JP7307476B2 - 分注装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料を吸引および吐出する分注装置に関する。

特許文献１（特開２０１９－１３５４６３号公報）には、ディスポーザブルチップに取り付けられたチップを自動で取り外す分注装置が記載されている。特許文献２（特開２０１４－９５６０４号公報）には、複数の分注ヘッドを用いて試料を分注する自動分注装置が記載されている。

特開２０１９－１３５４６３号公報 特開２０１４－９５６０４号公報

液体の試料を吸引および吐出する分注装置には、吐出量の精度を向上させるため、シリンジとピストンとが用いられる。多くの試料を効率的に分注するためには、分注処理を自動化した、分注装置を用いることが好ましい。しかし、自動的に分注処理を行う分注装置には、性能向上の余地がある。例えば、分注装置の汎用性の拡大、あるいは、分注装置の処理能力の向上を検討すると、装置のサイズは大型化し易い。また例えば、装置のサイズが大型化すると、装置の重量も増大する。このため、装置のサイズおよび重量の低減を含め、分注装置をコンパクト化する技術が要求される。

本発明の目的は、分注処理を自動で行う分注装置の性能を向上させる技術を提供することにある。

一実施の形態である分注装置は、第１方向に延びるピストンと、前記ピストンが前記第１方向に沿って動作可能な状態で挿入されるシリンジと、前記シリンジに接続されたノズルと、前記ピストンに連結され、前記ピストンを前記第１方向に沿って動作させる機構を備えるピストン駆動部と、前記シリンジに接続され、前記ノズルおよび前記シリンジを前記第１方向に沿って動作させる機構を備えるシリンジ駆動部と、を有する。前記ピストンおよび前記シリンジのそれぞれは、互いに独立して動作可能であり、かつ、互いに同期させて動作させることが可能である。

例えば、前記第１方向に直交する第２方向に沿って配列される複数の分注ユニットを更に有する。前記複数の分注ユニットのそれぞれは、前記ピストン、前記シリンジ、前記ノズル、前記ピストン駆動部、および前記シリンジ駆動部を有する。前記複数の分注ユニットのそれぞれが有する複数の前記ピストンおよび複数の前記シリンジは、互いに独立して動作可能であり、かつ、互いに同期させて動作させることが可能である。

例えば、前記第１方向に延びるように配置され、前記複数の分注ユニットのそれぞれに対応して設けられた複数のガイドを有する。複数の前記ピストンのそれぞれは、互いに独立する第１連結板を介して前記ピストン駆動部に連結される。複数の前記シリンジのそれぞれは、互いに独立する第２連結板を介して前記シリンジ駆動部に連結される。前記複数のガイドのそれぞれには、前記第１連結板の一部分、および前記第２連結板の一部分が前記第１方向に沿って移動可能な状態で係合されている。

例えば、複数の前記ピストンのそれぞれは、互いに独立する第１連結板を介して前記ピストン駆動部に連結される。複数の前記シリンジのそれぞれは、互いに独立する第２連結板を介して前記シリンジ駆動部に連結される。前記第１連結板と前記第２連結板との離間距離は、前記第１連結板および前記第２連結板の間に設けられた昇降動作制御部材により上限値が制限される。前記昇降動作制御部材は、前記第２連結板に固定され、かつ、前記第１連結板を貫通するように配置される。

例えば、前記複数のガイドのそれぞれは、互いに離間し、前記第２連結板は、前記複数のガイドの前方に設けられる。前記複数のガイドの後方には、前記第１方向における前記第２連結板の位置を検出する位置センサが取り付けられている。

本発明の代表的な実施の形態によれば、分注処理を自動で行う分注装置の性能を向上させることができる。

一実施の形態である分注装置の構成例を示す説明図である。 図１に示す分注装置の外観構造を示す斜視図である。 図１に示すピストンおよびシリンジの動作方向を模式的に示す説明図である。 図２に示す複数の分注ユニットの構成例を示す正面図である。 図４に対する検討例である分注装置の構成例を示す正面図である。 図１に示すピストン用のネジ軸およびガイド板を背面側から視た側面図である。 図２に示す分注装置が備える複数の位置検出部品のうちの一つを拡大して示す拡大斜視図である。 図１に対する変形例を示す断面図である。 図１～図４、図６、および図７の分注装置を使用するシステムのレイアウトの一例を示す平面図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、分注装置により吸引または吐出される液体を試料と呼ぶ。分注装置の用途に応じて、様々な種類の液体を試料として用いる場合がある。例えば、一例として後述するように、分注装置を微生物検査に使用する場合、検体を含む検体液、あるいは検体液が所定の倍率で希釈された希釈検体液を試料として用いる。

＜分注装置の概要＞
図１は、本実施の形態である分注装置の構成例を示す説明図である。図２は、図１に示す分注装置の外観構造を示す斜視図である。図２は、複数のシリンジが配列される前面側から視た斜視図である。図３は、図１に示すピストンおよびシリンジの動作方向を模式的に示す説明図である。以下で説明する各図には、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向が必要に応じて記載されている。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のそれぞれは、互いに直交する。したがって、Ｚ方向はＸ－Ｙ平面に対する法線方向、Ｘ方向はＹ－Ｚ平面に対する法線方向、Ｙ方向はＸ－Ｚ平面に対する法線方向になっている。また、Ｚ方向は、装置の設置面に対する法線方向である。したがって、以下の説明において、「Ｚ方向に沿って動作する」と説明した場合、上昇動作または下降動作することを意味する。図１では、ピストン駆動部４０およびシリンジ駆動部５０の動作方向を両矢印で模式的に示している。また、図３では、連結板１１および２１の動作方向を片矢印で模式的に示している。

図１に示すように、本実施の形態の分注装置１００は、ピストン１０と、シリンジ２０と、ノズル３０と、ピストン駆動部４０と、シリンジ駆動部５０と、を有する。ピストン１０は、分注装置１００の高さ方向であるＺ方向に延びるように設けられている。また、ピストン１０は、シリンジ２０の内壁に密着している。シリンジ２０の内壁とピストン１０とに囲まれた空間の体積は、ピストン１０がＺ方向に上昇または下降することにより変化する。分注装置１００は、シリンジ２０の内壁とピストン１０とに囲まれた空間の体積の変化に応じて、試料を吸引または吐出する。このように、ピストン１０とシリンジ２０を用いた分注方式の場合、高い精度で試料を分注することができるという特徴を有する。したがって、後述する微生物検査など、高い分注精度が要求される場合に適用することができる。

ピストン１０は、一方の端部（下端部）はシリンジ２０の内部に挿入され、下端部の反対側（図１に示す例では、ピストン１０の上端部）は、連結板１１に固定されている。連結板１１は、ピストン駆動部４０の駆動力をＺ方向に沿った上下動作としてピストン１０に伝達する板状部材である。ピストン駆動部４０は、モータ４１、ネジ軸４２、およびナット４３を有する。

モータ４１は、Ｚ方向に延びるネジ軸４２に連結されている。ネジ軸４２は、Ｚ方向に延びる回転軸を中心に回転可能な状態で、上部の支持板６１および下部の支持板６２の間に挟まれている。ネジ軸４２にモータ４１の回転力が伝達されると、ネジ軸４２は、Ｚ方向に対して直交する平面（図２に示すＸ－Ｙ平面）に沿って回転する。ネジ軸４２には、ナット４３が係合され、ナット４３とネジ軸４２との間には、図示しない複数のボールが挿入されている。ピストン駆動部４０は、所謂、ボールねじである。

ネジ軸４２が回転すると、ネジ軸４２に係合されるナット４３は、ネジ軸４２の回転方向および回転数に応じて、Ｚ方向に上昇または下降する。ナット４３は、連結板１１に固定されている。このため、連結板１１は、ネジ軸４２の回転方向および回転数に応じて、上昇または下降する。ピストン１０には、連結板１１、ナット４３およびネジ軸４２を介してモータ４１の駆動力が伝達される。言い換えれば、ピストン駆動部４０は、ピストン１０に連結され、ピストン１０をＺ方向に沿って動作させる機構を備える。なお、図１では、分注装置１００の構成例を単純化して示している。このため、ネジ軸４２がモータ４１に直接接続されている例を示している。ただし、ネジ軸４２にモータ４１の駆動力が伝達される構造であれば足りるので、例えば、ネジ軸４２とモータ４１との間に、ギアやカムなどのカップリング部品が配置されている場合もある。

シリンジ２０およびノズル３０のそれぞれは、Ｚ方向にピストン１０と同軸上に設けられている。ピストン１０の一部分は、シリンジ２０内に挿入されている。ノズル３０は、シリンジ２０の下端部に接続され、シリンジ２０に固定されている。図１に示す例では、ノズル３０の下端部には、チップ３１が接続されている。図１に示す例の場合、試料は、チップ３１の内部に保持される。このためノズル３０には、試料が侵入しない構造になっている。この場合、ノズル３０が試料により汚染されることを防止できる。ただし、試料の種類によっては、ノズル３０の汚染を考慮しなくても良い場合がある。この場合には、チップ３１を取り付ける必要はなく、ノズル３０の内部に試料が保持される。

また、図１に示す例では、ピストン１０がシリンジ２０に密着する構造を示しているが、変形例として、ピストン１０の径がシリンジ２０の内径よりも小さい場合もある。この場合、ピストン１０とシリンジ２０との間に、樹脂などの弾性シール部材を介在させ、弾性シール部材とシリンジ２０とが密着するように配置する。弾性シール部材を介在させることにより、シリンジ２０の内部空間の気密性を向上させることができる。

シリンジ２０の一部分（図１では上端部）は、連結板２１に固定されている。連結板２１は、ピストン駆動部４０とは別に設けられた、シリンジ駆動部５０の駆動力をＺ方向に沿った上下動作としてシリンジ２０に伝達する板状部材である。シリンジ駆動部５０は、ピストン駆動部４０と同様の構造を備える駆動機構部であり、モータ５１、ネジ軸５２、およびナット５３を有する。

モータ５１は、Ｚ方向に延びるネジ軸５２に連結されている。ネジ軸５２は、Ｚ方向に延びる回転軸を中心に回転可能な状態で、上部の支持板６１および下部の支持板６２の間に挟まれている。ネジ軸５２にモータ５１の回転力が伝達されると、ネジ軸５２は、Ｚ方向に対して直交する平面（図２に示すＸ－Ｙ平面）に沿って回転する。ネジ軸５２には、ナット５３が係合され、ナット５３とネジ軸５２との間には、図示しない複数のボールが挿入されている。シリンジ駆動部５０は、所謂、ボールねじである。

ネジ軸５２が回転すると、ネジ軸５２に係合されるナット５３は、ネジ軸５２の回転方向および回転数に応じて、Ｚ方向に上昇または下降する。ナット５３は、連結板２１に固定されている。このため、連結板２１は、ネジ軸５２の回転方向および回転数に応じて、上昇または下降する。シリンジ２０には、連結板２１、ナット５３およびネジ軸５２を介してモータ５１の駆動力が伝達される。言い換えれば、シリンジ駆動部５０は、シリンジ２０に連結され、シリンジ２０、ノズル３０、およびチップ３１のそれぞれをＺ方向に沿って動作させる機構を備える。なお、上記したピストン駆動部４０の場合と同様に、ネジ軸５２にモータ５１の駆動力が伝達される構造であれば足りるので、例えば、ネジ軸５２とモータ５１との間に、ギアやカムなどのカップリング部品が配置されている場合もある。

図１に示す分注装置１００の場合、ピストン１０およびシリンジ２０のそれぞれは、互いに別の駆動部（ピストン駆動部４０およびシリンジ駆動部５０）により駆動されるので、互いに独立して動作可能である。「ピストン１０およびシリンジ２０が互いに独立して動作可能」とは、ピストン１０およびシリンジ２０のうちの一方が、他方の動作に影響を受けずに動作可能であることを意味する。例えば、シリンジ２０を下降させながらピストン１０は停止させることができる。シリンジ２０に連結板２１を介して連結されるネジ軸５２は、ピストン１０に連結される連結板１１とは接触しない。また、ピストン１０に連結板１１を介して連結されるネジ軸４２は、シリンジ２０に連結される連結板２１とは接触しない。なお、分注装置１００の場合、連結板２１には、連結板１１と連結板２１との離間距離が過剰に大きくなることを抑制するための昇降動作制御部材１２が固定されている。この昇降動作制御部材１２は、連結板１１と連結板２１との離間距離が大きくなりすぎて、シリンジ２０からピストン１０が抜けてしまうことを防止するための部材である。昇降動作制御部材１２の上端部近傍にはストッパ１３が取り付けられており、ストッパ１３は、連結板１１と連結板２１との離間距離が予め設定された上限値に達すると、連結板１１に接触するが、離間距離が上限値未満の場合には、連結板１１と接触しない。

分注装置１００の場合、上記の通り、ピストン１０に連結される部材と、シリンジ２０に連結される部材とが互いに干渉しない構造になっているので、ピストン１０およびシリンジ２０のそれぞれを、互いに独立して動作させることができる。この結果、図３に示す以下の動作が可能になる。すなわち、第１に、試料の吸引および吐出を行わない状態で、ピストン１０およびシリンジ２０をＺ方向沿って同じ方向に昇降動作させることができる（以下、この動作を第１動作と呼ぶ）。第２に、ピストン１０およびシリンジ２０のいずれか一方の昇降動作を停止した状態で、他方を昇降動作させて、試料の吸引または吐出を行う動作ができる（以下、この動作を第２動作と呼ぶ）。第３に、ピストン１０およびシリンジ２０をＺ方向に沿って互いに反対方向に昇降動作させて、試料の吸引または吐出を行う動作ができる（以下、この動作を第３動作と呼ぶ）。

上記第１動作は、試料を吸引または吐出する際に、吸引元または吐出先の容器と、チップ３１との位置関係を調整する動作である。また、上記第１動作は、吸引処理または吐出処理を実施した後、次の処理に移行する際に実施される。

上記第２動作および第３動作は、試料の吸引または吐出を行う動作である。例えば、試料の吸引量または吐出量が少ない場合には、ピストン１０またはシリンジ２０のストローク量（Ｚ方向の相対的な移動距離）は小さい。この場合、上記第２動作により試料の吸引または吐出を行うことで、少量、例えば１ｍｌ（ミリリットル）以下の試料を高精度で吸引または吐出することができる。

また例えば、試料の吸引量または吐出量が多い場合には、ピストン１０またはシリンジ２０のストローク量を大きくする必要がある。この場合、上記第２動作で対応しようとすれば、例えばピストン１０（あるいはシリンジ２０）の移動距離を大きくする必要があるので、分注装置１００が大型化する。一方、上記第３動作の場合、ピストン１０およびシリンジ２０の両方を互いに反対方向に動作させるので、ストローク量が大きくなっても、ピストン１０およびシリンジ２０のそれぞれの移動距離の増大を抑制できる。

本実施の形態の分注装置１００によれば、上記した第１動作、第２動作、および第３動作を実行できるので、分注装置１００の大型化を抑制し、かつ、様々な分注量に幅広く対応することができる。

ところで、上記した第１動作および第３動作を行う場合、ピストン１０およびシリンジ２０のそれぞれを昇降動作させるので、ピストン１０の昇降動作と、シリンジ２０の昇降動作とを同期させる必要がある。特に、上記第３動作の場合、同期の程度により、分注量の精度が変化するので、高い精度で同期させる必要がある。本実施の形態の場合、ピストン駆動部４０のモータ４１と、シリンジ駆動部５０のモータ５１とは、それぞれ共通の制御回路７０に接続されている。このため、モータ４１の駆動とモータ５１の駆動とを容易に同期させることができる。また、上記したように、ピストン１０の昇降動作は、モータ４１により駆動されるネジ軸４２の回転方向および回転数により制御される。また、シリンジ２０の昇降動作は、モータ５１により駆動されるネジ軸５２の回転方向および回転数により制御される。したがって、モータ４１の駆動とモータ５１の駆動とを同期させることができれば、ピストン１０の昇降動作とシリンジ２０の昇降動作を同期させることができる。

また、図２に示すように、分注装置１００は、複数（図２では４個）の分注ユニット１００Ａを有している。複数の分注ユニット１００Ａのそれぞれは、Ｚ方向に直交するＸ方向に沿って配列される。複数の分注ユニット１００Ａのそれぞれは、図１を用いて説明したピストン１０、シリンジ２０、ノズル３０、ピストン駆動部４０、およびシリンジ駆動部５０を有する。一つの分注装置１００が複数の分注ユニット１００Ａを備えていれば、同時に複数の試料分注作業を行うことができる。このため、一つの分注ユニット１００Ａのみで作業する場合と比較して、分注工程の効率を向上させることができる。

ところで、同時に複数の試料の分注作業を実施可能な分注装置として、例えば図５に検討例として示す分注装置１０１のように、複数の部品のうちの一部を兼用化して、部品点数を減らす取り組みが考えられる。図４は、図２に示す複数の分注ユニットの構成例を示す正面図である。図５は、図４に対する検討例である分注装置の構成例を示す正面図である。

図５に示す分注装置１０１の場合、複数の分注ユニット１００Ａのそれぞれは、ピストン１０をＺ方向に動作させるピストン駆動部としてのモータ４１を備える。このため、複数のピストン１０のそれぞれは、互いに独立して動作させることが可能である。一方、複数のシリンジ２０のそれぞれは、一体に形成された連結板２１に接続されている。連結板２１は、搬送ガイド５５に接続され、搬送ガイド５５に沿ってＺ方向に動作する。このため、複数のシリンジ２０のそれぞれは、一括してＺ方向に動作する。

また、ピストン１０に接続される複数のネジ軸４２のそれぞれは、連結板２１に支持されている。このため、連結板２１がＺ方向に動作すると、複数のピストン１０のそれぞれは、連結板２１の動作に伴ってＺ方向に動作する。

分注装置１０１の場合、図４に示す分注装置１００と比較して、複数のシリンジ２０を動作させる駆動部が共通化されているので、部品点数は少ない。しかし、複数のシリンジ２０、複数のピストン１０、および複数のモータ４１を一括して支持する連結板２１には、高い支持強度が要求される。また、連結板２１をＺ方向に動作させるモータ５１および搬送ガイド５５には、強力な駆動力が要求される。このため、分注装置１０１の場合、分注装置１００と比較して、装置のサイズが大きく成り易い。また、連結板２１は、複数のシリンジ２０、複数のピストン１０に加えて複数のモータ４１の荷重まで支える必要があるので、連結板２１における各部材のレイアウトに制約がある。このため、複数のシリンジ２０のそれぞれを狭ピッチで配置することが難しい。

図４に示すように、本実施の形態の分注装置１００が備える、複数のピストン１０および複数のシリンジ２０は、互いに独立して動作可能であり、かつ、互いに同期させて動作させることが可能である。このため複数の連結板１１のそれぞれは、分注ユニット１００Ａ毎に分割されている。また、複数の連結板２１のそれぞれは、分注ユニット１００Ａ毎に分割されている。このように、分注装置１００の場合、分注ユニット１００Ａを構成するピストンユニット（ピストン１０に連結される可動部分）とシリンジユニット（シリンジ２０に連結される可動部分）とがそれぞれ独立するように（言い換えれば互いに分離可能な状態で）支持される。このため、１台のモータ５１およびネジ軸５２に加わる荷重は、１枚の連結板２１、１個のシリンジ２０、１個のノズル３０、１個のチップ３１の荷重ですむ。この場合、分注ユニット１００Ａの数と同数のモータ５１を準備する必要はあるが、複数のモータ５１のそれぞれに要求される出力は小さくて良い。このため、分注装置１００は、複数の試料を同時に分注することが可能な多連式の分注装置であるが、装置の外形サイズはコンパクトにすることができる。分注装置のコンパクト化は、分注装置の性能向上に含まれる。

また、図１に示すように、分注装置１００は、複数のガイド板（ガイド、ガイド部材）８０を有する。複数のガイド板８０のそれぞれは、上部の支持板６１および下部の支持板６２の間に挟まれ、かつ、固定されている。連結板２１および連結板１１のそれぞれは、ガイド板８０に係合され、Ｚ方向に延びるガイド板８０に沿って動作する。言い換えれば、連結板１１は、ネジ軸４２およびガイド板８０にガイドされてＺ方向に動作する。また、連結板２１は、ネジ軸５２およびガイド板８０にガイドされてＺ方向に動作する。連結板１１および２１を昇降動作させる場合、一つの軸のみにガイドされている場合、Ｘ－Ｙ平面での位置ずれ、あるいはＺ方向に対して傾斜する場合がある。分注装置１００のように、Ｚ方向に延びる複数の部材によりガイドされる場合、Ｘ－Ｙ平面での位置ずれ、あるいはＺ方向に対して傾斜することを防止できる。

図６は、図１に示すピストン用のネジ軸およびガイド板を背面側から視た側面図である。図６に示すように、複数のガイド板８０のそれぞれは、Ｚ方向に延びる板状の部材であり、互いに離間している。連結板１１にはブロック８１が取り付けられ、ブロック８１は、ガイド板８０の一方の面（図６の場合前面側）を包むように係合されている。また、連結板２１にはブロック８２が取り付けられ、ブロック８２は、ガイド板８０の一方の面（図６の場合前面側）を包むように係合されている。この構造により、連結板１１および２１のそれぞれは、ガイド板８０の延在方向であるＺ方向に動作方向が矯正される。

図６に示すように、ガイド板８０は、複数の分注ユニット１００Ａのそれぞれに設けられている。分注装置１００の場合、連結板１１と連結板２１とは共通のガイド板８０に係合されている。このため、複数のガイド板８０の数は、複数の分注ユニット１００Ａの数と同数（図６では４個）である。複数のガイド板８０のそれぞれには、連結板１１の一部分、および連結板２１の一部分がＺ方向に沿って移動可能な状態で係合されている。言い換えれば、ピストン１０の動作方向をガイドする部材と、シリンジ２０の動作方向をガイドする部材とが兼用化されている。この場合、ピストン１０の動作方向をガイドする部材とシリンジ２０をガイドする部材とが別々に設けられている場合と比較して、部品点数を低減することができる。また、兼用化されたガイド板８０の大きさは兼用化しない場合と同様なので、部品点数が低減した効果として分注装置１００の重量を低減できる。

また、複数のガイド板８０のそれぞれは、支持板６１および６２に固定されている。このため、複数のガイド板８０は、分注装置１００の構造を維持するための構造上の支持部材として機能する。本実施の形態に対する検討例として、支持板６１および６２を連結する厚い壁を設けることにより、分注装置１００の構造を維持する方法が考えられる。この場合、装置全体の重量が壁により増大する。一方、本実施の形態の分注装置１００の場合、複数のガイド板８０が構造上の支持部材として機能するので、厚い壁を設けることなく、分注装置１００の構造上の強度を維持することができる。例えば図２に示す例では、支持板６１および６２は、平面視において４つの角部のそれぞれに設けられた柱８３に固定されている。４つの柱８３（図２は斜視図のため、４つの柱８３のうちの３つが図示されている。）は、支持板６１および６２に囲まれた空間の構造を維持する支持棒である。また、４つの柱８３の内側には、複数のガイド板８０が設けられ、柱８３の支持強度を補強する構造になっている。このように、分注装置１００の場合、構造を維持するための壁を設ける必要がないので、装置全体を軽量化することができる。

また、図１および図２に示すように、連結板１１と連結板２１との間には、昇降動作制御部材１２が設けられている。連結板１１と連結板２１との離間距離は、昇降動作制御部材１２により上限値が制限されている。詳しくは、昇降動作制御部材１２は、連結板２１に固定され、Ｚ方向に延びる棒状の部材であって、連結板１１を貫通するように配置される。図１および図２に示す例では、昇降動作制御部材１２の下端部が連結板２１に固定されている。また、昇降動作制御部材１２の上端部近傍には、ストッパ１３が取り付けられている。ストッパ１３は、連結板１１よりも上方に取り付けられている。連結板１１および連結板２１は、互いに独立してＺ方向に動作するため、連結板１１と連結板２１との離間距離は可変である。ただし、この離間距離が極端に大きくなると、シリンジ２０からピストン１０が完全に抜けてしまう可能性がある。分注装置１００の場合、ストッパ１３の位置により、連結板１１と連結板２１との離間距離の上限値を設定することができる。したがって、連結板１１および連結板２１が、互いに独立してＺ方向に動作した場合でも、シリンジ２０からピストン１０が抜けてしまうことを防止できる。分注装置１００の場合、複数の連結板１１および２１がそれぞれ独立して昇降動作することが可能なので、複数の連結板２１のそれぞれに、昇降動作制御部材１２が取り付けられている。

また、図７に示すように、分注装置１００は、位置センサ９１を有する。図７は、図２に示す分注装置が備える複数の位置検出部品のうちの一つを拡大して示す拡大斜視図である。位置センサ９１は、Ｚ方向における連結板２１の位置を検出する位置検出部品９０の一部分である。位置検出部品９０は、位置センサ９１、センサ支持板９２、および支持板取り付け部材９３を備える。位置センサ９１は、センサ支持板９２に固定される。センサ支持板９２は、支持板取り付け部材９３を介してガイド板８０に固定されている。位置センサ９１は例えばイメージセンサであって、ガイド板８０の後方に取り付けられている。言い換えれば、連結板２１と位置センサ９１とはガイド板８０を介して互いに反対側に配置されている。位置センサ９１の受光面は、ガイド板８０とはずれた位置に配置されている。位置センサ９１は、連結板２１または、ブロック８２と対向可能な位置に配置されている。位置センサ９１は、連結板２１の下限位置および上限位置を監視するセンサである。例えば、位置センサ９１と連結板２１とが対向している時には、位置センサ９１により連結板２１が検出される。一方、連結板２１の位置が極端に下方または上方になった場合、位置センサ９１により連結板２１が検出されなくなる。この場合、位置センサ９１から出力される検出信号に基づいて、図示しない制御回路が図１に示すモータ５１の動作を停止させる。

上記したように、分注装置１００の場合、複数のガイド板８０のそれぞれが互いに離間しているので、隣り合うガイド板８０の隙間において、連結板２１の位置を監視することができる。この場合、連結板２１の近傍で、位置検出を行うことができるので、位置検出の精度を向上させることができる。

なお、図１では、連結板１１および２１の移動方向をガイドするガイド部材として、板状部材であるガイド板８０を例示した。ただし、ガイド部材の形状は板状部材には限定されず、例えば、ネジ軸４２および５２と同様に、円柱棒状の部材を用いることができる。図８は、図１に対する変形例を示す断面図である。図８に示す分注装置１０２は、図１に示すガイド板８０に代えて、円柱棒状のスプライン軸（ガイド、ガイド部材）８４をガイド部材として利用している点で図１に示す分注装置１００と相違する。スプライン軸８４には、ナット８５が係合され、ナット８５とスプライン軸８４との間には、図示しない複数のボールが挿入されている。スプライン軸８４は、連結板１１および２１のそれぞれに取り付けられたナット８５を介して連結板１１および２１と係合されている。このように、スプライン軸８４に設けられた溝に沿ってボールが転がることにより、ナット８５がスプライン軸８４の延在方向に沿って移動する方式をボールスプライン方式と呼ぶ。

＜適用例＞
次に、図１～図４、図６、および図７を用いて説明した分注装置１００の適用例について説明する。図９は、図１～図４、図６、および図７の分注装置を使用するシステムのレイアウトの一例を示す平面図である。図９に示すシステムでは、例えば、一般細菌数（一般性菌数と呼ぶ場合もある）、大腸菌群あるいは大腸菌、黄色ブドウ球菌、または乳酸菌など、特定の菌群または細菌の有無の検査、あるいはこれらの数を測定する微生物検査に供される試料として、検体液を調整することができる。検体液を調整する希釈装置では、検体原液を複数段階に希釈した複数の希釈検体液を調製する。例えば、検体原液、検体原液を１０倍に希釈した１０倍希釈検体液、および１０倍希釈検体液をさらに１０倍に希釈した１０^２倍希釈検体液、１０^２倍希釈検体液をさらに１０倍に希釈した１０^３倍希釈検体液の４種類の検体液をそれぞれ調製する。なお、各希釈検体液の希釈倍率や、検体液の希釈倍率の種類の数は、上記の例には限定されず、種々の変形例が適用できる。

図９に示すように、希釈装置ＤＡ１は希釈処理室２を備え、希釈処理室２には、架台３が設けられている。架台３上には、以下で説明する希釈方法に含まれる各工程を自動的に行うための装置（機構部）が設けられている。図９に示す希釈装置ＤＡ１は、試験管ラック搬送機構部４と、試験管搬送機構部５と、処理部６と、希釈液分注機構部７と、検体液分注機構部としての分注装置１００と、を有する。本実施の形態の希釈方法によれば、各工程（例えば、希釈液分注工程、検体液撹拌工程および検体液分注工程など）を複数本の試験管単位で一括して行う。このため、各工程を１本の試験管毎に順次実施する場合と比較して処理効率を向上させることができる。

まず、ラック供給工程として、試験管ラック４６を希釈装置ＤＡ１の試験管ラック搬送機構部４に供給する。試験管ラック４６は、行列状に配列された複数の開口部を備える。複数の試験管は、試験管ラック４６に形成された複数の開口部のそれぞれに挿入され、試験管ラック４６に保持される。搬送された当初の試験管ラック４６に収容される試験管には、検体原液が既に注入された試験管と、空の試験管とが含まれる。

試験管ラック４６は、パスボックス９Ａから希釈処理室２内に供給される。パスボックス９Ａは、希釈処理室２内に、外部から機器を搬入する際に、希釈処理室２内の汚染を抑制するための前室として機能する。なお、希釈装置ＤＡ１は、パスボックス９Ａの他、パスボックス９Ｂを有している。パスボックス９Ｂは、分注装置１００で使用する複数のチップを保持するチップラック４７をチップラック搬送機構部４８に供給するために利用されるパスボックスである。パスボックス９Ｂとパスボックス９Ａの構成および機能は同様である。

希釈処理室２内において、複数の試験管のそれぞれは、試験管ラック４６に保持された状態で搬送される。試験管ラック搬送機構部４は、試験管が保持された状態で、複数の試験管ラック４６をガイドレールに沿って搬送する機構を備えている。試験管ラック４６は、試験管ラック搬送機構部４により、パスボックス９Ａと重なる位置から試験管搬送機構部５と重なる位置まで搬送される。

処理前試験管搬送工程として、試験管ラック４６から、複数の試験管を処理部６に搬送する。例えば、最初のサイクルでは、複数の試験管のうち、検体原液が入った複数の試験管と、空の複数の試験管とが処理部６に搬送される。

試験管搬送機構部５は、試験管を保持可能な保持部、および保持部を搬送する搬送部を備える。試験管搬送機構部５は、保持部により複数の試験管を保持した状態で、搬送部により処理部６上に複数の試験管を搬送し、処理部６に設けられた複数の試験管の収容スペースのそれぞれに複数の試験管のそれぞれを配置する。

次に、希釈液分注工程では、処理部６において、複数の試験管のうち、複数の空の試験管のそれぞれに希釈液を分注する。なお、複数の試験管のそれぞれの開口部にキャップが取り付けられている場合、希釈液を分注する前に、複数の試験管からキャップを取り外す。複数の試験管からキャップを取り外した後、処理部６において、複数の空の試験管のそれぞれに希釈液を分注する。

希釈装置ＤＡ１は、複数の空の試験管のそれぞれに希釈液を分注する機構を備えた希釈液分注機構部７を備える。希釈液分注機構部７は、希釈液を吐出する希釈液吐出ノズルを含む希釈液用ノズル部７１と、希釈液をタンクから吸い上げ、希釈液吐出ノズルまで供給するポンプ部７２と、を備える。

希釈液用ノズル部７１は、希釈液吐出ノズルをＸ方向およびＹ方向に沿って搬送可能な状態で配置される。このため、処理部６の位置を移動させることなく、処理部６に保持された試験管に希釈液を分注することができる。１本の試験管に分注される希釈液の量には種々の変形例が適用可能であるが、例えば９ｍｌ（ミリリットル）の希釈液が分注される。

次に、検体液撹拌工程では、処理部６において、検体液（検体原液または希釈検体液）が入った複数の試験管のそれぞれを振り、内部の検体液を撹拌する。これにより、試験管内部の検体液を均質化することができる。

次に、検体液分注工程では、処理部６において、検体液（検体原液または希釈検体液）が入った複数の試験管のそれぞれから検体液を吸引し、かつ、希釈液が分注された後の複数の試験管のそれぞれに検体液を分注する。本実施の形態の分注装置１００は、処理部６において、複数の試験管のうち、希釈対象の検体液が入った複数の試験管のそれぞれから検体液を吸引し、かつ、希釈液が分注された後の複数の試験管のそれぞれに検体液を分注する機構を備える。分注装置１００は、Ｙ方向に延び、かつ、分注装置１００を挟むように配置された２本のガイドレール１００Ｇ上に支持される。分注装置１００は、モータの駆動力により、ガイドレール１００Ｇの延在方向に沿って移動可能に構成される。

図１に示すチップ３１は、図９に示すチップラック４７に収容されて、希釈処理室２内にパスボックス９Ｂから搬入される。チップラック４７は、２本のガイドレール１００Ｇの間の領域まで搬送される。２本のガイドレール１００Ｇの間の領域において、図２に示す分注装置１００は、複数のノズル３０のそれぞれの先端が、未使用のチップ３１と対向する位置まで移動する。この状態で、シリンジ２０を下降させると、複数のノズル３０の先端部分（チップ取付け部）のそれぞれは、チップ３１に挿入され、チップ３１が固定される。チップ３１は、検体液に接液するので、汚染を回避するために、使い捨てで使用される。検体液を吐出したチップ３１は、ノズル３０から取り外され、図示しない回収ボックスに投入される。チップ３１をノズル３０から取り外す方法は、例えば、チップ３１の先端側の一部分を上記回収ボックスの内壁に押し付ける。これにより、ノズル３０とチップ３１との接続部分に外力が付与され、チップ３１を取り外すことができる。チップ３１が取り外されたノズル３０は、次のサイクルの検体液分注工程を行うために、チップラック４７（図９参照）内のチップ３１と重なる位置に移動する。チップ３１の取り付けおよび取り外しを行う際には、図３を用いて説明した動作のうち、第１動作を行う。第１動作により、ピストン１０およびシリンジ２０の全体の高さを調整することができる。

検体液分注工程の最初のサイクルでは、検体液が入った試験管は、検体原液が入った試験管である。この場合、上記検体液撹拌工程において検体原液を撹拌する前に、試験管に入った検体原液の液面高さを計測する、液面検知処理を行う。試験管に液を分注する方法として、希釈液分注機構部７や分注装置１００のように、装置を用いて分注する場合、分注量をある程度の精度で揃えることができる。試験管に検体原液を分注する場合でも、同様に装置を用いて分注すれば、分注量のばらつきを抑制できる。

ところで、試験管に検体原液を分注する場合に用いる手段は特に限定されず、例えば、人手を介して分注される場合も含まれる。人手により分注する場合、分注作業者の熟練度や技術によっては、分注量のばらつきが大きい場合がある。試験管に入っている検体原液の分注量のばらつきが大きい状態で検体原液を吸引すると、分注量の程度によって、吸引される検体原液の吸引量にばらつきが生じる場合がある。希釈工程では、検査の種類によっては、１０の指数倍にまで希釈して細菌数を評価するので、検体原液の吸引量に誤差が生じれば、希釈検体液の誤差が大きく成り易い。そこで、本実施の形態の場合、検体原液を吸引する前に、試験管内に分注された検体原液の液面高さを計測する。

また、本実施の形態の場合、複数のシリンジ２０のそれぞれは、互いに独立して昇降動作させることが可能である。したがって、本実施の形態の場合、４個のチップ３１のＺ方向における位置を、それぞれ独立して制御することができる。例えば、液面検知処理の計測結果に基づいて、検体原液の液面高さが低い試験管には、チップ３１が低い位置まで下降するので、チップ３１と検体原液とを確実に接液させることができる。一方、検体原液の液面高さが高い試験管の場合、チップ３１が他のチップ３１と比較して相対的に高い位置で停止する。この場合、チップ３１を検体原液内に深く浸漬することで、検体原液があふれる、あるいは、吸引する際に過剰に検体原液が吸引されることを防止できる。また、検体原液を分注する工程において、分注量のばらつきを抑制することにより、最終的な希釈検体液に含まれる細菌の数の正確性、言い換えれば、希釈工程の正確性を向上させることができる。１本のチップ３１に吸引される検体液の吸引量には種々の変形例が適用可能であるが、例えば１ｍｌ（ミリリットル）の検体液が吸引される。

上記した液面検知処理は、試験管に入っている検体液の量のばらつきが大きい場合に有効である。したがって、図９に示す希釈液分注機構部７および分注装置１００を用いて分注された希釈検体液を吸引する、第２回目以降のサイクルでは、液面検知処理を省略することができる。第１回目のサイクルと比較すると、液面検知処理を行うことにより、誤差を低減する効果は小さくなるが、変形例として第２回目以降のサイクルでも液面検知処理を行う場合もある。希釈工程の全体の作業効率を向上させる観点からは、第２回目以降の液面検知処理を行わないことが好ましい。

また、分注装置１００を様々な用途に適用する場合、吸引量には幅がある。本実施の形態の場合、図３を用いて説明したように、ピストン１０およびシリンジ２０のうち一方を動作させる第２動作と、ピストン１０およびシリンジ２０を互いに反対方向に動作させる第３動作と、をそれぞれ行うことができる。これにより、ピストン１０とシリンジ２０とに囲まれた気密空間の体積を広範囲で変化させることができる。このため、幅広い吸引量の設定に対して高い精度で吸引することができる。同様に、本実施の形態の分注装置１００の場合、幅広い分注量の設定に対して、高い精度で分注することができる。

複数のチップ３１のそれぞれに吸入された検体液（検体原液または希釈検体液）は、希釈液が入った複数の試験管のそれぞれに分注される。したがって、複数のチップ３１のそれぞれが、希釈液が入った複数の試験管のそれぞれと対向する位置に移動する。検体液を保持した複数のチップ３１のそれぞれは、希釈液が入った複数の試験管のそれぞれの上方に配置される。この状態、あるいはチップ３１の先端が試験管の開口部内に挿入された状態で、ピストン１０は、チップ３１の内部を加圧して、検体液を吐出する。これにより、複数のチップ３１内にそれぞれ保持された検体液は、複数の試験管のそれぞれに分注される。

次に、処理後試験管搬送工程として、検体液が分注された後の複数の試験管は、処理済の試験管として、図９に示す試験管搬送機構部５を介して試験管ラック４６に搬送される。また、第１回目のサイクルにおける処理後試験管搬送工程が終わった後、試験管ラック４６から、新たに複数の空の試験管が処理部６に搬送される。以降、処理前試験管搬送工程から処理後試験管搬送工程までの各工程を複数回繰り返す。処理済の試験管が保持された試験管ラック４６は、希釈処理室２から外部に搬出される。

本発明は前記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々変更可能である。例えば、図２では、複数の分注ユニット１００Ａを有する分注装置１００を取り上げて説明したが、変形例として、一つの分注ユニット１００Ａのみを備える分注装置にも適用できる。この場合でも、図３を用いて説明した第１、第２および第３動作を行うことはできるので、幅広い分注量の設定に対して高精度で分注することができる。

本発明は、試料を吸引および吐出する分注装置に利用可能である。

２ 希釈処理室
３ 架台
４ 試験管ラック搬送機構部
５ 試験管搬送機構部
６ 処理部
７ 希釈液分注機構部
９Ａ，９Ｂ パスボックス
１０ ピストン
１１，２１ 連結板
１２ 昇降動作制御部材
１３ ストッパ
２０ シリンジ
３０ ノズル
３１ チップ
４０ ピストン駆動部
４１，５１ モータ
４２，５２ ネジ軸
４３，５３ ナット
４６ 試験管ラック
４７ チップラック
４８ チップラック搬送機構部
５０ シリンジ駆動部
５５ 搬送ガイド
６１，６２ 支持板
７０ 制御回路
７１ 希釈液用ノズル部
７２ ポンプ部
８０ ガイド板（ガイド、ガイド部材）
８１，８２ ブロック
８３ 柱
８４ スプライン軸（ガイド、ガイド部材）
８５ ナット
９０ 位置検出部品
９１ 位置センサ
９２ センサ支持板
９３ 取り付け部材
１００，１０１，１０２ 分注装置
１００Ａ 分注ユニット
１００Ｇ ガイドレール
ＤＡ１ 希釈装置

Claims (3)

1. 第１方向に直交する第２方向に沿って配列される複数の分注ユニットと、
   前記第１方向に延びるように配置され、前記複数の分注ユニットのそれぞれに対応して設けられた複数のガイドと、
   を有し、
   前記複数の分注ユニットのそれぞれは、
   前記第１方向に延びるピストンと、
   前記ピストンが前記第１方向に沿って動作可能な状態で挿入されるシリンジと、
   前記シリンジに接続されたノズルと、
   前記ピストンに連結され、前記ピストンを前記第１方向に沿って動作させる機構を備えるピストン駆動部と、
   前記シリンジに接続され、前記ノズルおよび前記シリンジを前記第１方向に沿って動作させる機構を備えるシリンジ駆動部と、
   を有し、
   前記複数の分注ユニットのそれぞれが有する複数の前記ピストンおよび複数の前記シリンジは、互いに独立して動作可能であり、かつ、互いに同期させて動作させることが可能であり、
   複数の前記ピストンのそれぞれは、互いに独立する第１連結板を介して前記ピストン駆動部に連結され、
   複数の前記シリンジのそれぞれは、互いに独立する第２連結板を介して前記シリンジ駆動部に連結され、
   前記複数のガイドのそれぞれには、前記第１連結板の一部分、および前記第２連結板の一部分が前記第１方向に沿って移動可能な状態で係合されている、分注装置。
2. 請求項１に記載の分注装置において、
   前記第１連結板と前記第２連結板との離間距離は、前記第１連結板および前記第２連結板の間に設けられた昇降動作制御部材により上限値が制限され、
   前記昇降動作制御部材は、前記第２連結板に固定され、かつ、前記第１連結板を貫通するように配置される、分注装置。
3. 請求項１に記載の分注装置において、
   前記複数のガイドのそれぞれは、互いに離間し、
   前記第２連結板は、前記複数のガイドの前方に設けられ、
   前記複数のガイドの後方には、前記第１方向における前記第２連結板の位置を検出する位置センサが取り付けられている、分注装置。

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