JP5627982B2 - 試料液計量装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料液を所定の量に計量するための試料液計量装置に関するものである。

測定に用いられる試薬などの試料液を一定時間内に例えば１０ｍｌ分だけ計量するといった用途のために特許文献１に示されるような試料液計量装置１００Ａが用いられている。このものは、試料液が計量される計量管１Ａと、前記計量管１Ａに上部から挿入されており、密閉型の試料液貯蔵タンクＴから試料液Ｌを前記計量管１Ａへと導入するための試料液導入管２Ａと、前記計量管１Ａの底まで挿入されており、計量された試料液Ｌを外部へと導出する試料液導出管３Ａと、を備えたものである。この試料液計量装置１００Ａによる計量の動作について説明すると、まず、図６（ａ）に示すように、試料液貯蔵タンクＴ内が一定時間の間加圧されることにより、前記試料液導入管２Ａから試料液Ｌが移送され、前記計量管１Ａ内に水位Ｌ１まで試料液が貯留される。その後、前記計量管１Ａ内を大気圧に開放するとともに、前記試料液貯蔵タンクＴも大気圧に開放する。すると、サイフォンの原理によって図６（ｂ）のように前記試料液Ｌが前記試料液導入管２Ａの先端２１Ａまでの水位Ｌ２となり、規定の液量を計量することができる。そして、水位Ｌ２となった試料液は、前記試料液導入管２Ａが閉止された状態で、計量管１Ａの内部が加圧されることにより前記試料液導出管３Ａにより外部へと導出される。

また、サイフォンの原理を用いずに、所定量の試料液を計量する試料液計量装置としては特許文献２に示されるものもある。特許文献２に記載の試料液計量装置は、図７に示すように、試料液Ｌが計量される計量管１Ａと、前記計量管１Ａの上端に設けられており、試料液Ｌを上方から当該計量管１Ａ内に導入するための試料液導入管２Ａと、前記計量管１Ａの側面に開口する排出口を有し、所定量以上の試料液Ｌを導出するための排出管Ｅと、前記計量管１Ａの底に開口する導出口を有し、計量された試料液Ｌを外部へと導出する試料液導出管３Ａとを備えたものである。このものは、各管にバルブが設けてあり、必要に応じて開閉することによって、前記計量管１Ａの底から前記排出口までの高さの液位を持つように試料液Ｌを計量し、計量された試料液Ｌを底に接続された試料液導出管３Ａを介して外部へ導出できるように構成されている。

実公昭５７−５５３３号公報 特開昭５２−２５６６５号公報

しかしながら、これらのような試料液計量装置１００Ａでは、例えば１０ｍｌではなく、１ｍｌ等と言った少量の試料液を精度よく計量するのは難しい。例えば、特許文献１に記載の試料液計量装置１００Ａであれば、少量の試料液を計量するために、前記試料液導出管２Ａの位置を前記計量管１Ａの底に近づけて正確な位置に設定する必要がある。この際、従来と同じ精度で試料液を計量しようとすると、前記試料液導出管２Ａの位置精度は従来よりも高くする必要があり、そのような調整作業は非常に困難である。また、試料液計量装置１００Ａのスケールを縮小した場合には、前記計量管１Ａには試料液導入管２Ａと試料液導出管３Ａという２本の管が挿入されているので、計量管１Ａ内に占める管の体積や表面積の割合が相対的に大きくなることで、試料液の表面張力が働きやすくなってしまうため、例えば、管の表面に付着して導出されない試料液の量が多くなってしまう。つまり、計量管１Ａにて計量される試料液Ｌの量が正確であったとしても、外部へ導出される際には不正確な量となってしまいやすくなる。

一方、特許文献２に記載の試料液計量装置１００Ａでは、計量管１Ａの底から試料液を外部へと導出するように構成されているので、所定の液位まで計量したとしても、試料液導出管３Ａに設けられたバルブの分だけ計量に誤差が生じてしまう。

さらに、特許文献１及び２に記載の試料液計量装置１００Ａでは、いずれも試料液導出管２Ａが前記計量管１Ａの上方に設けられており、自然落下によって試料液Ｌが計量管１Ａ内に導入されているため、試料液Ｌの計量が終わり外部へと導出している際に、試料液導出管２Ａに残っていた試料液Ｌの液滴が落下し、外部へと導出される液量が変化してしまうことがある。このような液滴の落下があると、特に計量される量が小さい場合には誤差として顕著に表れることになる。

本発明は上述したような問題点を鑑みてなされたものであり、少量の試料液を計量する場合でも精度よく計量することができ、試料液が計量された後において試料液導出管から液滴が落下することにより誤差が生じてしまうのをなくすことができる試料液計量装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の試料液計量装置は、試料液が計量される計量容器と、前記計量容器内に試料液を導入する試料液導入管と、先端が前記計量容器の底に略接するように挿入されており、前記計量容器内の試料液を当該計量容器外へと導出する試料液導出管と、を備え、前記試料液導入管が、前記計量容器の側面に開口する導入口を有するとともに、当該計量容器から下向きに取り付けられており、前記計量容器内において前記導入口の形成されている高さ以上にある試料液が、前記試料液導入管を介して戻るように構成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、前記試料液導入管が、前記計量容器の側面に開口する導入口を有するとともに、当該計量容器から下向きに取り付けられているので、計量終了後において前記試料液導入管内に試料液が残っていたとしても、自然落下によって前記計量容器内に試料液が落下することがない。従って、正確に計量された試料液をそのまま反応槽等の外部へと導出することができる。

さらに、前記計量容器に対して前記導入口が形成されている高さ以上にある試料液が前記試料液導入管を介して戻るようにしてあるので、計量される試料液の量は前記計量容器の底から前記導入口までの液位により固定される。従って、従来のように導入口の位置を変更することで、計量される液量を調整する等といった調整作業をなくすことができる。しかも、前記試料液導入管が、余分な試料液を前記計量容器内から排出する機能を兼ねているので、新たな配管を設ける必要が無く、構造をより簡単にして、計量精度を出しやすくするとともに製造にかかるコストを低減できる。

また、前記試料導出管がその先端が前記計量容器の底に略接するように挿入されているので、前記計量容器の底に、計量の誤差要因となるバルブを備えた導出用の配管を設ける必要が無い。さらに、試料導出管のみが前記計量管内に挿入されているので、挿入される管の本数を少なくすることができる。従って、前記計量容器内に占める管の体積や表面積の割合を小さくすることができるので、管に試料液が付着する量を低減して誤差を小さくすることができる。

このように、本発明の試料液計量装置によれば、計量中や計量後における計量誤差の要因を低減することができるので、少量の試料液であっても精度よく短時間で計量することができるようになる。

前記試料液導出管を前記計量容器の壁面に接することなく、且つ、底に接するようにしやすくし、計量された試料液を残さず導出するには、前記計量容器の底が凹円錐状に形成されており、前記試料液導出管の先端が軸方向に対して傾斜した傾斜面をなしているものであればよい。このようなものであれば、前記試料導出管が底に誘い込まれやすいので、簡単に位置を調節することができる。

前記試料液導出管を介して前記計量容器内から試料液を自動制御により導出するための具体的な実施の態様としては、前記計量容器が密閉されており、当該計量容器内を加圧又は減圧する圧力調整機構を更に備えたものであればよい。

前記計量容器内に、計量に必要な量の試料液を導入するのを自動化するとともに、試料液の検出するセンサが計量の精度に影響をあたえないようにするには、前記計量容器内において前記導入口の設けられている高さ以上に試料液が存在するかどうかを検知する非接触センサが前記計量容器の外側に更に設けられており、当該非接触センサにより試料液が検知された時点で、前記試料液導入管からの試料液の導入を止めるように構成されたものであればよい。

試料液を検知するのに適した非接触センサの具体的な実施の態様としては、前記非接触センサが静電容量式センサであり、前記計量容器が、上部の横断面が下部の横断面よりも大きく形成されており、当該計量容器の上部における側面に沿って前記静電容量式センサが設けられているものが挙げられる。このようなものであれば、前記静電容量式センサが横断面の大きい上部に設けられているので、当該静電容量式センサから遠い方にある壁面の静電容量の影響を受けにくくすることができ、また、横断面積の大きい上部においては試料液の液位が上昇する速度を遅くすることができるので、試料液の有無について誤検知を防ぎやすくすることができる。

前記計量容器を規定の寸法通りに製作しやすくし、計量される試料液の量に誤差が生じにくくするには、前記計量容器が、樹脂、特に塩化ビニルを切削して形成されたものであればよい。

このように本発明の試料液計量装置によれば、前記試料液導入管が、前記計量容器の側面から下向きに取り付けられているので、従来のように試料液導入管に残っていた試料液が計量終了後に自然落下して、試料液の量が増加してしまうといった誤差が生じるのを確実に防ぐことができる。また、前記導入口の形成されている位置により計量される試料液の量を固定することができるので、調整作業等による誤差も生じない。これらのように各種誤差要因を低減していることから、試料液を少量だけ計量する場合でも精度よく計量する事が可能となる。

本発明の一実施形態に係る試料液計量装置及びシステムを示す模式的斜視図。 同実施形態における試料液計量装置及びシステムについて静電容量式センサを外した状態を示す模式的斜視図。 同実施形態における試料液計量装置の詳細を示す模式図。 同実施形態における圧力調整機構を示す模式図。 同実施形態における試料液の計量サイクルの動作を示す模式図。 サイフォンの原理を用いた従来の試料液計量装置を示す模式図。 サイフォンの原理を用いていない従来の試料液計量装置を示す模式図。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態の試料液計量装置１００は、図１及び図２の斜視図に示すように、透明な塩化ビニルの直方体６に切削により縦穴をあけることにより計量容器１として、その計量容器１に各種配管を接続することによって構成してある。この試料液計量装置１００は、１つの塩化ビニルの直方体６上に４つ形成しておくことにより、試料液計量システム２００としてある。この試料液計量システム２００は例えば、ＣＯＤ測定等に用いられる試薬を計量するために用いられるものであり、それぞれの試料液計量装置１００は、異なる試薬をそれぞれ計量して測定対象のある反応槽に送るようにしてある。なお、図１では分かりやすさのため、計量容器１が透明のため実際には内部が透けて見える部分も陰線を消して表現してある。図２では、後述する静電容量式センサ５及びその取付板５１の部分を外して表現してあり、実際には透明のため見える計量容器１の内部も記載してある。

１つの前記試料液計量装置１００について注目すると、当該試料液計量装置１００は、上下方向に延びる穴である計量容器１と、前記計量容器１の側面に開口するとともに、当該計量容器１から下向きに取り付けられている試料液導入管２と、前記計量容器１の内部に挿入されている管である試料液導出管３と、を備えたものである。さらに、前記計量容器１の上方の側面に沿って、非接触センサである静電容量式センサ５を取り付けてあるとともに、計量容器１内部の圧力を調整するための圧力調整機構９の一部をなす第１加圧配管４１も前記計量容器１に接続してある。

図３（ａ）には計量容器１の周辺のみをピックアップした斜視図を、図３（ｂ）は計量容器１の中心軸を通るように切った断面図を、図３（ｃ）には計量容器１の先端部分の拡大図を示してある。前記計量容器１は、図３（ｂ）の断面図に示すように、上側の横断面の方が、下側の横断面よりも大きくなるように形成してある。より具体的には、前記計量容器１は、塩化ビニルの直方体６のうち本体部分６１に、切削加工によって直径の異なる２つの穴を上下に同軸となるようにつなげて形成してあり、その開口側は塩化ビニルの蓋体６２で密閉してある。このようにして前記計量容器１は、底側の細穴状に形成してある計量部１１と、上部側の太穴状に形成してある試料液検知部１２とから構成してある。

前記計量部１１は、試料液Ｌを規定の量だけ計量するために構成してある部分であり、その加工精度は前記試料液検知部１２に比べて高く設定してある。また、前記計量部１１の形状は、底が凹円錐状となるように形成してあるとともに、側面には、前記試料液導入管２の導入口２１が形成してある。なお、前記試料液検知部１２の壁面の研磨精度は前記計量部１１の壁面の研磨精度と同様に高精度としている。これにより、試料液検知部１２に付着して残った試料液Ｌが計量部１１に流れ落ちるといった誤差要因を低減することができる。

前記試料液検知部１２は、前記試料液導入管２から試料液Ｌが規定の量以上に前記計量容器１内に導入されたかどうかを検知するための部分であり、その側面の外側には前記静電容量式センサ５が設けてある。この静電容量式センサ５は、試料液検知部１２内が試料液Ｌで満たされることにより、静電容量が変化するのを利用して、センサ位置の液位まで試料液Ｌがあるかどうか検出するものである。また、前記第１加圧配管４１もこの試料液検知部１２の側面に開口させてある。

前記試料液導入管２は、図３（ｂ）に示すように前記計量容器１の計量部１１の側面に開口する導入口２１を有しており、前記計量部１１から視て斜め下方向に延びる配管であり、前記計量容器１の枝管となるようにしてある。つまり、この試料液導入管２は、図４に示す構成図のように低い位置にある試料液貯蔵タンクＴから高い位置にある前記計量容器１内に試料液Ｌを導入するように構成してあるので、後述する圧力調整機構９により試料液貯蔵タンクＴ内が加圧されていない場合には、試料液Ｌは自然落下により試料液貯蔵タンクＴへと流れ、前記計量容器１内には導入されない。さらに、当該試料液導入管２は計量時において、前記導入口２１の設けてある位置よりも高い位置にある試料液Ｌがこの試料液導入管２を介して、前記試料液貯蔵タンクＴへと戻るように構成してある。すなわち、試料液Ｌを前記計量容器１内に導入するものでありながら、余剰の試料液Ｌを前記計量容器１内から排出するという機能をも兼ねるようにしてある。

前記試料液導出管３は、前記計量容器１の中心軸に沿って先端が当該計量容器１の底に略接するように挿入してあるチューブである。図３（ｃ）の拡大図に示してあるように、前記試料液導出管３の先端は軸方向に対して傾斜した傾斜面をなしてあり、前記計量容器１の凹円錐状の底に誘いこまれるようにしてある。計量された試料液Ｌは、後述する圧力調整機構９により、前記計量容器１内を加圧することによって前記試料液導出管３内を上昇して図示しない反応槽まで導出される。

前記圧力調整機構９は、図４の全体図に示すように、エアーポンプＰと前記計量容器１内部とを接続する第１加圧配管４１と、前記エアーポンプＰと前記試料液貯蔵タンクＴとを接続する第２加圧配管４２とを備え、第１加圧配管４１及び第２加圧配管４２にはそれぞれ第１開閉弁８１及び第２開閉弁８２が設けられており、これらの開閉弁によっていずれか一方のみの圧力を調整できるようにしてある。

このように構成した試料液計量装置１００による試料液Ｌの計量の動作について図５を参照しながら説明する。

まず、図５（ａ）のように前記計量容器１内に試料液Ｌが無い状態から、第１開閉弁８１は閉止され、第２開閉弁８２が開放された状態で、エアーポンプＰにより前記試料液貯蔵タンクＴ内を加圧して、前記計量容器１内に試料液Ｌが前記試料液導入管２を介して導入される。次に、図５（ｂ）に示すように前記静電容量式センサ５により検知される液位まで試料液Ｌが前記計量容器１内に流入すると、センサからの出力信号により前記エアーポンプＰは停止して、これ以上試料液Ｌが内部に流入しないようにする。そして、第１開閉弁８１と第２開閉弁８２とがともに開放されて、前記計量容器１内と前記試料液貯蔵タンクＴ内が大気圧になり、前記試料液導入管２を介して、前記導入口２１よりも高い位置にある試料液Ｌが戻されていき、図５（ｃ）に示すように計量された状態となる。最後に前記第２開閉弁８２が閉止され、前記エアーポンプＰが動作することにより前記計量容器１内が加圧されることにより、図５（ｄ）に示すように前記試料液導出管３から計量された試料液Ｌが反応槽へと導出されていく。

以上のような試料液Ｌの導入、計量、導出のサイクルが繰り返され、適宜ＣＯＤ測定等が行われることになる。

このように本実施形態の試料液計量装置１００によれば、前記試料液導入管２が、前記計量容器１における計量部１１の側面に開口する導入口２１を有するとともに、当該計量容器１から下向きに取り付けられているので、例えば試料液Ｌの計量が終了して、外部へと導出されるまでに間において、前記試料液導入管２内に試料液Ｌが残っていたとしても、自然落下によって前記試料液貯蔵タンクＴ側へしか流れず、前記計量容器１内に試料液Ｌが落下することがない。従って、正確に計量された試料液Ｌをそのまま反応槽等の外部へと前記計量容器１から導出できる。つまり、計量容器１の上方から試料液Ｌを導入している場合に生じる誤差がそもそも生じないようにすることができる。

さらに、前記計量容器１に対して前記導入口２１が形成されている高さ以上にある試料液Ｌが前記試料液導入管２を介して、前記試料液貯蔵タンクＴへと戻るように構成してあるので、計量される試料液の量は前記計量容器１の底から前記導入口２１までの液位により固定される。従って、従来のように導入口２１の位置を変更して液位の調整をするといった難しい調整作業をなくすことができる。しかも、前記試料液導入管２が余分な試料液Ｌを前記計量容器１内から排出する機能を兼ねているので、前記計量容器１内に挿入する管を前記試料液導出管３の一本のみにすることができる。このため、少量の試料液Ｌを計量するのに計量容器１の直径を小さくしても、計量容器１の内面と挿入されている管とに十分な隙間を設けることができるので、表面張力等で管の試料液Ｌに液滴が付着することで導出される液量に誤差が生じるのを防ぐことができる。

また、前記計量容器１の底には何ら配管を設けておらず、バルブにより計量容器１の底を規定していないので、計量される液量にバルブによる誤差が生じない。

加えて、前記計量容器１は、直方体状の塩化ビニルを切削加工して形成してあるので、その寸法精度が出しやすい。従って、４つの計量容器１においてそれぞれの形状誤差のばらつきを小さくすることができ、計量される試料液Ｌの誤差のばらつきも同じ程度にすることができる。

さらに、前記計量部１１よりも前記試料液検知部１２の方が直径を大きく形成してあるので、当該試料液検知部１２における液位の上昇速度は計量部１１に比べて緩やかにすることができる。そして、内部空間の大きい試料液検知部１２の外側側面に静電容量式センサ５を設けてあるので、壁面を構成する塩化ビニルの静電容量の影響をセンサが受けにくくすることができる。従って、試料液Ｌが計量を開始できる液位まで導入されたかどうかを誤差なく検知する事が可能となる。また、このように計量容器１の直径について前記計量部１１よりも前記試料液検知部１２の方が大きくなるようにすることで、検知直前では試料液Ｌの液面の上昇速度を遅くするように構成できるので、例えば、圧力調整機構９に用いられているエアーポンプＰをオン時に固定出力で動作させ、導入しない場合にはオフにするといった単純なオンオフ制御のみでも液位の検出に適切な液面上昇速度に設定することができる。言い換えると、試料液Ｌを導入、導出することができる固定出力でエアーポンプＰを動作させておけばよいので、エアーポンプＰでは難しい微妙な出力調整を行う必要が無く、設定やメンテナンスも簡単なものとすることができる。

このように、計量中及び計量後における計量誤差要因を小さくすることができるので、本実施形態の試料液計量装置１００によれば少量の試料液Ｌであったとしても精度よく計量することができる。

その他の実施形態について説明する。

前記実施形態の試料液計量システムでは、４つの試料液計量装置はそれぞれ異なる試薬を計量していたが、同じものを計量するようにしても構わない。この場合、４つの試料液計量装置うち、適当な数だけを選んで計量された試料液を導出するようにすれば、組み合わせにより様々な量の試料液を導出することが可能となる。また、常に４つの計量装置全てから計量された試料液を導出するようにした場合、計量された量における偶然誤差を平均化効果により小さくすることができ、トータルで計量された液量の精度をよりよくすることができる。

前記試料液計量装置は、単体で用いても構わず、例示した以外の数の試料液計量装置で試料液計量システムを構成しても構わない。また、各試料液計量装置で計量される量を同じである必要はなく、それぞれ異なっていても構わない。この場合、計量容器の大きさを変える、あるいは、計量部における上下方向の長さを変更する等してバリエーションを作ることができる。

前記計量容器は、塩化ビニルを切削加工することでより高精度に形成していたが、その他の方法で形成してもよい。例えば、ガラス管等で計量容器を構成しても構わない。さらに、計量容器の形状は、前記実施形態に示したような２段構成のものに限られない。例えば、直管状に形成してあっても構わない。

また、計量された試料液を導出する方法は、前記計量容器内を加圧することだけに限られない。例えば、前記試料液導出管が吸引を行うものであっても構わない。さらに、前記実施形態では圧力調整機構により貯蔵タンク内を加圧することで、下方から計量容器に試料液が導入されるように構成していたが、前記計量容器内を減圧することで、前記貯蔵タンク内から試料液を吸引することにより当該計量容器内に試料液を導入するようにしても構わない。

前記非接触センサとしては、静電容量式センサに限られない。例えば、超音波センサや、レーザセンサ等様々なセンサにより液位を検知するようにしても構わない。また、非接触センサではなく、接触センサにより計量を開始するのに必要な試料液が計量容器内に導入されたかどうかを検出するようにしても構わない。接触式センサの例としては、レベルスイッチやフロート式のものが挙げられる。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。

１００・・・試料液計量装置
１ ・・・計量容器
２ ・・・試料液導入管
２１ ・・・導入口
３ ・・・試料液導出管
９ ・・・圧力調整機構

Claims (4)

1. 試料液が計量される計量容器と、
   前記計量容器内に試料液を導入する試料液導入管と、
   先端が前記計量容器の底に略接するように挿入されており、前記計量容器内の試料液を当該計量容器外へと導出する試料液導出管と、を備え、
   前記試料液導入管が、前記計量容器の側面に開口する導入口を有するとともに、当該計量容器から下方に向かって取り付けられており、
   前記計量容器内において前記導入口の形成されている高さ以上にある試料液が、前記試料液導入管を介して戻るように構成されており、
   前記試料液導入管における前記導入口近傍が、前記計量容器の側面に対して斜めに入射するように設けられていることを特徴とする試料液計量装置。
2. 前記計量容器が密閉されており、当該計量容器内を加圧及び／又は減圧する圧力調整機構を更に備えた請求項１記載の試料液計量装置。
3. 前記計量容器内において前記導入口の設けられている高さ以上に試料液が存在するかどうかを検知する非接触センサが前記計量容器の外側に更に設けられており、当該非接触センサにより試料液が検知された時点で、前記試料液導入管からの試料液の導入を止めるように構成された請求項１又は２記載の試料液計量装置。
4. 前記非接触センサが静電容量式センサであり、
   前記計量容器が、上部の横断面が下部の横断面よりも大きく形成されており、当該計量容器の上部における側面に沿って前記静電容量式センサが設けられている請求項３記載の試料液計量装置。