバネ３８によってベース３５に対してノズル全体が下方に付勢されている。バネ３８により、ノズル先端が何らかの部材に当接した場合にその衝突力を吸収できる。ベース３５は上述した図１における駆動機構２２によって三次元的に駆動されるものである。
【００２８】本実施形態の装置では、上記圧力センサ３６を利用して位置ずれ検出を行うことが可能である。すなわち、図１に示す構成においてチップ装着部１０にチップ１２を装着させた後、それらのノズル全体を上方から下方に下降させる。この場合、上記の非接触モードでは、チップ１２の先端が穴２６Ａの上面レベル１０２よりも若干高い下降停止位置１００に位置決めされた時点でノズルの下降が停止される。その停止状態で、分注ポンプ１４の作用により、チップ先端からエアが吐出され、あるいはエアが吸引される。この際、チップ１２における先端位置が適正なものであれば、その先端は穴２６Ａの中空部分に対向し、チップ内部のエア圧力は通常圧力となる。一方、先端位置にずれが生じていると、その先端は上面２６Ｂに対向することになり、エア圧力は先端開口が覆われているために通常圧力よりも上昇（又は下降）することになる。従って、圧力値をしきい値と比較すれば、チップ先端が穴２６Ａに対向しているか、又は上面２６Ｂに対向しているか判定することができる。すなわち、位置ずれの有無を判定できる。
【００２９】接触モードにおいては、上面レベル１０２よりも若干下がった下降停止位置１０４にチップ先端が位置決めされるように下降制御が行われる。そして、その下降停止位置で上述同様にエア吐出又はエア吸引が行われる。ここで、位置ずれが生じていなければ、チップ先端は穴２６Ａ内に臨み、ノズル内のエア圧力は通常圧力となる。一方、位置ずれが生じていれば、下降時にチップ先端が上面２６Ｂに衝突してその衝突力が上記ジャミングバネ３８で吸収される。その際、チップ先端は上面２６Ｂに接触して先端開口がほぼ閉塞されることから、エア吐出（又は吸引）を行わせると、ノズル内のエア圧力は通常よりも上昇（又は下降）することになる。よって、上記の非接触モードの場合と同様に、圧力値をしきい値と比較すれば位置ずれの有無を判定できる。図１に示すＬ１は例えば１ｍｍであり、Ｌ２は１ｍｍである。
【００３０】図１に示した判定部２４は、圧力センサからの信号に基づいて上述のように位置ずれの有無を判定している。位置ずれが判定された場合、判定部２４から制御部２０へ例えばアラーム信号が出力される。制御部２０は後述するように必要に応じてチップ１２の交換や補正データの取得のための制御を実行する。
【００３１】上記の接触モードが選択される場合、部材２６は望ましくはチップ１２より柔らかい部材として構成することが望ましい。そのような構成によれば、図２に示したバネ３８の作用によっても吸収できないような衝突が発生した場合においてもチップ先端を保護することが可能である。もちろん、チップ１２が不良である場合に、それを交換するというのが前提であれば、必ずしもそのような柔らかい材料によって部材２６を構成する必要はない。
【００３２】図３には、本実施形態の分注装置において設けられた各種の位置ずれ判定用の穴が例示されている。（Ａ）及び（Ｂ）にはそれぞれ円形の穴が示されており、それぞれの直径はＤ１及びＤ２である。また（Ｃ）及び（Ｄ）にはＹ方向及びＸ方向に沿った長細の穴が例示されている。これらの穴は分注先である容器の形状に対応したものを用いるのが望ましい。（Ｃ）及び（Ｄ）に示す穴は、例えばＸ方向について後述する補正データを取得する場合及びＹ方向について補正データを取得する場合にそれぞれ利用可能である。
【００３３】図４及び図５に示すように、部材２６は、チップラック４０の上面板４２によって構成することも可能である。すなわち、チップラック４０には複数の保持穴４４が形成され、各保持穴４４内には新しいチップ１２が挿入保持されている。そのうちのいずれかのチップ１２をチップ装着部１０に装着して分注を開始する際に、それに先立って上方からノズル全体を下降させ、いままでチップ１２が保持されていた保持穴４４を利用して先端位置の位置ずれを検出してもよい。保持穴４４は実質的に図１に示した穴２６Ａとして機能し、上面板４２は図１に示した上面２６Ｂとして機能する。なお、図４には上記非接触モードにおける位置ずれ判定の概念が示され、ここにおいて、位置ずれが生じていないチップが符号１２Ｃで示され、位置ずれが生じているチップが符号１２Ｄで示されている。
【００３４】図５には上記接触モードにおける位置ずれ判定の概念が示され、位置ずれが生じていないチップが符号１２Ａで示され、位置ずれが生じているチップが符号１２Ｂで示されている。
【００３５】したがって、図４及び図５に示す構成によれば、チップラック４０の他に別途部材２６を設ける必要がないので、装置を簡略化でき、またチップ１２の装着後に速やかに位置ずれ検出を行うことができるので分注動作を迅速化できるという利点がある。
【００３６】図６には本実施形態に係る分注装置の動作がフローチャートとして示されている。
【００３７】まず、Ｓ１０１では、チップ装着部１０に対してチップ１２が装着される。Ｓ１０２では、図１に示した部材２６上にノズルが位置決めされ、そのノズルが穴２６Ａに向けて、上方から下方へ引き下ろされる。この場合、非接触モードでは図１に示した下降停止位置１００にチップ先端が位置決めされ、接触モードでは図１に示した下降停止位置１０４にチップ先端が位置決めされる。
【００３８】Ｓ１０３では、エア吐出（又はエア吸引）が行われ、その際のチップ内の圧力が通常よりも上昇（又は下降）したか否かに基づいて、位置ずれの有無が判定される。位置ずれがなければ、Ｓ１０４においてノズルが搬送されて従来同様に液体の分注が実行され、その後Ｓ１０５において使用済みのチップがチップ装着部１０から取り外される。
【００３９】一方、Ｓ１０３において位置ずれがあったと判断された場合、Ｓ１０６では補正データを取得するか否かが判断される。ユーザーによってそのような補正データの取得が不要であると設定されている場合、Ｓ１０７において不良であるチップが新しいチップに交換され、上記のＳ１０２からの各工程が繰り返し実行される。
【００４０】一方、Ｓ１０６において補正データの取得が必要であると設定されている場合、Ｓ１０８では今まで位置ずれ検出を行った位置とは別の位置において、上記同様の制御（下降位置決め、エア吐出又は吸引）が行われる。Ｓ１０９においては、Ｓ１０３と同様に圧力変化に基づいて、ノズル先端が穴２６Ａに対向又は挿入されているか、あるいは、上面２６Ｂに対向又は接触しているかが判定される。前者であればＳ１０８からの工程が繰り返し実行され、後者であれば更に別の位置で検出を行うか否かが判断される。
【００４１】例えばＸ方向及びＹ方向の両方向について補正データを取得する場合には、Ｘ方向の正方向及び負方向の両方向について及びＹ方向の正方向及び負方向の両方向について、圧力変化の有無が検査される。
【００４２】以上のような工程を繰り返すと、結果として、２次元の各アドレスごとに圧力変化の有無が判明するので、そのデータを基にしてＳ１１１ではＸ方向及びＹ方向についての先端位置の補正データが演算される。これは適正な位置からのＸ方向及びＹ方向のずれ量を表すものである。Ｓ１１２では、その補正データが適正な範囲に入っているか否かが判断され、適正な範囲に入っていればＳ１０４以降の各工程が実行される。一方、Ｓ１１２において補正量が適正範囲を超えるものであると判断された場合、現在装着されているチップは不良であってそのまま使用できないため、Ｓ１１３において新しいチップに交換される。
【００４３】ちなみに、補正データの演算が行われた場合、Ｓ１０４における分注処理においては、駆動機構２２の制御に当たってその補正データが利用される。すなわちその補正量を加味してノズルの位置決めが行われることになる。
【００４４】多数のウエル等が形成されているマイクロプレートに分注を行う場合、そのマイクロプレートにおけるいずれかのウエルを利用して実際の分注前に上述した位置ずれ検出を行ってもよい。この場合、当該ウエルが上述した穴２６Ａとして機能することになる。
【００４５】上記実施形態において、ユーザーにより非接触モード及び接触モードを選択させるように構成してもよい。また、位置ずれが判明した場合にチップを交換するか補正データを取得するかに応じてモードを自動選択させてもよい。補正データを取得する場合にはチップ先端の保護及び汚染防止のために非接触モードを選択するのが望ましい。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、チップの曲がりやチップ装着不良による問題を未然に検出できる。また、既存の設備を有効利用してチップ先端の位置決め精度の向上を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２９７９１
【氏名又は名称】アロカ株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２７日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０３２７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２５５７７ |
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