JP2945848B2 - 分注装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料の吸引・吐出を行
う分注装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】分注装置は、血液等の試料を複数の試験
管に自動分注する際に使用される。試料間の汚染を回避
するために、近年では、ディスポーザブルチップ（以
下、チップという）を利用した分注装置が活用されてい
る。

【０００３】かかる分注装置では、移動自在にされたピ
ペッティング部に設けられた金属製のノズルに、プラス
チックス製のチップを装着し、そのチップを介して試料
の吸引・吐出を行う。１回の分注が終了した時点で、装
置の所定位置に設けられた離脱金具にチップが引っ掛け
られて離脱され、次に新しいチップが装着される。ここ
で、チップラックには多数のチップが起立保持されてお
り、ノズル部をいずれかのチップ上方に位置決めした後
に下降させ、ノズル部の先端を当該チップの上部開口に
突き入れることにより、ノズル部にチップを装着する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
装着時に、チップラックにおいてチップが垂直に起立し
ていない場合、チップラックに位置決め誤差がある場
合、あるいはノズル自体に位置決め誤差がある場合に
は、ノズル部にチップを適正に装着できなくなるジャミ
ングが生じる。すなわち、ノズル部先端がチップ上面に
衝突した場合にはエラーとなり自動分注が停止してしま
う。一方、装着は一応できたが装着状態が完全でないた
めに気密不良があると、分注精度が低下してしまう。ま
た、ノズル部からチップが落下したにもかかわらず、分
注が継続されると、分注処理の全体に悪影響を及ぼし、
装置の信頼性を低下させる。

【０００５】なお、従来の分注装置では、分注ポンプが
装置本体に設置され、その分注ポンプとピペッティング
部のノズル部とがエアホースによって接続されていたた
め、配管経路が長距離になればなる程、吸引・吐出の応
答性が低下していた。また、従来の分注装置では、離脱
金具が設けられている地点でのみチップの離脱が可能で
あり、このため、離脱金具の直下にあるチップ廃棄ボッ
クス内で廃棄チップが山盛り状態になり、しばしば人為
的な管理が必要となっていた。

【０００６】本発明は、上記のようなチップに関連する
各種の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、少
々の位置決め誤差があってもチップをノズル部に適正に
装着できる分注装置を提供することにある。

【０００７】本発明は、チップ落下の検出を行うことを
目的とする。

【０００８】本発明は、チップを任意の位置で離脱可能
にすることを目的とする。

【０００９】

【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、移動自在なピペッティング部によって分
注を行う分注装置において、前記ピペッティング部は、
ディスポーザブルチップが下端に装着されるノズル部
と、前記ノズル部の下端を揺動可能にしつつ、前記ノズ
ル部の上端を保持する首振り機構と、前記ノズル部に対
して垂直方向への復元力を与える復元機構と、前記首振
り機構の上方に設けられ、前記ノズル部に連通するシリ
ンジと、前記シリンジ内のピストンを駆動するモータ
と、前記モータが一方方向に回転して前記ピストンの下
降量が所定値を超えた以後に、前記モータの一方方向の
回転力が伝達されて下降運動する突き出し棒と、前記ノ
ズル部の下端にスライド可能に設けられた部材であっ
て、前記突き出し棒の下降運動によりその下端が当接さ
れる水平方向に広がった突き出し受けと、その突き出し
受けが前記突き出し棒によって下方へ突き出された場合
に前記ノズル部の先端に装着された前記ノズルチップの
上面を下方へ押し出して当該ノズルチップを離脱させる
チップ当接部と、を有するスライド部材と、を有するこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、前記ノズル部は、
上部の第１部材と、それに対してスライドする下部の第
２部材と、前記第１部材に対して前記第２部材を下方に
付勢する第１のバネと、で構成され、前記ピペッティン
グ部は、前記第２部材の上昇運動に従って適正装着力を
検出する適正装着力センサと、前記下部部材の上昇運動
に従って適正装着力を超える過度の装着力を検出するジ
ャミングセンサと、を有することを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、前記ピペッティン
グ部は、前記第２部材に対して前記スライド部材を下方
に付勢する第２のバネと、前記第２部材の先端に前記ノ
ズルチップが装着されて当該ノズルチップによってスラ
イド部材が上方に引き上げられたことを検出するチップ
有無検出センサと、を有し、前記第２のバネは前記第１
のバネよりも弱いバネであることを特徴とする。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【作用】上記請求項１記載の構成によれば、ノズル部を
上方から下降させてノズル部にチップを装着させる際
に、両者間に位置決め誤差があっても、ピペッティング
部に首振り機構及び復元機構が設けられているので、ノ
ズル部先端に自由度を与えてそれをチップ上部開口に円
滑に滑り込ませることが可能となり、その結果、チップ
の装着を確実に行うことができる。すなわち、本発明に
よれば、位置ずれ許容範囲を従来よりも拡大して、ジャ
ンミングを生じにくくできる利点がある。ここで、復元
機構は、ノズル部に対して垂直方向への復元力を常に与
えているので、チップ装着時にはノズル部の下端の首振
りが許容され、それ以外の状態においては、ノズル部が
常に鉛直方向に向くことになる。すなわち、試料の吸引
・吐出に当たってはチップは常に垂直に維持される。ま
た、本発明によれば、ピストンの下降量が所定値を超え
た条件でノズルチップの離脱を行わせることができるの
で、試料を吐出した後の状態から円滑にノズルチップの
離脱を行える。また、ノズルチップの離脱時のみ突き出
し棒の先端が突き出し受けに当接し、それ以外の状態に
おいてはノズル部の揺動を許容できる。

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】以上のように、本発明は、チップに関する
問題を総合的に解消し、もって分注精度の向上及び装置
の信頼性の向上を図るものである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００２１】図１には、調芯機構１０の原理が示されて
いる。この調芯機構１０はディスポーザブルチップ（以
下、チップという）１２が装着されるノズル部１４を揺
動可能に支持するとともに垂直方向への一定の復帰力を
ノズル部１４に与えるものである。

【００２２】すなわち、この調芯機構１０は、首振り機
構１６と復元バネ１８とで構成されている。具体的に
は、首振り機構１６は、ノズル部１４の上部に形成され
た円盤上のハンガプレート２０とそのハンガプレート２
０の下方に形成されたリング状の位置決め部２２と、位
置決め部２２を挿通させる円形の開口２４Ａが形成され
た水平支持板２４と、で構成される。

【００２３】図１に示されるように、開口２４Ａの直径
は位置決め部２２の直径よりもやや大きく形成されてお
り、ノズル部１４の下端の揺動を許容している。ハンガ
プレート２０の下面側は、水平支持板２４の上面である
台座２４Ｂによって支持されており、ノズル部１４が揺
動された状態においては、ノズル部１４の先端が移動す
る方向と逆の方向のハンガプレート縁部が台座２４Ｂに
よって支持されることになる。

【００２４】ハンガプレート２０とバネ収納室２８の天
井面２８Ａとの間には強いバネ圧を有する復元バネ１８
が介在配置されており、この復元バネ１８によってノズ
ル部１４に対して常に一定の復元力が与えられる。すな
わち、図１に示されるように、ハンガプレート２０の一
方側（図において右側）が持ち上がった状態では、復元
バネ１８の作用によってそのハンガプレート２０の持ち
上がった部分に対して下方への押圧力が生じその持ち上
がり状態を元に戻すように作用する。その結果、通常の
状態においては、ノズル部１４の先端は常に鉛直方向へ
向くことになる。

【００２５】ノズル部１４及び復元バネ１８の中心軸に
沿って挿通されたチューブ３０の一方端は、ノズル部１
４の先端開口１４Ａに連通しており、その他方端は図示
されていない分注ポンプに接続されている。すなわち、
このチューブ３０内のエア圧力を増減することによっ
て、ノズル部１４の先端部１４Ｂに装着されるチップ１
２内部の圧力を増減して試料の吸引・吐出を実行する。

【００２６】次に調芯機構１０の作用について説明す
る。図１においては、垂直状態におけるノズル部１４の
中心軸がＡで示され、チップ１２の中心軸がＡ´で示さ
れている。すなわち、位置決め誤差Ａ−Ａ´が生じてい
る。

【００２７】ノズル部１４にチップ１２を装着させる場
合には、まず、図示されていないロボットによってノズ
ル部１４がチップ１２の上方に位置決めされ、その状態
からノズル部１４を下降させる。この状態においては、
ノズル部１４は垂直状態を維持している。そして、ノズ
ル部１４をさらに下降させると、その先端がチップ１２
の上部開口１２Ａに進入することになる。もちろん、許
容できる位置決め誤差は上部開口１２Ａの広がり具合や
ノズル部先端のテーパー度合いなどに左右されるが、本
実施例においては、首振り機構１６が設けられているた
め、ノズル部１４の先端が上部開口１２Ａ内に少しでも
進入すれば、それ以後はチップ１２内部に先端部１４Ｂ
を円滑に進入させることが可能となる。

【００２８】すなわち、従来においては、たとえ先端１
４Ａが上部開口１２Ａ内に望んだとしても、首振りが許
容されていなかったため、上述したジャミングが生じて
いたが、本実施例によればそのようなジャミングを効果
的に抑制することが可能である。

【００２９】図１においては、両者の軸中心が互いにず
れた状態が図示されているが、例えば、チップ１２が傾
いている場合にも上述同様の効果が得られる。

【００３０】次に、図１に示した原理が適応される本実
施例の分注装置について説明する。

【００３１】図２には、本実施例の分注装置の全体構成
が示されている。ピペッティング部３２は、ノズル部に
チップを装着して試料の吸引・吐出を行うためのもので
あり、搬送ロボットによってＸ−Ｙ−Ｚ方向に自在に移
動可能である。

【００３２】図３には、ピペッティング部３２の要部構
成が示されている。なお、図１に示した構成と同様の構
成には同一符号をつけ、その説明を省略する。

【００３３】図３に示されるノズル部１４は、大別して
第１部材３４と第２部材３６とで構成される。図示され
るように第１部材３４の上部には図１に示したハンガプ
レート２０及び位置決め部２２が形成されている。一
方、その第１部材３４の下端は第２部材３６の上部内に
スライド収納されている。その両者間にはバネ３８が介
在配置されており、第１部材３４に対して第２部材３６
は下方へ付勢されている。

【００３４】第２部材３６に対してスライド部材４０が
スライド自在に設けられており、その下部開口４０Ａか
ら第２部材３６の先端部３６Ｂが突出している。そし
て、第２部材３６とスライド部材４０との間にはバネ４
２が配置されている。ここで、復元バネ１８、バネ３
８、バネ４２の中でバネ４２が最も弱いバネであり、次
にバネ３８が弱いバネである。

【００３５】チップ１２をノズル１４の先端部３６Ｂに
装着した状態では、スライド部材４０が上方に押し上げ
られ、それとともにバー４０Ｂも上方に移動する。チッ
プ有無検出センサ４４は、このバーの上方への動きを光
学的に検出し、チップが装着されている状態を信号とし
て本体側へ送っている。

【００３６】後述するように、スライド部材４２は、つ
ば状の突き出し受け４０Ｃが形成されており、２本の突
き出し棒４６の下端によって下方へ押される。これにつ
いては後述する。

【００３７】第２部材３６には、一体となって運動する
バー３６Ｃが形成され、そのバー３６Ｃの位置が装着力
センサ５０によって検出される。装着力センサ５０は、
第１センサ５２及び第２センサ５４で構成され、装着時
にノズル部１４へ加わる圧力がどの程度であるかを２段
階に検出している。過度の装着力が加わった場合には、
バー３６Ｃが過大に上方に引き上げられ第１センサ５２
がそれを検出してジャミング判定を行う。

【００３８】図１に示したように、バネ収納室２８内に
は復元バネ１８が収納されており、天井２８Ａとハンガ
プレート２０の上面との間で突っ張り力を働かせてい
る。バネ収納室２８の上部を構成するベース５６には、
シリンジ５８が固定的に配置されている。具体的には、
シリンジ５８の突出部５８Ａがベース５６に形成された
貫通孔５６Ａ内に挿入されている。そして、挿通孔５８
Ｂ内には圧力伝達を行うためのチューブ３０が挿通され
ており、シリンジ５８内とチップ１２内とが連通されて
いる。ここで、チューブ３０は、屈曲自在な材料で構成
されているため、ノズル部１４の揺動を妨げることはな
い。また、突出部５８Ａの挿通孔５８Ｂとチューブ３０
との間にはＯリング６０が配置されており、このＯリン
グ６０によってチューブの上下動を許容しつつ気密状態
が維持されている。すなわち、上述したように第１部材
３４に対して第２部材３６がスライド可能にされてお
り、これによって経路長が変化するため、チューブ３０
がスライド自在にされている。なお、図３には、１つの
Ｏリング６０が示されているが、これは気密効果を高め
るために複数設けてもよい。

【００３９】シリンジ５８と共に分注ポンプを構成する
ピストン６２には、送りネジ６４が連結されており、以
下に述べるようにモータ６６の駆動力が伝達される。

【００４０】すなわち、プレート６８に配置されたモー
タ６６の軸回転はギア７０及び軸７２さらにギア７４を
介して送りネジ６４に伝達されている。つまり、モータ
６６の軸６６Ａが回転すると、それが送りネジ６４を回
転させることになり、その結果ピストン６２が上下動す
る。モータ６６の軸６６Ａの回転はエンコーダ８０によ
って検出されており、装置本体へその信号が出力され
る。なお、送りネジ６４をベルトを利用して駆動しても
よい。

【００４１】本実施例のピペッティング部３２には、チ
ップ１２を任意の位置で離脱できるようにするために離
脱機構１００が設けられている。この離脱機構１００
は、具体的には、スライド部材４０、２本の突きだし棒
４６、及びモータ６６を含む駆動機構で構成される。す
なわち、本実施例のピペッティング部３２では、分注用
モータ６６が離脱機構１００を駆動するためのモータと
して兼用されており、ピストン６２の位置が所定の高さ
より低くなるような状態において離脱機構１００を動作
させることが可能となる。

【００４２】すなわち、図３に示されるような状態から
さらにモータ６６を動作させてピストン６２を下方に移
動させると、同時に送りネジ６４に連結されたアーム８
２が下方に移動することになり、これが２本の突き出し
棒４６の上端を下方に押し下げ、それによって突きだし
棒４６の正端が突き出し受け４０Ｃを下方に押し下げ
る。すると、スライド部材４０の下端に形成されたチッ
プ当接部４０Ｄがチップ１２の上面を押し出すことにな
り、これによってチップ１２をノズル部１４から離脱さ
せることが可能になる。

【００４３】なお、以上のような離脱動作以外の状態に
おいては、突き出し棒４６に対して上方への付勢力がバ
ネ８４によって与えられている。

【００４４】図３において、８６は、シリンジ５８内の
圧力を検出するための圧力センサであり、圧力検出チュ
ーブ８８によってシリンジ５８と連結されている。

【００４５】次に、このピペッティング部３２の動作に
ついて説明する。

【００４６】まず、チップラックに起立されたチップ上
方にピペッティング部３２が位置決めされる。具体的に
は、ノズル部１４の軸中心とチップ１２の軸中心とが一
致するようにピペッティング部３２の位置決めを行う。
もちろん、その状態で両者間に位置決め誤差があっても
一定範囲までは上述のように調芯機構１０によってジャ
ンミングを生じさせずに確実なチップのフィッティング
を得ることが可能である。

【００４７】さて、ピペッティング部３２の位置決めが
終了した後、ピペッティング部３２を下方へ下降させ
る。この状態では、スライド部材４０はバネ４２の作用
によって下方に落とし込まれた状態である。なお、その
下方への落とし込みの高さを定めるストッパは図３に図
示されていない。

【００４８】ノズル部１４の先端（先端開口）３６Ａが
チップ１２の上部開口１２Ａ内に進入する時点では、調
芯機構１０が働いて上記の位置決め誤差を吸収するよう
にノズル部１４の先端に揺動の自由度を与える。すなわ
ち、ハンガプレート２０を支点として復元バネ１８に抗
してノズル部１４の全体が微小角度揺動することにな
る。

【００４９】従って、チップ１２を先端部３６Ｂに確実
に装着させることが可能になる。

【００５０】装着状態では、スライド部材４０が上方に
引き上げられ、これにともなってバー４０Ｂも上方に引
き上げられる。その状態がチップ有無検出センサ４４で
検出され、装置本体でチップ装着が判定される。なお、
チップ装着時の荷重により、バネ３８が縮まり、これに
よって第２部材３６が若干上方に押し上げられる。する
と、バー３６Ｃもそれに連動して上方に移動し、それが
第２センサ５４によって検出される。これにて装置本体
側では、適正な荷重によってチップ装着が行われたこと
が判定される。

【００５１】一方、ノズル部１４とチップ１２との位置
決め誤差が大きく、ノズル部１４の先端３６Ａがチップ
１２の上面に完全に衝突した状態においては、もはやノ
ズル部１４の下降が完全に阻止されるため、第２部材３
６を介してその荷重がバネ３８に伝達され、バネ３８を
大きく縮ませる。すると、バー３６Ｃも上方に大きく引
き上げられることになり、第１センサ５２がそれを検出
する。装置本体側では第１センサ５２の信号が出力され
た場合に、ジャミングが発生したものとしてアラームを
発する。ちなみに、本実施例ではバネ３８が設けられて
いるため衝突が生じた際にもその衝突を吸収してピペッ
ティング部３２の全体に与える悪影響が緩和されてい
る。

【００５２】ここで、各バネについての説明を補充する
と、例えばチップ装着力が２ＫｇＦ程度であるとする
と、例えばバネ４２の強さは５０ｇＦ程度に設定され、
バネ３８は例えば２ＫｇＦ以上に設定される。そして、
復元バネ１８は例えば５ＫｇＦ程度に設定される。

【００５３】さて、ノズル部１４にチップ１２が装着さ
れた後、ピペッティング部３２が上方に引き上げられ
る。その際、復元バネ１８によってノズル部１４は常に
垂直方向に維持されることになり、その結果チップ１２
も同様に垂直方向に維持される。そして、ピペッティン
グ部３２を移動させ、モータ６６を駆動してチップ１２
によって試料の吸引を行う。そして、分注すべき複数の
試験管へ試料の分注を行う。なお、試料の吸引及び吐出
時のエア圧力は圧力センサ８６によってモニタされてい
る。

【００５４】１つの試料に対して分注が終了した後、チ
ップ１２が交換されるが、その際にはモータ６６が駆動
されて送りネジ６４が下方に移動される。すると、アー
ム８２も下方に下がることになり、待機した２本に突き
出し棒４６の上端を下方に押し下げる。すると、その突
き出し棒４６の下端がつば状の突き出し受け４０Ｃを下
方に押し下げることになり、チップ当接部４０Ｄがチッ
プ１２の上部を下方に押し下げてチップの離脱を図る。

【００５５】従って、このような離脱機構１００によれ
ば、任意の位置においてチップ１２の離脱を行うことが
可能であるので、例えばチップ廃棄ボックスの上方にお
いて様々な位置からチップを離脱させることにより、従
来のようにチップの山が築かれるような問題を解消でき
る。もちろん、本実施例のこの離脱機構１００によれ
ば、試料の種別に応じて複数のチップ廃棄ボックスを設
け、それらの試料に応じて廃棄ボックスを選択してチッ
プの廃棄を行うことなども可能となる。

【００５６】本実施例のピペッティング部３２自体に分
注ポンプ及びその駆動源であるモータ６６が配置されて
いるため、チップ１２までの配管経路を極力短くでき、
その結果、応答性及び分注精度を向上できる。さらに、
本実施例によれば、離脱機構１００のための駆動源を別
途設ける必要がなく、モータ６６を兼用できるので、ピ
ペッティング部３２を小型化軽量化できる。

【００５７】なお、図３に示した各機構は、ピペッティ
ング部３２のフレーム内に収納されており、図３におい
ては例えばアーム３２の回転を規制するための部材など
は図示省略されている。

【００５８】図４には、上述したＯリング６０と同様の
機能を有するシール１１０が示されている。すなわち、
このシール１１０は、シリンダ５８の下部に設けられて
おり、ノズル部の先端開口とシリンダ５８内部とを連通
するチューブをスライド自在に気密保持するものであ
る。ここで、シール１１０は、例えばゴム材などで構成
され、チューブ３０のスライドを許容すると共にシリン
ダ５８内部の気密を保持している。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノズル部とチップとの間に生ずる位置ずれの許容範囲を
大きくすることができる。そして、そのような位置ずれ
があってもチップを確実にノズル部に装着させることが
可能となる。またノズルチップの離脱機構を設けつつも
ノズルチップ装着時にノズル部の揺動を許容できる。

【００６０】また、本発明によればチップの落下などを
検出することが可能となる。また、ピペッティング部に
シリンジ及びモータを搭載することによってピペッティ
ング部の小型化軽量化を図ることが可能となる。

【００６１】さらに、本発明によれば、離脱機構によっ
て任意の位置において自在にチップの離脱を行うことが
可能となる。従って、本発明によれば、分注精度を向上
でき、装置の信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る調芯機構の原理を示す原理説明
図である。

【図２】 分注装置の全体を示す外観図である。

【図３】 ピペッティング部の具体的な構成を示す要部
構成図である。

【図４】 シール１１０の断面図である。

【符号の説明】

１０ 調芯機構、１２ ディスポーザブチップ、１４
ノズル部、１６ 首振り機構、１８ 復元バネ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−188538（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−3364（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−281241（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−243962（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−31599（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 35/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動自在なピペッティング部によって分
   注を行う分注装置において、 前記ピペッティング部は、 ディスポーザブルチップが下端に装着されるノズル部
   と、 前記ノズル部の下端を揺動可能にしつつ、前記ノズル部
   の上端を保持する首振り機構と、 前記ノズル部に対して垂直方向への復元力を与える復元
   機構と、前記首振り機構の上方に設けられ、前記ノズル部に連通
   するシリンジと、 前記シリンジ内のピストンを駆動するモータと、 前記モータが一方方向に回転して前記ピストンの下降量
   が所定値を超えた以後に、前記モータの一方方向の回転
   力が伝達されて下降運動する突き出し棒と、 前記ノズル部の下端にスライド可能に設けられた部材で
   あって、前記突き出し棒の下降運動によりその下端が当
   接される水平方向に広がった突き出し受けと、その突き
   出し受けが前記突き出し棒によって下方へ突き出された
   場合に前記ノズル部の先端に装着された前記ノズルチッ
   プの上面を下方へ押し出して当該ノズルチップを離脱さ
   せるチップ当接部と、を有するスライド部材と、 を有することを特徴とする分注装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記ノズル部は、上部の第１部材と、それに対してスラ
   イドする下部の第２部材と、前記第１部材に対して前記
   第２部材を下方に付勢する第１のバネと、で構成され、 前記ピペッティング部は、前記第２部材の上昇運動に従
   って適正装着力を検出する適正装着力センサと、前記第
   ２部材の上昇運動に従って適正装着力を超える過度の装
   着力を検出するジャミングセンサと、を有する ことを特
   徴とする分注装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置において、前記ピペッティング部は、 前記第２部材に対して前記スライド部材を下方に付勢す
   る第２のバネと、 前記第２部材の先端に前記ノズルチップが装着されて当
   該ノズルチップによってスライド部材が上方に引き上げ
   られたことを検出するチップ有無検出センサと、 を有し、 前記第２のバネは前記第１のバネよりも弱いバネである
   ことを特徴とする分注装置。