JP2010060342A - 液体分注装置における分注モニタリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分注装置内の分注素子が動作しているかどうかを簡便に判定することができるようにする。
【解決手段】分注装置の筐体１内に配置された分注素子４からの動作音を集音できる位置にマイクロホン２が配置されている。マイクロホン２には音声増幅器６を介してスピーカ８が接続されている。
【効果】分注装置内部の分注素子からの音声情報により分注素子が正常に動作していることを容易に判定することができる。そのため、例えば、装置使用者が視覚では制御画面上の多様な情報の処理に追われる状態であっても、聴覚で分注動作を判断できるので好都合である。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野で使用される分析装置でサンプルや試薬を分注する液体分注装置において、分注動作が正常であるかどうかを監視するためのモニタリング装置に関するものである。

液体分注装置は、例えば、メンブレン上に展開して固相化された物質又はサンプルプレート上に配置された生体組織切片などの対象物を質量分析などの分析試料とするために、対象物上に試薬などを分注するための装置として利用することができる。

そのような液体分注装置として、対象物に対して一定の周期で駆動されて液滴を吐出する分注素子を備えた分注装置が提案されている（特許文献１〜３参照。）。

それらの分注装置では、分注部にピエゾ素子等を分注素子とする微量分注機構を用い、制御装置からの分注命令に従って分注素子を駆動して液滴を吐出している。

分注装置には試薬等が分注される対象物の画像を光学的に読み取ってモニタ画面に表示するようにしたものがある。そのような光学的なモニタ機構を備えた分注装置では、分注動作が正常に行われているか否かはモニタ画面を見ることにより判断することができる。

一方、ピエゾ素子等の分注素子を備えた分注装置には光学的なモニタ機構を備えていないものもある。分注装置は筐体で被われ、内部の状態を外から目視できないのが普通である。分注素子もその筐体内に配置されるので、筐体の外部からは分注素子による液体の吐出を観察できない。

ピエゾ素子等の分注素子を備えた分注装置では制御装置から分注命令を出していても正常な吐出が行われないことがある。その要因として、分注素子に与える駆動電圧の電圧条件の最適化が不十分であることや、分注素子の先端つまりなどが考えられるが、それ以前の前提としてそもそも分注素子が正常に機能しているかどうかという疑いが生じる。

分注素子が正常に機能しているかどうかの確認のために、オシロスコープ等を用いて分注素子に対し駆動電圧の電気信号が正常に発せられているかどうかを判定している。
特許第４０８０５４７号公報 特開２００５−２８３１２３号公報 特開２００５−２８３１２４号公報

オシロスコープ等を用いて電気信号が正常に発せられているかどうかを判定する作業は手間がかかる。そのうえ、分注素子そのものが破損していたり劣化していたり、又は断線により駆動していない場合には電気信号が正常に発せられていても分注動作は行われないので、電気信号が正常に発せられているかどうかによっては正常に分注動作が行われているか否かは判定できない。そのため分注素子を装置外に取り出した上で改めて検査する必要があった。

本発明は、分注装置内の分注素子が動作しているかどうかを、分注素子を装置外に外したり、オシロスコープ等の外部検査用具を導入したりすることなく、簡便に判定することができるようにすることを目的とするものである。

本発明では、分注素子近傍にマイクロホンを設置し、分注時に発せられる動作音を捕捉し、これを増幅して音声として発したり、音波の波形として表示したり、動作音の出ていることを示すサインとして装置使用者に知らせるようにしたものである。

すなわち、本発明が対象とする分注モニタリング装置は、対象物に対して一定の周期で駆動されて液滴を吐出する分注素子を筐体内に備えた分注装置に設けられて前記分注素子の分注動作を監視するものであって、分注装置の筐体は外部から分注素子を目視することのできないものであり、分注素子は分注動作に伴う動作音を発するものである。そして、本発明の分注モニタリング装置は、分注装置内で分注素子からの動作音を集音できる位置に配置されたマイクロホンと、マイクロホンが集音して出力した音声信号を処理して外部に出力する信号処理出力装置とを備えたものである。

分注素子が電気信号を受けて振動している状態をその動作音を検出することにより分注素子が駆動されていることを容易に判断できる。

信号処理出力装置の第１の形態は、マイクロホンが出力する音声信号を増幅する音声増幅器と、その音声増幅器により増幅された音声信号を音声に変換するスピーカを含むものである。この場合は、装置使用者は視覚では制御画面上の多様な情報の処理に追われる状態であっても、聴覚により分注動作を判断できるので好都合である。

信号処理出力装置の第２の形態は、マイクロホンが出力する音声信号を波形として表示する音波計を含むものである。この場合は、動作音の周波数が人間の可聴領域にあるかどうかに拘わらずに分注素子の動作を確認することができる。また、実際に分注素子が動作している音を監視しているので、電気信号で与えた周波数等の条件が実現されているかどうかを確認することができる。

信号処理出力装置の第３の形態は、マイクロホンが出力する音声信号の周波数解析をする周波数解析部と、分注素子が正常動作しているときの動作音の基準周波数を記憶している基準周波数設定部と、周波数解析部の周波数出力を基準周波数設定部に記憶されている基準周波数と比較して分注素子が正常動作しているか否かを判定する比較部と、比較部による判定結果を表示する表示部とを備えたものである。この場合は、分注素子が正常動作しているか否かが自動的に判定されてその結果が表示されるので、装置使用者は他の作業に集中することができるようになる。

信号処理出力装置は分注装置の制御装置内に組み込まれたものであってもよく、分注装置の制御装置とは別の装置として構成されたものであってもよい。

本発明の分注モニタリング装置は、分注装置の筐体内を見る光学的な手段を備えていない分注装置に設置されるだけではなく、分注素子からの分注動作を光学的に監視する光学的モニタリング機構を備えた分注装置に設置してもよい。

光学的モニタリング機構を備えた分注装置に本発明の分注モニタリング装置を設けた場合、光学的モニタリング機構により分注動作を確認すれば分注素子は正常に動作をしている筈であるので、本発明の分注モニタリング装置からも正常動作の情報が得られる。一方、本発明の分注モニタリング装置からは正常動作の情報が得られるが、光学的モニタリング機構による分注動作の確認ができない場合は、分注素子が詰まっていると判定することができる。このように、本発明の分注モニタリング装置を光学的モニタリング機構と併用すれは、分注素子の状態についてのより詳細な情報を得ることができる。

本発明によれば、分注装置内部の分注素子からの音声情報により分注素子が正常に動作していることを容易に判定することができる。そのため、例えば、装置使用者が視覚では制御画面上の多様な情報の処理に追われる状態であっても、聴覚で分注動作を判断できるので好都合である。

図１は第１の実施例を概略的に示したものであり、分注素子の動作音を増幅して発するものである。

分注装置の筐体１内に配置された分注素子４は、その下方に配置された対象物（図示されていない）に対して一定の周期で駆動されて液滴５を吐出する。分注素子４が筐体１内に配置されていることにより、筐体１の外部からは分注素子４を目視することができない。筐体１内には分注素子４からの動作音を集音できる位置にマイクロホン２が配置されている。マイクロホン２には音声増幅器６を介してスピーカ８が接続されている。

分注素子２が発する動作音は、マイクロホン２により集音されて音声信号としての電気信号に変換される。マイクロホン２から出力された音声信号は音声増幅器６により増幅され、スピーカ８により音声に変換される。音声増幅器６とスピーカ８は信号処理出力装置に該当する。

分注素子としてピエゾ素子を使用した分注装置では、分注素子には２４０Ｈｚ程度の周波数の電気信号を与えて液体を吐出するので、分注素子も同じ２４０Ｈｚ程度の振動数で振動して動作音を発する。そのような周波数は人間の可聴周波数であるので、増幅すれば装置使用者がその分注動作音を聴くことができる。

図２は第２の実施例を概略的に示したものであり、音波計を利用して音声を表示するものである。

分注装置の筐体１内に分注素子２が配置され、筐体１内には分注素子４からの動作音を集音できる位置にマイクロホン２が配置されている点、及び分注素子２が筐体１内に配置されていることにより筐体１の外部からは分注素子２を目視することができない点は図１の実施例と同じである。

この実施例では、マイクロホン２は音波計１０に接続されている。分注素子２が発する動作音がマイクロホン２により集音されて音声信号としての電気信号に変換される点は第１の実施例と同じであるが、マイクロホン２が出力した音声信号は音波計１０により波形として表示される。音波計１０は信号処理出力装置に該当する。

この実施例によれば、音声周波数が人間の耳に聴き取れない範囲の高周波数又は低周波数であっても、音波形１０に表示されることにより目視により確認することができる。

第１、第２の実施例は、信号処理出力装置である音声増幅器６とスピーカ８の組、及び音波計１０は分注装置の制御装置とは別の装置として構成されたものである。

第３の実施例として示される図３の分注モニタリング装置は、信号処理出力装置が分注装置１２の動作を制御する制御装置１４内に組み込まれたものの例を示している。分注装置１２の筐体内には、分注素子４からの動作音を集音できる位置にマイクロホン２が配置されている点は図１、図２の実施例と同じである。制御装置１４はコンピュータ１４ａに分注装置１２の動作を制御するソフトウェアを搭載し、さらに分注モニタリング装置の信号処理出力装置を実現するためのソフトウェアを搭載したものである。図３はコンピュータ１４ａとソフトウェアにより音波計１０の機能を実現したものであり、コンピュータ１４ａに接続されたディスプレー１４ｂに分注素子４からの動作音を波形として表示するようにしている。

コンピュータ１４ａとそれに組み込まれたソフトウェアにより音声増幅器の機能を実現し、コンピュータ１４ａに接続されるスピーカにより分注素子４からの動作音を音声として発するようにすることもできる。

使用者の便宜を考えれば、この実施例のように信号処理出力装置が分注装置１２の制御装置１４内に組み込まれたもの方が望ましい。

さらには音声発信と波形等表示とを組み合わせることももちろん可能である。

図４は第４の実施例を表したものである。信号処理出力装置は、マイクロホン２が出力する音声信号の周波数解析をする周波数解析部１６と、分注素子が正常動作しているときの動作音の基準周波数を記憶している基準周波数設定部１８と、周波数解析部１６の周波数出力を基準周波数設定部１８に記憶されている基準周波数と比較して分注素子が正常動作しているか否かを判定する比較部２０と、比較部２０による判定結果を表示する表示部とを備えている。判定結果の表示は、コンピュータのディスプレーに限らず、単なるＬＥＤ点灯やその他の表示で代替可能である。

この信号処理出力装置は、図３の実施例の分注装置１２の動作を制御するコンピュータ１４ａとそれに組み込まれたソフトウェアにより実現されるものであり、表示部はコンピュータ１４ａに接続されたディスプレー１４ｂにより実現される。

この実施例の動作を図５のフローチャートにより説明する。

コンピュータ１４ａは分注装置１２の分注動作を開始し、分注素子を駆動するための分注周波数を基準周波数として基準周波数設定部１８に設定する（ステップＳ１）。コンピュータ１４ａはマイクロホン２から音声信号を取り込み（ステップＳ２）、音声信号が存在しないときはディスプレー１４ｂに異常（非動作）であることを表示する（ステップＳ３→Ｓ８）。

音声信号が存在するときは、周波数解析部１６において音声信号の周波数解析をし（ステップＳ３→Ｓ４）、比較部２０において周波数解析部１６の解析結果である測定周波数を示す周波数出力を基準周波数設定部１８に記憶されている基準周波数と比較する。その比較の結果、両周波数が一致すればディスプレー１４ｂに正常状態であることを表示し（ステップＳ５→Ｓ６）、一致しなければディスプレー１４ｂに異常（周波数のズレ）であることを表示する（ステップＳ５→Ｓ７）。

図６は一実施例でのマイクロホン２を配置した液体分注装置の一例を概略的に表したものである。

分注機構であるプリントヘッド３０には、試薬などを分注するピエゾ素子を備えた４個の分注素子４−１〜４−４が一列に並べられて装着されている。分注素子４−１〜４−４の位置は固定されている。分注素子４−１〜４−４からの分注量を制御するために、分注素子４−１〜４−４にかかる圧力を調整するための圧力制御部３２が装置本体の前面に取り付けられており、分注素子４−１〜４−４内の圧力を調整する摘み３４が各分注素子４０−１〜４−４に対応して４個配列されている。

分注しようとするサンプルプレートをテーブルとともに画像として取り込むために画像読取り装置としてスキャナー３６が配置されている。スキャナー３６の位置も固定されている。

テーブル３８は水平面内で移動できる可動テーブルであり、そのテーブル３８上にはサンプルプレート４０が所定の位置に載置されている。テーブル３８は平面内で移動し、分注時にはサンプルプレート４０の指定された位置を分注素子４−１〜４−４の下方に位置決めし、画像を取り込む時にはテーブル３８上の撮像すべき部分をスキャナー３６の下方に位置決めする。

分注素子４−１〜４−４から分注をするときに、先端部の画像を取り込み、分注の様子を監視するために撮像装置としてＣＣＤカメラ４２が配置されている。ＣＣＤカメラ４２は、設置スペースを抑えるために、斜め上方から分注素子４−１〜４−４の先端部の画像を取り込むように取りつけられている。分注素子４−１〜４−４は互いに異なる液を分注するものであり、サンプルプレート４０などの所定の分注位置が下方に位置決めされた分注素子４−１〜４−４が分注動作を行う。分注動作を行う分注素子４−１〜４−４が変わったときに、その動作を行う分注素子４−１〜４−４の画像を取り込むように、カメラ４２は分注素子４−１〜４−４の配列に平行に移動できるように取りつけられている。

ＣＣＤカメラ４２を支持している機構にはマイクロホン２が取りつけられ、マイクロホン２はカメラ４２とともに移動して、動作を行う分注素子４−１〜４−４が発する動作音を集音するようになっている。

マイクロホン２、テーブル３８、プリントヘッド３６、カメラ４２及びスキャナー３６は分注装置本体１２ａと蓋１２ｂとからなる筐体内に収納され、筐体の蓋１２ｂはサンプルプレート４０の交換の際など、随時に開けることができるようになっている。

分注素子４−１〜４−４は筐体内に配置されているので、筐体の外部からは目視することができない。分注素子４−１〜４−４は分注時に動作音を発し、その音声がマイクロホン２で集音されて、上記の実施例に示されたように分注素子４−１〜４−４が正常に駆動されているかどうかが判定される。

第１の実施例を表す概略構成図である。 第２の実施例を表す概略構成図である。 第３の実施例を表す概略構成図である。 第４の実施例を表すブロック図である。 一実施例の動作を示すフローチャートである。 一実施例でのマイクロホンを配置した液体分注装置の一例を概略的に表した斜視図である。

符号の説明

１ 分注装置の筐体
４，４−１，４−２，４−３，４−４ 分注素子
２ マイクロホン
６ 音声増幅器
８ スピーカ
１０ 音波計
１２ 分注装置
１２ａ 分注装置本体
１２ｂ 蓋
１４ 制御装置
１４ａ コンピュータ
１４ｂ ディスプレー
１６ 周波数解析部
１８ 基準周波数設定部
２０ 比較部
４２ ＣＣＤカメラ

Claims (7)

1. 対象物に対して一定の周期で駆動されて液滴を吐出する分注素子を筐体内に備えた分注装置に設けられて前記分注素子の分注動作を監視する分注モニタリング装置において、
   前記筐体は外部から前記分注素子を目視することのできないものであり、
   前記分注素子は分注動作に伴う動作音を発するものであり、
   該分注モニタリング装置は、前記分注装置内で前記分注素子からの動作音を集音できる位置に配置されたマイクロホンと、前記マイクロホンが集音して出力した音声信号を処理して外部に出力する信号処理出力装置とを備えたものであることを特徴とする分注モニタリング装置。
2. 前記信号処理出力装置は、前記マイクロホンが出力する音声信号を増幅する音声増幅器と、前記音声増幅器により増幅された音声信号を音声に変換するスピーカを含む請求項１に記載の分注モニタリング装置。
3. 前記信号処理出力装置は、前記マイクロホンが出力する音声信号を波形として表示する音波計を含む請求項１に記載の分注モニタリング装置。
4. 前記信号処理出力装置は、
   前記マイクロホンが出力する音声信号の周波数解析をする周波数解析部と、
   前記分注素子が正常動作しているときの動作音の基準周波数を記憶している基準周波数設定部と、
   前記周波数解析部の周波数出力を前記基準周波数設定部に記憶されている基準周波数と比較して前記分注素子が正常動作しているか否かを判定する比較部と、
   前記比較部による判定結果を表示する表示部と、
   を備えている請求項１に記載の分注モニタリング装置。
5. 前記信号処理出力装置は前記分注装置の制御装置内に組み込まれたものである請求項１から４のいずれか一項に記載の分注モニタリング装置。
6. 前記信号処理出力装置は前記分注装置の制御装置とは別の装置として構成されたものである請求項１から４のいずれか一項に記載の分注モニタリング装置。
7. 前記分注装置は前記分注素子からの分注動作を光学的に監視する光学的モニタリング機構を備えたものである請求項１から４のいずれか一項に記載の分注モニタリング装置。

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