JP5746851B2

JP5746851B2 - 分注装置

Info

Publication number: JP5746851B2
Application number: JP2010265070A
Authority: JP
Inventors: ひとみ片木; 圭太松本
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: JP2012117826A

Description

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て液体の分注を行う分注装置に関する。

分注装置は、親容器から液体を吸引し、それを１又は複数の子容器へ吐出する装置である。分注対象となる液体は血液、尿などの検体である。試薬が分注されることもある。典型的には、分注装置は、分析機器の前段階に設けられた検体前処理装置として構成される。分注装置において、金属製の分注ノズルが利用されることもあるが、検体間のコンタミネーション等を防止するために、ディスポーザブルなノズルチップが利用されることも多い。かかる場合には、分注ノズルは、金属製のノズル基部とそれに装着される樹脂性のノズルチップとで構成される。分注前に、ノズル基部に対してノズルチップが装着され、分注後に使用済みノズルチップが取り外され、それが廃棄される。

分注後においては、汚染防止の観点から、分注ノズルの先端からの液滴の落下を確実に防止することが望まれる。このために特許文献１にはシャッタ機構付きの分注装置が開示されている。分注ノズルの搬送時に分注ノズルの下側には落下した液滴をキャッチする捕獲部材が差し込まれ、液滴の落下が生じてもそれは捕獲部材によって捕獲される。捕獲部材は凹部構造をもって構成され、その底面には濾紙等の吸着部材が設けられている。

特許文献１：特開平９−２１１００７号公報

上記従来構成において、捕獲部材の中に実際に液滴が落下することはほとんどないが、稀にそこに液滴が落下することもある。長期間の使用後において捕獲部材の中に多少の検体が残留することも考えられる。捕獲部材が定期的にメンテナンスされない場合、例えば濾紙交換や捕獲部材の洗浄が適時になされない場合、分注ノズルの搬送時において生じる振動あるいはシャッタ動作により、残留した検体が周囲に飛散することも完全には否定できない。

本発明の目的は、分注ノズルの下側に差し込まれる捕獲部材に液体が残留しないようにすることにある。

あるいは、本発明の目的は、分注ノズルの下側に差し込まれる捕獲部材についてのメンテナンス労力を改善し、あるいは、その捕獲部材からの液体の飛散の可能性をより低減することにある。

本発明に係る分注装置は、分注ノズルと、前記分注ノズルに対して吸引力を与える分注ポンプと、前記分注ノズルを搬送する搬送機構と、前記分注ノズルから落下した液滴を捕獲する皿状部材と、前記分注ノズル下側の捕獲位置と前記分注ノズルの昇降経路から外れた退避位置との間で前記皿状部材を運動させる進退機構と、を有する捕獲機構と、前記分注ポンプ、前記搬送機構及び前記捕獲機構を制御する手段であって、前記皿状部材が前記捕獲位置にある状態で前記分注ノズルの先端を前記皿状部材の内部に挿入して前記分注ノズルを吸引動作させる捕獲液吸引制御を実行する制御部と、を含むものである。

上記構成によれば、吸引後及び吐出後において、分注ノズルの下方に皿状部材が位置し、分注ノズル先端から液体が流れ出してもあるいは液滴が落下しても、それが皿状部材によって捕獲されるから、液体の落下や飛散による汚染の問題を回避できる。その場合において、皿状部材に仮に液体が溜まっても、その液体（捕獲液）が分注ノズルによって吸い取られるから、皿状部材に捕獲液が滞留することも防止できる。皿状部材に液体が溜まっていると、振動や停止時の衝撃等によってその液体が皿状部材から飛び出すことも考えられるが、上記構成によれば、捕獲液を分注ノズルで吸引除去するので、そのような問題も未然に防止できる。メンテナンスの面でもユーザーの負担を軽減できる。分注ノズルによる捕獲液の吸引動作は、望ましくは、分注ノズルを構成するノズルチップの廃棄前や分注ノズルの洗浄前に実施されるのが望ましい。ノズルチップの搬送途中で上記動作を実施するならば捕獲液吸引除去のための特別な時間を設ける必要がないから動作効率を高められる。分注処理（検体）ごとにそのような吸引動作が毎回実施されてもよいし、例えば複数回の分注動作ごとにそのような吸引動作が間欠的に実施されてもよい。

望ましくは、前記分注ノズルは、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、で構成され、前記制御部は、分注後であってノズルチップ廃棄前に前記捕獲液吸引制御を実行する。この構成によれば廃棄するノズルチップ内に捕獲液つまり不要液を取り込んで、それをノズルチップごと廃棄することが可能となる。ノズルチップ内に捕獲液が移動しまた保持されるように吸引後の動作条件が定められる。捕獲液の吸引後においては液滴の再落下を防止するためにノズルチップ内を陰圧に維持するようにしてもよい。

望ましくは、前記制御部は、前記ノズルチップを分注位置からノズルチップ廃棄位置まで水平方向に搬送している間に前記捕獲液吸引制御を完結させる。この構成によれば搬送時間を利用して捕獲液を吸引除去できるから装置のスループットを維持できる。

望ましくは、前記捕獲液吸引制御は、前記皿状部材に向けて前記分注ノズルを高速で下降させる高速下降制御と、その後に前記分注ノズルの吸引動作を行わせながら前記分注ノズルをその先端が前記皿状部材内の底面直近レベルに位置するまで低速で下降させる低速下降制御と、その後の吸引停止から所定の待機期間を経過するまで前記分注ノズルをそのままの高さに維持する待機制御と、その後に前記分注ノズルを引き上げる上昇制御と、を含む。高速下降制御によって時間短縮を図り、その後、液量が不確定であるためにオーバーフロー防止等の観点から分注ノズルに吸引動作を行わせながら分注ノズルが皿状部材の中へゆっくり差し込まれる。最終的にはノズル先端が皿状部材の底面に近接した状態が形成される。その際、衝突させてもよいが、皿状部材の破損や変位による跳ね返りを防止するためには非接触近接状態を形成するのが望ましい。吸引動作の停止後、粘性等を考慮して液が分注ノズル内に確実に入り込むまでの時間をおいて、その後に分注ノズルが引き上げられる。高速と低速は相対的概念である。

望ましくは、前記進退機構は、回転軸を有する駆動源と、前記回転軸に固定された回転部材と、前記回転部材において前記回転軸から変位した位置に取り付けられた回転運動端部と、前記皿状部材の運動方向への運動が許容された直線運動端部と、を有するリンク部材と、前記リンク部材の直線運動端部が連結された基端部と、前記皿状部材を備えた先端部と、を有し、前記スライド運動方向へ運動するアーム部材と、を含む。この構成によれば、回転運動が直線運動に転換されるから、捕獲位置付近及び退避位置付近での運動速度を低下させて、途中状態での運動速度を上昇させて、迅速でありながら不必要な衝撃を緩和させた皿状部材の運動を実現できる。

望ましくは、ノズルチップ廃棄位置の上方に分注ノズルが位置決められた後に、分注ノズルが引き下げられ、その際に皿状部材が退避位置へ引き戻される。分注ノズルは皿状部材が存在していた捕獲位置よりも下方へ位置決められる。その後、ノズルチップを取り外すためにノズルチップのヘッドをチップリムーバに引っ掛けた状態においてノズル基部が上方へ引き上げられる。それにより、ノズルチップが脱落し落下する。ノズル基部の上昇過程で、皿状部材が退避位置から捕獲位置へ引き出された上で再び退避位置へ引き戻される。これによりノズル基部にノズルチップが装着されていないことを確認できる。もしノズルチップの取り外し後においてもノズルチップが存在していたならばそこに皿状部材が衝突してその衝突が検知される。

本発明によれば、分注ノズルの下側に差し込まれる捕獲部材に液体が残留しないようにすることができる。あるいは、その捕獲部材についてのメンテナンス労力を改善でき、あるいは、その捕獲部材からの液体の飛散の可能性をより低減できる。

本発明に係る分注装置の好適な実施形態を示す概念図である。可動部の構成を示す斜視図である。捕獲ユニットを説明するための図である。捕獲用のカップを示す斜視図である。捕獲ユニットの動作を説明するための図である。水平搬送途中において実施される捕獲液吸引動作を説明するためのフローチャートである。

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。

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はその全体構成を示す概念図である。この分注装置は親検体から１又は複数の子検体を生成する装置であり、例えば分析装置の前処理を行う装置として分析装置の前段に設けられる。検体は血液、尿などである。

分注ノズル１０は、金属製のノズル基部１２と、その下端に着脱自在に装着される樹脂製のノズルチップ１４とで構成される。ノズルチップ１４はディスポーザブル型である。すなわち各検体の分注処理ごとにノズルチップ１４が交換される。ノズル基部１２に対しては配管としてのチューブを介して吸引力・吐出力を発生させる。分注ポンプ１６が接続されている。分注ポンプ１６は例えばシリンジポンプである。配管の途中には必要に応じて配管内の圧力を検出するセンサが設けられる。

搬送機構１８は、分注ノズル１０を三次元的に自在に搬送するための機構である。搬送機構１８の一部として、上下方向につまり昇降経路に沿って分注ノズル１０を搬送するＺ軸機構が設けられており、当該機構と、分注ノズル１０と、以下に説明する捕獲ユニット２０と、によって可動部が構成されている。可動部はＸ方向及びＹ方向すなわち２つの水平方向に搬送されるものである。制御部２４は、図１に示された各構成の動作を制御しており、特に、制御部２４は分注完了後において分注ノズル１０を取外しステーション３６へ搬送する途中において捕獲液吸引動作を実行させる制御を行う。

捕獲ユニット２０は可動部の一部を構成し、その捕獲ユニット２０は皿状部材としてのカップ２２を備えている。カップ２２は進退機構によりその位置が可変されており、カップ２２は前進位置としての捕獲位置と後退位置としての退避位置との間において水平運動を行っている。カップ２２は、検体の吸引後、検体の吐出後、分注処理後におけるノズル搬送時、等において分注ノズル１０の下方に位置して分注ノズル１０からの液滴をキャッチする機能を発揮する。すなわち分注ノズル１０の搬送過程において液滴が落下した場合であってもその液滴がカップ２２によって捕獲される。このような構成により汚染を効果的に防止することが可能である。捕獲ユニット２０はシャッタユニットとして理解することが可能である。

ラック２６上には複数の親検体容器が保持されている。特定の親検体容器２８に対して分注ノズル１０を利用して検体の吸引が実行される。その後、分注ノズル１０が符号１００で示されるように上方に引き上げられた後、ラック３０に保持された子検体容器の上方に位置決められ、そこから下方へ引き下げられる。分注ノズル１０から子検体容器３２内へ検体が所定量吐出される。その後そのような過程が繰り返され、例えば子検体容器３４内に検体が吐出される。このような一連の吐出工程が実施された後、符号１０２で示されるように、ノズルチップ１４を交換するために、分注ノズル１０が分注完了位置から取外しステーション３６へ水平搬送される。

吐出後においてカップ２２は分注ノズル１０の下方に引き出されており、すなわちカップ２２が捕獲位置に位置決められている。水平搬送の途中において、符号１０３で示されるように、分注ノズル１０を利用してカップ２２内の捕獲液に対する吸引が実行される。通常、そのカップ２２内に捕獲液は存在していないため、そのような過程において分注ノズル１０はエアを吸引することになる。仮に、カップ２２内に捕獲液が存在していた場合、分注ノズル１０の先端面からそのような捕獲液が内部に取り込まれ、具体的にはノズルチップ１４内に取り込まれ、取外しステーション３６においてノズルチップの取外しと共に捕獲液が廃棄されることになる。

すなわち取外しステーション３６は、フックを構成する溝を有するチップリムーバ３８と、その下方に設けられた廃棄用ダクト４０とを有しており、廃棄用ダクト４０の下方には廃棄ボックス４２が設けられている。取り外されたノズルチップは廃棄ボックス４２内へ廃棄される。その後新しいノズルチップを装着するために符号１０４で示されるようにノズル基部１２がチップラックへ搬送される。

図２には、上述した可動部が斜視図として示されている。この可動部は、上述したノズルチップ１４を有し、またその昇降運動を行わせる機構を有している。可動部４４内には上述した捕獲ユニット２０も搭載されている。捕獲ユニット２０の先端部にはカップ２２が交換可能に設けられている。カップ２２に対して分注ノズル１０を相対的に上下に運動させることが可能である。

図３には捕獲ユニット２０の側面図が示されている。モータ４６の回転軸４８には円板状の回転部材５０が取り付けられている。その回転部材５０にはリンク部材５２が取り付けられている。具体的には、リンク部材５２の一方端部５２Ａが回転部材５０の所定位置に連結されている。その連結位置は回転軸４８から変位した位置である。リンク部材５２の他方端部５２Ｂにはアーム部材５４の一端部５４Ａが連結されている。アーム部材５４は図３において左右方向にのみ運動可能とされている。アーム部材５４の他方端部すなわち先端部にはカップ２２が設けられている。モータ４６において回転力を発生させると、回転部材５０が回転運動を行い、リンク部材５２がその一方端部５２Ａにおいて円弧状の回転運動を行う結果、その他方端部５２Ｂが図において左右方向に直線運動することになり、これによりアーム部材５４が左右方向に直線運動を行う。カップ２２が前進端に位置した場合そこが捕獲位置であり、カップ２２が後進端に位置した場合そこが退避位置である。アーム部材５４のスライド運動を案内する機構については図示省略されている。

図４には、カップ２２の斜視図が示されている。上述したように先端部５４Ｂにおいてはカップ２２が交換可能に設けられており、具体的にはプレート５６とその下方のプレート５８との間にカップ２２のつば部分２２Ａが挟み込まれている。もちろん他の構造を採用することも可能である。

図５には捕獲ユニット２０の動作が示されている。（Ａ）にはカップ２２が退避位置にある状態を示されており、（Ｃ）にはカップ２２が捕獲位置にある状態が示されている。（Ｂ）にはカップ２２が中間位置にある状態が示されている。上述したように、回転部材５０に対してリンク部材５２の一端部５２Ａが連結されており、回転部材５０の回転に伴ってリンク部材５２が揺動運動を行う。これによりリンク部材５２の他方端部５２Ｂが左右方向に運動する結果、アーム部材５４が進退運動を行う。符号１１０はカップ２２の退避位置を示しており、符号１１２はカップ２２の捕獲位置を示している。符号１１４はストローク量を示している。リンク部材５２は回転運動を直線運動に転換する部材であり、アーム部材５４は直線運動部材である。

図６には、分注後において最後の吐出位置から取外しステーションへの分注ノズルの搬送途中において実施される捕獲液吸引動作がフローチャートとして示されている。すなわち図６に示される一連の動作は水平搬送中において実施される。

Ｓ１０においては、上方に引き上げられた状態にある分注ノズルが下方に向けて高速で引き下げられる。下降中においてはＳ１２に示されるようにジャミングすなわち衝突が生じたか否かが監視される。ジャミングが発生した場合、Ｓ１４においてエラー処理が実行される。すなわちカップの淵（上部開口縁）にノズルチップ先端が衝突した場合にはエラー処理が実行される。Ｓ１６において、ノズルチップが所定の高さすなわちカップの淵から若干下がった高さに位置決められた時に、いったん分注ノズルの下降が停止され、その後においてＳ１８に示されるように、分注ノズルを低速で下降させる動作が開始される。それと共に分注ノズルによる吸引動作が開始される。吸引を行いながらの下降動作が実施された上で、Ｓ２０においてカップの底面直前ですなわち不接触の状態で分注ノズルが位置決められ、すなわち下降動作が停止される。それと共にあるいはその後に吸引動作も停止される。捕獲液が存在していた場合においてそれが高い粘性をもっていたとしても十分にノズルチップ内へ吸引するために、Ｓ２２においてタイムラグとして一定の時間だけ待機する動作が実施された上で、Ｓ２４において分注ノズルが元の高さまで引き上げられる。したがって、カップ内に仮に液体が存在している場合においてはその液体がノズルチップ内に取り込まれることになり、その上でノズルチップの廃棄が実施される。すなわちノズルチップの廃棄とともに捕獲液も廃棄されることになる。その結果カップ内に液体が存在して振動等によってその液体が飛散してしまう問題を防止することが可能となる。

本実施形態においては、捕獲ユニット２０のそれ自体の昇降運動は行われておらず、ノズルチップの廃棄時においてはカップの高さよりもノズルチップが下方に引き下げられ、そのノズルチップの上面を引っ掛けた状態においてノズル基部を上方に引き上げることによりノズルチップの取外しが実施される。その後、ノズルチップはそのまま引き上げられるが、引き上げ途中においてノズル基部の下方に対してカップ２２を突き出してそこにノズルチップがなお存在していないことが確認される。仮にノズルチップが残留している場合には、カップ２２がノズルチップに衝突する結果、その時の衝撃が別途設けられているセンサにより検知され、これによって取外しエラーが判定されることになる。もちろんそのような確認動作は必要に応じて行えばよいものである。

上記実施形態においては、図５に示したように、回転運動を直線運動に転換する機構が採用されていたために、捕獲位置への運動あるいは退避位置への運動に際して停止直前において速度を弱めることができるから、急激にカップを停止する際に生じる液の飛散といった問題を効果的に防止することが可能である。上述した実施形態においては、ノズルチップの廃棄の都度、上述したカップへの捕獲液吸引動作が実施されていたが、例えば複数本のノズルチップの交換を単位として１回の捕獲液吸引動作を行わせるようにしてもよい。上述した実施形態においては、ノズルチップ先端面をカップの底面に衝突させないでその直前に位置決める制御が実行されているので、カップへの衝撃力の伝達やその破損といった問題を防止することが可能である。もっとも、カップを比較的頻繁に交換するような態様を採用する場合にはカップへの衝突を生じさせるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、ノズルチップの廃棄に伴う水平搬送途中において上述した捕獲液の吸引動作を行っていたので、捕獲液吸引動作用の特別な時間を設ける必要がないから、スループットを維持あるいは向上できるという利点が得られる。

１０分注ノズル、１２ノズル基部、１４ノズルチップ、１６分注ポンプ、１８搬送機構、２０捕獲ユニット、２２カップ、３６取外しステーション。

Claims

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で構成された分注ノズルと、
前記分注ノズルに対して吸引力を与える分注ポンプと、
前記分注ノズルを搬送する搬送機構と、
前記分注ノズルから落下した液滴を捕獲する皿状部材と、前記分注ノズル下側の捕獲位置と前記分注ノズルの昇降経路から外れた退避位置との間で前記皿状部材を運動させる進退機構と、を有する捕獲機構と、
前記分注ポンプ、前記搬送機構及び前記捕獲機構を制御する制御部であって、前記皿状部材が前記捕獲位置にある状態で前記分注ノズルの先端を前記皿状部材の内部に挿入して前記分注ノズルを吸引動作させる捕獲液吸引制御を実行する制御部と、
を含み、
前記制御部は、分注後であってノズルチップ廃棄前に前記捕獲液吸引制御を実行し、前記皿状部材内の捕獲液がそれを吸引したノズルチップごと廃棄される、
ことを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記制御部は、前記ノズルチップの廃棄後に、前記皿状部材を前記退避位置から前記捕獲位置へ運動させ、その際に衝突が検知された場合に取り外しエラーを判定する、ことを特徴とする分注装置。
請求項１記載の装置において、
前記制御部は、前記ノズルチップを分注位置からノズルチップ廃棄位置まで水平方向に搬送している間に前記捕獲液吸引制御を完結させる、ことを特徴とする分注装置。
分注ノズルと、
前記分注ノズルに対して吸引力を与える分注ポンプと、
前記分注ノズルを搬送する搬送機構と、
前記分注ノズルから落下した液滴を捕獲する皿状部材と、前記分注ノズル下側の捕獲位置と前記分注ノズルの昇降経路から外れた退避位置との間で前記皿状部材を運動させる進退機構と、を有する捕獲機構と、
前記分注ポンプ、前記搬送機構及び前記捕獲機構を制御する制御部であって、前記皿状部材が前記捕獲位置にある状態で前記分注ノズルの先端を前記皿状部材の内部に挿入して前記分注ノズルを吸引動作させる捕獲液吸引制御を実行する制御部と、
を含み、
前記捕獲液吸引制御は、前記皿状部材に向けて前記分注ノズルを高速で下降させる高速下降制御と、その後に前記分注ノズルの吸引動作を行わせながら前記分注ノズルをその先端が前記皿状部材内の底面直近レベルに位置するまで低速で下降させる低速下降制御と、その後の吸引停止から所定の待機期間を経過するまで前記分注ノズルをそのままの高さに維持する待機制御と、その後に前記分注ノズルを引き上げる上昇制御と、
を含むことを特徴とする分注装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記進退機構は、
回転軸を有する駆動源と、
前記回転軸に固定された回転部材と、
前記回転部材において前記回転軸から変位した位置に取り付けられた回転運動端部と、前記皿状部材の運動方向への運動が許容された直線運動端部と、を有するリンク部材と、
前記リンク部材の直線運動端部が連結された基端部と、前記皿状部材を備えた先端部と、を有し、前記スライド運動方向へ運動するアーム部材と、
を含むことを特徴とする分注装置。