(57)【要約】【課題】本発明はピストンの温度上昇を最小限に抑制し、吸引・吐出液量を精度よく制御し、液量のばらつきを小さくした分注ヘッドと分注ヘッドを用いた分注装置を提供する。【解決手段】  筒状のケーシング７と、前記ケーシング７から突出するように配置されたシリンジ１と、前記シリンジ１の一方端に設けられたノズル２と、前記シリンジ１の他方端から挿入されるプランジャ３と、前記プランジャ３を可動子４１として駆動させるリニアモータ４とからなり、前記プランジャ３の往復動により前記ノズル２から溶液を吸引または吐出する分注ヘッドにおいて、前記プランジャ３は、前記リニアモータ４との連結側を伸延して摺動可能な保持部材で保持され、前記プランジャ３の一部が蓄熱材料または、断熱材料から構成されたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のケーシングと、前記ケーシングの一方から突出するように配置されたシリンジと、前記シリンジの一方端に設けられたノズルと、前記シリンジの他方端から挿入されるプランジャと、前記プランジャを移動させるリニアモータとからなる分注ヘッドにおいて、
前記プランジャの一部または全てが蓄熱材料または、断熱材料から形成されたことを特徴とする分注ヘッド。
【請求項２】
前記プランジャに用いられる蓄熱材料が、フッ化リチウムや、シリコンカーバイト、またはフッ化リチウムとシリコンカーバイトのコンポジット材料、または、断熱材料がアルミナ系およびシリカ系材料からなることを特徴とする請求項１記載の分注ヘッド。
【請求項３】
前記ケーシングの一部に給排気口を設けたことを特徴とする請求項１記載の分注ヘッド。
【請求項４】
前記給排気口が開閉するする弁構造を具備したことを特徴とする請求項３記載の分注ヘッド。
【請求項５】
前記リニアモータが軸方向に極性の異なる複数個配置された永久磁石と、ラジアル方向に空隙を介して筒状に巻回されて配置された電機子巻線とからなることを特徴とする請求項１記載の分注ヘッド。
【請求項６】
前記分注ヘッドが、少なくとも１本を配置されて分注作業を行うことを特徴とする分注装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬分注その他の液体容器内の液体を所定量吸引・分注する際に、容器内の液体を少量かつ正確に吸引し、試料溶液に熱変成を与えないように分注できるようにした分注ヘッドおよび分注ヘッドを用いた分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分注ヘッドとして、次の２つの提案がされている。第１は、シリンダ内の液体を吐出させるピストンにリニアモータの可動部を連結して直線方向に移動させるものである（例えば、特許文献１参照）。図７は、その分注ヘッドの側断面図である。図において、１０１は電動注射装置本体のケーシング、１０２は薬液カートリッジ、１０３は薬液カートリッジを保持するカートリッジホルダー、１０４は薬液カートリッジを収納するケーシング、１０５は駆動手段のリニアモータ、１０６はリニアモータ可動部の支持部材、１０７はプランジャーロッド、１０８は電源としての電池、１０９はリニアモータの駆動を制御して吐出量を設定する制御部である。
ケーシング１０１と薬液カートリッジ１０２とは着脱自在に嵌合でき、カートリッジホルダー１０３で薬液カートリッジ１０２をケーシング１０１に固定する。また、薬液カートリッジ１０２内には薬液１０２ａが封入されており、基端側にケーシング１０１と着脱自在に連結する固定部１０４を有しており、カートリッジホルダー１０３で薬液カートリッジ１０２をケーシング１０1に固定する。また、薬液カートリッジ１０２内には薬液１０２ａが封入されており、基端側にピストン１０２ｂ、先端側にはゴム材の隔壁が装着され、その隔壁に注射針１１０を取り付けて使用する。
第２は、リニアモータの可動子にシリンダのピストンを接続し、小型化及び簡素化されるものである（例えば、特許文献２参照）。図８は、その分注ヘッドの側断面図である。図において、２０１はケーシング、２０２はノズル、２０３はシリンダ、２０４はピストン、２２０はガイド、２２１は貫通孔、２２２はリニアモータ、２２３は可動子、２２４はねじである。
ケーシング２０１の端部には、ノズル２０２を有するシリンダ２０３が取り付けられている。シリンダ２０３に設けられた長手棒状のピストン２０４は、このシリンダ２０３から外部へ突出しており、このピストン２０４はシリンダ２０３に設けられたガイド２２０の貫通孔２２１を貫通して摺動自在に設けられている。ケーシング２０１の内側には、周知の長手形状をなすアクチュエータとしてのリニアモータ２２２が設けられており、このアクチュエータ２２２の可動子２２３は矢印Ａの方向に沿って往復移動自在に設けられている。また、このリニアモータ２２２とピストン２０４とは、互いに平行に配置されている。前記可動子２２３には、前記ピストン２０４が接続され、ねじ２２４によって所定長さとなるように固定されている。従って、前述の構成において、リニアモータ２２２を作動させて可動子２２３を矢印Ａの方向に沿って選択的に往復運動させることにより、ピストン２０４はシリンダ２０３内で往復動し、ノズル２０２及びシリンダ２０３内への薬液等の吸入、あるいは、ノズル２０２およびシリンダ２０３からの薬液等の外部への注入を行うことができる。
【特許文献１】特開２００３−１８０８２８（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−３６４５２６（第２頁  図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の分注ヘッドは、リニアモータの可動子とピストンが連結された構造であるので、モータ部の発熱が可動子からピストンに伝導し、シリンダ内の薬液の温度が上昇し、薬液の組成を破損する等の問題が生じていた。
また、ケーシング内は密閉構造となっていたため、リニアモータの発熱により内部温度が上昇し、可動子を冷却できない構造となっていたために、ピストンに伝導された温度によりシリンダ内の薬液の温度が上昇し、薬液の組成を破損する等の問題が生じていた。
また、リニアモータ構造を有しており、永久磁石とヨーク間で発生する磁気吸引力により、可動子が偏芯することにより、ピストンとシリンダの同軸がずれる等して液量が不安定になるという問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ピストンの温度上昇を最小限に抑制し、吸引・吐出液量を精度よく制御し、液量のばらつきを小さくした分注ヘッドと分注ヘッドを用いた分注装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、筒状のケーシングと、前記ケーシングの一方から突出するように配置されたシリンジと、前記シリンジの一方端に設けられたノズルと、前記シリンジの他方端から挿入されるプランジャと、前記プランジャを移動させるリニアモータとからなる分注ヘッドにおいて、前記プランジャの一部または全てが蓄熱材料または、断熱材料から形成されたものである。
請求項２に記載の発明は、前記プランジャに用いられる蓄熱材料が、フッ化リチウムや、シリコンカーバイト、またはフッ化リチウムとシリコンカーバイトのコンポジット材料、または、断熱材料がアルミナ系およびシリカ系材料からなるものである。
請求項３に記載の発明は、前記ケーシングの一部に給排気口を設けたものである。
請求項４に記載の発明は、前記給排気口が開閉するする弁構造を具備したものである。
請求項５に記載の発明は、前記リニアモータが軸方向に極性の異なる複数個配置された永久磁石と、ラジアル方向に空隙を介して筒状に巻回されて配置された電機子巻線とからなるものである。
請求項６に記載の発明は、前記分注ヘッドが、少なくとも１本を配置されて分注作業を行う分注装置である。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１および２に記載の発明によると、プランジャの１部または全てが蓄熱材料または、断熱材料から構成されることで、リニアモータからの発熱がピストンへ伝導しにくいためにシリンダ内の薬液の温度上昇を抑制でき、薬液の組成を破壊することがない。
請求項３および４に記載の発明によると、ケーシングの一部に給排気口を設けることで、密閉状態にならず、リニアモータの発熱は自然対流または、プランジャの移動に伴い、空気により冷却されるので、ピストンの発熱が抑制され、シリンダ内の薬液の温度上昇も抑制される。
請求項５に記載の発明によると、筒状に巻回されて配置された電機子と、この電機子にラジアル方向に空隙を介して配置された永久磁石からリニアモータを構成したことで、電機子と永久磁石間にラジアル方向に磁気吸引力が発生しないので、プランジャが偏芯することなく移動できるために、ピストンとシリンダの同軸が得られ、安定した液量が得られる。
請求項６に記載の発明によると、分注ヘッドを１または複数本配置することで、複数の薬液を正確な液量で分注できる分注装置を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の分注ヘッドの断面図である。図において、１はシリンジ、２はノズル、３はプランジャ、３１は蓄熱部、４はリニアモータ、４１は可動子、４２はマグネット、４３は電機子巻線、５は位置検出センサ、５１は磁界検出素子、６は保持部材のスリーブ、７はケーシング、８は給排気口である。
シリンジ１の給排孔にノズル２が嵌挿されており、また、シリンジ１内面は、微小なすきまを介してプランジャ３が内挿されている。このプランジャ３は、フッ化リチウムや、シリコンカーバイト、またはフッ化リチウムとシリコンカーバイトのコンポジット材料等からなる蓄熱部３１を介してリニアモータ４の可動子４１に連結されている。可動子４１は、鉄などからなる磁性材を切削加工などにより形成されている。
リニアモータ４は、可動子４１の円周面に貼り付けた極性の異なる複数個のマグネット４２と、このマグネット４２に空隙を介して対向するように配置された複数個の筒状に巻回された電機子巻線４３から構成されており、図面上の可動子４１右端は、位置検出センサ５０へ挿入されている。
位置検出センサ５は、MR素子などからなる磁界検出素子５１がスリーブ６の外周面に、可動子４１に対向するように貼り付けなどにより固定されている。スリーブ６の内周面は摺動性のよいフッ化樹脂コートなどの材料から作製され、微小なすきまを介して可動子４１を内挿している。
ケーシング７は、シリンジ１端面と連結され、リニアモータ４および位置検出センサ５を内部に配置している。また、ケーシング１の外周面には複数個の穴上の給排気口８を形成している。給排気口８とケーシング７の関係について図２を用いて説明する。シリンジ１側のケーシング７の側面には、複数個の孔９があけられており、孔径よりも若干大きい径を有するシリカなどからなる球１０を備え、ケーシング１の孔９に対向する孔１１を形成したブラケット１２で覆うことで逆止弁構造となっている。また、ケーシング７のもう一端の側面にも複数個の孔９があけられている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、リニアモータの可動子とプランジャ３間に蓄熱部を設けた構成にし、さらに、ケーシング７に給排気口８となる逆止弁構造を具備した部分である。
【０００８】
次にその動作について説明する。図示しないコントローラでは、移動位置の指令値と、センサ５からの現在値が比較され、指令値に基づいた所定の位置へ移動する。この際、駆動に要する推力に相当した電流がリニアモータ４の電機子巻線４３に通電され、マグネット４２との磁気的作用により可動子４１（プランジャ３）は移動する。この時、電機子４３は軸方向に起磁力が発生する。また、マグネット４２は、隣合うマグネット４２間で閉回路を作るように磁気回路を形成する。このように電機子４３とマグネット４２間では、軸方向にのみに磁気的作用が発生することから、ラジアル方向への磁気力は生じない。すなわち、可動子４１（プランジャ３）は偏芯することなく移動する。
次に、磁界検出素子５１と可動子４１の位置の関係は図３に示すように検出磁界強度に比例した関係から求めることができる。この関係からシリンジ容量と移動量の関係を図2中記載の（Ａ）、（Ｂ）の点について説明する。
（Ａ）の状態は、シリンジ１に溶液が充填されている状態である（図３参照）。
（Ｂ）の状態は、コントローラからの移動指令（所定液量の排出）により可動子４１が移動した位置である（図４参照）。この（Ａ）と（Ｂ）の移動量の差分と、シリンジ１の断面積から吐出された液量を求めることができる。
また、このように、可動子４１とプランジャ３を一体成形することで、プランジャ３の移動位置を直接検出しているので、位置決め誤差による液量誤差が低減でき、高精度な液量制御が可能である。
また、リニアモータ４への通電により、プランジャ３の温度上昇が懸念されるが、プランジャ３と可動子４１間には、蓄熱部３１を具備しているので、可動子４１からプランジャ３へ伝導する温度を蓄熱部３１で遮断する。さらに、図４に示した所定液量の排出時には、図５に示すようにケーシング７の周囲の空気が孔９により吸気され、給排気口８の球１０が、ケーシング７内が周囲より高い圧力になることにより押し上げられ、空気がケーシング７外部へ流れ出る。このような動作によりケーシング７内部は冷却され、プランジャ３の温度上昇が抑制される。
なお、本実施例では、可動子４１とプランジャ３間の蓄熱部３１にフッ化リチウムや、シリコンカーバイト、またはフッ化リチウムとシリコンカーバイトのコンポジット材料等の蓄熱材料を用いたが、アルミナ系およびシリカ系材料からなる断熱材料でも良く、可動子４１からの熱がプランジャ３へ伝わりにくいものであれば良い。また、本実施例では、蓄熱部３１が可動子４１とプランジャ３間の一部に配設されていたが、プランジャ３全てが蓄熱材料または断熱材料でも良い。
【実施例２】
【０００９】
図６は、分注ヘッドを用いた分注装置の正面図である。１３は分注ヘッド、１４は吸引セル、１５は吐出セル、１６はZステージ、１７はXYステージである。
分注ヘッド１３は、Zステージ１６上に配置され、XYステージ１７上には、吸引セル１４と吐出セル１５が配置されている。
次に、吸引吐出動作について説明する。分注ヘッド１３は、Zステージ１６より吸引セル１４上の吸引位置まで下降し、吸引動作する。
次に、分注ヘッド１３は、Zステージ１６により上昇され、吐出セル１５の吐出位置が分注ヘッド１３と一致するように吐出セルはXYステージ１７で移動される。
次に、分注ヘッド１３はZステージ１６により吐出位置まで下降し、吐出動作する。このような動作を繰り返すことで、吸引セル１４内の溶液は吐出セル１５へ移し替えられる。
【産業上の利用可能性】
【００１０】
使用する溶液を生化学的分析、免疫学的分析などに用いる試薬から、半導体製造に関するレジスト、化学溶剤や接着剤にすることによって微少量の液量を制御する必要がある塗布作業という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例を示す分注ヘッドの側断面図
【図２】本発明の給排気口を示す側断面図
【図３】本発明の磁界検出素子のセンサ信号を示す図
【図４】本発明の吸引状態を示す可動子端部の側断面図
【図５】本発明の吐出状態を示す可動子端部の側断面図
【図６】本発明の分注装置を示す正面図
【図７】第1の従来の分注ヘッドを示す断面図
【図８】第２の従来の分注ヘッドを示す断面図
【符号の説明】
【００１２】
１  シリンジ
２  ノズル
３  プランジャ
３１  蓄熱部
４  リニアモータ
４１  可動子
４２  マグネット
４３  電機子巻線
５  位置検出センサ
５１  磁界検出素子
６  保持部材のスリーブ
７  ケーシング
８  給排気口
９  孔
１０  球
１１  孔
１２  ブラケット
１３  分注ヘッド
１４  吸引セル
１５  吐出セル
１６  Zステージ
１７  XYステージ
１０１  ケーシング
１０２  薬液カートリッジ
１０２ａ  薬液
１０２ｂ  ピストン
１０３  カートリッジホルダー
１０４  ケーシング
１０５  リニアモータ
１０６  支持部材
１０７  プランジャーロッド
１０８  電池
１０９  制御部
１１０  注射針
２０１  ケーシング
２０２  ノズル
２０３  シリンダ
２０４  ピストン
２２０  ガイド
２２１  貫通孔
２２２  リニアモータ
２２３  可動子
２２４  ねじ
【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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【図６】
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【図７】
2006226832.tif 000009
【図８】
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