JP4618215B2

JP4618215B2 - 分注装置及び分注方法

Info

Publication number: JP4618215B2
Application number: JP2006226201A
Authority: JP
Inventors: 秀吉北原; 朗樋口
Original assignee: Wako Pure Chemical Industries Ltd; Fujifilm Wako Pure Chemical Corp
Current assignee: Fujifilm Wako Pure Chemical Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008051578A

Description

本発明は、創薬スクリーニング等の分野において容器への液体の分注に用いられる分注装置及び分注方法に関するものである。

物質の生化学的反応などの試験を系統的に行う際に用いられる装置として、分注装置が知られている。この分注装置は、マイクロタイタープレートと呼ばれる液体収容用の容器を移動させる容器移動手段と、所定位置に移動された容器に試料となる液体を吐出する液体吐出手段を備えており、容器の移動プロセス及び容器への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って制御装置が処理を実行することによって、複数の容器に対する液体の分注を自動で行うことができるようになっている。ここで、容器移動手段は例えばロボットハンドから成り、把持した容器を三次元的に移動させることができる（特許文献１）。
特開２００２−３３３４５０号公報

しかしながら、従来の分注装置では、容器移動手段による容器の水平方向及び上下方向への移動速度はそれぞれ容器から液がこぼれることのない低速の一定速度に固定されていた。このため、例えば容器が空であり、容器から液体がこぼれるおそれのないときには徒に長い移動時間を要することとなり、タクトタイムの短縮化が阻害される要因となっていた。

そこで本発明は、液こぼれを生じさせることなく容器の移動を効率よく行い、従来に比してタクトタイムを短縮化することができる分注装置及び分注方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の分注装置は、液体収容用の容器を移動させる容器移動手段と、容器移動手段によって所定位置に移動された容器に液体を吐出する液体吐出手段と、容器移動手段による容器の移動プロセス及び液体吐出手段による容器への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器への液体の分注を行う制御手段とを備えた分注装置であって、容器移動手段による移動の対象となる各容器についてその容器の型及び前記液体吐出プロセスの進行状態に応じた累積液量が記憶された第１の記憶手段と、容器の型及び累積液量に応じた液こぼれを生じさせない容器の移動速度パターンが記憶された第２の記憶手段とを有し、制御手段は、前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、移動の対象となっている容器の型及び容器の移動時点における累積液量を第１の記憶手段から読み出した後、その読み出した容器の型及び累積液量に応じた容器の移動速度パターンを第２の記憶手段から読み出し、その読み出した移動速度パターンで容器を移動させる。

請求項２に記載の分注装置は、液体収容用の容器を移動させる容器移動手段と、容器移動手段によって所定位置に移動された容器に液体を吐出する液体吐出手段と、容器移動手段による容器の移動プロセス及び液体吐出手段による容器への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器への液体の分注を行う制御手段とを備えた分注装置であって、前記スケジュールデータには、容器移動手段によって移動させる容器についてその容器の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた液こぼ
れを生じさせない容器の移動速度パターンが予め書き込まれており、制御手段は、前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、前記スケジュールデータに書き込まれている移動速度パターンで容器を移動させる。

請求項３に記載の分注方法は、液体収容用の容器の移動プロセス及び所定位置に移動された容器への液体の吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器への液体の分注を行う分注方法であって、前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、その容器の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた液こぼれを生じさせない移動速度パターンで容器を移動させる。

本発明では、スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、その容器の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた液こぼれを生じさせない移動速度パターンで容器を移動させるので、例えば容器の型が同じであれば、液量が多いときには低速で、液量が少ないときには高速で移動させるようなことができる。従って、液こぼれを生じさせることなく容器の移動を効率よく行うことができ、移動速度が低速の一定速度に固定されていた従来に比して、タクトタイムを大幅に短縮化することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における分注装置の斜視図、図２は本発明の一実施の形態における分注ヘッドの斜視図、図３は本発明の一実施の形態における分注装置の制御系を示すブロック図、図４は本発明の一実施の形態における分注装置の第１記憶部に記憶されたデータの一例を示す図、図５は本発明の一実施の形態における分注装置の第２記憶部に記憶されたデータの一例を示す図、図６（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における液体を収容したウェルの断面図、図７は本発明の一実施の形態における分注作業処理のメインルーチンのフローチャート、図８及び図９は本発明の一実施の形態における分注作業処理のサブルーチンのフローチャートである。

図１において、分注装置１は例えば創薬スクリーニング装置の一部として設けられ、液体収容用の容器（マイクロタイタープレート）２０に試料となる液体を吐出して分注する。容器２０には多数のウェル２１が縦横に並んで設けられており、液体は各ウェル２１内に等分に注入される。

分注装置１は全体がカバーケース２によって覆われており、その内部には作業テーブル３が設けられている。作業テーブル３の側方には容器２０を多数ストックする容器ストッカー４が設けられており、作業テーブル３の上方にはロボットハンド５と分注ヘッド移動機構６が設けられている。

ロボットハンド５は容器２０を把持して水平方向及び上下方向に移動させる装置（容器移動手段）であり、作業テーブル３の内部に設けられた制御装置９からその動作が制御される（図３）。ロボットハンド５はＸ軸テーブル５ａ、Ｙ軸テーブル５ｂ、昇降回転ユニット５ｃ及び移載ヘッド５ｅから成っており、Ｘ軸テーブル５ａは作業テーブル３に対してＸ軸方向へ移動自在であり、Ｙ軸テーブル５ｂはＸ軸テーブル５ａに対してＹ軸方向へ移動自在である。このためＸ軸テーブル５ａのＸ軸方向への移動とＹ軸テーブル５ｂのＹ軸方向への移動を組み合わせることにより、昇降回転ユニット５ｃをＸＹ面内で（水平方向に）で移動させることができる。昇降回転ユニット５ｃは下方へ延びて上下方向への移動と上下軸まわりの回転移動が自在なアーム部５ｄを有しており、アーム部５ｄを上下方向へ移動させ、また上下軸まわりに回転させることによってアーム部５ｄの下端部に設けられた移載ヘッド５ｅの上下方向位置及び上下軸まわりの回転位置（向き）を変えること
ができる。移載ヘッド５ｅにはチャックハンド５ｆが設けられており、このチャックハンド５ｆを開閉させることによって容器２０を把持する。

分注ヘッド移動機構６は分注ヘッド７を水平方向に移動させる装置であり、制御装置９からその動作が制御される（図３）。分注ヘッド移動機構６はＸ軸テーブル６ａ及び２つのＹ軸テーブル６ｂから成る。Ｘ軸テーブル６ａは作業テーブル３に対してＸ軸方向へ移動自在であり、各Ｙ軸テーブル６ｂはＸ軸テーブル６ａに対してＹ軸方向へ移動自在である。このためＸ軸テーブル６ａのＸ軸方向への移動とＹ軸テーブル６ｂのＹ軸方向へ移動を組み合わせることにより、分注ヘッド７をＸＹ面内で（水平方向に）で移動させることができる。

分注ヘッド７は容器２０内に液体の吐出を行う装置（液体吐出手段）であり、分注ヘッド移動機構６と同様、制御装置９からその動作が制御される（図３）。図２において、各分注ヘッド７の下部にはティップ取り付け部７ａが設けられており、ティップ取り付け部７ａの下端部には多数のティップ８が着脱自在に装着されている。ティップ取り付け部７ａは上下方向（図２の矢印Ａ）に移動自在であり、ティップ取り付け部７ａに装着した全てのティップ８を同時に昇降移動させることができる。ディップ取り付け部７ａには各ティップ８に対応するノズルが設けられており、各ノズルから液体を噴出させると、そのノズルに取り付けられたティップ８から液体が吐出される。

図３において、制御装置９はＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９ａ、プログラム格納部９ｂ、第１記憶部９ｃ、第２記憶部９ｄ及び第３記憶部９ｅを備えている。プログラム格納部９ｂにはロボットハンド５や分注ヘッド７をはじめとする分注装置１の各機構や機器を制御するためのプログラムが格納されている。ＣＰＵ９ａはプログラム格納部９ｂに格納されているプログラムを実行することにより分注装置１の各機構や機器を制御する。第３記憶部９ｅにはロボットハンド５による容器２０の移動プロセスや所定位置に移動された容器２０への分注ヘッド７による液体の吐出プロセス等の処理内容（処理内容情報）が予めスケジューリングされて成るスケジュールデータが記憶されており、ＣＰＵ９ａはそのスケジュールデータを読み込み、該当するプログラムを実行することにより容器２０への液体の分注等を行う制御手段として機能する。

スケジュールデータでは、分注処理の対象とする容器２０を識別番号ＩＤ＝１，２，３，・・・によって識別するようにしており、ＣＰＵ９ａはスケジュールデータに記載された処理内容情報を順に読み出しつつ、その処理内容情報に記載されている識別番号ＩＤによって処理対象とする容器２０を識別し、その容器２０に対して移動、液体吐出を含む種々の処理を行う。なお、移動処理によって移動される容器２０には、容器ストッカー４内から取り出された容器２０のほか、前の工程（例えば培養工程）が終了した容器２０も含まれる。このためロボットハンド５による移動対象となる容器２０は空の場合もあるが、液体が入っている場合もある。

処理内容情報が容器移動処理に関するものである場合、処理内容情報には移動の対象となる容器２０の識別番号ＩＤ、移動元の位置、移動先の位置が含まれる。また、処理内容情報が液体吐出処理に関するものである場合、処理内容情報は液体吐出処理の対象となる容器２０の識別番号ＩＤ、吐出液量を含む情報より構成される。

第１記憶部９ｃはＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）であり、ここには移動の対象となる容器２０の識別番号（ＩＤ）とともに、その容器２０の型（Ｔ）及びスケジュールデータの進行状態に応じた累積液量（Ｌ）がテーブルの形で記憶されている。容器２０の型（Ｔ）は番号１，２，３，・・・で与えられ、容器２０の形状、すなわちウェル２１の配列や深さなどが異なるものには互いに異なる番号が与えられている。

累積液量（Ｌ）は、分注ヘッド７からその容器２０に（各ウェル２１に）吐出された液体の累積値であり、最初、すなわち容器２０が空のときは零であるが、分注ヘッド７による液体の吐出が行われたときには、その吐出された液量が加算されて記憶される。この液量の加算は、分注ヘッド７による液体の吐出動作があったときに、ＣＰＵ９ａが第１記憶部９ｃにアクセスしてそれまでの累積液量を書き換え更新することによって行う。なお、加算される液量は、この実施の形態では、スケジュールデータにおいて分注ヘッド７が吐出を指示されている液量であるが、容器２０内に吐出された液量を何らかの方法によって実測して加算するようにしてもよい。図４に、第１記憶部９ｃに記憶される容器２０の型（Ｔ）及び累積液量（Ｌ）のデータの一例を示す。

第２記憶部９ｄはＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）であり、ここには容器２０の型（Ｔ）及び累積液量（Ｌ）に応じた容器２０の移動速度パターン（Ｐ）が記憶されている。ここで、容器２０の移動速度パターン（Ｐ）とは時間に対する容器２０の移動速度の変化パターンのことであり、番号１，２，３，・・・で与えられる。各移動速度パターン（Ｐ）は、移動元から移動先への容器２０の移動中にウェル２１内から液体がこぼれず、しかもできるだけ早く両地点間の移動ができるものに設定されている。図５に、第２記憶部９ｄに記憶されるデータの一例を示す。図５（ａ）は容器２０の型（Ｔ）及び累積液量（Ｌ）に応じた容器２０の移動速度パターン（Ｐ）を呼び出すテーブル、図５（ｂ）はこのテーブルから呼び出される具体的な移動速度パターンのグラフである。なお、図５（ａ）における容器２０の型が「３」である容器２０については、累積液量の値とは無関係に移動速度パターンが「３」に設定されることを意味する。

移動速度パターンが容器２０内の累積液量だけでなくその容器２０の型にも依存して設定されるようにしているのは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、累積液量が同じであっても容器２０の型、すなわちウェル２１の直径Ｄや深さＨが異なればウェル２１の上縁２１ａに対する液体３０の液面３０ａの高さｈは異なり、液こぼれを生じさせることなく容器２０を移動させることができる移動速度パターンも異なってくるからである。図６（ａ１），（ａ２）は、直径Ｄは等しいが深さＨが異なる２つのウェル２１に同じ量の液体３０を収容した場合、図６（ｂ１），（ｂ２）は、深さＨは等しいが直径Ｄが異なる２つのウェル２１に同じ量の液体３０を収容した場合を示している。なお、容器２０から液体がこぼれる要因となるのは主として容器２０の移動速度の変化量、すなわち加速度である。従って、容器２０の水平移動時に大きな加速度が作用すると、液面３０ａの水平面からの傾斜角が大きくなって液こぼれが生じ易くなり、容器２０の上下移動時に大きな加速度が作用すると、液面３０ａがウェル２１の上縁２１ａを超えて液こぼれが生じ易くなる。

次に、この分注装置１が行う分注作業処理の手順を図７、図８及び図９に基づいて説明する。制御装置９のＣＰＵ９ａは、制御装置９に繋がる入力装置１０から所定の操作が行われると分注作業処理を開始し、スケジュールデータに記載された処理内容情報の読み出しと、その処理内容情報の解読・処理実行とを繰り返す。そして、最後の処理内容情報の読み出し及びその処理実行が終了した時点で、一連の分注作業処理を終了する。以下、ＣＰＵ９ａが行う具体的な処理手順を説明する。

図７において、ＣＰＵ９ａは先ず、スケジュールデータに記載された処理内容情報の読み出しを行う（ステップＳ１）。そして、その読み出した処理内容情報が容器移動処理であるか否かの判断を行い（ステップＳ２）、処理内容情報が容器移動処理であったときには図８に示す容器移動処理のサブルーチンに入って容器移動処理を実行する（ステップＳ３）。

容器移動処理では、ＣＰＵ９ａは移動の対象となっている容器２０の移動元と移動先を
プログラムから読み出した後（ステップＳ３１）、第１記憶部９ｃにアクセスし、移動の対象となっている容器２０についての容器２０の型（Ｔ）及び現在の（すなわち容器２０の移動時点における）累積液量（Ｌ）を読み出す（ステップＳ３２）。そして第２記憶部９ｄにアクセスし、ステップＳ３２において読み出した容器２０の型（Ｔ）及び累積液量（Ｌ）に応じた移動速度パターン（Ｐ）を読み出す（ステップＳ３３）。ステップＳ３３が終了したら、ＣＰＵ９ａはロボットハンド５の駆動制御を行って、ステップＳ３１において読み出した移動元の容器２０を把持し、ステップＳ３１において読み出した移動先へその容器２０を移動させる（ステップＳ３４）。このとき、ステップＳ３３において読み出した移動速度パターンで容器２０が移動するように、ＣＰＵ９ａはロボットハンド５の動作速度を制御する。

一方、ステップＳ２において処理内容情報が容器移動処理でなかったときには、その処理内容情報が液体吐出処理であるか否かの判断を行う（ステップＳ４）。そして、処理内容情報が液体吐出処理であったときには図９に示す液体吐出処理のサブルーチンに入って液体吐出処理を実行する（ステップＳ５）。

液体吐出処理では、ＣＰＵ９ａは分注ヘッド移動機構６の駆動制御を行って分注ヘッド７を液体吐出の対象となっている容器２０の直上に移動させた後（ステップＳ４１）、スケジュールデータにおいて指示されている液量の液体を容器２０に吐出する（ステップＳ４２）。そして第１記憶部９ｃにアクセスし、液体の吐出の対象となっている容器２０について、累積液量（Ｌ）の値を書き換え更新する（ステップＳ４３）。これにより第１記憶部９ｃに記憶される容器２０の累積液量（Ｌ）は、その容器２０の実際の累積液量に対応した値となる。

一方、ステップＳ４において、処理内容情報が液体吐出処理でなかったときには、その処理内容情報に対応した所定の処理を実行する（ステップＳ６）。ステップＳ３、ステップＳ５又はステップＳ６において所定の処理の実行が終わったら、読み出した処理内容情報（ステップＳ１において読み出した処理内容情報）がスケジュールデータに記載された最後の処理内容情報であったか否かの判断を行う（ステップＳ７）。そして、読み出した処理内容情報が最後の処理内容情報でなかったときにはステップＳ１に戻って次の処理内容情報を読み出し、最後の処理内容情報であったときには一連の分注作業処理を終了する。

上記手順により分注作業処理を実行すれば、容器２０の移動、容器２０への液体の吐出及びその他の処理が整然と連続的に行われ、スケジュールデータに記載した通り、所望の容器２０に所望の液量の液体が分注される。

以上説明したように、本分注装置１は、容器２０を移動させるロボットハンド５（容器移動手段）、ロボットハンド５によって所定位置に移動された容器２０に液体を吐出する分注ヘッド７（液体吐出手段）、ロボットハンド５による容器２０の移動プロセス及び分注ヘッド７による容器２０への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器２０への液体の分注を行うＣＰＵ９ａ（制御手段）を備えるほか、ロボットハンド５による移動の対象となる各容器２０についてその容器２０の型及び液体吐出プロセスの進行状態に応じた累積液量が記憶された第１記憶部９ｃ（第１の記憶手段）と、容器２０の型及び累積液量に応じた容器２０の移動速度パターンが記憶された第２記憶部９ｄ（第２の記憶手段）を有し、ＣＰＵ９ａが、スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、移動の対象となっている容器２０の型及び容器の移動時点における累積液量を第１記憶部９ｃから読み出した後、その読み出した容器２０の型及び累積液量に応じた容器２０の移動速度パターンを第２記憶部９ｄから読み出し、その読み出した移動速度パターンで容器２０を移動させるようになっている。

また、本分注装置１が実行する分注方法は、容器２０の移動プロセス及び所定位置に移動された容器２０への液体の吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器２０への液体の分注を行う分注方法であり、スケジュールデータに従って容器２０を移動させるとき、その容器２０の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた移動速度パターンで容器２０を移動させるものである。

このような分注装置或いは分注方法では、スケジュールデータに従って容器２０を移動させるとき、その容器２０の型及び容器２０の移動時点における累積液量に応じた液こぼれを生じさせない移動速度パターンで容器２０を移動させるので、例えば容器２０の型が同じであれば、液量が多いときには低速で、液量が少ないときには高速で移動させるようなことができ、また液量が同じであれば、ウェル２１の直径又は深さが小さいときには低速で、ウェル２１の直径又は深さが大きいときには高速で移動させるようなことができる。従って、液こぼれを生じさせることなく容器２０の移動を効率よく行うことができ、移動速度が低速の一定速度に固定されていた従来に比して、タクトタイムを大幅に短縮化することができる。

上述の分注装置１では、各容器２０に対する分注作業処理を実際に行いつつ、スケジュールデータの進行に従って容器２０を移動させるときに、その都度容器２０の型及び累積液量から移動速度パターンを読み出すものであったが、一連の分注作業処理を実際に行う前に、シミュレーションとしてスケジュールデータに基づく一連の処理を実行させ、その過程で読み出された移動速度パターンをスケジュールデータの処理内容情報に書き込んでおくようにしてもよい。すなわち、ロボットハンド５によって移動させる容器２０についてその容器２０の型及び容器２０の移動時点における累積液量に応じた容器２０の移動速度パターンをスケジュールデータの処理内容情報に予め書き込んでおき、ＣＰＵ９ａが、スケジュールデータに従って容器２０を移動させるとき、スケジュールデータの処理内容情報に予め書き込まれている移動速度パターンでその容器２０を移動させるようにしてもよい。このような分注装置でも上述の分注方法を実行することができ、上述の分注装置１と同じ効果が得られる。

本発明によれば、液こぼれを生じさせることなく容器の移動を効率よく行うことができ、移動速度が低速の一定速度に固定されていた従来に比して、タクトタイムを大幅に短縮化することができる。

本発明の一実施の形態における分注装置の斜視図本発明の一実施の形態における分注ヘッドの斜視図本発明の一実施の形態における分注装置の制御系を示すブロック図本発明の一実施の形態における分注装置の第１記憶部に記憶されたデータの一例を示す図本発明の一実施の形態における分注装置の第２記憶部に記憶されたデータの一例を示す図（ａ），（ｂ）は本発明の一実施の形態における液体を収容したウェルの断面図本発明の一実施の形態における分注作業処理のメインルーチンのフローチャート本発明の一実施の形態における分注作業処理のサブルーチンのフローチャート本発明の一実施の形態における分注作業処理のサブルーチンのフローチャート

符号の説明

１分注装置
５ロボットハンド（容器移動手段）
６分注ヘッド移動機構
７分注ヘッド（液体吐出手段）
９制御装置
９ａＣＰＵ（制御手段）
９ｃ第１記憶部（第１の記憶手段）
９ｄ第２記憶部（第２の記憶手段）
２０容器

Claims

液体収容用の容器を移動させる容器移動手段と、容器移動手段によって所定位置に移動された容器に液体を吐出する液体吐出手段と、容器移動手段による容器の移動プロセス及び液体吐出手段による容器への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器への液体の分注を行う制御手段とを備えた分注装置であって、
容器移動手段による移動の対象となる各容器についてその容器の型及び前記液体吐出プロセスの進行状態に応じた累積液量が記憶された第１の記憶手段と、容器の型及び累積液量に応じた液こぼれを生じさせない容器の移動速度パターンが記憶された第２の記憶手段とを有し、
制御手段は、前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、移動の対象となっている容器の型及び容器の移動時点における累積液量を第１の記憶手段から読み出した後、その読み出した容器の型及び累積液量に応じた容器の移動速度パターンを第２の記憶手段から読み出し、その読み出した移動速度パターンで容器を移動させることを特徴とする分注装置。
液体収容用の容器を移動させる容器移動手段と、容器移動手段によって所定位置に移動された容器に液体を吐出する液体吐出手段と、容器移動手段による容器の移動プロセス及び液体吐出手段による容器への液体吐出プロセスが予めスケジューリングされて成るスケジュールデータに従って容器への液体の分注を行う制御手段とを備えた分注装置であって、
前記スケジュールデータには、容器移動手段によって移動させる容器についてその容器の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた液こぼれを生じさせない容器の移動速度パターンが予め書き込まれており、
制御手段は、前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、前記スケジュールデータに書き込まれている移動速度パターンで容器を移動させることを特徴とする分注装置。
請求項１記載の分注装置を用いて容器への液体分注を行う方法であって、
前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、移動の対象となっている容器の型及び容器の移動時点における累積液量を第１の記憶手段から読み出した後、その読み出した容器の型及び累積液量に応じた容器の移動速度パターンを第２の記憶手段から読み出し、その読み出した移動速度パターンで容器を移動させることを特徴とする分注方法。
請求項２記載の分注装置を用いて容器への液体の分注を行う分注方法であって、
前記スケジュールデータに従って容器を移動させるとき、その容器の型及び容器の移動時点における累積液量に応じた液こぼれを生じさせない移動速度パターンで容器を移動させることを特徴とする分注方法。