JP5327325B2 - ニードル移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ニードル（ニードル）を指定された位置まで移動させるニードル移動装置に関するものである。このようなニードル移動装置は、ニードルを指定された試料容器の位置まで移動させてサンプリングを行なうオートサンプラや、ニードルを所定の位置に移動させてその位置に液体クロマトグラフからの溶出液を滴下するフラクションコレクタに適用される。
なお、以下において、「ニードル」は、試料容器に挿入されて液体の吸引を行なう針状の部材に限らず、液体を滴下するだけのニードルも含む。

オートサンプラやフラクションコレクタは、指定された位置へニードルを移動させて試料を吸引したり試料を滴下したりするものである。ニードルを指定された位置へ移動させるためのニードル移動装置は、一般的にニードルを水平面内方向の互いに直交する２方向と垂直方向へ移動させるように構成されている。ニードル移動装置はパルスモータを駆動することによってニードルを各方向へ移動させる機構を備え、各パルスモータへ与えるパルス信号に応じた距離だけ各方向へニードルが移動する（例えば、特許文献１参照。）。

ニードルの駆動はシステムコントローラによって制御されることが一般的である。システムコントローラには、情報の入出力や表示が可能な例えばパーソナルコンピュータが接続され、操作者はパーソナルコンピュータを介してニードル移動装置を含む装置の動作を管理することができるように構成される。
以下において、オートサンプラやフラクションコレクタなど実際にニードルを移動させてサンプリングや分注を行なう装置を実行装置と規定する。これに対し、実行装置に接続されて実行装置の動作を制御するシステムコントローラなどの装置を演算処理装置と規定する。

特許第２７８５８２７号公報

ところで、ニードルが障害物に接触して移動が阻止された場合などはニードルが操作者の指定した位置へ正常に移動しないことがある。そのような場合にニードルが停止した位置でサンプリングなどの動作を行なうと、操作者が意図していない試料容器に対してサンプリングが行なわれたり、試料容器のない位置をニードルの先端部が突いて折れ曲がってしまったりするなどの問題が生じる。したがって、操作者が指定した位置へニードルが移動しなかった場合にはそれを認識できるようにすることが重要である。

一般的に、ニードルを各方向へ移動させるためのパルスモータには、パルスモータの回転数からニードルの移動距離を計測することができるエンコーダが設けられている。実行装置においてエンコーダからの信号を演算処理装置からの信号と比較し、両者が一致するか否かでニードルの移動が正常に行われたか否かを確認することができる・

しかし、演算処理装置から実行装置側へ与えられる信号が、操作者の入力した情報に基づくものとは異なる信号に変化する場合がある。演算処理装置からの変化した信号に応じてニードルが移動すると、ニードルは指定された位置とは異なる位置へ移動してしまうが、実行装置内ではニードルが正常に移動したと認識される。すなわち、上記の方法では、演算処理装置から実行装置側へ与えられる信号が変化したとしてもその異常を検知することができない。従来では、実行装置に与えられる信号が変化した場合が考慮されていなかったため、実行装置側へ与えられる信号が変化したことは認識できなかった。

そこで本発明は、演算処理装置から実行装置側に与えられる信号が変化した場合にもその異常を検知することができるニードル移動装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、ニードル、ニードルをモータの駆動により少なくとも水平面内方向へ移動させるためのニードル駆動部及びモータに設けられモータの回転数に基づいてニードルの移動距離を計測するエンコーダを備えてエンコーダによる計測信号を出力する実行装置と、実行装置と接続され、外部からの情報入力により指定された位置へニードルを移動させるための信号を実行装置へ与える演算処理装置と、演算処理装置に設けられ、実行装置が出力したエンコーダによる計測信号を受け取って移動後のニードル位置を求め、指定された位置と比較し、両者が一致するか否かを判定する判定部と、を備えているものである。

具体的な実施例として、ニードル駆動部は上記モータとして水平面内の互いに直交するＸ方向とＹ方向へニードルを移動させるためのＸ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータを備え、エンコーダとしてＸ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータにそれぞれのエンコーダが設けられ、判定部は、Ｘ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータに設けられた両エンコーダからの信号に基づいて水平面内におけるニードル位置を求めて指定された位置と比較するものである例を挙げることができる。

実行装置は、エンコーダによる計測信号と演算処理装置から与えられた信号に基づいて駆動後のニードルが指定された位置に到達したか否かを検知する手段（実施例では信号処理部６）を有することが好ましい。実行装置が、ニードルが指定された位置に到達したことを検知できなかった場合には、ニードルが障害物に接触するなど物理的な不具合によって正常に移動することができなかったと判断できる。したがって、実行装置にこのような手段を設けておくことで、ニードルを指定された位置に移動させることができなかったときの原因が実行装置側にあるか、演算処理装置から実行装置に与えられた信号にあるかを判別することができる。

本発明のニードル移動装置では、実行装置から出力されるエンコーダによる計測信号を受け取って移動後のニードルの位置を求め、指定された位置と一致するか否かを判定する判定部が演算処理装置に設けられているので、ニードルの移動が正常に行われたか否かを演算処理装置側で判定することができる。すなわち、判定部は、演算処理装置から実行装置へ送信される前の段階の情報を基準としてニードルの移動が正常か異常かを判定するため、演算処理装置から実行装置への信号が変化した場合にはそれを異常として認識することができる。

一実施例のニードル移動装置を示すブロック図である。 同実施例の動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施例として、ニードル移動装置をオートサンプラに適用した例を図１を参照しながら説明する。
ニードル移動装置は、実行装置としてのオートサンプラ１ａと演算処理装置としてのシステムコントローラ１ｂで構成されている。システムコントローラ１ｂには情報の入出力や表示を行なうための装置であるパーソナルコンピュータ１７が接続されている。

オートサンプラ１ａはニードル２を備えている。ニードル２は駆動部４によって水平面内方向と垂直方向へ移動が可能である。ニードル２の先端はシリンジポンプ９に繋がっており、シリンジポンプ９のプランジャを駆動するポンプ駆動モータ８を作動させることによって先端から液体の吸引と吐出を行なうことができる。

駆動部４は、ニードル２を水平面内の互いに直交するＸ方向とＹ方向へ移動させるためのＸ方向駆動モータ４ａとＹ方向駆動モータ４ｂ、垂直方向へ移動させるためのＺ方向駆動モータ４ｃを備えている。各駆動モータ４ａ，４ｂ及び４ｃは例えばパルスモータであり、信号処理部６からのパルス信号に応じて作動する。Ｘ方向駆動モータ４ａとＹ方向駆動モータ４ｂにはエンコーダ１２ａ，１２ｂが設けられている。エンコーダ１２ａ，１２ｂは各モータ４ａ，４ｂの回転数からニードル２の各方向への移動距離を計測することができる。信号処理部６は、演算処理装置１ｂから与えられる信号に応じたパルス信号を各駆動モータ４ａ、４ｂ、４ｃ及びポンプ駆動モータ８へ与えるものである。

システムコントローラ１ｂは、演算処理部１６、記憶部１８及び判定部２０を備えている。
演算処理部１６は、パーソナルコンピュータ１７を介して入力されたサンプリングに関する情報を入力し、その情報に応じたオートサンプラ１ａの動作制御を行なう。操作者がパーソナルコンピュータ１７を介して入力する情報とは、例えばサンプリングすべき試料容器の番号であり、複数の試料容器に対してサンプリングを行なう場合にはその順番も含む。図示は省略されているが、このオートサンプラでサンプリングを行なう試料を収容した複数の試料容器がニードル２の下方に設けられたラックに配置されている。各試料容器が配置されている位置の情報は予めパーソナルコンピュータ１７を介して入力されており、その情報が例えばシステムコントローラ１ｂの記憶部１８やパーソナルコンピュータ１７内の記憶装置に格納されている。この実施例では、システムコントローラ１ｂの記憶部１８に格納されているものとする。

演算処理部１６は、指定された試料容器が配置されている位置を記憶部１８に格納されている情報に基づいて特定し、その位置情報をオートサンプラ１ａの信号処理部６に与えるようになっている。また、予めサンプリングすべき複数の試料容器と順番が指定されている場合には、その順番に沿って次にサンプリングすべき試料容器が配置されている位置を特定し、その位置情報をオートサンプラ１ａの信号処理部６に与えるようになっている。

判定部２０は、エンコーダ４ａ，４ｂからの信号を入力し、それらの信号から移動後のニードル２の位置を求め、求めたニードル２の位置と指定された位置とを比較して両者が一致するか否かを判定するものである。
演算処理部１６は判定部２０から判定結果の情報を入力し、その情報に基づいてその後のオートサンプラ１ａの動作を制御する。

図２はこの実施例の動作を示すフローチャートである。図２に沿って同実施例の動作を説明する。
サンプリングすべき試料容器の情報がパーソナルコンピュータ１７を介して指定されると、システムコントローラ１ｂの演算処理部１６は記憶部１８に格納されている試料容器の配置位置の情報から指定された試料容器の位置を特定し（ステップＳ１）、オートサンプラ１ａ側へその情報を送信する（ステップＳ２）。

オートサンプラ１ａ側では、信号処理部６が演算処理部１６から与えられた情報に基づいてパルス信号をＸ方向駆動モータ４ａ及びＹ方向駆動モータ４ｂに与え（ステップＳ３）、ニードル２を移動させる（ステップＳ４）。このとき、エンコーダ１２ａはＸ方向駆動モータ４ａの回転数からニードル２のＸ方向への移動距離を計測し、エンコーダ１２ｂはＹ方向駆動モータ４ｂの回転数からニードル２のＹ方向への移動距離を計測する。なお、ニードル２はシステムコントローラ１ｂからニードル２を移動させるための信号が与えられる前の段階においてホームポジションに戻されているものとする。

ニードル２の移動後、システムコントローラ１ｂ側では、判定部２０がエンコーダ１２ａ，１２ｂからの信号に基づいて移動後のニードル２の位置を特定し（ステップＳ５）、移動後のニードル２の位置と指定された試料容器の位置とが一致するか否かを判定する（ステップＳ６）。判定部２０による判定結果は演算処理部１６に入力される。

移動後のニードル２の位置が設定された試料容器の位置と一致する場合、演算処理部１６はその状態でサンプリングを行なわせる信号をオートサンプラ１ａ側へ与える。オートサンプラ１ａ側では、演算処理部１６からのサンプリング開始の信号に応じてサンプリングを行なう（ステップＳ７）。サンプリング時は、ニードル２が一定距離だけ下降して先端部が試料容器内に挿入されるように信号処理部６からＺ方向駆動モータ４ｃにパルス信号が与えられ、ニードル２の下降後はシリンジポンプ９によって所定量の試料が吸引されるようにポンプ駆動モータ８にパルス信号が与えられる。サンプリング終了後は、ニードル２はホームポジションに戻される（ステップＳ８）。このとき、システムコントローラ１ｂ側では、サンプリングした試料容器の情報が記憶部１８に記憶される。

移動後のニードル２の位置が設定された試料容器の位置と一致しない場合、演算処理部１６はその位置でサンプリングを行なうか否かを、例えばパーソナルコンピュータ１７のディスプレイ上に表示するなどして操作者に確認し、判断を求める。そのままサンプリングを行なう場合は、オートサンプラ１ａ側へサンプリング開始の信号を与えてステップＳ７〜Ｓ９の動作を続行する。ただし、移動後のニードル２の位置が設定された試料容器の位置と一致しない場合は、ニードル２の移動が正常に行われなかった可能性が高いことから、通常はそのままサンプリングを行なうことはないため、その位置でサンプリングを行なうか否かの判断を操作者に求める機能は設けられていなくてもよい。

移動後のニードル２の位置が設定された試料容器の位置と一致せず、その位置でサンプリングを行わない場合は、ニードル２の移動の再試行を行なうか否かを決定する（ステップＳ１１）。ニードル２の移動の再試行を行なうか否かは、例えばパーソナルコンピュータ１７のディスプレイに確認メッセージを表示するなどして判断を求める。また、予め再試行の回数が設定されている場合にはその回数だけ再試行を繰り返す。ニードル２の移動の再試行を行なう場合は、再度、指定された試料容器の位置情報を演算処理部１６からオートサンプラ１ａ側へ送信する（ステップＳ２）。判定部２０の判定により検知されるニードル２の移動の異常は、システムコントローラ１ｂからオートサンプラ１ａに与えられる信号に異常があることが原因であるため、再度、システムコントローラ１ｂからオートサンプラ１ａに信号を送信することにより、不具合を解決できることがあるからである。

また、エンコーダ１２ａ，１２ｂからの信号を信号処理部６へも入力させている。これは、信号処理部６においても、エンコーダ１２ａ，１２ｂからの信号に基づいて移動後のニードル２の位置を特定し、演算処理部１６から与えられた試料容器の位置の情報と一致するか否かを確認できるようにしたためである。両者が一致しなかった場合は、ニードル２が障害物に接触するなど物理的な不具合によって正常に移動することができなかったと判断できる。一方、信号処理部６においてはエンコーダ１２ａ，１２ｂからの信号に基づく移動後のニードルの位置と演算処理部１６から与えられた試料容器の位置の情報が一致しているにもかかわらず、判定部２０での判定によりニードル２の移動の異常が検知されるときはシステムコントローラ１ｂからオートサンプラ１ａに与えられた信号に異常があったと判断できる。このように、判定部２０だけでなく信号処理部６でもエンコーダ１２ａ，１２ｂからの信号を利用してニードル２の移動の異常を検知できるようにすれば、ニードル２の移動の異常が、信号の変化によるものか物理的な不具合によるものかを判別することができる。

なお、上記のニードル２の移動制御は、シリンジポンプやポンプ駆動モータをもたず、液体クロマトグラフからの溶出液をニードル２の先端から滴下するフラクションコレクタに対しても適用することができる。
また、上記実施例では、サンプリング時にニードル２を下降させてニードル２の先端を試料容器内に挿入する方式のオートサンプラについて説明したが、試料容器を配置するためのラックを上下動させる方式のものについても適用することができる。その場合には、駆動部４のＺ方向駆動モータ４ｃは不要である。

２ ニードル
４ 駆動部
４ａ Ｘ方向駆動モータ
４ｂ Ｙ方向駆動モータ
４ｃ Ｚ方向駆動モータ
６ 信号処理部
８ ポンプ駆動モータ
９ シリンジポンプ
１２ａ，１２ｂ エンコーダ
１６ 演算処理部
１７ パーソナルコンピュータ
１８ 記憶部
２０ 判定部

Claims (2)

1. ニードル、ニードルをモータの駆動により少なくとも水平面内方向へ移動させるためのニードル駆動部及び前記モータに設けられモータの回転数に基づいてニードルの移動距離を計測するエンコーダを備えて前記エンコーダによる計測信号を出力する実行装置と、
   前記実行装置と接続され、外部からの情報入力により指定された位置へ前記ニードルを移動させるための信号を前記実行装置へ与える演算処理装置と、
   前記実行装置に設けられ、前記エンコーダによる計測信号と前記演算処理装置から与えられた信号に基づいて駆動後の前記ニードルが指定された位置に到達したか否かを検知する手段と、
   前記演算処理装置に設けられ、前記実行装置が前記演算処理装置からの信号に基づいて前記ニードルを指定された位置へ移動させる動作を実行した後に前記実行装置が出力したエンコーダによる計測信号を受け取って移動後のニードル位置を求め、前記実行装置へ送信される前の段階の指定された位置情報と比較し、両者が一致するか否かを判定する判定部と、
   前記ニードルを指定された位置に移動させることができなかったときに、前記判定部による判定結果と前記検知する手段による検知結果とに基づいて、その原因が前記実行装置側にあるか、前記演算処理装置から前記実行装置に与えられた信号にあるかを判別する手段と、
   を備えているニードル移動装置。
2. 前記ニードル駆動部は前記モータとして水平面内の互いに直交するＸ方向とＹ方向へ前記ニードルを移動させるためのＸ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータを備え、前記エンコーダとして前記Ｘ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータにそれぞれのエンコーダが設けられており、
   前記判定部は、前記Ｘ方向駆動モータ及びＹ方向駆動モータに設けられた両エンコーダからの信号に基づいて水平面内におけるニードル位置を求めて指定された位置と比較するものである請求項１に記載のニードル移動装置。

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