JP2004245715A

JP2004245715A - 分注機及び分注装置

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Publication number: JP2004245715A
Application number: JP2003036463A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Nishino; 光夫西野
Original assignee: SUTAKKU SYSTEM KK; Juki Corp
Current assignee: SUTAKKU SYSTEM KK; Juki Corp
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: US7314598B2; JP4102863B2; US20040159675A1

Abstract

【課題】ノズルを構成するシリンジに圧力センサを一体に形成して配管等をなくすことで精度のよい圧力を検出できる圧力センサを備えた分注機を提供する。
【解決手段】分注機は、本体に備えたモータによりシリンジ内部で摺動するピストンを動かしてノズルから液体の吸引及び吐出を行う分注機であって、シリンジ内部の内圧を検出する検出センサは、前記シリンジの内面に貫通する貫通孔に検出センサの検出口を直結して一体に形成したことである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分注機及び分注装置に関するものであり、詳しくは分注機のシリンジ内部の圧力を検出する圧力センサをシリンジ内部に貫通する貫通穴に直接、圧力センサの空気取入口を直結するようにして、シリンジ内部で発生する内圧を正確に且つ迅速に検出できる構成にした分注機及び分注装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における分注機１３１は、図１０に示すように、駆動用パルス信号の供給によって作動するステッピングモータ１５２が内部に設けられ、ピペットノズル１３２からの液体の吸引及び吐出を行うものであって、その構成は、ピペットノズル１３２と、このピペットノズル１３２の先端に着脱自在に係合係止されるディスポーザブルチップ１３３と、圧力検出流路１８０に配設されピペットノズル１３２内の圧力を検知する圧力センサー１３４と、シリンダ１３５と、このシリンダ１３５の内部を摺動可能に進退動作するシリンダロッド１５１と、当該シリンダロッド１５１を進退動作させるステッピングモータ１５２とから大略構成されている。
【０００３】
このシリンダロッド１５１の上部には、外周に螺子が刻まれたスクリューネジ１４１が配設されており、分注機の枠体１４６に固定されたスクリューナット１３６はスクリューネジ１４１と螺合していると共に、スクリューネジ１４１に設けられたプーリ１４０とステッピングモータ１５２の回転軸との間にタイミングベルト１３９が懸架されている。
【０００４】
又、シリンダ１３５の下端にある出口端部とピペットノズル１３２とはエア吸排流路１８１によって連通接続されていると共に、ピペットノズル１３２は、ばね１４５によって分注機１３１の枠体１４６に対して外方へ付勢されている。
更に、分注機１３１には、シリンダロッド１５１の下限を検知する下限センサ１３８と、シリンダロッド１５１の上限を検知する上限センサ１４３と、ピペットノズル１３２の着底を検知する着底センサ１３７とが配設されている。
【０００５】
このような構成からなる分注機１３１を利用して、分注動作を行うには、別途、分注機を制御する制御部からの制御により行われる。
即ち、分注機１３１のピペットノズル１３２に装着されたディスポーザブルチップ１３３を下降させながら連続して吸引動作を行う間、圧力センサ１３４の内圧変化を測定し、予め設定されている閾値を基準として液面への到達又は目詰まりを検出すると共に、所定の吸引量を検出したときに、吸引動作を停止させ、分注機１３１を上昇させるといった制御をする。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３３１６３２号公報（第３〜４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明した分注機において、ピペットノズルの内圧を検出する圧力センサの位置が、ノズルから離れた位置に設けてあるため、ピペットノズル内の圧力を正確に検出することができないという問題がある。
【０００８】
従って、被測定液体を吸引吐出する分注機において、ピペットノズル内での圧力を正確に検出できるような構造に解決しなければならない課題を有する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本願発明に係る分注機は、次に示す構成にすることである。ここで、負圧とは空気圧力が大気圧より低い圧力であり、負圧の上昇とは、空気圧力が大気圧より低い方に向かっていることを示し、負圧の減少とは空気圧力が大気圧の方に向かっていることを示す。
【００１０】
（１）分注機は、フレームに備えたモータによりシリンジ内部で摺動するピストンを動かしてノズルから液体の吸引及び吐出する分注機であって、前記シリンジ内部の内圧を検出する検出センサは、前記シリンジの内面に貫通する貫通穴に検出センサの空気取入口を直結して一体に形成したことである。
（２）又、前記ノズルから液体の吸引及び吐出を制御する制御手段を備えたことを特徴とする（１）に記載の分注機
（３）前記検出センサを一体に形成したシリンジは、前記フレームから着脱自在な構造にしたことを特徴とする（１）に記載の分注機。
（４）前記モータは、前記フレームにモータ部分を接触させない状態で取付けたことを特徴とする（１）に記載の分注機。
（５）前記制御手段は、ノズルで液体を吸引しているときに、検出センサが急激な負圧の上昇を検出したときに、吸引動作を停止させ、該吸引動作を停止させたときから所定時間経過後に前記検出センサで検出する負圧が上昇しているときには詰りと判断し、負圧が減少しているときには液切れと判断する機能を備えたことを特徴とする（１）及び（２）に記載の分注機。
【００１１】
（６）分注装置は、フレームに備えたモータによりシリンジ内部で摺動するピストンを動かしてノズルから液体の吸引及び吐出することを制御する制御手段と、前記シリンジの内面に貫通する貫通穴に検出センサの空気取入口を直結して一体に形成した、シリンジ内部の内圧を検出する検出センサとを備える分注機と、前記分注機を複数台取付け、上下方向或いは水平方向に駆動させる分注機駆動部と、被測定管を係合させる管係合穴を縦横に整列状態で備えたプレートと、からなり、前記分注機のノズル部のノズル先端と隣接して配置されている分注機のノズル部のノズル先端とのピッチが、前記プレートの横方向に配置した管係合穴間のピッチと同じくしたことである。
（７）前記分注機は、前記検出センサを一体に形成したシリンジを前記フレームから着脱自在な構造にしたことを特徴とする（６）に記載の分注装置。
（８）前記分注機は、前記モータを前記フレームにモータ部分を接触させない状態で取付けたことを特徴とする（６）に記載の分注装置。
（９）前記制御手段は、ノズルで液体を吸引しているときに、検出センサが急激な負圧の上昇を検出したときに、吸引動作を停止させ、該吸引動作を停止させたときから所定時間経過後に前記検出センサで検出する負圧が上昇しているときには詰りと判断し、負圧が減少しているときには液切れと判断する機能を備えたことを特徴とする（６）に記載の分注装置。
【００１２】
このように、シリンジ部分に内圧を検出する貫通穴を開け、そこにセンサの空気取入口を直結させることで、センサまでの管路を不要にすることで、センサでの検出能力を向上させることができる。
【００１３】
又、ノズル部を着脱自在な構造にすることで、ノズル部だけを交換することが可能となる。
【００１４】
更に、ノズル先端のピッチとプレートの管係合穴のピッチとを同じくすることで、複数の分注機を配置した場合に、同時に分注動作を行うことが可能になる。
【００１５】
また、液体吸入時の詰りと液切れを検出センサの検出状態で判断するようにしたことで、別途構成部品を必要としないで、正確な検出をすることが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る分注機及び分注装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本願発明に係る分注機１０は、図１及び図２に示すように、細長い形状に形成されたフレーム１１に取り付けられているものであり、着脱自在に形成し先端にチップを嵌着できるノズル部１２と、ノズル部１２を取り付けた軸方向にピストン５２を上下動させる摺動部５１と、摺動部５１のピストン５２を上下動させるためのステッピングモータ４４を備えた駆動部４１と、センサからの信号やステッピングモータ４４の制御等を行う分注制御部６１とから大略構成されている。
【００１８】
ノズル部１２は、特に図３及び図４に示すように、内部を中空に形成し、上側にピストン５２が上下動する大きさに形成したピストン係合穴１３を設け、このピストン係合穴１３に連通して略半分の径の大きさの吸排穴１４を備えたシリンジ１５と、このシリンジ１５よりも内径を同じにして外径を細く形成したピペットノズル１６とから構成されている。その、ノズル部１２の外側であって、シリンジ１５の部分に圧力センサ取付部１７を備えた構成になっている。圧力センサ取付部１７は、ピストン５２が着底する部位の外周を切欠くと共に、シリンジ１５の着底部分に貫通する貫通穴１８を穿設し、その貫通穴１８に圧力センサ２１を構成する第２のセンサ２３の空気取入口２６を直結させることで、シリンジ１５内部の圧力を直接受けることができる構造となる。
又、ピストン係合穴１３の上部の内周面にパッキン１９を備えた構造となっている。
このような構造のノズル部１２は、摺動部５１に対して着脱自在な構造となっており、装着するときには、ノズル係合穴５８にノズル部１２の先端側を挿入すると同時に、ピストン５２をピストン係合穴１３に挿通させ、挿通したピストン５２をパッキン１９で支持した状態にして完了する。このようにして装着すると、ノズル部１２の外周面とノズル係合穴５８の内周面とで摩擦係合させた状態にして、図示しないネジで止めることで固定することができる。
【００１９】
圧力センサ２１は、大気の圧力を受ける第１のセンサ２２と、被対象物の圧力を受ける第２のセンサ２３と、この第１及び第２のセンサ２２、２３の背中同士を接続して圧力を検出する圧力検出基板２４と、圧力検出基板２４で検出した圧力信号を外部に伝達するためのコネクタ２５とを備えた構成になっており、圧力を検出するセンサとそのセンサでの圧力を電気信号に変換する基板を一体に形成した構造となっている。
【００２０】
分注取付部３１は、図１に示すように、分注機１０全体を上下に動かすもので、被対象物にノズル部１２の先端が当接したことを検出するセンサを備えた構成になっており、２軸でガイドされる取付けマウント３２と、この取付けマウント３２を常時上方向に付勢しているスプリング３３と、取付けマウント３２に取付けてあるガイド３５により遮蔽又は開放されたことを検出するフォトセンサである分注当接センサ３４とから構成されている。
この取付けマウント３２を図示しない駆動体に取付けて分注機１０を組み立てる。そして、組み立てた分注機１０を被測定液方向に下降させ、ノズル部１２の先端が当接すると、スプリング３３に抗して、分注機１０自体が上方向に上がることで、取付けマウント３２の上部に設けてあるガイド３５がフォトセンサから外れることで分注当接センサ３４がオンし、分注機１０が下降したときにノズル部１２の先端が当接したことを検知する。
【００２１】
駆動部４１は、図１及び図２に示すように、フレーム１１の上部位置に配置され、モータ部分４２をフレーム１１に接触しないようにし、ギヤ部分４３をフレーム１１に係合係止したステッピングモータ４４と、ステッピングモータ４４の回転軸に係合された第１のプーリ４５と、第１のプーリ４５に懸架されたタイミングベルト４６とからなる。
このように、モータ部分４２をフレーム１１に接触しない構造にすることで、モータ部分４２から発生する熱をフレーム１１に伝導させないか又は伝導させずらくすることが可能になり、熱膨張による測定誤差を回避できる。
【００２２】
摺動部５１は、図１及び図２に示すように、ノズル部１２を装着する鉛直方向に形成されたノズル係合穴５８、このノズル係合穴５８に連通して形成されたネジ連通穴５９を設け、駆動部４１と横並びに所定間隔を持って配置されており、所定の円筒形状に形成されたピストン５２と、ピストン５２に連結し外周を螺子形状に形成した送りネジ５３と、送りネジ５３に螺合させた第２のプーリ５４と、送りネジ５３の先端に設けたガイドも兼ねるセンサードグ５５と、センサードグ５５を鉛直方向にガイドするドグガイド５６と、センサードグ５５を検出してピストン５２が下限位置であることを検出するピストン下限センサ５７とから大略構成されている。この第２のプーリ５４と駆動部４１の第１のプーリ４５とにタイミングベルト４６が懸架されている。
このような摺動部５１において、駆動部４１のステッピングモータ４４の回転運動がタイミングベルト４６を介して第２のプーリ５４を回転させる。そうすると、第２のプーリ５４に螺合している送りネジ５３が上又は下方向に動き、送りネジ５３の先端に取付けられているピストン５２が連動して上又は下方向に摺動する。
【００２３】
分注制御部６１は、図１及び図２に示すように、ステッピングモータ４４への駆動電流の供給を制御すると共に、摺動部５１のピストン下限センサ５７、分注取付部３１の分注当接センサ３４、ノズル部１２の圧力センサ２１から信号を得て、分注動作を制御する回路基板を備えた構成になっている。
【００２４】
このような構成からなる分注機１０は、外部に設けた制御部により、分注動作を制御する構成になっており、この制御部７１は、図５に示すように、分注機の分注制御部６１と電気的に接続した構成になっており、分注機１０のピペットノズル１６に装着されたチップ８１を下降させ、連続して吸引動作を行う間に、圧力センサ２１の内圧変化を測定し、予め設定されている閾値を基準にして液面への到達或いは詰まりを検出する液面・詰り検出部７２と、圧力センサ２１での圧力変化量を検出して吸引した液量の検出及び吐出する際の吐出量を検出する吸引・吐出量検出部７３と、液面・詰り検出部７２及び吸引・吐出量検出部７３からの信号に基いてステッピングモータ４４の回転動作を制御するモータ駆動制御部７４とから大略構成されている。
【００２５】
ここで、液切れと詰まりの現象につき説明すると、液切れの場合は、図６に示すように、吸入中に液面が下がり、チップ８１先端の液体が表面張力により元の場所に戻ろうとする力が働き引っ張られ、液体がちぎれたように切れる。この時、内圧には、急激な負圧の上昇となり、その後は負圧が減少する。
又、詰まりの場合は、図７に示すように、吸入中にチップ８１の先端部に異物８４が吸入すると、やはり急激な負圧の上昇となり、その後はその負圧の上昇が継続する。
このようにして、液切れ或いは詰まりが発生すると、そのときに一瞬負圧の上昇が発生した後に、液切れの場合は負圧が減少し、詰まりの場合は負圧の上昇が継続する。従って、この負圧を検出し、その後に負圧の上昇が継続していれば、詰まりであり、負圧が減少していれば液切れであると判断すればよい。
【００２６】
このような制御部７１により制御される分注機において、特に液切れと詰まりについて説明すると、分注機１０自体を降下させてチップ８１が被測定管８２内の液体８３の液面に浸ったことを圧力センサ２１の圧力変化を検出することで検出する。
【００２７】
次に、吸引動作をして、その時の圧力を検出して、図８に示すように、急激な負圧の上昇（Ｐの位置）が発生したときにエラーとして判断し、ステッピングモータ４４への駆動電流の供給を停止し、ピストン５２の動きを停止させる。
そして、その後、所定時間経過後にシリンジ１５内部の圧力を圧力センサ２１で測定する。
【００２８】
シリンジ１５内部の圧力がエラーとして判断した時と比べて、負圧が減少していれば液切れであり、逆に負圧が上昇していれば詰まりであると判断する。
【００２９】
次に、分注装置について、説明する。
【００３０】
分注装置は、図９に示すように、分注機１０を取り付け、取付けた分注機１０を上下方向に動かす上下駆動部８８と、上下駆動部８８に取付けられた分注機１０を水平方向に動かす左右駆動部８９と、複数の補測定管を並べて載置するマイクロプレート８６とからなる。この上下駆動部８８と左右駆動部８９で分注機駆動部を構成する。
【００３１】
上下駆動部８８には、上記説明した分注機１０を一列に複数台、実施例の場合、８個並べて構成し、分注機１０のピペットノズル１６間の間隔（実施例では９ｍｍ）が、マイクロプレート８６に設けた管係合穴８７の間隔（実施例では９ｍｍ）と同じになるように設定されている。８個の分注機１０は取付けマウント３２を上下駆動部８８に取付ける。
【００３２】
マイクロプレート８６は、被測定管を載置する管係合穴８７を複数備え、実施例の場合、管係合穴８７が横に８個、縦に１４個、合計して１１２個の管係合穴８７を縦横に整列状態に備えた構成になっており、この一列の管係合穴８７間の間隔（ピッチ）が９ｍｍであり、これは管係合穴８７間の間隔（ピッチ）と、分注機１０のピペットノズル１６と隣接する分注機１０のピペットノズル１６との間隔（ピッチ）が同じであり、横一列の８個の管係合穴８７の数に、分注する分注機１０の数を８個にした場合に、一列同時に分注することが可能になる。
【００３３】
このような構成からなる分注装置において、上下駆動部８８が下方向に駆動して８個の分注機１０のチップ８１が管係合穴８７に載置してある被測定管内に挿入され、分注動作（吸引又は吐出）がされる。次に、上方向に駆動して８個の分注機１０のチップ８１が上昇して、被測定管から離れて、図９に示す位置関係になる。その後、左右駆動部８９が水平方向の図において右方向に全ての分注機１０を動かし、次の列の被測定管への分注動作を行う。このように、マイクロプレート８６の一列分同時に分注機１０で分注動作を行うことができるため、効率のよい分注動作を達成することができるのである。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る分注機は、シリンジに圧力センサを一体に形成したことで、配管による動的歪みによる計測圧の誤差を無くすと共に、計測する内圧の変化のレスポンスを大幅に向上させることができるという効果がある。
【００３５】
又、シリンジに圧力センサを一体化したノズル部を着脱自在な構成にすることで、ノズル自体の交換が簡単に行うことができ、メンテナンスや交換作業時間を大幅に削減できるという効果がある。
【００３６】
また、ステッピングモータのモータ部分をフレームに接触させないようにして取付けたことで、モータから発生する熱をフレームに伝導させないか又は伝導させずらくすることで、熱膨張による測定誤差を回避させることができるという効果がある。
【００３７】
更に、プレートの管係合穴間のピッチと、分注機のノズル間のピッチを同じくすることで、同時に複数の分注機で分注動作をすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分注機の一部断面にした平面図である。
【図２】同、一部拡大して示した平面図である。
【図３】同、ノズル部を拡大して示した一部断面の平面図である。
【図４】同、ノズル部の正面図である。
【図５】分注装置を略示的に示した説明図である。
【図６】ノズルに装着したチップでの液切れ状態を示した説明図である。
【図７】ノズルに装着したチップでの目詰まり状態を示した説明図である。
【図８】液切れと目詰まり状態を検出する様子を示した説明図である。
【図９】分注装置を示す略示的な説明図である。
【図１０】従来技術における分注機を一部断面にした平面図である。
【符号の説明】
１０；分注機、１１；フレーム、１２；ノズル部、１３；ピストン係合穴、１４；吸排穴、１５；シリンジ、１６；ピペットノズル、１７；圧力センサ取付部、１８；貫通穴、１９；パッキン、２１；圧力センサ、２２；第１のセンサ、２３；第２のセンサ、２４；圧力検出基板、２５；コネクタ、２６；空気取入口、３１；分注取付部、３２；取付けマウント、３３；スプリング、３４；分注当接センサ、３５；ガイド、４１；駆動部、４２；モータ部分、４３；ギヤ部分、４４；ステッピングモータ、４５；第１のプーリ、４６；タイミングベルト、５１；摺動部、５２；ピストン、５３；送りネジ、５４；第２のプーリ、５５；センサードグ、５６；ドグガイド、５７；ピストン下限センサ、５８；ノズル係合穴、５９；ネジ連通穴、６１；分注制御部、７１；制御部、７２；液面・詰り検出部、７３；吸引・吐出量検出部、７４；モータ駆動制御部、８２；被測定管、８３；液体、８４；異物、８６；マイクロプレート、８７；管係合穴、８８；上下駆動部、８９；左右駆動部。

Claims

フレームに備えたモータによりシリンジ内部で摺動するピストンを動かしてノズルから液体の吸引及び吐出する分注機であって、
前記シリンジ内部の内圧を検出する検出センサは、前記シリンジの内面に貫通する貫通穴に検出センサの空気取入口を直結して一体に形成したことを特徴とする分注機。
前記ノズルから液体の吸引及び吐出を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の分注機
前記検出センサを一体に形成したシリンジは、前記フレームから着脱自在な構造にしたことを特徴とする請求項１に記載の分注機。
前記モータは、前記フレームにモータ部分を接触させない状態で取付けたことを特徴とする請求項１に記載の分注機。
前記制御手段は、ノズルで液体を吸引しているときに、検出センサが急激な負圧の上昇を検出したときに、吸引動作を停止させ、該吸引動作を停止させたときから所定時間経過後に前記検出センサで検出する負圧が上昇しているときには詰りと判断し、負圧が減少しているときには液切れと判断する機能を備えたことを特徴とする請求項１及び２に記載の分注機。
フレームに備えたモータによりシリンジ内部で摺動するピストンを動かしてノズルから液体の吸引及び吐出することを制御する制御手段と、前記シリンジの内面に貫通する貫通穴に検出センサの空気取入口を直結して一体に形成した、シリンジ内部の内圧を検出する検出センサとを備える分注機と、
前記分注機を複数台取付け、上下方向或いは水平方向に駆動させる分注機駆動部と、
被測定管を係合させる管係合穴を縦横に整列状態で備えたプレートと、
からなり、
前記分注機のノズル部のノズル先端と隣接して配置されている分注機のノズル部のノズル先端とのピッチが、前記プレートの横方向に配置した管係合穴間のピッチと同じくしたことを特徴とする分注装置。
前記分注機は、前記検出センサを一体に形成したシリンジを前記フレームから着脱自在な構造にしたことを特徴とする請求項６に記載の分注装置。
前記分注機は、前記モータを前記フレームにモータ部分を接触させない状態で取付けたことを特徴とする請求項６に記載の分注装置。
前記制御手段は、ノズルで液体を吸引しているときに、検出センサが急激な負圧の上昇を検出したときに、吸引動作を停止させ、該吸引動作を停止させたときから所定時間経過後に前記検出センサで検出する負圧が上昇しているときには詰りと判断し、負圧が減少しているときには液切れと判断する機能を備えたことを特徴とする請求項６に記載の分注装置。