JP2018205061A - 分注装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態1に係る分注装置100の概略構成を示す模式図である。分注装置100は、剛体部材により形成されたベースステージ107を備えている。ベースステージ107上には、液体試料収容容器105が設けられている。試料を分注するためのノズル104がディスポーザブル(使い捨て)である場合は、ベースステージ107上においてさらに、使用前ディスポーザブルノズル格納容器108、使用済ディスポーザブルノズル格納容器109を設けてもよい。
(パラメータ2)試料の分注量:試料を分注する量に応じて液滴201の形状が異なるので、分注量ごとにdminとhの対応関係を記述しておくことが望ましい。
(パラメータ3)ノズル内径:ノズル104の内径に応じて液滴201の形状が異なるので、内径の値ごとにdminとhの対応関係を記述しておくことが望ましい。
(パラメータ4)ノズル肉厚:ノズル104の肉厚が厚いと、液滴201の表面張力により液滴201がその肉厚部分に張り付くようにして変形するので、液滴201の形状に対して影響を与える。したがってノズル104の肉厚の値ごとにdminとhの対応関係を記述しておくことが望ましい。
(パラメータ5)分注対象106の材質に応じて、試料が分注対象面に対して貼り付く強さが異なる。したがって分注対象106の材質ごとにdminとhの対応関係を記述しておくことが望ましい。
(パラメータ6)dmin
(パラメータ7)h
例2:dmin=0.447±0.033(mm),h=0.830±0.040(mm)
演算部111は、ノズル104を最小移動単位分だけ下降させる。例えばZ軸方向駆動部103がステッピングモータによって駆動される場合は、ノズル104を1ステップ分だけ下降させる。以下では説明の便宜上、ステッピングモータによりノズル104を駆動制御することを前提とし、最小移動単位=1ステップとする。
演算部111は、撮影部301が撮影した画像に基づき、液滴201が分注対象106に対して着滴しているか否かをチェックする。液滴201が着滴するとサイズdが急激に変化するので、これに基づき着滴を検出することができる。着滴していない場合はステップS501に戻って同様の処理を繰り返し、着滴した場合はステップS503へ進む。
演算部111は、あらかじめ定められた特定ステップ数だけノズル104を下降させる。この特定ステップ数は、確実に液滴201が分注対象106に対して着滴するように定められるものであり、分注量と吐出量にしたがって理論的に計算することができる。
演算部111は、撮影部301が撮影した液滴201の画像に基づき、液滴201の平面サイズ(直径)dを測定する。
演算部111は、ノズル104を1ステップ分だけ上昇させる(S505)。演算部111は、液滴201のサイズdを改めて測定する(S506)。演算部111は、ステップS504とS506それぞれにおける液滴201のサイズを比較することにより、サイズdの変化量を求める(S507)。
演算部111は、ステップS507において求めた変化量が正値であるか否かを判定する。変化量が負値であれば、図2中央図のようにノズル104の先端と分注対象106との間が液滴201によって接続されていることになるので、ステップS505に戻ってノズル104をさらに上昇させる。変化量が正値になれば、図2中央図の状態から図2右図の状態に移行した(液滴201を分注完了した)ことになるので、ステップS509へ進む。
演算部111は、液滴201のサイズdminを用いてデータテーブル113を参照することにより、対応する相対距離hを取得する。先に説明したパラメータ1〜パラメータ5を用いる場合は、これらパラメータを併せて指定した上で対応する相対距離hを取得する。
演算部111は、試料を分注対象106に対して吐出した後、ノズル104をh+数ステップ程度上昇させる。図5のフローチャートによれば、ノズル104が液滴201から離れるときにおける分注対象面とノズル104先端との間の距離はhであるので、ノズル104をhだけ上昇させれば、原則的にはノズル104が液滴201から離れるはずである。本ステップにおいてはノズル104を液滴201からより確実に引き離すため、ノズル104をさらに数ステップ程度上昇させることとした。図5のフローチャートに続いて本フローチャートを実施する場合は、本ステップにおいてノズル104を数ステップ上昇させればよい。ステップS509においてノズル104は既にhだけ上昇しているからである。
演算部111は、X軸方向駆動部101/Y軸方向駆動部102によって、ノズル104を次の分注位置に移動させる(S602)。演算部111は、ノズル104をh+数ステップ(S601と同じステップ数)だけ下降させる(S603)。演算部111は、試料を吐出させる(S604)。
本実施形態1に係る分注装置100は、試料を分注する動作時における液滴201のサイズdを撮影部301によって撮影し、その撮影画像に基づきdminとこれに対応するhの値を取得する。取得したhを用いてノズル104を上下移動することにより、ノズル104の先端や分注対象面に対して物理的損傷を与えることなく、分注量を正確に保つことができる。すなわち、分注を実施するごとの分注量のばらつきを所定範囲内に収めることができる。
図7は、液体試料の粘性の違いによるサイズdの変化率の違いを示すグラフである。比較のため、図4で説明したdの時間変化率を示すグラフを併記した。図7に示すように、粘性が高いときの極性702は、粘性が低いときの曲線701と比較して、dの時間変化率が緩やかであることを示している。そこで演算部111は、dの時間変化率に基づき試料の粘性を表すパラメータを求めることができる。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
101:X軸方向駆動部
102:Y軸方向駆動部
103:Z軸方向駆動部
104:ノズル
105:液体試料収容容器
106:分注対象
107:ベースステージ
108:使用前ディスポーザブルノズル格納容器
109:使用済ディスポーザブルノズル格納容器
110:ステージ
201:液滴
301:撮影部
Claims (12)
- 液体の試料を保持する部材に対して前記試料を分注する分注装置であって、
前記試料を吐出するノズル、
前記部材に対して吐出された前記試料の液滴を撮影する撮影部、
前記撮影部が撮影した前記液滴の画像を用いて前記試料を分注する分注機構、
を備えることを特徴とする分注装置。 - 前記分注装置はさらに、前記分注装置の動作を制御する演算部を備え、
前記演算部は、前記撮影部が撮影した前記液滴の画像を用いて前記液滴のサイズを計測し、
前記演算部は、前記液滴が前記ノズルの先端から離れるときにおける、前記ノズルの先端と前記液滴を分注する分注対象面との間の第1距離を、前記液滴のサイズを用いて算出する
ことを特徴とする請求項1記載の分注装置。 - 前記分注機構は、前記演算部からの指示にしたがって前記ノズルを水平方向と上下方向に移動させる機構を備えており、
前記演算部は、前記ノズルを水平方向に移動させるとともに、前記第1距離を用いて前記ノズルを上下移動させた上で前記試料を吐出させることにより、前記ノズルが前記試料を前記部材に対して分注する液量の誤差を所定範囲内に収める
ことを特徴とする請求項2記載の分注装置。 - 前記分注装置はさらに、前記液滴が前記ノズルの先端から離れるときにおける前記液滴のサイズと、前記第1距離との間の対応関係を記述したデータを記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記液滴のサイズを用いて前記データを参照することにより、前記液滴のサイズに対応する前記第1距離を取得し、
前記演算部は、前記取得した前記第1距離を用いて前記ノズルを上下移動させる
ことを特徴とする請求項3記載の分注装置。 - 前記演算部は、前記ノズルが前記試料を吐出した後、前記第1距離に対して所定の微小距離を加算した第2距離だけ前記ノズルを引き上げ、
前記演算部は、前記第2距離だけ引き上げた前記ノズルを、次の分注位置に向かって水平方向に移動させ、
前記演算部は、前記次の分注位置において前記ノズルを前記第2距離だけ引き下げた上で前記試料を前記ノズルから吐出させる
ことを特徴とする請求項3記載の分注装置。 - 前記データは、前記試料の種別、前記ノズルが前記試料を吐出する液量、前記ノズルの内径、および前記ノズルの肉厚の組み合わせごとに、前記対応関係を記述しており、
前記演算部は、前記試料の種別、前記ノズルが前記試料を吐出する液量、前記ノズルの内径、および前記ノズルの肉厚を用いて前記データを参照することにより、前記組み合わせに対応する前記第1距離を取得する
ことを特徴とする請求項4記載の分注装置。 - 前記撮影部は、前記ノズルが前記試料を吐出している間における前記液滴のサイズの変化を撮影し、
前記演算部は、前記撮影部が撮影した前記液滴のサイズの時間変化率に基づき、前記試料の粘性の強さを表す粘性パラメータを求める
ことを特徴とする請求項2記載の分注装置。 - 前記演算部は、前記試料の粘性が大きいほど、前記試料を吐出した後に前記ノズルを引き上げる速度を遅くする
ことを特徴とする請求項7記載の分注装置。 - 前記分注装置はさらに、前記粘性パラメータと前記ノズルを引き上げる速度との間の対応関係を記述したデータテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記演算部は、前記液滴のサイズの変化率を用いて前記データテーブルを参照することにより、対応する前記速度を取得し、その速度で前記ノズルを引き上げる
ことを特徴とする請求項8記載の分注装置。 - 前記演算部は、前記撮影部が撮影した前記液滴のサイズに基づき、前記試料が前記部材に対して接触したか否かを判定し、
前記演算部は、前記試料が前記部材に対して接触していない場合は、前記ノズルを所定量だけ引き下げる
ことを特徴とする請求項2記載の分注装置。 - 前記データは、前記部材の材質ごとに前記対応関係を記述しており、
前記演算部は、前記部材の材質を指定して前記データを参照することにより、前記部材の材質に対応する前記第1距離を取得する
ことを特徴とする請求項4記載の分注装置。 - 前記ノズルと前記撮影部は、前記部材を挟むように配置されており、
前記ノズルは、前記部材の片面に対して接触するように前記試料を分注し、
前記撮影部は、前記部材の他面側から前記試料を撮影する
ことを特徴とする請求項1記載の分注装置。
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