(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル基部とそれに着脱自在に装着されるノズルチップとで構成されるノズルによって液体の吸引及び吐出を行うノズル装置において、
前記ノズル基部における前記ノズルチップが装着される装着面に設けられ、前記ノズルチップの装着力を検出する少なくとも１つの装着力センサと、
前記装着力センサからの信号に基づいて前記ノズルチップの装着を制御する制御部と、
を有することを特徴とするノズル装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記装着面には、当該装着面がすり減った時にその状態を検知する劣化検出センサが設けられたことを特徴とするノズル装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記制御部は、前記ノズル基部を昇降させる昇降機構を制御し、前記ノズル基部への前記ノズルチップの装着力を一定値に制御することを特徴とするノズル装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記装着面には、その円周方向に互いに隔てられつつ複数の前記装着力センサが設けられ、
前記制御部は、前記各装着力センサの出力に基づいて装着制御を行うことを特徴とするノズル装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記装着面には、前記円周方向に互いに９０度隔てられつつ２つの前記装着力センサが設けられたことを特徴とするノズル装置。
【請求項６】
請求項４記載の装置において、
前記複数の装着力センサからの信号を相互比較して検出異常を判定する手段と、
前記検出異常が判定された場合にエラー処理を実行する手段と、
を含むことを特徴とするノズル装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
分注動作中に前記装着力センサからの信号を監視して装着力の低下を判定する手段と、
前記装着力の低下が判定された場合にエラー処理を実行する手段と、
を含むことを特徴とするノズル装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記装着力センサからの信号に基づいて前記ノズルチップの有無を判定する手段を含むことを特徴とするノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はノズル装置に関し、特にノズル基部にノズルチップが着脱自在に装着されるノズル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動分注装置などのノズル装置において、金属パイプ状のノズル基部には透明樹脂などで構成されたノズルチップが装着される。そのノズルチップにより液体試料が吸引され、また吐出される。ノズル基部はそれを三次元的に搬送する搬送機構に支持されている。チップ装着時には、まず、チップラックに保持された何れかのノズルチップの上方へノズル基部が位置決めされ、そのノズル基部を降下させることにより、ノズル基部のテーパー部がノズルチップの上端開口内へ挿入され、両者が結合する。その際の装着力は、ノズル基部の下降量を制御することで調整されている。なお、従来のノズル装置の搬送機構には、例えばノズルチップの先端が吐出先の容器の縁に誤って衝突した状態を検出するためのジャミングセンサが含まれるが、そのセンサは装着力を直接検出するようなものではない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置において、ノズルチップの上部開口内部のテーパー角度に誤差があった場合、あるいはノズル基部のテーパー面に磨耗があるような場合、適正な装着力でノズルチップを装着できないという問題が生じる。その場合、チップ落下、吸引及び吐出時のエアリーク、過大な装着力でのチップ装着、などの各種の問題が生じる。
【０００４】
また、ノズル基部の下降量に誤差がある場合には、それに応じて装着力が変動し、ノズル基部がノズルチップに必要以上入り込んだりあるいは挿入が浅くなったりし、配管のデットボリュームが一定にならないという問題が生じる。すなわち、分注精度に影響が及ぶことが危惧される。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、チップ装着時の装着力を適正に制御できるノズル装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ノズル基部とそれに着脱自在に装着されるノズルチップとで構成されるノズルによって液体の吸引及び吐出を行うノズル装置において、前記ノズル基部における前記ノズルチップが装着される装着面に設けられ、前記ノズルチップの装着力を検出する少なくとも１つの装着力センサと、前記装着力センサからの信号に基づいて前記ノズルチップの装着を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、ノズル基部に対してノズルチップを装着する場合に、その装着力が装着力センサによって直接的に検出され、その検出された装着力に従って装着動作が制御される。例えば、ノズル基部の下降量を調整することによって装着力が一定値になるように制御される。これにより、装着力のばらつきに伴う問題を解消でき、分注の信頼性と精度を保証できる。
【０００８】
本発明の好適な態様では、前記装着面には、当該装着面がすり減った時にその状態を検知する劣化検出センサが設けられる。ノズルの長期使用により装着面がすり減った場合、装着不良や装着力検出における誤差発生が危惧されるが、装着面の劣化を別途監視すればそのような問題を未然に防止できる。
【０００９】
本発明の好適な態様では、前記制御部は、前記ノズル基部を昇降させる昇降機構を制御し、前記ノズル基部への前記ノズルチップの装着力を一定値に制御する。
【００１０】
本発明の好適な態様では、前記装着面には、その円周方向に互いに隔てられつつ複数の前記装着力センサが設けられ、前記制御部は、前記各装着力センサの出力に基づいて装着制御を行う。望ましくは、前記装着面には、前記円周方向に互いに９０度隔てられつつ２つの前記装着力センサが設けられる。
【００１１】
例えばノズルチップの挿入穴の変形やノズル基部の部分的な磨耗などによって各部位での装着圧力（当接力）が異なるような場合でも、その状態を複数の装着力センサによって検出できる。この場合、各装着力センサにより検出された装着力の平均値を利用して装着制御を行ってもよいし、検出された複数の装着力を互いに比較しその中で最も小さいものを利用して装着制御を行ってもよい。円周方向の一方側と他方側では、検出される装着力がほぼ等しいと考えられ、その内の一方についてだけ装着力の検出を行えば十分であると思われることを考慮すると、装着力センサを円周方向に９０度異ならせて２つ設けるのが最も合理的である。
【００１２】
本発明の好適な態様では、前記複数の装着力センサからの信号を相互比較して検出異常を判定する手段と、前記検出異常が判定された場合にエラー処理を実行する手段と、を含む。複数の装着力センサの内でいずれかのセンサに異常が発生した場合、適正な装着制御を行えなくなる可能性があるので、それを信号間の比較で判定し、エラー処理を行うものである。
【００１３】
本発明の好適な態様では、分注動作中に前記装着力センサからの信号を監視して装着力の低下を判定する手段と、前記装着力の低下が判定された場合にエラー処理を実行する手段と、を含む。この構成によれば、分注作業時において、常に装着状態の監視を行うことができ、リーク発生やノズルチップのゆるみあるいは落下などの事態を検出してエラー処理を行うことができる。
【００１４】
本発明の好適な態様では、装着力センサからの信号に基づいてノズルチップの有無が判定される。この構成によれば、ノズルチップ装着動作時におけるノズルチップの不存在や分注動作中におけるノズルチップの落下を判定できるという利点がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明に係るノズル装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す概念図である。このノズル装置は実質的に自動分注装置として機能するものである。
【００１７】
図１において、液体の吸引及び吐出を行なうノズル１０は、金属等で構成されるノズル基部１２と、そのノズル基部１２に対して着脱自在に装着されるノズルチップ１４と、で構成される。ここで、ノズルチップ１４は、例えば樹脂等の成形品であり、液体の分注ごとに交換される。すなわち、このノズルチップ１４はディスポーザブル型のチップである。
【００１８】
ノズルチップ１４は、ノズル基部１２への装着前において、チップラック１６に整列保持されている。ノズルチップ１４の装着時には、特定のノズルチップ１４の上方にノズル基部１２が位置決めされ、その位置からノズル基部１２を下方へ下降させ、ノズル基部１２の先端部をノズルチップ１４の上部開口に嵌合挿入することにより、ノズル基部１２に対してノズルチップ１４が装着される。その装着後、ノズル１０は上昇され、その後分注処理が実行される。分注終了後、ノズルチップ１４はノズル基部１２から取り外されて廃棄される。
【００１９】
図１に示されるように、ノズル基部１２の先端部における装着面１２Ａには装着力センサ１８及び劣化センサ１９が設けられている。装着面１２Ａは、テーパー面として形成されており、その装着面１２Ａはノズルチップ１４側に形成されたテーパー面１４Ａと面接合する。すなわち、それらの面の接合すなわちノズル基部１２とノズルチップ１４との嵌合によって両者が連結される。
【００２０】
装着力センサ１８は、ノズルチップ１４の装着時における装着力を直接的に検出するセンサである。装着力センサ１８は例えば歪みゲージ等で構成される。もちろん、装着力を検出できる限りにおいて各種のセンサを用いることができる。この装着力センサ１８は少なくとも１つ設けられ、望ましくは後述のように、ノズル基部１２の円周方向に一定間隔をおいて２つ設けられる。
【００２１】
劣化センサ１９は、装着力センサ１８と同様に装着面１２Ａに設けられ、テーパー面１４Ａとの接合を利用して装着面１２Ａにおける磨耗を検出するセンサである。その具体的な構造については、後に説明する。搬送機構２４は、ノズル１０を搬送する機構であり、その搬送機構２４には駆動モータ等が含まれる。
【００２２】
分注ポンプ２０は、チューブ２１によってノズル基部１２に連結され、吸引力や吐出力を発生する手段である。その分注ポンプ２０にはポンプ駆動部２２から駆動信号が供給されている。
【００２３】
制御部２６は、搬送機構２４及びポンプ駆動部２２を含む装置内の各手段を制御するものであり、本実施形態では、装着力センサ１８から出力される装着力検出信号１００及び劣化センサ１９から出力される劣化検出信号１０２が入力されている。すなわち、この制御部２６はそれらの装着力検出信号１００及び劣化検出信号１０２にしたがって、ノズルチップ１４の装着制御を含む各種の動作制御を行っている。
【００２４】
図２には、装着力センサ１８の外観が示されている。装着面１２Ａの中央部  には本実施形態においてノズル基部の軸方向に伸長した装着力センサ１８が設けられている。このように装着力センサ１８が装着面１２Ａにおいて露出することにより、ノズルチップ１４の装着時に装着力センサ１８がテーパー面１４Ａと接触する。その接触時に生じた押圧力や歪みが装着力センサ１８によって検出され、その検出結果が上述したように装着力検出信号１００として出力される。ちなみに、装着力センサ１８に接続された信号線はノズル基部１２の内部を通って上述のように制御部２６へ引き出されている。なお、装着力センサ１８としては図２に示したものには限られず、例えば円形のセンサを利用してもよくあるいは円周方向に沿って形成された円環状のセンサを利用してもよい。
【００２５】
図３には、図１に示した劣化センサ１９の構造が示されている。劣化センサ１９は、装着面１２Ａからやや膨らみ出たバルーン３０と、そのバルーン３０の内面に互いに対向して設けられた電極３２及び３４と、で構成されるものである。装着面１２Ａの磨耗が生じていない状態では、バルーン３０が押圧されても２つの電極３２及び３４は接触せず、一方、装着面１２Ａが磨耗してすり減った場合には、ノズルチップ１４の装着時にバルーン３０がよりつぶされることになり、その結果、電極３２及び３４が接触し、図１に示した劣化検出信号１０２が出力される。バルーン３０内には例えばエアが加圧注入されており、それ自体弾性を有している。もちろん、装着面１２Ａの磨耗を検出できる限りにおいて各種の劣化センサを利用することができる。なお、バルーン３０の表面を保護するためにコーティング等を施すのが望ましい。
【００２６】
図４には、図２に示したＡ−Ａ’断面の一例が示されている。図４に示す例では、ノズル基部１２の円周方向に沿って具体的には９０度の角度を異ならせて２つの装着力センサ１８Ａ，１８Ｂが設けられている。まさに、上述した劣化センサ１９も設けられている。さらに、図４に示す例では、装着面１２Ａの全体にわたってコーティング４０が施されている。このコーティング４０は例えばシリコーンなどの薄い層で構成される。
【００２７】
図４に示す構成例によれば、装着面１２Ａの円周方向における各部位において装着力が異なるような場合においても、それを合理的に検出することができる。すなわち、円周方向の一方側と他方側では検出される装着力がほぼ等しいものと思われるため、図４に示すように円周方向に９０度異ならせた位置に２つの装着力センサ１８Ａ，１８Ｂを設ければ、より有意な情報を取得できる。ちなみに、図４に示す構成例では、劣化センサ１９と装着力センサ１８Ｂとが円周方向の一方側と他方側に設けられているが、それらが直径方向に並ばないように設けてもよい。なお、装着力センサ１８Ａ，１８Ｂ及び劣化センサ１９からの各信号線は、互いに束ねてノズル基部１２内を通してもよいし、個別的にノズル基部１２内を通してもよい。
【００２８】
図５には、制御部２６における分注制御の各工程が示されている。Ｓ１０１では、ノズル基部１２に対して装着するノズルチップ１４の上方にノズル基部１２が位置決めされ、その位置決め状態からノズル基部１２が下方へ引き下ろされる。これと共に、装着力センサ１８及び劣化センサ１９によるモニタリングが開始される。
【００２９】
Ｓ１０２では、装着力センサ１８からの装着力検出信号１００に基づいて装着力が一定値Ｋに到達したか否かが判定される。図５に示した構成例の場合、２つの装着力センサ１８Ａ及び１８Ｂからの装着力検出信号に基づいてＳ１０２での判定が行われており、それらの平均値が一定値Ｋに到達したか否かが判断されている。もちろん、検出された２つの装着力の内で小さい方を基準にしてＳ１０２における判定を行ってもよい。
【００３０】
また、本実施形態では、Ｓ１０２において２つの装着力検出信号間におけるレベルの差が一定値以上あった場合、信号異常と判定し、Ｓ１０３においてエラー処理を実行している。あるいは、いずれかの装着力検出信号のレベルが適正な範囲から外れる場合においても信号異常を判定している。
【００３１】
Ｓ１０２において、装着力が一定値Ｋに到達したと判断されると、Ｓ１０４においてノズル基部１２の下降が停止される。そしてＳ１０５では、劣化検出信号１０２に基づいてノズル基部１２の装着面１２Ａに磨耗が生じているか否かが判断される。磨耗が生じていると判断された場合、Ｓ１０３においてエラー処理が実行される。
【００３２】
Ｓ１０６では、ノズル１０の全体が上方に引き上げられ、その後従来同様に分注処理が実行される。その分注処理の実行中において、制御部２６は常に装着力検出信号１００を監視しており、そのレベルが所定値よりも下回った場合、装着力が低下したと判断し、Ｓ１０３においてエラー処理を実行する。すなわち、例えばノズル１０の搬送中における振動に起因するノズルチップ１４のゆるみやリーク等を装着力の低下によって検出し、これによって適正な分注動作を確保するものである。
【００３３】
Ｓ１０７では、分注終了後において、制御部２６による装着力検出信号のモニタリングが終了し、ノズル基部１２からノズルチップ１４が取り外されて廃棄される。Ｓ１０８では、上記の工程を繰り返すか否かが判断される。
【００３４】
したがって、上記の制御によれば、ノズルチップ１４の装着力を常に一定値に維持してノズルチップ１４を適正にノズル基部１２に対して装着させることができ、さらにその装着後においても装着状態を監視することができるという利点がある。さらに、装着面１２Ａの磨耗の有無も検出されているので、上記の判定をより的確に行えるという利点がある。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればチップ装着時の装着力を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るノズル装置の好適な実施形態を示す概念図である。
【図２】装着力センサの外観図である。
【図３】劣化センサの構造を示す図である。
【図４】ノズル基部の先端部の断面を示す図である。
【図５】制御部による制御内容を示す図である。
【符号の説明】
１０  ノズル、１２  ノズル基部、１４  ノズルチップ、１６  チップラック、１８  装着力センサ、１９  劣化センサ、２０  分注ポンプ、２２  ポンプ駆動部、２４  搬送機構、２６  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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