JP2007139469A - Nozzle device and its controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル基部にノズルチップを装着する構成にしたノズル装置、及びノズル装置を制御するための制御装置に関する。 The present invention relates to a nozzle device configured to mount a nozzle tip on a nozzle base, and a control device for controlling the nozzle device.
例えば人体から採取した血液を検査する分野では、血液を遠心分離して得られた血清を自動分注装置により分注することが行われる。この種の自動分注装置には、パイプ状のノズル基部にノズルチップを装着する構成にしたノズル装置が搭載される。 For example, in the field of examining blood collected from a human body, serum obtained by centrifuging blood is dispensed by an automatic dispensing device. This type of automatic dispensing device is equipped with a nozzle device configured to mount a nozzle tip on a pipe-like nozzle base.
自動分注装置において、ノズル基部を含むノズル装置は、XYZ三軸方向に搬送する搬送機構により支持される。ノズルチップの装着時には、まずチップラックに保持されたノズルチップの上方にノズル基部を位置させる。その後、ノズル装置を下降させることにより、ノズル基部の先端部をノズルチップの上端開口に挿入し、両者を嵌合させる。 In the automatic dispensing device, the nozzle device including the nozzle base is supported by a transport mechanism that transports in the XYZ triaxial directions. When mounting the nozzle tip, first, the nozzle base is positioned above the nozzle tip held in the tip rack. Thereafter, by lowering the nozzle device, the tip of the nozzle base is inserted into the upper end opening of the nozzle tip, and the two are fitted together.
かかるノズルチップの装着時において、その装着力(フィッティング圧)はノズル装置(ノズル基部)の下降量を制御することで調整されていた。 At the time of mounting such a nozzle tip, the mounting force (fitting pressure) is adjusted by controlling the amount of lowering of the nozzle device (nozzle base).
しかしながら、ノズル基部の下降量だけで装着力を調整する場合、例えばノズルチップの上端開口内部のテーパ角度に個体差があったり、ノズル基部の先端部に磨耗があったりした場合に、装着力にばらつきが生じてしまう。このように装着力のばらつきが生じると、ノズル基部とノズルチップとの嵌合部分からエアが漏れる等の不具合が起き、分注精度に悪影響を及ぼすおそれもある。 However, when adjusting the mounting force only by the lowering amount of the nozzle base, for example, when there is an individual difference in the taper angle inside the upper end opening of the nozzle tip or when the tip of the nozzle base is worn, Variation will occur. If the mounting force varies in this manner, a problem such as air leaking from the fitting portion between the nozzle base and the nozzle tip may occur, and the dispensing accuracy may be adversely affected.
装着力のばらつきによるエア漏れ等の不具合を避けるために、フィッティング圧を適正な値より若干大きめにすべく、ノズル基部の下降量を適正な下降量よりも若干大きくしておくこともあるが、ノズル基部やノズルチップの耐久性の点で問題がある。 In order to avoid problems such as air leakage due to variation in mounting force, the lowering amount of the nozzle base may be slightly larger than the appropriate lowering amount in order to make the fitting pressure slightly larger than the appropriate value, There is a problem in terms of durability of the nozzle base and nozzle tip.
一方、例えば特許文献1には、ノズルチップの装着力を適性に制御する目的で、ノズル基部の先端外周面(装着面)に装着力を検出するためのセンサを設けたノズル装置が開示されている。 On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a nozzle device in which a sensor for detecting the mounting force is provided on the outer peripheral surface (mounting surface) of the nozzle base for the purpose of appropriately controlling the mounting force of the nozzle tip. Yes.
しかしながら、上記特許文献1に開示されたノズル装置では、ノズルチップが接触するノズル基部の装着面にセンサが設けられているため、ノズル基部の構造が複雑になり、コストアップの要因ともなってしまう。 However, in the nozzle device disclosed in Patent Document 1, since the sensor is provided on the mounting surface of the nozzle base that comes into contact with the nozzle tip, the structure of the nozzle base becomes complicated, which increases the cost.
また、ノズルチップが接触するノズル基部の装着面にセンサが設けられているため、ノズルチップを何度も着脱する間にセンサが磨耗したり、検出精度が劣化したりするおそれがある。特にノズルチップとしてディスポーザブルチップを使用する場合、その着脱は繰り返し行われるため、センサの磨耗や検出精度の劣化に対してなんらかの対策が必要となる。 In addition, since the sensor is provided on the mounting surface of the nozzle base that is in contact with the nozzle tip, there is a possibility that the sensor may be worn or the detection accuracy may be deteriorated while the nozzle tip is attached and detached many times. In particular, when a disposable chip is used as the nozzle chip, since it is repeatedly attached and detached, some measures are required for sensor wear and detection accuracy degradation.
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、ノズルチップの装着に際してその装着力を適性に制御することができ、しかもノズル基部の構造が複雑になるのを避けることを目的とする。更には、センサの磨耗や検出精度の劣化を少なくすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to appropriately control the mounting force when mounting the nozzle tip, and to avoid the complicated structure of the nozzle base. To do. Another object is to reduce sensor wear and deterioration of detection accuracy.
本発明によるノズル装置は、ノズル基部を液体の吸引及び吐出を行うためのノズルチップに向かって下降させることにより、前記ノズル基部に前記ノズルチップを装着する構成にしたノズル装置であって、前記ノズルチップを装着する際に、その装着力に応じて変位する可動体と、前記可動体の変位に抗する弾性力を付勢する弾性部材と、前記可動体の変位量を検出する検出手段とを備えた点に特徴を有する。
また、本発明によるノズル装置の他の特徴とするところは、前記検出手段は、前記可動体の変位量を非接触方式で検出する点にある。
本発明によるノズル装置の制御装置は、上記本発明によるノズル装置を制御するための制御装置であって、前記検出手段により検出された変位量が設定値になったときに、前記ノズル装置の下降を停止させる制御手段を備えた点に特徴を有する。
The nozzle device according to the present invention is a nozzle device configured to mount the nozzle tip on the nozzle base by lowering the nozzle base toward a nozzle tip for sucking and discharging liquid. When a chip is mounted, a movable body that is displaced according to the mounting force, an elastic member that biases an elastic force that resists the displacement of the movable body, and a detection unit that detects a displacement amount of the movable body It is characterized by the points provided.
Another feature of the nozzle device according to the present invention is that the detecting means detects a displacement amount of the movable body in a non-contact manner.
A control device for a nozzle device according to the present invention is a control device for controlling the nozzle device according to the present invention, wherein when the displacement detected by the detection means reaches a set value, the nozzle device is lowered. It is characterized in that it is provided with a control means for stopping the operation.
本発明によれば、ノズルチップを装着する際に、その装着力に応じて変位する可動体と、可動体の変位に抗する弾性力を付勢する弾性部材とを備え、可動体の変位量を検出するようにしたので、ノズルチップの装着に際してその装着力を適性に制御することができ、しかもノズル基部の構造が複雑になるのを避けることができる。また、可動体の変位量を非接触方式で検出する場合には、センサの磨耗や検出精度の劣化を少なくすることができ、長期間の使用に耐え得る。 According to the present invention, when the nozzle chip is mounted, the movable body includes a movable body that is displaced according to the mounting force, and an elastic member that biases an elastic force that resists the displacement of the movable body. Therefore, it is possible to appropriately control the mounting force when mounting the nozzle tip, and to avoid the complicated structure of the nozzle base. Moreover, when detecting the displacement amount of a movable body by a non-contact system, wear of a sensor and deterioration of detection accuracy can be reduced and it can endure long-term use.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1は、本実施形態のノズル装置が搭載された自動分注装置の概略構成を示す図である。同図において、100はノズル装置であり、詳細は後述するが、金属パイプ状のノズル基部(チップフィッティング)101に、ノズルチップとしてディスポーザブルチップ102を着脱可能に装着する構成となっている。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an automatic dispensing device equipped with the nozzle device of the present embodiment. In the figure,
200は自動分注装置の各部の制御を司る制御部であり、例えばコンピュータのCPU等により構成される。
300はステッピングモータやX軸、Y軸、Z軸の各アーム等により実現されるXYZ駆動部であり、制御部200からの信号に従ってノズル装置100をX軸、Y軸、Z軸方向に移動させる。
400はシリンジポンプであり、可撓性を有するチューブ等の配管401を介してノズル基部101に接続する。シリンダ400a内でピストン400bを動かすことにより、配管401を介してノズル基部101及びディスポーザブルチップ102内のエア圧力を変化させて、ディスポーザブルチップ102により液体の吸引及び吐出を行わせる。
A
500はポンプ駆動部であり、制御部200からの信号に従ってシリンジポンプ400のピストン400bを駆動制御する。
600はノズル装置100に搭載されたフィッティング検出部であり、詳細は後述するが、ディスポーザブルチップ102を装着する際に、その装着力(フィッティング圧)に応じて変位する可動体と、可動体の変位に抗する弾性力を付勢するコイルスプリングと、可動体の変位量を非接触方式で検出するセンサとを備え、その検出信号を判定部700に出力する。
700は判定部であり、フィッティング検出部600により検出された信号に基づいて、ディスポーザブルチップ102の装着力が適性か否かを判定する。
800はメモリであり、判定部700での判定に使用する設定値等を記憶する。900は各種設定等をオペレータが行うための入力部であり、例えばキーボードやマウスにより構成される。1000は各種情報を表示するための表示部であり、例えば液晶ディスプレイにより構成される。
図2に、本実施形態のノズル装置100の構成を示す。ノズル装置100は、図示しないZ軸アームにより昇降可能に支持された支持枠103を備える。
In FIG. 2, the structure of the
支持枠103には、可動体104がスライダ105を介して上下移動可能に組み付けられている。可動体104は上下一対のプレート部104a、104bを有し、これらプレート部104a、104bを貫通するようにロッド106が設けられている。
A
ロッド106のまわりにはジャミング検出用のコイルスプリング107が配置され、このコイルスプリング107が上側プレート部104a、及び、下側プレート部104b上のバネ受けプレート108により支持される。バネ受けプレート108はロッド106に固定されている。
A
ロッド106の下端にはフランジ部106aが形成されており、そのフランジ部106aにノズル基部101の上端のフランジ部101aが固定されている。ノズル基部101は、上端にフランジ部101aが形成された金属パイプ状のものであり、フランジ部101aに配管401の接続口101bが設けられている。また、ノズル基部101の先端外周面がテーパ状に加工されており、そのテーパ面がディスポーザブルチップ102の装着面となっている。
A
ここで、ロッド106の上方において、ジャミング検出部109が構成される。ジャミング検出部109は、ノズル基部101にディスポーザブルチップ102が装着された状態で、例えばディスポーザブルチップ102の先端が吐出先の容器の縁等に誤って衝突した状態を検出するためのものである。
Here, a
ジャミング検出部109について更に説明すると、通常時には、可動体104の下側プレート部104bの下面と、ロッド106のフランジ部106aの上面との間に僅かな隙間110が形成される。この状態で、ノズル基部101に装着されたディスポーザブルチップ102がなんらかの物体に衝突すると、隙間110分だけロッド106がコイルスプリング107の弾性力に抗して上方移動する。このロッド106の上方移動を、ロッド106に立設された被検出部111と、例えば投光部及び受光部からなるセンサ112により検出して、ディスポーザブルチップ102の先端が吐出先の容器の縁等に誤って衝突した状態を検出するものである。なお、ジャミング検出の場合は、ロッド106の変位量は0.1〜0.2mm程度となっている。
The
また、可動体104の上方において、図1にも示したフィッティング検出部600が構成される。フィッティング検出部600について更に説明すると、可動体104の上面にロッド部材601が立設されており、このロッド部材601が支持枠103の上壁部103aを貫通する。ロッド部材601のまわりにはフィッティング検出用のコイルスプリング602が配置され、このコイルスプリング602が支持枠103の上壁部103a、及び、可動体104の上面により支持される。ロッド部材601の上端には薄板状の被検出部603が立設されており、その被検出部603の変位量を検出する構成となっている。
Further, the
図3も参照して、フィッティング検出部600の構成例を説明する。フィッティング検出部600のセンサとしては、例えば図3(a)に示すように、光学式リニアエンコーダを用いればよい。すなわち、被検出部603に回折格子604を設けるとともに、被検出部603に対して光を照射する投光部605と、回折格子604で反射する回折光を受光する受光部606とを配設する。このようにしたフィッティング検出部600では、可動体104の上下移動に伴って被検出部603も上下に移動する(図中矢印Zを参照)。そして、回折格子604で反射する回折光の変化を捉えることにより、被検出部603の上方移動の変位量、すなわち可動体104の上方移動の変位量、換言すればコイルスプリング602の縮み量を検出することができる。
A configuration example of the
また、図3(b)に示すように、帯状の受光面をもち、長手方向について位置検出を行う1次元のPSD(位置検出素子)607を用いてもよい。すなわち、被検出部603にスリット609を形成するとともに、被検出部603に対して光を照射する投光部608と、スリット609を通過する光を受光するPSD607とを配設する。このようにしたフィッティング検出部600では、可動体104の上下移動に伴って被検出部603も上下に移動する(図中矢印Zを参照)。そして、スリット609を通過する光の位置を捉えることにより、被検出部603の上方移動の変位量、すなわち可動体104の上方移動の変位量、換言すればコイルスプリング602の縮み量を検出することができる。
Further, as shown in FIG. 3B, a one-dimensional PSD (position detecting element) 607 having a band-shaped light receiving surface and detecting the position in the longitudinal direction may be used. That is, a
図2に示したノズル装置100において、ノズル基部101にディスポーザブルチップ102を装着する場合、不図示のチップラックに保持された多数のノズルチップのうち、装着しようとするノズルチップの上方にノズル基部101を位置させる。その状態で、ノズル装置100を下降させて、ノズル基部101の先端部をディスポーザブルチップ102の上端開口に当接させ、嵌合させる。
In the
さらにノズル装置100を下降させると、ノズル基部101の先端部がディスポーザブルチップ102の上端開口に強く嵌合する。そして、ロッド106が隙間110分だけ上方移動した後、フランジ部106aに押し上げられるようにして可動体104がコイルスプリング602の弾性力に抗して上方移動する。このとき、上述したように、フィッティング検出部600により、被検出部603の上方移動の変位量、すなわち可動体104の上方移動の変位量、換言すればコイルスプリング602の縮み量が検出される。なお、フィッティング検出の場合は、可動体104の変位量は2〜3mm程度となっている。
When the
ここで、図4に、コイルスプリング602の縮み量とフィッティング圧との関係を示す。同図に示すように、コイルスプリング602の縮み量とフィッティング圧とは略比例関係にある。すなわち、フィッティング検出部600からは、ノズル基部101にディスポーザブルチップ102を装着する際に、その装着力(フィッティング圧)に略比例する信号が判定部700に出力されることになる。
Here, FIG. 4 shows the relationship between the amount of contraction of the
以下、図5のフローチャートを参照して、本実施形態のノズル装置100におけるディスポーザブルチップ102の装着時の処理動作について説明する。なお、フィッティング検出用のコイルスプリング602についてはバネ定数が予め登録されている。
Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 5, a processing operation at the time of mounting the
また、自動分注動作の開始前に、例えば装着しようとするディスポーザブルチップの種類に応じて所望のフィッティング圧を入力する。フィッティング圧が入力されると、そのフィッティング圧に相当するコイルスプリング602の縮み量Lsが算出され、判定部700に設定される。
Further, before starting the automatic dispensing operation, for example, a desired fitting pressure is input according to the type of disposable tip to be mounted. When the fitting pressure is input, a contraction amount Ls of the
自動分注動作の開始指示があり、ディスポーザブルチップ102を装着する場合、制御部200は、XYZ駆動部300を介して、不図示のチップラックに保持された多数のノズルチップのうち、装着しようとするノズルチップの上方にノズル基部101を位置させる(ステップS101)。
When there is an instruction to start automatic dispensing operation and the
次に、制御部200は、XYZ駆動部300を介してノズル装置100を下降させて(ステップS102)、ノズル基部101の先端部をディスポーザブルチップ102の上端開口に当接させ、嵌合させる。
Next, the
このとき、判定部700は、フィッティング検出部600から送出されるコイルスプリング602の縮み量Lxを、上述したように予め設定された縮み量Lsと比較する(ステップS103)。
At this time, the
そして、判定部700は、コイルスプリング602の縮み量Lxが縮み量Lsと一致した場合、フィッティング圧が適正なフィッティング圧に達したとして、制御部200に停止信号を出力する。これを受けて、制御部200は、ノズル装置100の下降を停止させる(ステップS104)。
When the contraction amount Lx of the
このようにしてディスポーザブルチップ102の装着処理が終了した後、制御部200は、XYZ駆動部300を介してノズル装置100を上昇させて、液体試料の吸引及び吐出を行う自動分注処理へと移行する。なお、この自動分注処理は既知であるので、ここではその説明は省略する。
After the mounting process of the
以上述べたように、ディスポーザブルチップ102を装着する際に、その装着力に応じて変位する可動体104と、可動体104の変位に抗する弾性力を付勢するコイルスプリング602とを備え、可動体104の変位量(すなわちコイルスプリング602の縮み量)を検出するようにしたので、ディスポーザブルチップ102の装着に際してその装着力を適性に制御することができ、しかもノズル基部101の構造が複雑になるのを避けることができる。
As described above, when the
また、可動体104の変位量を非接触方式で検出するので、センサの磨耗や検出精度の劣化を少なくすることができ、長期間の使用に耐え得る。
Further, since the displacement amount of the
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば上記実施形態では、非接触方式のフィッティング検出部として光学式のものを説明したが、磁気等を利用したものであってもよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with embodiment, this invention is not limited only to embodiment, A change etc. are possible within the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the optical type is described as the non-contact type fitting detection unit. However, a magnetic field or the like may be used.
また、上記実施形態では、可動体104がロッド106を介してノズル基部101を間接的に保持する構成を説明したが、ジャミング検出のための構成が不要であれば、可動体104がノズル基部101を直接的に(すなわち、可動体104とノズル基部101とが相対移動しないように)保持する構成としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the
上述した実施形態の制御部200や判定部700は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、ROM等により構成され、RAMやROMに記憶されたプログラムが動作することによって実現される。したがって、コンピュータに対し、上記実施形態の機能を実現するためのプログラム自体も本発明を構成する。
The
また、上記プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを格納した記録媒体は本発明を構成する。かかるプログラムコードを記憶する記録媒体としては、例えばフレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM等を用いることができる。 Further, means for supplying the above program to a computer, for example, a recording medium storing such a program constitutes the present invention. As a recording medium for storing the program code, for example, a flexible disk, a hard disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a magnetic tape, a nonvolatile memory card, a ROM, or the like can be used.
100 ノズル装置
101 ノズル基部
102 ノズルチップ
103 支持枠
104 可動体
200 制御部
300 XYZ駆動部
400 シリンジポンプ
500 ポンプ駆動部
600 フィッティング検出部
601 ロッド部材
602 コイルスプリング
603 被検出部
604 回折格子
605 投光部
606 受光部
607 1次元のPSD(位置検出素子)
608 投光部
609 スリット
DESCRIPTION OF
608
Claims (3)
前記ノズルチップを装着する際に、その装着力に応じて変位する可動体と、
前記可動体の変位に抗する弾性力を付勢する弾性部材と、
前記可動体の変位量を検出する検出手段とを備えたことを特徴とするノズル装置。 A nozzle device configured to mount the nozzle tip on the nozzle base by lowering the nozzle base toward the nozzle tip for sucking and discharging liquid,
When mounting the nozzle tip, a movable body that is displaced according to the mounting force;
An elastic member that urges an elastic force against the displacement of the movable body;
A nozzle device comprising: detecting means for detecting a displacement amount of the movable body.
前記検出手段により検出された変位量が設定値になったときに、前記ノズル装置の下降を停止させる制御手段を備えたことを特徴とするノズル装置の制御装置。 A control device for controlling the nozzle device according to claim 1 or 2,
A control device for a nozzle device, comprising: control means for stopping the descent of the nozzle device when a displacement detected by the detection means reaches a set value.
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