(57)【要約】本発明は、支持固定具上にマイクロタイタープレート（８２）のような対象物を精密に位置決めするための対象物ホルダーを提供する。対象物ホルダーは、対象物を受け入れるための支持固定具上の保持装置（２０）を含むこともできる。使用中、対象物は該固定具上において対象物の位置合わせ面（２５、３０）に対して大まかに位置決めされる。次にプッシャ（３５、５０）が、対象物を所望の位置に精密に位置決めする。本発明は、対象物ホルダーの異なるコンポーネントの動作を同調させる統合システムをも提供する。例えば、一旦対象物が所望の位置にあるなら、コントローラ（１０５）が保持装置（２０）を作動させて対象物ホルダー内の対象物を所望の配置に保持できる。
2004503782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロタイタープレートを支持具上に正確に位置決めするための位置決め装置であって、マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるとき、マイクロタイタープレートの内壁に接触するように配置された少なくとも第１位置合わせ部材を含む、上記位置決め装置。
【請求項２】
２以上の位置合わせ部材が、マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるときマイクロタイタープレートの単一の内壁に接触するように配置される、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項３】
前記位置決め装置が、少なくとも第２位置合わせ部材をさらに含み、該第２位置合わせ部材は、マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるときマイクロタイタープレートの第２壁に接触するように配置される、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項４】
マイクロタイタープレートの第２壁が内壁である、請求項３記載の位置決め装置。
【請求項５】
第１内壁と第２内壁が直角を形成する、請求項４記載の位置決め装置。
【請求項６】
マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるとき、２以上の位置合わせ部材が、マイクロタイタープレートの第１内壁に接触するように配置され、少なくとも第３位置合わせ部材が、第２内壁に接触するように配置される、請求項４記載の位置決め装置。
【請求項７】
位置合わせ部材の１つ以上が、マイクロタイタープレートの内壁に接触する湾曲面を含む、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項８】
位置合わせ部材の１つ以上が、位置設定ピンからなる、請求項７記載の位置決め装置。
【請求項９】
マイクロタイタープレートを第１方向に移動させてマイクロタイタープレートの第１内壁を１以上の位置合わせ部材に接触させ得るプッシャをさらに含む、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項１０】
マイクロタイタープレートを第２方向に移動させてマイクロタイタープレートの第２内壁を１以上の位置合わせ部材に接触させ得る第２プッシャを含む、請求項９記載の位置決め装置。
【請求項１１】
マイクロタイタープレートが所望の位置にあるときにマイクロタイタープレートの第１内壁に接触する２つの位置合わせ部材を含む、請求項１０記載の位置決め装置。
【請求項１２】
マイクロタイタープレートを支持具上の所望の位置に保持する保持装置を含む、請求項１記載の位置決め装置。
【請求項１３】
前記保持装置が真空プレートからなる、請求項１２記載の位置決め装置。
【請求項１４】
マイクロタイタープレートを支持具上の所望の位置に保持するための保持装置であって、真空に引かれるとマイクロタイタープレートを所望の位置に保持する真空プレートを含む、上記保持装置。
【請求項１５】
前記真空プレートが真空源に接続される、請求項１４記載の保持装置。
【請求項１６】
前記真空プレートが内部表面とリップ表面とを含み、該内部表面はリップ表面に対して凹んでいる、請求項１４記載の保持装置。
【請求項１７】
内部表面が凹んでいる深さが、０．００１インチ〜０．０１インチである、請求項１６記載の保持装置。
【請求項１８】
内部表面の凹み深さとほぼ同じ厚みの支持マトリックスが内部表面上に存在し、真空引きされたときマイクロタイタープレートの歪みを防止する、請求項１６記載の保持装置。
【請求項１９】
マイクロタイタープレートが真空プレートと気密シールを形成するとき、マイクロタイタープレートが適切に位置決めされている旨の信号を発生する真空駆動スイッチを含む、請求項１４記載の保持装置。
【請求項２０】
マイクロタイタープレートがさらなる処理の準備ができている旨の信号をコントローラに伝える、請求項１９記載の保持装置。
【請求項２１】
対象物を支持具上に正確に位置決めするための対象物ホルダーであって、
対象物の第１位置合わせ面が１以上の位置合わせ部材からなる第１組に接触するように、対象物を第１方向に移動させるための第１プッシャ、及び
対象物の第２位置合わせ面が１以上の位置合わせ部材からなる第２組に接触するように、対象物を第２方向に移動させるための第２プッシャ、
を含み、
前記第１プッシャは、旋回点を中心として旋回するレバーからなる、
上記対象物ホルダー。
【請求項２２】
前記レバーがバネに作動自在に取り付けられ、該バネにより前記プッシャが対象物に一定の力を加え、対象物を第１組の位置合わせ部材に対して第１方向に移動させる、請求項２１記載の対象物ホルダー。
【請求項２３】
前記第１プッシャが、対象物に接触する低摩擦接触点を含み、それにより対象物が第２プッシャにより第２方向に移動するのを容易にする、請求項２１記載の対象物ホルダー。
【請求項２４】
前記低摩擦接触点がローラーである、請求項２３記載の対象物ホルダー。
【請求項２５】
前記対象物がマイクロタイタープレートである、請求項２１記載の対象物ホルダー。
【請求項２６】
第１位置合わせ面と第２位置合わせ面のどちらか又は両方がマイクロタイタープレートの内壁である、請求項２５記載の対象物ホルダー。
【請求項２７】
１以上のプッシャの位置を検出する１以上のセンサーを含み、それにより対象物が所望の位置にあるか否かを決める、請求項２１記載の対象物ホルダー。
【請求項２８】
コントローラを含み、該コントローラが第１プッシャに指示して対象物を第１方向に移動させ、次に第２プッシャに指示して対象物を第２方向に移動させ、その後保持装置に指示して作動させる、請求項２１記載の対象物ホルダー。
【請求項２９】
マイクロタイタープレートにおいて高スループットアッセイ又は反応を実行するための自動システムであって、請求項１に記載の位置決め装置を含む、上記自動システム。
【請求項３０】
マイクロタイタープレートを位置決め装置上に配置するためのロボット装置を含む、請求項２９記載の自動システム。
【請求項３１】
試剤をマイクロタイタープレートのウエル中に入れることができる液体分配器を含む、請求項２９記載の自動システム。
【請求項３２】
マイクロタイタープレートにおいて高スループットアッセイ又は反応を実行するための自動システムであって、請求項１４に記載の保持装置を含む、上記自動システム。
【請求項３３】
マイクロタイタープレートを位置決め装置上に配置するためのロボット装置を含む、請求項３２記載の自動システム。
【請求項３４】
試剤をマイクロタイタープレートのウエル中に入れることができる液体分配器を含む、請求項３２記載の自動システム。
【請求項３５】
第１位置合わせ面と第２位置合わせ面とを備えた対象物を受け入れて所望の配置に保持するための対象物ホルダーであって、
支持固定具、
前記固定具上の保持装置、
前記固定具上に支持され、かつ対象物の第１位置合わせ面と共働するように配置された第１位置合わせ部材、
前記固定具上に支持され、かつ対象物の第２位置合わせ面と共働するように配置された第２位置合わせ部材、
前記固定具上に支持され、かつ弛緩位置と緊張位置とを有する第１プッシャであって、第１プッシャが弛緩位置から緊張位置に移動するにつれ対象物と共働して対象物の第１位置合わせ面を第１位置合わせ部材に対してしっかりと移動させるように構成された前記第１プッシャ、
前記固定具上に支持され、かつ弛緩位置と緊張位置とを有する第２プッシャであって、第２プッシャが弛緩位置から緊張位置に移動するにつれ対象物と共働してプレートの第２位置合わせ面を第２位置合わせ部材に対してしっかりと移動させるように構成された前記第２プッシャ、
前記保持装置、第１プッシャ及び第２プッシャに作動自在に接続されたコントローラ、
を含み、また、前記コントローラは、第１プッシャに対してその緊張位置を指示し、第２プッシャに対してその緊張位置を指示し、クランプに対し作動するよう指示し、それにより対象物が対象物ホルダーにおいて所望の配置に保持される、上記対象物ホルダー。
【請求項３６】
対象物がマイクロタイタープレートである、請求項３５記載の対象物ホルダー。
【請求項３７】
前記保持装置が真空源に接続された真空プレートである、請求項３６記載の対象物ホルダー。
【請求項３８】
対象物がウエル領域を備えたマイクロタイタープレートであり、真空プレートが、ウエル領域の底部と共働してプレートを確実に保持する、請求項３６記載の対象物ホルダー。
【請求項３９】
第１位置合わせ面と第２位置合わせ面とを備えた対象物を受け入れて所望の配置に保持する方法であって、
対象物の第１位置合わせ面を第１位置合わせ部材に大体隣接して配置し、対象物の第２位置合わせ面を第２位置合わせ部材に大体隣接して配置する工程、
第１位置合わせ面が第１位置合わせ部材に対してしっかりと保持されるように、第１プッシャを対象物に対して移動させる工程、及び
第２位置合わせ面が第２位置合わせ部材に対してしっかりと保持されるように、第２プッシャを対象物に対して移動させる工程、
を含む上記方法。
【請求項４０】
第１プッシャと第２プッシャのどちらか又は両方が適切に配置されて対象物を位置合わせ部材に対して保持していることを確認する工程をさらに含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
対象物を所望の配置に保持する保持装置を作動させる工程をさらに含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
コントローラ上で動作するソフトウエアプログラムであって、コントローラに指示して請求項３９に記載の方法を実施する上記ソフトウエアプログラム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
【０００１】
本発明は、自動機械システムの分野に属する。特に、本発明は、さらなる自動化処理のために対象物を精密に位置決めするための自動システムに関する。
【０００２】
背景
多くの産業分野において、自動処理のための対象物の精密な位置決めが要求される。例えば、ヒトゲノムプロジェクトの成功は、伝統的な実験室のベンチトップ処理からさらに自動化された高スループットシステムへの移行に部分的には負う。ヒトゲノムプロジェクトから得られたデータを解読する必要があるゲノミックスやプロテオミックスにおける研究でも同様に、改善された高スループットシステムが必要とされるであろう。高スループットシステムは、多数の化合物の合成やその次に行なわれるこのような化合物のライブラリのスクリーニングにも用いられる。
スループットを上げるため、化学合成用やスクリーニング及びアッセイ用のこれらの自動システムは、通常はマイクロタイター（すなわち試料）プレートを用いる。マイクロタイタープレートは、例えば、複数の化合物や材料を保持するため、１以上の化合物について複数のアッセイを行うため、高スループットのスクリーニングを容易にするため、及び多数のサンプルの製造と試験を促進するために使用できる。各マイクロタイタープレートは、通常は多数の個別のサンプルウエル、例えば数百又は千以上のウエルを備える。各々のウエルは、サンプル又は試剤が入る容器を形成する。各々のサンプルウエル中でアッセイや合成を行うことができるので、単一のプレートを用いて数百又は数千の試験を行うことができる。マイクロタイタープレートは、産業規格を満たすように構成される。例えば、いくつかの共通に使用される規格プレートは、９６、３８４又は１５３６のウエルを備える。このようなプレートは、例えば、Ｇｒｅｉｎｅｒ Ａｍｅｒｉｃａ Ｃｏｒｐ．， Ｐ． Ｏ． Ｂｏｘ ９５３２７９， Ｌａｋｅ Ｍａｒｙ， Ｆｌｏｒｉｄａ ３２７９５−３２７９から入手できる。一般にこのプレートは、加熱、冷却又は振動させて所望の処理を容易にすることができる。
【０００３】
マイクロタイタープレートの使用と自動処理システムを結合することにより、一日で数百又は数千のサンプルを合成及び／又は試験することが可能となる。自動液体分配器のような自動装置は、適当に構成されたマイクロタイタープレートを受け入れ、プレートウエル中にサンプル又は試剤を入れることができる。他の公知の自動装置が、充填されたマイクロタイタープレートを用いてサンプルの処理及び試験を容易にする。
高度の信頼性及び反復性を伴って高スループットアッセイを行うためには、高スループットシステムにおいて個々のマイクロタイタープレートを正確に早く確実に位置決めして処理する必要がある。例えば、液体分配器がサンプル又は試剤を正しいサンプルウエル中に入れることができるように、マイクロタイタープレートを液体分配器の下に正確に配置しなければならない。１インチの千分の一程度だけの位置決め誤差により、サンプル又は試剤が誤ったサンプルウエル中に入れられ得る。このような誤りにより、試験が失敗するのみならず、正しくない試験結果を生じて、他の人がそれを信頼して例えば患者の医療処置の方針のような重大な決定を行い得る。また、些細な位置合わせの誤差によってさえ、液体分配器の針又は先端がウエル又は他の表面にて壊され得、それによって液体分配器が損傷してしまう。
現在、従来の自動位置決め装置において、十分な位置決め精度で動作して確実に反復して高密度マイクロタイタープレートを位置決めして自動処理を行うものは知られていない。例えば、従来の通常のロボットシステムは、一般に約１ｍｍの位置決めトレランスを達成する。このようなトレランスは、一部の低密度マイクロタイタープレートには適当であるけれども、例えば１５３６のウエルを備えたプレートのような高密度プレートには許容できない。事実、１５３６ウエルマイクロタイタープレートでは１ｍｍの位置決め誤差により、サンプル又は試剤が誤ったウエルに全部入ってしまったり、システムに対して（例えば液体分配器の針や先端に対して）損傷を与え得る。
【０００４】
従来の公知システムを用いたマイクロタイタープレートの配置における不正確さにより、望ましくない試験結果を避けるために追加的な予防策が一般に取られている。例えば、サンプルや試剤をサンプルウエルに分配するというような高精度の作業を行う前にプレートを適切に位置決めすることを保証すべく、手動による介入をして試験又はスクリーニングを行い得る。しかしながら、このような手動介入は、自動処理を非常に遅くし、人間によるハンドリングに関して通常の不正確さや不確かさゆえに反復可能性が高くない。
別法として、試験又はスクリーニングが、より少ないサンプルウエルを備えたより低密度のマイクロタイタープレートを用いて実行できる。それに関し、ウエルの物理サイズがより大きくなれば、従来の自動システムは正しいウエルを処理する傾向が高くなる。例えば、より密な１５３６ウエルではなく９６ウエルのみを備えたプレートを使用して試験を実行できる。サンプルウエルを少なくすれば、精度の要求は低くなり、試験の反復性及び信頼性は改善できる。しかしながら、より少ないサンプルウエルを備えたマイクロタイタープレートを使用すると、自動システムの全体スループットは大きく低下する。より低密度のプレートにおけるより大きなウエルでは、より大きな容積の試剤を要するので、各アッセイの費用は非常に増大する。システム資源のこのような非効率的な使用は、財政的な観点からコスト高であるのみならず、重要なバイオテクノロジー又は医学治療の発見を遅らせ得る。
【０００５】
従来のシステムにおいて信頼性を保証する別の試みでは、マイクロタイタープレート中のいくつかのサンプルウエルが制御ウエルとして識別され得る。これらの制御ウエルは、もし該プレートが誤って位置決めされて自動処理のステップが完了したならば、制御ウエルが特定の公知サンプル又は試剤を受け入れるように戦略的に配置される。処理における後半の時間にて、特定の公知サンプル又は試剤が制御ウエル中に導入されたか否かを決めるべく、制御ウエルが調べられる。もしそうなら、マイクロタイタープレートは、誤ってハンドリングされたものとして識別され、適当に無視され得る。例えば、質の保証に失敗した制御ウエルを有するマイクロタイタープレートは、高スループットのスクリーニングシステムから除去され、そのマイクロタイタープレートからの試験結果の全てが無視される。このようなシステムは試験の信頼性のいくらかの保証は提示するが、システム全体のスループットは、制御セルとして要求されるセル数により低減される。また、システムは、処理サイクルの後半まで位置決め誤差を認識せず、このことにより誤ってハンドリングされたプレートの連続処理のために価値あるシステム資源を浪費してしまう。
ロボット工学及び自動処理システムは、他の産業においても使用される。しばしば、このようなシステムでは、対象物を正確に位置決めしてその位置に保持することが要求される。例えば、部品を狭いトレランスにて機械加工するためのロボットシステムでは、当該部品が機械加工装置に対して正確な位置に保持されることが必要である。
従って、自動システムにおいて対象物を正確に確実に早く位置決めして更なる処理を行うことができる対象物ホルダーを提供する必要性が存在する。本発明はこれら及びその他の必要性を満たす。
【０００６】
発明の概要
本発明は、マイクロタイタープレートを支持具上に正確に位置決めするための位置決め装置を提供する。位置決め装置は、少なくとも第１位置合わせ部材を有し、該部材は、マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるときにマイクロタイタープレートの内壁に接触するように配置される。一部の実施態様では、マイクロタイタープレートが支持具上の所望の位置にあるときにマイクロタイタープレートの単一の内壁に接触するように、２以上の位置合わせ部材が配置される。マイクロタイタープレートの内壁を位置合わせ表面として使用することにより、支持具上でのマイクロタータープレートの位置合わせの精度が大きく改善され、それによりマイクロタイタープレート内に含まれるサンプルのさらなる処理が容易になる。位置決め装置は、少なくとも第２位置合わせ部材をさらに含むことができ、この部材は、マイクロタータープレートが支持具上の所望の位置にあるときにマイクロタイタープレートの第２壁に接触するように配置される。この第２壁はマイクロタイタープレートの内壁であるのが好ましい。
本発明は、マイクロタイタープレートを支持具上の所望の位置に保持するための保持装置をも提供する。保持装置は真空プレートを含み、これは真空にした場合にマイクロタイタープレートを所望の位置に保持する。一部の実施態様では、真空プレートは、内側面とリップ面を有し、この内側面はリップ面に対して凹んでいる。
【０００７】
本発明により、対象物を支持具上で正確に位置決めするための対象物ホルダーも提供される。対象物ホルダーは、ａ）対象物の第１位置合わせ面が１以上の位置合わせ部材からなる第１組と接触するように、対象物を第１方向に移動させるための第１プッシャ、及びｂ）対象物の第２位置合わせ面が１以上の位置合わせ部材からなる第２組と接触するように、対象物を第２方向に移動させるための第２プッシャを含む。現在のところ好ましい実施態様では、プッシャの一方又は両方が、旋回点を中心として旋回するレバーを含む。レバーは作動自在にバネに取り付けることができ、このことによりプッシャが対象物に一定の力を加え、例えば対象物を第１組の位置合わせ部材に対して第１方向に移動させる。
本発明の対象物ホルダーはコントローラを含むこともでき、該コントローラは、まず対象物を第１方向に移動するように第１プッシャに指示し、次に対象物を第２方向に移動するように第２プッシャに指示し、（適宜）その後に保持装置を作動するように指示する。
本発明により、ここに記載した対象物ホルダー、位置決め装置及び保持装置のうちの１以上を含んだ自動処理システムも提供される。これらの自動処理システムは、とりわけ例えばマイクロタイタープレート中での高スループットアッセイ又は反応を行うのに有効である。自動処理システムは、マイクロタイタープレートを対象物ホルダー上に配置するためのロボットシステムを含むことができる。マイクロタイタープレートのウエル中に試剤を入れることができる液体分配器も、しばしば自動処理システム中に含まれる。
【０００８】
本発明は、対象物を所望の配置に正確に保持するように構成された対象物ホルダーも提供する。正確かつ効率的な位置決めを容易にするために、対象物ホルダーは、対象物を受け入れるために支持固定具上に保持装置を備える。第１及び第２位置合わせ部材が、対象物上のそれぞれの位置合わせ面と共働する固定具上に支持される。対象物は位置合わせ部材に対して大まかに位置決めされる。第１プッシャは、対象物の一方の位置合わせ面を第１位置合わせ部材に対して移動させるように構成され、第２プッシャは、対象物のもう一方の位置合わせ面を第２位置合わせ部材に対して移動させるように構成され、それにより対象物を所望の方向に正確に移動させる。対象物が正確に所望の配置にあるとき、コントローラが、保持装置を作動して対象物ホルダー中の対象物を所望の配置に保持する。使用中、対象物は位置合わせ面に対して前記固定具上にて大まかに位置合わせされる。第１プッシャ及び第２プッシャは、対象物を所望の方向に移動させ、そして保持装置が作動される。
一部の実施態様では、対象物ホルダーが、マイクロタイタープレートを位置決めし保持するように適応される。一般にマイクロタイタープレートは、ｘ軸及びｙ軸を有する実質的には矩形である。よって、第１位置合わせ面はｙ軸壁とでき、第１プッシャはもう一方のｙ軸壁と共働する。第２位置合わせ面はｘ軸壁とでき、第２プッシャはもう一方のｘ軸壁と共働する。一般に、マイクロタイタープレートは内壁と外壁をも有し、外壁は一般に該プレートの周囲形状を定め、内壁は一般に該プレート上のウエル領域を定める。現在のところ好ましい実施態様では、第１及び第２位置合わせ部材が、外壁と内壁の間の領域に受け入れられる。対象物ホルダーは、真空プレートを含んだ保持装置を含むことができ、この真空プレートは、ウエル領域の底部と共働する。
【０００９】
有利には、対象物は、相対的に大きな位置決めトレランスを有する位置決め装置を用いることにより、位置合わせ面に対して大まかに位置決めされ得る。例えば、対象物は、約１ｍｍのトレランスのロボット装置を用いて位置決めでき、対象物ホルダーは、対象物をより正確に配置できる。従って、対象物ホルダーは、公知の従来の位置決め装置と共に用いて対象物をさらに正確に位置決めできる。
本発明により、対象物を受け入れて所望の配置に保持する方法も提供される。対象物は、第１位置合わせ面と第２位置合わせ面とを有し、該方法は、ａ）対象物の第１位置合わせ面を第１位置合わせ部材にほぼ隣接して配置し、対象物の第２位置合わせ面を第２位置合わせ部材にほぼ隣接して配置し；ｂ）第１位置合わせ面が第１位置合わせ部材に対して堅固に保持されるように、第１プッシャを対象物に対して移動させ；ｃ）第２位置合わせ面が第２位置合わせ部材に対して堅固に保持されるように、第２プッシャを対象物に対して移動させ；そしてｄ）第１及び第２プッシャが適切に緊張しているしていることを確認して、対象物を固定具にしっかりとクランプすることを含む。
【００１０】
これら及び関連の方法を実行すべくコンピュータに指示するためのソフトウエアプログラムも提供される。例えば、本発明は、コントローラ上で動作し、以下のａ）〜ｊ）からなる工程を実行するソフトウエアプログラムを提供する。すなわち、ａ）マイクロタイタープレートが真空プレート上に大まかに位置決めされたことの信号を受ける工程；ｂ）ｙ軸信号を発生する工程；ｃ）ｙ軸信号をｙ軸ピストンに伝送し、それによりｙ軸ピストンがｙ軸プッシャレバーを緊張位置に移動させる工程；ｄ）ｙ軸プッシャレバーが適切に緊張していることの信号を受ける工程；ｅ）ｘ軸信号を発生する工程；ｆ）ｘ軸信号をｘ軸ピストンに伝送し、それによりｘ軸ピストンがｘ軸プッシャピンを緊張位置に移動させる工程；ｇ）ｘ軸プッシャピンが適切に緊張していることの信号を受ける工程；ｈ）プレートを真空プレートに対して堅固にクランプするように真空源を作動させるべく真空信号を発生する工程；ｉ）プレートが正確に位置決めされていることを示すレディ信号を発生する工程；及びｊ）レディ信号を別の処理装置に伝送する工程である。
【００１１】
詳細な説明
本発明は、対象物を支持具上に正確に位置決めし、かつ対象物を支持具上の所望の位置に保持するための装置を提供する。該装置は、さらなる処理を受けるべき対象物の正確な配置が要求されるロボットシステムのような自動システムと共にしばしば使用される。例えば、バイオテクノロジーにおいて用いられるロボットシステムは、サンプルや試剤用の容器としてマイクロタイタープレートをしばしば使用する。マイクロタイタープレートは、システムの他のコンポーネントがマイクロタイタープレートのウエル中に含まれるサンプルと適当に相互作用するように、適当な支持具上に正確に位置決めされなければならない。同様に、本発明の装置は、高い精度のフライス削り作業のためにブロック材料を位置決めするのに有効である。
【００１２】
位置決め装置
本発明は、対象物を支持具上に正確に位置決めするための位置決め装置を提供する。一旦対象物が所望の位置近くに大まかに位置決めされたなら、位置決め装置が対象物を正確な所望位置に移動させる。従って、本発明の対象物ホルダーは、公知の従来の位置決め装置と共に用いて対象物をさらに正確に位置決めできる。例えば、公知のロボット位置決め装置のような従来の自動装置が、対象物を支持具上に配置できる。一般に、このような従前知られたロボットシステムは、マイクロタイタープレートのような対象物を約１ｍｍのトレランス内で移動し位置決めできる。それに関し、公知のロボットシステムは、マイクロタイタープレートを支持具上に大まかに位置決めできるが、高密度マイクロタイタープレートを位置決めするのに要求される精度を達成することはできない。高密度（例えば１５３６ウエル又はそれより多）のマイクロタイタープレートの場合の１ｍｍの位置決め誤差により、サンプル又は試剤が誤ったウエルに全部入ったり、システムに（例えば液体分配器の針又は先端に）損傷を与え得る。
【００１３】
一般に、本発明の対象物ホルダーは、１以上の位置合わせ部材を含み、それに対して対象物の表面が、対象物が対象物ホルダー上の所望の位置にあるときに接触する。マイクロタイタープレートのような対象物が初めに位置合わせ部材の近くに配置されると対象物がさらなる処理のために大まかに位置決めされるように、位置合わせ部材が配置される。このような大まかな位置決めは、従来の公知のロボットシステムにより達成できる。例えば、大まかな位置決めは、対象物をその所望の方向において１ｍｍ内に配置できる。しかしながら、マイクロタイタープレート又は他の対象物のこのような大まかな位置決めは、高スループットの処理にとっては不十分な精度である。対象物が大まかに位置決めされた後、本発明の対象物ホルダーが作動され、さらなる処理のために対象物をさらに正確に位置決めする。
【００１４】
２つの異なる軸に沿って正確に位置決めするために、本発明の対象物ホルダーは、対象物の２つの軸の各々に沿って１以上の位置合わせ部材を一般に備える。例えば、図１及び２は、本発明による自動対象物ホルダー１０の一態様を示す。一般に、対象物ホルダー１０は、保持装置２０を支持する固定具１５を含む。突起２５及び３０は、位置合わせ部材として機能する。図示された対象物ホルダー１０の実施態様は、固定具１５から支持された２つのｙ軸突起３０及びｘ軸突起２５を有する。従って、ｙ軸突起３０及びｘ軸突起２５は、真空プレート２０に対して固定的に配置される。ｙ軸位置設定突起３０は、対象物のｙ軸表面（例えばマイクロタイタープレートのｙ軸壁）と共働するように構成される一方、ｘ軸突起２５は、対象物のｘ軸表面（例えばマイクロタイタープレートのｙ軸壁）と共働するように構成される。
位置合わせ部材は、例えば位置設定ピン、タブ、隆起部、凹部又は壁面などとし得る。現在のところ好ましい実施態様では、位置合わせ部材は、適切に位置決めされた対象物に接触した湾曲面を有する。湾曲面を使用することにより、例えば位置合わせ部材に接触する対象物の表面粗さの効果が最小となる。図１及び２に示されるように、１軸に沿った２つの位置合わせ部材及び第２軸に沿った１つの位置合わせ部材は、対象物の適切な位置合わせにおける表面凹凸の効果を最小にする別のアプローチである。対象物は、対象物表面に沿って３つの地点と接触するので、適切な位置合わせは、規則的な対象物表面の全体には依存しない。
【００１５】
本発明の別の態様は、特にマイクロタイタープレートの位置決めに関する。マイクロタイタープレート８２が、図３、４及び５に示される。一般に、マイクロタイタープレート８２は、サンプル及び試剤を保持するための多くの個別サンプルウエルを備えたウエル領域９０を含む。マイクロタイタープレートは、９６、３８４及び１５３６のウエルを備えた一般に入手可能なプレートを含めて、広い種類のサンプルウエル構成にて入手可能である。マイクロタイタープレートは、種々の構成にて種々の製造業者から入手できることが分かるであろう。マイクロタイタープレート８２は、位置決めエッジ８６をその底部に備える外壁８４を有する。マイクロタイタープレート８２は、プレートの底部側のウエル領域の下にて底面９２を有する。底面９２は、スペース９４により外壁８４から分離される。スペース９４は、外壁８４の表面により、及び底面９２のエッジにて内壁８８により限定される。スペース９４内にいくつかの横支持具９３が存在し得るが、スペース９４は、内壁８８と外壁８４の内面との間にて一般に開放している。
本発明により、マイクロタイタープレートを正確に位置決めするために、対象物ホルダーの位置合わせ部材は、マイクロタイタープレートの内壁８８と共働するように配置されるのが好ましい。通常、内壁８８は、壁８４のようなプレート８２の外壁と比較して、より正確に形成されかつサンプルウエル領域の境界線とより密接に関連しているので、内壁８８を使用するのが有利である。従って、内壁（例えば内壁８８）に対してマイクロタイタープレートを位置合わせすることは、一般に外壁（例えば壁８４）と位置合わせすることよりも好ましい。内壁を位置合わせ面として用いることにより得られる改善された位置決め精度により、１５３６ウエルプレートのような高密度マイクロタイタープレートの使用が可能となる。表１に示されているように、ポリプロピレン（Ａ）及びポリスチレン（Ｂ）の１５３６ウエルプレートの位置決めのために内壁を使用することで、当該技術において従前知られていたようなバネクリップ固定具を用いて得られる精度と比較して、プレートのさらに十分正確な位置決めが行われる。
【００１６】
【表１】
2004503782.tif 000003
【００１７】
【表２】
2004503782.tif 000004
【００１８】
【表３】
2004503782.tif 000005
【００１９】
これらの結果は、マイクロタイタープレートの内壁の使用により、支持具上でのマイクロタイタープレートの位置決めがさらに十分に正確かつ再現性あるものとなる。
また、位置合わせ部材（例えば位置合わせ突起２５及び３０）をプレート８２の内壁８８と共働させることにより、最小構造が該プレートの外側に隣接して必要とされる。そのようにして、ロボットアーム又は他の移送器が、プレート８２に容易にアクセスできる。突起を内壁８８に隣接して位置決めすることにより、プレート８２の移送がさらに容易になる。しかしながら、突起を代わりの位置に配置でき、かつプレートの正確な位置決めをなお容易にできることが分かる。
一般に、本発明の対象物ホルダーは、１以上の可動部材を含む。可動部材は、１以上の位置合わせ部材に対して対象物を移動させる機能を行う。例えば、一旦対象物が位置合わせ部材の大まかな位置に置かれたならば、可動部材（ここでは用語「プッシャ」）が、対象物の位置合わせ面が対象物ホルダーの１以上の位置合わせ部材と接触するように対象物を移動させる。対象物ホルダーは、１以上の軸に沿って対象物を位置決めするためのプッシャを有し得る。例えば、対象物ホルダーは、ｘ軸に沿って対象物を位置決めする１以上のプッシャ、及びｙ軸に沿って対象物を位置決めする１以上の追加のプッシャをしばしば備える。プッシャは、当業者に公知の手段により移動できる。例えば、バネ、ピストン、電磁石、ギヤドライブなど、又はそれらの結合が、対象物を所望の位置に移動させるべくプッシャを移動させるのに適する。
【００２０】
ｘ軸及びｙ軸の両方に沿ってマイクロタイタープレートを位置決めするためのプッシャを備えた対象物ホルダーの一実施態様は、図１及び２に示される。マイクロタイタープレートがｘ及びｙ軸突起に隣接して大まかに位置決めされるとき、マイクロタイタープレートの底面は、真空プレート２０の頂面２２のすぐ上にある。固定具１５内のスロット４０を通って延びるｙ軸プッシャ３５は、マイクロタイタープレートのｙ軸側壁に圧力を加えるべく使用される。ｙ軸突起３０に対してマイクロタイタープレートを押すのに十分な力が、プレート接触具４５にてプレートに加えられる。マイクロタイタープレートがｙ軸突起３０に対して押されるとき、該固定具のスロット５５を通して延びるｘ軸プッシャ５０が、マイクロタイタープレートのｘ軸壁をｘ軸突起２５に向かって押すべく使用される。このようにして、マイクロタイタープレートが、ｘ軸及びｙ軸突起の両方に対して精度良くかつ正確に位置決めされる。１以上のプッシャ接触具を外壁ではなくマイクロタイタープレートの内壁に接触させることは、必ずではないが、しばしば有利である。この構成により、位置合わせ部材及びプッシャが、マイクロタイタープレートの下にある。このことにより、プレートの外部を取り囲む領域において、例えばマイクロタイタープレートを支持具上に配置する他の装置と干渉し得る突起が無くなる。
図１及び２に示される対象物ホルダーの態様は、適切に位置決めされた対象物を所望の位置に保持すべく保持装置として働く真空プレートを有する。マイクロタイタープレートを正確に配置するのに十分な力を加えるｙ軸プッシャ３５及びｘ軸プッシャ５０の両方により、真空源（図示せず）は、真空導管６５を通して真空孔６０中に真空引きする。
【００２１】
次に図６を参照すると、対象物を対象物ホルダー中に位置決めする一般的な手順の一態様が記載されている。対象物ホルダーが、対象物を表面上の所望の位置に移動させるべく描かれたものに等価な手段を用いることができることが認識される。同様に、これらの図は特にマイクロタイタープレートの位置決めを示しているが、マイクロタイタープレートではなく対象物を位置決めすべく対象物ホルダーのコンポーネントの構成を容易に適応させ得る。図６は、真空プレート（図示せず）上に載っているマイクロタイタープレート８２の簡単な底面図を示す。図６ａは、マイクロタイタープレート８２がｘ軸及びｙ軸突起２５及び３０に対して大まかに位置決めされた場合の搭載位置を示す。大まかに位置決めされたとき、マイクロタイタープレート８２は、ｙ軸突起３０がマイクロタイタープレートのｙ軸エッジに沿って開口９４中に受け入れられ、かつ、ｘ軸突起２５がマイクロタイタープレートのｘ軸突起に沿ってスペース９４中に受け入れられるように位置決めされる。従って、現在のところ好ましいこの実施態様では、これらの突起は、内壁８８と外壁８４の間のスペース９４中に位置決めされる。突起がマイクロタイタープレートと代替構成にて共働してマイクロタイタープレートを大まかに位置決めされた方向に配置することができることが理解されよう。また、搭載を容易にするために、ｙ軸プッシャ３５とｘ軸プッシャ５０の両方が、マイクロタイタープレート８２から離れて配置される。
次に図６ｂを参照すると、ｙ軸プッシャ３５が、マイクロタイタープレート８２の外側ｙ軸エッジに接触するように移動される。上述のように、プッシャも、マイクロタイタープレートの内壁表面に接触するように構成できる。ｙ軸プッシャ３５は、マイクロタイタープレート８２の壁８４に対してプレート接触具４５をしっかり押し付けるのに十分な力で移動させられる。ｙ軸プッシャ３５はマイクロタイタープレート８２に対して押圧されるので、マイクロタイタープレートは、必要ならばｙ軸突起３０に対して内壁８８を堅固に位置決めすべく移動させられる。ｙ軸プッシャ３５は中央位置にあるマイクロタイタープレートのｙ軸エッジと大まかに接触するので、マイクロタイタープレートは、斜めになる最小の力で移動させられる。そのようにして、マイクロタイタープレートは、ｙ軸において堅固かつ確実に位置決めされる。
【００２２】
ｙ軸中に堅固に位置決めされたマイクロタイタープレート８２と共に、図６ｃは、ｘ軸プッシャ５０がマイクロタイタープレート８２のｘ軸壁に対して移動することを示す。そのようにして、ｘ軸プッシャ５０は、マイクロタイタープレート８２を移動させて内壁８８をｘ軸突起２５に対して位置決めする。ｘ軸プッシャ５０がｘ軸位置合わせ部材に対して該プレートを移動及び保持する間、ｙ軸プッシャ３５は、マイクロタイタープレート８２のｙ軸壁に対して堅固に押圧したままでいる。マイクロタイタープレート８２が接触具４５に対してｘ軸方向に移動することを容易にするために、接触具４５は低摩擦要素となるように構成するのが好ましい。例えば、低摩擦接触点４５が、バネ負荷部材上に取り付けられ得、これはマイクロタイタープレートがｘ軸プッシャ５０によりｘ軸中を移動可能にしつつ、マイクロタイタープレート８２に対して一定の力を保つことができる。図１０は、適当なバネ負荷部材の例を示す。接触点は、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）などのような低摩擦物質でコーティングすることもできる。低摩擦接触点は、例えば回転する接触点や他の手段を用いて摩擦を低減することにより構成することもできる。ＤＥＬＲＩＮ（登録商標）ボールプランジャは、底摩擦接触点の別の適する例である。
図６ｄに示されたように、マイクロタイタープレート８２がｘ軸プッシャ５０により正しい位置に移動したとき、マイクロタイタープレートが、さらなる処理のために正確に位置決めされる。プレートが正確に位置決めされ、真空源（図示せず）が作動され、それにより真空プレートに対してマイクロタイタープレート８２を確実に引っ張る。従って、マイクロタイタープレート８２が、その正確な位置に確実に保持され、それにより正確かつ信頼性高いさらなる処理が可能となる。
【００２３】
保持装置
本発明は、対象物を支持具上の所望の位置に保持するための保持装置も提供する。本発明のこれらの保持装置は、真空プレートを含み、その上に対象物が配置される。一般に、真空プレートは、頂面を有し、その上に保持されるべき対象物が配置される。１以上の開口が存在し、それを通って空気が真空プレートの頂面と対象物の底面の間のスペースから回収され得る。１つ又は複数の開口が真空源に接続され得る。対象物が支持具上に適切に位置決めされて真空にされるとき、気密シールが対象物と真空プレートの間に形成され、それにより対象物を所望の位置に保持する。例えば、対象物がマイクロタイタープレートであるならば、マイクロタイタープレートの底面が、真空プレートの頂面によりシールを形成する。
【００２４】
本発明の保持装置の例が、図１、２及び８に示される。この実施態様では、真空プレート２０は頂面２２を備え、該頂面２２は、真空溝６３により分離された中央内部領域６９とリップ領域６７とを一般に含む。対象物が所望の位置に大まかに位置決めされると、対象物の底面は頂面２２のリップ領域６７上に載る。真空源（図示せず）が真空導管６５を通して真空孔６０中に真空を適用する。真空孔６０は、一般に真空プレート２０の境界線内部に配置される真空溝６３に通じる。このようにして、真空効果が、プレートの境界線全体の周りに広がる。真空効果により対象物の底面が真空プレート２０の頂面２２に向けて引っ張られるので、対象物は真空力により真空リップ６７及び内部真空プレート６９に保持される。
図１、２及び８に示された例では、保持装置２０は、矩形の真空プレートとして設けられ、そのｙ軸長さはｘ軸長さよりも長い。この特定の真空プレート２０は、真空源が作動したときに真空プレート２０の頂面２２に対してマイクロタイタープレートをしっかり保持すべくマイクロタイタープレートの底面と共働するようなサイズ及び構成をなす。真空プレートは、マイクロタイタープレートとは異なる対象物を保持するように構成することもできる。例えば、真空プレートは、対象物の任意の平坦面との吸引を形成するような形状を有し得る。例えば、矩形のスロットが、平坦な矩形表面を備えた対象物を保持するのに使用できる。
【００２５】
図１１は、本発明の保持装置の一実施態様を示す。真空源（図示せず）は、真空導管２３０に接続され、これが真空入口２４０及び２３５に接続される。真空導管入口２３５及び２４０は、真空孔中に直接接続され、該孔が真空プレートを通って延び、真空溝に通じる。現在のところ好ましい実施態様では、真空孔が真空プレートの周囲に隣接して配置され、真空プレートの境界線の周りの真空に通じる真空溝を使用する。真空プレートの真空シール能力を改善するために、真空孔の他の配置及び他の構成を用いることができることが分かる。
しばしば、対象物は、真空プレートと対象物表面の間の気密シールの形成を妨害し得る下面の欠陥を有する。このような欠陥としては、例えば反り、高さ変動及び他の構造上の欠陥が挙げられる。例えば、マイクロタイタープレートの底面は、マイクロタイタープレートの中央部分がマイクロタイタープレートの周囲エッジより下に延びるように僅かに曲がり得る。従って、このような曲がったプレートが真空プレート２０上に配置されるならば、マイクロタイタープレートの曲がった部分は、内部プレート領域６９に接触できるが、該プレートの周囲エッジがリップ領域６７に完全に係合するようにはできない。このようにして、真空チャネル６３が真空引きされると、真空シールを妨げるのに十分なギャップが、マイクロタイタープレートの周囲エッジとリップ領域６７の間に存続し得る。このようなギャップにより、真空プレートに対してマイクロタイタープレートを真空シールし得ない。
【００２６】
マイクロタイタープレート及び他の対象物におけるこのような欠陥を調節するために、内部真空面６９が真空リップ６７より下に僅かに凹み得る。内部表面６９を僅かに凹ませることにより、マイクロタイタープレートの周囲エッジがリップ領域６７に完全に接触する可能性が増す。凹部の深さ及び他の寸法は、対象物の底面における予想される変動に依存する。通常、凹部の深さは、約０．００１〜０．０１インチの間にある。マイクロタイタープレートでは、内部真空領域は、リップ６７の頂面より下約０．００２インチに配置されるのが好ましい。というのは、マイクロタイタープレートが真空プレート２０に対してシールされるときサンプルウエルを破壊するには、高さにおける０．００２インチの変動では不十分だからである。対象物の歪みを避ける別のアプローチでは、凹んだ領域は、なお真空シールの形成を可能にしつつ対象物の底面を支持する多孔性マトリックス材料又は他の支持部材（例えばリブ）により部分的に又は完全に満たすことができる。もし望めば、支持具の使用により、より深い凹部が使用できる。
本発明の保持装置は、真空効果が対象物と真空プレートの間に存在するか否かを感知するための感知スイッチ又は他の手段を含むこともできる。例えば、図２は、真空スイッチ孔８０を示し、これはこの特定の実施態様では真空溝６３の基部に配置されている。真空スイッチ孔は、真空レベルを真空感知スイッチに伝え、これが対象物の下の真空の十分なレベルを確認する。このようにして、対象物を真空プレート２０に対して保持しつつ、対象物を保持する真空力を測定及びモニターできる。真空レベルが不十分であるならば、感知スイッチは、対象物が適切に位置決め及び／又は保持されておらずさらなる処理の準備ができていないという信号をコントローラ又は人間のオペレータに送ることができる。逆に、真空が感知されたなら、スイッチはさらなる処理を進めるべくコントローラに信号を送ることができる。
【００２７】
感知装置を含んだ保持装置の例が、図１１に示されているが、これは固定具１５の頂面上に配置された真空プレート２０と共に固定具１５の底部側を一般に示す。図１１の底面図からは真空プレートは見えないが、点線２１が固定具１５のもう一方の側における真空プレート２０の一般的な配置を示す。図示されているように、真空スイッチ孔が真空溝中に配置される。真空スイッチ孔は、真空スイッチ入口２６５に通じ、これが真空スイッチ線２７０を通して真空スイッチ２７５に接続される。真空スイッチ２７５は、制御線２８０を介してコントローラ１０５に電気的に接続し、真空のステータスをコントローラに伝える。それに関し、コントローラ１０５は、マイクロタイタープレートを真空プレートに対してしっかりと引っ張るのに十分な真空が真空プレートにていつ達成されたかの信号を受け取る。コントローラ１０５は、制御線２２５を介して真空源と通信し、適宜、制御線２２０を介して空気源（後に説明）と通信することもできる。コントローラ１０５は、システム接続線２８５を介して指示を受け、該線２８５を介して他のシステムコンポーネントにステータス情報を送ることもできる。
一旦真空源がマイクロタイタープレート又は他の対象物を真空プレート２０に対して堅固に保持したならば、追加的な処理がマイクロタイタープレートに対して確実かつ正確に実行できる。マイクロタイタープレート又は他の対象物の処理が完了すると、真空源が停止されて対象物を真空プレート２０から開放する。
【００２８】
統合対象物ホルダーシステム
本発明は、対象物を支持具上に位置決め及び保持するためにここに記載の装置の２以上を統合する対象物ホルダーをも提供する。例えば、本発明は、プッシャと位置合わせ部材とを用いて対象物を正確に位置決めする対象物ホルダー、及び対象物を所望の位置に保持する保持装置としての真空プレートを提供する。これらの統合された対象物ホルダーは、対象物ホルダーの異なるコンポーネントの動作を調和させる制御システムを通常有する。
【００２９】
図７は、対象物ホルダー１０に対する制御システム１００の一例を示す。一般に、制御システム１００は、プレートホルダー制御線２１５を介してプレートホルダー１２０に接続されたコントローラ１０５を含む。プレートホルダー制御線２１５は、コネクタ２１０において終端してプレートホルダー１２０上にて係合する制御コネクタ７５への接続を容易にできる。この構成により、コンポーネントの接続及び開放が容易になる。コントローラ１０５は、システム接続線２８５を介して高スループット試験システムにおける他のシステムコンポーネントにも接続できる。例えば、コントローラ１０５は、中央制御システムから指令を受け、ステータス情報を報告して返す。
この実施態様のコントローラ１０５はまた、真空源制御線２２５を介して真空源１１５を制御し、適宜、空気源制御線２２０を介して空気源１１０を制御する。このようにして、コントローラは、指令を受け付け又はステータス情報を高スループット試験システムコントローラに送り、かつマイクロタイタープレートの正確な位置決めを制御及びモニターできる。
【００３０】
一部の実施態様では、ｘ軸プッシャ５０とｙ軸プッシャ３５が空気ピストンにより作動される。空気源１１０は、加圧空気を空気供給管１２５を通して供給してｙ軸空気供給管１３０及びｘ軸空気供給管１３５中に送る。ｙ軸空気供給管１３０は、ｙ軸空気スイッチ１４０中に受け入れられ、該スイッチ１４０は、バルブとして作用してｙ軸供給管１３０を開放又は閉鎖する。ｙ軸空気スイッチは、ｘ軸空気スイッチ制御線１８５を介してコントローラ１０５により指示される。コントローラ１０５がｙ軸空気スイッチ１４０に開放位置を指示すると、空気圧力がｙ軸ピストン空気供給管１５０中に加えられる。ｙ軸ピストン空気供給管１５０は、ｙ軸空気ピストン１６０に接続され、これがｙ軸アーム１７０を駆動する。例えば油圧ピストン、電磁アクチュエータ又はギヤドライブなどのようなプッシャを作動させるのに他の機構も使用できることが理解されよう。
ｙ軸アーム１７０は、旋回軸１７４を中心としてレバー１７２を駆動する。従って、空気ピストン１６０が作動すると、ｙ軸プッシャピン３５がその静止位置から移動する。静止位置は、レバー１７２とバネ支持具１７８の間に取り付けられたバネ１７６により定まる。この様にして、バネ１７６によりレバー１７２が旋回地点１７４から旋回する。対象物ホルダー１０の好ましい実施態様では、空気ピストン１６０が非作動のとき、このバネによりｙ軸プッシャ３５がマイクロタイタープレートに対してしっかりと係合する。それにより、空気ピストン１６０が作動すると、ｙ軸プッシャ３５がマイクロタイタープレート壁から移動して離れる。
【００３１】
空気ピストン１６０はｙ軸マグネチックスイッチ２００を備え、これはマグネチックスイッチ制御線１９５を介してｙ軸アーム１７０の位置をコントローラ１０５に伝える。この様にして、コントローラは、ｙ軸アーム１７０の位置のステータスを示す信号を受け取る。例えば、ｙ軸プッシャ３５をマイクロタイタープレートから完全に係合を解くような位置に空気ピストン１６０がｙ軸アーム１７０を移動させたときに、線１９５上に信号が送られ得る。
ｘ軸空気スイッチ１４５は、ｘ軸空気スイッチ制御線１８０を介してコントローラ１０５に接続される。コントローラ１０５がｘ軸空気スイッチ１４５に作動すべく指示すると、空気圧力がｘ軸ピストン空気供給管１５５中に加えられる。このような空気圧力が、ｘ軸空気ピストン１６５のｘ軸アーム１７５を駆動する。ｘ軸マグネチックスイッチ２０５が、マグネチックスイッチ制御線１９０を介してコントローラ１０５と通じ、ｘ軸アーム１７５の位置を示す信号を発生させる。好ましい例では、ｘ軸空気ピストン１６５は、空気ピストン１６５が作動解除されるとｘ軸プッシャ５０を引っ込め、ｘ軸空気ピストン１６５が作動されるとｘ軸プッシャ５０をマイクロタイタープレートに対して押すように構成される。ｘ軸空気ピストン１６５が作動しかつｘ軸プッシャ５０がマイクロタイタープレートに対してしっかりと駆動すると、マグネチックスイッチ２０５は信号を発生でき、該信号は、マイクロタイタープレート８２がｘ軸に関してしっかりと配置されたことをコントローラ１０５に示す。
【００３２】
次に図８、９及び１０を参照すると、ｙ軸プッシャの操作が詳細に示されている。ｙ軸プッシャ３５は、垂直部分１７３と水平部分１７５とを備えた一般にＬ形状の部材である。接触具コネクタ１８６が、プレート接触具４５を取り付けるべく垂直部分１７３の頂端にて配置される。水平部分１７５は、垂直部分１７３から直角に延び、端部にて拡大されたアーム接触具１８２を備える。アーム接触具１８２は、ｙ軸ピストン１６０のｙ軸アーム１７０と共働すべく構成配置される。好ましい構成では、ｙ軸アーム１７０は、ｙ軸アーム長を調節するための調節機構を備えて終端する。
レバー１７２の水平部分１７５は、旋回ピンを受け入れるための旋回軸１７４を備え、該ピンにより、ｙ軸プッシャ３５は旋回地点１７４を中心として旋回できる。水平部分１７５は、バネ１７６の一方の端部を受け入れるためのバネコネクタ１８４をも備える。バネ１７６のもう一方の端部は、安定な支持具１７８のような安定な支持具に接続される。好ましい構成では、バネ支持具１７８がｙ軸空気ピストン及び固定具に取り付けられる。バネ１７６がバネ接触具１８４と安定な支持具１７８の間に接続されると、バネはアーム接触具１８２をアームピストン１６０に向けて引っ張るべく作用する。図示された例では、レバー１７２は、旋回地点１７４を中心として旋回するように構成されているので、プレート接触具４５は、一般に空気ピストンから離れる方に回転される。
【００３３】
図示された実施態様では、空気ピストン１６０が非作動のとき、バネ１７６は、真空プレート２０のｙ軸壁１８７に向けてプレート接触具４５を押圧するように作用する。マイクロタイタープレート（図８、９又は１０では図示せず）が真空プレート上に大まかに位置決めされたなら、プレート接触具４５がマイクロタイタープレートのｙ軸壁に接触し、該プレートをｙ軸突起３０に向けて押す。最適な位置決め性能のために、ｙ軸プッシャ３５は、一定かつ安定的な位置決め力をマイクロタイタープレートのｙ軸壁に加える必要がある。一定の圧力を保証すべく、ｙ軸プッシャ３５により与えられる力はバネ１７６により決められる。バネは本来一定かつ所定の力を与えるので、マイクロタイタープレートは一定の既知の張力により位置決めされる。
【００３４】
好ましい実施態様では、マイクロタイタープレートがｙ軸に対して位置決めされた後、ｙ軸プッシャは、マイクロタイタープレートのｙ軸壁に対して力を加え続ける。ｘ軸プッシャが作動すると、ｘ軸プッシャ５０はマイクロタイタープレートをｘ軸突起２５に向けて移動させる。従って、ｙ軸プッシャがマイクロタイタープレートに対して力を加え続ける間、マイクロタイタープレートはプレート接触具４５及びレバー１７２に対して移動する。それについて、レバー１７２は、斜めになることを避け且つ一定で安定したｙ軸の力を維持するために、ｘ軸方向の安定性を維持しなければならない。レバー１７２についてのこのような安定性を達成するために、レバー１７２は、旋回点１７４を中心として旋回する旋回レバーとして構成される。旋回点１７４とプレート接触具４５はマイクロタイタープレートのｘ軸と大まかに位置合わせされるので、該旋回軸は、プレート接触具４５のｘ軸位置決めを実質的に安定にするべく作用する。従って、ｙ軸プッシャ３５がマイクロタイタープレートに十分に引っ張られ、ｘ軸プッシャがマイクロタイタープレートをｘ軸突起２５に向けて移動させると、ｙ軸プッシャ３５は一定かつ安定なｙ軸の力を維持する。斜めになることも、マイクロタイタープレートとの低摩擦接触点を有するようにプレート接触具４５を構成することにより避けられる。
【００３５】
好ましい実施態様ではｙ軸プッシャは旋回レバーとして構成されているが、他の構成を用いてもマイクロタイタープレートをｙ軸突起に向けて移動させ得ることが理解されよう。例えば、プレート接触具４５は、空気ピストンに直接取り付け、一定で安定した空気の力により駆動してプレート接触具を安定的かつ一定してマイクロタイタープレート壁に向けて移動させることができる。
一旦真空源がマイクロタイタープレートを真空プレート２０に対してしっかり保持したなら、別の処理がマイクロタイタープレートに対して確実かつ正確に実行できる。マイクロタイタープレートの処理が完了すると、真空源が作動解除されてマイクロタイタープレートを真空プレート２０から開放する。次に、ｘ軸プッシャ５０が開放され、ｙ軸プッシャ３５が開放される。真空が解除されプッシャが開放されると、マイクロタイタープレートは、さらなる処理のために対象物ホルダー１０から容易に持ち上げられ得る。
【００３６】
次に図１１を参照すると、対象物ホルダー１０について好ましい部分構成が示される。一般に図１１は、固定具１５の底面側を示し、真空プレート２０は固定具１５の頂面上に配置されている。図１１の底面図からは真空プレートは見えないけれども、破線２１が固定具１５のもう一方の側の真空プレート２０の大まかな配置を示す。
空気源（図示せず）は空気源１２５に接続され、この空気源１２５は、一般に固定具の周囲をｙ軸空気供給管１３０及びｘ軸空気供給管１３５まで延びる。ｙ軸空気供給管１３０はｙ軸空気スイッチ１４０に接続し、ｘ軸空気供給管１３５はｘ軸空気スイッチ１４５に接続する。空気スイッチ１４０及び１４５は、電気線１８５及び１８０を介して電気コネクタ７５に電気的に接続し、次にコネクタ２１０と制御線２１５を介してコントローラ１０５に接続する。従って、コントローラは、空気ピストンを作動又は作動解除すべく空気スイッチに指示できる。例えば、コントローラはｙ軸空気スイッチ１４０に作動を指示することで、ｙ軸空気供給管１５０を加圧して空気ピストン１６０のアーム１７０を駆動することができる。アーム１７０が駆動されると、レバー１７２は旋回点１７４を中心にして旋回し、真空プレートから離れるようにｙ軸プッシャレバーを引っ張る。コントローラがｙ軸空気スイッチ１４０を作動解除すると、空気がピストン１６０から抜け、バネ接触具１８４と安定な支持具１７８の間の張力下にあるバネ１７６がｙ軸プッシャを真空プレートに向けて張力を加える。マグネチックスイッチ２００が、制御線１９０を介してコントローラ１０５に通じてｙ軸プッシャの位置を示す。
【００３７】
コントローラはｘ軸空気スイッチ１４５をも制御し、該スイッチ１４５は、開放したときにｘ軸ピストン空気供給管１５５を加圧してｘ軸空気ピストン１６５のｘ軸アーム１７５を駆動する。従って、ｘ軸プッシャ５０は、真空プレート２０に向けて推進させられる。好ましい実施態様では、ｘ軸プッシャはｘ軸アーム１７５に直接取り付けられる。他の構成及び配置を用いてもｘ軸プッシャをｘ軸アームに取り付けできることが理解されよう。スペースを無駄にしないため、空気圧力がピストン１６５に加えられるときアーム１７５がピストン本体１６５中に引っ張られるように、ｘ軸ピストンが構成される。圧力が開放されると、アーム１７５は、ｘ軸プッシャ５０が保持されたどんなマイクロタイタープレートからも開放されるように移動する。ｘ軸プッシャ５０がマイクロタイタープレートに十分に係合しているとの信号をコントローラ１０５が受け取ることができるように、マグネチックスイッチ２０５は線１９５を介してコントローラ１０５に接続する。
【００３８】
次に図１２を参照すると、マイクロタイタープレートを保持する方法３００が示されている。ブロック３０５では、マイクロタイタープレートは、突起の場所を示すｘ及びｙに対して大まかに位置決めされる。大まかな位置決めを容易にするために、ｘ軸及びｙ軸プッシャがマイクロタイタープレートから離れて配置される。好ましい実施態様では、ｙ軸空気ピストンが作動中であり、ｘ軸ピストンが非作動中であり、プレートから離れて突起を配置する。他の構成に代替し得ることが理解されよう。
プレートは、ロボット位置決めを含めて従来の任意手段を用いて大まかに位置決めされ得る。このような大まかなロボット位置決めは、プレートを突起に隣接して配置するには十分であるが、高スループットの自動使用には精度が十分ではない。一旦プレートが大まかに位置決めされると、対象物ホルダーは、プレートが大まかに位置決めされて所望の方向に正確に位置決めされる用意ができている旨の信号を受け取ることができる。
【００３９】
ブロック３１０は、ｙ軸プッシャがマイクロタイタープレートのｙ軸壁に対して張力下で位置決めされていることを示す。好ましい構成では、ｙ軸プッシャが静止位置に開放され、バネがｙ軸プッシャとマイクロタイタープレートの間に一定の決められた張力を与える。ｙ軸プッシャが開放されると、ｙ軸プッシャは、張力にてマイクロタイタープレートのｙ軸壁と接触する。ｙ軸プッシャはマイクロタイタープレートのｙ軸壁に対して張力が加えられるので、マイクロタイタープレートはｙ軸突起に対してしっかりと押される。マイクロタイタープレートに一定の張力を加えて移動させるには短い時間が要求されるので、システムはブロック３１５においてシステムが安定するのを待つ。
ｙ軸プッシャは、いつｙ軸プッシャが正しい位置にあるのかの指示器を有し得る。このような指示器が使用されるなら、該指示器は、ｙ軸プッシャが正しい位置にあるときに閉じるスイッチとし得る。好ましい実施態様では、スイッチは、ｙ軸プッシャを移動させる空気ピストンに連結されたマグネチックスイッチである。他のセンサー又は指示器と代替できることが理解されよう。従って、ブロック３２０ではスイッチが閉じているか否かを調べ、もしスイッチが閉じていたら、ｘ軸プッシャがブロック３２５において作動される。スイッチが割り当て時間中に閉じないならば、ブロック３５５においてシステムにはマイクロタイタープレートが位置決め可能でない旨が伝えられ、処理は通常中止される。
【００４０】
ブロック３２５においてｘ軸プッシャが作動してマイクロタイタープレートに向かって移動し、それによりマイクロタイタープレートをｘ軸突起に対してしっかりと位置決めする。マイクロタイタープレートをｘ軸方向に移動させるのは一定の時間を要するので、ブロック３３０においてシステムは待機する。ｙ軸プッシャのように、ｘ軸プッシャは、いつｘ軸プッシャがしっかり正しい位置になるかの指示器を有し得る。従って、ブロック３３５ではこの指示器スイッチが閉じているか否かを調べ、もし閉じているならばブロック３４０において真空源が作動される。しかしながら、スイッチが閉じていないなら、ブロック３５５においてプレートが位置決めできない旨システムに伝えられる。
ブロック３４０では、真空源が作動し、それにより真空導管が真空プレート領域から空気を引き抜く。好ましくは、真空源によりマイクロタイタープレートの底面が確実な方法で真空プレートに引きつけられる。真空プレートは、いつ十分な真空が形成されてマイクロタイタープレートを確実に保持したのかを決めるための真空スイッチを備えることができる。真空スイッチが閉じていないならば、ブロック３４５ではプレートが適切に位置決めされてない旨システムに伝えるよう指示する。しかしながら、真空スイッチが閉じれば、それはマイクロタイタープレートがしっかりと確実に位置決めされている旨の肯定的な指示であり、ブロック３５０においてプレートがさらなる処理の準備ができている旨システムに伝えられる。
【００４１】
次に図１３を参照すると、マイクロタイタープレートを開放する方法４００が示され、これはプレートを保持する方法３００に記載のものとは本質的に逆のプロセスである。ブロック４０５では、マイクロタイタープレートの処理を終了させ、マイクロタイタープレートが除去できる旨システムに伝えられるのが示される。ブロック４１０では、真空源が作動解除され、これが図４１５に示された真空スイッチを開放させる。スイッチが開放したならば、ブロック４２０においてｘ軸プッシャが作動解除され、一定の時間の後、ブロック４３０においてスイッチが調べられ、ｘ軸プッシャが移動したことを確認する。ｘ軸プッシャが移動したならば、ｙ軸プッシャが作動してマイクロタイタープレートから離してｙ軸プッシャを移動させる。一定時間の後、スイッチが開いて、ｙ軸プッシャがマイクロタイタープレートから離れて移動させられたことを示す。スイッチが適切に開くと、システムには、プレートが移動準備できている旨伝えられる。従って、別のロボットシステムを使用してプレートを把持し次の処理ステーションにプレートを移動させることができる。スイッチのどれかが適切に指示しないならば、ブロック４５５においてプレートが移動不可である旨システムに伝えられる。それに関し、プレートを除去するのに、手動による介入が適切に用いられる。
【００４２】
本発明は、ここに記載の対象物の位置決め及び／又は保持手順を自動的に実行すべくコントローラをプログラミングするためのアルゴリズム及びコンピュータソフトウエアをも提示する。この位置決め及び保持手順のうちの１以上を実行すべくプログラミングされたコンピュータも提示される。
【００４３】
ここに記載の例及び態様は説明を目的としただけであり、その観点から種々の変更が当業者には示唆され、また本出願及び添付の特許請求の範囲の範囲の精神及び範囲内に含まれることが理解される。ここで引用された全ての刊行物、特許及び特許出願が、あらゆる目的のためにここに援用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により作られた対象物ホルダーの斜視図である。
【図２】本発明により作られた対象物ホルダーの上面図である。
【図３】マイクロタイタープレートの上面図である。
【図４】図３に示されたマイクロタイタープレートの底面図である。
【図５】図３に示されたマイクロタイタープレートの断面図である。
【図６】マイクロタイタープレートを位置決めするｘ軸プッシャ及びｙ軸プッシャの図である。
【図７】本発明により作られた対象物ホルダーにおける電気、真空及び空気の相互接続を示すブロック図である。
【図８】本発明により作られたｙ軸プッシャレバーの部分断面図である。
【図９】本発明により作られたｙ軸プッシャのためのピストン及びレバー機構の部分分解図である。
【図１０】本発明により作られたｙ軸プッシャレバーの斜視図である。
【図１１】本発明により作られた対象物ホルダーの下側の部品配置を示す図である。
【図１２】本発明により対象物を正確に位置決めする方法を示すフローチャートである。
【図１３】本発明により対象物ホルダーからプレートを除去する方法である。
【符合の説明】
１０　　精密プレートホルダー
１５　　固定具
２０　　真空プレート
２１　　制御線
２２　　真空プレートの頂面
２５　　ｘ軸位置設定突起
３０　　ｙ軸位置設定突起
３５　　ｙ軸プッシャ
４０　　スロット
４５　　ローラープレート接触具
５０　　ｘ軸プッシャ
５５　　スロット
６０　　真空孔
６３　　真空溝
６７　　真空リップ
６９　　内部真空領域
６５　　真空導管
７０　　空気導管
７５　　制御コネクタ
８０　　真空スイッチ孔
８２　　マイクロタイタープレート
８４　　外壁
８６　　位置決めエッジ
８８　　内壁
９０　　ウエル領域
９２　　ウエル領域の底面
９３　　支持具
９４　　内外壁間のスペース
１００　　制御システム
１０５　　コントローラ
１１０　　空気源
１１５　　真空源
１２０　　プレートホルダー
１２５　　空気供給導管
１３０　　ｙ軸空気供給導管
１３５　　ｘ軸空気供給導管
１４０　　ｙ軸空気スイッチ
１４５　　ｘ軸空気スイッチ
１５０　　ｙ軸ピストン空気供給導管
１５５　　ｘ軸ピストン空気供給導管
１６０　　ｙ軸空気ピストン
１６５　　ｘ軸空気ピストン
１７０　　ｙ軸アーム
１７２　　レバー
１７３　　垂直部分
１７４　　水平部分
１７４　　旋回軸
１７５　　ｘ軸アーム
１７６　　バネ
１７８　　バネ支持具
１８０　　ｘ軸空気スイッチ制御線
１８２　　アーム接触具
１８４　　バネコネクト
１８５　　ｙ軸空気スイッチ制御線
１８６　　接触具コネクタ
１８７　　ｙ軸壁
１９０　　マグネチックスイッチ制御線
１９５　　マグネチックスイッチ制御線
２００　　ｙ軸マグネチックスイッチ
２０５　　ｘ軸マグネチックスイッチ
２１０　　コネクタ
２１５　　プレートホルダー制御線
２２０　　空気源制御線
２２５　　真空源制御線
２３０　　真空導管
２３５　　真空導管入口
２４０　　真空導管入口
２４５　　真空孔
２５０　　真空孔
２６０　　真空スイッチ孔
２６５　　真空スイッチ孔
２７０　　真空スイッチ線
２７５　　真空スイッチ
２８０　　真空スイッチ制御線
２８５　　システム接続線
【図１】
2004503782.tif 000006
【図２】
2004503782.tif 000007
【図３】
2004503782.tif 000008
【図４】
2004503782.tif 000009
【図５】
2004503782.tif 000010
【図６】
2004503782.tif 000011
【図７】
2004503782.tif 000012
【図８】
2004503782.tif 000013
【図９】
2004503782.tif 000014
【図１０】
2004503782.tif 000015
【図１１】
2004503782.tif 000016
【図１２】
2004503782.tif 000017
【図１３】
2004503782.tif 000018
【国際公開パンフレット】
2004503782.tif 000019
2004503782.tif 000020
2004503782.tif 000021
2004503782.tif 000022
2004503782.tif 000023
2004503782.tif 000024
2004503782.tif 000025
2004503782.tif 000026
2004503782.tif 000027
2004503782.tif 000028
2004503782.tif 000029
2004503782.tif 000030
2004503782.tif 000031
2004503782.tif 000032
2004503782.tif 000033
2004503782.tif 000034
2004503782.tif 000035
2004503782.tif 000036
2004503782.tif 000037
2004503782.tif 000038
2004503782.tif 000039
2004503782.tif 000040
2004503782.tif 000041
2004503782.tif 000042
2004503782.tif 000043
2004503782.tif 000044
2004503782.tif 000045
2004503782.tif 000046
2004503782.tif 000047
2004503782.tif 000048
2004503782.tif 000049
2004503782.tif 000050
2004503782.tif 000051
2004503782.tif 000052
2004503782.tif 000053
2004503782.tif 000054
2004503782.tif 000055
2004503782.tif 000056
2004503782.tif 000057
2004503782.tif 000058
2004503782.tif 000059
【国際調査報告】
2004503782.tif 000060
2004503782.tif 000061
2004503782.tif 000062