JP4376110B2

JP4376110B2 - 分注装置

Info

Publication number: JP4376110B2
Application number: JP2004113625A
Authority: JP
Inventors: 博樹齋藤; 共之吉村; 慎太郎藤間
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP2005300236A

Description

本発明は、分注装置に関する。

例えば試験管のような容器に入った液体試料を分注ポンプに接続されたノズルの先端開口から吸引および吐出して液体試料の仕分け、混合などを行う分注装置が知られている。このような分注装置では、吸引元の容器からノズル内に液体試料を吸引した後、吐出先の容器へノズルを移動する間に、ノズルの先端開口から液滴が垂れ落ちる場合がある。

この液垂れは、吸引元から吐出先にノズルが移動する間、ノズル先端が液面から離れた状態（空中にある状態）になっているとき、ノズル内の液体が蒸発することによりポンプ内圧力が上昇し、やがてポンプ内圧力があるピーク圧を超えるとノズルの先端開口より液体が押し出されて生じる現象である。

この液垂れが生じると、装置が汚れたり、液体が無駄になったり、さらには垂れ落ちた液滴が他の容器に混入してコンタミネーションを起こしたりするので、液垂れを防止する必要がある。

吸引から吐出までの待機時間が１０秒以上になったり、装置が設置されている場所の環境が高温低湿の条件であったり、容量が大きくて太い形状のノズルを用いたりした場合、液垂れが発生し易くなる。また、複数の分注ポンプを備えた分注装置では、片方の分注ポンプでの処理が終わるまでもう片方の分注ポンプが吸引したまま待機することがあり、液垂れ発生の危険が高い。

このような液垂れの発生を防止するために、液体試料を吸引したノズルを吐出先の容器へ移動する途中で分注ポンプに一定量の吸引（液垂れ防止吸引）を行わせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、液垂れ防止吸引時の吸引量が多いと、ノズルの先端開口から空気が流入してノズル先端にエアギャップ（空気溜まり）を作るおそれがある。エアギャップができた場合、時間が経過するとエアギャップを介してノズルの先端開口に液溜まりが生じるので、液体試料の吐出動作を行ったときに泡を作ったり、液垂れが発生したときに液滴ではなく気泡がノズルの先端開口部から飛び出し、この気泡が弾けて試料が飛散してコンタミネーションを生じたりする等の不都合が生じる。

特開２００３−１９４８３５号公報

本発明の目的は、簡単な構成で、ノズル内に保持した液体試料が先端開口から液垂れするのを確実に防止することができ、かつ、液垂れ防止吸引を行った際にノズル先端にエアギャップを生成することも防止することができる分注装置を提供することにある。

このような目的は、下記（１）および（２）の本発明により達成される。
（１）分注ポンプの作動により発生する圧力を圧力伝達ガスを介してノズルに伝達することにより、前記ノズルの先端開口から液体試料を吸引および吐出する分注装置であって、
前記分注ポンプの作動を制御する制御部と、
前記圧力伝達ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ノズルの先端開口径データと、液体試料の表面張力値データと、前記圧力伝達ガスの体積であるデッドボリュームデータとを記憶する記憶手段と、
前記ノズルの先端開口からの液垂れを防止するための前記分注ポンプの液垂れ防止吸引作動を開始すべきタイミングの判定に用いる前記圧力伝達ガスの圧力値を、前記先端開口径データおよび前記表面張力値データに基づいて算出する圧力値算出手段と、
前記液垂れ防止吸引作動時に、前記ノズルの先端開口からの空気の流入を防止するのに必要な前記分注ポンプの吸引量を、前記先端開口径データ、前記表面張力値データおよび前記デッドボリュームデータに基づいて算出する液垂れ防止吸引量算出手段とを備え、
前記制御部は、前記ノズル内に液体試料を吸引した後、前記圧力検出手段により検出された圧力が前記圧力値算出手段により算出された圧力値まで上昇した場合には、前記液垂れ防止吸引量算出手段により算出された吸引量の分だけ前記分注ポンプを液垂れ防止吸引作動させるように制御するものであり、
前記圧力値算出手段は、前記ノズルの先端開口径をｄ、前記液体試料の表面張力値をσとしたとき、４σ／ｄで表されるラプラス圧を利用して前記圧力値を算出するものであり、
前記液垂れ防止吸引量算出手段は、前記ノズルの先端開口径をｄ、前記液体試料の表面張力値をσ、前記デッドボリュームをＶ _０、大気圧をＰ _０としたとき、液垂れ防止吸引量ｖを、ｖ＜（４σ／ｄ）×（Ｖ _０／Ｐ _０）なる関係を満足するように算出することを特徴とする分注装置。

（２）前記先端開口径データ、前記表面張力値データおよび前記デッドボリュームデータの少なくとも一つを入力する入力部を有する上記（１）に記載の分注装置。

本発明の分注装置によれば、ノズル内に保持した液体試料の液垂れが発生するおそれがある場合、液垂れ防止吸引作動を行うことにより、液垂れの発生を確実に防止することができる。大容量のノズルを用いて、高温低湿の環境下で分注を行うような液垂れの発生し易い条件下であっても、液垂れを確実に防止することができる。

また、一つの圧力レベル（圧力値）との比較による判定のみで液垂れ防止吸引作動の制御が可能であるので、制御方法が簡単であり、制御系の構成を簡素化することができる。すなわち、エンコーダを用いて圧力伝達ガスの圧力を常に一定に保つように分注ポンプをフィードバック制御するような場合と異なって複雑な制御系を必要としないので、製造コストも低減できる。

また、液垂れ発生のおそれがある場合のみ液垂れ防止吸引を行うので、一律に液垂れ防止吸引を行うような場合と比べ、分注処理時間を短縮することができる。

また、液垂れ防止吸引を行ったときに、ノズル先端にエアギャップが生成するのを確実に防止することができる。よって、液体試料を吐出先の容器に吐出したときに泡を作ったりするようなことを確実に防止することができる。

また、ノズルの先端開口径、分注系のデッドボリューム（ここでは、ポンプのデッドボリューム、管の容積、チップの容積という。）、液体試料の表面張力値に応じた制御を行うので、正確な制御が可能であるとともに、ノズルチップを他種のものに交換したり分注する液体試料が変わったりしてこれらの値が変更された場合であっても、上記効果を確実に発揮することができる。

以下、本発明の分注装置を添付図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の分注装置の実施形態を示す断面図、図２は、図１に示す分注装置の電気的回路構成を示すブロック図、図３は、図１に示す分注装置が実施する分注方法を示すフローチャート、図４は、液垂れが生じるときの様子を順を追って示すノズルチップ先端部の縦断面図、図５は、エアギャップが生じるときの様子を順を追って示すノズルチップ先端部の縦断面図である。

図１に示すように、本発明の分注装置１は、分注ポンプ２と、液体試料２００を吸引および吐出するノズルチップ１０を装着するチップ装着部３と、分注ポンプ２とチップ装着部３とを接続する可撓性の管（チューブ）４と、分注ポンプ２を駆動するポンプ駆動部５と、チップ装着部３を移動させるノズル駆動部６と、圧力伝達ガスの圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）７とを有している。

分注ポンプ２は、ピストンポンプ（シリンジポンプ）であり、シリンダ２１と、該シリンダ２１内で摺動可能に設置されたピストン２２とを有している。シリンダ２１には、管４の一端が接続されている。

ポンプ駆動部５は、ピストン２２に連結されたピストンロッド５１と、送りねじ（ボールねじ）５２と、この送りねじ５２を回転駆動するパルスモータ（ステッピングモータ）５３と、送りねじ５２に螺合する雌ねじ部を一端側に有し他端部がピストンロッド５１に連結された可動片５５とを有している。

パルスモータ５３を駆動すると、送りねじ５２が回転し、可動片５５を介してピストンロッド５１が軸方向に移動することにより、ピストン２２がシリンダ２１内を摺動して、シリンダ２１とピストン２２とで囲まれたポンプ空間２３の容積が変化する。

チップ装着部３は、管状の部材で、このチップ装着部３の上端部に管４の他端が嵌合され、下端部はノズルチップ１０の上端開口部１０２に嵌合している。ノズルチップ１０の先端部は、液体の吸引および吐出を行う先端開口（小孔）１０１を備え、全体として先細形状（テーパー形状）となっている。

ノズル駆動部６は、その詳細な図示は省略するが、チップ装着部３を三次元方向（互いに直交する水平なＸ軸方向およびＹ軸方向と、鉛直方向であるＺ軸方向との３方向）に移動させることができるように構成されている。このノズル駆動部６の作動により、チップ装着部３に装着されたノズルチップ１０は、試料容器と吐出先の容器との間を移動する。

シリンダ２１付近の管４の途中には、管４内の空気（圧力伝達ガス）の圧力を検出する圧力センサ７が設置されている。この圧力センサ７の設置個所は、圧力伝達ガスの圧力を検出可能な位置であれば、図示の位置以外であってもよい。

このような分注装置１では、ポンプ空間２３およびノズルチップ１０のチップ内空間（ノズル内空間）１０３を含む連続した内部空間にある空気は、分注ポンプ２の作動により発生する圧力をノズルチップ１０に伝達する圧力伝達ガスとして機能する。すなわち、図示の構成では、ポンプ空間２３、管４内、圧力センサ７内、チップ装着部３の管路３１内およびチップ内空間１０３にある空気が圧力伝達ガスである。

試料容器内の液体試料２００をノズルチップ１０内に吸入する際には、ポンプ駆動部５の駆動によりピストン２２を図１中で下方向に移動させることにより、分注ポンプ２が吸引作動し、この吸引作動により発生した圧力（負圧）が上記圧力伝達ガスを介してチップ内空間１０３に伝達して、試料容器内の液体試料２００を先端開口１０１からノズルチップ１０内に吸入することができる。

逆に、ノズルチップ１０内の液体試料２００を吐出先の容器内へ吐出する際には、ピストン２２を図１中で上方向に移動させることにより圧力（正圧）が、上記圧力伝達ガスを介してチップ内空間１０３に伝達して、ノズルチップ１０内の液体試料２００を先端開口１０１から吐出先の容器内へ吐出することができる。

このような分注装置１では、液体試料２００をノズルチップ１０内に吸引する前における圧力伝達ガスの体積を分注系のデッドボリュームと言う。なお、分注系のデッドボリュームは、液体試料２００をノズルチップ１０に吸引する前と吸引した後とでは、ほとんど変化しないと考えてよい。ノズルチップ１０に液体試料２００を吸入する際には、ポンプ空間２３の容積が増大したのとほぼ同じ分だけの液体試料２００がノズルチップ１０に吸入されて、ノズルチップ１０のチップ内空間１０３にある空気がその分だけ減少するからである。

図２に示すように、分注装置１は、分注ポンプ２およびノズル駆動部６の作動を制御する制御部（ＣＰＵ）８と、各種の分注条件等のデータを入力するキーボードまたはマウス等で構成された入力部９と、操作画面等を表示する表示部１１と、分注装置１の動作プログラムや動作条件のデータ等を記憶する記憶手段としてのメモリ１２と、液垂検知部１７とを有している。

制御部８は、ノズル駆動部６の作動を制御することにより、チップ装着部３に装着されたノズルチップ１０の移動および位置を制御し、さらにモータドライバ５４を介してパルスモータ５３の回転角度を制御することにより、分注ポンプ２の作動を制御する。これらの制御は、オープンループ制御でも、クローズドループ制御でもよい。

分注装置１の使用前には、オペレーター（操作者）は、入力部９を操作することにより、ノズルチップ１０の先端開口１０１の開口径（以下、記号ｄで示す）を表すデータと、液体試料２００の表面張力値（以下、記号σで示す）を表すデータと、分注系のデッドボリューム（以下、記号Ｖ_０で示す）を表すデータとをそれぞれ入力する。これらの各データは、メモリ１２および判定値設定メモリ１７４に記憶される。

なお、入力部９から上記各データそのものを入力するのではなく、それらに関連する情報を入力することによりその関連情報と関係付けて記憶されていた上記各データが呼び出されてメモリ１２および判定値設定メモリ１７４に記憶されるようにしてもよい。例えば、使用するノズルチップ１０の種類（例えば５００μｌチップ、１０００μｌチップ、２０００μｌチップのようなチップの容量）を入力することにより、そのノズルチップ１０に対応した先端開口径データｄおよびデッドボリュームデータＶ_０が呼び出されてメモリ１２および判定値設定メモリ１７４に記憶されるようにしてもよい。また、分注する液体試料２００の種類（例えば、血液、血清、試薬等）を入力することにより、その種類に対応する表面張力値σが呼び出されてメモリ１２および判定値設定メモリ１７４に記憶されるようにしてもよい。

液垂検知部１７は、ノズルチップ１０内に吸引された液体試料２００が先端開口１０１から液滴として垂れ落ちる現象である液垂れが発生する危険性を検知するものである。後述するように、分注装置１は、液垂れの発生のおそれがあることを液垂検知部１７が検知した場合には、分注ポンプ２を吸引作動（液垂れ防止吸引作動）させて、液垂れが発生するのを防止する。

ここで、分注装置一般における液垂れの問題について説明する。一般に、分注装置では、ノズルチップ１０内に液体試料２００を吸入した後、すぐに吐出先の容器へノズルチップ１０を移動させて液体試料２００を吐出する場合には問題ないが、分注処理の手順・方法等によっては、ノズルチップ１０内に液体試料２００を吸入した後にノズルチップ１０を空中で待機させることがある。この待機時間が長く（例えば数十秒以上）続くと、ノズルチップ１０の先端開口１０１から液滴が垂れ落ちることがあった。

本発明者らの知見によれば、この液垂れが生じる原因は、ノズルチップ１０内の液面２０５（図１参照）からチップ内空間１０３への蒸発によって圧力伝達ガスの圧力が増加する結果、先端開口１０１から液体試料２００が押し出されるためである。以下、図４を参照しつつ、より詳しく説明する。

ノズルチップ１０内に液体試料２００を吸引して先端開口１０１が試料容器内の液面から離れた直後における圧力伝達ガスの圧力Ｐ_１は、大気圧から水頭圧分だけ低下した値となるので、Ｐ_１＝Ｐ_０−ρｇｈとなる。ただし、Ｐ_０は大気圧、ρは液体試料２００の密度、ｇは重力加速度、ｈはノズルチップ１０内の液体試料２００の高さである。

その後、先端開口１０１が空中にある状態でノズルチップ１０内の液面２０５からの蒸発により圧力伝達ガスの圧力が上昇すると、先端開口１０１における液体試料２００の液面２０１が図４（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように押し出されていき、ついには図４（ｄ）のように液滴２０２として垂れ落ちる。

図４（ａ）〜（ｃ）のような状態では、液面２０１の曲率半径をｒとすると、液面２０１に作用する表面張力によって、ラプラス圧２σ／ｒが発生する。すなわち、圧力伝達ガスの圧力が吸引直後のＰ_１からΔＰだけ増大したとすると、この圧力の増分ΔＰがラプラス圧２σ／ｒと釣り合う（ΔＰ＝２σ／ｒ）ようにして、液面２０１が押し出されていく。

ラプラス圧２σ／ｒは、液面２０１の曲率半径ｒが小さいほど大きくなるが、液面２０１の曲率半径ｒが最も小さくなるのは、図４（ｂ）に示すように、液面２０１が先端開口１０１から半球状に突出する状態であり、このときの液面２０１の曲率半径ｒは、ｄ／２になる。よって、図４（ｂ）に示す状態のとき、ラプラス圧２σ／ｒは、最大値２σ／（ｄ／２）＝４σ／ｄをとる。

よって、理論上は、圧力伝達ガスの圧力の、吸引直後の圧力Ｐ_１からの増分ΔＰがラプラス圧の最大値４σ／ｄを超えると、図４（ｂ）の状態を超えて図４（ｃ）→（ｄ）となって液垂れが発生する。逆に、圧力伝達ガスの圧力の、吸引直後の圧力Ｐ_１からの増分ΔＰがラプラス圧の最大値４σ／ｄを超えなければ、図４（ｂ）の状態を超えて液面２０１が押し出されることはなく、液垂れは発生しない。

液垂検知部１７は、上述のような理論に基づいて、液垂れが発生する危険性を検知するものである。

図２に示すように、液垂検知部１７は、電流電圧変換回路１７１と、ＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）１７２と、圧力値算出手段としての判定値演算部１７３と、記憶手段としての判定値設定メモリ１７４と、ＤＡＣ（デジタル／アナログコンバータ）１７５と、コンパレータ１７６と、判定部１７７とを有している。

以下、図３のフローチャートに基づいて、分注装置１が行う分注動作について説明する。
液体試料２００をノズルチップ１０内に吸引する前に、液垂検知部１７は、液垂れが発生する圧力伝達ガスのピーク圧Ｐ_ｍａｘを算出する。このピーク圧Ｐ_ｍａｘは、液体試料２００の吸引後の圧力伝達ガスの圧力Ｐ_１を基準にとると、前述したラプラス圧４σ／ｄから推測することができ、本発明者らの知見によれば、実際のピーク圧Ｐ_ｍａｘは、ラプラス圧４σ／ｄの７０〜８０％程度である。よって、判定値演算部１７３は、判定値設定メモリ１７４に記憶された先端開口径ｄおよび表面張力値σのデータに基づき、ラプラス圧４σ／ｄの７０〜８０％の値をピーク圧Ｐ_ｍａｘとして算出する（ステップＳ００１）。

次いで、判定値演算部１７３は、分注ポンプ２の液垂れ防止吸引作動を開始すべきタイミングの判定に用いる圧力伝達ガスの圧力値ΔＰ_Ｌを算出する。この圧力値（増分）ΔＰ_Ｌは、液垂れがまだ生じるおそれのない圧力であればよく、したがってΔＰ_Ｌがピーク圧Ｐ_ｍａｘより低ければよいが、ピーク圧Ｐ_ｍａｘの７０〜９０％程度であるのが好ましい。よって、判定値演算部１７３は、ピーク圧Ｐ_ｍａｘの７０〜９０％の値を液垂れ防止吸引を開始すべき圧力値ΔＰ_Ｌとして算出し、設定する（ステップＳ００２）。

次いで、制御部８は、液垂れ防止吸引作動における分注ポンプ２の吸引量ｖを算出する。この液垂れ防止吸引量ｖは、分注ポンプ２が液垂れ防止吸引作動を行ったときに、ノズルチップ１０の先端部にエアギャップ（空気溜まり）３００を作らないようにするため、先端開口１０１から空気が流入するのを防止することができるような程度の吸引量とされる。

ここで、図５を参照して、液垂れ防止吸引時にエアギャップ３００が生成される場合について説明する。液垂れ防止吸引の吸引量ｖが多いと、図５（ａ）→（ｂ）→（ｃ）のように、先端開口１０１の液面２０３がノズルチップ１０内へ引っ込んでいき、先端開口１０１から空気が流入してなるエアギャップ３００が生成してしまう。このエアギャップ３００が生成すると、数秒後には図５（ｄ）に示すようにエアギャップ３００を介して先端開口１０１付近に液体試料２００の液溜まり２０４も生成する。このような状態になると、吐出先の容器に液体試料２００を吐出したときに泡を作ってしまったり、吐出量に誤差を生じたりするという不都合を生じる。また、図５（ｄ）の状態から液垂れが発生すると、気泡が先端開口１０１から弾けて飛散し、コンタミネーションが生じたりすることもある。これらの不都合を防止するため、液垂れ防止吸引は、エアギャップ３００を生成しないように行う必要がある。

図５に示すようなエアギャップ３００が生成される過程では、液面２０３に作用する表面張力により図４の場合と逆向きのラプラス圧２σ／ｒが生じ、このラプラス圧は、図５（ｂ）のように液面２０３の曲率半径ｒがｄ／２となったときに最大値４σ／ｄをとる。よって、液垂れ防止吸引作動を行う前と比べて圧力伝達ガスの圧力が４σ／ｄ以上低下すると、エアギャップ３００が生成されてしまう。

吸引量ｖの液垂れ防止吸引作動を行ったときの圧力伝達ガスの圧力低下分を考えると、エアギャップ３００が生成される前はノズルチップ１０の先端開口１０１に栓をされたような状態であるので、圧力低下分はＰ_０ｖ／Ｖ_０で求められる。よって、Ｐ_０ｖ／Ｖ_０＜４σ／ｄ、すなわちｖ＜（４σ／ｄ）×（Ｖ_０／Ｐ_０）であればエアギャップ３００は発生しない。そこで、制御部８は、メモリ１２に記憶されたノズルチップ１０の先端開口径ｄ、液体試料２００の表面張力値σ、およびデッドボリュームＶ_０の各データに基づいて、ｖ＜（４σ／ｄ）×（Ｖ_０／Ｐ_０）を満足するような値（例えば（４σ／ｄ）×（Ｖ_０／Ｐ_０）の８０〜９０％の値）を液垂れ防止吸引量ｖとして算出し、設定する（ステップＳ００３）。なお、以上のように、本実施形態では制御部８が液垂れ防止吸引量算出手段としても機能しているが、液垂れ防止吸引量算出手段を制御部８と別個に設けてもよい。

次いで、制御部８は、ノズル駆動部６を作動させてノズルチップ１０を試料容器へ移動させ下降させた後、分注ポンプ２を吸引作動させてノズルチップ１０内に液体試料２００を吸引する（ステップＳ００４）。液体試料２００を吸引したら、ノズル駆動部６を作動させて、ノズルチップ１０を上昇させた後、吐出先の容器への移動を開始する（ステップＳ００５）。

ノズルチップ１０が上昇して空中にある間、液垂検知部１７は、圧力伝達ガスの圧力Ｐを監視することにより、液垂れ発生のおそれがあるかどうかを以下のようにして検知する。ノズルチップ１０が上昇して先端開口１０１が試料容器内の液面から離れた直後に圧力センサ７から出力された電流信号は、電流電圧変換回路１７１により電圧信号に変換された後、ＡＤＣ１７２でデジタル信号に変換された後、判定値演算部１７３に入力される。

判定値演算部１７３は、ＡＤＣ１７２から入力された液体試料２００の吸引直後の圧力伝達ガスの圧力値Ｐ_１と、ステップＳ００２で算出した圧力値ΔＰ_Ｌとを足し合わせて、液垂れ防止吸引作動を開始することを判定するための圧力伝達ガスの圧力値Ｐ_Ｌを算出する。圧力値Ｐ_Ｌを表すデジタル信号は、ＤＡＣ１７５によりアナログ信号（電圧信号）に変換された後、コンパレータ１７６に入力される。

また、圧力センサ７からは、圧力伝達ガスの圧力Ｐを表す電流信号がリアルタイムに出力され、このリアルタイムの圧力Ｐを表す電流信号は、電流電圧変換回路１７１により電圧信号に変換された後、コンパレータ１７６に入力される。

コンパレータ１７６では、上記の二つの入力信号の電圧の高低を比較することにより、圧力伝達ガスの圧力Ｐが液垂れ防止吸引作動開始を判定するための圧力値Ｐ_Ｌまで上昇したか否かを検出し、その比較結果としてＨｉｇｈレベル信号またはＬｏｗレベル信号を判定部１７７へ出力する。

判定部１７７は、コンパレータ１７６から入力された信号に基づき、圧力伝達ガスの圧力Ｐが圧力値Ｐ_Ｌを超えたか否かを判断し、その判断結果を制御部８に入力する（ステップＳ００６）。

圧力伝達ガスの圧力Ｐが圧力値Ｐ_Ｌを超えた場合には、液垂れが発生するおそれがあるので、制御部８は、分注ポンプ２に液垂れ防止吸引作動を行わせる（ステップＳ００７）。このとき、分注ポンプ２は、ステップＳ００３で算出した吸引量ｖで吸引するので、エアギャップ３００の生成を確実に防止することができる。

圧力伝達ガスの圧力Ｐの監視はノズルチップｌ０が吐出先の容器へ移動完了するまで続ける（ステップＳ００６、Ｓ００８）。液垂れ防止吸引を行った後も、液垂検知部１７は、圧力Ｐが圧力値Ｐ_Ｌを超えたら（ステップＳ００６）、再度液垂れ防止吸引動作を行う（ステップＳ００７）。

ノズルチップｌ０が吐出先の容器へ移動完了したら、制御部８は、液体試料２００の吐出量を、液垂れ防止吸引した分を補正して設定し直した後（ステップＳ００９）、ノズルチップ１０内の液体試料２００を吐出先の容器内へ吐出する（ステップＳ０１０）。このとき、エアギャップ３００が生成されていないので、吐出先の容器内に泡ができるのを確実に防止することができる。

以上説明したように、分注装置１では、液垂れが発生するおそれがある場合、液垂れ防止吸引作動を行うことにより、液垂れの発生を確実に防止することができる。特に、断面積が大きい（太い）大容量のノズルチップを用いる場合や、高温低湿の環境下で分注を行うような液垂れの発生し易い条件下であっても、液垂れを確実に防止することができる。

また、液垂れ防止のためのデッドボリュームを増加させる必要はないので、ノズル詰まり等のエラー検出を行う場合の感度低下や、分注量の誤差が増大することもない。

また、一つの圧力レベル（圧力値）との比較による判定のみで液垂れ防止吸引作動の制御が可能であるので、制御方法が簡単であり、制御系の構成を簡素化することができる。

これに対し、本発明と異なり、エンコーダを用いて圧力伝達ガスの圧力を常に一定に保つように分注ポンプをフィードバック制御するような場合には、複雑な制御系を必要とし、装置が複雑化し、製造コストも増大する。

また、本発明では、液垂れ発生のおそれがある場合のみ液垂れ防止吸引を行うので、一律に液垂れ防止吸引を行うような場合と比べ、分注処理時間を短縮することができる。

また、本発明では、液垂れ防止吸引を行ったときに、ノズルチップ先端にエアギャップが生成するのを確実に防止することができるので、液体試料を吐出先の容器に吐出したときに泡を作ったりするようなことを確実に防止することができる。

また、本発明では、ノズルチップの先端開口径、分注系のデッドボリューム、液体試料の表面張力値に応じた制御を行うので、正確な制御が可能であるとともに、ノズルチップを他種のものに交換したり分注する液体試料が変わったりしてこれらの値が変更された場合であっても、これらの値を入力し直すことにより、上記効果を確実に発揮することができる。

以上、本発明の分注装置を図示の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、分注装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。また、任意の構成物が付加されていてもよい。

本発明の分注装置の実施形態を示す断面図である。図１に示す分注装置の電気的回路構成を示すブロック図である。図１に示す分注装置が実施する分注方法を示すフローチャートである。液垂れが生じるときの様子を順を追って示すノズルチップ先端部の縦断面図である。エアギャップが生じるときの様子を順を追って示すノズルチップ先端部の縦断面図である。

符号の説明

１分注装置
１１表示部
１２メモリ
１７液垂検知部
１７１電流電圧変換回路
１７２ＡＤＣ
１７３判定値演算部
１７４判定値設定メモリ
１７５ＤＡＣ
１７６コンパレータ
１７７判定部
２分注ポンプ
２１シリンダ
２２ピストン
２３ポンプ空間
３チップ装着部
３１管路
４管
５ポンプ駆動部
５１ピストンロッド
５２送りねじ
５３パルスモータ
５４モータドライバ
５５可動片
６ノズル駆動部
７圧力センサ
８制御部
９入力部
１０ノズルチップ
１０１先端開口
１０２基端開口
１０３チップ内空間
２００液体試料
２０１液面
２０２液滴
２０３液面
２０４液溜まり
２０５液面
Ｓ００１〜Ｓ０１０ステップ

Claims

分注ポンプの作動により発生する圧力を圧力伝達ガスを介してノズルに伝達することにより、前記ノズルの先端開口から液体試料を吸引および吐出する分注装置であって、
前記分注ポンプの作動を制御する制御部と、
前記圧力伝達ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ノズルの先端開口径データと、液体試料の表面張力値データと、前記圧力伝達ガスの体積であるデッドボリュームデータとを記憶する記憶手段と、
前記ノズルの先端開口からの液垂れを防止するための前記分注ポンプの液垂れ防止吸引作動を開始すべきタイミングの判定に用いる前記圧力伝達ガスの圧力値を、前記先端開口径データおよび前記表面張力値データに基づいて算出する圧力値算出手段と、
前記液垂れ防止吸引作動時に、前記ノズルの先端開口からの空気の流入を防止するのに必要な前記分注ポンプの吸引量を、前記先端開口径データ、前記表面張力値データおよび前記デッドボリュームデータに基づいて算出する液垂れ防止吸引量算出手段とを備え、
前記制御部は、前記ノズル内に液体試料を吸引した後、前記圧力検出手段により検出された圧力が前記圧力値算出手段により算出された圧力値まで上昇した場合には、前記液垂れ防止吸引量算出手段により算出された吸引量の分だけ前記分注ポンプを液垂れ防止吸引作動させるように制御するものであり、
前記圧力値算出手段は、前記ノズルの先端開口径をｄ、前記液体試料の表面張力値をσとしたとき、４σ／ｄで表されるラプラス圧を利用して前記圧力値を算出するものであり、
前記液垂れ防止吸引量算出手段は、前記ノズルの先端開口径をｄ、前記液体試料の表面張力値をσ、前記デッドボリュームをＶ _０、大気圧をＰ _０としたとき、液垂れ防止吸引量ｖを、ｖ＜（４σ／ｄ）×（Ｖ _０／Ｐ _０）なる関係を満足するように算出することを特徴とする分注装置。
前記先端開口径データ、前記表面張力値データおよび前記デッドボリュームデータの少なくとも一つを入力する入力部を有する請求項１に記載の分注装置。