(57)【要約】【課題】  親液体容器から複数の注入穴を持つ液体容器に一度に分注するために複数の分注ヘッド（ピペット）を持つ分注装置において、構造が簡単でしかもコンパクトな機構によって分注ヘッド位置を可変できる様にすることを課題とする。【解決手段】  分注ヘッド１５のＺ方向への駆動手段としてクランク腕６，クランクレバー７，軸１１，軸１３，軸受け１９を使用したクランクリンク機構とし、さらにカム５をクランク腕６と同一軸上に設けコロ２０コロ軸２１コロ腕２２を介してＹ方向の駆動手段として移動機構として利用することにより、単一の駆動モータ１４からＺ方向およびＹ方向の駆動、さらにはリンクのトグル作用により大きなＹ方向推力を得るようにしたものである。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に少なくとも１つの注出部を有する分注ヘッドにおいて、鉛直方向の動作手段にクランク機構を用い、分注動作又はピペットチップの着脱動作を行う分注装置。
【請求項２】
先端部に少なくとも１つの注出部を有する分注ヘッドにおいて、分注動作に係わる鉛直動作を行わせる駆動手段が、鉛直動作と共に動作方向を変換する機構により、水平動作を同時に行なう分注装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は液体容器から複数の注入穴を持つ液体容器に、一度に分注する複数の分注ヘッドを備えた分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の血液や遺伝子の検査等に使用される複数の注出部を持つ分注ヘッドの自動分注機では、配置されている試薬槽と小分け分注先のマイクロプレートの種類及び試薬穴数が異なるため、分注ヘッドの位置をそれに合わせて移動させる必要が有り、その為に複雑な機構が用いられていた。【０００３】具体的な例として図１に従来装置を示す。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  近年、分注先として周知の部位であるマイクロプレートと呼ばれる容器の注入穴が、分析精度向上や生産性向上のために小さくかつ穴数が増加されてきている。例えば１つのマイクロプレート内でのピッチ９ｍｍで穴数９６穴のものから、ピッチ４．５ｍｍで４倍の穴数を持つ３８４穴数の多孔マイクロプレートが多く用いられる様になっている。
【０００５】従来の分注装置を図１で示す。分注装置１００のテーブル１０２上に複数の試薬穴１１９ａを有するマイクロプレート１１９，複数の試薬穴１２０ａを有する多孔マイクロプレート１２０，試薬１２１ａが充填された試薬槽１２１，ストックチップ１１７ａが装填されたチップラック１２２及び、使用済のピペットチップ１１７を廃棄する廃棄穴１０２ａが設置されている。またテーブル１０２の上方には複数の継手１１６の一端に挿入されたピペットチップ１１７を有する分注ヘッド１１５がＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能に設置されている。又継手１１６にはチューブ１１８の一端が接続され、他端は吸入、吐出ポンプ（図示せず）に接続され、試薬１２１ａの吸入、吐出動作を行う様になっている。
【０００６】一方分注ヘッド１１５にはリニア軸受１１２及びナット１１３が設けられており、リニア軸受１１２はガイド軸１１０がＺ方向に摺動可能に係合され、ナット１１３にはボールネジ１１１が回動可能に係合されている。ガイド軸１１０の軸端はコの字形状のＺ機枠１０９に固定され、またボールネジ１１１の一端はＺ軸機枠１０９上に、他端はＺ機枠１０９設けられたＺ駆動モータ１１４と回動可能に係合され、ヘッド台１１５がＺ駆動モータ１１４の回動により、Ｚ軸のＺ１，Ｚ２方向に案内され移動可能となっている。
【０００７】Ｚ機枠１０９にはＹ方向に摺動可能なようにガイド軸１０４に係合された複数のリニア軸受１０８と、ボールネジ１０５と回動可能に係合されたナット１０７が設けられ、ガイド軸１０８の軸端はコの字状のＹ機枠１０３の両端に固定されている。またボールネジ１０５は一端をＹ機枠１０３に回動可能に係合され、他端はＹ機枠１０３に設けられたＹ駆動モータ１０６の軸端に結合され、Ｚ機枠１０９をＹ１及びＹ２方向へ案内し移動せしめる構成となっている。
【０００８】さらにＹ機枠１０３はＸ駆動装置１０１に搭載され、Ｘ方向に移動可能となっている。以上の構成により分注ヘッド１１５はコントローラ（図示せず）からの指令によりＸ方向，Ｙ方向及びＺ方向に移動する。
【０００９】従来装置の動きを説明する。初期状態では分注ヘッドｌ１５は試薬槽１２１上においてＺ２方向に上昇した位置にある。その後分注ヘッド１１５はＺ駆動モータ１１４の回動によりピペットチップ１１７が試薬１２１ａの液面下までＺ１方向へ下降し停止する。その後吸入ポンプ（図示せず）によりチューブ１１８を介し試薬１２１ａをピペットチップ１１７内に吸引し、Ｚ２方向へ上昇し吸入工程は終了する。その後分注ヘッド１１５は、ピペットチップ１１７先端とマイクロプレート１１９上の試薬穴１１９ａとが一致した位置までＸ駆動装置１０１によりＸ１方向へ移動し停止する。その後分注ヘッド１１５はＺ駆動モータ１１４によりＺ１方向へ下降し、ピペットチップ１１７内の試薬１２１ａをマイクロプレート１１９上の試薬穴１１９ａに吐出し、再びＺ１方向へ上昇し注入工程を終了する。その後分注ヘッド１１５はテーブル１０２上にあけられた廃棄穴１０２ａの位置までＸ２方向へ移動し、ピペットチップ１１７を廃棄した後さらにＸ２方向へ移動し、継手１１６がチップラック１１２上のストックチップ１１７ａの位置と一致した位置で停止する。その後分注ヘッド１１５は所定の位置までＺ１方向へ下降し、ストックチップ１１７ａを継手１１６に挿入し、上昇しさらに試薬槽１２１上までＸ１方向へ移動して一連の分注動作を終了する。
【００１０】図２は試薬１２１ａをマイクロプレート１１９の試薬穴１１９ａに分注する際の分注ヘッド１１５，ピペットチップ１１７の相対位置関係を示したものである。一般的には試薬穴１０９ａの数が８列×１２行＝９６個のマイクロプレートが周知の部位として使用され、その際の穴ピッチＰ１は９ｍｍである。分注ヘッド１１５のピペットチップ１１７の設置ピッチＰ１も同様の９ｍｍとなっており１列同時に注入可能な構成となっている。
【００１１】図３，図４は多孔マイクロプレート１２０の試薬穴１２０ａへ試薬１２１ａを注入する際の、分注ヘッド１１５及びピペットチップ１１７の相対位置関係を示している。近年分析精度の向上や高価な試薬節減の目的で作業効率を向上させるために、多孔マイクロプレート１２０が用いられることが多くなっている。すなわち９６穴マイクロプレート１１９の穴ピッチＰ１９ｍｍに対し、多孔マイクロプレート１２０の試薬穴１２１ａのピッチＰ２は４．５ｍｍであり、穴数はその４倍の３８４個設けられている。図３で示す様に、分注ヘッド１１５のピペットチップ１１７は、そのピッチＰ１が試薬穴１２１ａのピッチＰ２の２倍であることから、試薬穴１２１ａの一列上の奇数番目、すなわちひとつおきの位置と一致している。最初の分注動作では、分注ヘッド１１５が下降しピペットチップ１１７は奇数番目の試薬穴１２０ａへ試薬１２１ａを注入する。その後分注ヘッド１１５は上昇し、前述したピペットチップ１１７の着脱および試薬１２１ａを吸入を行う。その後分注ヘッド１１５はすでに奇数番目に注入された試薬穴１２０ａの上方に移動する。さらに分注ヘッド１１５は、図１で示すＹ駆動モータ１０６の回動により、ボールネジ１０５，ガイド軸１０４，ナットｌ０７，リニア軸受１０８，Ｚ機枠１０９を介し、Ｙ１方向へＰ２の距離だけ移動する。即ち図４で示す様に分注ヘッド１１５のピペットチップ１１７が、試薬１２１ａが既に注入された奇数番目と同じ列をなす未注入の試薬穴１２０ａ、即ち偶数番目の位置と一致した上方で停止する。その後分注ヘッド１１５は下降しピペットチップ１１７から偶数番目の試薬穴１２０ａに試薬１２１ａを吐出する。以上の動作により多孔マイクロプレート１２０の試薬穴１２０ａの１列分の分注工程は終了する。
【００１２】しかし従来の分注装置はＹ方向の駆動手段としてモータやボールネジ等を独立して構成しなければならなかった。さらにＺ軸駆動機構はストックチップ挿入時に多大な推力を必要とするために、大きなトルクを有する駆動モータを必要とした。また分注ヘッドの上方にボールネジや駆動モータ等の駆動機構を設けなければならず装置の大形化や高コスト、及びに重量増加に伴うＸ駆動装置の大形化や多大な消費電力が必要とされる等の問題があった。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】  本発明は上記した欠点を除き、小さなピッチで多くの穴数を持つマイクロプレートに対応可能で、コンパクトで安価な分注装置を提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  上記課題を解決するために、請求項１記載の発明の手段は、分注ヘッドをクランク機構による駆動手段で鉛直方向に駆動すると共に、トグルリンク作用による上死点または下死点近辺でのピペットチップ着脱を行う。
【００１５】請求項２記載の発明の手段は、鉛直方向の駆動手段でるクランク機構の時計回りと反時計回りの軌跡運動の差を利用し、Ｙ方向の駆動力として変換し分注ヘッドを鉛直方向と共に水平方向へ同時に駆動する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  図５は本発明の構成の概要を示したものであり、図６〜図９は本発明の動作の概要を示したものである。【００１７】図５は主要なヘッドユニット２の構成を示す。分注ヘッド１５には先端には複数の継手１６が貫通して設けられ、下端にはピペットチップ１７が、上端にはチューブ１８が挿入されている。さらに分注ヘッド１１５には、複数のガイド軸１０をＺ軸方向に対し摺動可能に係合したリニア軸受け１２及び軸受１９と回動可能に係合された軸１３が設けられている。一方Ｚ機枠９の背面には駆動モータ１４が設置され、その軸端１４ａにはカム５と、クランク腕６が取付けられている。さらにクランク腕６の一端にはクランクレバー７が軸１１を介し回動可能に係合されている。またクランクレバー７の他端は軸１３を介し軸受１９に回動可能に係合されている。さらにＺ機枠９にはガイド軸４とＹ方向に対して摺動可能に係合された複数のリニア軸受８が取付けられている。一方コの字形状のＹ機枠３にはガイド軸４の端部が固定され、さらにコロ２１が回動可能にコロ軸２１，コロ腕２２を介してカム５の外周面に接するように取付けられている。またＺ機枠９にはバネ掛け２５が、Ｙ機枠３にはバネ掛け２４が設けられ、バネ２３により接続されることにより、常にコロ２０がカム５に圧接するように係合されている。【００１８】図６は実施形態の初期の状態を示す。モータ軸１４ａが回動しクランク腕６が１２時方向、すなわち上死点位置の状態を示す。このとき分注ヘッド１５はガイド軸１０，リニア軸受１３，クランクレバー７，軸１１，軸１３を介しＺ２方向の最上点に案内される。またこのときＹ機枠３のＹ方向の位置はガイド軸４，リニア軸受８，バネ２３に案内されると共に、カ厶５，コロ２０，コロ軸２１，コロ腕２２により制限され、ピペットチップ１７が，多孔マイクロプレート１２０上の試薬穴１２０ａの奇数番目と偶数番目のピッチＰ２のほぼ中間に位置するように案内されている。【００１９】  図７は図６の状態からモータ軸１４ａ及びカム５がＡ方向に回転した状態を示す。このときカム５の外周面はコロ２０を押し付けるため、Ｚ機枠９は１５はガイド軸４，リニア軸受８，バネ２３，コロ２０，コロ軸２１，コロ腕２２を介しＹ２方向へ駆動される。また分注ヘッド１５は同時にガイド軸１０，リニア軸受１２クランク腕６，クランクレバー７，軸１１，軸１２を介しＺ１方向へ下降し、ピペットチップ１７が多孔マイクロプレート１２０上で停止する。このときピペットチップ１７の位置はピッチＰ２で試薬穴１２０ａが成す１列上の奇数番目とピッチＰ１で順次一致している。その後ピペットチップ１７から奇数番目の試薬穴１２０ａに試薬１２１ａが注入される。【００２０】図８は図６の状態からモータ軸１４ａ及びカム５がＢ方向に回転した状態を示す。このときカム５の外周面はコロ２０を押し付けるため、Ｚ機枠９はガイド軸４，リニア軸受８，バネ  ２３，コロ２０，コロ軸２１，コロ腕２２を介しＹ１方向へ駆動される。また分注ヘッド１５は同時にガイド軸１０，リニア軸受１２，クランク腕６，クランクレバー７，軸１１，軸１３を介してＺ１方向に下降し、ピペットチップ１７が多孔マイクロプレート１２０上で停止する。このときピペットチップ１７の位置は試薬穴１２０ａが成す１列上の偶数番目とＰ１で順次一致している。その後ピペットチップ１７から偶数番目の試薬穴１２０ａに試薬１２１ａが注入され１列上の試薬穴１２０ａへの注入動作は終了する。【００２１】  図９は分注ヘッドｌ５に設けられた継手１６がストックチップ１１７ａを装着する状態を示す。分注ヘッド１５がＸ駆動装置によりチップラックｌ２２上へ移動した後停止し、その後分注ヘッド１５はモータ軸１４ａ，クランク腕６，クランクレバー７，軸１１，軸１３を介してＺ１方向へ下降し、さらに継手１６がストックチップ１１７に接し圧入される寸前には継手１６とストックチップ１１７ａの位置はＰ１で一致している。その後さらに分注ヘッド１５が下降すると、ストックチップ１１７ａは継手１６に挿入され装着される。このときクランク腕６とクランクレバー７はリンク機構として周知であるトグル機構の構成をなし、モータ軸１４ａのトルクＴが小さくＺ１方向の推力が大きいという特徴を持っている。その後分注ヘッド１５が上昇及びＸ方向に移動し初期状態に戻る。【００２２】  以上、実施例としてＹ方向への移動手段の変換機構として、カムを用い説明をしたが、リンクやクランク等他の変換駆動機構を用いても同様の結果が得られる。【００２３】  本実施の形態に係わる分注装置によれば、単一のアクチュエータで鉛直方向の駆動手段と横方向への駆動手段を同時に得ることが出来るという利点がある。【００２４】さらにこのような分注装置は、鉛直方向への駆動手段としてクランク機構のトグル作用を利用することにより、ピペット着脱での必要な推力を効率よく得ることができ、軽量，安価，小型でさらには消費エネルギが少ないという利点がある。
【発明の効果】
【００２５】  本発明は以上に説明したような構成により、次のような効果を奏する。請求項１に記載された発明は、分注に係わる鉛直動作の駆動手段を簡単なクランク機構で構成すると共に、リンク機構のトグル作用効果により、駆動源のモータ又はアクチュエータを小さくすることができ、コストを安価に、且つ分注ヘッドの構成を簡潔にコンパクトに収納することが可能で、さらにロボットアームを構成する装置全体の小型化や軽量化、駆動動力源の省エネに多大な効果をもたらすことができる。
【００２６】請求項２に記載されている発明は、単一の駆動源によって分注ヘッドを鉛直方向と水平方向に移動させることが可能になり、複雑な制御を行うソフトウエアーが不要で、コストを安価に、且つ分注ヘッドの構成を簡潔にコンパクトに収納することが可能で、小型化や軽量化、さらにはロボットアー厶を構成する装置の消費電力の省エネに多大な効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の分注装置の全体の構成を示す要部斜視図である。
【図２】  従来の分注装置のマイクロプレートへの分注動作を示す正面図である。
【図３】  従来の分注装置の多孔マイクロプレートへの分注動作を示す正面図である。
【図４】  従来の分注装置の多孔マイクロプレートへの分注動作を示す正面図である。
【図５】  本発明の機構構成示す要部斜視図である。
【図６】  本発明の分注ヘッドの動作を示す正面図である。
【図７】  本発明の多孔マイクロプレートへの分注動作を示す正面図である。
【図８】  本発明の多孔マイクロプレートへの分注動作を示す正面図である。
【図９】  本発明のピペットチップ交換動作を示す正面図である。
【符号の説明】
１                                        Ｘ駆動装置
２                                        ヘッドユニット
３                                        Ｙ機枠
４                                        ガイド軸
５                                        カム
６                                        クランク腕
７                                        クランクレバー
８                                        リニア軸受
９                                        Ｚ機枠
１０                                      ガイド軸
１１                                      軸
１２                                      リニア軸受
１３                                      軸
１４                                      駆動モータ
１４ａ                                    モータ軸
１５                                      分注ヘッド
１６                                      継手
１７                                      ピペットチップ
１８                                      チューブ
１９                                      軸受け
２０                                      コロ
２１                                      コロ軸
２２                                      コロ腕
２３                                      バネ
２４                                      バネ掛け
２５                                      バネ掛け
１００                                    分注装置
１０１                                    Ｘ駆動装置
１０２                                    テーブル
１０２ａ                                  廃棄穴
１０３                                    Ｙ機枠
１０４                                    ガイド軸
１０５                                    ボールネジ
１０６                                    Ｙ駆動モータ
１０７                                    ナット
１０８                                    リニア軸受
１０９                                    Ｚ機枠
１１０                                    ガイド軸
１１１                                    ボールネジ
１１２                                    リニア軸受
１１３                                    ナット
１１４                                    Ｚ駆動モータ
１１５                                    分注ヘッド
１１６                                    継手
１１７                                    ピペットチップ
１１７ａ                                  ストックチップ
１１８                                    チューブ
１１９                                    マイクロプレート
１１９ａ                                  試薬穴
１２０                                    多孔マイクロプレート
１２０ａ                                  試薬穴
１２１                                    試薬槽
１２１ａ                                  試薬
１２２                                    チップラック
【図１】
2005091340.tif 000003
【図２】
2005091340.tif 000004
【図３】
2005091340.tif 000005
【図４】
2005091340.tif 000006
【図５】
2005091340.tif 000007
【図６】
2005091340.tif 000008
【図７】
2005091340.tif 000009
【図８】
2005091340.tif 000010
【図９】
2005091340.tif 000011