JP4767628B2

JP4767628B2 - 試料液定量処理装置

Info

Publication number: JP4767628B2
Application number: JP2005248307A
Authority: JP
Inventors: 政美河野
Original assignee: 東洋精機株式会社
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: JP2007064688A

Description

本発明は、例えば食物等の成分を分析する定量法等を実施する際に好適に用いられ、大容量の試料液を充填した第１容器体から小容量の第２容器体に対して、一定量の試料液を全量分に亘って自動的に注ぎ分ける試料液定量処理装置に関し、る。

各種の分析装置や検査装置においては、一定量の試料液等を装置内に供給して所定の分析・検査が行われる。例えば特許文献１には、患者から採取した尿を装置内に自動的に取り込んで所定の検査を行うことで、清潔かつ正確に検査を行い患者毎の管理が確実に行うことが可能な尿測定装置の自動供給機が開示されている。

ところで、食物繊維の定量法としては、種々の方法が提案されているが、例えば食品成分表で最も利用されている酵素−重量法の中で水溶性食物繊維と不溶性食物繊維とに分別定量することが可能なプロスキー変法が採用される。プロスキー変法は、試料を酵素処理することによりでんぷん質及びタンパク質を消化して低分子化した後に濾過を行って濾過物と濾過液とに分別し、さらに濾過液に４倍容量のエタノールを加えて高分子成分を不溶化させる。プロスキー変法は、さらにそれぞれの濾過物をエタノールとアセトンで順次洗浄し、乾燥して不溶性食物繊維と水溶性食物繊維の重量が求められる。

登録実用新案第３０３３６７９号公報

従来の試料液等の自動供給装置は、上述した特許文献１に開示された尿測定装置の自動供給機のように、もっぱら装置内へ試料液を自動的に順次供給するものであり、大容量の容器から小容量の容器に対して試料液を１回毎に定量でかつ全量分を注ぎ分けて供給するといった機能を有するものでは無い。また、特許文献１に開示された自動供給機は、構造が複雑で大型であるとともに高価であることから、一般に小規模なものが多くまた小型化や低コスト化或いは簡易な操作性が要求される各種の検査・分析装置等への適用が困難である。

ところで、上述したプロスキー変法においては、予めセライトで濾過層を形成したつぼ型ガラス濾過器が用いられ、吸引ポンプ等を有する装置に設置した濾過器に対してトールビーカから試料液を供給して濾過が行われる。濾過工程においては、４００ｍｌの試料液を充填したトールビーカから容量が３０ｍｌの濾過器に対して試料液の注ぎ分けが行われる。濾過工程は、１試料液に対して１４回の試料液の注ぎ分けを行わなければならず、多数種の食物について同時に分析を行う場合に分析員が各濾過器内の試料液の状態を常時監視しながら試料液の供給を行うといった対応が必要であった。

各種の検査・分析装置においては、装置内への試料液の自動供給機能を設けることにより、検査・分析作業の効率化が図られ極めて効果的ではある。しかしながら、検査・分析装置においては、大量の試料液を対象とし、これを連続して検査・分析するといった処理を施す使用例は極めて少ない。このため従来の検査・分析装置においては、装置内への試料液の供給がもっぱら分析員等によって行われおり、多数種の試料液の検査・分析を行う場合に徹夜等の対応が必要であった。

なお、例えば量産型の液体混合装置等においても、液体の計量機構や自動弁等の構造を備えて供給部から一定量の液体を自動的に供給する自動供給機構が付設される。しかしながら、かかる自動供給機構は、構造が複雑かつ大規模であり、多数種の液体を自動供給するといった対応が図られるものでは無い。

したがって、本発明は、試料液を貯留した大容量のビーカ状の第１容器体から試料液を濾過する濾過器からなる小容量の第２容器体に対して全量分の試料液から所定量ずつ注ぎ分けて供給する小型で構造簡易かつ廉価な試料液定量処理装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかる試料液定量処理装置は、試料液を貯留するビーカ状の第１容器体と、この第１容器体の注ぎ口から注ぎ込まれた上記試料液を濾過する濾過器からなる第２容器体とを有し、第２容器体における濾過動作の進行にしたがって試料液が所定残量となると第１容器体から第２容器体に対して所定量の試料液の注ぎ分けが行われる要する。試料液定量処理装置は、第１容器体を着脱自在に保持するホルダ部と、ホルダ部を駆動することにより第１容器体から第２容器体への試料液の注ぎ込み動作をさせるホルダ部駆動機構と、第２容器体内における試料液の上限液面位置を検出して第１検出信号を出力するとともに下限液面位置を検出して第２検出信号を出力する液面検出センサと、試料液の注ぎ込み動作に際して第１容器体の回動角度を検出して角度検出信号を出力する回動角度検出手段と、液面検出センサから出力された第１検出信号と第２検出信号及び回動角度検出手段から出力された角度検出信号に基づいて、ホルダ部駆動機構の動作を制御する制御部とを備える。

試料液定量処理装置は、第２容器体の側方かつ下方位置において第１容器体をホルダ部に対して着脱する位置を初期位置として、第１容器体を、初期位置からホルダ部を介して第１容器体からの第２容器体への試料液の注ぎ込み動作をさせるホルダ部駆動機構に対して、制御部が、待機位置移動動作と、複数回の試料液注ぎ込み動作及び待機位置復帰移動動作を行うように制御する。試料液定量処理装置は、待機位置移動動作において、第１容器体を、初期位置から上昇移動させて第２容器体の側方かつその開口部よりも注ぎ口を上方に位置させて保持する待機位置へと移動させる制御を行う。試料液定量処理装置は、試料液注ぎ込み動作において、第１容器体を、待機位置から第２容器体側へと移動させて注ぎ口を開口部の上方に位置させた試料液注ぎ込み位置において直立姿勢から傾倒姿勢へと回動させることにより、注ぎ口から試料液を第２容器体内に注ぎ込ませる制御を行う。試料液定量処理装置は、待機位置復帰移動動作において、第１容器体を、試料液注ぎ込み動作により第２容器体内に所定量の試料液を注ぎ込むことにより試料液の上限液面位置を検出した液面検出センサから出力された第１検出信号に基づいて、傾倒姿勢から直立姿勢へと復帰回動させながら上記待機位置へと復帰移動させる制御を行う。

試料液定量処理装置は、第２容器体における濾過動作の進行にしたがって試料液の下限液面位置を検出した液面検出センサから出力された第２検出信号に基づいて、第１容器体を、待機位置からの試料液注ぎ込み動作と、所定量の試料液の注ぎ込みが行われて液面検出センサから出力された第１検出信号に基づく待機位置復帰移動動作とを繰り返し動作させる制御を行う。試料液定量処理装置は、繰り返し行われた試料液注ぎ込み動作によって試料液の残量が少なくなり第１容器体を規定の回動角度を超えて回動動作させて試料液の注ぎ込みが行われると、回動角度検出手段により最大角度検出信号が出力される。試料液定量処理装置は、第１容器体が試料液注ぎ込み位置から待機位置復帰移動動作を経て初期位置へと復帰させる初期位置復帰動作を行って、試料液の注ぎ込みを終了する動作制御を行う。試料液定量処理装置においては、それぞれの試料液注ぎ込み動作に際して、第１容器体が、所定の回動角度を超えると回動動作の速度の低速切り換えが行われて第２容器体内に試料液を緩やかに注ぎ込む動作制御が行われる。

本発明にかかる試料液定量処理装置によれば、大容量の第１容器体に充填された試料液を小容量の第２容器体に対して全量分を所定量ずつに分けて自動的に供給することが可能である。したがって、本発明にかかる試料液定量処理装置によれば、第２容器体内における試料液の残量監視や補充等の手間を不要として作業の合理化が図られるようにするとともに、試料液の精密供給を可能とする。

以下、本発明の実施の形態として図面に示した食物繊維の定量法として採用される上述したプロスキー変法の濾過工程に好適に用いられる試料液定量処理装置（以下、定量処理装置と略称する）１について詳細に説明する。なお、以下の説明において、方向を示す語として用いる「上下」、「左右」は、図１を基準として用いるものとする。

定量処理装置１は、例えば５００ｍｌ程度の大きな容量を有するトールビーカ（第１容器体）２を用いて４００ｍｌの試料液３を充填し、このトールビーカ２から３０ｍｌと小さな容量のるつぼ型濾過器（第２容器体）４に対して試料液３を一定量毎に分けて自動的に注ぎ込む。定量処理装置１は、トールビーカ２から全量の試料液３が濾過器４へ供給された状態を検出すると、トールビーカ２を初期位置へと復帰させて自動停止する。したがって、定量処理装置１は、何種類もの試料液３の分析を同時に行う場合でも分析員が全てを常時監視して濾過器４への試料液３の供給操作を行うことを不要とさせ、負担の軽減と正確な分析を行うことを可能とする。

定量処理装置１は、詳細を省略するテーブル上に載置されるとともに、図１に示すように筐体５の主面５Ａに対向して濾過器４が設置される。濾過器４には、その内部に予めセライト等によって濾過層６が形成されており、テーブル上に載置したスタンド７上に設置されるとともに内部を負圧状態として濾過液を吸引して排水する吸入排水管８が底部に接続される。濾過器４は、スタンド７に設けた高さ調節機構によって所定の高さ位置に調整される。なお、濾過器４については、かかる構成に限定されるものでは無く、例えば吸引瓶の上部開口部に装着されるものであってもよい。

定量処理装置１は、図１に示すように筐体５の主面５Ａにトールビーカ２を保持して後述する動作を行うビーカホルダ部９が設けられるとともに、上面５Ｂに電源スイッチ１０と、表示ランプ１１と、スタートスイッチ１２と、ビーカホルダ部９の動作を一時停止させる一時停止スイッチ１３及びビーカホルダ部９を初期位置へと復帰させる復帰スイッチ１４が設けられる。定量処理装置１には、上面５Ｂに詳細を後述する濾過器４の液面位置を検出する液面検出センサ１５を支持する支持アーム部材１６が取り付けられている。定量処理装置１は、筐体５の背面から商用電源に接続されるコンセントコード１７が引き出される。

表示ランプ１１は、電源の投入状態を点灯して表示するとともに、トールビーカ２から濾過器４に試料液３を全て供給してビーカホルダ部９が初期位置へと復帰した状態で点滅表示に切り替わることによって終了の合図を行う。なお、定量処理装置１は、終了の合図を表示ランプ１１の点滅とともに、内蔵したブザーを鳴動させて行うようにしてもよい。

スタートスイッチ１２は、トールビーカ２や濾過器４を設置した状態で操作されることによりビーカホルダ部９の動作が行われるようにする。一時停止スイッチ１３は、トールビーカ２から濾過器４に試料液３の供給を行っている状態で何らかの理由によりその動作を停止したい場合に操作され、ビーカホルダ部９が後述する待機位置へと移動されるようにする。復帰スイッチ１４は、トールビーカ２から濾過器４に試料液３の供給を行っている状態で何らかの理由によりその動作を中止したい場合に操作され、ビーカホルダ部９が後述する初期位置へと復帰されるようにする。なお、一時停止スイッチ１３と復帰スイッチ１４は、いわゆる共用スイッチとし、１度押し操作でビーカホルダ部９を待機位置に移動させ２度押し操作で初期位置に移動させるようにしてもよい。

定量処理装置１には、筐体５の内部に、詳細を後述するがビーカホルダ部９を駆動するホルダ部駆動機構１８と、コントローラ２０を有する制御部１９が設けられており、１個の駆動モータ２１を駆動源としてコントローラ２０によって動作制御を行いホルダ部駆動機構１８によってビーカホルダ部９を駆動する。定量処理装置１は、図２に示すようにコントローラ２０から出力される制御信号に基づいて駆動モータ２１を正転或いは逆転するように回転駆動させるモータドライバ２２と、駆動モータ２１の駆動軸の回転状態を検出するエンコーダ２３と、軸サーボ機構２４とを備えている。

定量処理装置１においては、図２に示すように、電源スイッチ１０、スタートスイッチ１２、一時停止スイッチ１３或いは復帰スイッチ１４を操作すると、コントローラ２０に所定の信号が入力される。定量処理装置１においては、後述するように濾過器４の液面位置を監視する液面検出センサ１５から、上限液面位置を検出する第１検出信号と下限液面位置を検出する第２検出信号とがコントローラ２０に出力される。定量処理装置１においては、駆動モータ２１に付設されたエンコーダ２３からその回転状態を検出する検出信号がコントローラ２０に出力される。

定量処理装置１においては、上述した各信号に基づいてコントローラ２０から表示ランプ１１やモータドライバ２２に対して所定の制御信号が出力される。定量処理装置１においては、上述したように表示ランプ１１が、電源スイッチ１０のオン操作で点灯し、濾過の終了で点滅する。なお、定量処理装置１においては、コントローラ２０や各センサに原点位置を認識させる操作が行われる。

定量処理装置１においては、ビーカホルダ部９が後述するように初期位置から注ぎ準備位置を経て１回目の注ぎ位置の直前までの間における移動動作がエンコーダ２３からの入力値に基づいてコントローラ２０において把握され、ビーカホルダ部９を高速で移動させるようにコントローラ２０によるモータドライバ２２の制御が行われる。定量処理装置１においては、ビーカホルダ部９が注ぎ位置の直前に達すると、コントローラ２０からモータドライバ２２に対して制御信号が出力されて駆動モータ２１を低速回転に切り換えて、軸サーボ機構２４とホルダ部駆動機構１８を介してビーカホルダ部９をゆっくりと回動させる。定量処理装置１においては、かかる動作制御によって試料液３がトールビーカ２から濾過器４内に静かに注ぎ込まれるようにしていわゆるドカつぎによる試料液３の溢れ出しが防止されるようにする。

定量処理装置１においては、濾過器４内への試料液３の注ぎ込み状態が液面検出センサ１５によって監視されており、試料液３が所定の上限液面位置まで流し込まれるとこの液面検出センサ１５からコントローラ２０に第１検出信号が出力される。定量処理装置１においては、コントローラ２０からモータドライバ２２に対して制御信号が出力され、駆動モータ２１を所定時間逆転させた後に停止させる制御が行われるようにする。定量処理装置１においては、軸サーボ機構２４とホルダ部駆動機構１８を介してビーカホルダ部９がわずかに復帰する方向に回動して待機位置に保持されるようにする。定量処理装置１においては、ビーカホルダ部９をわずかに復帰回動させることによって試料液３の表面張力を下げていわゆる液切れが確実に行われるようにする。

定量処理装置１においては、濾過器４による試料液３の濾過が進行して所定の下限液面位置となると液面検出センサ１５からコントローラ２０に第２検出信号が出力される。定量処理装置１においては、コントローラ２０からモータドライバ２２に対して制御信号が出力され、駆動モータ２１がゆっくりと回転を開始する。定量処理装置１においては、軸サーボ機構２４とホルダ部駆動機構１８を介してビーカホルダ部９が待機位置からゆっくりと回動し、トールビーカ２から濾過器４内への注ぎ込み動作が行われるようにする。

定量処理装置１においては、エンコーダ２３からの入力値に基づいてコントローラ２０においてビーカホルダ部９の全体の回転量が把握されるとともに、この回転量情報に基づいてトールビーカ２の角度情報が把握される。定量処理装置１においては、トールビーカ２が所定の最大角度θを超えて回動動作した状態でその内部から全量の試料液３が濾過器４に注ぎ込まれたことになることから、この最大角度θが予めコントローラ２０に設定される。定量処理装置１においては、最大角度θを超えるとコントローラ２０からモータドライバ２２に対して制御信号が出力され、駆動モータ２１を所定時間停止させた後に逆転させる制御が行われるようにする。定量処理装置１においては、駆動モータ２１が高速で逆転動作を行うことで、ビーカホルダ部９が初期位置へと高速で復帰する。

定量処理装置１は、図１及び図３（Ａ）に示すように、ビーカホルダ部９が、トールビーカ２を直立した状態で載置する受け台２５と、この受け台２５に立設された支持プレート部材２６と、この支持プレート部材２６に設けられてトールビーカ２の外周部を保持する可動ホルダ部材２７及び上下一対の固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂとを備える。ビーカホルダ部９は、支持プレート部材２６の上端部の一方側縁から腕状に支点部２９が一体に突出され、筐体５の主面５Ａに形成したガイド溝３０から突出するホルダ部駆動機構１８の後述する駆動軸３１に固定され、この駆動軸３１により駆動動作される。ビーカホルダ部９には、可動ホルダ部材２７を支持するヒンジ機構３２が設けられている。

可動ホルダ部材２７は、支点部２９に対してトールビーカ２を挟んだ外側に位置されてトールビーカ２の外周部を固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂとの間に挟み込んで保持する。可動ホルダ部材２７は、例えばステンレス板等を素材として中央部位にトールビーカ２の外周部とほぼ同等の曲率で湾曲した略半円形の保持部を形成し、基端側がヒンジ機構３２に組み付けられる。可動ホルダ部材２７には、保持部の内面に耐薬品特性を有するシリコン等で形成した弾性シートが接合される。ヒンジ機構３２は、受け台２５に立設した支軸３４と、軸受け筒部３５と、図示しないコイルバネ等から構成され、可動ホルダ部材２７の一端部を回動自在に支持する。ヒンジ機構３２は、コイルバネの弾性力によって可動ホルダ部材２７と固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂとの間でトールビーカ２を挟み込む方向へと付勢する。

固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂも、例えばステンレス板等を素材としてトールビーカ２の外周部とほぼ同等の曲率で湾曲した略半円形状に形成される。固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂは、支持プレート部材２６の支点部２９と対向する側縁に沿って高さ方向に離間して、それぞれ一端部が固定される。なお、固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂにも、可動ホルダ部材２７と同様にそれぞれの内面に弾性シートが接合される。

なお、ビーカホルダ部９は、後述する注ぎ動作が行われる際に垂れこぼしを抑制するために、トールビーカ２の注ぎ口が支点部２９を超えて濾過器４側に位置するように可動ホルダ部材２７と固定ホルダ部材２８とによりトールビーカ２を保持することが好ましい。また、ビーカホルダ部９は、トールビーカ２を保持する構造が、上述した可動ホルダ部材２７や固定ホルダ部材２８の形状や個数等に限定されるもので無いことは勿論であり、適宜の保持構造が採用される。

以上のように構成されたビーカホルダ部９には、可動ホルダ部材２７をコイルバネの弾性力に抗して外側へと回動させて固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂに対して開いた状態で、受け台２５上に所定量の試料液３を充填したトールビーカ２が載置される。ビーカホルダ部９は、可動ホルダ部材２７がコイルバネの弾性力によってトールビーカ２を固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂ側へと押圧して挟み込むことで、トールビーカ２を受け台２５上に保持する。ビーカホルダ部９は、後述するようにホルダ部駆動機構１８により図３（Ａ）において反時計方向に回動されてトールビーカ２から濾過器４への試料液３の供給が行われるようにする。ビーカホルダ部９は、同図に示すようにトールビーカ２の荷重がかかる下側を固定ホルダ部材２８Ａ、２８Ｂによって支持することで、トールビーカ２を確実に保持するとともにヒンジ機構３２の負荷を低減して構造が簡易化される。

液面検出センサ１５は、例えば超音波センサが用いられ、トールビーカ２から濾過器４内に供給された試料液３の供給量を監視し、濾過器４により試料液３の適正な濾過が行われるようにする。液面検出センサ１５は、図１に示すように筐体５に取り付けた折り曲げ自在なラセン管等からなる支持アーム部材１６の先端に取り付けられ、支持アーム部材１６の曲げ角度等を適宜調整することによって濾過器４内に臨まされるようにする。

液面検出センサ１５は、出射面から超音波を濾過器４内の試料液３の液面に向けて出射するとともに液面から反射したした超音波を入射面から入射することで、出入射時間をカウントして試料液３の液面位置を検出し、制御部１９に対して第１検出信号及び第２検出信号を出力する。

定量処理装置１においては、ホルダ部駆動機構１８によってビーカホルダ部９が、図３に示す初期位置から注ぎ準備位置を経て注ぎ位置へと移動される。ビーカホルダ部９は、この注ぎ位置においてホルダ部駆動機構１８によって回動され、トールビーカ２から濾過器４に所定量の試料液３の供給が行われるようにする。ビーカホルダ部９は、トールビーカ２から濾過器４に所定量の試料液３の供給が行われると、ホルダ部駆動機構１８によって注ぎ位置から待機位置へと移動される。ビーカホルダ部９は、トールビーカ２から濾過器４に試料液３が全量を供給すると、ホルダ部駆動機構１８によって初期位置へと復帰される。

注ぎ準備位置は、トールビーカ２を直立状態に保持しながらビーカホルダ部９を水平方向に移動させ、トールビーカ２を濾過器４に寄せた図４に示す位置である。注ぎ位置は、この注ぎ準備位置からビーカホルダ部９を図１において反時計方向に回動させて、トールビーカ２の注ぎ口を濾過器４の上方に位置させて試料液３を注ぎ込む図５に示す位置である。待機位置は、トールビーカ２から所定量の試料液３を濾過器４に注ぎ込んだ後に、次の注ぎ込み動作が素早く行われるようにトールビーカ２を傾けた状態でその注ぎ口から試料液３が落下しないようにビーカホルダ部９を時計方向にやや回動させた図６に示す位置である。

なお、定量処理装置１においては、後述するように濾過の進行に伴ってトールビーカ２内の試料液３の残量が少なくなり、トールビーカ２を次第に大きく傾けて濾過器４への試料液３の注ぎ込みが行われる。したがって、定量処理装置１においては、ビーカホルダ部９の上述した注ぎ位置や待機位置が、濾過の進行に伴ってその都度変化する。

定量処理装置１においては、駆動モータ２１に正逆の回転動作が可能なサーボモータが用いられ、上述したように制御部１９から出力される制御信号によって動作制御される。駆動モータ２１には、詳細を省略するが駆動軸の回転状態を検出するエンコーダ２３が設けられており、このエンコーダ２３によって正逆の回転情報や回転量の情報を検出して制御部１９へと出力が行われる。駆動モータ２１には、駆動軸の回転動作に基づいてサーボ軸４５の出入り動作やその速度等がコントロールされる軸サーボ機構２４が設けられている。

軸サーボ機構２４は、駆動モータ２１が正転動作すると、その回転速度に応じてサーボ軸４５が突出して、図３（Ｂ）において左側へと移動動作を行う。軸サーボ機構２４は、駆動モータ２１が逆転動作すると、その回転速度に応じてサーボ軸４５が所定の速度で突出位置からの後退し、同図において右側へと移動動作を行う。軸サーボ機構２４は、このサーボ軸４５の動作によってホルダ部駆動機構１８を駆動する。

ホルダ部駆動機構１８は、上述したように１個の駆動モータ２１を駆動源とし、制御部１９から出力される制御信号に基づく制御が行われて上述したビーカホルダ部９の駆動動作が行われる。ホルダ部駆動機構１８は、図３（Ｂ）に示すように、左右方向に対向する一対のフレーム３６Ａ、３６Ｂと、これらフレーム３６Ａ、３６Ｂ間に上下に離間して水平に支架された一対のガイド軸３７Ａ、３７Ｂとに構成各部材が組み付けられて所定の動作を行う。

ホルダ部駆動機構１８は、ガイド軸３７Ａ、３７Ｂに滑り軸受け３８Ａ、３８Ｂを介してスライド自在に支持され、筐体５の主面５Ａと対向して左右方向にスライド動作されるスライドプレート３９を備える。ホルダ部駆動機構１８は、このスライドプレート３９に上述した駆動軸３１と、ピニオン４０と、ストッパプレート４１と、第１ストッパ部材４２と、引張りスプリング４３とが設けられる。ホルダ部駆動機構１８は、フレーム３６Ａに固定した第２ストッパ部材４４を備える。ホルダ部駆動機構１８は、軸サーボ機構２４のサーボ軸４５に連結された連結プレート４６と、この連結プレート４６に固定されたラック部材４７を備える。

ホルダ部駆動機構１８は、駆動軸３１が、スライドプレート３９に一端を固定されるとともに、ガイド溝３０から突出した先端部にビーカホルダ部９の支持プレート部材２６を固定する。駆動軸３１には、ピニオン４０が固定されるとともに片持ち状態でストッパプレート４１が固定される。スライドプレート３９には、ストッパプレート４１に対向して左端位置に第１ストッパ部材４２が取り付けられている。スライドプレート３９は、左フレーム３６Ａとの間に張架した引張りスプリング４３の弾性力によって、図３（Ｂ）において左側へと付勢される。

ホルダ部駆動機構１８は、軸サーボ機構２４がスライドプレート３９の上方に位置して水平方向に配置され、そのサーボ軸４５が先端部を左フレーム３６Ａに貫通されるとともに連結プレート４６の上端部に固定している。連結プレート４６は、左フレーム３６Ａに沿って下方へと延長され、下端部にラック部材４７を固定する。ラック部材４７は、連結プレート４６に片持ちされて左フレーム３６Ａを貫通して水平方向に支持され、その底面部にほぼ全長に亘って送り歯が形成されている。ラック部材４７は、駆動モータ２１の回転動作によって軸サーボ機構２４を介して左右に往復動作される。

ホルダ部駆動機構１８は、ラック部材４７に対して軸方向の所定位置でピニオン４０が噛み合わされている。ホルダ部駆動機構１８は、上述したように引張りスプリング４３の弾性力によってスライドプレート３９を左側に付勢しているが、ピニオン４０とラック部材４７との噛み合いによってこのスライドプレート３９が所定位置に保持されるようにする。

ホルダ部駆動機構１８は、図３（Ａ）に示すように駆動軸３１がガイド溝３０の右端に位置した状態を定量処理装置１の初期位置とする。ホルダ部駆動機構１８は、同図（Ｂ）に示すように、スライドプレート３９が右フレーム３６Ｂ側に寄った位置にあって第２ストッパ部材４４との間にガイド溝３０の長さとほぼ等しい間隔を保持される。ホルダ部駆動機構１８は、ストッパプレート４１が第１ストッパ部材４２に突き当てられ、ピニオン４０の時計方向の回転を阻止している。

ホルダ部駆動機構１８は、駆動モータ２１が正方向に回転すると、軸サーボ機構２４のサーボ軸２４が次第に突出する動作を行って図４（Ｂ）に矢印で示すように連結プレート４６を左側へと押圧する。ホルダ部駆動機構１８は、連結プレート４６を介してラック部材４７も同図矢印で示すように左側へと移動することで、噛み合いされているピニオン４０を介してスライドプレート３９に左側への引張り力を作用させる。ホルダ部駆動機構１８は、スライドプレート３９が引張りスプリング４３の弾性力によってガイド軸３７Ａ、３７Ｂに支持されて左側へと移動する。したがって、ビーカホルダ部９は、支持プレート部材２６がガイド溝３０内を右端から左端に向かって移動する駆動軸３１と一体となって移動し、同図（Ａ）に示す注ぎ準備位置に達する。ホルダ部駆動機構１８においては、ビーカホルダ部９が注ぎ準備位置に達した状態で、図４（Ｂ）に示すように側端部が第２ストッパ部材４４に突き当たることでスライドプレート３９が停止される。

ホルダ部駆動機構１８においては、駆動モータ２１がさらに正方向に回転して軸サーボ機構２４のサーボ軸２４の突出動作が継続されることにより、ラック部材４７も左方向に移動する。ホルダ部駆動機構１８においては、図５（Ｂ）に矢印で示すようにピニオン４０がラック部材４７によって反時計方向へと回動され、ピニオン４０を介して駆動軸３１も反時計方向への回動動作が行われる。ホルダ部駆動機構１８においては、駆動軸３１の回動によってビーカホルダ部９も同図（Ａ）に矢印で示すように反時計方向に回動する。

ホルダ部駆動機構１８においては、駆動モータ２１が所定の回転動作を行うと低速に切り換えられ、注ぎ口が濾過器４の上方に位置されたトールビーカ２から試料液３の注ぎ込みが開始される。ホルダ部駆動機構１８においては、駆動モータ２１からの低速回転出力によって、ビーカホルダ部９の傾きが次第に大きくなりトールビーカ２から濾過器４に対して試料液３がゆっくりと注ぎ込まれる。

ホルダ部駆動機構１８においては、トールビーカ２から濾過器４に対して一定量の試料液３が注ぎ込まれて液面検出センサ１５からコントローラ２０に第１検出信号が出力されると、このコントローラ２０からモータドライバ２２に制御信号が出力されて駆動モータ２１の停止・逆転動作が行われる。ホルダ部駆動機構１８においては、軸サーボ機構２４のサーボ軸４５が図６（Ｂ）に矢印で示すように右側へとやや移動する動作を行うことにより、連結プレート４６を介してラック部材４７も右側へと移動する。ホルダ部駆動機構１８においては、同図に矢印で示すようにピニオン４０がラック部材４７によって時計方向へと回動されて、このピニオン４０を介して駆動軸３１の時計方向への回動動作が行われる。

ホルダ部駆動機構１８においては、駆動軸３１の回動によってビーカホルダ部９も図６（Ａ）に矢印で示すように時計方向へと小角度で回動して待機位置へと移動する。ホルダ部駆動機構１８においては、ビーカホルダ部９の傾き角度を小さくさせることによって、トールビーカ２からの濾過器４への試料液３の供給が停止されるようにする。ホルダ部駆動機構１８においては、駆動モータ２１が所定量の逆転動作を行って自動停止することにより、ビーカホルダ部９を待機位置で保持する。

ホルダ部駆動機構１８においては、試料液３の濾過が進行して濾過器４内の液面が下限液面位置となって液面検出センサ１５からコントローラ２０に第２検出信号が出力されると、このコントローラ２０からモータドライバ２２に制御信号が出力されて駆動モータ２１の回転が開始される。ホルダ部駆動機構１８においては、図５に基づいて説明した上述した注ぎ込み動作と同等の動作によってビーカホルダ部９を待機位置から注ぎ込み位置へと回動させて、トールビーカ２から濾過器４に試料液３の注ぎ込み操作が行われるようにする。

ホルダ部駆動機構１８においては、トールビーカ２から濾過器４に一定量の試料液３の供給を行うと、図６に基づいて説明した上述した待機位置への移動動作と同等の動作によってビーカホルダ部９を注ぎ込み位置から待機位置へと回動させて、トールビーカ２から濾過器４への試料液３の注ぎ込み操作を停止させるとともに待機位置に保持する。ホルダ部駆動機構１８においては、ビーカホルダ部９が所定の回動角度を超えるまで、上述した動作が繰り返されるようにする。

ホルダ部駆動機構１８においては、トールビーカ２から濾過器４への試料液３の供給が繰り返され、図７に示すようにビーカホルダ部９が所定の最大角度θ、例えば１００°を超えて回動動作したことが検出されるとビーカホルダ部９の初期位置への復帰動作が開始される。ホルダ部駆動機構１８においては、コントローラ２０からモータドライバ２２に出力される制御信号によって、駆動モータ２１が所定時間のタイミングを以って逆転動作を行う。

ホルダ部駆動機構１８においては、駆動モータ２１によって軸サーボ機構２４のサーボ軸４５が図６に基づいて説明した動作と同様に右方向へと移動して連結プレート４６を介してラック部材４７も右方向へと移動させる。ホルダ部駆動機構１８においては、ピニオン４０がラック部材４７によって時計方向へと回動されて、このピニオン４０を介して駆動軸３１の時計方向への回動動作が行われる。ホルダ部駆動機構１８においては、ピニオン４０が所定角度まで回動すると、このピニオン４０と一体化されたストッパプレート４１が第１ストッパ部材４２に突き当たる。

ホルダ部駆動機構１８においては、この状態でビーカホルダ部９を上述した注ぎ準備位置に復帰させる。ホルダ部駆動機構１８においては、この状態でピニオン４０の回動が停止されるが、ラック部材４７の右方向への移動動作が継続されることでピニオン４０を介してスライドプレート３９が引張りスプリング４３の弾性力に抗して右方向へと移動される。ホルダ部駆動機構１８においては、駆動軸３１がガイド溝３０の右端に達しビーカホルダ部９が初期位置に復帰した状態で駆動モータ２１が自動停止される。

以上のように構成された定量処理装置１において、図８を参照してトールビーカ２から濾過器４に対して試料液３を一定量ずつ自動的に供給させるようにするビーカホルダ部９の動作フローについて説明する。定量処理装置１は、試料液作成工程で作成した所定量の試料液３をトールビーカ２内に充填するとともにこのトールビーカ２を受け台２５上に載置して可動ホルダ部材２７と固定ホルダ部材２８とによって保持する処理や、所定の位置に設置したスタンド７上に濾過器４を載置するとともにこの濾過器４に吸入排水管８を接続する等の段取りが行われる（Ｓ−１）。

定量処理装置１は、コンセントコード１７が商用電源と接続され、電源スイッチ１０をオン操作した状態でスタートスイッチ１２のオン操作が行われる（Ｓ−２）。定量処理装置１は、ビーカホルダ部９が、ホルダ部駆動機構１８によって初期位置から注ぎ準備位置を経て注ぎ位置へと移動させる動作が行われる（Ｓ−３）。定量処理装置１は、制御部１９においてエンコーダ２３からコントローラ２０に出力される駆動モータ２１の回転情報によりビーカホルダ部９の回動角度が監視される（Ｓ−４）。

定量処理装置１は、ビーカホルダ部９の回動角度が所定の角度に達すると、コントローラ２０からの制御信号によって駆動モータ２１の駆動速度を低速に切り換える制御が行われる（Ｓ−５）。定量処理装置１は、低速で駆動される駆動モータ２１によってホルダ部駆動機構１８がビーカホルダ部９をゆっくりと回動させてトールビーカ２から濾過器４内に試料液３を静かに注ぎ込ませるようにする（Ｓ−６）。

定量処理装置１は、濾過器４に一定量の試料液３が注ぎ込まれると、液面位置を監視していた液面検出センサ１５から制御部１９に第１検出信号が出力される（Ｓ−７）。定量処理装置１は、第１検出信号に基づいてコントローラ２０からの制御信号によってホルダ部駆動機構１８が駆動されてトールビーカ２からの濾過器４への試料液３の供給動作の停止とともにビーカホルダ部９を待機位置へと復帰させる動作が行われる（Ｓ−８）。

定量処理装置１は、濾過器４による濾過の進行が液面検出センサ１５による液面位置の監視によって検出され、下限液面位置に達すると液面検出センサ１５から制御部１９に第２検出信号が出力される（Ｓ−９）。定量処理装置１は、第２検出信号に基づいてコントローラ２０からの制御信号によってホルダ部駆動機構１８が駆動されてトールビーカ２から濾過器４への試料液３の再供給が行われる（Ｓ−１０）。

定量処理装置１は、トールビーカ２内の試料液３の残量が少なくなり、トールビーカ２を大きく傾けて底のほうに残った試料液３を濾過器４に流し込む状態をビーカホルダ部９の回動角度によって検出する（Ｓ−１１）。定量処理装置１は、ビーカホルダ部９が１００°を超えて回動すると、コントローラ２０からの制御信号によってホルダ部駆動機構１８が駆動されてビーカホルダ部９を初期位置へと復帰させてトールビーカ２から濾過器４への試料液３の供給操作を終了する（Ｓ−１２）。

上述した定量処理装置１においては、折り曲げ自在な支持アーム部材１６に液面検出センサ１５を取り付けるようにしたが、例えば第２の実施の形態として図９に示した定量処理装置５０のように、筐体５の主面５Ａに固定したホルダ部５１に液面検出センサ１５を組み付けるようにしてもよい。定量処理装置５０は、ビーカホルダ部９が液面検出センサ１５との干渉を考慮せずに自由に回動動作されるようになる。

一方、定量処理装置５０においては、液面検出センサ１５が濾過器４の上方に配置されることで、例えば揮発性の溶媒を用いた試料液３の濾過を行う場合に揮発物が液面検出センサ１５の表面に付着して検出精度を低下させることがある。定量処理装置５０においては、図９に示すように、筐体５内に吸い込みファン５２を設けるとともに主面５Ａの液面検出センサ１５と濾過器４との間に開口する吸い込み口５３を設けて揮発物を吸い込むことで、液面検出センサ１５の表面への付着を抑制する。

なお、定量処理装置５０は、濾過器４からの揮発物が液面検出センサ１５に直接影響を及ぼさないよう空気流を変えるようにすればよい。したがって、定量処理装置５０は、上述した吸い込みファン５２と吸い込み口５３とに代えて、筐体５に吹き出しファンと吹き出し口とを設けて空気流制御構造を構成するようにしてもよい。

また、定量処理装置１、５０においては、上述したようにホルダ部駆動機構１８が１個の駆動モータ２１と軸サーボ機構２４とを備えてビーカホルダ部９の上述した動作を行うようにしたが、かかるホルダ部駆動機構１８に限定されないことは勿論である。定量処理装置１、５０においては、ホルダ部駆動機構を、例えばビーカホルダ部９を回転動作させる駆動モータと、ビーカホルダ部９を往復移動させるプランジャとによって駆動源を構成するようにしてもよい。また、定量処理装置１、５０においては、詳細を省略するが駆動モータの駆動軸或いは軸サーボ機構２４のサーボ軸４５によって直接ビーカホルダ部９やスライドプレート３９を駆動するホルダ部駆動機構を構成してもよい。さらに、定量処理装置１、５０においては、駆動モータ２１とその出力軸に掛け合わせたタイミングベルトによってビーカホルダ部９やスライドプレート３９を駆動するホルダ部駆動機構を構成してもよい。

定量処理装置１、５０においては、種々の段取り等の作業が効率よく行われるようにするとともにビーカホルダ部９がスタンド７等に当たることなく回動動作が行われるようにするために、初期位置においてビーカホルダ部９と濾過器４との間に適当な間隔が保持されるように構成される。したがって、定量処理装置１、５０においては、ビーカホルダ部９が初期位置から注ぎ準備位置まで水平方向に移動された後に回動動作を開始するように構成したが、初期位置と注ぎ準備位置とを同一位置とするようにしてもよいことは勿論である。

定量処理装置１、５０においては、濾過器４内における試料液３の上限液面位置と下限液面位置とを検出する液面検出センサ１５として超音波センサを用いたが、かかる超音波センサに限定されないことは勿論である。定量処理装置１、５０においては、液面検出センサ１５として、例えば濾過器４内に装填されて試料液３の液面に浮かばされるフロートセンサや、濾過器４の外周部に配置される光学センサ等を用いてもよい。

上述した実施の形態は、食物繊維の定量法として採用される上述したプロスキー変法の濾過工程に好適に用いられる定量処理装置１について説明したが、本発明はかかる適用例に限定されないことは勿論である。本発明は、例えば試料液に対して一定量の試液を所定の間隔を以って供給することによって試料液の変化を経時的に分析するといった場合にも好適に用いることが可能である。

実施の形態として示す試料液定量処理装置の斜視図である。試料液定量処理装置の構成ブロック図である。同図（Ａ）はビーカホルダ部が初期位置にある全体の正面図、同図（Ｂ）は同ホルダ部駆動機構の一部切り欠き正面図である。同図（Ａ）はビーカホルダ部が注ぎ準備位置にある全体の正面図、同図（Ｂ）は同ホルダ部駆動機構の一部切り欠き正面図である。同図（Ａ）はビーカホルダ部が注ぎ位置にある全体の正面図、同図（Ｂ）は同ホルダ部駆動機構の一部切り欠き正面図である。同図（Ａ）はビーカホルダ部が待機位置にある全体の正面図、同図（Ｂ）は同ホルダ部駆動機構の一部切り欠き正面図である。ビーカホルダ部が最大角度を超えて回動動作した状態の正面図である。ビーカホルダ部の動作フローチャートである。第２の実施の形態として示す試料液定量処理装置の斜視図である。

１試料液定量処理装置、２トールビーカ、３試料液、４濾過器、５筐体、６濾過層、９ビーカホルダ部、１５液面検出センサ、１８ホルダ部駆動機構、１９制御部、２０コントローラ、２１駆動モータ、２２モータドライバ、２３エンコーダ、２４軸サーボ機構、３０ガイド溝、３１駆動軸、３９スライドプレート、４０ピニオン、４１ストッパプレート、４２第１ストッパ部材、４４第２ストッパ部材、４５サーボ軸、４６連結プレート、４７ラック部材、５０試料液定量処理装置

Claims

試料液を貯留するビーカ状の第１容器体と、この第１容器体の注ぎ口から注ぎ込まれた上記試料液を濾過する濾過器からなる第２容器体とを有し、上記第２容器体における濾過動作の進行にしたがって上記試料液が所定残量となると上記第１容器体から上記第２容器体に対して所定量の上記試料液の注ぎ分けを行う試料液定量処理装置であり、
上記第１容器体を着脱自在に保持するホルダ部と、
上記ホルダ部を駆動することにより、上記第１容器体から上記第２容器体への上記試料液の注ぎ込み動作をさせるホルダ部駆動機構と、
上記第２容器体内における上記試料液の上限液面位置を検出して第１検出信号を出力するとともに下限液面位置を検出して第２検出信号を出力する液面検出センサと、
上記試料液の注ぎ込み動作において、上記第１容器体の回動角度を検出して角度検出信号を出力する回動角度検出手段と、
上記液面検出センサから出力された上記第１検出信号と上記第２検出信号及び上記回動角度検出手段から出力された上記角度検出信号に基づいて、上記ホルダ部駆動機構の動作を制御する制御部とを備え、
上記第２容器体の側方かつ下方位置において上記第１容器体を上記ホルダ部に対して着脱する位置を初期位置として、上記第１容器体を、上記初期位置から上記ホルダ部を介して上記第１容器体からの上記第２容器体への上記試料液の注ぎ込み動作をさせる上記ホルダ部駆動機構に対する上記制御部の制御動作が、
上記初期位置から上昇移動させて上記第２容器体の側方かつその開口部よりも上記注ぎ口を上方に位置させて保持する待機位置へと移動させる待機位置移動動作と、
上記待機位置から上記第２容器体側へと移動させて上記注ぎ口を上記開口部の上方に位置させた試料液注ぎ込み位置において直立姿勢から傾倒姿勢へと回動させることにより、上記注ぎ口から上記試料液を上記第２容器体内に注ぎ込ませる試料液注ぎ込み動作と、
上記試料液注ぎ込み動作により上記第２容器体内に所定量の上記試料液を注ぎ込むことにより上記試料液の上限液面位置を検出した上記液面検出センサから出力された上記第１検出信号に基づいて傾倒姿勢から直立姿勢へと復帰回動させながら上記待機位置へと復帰移動させる待機位置復帰移動動作と、
上記第２容器体における濾過動作の進行にしたがって上記試料液の下限液面位置を検出した上記液面検出センサから出力された上記第２検出信号に基づいて、上記待機位置からの上記試料液注ぎ込み動作と、所定量の上記試料液の注ぎ込みが行われて上記液面検出センサから出力された上記第１検出信号に基づく上記待機位置復帰移動動作とが繰り返し行われ、
繰り返し行われた上記試料液注ぎ込み動作により上記試料液の残量が少なくなって規定の回動角度を超える回動動作を検出した上記回動角度検出手段から出力された最大角度検出信号に基づいて、上記試料液注ぎ込み位置から上記待機位置復帰移動動作を経て上記初期位置へと復帰させる初期位置復帰動作を行って上記試料液の注ぎ込みを終了する動作制御を行うとともに、
それぞれの上記試料液注ぎ込み動作に際して、回動動作が所定の回動角度を超えると速度の低速切り換えが行われて上記第２容器体内に上記試料液を緩やかに注ぎ込む動作制御を行う試料液定量処理装置。
上記ホルダ部は、上記第１容器体を直立状態で載置する受け台と、この受け台を支持するとともに一方側縁から腕状に突出形成した支点部が上記ホルダ部駆動機構に連結された支持プレート部材と、この支持プレート部材に上記支点部側に位置して設けられた固定ホルダ部材と、この固定ホルダ部材と対向してヒンジ機構を介して上記支持プレート部材に設けられた可動ホルダ部材を備え、
上記固定ホルダ部材と上記可動ホルダ部材が、上記試料液注ぎ込み動作において上記注ぎ口が上記支点部を超えて上記第２容器体側に位置するようにして、上記第１容器体を保持する請求項１に記載の試料液定量処理装置。