JP2006038661A

JP2006038661A - 分注ヘッド

Info

Publication number: JP2006038661A
Application number: JP2004219669A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Matsuo; 智弘松尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】ポンプ構造を大型化することなく、吸引・吐出液量を精度よく制御し、液量のばらつきを小さくできるようにする。
【解決手段】一方端にノズル30が設けられたシリンジ20と、このシリンジ20の他方端から挿入されるプランジャ5と、これを駆動させる直動アクチュエータ40とを備え、プランジャの駆動によりノズルから溶液を吸引または吐出する分注ヘッドにおいて、プランジャーは、直動アクチュエータとの連結側を伸延して摺動可能な保持部材52で保持し、直動アクチュエータは、伸延したプランジャーの一部に磁石41を固定した可動子41と、可動子と空隙を介して電機子巻線43を用いた固定子とからなる電磁方式とし、保持部材52の近傍にプランジャーの位置を検出する位置検出センサ50を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬分注その他の液体容器内の液体を所定量吸引・分注する際に、容器内の液体を少量かつ正確に吸引し、効率よく分注できるようにした分注ヘッドに関する。

従来の液体分注装置として、モータ軸自体直線上に動くリニア・アクチュエータ・ステッピングモータを用いてシリンダ型のシリンジユニットを構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、従来の液体分注装置の一例を示す側断面図である。図において、１１はシリンジ筒、１２はピストン、１３は駆動手段、15a-15fは連通管、16a-16fはソレノイドバルブである。このシリンダ型のシリンジユニットでは、駆動手段１３にピストン１２を一定距離上下動させる機能を持たせ、試薬相互間に混合されたり、試薬により汚染されたりすることを防止するために、各連通管15a-15fの分離された試薬投入口はそれぞれ独立的にソレノイドバルブ16a-16fを備え付け、またピストン１２自体またはシリンジ筒１１の下部に連結される。また、排水連通管15fは通常シリンジ筒１１の底面に位置し、一方大気吸排気連通管15cはピストン１２に連結している。
つぎに、従来の液体分注装置の動作について説明する。
試料吸入連通管開閉バルブ16eがオープンのとき、シリンジ筒１１のピストン１２を上部に引っ張り試料が吸入されるようにする。試料の吸入量はピストンの１２の移動距離のみに依存しており、ピストンの１２の移動距離はステッピングモータのパルス数に比例する。吸入した液の移送は空気を加圧するためのピストン１２の短いストロークにより行われる。、ピストン１２が上昇するときソレノイドバルブ16aはクローズされ、バルブ16cはオープンされる。ピストン１２が下降するとき、ソレノイドバルブ16aはオープンされ、バルブ16cはクローズされる。以上のように、バルブの開閉とピストンの位置を組み合わせることで液の吸い込みと移送を行っている。
特許第３０６８２０２号（第３頁、図１）

しかしながら、従来の分注ヘッドは、溶液の吸入と移送をピストンと、少なくとも２つのソレノイドバルブで操作するために、装置の小型化が困難であり、コスト高であった。また、バルブの開閉のタイミングをピストンの位置で管理するが、ステッピングモータを用いているので、基本的にオープンループのシーケンス制御となり、モータの移動位置決めのエラーを管理できず、所望の溶液の操作ができないなどの問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプ構造を大型化することなく、吸引・吐出液量を精度よく制御し、液量のばらつきを小さくした分注ヘッドを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、一方端にノズルが設けられたシリンジと、前記シリンジの他方端から挿入されるプランジャと、前記プランジャを駆動させる直動アクチュエータとを備え、前記プランジャの駆動により前記ノズルから溶液を吸引または吐出する分注ヘッドにおいて、前記プランジャーは、前記直動アクチュエータとの連結側を伸延して摺動可能な保持部材で保持し、前記直動アクチュエータの可動子の機能を持たせたものである。
請求項２に記載の発明は、前記直動アクチュエータを、前記伸延したプランジャーの一部にマグネットを固定した可動子と、前記可動子と空隙を介して設けた電機子巻線を用いた固定子とからなる電磁方式とし、前記保持部材の近傍に前記プランジャーの位置を検出する位置検出センサを設けたものである。
請求項３に記載の発明は、前記直動アクチュエータの案内機構を、前記プランジャーが挿入される前記シリンジと、前記保持部材としたものである。
請求項４に記載の発明は、前記位置検出センサを、前記伸延したプランジャーの端部の移動による磁界の変化を検出する磁界検出素子としたものである。

本発明によると、アクチュエータ可動子を、プランジャーおよびセンサターゲットを兼用し、且つ、該アクチュエータ可動子の移動方向の案内機構を、シリンジ間および、センサとの微小隙間で支持するため、特別の案内機構を具備していない。
このような構成にすることで、小型化が可能となる。また、アクチュエータ可動子の位置、すなわちプランジャーの位置を直接検出しているので、位置決め誤差による液量の誤差が生じないため、精度よい液量制御が可能となる。さらに、センサ信号によりプランジャーの位置を管理しているので、液量管理を確実に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の液体分注装置の断面図である。図において、２０はシリンジ、３０はノズル、５はプランジャー、４０は、直動アクチュエータ、４１は可動子、４２はマグネット、４３は電機子巻線、５０は位置検出センサ、５１は磁界検出素子、５２は保持部材のスリーブである。
シリンジ２０の給排孔にノズル３０が嵌挿されており、また、シリンジ２０内面は、微小なすきまを介してプランジャー５が内挿されている。このプランジャー５は、磁性材料である鉄を用いて切削加工により一体成形し、直動アクチュエータ４０の可動子４１と兼用にしたものである。
直動アクチュエータ４０は、可動子４１の円周面に貼り付けたマグネット４２と、このマグネット４２に空隙を介して対向するように配置した電機子巻線４３から構成されており、図面上の可動子４１右端は、位置検出センサ５０へ挿入されている。
位置検出センサ５０は、MR素子などからなる磁界検出素子５１がスリーブ５２の外周面に、可動子４１に対向するように貼り付けなどにより固定されている。スリーブ５２の内周面は摺動性のよいテフロン(登録商標)などの材料から作製され、微小なすきまを介して可動子４１を内挿している。
本発明が特許文献１と異なる部分は、アクチュエータ可動子を、プランジャーおよびセンサターゲットと兼用し、且つ、該アクチュエータ可動子の移動方向の案内機構を、シリンジ間および、センサとの微小隙間で支持する構成とした部分である。

次にその動作について説明する。図示しないコントローラでは、移動位置の指令値と、センサ５からの現在値が比較され、指令値に基づいた所定の位置へ移動する。この際、駆動に要する推力に相当した電流が直動アクチュエータ４０の電機子巻線４３に通電され、マグネット４２との磁気的作用により可動子４１（プランジャー５）は移動する。
磁界検出素子５１と可動子４１の位置の関係は図２に示すように検出磁界強度に比例した関係から求めることができる。この関係からシリンジ容量と移動量の関係を図2中記載の（Ａ）、（Ｂ）の点について説明する。
（Ａ）の状態は、シリンジ２０に溶液が充填されている状態である（図３参照）。
（Ｂ）の状態は、コントローラからの移動指令（所定液量の排出）により可動子４１が移動した位置である（図４参照）。この（Ａ）と（Ｂ）の移動量の差分と、シリンジ２０の断面積から吐出された液量を求めることができる。
このように、可動子４１とプランジャー２を一体成形することで、プランジャー２の移動位置を直接検出しているので、位置決め誤差による液量誤差が低減でき、高精度な液量制御が可能である。
なお、本実施例では、可動子４１とプランジャー２を一体成形品としたが、可動子４１とプランジャー２にガタつきや、ばね構造などを生じないように、ねじまたは、嵌め合いで締結する方法でもよい。また、磁界検出素子５１にMR素子を用いたが、磁界変化を検出できればよく、ホール素子や、MI素子でもよい。

使用する溶液を生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬から、半導体製造に関するレジスト、化学溶剤や接着剤にすることによって微少量の液量を制御する必要がある塗布作業という用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す分注ヘッドの側断面図本発明の磁界検出素子のセンサ信号を示す図本発明の吸引状態を示す可動子端部の側断面図本発明の吐出状態を示す可動子端部の側断面図従来の分注ヘッドを示す断面図

符号の説明

１１シリンジ筒
１２ピストン
１３駆動手段
15a-15f 連通管
16a-16f ソレノイドバルブ
２０シリンジ
３０ノズル
４０直動アクチュエータ
４１プランジャー
４２マグネット
４３電機子巻線
５０位置検出センサ
５１磁界検出素子
５２保持部材（スリーブ）

Claims

一方端にノズルが設けられたシリンジと、前記シリンジの他方端から挿入されるプランジャと、前記プランジャを駆動させる直動アクチュエータとを備え、前記プランジャの駆動により前記ノズルから溶液を吸引または吐出する分注ヘッドにおいて、
前記プランジャーは、前記直動アクチュエータとの連結側を伸延して摺動可能な保持部材で保持し、前記直動アクチュエータの可動子の機能を持たせたことを特徴とする分注ヘッド。
前記直動アクチュエータは、前記伸延したプランジャーの一部にマグネットを固定した可動子と、前記可動子と空隙を介して設けた電機子巻線を用いた固定子とからなる電磁方式とし、前記保持部材の近傍に前記プランジャーの位置を検出する位置検出センサを設けたことを特徴とする請求項１記載の分注ヘッド。
前記直動アクチュエータの案内機構は、前記プランジャーが挿入される前記シリンジと、前記保持部材としたことを特徴とする請求項１または２記載の分注ヘッド。
前記位置検出センサは、前記伸延したプランジャーの端部の移動による磁界の変化を検出する磁界検出素子としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の分注ヘッド。