(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にディスポーザブルチップを装着するための中空のチップ装着部を有するノズル軸と、前記中空部に気体を吐出しかつ前記中空部から気体を吸引しうるように連通されたポンプ手段と、ノズル軸を保持するノズル軸保持台と、ノズル軸保持台を垂直方向に移動可能に保持する基台と、前記ノズル軸保持台を垂直方向に移動させる駆動手段と、ノズル軸の軸線上に前記ノズル軸に保持されるべきディスポーザブルチップを位置させるべく、ノズル軸保持台及び／又はディスポーザブルチップを水平方向に移送する手段とを有する分注装置において、チップ装着部がディスポーザブルチップと接触した際、ノズル軸はノズル軸保持台に対して水平移動及び／又は概ねノズル軸線上の任意の点を中心とする首振り移動が可能なように、非等方的な剛性を有する弾性体（水平方向に対しては弾性を示すが、垂直方向に対しては剛性を有する弾性体）を介してノズル軸保持台に保持されていることを特徴とする分注装置。
【請求項２】
非等方的な剛性を有する弾性体が、面が水平方向に向いた板バネであることを特徴とする請求項１の分注装置。
【請求項３】
非等方的な剛性を有する弾性体が、垂直方向に向いた線バネであることを特徴とする請求項１の分注装置。
【請求項４】
非等方的な剛性を有する弾性体が、ゴム部材であることを特徴とする請求項１の装置。
【請求項５】
一端にディスポーザブルチップを装着するための中空のチップ装着部を有するノズル軸と、前記中空部に気体を吐出しかつ前記中空部から気体を吸引しうるように連通されたポンプ手段と、ノズル軸を保持するノズル軸保持台と、ノズル軸保持台を垂直方向に移動可能に保持する基台と、前記ノズル軸保持台を垂直方向に移動させる駆動手段と、ノズル軸の軸線上に前記ノズル軸に保持されるべきディスポーザブルチップを位置させるべく、ノズル軸保持台及び／又はディスポーザブルチップを水平方向に移送する手段とを有する分注装置において、チップ装着部がディスポーザブルチップと接触した際、ノズル軸はノズル軸保持台に対して水平移動及び／又は概ねノズル軸線上の任意の点を中心とする首振り移動が可能なように、ノズル軸保持台に水平方向に回転可能に取り付けられたアームに固定的又は首振り移動可能に取り付けられていることを特徴とする分注装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体試料をディスポーザブルチップ（使い捨てチップ、以下チップと略する）を用いて分注する分注装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生化学分析や免疫化学分析に供される液体試料、例えば血清、血液、尿等の生体試料では、健常人に由来する試料と疾病を有する者に由来する試料の間で百万倍以上、特定物質の濃度が異なることがある。このような物質を測定する場合、試料と直接接触する分注装置が高濃度の特定物質を含む試料で汚染されると、後に分注される他の、特に低濃度試料が汚染され、正確な測定ができなくなるため、チップを使用することが一般的である。
【０００３】
即ち、分注装置中、液体試料と接触する部分を使い捨てとすることで、前記のような高濃度試料の持ち越しを防ぎ、汚染の伝播を防止していのである。
【０００４】
チップは、通常、ポンプと連結された中空ノズル軸の下端に押し当てられ装着され、使用される。このノズル軸は、ＸＺ方向駆動機構により、又は、ＸＹＺ方向駆動機構により水平及び垂直方向に移動可能であり、例えば水平方向の移動によりノズル軸線上にチップを位置させた後、垂直方向の移動によりチップに向けて下降し、チップを装着する。
【０００５】
ここで、ノズル軸がチップを装着するために下降しても、チップ位置がずれており、ノズルの軸線上にチップが位置していない場合には、チップ装着部がチップに挿入されず装着できなかったり、装着が不完全で分注操作中にチップが脱離する可能性がある。チップが脱離しないまでも、チップが傾いて装着されている場合には、ノズル軸とチップの間に隙間が開き、隙間から空気が漏れ、分注精度が悪くなる可能性がある。
【０００６】
通常、テーパー形状に加工されたチップ装着部を有するノズル軸を、規格化されたチップに対して正しく位置決めし、下降させることで装着不良によるチップの脱離や空気漏れを防いでいる。また、本出願人が特願平５−２７５３０５号に開示したように、ノズル軸を回転させながら下降させ、チップ装着の際にチップ開口にノズル軸をねじり込むことで装着性を向上させ、チップの脱離や空気の漏れを防ぐ技術も提案されている。更には、ノズル軸の先端に弾性体Ｏリングを取付けることで装着性を向上させ、チップの脱離や空気漏れを防ぐ技術も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ノズル軸へのチップの装着性を向上し、チップの脱離や空気の漏れを防ぐには、ノズル軸とチップの相対的な位置決め機構を改良する必要があるのはもちろんであるが、ノズル軸をチップに装着させるための駆動機構をも改良する必要がある。即ち、チップの装着性を向上させるにはノズル軸を大きな力でチップに挿入するか、或いは回転させるながらチップに挿入すること等必要である。
【０００８】
しかし、大きな力でノズル軸をチップに挿入するには大きな力を発生するモータやそれに耐えうるＸＹ駆動機構等が必要である。これを実現すると、反面、装置の製造コストが上昇し、かつ、装置が大型化するという新たな課題を生じかねない。また、ノズル軸を回転させつつチップに装着することは、単にノズル軸をチップに挿入するのと比較して小さな力で済むものの、ノズル軸を下降させる機構が複雑化し、コスト面での課題を生じる。
【０００９】
なお、大きな力をノズル軸に加えるとその反力がノズル軸保持部等の機構に加わり、歪みが生じるため、ノズル軸の剛性を上げなければノズル軸が歪んでしまい、結局はチップの装着不良を生じることにつながる。
【００１０】
チップは、通常、ノズル軸と篏合する開口を上方向に向けた状態で配置されるが、その軸線とノズルの軸線を一致させることは困難である。この結果、ノズル軸を単に大きな力でチップへ挿入したとしてもチップがノズル軸と異なる方向を向いていた場合、装着性を向上させるのは困難である。
【００１１】
チップは、一種類の液体試料を分注した後、他の液体試料を分注する前に外され他のチップと交換されるが、チップを大きな力で装着した場合、この力に応じた力を加えないとチップを外すことができない。そのため、上記のように駆動機構を改良した場合には、更にチップを外すための機構をも改良することが必要となる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題点に鑑みてなされたものであり、ノズル軸とチップの相対的な位置決め機構やノズル駆動機構の大幅な改良なしにノズル軸へのチップの装着性を向上させるものである。
【００１３】
かかる本発明の分注装置は、一端にチップを装着するための中空のチップ装着部を有するノズル軸と、前記中空部に気体を吐出しかつ前記中空部から気体を吸引しうるように連通されたポンプ手段と、ノズル軸を保持するノズル軸保持台と、ノズル軸保持台を垂直方向に移動可能に保持する基台と、前記ノズル軸保持台を垂直方向に移動させる駆動手段と、ノズル軸の軸線上に前記ノズル軸に保持されるべきチップを位置させるべく、ノズル軸保持台及び／又はチップを水平方向に移送する手段とを有する分注装置において、チップ装着部がチップと接触した際、ノズル軸はノズル軸保持台に対して水平移動及び／又は概ねノズル軸線上の任意の点を中心とする首振り移動が可能にノズル軸保持台に保持されていることを特徴とする分注装置である。以下に本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明は、使い捨てのチップを使用する分注装置である。チップは、例えば、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン、ＡＢＳ等の樹脂材料で、通常、コーン状（先端が細くなった円錐状）に射出成形されている。太い方の開口にノズル軸のチップ保持部を挿入することでこれを装着し、他方の細い開口から液体試料を吸引・吐出する。
【００１５】
チップは、ラックと呼ばれるチップ保持手段に、前記ノズル装着部が挿入される開口が上を向いた状態、更に詳しくはチップの軸線とノズル軸の軸線が一致するよう、一次元的又は二次元的に配置され、ノズル軸の軸線上に移送される。なおこの移送は、ラックを移送することにより、及び／又は、後述のノズル軸保持部を水平方向に移送する駆動装置からなる手段を用いてノズル軸を移送することにより実現できる。この移送のための手段には、通常使用されるパルスモータやＤＣサーボモータ等のモータを備えた駆動装置等を使用することができる。ノズルをラックに一次元的に配置した様子を図１ａに、二次元的に配置した様子を図２ａにそれぞれ示すが、これらは一例であり、例えば二次元的な配置として円板上に配置することもできる。なお、ラックはプラスチックや金属等で構成すれば良いが、市販されているものを用いることもできる。
【００１６】
ノズル軸は、一端にチップを装着するための中空のチップ装着部を有する。この端の形状は、装着されるべきチップの開口部の内側の形状にすることが好ましいが、チップを装着した際に気密性を保てれば良く、厳密にチップ内側の形状と同一の形状にする必要はない。またチップ装着部は、全体として同一形状である必要はなく、チップに挿入し易いように先端部先細りのテーパー状とし、その根元部がチップとの気密性を保つような形状としても良い。
【００１７】
チップ保持部は、金属材料やＡＢＳ樹脂等を用いて、ノズル軸の他の部分と一体に構成することができる。しかし、例えば、他の部分とは別の部材で構成し、チップへの挿入の際に発生する摩擦により磨耗した場合に当該部分のみを交換可能としても良い。この場合には、当然のことながら、他の部分とは異なる材料を使用することもできる。また、例えば、ノズル軸と一体に構成しておき、チップ装着部のみに耐磨耗性のコーティングを施す等しても良い。
【００１８】
ノズル軸のうち、少なくともチップ保持部は中空構造を有する。即ち、ノズル軸は、単なる棒状部材の一端に、中空部を有するチップ装着部を有するものであっても良い。当然のことながら、ノズル軸全体が中空部を有するものでも良い。この中空部は、後に説明するポンプ手段と連通される。なおノズル軸は、前記したチップ装着部を除き、形状等の特別の制限はないが、円柱や六角柱等の多角柱状とすることが取扱いや製造コストの面で好ましい。
【００１９】
中空部に気体を吐出しかつ前記中空部から気体を吸引し得るように連通されたポンプ手段は、液体試料を吸引・吐出するための手段である。具体的にはシリンジポンプやプランジャーポンプ等の通常のポンプを使用することができるが、正確な量の液体試料を吸引・吐出する場合には、制御の容易なパルスモーター駆動のシリンジポンプ又はプランジャーポンプを使用することが特に好ましい。ポンプ手段は直接中空部に接続されていても良いが、ノズル軸回りの構成を簡潔にするため、適当な配管で連通することもできる。
【００２０】
ノズル軸を保持するノズル軸保持台は、ノズル軸を水平移動及び／又はノズル軸線上の任意の点を中心とする首振り移動可能に保持する。このようにノズル軸をノズル軸保持台に保持させることにより、垂直方向への移動を制限しつつ、チップ装着部を水平及び球面上を移動可能とする。本発明でノズル軸のノズル軸保持台に対する垂直方向の移動を制限するのは、垂直方向への移動が、ノズル軸下降によるチップ装着部のチップへの挿入力を逃がし、結果としてチップの装着性を悪化させるのを防止するためである。しかしながら、チップ装着に十分な挿入力が確保できるのであれば、垂直方向の移動を許容することも可能である。
【００２１】
ノズル軸の首振り移動は、垂直方向を基準としてノズル軸の軸線がプラスマイナス５度前後傾斜できる移動であることが好ましい。またこの首振り移動は、ノズル軸の軸線がチップの軸線に合わせて傾斜できるように、ノズル軸の下端近傍を中心とする移動であることが好ましい。首振り移動の中心は、後述する弾性体のノズル軸への取り付け位置近傍に位置するが、前記ノズル軸下端近傍を中心とする首振り移動は、ノズル軸への弾性体取り付け位置を中心とする首振り移動とノズル軸の水平移動を合成した動きにより得られる。
【００２２】
ノズル軸の水平方向の移動範囲はプラスマイナス１０ｍｍ前後が好ましいが、この値はノズル軸の首振り運動の範囲や自然に生じるノズル軸のたわみ等を勘案して適宜変更すれば良い。なお、ノズル軸が曲がりやすい柔軟な材料で作られている場合にはノズル軸の首振りのための機構は省略することも可能であるが、固い材料の場合は首振り機構を装備させることが特に好ましい。
【００２３】
ノズル軸をこのようにノズル軸保持台に保持させるには、非等方的な剛性を有する弾性体を使用することが例示できる。ここで、非等方的な剛性とは、特に、水平方向に対しては弾性を示すが、垂直方向に対しては剛性を有することを意味する（ノズル軸への取り付け位置近傍を中心とした首振り移動に対しては、小さな弾性で十分である）。弾性体は、直接ノズル軸に固定しても良いが、ノズル軸を他の部材に取り付けた上で当該部材に固定しても良い。
【００２４】
非等方的な剛性を有する弾性体として、例えば、面が水平方向に向いた板バネ、垂直方向に向いた線バネ、ゴム、スポンジ或いは柔らかいプラスチックスに金属、硬質プラスチックス、植物繊維等で作られた薄板、繊維、糸又はワイヤ等を埋めこんだ複合材料を例示することができる。例えばゴムには、ビル等の耐震構造に使用される、垂直方向については剛性を、水平方向については弾性を有するものがある。均一な弾性体であっても、その間に剛性を有する繊維や薄板を一層以上、水平に挟むことで、垂直方向の力に対して剛性を示す本発明の弾性体として使用することができる。このような弾性体では垂直方向に伸長力が加わると接合部がはがれる原因になるため、圧縮力が加わるように用いると良い。即ち、ノズル軸をチップに押し込んで装着し、またチップを外す時には互いに逆向きの力が働くので、複数ヵ所に弾性体を用いて予め予圧しておき、逆向きの力が働いたときにも引っ張り力が働かないようにすることが例示できる。
【００２５】
ノズル軸保持台は、垂直方向に移動可能に基台に保持される。前述の通り、ノズル軸を水平方向にも移動可能に基台に保持しても良い。この場合、当該水平方向への移動をもってチップをノズル軸の軸線上に移送する手段とすることもできる。ノズル軸を垂直方向に移動させる駆動手段には、例えばパルスモータ、ＤＣサーボモーターあるいは通常のＤＣモーターなどのモーターの他、エアシリンダなどを用いた直線運動機構等、通常の移動手段を用いることができる。
【００２６】
チップをノズル軸の軸線上に移送する手段は、チップとノズル軸の相対的位置を変化させることで、ノズル軸が下降した際にチップ装着部が概ねチップの開口部に到達するようにできるものであれば良い。従って、ノズル軸を水平方向に移動する構成としても良いし、ラックに配置されたチップを水平方向に移動させるものでも良い。
【００２７】
以上に説明した構成に加えて、本発明では、例えばノズル軸をノズル軸保持台に水平方向に回転可能に取り付けられたアームに取り付けた分注装置をも提供するものである。この場合、チップの装着時以外には所定の中立位置にアームを位置させるようにすると装置の制御等が容易である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明において、ノズル軸の水平方向の移動は、ノズル軸の軸線とチップの軸線が平行であるもののずれている場合に有効である。従って、ノズル軸とチップの位置決めが完全ではなくとも、チップの装着性を向上できる。
【００２９】
一方、ノズル軸の首振り移動、特に水平方向の移動との合成によるノズル軸の下端近傍を中心とする首振り移動は、ノズル軸とチップの軸線の不一致、即ちチップが傾いた状態でラックに配置されている場合等に対し、特に効果的である。しかも、ノズル軸をチップに挿入する時、ノズル軸を保持する機構に生じる歪みを吸収するためにも効果的である。
【００３０】
このように本発明によれば、チップとノズル軸の位置及び向きがずれていても、ノズル軸の先端、即ちチップ装着部がチップの開口に入リさえすれば、ノズル軸がチップに合わせて移動することで装着性を向上させることが可能である。その結果、本発明によれば、大きな力でノズル軸をチップに挿入しなくとも装着率を向上することが可能であるから、ＸＺ機構やＸＹＺ機構等のノズル軸駆動機構に過剰な強度を持たせる必要がない。また、チップ装着の強さのばらつきが小さくなるため、チップを取り外す際に要する力もほとんど同一であり、チップ取り外し機構をも簡略化することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に記載した例に基づき本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
【００３２】
図２は、非等方的な剛性を有する弾性体として面が水平方向に向いた板バネを用いた本発明の分注装置を示すものである。図中、２１はノズル軸を、２２はノズル軸保持台を、２３は弾性体である板バネを示す。板バネは、ノズル軸の水平方向の移動を可能にするため、本図に示したように、平面状ではなく、少なくとも１ヵ所で折り曲げたり、二枚以上の板ばねを角度をつけて（じぐざくに）接合する等、たわみが生じ得るようにして使用する。板ばねの厚さ、長さ、形状は適宜選定することができるが、本例では、０．５ｍｍ厚のリン青銅の板を１８０°の円弧状に二度曲げて作製した。なお本例では、ノズル軸は直接板バネと結合されておらず、ノズル軸保持具２４を介して取り付けられている。
【００３３】
この例の分注装置では、板バネが水平方向にたわむことでノズル軸は水平方向に移動可能であり、更には保持具を中心とした首振り移動が可能である。一方、垂直方向に関しては、板バネは弾性を示さず、剛性を示す。
【００３４】
図３は、非等方的な剛性を有する弾性体として垂直方向に向いた線バネを用いた本発明の分注装置を示すものである。図中、３１、３２、３４は図１と同様であり、３３は弾性体である線バネを示す。本例でも、線バネが水平方向にたわむことでノズル軸は水平方向に移動可能であり、更には保持具を中心とした首振り運動も可能である。一方、垂直方向に関しては、線バネは弾性を示さず、剛性を示す。
【００３５】
図４は、ノズル軸が、ノズル軸保持台に水平方向に回転可能に取り付けられたアームに取り付けられた本発明の分注装置を示すものである。本図では、ノズル軸４１は、ノズル軸保持台４２に水平方向に回転可能に取り付けられたアーム４６に、該アームへの取り付け点を中心に水平方向に回転可能に取り付けられている。ノズル軸は、直接的にはノズル軸保持具４４に取り付けられている。本図の装置においては、アーム４６はノズル軸保持台４２に回転軸４７により一点で連結されており、水平方向に回転可能である。またノズル軸保持具４４もまた、アーム４６に回転軸４８により一点で連結されており、回転軸４８を中心として水平方向に回転可能である。回転軸４７及び４８による連結点には、アーム４６及びノズル軸保持具４４の水平方向の回転を円滑にする目的でボールベアリング４９が埋設されている。更に、アーム４６とノズル軸保持具４４は、ノズル軸保持具４４が不用意に回転しないよう、ボールプランジャの球４５がノズル軸保持部に開けられた穴にはまることで垂直方向に力が加わっていない時は予め定めた基準位置に位置するように構成されている。
【００３６】
図５は、ゴムの間に薄い金属板を挟んだ弾性体を用いた本発明の分注装置を示すものである。図５ａはその外観を、図５ｂはその断面を示す。ゴム５１０の間には、薄い金属板５１１を複数層、挟んであり、これにより、特に、ノズル軸５１がチップに挿入される際に生じる垂直方向の力に対しては剛性を示す反面、ノズル軸は水平方向に移動可能である。なお、５２はノズル軸保持台を、５４はノズル軸保持具を、５１２はノズル軸のチップ装着部の中空部を示し、本例では中空部はノズル軸の他端５１３にまで延び、当該他端で不図示のポンプと配管５１４を介して連通されている。
【００３７】
図６は、ゴムの間に薄い金属板を挟んだ弾性体を用いた本発明の分注装置の別の例を示すものである。ノズル軸に働く上方向への及び下方向への力（チップを外す時に働く力）に耐性を示すように、ノズル軸保持台６２を上下から弾性体で挟み、締め付けてある。従って、チップを外す時に過大な力が加わっても、張り合わせたゴムがはがれることがない。
【００３８】
図７は、ゴムを弾性体として用いた本発明の分注装置を示すものである。本例のゴム自体の垂直方向の力に対する耐性を増すため、垂直方向にワイヤ７１５を複数本、埋設してある。なおワイヤに代えて、垂直方向に剛性を有する部材を使用しても良い。
【００３９】
図８は、本発明の他の構成を示す図である。図８ａはその外観を、図８ｂは断面を、図８ｃは上面を示す。本図に示した例では、ノズル軸８１をノズル軸保持台８２をフランジ８２０と平板８１７で挟むことによって保持している。第一のバネ８１６は、ノズル軸のチップ装着部のフランジ８２０とノズル軸に垂直方向に移動可能に取り付けられた平板８１７の間に係合され、ノズル軸に上方向の力を作用させてこれを一定の位置に保っている。
【００４０】
図８ｂに示されているように、ノズル軸８１とノズル軸保持台８２の間には間隙があり、ノズル軸は水平方向へ移動可能である。このような構成の分注装置では、ノズル軸が水平方向に移動する際、ノズル軸保持台と前記平板の間に摩擦力が生じるため、これらが互いに容易に滑るように、平坦に加工された部材を用い、更には少なくとも一方をテフロンやポリアセタールで裏打ちするか、あるいは両者の間にテフロンやポリアセタールの薄板を挟むことが好ましい。図中、８１８で示した部分がテフロンの板である。同様に、ノズル軸保持台８２の下部とノズル軸のフランジ部分８２０にも、同様の理由によりテフロン製の板８１８を挿入することが好ましい。なおノズル軸のフランジ部分は、ノズル軸保持台に対する掛止であって、第一のバネがノズル軸に加える上方向の力及びチップ装着時の上向きの力を受けとめるものである。なお、本図の例では、ノズル軸の、ノズル軸下端を中心とする首振り移動を容易とするため、フランジ８２０とノズル軸保持台８２の接触面及び平板８１７とノズル軸保持台８２の接触面を、ノズル軸下端を中心とする球面にしてある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、チップを保持するラックの一例を示す図である。
【図２】図２は、非等方的な剛性を有する弾性体として面が水平方向に向いた板バネを用いた本発明の分注装置を示すものである。
【図３】図３は、非等方的な剛性を有する弾性体として垂直方向に向いた線バネを用いた本発明の分注装置を示すものである。
【図４】図４は、ノズル軸が、ノズル軸保持台に水平方向に回転可能に取り付けられたアームに取り付けられている本発明の分注装置を示すものである。
【図５】図５は、ゴムの間に薄い金属板を挟んだ弾性体を用いた本発明の分注装置を示すものである。
【図６】図６は、ゴムの間に薄い金属板を挟んだ弾性体を用いた本発明の分注装置を示すものである。
【図７】図７は、ゴムを弾性体として用いた本発明の分注装置を示すものである。
【図８】図８は、バネと滑り面を組み合わせた本発明の分注装置を示す図である。
【符号の説明】
２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１  ノズル軸
２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２  ノズル軸保持台
２３、３３  弾性体
２４、３４、４４、５４  ノズル軸保持具
４５    ボールプランジャの球
４６    アーム
４７、４８  回転軸
４９    ボールベアリング
５１０、６１０  弾性体
５１１、６１１  金属板
５１２  ノズル軸中空部
５１３  ノズル軸の一端
５１４  配管
７１５  ワイヤ
８１６  バネ
８１７  平板
８１８  テフロン板
８１９  バネ
８２０  フランジ
【図１】
0003637677.tif 000002
【図２】
0003637677.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003637677.tif 000008
【図８】
0003637677.tif 000009