JP2013156089A

JP2013156089A - 液体分注装置

Info

Publication number: JP2013156089A
Application number: JP2012015779A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Ishigami; 良平石神; Shahed Sarwar; シャヘッドサルワル; Goro Yoshida; 悟郎吉田; Kenichi Nishigaki; 憲一西墻
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-27
Also published as: JP5830395B2

Abstract

【課題】安価でありながら、容器底面、液面、異常下降検知を検出できる液体分注装置を実現する。
【解決手段】プローブと接地された筐体間の静電容量が液面センサ１１７に入力され、入力された静電容量をＣＶ変換回路１１５ａにより電圧に変える。この電圧は信号処理回路１１５ｂを経てＤＣに変えられ、判定回路１１７ｃにより一定電圧と比較され液面検知信号を出力する。液面接触時より容器底面に接触時のほうが、静電容量の変化が大きいため、同一回路構成により、判定回路１１７ｃからの出力信号を液面検知と容器底面検知と区別することが可能である。
【選択図】図１０

Description

本発明は、液体分注装置の容器底検知に関する。

自動分析装置等に使用される液体分注装置においては、試料、試薬またはそれらの反応液である液体をノズルを用いて容器に分注し、その分注する液体の液面をノズルを用いて検出するタイプの液面検知機構及びセンサが用いられる。

液面検出方式にはいくつかの方法があるが、特許文献１に記載されているような液面検出時にノズルの液体に対する浸入量をできるだけ少なくし得るのに有効な静電容量式のものが多く用いられる。

また、液体分注装置において、極く微少量の液体の分注を行う場合には、ノズル先端をまず容器の底に接触させ、その状態で又はその位置から若干ノズルを上方へ引き上げた状態で液体が吐出される。

そのため、容器底面検知が必要となる。容器の底への接触を検出する方法として、ノズルが物体に触れた際の振動の検出や、特許文献２に記載されているフォトインタラプタによる検出、特許文献３に記載されているドライバ信号を負荷トルク信号としてモニタリングする方法が用いられている。

特開１９９９−６４３４５号公報特開２０１１−５９００８号公報特開１９９９−３０４８１９号公報

上述したように、液体分注装置は、試料や試薬などの液体を容器内へ小分けする装置である。この液体分注装置において、比較的多量の液体の吐出を行わせる場合、ノズルは容器の底より高い位置で停止させ、その状態で吐出が行われる。

一方、上述したように、極く微少量の液体の分注を行う場合には、ノズル先端をまず容器の底に接触させ、その状態で又はその位置から若干ノズルを上方へ引き上げた状態で液体が吐出される。つまり、微少量の液体はノズル先端から滴下しないため、容器の底に液体を付着させてノズルからその微少液体を離脱させるものである。

上述したように、微少量の分注に関して、液体を分注する容器の底を検出することは非常に重要である。

しかし、容器底面検出機構を液体分注装置に備えることで、装置が大型化し、製造原価が上昇してしまう。製造原価上昇を抑制するため、さらに小型の容器底面検知器を新規開発することが考えられるが、そのためのコストも必要となり、製造原価の上昇を招くことになる。

特許文献２に記載されたフォトインタラプタは、容器内の異物や容器外への接触、または液面検出失敗のため生じる容器底面を検出する方法として一般的であるが、この方法を分注のための容器底面検知に適用する場合、誤検知の可能性は低いため、精度が求められなければ信頼性は高い検出方法である。しかし、フォトインタラプタを使用する方法は、位置検出精度が低く、厳しい取付け精度が要求されるため、そのための機構等が必要であり、製造原価の上昇を招くことになる。

ここで、液体容器内の異物や液体容器外へのノズルの接触、または液面検出失敗を検出する手段を異常下降検知と呼ぶこととするが、この異常下降検知は、検体損失防止やノズル破損を防ぐためのセンシングのためには必須の機能であり、信頼性が求められる機能である。

加えて、液体分注装置ではノズルの液体内への突っ込み量を最小限に抑えるため、液面検知も必須な機能となる。よって、容器底面、液面、異常下降検知を全て検出できる装置を安価に実現することが要求される。

本発明の目的は、安価でありながら、容器底面、液面、異常下降検知を検出できる液体分注装置及びそれを用いた自動分析装置を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は、以下のように構成される。

液体分注装置において、液体流路を形成する内部金属と、この内部金属より外部側に形成されたシールド用金属管とを有する分注ノズルと、分注ノズル内に液体を吸引させ、吸引させた液体を吐出させる分注機構と、分注ノズルを上下方向に分離可能に支持する支持部材と、支持部材を上下方向に動作させる移動機構と、分注ノズルの内部金属とシールド用金属との間の静電容量と、ノズルの内部金属と液体分注装置の筐体との間の静電容量との合成静電容量を検知する静電容量センサと、静電容量センサが検知した合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、分注ノズルが液体吐出のために下降動作中であるときは、分注ノズルが液体を吐出する容器の底面に到達したと判断し、合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、分注ノズルが液体吸引のために下降動作中であるときは、分注ノズルが液体を吸引する容器内の液面に到達したと判断し、移動機構及び分注機構の動作を停止させる制御部とを備える。

安価でありながら、容器底面、液面、異常下降検知を検出できる液体分注装置及びそれを用いた自動分析装置を実現することができる。

本発明の実施例１である液体分注装置が適用された自動分析装置の概略構成図である。本発明とは異なる例であり本発明との比較のための例示である静電容量方式を用いた液面検知手段を示す図である。本発明とは異なる例であり本発明との比較のための例示である静電容量方式を用いた液面検知手段を示す図である。本発明とは異なり、本発明との比較のために例示する例である液面検知に必要なアームとノズルの断面図である。本発明の実施例１における容器底面検知に必要なアームとノズルの断面図である。本発明の実施例１における容器底面検知に必要なアームとノズルの断面図である。本発明の実施例１におけるノズルの内部と反応容器の断面図である。本発明の実施例１におけるノズルの内部と反応容器の断面図である。本発明の実施例１における接地状態を示す図である。本発明の実施例１による静電容量式液面センサの機能ブロック図である。異常下降または容器底面の検出方法を示す図である。本発明の実施例１における液面、容器底面、異常下降の検知動作フローチャートである。本発明の実施例１における液面、容器底面、異常下降の他の検知動作フローチャートである。本発明の実施例２における静電容量式液面センサの機能ブロック図である。本発明の実施例２における静電容量式液面センサの機能ブロック図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の実施例１は、分注ノズルのシールド部とアームに取り付けられた導電性物体の接触・非接触により、電気信号の変化を検出し、容器底面を検知する例である。

図１は、本発明の実施例１である液体分注装置が適用された自動分析装置の概略構成図である。

図１において、自動分析装置は、搬送ライン１０１と、ローター１０２と、試薬ディスク１０３と、反応ディスク１０４と、分注機構１０５と、攪拌機構１０６と、分光器１０７と、反応容器洗浄機構１０８と、ノズル洗浄機構１０９と、制御部１１５とを備えている。

搬送ライン１０１は、検体を入れた検体容器１１０を保持する検体ラック１１１を、生化学反応を利用した比色分析を行うために、反応ディスク１０４上に配置された反応容器１１２へ必要量移送する分注機構１０５が分注動作を行えるポジションまで移送する。搬送ライン１０１は更に、ローター１０２と接続されており、ローター１０２を回転させることにより、他の搬送ライン１０１との間で検体ラック１１１のやり取りを行う。

試薬ディスク１０３は、試薬を入れた試薬容器１１３を保持し、分析対象となる検体中の成分と反応する試薬を、比色分析に必要な量だけ反応ディスク１０４上に配置された反応容器１１２へ移送するために、分注機構１０５が分注動作を行えるポジションまで回転移送する。

反応ディスク１０４は、水を代表とする恒温媒体上に、検体中の成分と試薬とが化学反応している間、両者の混合物である反応液を入れた反応容器１１２を保持するとともに、比色分析を行う分光器１０７や攪拌機構１０６、反応容器洗浄機構１０８等の動作ポジションまで各動作の対象となる反応容器１１２を回転移送する。

分注機構１０５は、比色分析を行う上で、検体と分析対象に応じた試薬を必要量だけ検体容器１１０や試薬容器１１３から吸引し、反応容器１１２に吐出する。

分注機構１０５に備えられたノズル１１６には、静電容量変化により液体の有無を検出する液面センサ１１７が接続されており、ノズル１１６と液面センサ１１７はアーム１１８に保持される。分注機構１０５が分注動作を行うポジションの近傍には、シールド部１１４が備えられている。また、分注機構１０５を上下方向、または回転方向に移動させるために分注機構用モーター１１９が備えられている。

攪拌機構１０６は、検体容器１１０から反応容器１１２に吐出された検体中の分析対象成分と、試薬容器１１３から反応容器１１２に吐出された試薬の反応を促進するために、反応容器１１２中の反応液の攪拌を行う。

分光器１０７は、攪拌機構１０６により攪拌され化学反応した反応液を吸光度測定による比色分析を行う。

また、反応容器洗浄機構１０８は、比色分析を終了した反応容器１１２から反応液の吸引を行い、洗剤などを吐出し、反応容器１１２の洗浄を行う。

また、ノズル洗浄機構１０９は、検体や試薬を分注した分注機構１０５のノズル先端を、残留物により次の分析対象に影響をおよぼさないように洗浄する。

次に、図２及び図３を用いて、本発明とは異なる例であり、本発明との比較のための例示である静電容量方式を用いた液面検知手段について説明する。

図２及び図３に、ノズル１１６の内部と、容器２０１（検体容器１１０または試薬容器１１３）の断面図を示す。図２及び図３において、ノズル１１６の内部構造は中心が空洞でその内部を液体が流れる流路２０６となっている。流路２０６を囲うようにノズル内部金属２０７が位置し、流路の壁として、また、液面検知用静電容量検出部としての役目を持つ。ノズル内部金属２０７は液面検知用静電容量検出部であるため、外部からの影響を軽減するためシールド用の金属管２０４を備える。

そして、シールド用の金属管２０４を誘電体２０５が保持する。ノズル内部金属２０７と接地された筐体２０３間の静電容量は、ノズル内部金属２０７と接地されたシールド用の金属管２０４の静電容量Ｃ１と、ノズル内部金属２０７と検体または試薬である液体２０８間の静電容量Ｃ２と、検体または試薬２０８と接地された筐体間の検体容器１１０又は試薬容器１１３用フォルダ２０２の静電容量Ｃ３により決定する。

図２に示すように、ノズルの内部金属２０７が液面に接触しない時、ノズル内部金属２０７と接地された筐体２０３間の静電容量は、Ｃ１＋（Ｃ２＊Ｃ３／（Ｃ２＋Ｃ３））となる。

図３に示すように、ノズルの内部金属２０７が液体２０８の液面に接触すると、ノズル内部金属２０７と接地された筐体２０３間の静電容量は、Ｃ２が物理的に無くなりＣ１＋Ｃ３となる。このノズルと接地された筐体２０３間の静電容量の変化を検出し、ＣＶ変換、信号処理回路を経て、判定回路により液面の接触を判断する。

図４に、本発明とは異なり、本発明との比較のために例示する例である液面検知に必要なアーム１１８とノズル１１６の断面図を示す。図４は分注機構内のアーム底面を中心に記載するため、アーム上面やノズル先端は省略する。

図４において、ノズル１１６を保持するため、金属管４０４（シールド用）にドーナツ状の第１の金属４０５が備えられている。金属管４０４（シールド用）とドーナツ状の第１の金属４０５は物理的に接合させ、常に電気的に接続された状態とする。

ドーナツ状の第１の金属４０５とアーム上面間にはバネ等の弾性体を使用し、ノズルの振動を抑える。金属管４０４の内部側に誘電体４０６が形成され、この誘電体４０６の内部側に信号用のノズル内部金属４０３が形成される。そして、内部金属４０３の内部側が流体流路４０２となっている。

アーム内壁４０１は導電塗料が塗られ、接地された筐体２０３と電気的に接続された状態となる。また、アーム内壁４０１とドーナツ状の第１の金属４０５は接触しているため、金属管４０４（シールド用）も接地された状態となる。

次に、接触・比接触を利用した容器底面検知の概要を説明する。

図５は、本発明の実施例１における容器底面検知に必要なアーム１１８とノズル１１６の断面図である。図５に示したノズルの内部構造は、図２及び図３に示したノズル内部構造と同様である。

つまり、金属管５０４の内部側に誘電体５０８が形成され、この誘電体５０８の内部側に信号用のノズル内部金属５０３が形成される。そして、内部金属５０３の内部側が流体流路５０２となっている。

図５は分注機構内のアーム底面を中心に記載するため、アーム上面やノズル先端は省略する。

図５に示した例は、図４に示した液面検知に必要な構造に加え、アーム内壁５０１とドーナツ状の第１の金属５０５との間にドーナツ状の第２の金属５０６を取り付け、プローブが容器底面に接触した時にドーナツ状の第１の金属５０５とドーナツ状の第２の金属５０６とが離れる構造とする。アーム内壁５０１は導電塗料が塗られ、接地された筐体７０２（自動分析装置の筐体（液体分注装置の筐体））と電気的に接続され、接地された状態となる。

また、ドーナツ状の第２の金属５０５は、アーム内壁５０１に物理的に接合させ、常に電気的に接続された状態にする。また、金属管５０４とアーム内壁５０１の導電塗料が接触することを防ぐため、アーム内壁５０１と金属管５０４と接触する可能性がある箇所は絶縁物５０７などにより絶縁性となる構造とする。

ノズルが容器底面に未到達時は、ドーナツ状の第１の金属５０５とドーナツ状の第２の金属５０６とが接触しているため、金属管５０４（シールド用）は接地された状態となる。

上記構造とすることで、ノズルが容器底面に接触するとノズルに垂直方向の力が加わり、図６に示すように、ドーナツ状の第１の金属５０５とドーナツ状の第２の金属５０６とが離れ非接触となる。ドーナツ状の第２の金属５０５は、導電塗料が塗られたアーム内壁５０１と電気的に接続されていて、接地された筐体２０３と電気的に接続された状態となる。

また、ドーナツ状の第１の金属５０５は金属管５０４（シールド用）と同電位であるが、接地された状態ではなくなるため電気的に浮いた状態となる。金属管５０４（シールド用）を浮いた状態にするため、振動を抑えるためにドーナツ状の第１の金属５０５とアーム上面間に使用するバネは絶縁体または一部絶縁体とする。

図７は、本発明の実施例１におけるノズル１１６の内部と、反応容器１１２の断面図である。

図７において、ノズル内部金属７０６と接地されたシールド用の金属管７０３の静電容量Ｃ１は図２の液面検知と同じであるが、導電性の液体が容器７０１内にないため、静電容量Ｃ２とＣ３が無くなり、ノズル内部金属７０６と接地された装置の筐体７０２との間の静電容量Ｃ４が存在する。なお、ノズル内部金属７０６の内部側が流路７０５となっている。

ノズルの内部金属７０６が反応容器７０１底面に接触しない時、ノズル内部金属７０６と接地された筐体との間の全静電容量は、Ｃ１＋Ｃ４となる。

ノズルの内部金属２０７が反応容器７０１底面に接触するとノズルに垂直方向の力が加わり、金属管７０３（シールド用）は、接地された状態ではなくなるため電気的に浮いた状態となる。このため、ノズル内の誘電体７０４の内部側のノズル内部金属７０６とシールド用の金属管７０３間の静電容量Ｃ１が０となり、ノズル内部金属７０６と接地された筐体間の全静電容量は、図８に示す静電容量Ｃ４のみとなる。

静電容量Ｃ１は通常数十ｐＦであるため、反応容器７０１の底面に接触すると、数十ｐＦの静電容量の変化が起きる。液面センサ１１７は約０．１ｐＦの容量変化で液面を検出可能なため、同一回路を使用すれば感度に十分尤度があり容器底面検出が容易に可能となる。

次に、容器底面検知と液面検知とを可能とする回路構成について説明する。

まず、図９は接地状態を示す図である。図９において、ノズルの容器底面到達前は、筐体、アーム内壁、液面センサ１１７のＧＮＤ、ノズルの金属管が全て接地された状態とする。従来の技術である液面検知も同じ接地の状態であるため、副作用は無い。

一方、ノズルの容器底面到達後は、金属管のみ接地された状態ではなくなるため電気的に浮いた状態となる。この状態で意図して液面検知させる状況は無いため、容器底面到達前同様に液面検知への副作用は無い。

本発明の実施例１による静電容量式液面センサ１１７の機能ブロック図を図１０に示す。図１０において、プローブと接地された筐体間の静電容量が液面センサ１１７に入力される。入力された静電容量をＣＶ変換回路１１５ａにより電圧に変える。この電圧は整流回路等の役割を持つ信号処理回路１１５ｂを経てＤＣに変えられ、判定回路１１７ｃにより一定電圧と比較され、液面検知信号を出力する。

判定回路１１７ｃから出力された液面検知信号は、制御部１１５に入力される。制御部１１５は、入力された液面検知信号に従って、分注機構１０５の動作を制御する。

液面接触時より容器底面に接触時のほうが、静電容量の変化が大きいため比較回路を変える必要が無い。よって、容器底面検出は、静電容量式液面検知の機能ブロック図と同じであり、液面センサ回路の変更は一切必要がない。

液面検知と容器底面検知は１回の下降で両方の検知をさせるような装置の使い方はしない。また、下降する場所により、液面検知をさせるか容器底面検知をさせるかが決まっている。

よって、装置状態監視としては、分注機構が液体吐出時の下降であるか、液体吸引時の下降であるかにより、液面検知と容器底面検知を区別させることが可能となる。つまり、静電容量変化が液面検知レベル以上となったとき、判定回路１１７ｃからの出力信号を制御部１１５に供給すれば、分注機構の動作が液体吐出か吸引化により、液面検知と容器底面検知とを区別することが可能である。

上記のことから、現行品で使用している１つの液面センサで液面検知と容器底面検知の両方の検知が可能となる。そのため、容器底面検知を可能にさせても、追加のセンサや取付けスペースを必要とせず、低コスト・省スペースを実現できる。

次に、液面、容器底面、異常下降検知の区別方法について説明する。

まず、図１１に異常下降または容器底面検出方法を示す。異常下降検知センサとして、アーム内部に固定されたアーム内基板１１０３にフォトインタラプタ１１０２が取り付けられている。フォトインタラプタ１１０２の出力信号は制御部１１５に入力されている。

通常状態では、ノズル１１０１に取り付けられた遮蔽板１１０５がフォトインタラプタ１１０２に干渉しないため、異常下降は非検知状態となる。

ここで、分注機構用モータ１１９により分注機構が降下すると、ノズル１１０１が容器底面または異物１１０４に接触する。このままモータ１１９が動作を続けると、ノズル１１０１に垂直方向の力が加わり、遮蔽板１１０５がフォトインタラプタ１１０２内部に入り込む。

これにより、フォトインタラプタ１１０２内の光を遮り容器底面または異常下降検知状態となる。

次に、液面、容器底面、異常下降検知を検出する必要があるタイミングを説明する。

液面検知は、試料を吸引する際にノズルの液中への突っ込み量を最小限に抑えるため必要となる。一方、容器底面検知は、吸引した試料を吐出する際に検出が必要となる。また、異常下降検知はノズルの異物や容器外への接触、または液面検出失敗を検出するため、吸引・吐出の双方で必要となる。

よって、液体を吸引するために分注機構が下降する際は、液面、異常下降を検出可能とし、液体を吐出するために分注機構が下降する際は、容器底面、異常下降を検出可能とする必要がある。

液面、容器底面、異常下降検知を区別する方法を、図１２、図１３を用いて２通り説明する。図１２、図１３に示した動作は制御部１１５により判断及び制御が行われる。

１つめの方法は、フォトインタラプタを使用し分注機構の異常下降を検出する方法である。上述したように、液体を吸引するために分注機構が下降する際は、液面検知及び異常下降検知を可能とし、液体を吐出するために分注機構が下降する際は、容器底面検知及び異常下降検知を可能とする必要がある。

図１２において、まず、液体を吐出するために分注機構が下降開始すると（ステップ１００Ａ）、静電容量変化を検出した場合は（ステップ１００ａ）、容器底面を検知したことになり（ステップ１００ｂ）、吐出を行なう（ステップ１００ｃ）。

一方、フォトインタラプタの論理反転を検出した場合は（ステップ１０２ａ）、異常下降を検知したことになり（ステップ１０２ｂ）、吐出を行なわずにアラーム等によりユーザに異常状態であることを知らせる（ステップ１０２ｃ）。

次に、液体を吸引するために分注機構が下降開始すると（ステップ１００Ｂ）、静電容量変化を検出した場合は（ステップ１０３ｂ）、液面を検知したことになり（ステップ１０３ｃ）、吸引を行なう（ステップ１０３ｃ）。

一方、フォトインタラプタの論理反転を検出した場合は（ステップ１０４ａ）、異常下降を検知したことになり（１０４ｂ）、吸引を行なわずにアラーム等によりユーザに異常状態であることを知らせる（ステップ１０４ｃ）。

２つめの方法は、分注機構用モーター１１９の下降パルス数を監視し、液面、容器底面、異常下降検知を区別する方法である。分注機構用モーター１１９の下降は、一般的にある決められた高さ（上限点）から下降を始めるため、下降パルス数を監視することで、ノズル先端の位置がどこにあるかを把握することが可能である。

上述したように、液体を吸引するために分注機構が下降する際は、液面検知及び異常下降検知を可能とし、液体を吐出するために分注機構が下降する際は、容器底面検知及び異常下降検知を可能とする必要がある。

図１３において、まず、液体を吐出するために分注機構が下降を開始すると（ステップ２００Ａ）、静電容量変化を検出した場合（ステップ２０１ａ）、下降パルス数が設定範囲内か否かを判断し（ステップ２０１ｂ）、設定範囲内であれば容器底面と判断し（ステップ２０１ｃ）、吐出を行なう（ステップ２０１ｄ）。

一方、ステップ２０１ｂで、下降パルス数が設定範囲外であれば、異常下降を検知したことになり（ステップ２０１ｅ）、吐出を行なわずにアラーム等によりユーザに異常状態であることを知らせる（ステップ２０１ｆ）。

下降パルス数の設定範囲は容器底面の高さ方向のばらつきにある程度の尤度を持たせた範囲とすればよい。生化学自動分析装置の場合、容器底面の高さ方向のばらつきは０．３ｍｍ以下であるため、下降パルス数の設定範囲は約０．３ｍｍとなり、容器底以外に誤って吐出する可能性は極めて低い。

次に、液体を吸引するために分注機構が下降開始すると（ステップ２００Ｂ）、静電容量変化を検出した場合（ステップ２０２ａ）、下降パルス数が設定値内か否かを判断する（ステップ２０２ｂ）。下降パルス数が設定値内であれば、液面と判断し（２０２ｃ）、吸引を行なう（ステップ２０２ｄ）。

一方、ステップ２０２ｂで、下降パルス数が設定値外であれば、異常下降を検知したと判断し（２０２ｅ）、吸引を行なわずにアラーム等によりユーザに異常状態であることを知らせる（ステップ２０２ｆ）。下降パルス数の設定値は、吸引する液体が格納された容器に入りうる最大と最小の液量から換算した高さにある程度の尤度を持たせた範囲とすればよい。生化学自動分析装置の場合、吸引する液体が格納された容器（試験管）に入りうる液量から換算した高さは数センチとなってしまうが、吸引時の圧力を監視し空吸いを検出可能とすることで、異物を液面と誤検知してしまった場合もアラーム等によりユーザに異常状態であることを知らせることが可能となる。

その他、上記方法を組み合わせ、フォトインタラプタと下降パルスの双方を監視することでより信頼性を高める手段も考えられる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、静電容量検出とフォトインタラプタによる検出とを組み合わせて、液面検出、容器底面検出、異常下降検出を行うように構成、又は、静電容量検出と下降パルス数カウントによる検出とを組み合わせて、液面検出、容器底面検出、異常下降検出を行うように構成したので、安価でありながら、容器底面、液面、異常下降検知を検出できる液体分注装置及びそれを用いた自動分析装置を実現することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２は、分注ノズルのシールド部とアームに取り付けられた導電性物体間の静電容量変化により、電気信号の変化を検出し、液面の検知、容器底面の検知を行う例である。

本発明の実施例２を適用した自動分析装置の概略構成図は実施例１の図１と同様である。

静電容量変化を利用した容器底面検知の概要を説明する。

図１４は、容器底面検知に必要なアーム１１８とノズル１１６との断面図である。ノズル内部構造は図２及び図３に示した例と同一とする。図１４は分注機構内のアーム底面を中心に記載するため、アーム上面やノズル先端は省略する。

図１４に示した例においては、図４に示した液面検知に必要な構造に加え、アーム内壁１３０１とドーナツ状の金属１３０５との間にドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６を取り付け、プローブが容器底面に接触した時にドーナツ状の金属１３０５とドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６とが離れる構造とする。

なお、金属管１３０４の内部側に誘電体１３０７が形成され、誘電体１３０７の内部側にノズル内部金属１３０３が形成され、このノズル内部金属１３０３内部側が流路１３０２となっている。

アーム内壁１３０１は液面センサのＧＮＤと電気的に接続し、接地された状態とする。また、金属管１３０４も同様に液面センサのＧＮＤと電気的に接続し、接地された状態とする。

ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６の金属部と接地された筐体間の静電容量は、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６とドーナツ状の金属１３０５との間の静電容量Ｃ５と、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６とアーム内壁１３０１との間の静電容量Ｃ６の和となる。

上記構造とすることで、ノズルが容器底面に接触するとノズルに垂直方向の力が加わり、ドーナツ状の金属１３０５とドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６が離れる。この時、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６の金属部とドーナツ状の金属１３０５間の静電容量Ｃ５が変化する。この静電容量の変化を検出し、容器底面を検出する。振動を抑えるためにドーナツ状の金属１３０５とアーム上面間に使用するバネは導体でも絶縁体でもよい。

次に、静電容量の変化について説明する。例えば、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６の金属部とドーナツ状の金属１３０５の表面積を１×１０^−４ｍｍ^２、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６の誘電体の厚さが０．２５ｍｍ、空気中の誘電率を８．８５×１０^−１２とする。このとき、容器底面に接触し、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６とドーナツ状の金属１３０５との間に０．０１ｍｍの隙間が出来れば、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６の金属部とドーナツ状の金属１３０５との間の静電容量Ｃ５は約０．１３ｐＦ変化することになる。

液面センサ１１７は約０．１ｐＦの容量変化で液面を検出可能なため、この液面センサ１１７を使用すれば０．０１ｍｍの感度で容器底面検出が容易に可能となる。

まず、接地の状態について説明する。本発明の実施例２においては、実施例１とは異なり、容器底面到達前後共に、筐体、アーム内壁、液面センサ１１７のＧＮＤ、ノズルの金属管が全て接地された状態とする。従来の技術においても、液面検知は同様な接地状態であるため、副作用は無い。

実施例２における機能ブロック図を図１５に示す。液面センサ１１７に入力される静電容量は、図７に示したノズル内部金属７０６と接地された筐体７０２との間の静電容量（Ｃ１＋Ｃ４）と、図１４に示したように、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体の金属部１３０６と接地された筐体間（Ｃ５＋Ｃ６）の静電容量との和となる。

容器液面検知の場合は、実施例１と同様に、ノズル内部金属１３０３と接地された筐体７０２との間の静電容量により行い、容器底面検知の場合は、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体の金属部１３０６と接地された筐体間（Ｃ５＋Ｃ６）の静電容量により行う。その切り換えを行うためのスイッチ１１７ｄが設けられている。

つまり、静電容量センサ１１７が検知した合成静電容量が第１の設定値（ノズルが容器内の液面に接触したときの合成静電容量値）以上であって、第２の設定値（ノズルが容器底面に接触したときの合成静電容量値）未満である場合は、液体容器の液面に分注ノズルが到達したと判断し、静電容量センサが検知した合成静電容量が第２の設定値以上である場合は、液体容器の底面に分注ノズルが到達したと判断し、移動機構１１９及び分注機構１０５の動作を停止させる
その他は、図１０の静電容量式液面センサの機能ブロック図と同様である。液面検知の際は静電容量Ｃ４が変化し、容器底面検知の際は静電容量Ｃ５が変化する仕組みである。また、実施例１でも記載したように、液面検知と容器底面検知は１回の下降で両方の検知をさせるような装置の使い方はしない。また、下降する場所により、液面検知をさせるか容器底面検知をさせるかが決まっている。よって装置状態監視としては、液面検知と容器底面検知を区別させることが可能となる。

以上のように、本発明の実施例２によれば、実施例１と同様に、１つの液面センサで液面検知と容器底面検知の両方の検知が可能となる。そのため、容器底面検知を可能にさせても、追加のセンサや取付けスペースを必要とせず、低コスト・省スペースを実現することができる。

なお、液面、容器底面、異常下降検知の区別方法は実施例１と同様であり、液体吐出のための下降動作時には容器底面検知及び異常下降検知であり、液面検知は不要、液体吸引のための下降動作時には液面検知及び異常下降検知であり、容器底面は不要となる。

以上説明した本発明の実施例の他に、以下のような変形例も考えられる。

つまり、実施例１において、振動によりドーナツ状の第１の金属５０５と、ドーナツ状の第２の金属５０６との接触が不安定になった場合、誤検知しないようにするため、液面センサ内の信号処理回路にノイズを除去する回路を加えることが可能である。

例としては、コンデンサによるフィルタ回路、ＮＦ、ＮＦマイコン、ＣＰＵが挙げられる。また、ドーナツ状の第１の金属５０５と、ドーナツ状の第２の金属５０６との接触部分に水が入り誤検知することを防ぐため、接触部分をカバーで覆う構造も考えられる。

実施例２においても、同様に振動によりドーナツ状の第１の金属１３０５と、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体１３０６との接触が不安定になった場合、誤検知しないようにするため液面センサ内の信号処理回路にノイズを除去する回路を加えることが可能である。例としては、上記実施例１の場合と同様である。

実施例１、実施例２において、形状はドーナツ状に限らず、安定して接触すればどのような形状でもよい。例えば、実施例１でドーナツ状の第１の金属５０５を球体状の金属としても検出に影響は無い。

また、実施例１において、ドーナツ状の第１の金属５０５と接するアーム底面が導電性であればドーナツ状の第２の金属５０６は使用する必要はない。

また、実施例１において、ドーナツ状の第１の金属５０５とドーナツ状の第２の金属５０６が容器底面到達時に互いに離れるのではなく、接触型スイッチ等で容器底面到達時にノズルが接触したことを検出する手段も考えられる。

また、実施例１、実施例２において、振動を抑えるためにドーナツ状の金属とアーム上面間にバネを使用するが、弾性体であればバネに限る必要はない。

さらに、実施例２において、ノズル内部金属と接地された筐体間の静電容量（Ｃ１＋Ｃ４）と、ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体の金属部と接地された筐体間（Ｃ５＋Ｃ６）を、タイミングによりスイッチで切り替える方法も考えられる。

１０１・・・搬送ライン、１０２・・・ローター、１０３・・・試薬ディスク、１０４・・・反応ディスク、１０５・・・分注機構、１０６・・・攪拌機構、１０７・・・分光器、１０８・・・反応容器洗浄機構、１０９・・・ノズル洗浄機構、１１０・・・検体容器、１１１・・・検体ラック、１１２・・・反応容器、１１３・・・試薬容器、１１４・・・シールド部、１１５・・・制御部、１１６・・・ノズル、１１７・・・液面センサ、１１７ａ・・・ＣＶ変換回路、１１７ｂ・・・信号処理回路、１１７ｃ・・・判定回路、１１７ｄ・・・スイッチ、１１８・・・アーム、１１９・・・分注機構用モーター、２０１・・・検体容器又は試薬容器、２０２・・・検体容器又は試薬容器用フォルダ、２０３・・・筐体、２０４・・・金属管（シールド用）、２０５・・・誘電体、２０６・・・流路（液体）、２０７・・・ノズル内部金属（信号用）、２０８・・・検体または試薬、４０１・・・アーム内壁（底面）、４０２・・・流路（液体）、４０３・・・ノズル内部金属（信号用）、４０４・・・金属管（シールド用）、４０５・・・ドーナツ状の金属１、４０６・・・誘電体、５０１・・・アーム内壁（底面）、５０２・・・流路（液体）、５０３・・・ノズル内部金属（信号用）、５０４・・・金属管（シールド用）、５０５・・・ドーナツ状の第１の金属、５０６・・・ドーナツ状の第２の金属、５０７・・・絶縁物、５０８・・・誘電体、７０１・・・反応容器（１１２）、７０２・・・筐体、７０３・・・金属管（シールド用）、７０４・・・誘電体、７０５・・・流路（液体）、７０６・・・ノズル内部金属（信号用）、１１０１・・・ノズル、１１０２・・・フォトインタラプタ、１１０３・・・アーム内部基盤、１１０４・・・容器底面または異物、１１０５・・・遮蔽板、１３０１・・・アーム内壁（底面）、１３０２・・・流路（液体）、１３０３・・・ノズル内部金属（信号用）、１３０４・・・金属管（シールド用）、１３０５・・・ドーナツ状の第１の金属、１３０６・・・ドーナツ状の金属を誘電体で挟んだ物体、１３０７・・・誘電体

Claims

液体を吸引及び吐出し、分注動作を行う液体分注装置において、
液体流路を形成する内部金属と、この内部金属より外部側に形成されたシールド用金属管とを有する分注ノズルと、
上記分注ノズル内に液体を吸引させ、吸引させた液体を吐出させる分注機構と、
上記分注ノズルを上下方向に分離可能に支持する支持部材と、
上記支持部材を上下方向に動作させる移動機構と、
上記分注ノズルの内部金属と上記シールド用金属との間の静電容量と、上記ノズルの内部金属と上記液体分注装置の筐体との間の静電容量との合成静電容量を検知する静電容量センサと、
上記静電容量センサが検知した合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、上記分注ノズルが液体吐出のために下降動作中であるときは、上記分注ノズルが液体を吐出する容器の底面に到達したと判断し、上記合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、上記分注ノズルが液体吸引のために下降動作中であるときは、上記分注ノズルが液体を吸引する容器内の液面に到達したと判断し、上記移動機構及び上記分注機構の動作を停止させる制御部と、
を備えることを特徴とする液体分注装置。
請求項１に記載の液体分注装置において、
上記支持部材は導電性を有し、上記液体分注装置の筐体に電気的に接続されていることを特徴とする液体分注装置。
請求項１に記載の液体分注装置において、
上記内部金属と上記シールド用金属管との間に誘電体が配置されていることを特徴とする液体分注装置。
請求項１に記載の液体分注装置において、
上記分注ノズルが上記支持部材から一定距離以上離間する異常下降が発生したことを検知するフォトインタラプタを備え、上記制御部は、上記フォトインタラプタが上記異常下降を検知すると、上記分注ノズルに液体の吐出及び吸引をさせることなく下降を停止させることを特徴とする液体分注装置。
請求項１に記載の液体分注装置において、
上記移動機構はパルスモータを有し、上記静電容量センサが検知した合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、上記分注ノズルが下降動作中であるときは、上記制御部は、上記分注ノズルの下降開始時から上記パルスモータに指令したパルス数が設定パルス以上となると異常下降と判断し、上記分注ノズルに液体の吐出及び吸引をさせることなく下降を停止させることを特徴とする液体分注装置。
請求項２に記載の液体分注装置において、
上記静電容量センサは、機械的振動によるノイズを除去する回路を有することを特徴とする液体分注装置。
液体を吸引及び吐出し、分注動作を行う液体分注装置において、
液体流路を形成する内部金属と、この内部金属より外部側に形成されたシールド用金属管とを有する分注ノズルと、
上記分注ノズル内に液体を吸引させ、吸引させた液体を吐出させる分注機構と、
上記分注ノズルを上下方向に分離可能に支持する支持部材と、
上記支持部材を上下方向に動作させる移動機構と、
上記分注ノズルの内部金属と上記シールド用金属との間の静電容量と、上記ノズルの内部金属と上記液体分注装置の筐体との間の静電容量との合成静電容量を検知する静電容量センサと、
上記静電容量センサが検知した合成静電容量が第１の設定値以上であって、第２の設定値未満である場合は、液体容器の液面に上記分注ノズルが到達したと判断し、上記静電容量センサが検知した合成静電容量が第２の設定値以上である場合は、液体容器の底面に上記分注ノズルが到達したと判断し、上記移動機構及び上記分注機構の動作を停止させる制御部と、
を備えることを特徴とする液体分注装置。
試薬と検体とを収容する反応容器が配置された反応ディスクと、上記反応ディスクに配置された反応容器内の検体を分析する分光器と、試薬容器に収容された試薬を吸引し、上記反応容器に吐出する試薬分注機構と、検体容器に収容された検体を吸引し、上記反応容器に吐出する検体分注機構とを備え、検体を分析する自動分析装置において、
上記試薬分注機構及び検体分注機構は、
液体流路を形成する内部金属と、この内部金属より外部側に形成されたシールド用金属管とを有する分注ノズルと、
上記分注ノズル内に液体を吸引させ、吸引させた液体を吐出させる分注機構と、
上記分注ノズルを上下方向に分離可能に支持する支持部材と、
上記支持部材を上下方向に動作させる移動機構と、
上記分注ノズルの内部金属と上記シールド用金属との間の静電容量と、上記ノズルの内部金属と上記試薬又は検体分注機構の筐体との間の静電容量との合成静電容量を検知する静電容量センサと、
上記静電容量センサが検知した合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、上記分注ノズルが液体吐出のために下降動作中であるときは、上記分注ノズルが液体を吐出する容器の底面に到達したと判断し、上記合成静電容量が一定値以上変化した場合であって、上記分注ノズルが液体吸引のために下降動作中である時は、上記分注ノズルが液体を吸引する容器内の液面に到達したと判断し、上記移動機構及び上記分注機構の動作を停止させる制御部とを備えることを特徴とする自動分析装置。
試薬と検体とを収容する反応容器が配置された反応ディスクと、上記反応ディスクに配置された反応容器内の検体を分析する分光器と、試薬容器に収容された試薬を吸引し、上記反応容器に吐出する試薬分注機構と、検体容器に収容された検体を吸引し、上記反応容器に吐出する検体分注機構とを備え、検体を分析する自動分析装置において、
上記試薬分注機構及び検体分注機構は、
液体流路を形成する内部金属と、この内部金属より外部側に形成されたシールド用金属管とを有する分注ノズルと、
上記分注ノズル内に液体を吸引させ、吸引させた液体を吐出させる分注機構と、
上記分注ノズルを上下方向に分離可能に支持する支持部材と、
上記支持部材を上下方向に動作させる移動機構と、
上記分注ノズルの内部金属と上記シールド用金属との間の静電容量と、上記ノズルの内部金属と上記試薬分注機構又は検体分注機構の筐体との間の静電容量との合成静電容量を検知する静電容量センサと、
上記静電容量センサが検知した合成静電容量が第１の設定値以上であって、第２の設定値未満である場合は、液体容器の液面に上記分注ノズルが到達したと判断し、上記静電容量センサが検知した合成静電容量が第２の設定値以上である場合は、液体容器の底面に上記分注ノズルが到達したと判断し、上記移動機構及び上記分注機構の動作を停止させる制御部とを備えることを特徴とする自動分析装置。