JP2007185372A - 液体調合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易に液体調合ができる液体調合装置を提供する。
【解決手段】水薬調合装置１０は、薬瓶１００ごとに中間槽３０を備えている。中間槽は、減圧配管１８および加圧配管２８を介して減圧ポンプ１２および加圧ポンプ２２に接続されている。水薬を中間槽３０内に吸引する場合は、減圧用バルブ３２を開放した状態で中間槽内を減圧し、その後、吸引用バルブ３８を開放して薬瓶１００と中間槽３０を連通させて、水薬を吸引する。中間槽３０に一時貯留された水薬を吐出する場合は、加圧用バルブ３４を開放した状態で中間槽内を減圧し、その後、吐出用バルブ４６を開放して、中間槽３０と投薬瓶１１０を連通させて吐出する。吸引、吐出液体積は、中間槽３０の内圧変化量を制御することにより制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の貯留容器から指定量の液体を調合容器に供給して液体を調合する液体調合装置に関する。

従来から、様々な分野において、異なる複数の液体を定められた一定の比率で調合する液体調合が行われている。例えば、医薬分野では、処方箋にしたがって、複数種類の水薬を調合している。従来、このような調合は、各水薬を人手でメスシリンダ等を用いて計量することにより行われていた。しかしながら、かかる人手による計量は、煩雑であるだけでなく、調合ミスが生じやすいという問題もあった。

そこで、水薬等の液体の調合を自動で行う液体調合装置が従来から提案されている。例えば、特許文献１には、水薬の調合を自動化する水薬自動調剤機が開示されている。この水薬自動調剤機では、複数の薬品容器および各薬品容器に設置されたポンプを回転テーブルに設置している。水薬を調合する際には、回転テーブルを駆動することにより指定の薬品容器のノズルを薬ボトル上に移動させたうえで、ポンプを駆動して指定量の水薬を薬ボトルに吐出している。この調剤機によれば、指定量の薬液が自動的に薬ボトルに吐出されるため、水薬調剤を自動で行うことができる。

特開２００３−３２５６３９号公報

しかしながら、かかる水薬調剤機では、複数の薬品容器それぞれに吸引吐出量を厳密に制御できるポンプを設ける必要がある。吸引吐出量を厳密に制御できるポンプは高価になりやすく、かかるポンプを多数設けた場合、装置全体が高額になりやすい。また、多数のポンプを設けた場合、その制御が複雑になるという問題もある。

そこで、本発明では、自動液体調合がより簡易にでき得る液体調合装置を提供することを目的とする。

本発明の液体調合装置は、複数の貯留容器から指定量の液体を調合容器に供給して液体を調合する液体調合装置であって、各貯留容器ごとに設けられ、貯留容器から調合容器へ供給される液体を一時貯留する中間槽と、中間槽の内部を加減圧する加減圧手段と、各中間槽の連通先を切り替える連通経路切替手段と、少なくとも加減圧手段および連通経路切替手段と、を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、加減圧手段および連通経路切替手段を制御して、中間槽内を減圧した後に中間槽と貯留容器とを連通させて貯留容器内の液体を中間槽内に吸引させ、中間槽内を加圧した後に中間槽と調合容器とを連通させて中間槽に一時貯留された液体を調合容器に吐出させることを特徴とする。

好適な態様では、連通経路切替手段は、中間槽に接続された複数の接続配管に設けられる複数のバルブである。他の好適な態様では、加減圧手段は、複数の中間槽に接続され、制御部は、連通経路切替手段を駆動して、加減圧手段に連通される中間槽を切り替えることで加減圧手段により加減圧される中間槽を切り替える。

他の好適な態様では、さらに、中間槽の内圧を検出する圧力検出手段を備え、制御部は、中間槽の内圧変化量に基づいて、吸引または吐出される液体積を制御することも好適である。

この態様では、制御部は、中間槽を減圧した後に中間槽と貯留容器とを連通させて吸引を開始し、吸引に伴う中間槽の内圧変化量が目標吸引液体積に応じた値になった時点で中間槽と貯留容器との連通を遮断して吸引を停止させることが望ましい。その際、制御部は、吸引停止時の中間槽の内圧である吸引停止圧を固定値とし、吸引開始時の中間槽の内圧である吸引開始圧を目標吸引液体積に基づいて算出することが望ましい。さらに、その際、液体吸引停止圧は、連通経路切替手段の切替速度に比して、液体吸引速度が緩慢になる圧力値に設定されることが望ましい。

上記態様では、制御部は、中間槽を加圧した後に中間槽と調合容器とを連通させて吐出を開始し、吐出に伴う中間槽の内圧変化量が目標吐出液体積に応じた値になった時点で中間槽と調合容器との連通を遮断して吐出を停止させることが望ましい。この場合、制御部は、吐出停止時の中間槽の内圧である吐出停止圧を固定値とし、吐出開始時の中間槽の内圧である吐出開始圧を目標吐出液体積に基づいて算出することが望ましい。その際、液体吐出停止圧は、連通経路切替手段の切替速度に比して、液体吐出速度が緩慢になる圧力値に設定されることが望ましい。

他の好適な態様では、制御部は、目標吐出液体積に余裕量を付加した値を目標吸引液体積とする。この場合、制御部は、中間槽からの液体吐出後、中間槽を貯留容器に連通させて残留液体を貯留容器に戻すことが望ましい。

他の好適な態様では、さらに、各中間槽と貯留容器とを接続し、液体吸引時に貯留容器内の液体が流入する吸引配管と、各中間槽と調合容器とを接続し、液体吐出時に当該中間槽内の液体が流入する吐出配管と、を備え、吸引配管および吐出配管は、流入する液体の粘度に応じて内径が異なる。さらに、各中間槽と貯留容器とを接続し、液体吐出後に当該中間槽に残留した液体が流入する回収配管を備え、回収配管は、流入する液体の粘度に応じて内径が異なることが望ましい。

本発明によれば、中間槽ごと、換言すれば、貯留容器ごとに加減圧手段を設ける必要がないため、複雑な制御等が不要であり、より簡易に液体調合ができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である水薬調合装置１０の概略構成を示す図である。この水薬調合装置１０は、複数種類の水薬を調合するための装置であり、水薬が貯留された複数の薬瓶１００ａ，１００ｂ，・・・，１００＊（以下、添え字ａ，ｂ，・・・＊は省略する）から指定量の水薬を投薬瓶１１０に供給する。ここで薬瓶１００は液体を貯留する貯留容器に相当し、投薬瓶１１０は液体を調合する調合容器に相当する。この水薬調合装置１０は、各薬瓶１００に対応して設けられた中間槽３０、単一の減圧ポンプ１２および加圧ポンプ２２、投薬瓶１１０を必要な水薬の吐出位置に順次移送する移送ユニット５０、および、装置全体を制御する制御部（図示せず）等を備えている。

中間槽３０は、各薬瓶１００ごとに設けられる密閉槽である。この中間槽３０は、減圧配管１８を介して減圧ポンプ１２に、加圧配管２８を介して加圧ポンプ２２に、吸引配管３６を介して薬瓶１００の底部近傍に、回収配管４０を介して薬瓶１００の上部近傍に、それぞれ接続されている。また、この中間槽３０には、当該中間槽３０の内部に一時貯留した水薬を吐出する吐出配管４４も接続されている。減圧配管１８および加圧配管２８は中間槽３０の上部に、吸引配管３６は中間槽３０の側面に、回収配管４０および吐出配管４４は中間槽３０の底部にそれぞれ接続されている。各配管１８，２８，３６，４０，４４には、制御部により開閉制御されるバルブ３２，３４，３８，４２，４６が設けられており、これらのバルブ３２，３４，３８，４２，４６を適宜、開閉することで中間槽３０の連通先が切り替わることになる。したがって、バルブ３２，３４，３８，４２，４６は、中間槽３０の連通先を切り替える連通経路切替手段として機能することになる。バルブ３２，３４，３８，４２，４６が全て閉鎖された場合、中間槽３０は気密状態となる。

この中間槽３０には、薬瓶１００から吸引された水薬が一時貯留される。水薬の吸引は、中間槽３０の内部を減圧した後、吸引配管３６に設けられた吸引用バルブ３８を開放することによりなされる。中間槽３０の内部を減圧する場合は、減圧配管１８に設けられた減圧用バルブ３２のみを開放した状態で後述する減圧ポンプ１２を駆動する。また、一時貯留された水薬は、吐出配管４４を介して投薬瓶１１０に吐出される。この吐出は、加圧配管２８に設けられた加圧用バルブ３４を開放するとともに後述する加圧ポンプ２２を駆動して中間槽３０の内部を加圧した後、吐出配管４４に設けられた吐出用バルブ４６を開放することで行われる。水薬吐出後、中間槽に残留した水薬は、回収配管４０に設けられた回収用バルブ４２を開放することで、回収配管４０を介して薬瓶１００に戻される。

なお、吸引配管３６、回収配管４０、吐出配管４４は、中間槽３０ごとに設けられている。したがって、装置全体としては、複数の吸引配管３６、回収配管４０、吐出配管４４を有することになる。一方、減圧配管１８および加圧配管２８は、図１に図示するとおり、中間槽３０の数に応じて分岐しているものの、単一の配管である。単一の配管ではあるものの、中間槽３０ごとに設けられた減圧用バルブ３２および加圧用バルブ３４を開閉することで、減圧ポンプ１２および加圧ポンプ２２に連通する中間槽３０、換言すれば、減圧および加圧される中間槽３０が適宜、切り替えられるようになっている。

減圧される中間槽３０の内圧は、減圧配管１８に設けられた単一の圧力計１４で計測される。この圧力計１４は、減圧用バルブ３２より減圧ポンプ１２寄りの位置に設けられており、減圧配管１８の内圧を計測する。減圧配管１８の内圧は、減圧されている中間槽３０、換言すれば、減圧用バルブ３２が開放されている中間槽３０の内圧に等しくなるため、当該圧力計１４により減圧されている中間槽３０の内圧が計測できることになる。同様に、加圧される中間槽３０の内圧は、加圧配管２８に設けられた単一の圧力計２４で計測される。この圧力計２４は、加圧用バルブ３４より加圧ポンプ２２寄りの位置に設けられており、加圧配管２８の内圧、すなわち、加圧用バルブ３４が開放されている中間槽３０の内圧を計測する。

また、減圧配管１８および加圧配管２８には、中間槽３０を大気開放するための大気開放弁１６，２６がそれぞれ一つずつ設けられている。大気開放弁１６，２６は、減圧配管１８または加圧配管２８と、外部空間と、を連通するバルブである。当該大気開放弁１６，２６が開放されることにより、減圧用バルブ３２または加圧用バルブ３４が開放されている中間槽３０が、大気開放される。

減圧ポンプ１２は、減圧用バルブ３２が開放された中間槽３０内を減圧するポンプである。制御部は、圧力計１４で検出された中間槽３０の内圧に応じて、適宜、この減圧ポンプ１２を駆動または停止させる。換言すれば、減圧ポンプ１２では、厳密な減圧量の制御は行っていない。そのため、本実施形態では、減圧ポンプ１２として、減圧量制御が可能な高価なポンプを用いる必要はなく、簡易な構成で比較的安価なポンプ、例えば、ダイアフラムポンプ等を用いることができる。

加圧ポンプ２２は、加圧用バルブ３４が開放された中間槽３０内を加圧するポンプである。制御部は、圧力計２４で検出された中間槽３０の内圧に応じて、適宜、この加圧ポンプ２２を駆動または停止させる。換言すれば、加圧ポンプ２２も、減圧ポンプ１２同様、減圧量制御が可能な高価なポンプを用いる必要はなく、簡易な構成で比較的安価なポンプ、例えば、ダイアフラムポンプ等を用いることができる。

移送ユニット５０は、投薬瓶１１０を必要な水薬の吐出位置、すなわち、必要な水薬を吐出する吐出配管４４の下方に移送する。このとき、吐出配管４４の先端を投薬瓶１１０の内部に挿入するのは言うまでもない。この移送ユニット５０は、適宜、投薬瓶１１０を移送できるものであれば、その構成は、特に限定されない。したがって、移送ユニット５０としては、例えば、ベルトコンベアやスライドレールを利用した移送装置などが適用できる。また、既述の中間槽３０等が円形状に配置されている場合には、当該円形と同心円状に設けられた回転テーブル等も移送ユニット５０として適用できる。

この移送ユニット５０は、制御部により、その駆動が制御される。すなわち、制御部は、予め、各吐出配管４４の位置、および、吐出される水薬の種類を装置情報として管理している。また、水薬調合する際に、ユーザから入力された調合に必要な水薬の種類とその液体積を調合情報として一時記憶する。ユーザにより調合情報が入力されると、制御部は、予め記憶された装置情報および入力された調合情報に基づいて、投薬瓶１１０の移送経路を求め、得られた移送経路に基づいて移送ユニット５０の駆動制御を行う。なお、本実施形態では、投薬瓶１１０を移送させる構成としているが、当然、投薬瓶１１０は位置固定とし、中間槽３０等を移動させる構成としてもよい。

次に、この水薬調合装置１０での水薬吸引の基本原理について説明する。目標吸引液体積ΔＶａの水薬を吸引する場合は、既述したとおり、まず、減圧用バルブ３２を開放するとともに減圧ポンプ１２を駆動して中間槽３０を後述する吸引開始圧Ｐ１まで減圧する。続いて、吸引用バルブ３８を開放して、水薬吸引を開始する。そして、中間槽３０の内圧が後述する吸引停止圧Ｐａになれば、目標吸引液体積ΔＶａが吸引できたとみなし、吸引用バルブ３８を閉鎖する。そして、最後に、減圧配管１８に設けられた大気開放弁１６を開放して、中間槽３０を大気圧に戻せば、吸引終了となる。なお、水薬吸引中、すなわち、吸引用バルブ３８を開放中も、中間槽３０の内圧を計測する必要がある。この内圧を計測するために、吸引用バルブ３８を開放している間も、減圧用バルブ３２は開放しておき、中間槽３０と圧力計１４とを連通させておく。

ここで、本実施形態では、水薬の吸引液体積を中間槽３０の内圧で管理している。そのため、本実施形態では、予め、目標吸引液体積ΔＶａに関わらず常に一定の吸引停止位置Ｐａを設定しておくとともに、水薬吸引の度に目標吸引液体積ΔＶａに応じた吸引開始圧Ｐ１を算出している。この吸引開始圧Ｐ１の算出について説明する。

中間槽３０に目標吸引液体積ΔＶａを吸引した際、中間槽３０および減圧配管１８の気体体積の変化量はΔＶａとみなすことができる。したがって、水薬吸引前の中間槽３０および減圧配管１８の気体体積をＶ１とすると、水薬吸引後の気体体積は（Ｖ１−ΔＶａ）とおける。また、吸引の開始から終了までの間に大幅な温度変化はないと考えられるため、中間槽３０および減圧配管１８の気体体積（Ｖ）と圧力（Ｐ）との積（ＰＶ）は、ほぼ一定とみなせる。したがって、吸引開始前の中間槽内圧（吸引開始圧）をＰ１，目標吸引液体積ΔＶａの水薬を吸引した後の中間槽内圧（吸引停止圧）をＰａとおくと、次の式が成り立つ。
（数１）
Ｖ１・Ｐ１＝（Ｖ１−ΔＶａ）・Ｐａ・・・式１

このうち、水薬吸引前の中間槽３０および減圧配管１８の気体体積Ｖ、目標吸引液体積Ｖａ、および、吸引停止圧Ｐａは既知の値である。したがって、吸引開始圧Ｐ１は、式１を変形した次式によって求めることができる。
（数２）
Ｐ１＝Ｐａ（１−ΔＶａ／Ｖ１）・・・式２

次に、事前に設定される吸引停止圧Ｐａについて説明する。既述したように、吸引停止圧Ｐａは、目標吸引液体積ΔＶａに関わらず常に一定の値である。したがって、この吸引停止圧Ｐａは、基本的には、大気圧より低い値であれば、どのような値を設定してもよいことになる。しかし、吸引精度を更に向上させるためには、吸引停止圧Ｐａは、ある程度、大気圧に近い値、具体的には、吸引用バルブ３８の応答性に比して、吸引速度が十分に遅くなる圧力値に設定されることが望ましい。

図２は、吸引用バルブ３８を開放してからの経過時間と中間槽３０の内圧との関係を示すグラフである。図２において、実線Ｌ１は中間槽３０内圧が吸引開始圧Ｐ１＿１の時点で吸引用バルブ３８を開放した際の内圧変化を、破線Ｌ２は中間槽３０内圧が吸引開始圧Ｐ１＿２の時点で吸引用バルブ３８を開放した際の内圧変化を、一点鎖線Ｌ３は中間槽３０内圧が吸引開始圧Ｐ１＿２の時点で吸引用バルブ３８を開放して粘度の高い水薬を吸引した際の内圧変化を、それぞれ示している。なお、細実線は、実際の水薬吸引時の中間槽３０の内圧変化、すなわち、吸引停止圧Ｐａに達した時点で大気開放を行った場合の中間槽３０の内圧変化を示している。

図２から明らかなように、中間槽３０の内圧と大気圧Ｐ０との差が大きい場合、中間槽３０の内圧は急激に変化する。一方、中間槽３０の内圧と大気圧Ｐ０との差が小さくなるにつれ、内圧変化は徐々に緩やかになる。これは、粘度の高い水薬の場合（Ｌ３）も同じである。内圧変化が急激な場合、当然、水薬の吸引速度も大きくなる。そして、このように内圧が急変しているときには、吸引用バルブ３８の閉鎖タイミングが僅かにずれても、吸引液体積に大きな誤差を生じることになる。一方、中間槽３０内圧が大気圧Ｐ０に近づき、内圧変化が緩慢になれば、吸引用バルブ３８の閉鎖タイミングがずれたとしても、大きな誤差を生むことはない。したがって、吸引精度をより向上させるためには、吸引停止圧Ｐａを、できるだけ、大気圧Ｐａに近い値に設定することが望ましい。ただし、吸引停止圧Ｐａを大気圧Ｐ０にあまりに近い値に設定すると、吸引完了までの時間が長くなる。そこで、吸引停止圧Ｐａは、吸引用バルブ３８の応答性、すなわち、制御部からのバルブ閉鎖指示を受けてから実際にバルブを閉鎖するまでに所要する時間を考慮し、この吸引用バルブ３８の応答性に比して吸引速度が十分に遅くなり、かつ、吸引完了までの時間をできるだけ短くできる圧力値に設定することが必要である。

なお、以上の説明は、いずれも、水頭圧が存在しない場合である。実際には、吸引配管３６の出口部、すなわち、吸引配管３６と中間槽３０との接続部が、薬瓶１００の水薬液面より高い位置に設定されている場合、水頭圧を考慮する必要がある。図３は、吸引配管３６の出口部が水薬液面より高い状態での、水薬液面と中間槽内圧との関係を示す図である。図３において、横軸は、吸引開始圧Ｐ１で吸引用バルブ３８を開放してからの経過時間を、縦軸は中間槽３０の内圧を、示している。また、実線Ｌ４は水薬液面が比較的高い場合の中間槽３０内圧を、破線Ｌ５は水薬液面が低い場合の中間槽３０内圧を、それぞれ示している。図３から明らかなように、吸引配管３６の出口部が水薬液面より高い状態では、水頭圧の影響を受けるため、大気圧Ｐ０より水頭圧ρｇｈ１またはρｇｈ２分だけ低い内圧で、中間槽３０の内圧が一定になる。このように吸引配管３６の出口部が水薬液面より高く、水頭圧の影響を受ける場合、既述の吸引停止圧Ｐａは、水頭圧を考慮した値に設定する必要がある。すなわち、水面が最も低い場合の水頭圧をρｇｈｍａｘとした場合、吸引停止圧Ｐａは、Ｐａ＜Ｐ０−ρｇｈｍａｘとなるような値に設定する必要がある。

なお、本実施形態では、吸引停止圧Ｐａを一定とし、吸引開始圧Ｐ１を目標吸引液体積ΔＶａに応じて適宜、算出している。しかし、吸引開始圧Ｐ１を一定とし、吸引停止圧Ｐａを目標吸引液体積ΔＶａに応じて適宜、変更するようにしてもよい。この場合、吸引開始圧Ｐ１は、多量の水薬を吸引でき得る程度の値に設定しておく。

また、図２に図示された破線Ｌ２と一点鎖線Ｌ３を比較すれば分かるとおり、水薬の粘度によって、吸引速度に差が生じる。水薬の粘度が高く、吸引速度が遅い場合、調合時間が長くなるばかりでなく、調合精度にも影響を与える場合がある。すなわち、吸引に時間がかかると、外気温の変動や水薬の蒸発等を招き、正確な調合ができない場合がある。そこで、粘度に応じて吸引配管３６の内径を変え、粘度による吸引速度の差を低減することが望ましい。すなわち、粘度が高いほど吸引配管３６の内径を大きくすることが望ましい。同様に粘度による吐出速度や回収速度の差を低減するために、吐出配管４４や回収配管４０の内径も粘度に応じて変えることが望ましい。

次に、この水薬調合装置１０を用いた水薬吐出の原理について簡単に説明する。水薬吐出の場合も、水薬吸引時と同様、中間槽３０内圧に基づいて吐出液体積を管理する。すなわち、中間槽３０に貯留されている水薬を吐出する場合は、まず、加圧用バルブ３４を開放するとともに加圧ポンプ２２を駆動して、中間槽３０内圧が吐出開始圧Ｐ２になるまで加圧する。続いて、吐出用バルブ４６を開放して水薬を投薬瓶１１０に吐出する。制御部は、水薬の吐出に伴う内圧変化をモニタリングし、中間槽３０内圧が吐出停止圧Ｐｄに達すれば、吐出用バルブ４６を閉鎖して、吐出を停止させる。最後に、加圧配管２８に設けられた大気開放弁２６を開放して、中間槽３０を大気圧に戻せば、吐出終了となる。

ここで、この吐出に利用される吐出開始圧Ｐ２および吐出停止圧Ｐｄは、既述の、吸引開始圧Ｐ１、吸引停止圧Ｐａと同様の手順で算出される。すなわち、吐出停止圧Ｐｄは、目標吐出液体積ΔＶｄに関わらず、常に、一定の値を予め設定しておく。一方、吐出開始圧Ｐ２は、吐出の度に、目標吐出液体積ΔＶｄに基づいて算出する。すなわち、吐出前の中間槽３０および加圧配管２８の気体体積をＶ２とおくと、吐出後の気体体積は目標吐出液体積ΔＶｄを付加した（Ｖ２＋ΔＶｄ）となる。したがって、次式のような関係が成立することになる。
（数３）
Ｐ２・Ｖ２＝Ｐｄ・（Ｖ２＋ΔＶｄ）・・・式３

さらに、この式３を変形すれば式４が求まる。
（数４）
Ｐ２＝Ｐｄ（１−ΔＶｄ／Ｖ２）・・・式４

ここで、吐出前の中間槽３０および加圧配管２８の気体体積Ｖ２は、吸引終了後の気体体積と等しいため、Ｖ２＝Ｖ１−ΔＶａと表すことができる。これを式４に代入すれば、吐出開始圧Ｐ２を既知の値で表した式５が得られる。
（数５）
Ｐ２＝Ｐｄ｛１−ΔＶｄ／（Ｖ１−ΔＶａ）｝・・・式５

中間槽３０内圧がこの式５で求まる吐出開始圧Ｐ２になるまで加圧した後、吐出用バルブ４６を開放し、中間槽３０内圧が予め設定された吐出停止圧Ｐｄになった時点で吐出用バルブ４６を閉鎖すると、目標吐出液体積ΔＶｄの水薬が投薬瓶１１０に吐出されることになる。

図４は、吐出用バルブ４６を開放してからの経過時間と、中間槽３０内圧と、の関係を示すグラフである。図４において、実線Ｌ６は中間槽３０内圧が吐出開始圧Ｐ２＿１になった時点で吐出用バルブ４６を開放した際の内圧変化を、破線Ｌ７は中間槽３０内圧が吐出開始圧Ｐ２＿２になった時点で吐出用バルブ４６を開放した際の内圧変化を、一点鎖線Ｌ８は中間槽３０内圧が吐出開始圧Ｐ２＿２になった時点で吐出用バルブ４６を開放して粘度の高い水薬を吐出した際の内圧変化を、それぞれ示している。なお、細実線は、実際の吐出時、すなわち、吸引停止圧Ｐｄで吐出用バルブ４６を閉鎖するとともに中間槽３０を大気圧に戻した際の中間槽３０内圧変化を示している。

図４から明らかなように、水薬吐出する場合も、水薬吸引する場合と同様、中間槽３０の内圧と大気圧との差が大きいほど、中間槽３０の内圧は急激に変化する。一方、中間槽３０の内圧と大気圧Ｐ０との差が小さくなるにつれ、内圧変化は徐々に緩やかになる。これは、粘度の高い水薬の場合（Ｌ８）も同じである。したがって、吐出精度をより向上させ、かつ、吐出完了までの時間を短くするためには、吐出用バルブ４６を閉鎖する吐出停止圧Ｐｄを、吐出用バルブ４６の応答性に比して吐出速度が十分に遅くなり、かつ、吐出完了までの時間をできるだけ短くできる圧力値に設定することが望ましい。

ところで、本実施形態では、目標吸引液体積ΔＶａは、目標吐出液体積ΔＶｄに若干の余分量、すなわちエクセス量αを付加した値としている（ΔＶａ＝ΔＶｄ＋α）。換言すれば、目標吸引液体積ΔＶａは、目標吐出液体積ΔＶｄより大きくしている（ΔＶａ＞ΔＶｄ）。これは、吐出精度の確保、吐出時間の短縮、全量吐出時に生じる水薬の飛散防止などのためである。すなわち、吐出する水薬量と同量の水薬を中間槽３０に吸引した場合、当該中間槽３０に貯留されている水薬を全て吐出しなければ、吐出液体積に誤差が生じることになる。しかし、中間槽３０の壁面等に付着する液滴等も残さず、吸引した水薬を全て吐出することは現実的に極めて困難である。また、図４に図示するとおり、中間槽３０に貯留される水薬液体積が少なくなるにつれて、吐出速度が低下する。そのため、中間槽３０に吸引した水薬を全て吐出する場合、吐出時間が長くならざるを得ない。さらに、残り少ない水薬が吐出配管から吐出される際には、不規則な流れが生じたり、気体が入り混じったりするため、水薬が飛散する場合がある。本実施形態では、かかる問題を防止するために、予め、多めの水薬を中間槽３０に吸引したうえで、目標吐出液体積ΔＶｄの水薬を吐出するようにしている。

次に、この水薬調合装置１０を用いた水薬調合の流れについて説明する。図５は、水薬調合の流れを示すフローチャートである。水薬調合を行う場合は、まず、すなわち、当該調合に必要な水薬の種類および液体積が調合情報としてユーザにより水薬調合装置１０に入力される。制御部は、入力された調合情報、および、予め管理している装置情報に基づいて、投薬瓶１１０の移送経路を算出する（Ｓ１０）。

続いて、移送経路に基づいて、移送ユニット５０を駆動し、投薬瓶１１０を最初の水薬吐出位置に移送させる（Ｓ１２）。投薬瓶１１０が吐出位置に達すれば、ポンプやバルブ等を駆動して、実際に、水薬の吸引、吐出を実行する（Ｓ１４，Ｓ３０，Ｓ５０）。

具体的には、まず、水薬のダミー吸引を行う（Ｓ１４）。図６は、ダミー吸引のより詳細な流れを示すフローチャートである。ダミー吸引は、実際の水薬吸引に先立って、吸引配管３６に水薬を充填させるため行う吸引処理である。本実施形態では、中間槽３０および減圧配管１８の気体体積変化量を水薬吸引液体積としている。また、その吸引液体積は中間槽３０に全部入るものとしている。したがって、吸引配管３６に気体が存在していると、水薬吸引液体積に誤差が生じてしまう。そこで、本実施形態では、実際の水薬吸引に先立ってダミー吸引を行い、吸引配管３６を水薬で充填するようにしている。なお、ダミー吸引は、各薬瓶の水薬の初回吸引時にのみ行えばよい。２回目以降は、吸引配管３６が水薬で満たされているため、ダミー吸引は不要となる。

ダミー吸引を行う際は、まず、一度、全バルブを閉鎖する（Ｓ１６）。次に、減圧用バルブ３２を開放するとともに、減圧ポンプ１２を駆動し、中間槽３０の内圧を減圧する（Ｓ１８）。このときの、減圧量は、吸引配管３６の体積以上の水薬を吸引できる程度の減圧量であればよく、厳密に調整される必要はない。したがって、この場合は、一定時間、例えば、数秒間、経過すれば、減圧ポンプ１２を停止する（Ｓ２２）。ある程度の減圧ができれば、吸引用バルブ３８を開放し、薬瓶１００内の水薬と中間槽３０とを連通する（Ｓ２４）。このとき、薬瓶１００内部に比して中間槽３０内は減圧状態となっており、両者間には圧力差が生じている。この圧力差により薬瓶１００内の水薬は、吸引配管３６を通じて中間槽３０へと導かれる。そして、この吸引により、吸引配管３６の内部は水薬で充填されることになる。中間槽３０にある程度の液体積の水薬が吸引できれば、吸引用バルブ３８を閉鎖し、代わりに、減圧配管１８に設けられた大気開放弁１６を開放する（Ｓ２６）。その後、回収用バルブ４２を開放し、中間槽３０に貯留されている水薬を薬瓶１００へと戻す（Ｓ２８）。そして、中間槽３０内の残留水薬が全て薬瓶１００に回収されれば、ダミー吸引は終了となる（Ｓ２９）。このとき、中間槽３０の内部は気体で充填され、吸引配管３６は水薬で充填された状態となる。その結果、この後になされる水薬吸引の精度をより向上することができる。なお、残留水薬を回収する際は、事前に、中間槽３０の内部を加圧し、水薬が積極的に回収配管４０へ導かれるようにしてもよい。

ダミー吸引が終了すれば、続いて、実際に投薬瓶１１０に吐出するための水薬の吸引を行う（Ｓ３０）。図７は、水薬吸引のより詳細な流れを示すフローチャートである。この場合、まず、調合情報に基づいて目標吸引液体積ΔＶａを、目標吸引液体積ΔＶａに基づいて吸引開始圧Ｐ１をそれぞれ算出する（Ｓ３２）。目標吸引液体積ΔＶａは、既述したとおり、調合に必要な水薬液体積（目標吐出液体積ΔＶｄ）に、若干の余裕量（エクセス量α）を付加した量である。また、吸引開始圧Ｐ１は、式２により算出される。

目標吸引液体積ΔＶａおよび吸引開始圧Ｐ１が算出されれば、全てのバルブを閉鎖し、中間槽を一度、気密状態にする（Ｓ３４）。その後、減圧用バルブ３２を開放するとともに、減圧ポンプ１２を駆動して中間槽３０を減圧する（Ｓ３６）。このときの中間槽３０内圧は、減圧配管１８に設けられた圧力計１４で検出される。制御部は、圧力計１４での検出値が吸引開始圧Ｐ１に達すれば、減圧ポンプ１２を停止する（Ｓ３８、Ｓ４０）。

中間槽３０内圧が吸引開始圧Ｐ１になれば、続いて、吸引用バルブ３８を開放し、薬瓶１００と中間槽３０とを連通させる（Ｓ４２）。両者が連通すると、薬瓶１００と中間槽３０との圧力差によって、水薬が中間槽３０へと導かれる。この水薬の流入に伴い、中間槽内の気体体積変化および内圧変化が生じる。制御部は、このときの中間槽３０内圧をモニタリングする。そして、中間槽３０内圧が吸引停止圧Ｐａに達すれば、吸引用バルブ３８を閉鎖し、吸引動作を停止させる（Ｓ４４）。そして、減圧配管１８に設けられた大気開放弁１６を開放して（Ｓ４８）、中間槽３０内圧を大気圧に戻せば、水薬吸引処理は終了となる。

中間槽３０に水薬を吸引できれば、続いて、吸引された水薬を投薬瓶１１０へ吐出する（Ｓ５０）。図８は、水薬吐出処理のより詳細な流れを示すフローチャートである。水薬を吐出する場合は、まず、目標吐出液体積ΔＶｄに基づいて吐出開始圧Ｐ２を算出する（Ｓ５２）。吐出開始圧Ｐ２は、既述の式５により算出することができる。

続いて、全てのバルブを閉鎖し、中間槽３０を気密状態にする（Ｓ５４）。その後、加圧用バルブ３４を開放するとともに、加圧ポンプ２２を駆動して、中間槽３０の内部を加圧する（Ｓ５６）。制御部は、このときの中間槽３０内圧をモニタリングする。そして、モニタリングの結果、中間槽３０内圧が吐出開始圧Ｐ２に達すれば、加圧ポンプ２２を停止させる（Ｓ６０）。続いて、吐出用バルブ４６を開放する（Ｓ６２）。吐出用バルブ４６が開放されると、中間槽３０に貯留された水薬は、吐出配管４４を通じて外部へと吐出される。このとき、吐出配管４４の下方には、投薬瓶１１０が移送されているため、吐出配管４４を通じて外部へ吐出された水薬は、投薬瓶１１０に供給されることになる。

水薬を吐出することにより、中間槽３０内圧が吐出停止圧Ｐｄに達すれば、制御部は、吐出用バルブ４６を閉鎖し、水薬の吐出を停止させる（Ｓ６４）。そして、加圧配管２８に設けられた大気開放弁２６を開放して（Ｓ６８）、中間槽３０内圧を大気圧に戻せば、水薬吐出処理が終了となる。

水薬吐出処理が終了すれば、中間槽３０に残留している水薬を薬瓶１００へと戻す（Ｓ７０）。すなわち、既述したとおり、中間槽３０への水薬吸引液体積ΔＶａは、吐出水薬液体積ΔＶｄより大きい。したがって、水薬吐出処理後、中間槽３０には、必ず、ある程度の水薬が残留することになる。水薬吐出処理が終了後は、回収用バルブ４２を開放して、この残留水薬を薬瓶１００に戻す。

残留水薬の回収が終了すれば、制御部は、算出した移送経路に基づいて、調合に必要な水薬がまだ残っているか否かを判断する（Ｓ７２）。調合に必要な水薬がある場合は、移送ユニット５０を駆動して、投薬瓶１１０を次の吐出位置へと移送する（Ｓ７４）。そして、再び、ステップＳ１４〜ステップＳ７０を実行する。これを繰り返し、調合に必要な水薬が全て投薬瓶１１０に吐出されれば、水薬調合は終了となる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、各薬瓶１００ごとに設けられた中間槽３０の内圧を制御することで吐出液体積の制御を行っている。したがって、高精度のポンプを多数用意する必要がない。また、一つのポンプや圧力計を、複数の中間槽で共用する構成となっている。そのため、水薬調合装置を安価に提供することができる。また、ポンプの制御や配線等、メンテナンス等を簡易化できる。さらに、本実施形態において、水薬が貯留される中間槽は、ポンプと分離されているため、必要に応じて、適宜、取り外して洗浄することができ、清潔に保つことができる。

なお、本発明の一実施例として水薬調合装置を説明したが、複数種類の液体を調合する装置であれば、他の装置にも当然適用してもよい。また、少なくとも、中間槽の空気層の加減圧で、水薬の吸引、吐出ができるのであれば、その他の構成は本実施形態と異なる構成であってもよい。また、水薬の吸引吐出の手順も適宜、変更してもよい。

本発明の実施形態である液体調合装置の概略構成を示す図である。 吸引用バルブを開放してからの経過時間と中間槽の内圧との関係を示すグラフである。 水薬液面と中間槽内圧との関係を示すグラフである。 吐出用バルブを開放してからの経過時間と中間槽の内圧との関係を示すグラフである。 水薬の調合の流れを示すフローチャートである。 ダミー吸引の詳細な流れを示すフローチャートである。 水薬吸引の詳細な流れを示すフローチャートである。 水薬吐出の詳細な流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 水薬調合装置、１２ 減圧ポンプ、１４，２４ 圧力計、１６，２６ 大気開放弁、１６ 大気開放弁、１８，２８，３６，４０，４４ 各配管、２２ 加圧ポンプ、３０ 中間槽、３２，３４，３８，４２，４６ バルブ、５０ 移送ユニット、１００ 薬瓶、１１０ 投薬瓶。

Claims (14)

1. 複数の貯留容器から指定量の液体を調合容器に供給して液体を調合する液体調合装置であって、
   各貯留容器ごとに設けられ、貯留容器から調合容器へ供給される液体を一時貯留する中間槽と、
   中間槽の内部を加減圧する加減圧手段と、
   各中間槽の連通先を切り替える連通経路切替手段と、
   少なくとも加減圧手段および連通経路切替手段と、を制御する制御手段と、
   を備え、
   制御手段は、加減圧手段および連通経路切替手段を制御して、中間槽内を減圧した後に中間槽と貯留容器とを連通させて貯留容器内の液体を中間槽内に吸引させ、中間槽内を加圧した後に中間槽と調合容器とを連通させて中間槽に一時貯留された液体を調合容器に吐出させることを特徴とする液体調合装置。
2. 請求項１に記載の液体調合装置であって、
   連通経路切替手段は、中間槽に接続された複数の接続配管に設けられる複数のバルブであることを特徴とする液体調合装置。
3. 請求項１または２に記載の液体調合装置であって、
   加減圧手段は、複数の中間槽に接続され、
   制御部は、連通経路切替手段を駆動して、加減圧手段に連通される中間槽を切り替えることで加減圧手段により加減圧される中間槽を切り替えることを特徴とする液体調合装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液体調合装置であって、さらに、
   中間槽の内圧を検出する圧力検出手段を備え、
   制御部は、中間槽の内圧変化量に基づいて、吸引または吐出される液体積を制御することを特徴とする液体調合装置。
5. 請求項４に記載の液体調合装置であって、
   制御部は、中間槽を減圧した後に中間槽と貯留容器とを連通させて吸引を開始し、吸引に伴う中間槽の内圧変化量が目標吸引液体積に応じた値になった時点で中間槽と貯留容器との連通を遮断して吸引を停止させることを特徴とする液体調合装置。
6. 請求項５に記載の液体調合装置であって、
   制御部は、吸引停止時の中間槽の内圧である吸引停止圧を固定値とし、吸引開始時の中間槽の内圧である吸引開始圧を目標吸引液体積に基づいて算出することを特徴とする液体調合装置。
7. 請求項６に記載の液体調合装置であって、
   液体吸引停止圧は、連通経路切替手段の切替速度に比して、液体吸引速度が緩慢になる圧力値に設定されることを特徴とする液体調合装置。
8. 請求項４から７のいずれか１項に記載の液体調合装置であって、
   制御部は、中間槽を加圧した後に中間槽と調合容器とを連通させて吐出を開始し、吐出に伴う中間槽の内圧変化量が目標吐出液体積に応じた値になった時点で中間槽と調合容器との連通を遮断して吐出を停止させることを特徴とする液体調合装置。
9. 請求項８に記載の液体調合装置であって、
   制御部は、吐出停止時の中間槽の内圧である吐出停止圧を固定値とし、吐出開始時の中間槽の内圧である吐出開始圧を目標吐出液体積に基づいて算出することを特徴とする液体調合装置。
10. 請求項９に記載の液体調合装置であって、
    液体吐出停止圧は、連通経路切替手段の切替速度に比して、液体吐出速度が緩慢になる圧力値に設定されることを特徴とする液体調合装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体調合装置であって、
    制御部は、目標吐出液体積に余裕量を付加した値を目標吸引液体積とすることを特徴とする液体調合装置。
12. 請求項１１に記載の液体調合装置であって、
    制御部は、中間槽からの液体吐出後、中間槽を貯留容器に連通させて中間槽内の残留液体を貯留容器に戻すことを特徴とする液体調合装置。
13. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体調合装置であって、さらに、
    各中間槽と貯留容器とを接続し、液体吸引時に貯留容器内の液体が流入する吸引配管と、
    各中間槽と調合容器とを接続し、液体吐出時に当該中間槽内の液体が流入する吐出配管と、
    を備え、
    吸引配管および吐出配管は、流入する液体の粘度に応じて内径が異なることを特徴とする液体調合装置。
14. 請求項１１に記載の液体調合装置であって、さらに、
    各中間槽と貯留容器とを接続し、液体吐出後に当該中間槽に残留した液体が流入する回収配管を備え、
    回収配管は、流入する液体の粘度に応じて内径が異なることを特徴とする液体調合装置。

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