JP3231269B2

JP3231269B2 - 分注装置

Info

Publication number: JP3231269B2
Application number: JP32297097A
Authority: JP
Inventors: 和徳射谷
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JPH11160326A

Description

【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した所定高さで前記ノ
ズルの下降を停止させる制御を行う下降制御手段と、前
記ノズルの下降時に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。

【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の先端挿入穴にチップ先端を
挿入させようとした時に、チップ先端が先端当接面に当
接・衝突し、それが接触検出手段によって検出される。
上記の位置ずれ検出は、望ましくはチップ装着直後に行
うのが望ましい。接触検出手段としては、例えば既存の
装置に設けられているジャミングセンサなどを利用する
ことができる。上記の先端当接面への接触の有無を利用
して、以下のようなエラー判定や補正データの演算が可
能となる。

【００１２】本発明の好適な態様では、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。また、本発明の好適な態様で
は、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。更に、本発明の好適な態様では、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。

【００１３】本発明の好適な態様では、前記位置ずれ検
出用部材は、形状の異なる複数の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、先端挿入穴を
適宜選択使用してもよい。各先端挿入穴は、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。

【００１４】本発明の好適な態様では、前記位置ずれ検
出用部材における少なくとも前記先端当接面は前記ノズ
ルチップよりも柔らかい部材で構成される。これによっ
てチップ先端の破損を防止できる。もちろん、ノズル側
に衝突力を吸収するための弾性手段を設けてもよい。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】

【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。

【００１８】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。

【００１９】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）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ジャミン
グ検出部１６が設けられている。このジャミング検出部
１６はチップ１２が何らかの部材に衝突した際にその衝
突力を検出する手段である。

【００２０】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
を含む可動部分に接続され、この駆動機構２２によって
分注ポンプ１４及びノズルを含む可動部分の全体が駆動
されている。それらの可動部分は三次元的に自在に運動
可能である。

【００２１】ジャミング検出部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によってジャミ
ング検出部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。

【００２２】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、その上部に挿入穴２６
Ａを有する。挿入穴２６Ａの周囲は当接面２６Ｂとされ
ている。すなわち、部材２６の上面はチップ１２の先端
に接触する平面とされている。挿入穴２６Ａの深さは例
えば２ｍｍであり、その直径は例えば４ｍｍである。こ
の挿入穴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の挿入穴
２６Ａが使用される。

【００２３】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。

【００２４】図２には、ジャミング検出部１６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１
０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には水平板としてのジャミング検出板
３２が設けられており、その一端には光を反射する反射
板３４が設けられている。

【００２５】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、具体的にはバネ３８によってベース３
５に対してノズル全体が下方に付勢されている。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。ベース３５には光センサ
３６が設けられており、この光センサ３６によって生成
された光は反射板３４にて反射され、その反射光が再び
光センサ３６にて受光される。

【００２６】このようなジャミング検出部１６におい
て、チップ１２が例えば分注先の容器の縁等に衝突して
ノズルに対して衝突力が伝わると、その衝突力はバネ３
８の作用によって吸収される。その際、光センサ３６に
対して相対的にジャミング検出板３２が上方に持ち上が
ることになり、その結果、光センサ３６における受光が
遮断される。よって、このような光センサ３６によって
ジャミングを検出できる。

【００２７】本実施形態の装置では、このようなジャミ
ング検出部１６をそのまま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、チップ１２の
先端が挿入穴２６Ａに例えば１ｍｍ程度入る高さでノズ
ル全体を停止させる。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、その先端は挿入穴２６Ａの
中空部分に挿入されるだけで衝突は生じない。しかしな
がら、チップ１２の先端に位置ずれがあると、そのチッ
プ１２の先端は当接面２６Ｂに衝突することになり、そ
の衝突力が上述したようにジャミング検出部１６で検出
されることになる。もちろんジャミングの検出が行われ
た場合、駆動機構２２による下降は強制的に停止され
る。

【００２８】図１に示した判定部２４は図２に示した光
センサ３６の出力信号に常に監視しており、ジャミング
を判定すると共に、位置ずれ検出モードにおいては位置
ずれの有無を判定している。そして位置ずれがあった場
合には制御部２０に対して所定のアラーム信号を出力し
ている。その結果、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。

【００２９】上記の部材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。

【００３０】図３には、本実施形態の分注装置において
設けられた各種の挿入穴が例示されている。（Ａ）及び
（Ｂ）にはそれぞれ円形の挿入穴が示されており、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挿入穴が例
示されている。これらの挿入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）に示す挿入穴は、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。

【００３１】上記のジャミング検出部１６においては、
光学的にジャミングの検出が行われていたが、もちろん
機械的あるいは電気的にそのようなジャミングを検出し
てもよい。例えばマイクロスイッチ等を利用してもよ
い。

【００３２】図１に示した部材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
ずれが検出される。保持穴４４は実質的に図１に示した
挿入穴２６Ａとして機能し、上面板４２の上面は図１に
示した当接面２６Ｂとして機能する。図４においては位
置ずれが生じていないノズルチップが符号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。したがって、図４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。

【００３３】図５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。

【００３４】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
が挿入穴２６Ａに向けて、上方から下方へ引き下ろされ
る。Ｓ１０３では衝突があったか否かが検出され、この
場合、衝突がなければＳ１０４においてノズルの下降動
作が停止される。そして、Ｓ１０５ではノズルが搬送さ
れて従来同様に液体の分注が実行され、その後Ｓ１０６
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。

【００３５】一方、Ｓ１０３において衝突があったと判
断された場合、Ｓ１０７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、Ｓ１０８
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。一
方、Ｓ１０７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、Ｓ１０９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ノズルを上方から下
方へ引き下ろす制御が行われる。そして、Ｓ１１０にお
いてはその位置において衝突が発生したか否かが判断さ
れ、発生していなければ位置を移動させて衝突の有無が
調査される。Ｓ１１０において衝突があったと判定され
た場合、Ｓ１１１においてノズルの下降が停止され、Ｓ
１１２ではさらに別の位置で位置ずれの検出を行うか否
かが判断される。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、衝突の有無についての調査が行わ
れる。

【００３６】以上のような工程を繰り返すと、２次元の
各アドレスごとに衝突の有無が判明するので、そのデー
タを元にしてＳ１１３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。Ｓ
１１４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Ｓ１０５
以降の各工程が実行される。一方、Ｓ１１４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、Ｓ１１５において新しいチップに交換さ
れる。

【００３７】ちなみに、補正データの演算が行われた場
合、Ｓ１０５における分注処理においては、駆動機構２
２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。

【００３８】上記の実施形態では、ジャミング検出部１
６をそのまま位置ずれ検出用の手段として利用したが、
もちろんジャミング用の検出部の他に専用の位置ずれ検
出用のセンサを設けてもよい。

【００３９】また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
エルが上述した挿入穴２６Ａとして機能することにな
る。

【００４０】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分注装置の要部構成を示す概念
図である。

【図２】ジャミング検出部の具体的な構成例を示す図
である。

【図３】挿入穴の各種形態を示す図である。

【図４】チップラックを利用した位置ずれ検出を示す
概念図である。

【図５】分注装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１０チップ装着部、１２ノズルチップ、１４分注
ポンプ、１６ジャミング検出部、２０制御部、２２
駆動機構、２４判定部、２６位置ずれ検出用部
材、２６Ａ挿入穴、２６Ｂ当接面。

Claims

(57)【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し
た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、前記ノズルの下降時に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２】請求項１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３】請求項１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４】請求項３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５】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、形状の異なる複数の先端挿
入穴を有することを特徴とする分注装置。
【請求項６】請求項１記載の装置において、前記位置ずれ検出用部材における少なくとも前記先端当
接面は前記ノズルチップよりも柔らかい部材で構成され
たことを特徴とする分注装置。
【請求項７】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クの上面板であり、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。