JPH01214717A - 試料の自動秤量採取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、例えば分析室や研究室等において使用され
る分析前処理用ロボットシステムにおける粉状或いは粒
状の固体試料（試薬）の自動秤量採取装置に関する。

（ロ）従来の技術 試料の分析を実行する場合、分析に先立って一定量の試
料の秤取りが実行される。この試料の秤取りは、現在、
分析前処理用ロボットシステムが採用されている。この
ロボットシステムは、例えばロボットハンドに試料の入
っている試験管を把持させ、この試験管を一定角度傾斜
させ、且つパイブレークにより振動を加えることで、試
験管内の試料を天秤上の秤量容器へ落下させ、一定量の
試料を秤取る方式である。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記、従来の分析前処理用゛ロボットシステムは、手作
業で秤量する方式に比し分析試料の衛生保持化、省力化
、及び時間短縮化を実現し得る利点がある。

ところが、試料が粉末或いは粒状物である場合は、試験
管の傾斜角度及び振動振幅程度が同一であっても、粉末
（或いは粒状）粒子の大小径により落下量が異なる。殊
に、微小粒子である粉状試料の場合においては、試料供
給の当初から終了時点までの間、落下量を均等制御する
ことが困難である。例えば、落下速度が早すぎると所定
の秤量値を越えてしまい精度よく採取し得ず、逆に落下
速度を緩やかにする場合は、精度よく採取し得る反面、
採取時間がかかり過ぎる等の不利があった。

この発明は、秤量作業が短時間で行え、且つ粉状等の試
料を高精度に採取し得る試料の自動秤量採取装置を提供
することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段及び作用この目的を
達成させるために、この発明の試料の自動秤量採取装置
では、次のような構成としている。

試料の自動秤量採取装置は、パルスモータの駆動により
試料を供給する試料供給手段と、供給された試料の秤量
値を検出して出力する天秤と、天秤から出力された秤量
値が予め設定された基準秤量値に到達したか否かを判定
する秤量判定手段と、秤量値が基準秤量値に到達してい
ない場合に、試料の供給状態が第１の供給基準範囲内で
あるか否かを判定する第１の判定手段と、試料の供給状
態が第１の供給基準範囲外である時、試料の供給状態を
第１の供給基準範囲となるように補正する第１の補正手
段と、前記秤量値が予め設定された基準秤量値に到達し
た時、試料の供給状態が第２の供給基準範囲内であるか
否かを判定する第２の判定手段と、試料の供給状態が第
２の供給基準範囲外である時、試料の供給状態を第２の
供給基準範囲内となるように補正する第２の補正手段と
から構成されている。

このような構成を有する試料の自動秤量採取装置では、
パルスモータを駆動させて試料供給手段（試料を充填し
た試験管）を、一定角度傾斜させ且つ振動させて、天秤
上の秤量容器に対し試料を落下させる。この試料採取中
において、天秤は順次秤量値を検出し、且つ一定時間毎
に秤量値を出力する。一方、秤量判定手段では出力され
た秤量値が基準秤量値（例えば目標採取量の８０％）に
到達したか否かを判定している。秤量値が基準秤量値に
到達していない場合は、試料の供給状態を迅速に実行さ
せる。つまり、試験管から落下する試料量（落下量）を
第１の供給基準範囲に保持する。第１の供給基準範囲と
は、試料の迅速な供給を達成するための基準である。例
えば、試料の落下量（落下速度）を大きく設定するため
、試験管の傾斜角度、振動振幅が大きくなるようにパル
スモータを制御することで達成される。仮に、試料の供
給状態が、第１の供給基準範囲外であるとすると、例え
ば落下量が供給基準範囲を大きく逸脱する場合は、供給
基準範囲に合致するように試験管の傾斜角度・振動振幅
度合を補正する。これにより、試料の供給が基準秤量値
到達まで迅速に続行される。一方、秤量値が基準秤量値
に到達したとすると、この時点の試料の供給状態が第２
の供給基準範囲内であるか否かを判定する。第２の供給
基準範囲とは、天秤に対し供給する試料が、採取目標値
に高精度で合致するように設定される基準範囲である。

この時点では、秤量値が既に試料の採取目標値に近づい
ているため、第２の供給基準範囲は、先の第１の供給基
準範囲よりも小さく設定しである。つまり、採取量の精
度を高くするため、試料の供給速度（落下速度、落下量
）が緩やかとなるように設定されている。仮に、秤量値
が基準秤量値に到達した後、試料供給状態が第２の供給
基準範囲（の上限）を逸脱しているとすると、第２の供
給基準範囲内となるように、試験管の傾斜角度・振動振
幅を小さくし、採取目標値に到達した時、瞬時に試料の
供給をストップし得るような落下量に調整する。

かくして、試料は２段階調整〔第１の判定手段（第１の
補正手段）及び第２の判定手段（第２の補正手段）〕の
もとで、精度よく迅速に採取されることとなる。

（ホ）実施例 第２図は、この発明に係る試料の自動秤量採取装置の具
体的な一実施例を示す概略説明図である。

試料の自動秤量採取装置は、試料供給手段１と、この試
料供給手段１を駆動させるパルスモータ２と、試料供給
手段１から供給される試料を秤量する天秤３とから構成
されている。

天秤３は、例えば電子天秤が使用され、基板３１上に配
置されている。この天秤３は、基板３工上に載置された
パルスモータ（ステッピングモータ）制御ボックス２１
に電気的に接続しである。

また、天秤３には後述する試料供給手段１から供給され
た試料の秤量値を検出し、検出秤量値を出力する出力手
段、例えば公知の変位検出器等を内蔵しく図示せず）、
一定時間毎に検出秤量値をパルスモータ制御ボックス２
１へ出力するようになっている。

上記、パルスモータ（ステッピングモータ）２は、基板
３１上に立設した支柱３２の支承台３３に配置され、前
記パルスモータ制御ボックス２１に電気的に接続しであ
る。このパルスモータ２の回転速度は、パルスの時間当
たりの間隔、即ちパルスレートを調整することにより実
行され、粉体の性状に応じてそのパルスレートを制御し
て行われる。また、ステップ角度はパルス数によるが、
このパルス数は受は皿上（天秤３の秤量容器７）の粉体
の質量と目的質量の差に比例して調整される。そして、
このパルスモータ２の回転軸２２に後述する試料供給手
段ｌが配備されている。

試料供給手段ｌは、円筒体１１に形成され、筒孔内周面
にゴム等の弾性部材１２が張設しである。

この円筒体１１の筒孔に試料を充填配備した試験管１３
が脱着可能に嵌挿固定される。この円筒体１１の外周面
適所には、連結用軸１４が突設してあり、この連結用軸
１４の先端を上記モータ回転軸２２に対し脱着可能に連
結しである。つまり、パルスモータ２の駆動状態により
、試験管１３の傾斜角度及び振動（振幅）程度が変化す
るようになっている。

第３図は、実施例試料の自動秤量採取装置の回路構成例
を示すブロック図である。

試料の自動秤量採取装置は、試料を秤量する天秤３と、
試験管１３内の試料を天秤３上に供給するための駆動手
段であるパルスモータ２と、上記パルスモータ制御ボッ
クス２１内に内装配備されるＣＰｔＪ　（セントラルプ
ロセッシングユニット）４、パルス発生装置５及びパル
スモータドライバ５から成る。

ＣＰＵ４は、電源が投入され試料採取スタートスイッチ
がオンされると、パルス発生装置５を駆動させる。パル
ス発生装置５は、パルスモータドライバ６に駆動信号を
出力し、パルスモータ２を駆動させる。つまり、第４図
の振動発生のためのパルスパターンで示すような信号を
パルスモータドライバ６を介して、パルスモータ２へ送
ることで、振動を発生させる。これにより、基板３１に
対し垂直状に起立位置していた試験管１３が一定角度傾
斜し、且つ振動させられて管内の試料を天秤３上の秤量
容器７内へ落下させる。天秤３では、秤量容器７内へ落
下した試料を秤量し、一定時間毎に秤量値をＣＰＵ４へ
出力する。

ＣＰＵ４は、天秤３より出力される秤量値を一定時間毎
に取り込み、秤量値と予め設定された基準秤量値（例え
ば、目標採取量の８０％）を比較し、秤量値が基準秤量
値に到達したか否かを比較判定する機能（秤量機能）、
秤量値が基準秤量値に到達した場合に、試料の供給状態
が第１の供給基準範囲内であるか否か、つまり試料の現
在時点の落下量を算出し、この落下量が第１の供給基準
範囲内であるか否かを判定する機能、及び落下量が第１
の供給基準範囲外である時、第１の供給基準範囲内とな
るように補正する第１の補正機能を有する。ここで、落
下量Ｇの算出は一定時間毎に取り込まれた今回の秤量値
から前回取り込んだ秤量値を減算することで、現在の落
下量を算出する。また、第１の供給基準範囲とは、試料
が基準秤量値まで迅速に供給されるように、落下量を多
くするための設定基準であり、ＴＨＬ、　（下限）≦Ｇ
≦ＴＨ，。

（上限）として設定される。第１の補正機能とは、落下
量が例えば少な過ぎる場合（ｃ　＜　ＴＨＬ　ｌの場合
）にパルス発生装置（パルスモータ２）５を制御して試
験管の傾斜角度・振動（振幅）を大きくし、落下量が供
給基準範囲（ＴＨｉ、ｔ≦Ｇ≦ＴＨＨ＋）となるように
設定することである。

更に、ＣＰＵ４には秤量値が基準秤量値に到達した時点
で、再び落下量を算出し、この落下量が第２の供給基準
範囲内であるか否かを判定する機能、及び落下量が第２
の供給基準範囲外である時、第２の供給基準範囲内とな
るように補正する機能を存する。ここで、第２の供給基
準範囲とは、試料が精度よく目標採取量に設定し得るよ
うに、落下量を少なくするための設定基準であり、ＴＩ
ＩＬ２（下限）≦Ｇ≦ＴＨｕｇ　（上限）として設定さ
れる。

第２の補正機能は、落下量が例えば多すぎる場合（Ｇ＞
ＴＨＨ２）に、試験管の傾斜角度・振動（振幅）を小さ
くし、落下量が供給基準範囲（ＴｌｌＬ、≦Ｇ≦ＴＩＩ
Ｈ２）となるように設定することである。この第２の供
給基準範囲は、前記第１の供給基準範囲よりも上限及び
下限が相当低いレベルに設定される。

また、ＣＰＵ４は秤量値が目標採取量に到達した時点で
、直ちにパルスモータの駆動を停止させ、試験管を原状
の垂直状態に復帰させる機能を含んでいる。

第１図は、実施例試料の自動秤量採取装置の具体的な処
理動作を示すフローチャートである。

電源が投入され、採取スタートスイッチがオンされると
（図示せず）、ＣＰＵ４がパルスモーク２に試験管１３
を約９０度傾斜させる指令信号を出力する〔ステップ（
以下ｒＳＴＪという）１〕と共に、パルスモータ２に振
動する指令を出力する（Ｓｒ１）。これにより、試験管
１３内の試料が天秤３上の秤量容器７内に投下される。

天秤３は、秤量容器７内へ投下される試料秤量値を検出
し、この秤量値をＣＰＵ４へ出力する。ＣＰＵ４ではこ
の秤量値を一定時間毎に取り込み（Ｓｒ１）、秤量値が
予め設定された秤量基準値（目標採取量の８０％）に到
達したか否かを判定する（Ｓｒ１）。

現在、試料が投下され始めたばかりであり、秤量値は未
だ秤量基準値に到達していない。従って、このＳｒ１の
判定がＮｏとなりＳｒ１へ移る。Ｓｒ１では、落下量Ｇ
が第１の供給基準範囲内であるか否かを判定している。

つまり、現在の落下量が適当範囲内（ＴＨＬＩ≦Ｇ≦Ｔ
Ｈｕｔ）であるが否かを判定している。仮に、現在の落
下量（一定時間光たりの供給量）が基準範囲（ＴＩＩＬ
、≦Ｇ≦ＴＩ□）であるとすると、試料の供給が迅速に
達成されており、Ｓｒ１へ戻って、同様の処理が繰り返
される。

しかし、落下量Ｇが少な過ぎる場合（Ｇ　＜　ＴＩＩＬ
Ｉ（下限）の場合〕、基準秤量値に到達する時間が長く
かかり過ぎるとして、Ｓｒ６で試験管１３の傾斜角度・
振動振幅を大きくし、基準範囲（ＴｌｌＬ。

≦Ｇ≦ＴＨＨＩ）に補正し、Ｓｒ１へ戻る。逆に、落下
量Ｇが多すぎる場合（Ｇ＞Ｔｌ！□１（上限）の場合〕
、秤量基準値或いは目標採取量を一気に越える危険があ
るとして、Ｓｒ７で試験管１３の傾斜角度・振動振幅を
小さくし、基準範囲・（ＴＨＬ、≦Ｇ≦Ｔｔｌｏ＋）に
補正し、Ｓｒ１へ戻り秤量値が秤量基準値に到達するの
を待機する。

秤量値が秤量基準値に到達したとすると、Ｓｒ１の判定
がＹＥＳとなり、Ｓｒ８へ移行する。Ｓｒ８では、落下
量Ｇが第るの供給基準範囲内にあるか否かを判定してい
る。つまり、この時点においては、秤量容器７内に目標
採取量の８０％が投下されている。従って、試料の投下
量（供給量）が目標採取量に到達した時点で、精度よく
試料の投下を停止させるため、落下ＩＪＧを減少させる
必要がある。このため、第２の供給基準範囲は上限及び
下限が前記第１の供給基準範囲に比して極めて低いレベ
ルに設定しである（Ｔｌｌｔｚ　（下限）≦Ｇ≦Ｔｌ！
、□（上限）〕。今、仮に落下量Ｇが基準範囲（ＴＩＩ
Ｌ２≦Ｇ≦ＴＩＩＨ２）内であったとすると、５Ｔ１１
へ移行し、試験管１３の傾斜角度・振動状態をを保持し
て、試料の投下を続行しＣＰＵ４は秤量値を取り込む（
ＳＴＩＩ）。しかし、落下ＩＪＧが基準範囲より多すぎ
る場合（Ｇ　＞ＴＨＨ２）　、Ｓ　Ｔ　１０へ移り試験
管１３の傾斜角を小さくし・且つ振動の振幅も小さく設
定して、落下量Ｇを基準範囲内に補正する（ＳＴＩＯ）
。逆に、落下量Ｇが基準範囲より少なすぎる場合（Ｇ　
＜ＴＨｔｚ）　、Ｓ　Ｔ　９へ移り試験管１３の傾斜角
度及び振動の振幅を大きく設定して、落下量Ｇが基準範
囲内となるように補正する（ＳＴ９）。そして、落下量
Ｇを第２の供給基準範囲内に保持して、試料の投下を続
行する。５Ｔ１２では、試料（秤量値）が目標採取量に
到達したか否かを判定している。仮に、未だ秤量値が目
標採取量に到達していないとすると、この５Ｔ１２の判
定がＮｏとなり、ＳＴ８乃至５７１２の操作を繰り返し
目標採取量に到達するのを待機する。今、秤量値が目標
採取量に到達したとすると、５Ｔ１２の判定がＹＥＳと
なり、ＣＰＵ４がパルスモーク２の駆動を直ちに停止さ
せ（ＳＴ１３）、試験管１３の傾斜状態を原状の垂直状
態に復帰させる（ＳＴ１４）。

（へ）発明の効果 この発明では、以上のように、試験管から天秤に投下さ
れる試料の秤量値を順次取り込み、秤量値が基準秤量値
に到達する以前において、試料の落下量が大となるよう
に設定保持し、到達以後において試料の落下量が小とな
るように設定保持させることとしたから、試料の投下初
期、つまり秤量基準値（目標採取量の８０％）になるま
では、迅速な試料の投下を実現出来、秤量基準値到達以
後は落下量を緩やかに保持するため、目標採取量到達時
点で直ちに投下を停止させ得る。この２段階調整方式に
より、仮に微粒子の粉体であっても短時間で精度よく試
料の採取を実現し得る等、発明目的を達成した優れた効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例試料の自動秤量採取装置の処理動作を
示すフローチャート、第２図は、実施例試料の自動秤量
採取装置の概略図、第３図は、実施例試料の自動秤量採
取装置の回路構成例を示すブロック図、第４図は、振動
発生のためのパルスパターンを示す説明図である。 １：試料供給手段、　　２：パルスモータ、３：天秤、
　　　　　　　４：ＣＰＵ。 特許出願人　　　　　　　株式会社島津製作所代理人　
　　　弁理士　　中　村　茂　信第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルスモータの駆動により試料を供給する試料供
   給手段と、供給された試料の秤量値を検出して出力する
   天秤と、天秤から出力される秤量値が予め設定された基
   準秤量値に到達したか否かを判定する秤量判定手段と、
   秤量値が基準秤量値に到達していない場合に、試料の供
   給状態が第１の供給基準範囲内であるか否かを判定する
   第１の判定手段と、試料の供給状態が第１の供給基準範
   囲外である時、試料の供給状態を第１の供給基準範囲と
   なるように補正する第１の補正手段と、前記秤量値が予
   め設定された基準秤量値に到達した場合に、試料の供給
   状態が第２の供給基準範囲内であるか否かを判定する第
   ２の判定手段と、試料の供給状態が第２の供給基準範囲
   外である時、試料の供給状態を第２の供給基準範囲とな
   るように補正する第２の補正手段とから成る試料の自動
   秤量採取装置。